JPH03219602A

JPH03219602A - 磁粉流体

Info

Publication number: JPH03219602A
Application number: JP1367490A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Yamamura; 山村　宜弘; Masahiro Ogawa; 正宏小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1991-09-27
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JP2666503B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、樹脂膜コーティングした軟質磁性体粉または
磁性体膜コーティング１．た樹脂粉のコーティング磁性
粉を液体中に分散（浮遊懸濁）させた磁粉流体に関する
ものである。

〔従来の技術〕

本発明に係る磁粉流体は、近年開発・実用化が進んでい
る磁性流体に近いものと考えられる。

磁性流体とは、直径１０ｎｍ程度の微細な磁性粒子（Ｆ
ｅ３０＋超微粒子）をオレイン酸ナトリウムなどの界面
活性剤で表面を覆って液中に浮遊させた懸濁液であり、
通常の遠心力や磁場によって磁性粒子の凝集や沈降が生
ぜず、あたかも液体自身が磁性をもつかのような挙動を
示す。即ち、磁性粒子と液とが分離したり、磁性粒子の
みが磁界によって吸着されるということはない。磁性流
体を実用化したものとしで、磁気シール（宇宙服、真空
装置の軸受）やスピーカーのダンピング材料などがある
。

他方、この磁性流体をエンジンマウント、Ｔ　ＥＭＳ（
トヨタエレクトロニックモデュレイティド・サスペンシ
ョン）などの減衰力・バネ定数の変化に用いる試みがな
されているが、Ｆｅ、０４−超微粒子が液中に安定に分
散されかつ粒子径があまりにも小さいために、オリフィ
ス部の粘度変化が大きなものとならず、温度変化による
粘度変化と同程度にすぎない。

〔発明が解決しようとする課題〕

磁性流体中の磁性粒子は磁界によって液中で配向するの
みで、磁性粒子が凝集することにはならないので、十分
な磁界による粘度変化制御はできない。

本発明の目的は、通常は磁性粒子（粉体）が液中に分散
している液体（流体）であって、磁界によって磁性粒子
が凝集して粘度の高くなる部分の生じる流体を提供する
ことである。

一方、エンジンマウントなどの減衰力を制御するために
、ステッピングモーターなどでオリフィスの径を変化さ
せる方法は、応答性が悪く、アクティブコントローラと
しては不十分であり、磁性流体の採用もうまくいってい
ない。

本発明の別の目的は、エンジンマウントなどの減衰力を
制御するのに利用出来る磁性粒子が液中に分散している
液体（流体）を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、粒子径０．１〜１００μｍの軟質磁性体
粉のそれぞれを樹脂コーティング膜で覆ってコーティン
グ磁性粉とし、該コーティング磁性粉の比重を分散させ
る液体溶媒の比重の９０〜１１０％に前記樹脂コーティ
ング膜の被覆量で調整し、かつ該コーティング磁性粉を
前記液体溶媒中にその５〜５０体積％分散させている第
１態様の磁粉流体によって達成される。

また、　粒子径０．　１〜１００μｍの樹脂粉のそれぞ
れを磁性体コーティング膜で覆ってコーティング磁性粉
とし、該コーティング磁性粉の比重を分散させる液体溶
媒の比重の９０〜１１０％に前記磁性体コーティング膜
の被覆量で調整し、かつ該コーティング磁性粉を前記液
体溶媒中にその５〜５０体積％分散させている第２態様
の磁粉流体によっても上述の目的が達成される。

〔作用〕

本発明に係る第１態様の磁粉流体は、第１図に示すよう
に、個々の軟質磁性体粉ｌの全面が樹脂コーティング膜
２で覆われている樹脂膜コーティング磁性粉３を液体溶
媒４中に分散（浮遊懸ｉりさせたものである。

軟質磁性体粉は、粒子径が０．１〜１００μｍ、好まし
くは、１〜３０μｍであるＦｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉパーマ
ロイなどの軟質磁性材料である。粒子径０゜１μｍ以下
では、凝集力が弱くなり（すなわち、粘度変化量が小さ
くなる）となり、好ましくなく、一方、１００μｍ以上
では、液中での分散性が悪くなり、使用上も反応性が悪
くなる。なお、軟質磁性体粉の形状は、樹脂コーティン
グ後の比重が小さくなるように海綿状ないし樹枝状又は
鱗片状が適しており、これは樹脂コーティング時に気泡
が多くなり比重が小さく成るからである。もちろん、−
船釣な球状でもよい。

