JPH08502780A - 低粘度磁気レオロジー材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 粒子成分と、２５℃〜−４０℃の温度範囲に渡って約９．０センチポアズ／℃またはそれ以下の単位温度当りの粘度変化（Δη／ΔＴ比）を有するキヤリヤ流体を含有する磁気レオロジー材料。該磁気レオロジー材料は、温度変化に関して機械的性質の変化が最小の実質的な磁気レオロジー効果を示す。該磁気レオロジー材料は、装置の設計に対してより小型で、高効率そして低消費動力を提供する点で有利である。

Description

【発明の詳細な説明】 低粘度磁気レオロジー材料 技術分野 この発明は、磁界にさらしたときに流れ抵抗が実質的増す流体材料に関し、特 に所定の温度範囲に渡って磁気レオロジー装置によって必要な力の変化を実質的 に最小にする低粘度磁気レオロジー材料に関する。 背景技術 磁界の共存下で見掛密度が変化する流体組成物は、一般にビンガム磁気流体ま たは磁気レオロジー材料と言う。磁気レオロジー材料は一般にキヤリヤ流体内に 分散された典型的に直径が０．１μｍ以上の強磁性または常磁性粒子から成り、 磁界の共存下で分極化され組織化されて流体内に粒子鎖を作る。それらの粒子鎖 は材料全体の見掛粘度または流れ抵抗を増す作用をし、磁界が無くなると粒子は 自由な状態に戻りそれに対応して材料全体の見掛粘度または流れ抵抗は低下する 。これらのビンガム磁気流体組成物は、磁界の代りに電界に応答する電気レオロ ジー材料に観察されるものに類似した制御自在の挙動を示す。 電気レオロジー材料および磁気レオロジー材料は共にダンパー、緩衝器、およ び弾性マウントのような装置内に種々の減衰力の提供、並びに種々のクラッチ、 ブレーキおよび弁装置におけるトルクおよび圧力レベルの制御に有用である。磁 気レオロジー材料は本質的にこれらの用途において電気レオロジー材料よりもい くつかの利点を与える。 磁気レオロジー流体は電気レオロジー材料よりも高い降伏強度を示すので、大 きな減衰力を発生することができる。さらに磁気レオロジー材料は、電気レオロ ジー材料を効果的に動作させるのに必要な高コスト、高電圧電力に比べて単純で 低電圧電磁コイルによって容易に発生される磁界によって活性化される。磁気レ オロジー材料を効果的に利用できる装置のさらに特定の記載が同時係属出願の米 国特許出願第０７／９００，５７１号および０７／９００，５６７号（これらの 発明の名称は、それぞれ「磁気レオロジー流体ダンパ」および「磁気レオロジー 流体装置」であって、共に１９９２年６月１８日に出願されている）。 磁気レオロジーまたはビンガム磁気流体はコロイド磁気流体とは区別できる。 コロイド磁気流体における粒子は典型的に５〜１０ナノメータ（ｎｍ）の直径を 有する。磁界の印加時に、コロイド磁気流体は粒子の組織化または流れ抵抗の発 生を示さない。代りにコロイド磁気流体は、磁界勾配に比例する全材料に体積力 を経験する。この体積力は全コロイド磁気流体を高磁界強さの領域に引き付ける 。 磁気レオロジー流体および対応する装置は種々の特許および刊行物に検討され ている。例えば、米国特許第２，５７５，３６０号は磁気レオロジー材料を使用 してクラッチとブレーキに見られるような２つの独立回転要素間に駆動連接を提 供する電気機械的制御自在のトルク付加装置を開示している。この用途に満足な 流体組成物は、軽潤滑油のような適当な液体媒質に分散された「カルボニル鉄粉 末」と一般に呼ぶ軟質鉄ダスト５０体積％から成ると述べている。 磁界または電界の使用による可動部材間のすべりを制御することができる別の 装置が米国特許第２，６６１，８２５号に開示されている。可動部材間の空間に フィールド応答媒質を充てんする。この媒質を通る磁界または電界束の発生はす べりの制御をする。磁界の印加に応答する流体はカルボニル鉄粉末および軽鉱物 油を含有すると記載されている。 米国特許第２，８８６，１５１号は、電界または磁界に応答する流体膜カップ リングを利用するクラッチおよびブレーキのような力伝達装置を記載している。 その磁界応答流体の例は、還元鉄酸化物粉末および２５℃で２〜２０センチポア ズの粘度を有する潤滑剤グレード油を含むことを開示している。 磁気レオロジー流体の流れを制御するのに有用な弁の構造が米国特許第２，６ ７０，７４９号および第３，０１０，４７１号に開示されている。開示された弁 の設計に利用する磁気流体は強磁性、常磁性および反磁性材料を含む。米国特許 第３，０１０，４７１号に特定されている磁気流体組成物は軽量炭化水素油に懸 濁のカルボニル鉄から成る。米国特許第２，６７０，７４９号において有用な磁 気流体混合体はシリコーン油または塩素化またはフッ素化懸濁流体に分散された カルボニル鉄粉末から成る。 種々の磁気レオロジー材料の混合物が米国特許第２，６６７，２３７号に開示 されている。その混合物は液体冷却剤、酸化防止ガスまたは半固体グリースに分 散の常磁性または強磁性小粒子系と定義されている。磁気レオロジー材料に望ま しい組成物は鉄粉と軽機械油から成る。特に望ましい磁気粉末は平均粒径が８μ ｍのカルボニル鉄粉末であると述べている。