JP2595535B2 - 磁性流体 - Google Patents
磁性流体Info
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- JP2595535B2 JP2595535B2 JP62107990A JP10799087A JP2595535B2 JP 2595535 B2 JP2595535 B2 JP 2595535B2 JP 62107990 A JP62107990 A JP 62107990A JP 10799087 A JP10799087 A JP 10799087A JP 2595535 B2 JP2595535 B2 JP 2595535B2
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁性流体に関し、特に磁気シール等の材料
に要求される低粘度、高飽和磁化、低揮発性等の特性を
有する磁性流体に関する。
に要求される低粘度、高飽和磁化、低揮発性等の特性を
有する磁性流体に関する。
本発明は、磁気シール等に利用される磁性流体におい
て、脂肪酸の単分子層を被覆したマグネタイト粒子をア
ルキル置換芳香族単環炭化水素系の分散媒に分散させる
ことにより、低粘度、高飽和磁化、低揮発性という特性
を合わせ持つ磁性流体の提供を可能とするものである。
て、脂肪酸の単分子層を被覆したマグネタイト粒子をア
ルキル置換芳香族単環炭化水素系の分散媒に分散させる
ことにより、低粘度、高飽和磁化、低揮発性という特性
を合わせ持つ磁性流体の提供を可能とするものである。
磁性流体とは、安定剤で被覆された強磁性微粒子が分
散媒中に分散され、通常の遠心力や磁界を作用させても
沈降や凝集が起こらない、安定したサスペンジョンコロ
イド溶液であり、見掛け上、磁性をもつ液体としての挙
動を示すものである。これまでに、この磁性流体の特異
な性質を利用した比重差選別、磁気シール、ダンパー、
油水分離等の種々応用が研究されてきた。
散媒中に分散され、通常の遠心力や磁界を作用させても
沈降や凝集が起こらない、安定したサスペンジョンコロ
イド溶液であり、見掛け上、磁性をもつ液体としての挙
動を示すものである。これまでに、この磁性流体の特異
な性質を利用した比重差選別、磁気シール、ダンパー、
油水分離等の種々応用が研究されてきた。
この中のひとつである磁気シールは、接触型のメカニ
カルシールと比べて種々の利点を持つものである。たと
えば、固体同士の接触が無いので、摩耗粉により汚染が
なく、またグリースの蒸発によるミストの発生がないこ
と、完全密閉が可能であること、低トルク損失であるこ
と、シール部の発熱が少ないこと、外部磁界によりその
形状や位置を制御できること、外部磁界によって磁化さ
れると磁性体同士が集まり、結果的には非磁性体が磁性
体の外に排斥されること等が挙げられる。
カルシールと比べて種々の利点を持つものである。たと
えば、固体同士の接触が無いので、摩耗粉により汚染が
なく、またグリースの蒸発によるミストの発生がないこ
と、完全密閉が可能であること、低トルク損失であるこ
と、シール部の発熱が少ないこと、外部磁界によりその
形状や位置を制御できること、外部磁界によって磁化さ
れると磁性体同士が集まり、結果的には非磁性体が磁性
体の外に排斥されること等が挙げられる。
この磁気シールに使用される磁性流体へ要求される性
質としては、まずトルク損失を低減させるために低粘度
であること、シールの耐圧性を向上させるために高飽和
磁化を有すること、さらに寿命を伸ばすために低揮発性
であることが挙げられる。この揮発性を低下させる目的
で、従来、アジピン酸ジエチルヘキシルやアジピン酸ジ
オクチル等のジエステル系の溶剤を中心とした各種の溶
剤を分散媒として磁性流体が製造されている。
質としては、まずトルク損失を低減させるために低粘度
であること、シールの耐圧性を向上させるために高飽和
磁化を有すること、さらに寿命を伸ばすために低揮発性
であることが挙げられる。この揮発性を低下させる目的
で、従来、アジピン酸ジエチルヘキシルやアジピン酸ジ
オクチル等のジエステル系の溶剤を中心とした各種の溶
剤を分散媒として磁性流体が製造されている。
ところで、従来の磁気シールの応用分野は主として大
型機器であり、このような応用を考える限りにおいて
は、従来のジエステル系の溶剤を分散媒とする磁性流体
でも問題は生じなかった。しかし、近年はハードディス
ク装置のスピンドルモーターの軸受け等のような、比較
