JPH05255686A

JPH05255686A - 導電性磁性流体組成物

Info

Publication number: JPH05255686A
Application number: JP4055445A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yabe; 俊一矢部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1993-10-05
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JP3102127B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高温下の使用でも電導度が劣化せず長期間にわ
たって十分な安定性が維持できる導電性磁性流体組成物
を提供する。【構成】キャリアとなる低揮発性有機溶媒と、この有機
溶媒と親和性のある親油性基を有する界面活性剤と、こ
の界面活性剤で表面を被覆して前記低揮発性有機溶媒中
に分散させた強磁性体微粒子と、導電性付与物質として
の有機酸第四級ホスホニウム塩とで導電性磁性流体組成
物を構成した。界面活性剤が強磁性体微粒子をキャリア
中に均一に分散せしめ、導電性付与物質はキャリア自体
の電導度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、帯電防止の機能を付
与した導電性磁性流体組成物（以下、単に導電性磁性流
体ともいう）に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に磁性流体はその電気抵抗値が高い
ので、例えば磁気デイスク装置等のシール機構に用いた
場合、その磁気デイスク装置等（以下、帯電体という）
内に蓄積される静電気を除去するには、わざわざアース
機構を設ける必要があった。そこで磁性流体そのものに
導電性を付与することにより、アース機構を設ける手間
をかけずに帯電を防止できるようにした導電性磁性流体
が提案されている（特開昭６１−２７４７３７号公
報）。これは、一般の磁性流体が、鉱油とかポリアルフ
ァオレフイン油の如き有機溶液をキャリアとして、その
キャリア内に強磁性体微粒子を安定に分散させるのに、
陰イオン性界面活性剤を用いるのに対し、例えば〔化
１〕に示す構造式

【０００３】

【化１】

【０００４】（Ｘはハロゲン、Ｒ₁〜Ｒ₄は炭化水素
鎖）で表される第四級アンモニウム塩等の陽イオン性界
面活性剤を用いて被覆層を形成したものである。あるい
はまた、強磁性体微粒子表面に陰イオン性界面活性剤か
らなる第１の被覆層を形成し、更にその上に上記第四級
アンモニウム塩等の陽イオン性界面活性剤からなる第２
の被覆層を形成したものである。

【０００５】上記の陽イオン性界面活性剤は、カチオン
性の陽電荷部分と、キャリアに対し相溶性または可溶性
である長鎖部分とで構成されている。そして陽電荷部分
が強磁性体微粒子の表面に静電気力により吸着され、長
鎖部分をキャリア側に向けて粒子面を被覆することによ
り、磁性粒子をキャリア中に安定に分散せしめるととも
に、磁性流体自身の電導度を高めるものとされる。

【０００６】一方、本出願人も先に導電性磁性流体組成
物を提案している（特開平１−２３１３０２号公報）。
このものは、磁性流体中に強磁性体微粒子を分散させる
には界面活性剤を使用し、これとは別途にキャリア中に
強磁性体微粒子の分散機能を有しない導電性付与物質を
溶解させることにより、強磁性体微粒子の分散を阻害す
ることなくキャリア自体の電導度をあげて磁性流体の導
電性を高めたものである。その導電性付与剤には、三級
アミンと脂肪酸とをモル比１：１に組合せたものを用
い、〔化２〕に示すような両者の酸塩基反応によるプロ
トンの遷移状態によって、キャリア自体に電気を流すメ
カニズムが考えられる。

【０００７】

【化２】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６１−２７４７３７号公報に提示された従来の導電
性磁性流体にあっては、次のような問題点があった。磁性流体粒子が荷電体である陽イオン性界面活性剤
で被覆されているため、帯電体の有する電荷の影響を受
けて、荷電体と共に磁性流体微粒子が移動し、その結
果、磁性流体中の粒子濃度分布が不均一になる。従って
例えば磁性流体シールとして用いた場合、磁性流体微粒
子濃度の低い部分の飽和磁化量が減少し、ひいてはシー
ル油膜が破れてシール機能が劣化する。帯電体の電荷を陽イオン性界面活性剤で相殺する
際、陽イオン性界面活性剤が強磁性体微粒子の表面から
脱着し易く、そのため強磁性体微粒子の良好な分散状態
が得られなくなり、磁性流体としての寿命が短くなる。陽イオン性界面活性剤が強磁性体微粒子の分散剤と
導電性付与剤とを兼ねている。そのため、その添加量は
必然的に強磁性体微粒子の濃度、ひいては飽和磁化量に
より規制されてしまい、電導度を自由に調整することは
難しい。耐熱性が悪い陽イオン性界面活性剤を使用している
ため、高温では界面活性剤が経時的に分解あるいは蒸発
してしまう。したがって、その界面活性剤を添加して調
整した磁性流体自身の電導度が次第に下がってくる。

