(57)【要約】本発明の目的は、高い分散安定性を有するとともに、不要な粘度上昇を防止しうる磁気粘性流体を提供することである。本発明は、２５℃、歪み１０％での複素弾性率Ｇ＊が１〜１０００００Ｐａであり、ｔａｎδが０．００１〜５０である磁気粘性流体である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５℃、歪み１０％での複素弾性率Ｇ＊が１〜１０００００Ｐａであり、ｔａｎδが０．００１〜５０であることを特徴とする磁気粘性流体。
【請求項２】
２５℃、歪み１０％での複素弾性率Ｇ＊が１〜１０００００Ｐａであり、ｔａｎδが０．００１〜５０である媒体中に磁性粒子を分散させたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の磁気粘性流体。
【請求項３】
媒体は、少なくとも、低蒸気圧油とスメクタイト有機誘導体とからなることを特徴とする請求の範囲第２項記載の磁気粘性流体。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、優れた分散安定性及び磁気粘性特性の回復性を有し、長時間性能が持続する磁気粘性流体に関する。
背景技術
磁気粘性流体、磁性流体、又は、磁気レオロジー材料と呼ばれる、磁場に感応してその流体特性が変化する液状組成物は公知である。例えば、ＡＩＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓの『磁気流体の特性（１９５５年２月発行）』に記載されたＪ．Ｄ．クーリッジＪｒ．＆Ｒ．Ｗ．ハルバーグ著の論文第５５−１７０（ｐ．１４９−１５２）に既に磁界に感応する磁性体含有液状組成物の記述が見られる。
米国特許第２，６６１，５９６号明細書では分散剤としてオレイン酸鉄等を含有する磁気粘性流体が開示されている。その他、米国特許第３，００６，６５６号明細書、同第４，６０４，２２９号明細書や、特開昭５１−１３９９５号公報、特開昭５１−４４５７９号公報等にも磁気粘性流体に関する技術が開示されている。
これらは何れも、含有される磁性粒子（平均粒径：数ｎｍ〜十数μｍ）が外部から印加された磁場で配向して、鎖状のクラスタを形成することにより、増粘又はゲル化し、著しくその流動特性や降伏応力が変化するものである。
これら磁気粘性流体の産業上の利用分野としては、軸受け、シール材、センタリング装置、スピーカー、クラッチ、ブレーキ、ダンパー、緩衝器、エンジンマウントや、昇降機能用部材、建築物用制震装置等が提案されてきた。
しかしながら、これらのうち、クラッチ、ブレーキ、ダンパー、緩衝器、建造物用制震装置といった、比較的大きな流体特性、降伏応力の変化を必要とする用途では、未だ実用化されるには至っていない。
磁気粘性流体が上記のような特性を発現するためには、流体中の磁性粒子が均一に分散していることが必要である。しかしながら、磁性粒子の真密度が媒体の密度に比較して非常に大きいために優れた分散安定性を付与することは困難であった。
一般に磁気粘性流体の分散安定性を向上させるには、粘度の大きな媒体を用いることが有用であるが、余りにも粘度の大きな媒体を用いることは磁気粘性流体自身の粘度をも上げることにつながり、取り扱いが困難になるという問題があった。
発明の要約
本発明は、上記に鑑み、高い分散安定性を有するとともに、不要な粘度上昇を防止しうる磁気粘性流体を提供することを目的とするものである。
本発明は、２５℃、歪み１０％での複素弾性率Ｇ＊が１〜１０００００Ｐａであり、ｔａｎδが０．００１〜５０である磁気粘性流体である。上記磁気粘性流体は、２５℃、歪み１０％での複素弾性率Ｇ＊が１〜１０００００Ｐａであり、ｔａｎδが０．００１〜５０である媒体中に磁性粒子を分散させたものであることが好ましい。より好ましくは、上記媒体が、少なくとも、低蒸気圧油とスメクタイト有機誘導体とからなるものである。
発明の詳細な開示
以下に本発明を詳述する。
本発明者らは、特定の媒体を用いることにより、使用時における磁気粘性流体の粘度をさほど増加させずに、磁気粘性流体の分散安定性を大幅に向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の磁気粘性流体は、特定の分散媒、添加剤を用いることで媒体及び／又は磁気粘性流体の２５℃、歪み１０％での複素弾性率Ｇ＊が１〜１０００００Ｐａであり、ｔａｎδが０．００１〜５０となることに特徴を有する。
