JP2013197394A - 磁性流体用磁性粉末、磁性流体およびダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】流体特性の長期安定性に寄与し、かつ、磁性流体に適した高い磁気特性を有する磁性流体用磁性粉末、長期安定性と優れた流体特性とを有する磁性流体、および減衰力を長期にわたって正確に制御可能なダンパーを提供すること。
【解決手段】ダンパー１は、シリンダー２と、このシリンダー２の天井部２１を貫通し、シリンダー２内に延伸するよう設けられたピストンロッド３１と、ピストンロッド３１の下端に設けられたピストン３と、シリンダー２内に収納された磁性流体１０と、を有している。また、ダンパー１には、磁性流体１０に磁界を付与する磁界形成手段が設けられている。また、磁性流体１０は、Ｃｒと、Ｍ（ＭはＳｉおよびＡｌの少なくとも一方）と、を含み、残部がＦｅおよび不可避元素で構成されており、Ｃｒの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であり、かつ、Ｍの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下である磁性粉末を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性流体用磁性粉末、磁性流体およびダンパーに関するものである。

磁性流体は、表面を界面活性剤で覆われた強磁性材料の磁性粒子やフェライト粒子を、液状の分散媒中に分散させてなる機能性流体である。このような磁性流体では、たとえ磁性粒子やフェライト粒子が磁化しても、各粒子同士が凝集することなく、分散状態が維持される。このため、磁性流体全体が磁性を帯びた液体のように振る舞うことができる。
また、磁性流体には、外部磁界に応じて、その粘度や流動性を変化させる性質がある。このため、この性質を利用し、減衰力を自在に変化させることができるダンパー（緩衝器）が実用化されている。

このような減衰力可変ダンパーは、一般に、磁性流体を貯留するシリンダーと、シリンダー内を摺動するピストンと、磁性流体に磁界を付与する磁界形成手段と、を有している。磁界形成手段によって磁性流体に付与される磁界の強度を調整することにより、磁性流体の粘度や流動性等の流体特性を変化させることができる。磁性流体の流体特性が変化すると、ピストンがシリンダー内を摺動する際の抵抗が変化し、ダンパーの減衰力を制御することができる。

かかる特性を利用して、減衰力可変ダンパーは、例えば、路面の状態に応じて、最適な減衰力を選択することができる自動車用のショックアブソーバーとして利用することができる。
減衰力可変ダンパーに用いる磁性流体としては、表面を界面活性剤等で被覆した、主に鉄とフェライトの混合物を含む粒子を、ヒマシ油のような植物油の誘導体に分散してなる磁性流体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、減衰力可変ダンパーが衝撃を吸収する動作を繰り返すと、磁性流体にはピストンやシリンダーによる外力（例えば、せん断力等）が継続的に付与される。ところが、特許文献１に記載されたような磁性流体では、繰り返し外力が加わることによって、粒子が破壊したり欠損したりするという問題がある。磁性流体中の粒子が破壊または欠損すると、磁性流体の流体特性が変化してしまい、減衰力可変ダンパーの減衰力特性に意図しない変化が生じることとなる。

さらに、粒子表面と界面活性剤との間に鉄の水酸化物が発生することにより、界面活性剤の剥離や界面活性剤の劣化が生じる。これにより、粒子が凝集し易くなり、均一な粒子分散が困難となって、流体特性に影響を及ぼす。
また、フェライトのような飽和磁束密度が比較的低い材料では、外部磁界の変化に対して、磁性流体における流体特性の変化に著しく時間を要することがある。この場合、減衰力特性の変化を高い精度で制御することが困難となる。
なお、同様の課題解決を目指すものとして、特許文献２には、Ｆｅ−Ｃｒ系合金で構成された磁性粒子を含む磁性流体が開示されているが、この磁性流体においても上記課題を十分に解決するには至っていない。

特表２００４−５１１０９４号公報 特開２００８−２８２９２９号公報

本発明の目的は、流体特性の長期安定性に寄与し、かつ、磁性流体に適した高い磁気特性を有する磁性流体用磁性粉末、長期安定性と優れた流体特性とを有する磁性流体、および減衰力を長期にわたって正確に制御可能なダンパーを提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の磁性流体用磁性粉末は、Ｃｒと、Ｍ（ＭはＳｉおよびＡｌの少なくとも一方）と、を含み、残部がＦｅおよび不可避元素で構成されており、
Ｃｒの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であり、かつ、Ｍの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であることを特徴とする。
これにより、Ｃｒの含有率とＭの含有率の最適化を図ることによって、流体特性の長期安定性に寄与し、かつ、磁性流体に適した高い磁気特性を有する磁性流体用磁性粉末が得られる。

本発明の磁性流体用磁性粉末では、Ｃｒの含有率をａとし、Ｍの含有率をｂとしたとき、ｂ／ａは０．０５以上１２以下であることが好ましい。
これにより、Ｃｒによる耐候性の向上とＭによる透磁率の向上とをバランスよく両立させることができる。
本発明の磁性流体用磁性粉末では、Ｓｉの含有率が１質量％以上１２質量％以下であることが好ましい。
これにより、磁性粉末の透磁率を高めることができ、かつ、磁性粉末の比抵抗を高め磁性粉末に発生する誘導電流を低減することができるので、透磁率の向上と渦電流損失の低減とを両立することができる。

本発明の磁性流体用磁性粉末では、Ａｌの含有率が１質量％以上６質量％以下であることが好ましい。
これにより、磁性粉末の透磁率を高めることができ、かつ、磁性粉末の比抵抗を高め磁性粉末に発生する誘導電流を低減することができるので、透磁率の向上と渦電流損失の低減とを両立することができる。

本発明の磁性流体用磁性粉末では、平均粒径が１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、磁性流体における流体特性の最適化を図ることのできる磁性流体用磁性粉末が得られる。
本発明の磁性流体用磁性粉末では、酸素含有率が質量比で１００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
これにより、磁気特性と耐候性とを高度に両立し得る磁性流体用磁性粉末が得られる。