【０００９】これに対して、特開平１−２３１３０２号
公報に提示された導電性磁性流体は、こうした従来の導
電性磁性流体に改良を加えることによって、上記〜
の問題点を解決したものである。しかしながら、この場
合も、高温耐熱性に関しては特に８０℃以上の連続使用
において、三級アミンの耐熱性があまり良くないため電
導度の安定性が十分とはいえず、なお改良の余地があっ
た。

【００１０】そこでこの発明は、上記のような問題点に
着目してなされたものであり、帯電体の電荷の影響を受
けて強磁性体微粒子の分散が不均一になったり、界面活
性剤が強磁性体微粒子表面から脱着したりすることがな
く、かつ電導度を自由に調整でき、更には高温下の使用
でも電導度が劣化せず長期間にわたって十分な安定性が
維持できる導電性磁性流体組成物を提供することを目的
としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するこ
の発明は、キャリアとなる低揮発性有機溶媒と、該有機
溶媒と親和性のある親油性基を有する界面活性剤と、該
界面活性剤で表面を被覆して前記低揮発性有機溶媒中に
分散させた強磁性体微粒子と、導電性付与物質としての
有機酸第四級ホスホニウム塩とからなることを特徴とす
る

【００１２】

【作用】この発明の導電性磁性流体にあっては、界面活
性剤が強磁性体微粒子をキャリア中に均一に分散せしめ
る。その界面活性剤とは別途に、キャリア中に添加され
た導電性付与物質は、強磁性体微粒子の分散性には全く
影響を及ぼすことなくキャリア自体の電導度を高める。
その結果として、磁性流体の電導度が高められて帯電防
止の機能が付与される。

【００１３】以下、この発明の導電性磁性流体組成物に
ついて更に詳細に説明する。この発明の導電性付与物質
は〔化３〕に示す構造を有する化合物である。

【００１４】

【化３】

【００１５】この化合物において、Ｒ₁は炭素数が１２
以上の炭化水素鎖である。それより鎖長が短いと、（Ｒ
₁Ｘ^-）部分の耐熱性が乏しくなり、熱によって容易に
分解してしまうためである。導電性付与物質の構造内に
このような分子直径が大きいＲ₁が存在することにより
立体障害を生じて、強磁性体微粒子の表面に形成されて
いる界面活性剤の単分子層の疎水鎖間に進入し難くな
る。すなわち、本発明の導電性付与物質は、既に界面活
性剤の単分子層で被覆されている強磁性体微粒子の表面
に二相吸着相を形成しにくく、ほとんどがキャリア中に
存在することとなり、強磁性体微粒子の分散を阻害する
ことなく電導度を上げることのみに機能する。

【００１６】また、上記の導電性付与物質は、その炭化
水素鎖中に一つ以上の不飽和結合あるいは一つ以上の側
鎖があることが好ましい。それにより、キャリアである
低揮発性有機溶媒への溶解度が向上するからである。Ｘ
^-としては、ＣＯＯ^-，ＳＯ₃ ^-，ＰＯ₃ ^-などが好適
である。Ｒ₂〜Ｒ₅は炭素数が１以上の炭化水素鎖であ
り、耐熱性の面からＲ₂〜Ｒ₅の炭素数の合計が１５以
上あることが好ましい。

【００１７】この発明の導電性付与物質は、上記のよう
に耐熱性の高い燐原子Ｐを中心とする化合物を用いたた
め、従来例で使用している第四級アンモニウム塩（特開
昭６１−２７４７３７号）や三級アミン（特開平１−２
３１３０２号）等のように窒素原子Ｎを中心とする化合
物に比べて耐熱性が高い。これを磁性流体に添加する
と、従来の導電性磁性流体より高温下での電導度の低下
が少ない。

