JP5098763B2 - 磁性流体およびダンパー - Google Patents

Description

本発明は、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。
このような磁性流体は、外部磁界に応じて、その粘度や流動性が変化する性質を有する。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と、シリンダ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内を摺動する際の抵抗が変化する。その結果、ダンパーの減衰力の変化をもたらすことができる。

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。
このような減衰力可変ダンパーに用いる磁性流体としては、例えば、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開示されている（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による外部応力（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、磁性流体に含まれる粒子が酸化し易いため、粒子の機械的特性が低下し、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、粒子と粒子表面の界面活性剤との間において、鉄の水酸化物が発生することによって、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、粒子が凝集することによって均一粒子分散が困難となり、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、磁性流体の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。

特表２００４−５１１０９４号公報

本発明の目的は、流体特性の長期安定性に優れ、かつ、外部磁界に対する流体特性の変化の応答性に優れた磁性流体、およびかかる磁性流体を備え、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。
本発明の磁性流体は、表面を界面活性剤で覆われた磁性粒子と、
該磁性粒子を分散させる液相分散媒とを有し、
前記磁性粒子が、Ｆｅを９０〜９８．６１２質量％の割合で含み、Ｃｒを０．１〜５質量％の割合で含み、Ｐ（リン）およびＳ（硫黄）のうちの少なくとも１種の補助剤をそれぞれ０．０１〜０．５質量％の割合で含むＦｅ基合金で構成され、
前記磁性粒子の平均粒径が０．１〜２５μｍ、最大粒径が５０μｍ以下であり、
前記磁性粒子の短径をＳ［μｍ］とし、長径をＬ［μｍ］としたときのＳ／Ｌで定義されるアスペクト比の平均値が０．４〜１であり、
前記磁性粒子の表面が不働態被膜で覆われており、
前記磁性粒子のビッカース硬度が１００以上であ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優れ、かつ、外部磁界に対する流体特性の変化の応答性に優れた磁性流体が得られる。

また、これにより、Ｃｒによる耐酸化性向上の作用が十分に発揮され、磁性粒子において長期にわたる機械的特性の低下が確実に防止されるとともに、相対的にＦｅの含有率が低くなり過ぎて、磁性粒子の磁気特性（飽和磁束密度等）が著しく低下するのを防止することができる。

また、これにより、磁性粒子は、Ｆｅによる優れた磁気特性（飽和磁束密度等）と、Ｃｒによる耐酸化性とを高度に両立するものとなる。
また、このような補助剤は、Ｆｅ−Ｃｒ系金属の硬度を高めることができるので、補助剤を含むＦｅ−Ｃｒ系金属で構成された磁性粒子は、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。
また、これにより、磁性粒子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。
また、これにより、磁性粒子は球形状に近いものとなるので、その形状作用によって、より破壊・欠損し難くなる。このため、耐久性に優れた磁性粒子が得られる。
また、これにより、磁性粒子は、耐酸化性に優れたものとなり、長期にわたって機械的特性の低下を確実に防止することができる。その結果、磁性粒子が破壊・欠損するのを防止することができる。

本発明の磁性流体では、前記Ｆｅ基合金は、さらに、Ｍｎ（マンガン）を０．１〜２質量％の割合で含むことが好ましい。

本発明の磁性流体では、前記不働態被膜は、酸化クロムで構成されていることが好ましい。

本発明の磁性流体では、前記磁性粒子の飽和磁束密度は、１．７Ｔ以上であることが好ましい。
これにより、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。
本発明の磁性流体では、前記磁性粒子は、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法により製造されたものであることが好ましい。
これにより、各粒子が球形に近い形状をなし、かつ、異形状の粒子が少なく、粒径の揃った磁性粒子を効率よく製造することができ、このようにして得られた磁性粒子は、形状特性に優れたものとなるため、破壊・欠損を生じ難いものとなる。

本発明の磁性流体では、前記磁性粒子は、温度６００〜１０００℃×０．５〜１０時間の加熱条件で焼鈍処理を施したものであることが好ましい。
これにより、磁性粉末中の磁性粒子が焼鈍され、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粒子の亀裂・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、磁性粒子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、磁性粒子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。

本発明の磁性流体では、当該磁性流体における前記磁性粒子の含有率は、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と、
該シリンダ内を摺動し、前記シリンダ内の空間を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の外部に位置するピストンロッドと、
前記シリンダ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。