他の可能なキヤリヤ化合物はケロシ ン、グリース、およびシリコーン油を含む。 米国特許第４，９９２，１９０号は磁界に応答するレオロジー材料を開示して いる。この材料の組成は液体キヤリヤ・ベヒクルに分散されたシリカゲルと磁化 性粒子である。磁化性粒子は磁鉄鉱粉末またはカルボニル鉄粉にすることができ 、ＧＡＦ社製の絶縁還元カルボニル鉄粉末などが特に望ましい。液体キヤリヤ・ ベヒクルは３２℃で１〜１０００センチポアズの範囲内の粘度を有するものと記 載されている。適当なビヒクルの特例はＣｏｎｏｃｏ ＬＶＴ油、ケロシン、軽 パラフィン油、鉱物油およびシリコーン油を含む。望ましいキヤリヤ・ベヒクル は３２℃で約１０〜１０００センチポアズの範囲内の粘度を有するシリコーン油 である。 磁気レオロジー材料の連続成分またはキヤリヤ流体は、２、３の基本的な特性 、すなわち（ａ）流体の粒子成分および装置の材料との化学的相容性；（ｂ）低 コスト；（ｃ）低熱膨張；および（ｄ）高密度を示すことが必要である。また、 磁気レオロジー材料は周囲環境に無害でなければならず、さらに重要なことは広 い温度範囲に渡って一様に機能できなければならない。 前記の磁気レオロジー材料に従来から使用されているキヤリヤ流体成分の大部 分はこれらの基本的要件の全てを適切に満たすことができない。例えば、前記磁 気レオロジー材料の多くは、広温度範囲に渡って材料を利用する磁気レオロジー 装置によって示される力に大きな変動をもたらす。従って、伝統的なキヤリヤ流 体で調製した磁気レオロジー材料の多くは、広変動温度に渡って正確に制御され た力を一様に加える必要のある自動車および宇宙航空機の減衰装置に有効に利用 できない。 作動温度における変化に関して磁気レオロジー材料の性能の特徴づけは、クラ ッチ、ブレーキ、ダンパー、緩衝器およびエンジンマウントのような大部分の磁 気レオロジー装置の商業化の成功に重要である。これらの装置は全てそれらの耐 用年数に渡って動作温度において変動を経験している。例えば、自動車および宇 宙航空機の用途は、典型的に約−４０℃〜１５０℃に及ぶ温度で作動する装置を 要求する。 従って、広温度範囲に渡って性質の変化が少ない磁気レオロジー材料の必要が ある。 発明の開示 本発明は、実質的な磁気レオロジー効果を示し温度変化に関して機械的性質の 変化が最少である磁気レオロジー一材料である。特に、本発明は、キヤリヤ流体 と粒子成分から成り、キヤリヤ流体が２５℃〜−４０℃の温度範囲に渡って単位 温度（Ｔ）当りの粘度（η）変化（Δη／ΔＴ比）が約９．０センチポアズ／℃ またはそれ以下の値を有する。 Δη／ΔＴ比が２５〜−４０℃の温度範囲に渡って約９．０センチポアズ／℃ に等しいまたはそれ以下の値を有するキヤリヤ流体を利用して広温度範囲に渡っ て機械的性質の分散（変動）が異常に低い磁気レオロジー材料を調製できること を発見した。鉱物油およびパラフイン油のような従来のキヤリヤ流体は、典型的 に前記の限界よりも大きいΔη／ΔＴ比を有するので、広温度範囲に利用するこ とができない。２５℃で約３〜２００センチポアズの間の粘度をもったポリシロ キサンおよび過フッ素化ポリエーテルは適当なΔη／ΔＴ比を有し、広温度範囲 に渡って機械的性質の分散が異常に低い好適な磁気レオロジー材料の調製に使用 することができる。さらに詳しくは、本発明の磁気レオロジー材料は、ダンパ、 マウントまたはクラッチのような装置に使用したとき、約−４０℃〜１５０℃の 温度範囲に渡って従来のキヤリヤ流体で調製した磁気レオロジー材料を使用した 装置と比較して力の出力の変動（分散値）が著しく低い。 図面の簡単な説明 図１は温度の関数としてプロットした線状磁気レオロジーダンパの力の出力を 示す。本発明の低粘度磁気レオロジー材料（実施例１）を使用して約１０００エ ルステッドの磁界におけるこのダンパで得られた力のデータは、高粘度の比較用 磁気レオロジー材料（比較例２）を使用した類似条件下で得たデータと対照的で ある。 発明を実施するための最良の形態 本発明の磁気レオロジー材料はキヤリヤ流体と粒子成分から成り、そのキヤリ ヤ流体が２５℃〜−４０℃の温度範囲に渡って約９．０センチポアズ／℃、望ま しくは約７．０センチポアズ／℃と等しいまたはそれ以下の単位温度当りの粘度 変化（Δη／ΔＴを有する。 適当な（Δ／η／ΔＴ）比を有するキヤリヤ流体の例は、プロピレングリコー ル、無水酢酸、アリルイソチオシアネート、ベンジルアセテート、ビス（２−ブ トキシエチル）エーテル、ビス（２−クロロエチル）エーテル、ビス（２−エト キシエチル）エーテル、ビス（２−エチルヘキシル）−Ｏ−フタレート、ビス（ ２−メルカプトエチル）スルフイド、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、１ −ブロモヘプタン、１−ブロモヘキサン、１−ブロモオクタン、１，３−ブタン ジオール、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、ブチルベンゼン、ブチル シクロヘキサン、Ｎ−ブチルジエタノールアミン、無水酪酸、１−クロロ−２− エチルベンゼン、１−クロロ−４−エチルベンゼン、１−クロロヘプタン、１− クロロオクタン、３−クロロプロピオニトリル、３−クロロトルエン、シクロヘ キサノン、シクロヘキシルアセテート、シクロオクチルアミン、デカメチルテト ラシロキサン、１−デセン、１，２−ジブロモブタン、１，２−ジブロモ−１， １−ジクロロエタン、１，２−ジブトキシエタン、ジブチルジスルフイド、ジブ チルマレエート、ジブチルスルフィド、２−ジエチルアミノエタノール、１，４ −ジエチルベンゼン、ジエチルブロモマロネート、ジエチルスルフイド、ジ−（ ２−エチルヘキシル）−Ｏ−フタレート、ジエチルマロネート、Ｎ，Ｎ′−ジメ チルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルマロネート、２ ，４−ジメチルピリジン、ジプロピルジスルフイド、２−（２−エトキシエトキ シ）エタノール、２−エトキシエチルアセテ一ト、２−（エチルアミノ）エタノ ール、Ｎ−エチルアニリン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、２，２′−（エ チレンジオキシ）ビスエタノール、エチルヘプタノエート、エチルヘキサノエー ト、２−エチルヘキサノン酸、２−エチル−１−ヘキサノール、２−エチルヘキ シルアセテート、エチルオクタノエート、Ｓ−エチルチオエタノール、エチルト ルエン、４−フルオロ−１−メトキシベンゼン、グリセリルトリブチレート、ヘ プタコソフルオロ−トリブチルアミン、ヘプタナル、１−ヘプタンチオール、ヘ キサフルオロ−２−フエニル−２−プロパノール、シス−ヘキサヒドロインダン 、２，５−ヘキサンジオール、ヘキサンニトリル、１−ヘキサントリトオール、 １−ヘキサノール、ヘキシルアセテート、２−ヒドロキシエチルヒドラジン、４ −ヒドロキシ−４−メチル−２−ヘプタノン、３−ヒドロキシプロピオニトリル 、インダン、１−ヨードヘプタン、１−ヨードペンタン、イソブチルベンゼン、 イソプロピルベンゼン、イソプロピルシクロヘキサン、イソプロピル−１−メチ ルベンゼン、リモネン、３−メトキシ−１−ブタノール、２−（２−メトキシエ トキシ）エタノール、メチルアセトアセテート、Ｎ−メチルアニリン、メチルシ クロベンタジエンダイマー、メチルペタノエート、メチルヘキサノエート、１− メチルイミダゾール、４−メチルペンタンニトリル、２−メチルペンタノン酸、 ２−メチルプロピオン酸、１−ニトロブタン、２−ニトロエタノール、ノナン、 ノナノイルクロリド、オクタンニトリル、１−オクタンチオール、オクタノニル クロリド、１，５−ペンタンジアミン、ペンチルアセテート、１−フエニルヘキ サン、ピナン、ピネン、１，２，３−プロパントリオールトリアセテート、シス −プロペニルベンゼン、無水プロピオン酸、プロピルシクロヘキサン、プロピル ベンゾエート、スカレン、タトラエチルゲルマニウム、テトラエチルスズ、テト ラヒドロフラン−２−メタノール、２，６，１０，１４−テトラメチルペンタデ カン、トリブチルアミン、トリブチルボレート、トリブチルホスフエート、１， ３，５−トリメチルベンゼン、２，６，８−トリメチル−４−ノナノン、トリメ チルホスフエート、１，２，４−トリメチルピペラジン、トリプロピルアミン、 １−ウンデセン、およびそれらの混合物、並びにプロピレングリコールおよびエ チレングリコールと水の混合物（アルキレングリコール：水の比は６０：４０〜 ９５：５である）を含む。 本発明の望ましいキヤリヤ−流体は２５℃で約３〜２００）望ましくは約５〜 １００の粘度をもったポリシロキサンおよび過フッ素化ポリエーテルである。 本発明のポリシロキサンは、側基および末端基として炭化水素基で置換したシ ロキサン重合体主鎖から成るシリコーン単独重合体または共重合体にすることが できる。炭化水素基は炭素原子数が１〜８の直鎖、分枝または環状並びに脂肪族 または芳香族にすることができる。さらに、炭化水素基はＨ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｃｌ 、Ｂｒおよびフッ素化ポリシロキサンの場合のようにＦ官能基を含みうる。市販 のポリシロキサンの例はポリジメチルシロキサン、ポリメチルフエニルシロキサ ン、ポリ（メチル−３，３，３−トリフルオロプロピル）シロキサン、ポリクロ ロフエニルメチルシロキサン、ジメチル（テトラクロロフエニル）シロキサン共 重合体、ジメチル（フエニルメチル）シロキサン共重合体、ジメチル（ジフエニ ル）シロキサン共重合体、およびメチル−３，３，３−トリフルオロプロピル（ ジメチル）シロキサン共重合体を含む、そしてポリジメチルシロキサンが望まし い。 過フッ素化ポリエーテルは、炭素原子および酸素原子並びＣＦ₃またはＦ官能 基から成るポリエーテル主鎖を含有する線状フッ素化重合体にすることができる 。本発明の過フッ素化ポリエーテルは次式に対応する： 〔式中、ＡはＦまたはＣＦ₃、ｖ／ｗの比は約３０〜５０、望ましくは約３５〜 ４５である〕。市販の過フッ素化ポリエーテルは米国のＭｏｎｔｅｄｉｓｏｎ社 から入手できる商品名がＧＡＬＤＥＮ およびＦＯＭＢＬＩＮのフッ素化液体を 含む。 本発明のポリシロキサンおよび過フッ素化ポリエーテルは技術的に周知の方法 によって調製され、その多くが前記の如く市販されている。