JP2023017481A - 磁気粘性流体 - Google Patents

Abstract

【課題】チキソ剤の特性を利用し、かつ沈降性のバランスが取れた磁気粘性流体を得る。【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を含み、セピオライト、スメクタイトから選択される少なくとも１つの分散剤、または、セピオライトとベントナイトとからなる分散剤と、を含む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体を、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）。

特表２００６－５０５９３７号公報

磁気粘性流体は、放置しておくと磁性体が沈降するという問題がある。そのため、磁性体の沈降対策として、例えば、増粘剤または高粘度媒体を使用する、あるいは磁性体の沈殿速度を抑制するチキソ剤添加技術が採用される。
しかし、上記チキソ剤添加技術においては磁気粘性流体が静的状態では高粘度であっても、動的状態ではチキソ剤同士の水素結合が切れるために低粘度化し、磁性体の沈降を引き起こすという問題が生じる。
本発明の目的は、チキソ剤の特性を利用し、かつ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、セピオライト、スメクタイトから選択される少なくとも１つの分散剤と、を含むことを特徴とする磁気粘性流体が提供される。

また、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、セピオライトとベントナイトとからなる分散剤と、を含むことを特徴とする磁気粘性流体が提供される。

ここで、前記磁気粘性流体において、前記磁性体の濃度が２５重量％～７５重量％であり、前記媒体の濃度が２５重量％～７５重量％であり、前記分散剤の濃度が０．５重量％～６重量％であることが好ましい。
さらに、補強剤を含むことが好ましい。
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。
前記磁気粘性流体において、前記補強剤の濃度が０．０２５重量％～１８重量％であることが好ましい。

本発明によれば、チキソ剤の特性を利用し、かつ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濃度が２５重量％～７５重量％であり、好ましくは濃度が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性流体の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、前記磁性体が親水化表面処理されたもの、カルボニル鉄粉等、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、磁性体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濃度が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と考えられる。分散剤として使用する物質として、セピオライト、スメクタイト、ベントナイトが挙げられる。

（セピオライト）
セピオライトは、天然に産出する粘土鉱物の一種であり、一般的な粘土鉱物であるカオリンやタルクなどの層状粘土鉱物とは異なる鎖状構造を有する含水珪酸マグネシウムである。セピオライトの代表的な化学構造式を次式（１）に示す。
Ｍｇ_８（ＯＨ）_４Ｓｉ_１２Ｏ_３０（Ｈ_２Ｏ）_１２ （１）
なお、化学組成は蛍光Ｘ線ファンダメンタルパラメーター法により求められる。また、セピオライトは産出される産地や精製方法によって化学組成は異なることがあり、ＳｉとＭｇのモル比は（１）式に示すものに限られない。さらに、また、Ｃａ、Ａｌ、Ｆｅ等の不純物を含む場合がある。セピオライトは、長繊維のα型と粘土状のβ型があり、中国産は主にα型、スペイン産、トルコ産、アメリカ産は主にβ型である。
分散剤としてセピオライトを配合すると、磁性体の錆が抑制される傾向があるので好ましい。これにより、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る場合、動作時の摩耗防止が期待できる。

（スメクタイト）
スメクタイトは、Ｓｉ－Ｏの四面体層状構造を有するケイ酸塩鉱物であり、各種の天然或いは合成の粘土鉱物を使用することができる。例えば、モンモリロナイト（酸性白土やベントナイト等）、バイデライト、ノントロナイト等のジオクタヘドラル型スメクタイト；サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、フライポンタイト等のトリオクタヘドラル型スメクタイト；及びスティーブンサイト等を例示することができ、これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上組み合わせて使用することもできる。これらのうち、モンモリロナイト及びスティーブンサイトからなる群より選択される少なくとも一種の構造が好ましい。これらの構造は、八面体シートの金属元素の一部に、低原子価金属元素との同型置換、欠陥等を有する。