【００１８】この発明の導電性磁性流体にあっては、上
述のように導電性付与物質がキャリア自体の導電性を高
めているだけである。したがって、界面活性作用を有す
る導電性付与剤を用いて、磁性粒子の分散と導電性付与
とを兼ねさせる場合のように、帯電体の電荷が強磁性体
微粒子の分散に悪影響を及ぼすことはない。また、磁性
粒子の濃度に関係なく導電性付与剤の添加量を調整でき
るから、導電性磁性流体の電導度を必要に応じて調整す
ることが可能である。

【００１９】この発明の導電性磁性流体組成物の低揮発
性有機溶媒としては、ポリα−オレフィン油，アルキル
ジフェニルエーテル，アルキルナフタレン，ジアルキル
テトラフェニルエーテル，アルキルトリフェニルエーテ
ル，脂肪酸エステル油，またはそれらの油の混合物が好
ましい。更に、炭化水素系の油の他に、ジメチルポリシ
ロキサンなどのシリコン油，パーフルオロポリエーテル
などのフッ素油であってもよい。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。実施例
１ないし実施例４は、この発明の導電性磁性流体組成物
の製造工程と、これを環状磁性流体シールとしたとき
の、内外周面間の電気抵抗測定結果とを示している。

【００２１】また、実施例５は、従来の導電性磁性流体
組成物（比較例）と実施例１に示す本発明品との導電性
についての耐熱耐久性比較試験を行ったものである。〔実施例１〕まず、硫酸第１鉄と硫酸第２鉄とをそれぞ
れ0.３ｍｏｌづつ含む水溶液１ｌに、６ＮのＮａＯＨａ
ｑをｐＨ１１以上になるまで加えた後、その溶液を６０
℃で３０分間熟成して、マグネタイトコロイドのスラリ
ー液を得た。ついで、室温下で水洗して、このスラリー
中の電界質を除去する。以上は、湿式法によりマグネタ
イトコロイドを製造する工程である。

【００２２】このようにして得たマグネタイトコロイド
液に、３ＮのＨＣｌａｑを加えてそのｐＨを３に調整し
た後、これに界面活性剤として合成スルホン酸ナトリウ
ムを３０ｇ添加し、６０℃で３０分間攪拌することによ
り、マグネタイト粒子の表面に界面活性剤を吸着させ
た。その後静置することにより、液中のマグネタイト粒
子は凝集して沈澱するから、その上澄み液を捨てる。更
に水を加えて攪拌してから静置し、上澄み液を捨てる。
この水洗を数回繰り返して、水溶液中の電界質を除去し
た後、濾過脱水し乾燥して、表面が界面活性剤で覆われ
た粉末状のマグネタイト微粒子とした。

【００２３】次に、このマグネタイト粉末に、低沸点有
機溶媒としてヘキサンを加えて十分に振とうすることに
より、マグネタイト粒子がヘキサン中に分散した中間媒
体が得られた。得られた中間媒体のコロイド液に低沸点
極性有機溶媒であるメタノールを加え、一度粒子を凝集
沈澱させて、上澄み液を捨てる。これにより、微粒子に
単分子吸着した分散剤以外の余分な分散剤が除去され
る。その後、沈澱した微粒子を再度ヘキサン中に再分散
させて中間媒体を得る。

【００２４】この中間媒体を遠心分離機にかけて、８０
００Ｇの遠心力下で３０分間遠心分離し、マグネタイト
分散粒子のうちの比較的大きな分散性の悪い粒子を沈降
せしめて除去する。ついで、沈降せずに残ったマグネタ
イト微粒子が分散しているその上澄み液を、ロータリー
エバポレータに移し、９０℃に保って低沸点溶媒成分す
なわちヘキサンを蒸発除去して、親油性のマグネタイト
微粒子を得た。

