(57)【要約】【課題】磁性粒子の沈降及び二次凝集等が生じにくいだけでなく、せん断速度が高い領域においてもせん断応力が小さい磁気粘性流体を実現できるようにする。【解決手段】磁気粘性流体は、磁性粒子混合体と、磁性粒子混合体を分散させた分散媒とを備えている。磁性粒子混合体は、第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子を含み、第１の磁性粒子は、第１の磁性粒子本体と、該第１の磁性粒子本体の表面に設けられた第１の表面改質層とを有し、第２の磁性粒子は、第２の磁性粒子本体と、該第２の磁性粒子本体の表面に設けられた第２の表面改質層とを有している。第１の磁性粒子の平均粒子径は、１μｍ以上且つ５０μｍ以下であり、第２の磁性粒子の平均粒子径は、５０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下であり、第２の磁性粒子の磁性粒子混合体に占める割合は０．５ｗｔ％以上且つ２ｗｔ％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子混合体と、
前記磁性粒子混合体を分散させる分散媒とを備え、
前記磁性粒子混合体は、第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子を含み、
前記第１の磁性粒子は、第１の磁性粒子本体と、該第１の磁性粒子本体の表面に設けられた第１の表面改質層とを有し、
前記第２の磁性粒子は、第２の磁性粒子本体と、該第２の磁性粒子本体の表面に設けられた第２の表面改質層とを有し、
前記第１の表面改質層の表面は、前記第１の磁性粒子本体の表面よりも前記分散媒に対する親和性が高く、
前記第２の表面改質層の表面は、前記第２の磁性粒子本体の表面よりも前記分散媒に対する親和性が高く、
前記第１の磁性粒子の平均粒子径は、１μｍ以上且つ５０μｍ以下であり、
前記第２の磁性粒子の平均粒子径は、５０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下であり、
前記第２の磁性粒子の前記磁性粒子混合体に対する質量分率は０．５ｗｔ％以上且つ２ｗｔ％以下である、磁気粘性流体。
【請求項２】
前記第１の表面改質層の表面は、前記第１の磁性粒子本体の表面よりも疎水性であり、
前記第２の表面改質層の表面は、前記第２の磁性粒子本体の表面よりも疎水性である、請求項１に記載の磁気粘性流体。
【請求項３】
前記第１の表面改質層及び前記第２の表面改質層は、炭化水素鎖を有する化合物からなる、請求項２に記載の磁気粘性流体。
【請求項４】
前記第１の表面改質層の表面は、前記第１の磁性粒子本体の表面よりも親水性であり、
前記第２の表面改質層の表面は、前記第２の磁性粒子本体の表面よりも親水性である、請求項１に記載の磁気粘性流体。
【請求項５】
前記第１の磁性粒子本体は、カルボニル鉄粒子からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気粘性流体。
【請求項６】
前記第２の磁性粒子本体は、アークプラズマ法により形成した鉄ナノ粒子からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気粘性流体。
【請求項７】
前記第２の磁性粒子本体は、マグネタイト粒子からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気粘性流体。
【請求項８】
相対回転可能な第１の部材及び第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に充填された磁気粘性流体と、
前記磁気粘性流体に磁場を加える磁場発生部とを備え、
