JP2022070435A - 磁気粘性流体 - Google Patents

Abstract

【課題】粘性と沈降性のバランスが取れた磁気粘性流体を得ること。【解決手段】かかる課題は、磁性体と、磁性体を分散可能な媒体と、磁性体を保持する磁性体保持構造を形成しつつ、磁性体を媒体中に分散させる分散剤と、磁性体保持構造を補強する補強剤と、を含み、磁性体の配合量は、媒体と磁性体の和に対して２５重量％～７５重量％であり、媒体の配合量は、媒体と磁性体の和に対して２５重量％～７５重量％であり、分散剤の配合量は、媒体と磁性体の和に対して０．５重量％～６重量％であり、補強剤の配合量は、分散剤の重量に対して５重量％～３００重量％であることを特徴とする磁気粘性流体により達成される。【選択図】なし

Description

本発明は、磁気粘性流体に関する。

磁気粘性（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ：ＭＲ）流体は、鉄やマグネタイト等の磁性粒子を、所定の分散媒に分散させた流体である（例えば、特許文献１参照）。磁気粘性流体は、レオロジー特性や力学的な性質を制御できる材料であるため、例えば、自動車向けのマウント装置やダンパ装置及び建設機械向けシートダンパ等の直動型デバイスとして主に用いられている。

特表２００６－５０５９３７号公報

ところで、磁気粘性流体は、放置しておくと磁性粒子の沈降による凝集が発生するという問題がある。このような場合、媒体を高粘度化することにより磁性粒子の沈殿速度を抑制するチキソ剤添加技術が採用される。磁気粘性流体にチキソ性を付与することにより静置時の磁性粒子の沈降を抑制しつつ、動的粘度が低下することにより磁性流体としての特性を発揮させている。

しかし、磁性粒子の沈降を十分に抑制するために磁気粘性流体の静的粘度を増大させると取り扱いが難しくなるという問題が生じる。さらに、動的粘度も増大するため、磁気粘性流体としての特性が得られ難くなるという問題も生じる。
本発明の目的は、粘性と沈降性のバランスが取れた磁気粘性流体を得ることにある。

本発明によれば、磁性体と、前記磁性体を分散可能な媒体と、前記磁性体を保持する磁性体保持構造を形成しつつ、当該磁性体を前記媒体中に分散させる分散剤と、前記磁性体保持構造を補強する補強剤と、を含み、前記磁性体の配合量は、前記媒体と当該磁性体の和に対して２５重量％～７５重量％であり、前記媒体の配合量は、当該媒体と前記磁性体の和に対して２５重量％～７５重量％であり、前記分散剤の配合量は、前記媒体と前記磁性体の和に対して０．５重量％～６重量％であり、前記補強剤の配合量は、前記分散剤の重量に対して５重量％～３００重量％であることを特徴とする磁気粘性流体が提供される。

ここで、前記分散剤は、レオロジーコントロール剤を含むことが好ましい。
さらに、前記分散剤は、シリカを含み、前記磁性体保持構造は、網目構造を有することが好ましい。
前記シリカは、一次粒子径が１０ｎｍより大きいことが好ましい。
前記シリカは、湿式法シリカであることが好ましい。
前記湿式法シリカは、二次粒子径が２．５μｍより小さいことが好ましい。
前記補強剤は、ポリヒドロキシカルボン酸誘導体から選ばれることが好ましい。
さらに、前記ポリヒドロキシカルボン酸誘導体は、ポリヒドロキシカルボン酸アミドまたはポリヒドロキシカルボン酸エステルを含むことが好ましい。

本発明によれば、粘性と沈降性のバランスが取れた磁気粘性流体が得られる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する（以下、実施の形態）。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

（媒体）
本実施の形態において、磁気粘性流体の媒体としては、鉱物油、植物油、グリコール系液体、シリコーンオイル、水等を使用することができる。具体的には、例えば、ポリ－α－オレフィン、菜種エステル油、炭化水素油、エチレングリコール、プロピレングリコール、イソパラフィン、アルキルナフタレン、フッ素オイル、パーフルオロエーテル等が挙げられる。これらの媒体は、単独または種々混合して用いられる。
本実施の形態では、媒体としてエチレングリコール、プロピレングリコール及び水の混合媒体を用いている。

本実施の形態では、磁気粘性流体における媒体の配合量は、媒体と磁性体の和に対して通常２５重量％～７５重量％であり、好ましくは３０重量％～５０重量％である。磁気粘性流体中の媒体の量が過度に少ないと粘度が著しく上昇し、磁気粘性流体自体の流動性が低下する傾向があるので好ましくない。組成物中の媒体の量が過度に多いと磁性体の相対含有量が低下し、磁場印加時に十分な粘度変化及び剪断応力が得られない傾向があるので好ましくない。

