JP2016100433A

JP2016100433A - 磁性流体

Info

Publication number: JP2016100433A
Application number: JP2014235498A
Authority: JP
Inventors: 里美藤岡; Satomi Fujioka; 泰丈廣田; Yasutake Hirota; 秀隆薩川; Hidetaka Satsukawa
Original assignee: Ferrotec Corp
Current assignee: Ferrotec Material Technologies Corp
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-30
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: JP5977321B2

Abstract

【課題】磁性流体を介した成分の流通を抑制できるようにするための技術を提供する。【解決手段】磁性流体は、磁性粒子および酸化防止剤を溶媒中に含有してなるものである。これらのうち、磁性粒子は、それぞれの粒子径が８ｎｍ以上であり、酸化防止剤は、その含有量として、１０重量％未満の値で磁性粒子の粒子径が大きいほど小さい値が選択されている。酸化防止剤の含有量が異なる複数の溶媒のうち、それぞれを所定の温度環境（通常想定される温度環境）下に一定期間おくと、それぞれ外部からの水分などの成分を吸着して重量が変化（増加）することが確認された。この傾向に照らせば、酸化防止剤の含有量１０重量％未満の領域では、磁性粒子の粒子径を８ｎｍ以上１５ｎｍ以下とし、その粒子径に応じた酸化防止剤のピーク含有量である１０重量％未満〜０．４重量％を選択することが望ましい。【選択図】図４

Description

本発明は、磁性粒子および酸化防止剤を溶媒中に含有する磁性流体に関する。

近年、磁性粒子を溶媒中に含有してなる磁性流体においては、酸化による劣化を抑制して長寿命化を図るべく酸化防止剤を含有させることが行われている（特許文献１参照）。

特許第４１９７０５６号公報

また、磁性流体では、基材である溶媒中に水分などの外部成分が吸着されると、これが磁気性能、耐熱性、分散性などの特性そのものに悪影響を与え、シール材、センサー、モータ、軸受け、ダンパー、スピーカ、その他アクチュエータなど磁性流体を使用する製品の性能を低下させてしまうだけでなく、磁性流体を介して製品内部に流通した成分がサビの発生要因になるなど製品自体を損傷させてしまう恐れがある。

具体的な例として、磁性流体をシール材として用いることを考えると、この磁性流体に分けられる空間それぞれに気圧差ができるような環境下では、気圧の高い側にある水分などの成分が磁性流体に吸着され、これが気圧の低い空間側に放出されることにより、一方の空間側から他方の空間側へと成分が流通してしまう可能性がある。

特に、空間を大気側と真空側とに分ける真空シールのシール材として用いる場合には、上記のような意図しない成分の流通が極僅かであっても真空シールとしての耐圧性能に影響を与えるため、その流通を極力抑制できるようにしておくことが望ましい。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、磁性流体への外部成分の吸着や、磁性流体を介した成分の流通を抑制できるようにするための技術を提供することである。

上記課題を解決するため第１の構成（請求項１）は、磁性粒子および酸化防止剤を溶媒中に含有する磁性流体であって、前記磁性粒子は、それぞれの粒子径が８ｎｍ以上であり、前記酸化防止剤は、その含有量として、１０重量％未満の値で前記磁性粒子の粒子径が大きいほど小さい値が選択されている。

また、この構成は、以下に示す第２の構成（請求項２）のようにするとよい。第２の構成において、前記磁性粒子は、それぞれの粒子径が８ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲から選択されたものであり、前記酸化防止剤は、０．４重量％以上１０重量％未満の値で、前記磁性粒子における前記中心値が大きいほど含有量として小さい値が選択されている。

また、前記酸化防止剤の含有量が異なる複数の前記溶媒のうち、それぞれを所定の温度環境下に一定期間おいたときの重量変化が最も小さくなる溶媒における前記酸化防止剤の含有量（ピーク含有量）が、該溶媒に含有された前記磁性粒子の粒子径が大きいほど小さくなる場合であれば、上述した各構成は、以下に示す第３の構成（請求項３）のようにするとよい。

第３の構成において、前記酸化防止剤は、その含有量として前記磁性粒子の粒子径に応じた前記ピーク含有量が選択されている。
ところで、上述した磁性粒子は、フェロ磁性を示す粒子、反フェロ磁性を示す粒子、常磁性または超常磁性を示す粒子のうちの１種類以上の粒子からなるものであり、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、カルボニル鉄、鉄合金、酸化鉄、窒化鉄、炭化鉄、低炭素鋼、希土類、これらの混合物、または、これら１種類以上の合金を材料とすることが考えられる。