本発明の磁性流体は、本発明の磁性流体用磁性粉末と、
前記磁性流体用磁性粉末の粒子表面を覆う界面活性剤と、
前記磁性流体用磁性粉末を分散させる液相分散媒と、を有することを特徴とする。
これにより、流体特性の長期安定性に寄与し、かつ、高い磁気特性を有する磁性流体用磁性粉末を含んでいるので、長期安定性と優れた流体特性とを有する磁性流体が得られる。

本発明の磁性流体では、前記磁性流体用磁性粉末の含有率が５０〜９５質量％であることが好ましい。
これにより、流動性に優れるとともに、外部磁界の変化に対して十分な応答性を示す磁性流体が得られる。
本発明の磁性流体では、前記界面活性剤は、オレイン酸塩を主成分とするものであることが好ましい。
これにより、安定性に優れた磁性流体が得られる。

本発明の磁性流体では、前記液相分散媒は、炭化水素系オイル、シリコーン系オイルまたはフッ素系オイルを主成分とするものであることが好ましい。
これにより、耐久性に優れた磁性流体が得られる。
本発明のダンパーは、本発明の磁性流体を貯留するシリンダーと、
該シリンダー内を摺動し、前記シリンダー内の空間を２つに仕切るピストンと、
一端が前記ピストンに接続され、他端が前記シリンダーの外部に位置するピストンロッドと、
前記シリンダー内に貯留された前記磁性流体に及ぶように磁界を形成する磁界形成手段と、を有し、
磁界の作用によって前記磁性流体の流体特性を変化させることにより、減衰力を制御し得ることを特徴とする。
これにより、減衰力を長期にわたって正確に調整することができるダンパーが得られる。

本発明のダンパーでは、前記ピストンに形成され、前記２つの空間と互いに連通する流路を有し、
前記磁界形成手段が前記流路近傍に設けられており、前記流路を通過する前記磁性流体に及ぶように磁界を形成して流体特性を変化させることにより、減衰力を制御し得ることが好ましい。
これにより、磁性流体の粘度をより厳密に調整することができ、減衰力を長期にわたって正確に調整することができるダンパーが得られる。

本発明のダンパーの実施形態を示す縦断面図である。 図１に示すダンパーの一部を拡大して示す部分拡大図である。 図１に示すダンパーの動作を説明するための図である。 図１に示すダンパーの動作を説明するための図である。

以下、本発明の磁性流体用磁性粉末、磁性流体およびダンパーについて、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
［ダンパー］
まず、本発明のダンパーについて説明する。
図１は、本発明のダンパーの実施形態を示す縦断面図、図２は、図１に示すダンパーの一部を拡大して示す部分拡大図、図３および図４は、図１に示すダンパーの動作を説明するための図である。なお、以下の説明では、図１ないし図４中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１に示すダンパー１は、上下端が閉塞した円筒状のシリンダー２と、シリンダー２の外部からシリンダー２の天井部２１を貫通し、シリンダー２内に延伸するよう設けられたピストンロッド３１と、このピストンロッド３１の下端に設けられ、シリンダー２内を上下に摺動するピストン３とを有している。また、シリンダー２内には、磁性流体１０が収納されている。

このようなダンパー１は、ピストンロッド３１の上端部に接続された部材と、シリンダー２の下端部に接続された部材との間で伸縮するように動作する。例えば、ピストンロッド３１の上端部が自動車の車体に接続され、シリンダー２の下端部が車輪または車軸に接続されている場合、車体と車輪（車軸）との間隔が伸縮する際に、ダンパー１に伸縮力が付与される。

ダンパー１では、各部材間に加わった伸縮力に伴ってピストン３が摺動するが、この摺動の際、ピストン３には、前述の伸縮力を緩和する方向に磁性流体１０から抵抗力が付与される。その結果、ピストン３は、各部材間に加わった伸縮力を緩和し、減衰させる緩衝器として機能する。
また、ダンパー１は、ピストン３内に設けられ、シリンダー２内に収納された磁性流体１０に対して磁界を付与するコイル４と、コイル４に電圧を印加する電源回路５とを有している。すなわち、コイル４と電源回路５とにより、磁性流体１０に磁界を付与する磁界形成手段が構成されている。

ここで、磁性流体１０では、後に詳述するが、磁界の有無や強度に応じてその流体特性（粘度、流動性等）が変化する。このため、前述の磁界形成手段による磁界の有無や強度を適宜設定することにより、磁性流体１０の流体特性を調整することができる。このような特性を利用することにより、ダンパー１は、その減衰力を制御し得る減衰力可変ダンパーとなる。

以下、ダンパー１の各部について詳述する。
図１に示すシリンダー２は２層構造（複筒式）になっており、外側の外筒２２と内側の内筒２３とで構成されている。
また、内筒２３の内側の空間は、ピストン３の上方のロッド側室２ａと、ピストン３の下方のピストン側室２ｂとに分けられている。

さらに、ピストン側室２ｂの下方には、内筒２３の内側の空間を仕切るように設けられたベースバルブ２４を介して、第１リザーバ室２５が設けられている。
ベースバルブ２４には、ベースバルブ２４を貫通するオリフィス２４１が設けられており、このオリフィス２４１を介してピストン側室２ｂと第１リザーバ室２５とが連通している。

また、外筒２２と内筒２３との間の空間は、第２リザーバ室２６である。なお、第１リザーバ室２５と第２リザーバ室２６とは、内筒２３の下端部を介して隣接している。
また、内筒２３の第１リザーバ室２５と第２リザーバ室２６とを隔てる部分には、この部分を貫通するオリフィス２３１が設けられており、このオリフィス２３１を介して、第１リザーバ室２５と第２リザーバ室２６とが連通している。

シリンダー２は、機械的特性および耐油性に優れた材料、例えば各種金属材料で構成されている。また、本実施形態ではシリンダー２が非磁性材料で構成されているのが好ましい。本実施形態では、磁界を発生させるコイル４がピストン３に設けられているため、シリンダー２が非磁性材料で構成されていることにより、ピストン３の周辺以外の部分で、磁性流体１０に磁界が付与されるのが抑制または防止される。このため、シリンダー２の全体において、磁性流体１０の流体特性を均一にすることができる。