（磁性体）
本実施の形態において、磁性体としては、常磁性化合物、超常磁性化合物、強磁性化合物が使用される。具体的には、例えば、鉄、鉄合金、酸化鉄、窒化鉄、炭化鉄、二酸化クロム、低炭素鋼、珪素鋼、ニッケル、コバルト、及びそれらの混合物等が挙げられる。酸化鉄は、純酸化鉄、少量のマンガン、亜鉛、バリウム等を含有するものを含む。また、カルボニル鉄粉等の親水化表面処理された鉄粉、表面に酸化膜が形成された鉄（ｈａｒｄグレート）、表面の酸化膜が取り除かれた鉄（ｓｏｆｔグレート）、マグタイト、マンガン亜鉛フェライト等も挙げられる。さらに、アルミニウム、シリコン、コバルト、ニッケル、バナジウム、モリブデン、クロム、タングステン、マンガン、銅等を含有する合金等も使用が可能である。また、用いる溶媒によっては、これらの表面に疎水処理を施しても良い。

磁性体の粒子径は、通常、０．５μｍ～５０μｍであり、好ましくは１μｍ～２０μｍである。磁性体の粒子径が過度に小さいと、外部磁場印加時に十分な剪断応力が得られない傾向があるので好ましくない。磁性体の粒子径が過度に大きいと、磁性粒子が沈降しやすくなったり、摺動時のフリクションが増加する傾向があるので好ましくない。

本実施の形態では、磁気粘性流体における磁性体の配合量は、媒体と磁性体の和に対して通常２５重量％～７５重量％であり、好ましくは５０重量％～７０重量％である。磁気粘性流体中の磁性体の量が過度に少ないと、磁場印加有条件下における動粘度が増大せず、磁気粘性流体としての性能が著しく劣る傾向があるので好ましくない。磁気粘性流体中の磁性体の量が過度に多いと、流体が粘土状になり磁気粘性流体の特徴である流動性が極めて低下する傾向があるので好ましくない。

（分散剤）
本実施の形態において使用する分散剤は、磁性体を網状に包み込みつつ媒体中に分散させ、かつ媒体中で網目を形成する物質である。このような物質としては、レオロジーコントロール剤、高分子増粘剤、多糖類増粘剤等を添加することにより組成物の粘度を増大させる増粘剤；ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤、高分子界面活性剤、顔料分散剤、脂肪酸、アミン類、アミド類、イミド類、金属せっけん、脂肪酸オリゴマー化合物、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤等の磁性体粒子に吸着する界面活性剤等が挙げられる。

なかでも、レオロジーコントロール剤は、磁気粘性流体の低剪断速度域の剪断粘度を高くしつつ、高剪断速度域では、剪断粘度が低くなるような流動特性を付与する添加剤として好ましい。レオロジーコントロール剤としては、例えば、シリカ（例えば、湿式法シリカ、乾式法シリカ、ゲル化法シリカ）、クレイ等の無機系化合物系レオロジーコントロール剤；ウレア変性ポリマー、ウレタン変性ポリマー、ひまし油ワックス、ポリエチレンワックス、ポリアマイドワックス、脂肪酸アマイドワックス、繊維状高分子化合物、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）等の有機系化合物系レオロジーコントロール剤が挙げられる。これらのレオロジーコントロール剤は１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本実施の形態において、レオロジーコントロール剤として、例えば、湿式法シリカの場合、湿式法シリカの粒子径は、通常、一次粒子径が３ｎｍ以上であり、二次粒子径が２０μｍ以下である。また、乾式法シリカの場合、通常、一次粒子径が７ｎｍ以上である。シリカの粒子径が過度に小さいと、シリカ同士が凝集し、凝集塊となる傾向があるので好ましくない。シリカの粒子径が過度に大きいと、シリカにより形成される三次元の網目構造の網目が大きくなり保持効果が低下する傾向があるので好ましくない。

本実施の形態では、磁気粘性流体における分散剤の配合量は、媒体と磁性体の和に対して通常０．５重量～６重量％であり、好ましくは２重量％～６重量％である。磁気粘性流体中の分散剤の量が過度に少ないと、磁性体を保持するのに十分な網目構造が形成できず、耐沈降性が低下する傾向があるので好ましくない。磁気粘性流体中の分散剤の量が過度に多いと、磁気粘性流体の粘度が増大することで、流体の脱気や取り扱い作業性が低下する傾向があるので好ましくない。