的小型で精密な機器に対しても磁気シールの応用が試み
られており、この際には前述のジエステル系の溶剤を分
散媒とする磁性流体でも粘度が高すぎる。したがって、
より一層粘度の低下を図り、トルク損失を低減させるこ
とが望まれている。特に、精密機器への応用を考えた場
合、前述のジエステル系の溶剤は溶剤そのものの粘度が
高いばかりでなく、さらに磁性粒子を分散させることに
より粘度が上昇する。このため、耐圧性を確保するため
に高飽和磁化とすることは、逆に潤滑性の低下を招く結
果となる。
型機器であり、このような応用を考える限りにおいて
は、従来のジエステル系の溶剤を分散媒とする磁性流体
でも問題は生じなかった。しかし、近年はハードディス
ク装置のスピンドルモーターの軸受け等のような、比較
的小型で精密な機器に対しても磁気シールの応用が試み
られており、この際には前述のジエステル系の溶剤を分
散媒とする磁性流体でも粘度が高すぎる。したがって、
より一層粘度の低下を図り、トルク損失を低減させるこ
とが望まれている。特に、精密機器への応用を考えた場
合、前述のジエステル系の溶剤は溶剤そのものの粘度が
高いばかりでなく、さらに磁性粒子を分散させることに
より粘度が上昇する。このため、耐圧性を確保するため
に高飽和磁化とすることは、逆に潤滑性の低下を招く結
果となる。
そこで本発明は、飽和磁化を高くしても潤滑性を損な
わない、新規な磁性流体の提供を図るものである。
わない、新規な磁性流体の提供を図るものである。
本発明者らは、上述の目的を達成すべく検討を行った
結果、分散媒として芳香族系溶剤、特にモノアルキルお
よびジアルキル置換芳香族単環炭化水素を使用すると極
めて優れた特性を有する磁性流体を製造できることを見
出し、本発明に至ったものである。すなわち、本発明に
かかる磁性流体は、従来のかかる実情に鑑みて提案され
たものであり、脂肪酸の単分子層を被覆したマグネタイ
ト粒子をアルキル置換芳香族単環炭化水素系の分散媒に
分散させたことを特徴とするものである。
結果、分散媒として芳香族系溶剤、特にモノアルキルお
よびジアルキル置換芳香族単環炭化水素を使用すると極
めて優れた特性を有する磁性流体を製造できることを見
出し、本発明に至ったものである。すなわち、本発明に
かかる磁性流体は、従来のかかる実情に鑑みて提案され
たものであり、脂肪酸の単分子層を被覆したマグネタイ
ト粒子をアルキル置換芳香族単環炭化水素系の分散媒に
分散させたことを特徴とするものである。
ここで、磁性流体に使用する溶剤は、潤滑性を確保す
る意味から、まず融点が室温以下である必要がある。本
発明においては、この種の溶剤としては沸点が高く、し
たがって蒸気圧の低いモノアルキルおよびジアルキル置
換芳香族単環炭化水素系の溶剤を選択した。これらの溶
剤は、言い換えればベンゼン環にアルキル基を１個ない
し２個導入した物質であり、置換基となるアルキル基の
炭素数は６個以上であることが望ましい。しかし、上記
アルキル基の炭素数が大き過ぎると融点が高くなり、置
換基の数にもよるが、得られる化合物が室温にて固体と
なりやすい。したがって、上記アルキル基の炭素数の上
限は、アルキル基の種類および数によって適宜選択すべ
きである。このような条件を考慮した上で、磁性流体に
使用可能な溶剤を例示すると、オクタデシルベンゼン、
ドデシルベンゼン、ジドデシルベンゼン等となる。これ
らの分子量および760mmHgにおける沸点を表１にまとめ
て示す。なお、この表において市販のドデシルベンゼン
とは、分枝型のドデシルベンゼン異性体の混合物であ
り、平均分子量245のものである。これらの溶剤に対し
て、マグネタイト微粒子をその固形分含量が最大50％と
なるように添加する。これ以上に添加すると、得られる
磁性流体の粘度が高くなり過ぎ、たとえばスピンドルモ
ーターの軸受け部の磁気シールに利用した場合、トルク
損失を大きくする原因となる。
る意味から、まず融点が室温以下である必要がある。本
発明においては、この種の溶剤としては沸点が高く、し
たがって蒸気圧の低いモノアルキルおよびジアルキル置
換芳香族単環炭化水素系の溶剤を選択した。これらの溶
剤は、言い換えればベンゼン環にアルキル基を１個ない
し２個導入した物質であり、置換基となるアルキル基の
炭素数は６個以上であることが望ましい。しかし、上記
アルキル基の炭素数が大き過ぎると融点が高くなり、置
換基の数にもよるが、得られる化合物が室温にて固体と
なりやすい。したがって、上記アルキル基の炭素数の上