ここで、磁性流体１０は、表面を界面活性剤で覆われた磁性粒子を、液相分散媒に分散させてなるものであり、それ全体が磁性を帯びた液体のように振る舞う。なお、磁性流体１０については、後に詳述する。
ピストンロッド３１は、剛性の高い棒状部材で構成されており、シリンダー２の天井部２１の中央部を貫通して、シリンダー２の内外に延伸している。

ピストン３は、円柱状の部材で構成されており、その外側面がシリンダー２の内筒２３の内壁面に摺接している。このピストン３により、前述したように、内筒２３の内側の空間が、ロッド側室２ａとピストン側室２ｂとに仕切られている。
また、ピストン３を貫通するように、２つのオリフィス３２、３３が設けられている。この各オリフィス３２、３３により、ロッド側室２ａとピストン側室２ｂとが連通している。

また、ピストン３の上面のうち、オリフィス３２の上端開口部付近には、弁体３４が設けられている。この弁体３４は、オリフィス３２の上端開口部を塞いで、オリフィス３２を磁性流体１０が流通できない状態（閉状態）と、オリフィス３２の上端開口部を開放し、オリフィス３２を磁性流体１０が流通可能な状態（開状態）と、をとり得るよう構成されている。また、この弁体３４は、磁性流体１０のピストン側室２ｂからロッド側室２ａへ向かう流れを通過させ、その逆向きの流れを遮断する機能を有する一方向弁になっている。なお、図１および図２は、開状態の弁体３４を示している。

この弁体３４は、シリンダー２に対してピストン３が摺動し、これに伴って発生する、ピストン３に対する磁性流体１０の相対的な流れを駆動力として開閉する。なお、弁体３４が閉状態から開状態へと移行するためには、磁性流体１０が所定の速さより速く流れることによって、弁体３４に所定の大きさ以上の圧力を付与する必要がある。したがって、弁体３４は、ピストン３が所定の速さ以上の速さで摺動するときにのみ、開状態をとり得るよう構成されている。このような弁体３４により、ダンパー１では、ピストン３の摺動速度が低速のときと高速のときとで減衰力を異ならせることができる。

ピストン３の内部には、リング状のコイル４が設けられている。また、コイル４の外側面の一部は、各オリフィス３２、３３に臨んでいる。
また、コイル４には、前述したように電源回路５が接続されている。そして、コイル４に電圧を印加すると、コイル４の周囲に、図２に磁力線（破線）として示すような磁界が発生する。

コイル４は、リング状の磁心と、磁心の周囲に巻き回された導線とを有する。なお、磁心と導線とは、磁心表面や導線表面に形成された樹脂製被覆層により電気的に絶縁されている。また、導線の両端が、それぞれ電源回路５に接続されている。このようなコイル４および電源回路５により、磁界形成手段が構成されている。
また、図示しないが、電源は、コイル４に印加する電圧を調整する変圧回路を有している。この変圧回路によれば、コイル４に印加する電圧を変えることができ、コイル４が発生する磁界の強度を変えることができる。

磁心を構成する材料としては、例えば、純鉄、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、アモルファス金属、ソフトフェライトのような各種軟磁性材料等を用いることができる。また、これらの軟磁性材料は、例えば、積層体、圧粉成形体等の形態で、磁心を構成している。
なお、図１では、ピストン３の内部にコイル４が設けられているが、コイル４の設置箇所は、特に限定されず、例えば、シリンダー２の外筒２２や内筒２３、ベースバルブ２４等に設けられていてもよく、これらの中の複数箇所に併設されていてもよい。
また、図１では、ピストン３に設けられた２つのオリフィス３２、３３に対して、１つのコイル４を用いて磁界を付与しているが、それぞれ個別のコイルを用いて磁界を付与するようにしてもよい。この場合、各コイルの動作を独立して制御することにより、ダンパー１の減衰力を、より細かく厳密に制御することができる。

次に、図１に示すダンパー１の作用（動作）について説明する。
まず、ダンパー１の圧縮過程について説明する。
ここでは、図３（ａ）に示すように、ダンパー１が伸長した状態を初期状態とする。
初期状態にあるダンパー１において、ダンパー１の上端部に接続された上部材８と下端部に接続された下部材９との間の距離を縮めようとする外力が加わると、それに伴って、図３（ｂ）に示すように、ピストン３がシリンダー２内を下方に摺動する。このとき、ピストン側室２ｂ内の磁性流体１０の一部が、ピストン３に押されてオリフィス２４１を通過し、第１リザーバ室２５に押し出される。また、それに伴って、第１リザーバ室２５に充填されていた磁性流体１０は、各オリフィス２３１、２３１を通過して、第２リザーバ室２６へと押し出される。さらに、ピストン側室２ｂ内の磁性流体１０の一部は、オリフィス３３を通過して、ロッド側室２ａへと移動する。

このようにして、上部材８と下部材９との間の圧縮力の一部が、ピストン３の摺動の駆動力や、磁性流体１０の流れの駆動力へと変換されることにより、ダンパー１に吸収される。その結果、前記圧縮力を緩和・減衰させることができる。
また、ピストン３の摺動速度が所定の速度以上になると、弁体３４が閉状態から開状態となり、オリフィス２３１にも磁性流体１０の流れが形成される。この流れの形成により、ピストン３の摺動速度がこの所定の速度以上になったとき、減衰の程度を変化させることができる。

ここで、ピストン側室２ｂ内の磁性流体１０の一部が、各オリフィス３２、３３を通過している際に、電源回路５によりコイル４に電圧を印加し、図３（ｃ）に磁力線（破線）として示すような磁界を発生させた場合について説明する。磁界が付与されると、各オリフィス３２、３３中の磁性流体１０では、例えば、磁力線に沿って磁性流体１０中の磁性粒子（金属粒子）が配列する。