以下、本発明の磁性流体およびダンパーについて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
［ダンパー］
まず、本発明の磁性流体について説明する前に、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２と、シリンダ２の外部からシリンダ２の天井部２１を貫通し、シリンダ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、磁性流体１０から前述の伸縮力を緩和する方向に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を構成している。

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２の側面は、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。

このようなシリンダ２は、機械的特性および耐油性に優れた材料で構成されており、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２の天井部２１の中央部を貫通して、シリンダ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の上面には、オリフィス３２の上端開口部付近に、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）とをとるように動作する。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である。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。
電源回路５は、電源と、この電源とコイル４とを接続する導線とで構成されている。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。
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との間の距離が縮まると、それに伴って、図３（ｂ）に示すように、ダンパー１においてもピストン３がシリンダ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る。そして、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。
上部材８と下部材９との間の距離が広がると、それに伴って、図４（ｅ）に示すように、ダンパー１においてもピストン３がシリンダ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］
次に、以上のようなダンパー１に用いることができる磁性流体（本発明の磁性流体）１０について説明する。
本発明の磁性流体は、表面を界面活性剤で覆われた磁性粒子と、この磁性粒子を分散させる液相分散媒とを有している。このうち、磁性粒子は、Ｆｅ−Ｃｒ系金属材料で構成されたものである。

このような磁性流体では、界面活性剤の作用により、磁界がないときに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による外部応力（例えば、せん断力等）が継続的に付与される。ところが、このような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。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うこととなる。

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。

そこで、本発明の磁性流体では、前述したように、磁性粒子としてＦｅ−Ｃｒ系金属材料で構成された粒子を用いることとした。
Ｆｅ−Ｃｒ系金属では、Ｆｅが酸化するより先にＣｒが酸化する性質を有する。そして、Ｃｒの酸化物は化学的に極めて安定であるため、これにより、Ｆｅが酸化され難くなる。その結果、磁性粒子の酸化が防止されることとなる。

また、Ｆｅ−Ｃｒ系金属の表面には、不働態被膜と呼ばれる被膜が自然に形成される。この不働態被膜は、一般に酸化クロム等の金属酸化物で構成され、耐候性、耐酸化性に優れた被膜である。したがって、表面に不働態被膜が形成された磁性粒子は、耐酸化性に優れたものとなり、長期にわたって機械的特性の低下を確実に防止することができる。その結果、磁性粒子が破壊・欠損するのを防止することができる。
また、このような磁性粒子では、その磁気特性を主に形成しているＦｅの酸化が防止される。その結果、酸化による磁気特性の低下を確実に防止する磁性粒子が得られる。
以上のことから、Ｆｅ−Ｃｒ系金属で構成された磁性粒子を含む本発明の磁性流体を用いれば、ダンパー１の減衰力を長期にわたって安定的に制御することができる。

以下、本発明の磁性流体の構成要素について詳細に説明する。
磁性粒子を構成するＦｅ−Ｃｒ系金属は、Ｆｅを主成分とし、Ｃｒを含む金属（Ｆｅ基合金）材料である。
具体的には、Ｆｅ−Ｃｒ系金属におけるＣｒの含有率は、０．１〜５質量％程度であるのが好ましく、０．１〜３質量％程度であるのがより好ましい。Ｃｒの含有率を前記範囲内とすることにより、磁性粒子において、Ｃｒによる耐酸化性向上の作用が十分に発揮されるとともに、相対的にＦｅの含有率が低くなり過ぎて、磁性粒子の磁気特性（飽和磁束密度等）が著しく低下するのを防止することができる。

一方、Ｆｅ−Ｃｒ系金属におけるＦｅの含有率は、９０〜９９．９質量％程度であるのが好ましく、９５〜９９．９質量％程度であるのがより好ましい。Ｆｅの含有率を前記範囲内とすることにより、磁性粒子は、Ｆｅによる優れた磁気特性（飽和磁束密度等）と、Ｃｒによる耐酸化性とを高度に両立するものとなる。
また、磁性粒子を構成するＦｅ−Ｃｒ系金属は、その構成元素として、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種の補助剤を含んでいてもよい。このような補助剤は、Ｆｅ−Ｃｒ系金属の硬度を高めることができる。このため、補助剤を含むＦｅ−Ｃｒ系金属で構成された磁性粒子は、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、Ｆｅ−Ｃｒ系金属の融点を下げることができる。このため、Ｆｅ−Ｃｒ系金属の溶融金属（溶湯）の温度が同じであれば、その溶湯の粘性を下げることができる。その結果、磁性粒子を、例えばアトマイズ法のようなＦｅ−Ｃｒ系金属の溶湯を用いて製造する場合、粘性が低く流動性の高い溶湯を用いることができるので、異形状が少なくかつ粒径の揃った磁性粒子を得ることができる。

