(57)【要約】本発明は、優れた磁気流動学的特性を有する磁気流動学的流体組成物およびその製造方法に関する。流体組成物は、外部磁場の存在下にて流動学的特性を変化させる。更に、流体組成物の磁気流動学的特性を最適化して、外部磁場に対する磁気感度を向上させ、外部磁場を除いた後には残磁性を無視できるようにすることができる。外部磁場に対する流体の感度は、磁気感受性粒子組成物の純粋な鉄含量を変化させることによって変化させることができ、また（外部磁場を除いた後の）流体の残磁性は、磁気感受性粒子組成物のフェライト合金含量を変化させることによって変化させることができる。流体組成物は磁気感受性粒子安定剤または界面活性剤を用いており、これは流体組成物に用いられるキャリヤー流体から合成される。本発明によって調製した流体組成物は、界面活性剤を基剤とするキャリヤー流体を用いており、流体組成物の均質性を向上させるので、磁性粒子の速やかな沈降を受けない。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）　キャリヤー流体、
（ｂ）　フェライト合金５−２０重量％とドライブレンドしたカルボニル鉄のような高純度鉄粒子８０−９５重量％を含んでなる磁気感受性粒子、および
（ｃ）　上記キャリヤー流体から合成した磁気感受性粒子安定剤
を含んでなり、上記磁気感受性粒子が上記磁気感受性粒子安定剤でコーティングされており、且つ上記キャリヤー流体に分散されている、磁気流動学的流体組成物。
【請求項２】
上記キャリヤー流体９０−９８重量％、硫酸１−５重量％、および水酸化カリウムのような水酸化物の水溶液１−５重量％を含んでなる、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
フェライト合金が、例えば、ニッケル亜鉛フェライトまたはマンガン亜鉛フェライトである、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
上記のコーティングを施した磁気感受性粒子が、上記磁気感受性粒子安定剤１−１０重量％でコーティングした上記磁気感受性粒子９０−９９重量％を含んでなる、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
上記磁気流動学的流体組成物が、上記のコーティングを施した磁気感受性粒子８０−９０重量％と上記キャリヤー流体１０−２０重量％を含んでなる、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
上記キャリヤー流体がヒマシ油のような植物油である、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
（ｉ）　カルボニル鉄のような高純度イオン粒子８０−９５重量％およびフェライト合金５−２０重量％をドライブレンディングすることによって磁気感受性粒子を調製し、
（ｉｉ）　濃硫酸１−５重量％を、連続攪拌し且つ約２５−３０℃に保持した温度で反応させるヒマシ油のような上記キャリヤー流体９０−９８重量％に滴加し、水酸化カリウムのような水酸化物の水溶液１−５重量％を硫酸とキャリヤー流体との反応生成物に連続攪拌下にて加え、全混合物を約２５−３０℃に保持した温度で約２時間反応させ、磁気感受性粒子安定剤を洗浄することによって磁気感受性粒子安定剤を調製し、
（ｉｉｉ）　段階（ｉ）で得た上記磁気感受性粒子に、段階（ｉｉ）で調製した上記磁気粒子安定剤１−１０％を６０−８０℃に予熱し、これを上記磁気感受性粒子９０−９９重量％に滴加し、両者を実験室用ニーダーで混合し、このようにして得たパテ状のコーティングした粒子を室温で熟成させることによって上記粒子安定剤をコーティングし、
（ｉｖ）　上記キャリヤー流体１０−２０重量％を６０−８０℃に加熱し、段階（ｉｉｉ）で得た上記のコーティングした磁気感受性粒子８０−９０重量％をこれに加え、このようにして得た混合物を高速ミキサーでホモジナイズし、上記混合物を攪拌した後、これを室温まで冷却し、上記混合物を更に攪拌し、最終的にこのようにして得た磁気流動学的流体組成物を室温まで冷却することによって、磁気流動学的流体組成物を合成する
段階を含んでなる、磁気流動学的流体組成物の製造方法。
【請求項８】
上記フェライト合金が、例えば、ニッケル亜鉛フェライトまたはマンガン亜鉛フェライトである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記キャリヤー流体が植物油であり、好ましくは市販のヒマシ油である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
上記磁気感受性粒子安定剤を、上記のコーティングした磁気感受性粒子を分散するのに用いる同じキャリヤー流体から合成する、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、磁気流動学的流体組成物、およびその製造方法に関する。