磁性粒子が図３（ｃ）のように配列すると、この磁性粒子が、各オリフィス３２、３３を流れる磁性流体１０の流れを妨げることとなり、磁性流体１０の粘度が上昇する。その結果、ダンパー１の減衰力が増大することとなる。このようにして、コイル４および電源回路５を用いて、各オリフィス３２、３３を流れる磁性流体１０の流体特性を変化させることができ、ダンパー１の減衰力を変化させることができる。また、シリンダー２に比べて細径の各オリフィス３２、３３において、磁性流体１０に磁界を付与することにより、磁性流体１０の粘度をより厳密に調整することができる。

次に、ダンパー１の伸長過程について説明する。
ここでは、図４（ｄ）に示すように、ダンパー１が圧縮された状態を初期状態とする。
初期状態にあるダンパー１において、上部材８と下部材９との間の距離を広げようとする外力が加わると、それに伴って、図４（ｅ）に示すように、ピストン３がシリンダー２内を上方に摺動する。このとき、ロッド側室２ａ内の磁性流体１０の一部が、ピストン３に押されてオリフィス３３を通過し、ピストン側室２ｂに押し出される。また、ピストン側室２ｂの体積が増大するのに伴い、第１リザーバ室２５内の磁性流体１０の一部が、オリフィス２４１を通過し、ピストン側室２ｂに流れ込む。さらに、第２リザーバ室２６内の磁性流体１０の一部は、各オリフィス２３１、２３１を通過して、第１リザーバ室２５内に流れ込む。
このようにして、上部材８と下部材９との間の伸長力の一部が、ピストン３の摺動の駆動力や、磁性流体１０の流れの駆動力へと変換されることにより、ダンパー１に吸収される。その結果、前記伸長力を緩和・減衰させることができる。

ここで、圧縮過程と同様にして、オリフィス３３を流れる磁性流体１０に対して磁界を付与すると、オリフィス３３を流れる磁性流体１０の流体特性を変化させることができ、ダンパー１の減衰力を変化させることができる。
以上のような圧縮過程と伸長過程とを連続的に行うことにより、ダンパー１は、上部材８と下部材９との間に発生する伸長力および圧縮力を、それぞれ緩和させることができる。

［磁性流体および磁性粉末］
次に、上述したようなダンパー１に用いることができる磁性流体（本発明の磁性流体）１０および磁性流体１０に含まれる磁性粉末（本発明の磁性流体用磁性粉末）について説明する。
本発明の磁性流体は、磁性粉末と、その粒子表面を覆う界面活性剤と、この磁性粉末を分散させる液相分散媒と、を有している。

磁性流体では、界面活性剤の作用により、磁界がないときの磁性粒子同士の凝集が防止される。このため、たとえ磁性粒子が磁化したり帯電したりしても、磁性粒子が液相分散媒中に分散した状態が維持されることとなる。このため、磁性流体は、それ全体が磁性を帯びた液体のように振る舞うことができる。前述したように、ダンパー１では、付与される磁界の有無や強度に応じて、磁性流体の流体特性が変化することを利用して、その減衰力が調整可能になっている。

ここで、従来の磁性流体では、磁性粒子として、カルボニル鉄のような鉄の粒子や、フェライト粒子等が用いられていた。
ところが、ダンパーのような可動部品中に磁性流体を用いた場合、ダンパーが伸縮を繰り返すたびに、磁性流体にはピストンやシリンダーによる外力（例えば、せん断力等）が継続的に付与される。ところが、従来の磁性流体では、含まれる磁性粒子が液相分散媒中の水分や外気と接触することによって容易に酸化してしまう現象が多く認められた。この酸化が進行すると、磁性粒子の機械的特性が低下するため、磁性粒子の破壊・欠損を招くこととなる。その結果、磁性流体の流体特性が不本意に変化してしまい、ダンパーの減衰力が不安定になったり、本来の減衰力から逸脱してしまったりすることとなる。

また、カルボニル鉄粒子等は、保磁力が比較的大きい。このため、外部磁界の変化に対して、磁性流体の流体特性の変化が遅れるという問題もあった。このため、ダンパー１の減衰力を高い精度で制御することができなかった。
さらに、フェライト粒子等は、飽和磁束密度が低いため、磁性流体中において外部磁界に対する磁化が弱くなり、磁化力を十分に得ることができなかった。
また、磁性流体用に特化したＦｅ−Ｃｒ系合金粉末やＦｅ−Ｂ系合金粉末も提案されているが、これらも磁性流体として使用されたときの長期安定性と優れた流体特性との両立という観点おいて十分とは言えなかった。

そこで、本発明の磁性流体では、磁性粉末として、Ｃｒと、Ｍ（ＭはＳｉおよびＡｌの少なくとも一方）と、を含み、残部がＦｅおよび不可避元素で構成されているものであって、Ｃｒの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であり、かつ、Ｍの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であるものを用いることとした。このような磁性粉末は、粒子表面に酸化物被膜、具体的にはＣｒやＭに由来する酸化物被膜を有するものとなる。この酸化物被膜は、化学的に安定であるとともに、粒子表面に界面活性剤を吸着させた場合に吸着力を高め得るものとなる。このため、本発明に係る磁性粉末は、優れた流体特性を長期にわたって安定的に維持する磁性流体の実現に適したものとなる。

特にＣｒは、Ｆｅが酸化するよりも先に酸化するため、酸化鉄の発生を抑えつつ化学的に安定な酸化クロムを生じさせる。酸化クロムは特に高い化学的安定性および機械的安定性を有していることから、磁性粉末の耐候性の向上と界面活性剤の吸着力の向上とを高度に両立させることができる。また、磁性粉末の耐候性が向上することにより、機械的特性も長期にわたって維持されることとなり、磁性粉末の粒子が破壊、欠損してしまうのを防止することができる。

なお、Ｍとは、Ｓｉ単独、Ａｌ単独、またはＳｉとＡｌの双方のいずれかを指すものであり、Ｍの含有率とは、Ｓｉの含有率、Ａｌの含有率、またはＳｉの含有率とＡｌの含有率の合計のいずれかを指すものである。
また、界面活性剤については後に詳述するが、粒子表面から界面活性剤が脱落してしまうと、磁性流体中において粒子同士が凝集し易くなり、流体特有の性質が失われることとなる。

