CN103842675A - 具有磁性流体密封件的轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有磁性流体密封件的轴承，其确实地维持内部的转动体部分的密封，具有生产性出色的结构。本发明的具有磁性流体密封件的轴承构成为，在内轮与外轮之间安装有多个转动体（7），通过在内轮与外轮的开口侧配设环状磁铁来保持磁性流体，对多个转动体进行密封。磁铁以磁极朝向轴向的方式被磁化，而且，配设有接触磁铁的轴向外侧面而配置的环状极板，在外轮与磁铁之间保持外轮侧磁性流体，而且，在内轮与极板之间保持内轮侧磁性流体。

Description

具有磁性流体密封件的轴承

技术领域

本发明涉及一种具有磁性流体密封件的轴承，其配设于各种动力传递结构，旋转自如地支撑转轴，同时防止尘埃或水分等异物侵入到内部。

本申请是以日本国专利申请2012-100551（2012年4月26日申请）为基础的优先权主张申请，该基础申请的内容如本说明书的记载内容所示。

背景技术

一般地讲，设置于各种驱动力传递结构的转轴通过轴承旋转自如地被支撑。此时，轴承大多使用在内轮与外轮之间沿着周向收容有多个转动体（转动构件）的所谓球轴承（ball bearing），通过使用这种类型的轴承，从而提高转轴的旋转性能。

虽然将这样的轴承作为在各种驱动装置中的驱动力传递结构的转轴的支撑机构来使用，但是根据驱动装置而有时想防止尘埃、水分等异物通过轴承部分侵入到内部。另外，当异物侵入到轴承本身时，发生旋转性能降低或者产生异常噪声等的问题。作为这样的问题的对策，虽然在接近轴承的转轴的外周接触由弹性材料构成的密封构件而对轴承部分进行防水、防尘，但是因由弹性材料构成的密封构件的接触压力的影响会使转轴的旋转性能降低。

于是，作为不会降低转轴的旋转性能而防止异物侵入到轴承部分的结构，已知具备使用磁性流体的磁性流体密封件结构的轴承（称为具有磁性流体密封件的轴承）。例如，在专利文献1中，关于在外轮与内轮之间保持转动体的球轴承，公开有如下结构，磁性体介于进行相对旋转的外轮与内轮之间，同时固定磁性体的一侧，在另一侧的密封间隙中配设有磁性流体。即，通过在内轮与外轮之间配设磁性体来封闭转动体的同时固定磁性体的一侧，在另一侧的密封间隙中配设磁性流体，从而使转动体处于密封状态，防止对旋转性能产生影响的异物侵入到转动体部分。

专利文献1：日本国特开昭57-33222号公报

根据上述的专利文献1所公开的具有磁性流体密封件的轴承，关于尘埃或一定程度粘性较高的液体，虽然可维持密封性，但是关于粘性较低的液体，有可能无法发挥充分的密封性。即，由于所述磁性体与构成轴承的构件相比尺寸精度更低，因此从一个固定侧液体容易侵入，越是粘性低的液体，越是容易侵入到转动体（尤其是，由于在海水侵入后发生干燥而残留盐分结晶，因此带来旋转性能的恶化）。此时，如果想确实地进行密封，则要对磁性体精密地进行尺寸管理，或者另外安装用于密封的部件等，生产性降低。

发明内容

本发明是着眼于上述问题而进行的，其目的在于提供一种具有磁性流体密封件的轴承，其确实地维持内部的转动体部分的密封，具有生产性出色的结构。

为了达到上述的目的，本发明为一种具有磁性流体密封件的轴承，在内轮与外轮之间安装有多个转动体，通过在所述内轮与外轮的开口侧配设环状磁铁来保持磁性流体，对所述多个转动体进行密封，其特征为，所述环状磁铁以磁极朝向轴向的方式被磁化，具有：环状极板，接触所述环状磁铁的轴向外侧面而配置；外轮侧磁性流体，保持在所述外轮与所述环状极板之间及／或所述外轮与所述环状磁铁之间；及内轮侧磁性流体，保持在所述内轮与所述环状极板之间及／或所述内轮与所述环状磁铁之间。