（ベントナイト）
ベントナイトは、モンモリロナイトを主要成分とする粘土であり、ＳｉＯ_４四面体層－ＡｌＯ_６八面体層－ＳｉＯ_４四面体層から成る三層構造が数枚積層した構造を有する。この三層構造の層間に、Ｋ、Ｎａ等のアルカリ金属、Ｃａ等のアルカリ土類金属の陽イオン；水素イオン；水素イオンに配位している水分子が存在する。ベントナイトとしては、天然ベントナイト、カルシウム型ベントナイト、及び天然ベントナイトや酸性白土をアルカリ処理して製造されたナトリウム型ベントナイト等の活性ベントナイトが挙げられる。

本実施の形態では、セピオライト、スメクタイトから選択される少なくとも１つの分散剤を使用する。また、本実施の形態では、セピオライトとベントナイトとからなる分散剤を使用する。

本実施の形態では、磁気粘性流体における分散剤の濃度が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し、キャビテーション等の原因となる流体の脱気性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、前記磁気粘性流体において、前記補強剤の濃度が０．０２５重量％～１８重量％であり、好ましくは０．０５重量％～１２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％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。２４０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１２，比較例１）
表１～表３に示す磁気粘性流体について、沈降率、動粘度を測定した（実施例１～実施例１２）。また、比較例として、表１に示す組成物を調製し、実施例１と同じ条件で沈降率及び動粘度を測定した（比較例１）。結果を表１～表３に示す。なお、表１～表３中の各成分の配合量は、磁気粘性流体中の濃度（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各成分を表３の下欄に記載した。

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

（補強剤）
３）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％）

（分散剤）
４）セピオライト１：ＴＯＬＳＡ社製ＰＡＮＧＥＬ Ｂ２０
５）セピオライト２：ＴＯＬＳＡ社製ＰＡＮＧＥＬ Ｂ４２
６）ヘクトライト：クニミネ工業株式会社製スメクトン－ＳＥＮ
７）モンモリロナイト：クニミネ工業株式会社製クニピア－ＲＣ－Ｇ
８）ＢＹＫ社製ＧＡＲＡＭＡＩＴＥ－７３０５
９）ＢＹＫ社製ＧＡＲＡＭＡＩＴＥ－１９５８

表１～表３に示す結果から、分散剤としてセピオライトを配合した場合（実施例１～実施例４）、分散剤としてスメクタイトを配合した場合（実施例５～実施例８）は、磁気粘性流体に含まれる磁性体の沈降率（％）が改善されることが分かる。
実施例１～実施例８において、補強剤（ポリヒドロキシカルボン酸アミド誘導体）を配合することにより（実施例２、実施例４、実施例６、実施例８）、磁性体の沈降率（％）が改善される傾向が見られる。

さらに、分散剤としてセピオライト及びベントナイトを配合した場合（実施例９～実施例１２）は、磁気粘性流体に含まれる磁性体の沈降率（％）が大幅に改善されることが分かる。
この場合も、補強剤（ポリヒドロキシカルボン酸アミド誘導体）を配合することにより（実施例１０、実施例１２）、磁性体の沈降率（％）が改善される傾向が見られる。
このように、実施例１～実施例１２の結果から、本実施の形態に係る磁気粘性流体は、磁性体の沈降、凝集が抑制され、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、分散剤としてセピオライト、スメクタイト、ベントナイトのいずれも配合しない場合（比較例１）は、磁性体の沈降率（％）が改善せず、磁気粘性流体としての粘性と磁性体の沈降性のバランスが取れた磁気粘性流体が得られないことが分かる。

Claims (6)

1. 磁性体と、
   前記磁性体を分散可能な媒体と、
   セピオライト、スメクタイトから選択される少なくとも１つの分散剤と、
   を含むことを特徴とする磁気粘性流体。
2. 磁性体と、
   前記磁性体を分散可能な媒体と、
   セピオライトとベントナイトとからなる分散剤と、
   を含むことを特徴とする磁気粘性流体。
3. 前記磁気粘性流体において、前記磁性体の濃度が２５重量％～７５重量％であり、前記媒体の濃度が２５重量％～７５重量％であり、前記分散剤の濃度が０．５重量％～６重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気粘性流体。
4. さらに、補強剤を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気粘性流体。
5. 前記補強剤は、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４に記載の磁気粘性流体。
6. 前記磁気粘性流体において、前記補強剤の濃度が０．０２５重量％～１８重量％であることを特徴とする請求項４又は５に記載の磁気粘性流体。