上記複素弾性率Ｇ＊が１Ｐａ未満であると、弾性率が小さすぎるために磁気粘性流体の安定性が乏しく、１０００００Ｐａを超えると、磁気粘性流体の流動性が乏しくなることがあり、取り扱いが困難になるという不具合が生じる。
本発明の磁気粘性流体は、上記媒体及び／又は磁気粘性流体のｔａｎδが０．００１〜５０と小さいため、不使用時には磁気粘性流体の粘度が大きく、使用時には粘度が小さくなるという機能を有している
上記媒体としては特に限定されないが、例えば、少なくとも、分散媒と媒体のｔａｎδを下げる添加剤とからなることが好ましい。
上記分散媒としては特に限定されないが、例えば、長期安定性の観点より低蒸気圧油等が好ましい。上記低蒸気圧油としては、例えば、ホワイトオイル（流動パラフィン）、鉱油、スピンドル油、高級アルキルベンゼン、高級アルキルナフタレン、ポリブテン、ポリαオレフィン油、フェニルエーテル類：アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル、アルキルトリフェニルエーテル、ジカルボン酸ジエステル（ジオクチルアゼレート、ジオクチルアジペート、ジオクチルセバケート、ジブチルフタレート、ジヘキシルマレエート）、ポリオールとカルボン酸とのポリオールポリエステル（トリメチロールプロパントリ−ｎ−ヘプチルエステル、ペンタエリスリトールテトラ−ｎ−ヘキシルエステル、ペンタエリスリトールテトラ−２−エチルヘキシルエステル）、リン酸トリエステル（リン酸トリブチルエステル、リン酸トリ−２−エチルヘキシルエステル、リン酸トリクレジルエステル、リン酸トリキシリルエステル、リン酸トリアリールエステル）、シリコーンオイル：ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルシリコーンオイル、αメチルスチレン変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、塩素化シリコーン、フッ素化シリコーン等を挙げることができ、これらの１種又は複数種を組み合わせて用いることができる。
上記媒体のｔａｎδを下げる添加剤としては、例えば、スメクタイト有機誘導体、有機ベントナイト、モンモリロナイト等の粘度鉱物や、超微細シリカ、金属石鹸、変性ヒマシ油、ポリアマイドワックス系、アマイドワックス系、酸化ポリエチレン系、脂肪酸二量体、硫酸化油、高級アルコールやポリエーテル型の非イオン系等を挙げることができる。なかでも、スメクタイト有機誘導体が好ましい。これらの添加剤は、１種又は複数種を組み合わせて用いることができる。
上記媒体のｔａｎδを下げる添加剤の配合量は分散媒１００重量部に対して０．１〜２０重量部であることが好ましい。０．１重量部未満であると、媒体のｔａｎδが充分小さくならないために、磁気粘性流体は充分な分散安定性が得られず、２０重量部を超えると、媒体の複素弾性率が１０００００Ｐａより大きくなるために、磁気粘性流体の流動性が阻害される場合がある。
本発明の磁気粘性流体は、上記媒体中に磁性粒子を分散させたものであることが好ましい。上記磁性粒子としては磁性を有するものであれば特に限定されず、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、コバルト；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、銅含有鉄合金等の鉄合金から成る粒子及びこれらの混合物からなる粒子を挙げることができる。
上記磁性粒子の粒径は０．０１〜１００μｍであることが好ましい。０．０１μｍ未満であると、粒径が小さすぎるために磁場印加時の大幅な粘度上昇は期待できず、１００μｍを超えると、分散媒中での磁性粒子の沈降が生じやすくなるために分散安定化に対して不利である。より好ましくは０．５〜２０μｍである。
上記磁性粒子の配合量は磁気粘性流体全体に対して１０〜９０重量％であることが好ましい。１０重量％未満であると、得られる磁気粘性流体の磁場印加時の粘度上昇が小さく、９０重量％を超えると、磁気粘性流体の流動性が低下することがある。より好ましくは、５０〜８５重量％である。
本発明の磁気粘性流体においては磁性粒子の分散性を高めることを目的として、媒体の特性を阻害しない範囲において分散剤を使用することができる。上記分散剤としては特に限定されず、例えば、パーフルオロエーテルカルボン酸塩、パーフルオロカルボン酸アミド、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ラウリン酸、リノール酸、リノレン酸、エルカ酸、ミリスチン酸、オレイン酸ナトリウム、オレイン酸カリウム、オレイン酸アンモニウム、ステアリン酸ナトリウム、パルミチン酸ナトリウム、ラウリン酸カリウム、エルカ酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、ミリスチン酸カリウム、ベヘン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンソルビタンエステル、ジアルコキルスルホコハク酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、アルコール硫酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸、リン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリンエステル、アミノアルコールエステル、又は、下記式（１）で表されるシランカップリング剤を挙げることができる。これらの分散剤は、１種又は複数種を組み合わせて用いてもよい。
ＣａＨ２ａ＋１−（Ｙ）−ＳｉＲ３−ｂＬｂ    （１）
式（１）中、Ｙは（ＣＨ２）ｋ又はＣ６Ｈ４ＣＨ２ＣＨ２を表し、ｋは１〜４の整数を表し、Ｒはアルキル基（メチル、エチル、プロピル、ブチル基等）を表し、Ｌはハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基（メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ基）、アシルオキシ基（ホルミル、アセトキシ、ピロピオニルオキシ、ブチリルオキシ基）を表し、ａは１〜２０の整数を表し、ｂは１〜３の整数を表す。
媒体中で媒体のｔａｎδを下げる添加剤、又は、磁性粒子を分散させる方法としては特に限定されず、例えば、媒体中に媒体のｔａｎδを下げる添加剤、又は、磁性粒子を混入後ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、３本ロール等の分散機で混合する方法等を挙げることができる。
本発明の磁気粘性流体は、その磁気粘性特性に重大な影響を与えない限りにおいて、酸化防止剤、老化防止剤、又は、その他の安定剤、防腐剤、粘度調整剤、難燃剤、界面活性剤等の添加剤を併用することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
１．磁気粘性流体の作製
（実施例１）
表１に示した組成で、磁気粘性流体を作製した。なお、媒体はジオクチルフタレート（ＤＯＰ、三建化工社製、粘度８０ｃＰ（２０℃））にスメクタイト有機誘導体（ＲＨＥＯＸ社製、ベントン３４）、メタノール（試薬特級）をこの順序で混合し、ホモジナイザーにより３０００ｒｐｍ×１０分間攪拌して作製した。分散剤としてステアリン酸（試薬特級）をトルエンに溶解させた所定量の溶液に磁性粒子（ＢＡＳＦ社製、カルボニル鉄粉ＣＭ）を浸し、トルエンを揮発させた後、媒体と予備混合させた。その予備混合物を内径９０ｍｍ容量９００ｍＬのポットに２００ｍＬになるように投入し、更に１／２インチスチールボール２０００ｇを入れ、ボールミル回転台で１００ｒｐｍ×２４時間回転させ、磁気粘性流体を作製した。
（実施例２）
媒体にポリブテン（日本油脂社製、ポリビス０Ｎ、粘度３０ｃＰ（４０℃））を用いたこと以外は実施例１と同様の方法で作製した。
（実施例３）
媒体の作製後に磁性粒子（ＢＡＳＦ社製、カルボニル鉄粉ＣＭ）を混合したこと以外は実施例２と同様の方法で作製した。
（比較例１）