【０００２】
従来の技術
磁気流動学的流体は、流体キャリヤー媒質に界面活性剤の補助によって分散した磁気応答性粒子の均一分散液を含んでなる。これらの流体は、外部磁場の影響下で極めて短時間にそれらの流れ、またはレオロジー特性を変化させ、これらの流体は電気機械作動装置に応用されており、これらの流体は検出器と必要な機械出力装置との間のインターフェースとして作用する。自動車用途の場合には、これらの流体は緩衝器、制振材などに用いられる。これらの流体は、回転シール、ベアリング、および他の関連装置のような装置にも応用される。しかしながら、これらの磁気流動学的流体は、応用可能とするには高度の安定性を持っていなければならない。
【０００３】
一般に、高磁場グラディエントにおいて安定な磁性流体を得るには、直径が１０００Å未満の小さな粒度の磁気応答性粒子が必要である。これらの磁気応答性粒子は、界面活性剤の層でコーティングされている。それぞれの粒子は、その粒度に比例した一定の磁気双極子モーメントを有し、加えられた外部磁場と共に整列することができる。界面活性剤は、生成する磁気流動学的流体組成物の均質性を高める目的で用いられる。界面活性剤コーティングがない場合には、磁気応答性粒子はこれらの粒子とキャリヤー流体との密度の差が大きいためキャリヤー流体内部で速やかに沈降しやすい。用いられる磁気応答性粒子は、酸化鉄、鉄、炭化鉄、低炭素鋼、亜鉛、ニッケル、マンガンまたはコバルトなどの合金であることができた。同様に、キャリヤー流体は、炭化水素油、パラフィン、鉱油、ポリエステル、およびリン酸エステルなどであることができた。更に、酸化防止剤または摩耗防止剤のようなある種の添加剤も、流体組成物に用いられる。キャリヤー流体は、好ましくは不揮発性、不燃性、無毒であり、広汎な作業温度にわたって安定であるべきである。
【０００４】
磁場がない場合には、磁気流動学的流体は測定可能な粘度を有し、これは剪断速度、温度など幾つかのパラメーターによって変化するが、外部磁場が存在するときには、懸濁粒子が整列して流体の速やかな物理的ゲル化を生じるので、流体の粘度は極めて高い値まで増加する。粘度変化はビンガム塑性物体挙動に緊密に従い、降伏応力は加えられた磁場の強さの関数である。磁場力は、これがなければランダムな、流体の磁気感受性粒子の分散液を、流れ抵抗を増加する鎖様構造に整列し、「降伏強さ」の増大に関与する。磁場を取り去ると、この構造は崩れ、材料の流動性はその元の値に戻る。理想的な磁気流動学的流体組成物は加えられた磁場に対して感受性が高いものであるべきであるが、同時に外部磁場を除くと直ちに元の流動性条件に戻るべきものである。
【０００５】
磁気流動学的流体組成物およびそれらの応用は、従来技術では周知である。しかしながら、従来技術で知られている磁気流動学的流体組成物には、下記の欠陥がある。
【０００６】
既知の磁気流動学的流体組成物の主たる不都合は、これらの磁気流動学的流体組成物は、２種類の相反する特性、すなわち外部磁場の存在下での向上した磁気感度と外部磁場を除いた後の残磁性が最小になることの所望な組合せについて最適化されていないことである。
【０００７】
既知の磁気流動学的流体組成物のもう一つの不都合は、これらの流体が用いられたキャリヤー流体とは一般的に異なる界面活性剤を用いており、これによってそれらがキャリヤー流体との重量に差があることにより磁気応答性粒子の沈降抵抗に悪影響を及ぼすので、これらの流体が磁気応答性粒子の速やかな沈降を受けることである。
【０００８】
既知の磁気流動学的流体組成物の更にもう一つの不都合は、これらの流体組成物が一般的に炭化水素および鉱油をキャリヤー流体として用いており、これらは複雑な工程によって得られることである。
【０００９】
既知の磁気流動学的流体組成物の更にもう一つの不都合は、これらの流体組成物が再生可能な供給源からは入手できないキャリヤー流体を用いていることである。
【００１０】
既知の磁気流動学的流体組成物の更にもう一つの不都合は、これらの流体組成物の製造方法が複雑なことである。
【００１１】
発明の目的
本発明の主な目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が優れた磁気流動学的特性を有するものを提供することである。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体のＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度を磁場の強さを変化させることによって広範囲にわたって、典型的には５００ＣＰ−１２００００ＣＰおよびそれ以上まで連続的に変化させることができるものを提供することである。
【００１３】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が、外部磁場の存在下での高い磁気感度と外部磁場を除いた後の低い残磁性との最適化された組合せを有しているものを提供することである。