【００２５】このマグネタイト微粒子を５ｇ採取し、ヘ
キサン中に再分散させた後、これにキャリアとなるオク
タデシルジフェニルエーテル４ｇを加えて混合する。こ
の混合液をロータリーエバポレータに移し、９０℃に保
って低沸点有機溶媒成分すなわちヘキサンを蒸発除去す
る。その結果、マグネタイトはキャリア中に分散する。
これを更に遠心分離機にかけ、８０００Ｇの遠心力下に
３０分間処理した。この操作によって非分散固形物はと
り除かれ、極めて安定な磁性流体が得られた。

【００２６】ついで、この磁性流体に添加剤としてポリ
ブテンコハク酸（平均分子量１１００）0.8 ｇを加え
て、液温を１００℃にし、よく攪拌する。それによっ
て、ポリブテンコハク酸が磁性流体中に溶解した。さら
に、そのオクタデシルジフェニルエーテルをキャリアと
する磁性流体3.０ｇに、導電性付与物質としてイソステ
アリン酸トリ−ｎ−オクチルエチルホスホニウム塩0.15
ｇを加えて液温を１００℃にし、よく攪拌する。それに
よって、イソステアリン酸トリ−ｎ−オクチルエチルホ
スホニウム塩はキャリア中に分散し、極めて安定な磁性
流体が得られた。

【００２７】また、その磁性流体を、内径７mm、外径
7.4mm、厚さ 0.7mmの環状磁性流体シールとした時の、
内外周面間の電気抵抗値を測定したところ、4.00ＭΩで
あった。これを次式Ｒ＝ 3.85 ｒ（Ｒは体積抵抗値Ω
cm、ｒは上記の電気抵抗測定値）を用いて体積抵抗値に
換算すると、Ｒ＝15.40 ＭΩcmとなり、十分な帯電防止
機能が認められた。〔実施例２〕実施例１と同様にして、オクタデシルジフ
ェニルエーテルをキャリアとする磁性流体を得た。

【００２８】ついで、その磁性流体3.0 ｇに、導電性付
与物質としてイソステアリン酸トリ−ｎ−ブチルヘキサ
デシルホスホニウム塩0.15ｇを加えて、液温を１００℃
にし、よく攪拌する。それによって、イソステアリン酸
トリ−ｎ−ブチルヘキサデシルホスホニウム塩はキャリ
ア中に分散し、極めて安定な磁性流体が得られた。ま
た、上記と同じく、その電気抵抗値を測定したところ、
ｒ＝4.20ＭΩであり、これから換算した体積抵抗値Ｒ
は、Ｒ＝16.17 ＭΩcmとなり、十分な帯電防止機能が認
められた。〔実施例３〕実施例１と同様にして、オクタデシルジフ
ェニルエーテルをキャリアとする磁性流体を得た。

【００２９】ついで、その磁性流体 3.0ｇに、導電性付
与物質としてイソステアリン酸トリ−ｎ−ブチルオクチ
ルホスホニウム塩0.15ｇを加えて、液温を１００℃に
し、よく攪拌する。それによって、イソステアリン酸ト
リ−ｎ−ブチルオクチルホスホニウム塩はキャリア中に
分散し、極めて安定な磁性流体が得られた。また、上記
と同じく、その磁性流体の電気抵抗値を測定したとこ
ろ、ｒ＝3.80ＭΩであり、これから換算した体積抵抗値
Ｒは、Ｒ＝14.63 ＭΩcmとなり、十分な帯電防止機能が
認められた。〔実施例４〕実施例１と同様にして、オクタデシルジフ
ェニルエーテルをキャリアとする磁性流体を得た。

【００３０】ついで、その磁性流体 3.0ｇに、導電性付
与物質としてエルカ酸トリ−ｎ−ブチルオクチルホスホ
ニウム塩0.15ｇを加えて、液温を１００℃にし、よく攪
拌する。それによって、エルカ酸トリ−ｎ−ブチルオク
チルホスホニウム塩はキャリア中に分散し、極めて安定
な磁性流体が得られた。また、上記と同じく、その磁性
流体の電気抵抗値を測定したところ、ｒ＝4.50ＭΩであ
り、これから換算した体積抵抗値Ｒは、Ｒ＝17.33 ＭΩ
cmとなり、十分な帯電防止機能が認められた。〔実施例５〕先ず、比較例として、特開平１−２３１３
０２号に示されたものと同じ従来タイプの導電性磁性流
体組成物を、以下の工程で製造した。（比較例の製造）：実施例１と同様にして、オクタデシ
ルジフェニルエーテルをキャリアとする磁性流体を得
た。

