JP2005206624A

JP2005206624A - 磁気粘性流体

Info

Publication number: JP2005206624A
Application number: JP2004011437A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hakata; 俊之博多; Hiroshi Kawasaki; 浩史川崎; Nanao Horiishi; 七生堀石
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】磁気粘性流体としての適切な粘性および優れた流動性と分散性を有する磁気粘性流体を提供する。
【解決手段】分散媒中に磁性粒子を含有して成る磁気粘性流体において、酸化ポリエチレンを磁性粒子に対して０．５〜５重量％含有し、前記磁性粒子が平均粒径：５〜１５ｎｍの微小磁性粒子（Ａ）と平均粒径：０．３〜１０μｍの磁性粒子（Ｂ）とから成り、磁性粒子（Ａ）と磁性粒子（Ｂ）との配合割合（重量比）が０．８／１００〜１５／１００である磁気粘性流体。
【選択図】なし

Description

本発明は、磁気粘性流体に関し、詳しくは、分散安定性に優れた磁気粘性流体に関する。

磁性粒子および分散媒を含有して成る磁気粘性流体は、外部から磁場を加えると、その粘度が変化する特性を有しており、クラッチ、ブレーキ、ダンパー、アクチュエーター、緩衝器などの作動流体として有用である。

上記の磁気粘性流体の一例として、μｍオーダーの粒子径の鉄粒子の周囲にｎｍオーダーの粒子径のマグネタイト微小粒子が付着した磁性粒子の集合体（クラスタ）を含有する磁気混合流体が提案されている。
島田邦雄、他３名、「ＭＣＦ（磁気混合流体）の流体力学的特性と磁化特性」、日本機会学会論文集（Ｂ編）６７巻６６４号ｐ１２２―１２８

しかしながら、上記の磁気混合流体は、磁場強度の極性変化に応答可能な機能性流体として考えられたものであるが、従来の磁気粘性流体と同様に時間の経過と共に、磁性粒子の集合体（クラスタ）が沈降することによって、安定した磁気的応答の信頼性が得られないという問題がある。また、マグネタイト微小粒子の配合比率が高いために粘度が増大し、十分な流動性を有するとは言い難い。

本発明は、上記の実情に鑑みなされたものであり、その目的は、磁気粘性流体としての適切な粘性および優れた流動性と分散性を有する磁気粘性流体を提供することにある。

本発明者は、種々検討を重ねた結果、次の様な知見を得た。すなわち、鉄粒子に対するマグネタイト微小粒子の配合割合（重量比）を１５／１００以下にし、且つ、特定量の酸化ポリエチレンを添加すると、磁気粘性流体としての適切な粘性および優れた流動性が得られると共に、磁気粘性流体中の磁性粒子の沈降を十分抑制することが出来る。

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、その要旨は、分散媒中に磁性粒子を含有して成る磁気粘性流体において、酸化ポリエチレンを磁性粒子に対して０．５〜５重量％含有し、前記磁性粒子が平均粒径：５〜１５ｎｍの微小磁性粒子（Ａ）と平均粒径：０．３〜１０μｍの磁性粒子（Ｂ）とから成り、磁性粒子（Ａ）と磁性粒子（Ｂ）との配合割合（重量比）が０．８／１００〜１５／１００であることを特徴とする磁気粘性流体に存する。

本発明によれば、磁気粘性流体としての適切な粘性および優れた流動性を得ることが出来る。また、長期間に渡り磁性粒子の沈降を抑制することが出来るため、長期間良好な分散安定性を得ることが出来る。

以下、本発明を説明する。本発明で使用される磁性粒子は、下記の様な平均粒径の異なる特定量の微小磁性粒子（Ａ）と磁性粒子（Ｂ）との混合粒子である。そして、磁気粘性流体中で、微小磁性粒子（Ａ）は、磁性粒子（Ｂ）の表面の一部に付着したり、磁性粒子（Ｂ）間に存在して、磁性粒子（Ｂ）同士の付着を抑制し、その結果、磁気粘性流体は、粘度が上昇することなく、優れた流動性および分散性を示すと考えられる。

使用される磁性粒子としては、鉄粒子、窒化鉄粒子、炭化鉄粒子、カルボニル鉄粒子、フェライト粒子、マグネタイト粒子、コバルト粒子、ニッケル粒子、および、鉄、コバルト及びニッケルの群から選択された少なくとも２種から成る合金粒子の群から選択される少なくとも1種の粒子が挙げられる。

微小磁性粒子（Ａ）の平均粒径は、５〜１５ｎｍ、好ましくは７〜１０ｎｍである。平均粒径が１５ｎｍを超えた場合は、残留磁化値が大きくなるため、微小磁性粒子（Ａ）同士の凝集が起こり、その結果、沈降性が悪化する。また、平均粒径が５ｎｍ未満の場合は、磁気粘性流体の粘性が高くなり、流動性が悪化することがある。

磁性粒子（Ｂ）の平均粒径は、０．３〜１０μｍ、好ましくは０．４〜５μｍである。平均粒径が１０μｍを超えた場合は、残留磁化値が大きくなるため、磁性粒子（Ｂ）同士の凝集が起こり、その結果、沈降性が悪化する。また、平均粒径が０．３μｍ未満の場合は、磁気粘性流体の粘性が高くなり、流動性が悪化することがある。

微小磁性粒子（Ａ）と磁性粒子（Ｂ）の混合割合（重量比）は、０．８／１００〜１５／１００、好ましくは１／１００〜１０／１００である。混合割合が０．８／１００未満の場合は、微小磁性粒子（Ａ）の添加効果が不十分となり、磁性粒子（Ｂ）同士の凝集が起こり、その結果、沈降性が悪化する。また、１５／１００を超える場合は、磁気粘性流体の粘性が高くなり、流動性が悪化する。

分散媒中の磁性粒子の含有量は、通常１５〜４０体積％、好ましくは２０〜３５体積％である。磁性粒子の含有量が４０体積％を超える場合は、得られる磁気粘性流体の粘度が高くなり過ぎ、流動性が悪化する。また、１５体積％未満の場合は、磁気力が不足して十分な磁気粘性変化を得られない。

粘性調節剤としての酸化ポリエチレンは、ポリエチレンを酸化処理して極性基が導入されたものであり、その酸価は、通常１．０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇ、好ましくは５．０〜５０ｍｇＫＯＨ／ｇである。酸価が１．０未満の場合は、得られる磁気粘性流体の分散安定性が劣ることがあり、また、酸価が７０を超える場合は、磁気粘性流体の粘度が高くなり過ぎて、流動性が悪化することがある。そして、酸化ポリエチレンの数平均分子量は、通常１０００〜５０００、好ましくは、１５００〜４０００である。分子量が１０００未満の場合は、磁性粒子の沈降防止効果が劣ることがあり、また、分子量が５０００を超える場合は、磁気粘性流体の粘度が高くなり過ぎて、流動性が悪化することがある。

酸化ポリエチレンの配合量は、磁性粒子に対して０．５〜５重量％、好ましくは０．７〜２重量％である。配合量が０．５重量％未満の場合は、得られる磁気粘性流体の分散安定性が劣る、すなわち、経時的に磁性粒子の沈降が生じる。また、配合量が５重量％を超える場合は、磁気粘性流体の粘性が高くなり過ぎて、流動性が悪化する。

分散媒としては、炭化水素系溶剤、グリコール系溶剤およびシリコーン系溶剤が挙げられる。これらは単独で、又は、必要に応じ、２種以上組み合わせて使用される。炭化水素系溶剤としては、パラフィン系潤滑油などが挙げられ、グリコール系溶剤としては、ジエチレングリコールモノエチレンエチルエーテル等が挙げられ、シリコーン系溶剤としては、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン油などが挙げられる。

分散安定性の向上を目的として、下記の添加剤をさらに添加してもよい。添加剤の配合量は、磁性粒子に対し通常５重量％以下、好ましくは０．１〜５重量％、より好ましくは０．５〜３重量％である。配合量が５重量％を超える場合は、磁気粘性流体の粘性が高くなり過ぎて、流動性が悪化することがある。