コーティングする樹脂は、その比重が小さいほうが適し
ており、はとんどの樹脂が使用可能であり、例えば、ポ
リプロピレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）
　、ナイロン、ポリスチレンなどである。樹脂コーティ
ング量は、得られる樹脂膜コーティング磁性粉の比重を
液体溶媒比重の９０〜１１０％（好ましくは、同じ＝１
００％）にする量であって、樹脂膜コーティング磁性粉
と液体の比重をほぼ同じにすれば、該磁性粉は液中に浮
遊し、分散される。樹脂膜コーティング磁性粉の比重が
液体溶媒比重の±ｌＯ％を越えると、分散状態から分離
状態に移行してしまう。

軟質磁性体粉ｌに樹脂コーティング膜２を被覆カプセル
化する方法は、いくつかあるが代表的な方法を第２図に
示す。この場合、樹脂の超微粒子５（粒径が軟質磁性粉
ｌのｌ／ｌ　Ｏ程度）を用意し、帯電し、軟質磁性体粉
ｌと混合することによって、粉体表面に付着する。この
粒子を空中で加熱して樹脂の超微粒子５が融着し、コー
ティング膜２となる。この工程を数回繰り返して粒子全
体の比重を混合する液体溶媒の比重とほぼ等しくなるよ
うにする。

軟質磁性体粉１自身の比重が大きいにもかかわらず、樹
脂コーティング膜２の厚さを厚くしないで（薄くして）
樹脂コーティング磁性粉とする場合には、その液体溶媒
４は比重が出来るだけ大きい液が適しており、例えば、
フッ素系オイルは、粘度２０〜５０ｃ、ｓ、Ｃセンチス
トーク）で比重が１．９０〜１．９３であり、または、粘度５３ｃ、ｓ、で比重が１．８６である。

本発明に係る第２態様の磁粉流体は、第３図に示すよう
に、個々の樹脂粉６の全面が磁性体コーティング膜７で
覆われている磁性体膜コーティング磁性粉８を液体溶媒
４中に分散（浮遊懸濁）させたものである。

樹脂粉６は、粒子径が０．１〜１００μｍ１好ましくは
、１〜３０μｍである上述したコーティング樹脂の材料
から作られる。粒子径０．１μｍ以下では、凝集力が弱
くなり（即ち、粘度変化量が小さくなり）、好ましくな
く、一方、ｉｏｏμｍ以上では、液中での分散性が悪く
なり、使用上も反応性が悪くなる。なお、樹脂粉の形状
は、−船釣に球状であり、特に、コーティング磁性体膜
７の厚さを厚くするために、中空体としても良い。

コーティングする磁性体は、Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｆｅなど
の軟質磁性材料であり、そのコーティング量は、上述し
たように得られる磁性体膜コーティング磁性粉８の比重
を液体溶媒比重の９０〜１１０％（好ましくは、同じ＝
１００％）にする量であって、比重をほぼ同じにすれば
、該磁性粉は液中に浮遊し、分散される。磁性体膜コー
ティング磁性粉の比重が液体溶媒比重の±ｌＯ％を越え
ると、分散状態から分離状態に移行してしまう。

樹脂粉６に磁性体コーティング膜７を被覆カブ公知の無
電解メツキ法が好ましい。Ｆｅ膜を被覆するには、無電
解メツキ法でＮｉ、Ｃｏを極薄く形成した後で、Ｆｅを
電解メツキすればよい。したがって、ＰＭＭＡなどの樹
脂の粉体６をソープフリー乳化重合法で作り、この樹脂
粉６に活性化処理の前処理を施し、水洗し、Ｎ１〜Ｐ　
（９４〜９５：６〜５）またはＣｏ−Ｐ　（９８〜９９
：２〜ｌ）の無電解メツキ浴中に浸漬・攪拌してメツキ
する。メツキ膜（磁性体コーティング膜）厚さを主に浸
漬時間（他にメツキ液の濃度、浴温度など）によってコ
ントロールして、磁性体膜コーティング磁性粉の比重を
混合する液体溶媒の比重とほぼ同じとなるようにする。

