(57)【要約】【課題】  環境問題の視点に立って、従来の磁気レオロジー流体に替わり得る、環境に優しく（環境に及ぼす負荷が小さく）分散粒子の分散安定性に優れた磁気レオロジー流体を生成することを目的とする。【解決手段】  本発明は、不飽和脂肪酸であるところの菜種油に膨潤性層状粘土鉱物であるところのルーセンタイト、あるいは非水系塗料用垂れ防止剤を添加混合した分散媒中に、球形カルボニル鉄粉を分散させて磁気レオロジー流体を生成する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
不飽和脂肪酸に膨潤性層状粘土鉱物あるいは非水系塗料用垂れ防止剤を添加混合した分散媒中に、強磁性体粉末を分散させてなることを特徴とする磁気レオロジー流体。
【請求項２】
不飽和脂肪酸であるところの菜種油に膨潤性層状粘土鉱物であるところのルーセンタイトを添加混合した分散媒中に、強磁性体粉末を分散させてなることを特徴とする磁気レオロジー流体。
【請求項３】
不飽和脂肪酸であるところの菜種油に非水系塗料用垂れ防止剤を添加混合した分散媒中に、強磁性体粉末を分散させてなることを特徴とする磁気レオロジー流体。
【請求項４】
分散媒中に球形カルボニル鉄粉を分散させたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の磁気レオロジー流体。
【請求項５】
分散媒中に粒径１〜２０μmの球形カルボニル鉄粉を分散させたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気レオロジー流体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外部から加わる磁界の有無によって粘度が大幅に変化し流動特性が極めて大きく変化する磁気レオロジー流体（Magnetorheological Fluid）（「ＭＲＦ」と略す）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＦ（磁気レオロジー流体）は、分散媒（キャリアー流体）と分散粒子から成る流体で、外部磁界Ｈが印加されていないとき（外部磁界の強さＨ＝０のとき）にはニュートン流体（Newton 流体）の特性を示し、外部磁界が印加されるとその流体の見掛けの粘度が著しく上昇し降伏応力が現れビンガム流体（Bingham 流体）の特性を示す。そしてまた磁界を取り除くとＭＲＦの粘度は再び元の粘度に戻る可逆性を示す。ＭＲＦのそのような粘性特性はＭＲ効果と呼ばれ、その粘度変化は初期状態に対して１０５〜１０６倍にもなる。
【０００３】
従来からＭＲＦの分散媒としてシリコーン油が用いられていたが、シリコーン油を分散媒とし金属磁性粉を分散粒子として用いるＭＲＦでは、分散媒と分散粒子との間に大きな密度差があるために、そのＭＲＦを静置しておくと短時間のうちに分散粒子が沈降して分散媒中における分散粒子の安定性が損なわれＭＲＦの機能を奏しなくなることから、この分散粒子の沈降を抑制してＭＲＦにおける分散粒子の分散の均等性・安定性を高める手段が本願発明者によって既に開発され特願２００２−２３１４４６号特許出願として提示されている。すなわち特願２００２−２３１４４６号明細書・図面（特許文献１）に示されるように、分散媒にチキソトロピー（thixotropy）性（外部から力や衝撃を与えるまでは高粘度状態を保ち、力や衝撃が加わると瞬時に液状となる性質）を付与した分散粒子無沈降型ＭＲＦが従来提案されている。そしてそこに用いられるチキソトロピー性ＭＲＦの分散媒として、膨潤性層状粘土鉱物のモンモリナイトを主成分とするスメクタイト系ベントナイトであるところのルーセンタイトにフタル酸ジオクチルなどの油系液体（「ＤＯＰ」と略す）を取り込ませた流体が例示され、分散粒子として粒径数μmの球状カルボニル鉄粉を使用することが例示されている。しかし、従来分散媒として用いたシリコーン油では分散粒子の分散安定性に問題があり、またルーセンタイトにＤＯＰを取り込ませた分散媒では、ＤＯＰの環境負荷が大きいことから、ＭＲＦの実用化段階での将来性が懸念される問題があった。
【特許文献１】特願２００２−２３１４４６号明細書・図面
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、ＤＯＰの環境負荷が大きいことからＭＲＦの実用化段階での将来性が懸念されることに鑑み、これを機に環境負荷の視点に立って、環境問題の懸念を払拭すべく、ルーセンタイトにＤＯＰを取り込ませる分散媒に替わる環境負荷の小さいＭＲＦを得ようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決する手段として、この発明では、不飽和脂肪酸に膨潤性層状粘土鉱物あるいは非水系塗料用垂れ防止剤を添加混合した分散媒中に、強磁性体粉末を分散させて磁気レオロジー流体を生成する。より具体的には、不飽和脂肪酸であるところの菜種油すなわち環境問題が生じない植物性油である菜種油に膨潤性層状粘土鉱物であるところのルーセンタイトあるいは非水系塗料用垂れ防止剤を添加混合した分散媒中に、強磁性体粉末を分散させて磁気レオロジー流体を生成する。また強磁性体粉末として、粒径１〜２０μmの球形カルボニル鉄粉を分散媒中に分散させる。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る磁気レオロジー流体は、シリコーン油系分散媒を用いないことから分散粒子の分散安定度（流体の静置経過時間に対する分散粒子の沈下抑制度合）が高く、分散媒の主成分としてＤＯＰに替えて環境負荷の無い不飽和脂肪酸、菜種油を用いるため、環境問題が懸念されない分散粒子無沈降型ＭＲＦとし実用上極めて優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
この発明の好ましい実施形態は、不飽和脂肪酸であるところの菜種油に膨潤性層状粘土鉱物であるところのルーセンタイト、あるいは非水系塗料用垂れ防止剤を添加混合した分散媒中に、粒径１〜２０μmのポリマー加工型または表面被覆型の球形カルボニル鉄粉を分散させた磁気レオロジー流体である。
【実施例１】
【０００８】
以下、この発明の実施例を説明する。例えば、不飽和脂肪酸であるところの菜種油、菜種油エステル、菜種油系油（これらを総じて、この出願においては「菜種油」という）に膨潤性層状粘土鉱物であるところのルーセンタイトをチキソトロピー性添加剤として２０wt％添加混合した分散媒中に、粒径３．６９μmの球形カルボニル鉄粉を３０wt％分散させてＭＲＦ（この発明に係る菜種油ベースＭＲＦ）を生成した。
【０００９】
そして、この発明に係る上記の菜種油ベースＭＲＦと、シリコーン油に同粒径（粒径３．６９μm）の球形カルボニル鉄粉を３０wt％分散させた従来のＭＲＦ（従来のシリコーン油ベースＭＲＦ）ついて、粒子沈降割合（分散粒子沈降割合）α[%]を測定した結果を図１に示している。すなわち、ＭＲＦをメスシリンダーに高さｈまで注ぎ入れて静置し、時間の経過と共に分散粒子が沈降する距離ｈ’を測定し、その測定値を基に、α＝{(ｈ−Δｈ)／ｈ}×１００[%]，Δｈ＝ｈ−ｈ’で定義したα[%]を図１に示して比較したものである。図１から明らかなように、従来のシリコーン油ベースＭＲＦでは、分散粒子の沈降が著しく、約５０時間経過後には、α＝約２５％まで分散粒子が沈降し、その後にＭＲＦを撹拌しても分散粒子が均一に分散した元のＭＲＦには戻らない。これに対し、この発明に係る菜種油ベースＭＲＦでは、２００時間以上が経過してもαは５％以内に入っており、沈降はそれほど見られず、分散粒子の分散安定性が極めて良いことが分かる。
【００１０】
次に図２は、分散媒として、ルーセンタイト（ＳＰＮ）を菜種油エステルに対して１８wt％混合し十分撹拌した後に、粒径３．６９μmの球形カルボニル鉄粉をΦ＝８５wt％の比率で混合したこの発明に係るチキソトロピー性ＭＲＦを作動油としてクラッチギャップに充填し、トルク[N・m]−磁界[T(tesla)]特性の回転数依存性を示したもので、回転数が低下するにつれて高トルクが得られ、磁界が約０．２[T]のとき、約９．３[N・m]の最大トルクに達した。
【００１１】
また図３は、分散媒として、ルーセンタイト（ＳＰＮ）を菜種油エステルに対して２０wt％混合し十分撹拌した後に、粒径３．６９μmの球形カルボニル鉄粉の分散媒に混合する割合を１０，３０，５０wt％と変化させて作製したこの発明に係るチキソトロピー性ＭＲＦを作動油としてクラッチギャップに充填し、トルク[N・m]−磁界[T(tesla)]特性の回転数依存性を示したもので、分散粒子である鉄粉濃度が上昇するにつれ高トルクが得られ、磁界が約０．５５[T]ののとき、約７[N・m]の最大トルクに達した。なお、チキソトロピー性を持たないシリコーン油ベースの分散媒にこの鉄粉濃度Φ＝５０wt％で混合して作製したＭＲＦも比較のため併せて図示している。図３から明らかなように、菜種油ベース（Φ＝５０％）でも、動作状態では十分液化が進み、液体シリコーン油とほぼ同等のトルクに達することが分かった。しかし、シリコーン油ベースの分散媒からなるＭＲＦは、先にも記した通り、静置後５０時間程度で分散粒子が沈降してしまった。これに対しこの発明に係るＭＲＦでは、静置２５時間、作動１時間、静置２５時間を４回繰り返しても、ほぼ初期のトルクが再現された。