前記磁気粘性流体は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁気粘性流体である、クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気粘性流体及びこれを用いたクラッチに関し、特に高せん断速度域において用いる磁気粘性流体及びこれを用いたクラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気粘性（Magneto Rheological：ＭＲ）流体は、鉄（Ｆｅ）等の磁性粒子をオイル等の分散媒に分散させた流体である。ＭＲ流体は、磁場の作用がない場合には分散媒中に磁性粒子がランダムに浮遊している。ＭＲ流体に外部から磁場を加えると、磁界の方向に沿って磁性粒子が多数のクラスタを形成し、粘性が増大する。このようにＭＲ流体は電気信号によってレオロジー特性又は力学的な性質を容易に制御できる材料であるため、種々の分野への応用が検討されている。現状では自動車向けショックアブソーバー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ている。
【０００３】
ＭＲ流体において一般的に用いられる磁性粒子は、平均粒子径が数μｍ〜数十μｍである。磁性粒子をオイル等の分散媒に分散させた流体としてはＭＲ流体以外に、磁性流体がある。磁性流体の場合に用いられる磁性粒子の粒子径は数ｎｍ〜１０ｎｍ程度であり、熱エネルギーに起因するブラウン運動により粒子が振動する。このため、磁性流体は磁場を与えてもクラスタを形成せず、粘性は増大しないという点でＭＲ流体とは全く異なる。ＭＲ流体においては、クラスタを形成させるために磁性流体と比べて、大きな粒子を用いている。このため、放置しておくと磁性粒子の沈降によるケーキングが発生してしまうという問題がある。また、磁場の付与と解除とを繰り返すと、磁性粒子が二次凝集して、安定した分散状態を維持できなくなるという問題がある。
【０００４】
ＭＲ流体の安定性を向上させる方法として、本願発明者らは平均粒子径が数十ｎｍ〜数百ｎｍのナノサイズの磁性粒子からなるＭＲ流体についてこれまでに特許出願を行っている（例えば、特許文献１を参照。）。磁性粒子をナノサイズとすることにより、磁性粒子の沈降及び二次凝集等が発生しにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１７７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＭＲ流体を回転型のクラッチ等に応用する場合、従来のＭＲ流体ではせん断速度が高い高せん断速度域においてせん断応力が大きく上昇するという問題がある。産業用機器は一般に高速回転させる必要がある。このため、産業用機器のクラッチ等におけるトルクを伝達する媒体には、高せん断速度域においても、せん断応力が大きく上昇しないことが求められる。また、ダンパ用途においても高せん断速度域におけるせん断応力を低く保つことが求められる。しかし、従来のＭＲ流体は、せん断速度が高くなるとせん断応力が大きく上昇してしまう。
【０００７】
本発明は、前記の問題を解決し、磁性粒子の沈降及び二次凝集等が生じにくいだけでなく、高せん断速度域におけるせん断応力の上昇が小さいＭＲ流体を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る磁気粘性流体の一態様は、磁性粒子混合体と、磁性粒子混合体を分散させる分散媒とを備え、磁性粒子混合体は、第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子を含み、第１の磁性粒子は、第１の磁性粒子本体と、該第１の磁性粒子本体の表面に設けられた第１の表面改質層とを有し、第２の磁性粒子は、第２の磁性粒子本体と、該第２の磁性粒子本体の表面に設けられた第２の表面改質層とを有し、第１の表面改質層の表面は、第１の磁性粒子本体の表面よりも分散媒に対する親和性が高く、第２の表面改質層の表面は、第２の磁性粒子本体の表面よりも分散媒に対する親和性が高く、第１の磁性粒子の平均粒子径は、１μｍ以上且つ５０μｍ以下であり、第２の磁性粒子の平均粒子径は、５０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下であり、第２の磁性粒子の磁性粒子混合体に対する質量分率は０．５ｗｔ％以上且つ２ｗｔ％以下である。
【０００９】
磁気粘性流体の一態様において、第１の表面改質層の表面は、第１の磁性粒子本体の表面よりも疎水性であり、第２の表面改質層の表面は、第２の磁性粒子本体の表面よりも疎水性であってもよい。
【００１０】
この場合において、第１の表面改質層及び第２の表面改質層は、炭化水素鎖を有する化合物により構成されていてもよい。
【００１１】
磁気粘性流体の一態様において、第１の表面改質層の表面は、第１の磁性粒子本体の表面よりも親水性であり、第２の表面改質層の表面は、第２の磁性粒子本体の表面よりも親水性であってもよい。
【００１２】
磁気粘性流体の一態様において、第１の磁性粒子本体は、カルボニル鉄粒子からなる構成としてもよい。
【００１３】
磁気粘性流体の一態様において、第２の磁性粒子本体は、アークプラズマ法により形成した鉄ナノ粒子からなる構成としても、マグネタイト粒子からなる構成としてもよい。
【００１４】
本発明に係るクラッチの一態様は、対回転可能な第１の部材及び第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間に充填された磁気粘性流体と、磁気粘性流体に磁場を加える磁場発生部とを備え、磁気粘性流体は、本発明に係る磁気粘性流体のいずれかである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る磁気粘性流体によれば、磁性粒子の沈降及び二次凝集等が生じにくいだけでなく、高せん断速度域におけるせん断応力の上昇が小さいＭＲ流体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】鉄ナノ粒子についてせん断応力を評価した結果を示すグラフである。
【図２】本実施形態において用いた金属粒子の製造装置を示すブロック図である。
【図３】本実施形態のＭＲ流体を用いたクラッチの一例を示す断面図である。
【図４】ＭＲ流体のトルクの測定例を示すチャートである。
【図５】第２の磁性粒子の割合と、せん断応力の抑制率との関係を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
一実施形態に係る磁気粘性（ＭＲ）流体は、第１の磁性粒子と第２の磁性粒子とを混合した磁性粒子混合体と、磁性粒子混合体を分散させる分散媒とを備えている。第１の磁性粒子は、通常サイズの磁性粒子であり、第１の磁性粒子本体と、その表面に設けられた第１の表面改質層とを有している。第２の磁性粒子は、ナノサイズの磁性粒子であり、第２の磁性粒子本体と、その表面に設けられた第２の表面改質層とを有している。
【００１８】
第１の磁性粒子本体は、一般的なＭＲ流体において用いられる平均粒子径が１μｍ〜５０μｍ程度の磁性粒子とすればよく、沈降の観点からは１μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。第１の磁性粒子本体は、適した平均粒子径を有する磁性粒子であればどのようなものであってもよい。例えば、鉄、窒化鉄、炭化鉄、カルボニル鉄、二酸化クロム、低炭素鋼、ニッケル又はコバルト等を用いることができる。また、アルミニウム含有鉄合金、ケイ素含有鉄合金、コバルト含有鉄合金、ニッケル含有鉄合金、バナジウム含有鉄合金、モリブデン含有鉄合金、クロム含有鉄合金、タングステン含有鉄合金、マンガン含有鉄合金又は銅含有鉄合金等の鉄合金を用いることもできる。ガドリニウム、ガドリニウム有機誘導体からなる常磁性、超常磁性又は強磁性化合物粒子及びこれらの混合物からなる粒子等を用いることもできる。中でも、カルボニル鉄は第１の磁性粒子本体として適した平均粒子径のものが容易に得られるため好ましい。また、カルボニル鉄は、保磁力が小さく透磁率が大きい、軟磁性材料でありこの点からも好ましい。
【００１９】
第２の磁性粒子本体は第１の磁性粒子本体よりも平均粒子径が小さく、且つＭＲ流体として機能する粒子であればよい。また、磁場を印可した場合には磁性を帯び、磁場を印可していない場合には実質的に磁性を帯びていない状態となる、軟磁性材料からなる粒子が好ましい。具体的には保磁力が３００Ｏｅ以下の粒子が好ましく、２５０Ｏｅ以下の粒子がより好ましく、２００Ｏｅ以下の粒子がさらに好ましい。