次に、メツキ後に水洗し、乾燥して、磁性粉８を得る。

このようにして得た磁性体膜コーティング磁性粉８を所
定の比重の液体溶媒４中に添加し、攪拌して本発明に係
る磁粉流体となる。

本発明に係る第１および第２の態様の磁粉流体でのコー
ティング磁性粉の液体溶媒中の量が５体積％より少ない
と、十分な粘度変化量が得られなくなりかつ応答性が悪
くなり、一方５０体積％よりも多いと、初期粘度が著し
く上昇又は液状を保たないようになって、何れも好まし
くない。

本発明に係る磁粉流体と従来の磁性流体とは、第４図に
示すように、磁界による磁性粒子と液体溶媒との分離量
が異なる。磁性流体は直径１０〜２０ｎｍ程度のＦｅ３
Ｏ４の表面に、第５図に示すように、オレイン酸ナトリ
ウムなどの界面活性剤を吸着させ、液体溶媒中に安定に
分散させたものである。磁性粒子は単磁区（一般に磁区
の大きさは１１００ｎ程度）であり、界面活性剤の親油
基（疎水基）のために、液中に安定して存在しており、
５０ｎｍ稈度まで磁界をかけても磁性粒子と液（分散媒
）が分離することはない。即ち、磁性粒子が分散媒と分
離しないのは、■磁性粒子が微細で磁界をかけても粒子
１個当たりの力はあまり大きいものとはならず、力が分
散されるために、液全体で力を受けるようになること、
及び■界面活性剤の末端は液体であり、分散媒も液体で
あり、非常に相溶性に富んでいる（相互作用が大きい）
ことが大きな理由である。一方、本発明に係る磁粉流体
では、磁性粒子（または樹脂粒子）径を０．１〜１００
μｍとして、樹脂（または磁性体）コーティングで比重
を液体媒体比重とほぼ同じにして粒子の沈降を防ぎ、分
散媒中に均一に分散させたものであるので、粒子は磁性
流体の場合よりも大きく、粒子１個当たりの磁界による
力は大きなり、さらに、粒子表面が樹脂の固体であって
液（分散媒）との相互作用は小さい。従って、磁界を印
加することにより容易に樹脂膜（磁性体膜）コーティン
グ磁性粉（粒子）を液（分散媒）と分離させることが出
来る。

さらに、本発明に係る第２態様の磁粉流体では、個々の
コーティング磁性粉８の表面はＮｉ、　Ｇｏなどの磁性
体金属であるから磁石に直接にないし連鎖的に吸着され
、場合によっては、第６図に示すように、磁石のＮ極４
１とＳ極４２とを結ぶ磁力線方向に沿って磁性粉が連続
的に接触して並び磁力線は連続したものとなる。一方、
第１態様の磁粉流体では、第７図に示すように、Ｎ極４
１とＳ極４２とを結ぶ磁力線方向に沿ってコーティング
磁性粉３を直列に並んでいるが、相互に接触しているの
は樹脂膜２であるので、連続した磁力線とはならず、樹
脂の非磁性膜を通るために磁気抵抗が大きくなってしま
う。したがって、第２態様の磁粉流体のほうが、磁極間
に大きな磁界が得られ、磁性粉の吸着力も強い。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によっ
て本発明の詳細な説明する。

先ず、樹脂膜コーティング磁性粉のために軟質磁性体粉
およびコーティング用樹脂そして溶媒液体として、例え
ば、次のものを用意する。

軟質磁性体粉：　純Ｆｅ、球状、直径２．５μｍ１比重
７．８７コーティング用樹脂：　　ＰＭＭＡ液体溶媒：　フッ素系オイル、比重１．９０この場合に
、コーティング後の樹脂膜コーティング磁性粉の比重を
液体溶媒比重と同じにするには、樹脂膜コーティング磁
性粉の直径を５．２μｍにする。なお、これは球状磁性
粉（その内部に気泡はない磁性粒子）の場合であって、
磁性粉が海綿状ないし樹脂状又は鱗片状のときには、球
状の場合よりも薄い樹脂コーティング膜でよい。