また、上述した溶媒は、極性キャリア液体や無極性キャリア液体であり、極性キャリア液体として、エステル油であるポリオールエステル、ジエステル、コンプレックスエステルなどを用いたり、無極性キャリア液体として、炭化水素油であるポリαオレフィン、アルキルナフタレン、ポリエーテルなど、または、シリコーンオイルであるジメチルシリコーン、変性シリコーン、ジエチルシリコーンなどを用いることが考えられる。

また、上述した酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、硫黄・りん系酸化防止剤、有機硫黄系酸化防止剤、金属不活性化剤、アミン系酸化防止剤などを用いることが考えられる。

これらのうち、フェノール系酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチルパラクレゾールや４，４’メチレンビスなどが挙げられ、硫黄・りん系酸化防止剤としては、ジアルキルジチオりん酸亜鉛やジアリルジチオりん酸亜鉛などが挙げられ、有機硫黄系酸化防止剤としては、硫化油脂、ジベンジルジサルファイドやジセチルサルファイドなどが挙げられ、金属不活性化剤としては、Ｎ，Ｎ’ジサリチリデン−１，２−ジアミノプロパン、ベンゾトリアゾールや２（ｎ−ドデシルジチオ）ベンズイミダゾールなどが挙げられる。

また、アミン系酸化防止剤としては、第４の構成（請求項４）のように、芳香族アミン類であるアリルアミンを用いることが好ましく、より好ましくは、第５の構成（請求項５）のように、アリルアミンとしてアルキルジフェニルアミンを用いるとよい。

以上説明した磁性流体であれば、高温環境下での水分蒸発を抑えられるだけでなく、通常の使用環境においても水分などの吸着による重量変化が抑えられるため、磁性流体を介した成分の流通を抑制することができる。

そのため、この磁性流体をシール材として用いた場合に、この磁性流体に分けられる空間それぞれに気圧差ができるような環境下であっても、気圧の高い側にある水分などの成分が磁性流体に吸着され、これが気圧の低い空間側に放出されることも抑えられ、一方の空間側から他方の空間側への成分の流通を抑制することができる。

酸化防止剤の含有量に応じた磁性流体の実験による重量変化度合それぞれを、実験前後の重量比で示した表酸化防止剤の含有量に応じた磁性流体の実験による重量変化度合それぞれを、酸化防止剤の含有量０の場合における実験前後の重量変化度合に対する変化割合（各含有量の場合の重量変化度合／含有量０の場合の重量変化度合）で示した表ピーク含有量の傾向を実験結果に基づいて示したグラフピーク含有量の傾向を実験結果の近似直線に基づいて示したグラフ

本実施形態における磁性流体は、磁性粒子および酸化防止剤を溶媒中に含有してなるものである。これらのうち、磁性粒子は、それぞれの粒子径が８ｎｍ以上であり（本実施形態では、粒子径が８ｎｍ以上の値を中心に正規分布するように選択されたもの）、酸化防止剤は、その含有量として、１０重量％未満の値で磁性粒子の粒子径が大きいほど小さい値が選択されている。

なお、本願出願人は、酸化防止剤を異なる含有量（６，１０，１５［重量％］）で含有する複数種類の溶媒それぞれを所定温度（１２５℃）のドライオーブン内におき、一定期間（１５０時間程度）にわたり定期的に重量変化を確認する実験によって、酸化防止剤が１０重量％以上含有される場合に水分蒸発による重量変化（減少幅）が１０重量％以上の場合より大きくなることを見出しており（６重量％…３．５％減少、１０重量％…４％減少、１５重量％…４％減少）、固形化（ゲル化）が促進されないようにすべく、上限を１０重量％未満に設定している。

また、上述した磁性粒子は、フェロ磁性を示す粒子、反フェロ磁性を示す粒子、常磁性または超常磁性を示す粒子のうちの１種類以上の粒子からなるものであり、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、カルボニル鉄、鉄合金、酸化鉄、窒化鉄、炭化鉄、低炭素鋼、希土類、これらの混合物、または、これら１種類以上の合金を材料とすることが考えられる。

また、上述した酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、硫黄・りん系酸化防止剤、有機硫黄系酸化防止剤、金属不活性化剤、アミン系酸化防止剤などを用いることが考えられる。これらのうち、フェノール系酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチルパラクレゾールや４，４’メチレンビスなどが挙げられ、硫黄・りん系酸化防止剤としては、ジアルキルジチオりん酸亜鉛やジアリルジチオりん酸亜鉛などが挙げられ、有機硫黄系酸化防止剤としては、硫化油脂、ジベンジルジサルファイドやジセチルサルファイドなどが挙げられ、金属不活性化剤としては、Ｎ，Ｎ’ジサリチリデン−１，２−ジアミノプロパン、ベンゾトリアゾールや２（ｎ−ドデシルジチオ）ベンズイミダゾールなどが挙げられる。また、アミン系酸化防止剤としては、芳香族アミン類であるアリルアミンを用いることが好ましく、より好ましくは、アリルアミンとしてアルキルジフェニルアミンを用いるとよい。