根据上述的结构，由于环状磁铁以磁极朝向轴向的方式被磁化，而且，接触环状磁铁的轴向外侧面而配设环状极板，因此能够在所述外轮与所述环状极板之间及／或所述外轮与所述环状磁铁之间保持磁性流体（外轮侧磁性流体），同时能够在所述内轮与所述环状极板之间及／或所述内轮与所述环状磁铁之间保持磁性流体（内轮侧磁性流体）。即，由于在外轮侧的内周面的间隙及内轮侧的外周面的间隙部分同时保持磁性流体，因此即使环状磁铁的尺寸精度较低，也能够确保对于转动体的充分的密封性，由此，关于环状磁铁，不需要进行精密的尺寸管理，在容易进行安装的同时生产性得以提高。

而且，关于如上所述的保持在外轮侧的内周面及内轮侧的外周面上的磁性流体，既可以只配设在轴承的一个侧的开口部分，也可以配设在两侧的开口部分。

根据本发明，可得到一种具有磁性流体密封件的轴承，其确实地维持内部的转动体部分的密封，具有生产性出色的结构。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的具有磁性流体密封件的轴承的第1实施方式的图，是沿着轴向的剖视图。

图2是图1的要部放大图。

图3是表示第1实施方式的变形例的图。

图4是表示本发明所涉及的具有磁性流体密封件的轴承的第2实施方式的图，是沿着轴向的要部放大剖视图。

图5是表示第2实施方式的变形例的图。

图6是表示本发明所涉及的具有磁性流体密封件的轴承的第3实施方式的图，是沿着轴向的剖视图。

符号说明

1-具有磁性流体密封件的轴承；3-内轮；3a-露出端面；5-外轮；5b-阶梯部；5c-垂直面；5a-露出端面；7-转动体；10-磁性流体密封件；12-环状磁铁；14-环状极板；15a、15b-磁性流体；G、G1～G3-间隙。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的具有磁性流体密封件的轴承的实施方式进行说明。

图1及图2是表示本发明所涉及的具有磁性流体密封件的轴承的第1实施方式的图，图1是沿着轴向的剖视图，图2是图1的要部放大图。

本实施方式所涉及的具有磁性流体密封件的轴承（以下，也称为轴承）1具备：圆筒状内轮3；圆筒状外轮5，围绕内轮3；及多个转动体（转动构件）7，安装在所述内轮3与外轮5之间。所述转动体7被周向延伸出的保持器（retainer）8所保持，能够使内轮3与外轮5相对旋转。

所述内轮3、外轮5及转动体7由具有磁性的材料例如铬类不锈钢（SUS440C）所形成，所述保持器8由耐腐蚀性、耐热性出色的材料例如不锈钢材料（SUS304）所形成。而且，关于转动体7，不需要一定是磁性体。另外，虽然本实施方式的外轮5构成为其露出端面5a与内轮3的露出端面3a呈同一面（也可以大致呈同一面），但是如后述的第3实施方式，既可以外轮5形成为与内轮3相比在轴向上更长（外轮5也可以具备相对于内轮3在轴向上突出的伸长圆筒部），也可以内轮3形成为与外轮5相比在轴向上更长。

在所述内轮3与外轮5的开口侧设置有在以下详述的磁性流体密封件10。而且，在本实施方式中，由于在所述内轮3与外轮5的两侧的开口配设有相同结构的磁性流体密封件，因此在以下的说明中对单侧的结构（图1的左侧）进行说明。

所述磁性流体密封件10如下，具有：环状构成的磁铁（以下，称为磁铁）12；接触磁铁12的轴向外侧面而配置的环状极板（以下，称为极板）14；及被由所述磁铁12形成的磁路所保持的磁性流体（外轮侧磁性流体15a、内轮侧磁性流体15b）；通过这些构件发挥以防止尘埃、水分等侵入到所述转动体7内的方式进行密封的功能。