なお、Ｃｒの含有率は、好ましくは１質量％以上１１．５質量％以下とされ、より好ましくは１．５質量％以上１０．５質量％以下とされる。
また、Ｍの含有率は、好ましくは１．５質量％以上１０．５質量％以下とされ、より好ましくは２．５質量％以上７．５質量％以下とされる。
一方、Ｓｉは、Ｆｅとともに合金を形成することにより磁性粉末の透磁率を高めることに寄与する。また、Ｓｉを前記範囲内で添加することにより、磁性粉末の比抵抗が高くなるため、磁性粉末に発生する誘導電流を低減し、渦電流損失を低減し得る。さらには、Ｓｉを前記範囲内で添加することにより、磁性粉末の保磁力も低下するため、磁性粉末は優れた軟磁性を示すものとなる。これにより、透磁率が高くかつ渦電流損失の小さい磁性粉末が得られる。このような磁性粉末を含む磁性流体は、例えば磁心としての機能を備えた磁性流体として好適に用いられる。

また、磁性流体以外の用途、例えば圧粉磁心や磁気遮蔽シート等にも好適に用いられる。
Ｓｉの含有率は１質量％以上１２質量％以下であるのが好ましく、１．５質量％以上１０質量％以下であるのがより好ましく、２．５質量％以上８．５質量％以下であるのがさらに好ましい。これにより、上記のＳｉを添加する効果がより顕著なものとなる。

また、ＡｌもＳｉと同様、Ｆｅとともに合金を形成することにより磁性粉末の透磁率を高めることに寄与する。また、Ａｌを前記範囲内で添加することにより、磁性粉末の比抵抗が高くなるため、磁性粉末に発生する誘導電流の低減に寄与する。これにより、透磁率が高くかつ渦電流損失の小さい磁性粉末が得られる。このような磁性粉末を含む磁性流体は、例えば磁心としての機能を備えた磁性流体として好適に用いられる。

さらに、Ａｌは、Ｃｒと同様、粒子表面において化学的に安定な酸化物被膜を形成する。したがって、磁性粉末の耐候性をさらに高めるとともに、界面活性剤の吸着力も向上し、磁性流体の長期安定性の向上が図られる。
Ａｌの含有率は１質量％以上６質量％以下であるのが好ましく、１．５質量％以上５．５質量％以下であるのがより好ましく、２．５質量％以上５質量％以下であるのがさらに好ましい。これにより、上記Ａｌを添加する効果がより顕著なものとなる。

以上のように、ＭがＳｉ単独である場合には、磁性粉末において特に透磁率の向上が図られ、ＭがＡｌ単独である場合には、磁性粉末において特に耐候性の向上が図られ、ＭがＳｉとＡｌの双方である場合には、磁性粉末において透磁率の向上と耐候性の向上とを両立させることができる。なお、本発明に係る磁性粉末では、Ｃｒを必須で含むことから、そもそも高い耐候性を有している。よって、磁性流体の用途や使用環境等に応じてＭの組成を適宜選択することにより、最適な磁性流体を実現することができる。

また、Ｃｒの含有率をａとし、Ｍの含有率をｂとしたとき、ｂ／ａは０．０５以上１２以下であるのが好ましく、０．３以上１０以下であるのがより好ましく、０．５以上８以下であるのがさらに好ましい。これにより、Ｃｒによる耐候性の向上とＭによる透磁率の向上とをバランスよく両立させることができる。
なお、ＭがＳｉとＡｌの双方を指す場合、ＳｉとＡｌの比率（質量比）は１：９以上９：１以下であるのが好ましく、２：８以上８：２以下であるのがより好ましく、３：７以上７：３以下であるのがさらに好ましい。ＳｉとＡｌの比率を前記範囲内に設定することで、磁性粉末の靭性が著しく低下することが防止され、磁性粉末が破壊、欠損し難くなる。

Ｆｅは、本発明に係る磁性粉末の主成分である。Ｆｅは、この磁性粉末のうち、ＣｒやＭ以外の残部を占めている。したがって、この磁性粉末の磁気特性はこのＦｅの影響が支配的になる。
また、本発明に係る磁性粉末は、さらに不可避的に混入する不可避元素を含んでいてもよい。この不可避元素は磁性粉末の原料あるいは磁性粉末の製造時に意図せず混入するものである。具体的には、Ｂ（ホウ素）、Ｃ（炭素）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）等が挙げられる。なお、不可避元素を含む場合、その含有率は０．５質量％未満であるのが好ましく、０．３質量％以下であるのがより好ましい。

また、本発明に係る磁性粉末は、さらに、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）およびＭｎ（マンガン）のうちの少なくとも１種からなる補助剤を含んでいてもよい。このような補助剤は、磁性粉末の硬度を高めることができる。このため、これらの補助剤を含む磁性粉末は、耐摩耗性に優れたものとなり、破壊・欠損の発生をさらに確実に防止し得るものとなる。
また、これらの補助剤は、磁性粉末を構成する磁性材料の融点を下げることができる。このため、磁性材料の溶融する際の加熱温度が同じであれば、溶融金属（溶湯）の粘性を下げることができる。その結果、例えば後述するアトマイズ法のような溶融金属を粉末化する方法で磁性粉末を製造する場合には、溶融金属の粘性が下がることによって、異形状が少なく粒径の揃った磁性粉末が得られる点で有用である。また、このような磁性粉末は、破壊、欠損し難くかつ流動性が高くなる等の利点を有するため、磁界に対する応答性に優れ、流体としての特性が長期にわたって安定的に維持される磁性流体の実現に寄与するものとなる。

磁性粉末におけるＰ、Ｓの含有率は、それぞれ、好ましくは０．０１〜０．５質量％程度、より好ましくは０．０５〜０．３質量％程度とされる。これにより、磁性粉末の脆性が著しく増大してしまうのを防止しつつ、硬度を高めることができる。また、磁性粒子の磁気特性を損なうことなく、磁性材料の温度を十分に下げることができ、異形状が少なくかつ粒径の揃った磁性粒子を確実に得ることができる。