このような磁性粒子は、破壊・欠損を生じ難いため、かかる磁性粒子を含む磁性流体は、長期にわたって安定した流体特性を示すものとなる。
また、異形状が少ない磁性流体は、流動性の高いものとなる。このため、このような磁性流体は、外部から付与される磁界に対して速やかに反応することができる。そして、流体特性の変化の応答性に優れたものとなる。

ここで、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、磁性粒子の脆性が著しく増大してしまうのを防止しつつ、Ｆｅ−Ｃｒ系金属の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、Ｆｅ−Ｃｒ系金属の溶湯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、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、このようなＦｅ−Ｃｒ系金属は、その製造時に不可避的に含まれる不純物を含んでいてもよい。その場合、これらの不純物の含有率の合計は、好ましくは０．５質量％以下、より好ましくは０．３質量％以下に調整される。
このような磁性粒子の平均粒径は、０．１〜２５μｍ程度であるのが好ましく、１〜１５μｍ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、磁性粒子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、磁性粒子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、著しく破壊・欠損を生じ易くなるおそれがある。

また、磁性粒子の粒度分布は、できるだけ狭いのが好ましい。具体的には、磁性粒子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。磁性粒子の最大粒径を前記範囲内に制御することにより、磁性粒子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、累積重量が９９．９％となる粒径のことを言う。

また、磁性粒子の短径をＳ［μｍ］とし、長径をＬ［μｍ］としたとき、Ｓ／Ｌで定義される磁性粒子の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粒子は、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粒子が得られる。なお、前述したように、Ｆｅ−Ｃｒ系金属に各種補助剤を添加することによって、磁性粒子の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。
このような磁性粒子は、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、磁性粒子の保磁力は、２０Ｏｅ（１５９２Ａ／ｍ）以下であるのが好ましく、１５Ｏｅ（１１９４Ａ／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粒子は、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、磁性粒子の飽和磁束密度は、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。磁性粒子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、磁性粒子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粒子は、その破壊・欠損が特に確実に防止される。

このような磁性粒子は、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、磁性粒子は、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、粒径の揃った磁性粒子（磁性粉末）を効率よく製造することができる。その結果、得られる磁性粒子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粒子を容易に製造することができる。

また、磁性粒子は、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、磁性粉末中の磁性粒子が焼鈍され、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粒子の亀裂・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、磁性粒子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、磁性粒子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。
このような磁性粒子の表面は、界面活性剤で覆われている。
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、磁性粒子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粒子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、磁性粒子を分散させる液相分散媒としてオイルを用いた場合、磁性粒子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粒子側に配向し、疎水性部分は液相分散媒側に配向する。

このような界面活性剤の作用により、磁性粒子は、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。
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粒子の含有率は、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。

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、金属粉末（磁性粒子）を得た。次いで、目開き３２μｍの標準ふるいを用いて３２μｍで分級した。

＜原材料の組成＞
・Ｃｒ：０．０５質量％
・Ｐ ：０．００９質量％
・Ｓ ：０．００３質量％
・Ｍｎ：０．０６質量％
・Ｆｅ：残部
・その他、不可避的に存在する微量元素（Ｓｉ、Ｃ等）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。
また、得られた金属粉末の飽和磁束密度を測定したところ、飽和磁束密度が２．０５Ｔであった。また、金属粉末の平均粒径は６μｍ、最大粒径は３２μｍ、アスペクト比の平均値は０．５であった。
次いで、得られた金属粉末に対し、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、得られた金属粉末を、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、磁性流体中の金属粉末の含有率は、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内に注入し、ダンパーを作製した。

（実施例２〜１３）
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と同様にして金属粉末を得るとともにダンパーを作製した。
なお、得られた金属粉末の平均粒径、最大粒径、アスペクト比の平均値、および飽和磁束密度を、それぞれ表１に示す。

（実施例１４）
原材料の組成を、表１に示す組成に変更するとともに、金属粉末の製造方法（粉末化方法）を水アトマイズ法からガスアトマイズ法に変更した以外は、前記実施例１と同様にして金属粉末を得るとともにダンパーを作製した。
（実施例１５）
焼鈍処理を省略した以外は、前記実施例４と同様にして金属粉末を得るとともにダンパーを作製した。

