JPH1032114A - 磁気粘性流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気粘性流体のターンアップ比が最大限とな
るように材料または流体の組成変数を操作する。 【解決手段】 粒子成分として相対的に大きな粒子の第
１成分、および相対的に小さな粒子の第２成分を、大型
粒子の平均直径が小型粒子の平均直径の少なくとも５倍
であるように用いることにより、与えられた体積分率の
固体磁性粒子において磁気粘性流体の降伏応力の有意の
増大が得られる。大型粒子と小型粒子の混合物は、磁界
の不在下で混合物の粘度を増大させることなく降伏応力
を実質的に増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、好適な磁界に暴露された際に実
質的な流れ抵抗増大を示す流体材料に関する。そのよう
な流体は、磁界がその流体の流動学的特性に著しい影響
を及ぼすため、時には磁気粘性流体（ｍａｇｎｅｔｏｒ
ｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｌｕｉｄ）と呼ばれる。より
詳細には本発明は、磁界を付与しない状態では適度に低
い粘度を与え、かつ磁界の存在下では増大した降伏応力
を得るための、保磁性の低い特定の強磁性粒子の詳細に
関する。

【０００２】発明の背景 磁気粘性（ＭＲ）流体は、付与した磁界の影響下でそれ
らの流動性を数桁、時にはミリセカンドのオーダーで変
化させる能力を示す物質である。同様な種類の流体は、
付与した電界の影響下でそれらの流動性を変化させる類
似の能力を示す電気粘性（ＥＲ）流体である。両方の場
合とも、これらの誘導された流動性の変化は完全に可逆
的である。これらの材料の有用性は、磁気粘性流体また
は電気粘性流体を利用した好適な構造をもつ電気機械的
アクチュエーターがコンピューターによる検知または制
御と目的の機械的出力との間の即時応答性能動界面とし
て作動することである。自動車用に関しては、そのよう
な材料は緩衝器、制御可能な懸濁系、制御可能なパワー
トレインおよびエンジンマウントにおける制振材、なら
びに多数の電子制御式の力／トルク伝達（クラッチ）装
置において、有用な作動媒体であると思われる。

【０００３】ＭＲ流体は基剤キャリヤー、たとえば鉱
油、合成炭化水素、水、シリコーン油、エステル化脂肪
酸または他の好適な有機液体中に分散した、微細な（概
して直径１〜１００ミクロン）、保磁性の低い磁化可能
な固体、たとえば鉄、ニッケル、コバルトおよびそれら
の磁性合金の非コロイド懸濁液である。ＭＲ流体は磁界
の不在下では許容しうる程度に低い粘度をもつが、たと
えば約１テスラの磁界をかけるとそれらの動的降伏応力
が大幅な増大を示す。現在の開発状態ではＭＲ流体は特
に自動車用についてはＥＲ流体より著しい利点をもつと
思われる。ＭＲ流体の方が、そのような環境で見られる
一般的汚染物質に対して感受性が低く、かつ付与される
最適磁界の存在下でそれらの方が流動性において大きな
差を示すからである。

【０００４】ＭＲ流体はそれらが懸濁されている液相よ
りしばしば７〜８倍濃い非コロイド固体粒子を含有する
ので、放置した際に粒子がかなり沈降したり、またそれ
らが不可逆的に凝固して凝集体を形成したりすることの
ないように、液相中の粒子の好適な分散液を調製しなけ
ればならない。好適な磁気粘性流体の例は、たとえば下
記に示される：米国特許第４，９５７，６４４号、１９
９０年９月１８日交付、表題“強磁性流体を含有する磁
気制御可能なカップリング”；第４，９９２，１９０
号、１９９１年２月１２日交付、表題“磁界に対して反
応する流体”；第５，１６７，８５０号、１９９２年１
１月１日交付、表題“磁界に対して反応する流体”；第
５，３５４，４８８号、１９９４年１０月１１日交付、
表題“磁界に対して反応する流体”；および第５，３８
２，３７３号、１９９５年１月１７日交付、表題“合金
粒子を基礎とする磁気粘性粒子”。

【０００５】上記の特許明細書その他に示唆されるよう
に、典型的ＭＲ流体は磁界の不在下では容易に測定しう
る粘度を示し、それはそのベヒクル、および粒子の組
成、粒子の大きさ、粒子の装入量、温度などの関数であ
る。しかし磁界を付与した状態では、懸濁粒子は整列ま
たはクラスター形成すると思われ、流体は著しく増粘ま
たはゲル化する。その際、その有効粘度は極めて高く、
流体内の流れを促進するためにはより大きな力（降伏応
力と呼ばれる）が必要である。