【００１２】
なお、この発明に係るＭＲＦの生成に当たり、膨潤性層状粘土鉱物であるところのルーセンタイトをチキソトロピー性付与添加物として不飽和脂肪酸・菜種油に混合する割合は、不飽和脂肪酸・菜種油に対して現段階においては、１６〜２４wt％、好ましくは１８〜２２wt％としたが、その混合割合が１６％以下ではチキソトロピー性が付与されず、他方２４％以上では分散媒の粘度が極端に上昇して分散媒として適正を欠く場合があると考えられるからである。また、分散粒子として粒径１〜２０μmの球形カルボニル鉄粉を分散媒中に分散させたが、その粒径が１μm以下では必要とする応力やトルクが得られず、粒径が２０μm以上では分散粒子沈降傾向が現われて適正を欠く場合があると考えられるからである。また球形カルボニル鉄粉として、ポリマー加工型の球形カルボニル鉄粉や表面被覆型の球形カルボニル鉄粉を用いることも有用である。更にまた、不飽和脂肪酸・菜種油に混合するチキソトロピー性付与添加物としては、膨潤性層状粘土鉱物であるところのルーセンタイトのほか、非水系塗料用垂れ防止剤（例えば商品名「ディスパロン」など）を添加することにより好ましい結果が得られる。
【００１３】
この発明に係る分散粒子無沈降型ＭＲＦを構成する分散媒は、不飽和脂肪酸を主成分とする、例えば、菜種油や菜種油系油を、ケイ酸塩からなるルーセンタイトの層間に取り込ませたものである。その層間は、ファン・デル・ワールス力のように弱く結合しており、機械的に衝撃を与えると直ちに破壊されて液状化するが、一定時間静置すると再び結合しゲル化する特徴がある。ケイ酸塩は、４価もしくは３価の陽イオンを持つ２枚の４面体シートの間に３価もしくは２価の陽イオンを持つ８面体シートが挟まれた構造を有し、したがって、陽イオン１個が不足した状態となっている。そこで４面体−４面体の層間に１価の陽イオンを取り込み電気的中性が保たれる構造となっている。その層間距離は、通常nm程度であり、１価の特定のサイズを持つ陽イオンが取り込まれる。この発明によって、ＤＯＰに次いで菜種油がこの条件を満たすことが見出されたのである。この発明に係るＭＲＦは、チキソトロピー性を持つ分散媒であるため、外部から力や衝撃が加わらない限り、分散粒子は高粘度の分散媒（ゲル）中に保持されており、分散媒と分散粒子の各密度に差があっても、長時間にわたり沈降を生じさせない作用効果をもたらす。そして、このＭＲＦに磁界を印加して起動させる際には、ＭＲＦに力や衝撃を加えることによって瞬時に液状化してＭＲ効果が生ずる。その上でこの発明に係るＭＲＦは、経時変化が全く生じないので、流体の信頼性を長期にわたって保持でき、更に環境に優しい植物油の菜種油・菜種油系油を用いるので、将来にわたって安心して使用できるＭＲＦである。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
この発明に係る磁気レオロジー流体は、上記のように、シリコン油系分散媒を用いないことから分散粒子の分散安定度（流体の静置経過時間に対する分散粒子の沈下抑制度合）が高く、分散媒の主成分としてＤＯＰに替えて環境負荷の無い不飽和脂肪酸、菜種油を用いるため、環境問題が懸念されない分散粒子無沈降型ＭＲＦとして、ＭＲＦの実用化を促進し、従来のＭＲＦの用途を含め、クラッチ、ブレーキなどの動力伝達装置・駆動装置、緩衝装置、振動制御装置、免震装置など、各種の用途に幅広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に係るＭＲＦと従来のＭＲＦの、静置経過時間に対する分散粒子沈降割合変化特性図。
【図２】この発明に係るＭＲＦをクラッチ作動油として用いた場合の磁界−トルク特性図。
【図３】この発明に係るＭＲＦをクラッチ作動油として用いた場合の分散粒子濃度−トルク特性図。
【符号の説明】
【００１６】
α：分散粒子沈降割合
ｔ：ＭＥＦの静置経過時間
Ｎ・：トルク単位／ニュートン・メータ
Ｔ：磁界単位／テスラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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