市販されているポリ シロキサンおよび過フッ素化ポリエーテルの粘度は、必要ならば、シリコーンお よび有機化合物の製造技術の当業者に周知の方法によって下げることができる。 かかる方法は高温、減圧下での熱解重合、並びにヘキサメチルジシロキサンのよ うな適当な末端封鎖剤の共存下での酸および塩基の解重合を含む。 粘度に関して若干低い温度依存性を示すので、ポリシロキサンが本発明に使用 するのに過フッ素化ポリエーテルより望ましい、そしてポリジメチルシロキサン が特に望ましい。 本発明のキヤリヤ流体は前記キヤリヤ流体の２種以上の混合体にすることもで きる。本発明のキヤリヤ流体は典型的に全磁気レオロジー材料の約５０〜９５、 望ましくは約６０〜８５体積％の範囲内の量で使用する。これは、磁気レオロジ ー材料のキヤリヤ流体および粒子がそれぞれ約０．９５および７．８６の比重を 有するとき、約１１〜７０、望ましくは約１５〜４１重量％に相当する。 本発明のキヤリヤ流体は２５℃〜−４０℃の温度範囲に渡って約９．０センチ ポアズ／℃に等しいまたはそれ以下（Δη／ΔＴ比）の値を有する必要がある、 なぜならばこの範囲内のΔη／ΔＴ比を有するキヤリヤ流体は対応する磁気レオ ロジー材料に予想外の優れた温度安定性を与えるからである。特に、本発明の低 粘度磁気レオロジー材料は、約−４０〜１５０℃の温度範囲に渡って高粘度のポ リシロキサン、高粘度の過フッ素化ポリエーテルまたは従来のキヤリヤ成分、例 えばパラフインや鉱物油で調製した磁気レオロジー材料よも著しく変動の少ない 機械的性質を示すことができる。従って、本発明の磁気レオロジー材料を利用す る装置（すなわち、ダンパ、マウント、クラッチ、等）は、従来のキヤリヤ成分 で調製した磁気レオロジー材料を利用する装置より広温度範囲に渡ってより一定 の力の出力を示す。 本発明の磁気レオロジー材料の温度変化に関して機械的変動が小さいことは、 大部分の用途において、より小さくより効率的な装置の設計ができる点で有利で ある。さらに、本発明の低粘度磁気レオロジー材料は設計技術者に装置の最終形 状並びに装置の動力消費の制御法における余地を大きくさせることができる。 本発明の磁気レオロジー材料の粒子成分は磁気レオロジー活性を示すことが知 られている本質的に固体から成る。本発明に有用な典型的な粒子成分は、例えば 常磁性、超常磁性または強磁性化合物から成る。本発明に有用な粒子成分の特定 例は鉄、酸化鉄、窒化鉄、炭化鉄、カルボニル鉄、二酸化クロム、低炭素鋼、ケ イ素鋼、ニッケル、コバルト、およびそれらの混合物のような材料から成る粒子 を含む。酸化鉄はＦｅ₂Ｏ₃およびＦｅ₃Ｏ₄のような既知の純鉄酸化物、並びにマ ンガン、亜鉛またはバリウムのような他の元素の少量を含むもの全てを含む。特 定の酸化鉄の例はフエライトおよびマグネタイトを含む。さらに、粒子成分はア ルミニウム、ケイ素、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、マンガンおよび／または銅を含有するもののような既知の鉄合金 から成る。また、粒子成分は、本願と同時出願した。本願と同一出願人でもある カールソンら（Ｊ．Ｄ．Ｃａｌｓｏｎ及びＫ．Ｄ．Ｗｅｉｓｓ）による発明の名 称が「合金粒子を主成分とした磁気レオロジー材料」の米国特許出願明細書に記 載されている特定の鉄−コバルトおよび鉄−ニッケル合金から成る。 その粒子成分は典型的に当業者が周知の方法によって調製される金属粉末の形 である。金属粉末の典型的な製造法は金属酸化物の還元、粉砕、摩砕、電着、金 属カルボニル分解、急速凝固、または溶融法を含む。市販されている種々の金属 粉末はストレート鉄粉、還元鉄粉、絶縁還元鉄粉、およびコバルト粉末を含む。 ここで使用される粒子の直径は約０．１〜５００ｐｍ）望ましくは約１．０〜５ ０ｐｍの範囲内にできる。 本発明の望ましい粒子はストレート鉄粉、還元鉄粉、酸化鉄粉、とストレート 鉄粉の混合体および酸化鉄粉と還元鉄粉の混合体である。酸化鉄粉と鉄粉の混合 体は、酸化鉄粉が鉄粉との混合時に鉄粉の表面から腐食生成物を除去して材料全 体の磁気レオロジー活性を高める点において有利である。酸化鉄粉と鉄粉の混合 体のさらに詳細は、本願と同時出願で本願と同一出願人でもあるワイスら（Ｋ． Ｄ．Ｗｅｉｓｓ ｅｔ ａｌ．）による発明の名称が「表面改質粒子利用の磁気 レオロジー材料」の米国特許出願明細書に記載されている。 粒子成分は典型的に、全材料の必要な活性および粘度に依存して全組成物の約 ５〜５０）望ましくは約１５〜４０体積％から成る。これは、磁気レオロジー材 料のキヤリヤ流体および粒子がそれぞれ約０．９５および７．８６を有するとき 、約３０〜８９、望ましくは約５９〜８５重量％に相当する。 粒子成分を分散させる界面活性剤も本発明に使用できる。かかる界面活性剤は 既知の界面活性剤または分散剤、例えばオレフイン酸第一鉄、ナフテン酸第一鉄 、 金属石けん（例えば、アルミニウムトリステアレートおよびアルミニウムジステ アレート）、アルカリ石けん（例えば、ステアリン酸リチウムおよびナトリウム ）、スルホネート、ホスフエートエステル、ステアリン酸、グリセロールモノオ レエート、ソルビタンセスキオレエート、ステアレート、ラウレート、脂肪酸、 脂肪アルコール、および米国第３，０４７、５０７号に記載されている他の界面 活性剤を含む。