フッ素系オイルの液体溶媒の中に樹脂膜コーティング磁
性粉を２５Ｖｏ１．％添−加し、混合して均一分散の第
１態様の磁粉流体を調製する。

また、磁性体膜コーティング磁性粉としての樹脂粉およ
びコーティング（メツキ）用磁性膜そして溶媒液体に、
例えば、次のものを用意する。

樹脂粉：　　ＰＭＭＡ、球状、直径２μｍ。

比重１．１５コーティング膜：Ｎ１無電解メツキ膜、比重８．９１コーティング後の直径：２．０７μｍ液体溶媒二　同じフッ素系オイルこの場合に、磁性体膜コーティング磁性粉の比重を液体
溶媒比重と同じにするために、該磁性粉の直径を２．０
７μｍとしてあり、メツキ厚さは０．０３５μｍと樹脂
膜よりもかなり薄くてよい。

フッ素系オイルの液体溶媒の中に磁性体膜コーティング
磁性粉を２５Ｖｏ１．％添加し、混合して均一分散の第
２態様の磁粉流体を調製する。

このように用意した第１態様の磁粉流体を第８〜ＩＯ図
（断面図）に示すエンジンマウントの封入液体（流体）
に適用し、その作動を説明する。

第８〜１０図のエンジンマウントにおいて、エンジン側
固定ボルト１１及び第１の枠体としてのスタビライザ１
２がエンジン側に固定され、弾性体１３がスタビライザ
１２に接続されている。ボデー１４には第２の枠体とし
てのエンジンマウント容器１５が固定される。弾性体１
３はこれら２つの枠体１２．１５を連結し、かつその一
部がエンジンマウント容器１５とで構成する室１６の壁
面となっている。室１６の下方には室１７が形成され、
該室１７は大気と連通しており、弾性隔膜１８で室１６
と隔てられている。この室１６に本発明に係る磁粉流体
１９が封入されている。室ｌ６の中にオリフィス（開口
）２１を有するオリフィス板２２が設けられ、このオリ
フィス２１を囲むコイル２３がオリフィス板２２に取り
つけられている。さらに、このコイル２３に電流を供給
する電力供給手段のシステムが、予め走行条件に応じて
電流量を変化させることを記憶させたコンピュータ２４
と、これに情報を与えるセンサ２５と、コンピュータ２
４により電流量を変化させて出力する可変抵抗器２６と
、この可変抵抗器２６とコイル２３とを繋ぐ電線２７と
からなる。

エンジンマウントは次のように働く。

コイル２３に電流を流していない時は、樹脂膜コーティ
ング磁性粉は液体溶媒中を均一分散（浮Ｊ）しており、
第８図に示すように、オリフィス２１内にも均一な磁粉
流体１９が存在して、オリフィスの抵抗は小さく、エン
ジンマウントのばね定数も小さい。

走行条件に応じてセンサ２５よりコンピュータ２４へ信
号が送られ、可変抵抗器２６より電流が流れると、コイ
ル２３によって磁界が発生し、磁粉流体１９中の樹脂膜
コーティング磁性粉がオリフィス２１（即ち、コイル２
３）内に移動し凝集して磁性粉吸着層２８を形成する。

電流量が比較的小さいと、第９図に示すように、樹脂膜
コーティング磁性粉２８はオリフィス２１を塞がない程
度にコイル２３の壁面に吸着される。さらに電流量を増
加させると、第１０図に示すように、吸着された樹脂膜
コーティング磁性粉２８がオリフィス２１を完全に塞ぐ
。このように電流量によってオリフィス２１の通路断面
積を変化させて、エンジンマウントのばね定数を可変と
して、大きくすることが出来る。

オリフィス断面積（当初開口面積、１２ｍｍ２のもの）
がコイル２３の磁界強度によって変化する様子を第１１
図に示す。磁界強度が３００エルステツド（Ｏｅ）を越
えると、樹脂膜コーティング磁性粉２８がオリフィス２
１の周囲に吸着され始め、磁性粉吸着層２８が徐々に厚
くなりオリフィスの断面積が小さくなる。１２５０工ル
ステツド程度でほぼ完全に塞がれ、１５００エルステツ
ドの時には１０ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力に耐えることが
可能である。

エンジンマウントのばね定数制御（オリフィス断面積制
御）が第１２図に示すコンピュータ２４の作動フローチ
ャー１・に従って自動車の運転・走行条件に応じて行わ
れる。この場合には、ばね定数を３段階に変えることが
出来て、スタート作動中、悪路、急加速、急減速、急旋
回の時にコイル２３への電流値を高めることでばね定数
を高めている。即ち、スタート時及び悪路では電流値が
４Ａと大きく、オリフィス断面積がゼロとなり、また、
加速度が３．０ｍ／ｓ２以上でも電流値が４Ａになる。