また、Ｍｎの含有率は、好ましくは０．１〜２質量％程度、より好ましくは０．３〜１．５質量％程度とされる。これにより、磁性粒子の硬度を高めることができる。また、補助剤としてＳを比較的多く含んでいる場合には、磁性粒子の高温脆性が増大する場合があるが、Ｍｎを前記範囲内の割合で含有していることにより、ＭｎＳ（硫化マンガン）が生成し、この高温脆性を抑制することができる。したがって、ＳとＭｎとを併用することにより、磁性粒子の破壊・欠損を生じ難く、長期にわたって特に安定した流体特性を示す磁性流体が得られる。

なお、本発明に係る磁性粉末は、酸素含有率が質量比で１００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下であるのが好ましく、１５０ｐｐｍ以上８５００ｐｐｍ以下であるのがより好ましい。酸素含有率を前記範囲内に抑えることにより、磁性粉末は、磁気特性と耐候性とを高度に両立し得るものとなる。すなわち、酸素含有率が前記下限値を下回る場合には、磁性粉末の粒子に形成される酸化物被膜の厚さが薄いまたは均一に形成されていない等の理由から磁性粉末の耐候性が低下するおそれがあり、一方、酸素含有率が前記上限値を上回る場合には、酸化物被膜が厚くなり過ぎ、その分磁気特性が低下するおそれがある。

磁性粉末中の酸素含有率は、例えば、原子吸光分析装置、ＩＣＰ発光分光分析装置、酸素窒素同時分析装置等により測定することができる。
本発明に係る磁性粉末の平均粒径は、１〜２０μｍ程度であるのが好ましく、１．５〜１５μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、磁性流体において、流体特性の最適化を図ることができる。すなわち、磁性粉末の平均粒径が前記下限値を下回った場合、磁性流体の粘度が小さくなり過ぎたり、外部磁界に応じて磁性流体の粘度が変化する際に、その変化量を十分に確保できないおそれがある。一方、磁性粉末の平均粒径が前記上限値を上回った場合、磁性流体の粘度が大きくなり過ぎたり、破壊・欠損を生じ易くなるおそれがある。

なお、平均粒径は、レーザー回折法により、質量基準で累積量が５０％になるときの粒径として求められる。
また、磁性粉末の粒度分布は、できるだけ狭いのが好ましい。具体的には、磁性粉末の平均粒径が前記範囲内であれば、最大粒径が５０μｍ以下であるのが好ましく、４５μｍ以下であるのがより好ましい。磁性粉末の最大粒径を前記範囲内に制御することにより、磁性粉末の粒度バラツキを抑制し、流動性に優れた磁性流体が得られる。
なお、上記の最大粒径とは、累積質量が９９．９％となるときの粒径のことをいう。

また、磁性粉末の粒子の短径をＳ［μｍ］とし、長径をＬ［μｍ］としたとき、Ｓ／Ｌで定義されるアスペクト比の平均値は、０．４〜１程度であるのが好ましく、０．７〜１程度であるのがより好ましい。このようなアスペクト比の磁性粉末は、その形状が比較的球形に近くなるので、形状作用によって、より破壊・欠損し難くなる。このため、耐久性に優れた磁性粉末が得られる。なお、前述したように、磁性粉末の構成材料に各種補助剤を添加することによって、磁性粉末の粒子形状を球形に近づけることができる。すなわち、アスペクト比を１に近づけることができる。

なお、前記長径とは、粒子の投影像においてとりうる最大長さであり、前記短径とは、その最大長さに直交する方向の最大幅である。
また、このような磁性粉末は、前述したように軟磁性を示し、保磁力が小さいものが好ましい。具体的には、磁性粉末の保磁力は、１０Ｏｅ（７９６Ａ／ｍ）以下であるのが好ましく、５Ｏｅ（３９８Ａ／ｍ）以下であるのがより好ましい。保磁力が前記範囲内にある磁性粉末は、磁界がないときに凝集が確実に防止されるものとなる。

また、磁性粉末の飽和磁束密度は、できるだけ大きければよいが、１．７Ｔ以上であるのが好ましく、１．９Ｔ以上であるのがより好ましい。磁性粉末の飽和磁束密度が前記範囲内であれば、外部磁界の変化に対して、流体特性の変化の応答性（即応性および変化量の大きさ）に優れた磁性流体が得られる。
また、磁性粉末の硬度もできるだけ大きい方がよいが、好ましくは、ビッカース硬度Ｈｖが１００以上とされ、より好ましくは、１５０以上とされる。このような硬度の磁性粉末は、その破壊・欠損が特に確実に防止される。
なお、本発明に係る磁性粉末は、いかなる方法で製造されたものでもよいが、例えば、アトマイズ法、粉砕法等の方法で製造されたものを用いることができる。

このうち、磁性粉末は、アトマイズ法で製造されたものが好ましい。アトマイズ法は、溶融物（溶湯）を、冷却媒（液体やガス等）に衝突させることにより粉末化する方法である。溶湯は、噴霧されたり、冷却媒と衝突させることにより、微細な液滴となるとともに、この液滴が冷却媒と接触することにより急速に冷却され固化する。この際、液滴は自然落下しつつ冷却されるため、自らの表面張力によって形状が球形化される。これにより、球形に近い形状をなし、かつ、異形状の粒子が少なくなるので、粒径の揃った磁性粉末を効率よく製造することができる。その結果、得られる磁性粉末のアスペクト比をより１に近づけることができる。

なお、アトマイズ法としては、例えば、水アトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法、ガスアトマイズ法、真空溶解ガスアトマイズ法、ガス−水アトマイズ法、超音波アトマイズ法等が挙げられる。
このうち、アトマイズ法としては、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法を用いるのが好ましい。これらのアトマイズ法によれば、冷却媒として比重の大きい媒体（例えば、水等）を用いるため、溶湯をより微細に分断することができる。これにより、平均粒径の小さい微細な磁性粉末を容易に製造することができる。

また、アトマイズ法において溶湯を冷却する際の冷却速度は、１×１０^４℃／ｓ以上であるのが好ましく、１×１０^５℃／ｓ以上であるのがより好ましい。このような急速な冷却により、溶湯の状態における原子配列、すなわち、各種の原子が均一に混じり合った状態が保存されたまま固化に至るので、磁性粉末の粒子間における組成比のバラツキが抑えられることとなる。その結果、均一で優れた流体特性を示す磁性流体が得られる。

また、磁性粉末は、焼鈍処理を施したものが好ましい。この焼鈍処理における加熱条件は、温度６００〜１０００℃×０．５〜１０時間であるのが好ましく、温度７００〜９００℃×０．５〜２時間であるのがより好ましい。このような加熱条件で焼鈍処理を施すことにより、磁性粉末が焼鈍され、粉末製造時に生じた残留応力を緩和することができる。これにより、残留応力に伴う磁性粉末の亀裂・割れ等を確実に防止することができる。すなわち、焼鈍処理によって、磁性粉末が劣化に至るまでに許容される応力が拡大されることになるため、磁性粉末の耐久性を高めることができる。また、残留応力が緩和されることにより、磁性粒子同士の耐久性のバラツキを抑制することもできる。

次に、上述したような磁性粉末の粒子表面を覆う界面活性剤について説明する。
界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、オレイン酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩のような各種陰イオン（アニオン）界面活性剤、アミノ酸塩、第４級アンモニウム塩のような各種陽イオン（カチオン）界面活性剤、グリセリン脂肪酸エステルのようなエステル型、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルのようなエーテル型、脂肪酸ポリエチレングリコールのようなエステル・エーテル型等の各種非イオン（ノニオン）界面活性剤、アルキルベタインのような各種両性界面活性剤等が挙げられる。

特に、界面活性剤は、オレイン酸塩を主成分とするものが好ましい。オレイン酸塩は、磁性粉末の粒子表面に対して強固に結合するとともに、液相分散媒中における磁性粉末の分散性が高いものである。このため、界面活性剤としてオレイン酸塩を用いることにより、安定性に優れた磁性流体が得られる。
界面活性剤は、分子内に、親水性の部分と、疎水性の部分とを有するものである。例えば、磁性粉末を分散させる液相分散媒としてオイルを用いた場合、磁性粉末と液相分散媒との界面に沿って界面活性剤の分子が配列する。このとき、界面活性剤の分子の親水性部分が磁性粉末の粒子側に向かって配向し、疎水性部分は液相分散媒側に向かって配向する。

このような界面活性剤の作用により、磁性粉末は、磁界がないときには凝集することなく、液相分散媒中に安定的に分散することができる。そして、粒子表面が界面活性剤で覆われた磁性粉末と、この液相分散媒とにより、磁性流体が得られる。
また、液相分散媒としては、水のような水系分散媒、炭化水素系オイル、シリコーン系オイル、フッ素系オイル、エステル系オイル、エーテル系オイル等が挙げられる。

このうち、特に、炭化水素系オイル、シリコーン系オイルまたはフッ素系オイルを主成分とするものが好ましい。これらのオイルは、耐熱性および化学的な安定性に優れることから、磁性流体の液相分散媒として特に好適に用いられる。すなわち、耐久性に優れた磁性流体が得られる。
このような磁性流体における磁性粉末の含有率は、５０〜９５質量％程度であるのが好ましく、６０〜９０質量％程度であるのがより好ましい。これにより、流動性に優れるとともに、外部磁界の変化に対して十分な応答性を示す磁性流体が得られる。

以上、本発明の磁性流体用磁性粉末、磁性流体およびダンパーについて、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の磁性流体は、前述したダンパーに用いられる他、回転軸のシール部材、スピーカー、センサ等にも用いることができる。
また、磁性流体用磁性粉末は、磁性流体に用いられる他、その他の用途、例えば圧粉磁心、磁気遮蔽シート、磁気記録媒体といった軟磁性粉末が用いられたあらゆる磁性素子にも好適に用いられる。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．ダンパーの製造
（実施例１）
［１］まず、以下の組成の原材料を高周波誘導炉で溶融するとともに、水アトマイズ法により粉末化して、磁性粉末を得た。次いで、目開き３２μｍの標準ふるいを用いて分級した。

＜原材料の組成＞
・Ｃｒ：０．５質量％
・Ｓｉ：４．５質量％
・Ｆｅ：残部（不可避的に存在する微量元素を含む。）
なお、得られた金属粉末を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、各磁性粒子が比較的球形に近い形をしていることがわかった。なお、１００個の粒子におけるアスペクト比の平均値は０．８であった。
また、レーザー回折法により粒径を測定したところ、平均粒径１０μｍ、最大粒径３２μｍであった。
次いで、得られた磁性粉末に対し、水素雰囲気下で、温度８００℃×１時間の焼鈍処理を施した。

［２］次に、得られた磁性粉末の粒子表面をオレイン酸イオン（界面活性剤）で被覆するとともに、イソパラフィン（液相分散媒）中に分散させ、磁性流体を得た。
なお、磁性流体中の磁性粉末の含有率は、８０質量％であった。
［３］次に、得られた磁性流体をダンパーのシリンダー内に注入し、ダンパーを作製した。

（実施例２〜２２）
原材料の組成を、表１に示す組成に変更した以外は、それぞれ前記実施例１と同様にして磁性粉末を得るとともにダンパーを作製した。
なお、得られた磁性粉末の原材料の組成、平均粒径、酸素含有率および製造方法を、それぞれ表１に示す。

（比較例１〜８）
原材料の組成を、表１に示す組成に変更した以外は、それぞれ前記実施例１と同様にして磁性粉末を得るとともにダンパーを作製した。
なお、得られた磁性粉末の原材料の組成、平均粒径、酸素含有率および製造方法を、それぞれ表１に示す。

２．磁性粉末および磁性流体の評価
２．１ 磁性粉末の磁気特性の評価
各実施例および各比較例で得られた磁性粉末について、それぞれ、単位質量当たりの飽和磁化の強さＭｍ［ｅｍｕ／ｇ］、単位質量当たりの残留磁化の強さＭｒ［ｅｍｕ／ｇ］および保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］を測定した。測定結果を表１に示す。その結果、各実施例で得られた磁性粉末は、飽和磁化の強さが比較的大きく、残留磁化の強さが比較的小さく、保磁力が比較的小さいことが認められた。なお、磁化の強さの単位ｅｍｕ／ｇは４π×１０^−７Ｗｂ・ｍ／ｋｇである。また、保磁力の単位Ｏｅは７９．５７７５Ａ／ｍである。