添加剤としては、（１）ヒマシ油に水素を添加した水添ヒマシ油、（２）植物油脂肪酸とアミンより合成されたアマイドワックス、（３）粘土鉱物モンモリロナイトおよび／あるいはその結晶表面に第４級アンモニウム塩または有機アミン塩などで処理したベントナイト等があげられる。これらは単独で、又は、必要に応じ、２種以上組み合わせて使用してもよい。

また、磁気粘性流体の流動性の向上を目的として、界面活性剤や高級脂肪酸をさらに添加してもよい。界面活性剤や高級脂肪酸の配合量は、磁性粒子に対して通常５重量％以下、好ましくは０．１〜５重量％、より好ましくは０．５〜３重量％である。５重量％を超える場合は、磁気粘性流体の流動性が悪化することがある。

界面活性剤としては、分散媒と親和性のある官能基を備えたものが挙げられ、具体的には、高級脂肪酸のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、ソルビタン脂肪酸エステル等である。高級脂肪酸としては、カプロン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸などが挙げられる。

本発明の磁気粘性流体の製造方法は特に限定はないが、例えば、磁性粒子と分散媒とをホモジナイザー、ボールミル、メカニカルミキサー等の高せん弾力が与えられる処理機で混合する方法が挙げられる。

本発明の磁気粘性流体は、Ｅ型粘度計で粘度（剪断速度１００ｓｅｃ^-１）が通常５０〜５００ｍＰａ・ｓ、好ましくは６０〜３７０ｍＰａ・ｓで、チキソトロピー性指数が通常５〜１５、好ましくは６〜１４で、分散性の指数である沈降度が通常０〜４ｍｌ、好ましくは０〜３．５ｍｌである。

そして、上述のような特性を有する磁気粘性流体は、長期間に渡り磁性粒子の沈降が抑制されて分散安定性に優れているため、クラッチやダンパ、アクチュエーター等の粘性流体として有用である。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、粘度、チキソトロピー指数および沈降度は、以下の方法で測定した。

粘度は、Ｅ型粘度計（ＴＶ−３０；東機産業（株）製）を使用して２５℃で測定した。

チキソトロピー指数は、上記Ｅ型粘度計を使用して測定した剪断速度３８．３ｓｅｃ^-1の粘度に対する剪断速度３．８３ｓｅｃ^-１の粘度の比率で表した。

沈降度は、１００ｍｌのメスシリンダーに磁気粘性流体を５０ｍｌ入れ、６０℃の温度下に１ヶ月間放置し、１ヶ月後の上澄み層の容量（ｍｌ）で表した。

実施例１：
８０℃の３．２７ＮのＮａＯＨ水溶液６９０ｍｌに１．４ＭのＦｅＳＯ_４水溶液１５０．８ｇと２．８ＭのＦｅＣｌ_３水溶液１２３ｍｌを攪拌しながら滴下し、次いで、８０℃で１時間熟成した。冷却後、塩をデカンテーションで除去し、粒径１０ｎｍのマグネタイト粒子（磁性粒子（Ａ））を５０重量％含有する懸濁液を得た。

得られた懸濁液に１０％オレイン酸ナトリウム水溶液４６ｇを添加し、オレイン酸被覆マグネタイト２３１ｇを得た。次いで、オレイン酸被覆マグネタイトをパラフィン系オイル（新日本石油株式会社製「スーパーオイルＭ１０（商品名）」）１２０ｇ中に分散し、油系微粒磁性ペーストを得た。

次に、粒径２．６μｍのカルボニル鉄（ＩＳＰ社製「ＭＳ３７００（商品名）」）（磁性粒子（Ｂ））１ｋｇおよび上記微粒磁性ペースト３０ｇ（マグネタイト粒子含有量：２０ｇ）、酸化ポリエチレン（三井化学社製「ハイワックス４０５２Ｅ（商品名）」）１０ｇ、さらにはベントナイト（アライドコロイド社製「ハイドロコールＯＮＺ（商品名）」）２ｇとパラフィン系オイル（新日本石油株式会社製「スーパーオイルＭ１０（商品名）」）２００ｇをホモミキサーで混合して、磁気粘性流体を得た。走査型電子顕微鏡写真を使用して、得られた磁気粘性流体中に分散している磁性粒子を観察した結果、当該磁性粒子は、微細な磁性粒子（Ａ）が磁性粒子（Ｂ）の表面に付着した形態を有しており、微細な磁性粒子（Ａ）は、その殆どすべてが磁性粒子（Ｂ）の表面に付着していた。得られた磁気粘性流体は、粘度２５６ｍＰａ・ｓ、チキソトロピー指数７、沈降度１．２ｍｌであった。