（補強剤）
本実施の形態において、補強剤を配合することにより、前述した分散剤より形成される磁性体を包み込み媒体中における網目が補強される。これにより、磁性体同士の凝集が抑制され、磁性体の沈降性を低下させることができる。補強剤としては、ポリヒドロキシカルボン酸誘導体が挙げられる。ポリヒドロキシカルボン酸誘導体の具体的な化合物としては、例えば、ポリヒドロキシカルボン酸アミド、ポリヒドロキシカルボン酸エステル等が挙げられる。

本実施の形態では、磁気粘性流体における補強剤の含有量は、分散剤の重量に対して、通常５重量％～３００重量％、好ましくは１０重量％～２００重量％である。磁気粘性流体中の補強剤の量が過度に少ないと、分散剤により形成される構造体の補強効果が十分得られず、磁性体の耐沈降性が低下する傾向があるので好ましくない。磁気粘性流体中の補強剤の量が過度に多いと、補強剤同士が自己会合することで、分散剤により形成される構造体の補強効果が十分得られず、磁性体の耐沈降性が低下する傾向があるので好ましくない。

なお、本実施の形態に係る磁気粘性流体には、必要に応じて、上述した成分以外に、例えば、摩耗防止剤、極圧剤、さび止め剤、摩擦調整剤、固体潤滑剤、酸化防止剤、消泡剤、着色剤、粘度調整剤等その他添加剤を配合してもよい。この場合、これら添加剤についてはそれぞれ、１種単独もしくは２種類以上を組み合わせて併用してもよい。

以下に、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。尚、実施例及び比較例中の部及び％は、特に断らない限り総て重量基準である。

（１）磁気粘性流体の調製
表１に示す組成の磁気粘性流体を調製した。
まず、媒体に分散剤と補強剤を添加・攪拌する。次に磁性体を添加して攪拌する。攪拌を停止すると、分散剤と補強剤の結合により網目構造が形成され、粘度が向上する。この際、形成される網目構造の隙間からなる磁性体保持構造に、磁性体が保持された状態となる。その後、再度溶液に剪断力が加わると、網目構造が崩壊し、粘性が低下する。
なお、本実施の形態に係る磁気粘性流体の製造方法は特に限定されず、媒体、磁性体、分散剤、補強剤および必要に応じその他添加剤を任意の順序で混合して調製することができる。

（２）磁気粘性流体の試験
（ａ）沈降性試験
磁気粘性流体をサンプル瓶（容器容量２４ｍｌ）内で調整し、これを２３℃で静置保管した。１０００時間経過後に、磁気粘性流体の全流体高さ（全液量［ｍｍ］）に対し流体液面から媒体（上澄み）と磁性体混合成分（沈降成分）が分離した界面までの高さ（分離量［ｍｍ］）を測定し、沈降率［％］＝（分離量［ｍｍ］／全液量［ｍｍ］）×１００より分散安定性を評価した。沈降率［％］の数値が小さいほど、耐沈降性が良好である。

（ｂ）動粘度測定
Ｂ型粘度計を用いて、２５℃条件下、サンプル瓶中に入れた磁気粘性流体について、カネテック株式会社製マグネットベース（型式ＭＢ－Ｔ３）を用いた磁場印加有条件下（磁場有り）と、磁場印加無条件下（磁場無し）とにおける動粘度（ｃＳｔ）をそれぞれ測定した。測定値が小さいほど低粘度である。

（ｃ）磁場特性
磁場印加有条件下の動粘度（ＯＮ）と磁場印加無条件下における動粘度（ＯＦＦ）との比（動粘度比：ＯＮ／ＯＦＦ比）を求め、磁気粘性流体としての磁場特性の指標とした。動粘度比（ＯＮ／ＯＦＦ比）が大きいほど、適用範囲が広く使いやすい磁気粘性流体であると言える。

（実施例１～実施例１０，比較例１～比較例５）
表１、表２に示す磁気粘性流体について、沈降性、動粘度及び剪断応力を測定した（実施例１～実施例１０）。また、比較例として、表３に示す組成物を調製し、実施例１と同じ条件で沈降性及び動粘度を測定した（比較例１～比較例５）。結果を表１～表３に示す。なお、表１～表３中の補強剤の配合量は、磁気粘性流体に配合した分散剤に対する濃度（重量％）として記載した。また、実施例および比較例で使用した磁気粘性流体の成分の由来を表２の下欄に記載した。