【００２０】
第２の磁性粒子本体の平均粒子径が大きくなると粒子が沈降しやすくなり、ＭＲ流体の安定性を向上させる効果が低下する。このため、沈降の観点からは第２の磁性粒子本体の平均粒子径を２００ｎｍ以下とすればよく、１００ｎｍ以下とすることが好ましい。一方、磁場を与えた際にクラスタを形成する観点からは、第２の磁性粒子本体の平均粒子径はある程度大きい方が好ましい。また、粒子が単磁区構造となり保磁力が増大することを避ける観点からも、第２の磁性粒子本体の平均粒子径はある程度大きい方が好ましい。具体的には、第２の磁性粒子本体の平均粒子径を５０ｎｍ以上とすればよく、７０ｎｍ以上とすることが好ましく、９０ｎｍ以上とすることがより好ましい。
【００２１】
実際に、平均粒子径が１１０ｎｍの鉄ナノ粒子についてせん断応力を測定した結果を図１に示す。測定には市販の回転粘度計（ＨＡＡＫＥ社製：レオストレス６００）及び磁場発生装置（英弘精機社製：MR-100N）を使用した。また、鉄ナノ粒子はアークプラズマ法により形成し、メチルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社：ＫＢＭ−１３）を用いて表面改質層を形成した。平均粒子径は、ＢＥＴ（Brunauer-Emmett-Teller）法により求めた値である。測定の際の粒子濃度は１５vol％とし、分散媒にはシリコーンオイル（信越化学社製：ＫＦ−９６−５０ｃｓ）を用い、回転粘度計のギャップは０．５ｍｍとした。図１に示すように、磁場をかけていない場合には０．０２ｋＰａ〜０．１ｋＰａ程度であったせん断応力が、０．５Ｔ（テスラ）の磁場を印加した場合には１０ｋＰａ〜１１ｋＰａ程度まで上昇した。このように、平均粒子径が１１０ｎｍ程度の鉄ナノ粒子も磁場によりクラスタを形成し、ＭＲ流体となることが確認できた。
【００２２】
第２の磁性粒子本体も、適した平均粒子径と保磁力とを有している磁性粒子であれば第１の磁性粒子本体と同様にどのような材質であってもよい。中でもアークプラズマ法により形成した鉄ナノ粒子は、第２の磁性粒子本体として適した平均粒子径のものが容易に得られ、保磁力が１００Ｏｅ〜２００Ｏｅ程度であるため好ましい。また、二価の鉄と三価の鉄を含む複合酸化物であるマグネタイトも、第２の磁性粒子本体として適した平均粒子径と保磁力とを有するものが容易に得られるため好ましい。
【００２３】
第２の粒子本体をアークプラズマ法により形成する場合は、例えば以下のようにすればよい。図２は、アークプラズマ法によりナノサイズの金属粒子を製造する装置１０を概略的に示している。この装置１０は、タングステン電極を含むプラズマトーチ１１と、金属材料２１が載置される水冷銅ハース１２とが、容器１３内に相対して配設されている。陰極であるプラズマトーチ１１と、陽極である水冷銅ハース１２との間には直流電源１４が接続されている。
【００２４】
まず、容器１３内を水素雰囲気又は不活性ガスと水素若しくは窒素等の２原子分子ガスやその他の多原子分子ガスとの混合ガス雰囲気としてアークプラズマ１８を発生させる。アークプラズマ１８により、水冷銅ハース１２の上に置かれた金属材料２１が蒸発する。蒸発した金属材料は冷却されてナノサイズの金属粒子である第２の磁性粒子本体となる。生成した第２の磁性粒子本体は、ガス循環ポンプ１５によって吸引され、容器１３と接続された粒子捕集器１６に捕集される。ガス循環ポンプ１５から排出されたガスは容器１３に戻される。
【００２５】
第２の磁性粒子本体を生成した後、装置１０内を数％の酸素と非酸化性ガスとの混合気体に置換し、その状態で数時間放置する。これにより、粒子捕集器１６に捕集された第２の磁性粒子本体の表面に、厚さが２ｎｍ〜１０ｎｍ程度の酸化膜が生成する。放置時間を長くしても、酸化膜はそれ以上あまり成長しない。酸化膜を形成することにより、ナノサイズの金属粒子である第２の磁性粒子本体を大気中に取り出したときに、それが燃焼してしまうことを防止することができる。
【００２６】