（比較例１〜３）
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と同様にして金属粉末を得るとともにダンパーを作製した。
なお、得られた金属粉末の平均粒径、最大粒径、アスペクト比の平均値、および飽和磁束密度を、それぞれ表１に示す。

（比較例４）
粉砕法によって製造されたカルボニル鉄の粉末を用いるようにした以外は、前記実施例１と同様にしてダンパーを作製した。
なお、用いた金属粉末の平均粒径、最大粒径、アスペクト比の平均値、および飽和磁束密度を、それぞれ表１に示す。
また、分級は省略した。

２．磁性粒子およびダンパーの評価
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、シリンダ内から磁性流体を取り出し、磁性流体中の金属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、シリンダ内から磁性流体を取り出し、磁性流体中の金属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回の伸縮動作後の金属粉末および１万回の伸縮動作後の金属粉末について、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、金属粉末（磁性粒子）の耐久性を評価した。

＜耐久性の評価基準＞
◎：磁性粒子の形状が評価前からほぼ変化していない
○：一部の磁性粒子に破壊・欠損が認められる
△：多数の磁性粒子に破壊・欠損が認められる
×：ほぼ全ての磁性粒子に破壊・欠損が認められる
次いで、伸縮動作後の金属粉末に対し、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、試験後の金属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
以下、磁性粒子の耐久性の評価結果および錆の有無の評価結果を表１に示す。

磁性粒子の評価の結果、各実施例で用いた磁性粒子は、一部の磁性粒子に破壊・欠損が認められるものの、評価前の形状を維持していた。すなわち、各実施例で得られた磁性粒子は、耐久性、防錆力に優れたものとなる。
また、磁性粒子においてＦｅの含有率が低下するのにしたがって、飽和磁束密度が低下する傾向が認められたものの、各実施例で得られた磁性粒子は、一部を除いて、いずれも磁性流体に用いられる磁性粒子として十分な飽和磁束密度を有していた。

一方、各比較例で用いた磁性粒子は、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粒子では、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、各実施例で用いた磁性粒子には、高温高湿環境下における加速試験後も、錆の発生がほとんど認められなかった。一方、各比較例で用いた磁性粒子では、多数の粒子に錆の発生が認められた。
さらに、焼鈍処理により、磁性粒子の耐久性を高め得ることが明らかとなった。

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。

符号の説明

１……ダンパー ２……シリンダ 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 (11)

1. 表面を界面活性剤で覆われた磁性粒子と、
   該磁性粒子を分散させる液相分散媒とを有し、
   前記磁性粒子が、Ｆｅを９０〜９８．６１２質量％の割合で含み、Ｃｒを０．１〜５質量％の割合で含み、Ｐ（リン）およびＳ（硫黄）のうちの少なくとも１種の補助剤をそれぞれ０．０１〜０．５質量％の割合で含むＦｅ基合金で構成され、
   前記磁性粒子の平均粒径が０．１〜２５μｍ、最大粒径が５０μｍ以下であり、
   前記磁性粒子の短径をＳ［μｍ］とし、長径をＬ［μｍ］としたときのＳ／Ｌで定義されるアスペクト比の平均値が０．４〜１であり、
   前記磁性粒子の表面が不働態被膜で覆われており、
   前記磁性粒子のビッカース硬度が１００以上であることを特徴とする磁性流体。
2. 前記Ｆｅ基合金は、さらに、Ｍｎ（マンガン）を０．１〜２質量％の割合で含む請求項１に記載の磁性流体。
3. 前記不働態被膜は、酸化クロムで構成されている請求項１または２に記載の磁性流体。
4. 前記磁性粒子の飽和磁束密度は、１．７Ｔ以上である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁性流体。
5. 前記磁性粒子は、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法により製造されたものである請求項１ないし４のいずれかに記載の磁性流体。
6. 前記磁性粒子は、温度６００〜１０００℃×０．５〜１０時間の加熱条件で焼鈍処理を施したものである請求項１ないし５のいずれかに記載の磁性流体。
7. 当該磁性流体における前記磁性粒子の含有率は、５０〜９５質量％である請求項１ないし６のいずれかに記載の磁性流体。
8. 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１ないし７のいずれかに記載の磁性流体。
9. 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１ないし８のいずれかに記載の磁性流体。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の磁性流体を貯留するシリンダと、
    該シリンダ内を摺動し、前記シリンダ内の空間を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の外部に位置するピストンロッドと、
    前記シリンダ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。
11. 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１０に記載のダンパー。

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