作为所述磁铁12，能够使用磁通密度高、磁力强的永久磁铁例如通过烧结制造法做成的钕磁铁，如图2所示，预先以磁极（S极、N极）朝向轴向（轴承的轴芯方向X）的方式被磁化。另外，在磁铁12的轴向外侧面以接触的方式配设所述极板14。极板14与所述磁铁12大致呈相同形状，由具有磁性的材料例如铬类不锈钢（SUS440C）所形成。

在本实施方式中，虽然所述磁铁12与极板14预先被粘结，但是也可以不被粘结。此时，通过预先粘结两者，从而能够容易进行磁铁12的定位或找中心，同时磁铁12与极板14被单元化，容易进行如后所述的安装作业。

所述外轮侧磁性流体15a、内轮侧磁性流体15b是例如将像Fe3O4这样的磁性微粒分散于表面活性剂及基础油（base oil）而构成的，具备具有粘性且当接近磁铁时发生反应的特性。因而，通过磁铁12与由磁性材料构成的内轮3、外轮5及极板14之间形成的磁路来将磁性流体15a、15b稳定地保持在规定的位置。

另外，在所述外轮5的内面上相对于磁铁12在转动体侧形成有阶梯部5b，由于该阶梯部5b，而外轮5的开口侧成为薄壁区域5A、转动体侧成为厚壁区域5B，轴向外侧的内外轮间隔形成为大于内侧。虽然该阶梯部5b以产生用于保持磁性流体的间隙（阶梯部间隙）的方式形成，但是在本实施方式中，以相对于轴向成为垂直面5c的方式形成（通过做成垂直面，从而如后所述地能够吸附磁铁12而进行定位、固定）。而且，关于阶梯部，不限定于像本实施方式那样的垂直面，只要能够在与磁铁12之间稳定地保持磁性流体，则可以形成为阶梯状，或者形成为倾斜状（斜面）。此时，通过做成斜面，从而能够进行磁铁12的定位及保持磁性流体。

所述极板14如下，其外径相对于外轮5的内周面（薄壁区域5A的内周面）略微大地形成，与粘结的磁铁12一起压入于外轮5的开口侧。另外，粘结有磁铁12的极板14形成为如下大小，在相对于外轮5而被压入时，在与内轮3的外周面之间产生规定的间隙G。而且，磁铁12及极板14的轴向长度形成为如下大小，在两者被粘结的状态下压入时，相对于因所述阶梯部5b而形成的垂直面5c产生间隙G1。

如上所述，当将粘结有以磁极朝向轴向的方式而被磁化的磁铁12的极板14压入于外轮5时，如图所示，在内轮3侧及外轮5侧形成相对于轴向呈对称的磁通（磁路3M、5M）。因而，关于上述的极板14与内轮3之间的间隙G及磁铁12与外轮5之间的间隙G1，可分别保持内轮侧磁性流体15b及外轮侧磁性流体15a。具体而言，当利用吸液管等注入器具将磁性流体填充于所述间隙G时，在因磁路3M而保持于间隙G的同时继续向间隙G1侧移动，因在外轮侧形成的磁路5M而也保持于间隙G1内。

根据上述结构的轴承1，由于在固定磁铁12或极板14的一侧（在本实施方式中是外轮5的内周面）也得到密封效果，因此能够确实防止来自固定侧的粘性低的水分或尘埃侵入到转动体7侧。即，现有的具有磁性流体密封件的轴承如下，关于固定磁铁或极板的一侧，虽然未考虑密封的必要性，对转动体的密封效果并不充分，但是如本实施方式，由于在对内轮侧磁性流体15b的密封的基础上也对成为固定侧的外轮侧磁性流体15a进行密封，因此能够发挥充分的密封效果。

另外，在进行密封时，由于1个构件即磁铁12以磁极朝向轴向的方式被磁化，只是以接触极板14的方式配设磁铁12，因此部件数量也少，而且，关于磁铁12，也不需要精密的尺寸精度，安装作业变得容易，能够降低成本。即，即使在使用尺寸精度对于其他构件而言不利的磁铁时，也能够发挥充分的密封效果。

而且，由于在内轮侧及外轮侧的两侧，分别保持磁性流体的磁铁12构成为1个构件，通过从1处进行的注油作业而能够同时在内轮侧与外轮侧形成磁性流体密封件，因此作业性趋于良好。

另外，在本实施方式中，由于将阶梯部5b形成于外轮5，因此能够利用该阶梯部形成有效保持磁性流体的空间（阶梯部间隙），能够容易地提高密封效果。而且，在图2中，虽然外轮侧磁性流体15a被保持在间隙G1中，但是也可以浸透到磁铁12外周面与外轮5内周面之间的间隙或极板14与外轮5内周面之间的微小的间隙中，在外轮侧发挥充分的密封功能。

图3是表示上述的实施方式的变形例的图。

虽然在图1及图2所示的实施方式中，极板14在径向以相同厚度构成，但是如图3所示，优选形成为朝着保持磁性流体的部分（在本实施方式中，径向内侧）逐渐变厚的锥状（用符号14A表示薄壁部）。

根据这样的结构，由于磁性流体15b不会向轴向外侧（从外轮、内轮的露出端面5a、3a向外侧）飞出，因此在进行安装作业时，防止擦掉磁性流体，能够进行稳定的填充作业。

图4是表示本发明的第2实施方式的图。

在该实施方式中，极板14的径向大小形成为对于外轮5的内周面多少产生间隙度（间隙G2）的程度。

因而，当粘结有（也可以并未粘结有）磁铁12的极板14仅仅从内轮与外轮的开口侧插入时，磁铁12因磁铁的吸引力而抵接阶梯部即垂直面5c，从而被定位、固定。而且，在这样的安装状态下，当利用吸液管等注入器具将磁性流体填充于间隙G及间隙G2时，该磁性流体因磁路3M而保持于间隙G（内轮3与极板14之间），因磁路5M而保持于间隙G2（外轮5与极板14之间）。另外，由于填充于间隙G的磁性流体继续向阶梯部侧移动，也保持在磁铁12与外轮5的阶梯部分（磁铁12与外轮5之间），因此进一步提高外轮侧的密封效果。

根据这样的结构，容易地进行粘结有磁铁12的极板14的安装作业，同时在对轴承的两侧开口部分进行密封时，容易管理磁铁的朝向。另外，通过以具有间隙G2的方式形成极板14，从而在进行安装作业时不会对外轮3施加变形负载，也不会降低轴承的旋转性能。而且，关于间隙G2，考虑安装作业性及密封性，设定为10～500μm，优选设定为20～200μm。

图5是表示上述的第2实施方式的变形例的图。

在该变形例中，在内轮侧形成有阶梯部3b，在此形成有垂直于轴向的垂直面3c，在内轮侧配设有与图4所示的结构相同的磁铁12及极板14（与图4所示的结构对称的结构）。

在这样结构的轴承中，呈适合于对外轮侧旋转的构件进行设置的结构。

而且，在上述的图1至图3所示的结构中，如图5所示的结构，也可以将磁铁12及极板14安装在内轮侧。

图6是表示本发明的第3实施方式的图。

在该实施方式中，外轮5形成为与内轮3相比轴向上更长，形成有从内轮3的露出端面3a突出的伸长圆筒部5D，在该伸长圆筒部5D部分配设有与上述的结构相同的磁性流体密封件10。