さらに、任意の界面活性剤は、フルオロ脂肪族重合体エステル（ 例えば、商品名ＦＣ−４３０（３Ｍ社製））、チタネート、アルミネートまたは ジルコネート・カップリング剤（例えば、Ｋｅｎｒｉｃｈ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍ ｉｃａｌｓ社の商品名ＫＥＮＲＥＡＣＴ カップリング剤）を含むステアリン酸 安定化分子から成る。任意の界面活性剤は疎水性金属酸化物粉末、例えばＤｅｇ ｕｓｓａ社の商品名ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７２、Ｒ９７４、ＥＰＲ９７６、Ｒ８ ０５およびＲ８１２およびＣａｂｏｔ社の商品名がＣＡＢＯＳＩＬ ＴＳ−５３ ０およびＴＳ−６１０の表面処疎水性ヒュームドシリカにすることができる。米 国特許第４，９９２，１９０号に開示されているような沈殿シリカゲルが粒子成 分の分散に使用することができる。磁気レオロジー材料中の水分の存在を低減さ せるたには、使用する沈殿シリカゲルは対流加熱炉中、約１１０℃〜１５０℃の 温度で約３〜２４時間乾燥することが望ましい。 利用する場合の界面活性剤は疎水性ヒュームドシリカ、乾燥した沈殿シリカゲ ル、リン酸塩エステル、フルオロ脂肪族重合体エステルまたはカップリング剤が 望ましい。その任意の界面活性剤は粒子成分に対して約０．１〜２０重量％の範 囲内の量で用いる。 本発明の磁気レオロジー材料におる粒子の沈降はチキソトロープ網状構造を形 成させることかよって最少にする。チキソトロープ網状構造は、低せん断速度で クラスターまたは凝集体とも言うルース網状構造を形状する粒子の懸濁と定義さ れる。この三次元構造の存在は磁気レオロジー材料に低剛性を与えることによっ て粒子の沈降を低減する。しかしながら、せん断力が中位のかくはんによって加 えられると、この構造は容易に破壊される。せん断力が除去されると、このルー ス網状構造は一定の時間かけて再形成される。 チキソトロープ網状構造は水素を結合しているチキソトロープ剤および／また は重合体改質金属酸化物を利用することよって形成される。コロイド添加物を利 用してチキソトロープ網状構造の形成を助けることができる。水素結合チキソト ロープ剤、重合体改質金属酸化物およびコロイド添加物を利用したチキソトロー プ網状構造の形成、本願と同一出願人でもあるワイスら（Ｋ．Ｄ．Ｗｅｉｓｓｅ ｔ ａｌ）による同時出願の米国特許出願（発明の名称、「チキソトロープ磁気 レオロジー材料」）にさらに詳しく記載されている。 本発明の磁気レオロジー材料は、最初に成分を一緒に手によるへらなどによっ て混合し（低せん断）、次にホモジナイザー、機械的ミキサーまたはシエーカー で十分に混合（高せん断）、またはホールミル、サンドミル、摩砕ミル、コロイ ドミル、ペイントミル、等のような適当な粉砕装置で分散させてさらに安定な懸 濁系を作ることによって調製することができる。 本発明の磁気レオロジー材料並びに他の磁気レオロジー材料の機械的性質およ び特性の評価は平行板および／または同心シリンダのクエット流動計の使用によ って得られる。これらの技術の基準となる理論はオカ（Ｓ．Ｏｋａ，Ｒｈｅｏｌ ｏｇｙ，Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｖｏｌ．３，Ｆ． Ｒ．Ｅｉｒｉｃｈ，ｅｄ．，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ，１９６０）によって適切に記載されている。流動計から得られる情報はせん断 歪速度の関数としての機械的せん断応力に関するデータを含む。磁気レオロジー 材料のせん断応力対せん断歪速度のデータは、動的降伏応力と粘度を決定するた めにビンガム・プラスチックに従ってモデル化することができる。このモデルの 範囲内で、磁気レオロジー材料の動的降伏応力は測定データに合った線状回帰曲 線の零速度切片に対応する。特定の磁界における磁気レオロジー作用は、その磁 界で測定した動的降伏応力と無磁界で測定した動的降伏応力との間の差としてさ らに定義できる。 円心シリンダセルの配置において、磁気レオロジー材料は半径Ｒ₁の内シリン ダと半径Ｒ₂の外シリンダ間に形成の環状間隙に配置されるが、単純な平行板の 配置における磁気レオロジー材料は上下板（両者共半径がＲ₃）間に形成された 平間隙に配置される。これらの技術において板またはシリンダのいずれか１が角 速度ωで回転され、他の板またはシリンダは静止させる。磁界は、流体を充てん した間隙間のこれらのセルに、同心シリンダに対しては半径方向に、平行板に対 しては軸方向に印加する。次にせん断応力とせん断歪速度との関係がこの角速度 およびトルクＴから得られる。 本発明の磁気レオロジー材料または他の磁気レオロジー材料を利用するダンパ 、マウントおよびクラッチのような種々の用途の特定装置の試験は、これら材料 の機械的性能を評価する第２の方法である。その磁気レオロジー材料を含有する 装置は機械的作動装置と列をなして配置して、特定の変位振幅および周波数で作 動させる。