第１の表面改質層及び第２の表面改質層（以下、まとめて表面改質層という。）は、それぞれ第１の磁性粒子本体及び第２の磁性粒子本体（以下、まとめて磁性粒子本体という。）の表面に設けられ、表面改質層が設けられていない磁性粒子本体よりも分散媒に対する親和性を高くできればよい。具体的に分散媒がシリコーンオイル等の疎水性の材料からなる場合には、磁性粒子本体の表面よりも表面改質層の表面において疎水性（親油性）が高くなるようにすればよい。分散媒が水等からなる場合には、磁性粒子本体の表面よりも表面改質層の表面において親水性が高くなるようにすればよい。表面改質層は、それぞれ磁性粒子本体の表面に均一に設けられていればよいが、磁性粒子本体の表面の少なくとも一部に設けられていてもよい。
【００２７】
第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子が、それぞれ第１の表面改質層及び第２の表面改質層を有していることにより、高せん断速度域におけるトルクを大幅に低減することが可能となる。これは、第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子と分散媒との親和性が向上すると共に、第１の磁性粒子と第２の磁性粒子との間の親和性も向上することによると考えられる。分散媒中において大きな第１の磁性粒子の隙間に、微細な第２の磁性粒子が充填されやすくなり、より均一な分散が実現できると考えられる。第２の磁性粒子が第１の磁性粒子の隙間に充填されることにより、第１の粒子同士の衝突が生じにくくなる。これにより、高せん断速度域における粘度をより低減できると考えられる。
【００２８】
表面改質層は、分散媒に対する親和性を向上させることができればどのようにして形成してもよい。例えば、分散媒がシリコーンオイル等であり、疎水性を向上させる場合には、疎水性の化合物を磁性粒子本体の表面に固定すればよい。疎水性の化合物としては、直鎖若しくは分岐を有する炭化水素鎖又はアリル基を有する化合物等とすればよい。化合物の固定には種々の方法を用いることができるが、例えば磁性粒子本体の表面に水酸基を導入し、水酸基と反応する官能基を有する化合物を結合させればよい。また、磁性粒子本体の表面に導入した水酸基と化合物とを２官能性のカップリング剤を介して結合してもよい。
【００２９】
水酸基は種々の方法により導入できるが、例えば磁性粒子本体を酸素を含む雰囲気に放置して酸化膜を形成した後、水分を含む雰囲気に放置すればよい。反応性を調整するために、酸素濃度を非酸化性の窒素又は希ガス等により調整すればよい。水酸基を導入する際の水分濃度は材料に応じて適宜設定すればよいが、アークプラズマ法により形成した鉄ナノ粒子の場合には、通常の大気下に放置するだけで十分である。材料によっては、水蒸気、水蒸気を混合した窒素若しくは不活性ガス雰囲気等とすればよい。また、酸素と水分とを含む雰囲気に放置することにより、酸化膜の形成と水酸基の導入とを同時に行うことも可能である。材料によっては、酸化膜の形成及び水酸基の導入にプラズマ照射等を用いてもよい。なお、表面に水酸基を有する市販の磁性粒子を用いる場合は、この工程は省略してよい。
【００３０】
水酸基と反応する官能基を有する化合物はどのようなものを用いてもよいが、炭化水素鎖とメトキシ基又はエトキシ基等の加水分解基とを有するシランカップリング剤を用いることができる。具体的には、メチルトリエトキシシラン又はメチルトリメトキシシラン等を用いてもよい。分散媒の種類に応じて分散媒と親和性が高い官能基を導入するように、シランカップリング剤を選択すればよい。また、反応性の官能基を有するシランカップリング剤をカップリングさせた後、分散媒と親和性が高い官能基を有する化合物を反応させてもよい。また、水酸基と反応させることができればシランカップリング剤以外のカップリング剤を用いてもよい。カップリング反応は、気相にて行う方が液相にて行う場合よりも磁性粒子本体の凝集を抑制することができるので好ましい。
【００３１】
一方、親水性の表面改質層が必要な場合は、シランカップリング剤等と反応させずに磁性粒子本体の表面に水酸基を導入した状態とすればよい。また、シランカップリング剤等を用いて、親水性の化合物を磁性粒子本体の表面に導入してもよい。
【００３２】