分散剤としてステアリン酸（試薬特級）を予めポリブテン（日本油脂社製、ポリビス０Ｎ、粘度３０ｃＰ（４０℃））に７０℃で溶解させた後に、磁性粒子（ＢＡＳＦ社製、カルボニル鉄粉ＣＭ）を混合させた。その混合物を内径９０ｍｍ容量９００ｍＬのポットに２００ｍＬになるように投入し、更に１／２インチスチールボール２０００ｇを入れ、ボールミル回転台で１００ｒｐｍ×２４時間回転させ、磁気粘性流体を作製した。
（比較例２）
媒体にポリブテン（日本油脂社製、ポリビス３Ｎ、粘度２５００ｃＰ（４０℃））を用いたこと以外は比較例１と同様の方法で作製した。
（比較例３）
媒体はシリコーンオイル（日本ユニカー社製、Ｌ４５（１００）、粘度１００ｃＰ（２０℃））にシリカ（塩野義製薬社製、カープレックス  ＦＰＳ−１）を混合し、ホモジナイザーにより３０００ｒｐｍ×１０分間攪拌し、作製した。分散剤としてステアリン酸（試薬特級）をトルエンに溶解させた所定量の溶液に磁性粒子を浸し、トルエンを揮発させた後、媒体と予備混合させた。その予備混合物を内径９０ｍｍ容量９００ｍＬのポットに２００ｍＬになるように投入し、更に１／２インチスチールボール２０００ｇを入れ、ボールミル回転台で１００ｒｐｍ×２４時間回転させ、磁気粘性流体を作製した。
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２．評価項目及び評価方法
結果を表２に示した。
（１）磁気粘性流体及び媒体の粘弾特性
平行平板型粘弾性装置により２５℃、歪み１０％、周波数０．１Ｈｚの条件での磁気粘性流体及び媒体の複素弾性率Ｇ＊とｔａｎδを測定した。
（２）高速せん断時の粘性特性
平行平板型粘弾性装置により２５℃、せん断速度１００ｓ−１の条件での磁気粘性流体の定常流粘度を測定した。
（３）初期磁気粘性特性
図１に示すシリンダー装置に作製直後の磁気粘性流体を充填し、磁場０及び９００ガウス・周波数１Ｈｚ・振幅１０ｍｍで振幅−荷重を測定した。図２に測定例を示した。
１．磁場０時の荷重を読み取った。
２．磁場０時の振幅−荷重ループの面積に対する磁場９００ガウス時の振幅−荷重ループ面積の比より、磁場０時の損失エネルギーに対する９００ガウス時の損失エネルギーの増加率を算出した。なお、いずれの磁気粘性流体においても損失エネルギーは３サイクル目には一定値となり、３サイクル目の損失エネルギーを採用した。
ただし、比較例２については磁気粘性流体の流動性が乏しく、磁場０時の荷重が測定限界以上であったため測定できなかった。
（４）磁気粘性特性の回復性
初期磁気粘性特性測定後に磁気粘性流体を充填したままシリンダー装置を２５℃×３ヶ月間静置させた。その後、室温下２４時間放置後、磁場０時の振幅−荷重を測定し、上記（３）で測定した作製直後の損失エネルギー値に至るまでのサイクル数を記録した。その後、直ちに９００ガウスを印可し、３サイクル目の損失エネルギーを測定し、損失エネルギー増加率を算出した。
（５）分散安定性（１）
メスシリンダーに作製直後の磁気粘性流体を２５ｍＬ入れ、２５℃で３ヶ月静置させた。３ヶ月後の上澄み液層の容量を測定した。
（６）分散安定性（２）
メスシリンダーに作製直後の磁気粘性流体を２５ｍＬ入れ、５０℃で３ヶ月静置させた。３ヶ月後の上澄み液層の容量を測定した。
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産業上の利用可能性
本発明の磁気粘性流体は、磁性粒子の分散安定性に優れている。更に、温度変化に対しても優れた分散安定性を有するため、環境変化に対する特性の変動が少ない。また、先のような特性を有することから長時間性能を持続させることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、実施例で用いた磁気粘性特性測定装置の模式図である。図２は、磁気粘性特性の測定例を示す図である。
図中、１は磁気粘性流体を表し、２はシリンダーを表し、３はピストンを表し、４は電磁石を表し、５は油圧サーボ試験機を表し、６は制御・計測用パソコンを表し、７は変位−荷重ループを表し、８は磁場０時の変位−荷重ループを表し、９は磁場９００ガウス時の変位−荷重ループを表す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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