その装置に磁界を印加し、力の出力を時間の関数としてプロット伸長 ／圧縮波形の結果から決定する。ダンパ、マウントおよびクラッチの試験に利用 した方法は振動制御技術における当業者には周知である。 次の実施例は本発明の説明のためのものであって、発明の範囲を限定するもの ではない。実施例における粘度は全て２５℃で測定した値でセンチポアズで示す 。 実施例１ 磁気レオロジー材料は、１２５７．６ｇのストレートカルボニル鉄粉（ＧＡＦ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社の商品ＭＩＣＲＯＰＯＷＤＥＲ−Ｓ−１６４０）、２５． ０ｇのＭｎ／Ｚｎフエライト（Ｓｔｅｗａｒｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ社 の商品＃７３３０２−０）、重合体−改質金属酸化物として１７．３ｇのシリコ ーンオリゴマー改質シリカ（Ｃａｂａｔ社の商品（ＡＢＯＳＩＬ ＴＳ−７２０ ）および２５．２ｇのリン酸エステル分散剤（Ｗｉｔｃｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社 商品のＥＭＰＨＯＳ ＣＳ−１４１）を２９４．７ｇのポリジメチルシロキサン （Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｃｏｍｐａｎｙ社の商品Ｌ−４５、１０センチストークス）と一緒に添加するこ とによって調製する。ポリジメチルシロキサンの粘度は円心シリンダ流動計によ って測定して約１６センチポアズであった。その磁気レオロジー材料は摩砕ミル を使用し１６時間かけて均質混合体にした。その材料は使用するまでポリエチレ ン容器に貯蔵した。 比較実施例２ 実施例１で記載した方法によって磁気レオロジー材料を調製する。しかしなが ら、本例では１６センチポアズのポリジメチルシロキサン油を高粘度のシリコー ン油（Ｈｕｌｓ Ａｍｅｒｉｃａ社の商品ＰＳＯ４２、５００センチストークス ）に代えた。このシリコーン油の同心シリンダ流量計で測定した値は約６６０セ ンチポアズであつた。その磁気レオロジー材料は使用するまでポリエチレン容器 に貯蔵した。 実施例１および比較実施例２の機械的性質 実施例１および比較実施例２で調製した磁気レオロジー材料の機械的性能を− ４０℃〜１５０℃の温度範囲に渡って線状磁気レオロジーダンパで評価する。こ のダンパはピストンの移動によって流動される約２５０ｍＬの磁気レオロジー材 料を含有する。磁界を発生させて、ピストン内の電磁コイルに電流を印加するこ とにより装置内の間隙を制御する。流体が流れるこの間隙の幅は約１．５ｍｍで ある。試験中にダンパは１．０Ｈｚの周波数において±１．２７ｃｍ（０．５ｉ ｎ）の変位振幅で作動させる。その装置へ磁界を印加して、得られる時間の関数 としてプロットした伸長／圧縮波形から力の出力を決定する。 本発明の低粘度磁気レオロジー材料を利用したこの線状ダンパの力の出力と、 高粘度の比較磁気レオロジー材料（比較実施例２）を使用した同一のダンパの力 の出力を図１で比較する。この図において、約１０００エルステッドの磁界で測 定した力のデータを温度の関数としてプロットした。本発明の磁気レオロジー材 料を使用したダンパは−４０℃〜１５０℃の温度範囲に渡って比較的一定（約１ ５％以下の変動）の力の出力を与えるが、比較実施例２の比較磁気レオロジー材 料を使用したときこの同心ダンパの力の出力はこの温度範囲に渡って約７０％以 上変化する。 フッ素ポリシロキサンの粘度低下 磁気かくはん棒を備えたフラスコに５００ｍＬのポリ（メチル−３，３，３− トリフルオロプロピル）シロキサン（Ｈｕｌｓ Ａｍｅｒｉｃａ社の商品ＰＳ１ ８１，３００センチストークス）、および５１．０ｇのヘキサメチルジシロキサ ン（９９．９５％、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社の商品）を添加する。 次に反応フラスコに乾燥用チューブを取り付ける。その反応混合物を室温で５日 間かくはんする。その反応混合体へ合計１００ｍＬの蒸留脱イオン水を添加する 。 ２時間かくはん後、有機層を除去して蒸留脱イオン水１００ｍＬずつで３回１０ ％、重炭酸ナトリウム溶液４０ｍＬずつで４回、そして蒸留脱イオン水１００ｍ Ｌずつで７回洗浄する。過剰のヘキサメチルジシロキサンを６０℃で減圧下で除 去した。残留するポリ（メチル−３，３，３−トリフルオロプロピル）シロキサ ンは赤外分光法および¹³Ｃ核磁気共鳴分光法によって確認し、粘度は円心シリン ダ流動計を使用して測定し約８３ンチポアズ（６６センチストーク）であった。 この低粘度フッ素化ポリシロキサンは使用するまでポリエチレンのボトルに貯蔵 する。 実施例３〜５ 磁気レオロジー材料は、合計１１７．９ｇのカルボニル鉄粉（ＧＡＦ Ｃｈｅ ｍｉｃａｌｓ社の商品ＭＩＣＲＯＰＯＷＤＥＲ−Ｓ−１６４０）を表１に示した 対応するキヤリヤ流体へ添加することによって調製する。その磁気レオロジー材 料を低せん断および高せん断分散法を組合せ使用することによって均質混合物に する。特に、粒子とキヤリヤ流体は最初手で、次に１６個の回転ヘッドを備えた 高速分散機を使用してさらに十分に分散させる。磁気レオロジー材料の各々に存 在する鉄粒子の重量は体積比で０．３に相当する。その磁気レオロジー材料はポ リエチレン容器に貯蔵する。 実施例３〜５の機械的性質 実施例３〜５で調製した磁気レオロジー材料の機械的性質は平行板式流動計を 使用して評価する。全ての磁気レオロジー材料は２５℃、２０００および３００ ０エルステッドの磁界で顕著な動的降伏応力を示すことが観察された。これらの 降伏応力値は表２に示し、流動計から得たせん断応力対歪速度データに合った線 状回帰曲線のＹ−切片として定義される。 上記実施例からわかるように、本発明の磁気レオロジー材料は顕著な電気レオロ ジー活性を示し−４０〜１５０℃の温度範囲に渡って安定な性能を示すことがで きる。上記種々の温度における本材料の終始変らない性能は、同様の温度条件下 で従来の磁気レオロジー材料の極めて変動性の性能から見て予想外である。 以上、本発明の望ましい実施態様を記載したが、本発明の範囲は前記の特定の 用語および条件に限定されないで次の請求の範囲によって規定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ // Ｃ１０Ｎ 20:02 30:04 30:08 40:14 (72)発明者 ダクロス、ゼオドラ ジー アメリカ合衆国ノースカロライナ州27511 キャリー メインセール ドライブ 103

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．キヤリヤ流体と粒子成分から成り、該キヤリヤ流体が２５℃〜−４０℃ の温度範囲に渡って９．０センチポアズ／℃またはこの値以下のΔη／ΔＴ比を 有することを特徴とする磁気レオロジー材料。 ２．Δη／ΔＴ比が２５℃〜−４０℃温度範囲に渡って７．０センチポアズ ／℃以下またはこの値に等しい請求項１の磁気レオロジー材料。 ３．キヤリヤ流体は、プロピレングリコール、無水酢酸、アリルイソチオシ アネート、ベンジルアセテート、ビス（２−ブトキシエチル）エーテル、ビス（ ２−クロロエチル）エーテル、ビス（２−エトキシエチル）エーテル、ビス（２ −エチルヘキシル）−Ｏ−フタレート、ビス（２−メルカプトエチル）スルフイ ド、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、１−ブロモヘプタン、１−ブロモヘ キサン、１−ブロモオクタン、１，３−ブタンジオール、２−（２−ブトキシエ トキシ）エタノール、ブチルベンゼン、ブチルシクロヘキサン、Ｎ−ブチルジエ タノールアミン、無水酪酸、１−クロロ−２−エチルベンゼン、１−クロロ−４ −エチルベンゼン、１−クロロヘプタン、１−クロロオクタン、３−クロロプロ ピオニトリル、３−クロロトルエン、シクロヘキサノン、シクロヘキシルアセテ ート、シクロオクチルアミン、デカメチルテトラシロキサン、１−デセン、１， ２−ジブロモブタン、１，２−ジブロモ−１，１−ジクロロエタン、１，２−ジ ブトキシエタン、ジブチルジスルフイド、ジブチルマレエート、ジブチルスルフ ィド、２−ジエチルアミノエタノール、１，４−ジエチルベンゼン、ジエチルブ ロモマロネート、ジエチルスルフイド、ジー（２−エチルヘキシル）−Ｏ−フタ レート、ジエチルマロネート、Ｎ，Ｎ′−ジメチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ−ジ メチルホルムアミド、ジメチルマロネート、２，４−ジメチルピリジン、ジプロ ピルジスルフイド、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール、２−エトキシエ チルアセテート、２−（エチルアミノ）エタノール、Ｎ−エチルアニリン、Ｎ− エチルジエタノールアミン、２，２′−（エチレンジオキシ）ビスエタノール、 エチルヘプタノエート、エチルヘキサノエート、２−エチルヘキサノン酸、２− エチル−１−ヘキサノール、２−エチルヘキシルアセテート、エチルオクタノエ ート、Ｓ−エチルチオエタノール、エチルトルエン、４−フルオロ−１−メ トキシベンゼン、グリセリルトリブチレート、ヘプタコソフルオロ−トリブチル アミン、ヘプタナル、１−ヘプタンチオール、ヘキサフルオロ−２−フエニル− ２−プロパノール、シス−ヘキサヒドロインダン、２，５−ヘキサンジオール、 ヘキサンニトリル、１−ヘキサントリトオール、１−ヘキサノール、ヘキシルア セテート、２−ヒドロキシエチルヒドラジン、４−ヒドロキシ−４−メチル−２ −ヘプタノン、３−ヒドロキシプロピオニトリル、インダン、１−ヨードヘプタ ン、１−ヨードペンタン、イソブチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、イソプ ロピルシクロヘキサン、イソプロピル−１−メチルベンゼン、リモネン、３−メ トキシ−１−ブタノール、２−（２−メトキシエトキシ）エタノール、メチルア セトアセテート、Ｎ−メチルアニリン、メチルシクロベンタジエンダイマー、メ チルペタノエート、メチルヘキサノエート、１−メチルイミダゾール、４−メチ ルペンタンニトリル、２−メチルペンタノン酸、２−メチルプロピオン酸、１− ニトロブタン、２−ニトロエタノール、ノナン、ノナノイルクロリド、オクタン ニトリル、１−オクタンチオール、オクタノニルクロリド、１，５−ペンタンジ アミン、ペンチルアセテート、１−フエニルヘキサン、ピナン、ピネン、１，２ ，３−プロパントリオールトリアセテート、シス−プロペニルベンゼン、無水プ ロピオン酸、プロピルシクロヘキサン、プロピルベンゾエート、スカレン、テト ラエチルゲルマニウム、テトラエチルスズ、テトラヒドロフラン−２−メタノー ル、２，６，１０，１４−テトラメチルペンタデカン、トリブチルアミン、トリ ブチルボレート、トリブチルホスフエート、１，３，５−トリメチルベンゼン、 ２，６，８−トリメチル−４−ノナノン、トリメチルホスフエート、１，２，４ −トリメチルピペラジン、トリプロピルアミン、１−ウンデセン、およびそれら の混合物、並びにプロピレングリコールおよびエチレングリコールと水の混合物 （アルキレングリコール：水の比は６０：４０〜９５：５である）から成る群か ら選択する請求項１の磁気レオロジー材料。 ４．キヤリヤ流体が、ポリシロキサンまたは過フッ素化ポリエーテルであっ て、２５℃で３〜２００センチポアズの粘度を有する請求項１の磁気レオロジー 材料。 ５．キヤリヤ流体が２５℃で５〜１００センチポアズの粘度を有する請求項 ４の磁気レオロジー材料。 ６．ポリシロキサンが、側基および末端基として炭化水素基で置換したシロ キサン重合体主鎖から成るシリコーン単独重合体または共重合体であり、該炭化 水素基が直鎖、分枝または環式並びに炭素原子数が１〜８の範囲内の脂肪族また は芳香族であって、炭化水素基がＨ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｃｌ、ＢｒまたＦ官能基を含 む請求項４の磁気レオロジー材料。 ７．ポリシロキサンは、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフエニルシロ キサン、ポリ（メチル−３，３，３−トリフルオロプロピル）シロキサン、ポリ クロロフエニルメチルシロキサン、ジメチル（テトラクロロフエニル）シロキサ ン共重合体、ジメチル（フエニルメチル）シロキサン共重合体、ジメチル（ジフ エニル）シロキサン共重合体、およびメチル−３，３，３−トリフルオロプロピ ル（ジメチル）シロキサン共重合体から成る群から選ぶ請求項６の磁気レオロジ ー材料。 ８．ポリシロキサンがポリジメチルシロキサンである請求項７の磁気レオロ ジー材料。 ９．過フッ化ポリエーテルが、炭素および酸素原子と共にＣＦ₃またはＦ官 能基からなるポリエーテル主鎖を含有する線状フッ素化重合体である請求項４の レオロジー材料。 １０．過フッ化ポリエーテルが、次式（式中、ＡはＦまたはＣＦ₃であり、ｖ ／ｗの比は３０〜５０の範囲にある）に相当する請求項９の磁気レオロジー材料 ： １１．ｖ／ｗの比が３５〜４５の範囲にある請求項１０の磁気レオロジー材料 。 １２．粒子成分が常磁性、超常磁性または強磁性化合物から成る請求項１の磁 気レオロジー材料。 １３．粒子成分が、鉄、鉄合金、酸化鉄、窒化鉄、炭化鉄、カルボニル鉄、二 酸化クロム、低炭素鋼、ケイ素鋼、ニッケル、コバルト、およびそれらの混合物 から成る群から選んだ材料から成る請求項１２の磁気レオロジー材料。 １４．粉末成分は、ストレート鉄粉、還元鉄粉、絶縁還元鉄粉およびコバルト 粉末から成る群から選んだ金属粉末である請求項１の磁気レオロジー材料。 １５．粉末がストレート鉄粉、還元鉄粉、酸化鉄粉とストレート鉄粉の混合物 および酸化鉄粉と還元鉄粉の混合物である請求項１の磁性レオロジー材料。 １６．さらに界面活性剤から成る請求項１の磁性レオロジー材料。 １７．界面活性剤が、オレイン酸第一鉄、ナフテン酸第一鉄、金属石けん（例 えば、アルミニウムトリステアレートおよびアルミニウムジステアレート）、ア ルカリ石けん（例えば、ステアリン酸リチウムおよびナトリウム）、スルホネー ト、ホスフエートエステル、ステアリン酸、グリセロールモノオレエート、ソル ビタンセスキオレエート、ステアレート、ラウレート、脂肪酸、脂肪アルコール 、フルオロ脂肪族重合体エステル、疎水性ヒュームドシリカ、沈殿シリカゲル、 チタネート、アルミネートまたはジルコネート・カップリング剤から成る群から 選ぶ請求項１６の磁気レオロジー材料。 １８．界面活性剤が疎水性ヒュームドシリカ、沈殿シリカゲル、リン酸塩エス テル、フルオロ脂肪族重合体エステルまたはカップリング剤である請求項１７の 磁気レオロジー材料。 １９．沈殿シリカゲルは加熱対流オーブン内で１１０℃〜１５０℃の温度にお いて３〜２４時間乾燥させる請求項１８の磁気レオロジー材料。 ２０．粒子の沈降がチキソトロープ網状構造の形成よって最少にされる請求項 １の磁気レオロジー材料。 ２１．キヤリヤ流体が全磁気材料の５０〜９５体積％の範囲内の量で存在し、 粒子成分が５〜１０体積％の範囲内の量で存在する請求項１の磁気レオロジー材 料。 ２２．キヤリヤ流体が６０〜８５体積％の範囲内の量で存在し、粒子成分が１ ５〜４０重量％の範囲内の量で存在する請求項２１の磁気レオロジー材料。