【０００６】安定な非凝固性の懸濁液があるとすれば、
緩衝器、パワートレインマウント、始動クラッチなどの
アクチュエーターにおける作動媒体として有用なＭＲを
配合する際の問題は下記のように述べることができる。
すなわち流体のオフ状態の粘度（すなわち磁界が付与さ
れていない状態の粘度）を最小限に抑えるか、または一
定の許容しうる値に固定し、一方、オン状態（磁界が付
与された状態）の流体の降伏応力を最大限に高めるか、
または許容しうる程度に一定の値に固定する。したがっ
て、オフ状態の粘度およびオン状態の降伏応力が両方と
も磁気粘性作用の大きさに関与するので、両方とも重要
である。そのようなオフ状態の粘度とオン状態の降伏応
力の差を、便宜的に“ターンアップ比”と表示する。タ
ーンアップ比は、磁気活性化されたＭＲ流体により発生
する力またはトルク出力を、活性化されていない、すな
わちオフ状態の同一流体についての力またはトルク出力
で割った比率と定義される。ＭＲ流体においては、最大
の力またはトルク“オン”は降伏応力により制御され、
一方、最小の力またはトルク“オフ”は粘度により制御
される。制御可能な流体アクチュエーターを設計する際
の目的は一般に、与えられた操作条件下でのターンアッ
プ比を最大限に高めることである。本発明の目的は、タ
ーンアップ比が最大限となるように材料または流体の組
成変数を操作することである。

【０００７】発明の概要 先行技術によるＭＲ流体のある観点、たとえば前記特許
明細書に記載したものにより、本発明の有用性および利
点が説明されるであろう。ＭＲ流体を特色づける第１の
所見は、付与されたいかなる磁界についても（または同
じく、付与されたいかなる磁束密度についても）、磁気
誘導による降伏応力は固体粒子の体積分率と共に増大す
ることである。これはＭＲ効果を高めるために用いられ
る、最も明瞭な、かつ最も広く採用される組成変数であ
る。これを図１に示す。これは、体積分率の増大に伴
う、ポリアルファオレフィン液体ベヒクルに分散した純
粋な鉄ミクロスフェア懸濁液の降伏応力（ｐｓｉ）を記
録したグラフである。付与した磁界の強さは１．０テス
ラである。降伏応力は鉄ミクロスフェアの体積分率０．
１における約３４ｋＰａ（約５ｐｓｉ）から体積分率
０．５５における約１２４ｋＰａ（約１８ｐｓｉ）まで
次第に増大することが分かる。降伏応力を体積分率０．
１における約３４ｋＰａ（約５ｐｓｉ）から倍増するた
めに、ミクロスフェアの体積分率を０．４５に増大させ
る必要がある。しかしオン状態で固体の体積分率が増大
するのに伴って、オフ状態での粘度が著しく、かつはる
かに急激に増大する。これを図２に示す。図２は同じ鉄
ミクロスフェア懸濁液の体積分率に対する粘度（ｃＰ）
の半対数プロットである。ミクロスフェア体積分率のわ
ずかな増大によってオフ状態での粘度が著しく増大する
ことが分かる。したがって体積分率を０．１から０．４
５に増大させることにより降伏応力を倍増することはで
きるが、粘度が約１５ｃＰから２００ｃＰ以上にまで増
大する。これは１．０テスラにおけるターンアップ比
（“オン”状態の剪断応力を“オフ”状態の剪断応力で
割ったもの）が実際には１０倍以上低下することを意味
する。

【０００８】基本的流動性に関して、ターンアップ比は
ゼロ磁束密度における剪断応力に対する与えられ知磁束
密度における剪断応力の比率であると定義される。たと
えば１．０テスラのオーダーのかなりの磁束密度におい
ては、“オン”状態の剪断応力は降伏応力により与えら
れるが、オフ状態では剪断応力は本質的に粘度×剪断速
度である。図１に関して、１．０テスラで０．５５の体
積分率につき降伏応力は約１２４ｋＰａ（約１８ｐｓ
ｉ）である。この流体は２０００ｃＰの粘度をもち、こ
れに１０００ｓｅｃ^-1の剪断速度を付与すると（レオメ
ーターによる）、オフ状態での剪断応力約２．１ｋＰａ
（約０．３ｐｓｉ）が得られる（その際１ｃＰ＝１．４
５×１０^-7ｌｂｆ／ｍ²）。したがって１．０テスラに
おけるターンアップ比は（１８／０．３）、すなわち６
０である。しかし剪断速度がより高く、たとえば３０，
０００ｓｅｃ^-1である装置においては、ターンアップ比
はわずか２．０である。