加速度が２．０〜３．０ｍ／ｓ２の間では電流値が２Ａ
になって、オリフィス断面積が半分の６ｍｍ２に減少す
る。走行中の加速度が２゜０ｍ／ｓ２以下では、電流値
がゼロになって、オリフィス断面積は当初のままである
。ばね定数を段階的に変えるのでなく、連続的に変える
ことも可能である。

第１３図は第８図に示したエンジンマウントの一部構造
を変更したもので、オリフィス２１に少ない電流量で大
きな磁界を形成するようにコイル３１を有するヨーク３
２を設けである。このようなコイル付ヨーク３２及びオ
リフィス板２２の平面図が第１４図である。このエンジ
ンマウントの構成及び動作は第８〜１２図に関連して説
明したこととほぼ同じである。

上述での第１態様の磁粉流体に代えて磁性体膜コーティ
ング磁性粉を用いた第２態様の磁粉流体を同じエンジン
マウントの封入液体に使用することができる。この場合
には、第６図と関連して説明したように磁性粉の吸着力
（凝集力）が樹脂膜コーティング磁性粉よりも大きく、
第１５図に示すように、オリフィス長さ２ｃｍでオリフ
ィス部に発生する差圧は直線へのように磁界の強さに比
例して生じ、直線Ｂでの樹脂膜コーティング磁性粉の場
合よりも大きい。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、通常の磁界のかかっ
ていない時には均一分散状態であり、磁光強度に応じて
凝集する磁性粒子（樹脂膜または磁性体膜コーティング
磁性粉）を含有する磁粉流体が得られる。樹脂で磁性粒
子の金属をコーティングしていると、逆構造の磁性体膜
コーティング磁性粉よりも凝集力は弱いが、防錆効果が
得られて、磁性流体の場合よりも耐久性が向上する。ま
た、エンジンマウントに磁粉流体を適用することは、ス
テッピングモータ方式に比べて可動部がないだけ信頼性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る第１態様の磁粉流体の概略図で
あり、第２図は、軟質磁性体粉に樹脂のコーティング膜を形成
する工程図であり、第３図は、本発明に係る第２態様の磁粉−流体の概略図
であり、第４図は、磁性粒子直径と、磁界による粒子と液との分
離量との関係を示すグラフであり、第５図は、磁性流体
の磁性粒子及び界面活性剤の概略図であり、第６図は、Ｎ極とＳ極との間の磁性体膜コーティング磁
性粉の配列を示す概略図であり、第７図は、Ｎ極とＳ極
との間の樹脂膜コーティング磁性粉の配列を示す概略図
であり、第８図〜第１Ｏ図は、印加電流値の異なる時の
エンジンマウントの概略断面図であり、第１１図は、磁
界の強さとエンジンマウントのオリフィス断面積との関
係を示すグラフであり、第１２図は、エンジンマウント
のコンピュータ制御のフローチャート図であり、第１３図は、オリフィス部の構成を変更したエンジンマ
ウントの概略断面図であり、第１４図は、第１３図のオリフィス部の平面図であり、第１５図は、オリフィス部での磁界の強さと発生差圧と
の関係を示すグラフである。ｌ・・・軟質磁性体粉２・・・樹脂コーティング膜３・・・樹脂膜コーティング磁性粉４・・・液体溶媒　　　　６・・・樹脂粉７・・・磁性
体コーティング膜８・・・磁性体膜コーティング磁性粉１３・・・弾性体１５・・・エンジンマウント容器

Claims

【特許請求の範囲】

１．　粒子径０．１〜１００μｍの軟質磁性体粉のそれ
ぞれを樹脂コーティング膜で覆ってコーティング磁性粉
とし、該コーティング磁性粉の比重を分散させる液体溶
媒の比重の９０〜１１０％に前記樹脂コーティング膜の
被覆量で調整し、かつ該コーティング磁性粉を前記液体
溶媒中にその５〜５０体積％分散させている磁粉流体。
２．　粒子径０．１〜１００μｍの樹脂粉のそれぞれを
磁性体コーティング膜で覆ってコーティング磁性粉とし
、該コーティング磁性粉の比重を分散させる液体溶媒の
比重の９０〜１１０％に前記磁性体コーティング膜の被
覆量で調整し、かつ該コーティング磁性粉を前記液体溶
媒中にその５〜５０体積％分散させている磁粉流体。