【００１４】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体の外部磁場に対する感度を純粋な鉄粒子含量の重量パーセントを変化させることによって変化させることができ、残磁性をフェライト合金含量の重量パーセントを変化させることによって変化させることができるものを提供することである。
【００１５】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が界面活性剤を基剤としたキャリヤー流体を用いることによって流体組成物の均質性が向上しているので、磁気応答性粒子が速やかに沈降しないものを提供することである。
【００１６】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が農作物の種子から抽出した植物油をキャリヤー流体として用いているものを提供することである。
【００１７】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が有機モリブデン、チオリン（ｔｈｉｏｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）、チオカルバメート、アルキルアミンなどのような添加剤を用いないものを提供することである。
【００１８】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が通常の濃度の混入物に無感応性であるものを提供することである。
【００１９】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体のヒステリシス特性が低いものを提供することである。
【００２０】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が−１０℃−＋８０℃の広い温度範囲で用いることができるものを提供することである。
【００２１】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が容易に利用可能なキャリヤー流体を用いるものを提供することである。
【００２２】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が再生可能な供給源に依存するキャリヤー流体を用いるものを提供することである。
【００２３】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体が環境に優しいキャリヤー流体を用いるものを提供することである。
【００２４】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体の安定性が改良されているものを提供することである。
【００２５】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、製造方法が極めて簡単であるものを提供することである。
【００２６】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体組成物およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体の粘度を磁場をかけて連続的に変化させることができるものを提供することである。
【００２７】
本発明の更にもう一つの目的は、磁気流動学的流体およびこれの製造方法であって、磁気流動学的流体を、ダンパー、マウントなどのようなマーキング制御可能な装置および適応性構造体、およびクラッチ、ブレーキ、弁などのような回転装置に用いることができるものを提供することである。
【００２８】
発明の説明
本発明によれば、農作物の種子から抽出した植物油の誘導体であるヒマシ油をキャリヤー流体として用いる、提案された磁気流動学的流体が提供される。このキャリヤー流体、すなわちヒマシ油は、廉価で、入手が容易で、環境に優しく、生物適合性であり、再生可能な供給源を有する。更に、このキャリヤー流体は、チオリン、チオカルバメートおよびアミンのような添加剤を必要としない。この磁気流動学的流体組成物は、鉄およびその合金、総ての既知の酸化鉄、窒化鉄、炭化鉄、カルボニルのような磁気応答性粒子を含んでなる。提案された磁気流動学的流体の製造方法は一層簡単なものであり、複雑な機械装置を必要としない。磁性流体のＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度は、外部磁場の影響下で５００ＣＰ−１２００００ＣＰおよびそれ以上の広範囲にわたって連続的に変化させることができる。しかしながら、磁気流動学的流体組成物の粘度は、それに用いられているキャリヤー流体の粘度に依存する。
【００２９】
方法の詳細な説明
本発明によれば、磁気流動学的流体組成物の製造方法は、下記の段階を含んでなる。