実施例２〜５：
実施例１と同様の方法により、表１〜２に示す配合処方で磁気粘性流体を製造した。得られた磁気粘性流体の粘度、チキソトロピー指数および沈降度を上述の方法で測定した。結果を表１〜２に示す。

比較例１〜６：
実施例１と同様の方法により、表３に示す配合処方で磁気粘性流体を製造した。得られた磁気粘性流体の粘度、チキソトロピー指数および沈降度を上述の方法で測定した。結果を表３〜４に示す。

表中、炭化水素系溶剤（１）として新日本石油社製の「スーパーオイルＭ１０（商品名）」を、炭化水素系溶剤（２）新日本石油社製の「タービンオイル４６（商品名）」を、炭化水素系溶剤（３）として新日本石油社製の「クリセフオイルＦ２２（商品名）」を、カルボニル鉄（１）としてＩＳＰ社製の「Ｓ３７００（商品名）」を、カルボニル鉄（２）としてＩＳＰ社製の「Ｓ３０００（商品名）」を、酸化ポリエチレン（１）として三菱化学社製の「ハイワックス４０５２Ｅ（商品名）」（酸価：２０ｍｇＫＯＨ／ｇ、数平均分子量：３２００）を、酸化ポリエチレン（２）として三菱化学社製の「ハイワックス４０５１Ｅ（商品名）」（酸価：１２ｍｇＫＯＨ／ｇ、数平均分子量：３２００）を、酸化ポリエチレン（３）として楠本化成社製の「ディスパロンＴＰ−２０３（商品名）」（酸価：１２ｍｇＫＯＨ／ｇ、数平均分子量：３０００）を、酸化ポリエチレン（４）として三菱化学社製の「ハイワックス２２０３Ａ（商品名）」（酸価：３０ｍｇＫＯＨ／ｇ、数平均分子量：２７００）を、ベントナイト（１）としてアライドコロイド社製の「ハイドロコールＯＮＺ（商品名）」を、ベントナイト（２）としてホージュン社製の「エスベンＷ（商品名）」を、アマイドワックスとしてサンノプコ社製の「ＳＮシックナー４０３０（商品名）」をおよび水素添加ヒマシ油（１）として楠本化成社製の「ディスパロン３０５（商品名）」を使用した。

上述の結果から、本発明の磁気粘性流体は、所望の粘度を有して流動性に優れ、沈降度が小さくて分散性に優れていることが明らかである。

Claims

分散媒中に磁性粒子を含有して成る磁気粘性流体において、酸化ポリエチレンを磁性粒子に対して０．５〜５重量％含有し、前記磁性粒子が平均粒径：５〜１５ｎｍの微小磁性粒子（Ａ）と平均粒径：０．３〜１０μｍの磁性粒子（Ｂ）とから成り、磁性粒子（Ａ）と磁性粒子（Ｂ）との配合割合（重量比）が０．８／１００〜１５／１００であることを特徴とする磁気粘性流体。
添加剤として、水添ヒマシ油、アマイドワックス、モンモリロナイト及びベントナイトの群から選択された少なくとも１種を含有する請求項１に記載の磁気粘性流体。
分散媒が、炭化水素系溶剤、グリコール系溶剤またはシリコーン系溶剤である請求項１又は２に記載の磁気粘性流体。
磁性粒子が、鉄粒子、窒化鉄粒子、炭化鉄粒子、カルボニル鉄粒子、フェライト粒子、マグネタイト粒子、コバルト粒子、ニッケル粒子の群から選択された粒子である請求項１〜３の何れかに記載の磁気粘性流体。
磁性粒子が、鉄、コバルト及びニッケルの群から選択された少なくとも２種から成る合金粒子の群から選択された粒子である請求項１〜３の何れかに記載の磁気粘性流体。