２．２ 磁性流体の耐久性の評価
各実施例および各比較例で得られたダンパーについて、それぞれ、伸縮動作を１万回行った。
なお、伸縮動作をまず１０００回行った時点で、シリンダー内から磁性流体を取り出し、磁性流体中の磁性粉末を走査型電子顕微鏡で観察した。

その後、取り出した磁性流体をシリンダー内に戻し、残る９０００回の伸縮動作を行った。
そして、１万回の伸縮動作後、再び、シリンダー内から磁性流体を取り出し、磁性流体中の磁性粉末を走査型電子顕微鏡で観察した。
以上のようにして１０００回の伸縮動作後の磁性粉末および１万回の伸縮動作後の磁性粉末について、それぞれの形状を以下の基準にしたがって評価することにより、磁性粉末の耐久性を評価した。

＜耐久性の評価基準＞
◎：磁性粉末の粒子の形状が評価前からほぼ変化していない
○：一部の磁性粉末の粒子に破壊・欠損が認められる
△：多数の磁性粉末の粒子に破壊・欠損が認められる
×：ほぼ全ての磁性粉末の粒子に破壊・欠損が認められる
次いで、伸縮動作後の磁性粉末に対し、ＪＩＳ Ｃ ６００６８−２−３に規定の条件に準じた下記の条件で、高温高湿環境下における加速試験を行った。

＜高温高湿加速試験の条件＞
・温度 ：４０±２℃
・相対湿度：９３^＋２ _−３％
・試験時間：４日
そして、試験後の磁性粉末に錆が発生しているか否かを、光学顕微鏡による観察に基づき、以下の評価基準にしたがって評価した。
＜錆の有無の評価基準＞
無：磁性粒子に錆の発生がほとんど認められない
有：多数の磁性粒子に錆の発生が認められる
以上、２．１および２．２の評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、各実施例で得られた磁性流体では、耐久性の評価試験後においても形状変化がほとんど認められなかった。また、耐久性の評価試験後に高温高湿加速試験を行ったところ、各実施例で得られた磁性粉末では、錆の発生が認められなかった。したがって、各実施例で得られた磁性粉末は、耐久性、防錆力に優れたものであるといえる。

一方、各比較例で得られた磁性流体では、多数の磁性粒子に破壊・欠損が認められたものが多かった。なお、破壊・欠損の認められる磁性粉末では、その磁気特性が当初の特性から変化してしまうため、磁性流体全体の磁気特性も当初との特性から変化してしまうこととなる。すなわち、そのような磁性流体を用いたダンパーは、本来の緩衝性能から逸脱してしまうおそれがある。
また、磁性粒子の破壊・欠損が認められた磁性流体では、破壊・欠損が生じていない粒子が凝集している様子が認められた。これは、耐久性の評価試験に伴って粒子表面の酸化物被膜が失われ、それに伴って界面活性剤が脱落し、分散状態を維持できなくなったためと考えられる。

１……ダンパー ２……シリンダー ２ａ……ロッド側室 ２ｂ……ピストン側室 ２１……天井部 ２２……外筒 ２３……内筒 ２３１……オリフィス ２４……ベースバルブ ２４１……オリフィス ２５……第１リザーバ室 ２６……第２リザーバ室 ３……ピストン ３１……ピストンロッド ３２、３３……オリフィス ３４……弁体 ４……コイル ５……電源回路 ８……上部材 ９……下部材 １０……磁性流体

Claims (12)

1. Ｃｒと、Ｍ（ＭはＳｉおよびＡｌの少なくとも一方）と、を含み、残部がＦｅおよび不可避元素で構成されており、
   Ｃｒの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であり、かつ、Ｍの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であることを特徴とする磁性流体用磁性粉末。
2. Ｃｒの含有率をａとし、Ｍの含有率をｂとしたとき、ｂ／ａは０．０５以上１２以下である請求項１に記載の磁性流体用磁性粉末。
3. Ｓｉの含有率が１質量％以上１２質量％以下である請求項１または２に記載の磁性流体用磁性粉末。
4. Ａｌの含有率が１質量％以上６質量％以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁性流体用磁性粉末。
5. 平均粒径が１μｍ以上２０μｍ以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の磁性流体用磁性粉末。
6. 酸素含有率が質量比で１００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の磁性流体用磁性粉末。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の磁性流体用磁性粉末と、
   前記磁性流体用磁性粉末の粒子表面を覆う界面活性剤と、
   前記磁性流体用磁性粉末を分散させる液相分散媒と、を有することを特徴とする磁性流体。
8. 前記磁性流体用磁性粉末の含有率が５０〜９５質量％である請求項７に記載の磁性流体。
9. 前記界面活性剤は、オレイン酸塩を主成分とするものである請求項７または８に記載の磁性流体。
10. 前記液相分散媒は、炭化水素系オイル、シリコーン系オイルまたはフッ素系オイルを主成分とするものである請求項７ないし９のいずれかに記載の磁性流体。
11. 請求項７ないし１０のいずれかに記載の磁性流体を貯留するシリンダーと、
    該シリンダー内を摺動し、前記シリンダー内の空間を２つに仕切るピストンと、
    一端が前記ピストンに接続され、他端が前記シリンダーの外部に位置するピストンロッドと、
    前記シリンダー内に貯留された前記磁性流体に及ぶように磁界を形成する磁界形成手段と、を有し、
    磁界の作用によって前記磁性流体の流体特性を変化させることにより、減衰力を制御し得ることを特徴とするダンパー。
12. 前記ピストンに形成され、前記２つの空間と互いに連通する流路を有し、
    前記磁界形成手段が前記流路近傍に設けられており、前記流路を通過する前記磁性流体に及ぶように磁界を形成して流体特性を変化させることにより、減衰力を制御し得る請求項１１に記載のダンパー。

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