【００３０】
（ｉ）　磁気感受性粒子の調製
カルボニル鉄のような市販の高純度鉄粒子８０−９５重量％と、ニッケル亜鉛フェライトまたはマンガン亜鉛フェライトのような市販のフェライト合金５−２０重量％を、粉体ブレンダーを用いてドライブレンドする。
【００３１】
（ｉ）　磁気感受性粒子安定剤（界面活性剤）の調製
商業純度のヒマシ油（粘度、約７００−８００Ｃｐｓ）９０−９８重量％および濃硫酸（評価分析、９８％）１−５重量％を、硫酸を容器中のヒマシ油に連続攪拌下にて滴加することによって混合する。温度を、水浴を用いて２５−３０℃に保持する。混合物を、温度を２５−３０℃に保持しながら、更に２時間反応させる。次に、水酸化カリウム（純度≧８５％の水酸化カリウムペレットを蒸留水に溶解したもの）の２０％水溶液１−５重量％を、温度を２５−３０℃に保持しながら連続攪拌下にてこの混合物に滴加する。この混合物を、同じ温度で更に２時間反応させる。このようにして得た磁気感受性粒子安定剤を、最後に水のｐＨが中性になるまで蒸留水で洗浄する。
【００３２】
（ｉｉ）　段階（ｉ）で得た磁気感受性粒子の段階（ｉｉ）で得た磁気感受性粒子安定剤によるコーティング
段階（ｉ）で得た磁気感受性粒子９０−９９重量％を、段階（ｉｉ）で得た粒子安定剤１−１０％と実験室用ニーダーを用いて混合する。しかしながら、混合の前に、磁気感受性粒子安定剤（界面活性剤）を６０−８０℃の温度に加熱し、これを磁気感受性粒子に滴加して、ニーダーで混合する。このようにして得た混合物を、室温で２４時間熟成する。
【００３３】
（ｉｉ）　磁気流動学的流体組成物の合成
段階（ｉｉｉ）で得た改質した磁気感受性粒子８０−９０重量％を、市販の低粘度ヒマシ油１０−２０重量％と混合する。混合の前に、ヒマシ油を容器中で約６０−７０℃に予熱し、改質した磁気感受性粒子をこれに徐々に加える。
【００３４】
これらの粒子を油に加えたならば、混合物を様々な段階で高速ミキサーを用いて均質にする。最初に、ミキサーの混合速度を混合の最初の１０分以内に約５００から１０００ｒｐｍに増加し、混合を約１時間継続する。次いで、均質化した混合物を、室温まで冷却する。次の段階では、混合物を２０００−３０００ｒｐｍの高回転数で更に約３−５分間攪拌し、室温まで冷却させる。３０００ｒｐｍにおける上記攪拌をもう一度繰り返し、最終生成物、すなわち磁気流動学的流体組成物を得る。
【００３５】
本発明を次に実施例によって説明するが、これらの実施例は本発明の作業を例示するための典型例であり、本発明の範囲についていかなる制限を暗示するものと制限的に考えようとするものではない。
【００３６】
実施例１
高純度鉄粉末７６．５０ｇとニッケル−亜鉛フェライト８．５０ｇを、粉体ブレンダーでドライブレンドする。このやり方で調製した磁気感受性粒子を、後で安定剤で改質するために隔離保管する。次に、商業純度のヒマシ油２．４０ｇを、水浴を用いて温度を３０℃に保持しながら容器中で濃硫酸０．０５０ｇと混合する。更に、この混合物を、同じ温度で２時間反応させる。次段階では、水酸化カリウム０．０５０ｇを、容器中で２．５０ｍｌの蒸留水に溶解させる。この水酸化カリウムの水溶液を、前段階で調製した混合物に連続攪拌下にて温度を同一レベルに保持しながら滴加する。この全混合物を、更に２時間反応させる。この混合物を、最終的に水のｐＨが中性になるまで蒸留水で洗浄する。この生成物を用いて、実験室用ニーダーを用いて磁気感受性粒子を改質する。生成する改質磁気感受性粒子を、２４時間熟成させる。次に、市販の低粘度ヒマシ油のモノエステル誘導体１２．５０ｇを容器に採り、７０℃まで加熱する。上記段階で得たコーティングした磁気感受性粒子を高温ヒマシ油に加え、高速ミキサーを用いて混合する。混合速度を５００ｒｐｍから１０００ｒｐｍまで増加し、混合物を室温まで冷却する。混合物を更に３０００ｒｐｍの高速で３−５分間攪拌した後、室温まで冷却する。上記の均質化サイクルを再度繰り返し、１００ｇの磁気流動学的流体を得る。
【００３７】
実施例ＩＩ
高純度鉄粉末７３．０ｇとマンガン−亜鉛フェライト９．０ｇを、粉体ブレンダーでドライブレンドする。次に、商業純度のヒマシ油４．４０ｇを、水浴を用いて温度を３０℃に保持しながら容器中で濃硫酸０．０５０ｇと混合する。更に、この混合物を、同じ温度で２時間反応させる。次段階では、水酸化カリウム０．０５０ｇを、容器中で２．５０ｍｌの蒸留水に溶解させる。上記の水酸化カリウムの水溶液を、前段階で調製した混合物に連続攪拌下にて温度を同一レベルに保持しながら滴加する。この全混合物を、更に２時間反応させる。この混合物を、最終的に水のｐＨが中性になるまで蒸留水で洗浄する。この生成物を用いて、実験室用ニーダーを用いてドライブレンド粉末を湿らせる。生成する混合物を、２４時間熟成させる。次に、市販のヒマシ油１３．５０ｇを容器に採り、７０℃まで加熱する。混合物を高温ヒマシ油に加え、高速ミキサーを用いて十分に混合する。混合速度を５００ｒｐｍから１０００ｒｐｍまで増加し、混合物を室温まで冷却する。混合物を更に３０００ｒｐｍの高速で５分間攪拌した後、室温まで冷却する。上記の均質化サイクルを再度繰り返し、１００ｇの磁気流動学的流体を得る。