（媒体）
エチレングリコール系溶媒：シーシーアイ株式会社製

（磁性体）
カルボニル鉄粉１：Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｉａｎｙｉ Ｕｌｔｒａ－Ｆｉｎｅ Ｍｅｔａｌ Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ製ＭＲＦ－３５，粒径２．５ミクロン
カルボニル鉄粉２：Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｉａｎｙｉ Ｕｌｔｒａ－Ｆｉｎｅ Ｍｅｔａｌ Ｐｏｗｄｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ製ＹＭＩＭ－７３，粒径５．０ミクロン

（分散剤）
シリカ１：東ソー株式会社製ニプシールＣＸ－２００，一次粒子径＝４ｎｍ、二次粒子径＝１．７μｍ
シリカ２：東ソー株式会社製ニプシールＥ－２００Ａ，一次粒子径＝２０ｎｍ、二次粒子径＝２．５～３．５μｍ
シリカ３：東ソー株式会社製ニプシールＳＰ－２００，一次粒子径＝１５ｎｍ、二次粒子径＝１～２μｍ
シリカ４：東ソー株式会社製ニプシールＶＮ３，一次粒子径＝１５ｎｍ、二次粒子径＝１８μｍ以上

（補強剤）
ポリヒドロキシカルボン酸アミド誘導体：ＢＹＫ－Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ製ＲＨＥＯＢＫＹ－７４０５（ポリヒドロキシカルボン酸アミドのポリプロピレングリコール６００の溶液，濃度５２％）
ポリヒドロキシカルボン酸エステル誘導体：ＢＹＫ－Ｃｈｅｍｉｅ ＧｍｂＨ製ＲＨＥＯＢＫＹ－６０６（ポリヒドロキシカルボン酸エステル単体）

表１、表２に示す結果から、本実施の形態に係る磁気粘性流体（実施例１～実施例１０）は、磁気粘性流体に含まれる磁性体の沈降性、凝集性が抑制され、粘性と沈降性のバランスが良好な磁気粘性流体であることが分かる。

これに対し、補強剤（ポリヒドロキシカルボン酸誘導体）を配合しない場合（比較例１，２）は、磁性体の沈降性が改良されないことが分かる。分散剤（シリカ）の配合量が過度に多い（８重量％）場合（比較例３）は、流体が粘土状になり動粘度測定が困難となることが分かる。磁性体（カルボニル鉄粉）の配合量が過度に少ない（２０重量％）場合（比較例４）は、動粘度比（ＯＮ／ＯＦＦ比）が２９であるものの、磁気粘性流体の動粘度が小さく、さらに、磁場印加有条件下における動粘度が小さく、磁気粘性流体としての性能が劣ることが分かる。磁性体（カルボニル鉄粉）の配合量が過度に多い（８０重量％）場合（比較例５）は、流体が粘土状になり動粘度測定が困難となることが分かる。

Claims (8)

1. 磁性体と、
   前記磁性体を分散可能な媒体と、
   前記磁性体を保持する磁性体保持構造を形成しつつ、当該磁性体を前記媒体中に分散させる分散剤と、
   前記磁性体保持構造を補強する補強剤と、を含み、
   前記磁性体の配合量は、前記媒体と当該磁性体の和に対して２５重量％～７５重量％であり、
   前記媒体の配合量は、当該媒体と前記磁性体の和に対して２５重量％～７５重量％であり、
   前記分散剤の配合量は、前記媒体と前記磁性体の和に対して０．５重量％～６重量％であり、
   前記補強剤の配合量は、前記分散剤の重量に対して５重量％～３００重量％である
   ことを特徴とする磁気粘性流体。
2. 前記分散剤は、レオロジーコントロール剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性流体。
3. 前記分散剤は、シリカを含み、前記磁性体保持構造は、網目構造を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気粘性流体。
4. 前記シリカは、一次粒子径が１０ｎｍより大きいことを特徴とする請求項３に記載の磁気粘性流体。
5. 前記シリカは、湿式法シリカであることを特徴とする請求項４に記載の磁気粘性流体。
6. 前記湿式法シリカは、二次粒子径が２.５μｍより小さいことを特徴とする請求項５に記載の磁気粘性流体。
7. 前記補強剤は、ポリヒドロキシカルボン酸誘導体から選ばれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気粘性流体。
8. 前記ポリヒドロキシカルボン酸誘導体は、ポリヒドロキシカルボン酸アミドまたはポリヒドロキシカルボン酸エステルを含むことを特徴とする請求項７に記載の磁気粘性流体。