(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  キャリヤー流体として１０−２０重量％のヒマシ油と、
（ｂ）  磁気感受性粒子安定剤でコーティングされ、且つ、上記キャリヤー流体中に分散されている８０−９０重量％の磁気感受性粒子を含んでなる磁気流動学的流体組成物であって、
上記磁気感受性粒子安定剤が上記キャリヤー流体から合成され、且つ、９０−９８重量％の上記キャリヤー流体、１−５重量％の濃硫酸（評価分析９８％）及び１−５重量％の水酸化カリウムの水溶液を含んでなる、上記磁気流動学的流体組成物。
【請求項２】
上記磁気感受性粒子が、８０−９５重量％の高純度の鉄粒子と５−２０重量％のフェライト合金とを含んでなる、請求項１に記載の磁気流動学的流体組成物。
【請求項３】
キャリヤー流体としてヒマシ油及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）  ８０−９５重量％の高純度の鉄粒子と５−２０重量％のフェライト合金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する段階と、
（ｉｉ）  １−５重量％の濃硫酸を、容器中の９０−９８重量％の上記キャリヤー流体に連続攪拌下にて滴下し、約２５−３０℃の温度に保持して約２時間反応させ、１−５重量％の水酸化カリウムの水溶液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℃の温度に保持して約２時間反応させ、磁気感受性粒子安定剤を洗浄する段階と、
（ｉｉｉ）  段階（ｉ）で得られた上記磁気感受性粒子を、段階（ｉｉ）において１−１０重量％の上記磁気感受性粒子安定剤を６０−８０℃に加熱し、これを９０−９９重量％の上記磁気感受性粒子に滴下し、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ィ状にコーティングされた粒子を室温で約２４時間熟成させることよって調製された上記磁気粒子安定剤でコーティングする段階と、
（ｉｖ）  段階（ｉｉｉ）で用いられた１０−２０重量％の上記キャリヤー流体を容器中で６０−８０℃に加熱し、段階（ｉｉｉ）で得られた上記コーティングされた磁気感受性粒子をこれに加え、このようにして得られた混合物を高速ミキサーでホモナイズし、上記混合物を攪拌した後、これを室温にまで冷却し、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に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とを含んでなる、上記方法。
【請求項４】
上記磁気粒子安定剤を、上記コーティングした磁気感受性粒子を分散するために用いられる同じキャリヤー流体から合成する、キャリヤー流体としてヒマシ油及び上記キャリヤー流体中で分散された磁気感受性粒子安定剤で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。
【請求項５】
鉄粒子がカルボニル鉄である、請求項２に記載の磁気流動学的流体組成物。
【請求項６】
フェライト合金がニッケル亜鉛フェライト又はマンガン亜鉛フェライトである、請求項２に記載の磁気流動学的流体組成物。
【請求項７】
高純度の鉄粒子がカルボニル鉄である、請求項３に記載の磁気流動学的流体組成物の製造方法。
【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。