【００３８】
本発明の方法は、当業者による適応、変更、および改質を受けやすいものと理解すべきである。このような適応、変更、および改質は、本発明の範囲内にあると解釈され、特許請求の範囲に記載されている。
【国際公開パンフレット】
2004514783.tif 000002
2004514783.tif 000003
2004514783.tif 000004
2004514783.tif 000005
2004514783.tif 000006
2004514783.tif 000007
2004514783.tif 000008
2004514783.tif 000009
2004514783.tif 000010
2004514783.tif 000011
2004514783.tif 000012
2004514783.tif 000013
2004514783.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月14日(2002.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）　キャリヤー流体としてヒマシ油のような植物油、
（ｂ）　カルボニル鉄のような高純度鉄粒子８０−９５重量％およびフェライト合金５−２０重量％を含んでなる磁気感受性粒子であって、上記キャリヤー粒子から合成した磁気感受性粒子安定剤をコーティングし、上記キャリヤー流体に分散されている該磁気感受性粒子
を含んでなる磁気流動学的流体組成物。
【請求項２】
上記磁気感受性粒子安定剤が、上記キャリヤー流体９０−９８重量％、濃硫酸（評価分析、９８％）１−５重量％、および水酸化カリウムのような水酸化物の水溶液１−５重量％を含んでなる、請求項１に記載の磁気流動学的流体組成物。
【請求項３】
上記フェライト合金が、例えば、ニッケル亜鉛フェライトまたはマンガン亜鉛フェライトである、請求項１に記載の磁気流動学的流体組成物。
【請求項４】
上記のコーティングした磁気感受性粒子が、上記の磁気感受性粒子安定剤１−１０重量％をコーティングした上記磁気感受性粒子９０−９９重量％を含んでなる、請求項１に記載の磁気流動学的流体組成物。
【請求項５】
上記磁気流動学的流体組成物が上記のコーティングした磁気感受性粒子８０−９０重量％と上記キャリヤー流体１０−２０重量％を含んでなる、請求項１に記載の磁気流動学的流体組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の、キャリヤー流体としてヒマシ油のような植物油および磁気感受性粒子安定剤をコーティングした磁気感受性粒子を有する磁気流動学的流体組成物の製造方法であって、
（ｉ）　カルボニル鉄のような高純度イオン粒子８０−９５重量％およびフェライト合金５−２０重量％をドライブレンドすることによって磁気感受性粒子を調製し、
（ｉｉ）　濃硫酸１−５重量％を、容器中の上記キャリヤー流体９０−９８重量％に連続攪拌下にて滴加し、約２５−３０℃に保持した温度で約２時間反応させ、水酸化カリウムのような水酸化物の水溶液１−５重量％を硫酸とキャリヤー流体との反応生成物に連続攪拌下にて加え、全混合物を約２５−３０℃に保持した温度で約２時間反応させ、磁気感受性粒子安定剤を洗浄する段階を含んでなる磁気感受性粒子安定剤を調製し、
（ｉｉｉ）　段階（ｉ）で得た上記磁気感受性粒子に、段階（ｉｉ）で調製した上記磁気粒子安定剤１−１０％を６０−８０℃に加熱し、これを上記磁気感受性粒子９０−９９重量％に滴加し、両者を実験室用ニーダーで混合し、このようにして得たパテ状のコーティングした粒子を室温で約２４時間熟成させることによって上記粒子安定剤をコーティングし、
（ｉｖ）　段階（ｉｉｉ）で用いた上記キャリヤー流体、好ましくはヒマシ油１０−２０重量％を容器中で６０−８０℃に加熱し、段階（ｉｉｉ）で得た上記のコーティングした磁気感受性粒子８０−９０重量％をこれに加え、このようにして得た混合物を高速ミキサーでホモジナイズし、上記混合物を攪拌した後、これを室温まで冷却し、上記混合物を更に攪拌し、最終的にこのようにして得た磁気流動学的流体組成物を室温まで冷却する段階を含んでなる磁気流動学的流体組成物を合成する
段階を含んでなる、上記の方法。
【請求項７】
上記フェライト合金が、例えば、ニッケル亜鉛フェライトまたはマンガン亜鉛フェライトである、請求項１に記載の磁気流動学的流体組成物の製造方法。
【請求項８】
上記磁気粒子安定剤を、上記のコーティングした磁気感受性粒子を分散するのに用いる同じキャリヤー流体から合成する、請求項１に記載の磁気流動学的流体組成物の製造方法。
【国際調査報告】
2004514783.tif 000015
2004514783.tif 000016