第１の表面改質層と第２の表面改質層とは同じでよいが、互いに異なっていてもよい。また、同じ方法により形成できるが、互いに異なる方法により形成することもできる。
【００３３】
表面改質層を形成した後、粒子の解砕を行うことが好ましい。解砕は、粉砕機（例えばボールミル）を用いた既知の方法により行えばよい。解砕機を用いて解砕することにより、平均粒子径を、所定の大きさ以下に正確に制御することが可能になる。なお、粒子の解砕工程は省略することも可能である。
【００３４】
分散媒は、磁性粒子混合体を分散させることができる液体であればどのようなものであってもよい。例えば、シリコーンオイル、フッ素オイル、ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）、パラフィン、エーテル油、エステル油、鉱物油、植物性油又は動物性油等を用いることができる。また、トルエン、キシレン、ヘキサン、及びエーテル類等の有機溶媒又はエチルメチルイミダゾリウム塩、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム塩及び１−メチルピラゾリウム塩等に代表されるイオン性液体（常温溶融塩）類等を用いることもできる。これは、単独で用いることも２種類以上を組み合わせて用いることもできる。親水性の表面改質層を設ければ水、エステル類又はアルコール類等を分散媒とすることも可能である。
【００３５】
本実施形態の第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子は、分散媒との親和性が高いため、高せん断混合を行わなくても容易に分散させることができる。例えば、まず第１の磁性粒子と分散媒とを混合して攪拌した後、第２の磁性粒子を加えれば容易に分散させることができる。なお、第２の磁性粒子と分散媒とを先に混合した後、第１の磁性粒子を加えてもよく、第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子を同時に分散媒と混合してもよい。第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子と分散媒との混合は、自転公転式混合機、ホモジナイザー又は遊星混合機等を用いて行うことができる。第１の磁性粒子及び第２の磁性粒子と分散媒とを混合する際に分散剤等を添加してもよい。
【００３６】
第２の磁性粒子の磁性粒子混合体に対する質量分率（濃度）は、高せん断速度域におけるせん断応力を低く抑える観点から、０．５ｗｔ％以上とすることが好ましく、０．７５ｗｔ％以上であることがより好ましく、１．０ｗｔ％以上とすることがさらに好ましい。そして、２．０ｗｔ％以下とすることが好ましく、１．９ｗｔ％以下とすることがより好ましく、１．８ｗｔ％以下とすることがさらに好ましく、１．５ｗｔ％以下とすることがよりさらに好ましい。第１の磁性粒子は、残部とすればよい。このような混合比率とすることにより、ＭＲ流体に磁場を印加していない場合の基底粘度を低くする効果も得られる。また、第２の磁性粒子を加えることにより、磁性粒子混合体が分散媒中で沈降しにくくなるという効果も得られる。  磁性粒子混合体の分散媒に対する濃度（体積分率）は、ＭＲ流体としての機能を発揮させる観点から１５vol％以上とすることが好ましい。また、ＭＲ流体の基底粘度を抑える観点からは、５０vol％以下とすることが好ましく、３０vol％以下とすることがより好ましい。
【００３７】
本実施形態のＭＲ流体は、例えば図３に示すようなクラッチに用いることができる。クラッチは、入力軸１０１と、出力軸１０２と、これらの周囲を囲むように配置された磁場発生部である電磁石１０３とを有している。入力軸１０１の端部には外筒１１１が固定され、出力軸１０２の端部にはローター１２１が固定されている。外筒１１１はローター１２１を囲んでおり、外筒１１１とローター１２１とは相対回転可能に配置されている。外筒１１１の内側の空間を密閉するようにオイルシール１０４が設けられている。外筒１１１とローター１２１との間には間隙が設けられており、回転時には遠心力によりこの間隙にはＭＲ流体１０５が満たされる。電磁石１０３により磁場を発生させると、ＭＲ流体中の磁性粒子が磁束の方向にクラスタを形成し、クラスタを介して外筒１１１とローター１２１との間にトルクが伝達される。