此时，伸长圆筒部5D的轴向长度如下，在磁铁12吸附于由外轮侧的阶梯部5b所构成的垂直面5c而被定位、固定的状态下，设定为在与内轮3的露出端面3a之间形成间隙G3。即，在本实施方式的结构中，由于能够使磁铁12的径向大小H与上述的实施方式或变形例相比更大，因此能够提高磁力，能够提高密封性（磁性流体的保持性）。另外，由于内轮侧的磁性流体15b存在于轴向的内侧，而且，不向外部露出，因此防止在进行安装作业等时擦掉，能够进行稳定的填充作业。而且，在本实施方式中，虽然将外轮5侧做成伸长圆筒部，但是也可以将内轮3侧做成伸长圆筒部。

在上述的实施方式及变形例的结构中，优选对内轮3及外轮5的表面实施电解铬酸处理。通过这样地实施电解铬酸处理，从而能够防止因生锈或腐蚀而表面发生龟裂或裂开，能够确实地防止尘埃或异物侵入到内部。

另外，在上述的结构中，也可以从轴向外侧将环状的密封罩（sealed cover）压入固定于配设在开口侧的极板14的轴向外侧的表面。这样的密封罩可由耐腐蚀性、耐热性出色的材料例如不锈钢材料（SUS304）或树脂等形成，通过配设这样的密封罩，从而能够更加有效地防止异物侵入，同时能够有效地防止像铁砂这样的磁性物质（异物）附着于磁铁12。

而且，在上述的结构中，在磁铁12与外轮5（或内轮3）之间也可以配设厚度薄的垫圈（washer）或用于定位的垫片（spacer）构件。通过配设这样的垫圈或垫片，从而使尺寸管理被简化，能够进一步提高安装性。而且，优选这些垫圈或垫片由磁性体所形成，以便形成稳定的磁路。

实施例

关于具备如上构成的磁性流体密封件的轴承，可设置在要求防尘性、防水性的各种装置的转轴部分，尤其在具有盐分（海水）的环境下，可考虑到成为苛刻的条件。即，之所以这样，是因为海水的粘度低，所以容易从微小的间隙侵入，而且，当侵入后干燥时，盐分发生结晶化而残留，如果这样的结晶附着在转动体部分，则显著降低旋转性能。

因而，关于上述的实施方式的轴承，通过配设在海边或海上使用的各种钓鱼用卷线器中的动力传递部分的驱动轴部分，从而能够长期稳定地支撑驱动轴部分。

在此，关于在旋压式卷线器的被手柄旋转驱动的转轴部分设置上述的各实施方式的轴承与设置现有结构的轴承的构件，在表1中示出了分别对浸渍盐水后的旋转性能（在对手柄进行旋转操作时感觉到的顺滑度）进行试验的结果。

在以下的表1中，现有例1是对手柄轴（转轴）的轴承配设普遍周知的橡胶垫而进行密封的例子，而且，现有例2是虽然具备磁性流体密封件但是设置有用2张极板夹持磁铁而固定在外轮侧并进行密封的轴承（日本国实开平1-91125号所公开的方式）的例子，实施例1是设置有上述的图1及图2所示的实施方式的轴承的例子，实施例2是设置有上述的图4所示的实施方式的轴承的例子，实施例3是设置有上述的图6所示的实施方式的轴承的例子。

在表1中，关于旋转阻力，旋转阻力较小时用○表示，旋转阻力较大时用×表示。另外，关于感官评价，在进行旋转操作时，感觉顺滑时用○表示，存在粗糙感时用×表示。此时，关于盐水浸渍后的试验，一边在5％的盐水中将轴承部分浸渍1分钟一边进行旋转操作，之后，示出在对干燥的构件进行旋转操作时所得到的结果。

另外，关于上述各结构的具有密封功能的轴承，也对关于其自身的组装容易性、安装于手柄轴部分时的操作性的生产性进行了评价试验。在表1中，关于组装容易性，非常容易时用◎表示，稍微花费时间时用△表示，花费时间时用×表示。另外，在表1中，关于操作性，非常容易时用◎表示，容易时用○表示，需要注意时用△表示。