【０００９】上記の例により示されるように、固体の体
積分率を増大させることによりオン状態の降伏応力を最
大限に高める試みはいずれも、オフ状態の粘度が同時に
増大するためターンアップ比に大きな不利益をもたらす
であろうという意味で、ＭＲ流体のオンおよびオフ状態
は連携しているという所見が得られる。これは先行技術
において一般に認められ、たとえば米国特許第５，３８
２，３７３号の３欄に明確に述べられている。与えられ
た種類の磁化可能な固体につき、他の変数、たとえば流
体の種類、固体表面処理、沈降防止剤などは、体積分率
がＭＲ流体の降伏応力に及ぼすような影響をもたないこ
とが経験的に確認されている。したがって固体体積分率
に対するオン状態の降伏応力およびオフ状態の粘度なら
びにそれら相互の依存性から離脱する手段を見出すこと
が必要である。

【００１０】本発明によればこの離脱は、一定の体積分
率における粘度を最小限に抑えるために粒子の単一モー
ド分布ではなく“２モード”分布をもつ固体を用いるこ
とにより達成される。“２モード”とは、流体中に用い
た固体強磁性流体の集団がそれらの大きさまたは直径に
２つの異なる極大をもち、その極大が下記のように異な
ることを意味する。

【００１１】好ましくは粒子は球状または概して球状で
あり、これはたとえば鉄ペンタカルボニルの分解によ
り、または溶融金属もしくは金属に還元できる溶融金属
前駆物質を球状金属粒子の形で霧化することにより製造
される。本発明の実施によれば、２種類の粒度集団の粒
子−−小さな直径および大きな直径−−を選択する。大
きな直径の粒子群は、平均直径の約２／３より大きくな
い標準偏差を有する平均直径を有するであろう。同様
に、小さい方の粒子群は、平均直径値の約２／３より大
きくない標準偏差を有する小さな平均直径を有するであ
ろう。好ましくは小さな粒子は少なくとも１ミクロンの
直径であり、したがってそれらは分散して磁気粘性粒子
として機能する。それらの粒子の大きさの上限は約１０
０ミクロンである。これより大きな粒子は通常は球の形
状でなく、他の形状の凝集体になりやすい。しかし本発
明の実施については、大型粒子群の平均直径または最も
一般的な粒度が好ましくは小型粒子群の平均直径または
最も一般的な粒度の５〜１０倍である。磁性粒子の全含
量に対する２つの群それぞれの重量比は０．１〜０．９
でなければならない。大型粒子群と小型粒子群の組成は
同一であっても異なってもよい。鉄カルボニル粒子が安
価である。それらは概して球の形状をもち、小型粒子群
および大型粒子群のいずれについても良好に作動する。

【００１２】一定の体積分率のＭＲ粒子を含む与えられ
たＭＲ流体配合物のオフ状態での粘度は２モード分布中
の小型粒子の体積分率に依存することが見出された。し
かしＭＲ流体の磁性（たとえば透磁率）は粒度分布に依
存しない。したがってＭＲ流体につき目的の降伏応力は
２モード粒子集団の体積分率に基づいて得ることができ
るが、オフ状態の粘度は小型粒子の好適な画分を用いる
ことにより低下させることができる。

【００１３】広範なＭＲ流体組成につき、ターンアップ
比はその流体中に用いた２モード粒度材料の割合および
相対粒度を選択することにより操作できる。これらの特
性は、流体が真にＭＲ流体である限り、液相またはベヒ
クル相の組成には無関係である。すなわち固体は非コロ
イド性であり、単にベヒクルに懸濁している。粒子の粘
度に対する関与および降伏応力に対する関与は、２モー
ド粒度分布系統の小型粒子および大型粒子それぞれの画
分を制御することにより、広範に制御できる。たとえば
純粋な鉄ミクロスフェアの場合、大型粒子の算術平均直
径が小型粒子の平均直径の７〜８倍の大きさであると
き、大型粒子７５容量％−小型粒子２５容量％の２モー
ド配合物によって有意のターンアップ比改善が実現す
る。

【００１４】本発明のこれらおよび他の目的および利点
は以下の詳細な記述からより明らかになるであろう。

【００１５】好ましい態様の説明 一般に本発明の実施はＭＲ流体成分に広範に適用され
る。たとえば本発明の流体中に用いるのに適した固体は
磁化可能な、強磁性または常磁性の、保磁性の低い（す
なわち磁界を取り除いたとき残留磁気がほとんど、また
は全くない）、微細な鉄、ニッケル、コバルト、鉄−ニ
ッケル合金、鉄−コバルト合金、鉄−ケイ素合金などの
粒子であり、これらは球状またはほぼ球状であり、約１
〜１００ミクロンの直径をもつ。これらの粒子は非コロ
イド性懸濁状態で用いられるので、粒子は好適範囲の小
さい方の限界、好ましくは１〜１０ミクロンの範囲の公
称直径または粒度であることが好ましい。ＭＲ流体中に
用いられる粒子は、たとえば１０〜１００ｎｍの範囲の
直径をもつ酸化鉄の極めて微細な粒子のコロイド懸濁液
である“強磁性流体”中に用いられる粒子より大きく、
かつ組成が異なる。ＭＲ流体は、磁界内で整列またはク
ラスター形成する傾向をもち、流体の有効粘度または流
動性が著しく増大する固体粒子の懸濁液である。

【００１６】本発明は好適ないかなる液体ベヒクルを用
いたＭＲ流体にも利用できる。液体または流体キャリヤ
ー相は、粒子を懸濁させるために使用できるがＭＲ粒子
と他の形で反応しない、いかなる材料であってもよい。
そのような流体には水、炭化水素油、他の鉱油、脂肪酸
エステル、他の有機液体、ポリジメチルシロキサンなど
が含まれるが、それらに限定されない。下記に示すよう
に、特に好適かつ安価な流体は、目的とするＭＲ装置の
操作温度で液体であり、かつオフ状態およびＭＲ粒子懸
濁に好適な粘度をもつ、比較的低分子量の炭化水素ポリ
マー液体、および好適な脂肪酸エステルである。

【００１７】ＭＲ流体における２モード粒度の効果の証
明 鉄とニッケル、鉄とケイ素の各種合金、ならびに純粋な
（９９．９％）鉄を含めた多数の磁化可能な固体をまず
試験した。好ましい材料は鉄カルボニルとして知られる
粒状の鉄ミクロスフェアである。鉄カルボニルは鉄ペン
タカルボニルの熱分解により製造される。本明細書では
２種類の異なる鉄カルボニル製品が用いられる。１つは
ＩＳＰテクノロジーズ社が製造するＲ−１４７０と表示
される製品である。それは、鉄ペンタカルボニルから製
造され、次いで窒素雰囲気で還元された、比較的軟質の
球状粉末である。製造業者はＲ−１４７０につき平均粒
子直径を７ミクロン、真の密度を７．７８ｇ／ｃｃと述
べている。Ｒ−１４７０は本明細書中でいう“大型”粒
状鉄カルボニル材料である。Ｓ−３７００と表示される
第２のＩＳＰ製品は、鉄ペンタカルボニルの熱分解によ
り製造されるが、還元工程を施されない、より硬質の、
より小型の粒子である。Ｓ−３７００につき挙げられた
平均粒度は３〜６ミクロンであり、真の密度は７．６５
ｇ／ｃｃと述べられている。

【００１８】Ｒ−１４７０の顕微鏡分析により、この鉄
粒子製品は平均粒子直径７．９ミクロン、標準偏差３．
５ミクロン付近に集まった範囲の粒度からなることが明
らかになった。この粒度分析の結果を図７に示す。Ｓ−
３７００の同様な顕微鏡分析により、それは平均粒子直
径１．２５ミクロン、標準偏差０．７１ミクロンをもつ
ことが明らかになった。Ｓ−３７００の分析結果を図８
に示す。好適な篩分け分析も採用できる。好ましくは各
群の球状粒子の直径の標準偏差は各群の平均直径の約２
／３（たとえば６５〜７５％）より大きくない。

【００１９】本明細書の以下の記載において製造される
ＭＲ流体の表示では、実際の顕微鏡分析による粒度測定
を採用した。したがって大型粒子の平均直径と小型粒子
の平均直径の比率、７．９ミクロン／１．２５ミクロ
ン、は６．３である。特に２群の磁性粒子の平均直径が
このように好ましい１〜１０ミクロンの範囲内にある場
合、大型粒子の平均直径は７ミクロンより大きく、かつ
小型粒子の平均直径は３ミクロンより小さいことがさら
に好ましい。

【００２０】前記に述べた図１および２にまとめた粘度
および降伏応力に対する流体中の粒状材料の体積分率の
研究に用いたＭＲ流体は、下記に従って調製された。用
いたＭＲベヒクルはモービル・ケミカル・カンパニーが
製造したＳＨＦ２１と表示される水素化ポリアルファオ
レフィン（ＰＡＯ）基剤流体であった。この材料は水素
化された１−デセンのホモポリマーである。それはパラ
フィン型炭化水素であり、１５．６℃で０．８２の比重
をもつ。それは沸騰範囲３７５〜５０５℃の無色無臭の
液体である。小型の鉄粒子をポリアルファオレフィンに
懸濁するために、ワセリンの稠度をもつパラフィン型炭
化水素ゲル約９部および界面活性剤約１部を含有する混
和性ポリマーゲル材料をＰＡＯ基剤流体と十分に混合し
た。予め秤量した量のＰＡＯ流体基剤およびポリマーゲ
ル（ＰＡＯの重量の３３％）を高剪断条件下で１０分間
混合した。得られた混合物を真空下で約５分間脱泡し、
次いで予め秤量した固体鉄ミクロスフェアであるＲ−１
４７０製品を一定重量で添加して、数種類のＭＲ体積分
率の混合物（０．１、０．２．．．０．５、０．５５）
を調製した。そのデータを図１および２にまとめる。予
め秤量した固体を添加して６〜８時間混合することによ
り数種類の異なる流体を調製し、次いでこれらの流体を
試験前に再び脱泡した。

【００２１】鉄カルボニルミクロスフェアの体積分率の
漸増がＰＡＯベヒクルを基剤とするＭＲ流体に及ぼす影
響が図２に見られる。体積分率が１テスラの磁界密度で
降伏応力に及ぼす影響が図１に見られる。前記で観察し
たように、鉄カルボニル粒子の体積分率の増大によりＭ
Ｒ流体の降伏応力が増大する間に、これよりはるかに高
い速度で粘度の上昇が起こる。したがって磁気粘性流体
を用いる装置アクチュエーターを適切に機能させるのに
適した高い降伏応力を得るためには、材料がオフ状態に
ある際の比較的高い粘度を許容しなければならない。す
なわち単一有効粒度の粒子を含有する材料についてのタ
ーンアップ比では、アクチュエーターの設計に際して著
しく妥協する結果となる可能性がある。

【００２２】２モード粒度分布の粒子がＲＭ流体特性に
及ぼす影響 体積分率０．５５の鉄カルボニル粒子を用いて、前記Ｐ
ＡＯベヒクル／ポリマーゲル分散剤を基礎とする一連の
ＭＲ流体を調製した。“大型”粒度の鉄カルボニル、す
なわちＲ−１４７０材料、および“小型”粒度の鉄カル
ボニル、すなわちＳ−３７００材料を混合物の調製に用
いた。大型粒子流体（小型粒子の体積分率がゼロ）をベ
ースラインとして用いた。これは１テスラの磁界強度に
おけるオン状態でのその降伏応力値が図１に見られるよ
うに約１２４ｋＰａ（約１８ｐｓｉ）であり、かつその
粘度（オフ状態）が図２の図表外になるが２０００ｃＰ
であると測定された材料である。前記のように、１００
０ｓｅｃ^-1の剪断速度におけるこの流体のターンアップ
比は６０である。

【００２３】全粒子含量の１０、２３、４５および６７
％の小型粒子を含有する２モード混合流体を調製した。
小型粒子１００％の単一モード流体も調製した。％の代
わりに全粒子に対する小型粒子の関係を、小型粒子の
“体積分率”として表すことがある。２粒度の組合わせ
が粘度に及ぼす影響は図３にまとめられ、それから分か
る。ＰＡＯ基剤流体中の鉄カルボニル粒子の全体積分率
は同じく固形分５５容量％のままであるが、４０℃にお
ける流体の粘度は小型粒子（Ｓ−３７００ミクロスフェ
ア）の割合が増大するのに伴って２３００ｃＰから約２
５０ｃＰに低下する。

【００２４】図４は、ＰＡＯ流体と同一体積分率の単一
粒度のＲ−１４７０（黒い四角）またはＳ−３７００
（黒い菱形）粒子タイプとの混合物を基礎とするＭＲ流
体の降伏応力に対する、粒度の影響を示す。単一モード
粒度の混合物中の大型粒子の方が、磁界密度１テスラに
おいて同じ粒子体積分率の小型粒子と比較してわずかに
高い降伏応力を流体に与えるが、降伏応力にさほどの差
はないことが分かる。したがって図３および４から得ら
れる情報をまとめると、小型粒度系統を同じ組成の大型
粒度系統と混合すると磁気粘性装置のオン状態の粘度は
低下するが、降伏応力に対しては明らかにほとんど影響
がないと思われる。

【００２５】ところが大型粒子と小型粒子の２モード混
合物を用いてＭＲ流体を調製した場合の予想外の結果
は、この混合物がオン状態での流体の降伏応力に実質的
な増大効果を与えることである。２モード混合物の降伏
応力は、流体中の粒子含量が同じである大型粒子の１モ
ード懸濁液の降伏応力よりはるかに高い。これは図５に
明瞭に示される。図５においては、一連のＭＲ流体懸濁
液をすべて全粒子含量５５容量％で調製した。ただし混
合物中の小型粒子の割合を実質的に０から１００％まで
増加させ（プロットした各線につき右から左へ見る）、
図５のグラフで上へ移動しながら見るのに伴って増大す
る磁束密度（すなわち、それぞれ０．４９、０．６８、
０．８３、０．９５および１．０６テスラ）をそれらの
流体に付与した。重みつき平均混合効果から予測される
降伏応力は、下側曲線に直線として描かれる。しかしそ
れぞれの場合、小型粒子の漸増に対する実際の降伏応力
曲線は、重みつき平均から予測された数値よりはるかに
高いことが分かる。Ｒ−１４７０鉄ミクロスフェアとＳ
−３７００ミクロスフェアの混合物の場合、最適降伏応
力は小型粒子０．２５重量分率および大型粒子０．７５
重量分率の混合物についてであった。図６は図５と同一
データを利用して、降伏応力増大が小型粒子／大型粒子
混合物（それらのデータは図５にまとめられている）に
関する重みつき平均値より高い割合であることを示す。

【００２６】以上の例を考慮し、かつ図５を参照する
と、本発明の利点を推量できる。全粒子体積分率０．５
５において２５％の小型粒子を用いて得た２モード分布
については、１．０６テスラにおける降伏応力は約１３
８ｋＰａ（約２０ｐｓｉ）であるが、粘度はわずか８０
０ｃＰである。この流体は剪断速度１０００ｓｅｃ^-1に
おいてターンアップ比１６７、および３０，０００ｓｅ
ｃ^-1において５．７を与える。これらの数値は大型粒子
のみの１モードの場合より２．７倍以上の増大を表す。

【００２７】したがって本発明の基本的観点は、与えら
れた全粒子体積分率については２系統の粒度の好適な混
合物を用いるとＭＲ流体において流体のオフ状態の粘度
を同時に増大させることなくオン状態の降伏応力が著し
く増大するという知見である。したがってＭＲ流体の磁
性粒子成分として２モード粒度系統を用いることによ
り、与えられたオフ状態の粘度水準につき流体のターン
アップ比を実質的に増大させることができる。

【００２８】他のＭＲ流体 この例は、ＭＲ流体ベヒクルに磁性粉末を懸濁させるた
めの他の態様を示す。

【００２９】粒子の抗凝集 ＭＲ流体の使用中に粒子が凝集する傾向を少なくするた
めに磁性粒子、特に大型粒子（この場合はＲ−１４７０
鉄ミクロスフェア）を界面活性剤でコーティングするの
は有用であろう。この態様の一例を以下に示す。獣脂−
アミン界面活性剤（エトメン（Ｅｔｈｏｍｅｎｅ）Ｔ−
１５、アクゾ・ケミカル・カンパニー社製）を選んだ。
界面活性剤をまずＭＲベヒクル、たとえばＰＡＯ（ＳＦ
Ｈ２１）に溶解する。ベヒクル中の界面活性剤濃度は、
処理される鉄の重量の１０％である。次いで大型粒度の
鉄粉末Ｒ−１４７０をこの界面活性剤溶液と８時間混合
したのち、混合物を濾過し、界面活性剤コーティングさ
れた鉄粒子を回収してその後のＭＲ流体の配合に使用す
る。固体粒子の体積分率を正確に測定するために、濾過
した鉄中の残留ＰＡＯを熱重量分析法により各バッチの
処理済み鉄ミクロスフェアに対する重量％として測定す
る。大型粒子をこのように界面活性剤で処理することに
よりＭＲ流体中の鉄粒子の凝固および凝集が最小限に抑
えられ、または排除されることが見出された。次いで前
処理した大型粒子と処理していない小型粒子を前記のよ
うに予め定めた目的割合で混和して、２モード分布を得
る。

【００３０】他のＭＲベヒクル ＰＡＯは本発明による多くのＭＲ用として好適な基剤流
体である。しかしポリアルキルオレフィンはある種の用
途にとっては好適な潤滑性をもたない。ＭＲ流体が良好
な潤滑性をもつことが望まれる用途は多い。したがって
ＰＡＯを既知の潤滑流体、たとえば液体アルキルエステ
ル型脂肪酸と混合して使用できる。あるいはそのような
エステル化脂肪酸または他の潤滑剤型流体をＰＡＯの存
在なしに使用できる。他の好適なＭＲ流体の例には、セ
バシン酸ジオクチルおよびトール油型脂肪酸のアルキル
エステルが含まれる。メチルエステルおよび２−エチル
ヘキシルエステルが用いられる。飽和脂肪酸が、ポリオ
ールエステル、グリコールエステルならびにブチルおよ
び２−エチルヘキシルエステルを含めた各種エステルと
共に試みられ、本発明の実施に際して２モード磁性粒子
と共に用いるのに適していることが認められた。鉱油お
よびシリコーン流体、たとえばダウ・ケミカル、２００
シリコン・フルイド（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｆｌｕｉｄ）が
ＭＲ流体として２モード流体と共に用いられる。

【００３１】２モード粒度分布の磁性粒子を用いること
により得られる現象および利点は流体ベヒクルとは実質
的に無関係であり、本発明の利点は、磁性粒子と化学的
に反応せず、懸濁媒質として作用する、いかなる液体を
用いても得られる。

【００３２】異なる流体媒質は異なる分散方法および安
定化方法を必要とするであろう。適切なヒュームドシリ
カを流体中にチキソトロープとして使用しうることは認
められている。超微細シリカ粒子をベヒクル中に高い剪
断下で分散させると、磁性粒子の分散液を安定化するた
めのチキソトロープ媒質が得られる。好適なシリカの選
択は、選ばれるＭＲ流体の化学的性質に依存する。たと
えばＰＡＯは非極性液体ポリマーであり、親水性ヒュー
ムドシリカを必要とする。Ｃａｂ−Ｏ−ＳｉｌＭ５（カ
ーボット・コーポレーション）はそのようなシリカであ
り、ＰＡＯの５〜１０重量部の量で用いるのが好適であ
る。他の潤滑剤、たとえばエステル化脂肪酸はかなり極
性であり、好適なチキソトロピーを得るには疎水性ヒュ
ームドシリカ、たとえばＣａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ ＴＳ７２
０を必要とする。

【００３３】したがってＭＲ流体を調製する際には、液
体ベヒクルとヒュームドシリカを高剪断条件下で約１０
分間混合する。得られたチキソトロープ流体を５〜１０
分間脱泡し、次いで界面活性剤で前処理する。固体磁性
粒子を添加し、最終流体を６〜８時間混合し、次いで使
用前に再び脱泡する。

【００３４】本発明によれば、磁性粒子は２種類の異な
る粒度の成分、すなわち相対的に小さな粒度の成分の平
均直径の５〜１０倍の、相対的に大きな粒度のものを含
む、直径１〜１００ミクロンの範囲の球状粒子の混合物
であることが好ましい。

【００３５】潤滑性ＭＲ系の一例は下記のように配合さ
れる。

【００３６】磁性粒子成分は、２５重量％のＳ−３７０
０鉄カルボニル、およびアミン獣脂系界面活性剤で処理
した７５重量％のＲ−１４７０鉄カルボニルからなって
いた。流体ベヒクルは５０容量％のＰＡＯ（ＳＨＦ ２
１）、２５容量％のセバシン酸ジオクチルおよび２５容
量％のトール油脂肪酸メチルエステルであるユニオン・
キャンプ、ユニフレックス（Ｕｎｉｆｌｅｘ）１７１の
混合物であった。流体中に流体の重量に対して７重量％
のヒュームドシリカ、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ Ｍ５を懸濁
させた。全鉄カルボニル粒子の体積分率が異なる種々の
ＭＲ流体を調製した。ただし各流体は小型粒子２５％−
大型粒子７５％の混合物を含有していた。

【００３７】この内部潤滑性ＭＲ流体の磁気粘性を図９
および１０にまとめ、説明する。図１０は、２モード鉄
粒子の体積分率の増大に伴う混合物粘度を示す。図９
は、上記ＭＲ流体の種々の体積分率の鉄粒子につき、磁
束密度（テスラ）の増大に伴う降伏応力を示す。この系
統の流体はオフ状態の粘度が４００ｃＰを越えることな
しに極めて高い降伏応力を与えることが分かる。

【００３８】本発明を特定の好ましい態様により記述し
たが、当業者が他の態様を容易に適用しうることは自明
であろう。したがって本発明の範囲は特許請求の範囲の
記載のみによって限定されると考えるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＭＲ流体中の単一モード粒度分布の鉄カルボニ
ル粒子の体積分率に対する、磁束密度１テスラでの降伏
応力（ｐｓｉ）のグラフである。

【図２】降伏応力が図１に示されるものと同じ系統のＭ
Ｒ流体についての、鉄カルボニルミクロスフェアの体積
分率に対する粘度のグラフである。

【図３】５５容量％の固体を含有するＭＲ流体の小型粒
子の体積分率に対する粘度（ｃＰ）のグラフである。

【図４】大型粒子（黒い四角）および小型粒子（黒い菱
形）の単一モード懸濁液についての、ＭＲ流体中の粒子
の体積分率に対する、１テスラでの降伏応力（ｐｓｉ）
のグラフである。

【図５】全固形分５５容量％のＭＲ流体中の大型粒子、
小型粒子、および大型粒子と小型粒子の混合物について
の、磁束密度を増大させた場合の粘度（ｃＰ）に対する
降伏応力（ｐｓｉ）のグラフである。