限は、アルキル基の種類および数によって適宜選択すべ
きである。このような条件を考慮した上で、磁性流体に
使用可能な溶剤を例示すると、オクタデシルベンゼン、
ドデシルベンゼン、ジドデシルベンゼン等となる。これ
らの分子量および760mmHgにおける沸点を表１にまとめ
て示す。なお、この表において市販のドデシルベンゼン
とは、分枝型のドデシルベンゼン異性体の混合物であ
り、平均分子量245のものである。これらの溶剤に対し
て、マグネタイト微粒子をその固形分含量が最大50％と
なるように添加する。これ以上に添加すると、得られる
磁性流体の粘度が高くなり過ぎ、たとえばスピンドルモ
ーターの軸受け部の磁気シールに利用した場合、トルク
損失を大きくする原因となる。
上述のような溶剤中にマグネタイト微粒子を安定に分
散させるためには、マグネタイト微粒子の表面を界面活
性剤の単分子層で被覆することが必要である。この界面
活性剤として炭素数12ないし炭素数22の脂肪酸の使用が
有効であり、特に炭素数18のオレイン酸を使用すると好
適な磁性流体が得られる。なお、この炭素数の範囲は、
マグネタイト微粒子間に適度の距離を維持させることに
よって、各粒子を安定に分散させるのに好適であるとの
考えに基づいて設定されたものである。
散させるためには、マグネタイト微粒子の表面を界面活
性剤の単分子層で被覆することが必要である。この界面
活性剤として炭素数12ないし炭素数22の脂肪酸の使用が
有効であり、特に炭素数18のオレイン酸を使用すると好
適な磁性流体が得られる。なお、この炭素数の範囲は、
マグネタイト微粒子間に適度の距離を維持させることに
よって、各粒子を安定に分散させるのに好適であるとの
考えに基づいて設定されたものである。
また、使用するマグネタイト微粒子としては、球状粒
子が好ましく、その粒径は200Å以下であることが好ま
しい。マグネタイト微粒子の粒系が大き過ぎると、安定
なサスペンジョンコロイド溶液とすることが難しい。
子が好ましく、その粒径は200Å以下であることが好ま
しい。マグネタイト微粒子の粒系が大き過ぎると、安定
なサスペンジョンコロイド溶液とすることが難しい。
本発明にかかる磁性流体においては、分散媒としてア
ルキル置換芳香族炭化水素系の溶剤が使用される。これ
らの溶剤は、炭化水素系の溶剤の中でも室温で液体であ
るものとしては極めて高い沸点を有し、蒸気圧が低い。
したがって、これらを使用して調製された磁性流体は揮
発性が小さく、たとえば磁気シールの材料として使用し
た場合に長期にわたり安定した性能を発揮する。また、
溶剤自身の粘度が低いために、飽和磁化を向上させる目
的で強磁性体微粒子を多量に分散させても、磁性流体の
粘度を大幅に上昇させることがなく、トルク損失を低減
させる効果がある。
ルキル置換芳香族炭化水素系の溶剤が使用される。これ
らの溶剤は、炭化水素系の溶剤の中でも室温で液体であ
るものとしては極めて高い沸点を有し、蒸気圧が低い。
したがって、これらを使用して調製された磁性流体は揮
発性が小さく、たとえば磁気シールの材料として使用し
た場合に長期にわたり安定した性能を発揮する。また、
溶剤自身の粘度が低いために、飽和磁化を向上させる目
的で強磁性体微粒子を多量に分散させても、磁性流体の
粘度を大幅に上昇させることがなく、トルク損失を低減
させる効果がある。
以下、本発明の実施例を実験例にもとづいて説明す
る。
る。
本実施例は、マグネタイト微粒子を安定化させるため
の脂肪酸としてオレイン酸を使用し、また安定化された
上記マグネタイト微粒子を分散させるためのアルキル置
換芳香族単環炭化水素系の分散媒としてドデシルベンゼ
ン系の溶剤を使用した磁性流体の例である。
の脂肪酸としてオレイン酸を使用し、また安定化された
上記マグネタイト微粒子を分散させるためのアルキル置
換芳香族単環炭化水素系の分散媒としてドデシルベンゼ
ン系の溶剤を使用した磁性流体の例である。
まず、マグネタイト微粒子を作成する。すなわち、硫
酸第一鉄と硫酸第二鉄の各0.2モル／水溶液を等量混
合し、これに6NのNaOH水溶液をpHが11.0となるまで添加
して、マグネタイト微粒子が分散されたコロイド溶液を
得た。
酸第一鉄と硫酸第二鉄の各0.2モル／水溶液を等量混
合し、これに6NのNaOH水溶液をpHが11.0となるまで添加
して、マグネタイト微粒子が分散されたコロイド溶液を
得た。
次に、このマグネタイト微粒子を脂肪酸の単分子層で
被覆して安定化させるため、解離してオレイン酸を生ず