表1

关于旋转性能，橡胶垫方式（现有例1）如下，虽然由于旋转阻力大而在操作时感觉到重，但是在除此以外的磁性流体密封件方式（现有例2及实施例1至3）中旋转阻力小且在操作时感觉到轻。另外，在盐水浸渍前的初期，在任意轴承的情况下在旋转时都没感觉到粗糙感。而且，在盐水浸渍后进行旋转操作时，在现有例2的结构中，产生了粗糙感。之所以这样，是因为盐水从未进行密封的部分侵入到转动体部分，干燥后发生结晶化。此时，关于现有例1，虽然未感觉到粗糙感，但是当长期反复进行实验而使橡胶垫发生老化时，与实施例1至3相比，可认为较早产生粗糙感。而且，关于实施例1至3的结构，由于磁性流体不会流出，因此长期感觉到顺滑的旋转感觉。

另外，关于组装容易性，橡胶垫方式（现有例1）在橡胶垫的配设上会多少花费一些时间，实施例1由于极板12的压入工序需要细致，因此多少花费了一些时间。另外，现有例2的方式由于进行单元化很困难，因此在组装时非常花费时间。对此，在实施例2、3的类型中，由于只是将粘结有磁铁的极板从露出端面侧插入即可，利用磁铁的吸附力，因此能够容易地进行组装。

另外，关于操作性，虽然在橡胶垫方式（现有例1）中没有问题，但是在磁性流体密封件方式中，实施例3由于磁性流体存在于里侧，因此不会因不小心而擦掉。另外，实施例2由于磁性流体存在于从开口部分稍微靠向里侧的部位，因此难以被擦掉，关于实施例1及现有例2，由于磁性流体存在于端部，因此也有可能因不小心而擦掉，在操作性方面需要注意。

从以上的试验结果中明显看出，根据本发明的结构，当与现有的橡胶垫方式的轴承或使外轮/内轮的单侧处于固定状态且在另一侧保持有磁性流体的具有磁性流体密封件的轴承进行比较时，在密封性及生产性的方面得到了出色的结果。

Claims (7)

1.一种具有磁性流体密封件的轴承，在内轮与外轮之间安装有多个转动体，通过在所述内轮与外轮的开口侧配设环状磁铁来保持磁性流体，对所述多个转动体进行密封，其特征为，

所述环状磁铁以磁极朝向轴向的方式被磁化，

具有：环状极板，接触所述环状磁铁的轴向外侧面而配置；

外轮侧磁性流体，保持在所述外轮与所述环状极板之间及／或所述外轮与所述环状磁铁之间；

及内轮侧磁性流体，保持在所述内轮与所述环状极板之间及／或所述内轮与所述环状磁铁之间。

2.根据权利要求1所述的具有磁性流体密封件的轴承，其特征为，在所述外轮或内轮的转动体侧内面上形成有阶梯部，

通过所述阶梯部使轴向外侧的内外轮间隔形成为与内侧相比更大。

3.根据权利要求2所述的具有磁性流体密封件的轴承，其特征为，所述阶梯部的阶梯面相对于所述轴向呈垂直面或斜面，

所述环状磁铁通过磁力吸附于所述垂直面或斜面。

4.根据权利要求1所述的具有磁性流体密封件的轴承，其特征为，在所述环状极板的外周面与所述外轮的内周面之间形成有间隙，

在所述间隙内配置有磁性流体。

5.根据权利要求1所述的具有磁性流体密封件的轴承，其特征为，所述环状极板相对于所述外轮被压入，同时在所述环状磁铁与所述阶梯部之间形成有阶梯部间隙，

在所述阶梯部间隙配置有磁性流体。

6.根据权利要求1所述的具有磁性流体密封件的轴承，其特征为，所述环状磁铁粘结于所述环状极板。

7.根据权利要求1所述的具有磁性流体密封件的轴承，其特征为，对所述内轮及外轮的表面进行了电解铬酸处理。

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