【００３１】ついで、その磁性流体 3.0ｇに、導電性付
与物質としてイソステアリン酸とトリ−ｎ−オクチルア
ミンのモル比１：１混合物0.15ｇを添加した後、更にヘ
キサンを50ｇ加えて均一に溶解させる。この混合液をロ
ータリーエバポレータに移し、９０゜Ｃに保って低沸点
溶媒成分すなわちヘキサンを蒸発除去する。その結果、
マグネタイト及びイソステアリン酸とトリ−ｎ−オクチ
ルアミンとのモル比１：１混合物はキャリア中に分散
し、極めて安定な磁性流体が得られた。

【００３２】また、上記と同じくその磁性流体の電気抵
抗値を測定したところ、ｒ＝3.80ＭΩであり、これから
換算した体積抵抗値Ｒは14.63 ＭΩcmとなり、十分な帯
電防止機能が認められた。（８０℃における導電性耐久試験）：次に、実施例１で
得た導電性磁性流体組成物と比較例とを被検体として、
以下の要領で高温下での導電性耐久試験を実施した。

【００３３】図１に導電性磁性流体耐久試験装置の断面
を模式的に示す。回転駆動モータ１で駆動される磁性体
製の軸２がケーシング３の軸心部に立設されている。そ
の軸２に、円輪状の絶縁体からなるハウジング４が円筒
状の空間５を介して嵌合されてケーシンング３の上部に
取付けられている。磁性流体シール装置１０が、ハウジ
ング４の上部の円筒状空間５内に配設されている。その
磁性流体シール装置１０は、円環状の永久磁石１１をそ
の厚さ方向に着磁するとともに２枚の円環状のポールピ
ース１２で挟持して構成した磁気回路形成部材１３を備
え、その外周部をハウジング３の内周面に固定して取付
けることにより、永久磁石１１，一方のポールピース１
２，軸２，他方のポールピース１２，永久磁石１１と回
る磁気回路が形成されている。そして、各ポールピース
１２の内周面と軸２の外周面との間のすきまに、導電性
磁性流体１５を注入して磁力で保持することにより、環
状のすきまを塞いでシールするものである。なお、１６
はロータリーコネクタ、１７，１８は電気抵抗測定用の
配線である。

【００３４】被検体の導電性磁性流体１５の注入量は７
μｌとした。試験装置を８０℃の恒温槽内に置いて運転
し、４００時間経過毎に恒温槽から取り出して室温まで
放冷した。その後、配線１７，１８の間での電気抵抗値
の測定をおこなった。延べ運転時間２０００時間に達す
るまで試験した結果を図２に示す。図２から、実施例１
の導電性磁性流体組成物は比較例のものに比して、８０
℃における電気抵抗値の上昇速度がかなり遅いことがわ
かる。このことから、本発明の導電性磁性流体組成物は
従来のものより耐熱性に優れていることが明らかであ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、導電性磁性流体組成物の導電性付与物質として、耐
熱性の高い有機酸第四級ホスホニウム塩を用いたため、
高温下の使用でも電導度が劣化せず、長期間にわたって
十分な安定性が維持できる導電性磁性流体組成物を提供
することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明品と従来品との比較試験に用いた導電性
磁性流体耐久試験装置の模式的断面図である。

【図２】８０℃での導電性磁性流体耐久試験の結果を示
すグラフである。

【符号の説明】

１０磁性流体シール装置１５導電性磁性流体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｍ 137:12）Ｃ１０Ｎ 10:16 20:06 Ａ 8217−4Ｈ 30:08 40:14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャリアとなる低揮発性有機溶媒と、該
有機溶媒と親和性のある親油性基を有する界面活性剤
と、該界面活性剤で表面を被覆して前記低揮発性有機溶
媒中に分散させた強磁性体微粒子と、導電性付与物質と
しての有機酸第四級ホスホニウム塩とからなることを特
徴とする導電性磁性流体組成物。