【図６】小型粒子の体積分率に対する降伏応力の増加率
（％）のグラフである。

【図７】ＭＲ流体の大型粒子成分についての直径分布を
示すプロットである。このグラフには粒子直径に対する
集団中の％をプロットする。

【図８】ＭＲ流体の小型粒子成分についての直径分布を
示すプロットである。

【図９】その特性が図１０に示されるものと同一系統の
種々の体積分率の鉄粒子（０．１〜０．５４）のＭＲ流
体についての、磁束密度に対する降伏応力のプロットで
ある。

【図１０】本発明の２モード分布ＭＲ流体についての、
鉄粒子の体積分率に対する粘度（ｃＰ）のプロットであ
る。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体ベヒクル中に分散した保磁性の低い
   概して球状の磁性粒子を含む磁気粘性流体において、該
   粒子が本質的に第１範囲の大きさの直径を有する第１群
   の粒子であって、第１平均直径が第１平均直径の値の約
   ２／３より大きくない標準偏差を有するもの、および第
   ２範囲の大きさの直径を有する第２群の粒子であって、
   第２平均直径が第２平均直径の値の約２／３より大きく
   ない標準偏差を有するものからなり、 かつ全粒度の主要部分が１〜１００ミクロンの範囲内に
   あり、磁性粒子の全重量に対する第１群および第２群そ
   れぞれの重量比が０．１〜０．９の範囲にあり、第２平
   均直径に対する第１平均直径の比が５〜１０である流
   体。
2. 【請求項２】 第１群および第２群の粒子が、鉄、ニッ
   ケルおよびコバルトよりなる群から選ばれる１種または
   それ以上の金属を含む、請求項１記載の流体。
3. 【請求項３】 第１群および第２群の粒子が、１〜１０
   ミクロンの範囲の平均直径を有する鉄カルボニル粒子を
   含む、請求項１記載の流体。
4. 【請求項４】 第１群および第２群の粒子が同一組成の
   ものである、請求項１記載の流体。
5. 【請求項５】 粒子が、ポリアルファオレフィンを含有
   する流体中に分散している、請求項１記載の流体。
6. 【請求項６】 粒子が、エステル化脂肪酸を含有する流
   体中に分散している、請求項１記載の流体。
7. 【請求項７】 磁界を付与しない周囲条件下では注入可
   能であるが、１テスラ以上の磁界を付与した状態では約
   ６９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）を越える降伏応力を有する流
   体において、該流体が、分散剤により液体ベヒクル中に
   分散した実質的に１〜１００ミクロンの範囲の粒度の概
   して球状の保磁性の低い強磁性または常磁性金属粒子を
   含み、該粒子が本質的に第１範囲の大きさの直径を有す
   る第１群の粒子であって、第１平均直径が第１平均直径
   の値の約２／３より大きくない標準偏差を有するもの、
   および第２範囲の大きさの直径を有する第２群の粒子で
   あって、第２平均直径が第２平均直径の値の約２／３よ
   り大きくない標準偏差を有するものからなり、 かつ第２平均直径に対する第１平均直径の比が５〜１０
   であり、球状金属粒子の全重量に対する第１群および第
   ２群それぞれの重量比が０．１〜０．９の範囲にある流
   体。
8. 【請求項８】 粒子が鉄カルボニル粒子であり、第１平
   均直径が７ミクロンより大きく、かつ第２平均直径が３
   ミクロンより小さい、請求項７記載の流体。
9. 【請求項９】 少なくとも第１群の粒子が界面活性剤コ
   ーティングされた鉄カルボニル粒子である、請求項１記
   載の流体。
10. 【請求項１０】 流体がさらにヒュームドシリカの粒子
    を含む、請求項１記載の流体。
11. 【請求項１１】 流体がさらにヒュームドシリカの粒子
    を含む、請求項９記載の流体。
12. 【請求項１２】 液体ベヒクル中に分散した保磁性の低
    い概して球状の磁性粒子を含む磁気粘性流体において、
    該粒子が本質的に第１範囲の大きさの直径を有する第１
    群の界面活性剤コーティングされた鉄カルボニル粒子で
    あって、第１平均直径が第１平均直径の値の約２／３よ
    り大きくない標準偏差を有するもの、および第２範囲の
    大きさの直径を有する第２群の粒子であって、第２平均
    直径が第２平均直径の値の約２／３より大きくない標準
    偏差を有するものからなり、 かつ全粒度の主要部分が１〜１００ミクロンの範囲内に
    あり、磁性粒子の全重量に対する第１群および第２群そ
    れぞれの重量比が０．１〜０．９の範囲にあり、第２平
    均直径に対する第１平均直径の比が５〜１０であり、 液体ベヒクルがポリアルファオレフィン、トール油脂肪
    酸のアルキルエステルおよびセバシン酸ジオクチルより
    なる群から選ばれる少なくとも１種の液体であり、そし
    て該流体がさらに、分散したヒュームドシリカを含む流
    体。