るオレイン酸ナトリウムを含む水溶液を上記コロイド溶
液に添加し、90℃で30分間撹拌しながらオレイン酸分子
を吸着させ、安定化マグネタイト微粒子を作成した。
被覆して安定化させるため、解離してオレイン酸を生ず
るオレイン酸ナトリウムを含む水溶液を上記コロイド溶
液に添加し、90℃で30分間撹拌しながらオレイン酸分子
を吸着させ、安定化マグネタイト微粒子を作成した。
次に、上記安定化マグネタイト微粒子を含むコロイド
溶液を希塩酸を用いて中和し、安定化マグネタイト微粒
子を凝集沈澱させた。この沈澱物をデカンテーションを
繰返すことにより十分に洗浄し、最後に濾過して50℃で
３日間乾燥させ、安定化マグネタイト微粒子を得た。
溶液を希塩酸を用いて中和し、安定化マグネタイト微粒
子を凝集沈澱させた。この沈澱物をデカンテーションを
繰返すことにより十分に洗浄し、最後に濾過して50℃で
３日間乾燥させ、安定化マグネタイト微粒子を得た。
次に、上記安定化マグネタイト微粒子を分散媒となる
ドデシルベンゼン系の溶剤と所定の割合で混合し、振動
ミルで４時間、ロールミルで12時間分散させることによ
り、磁性流体を作成した。ここで使用した溶剤は、市販
のドデシルベンゼン、ｎ−ドデシルベンゼン、およびｎ
−ジドデシルベンゼンである。
ドデシルベンゼン系の溶剤と所定の割合で混合し、振動
ミルで４時間、ロールミルで12時間分散させることによ
り、磁性流体を作成した。ここで使用した溶剤は、市販
のドデシルベンゼン、ｎ−ドデシルベンゼン、およびｎ
−ジドデシルベンゼンである。
上述のようにして調製された磁性流体の構造を模式的
に表すと、たとえば第１図に示すとおりとなる。この図
において、直径100Å程度の球状のマグネタイト微粒子
（１）を安定化させるためにオレイン酸分子（２）を添
加すると、上記マグネタイト微粒子（１）の表面は親水
性であるため、オレイン酸分子（２）はその親水基
（2a）を上記マグネタイト微粒子（１）の表面に向け、
疎水基（2b）を外側に向けた配向をとる。このようにし
て、マグネタイト微粒子（１）の周囲はオレイン酸分子
（２）の単分子膜で被覆され、安定化される。分散媒
（３）中でこのマグネタイト微粒子（１）同士が接近す
ると、上述のように外部に露出した疎水基（2b）同士が
反発するため、上記マグネタイト微粒子（１）はオレイ
ン酸分子（２）の鎖長の少なくとも２倍程度の距離を保
って分散媒（３）中に分散されることとなる。
に表すと、たとえば第１図に示すとおりとなる。この図
において、直径100Å程度の球状のマグネタイト微粒子
（１）を安定化させるためにオレイン酸分子（２）を添
加すると、上記マグネタイト微粒子（１）の表面は親水
性であるため、オレイン酸分子（２）はその親水基
（2a）を上記マグネタイト微粒子（１）の表面に向け、
疎水基（2b）を外側に向けた配向をとる。このようにし
て、マグネタイト微粒子（１）の周囲はオレイン酸分子
（２）の単分子膜で被覆され、安定化される。分散媒
（３）中でこのマグネタイト微粒子（１）同士が接近す
ると、上述のように外部に露出した疎水基（2b）同士が
反発するため、上記マグネタイト微粒子（１）はオレイ
ン酸分子（２）の鎖長の少なくとも２倍程度の距離を保
って分散媒（３）中に分散されることとなる。
上述のような磁性流体A,B,C,Dの諸特性を表２に示
す。この表には、比較例として、溶剤にジエステル系溶
剤を使用した従来品２種も合わせて示した。これを見る
と、ドデシルベンゼン系の溶剤を使用した本発明にかか
る磁性流体A,B,C,Dは、従来品と同等の磁化の大きさお
よび沸点を有しながらも、粘度が低く抑えられているこ
とがわかる。これは、上記のドデシルベンゼン系溶剤が
比較的簡単な構造と柔軟な側鎖を有するために、それ自
身の粘度が低いこと、またその誘電率がオレイン酸の誘
電率と近いために、分散している安定化マグネタイト微
粒子との親和性が高く、安定な分散効果が得らているこ
とが寄与しているものと考えられる。特に、溶剤に市販
のドデシルベンゼンを使用した場合に、優れた特性を有
する磁性流体が得られた。
す。この表には、比較例として、溶剤にジエステル系溶
剤を使用した従来品２種も合わせて示した。これを見る
と、ドデシルベンゼン系の溶剤を使用した本発明にかか
る磁性流体A,B,C,Dは、従来品と同等の磁化の大きさお
よび沸点を有しながらも、粘度が低く抑えられているこ
とがわかる。これは、上記のドデシルベンゼン系溶剤が
