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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023047188
(43)【公開日】2023-04-05
(54)【発明の名称】磁気粘弾性流体および装置
(51)【国際特許分類】
H01F 1/44 20060101AFI20230329BHJP
F16F 9/53 20060101ALI20230329BHJP
F16F 9/46 20060101ALI20230329BHJP
F16F 15/18 20060101ALI20230329BHJP
【ＦＩ】
H01F1/44 170
F16F9/53
F16F9/46
F16F15/18 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021156141
(22)【出願日】2021-09-24
(71)【出願人】
【識別番号】000230054
【氏名又は名称】日本ペイントホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100179866
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 正樹
(72)【発明者】
【氏名】坂本 裕之
(72)【発明者】
【氏名】椎名 茉友
【テーマコード（参考）】
3J069
5E041
【Ｆターム（参考）】
3J069DD25
3J069EE35
5E041BD07
5E041CA10
(57)【要約】
【課題】磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、流動性にも優れる磁気粘弾性流体を提供すること。
【解決手段】磁性粒子と、分散媒とを含む磁気粘弾性流体であって、分散媒が１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物を含み、磁気粘弾性流体の総体積に対する、有機化合物の体積の割合が、４８～８５％である、磁気粘弾性流体。
【選択図】なし
【解決手段】磁性粒子と、分散媒とを含む磁気粘弾性流体であって、分散媒が１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物を含み、磁気粘弾性流体の総体積に対する、有機化合物の体積の割合が、４８～８５％である、磁気粘弾性流体。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性粒子と、分散媒と、を含む磁気粘弾性流体であって、
前記分散媒が、１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物を含み、
前記磁気粘弾性流体の総体積に対する、前記有機化合物の体積の割合が、４８～８５％である、磁気粘弾性流体。
前記分散媒が、１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物を含み、
前記磁気粘弾性流体の総体積に対する、前記有機化合物の体積の割合が、４８～８５％である、磁気粘弾性流体。
【請求項2】
前記有機化合物が、式（１）：
を有し、
式中、Ｌは、価数ｙの連結基であり、
Ｒは、水素またはメチル基であり、
Ａは、アルキレン基であり、
ｘは、１～３０の数であり、
ｙは、２以上の数である、請求項１に記載の磁気粘弾性流体。
【化1】
式中、Ｌは、価数ｙの連結基であり、
Ｒは、水素またはメチル基であり、
Ａは、アルキレン基であり、
ｘは、１～３０の数であり、
ｙは、２以上の数である、請求項１に記載の磁気粘弾性流体。
【請求項3】
前記連結基が、炭化水素基である、請求項２に記載の磁気粘弾性流体。
【請求項4】
前記Ｌが、アルキレン基である、請求項２に記載の磁気粘弾性流体。
【請求項5】
前記Ｌが、炭素数２～８のアルキレン基である、請求項４に記載の磁気粘弾性流体。
【請求項6】
前記磁性粒子の平均粒子径が、１～５０μｍである、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁気粘弾性流体。
【請求項7】
前記磁気粘弾性流体が、樹脂粒子を含まない、請求項１～６のいずれか一項に記載の磁気粘弾性流体。
【請求項8】
ロボット、ブレーキ、クラッチ、ダンパ、ショックアブソーバー、制震装置、ハプティクス、力触覚提示装置、医療機器、福祉機器および吸着装置からなる群より選択される装置に、請求項１～７のいずれか一項に記載の磁気粘弾性流体を用いた、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気粘弾性流体および装置に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気粘性流体（Magneto Rheological Fluid、以下、「ＭＲ流体」ともいう）は、鉄などの磁性粒子を分散媒であるシリコーンオイルなどの基油に分散させた流体である。ＭＲ流体は、ＭＲ流体に外部から磁場を印加していない状態では、分散媒中に磁性粒子がランダムに浮遊し、一方、ＭＲ流体に外部から磁場を印加した状態では、磁場の方向に沿って磁性粒子が鎖状に連結した多数のクラスタを形成する性質を有する。これにより、ＭＲ流体は、磁場の印加と非印加によってクラスタの形成と解除を制御することができ、クラスタが形成されるとＭＲ流体の見かけ上の粘度が変化し、降伏応力が増大する。ＭＲ流体は磁場の印加によって力およびトルクを伝達したり、減衰させることができる。そのため、ＭＲ流体は、ダンパなどへの応用が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
ＭＲ流体は、通常、ある一定の応力を発生させるために粒径が数μｍ～数十μｍの大きな磁性粒子を用いることから、ＭＲ流体を放置しておくと磁性粒子が沈降して分散媒から分離してしまう問題がある。磁性粒子が沈降して固まった状態でＭＲ流体を用いた装置を作動させようとすると、装置が作動しないおそれまたは装置の機構を損傷してしまうおそれがある。
【0004】
本発明者らは、特許文献１および２において、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、磁場印加条件下での降伏応力の最大変化量が大きい磁気粘弾性流体を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６４３４６７２号公報
【特許文献2】特許第６６８２６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ＭＲ流体では、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れることに加えて、ＭＲ流体の流動性に優れることも求められる。ＭＲ流体の流動性が低いと、ＭＲ流体を使用する機械または装置にＭＲ流体を充填することが困難になることがある。また、ＭＲ流体の流動性が低いと、過剰に高い無励磁トルクとなることで、逆可動性という優位な特徴が失われる。
【0007】
流動性とは一般に一定しないで流れうごく性質を意味するが、本発明における流動性は、固定化された形状がクリープ現象を生じて初期の形状を一定時間で維持できなくなり、流動する性質を表す。
【0008】
また、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、磁性粒子が分散媒から分離しなかったとしても、ＭＲ流体の流動性が低く、ＭＲ流体全体が固化した状態になるとＭＲ流体を装置などにおいて使用することができなくなる。加えて、その固化したＭＲ流体を強い力で撹拌して、ＭＲ流体の流動性を回復する必要がある。
【0009】
そこで、本発明は、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、流動性にも優れる磁気粘弾性流体を提供することを目的とする。
【0010】
本発明の別の目的は、長期間の安定駆動および機構信頼性に優れた装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明に係る磁気粘弾性流体は、磁性粒子と、分散媒と、を含む磁気粘弾性流体であって、
前記分散媒が１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物を含み、
前記磁気粘弾性流体の総体積に対する、前記有機化合物の体積の割合が、４８～８５％である、磁気粘弾性流体である。これによって、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、磁気粘弾性流体の流動性にも優れる。
前記分散媒が１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物を含み、
前記磁気粘弾性流体の総体積に対する、前記有機化合物の体積の割合が、４８～８５％である、磁気粘弾性流体である。これによって、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、磁気粘弾性流体の流動性にも優れる。
【0012】
本発明に係る磁気粘弾性流体の一実施形態では、前記有機化合物が、式（１）：
を有し、
式中、Ｌは、価数ｙの連結基であり、
Ｒは、水素またはメチル基であり、
Ａは、アルキレン基であり、
ｘは、１～３０の数であり、
ｙは、２以上の数である。
【化1】
式中、Ｌは、価数ｙの連結基であり、
Ｒは、水素またはメチル基であり、
Ａは、アルキレン基であり、
ｘは、１～３０の数であり、
ｙは、２以上の数である。
【0013】
本発明に係る磁気粘弾性流体の一実施形態では、前記連結基が、炭化水素基である。
【0014】
本発明に係る磁気粘弾性流体の一実施形態では、前記Ｌが、アルキレン基である。
【0015】
本発明に係る磁気粘弾性流体の一実施形態では、前記Ｌが、炭素数２～８のアルキレン基である。
【0016】
本発明に係る磁気粘弾性流体の一実施形態では、前記磁性粒子の平均粒子径が、１～５０μｍである。
【0017】
本発明に係る磁気粘弾性流体の一実施形態では、前記磁気粘弾性流体が、樹脂粒子を含まない。
【0018】
本発明に係る装置は、ロボット、ブレーキ、クラッチ、ダンパ、ショックアブソーバー、制震装置、ハプティクス、力触覚提示装置、医療機器、福祉機器および吸着装置からなる群より選択される装置に、上記いずれかの磁気粘弾性流体を用いた装置である。これによって、長期間の安定駆動および機構信頼性に優れる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、流動性にも優れる磁気粘弾性流体を提供することができる。また、本発明によれば、長期間の安定駆動および機構信頼性に優れた装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態について説明する。これらの記載は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。
【0021】
本発明において、２以上の実施形態を任意に組み合わせることができる。
【0022】
本発明において、用語「固形分」は、固形分、不揮発分および有効成分を包括する概念である。
【0023】
本明細書において、数値範囲は、別段の記載がない限り、その範囲の上限値および下限値を含むことを意図している。例えば、４８～８５％は、４８％以上８５％以下の範囲を意味する。
【0024】
本発明において、平均粒子径とは、粒子径分布の中央値（メジアン径）を意味する。平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて測定する。
【0025】
（磁気粘弾性流体）
本発明に係る磁気粘弾性流体は、磁性粒子と、分散媒と、を含む磁気粘弾性流体であって、
前記分散媒が１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物を含み、
前記磁気粘弾性流体の総体積に対する、前記有機化合物の体積の割合が、４８～８５％である、磁気粘弾性流体である。
本発明に係る磁気粘弾性流体は、磁性粒子と、分散媒と、を含む磁気粘弾性流体であって、
前記分散媒が１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物を含み、
前記磁気粘弾性流体の総体積に対する、前記有機化合物の体積の割合が、４８～８５％である、磁気粘弾性流体である。
【0026】
以下、本発明の磁気粘弾性流体が含む各成分について説明する。
【0027】
・磁性粒子
磁性粒子としては、磁場印加条件下で降伏応力が変化する磁性粒子であればよく、公知の磁性粒子を用いることができる。磁性粒子は、１種単独で用いてもよいし、材料または平均粒子径の異なるものを２種以上組み合わせて用いてもよい。
磁性粒子としては、磁場印加条件下で降伏応力が変化する磁性粒子であればよく、公知の磁性粒子を用いることができる。磁性粒子は、１種単独で用いてもよいし、材料または平均粒子径の異なるものを２種以上組み合わせて用いてもよい。
【0028】
磁性粒子の材料としては、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、銅含有鉄合金などの鉄合金および上記材料の酸化物；ガドリニウム、ガドリニウム有機誘導体からなる常磁性、超常磁性、強磁性化合物粒子などが挙げられる。
【0029】
磁性粒子としては、カルボニル鉄が好ましい。
【0030】
磁性粒子の平均粒子径は、例えば、１～５０μｍである。一実施形態では、磁性粒子の平均粒子径は、１μｍ以上、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上、８μｍ以上、９μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、３０μｍ以上、３５μｍ以上、４０μｍ以上または４５μｍ以上である。別の実施形態では、磁性粒子の平均粒子径は、５０μｍ以下、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、９μｍ以下、８μｍ以下、７μｍ以下、６μｍ以下、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下または２μｍ以下である。
【0031】
磁性粒子は、上記磁性粒子（平均粒子径が１μｍ以上の大磁性粒子）に加えて、より小さい平均粒子径の小磁性粒子を用いてもよいし、用いなくてもよい。
【0032】
小磁性粒子の材料としては、例えば、鉄、フェライト（Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｚｎ（ＩＩ）などの鉄（ＩＩＩ）酸塩）、マグネタイト（Ｆｅ（ＩＩ）の鉄（ＩＩＩ）酸塩）などが挙げられる。フェライトとしては、例えば、Ｍｎフェライト、Ｍｎ－Ｚｎフェライト、Ｍｎ－Ｍｇフェライト、Ｍｎ－Ｍｇ－Ｓｒフェライト、Ｍｇフェライト；アルカリ金属、アルカリ土類金属、軽金属類を含有する上記フェライトなどが挙げられる。この他、前述の材料も挙げられる。
【0033】
小磁性粒子としては、マグネタイトおよびフェライトからなる群より選択される１種以上が好ましい。
【0034】
一実施形態では、小磁性粒子は、Ｍｎ－Ｍｇ－Ｓｒフェライトである。
【0035】
小磁性粒子の平均粒子径は、例えば、２０～３００ｎｍである。小磁性粒子の平均粒子径は、降伏応力と沈降抑制の観点から、４０～２００ｎｍが好ましい。
【0036】
磁性粒子が小磁性粒子を含む場合、小磁性粒子の割合は、例えば、磁性粒子の合計質量に対して、例えば、５質量％未満である。
【0037】
本発明に係る磁気粘弾性流体の一実施形態では、前記磁性粒子の平均粒子径が、１～５０μｍである。すなわち、この実施形態では、磁性粒子は、小磁性粒子を含まない。
【0038】
本発明の磁気粘弾性流体では、磁性粒子は、分散性を高めるためのシランカップリング剤などによる表面処理をしてもよいし、表面処理をしなくてもよい。本発明の磁気粘弾性流体では、後述する樹脂粒子を用いることにより、磁性粒子の表面処理をしなくとも、磁性粒子の長期の優れた分散安定性が得られる。
【0039】
一実施形態では、磁性粒子は、分散性を高めるためのシランカップリング剤などによる表面処理をされていない。
【0040】
本発明の磁気粘弾性流体における磁性粒子の量は、後述する１分子内に２個以上のアミド基を有する有機化合物の体積の割合が、磁気粘弾性流体の総体積に対して４８～８５％となる量であれば特に限定されない。本発明の磁気粘弾性流体における磁性粒子の体積の割合は、例えば、磁気粘弾性流体の総体積に対して５２％以下である。一実施形態では、本発明の磁気粘弾性流体における磁性粒子の体積の割合は、磁気粘弾性流体の総体積に対して５２％以下、５０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下または５％以下である。別の実施形態では、本発明の磁気粘弾性流体における磁性粒子の体積の割合は、磁気粘弾性流体の総体積に対して５％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上または５０％以上である。
【0041】
・分散媒
本発明の磁気粘弾性流体の分散媒は、１分子内に２個以上のアミド基（－ＣＯＮ（Ｒ）－）を有する有機化合物（以下、単に「分散媒化合物」ということがある。）を含み、磁気粘弾性流体の総体積に対する、分散媒化合物の体積の割合が、４８～８５％である。
本発明の磁気粘弾性流体の分散媒は、１分子内に２個以上のアミド基（－ＣＯＮ（Ｒ）－）を有する有機化合物（以下、単に「分散媒化合物」ということがある。）を含み、磁気粘弾性流体の総体積に対する、分散媒化合物の体積の割合が、４８～８５％である。
【0042】
理論に拘束されることを望むものではないが、本発明の磁気粘弾性流体において、このような分散媒化合物を含む分散媒を用いることによって磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、磁気粘弾性流体の流動性にも優れる理由は、例えば、分散媒化合物１分子のアミド基が２個以上であることによって、アミド基が１個である場合よりも、磁性粒子表面へアミド基によって分散媒化合物が吸着しやすくなり、磁性粒子の分散性を高めるためと推測される。
【0043】
分散媒化合物は、ノニオン性、カチオン性、アニオン性のいずれでもよい。一実施形態では、分散媒化合物は、ノニオン性である。
【0044】
例えば、分散媒化合物は、式（１）：
を有し、式（１）中、Ｌは、価数ｙの連結基であり；Ｒは、水素またはメチル基であり；Ａは、アルキレン基であり；ｘは、１～３０の数であり；ｙは、２以上の数である。
【化2】
【0045】
Ｌの連結基としては、例えば、直鎖、分岐または環状の有機基が挙げられる。有機基としては、例えば、脂肪族炭化水素および芳香族炭化水素などの炭化水素が挙げられる。脂肪族炭化水素は、飽和脂肪族炭化水素でもよいし、不飽和結合を１以上有する不飽和脂肪族炭化水素でもよい。
【0046】
一実施形態では、連結基は、炭化水素基である。
【0047】
一実施形態では、Ｌは、飽和または不飽和のアルキレン基である。別の実施形態では、Ｌは、飽和または不飽和の炭素数２、３、４、５、６、７または８のアルキレン基である。さらに別の実施形態では、Ｌは、飽和または不飽和の４個の炭素を有するアルキレン基である。
【0048】
価数ｙ、すなわち、アミド基の数は、２以上の数であり、例えば、２、３、４または５である。
【0049】
Ｒは、水素またはメチル基である。Ｒがメチル基の場合（－ＣＯＮ（ＣＨ３）－）よりもＲが水素の場合（－ＣＯＮＨ－）の方が、アミド基の電子求引性が高まり、磁性粒子へのアミド基による分散媒化合物の吸着性が高まることが推測される。
【0050】
Ａは、飽和または不飽和のアルキレン基であり、例えば、炭素数２、３、４、５または６のアルキレン基が挙げられる。アルキレン基は、直鎖、分岐または環状のいずれでもよい。
【0051】
ｘは、１～３０の数である。ＡＯ基の繰り返し数の増加によって分散媒化合物の疎水性を高めて磁性粒子の分散安定性をより高める観点から、ｘは、４以上が好ましい。一実施形態では、ｘは、１以上、２以上、３以上、４以上、６以上、８以上、１０以上、１２以上、１４以上、１６以上、１８以上または２０以上である。別の実施形態では、ｘは、３０以下、２０以下、１８以下、１６以下、１４以下、１２以下、１０以下、８以下、６以下、４以下、３以下または２以下である。
【0052】
一実施形態では、式（１）の分散媒化合物は、式（２）：Ｈ－（ＯＡ）ｘ－ＮＲＣＯ－Ｌ－ＣＯＮＲ－（ＡＯ）ｘ－Ｈ（すなわち、式（１）においてｙ＝２）である。別の実施形態では、式（１）の分散媒化合物は、式（２）：Ｈ－（ＯＡ）ｘ－ＮＨＣＯ－Ｌ－ＣＯＮＨ－（ＡＯ）ｘ－Ｈ（すなわち、式（１）においてｙ＝２）である。
【0053】
分散媒化合物は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0054】
分散媒の合計質量に対する分散媒化合物の割合は、例えば、５０質量％以上である。一実施形態では、分散媒の合計質量に対する分散媒化合物の割合は、５０質量％以上、６０質量％以上、６５質量％以上、７０質量％以上、７５質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上または１００質量％である。別の実施形態では、分散媒の合計質量に対する分散媒化合物の割合は、１００質量％以下、９５質量％以下、９０質量％以下、８５質量％以下、８０質量％以下、７５質量％以下、７０質量％以下、６５質量％以下、または６０質量％以下である。
【0055】
本発明の磁気粘弾性流体の分散媒には、分散媒化合物以外の分散媒、例えば、特許文献１もしくは２などの分散媒、またはシリコーンオイル、フッ素オイルもしくはパラフィンなどの分散媒が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
【0056】
本発明の磁気粘弾性流体の総体積に対する、分散媒化合物の体積の割合は、４８～８５％である。分散媒化合物の体積の割合が４８％以上であることによって、磁気粘弾性流体の流動性が高まる。また、分散媒化合物の体積の割合が８５％以下であることによって、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れる。一実施形態では、磁気粘弾性流体の総体積に対する、分散媒化合物の体積の割合は、４８％以上、５０％以上、５５％以上、６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上または８０％以上である。別の実施形態では、磁気粘弾性流体の総体積に対する、分散媒化合物の体積の割合は、８５％以下、８０％以下、７５％以下、７０％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下または５０％以下である。
【0057】
・その他の添加剤
本発明に係る磁気粘弾性流体には、上述した成分以外に、分散助剤、樹脂粒子、レオロジーコントロール剤、金属型清浄分散剤、無灰型清浄分散剤、油性剤、摩耗防止剤、極圧剤、さび止め剤、摩擦調整剤、固体潤滑剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、消泡剤、着色剤、粘度指数向上剤及び流動点降下剤などのその他の添加剤を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。これらその他の添加剤はそれぞれ、１種単独で、または２種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明に係る磁気粘弾性流体には、上述した成分以外に、分散助剤、樹脂粒子、レオロジーコントロール剤、金属型清浄分散剤、無灰型清浄分散剤、油性剤、摩耗防止剤、極圧剤、さび止め剤、摩擦調整剤、固体潤滑剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、消泡剤、着色剤、粘度指数向上剤及び流動点降下剤などのその他の添加剤を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。これらその他の添加剤はそれぞれ、１種単独で、または２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0058】
・分散助剤
分散助剤は、一般に用いられる非水性または水性の湿潤分散剤を用いることができる。分散助剤が有する磁性体吸着に寄与する官能基は酸性、塩基性、塩のいずれでもよいが、一部の材質の磁性粒子との相互作用が少ないことから、塩基性または塩が好ましい。分散助剤の分子量は、低分子量のものから高分子量のものまで、分散媒との組合せから適切なものを選択すればよい。分散助剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
分散助剤は、一般に用いられる非水性または水性の湿潤分散剤を用いることができる。分散助剤が有する磁性体吸着に寄与する官能基は酸性、塩基性、塩のいずれでもよいが、一部の材質の磁性粒子との相互作用が少ないことから、塩基性または塩が好ましい。分散助剤の分子量は、低分子量のものから高分子量のものまで、分散媒との組合せから適切なものを選択すればよい。分散助剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0059】
分散助剤を用いる場合、その量は適宜調節すればよい。例えば、分散助剤の割合は、磁性粒子の質量と分散媒の質量と分散助剤の質量との合計質量に対して０．５～１０質量％である。
【0060】
一実施形態では、磁気粘弾性流体は、分散助剤を含まない。別の実施形態では、磁気粘弾性流体は、分散助剤を含む。
【0061】
・樹脂粒子
樹脂粒子は、樹脂製の粒子であり、磁性粒子の分散安定性に寄与する。樹脂粒子は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂粒子は、樹脂製の粒子であり、磁性粒子の分散安定性に寄与する。樹脂粒子は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0062】
樹脂粒子の材料としては、特に限定されず、公知の樹脂を適宜選択して用いればよい。樹脂粒子の材料としては、例えば、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂、セルロース樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエーテル樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂などを挙げることができる。
【0063】
アクリル樹脂は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルなどのモノマーの単独重合体または共重合体であってもよいし、これらのモノマーの１種以上と、エチレン、スチレンなどのモノマーとの共重合体（例えば、エチレン－アクリル酸共重合体、スチレン－アクリル酸共重合体など）であってもよいし、これらの重合体または共重合体の変性体（例えば、フッ素置換アクリル樹脂）であってもよい。
【0064】
樹脂粒子は、コア－シェル粒子であって、コアおよびシェルが、それぞれ、上述した材料の１種または２種以上からなるコア－シェル粒子であってもよい。
【0065】
樹脂粒子は、例えば、樹脂中のポリマー同士が架橋されていない非架橋樹脂粒子でもよいし、樹脂中のポリマー同士が架橋されている架橋樹脂粒子でもよい。架橋樹脂粒子は、非架橋樹脂粒子よりも耐熱性や耐溶剤性に優れることから、磁気粘弾性流体を適用した装置の摺動などによる熱や分散媒体そのものによって溶融し難く、より安定した磁場発生応力が得られるため好ましい。
【0066】
架橋樹脂粒子は、特に限定されず、公知の架橋樹脂粒子を用いることができる。架橋樹脂粒子としては、例えば、特許文献２に記載の樹脂粒子；国際公開第２０１５／１５２１８７号に記載の有機樹脂粒子（Ａ）；特開２０１０－０２４２８９号公報に記載の架橋樹脂粒子；特開２００９－２３５３５１号公報に記載のエチレン性不飽和モノマーを主体として得られた架橋構造を有する樹脂からなる樹脂粒子、内部架橋したウレタン樹脂からなる樹脂粒子、内部架橋したメラミン樹脂からなる架橋樹脂粒子などの架橋樹脂粒子；特開２００９－１１４３９２号公報に記載のカルボキシル基含有アクリル樹脂である架橋樹脂粒子；特開平６－０２５５６７号公報に記載の内部架橋構造を持つ、アクリル系樹脂微粒子などが挙げられる。
【0067】
一実施形態では、樹脂粒子は、架橋樹脂粒子である。別の実施形態では、樹脂粒子は、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、およびこれらの変性体からなる群より選択される１種以上である。さらに別の実施形態では、樹脂粒子は、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、およびこれらの変性体からなる群より選択される１種以上の架橋樹脂粒子である。
【0068】
一実施形態では、アクリル樹脂は、アクリル酸エステル重合体、メタクリル酸エステル重合体、スチレン－アクリル酸共重合体、スチレン－メタクリル酸共重合体、エチレン－アクリル酸共重合体、エチレン－メタクリル酸共重合体、およびこれらの変性体からなる群より選択される１種以上である。
【0069】
樹脂粒子の重量平均分子量（Ｍｗ）は、特に限定されず、適宜調節することができる。一実施形態では、樹脂粒子のＭｗは、１，０００以上、５，０００以上、６，０００以上、１０，０００以上、５０，０００以上、１００，０００以上、５００，０００以上または１，０００，０００以上である。また、別の実施形態では、樹脂粒子のＭｗは、１０，０００，０００以下、５，０００，０００以下、３，０００，０００以下、１，０００，０００以下、５００，０００以下、３００，０００以下、１００，０００以下または５０，０００以下である。
【0070】
樹脂粒子の平均粒子径は、例えば、２０～１５００ｎｍである。一実施形態では、樹脂粒子の平均粒子径は、５０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、４００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、６００ｎｍ以上、７００ｎｍ以上、８００ｎｍ以上、９００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以上、１２００ｎｍ以上、１３００ｎｍ以上または１４００ｎｍ以上である。また、別の実施形態では、樹脂粒子の平均粒子径は、１４００ｎｍ以下、１３００ｎｍ以下、１２００ｎｍ以下、１１００ｎｍ以下、１０００ｎｍ以下、９００ｎｍ以下、８００ｎｍ以下、７００ｎｍ以下、６００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下または１５０ｎｍ以下である。
【0071】
樹脂粒子の平均粒子径は、２０～１５００ｎｍの範囲内であればよく、平均粒子径の異なる樹脂粒子を２種以上組み合わせて用いてもよい。例えば、平均粒子径２０～２００ｎｍの第１の樹脂粒子と、平均粒子径２００ｎｍより大きく１５００ｎｍ以下の第２の樹脂粒子とを組み合わせて用いてもよい。
【0072】
樹脂粒子を配合する場合、樹脂粒子の質量の割合は、例えば、磁気粘弾性流体の合計質量に対して、０．３～２０質量％である。一実施形態では、当該割合は、０．５質量％以上、１質量％以上、２質量％以上、３質量％以上、４質量％以上、５質量％以上、６質量％以上、７質量％以上、８質量％以上、９質量％以上、１０質量％以上または１５質量％以上である。また、別の実施形態では、当該割合は、１９質量％以下、１５質量％以下、１０質量％以下、９質量％以下、８質量％以下、７質量％以下、６質量％以下、５質量％以下、４質量％以下、３質量％以下、２質量％以下または１質量％以下である。
【0073】
本発明に係る磁気粘弾性流体の一実施形態では、前記磁気粘弾性流体が、樹脂粒子を含まない。
【0074】
・磁気粘弾性流体の調製方法
磁気粘弾性流体の調製方法は特に限定されず、磁性粒子と、分散媒と、必要に応じてその他の添加剤とを任意の順序で混合して調製することができる。例えば、磁気粘弾性流体の調製方法は、分散媒と磁性粒子とを準備し、磁性粒子に、分散媒を添加して撹拌し、次いで、任意に、分散助剤などのその他の添加剤を添加して撹拌する。
磁気粘弾性流体の調製方法は特に限定されず、磁性粒子と、分散媒と、必要に応じてその他の添加剤とを任意の順序で混合して調製することができる。例えば、磁気粘弾性流体の調製方法は、分散媒と磁性粒子とを準備し、磁性粒子に、分散媒を添加して撹拌し、次いで、任意に、分散助剤などのその他の添加剤を添加して撹拌する。
【0075】
本発明に係る磁気粘弾性流体の用途は、特に限定されず、公知のＭＲ流体の用途に使用することができる。磁気粘弾性流体の用途としては、例えば、ロボット、ブレーキ、クラッチ、ダンパ、ショックアブソーバー、制震装置、ハプティクス、力触覚提示装置、医療機器、福祉機器および吸着装置などが挙げられる。
【0076】
（装置）
本発明に係る装置は、ロボット、ブレーキ、クラッチ、ダンパ、ショックアブソーバー、制震装置、ハプティクス、力触覚提示装置、医療機器、福祉機器および吸着装置からなる群より選択される装置に、上記いずれかの磁気粘弾性流体を用いた装置である。これによって、長期間の安定駆動および機構信頼性に優れる。
本発明に係る装置は、ロボット、ブレーキ、クラッチ、ダンパ、ショックアブソーバー、制震装置、ハプティクス、力触覚提示装置、医療機器、福祉機器および吸着装置からなる群より選択される装置に、上記いずれかの磁気粘弾性流体を用いた装置である。これによって、長期間の安定駆動および機構信頼性に優れる。
【実施例0077】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、これらの実施例は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。
【0078】
実施例で用いた材料は以下のとおりである。
・磁性粒子：カルボニル鉄粉、ＢＡＳＦ社製の商品名「ＣＩＰ－ＳＱ」、平均粒子径４．５μｍ、密度７．８７（ｇ／ｃｃ）
・分散媒
アジピン酸ジアミド：青木油脂工業社製、商品名「ＡＡ ＰＯ－２０」、アミド基２個、式（２）でＬが炭素数４のアルキレン基、Ａが炭素数３のアルキレン基、ｘが２０、Ｒが水素である。密度０．９２（ｇ／ｃｃ）
コハク酸ジアミド：青木油脂工業社製、商品名「ＳＡ ＰＯ－２０」、アミド基２個、式（２）でＬが炭素数２のアルキレン基、Ａが炭素数３のアルキレン基、ｘが２０、Ｒが水素である。密度０．９２（ｇ／ｃｃ）
コハク酸ジアミド：青木油脂工業社製、商品名「ＳＡ ＰＯ－４」、アミド基２個、式（２）でＬが炭素数２のアルキレン基、Ａが炭素数３のアルキレン基、ｘが４、Ｒが水素である。密度０．９３（ｇ／ｃｃ）
・比較分散媒
ポリオキシエチレンオレイルアミド：青木油脂工業社製、商品名「ブラウノン Ｏ－１５」、アミド基１個、オレイン酸アミドのポリオキシエチレン付加物、ポリオキシエチレンの繰り返し数７、密度０．９２（ｇ／ｃｃ）
コハク酸ジエステル：青木油脂工業社製、商品名「ＳＡＥＳ ＰＯ－４」、示性式：Ｈ（ＯＣ３Ｈ６）４ＯＣＯＣ２Ｈ４ＣＯＯ（Ｃ３Ｈ６Ｏ）４Ｈ、密度０．９１（ｇ／ｃｃ）
・樹脂粒子：スチレン－アクリル酸共重合体微粒子（架橋樹脂粒子）、日本ペイント・インダストリアルコーティングス社製の商品名「ＭＧ－４５１」、平均粒子径１００ｎｍ、密度１．０１（ｇ／ｃｃ）
・磁性粒子：カルボニル鉄粉、ＢＡＳＦ社製の商品名「ＣＩＰ－ＳＱ」、平均粒子径４．５μｍ、密度７．８７（ｇ／ｃｃ）
・分散媒
アジピン酸ジアミド：青木油脂工業社製、商品名「ＡＡ ＰＯ－２０」、アミド基２個、式（２）でＬが炭素数４のアルキレン基、Ａが炭素数３のアルキレン基、ｘが２０、Ｒが水素である。密度０．９２（ｇ／ｃｃ）
コハク酸ジアミド：青木油脂工業社製、商品名「ＳＡ ＰＯ－２０」、アミド基２個、式（２）でＬが炭素数２のアルキレン基、Ａが炭素数３のアルキレン基、ｘが２０、Ｒが水素である。密度０．９２（ｇ／ｃｃ）
コハク酸ジアミド：青木油脂工業社製、商品名「ＳＡ ＰＯ－４」、アミド基２個、式（２）でＬが炭素数２のアルキレン基、Ａが炭素数３のアルキレン基、ｘが４、Ｒが水素である。密度０．９３（ｇ／ｃｃ）
・比較分散媒
ポリオキシエチレンオレイルアミド：青木油脂工業社製、商品名「ブラウノン Ｏ－１５」、アミド基１個、オレイン酸アミドのポリオキシエチレン付加物、ポリオキシエチレンの繰り返し数７、密度０．９２（ｇ／ｃｃ）
コハク酸ジエステル：青木油脂工業社製、商品名「ＳＡＥＳ ＰＯ－４」、示性式：Ｈ（ＯＣ３Ｈ６）４ＯＣＯＣ２Ｈ４ＣＯＯ（Ｃ３Ｈ６Ｏ）４Ｈ、密度０．９１（ｇ／ｃｃ）
・樹脂粒子：スチレン－アクリル酸共重合体微粒子（架橋樹脂粒子）、日本ペイント・インダストリアルコーティングス社製の商品名「ＭＧ－４５１」、平均粒子径１００ｎｍ、密度１．０１（ｇ／ｃｃ）
【0079】
実施例で用いた装置は以下のとおりである。
３本ロール分散機：ＥＸＡＫＴ社製の商品名「５０Ｉ」
レオメータ：アントンパール社製の商品名「ＭＣＲ ３０２」、ダブルギャップ構造ＭＲＤセル（磁場測定ユニット）を搭載
３本ロール分散機：ＥＸＡＫＴ社製の商品名「５０Ｉ」
レオメータ：アントンパール社製の商品名「ＭＣＲ ３０２」、ダブルギャップ構造ＭＲＤセル（磁場測定ユニット）を搭載
【0080】
（実施例１～１１および比較例１～４）
表１に示す配合（質量％）で磁性粒子、分散媒、比較分散媒および樹脂粒子を準備した。容器に磁性粒子を充填し、次いで分散媒および比較分散媒のいずれかまたは両方を添加して、均一になるまで簡易に撹拌した。その後、その混合物を３本ロール分散機を用いて、最も開度を狭めた条件で、５回通して分散させて、磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を調製した。
表１に示す配合（質量％）で磁性粒子、分散媒、比較分散媒および樹脂粒子を準備した。容器に磁性粒子を充填し、次いで分散媒および比較分散媒のいずれかまたは両方を添加して、均一になるまで簡易に撹拌した。その後、その混合物を３本ロール分散機を用いて、最も開度を狭めた条件で、５回通して分散させて、磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を調製した。
【0081】
【表1】
【0082】
調製した各磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体について、以下のように、分散安定性と、流動性と、降伏応力の最大変化量とを測定した。
【0083】
（分散安定性）
磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を調製後、直ちに３０ｍＬサンプル管の肩部まで磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を充填し、２５℃で静置して貯蔵した。貯蔵後９０日における磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体について、サンプル管の肩部から、分散媒と磁性粒子とが分離した界面までの距離（分離幅）を測定し、以下の基準で分散安定性を評価した。分離幅が小さいほど、分散安定性に優れる。貯蔵後９０日時点で基準Ａ、ＢまたはＣである場合、合格である。
・基準
Ａ：分離は見られない
Ｂ：分離幅が５ｍｍ以下
Ｃ：分離幅が５ｍｍ超え１０ｍｍ以下
Ｄ：分離幅が１０ｍｍ超え
磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を調製後、直ちに３０ｍＬサンプル管の肩部まで磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を充填し、２５℃で静置して貯蔵した。貯蔵後９０日における磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体について、サンプル管の肩部から、分散媒と磁性粒子とが分離した界面までの距離（分離幅）を測定し、以下の基準で分散安定性を評価した。分離幅が小さいほど、分散安定性に優れる。貯蔵後９０日時点で基準Ａ、ＢまたはＣである場合、合格である。
・基準
Ａ：分離は見られない
Ｂ：分離幅が５ｍｍ以下
Ｃ：分離幅が５ｍｍ超え１０ｍｍ以下
Ｄ：分離幅が１０ｍｍ超え
【0084】
（流動性）
容器から２ｃｃの固定化された磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を平板上に取り出し、２５℃で５分間静置した。そして、その磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体の状態を観察し、以下の基準で評価した。
合格：磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体が流動して平坦になった
不合格：磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体が初期形状を維持していた
容器から２ｃｃの固定化された磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を平板上に取り出し、２５℃で５分間静置した。そして、その磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体の状態を観察し、以下の基準で評価した。
合格：磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体が流動して平坦になった
不合格：磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体が初期形状を維持していた
【0085】
（降伏応力の最大変化量）
レオメータに０．６ｍＬの磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を充填し、磁束密度１Ｔ（テスラ）の磁場印加条件で、歪み１０％、１０Ｈｚ周波数振動解析を実施した。その磁場印加条件下で発生したせん断降伏応力（Ｐａ）を測定し、以下の基準で評価した。その結果を表１に合わせて示す。
Ａ：せん断降伏応力が２００００Ｐａ超え
Ｂ：せん断降伏応力が７０００Ｐａ超え～２００００Ｐａ以下
Ｃ：せん断降伏応力が７０００Ｐａ以下
レオメータに０．６ｍＬの磁気粘弾性流体または比較ＭＲ流体を充填し、磁束密度１Ｔ（テスラ）の磁場印加条件で、歪み１０％、１０Ｈｚ周波数振動解析を実施した。その磁場印加条件下で発生したせん断降伏応力（Ｐａ）を測定し、以下の基準で評価した。その結果を表１に合わせて示す。
Ａ：せん断降伏応力が２００００Ｐａ超え
Ｂ：せん断降伏応力が７０００Ｐａ超え～２００００Ｐａ以下
Ｃ：せん断降伏応力が７０００Ｐａ以下
【0086】
表１に示したように、本発明によれば、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、流動性にも優れる磁気粘弾性流体を提供することができた。
【産業上の利用可能性】
【0087】
本発明によれば、磁性粒子の長期間の分散安定性に優れ、流動性にも優れる磁気粘弾性流体を提供することができる。また、本発明によれば、長期間の安定駆動および機構信頼性に優れた装置を提供することができる。