ここで、酸化防止剤の含有量が異なる複数の溶媒のうち、それぞれを所定の温度環境（通常想定される温度環境）下に一定期間おくと、それぞれ外部からの水分などの成分を吸着して重量が変化（増加）することが実験的に確認された。この重量変化は、酸化防止剤の含有量および磁性粒子の粒子径に応じた変化度合を示している（図１）。

・酸化防止剤 … 芳香族アミン（ジノニルジフェニルアミン）
・溶媒 … 合成炭化水素油（ポリαオレフィン）
・磁性粒子 … 酸化鉄（マグネタイト・マグヘマイト混成ナノ粒子）
・酸化防止剤の含有量 … ０，１，２，３．５，６，７（重量％）
・磁性粒子の粒子径 … ８，１０，１２，１４（ｎｍ）
・所定の温度 … ３０（℃）
・所定の湿度 … ９０（％）
・一定期間 … １２０（時間）
具体的にいえば、重量変化の最も小さい溶媒における酸化防止剤の含有量（ピーク含有量）は、その溶媒に含有された磁性粒子の粒子径により異なっている（図２）。このピーク含有量を磁性粒子の粒子径ごとにプロットすると、溶媒に含有された磁性粒子における粒子径が大きいほど、ピーク含有量が小さくなることがわかる（図３）。

この傾向に照らせば、酸化防止剤の含有量１０重量％未満の領域では、磁性粒子の粒子径を８ｎｍ以上１５ｎｍ以下とし、その粒子径に応じた酸化防止剤のピーク含有量である１０重量％未満〜０．４重量％を選択することが望ましい（図４）。実験の結果に照らせば、このピーク含有量を上限として酸化防止剤の含有量を選択することとしてもよい。

以上説明したような磁性流体であれば、高温環境下での水分蒸発を抑えられるだけでなく、通常の使用環境においても水分などの吸着による重量変化が抑えられるため、磁性流体を介した成分の流通を抑制することができる。

このような優れた効果は、上述した磁性流体を、真空シールのシール材のように極僅かな成分の流通が耐圧性能に影響を与えるシール材として用いた場合に顕著となる。

上記課題を解決するため第１の構成は、磁性粒子および酸化防止剤を溶媒中に含有する磁性流体であって、前記磁性粒子は、それぞれの粒子径が８ｎｍ以上であり、前記酸化防止剤は、その含有量として、１０重量％未満の値で前記磁性粒子の粒子径が大きいほど小さい値が選択されている。

また、この構成は、以下に示す第２の構成のようにするとよい。第２の構成において、前記磁性粒子は、それぞれの粒子径が８ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲から選択されたものであり、前記酸化防止剤は、０．４重量％以上１０重量％未満の値で、前記磁性粒子における前記中心値が大きいほど含有量として小さい値が選択されている。

また、前記酸化防止剤の含有量が異なる複数の前記溶媒のうち、それぞれを所定の温度環境下に一定期間おいたときの重量変化が最も小さくなる溶媒における前記酸化防止剤の含有量（ピーク含有量）が、該溶媒に含有された前記磁性粒子の粒子径が大きいほど小さくなる場合であれば、上述した各構成は、以下に示す第３の構成のようにするとよい。

また、アミン系酸化防止剤としては、第４の構成のように、芳香族アミン類であるアリルアミンを用いることが好ましく、より好ましくは、第５の構成のように、アリルアミンとしてアルキルジフェニルアミンを用いるとよい。

Claims

磁性粒子および酸化防止剤を溶媒中に含有する磁性流体であって、
前記磁性粒子は、それぞれの粒子径が８ｎｍ以上であり、
前記酸化防止剤は、その含有量として、１０重量％未満の値で前記磁性粒子の粒子径が大きいほど小さい値が選択されている
ことを特徴とする磁性流体。
前記磁性粒子は、それぞれの粒子径が８ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲から選択されたものであり、
前記酸化防止剤は、０．４重量％以上１０重量％未満の値で、前記磁性粒子における前記中心値が大きいほど含有量として小さい値が選択されている
ことを特徴とする請求項１に記載の磁性流体。
前記酸化防止剤の含有量が異なる複数の前記溶媒のうち、それぞれを所定の温度環境下に一定期間おいたときの重量変化が最も小さくなる溶媒における前記酸化防止剤の含有量（ピーク含有量）が、該溶媒に含有された前記磁性粒子の粒子径が大きいほど小さくなる場合において、
前記酸化防止剤は、その含有量として前記磁性粒子の粒子径に応じた前記ピーク含有量が選択されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性流体。
前記酸化防止剤は、芳香族アミン類である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁性流体。
前記酸化防止剤は、アルキルジフェニルアミンである
ことを特徴とする請求項４に記載の磁性流体。