比較的簡単な構造と柔軟な側鎖を有するために、それ自
身の粘度が低いこと、またその誘電率がオレイン酸の誘
電率と近いために、分散している安定化マグネタイト微
粒子との親和性が高く、安定な分散効果が得らているこ
とが寄与しているものと考えられる。特に、溶剤に市販
のドデシルベンゼンを使用した場合に、優れた特性を有
する磁性流体が得られた。
〔発明の効果〕 以上の説明からも明らかなように、本発明において
は、脂肪酸の単分子膜で被覆され安定化されたマグネタ
イト微粒子をモノアルキルおよびジアルキル置換芳香族
単間炭化水素系の分散媒に分散させることにより、低粘
度、高飽和磁化、低揮発性という特性を合わせ持つ磁性
流体を提供することが可能となった。このような磁性流
体を、たとえばハードディスク装置等のスピンドルモー
ターの磁気シールに使用すれば、トルク損失の低減、耐
圧性の向上、寿命の延長が可能となり、装置の信頼性や
耐久性を大きく向上させることができる。
は、脂肪酸の単分子膜で被覆され安定化されたマグネタ
イト微粒子をモノアルキルおよびジアルキル置換芳香族
単間炭化水素系の分散媒に分散させることにより、低粘
度、高飽和磁化、低揮発性という特性を合わせ持つ磁性
流体を提供することが可能となった。このような磁性流
体を、たとえばハードディスク装置等のスピンドルモー
ターの磁気シールに使用すれば、トルク損失の低減、耐
圧性の向上、寿命の延長が可能となり、装置の信頼性や
耐久性を大きく向上させることができる。
第１図はマグネタイト微粒子の分散状態を示す模式図で
ある。 １……マグネタイト微粒子 ２……オレイン酸分子 ３……分散媒
ある。 １……マグネタイト微粒子 ２……オレイン酸分子 ３……分散媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｍ 129:40 129:32） Ｃ１０Ｎ 20:06 30:00 40:14
Claims (1)
- 【請求項１】脂肪酸の単分子層を被覆したマグネタイト
粒子をアルキル置換芳香族単環炭化水素系の分散媒に分
散させてなる磁性流体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107990A JP2595535B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 磁性流体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107990A JP2595535B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 磁性流体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63273304A JPS63273304A (ja) | 1988-11-10 |
| JP2595535B2 true JP2595535B2 (ja) | 1997-04-02 |
Family
ID=14473186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62107990A Expired - Fee Related JP2595535B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 磁性流体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2595535B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002241133A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-28 | General Kk | 水性磁性分散体 |
| KR102783419B1 (ko) | 2016-02-29 | 2025-03-18 | 로오드 코포레이션 | 자기유변 유체용 첨가제 |
-
1987
- 1987-05-01 JP JP62107990A patent/JP2595535B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63273304A (ja) | 1988-11-10 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |