| 【発明の名称】 |
磁性流体シール装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】今本 善美
【氏名】安斉 博
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| 【要約】 |
【課題】安定したシール性を維持して装置の小型化を図る高性能な磁性流体シール装置を提供する。
【解決手段】シャフト３周面の環状凸部段３ａとポールピース２内周面の環状凸部２ａとは、それぞれ互い違いに交互に軸方向に突出して設けられており、磁性流体６は環状凸部２ａ，３ａ間の隙間５を橋渡しするように保持されるので、シャフト３の振れに起因する隙間５の変化量がシャフト３の振れ幅よりも小さく抑えられ、磁性流体シール１個当たりの耐圧が向上し、安定したシール性を維持することができ、その結果、所望の耐圧を得るために必要な磁性流体シールの個数を減少させて、装置の小型化が図れる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】互いに相対回転自在に組付けられる２部材間の環状隙間をシールするもので、２部材の内、どちらか一方の部材の前記環状隙間側に設けられた第１磁極部と、他方の部材の前記環状隙間側に設けられた第２磁極部と、前記環状隙間を通過する磁界を形成する磁力発生手段と、該磁力発生手段の磁界によって、前記環状隙間を介して対向する前記第１磁極部と前記第２磁極部との間に保持され、前記環状隙間を密封する磁性流体と、を備えた磁性流体シール装置において、前記第１磁極部及び前記第２磁極部に、他方の磁極部に対して突出する複数の環状凸部を、それぞれ互い違いに交互に突出させて設けたことを特徴とする磁性流体シール装置。
【請求項２】前記第１磁極部及び前記第２磁極部のいずれか一方の磁極部の環状凸部と、該一方の環状凸部の隣に配置された他方の磁極部の環状凸部と、の隙間が、前記一方の磁極部の環状凸部と、前記一方の磁極部の環状凸部に対向して前記他方の磁極部の環状凸部間に形成される凹部と、の隙間よりも狭く設けられたことを特徴とする請求項１に記載の磁性流体シール装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁性流体シール装置に関するものであり、特に、軸振動の大きな回転機械に使用されるものや、各部材の加工精度や位置決め精度が不十分であったり、使用環境下の温度変化に起因する各部材の熱膨張・収縮が大きい場合に使用されるものに適用される。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の磁性流体シール装置としては、例えば図３、図４に示すものがある。
【０００３】図３は、磁性流体シール装置の断面図であり、磁性流体シール装置は、圧力差のある高圧側Ｈ及び低圧側Ｌの２領域間にまたがり、ハウジング４とシャフト３間の環状隙間に備えられている。
【０００４】ハウジング４は、回転機械等に設けられたもので、非磁性体である。また、ハウジング４の内側には、軸方向に磁化されている環状のマグネット１が備えられている。
【０００５】マグネット１の軸方向両端部には、１対の環状ポールピース２が設けられており、マグネット１及びポールピース２によって、ハウジング４に設けられたシール体が構成される。
【０００６】一方、シャフト３は、ハウジング４内に不図示の軸受けを介して回転自在に支持されたもので、磁性体である。また、シャフト３の周面には、複数の環状凸部３ａが形成されている。
【０００７】ここで、ポールピース２とシャフト３は、ポールピース２の内周面が環状凸部３ａと所定の隙間５を介して対向するように配置される。
【０００８】このとき、マグネット１及びポールピース２とシャフト３は、磁気回路を形成して隙間５に集中した磁束を与え、隙間５に磁性流体６をＯリング状に保持することによって、シール機能を発揮せしめている。
【０００９】なお、個々の環状凸部３ａに保持された磁性流体６は、累加によって耐圧を増すように作用する。
【００１０】また、従来から図４に示される磁性流体シール装置も提案されている。図４において、ハウジング４の内側には、マグネット１と１対の環状ポールピース２とで構成されるシール体が配置されている。
【００１１】一方、シャフト３には、両端面に径方向に同心的に配列された環状凸部７ａを有する磁性ディスク７が、ポールピース２に挟まれた状態で、シャフト３と一体或いは別体に形成されている。
【００１２】そして、マグネット１及びポールピース２と磁性ディスク７とで形成される磁気回路によって、ポールピース２と磁性ディスク７の環状凸部７ａとの隙間５に、磁性流体６を保持し、シール機能を発揮せしめている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の図３、図４に示されるような従来技術の磁性流体シール装置の場合には、下記のような問題が生じていた。
【００１４】図３の構成によれば、１つの隙間５に磁性流体６が保持された磁性流体シール１個当たりの耐圧向上を図る上で、シャフト３周面の環状凸部３ａとポールピース２内周面との隙間５を狭く設定するのが望ましい。
【００１５】しかし、図３の磁性流体シール装置をシャフト３の振動が大きな回転機械に適用する場合には、シャフト３周面の環状凸部３ａとポールピース２内周面とが接触しないように、隙間５をシャフト３の振れ幅よりも広く設定せざるを得ないため、磁性流体シール１個当たりの耐圧が大幅に低下してしまう。
【００１６】その結果、所望の耐圧を得るために必要な磁性流体シールの個数が増加し、装置の軸方向寸法が長くなるといった装置大型化の問題があった。
【００１７】一方、図４の構成によれば、磁性流体シール１個当たりの耐圧向上を図る上で、磁性ディスク７の環状凸部７ａとポールピース２との隙間５を狭く設定するのが好ましい。
【００１８】しかし、図４の装置において各部材の加工精度や位置決め精度が不十分であったり、使用環境下の温度熱変化に起因する各部材の熱膨張・収縮が大きい場合には、磁性ディスク７の環状凸部７ａとポールピース２とが接触しないように隙間５を広く設定せざるを得ないため、磁性流体シール１個当たりの耐圧が大幅に低下してしまう。
【００１９】その結果、所望の耐圧を得るために必要な磁性流体シールの個数が増加し、装置が径方向に長くなるといった装置大型化の問題があった。
【００２０】本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、安定したシール性を維持して装置の小型化を図る高性能な磁性流体シール装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明にあっては、互いに相対回転自在に組付けられる２部材間の環状隙間をシールするもので、２部材の内、どちらか一方の部材の前記環状隙間側に設けられた第１磁極部と、他方の部材の前記環状隙間側に設けられた第２磁極部と、前記環状隙間を通過する磁界を形成する磁力発生手段と、該磁力発生手段の磁界によって、前記環状隙間を介して対向する前記第１磁極部と前記第２磁極部との間に保持され、前記環状隙間を密封する磁性流体と、を備えた磁性流体シール装置において、前記第１磁極部及び前記第２磁極部に、他方の磁極部に対して突出する複数の環状凸部を、それぞれ互い違いに交互に突出させて設けたことを特徴とする。
【００２２】したがって、磁性流体を、一方の磁極部の環状凸部とその隣の他方の磁極部の環状凸部との間の隙間に保持することができ、両磁極部の相対位置が遠近方向に変化しても、磁性流体を保持した隙間の変化量を小さく抑えることができる。このため、従来の装置に比べて磁性流体シール１個当たりの耐圧が向上し、安定したシール性を維持することができる。その結果、所望の耐圧を得るために必要な磁性流体シールの個数を従来よりも減少させて、装置の小型化が図れる。
【００２３】前記第１磁極部及び前記第２磁極部のいずれか一方の磁極部の環状凸部と、該一方の環状凸部の隣に配置された他方の磁極部の環状凸部と、の隙間が、前記一方の磁極部の環状凸部と、前記一方の磁極部の環状凸部に対向して前記他方の磁極部の環状凸部間に形成される凹部と、の隙間よりも狭く設けられたことが好ましい。
【００２４】これにより、磁性流体を、一方の磁極部の環状凸部とその隣の他方の磁極部の環状凸部との間の隙間に確実に保持することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２６】（第１の実施の形態）図１を参照して、第１の実施の形態について説明する。
【００２７】図１は、磁性流体シール装置の断面構成図であり、磁性流体シール装置は、圧力差のある高圧側Ｈ及び低圧側Ｌの２領域間にまたがり、２部材としてのハウジング４とシャフト３間の環状隙間に備えられている。
【００２８】ハウジング４は、回転機械等に設けられたもので、非磁性体である。また、ハウジング４の内側には、軸方向に磁化されている環状の磁力発生手段としてのマグネット１が備えられている。
【００２９】マグネット１の軸方向両端部には、第１磁極部としての１対の環状ポールピース２が設けられており、マグネット１及びポールピース２によって、ハウジング４に設けられたシール体が構成される。
【００３０】一方、シャフト３は、ハウジング５内に不図示の軸受けを介して回転自在に支持されたもので、磁性体であり、第２磁極部ともなっている。また、シャフト３の周面には、複数の環状凸部３ａが形成されている。
【００３１】また、シャフト３周面に対向したシール体のポールピース２内周面には、複数の環状凸部２ａが形成されている。シャフト３周面の環状凸部３ａとポールピース２内周面の環状凸部２ａとは、それぞれ軸方向に互い違いに交互に突出している。
【００３２】即ち、シャフト３周面の環状凸部３ａにはポールピース２内周面の環状凸部２ａ間の凹部が対向し、ポールピース２内周面の環状凸部２ａにはシャフト３周面の環状凸部３ａ間の凹部が対向する配置となっている。
【００３３】そして、隣り合う、シャフト３周面の環状凸部３ａとポールピース２内周面の環状凸部２ａとの距離は、それぞれの環状凸部２ａ，３ａとそれぞれに対向する凹部との距離よりも狭くなっている。
【００３４】また、マグネット１及びポールピース２とシャフト３は、磁気回路を形成する。本実施の形態の磁性流体シール装置では、ポールピース２及びシャフト３に環状凸部２ａ，３ａが形成されており、磁気回路の磁束はこれらの環状凸部２ａ，３ａに集中し、環状凸部２ａ，３ａにおける磁性流体の吸着力が増大する。
【００３５】したがって、磁性流体６を充填すると、磁性流体６は環状凸部２ａ，３ａ間の隙間５を橋渡しするように保持され、シール機能を発揮する。
【００３６】上記の構成によれば、磁性流体６を保持する隙間５が環状凸部２ａ，３ａ間であるため、それぞれの環状凸部２ａ，３ａとそれぞれに対向する凹部との距離であるポールピース２とシャフト３との径方向距離は、隙間５の距離によらず任意に設定することができる。
【００３７】このため、シャフト３の振動が大きい場合には、それぞれの環状凸部２ａ，３ａとそれぞれに対向する凹部との距離をシャフト３の振れ幅よりも広く設定すれば、磁性流体６が保持される隙間５の距離を変更することなく、ポールピース２とシャフト３との接触を回避することができる。
【００３８】よって、本実施の形態の磁性流体シール装置においては、磁性流体６が保持される隙間５をシャフト３の振れ幅よりも狭く設定することができ、さらに、シャフト３の振れに起因する隙間５の変化量をシャフト３の振れ幅よりも小さく抑えられることから、従来の装置に比べて隙間５に磁性流体６を保持した磁性流体シール１個当たりの耐圧が向上し、安定したシール性を維持することができる。
【００３９】その結果、所望の耐圧を得るために必要な磁性流体シールの個数を従来よりも減少させて、装置の軸方向寸法を短くすることができ、装置の小型化が図れる。
【００４０】また、上記したように、磁性流体６が保持される隙間５を、それぞれの環状凸部２ａ，３ａとそれぞれに対向する凹部との距離よりも狭く設定したので、磁性流体６は隙間５に確実に保持され、磁性流体６の移動もないことから安定したシール性を維持することができる。
【００４１】なお、本発明はこの実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更・改良が可能であり、例えば環状凸部２ａ，３ａの個数等を任意に変更してよい。
【００４２】（第２の実施の形態）図２には、第２の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形態では、磁性流体シール装置をシャフト３の振動が大きな回転機械に適用する場合について説明したが、本第２の実施の形態では、各部材の加工精度や位置決め精度が不十分であったり、使用環境下の温度熱変化に起因する各部材の熱膨張・収縮が大きい場合に適用したものについて説明する。
【００４３】ここで、第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様にシャフト３の振動が大きな回転機械に適用する場合であってもよく、これらの実施の形態を適用するための要因はどのようなものであってもよい。
【００４４】図２に第２の実施の形態を示す。図２は、磁性流体シールの断面図であり、磁性流体シール装置は、圧力差のある高圧側Ｈ及び低圧側Ｌの２領域間にまたがり、ハウジング４とシャフト３間の環状隙間に備えられている。
【００４５】ハウジング４は、回転機械等に設けられたもので、非磁性体である。また、ハウジング４の内側には、磁力発生手段としてのマグネット１と第１磁極部としての１対の環状ポールピース２とで構成されるシール体が配置されている。
【００４６】一方、回転自在に支持されたシャフト３には、両端面に径方向に同心的に配列された環状凸部７ａを有する第２磁極部としての磁性ディスク７が、ポールピース２に挟まれた状態で、シャフト３と一体或いは別体に形成されている。
【００４７】また、磁性ディスク７を挟んだポールピース２の磁性ディスク７対向面には、径方向に同心的に配列された環状凸部２ａが形成されている。磁性ディスク７の環状凸部７ａとポールピース２の環状凸部２ａとは、それぞれ径方向に互い違いに交互に突出している。
【００４８】即ち、磁性ディスク７の環状凸部７ａにはポールピース２の環状凸部２ａ間の凹部が対向し、ポールピース２の環状凸部２ａには磁性ディスク７の環状凸部７ａ間の凹部が対向する配置となっている。
【００４９】そして、隣り合う、磁性ディスク７の環状凸部７ａとポールピース２の環状凸部２ａとの距離は、それぞれの環状凸部２ａ，７ａとそれぞれに対向する凹部との距離よりも狭くなっている。
【００５０】また、マグネット１及びポールピース２と磁性ディスク７は、磁気回路を形成する。本実施の形態の磁性流体シール装置では、ポールピース２及び磁性ディスク７に環状凸部２ａ，７ａが形成されており、磁気回路の磁束はこれらの環状凸部２ａ，７ａに集中し、環状凸部２ａ，７ａにおける磁性流体の吸着力が増大する。
【００５１】したがって、磁性流体６を充填すると、磁性流体６は環状凸部２ａ，７ａ間の隙間５を橋渡しするように保持され、シール機能を発揮する。
【００５２】上記の構成によれば、磁性流体６を保持する隙間５が環状凸部２ａ，７ａ間であるため、それぞれの環状凸部２ａ，７ａとそれぞれに対向する凹部との距離であるポールピース２と磁性ディスク７との軸方向距離は、隙間５の距離によらず任意に設定することができる。
【００５３】このため、各部材の加工精度や位置決め精度が不十分であったり、使用環境下の温度変化に起因する各部材の熱膨張・収縮が大きい場合においても、それに応じてそれぞれの環状凸部２ａ，７ａとそれぞれに対向する凹部との距離を設定すれば、磁性流体６が保持される隙間５の距離を変更することなく、ポールピース２と磁性ディスク７との接触を回避することができる。
【００５４】よって、本実施の形態の磁性流体シール装置においては、ポールピース２を基準とした磁性ディスク７の相対位置がある程度軸方向に変化しても、磁性流体６が保持される隙間５の変化量を、ポールピース２を基準とした磁性ディスク７の相対位置の軸方向変化量よりも小さく抑えることから、従来の装置に比べて磁性流体シール１個当たりの耐圧が向上し、安定したシール性を維持することができる。
【００５５】その結果、所望の耐圧を得るために必要な磁性流体シールの個数を従来よりも減少させて、装置の径方向寸法を短くすることができ、装置の小型化が図れる。
【００５６】また、上記したように、磁性流体６が保持される隙間５を、それぞれの環状凸部２ａ，７ａとそれぞれに対向する凹部との距離よりも狭く設定したので、磁性流体６は隙間５に確実に保持され、磁性流体６の移動もないことから安定したシール性を維持することができる。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、第１磁極部及び第２磁極部に、他方の磁極部に対して突出する複数の環状凸部を、それぞれ互い違いに交互に突出させて設けたことで、磁性流体を、一方の磁極部の環状凸部とその隣の他方の磁極部の環状凸部との間の隙間に保持することができ、両磁極部の相対位置が遠近方向に変化しても、磁性流体を保持した隙間の変化量を小さく抑えることができる。このため、従来の装置に比べて磁性流体シール１個当たりの耐圧が向上し、安定したシール性を維持することができる。その結果、所望の耐圧を得るために必要な磁性流体シールの個数を従来よりも減少させて、装置の小型化が図れる。
【００５８】第１磁極部及び第２磁極部のいずれか一方の磁極部の環状凸部と、一方の環状凸部の隣に配置された他方の磁極部の環状凸部と、の隙間が、一方の磁極部の環状凸部と、一方の磁極部の環状凸部に対向して他方の磁極部の環状凸部間に形成される凹部と、の隙間よりも狭く設けられたことで、磁性流体を、一方の磁極部の環状凸部とその隣の他方の磁極部の環状凸部との間の隙間に確実に保持することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４３８５
【氏名又は名称】エヌオーケー株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２５日（１９９９．１０．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５００６
【弁理士】
【氏名又は名称】世良 和信 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４２１６（Ｐ２００１−１２４２１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１１日（２００１．５．１１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０２５５２ |
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