【００３８】
クラッチ以外にも、ブレーキ等のトルク制御デバイスに用いることができる。また、ダンパ等の用途に用いることもできる。特に、高いせん断速度が加わる用途において効果的に利用することができる。
【００３９】
以下に、実施例を用いてＭＲ流体の特性についてさらに詳細に説明する。
【００４０】
＜第１の磁性粒子の調製＞
第１の磁性粒子本体として、表面に酸化膜を有する市販のカルボニル鉄粒子（ニューメタルス  エンド  ケミカルスコーポレーション製：UN3189、平均粒子径６μｍ）を用いた。用いたカルボニル鉄粒子は酸化膜を有しているため、酸化膜形成工程及び水酸基導入工程は行わなかった。カルボニル鉄粒子２０ｇと、シランカップリング剤０．０７ｇとを圧力容器内に入れ、圧力容器を密閉した。シランカップリング剤には、メチルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社：ＫＢＭ−１３）を用いた。シランカップリング剤はビーカー等の開口容器に入れ、カルボニル鉄粒子とシランカップリング剤とが直接混合されないようにした。カルボニル鉄粒子及びシランカップリング剤を入れた圧力容器を８０℃の乾燥炉内に２時間放置し、シランカップリング剤を圧力容器内で気化させた。気化したシランカップリング剤が、カルボニル鉄粒子表面の水酸基と反応することにより、表面に疎水性の表面改質層を有する第１の磁性粒子が得られた。
【００４１】
＜第２の磁性粒子の調製＞
第２の磁性粒子本体は、以下のようにして、アークプラズマ法により形成した。まず、図２に示す装置１０の容器１３内に、水素及びアルゴンの混合気体を満たして大気圧とした。水素及びアルゴンの分圧はそれぞれ、０．５ａｔｍとした。直流電源１４により、タングステンからなるプラズマトーチ１１（陰極）と、水冷銅ハース１２の上に載置した金属材料２１（陽極）との間に４０Ｖの電圧で１５０Ａの電流を供給することにより、アークプラズマ１８を発生させた。金属材料２１として、純鉄（純度９９．９８％：アルドリッチ社製）を用いた。鉄ナノ粒子の生成速度は０．８ｇ／ｍｉｎ程度であった。
【００４２】
鉄ナノ粒子を生成した後、容器１３及び粒子捕集器１６内をアルゴンを５％含むドライエア（窒素８０％、酸素２０％）雰囲気として、３時間放置した。これにより、鉄ナノ粒子の表面に厚さが２ｎｍ〜１０ｎｍ程度の酸化膜が形成された。なお、酸化膜の形成は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。放置時間が３時間を超えても酸化膜の膜厚はほとんど変化しなかった。
【００４３】
酸化膜が形成された鉄ナノ粒子を、装置１０から取り出し、大気中に常温で１時間放置することにより、鉄ナノ粒子の表面に水酸基を導入した。水酸基を導入した鉄ナノ粒子と、シランカップリング剤とを圧力容器内に入れ、圧力容器を密閉した。シランカップリング剤には、メチルトリメトキシシラン（信越化学工業株式会社：ＫＢＭ−１３）を用いた。シランカップリング剤はビーカー等の開口容器に入れ、鉄ナノ粒子とシランカップリング剤とが直接混合されないようにした。シランカップリング剤は、鉄ナノ粒子１０ｇに対し０．３８ｇの比率となるようにした。鉄ナノ粒子及びシランカップリング剤を入れた圧力容器を８０℃の乾燥炉内に２時間放置し、シランカップリング剤を圧力容器内で気化させた。気化したシランカップリング剤が、鉄ナノ粒子表面の水酸基と反応することにより、表面に疎水性の表面改質層を有する第２の磁性粒子が得られた。
【００４４】
得られた第２の磁性粒子の平均粒子径は、１００ｎｍであった。第２の磁性粒子の平均粒子径は、ＢＥＴ（Brunauer-Emmett-Teller）法により求めた。
【００４５】
（実施例１）
表面改質層を有する第１の磁性粒子及び表面改質層を有する第２の磁性粒子を分散媒に分散させ、ＭＲ流体を得た。第１の磁性粒子と第２の磁性粒子とを合わせた磁性粒子混合体の分散媒に対する濃度は２５vol％とした。磁性粒子混合体に対する第１の磁性粒子の質量分率（濃度）は９９．５ｗｔ％とし、第２の磁性粒子の質量分率（濃度）は０．５ｗｔ％とした。分散媒には、シリコーンオイル（信越化学社製：ＫＦ−９６−５０ｃｓ）を用いた。
【００４６】
得られたＭＲ流体について、回転粘度計（ＨＡＡＫＥ社製：レオストレス６０００）を用いてせん断応力を測定した。平板の間隔は５０μｍとし、せん断速度が０ｓ-1〜３００００ｓ-1の範囲についてせん断応力を測定した。
【００４７】
（実施例２）
磁性粒子混合体に対する第１の磁性粒子の質量分率を９９．０ｗｔ％とし、第２の磁性粒子の質量分率を１ｗｔ％とした以外は、実施例１と同様にした。
【００４８】
（実施例３）
磁性粒子混合体に対する第１の磁性粒子の質量分率を９８．５ｗｔ％とし、第２の磁性粒子の質量分率を１．５ｗｔ％とした以外は、実施例１と同様にした。
【００４９】
（実施例４）
磁性粒子混合体に対する第１の磁性粒子の質量分率を９８．０ｗｔ％とし、第２の磁性粒子の質量分率を２ｗｔ％とした以外は、実施例１と同様にした。
【００５０】
（比較例１）
磁性粒子混合体に代えて、第１の磁性粒子を単独で用いた以外は、実施例１と同様にした。
【００５１】
（比較例２）
磁性粒子混合体に対する第１の磁性粒子の質量分率を９５．０ｗｔ％とし、第２の磁性粒子の質量分率を５ｗｔ％とした以外は、実施例１と同様にした。
【００５２】
図４は、実施例１及び比較例１について磁場を印加していない場合のせん断速度とせん断応力との関係を示している。図４に示すように、せん断速度が１５０００ｓ-1以上の高せん断速度域におけるせん断応力の上昇が、第２の磁性粒子を０．５ｗｔ％含む実施例１では、第２の磁性粒子を含まない比較例１に比べて抑えられている。表１には、各実施例及び比較例について、高せん断速度域におけるせん断応力の増加係数及びせん断応力の抑制率を示している。せん断応力の増加係数は、各実施例及び比較例についてせん断速度が１５０００ｓ-1から３００００ｓ-1の間のプロットを直線近似して傾きを求め、比較例１の値により正規化した値である。せん断応力の抑制率は、各実施例及び比較例のせん断応力の増加係数と、比較例１のせん断応力の増加係数との差である。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
表１に示すように、第２の磁性粒子を添加した実施例１〜４では、第２の磁性粒子を添加していない比較例１と比べてせん断応力の増加係数が小さくなり、抑制率が上昇している。しかし、第２の磁性粒子を５ｗｔ％添加した比較例２においては、せん断応力の増加係数を抑える効果が低下している。図５には、磁性粒子混合体に対する第２の磁性粒子の質量分率と、抑制率との関係を示している。磁性粒子混合体に占める第２の磁性粒子の割合が増加するとせん断応力の抑制率が向上するが、さらに第２の磁性粒子の割合が増加するとせん断応力のせん断速度の抑制率が低下している。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る磁気粘性流体は、せん断速度が高い領域においてもせん断応力が小さい磁気粘性流体を実現でき、特に高せん断速度において用いる磁気粘性流体等として有用であり、クラッチ等に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０        装置
１１        プラズマトーチ
１２        水冷銅ハース
１３        容器
１４        直流電源
１５        ガス循環ポンプ
１６        粒子捕集器
１８        アークプラズマ
２１        金属材料
１０１      入力軸
１０２      出力軸
１０３      電磁石
１０４      オイルシール
１０５      ＭＲ流体
１１１      外筒
１２１      ローター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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