JP2001050400A - 磁性流体シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 相対回転速度が高速で、かつ、振れが大きい
場合でも安定したシール性を維持す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５の周面には、周壁面を高圧側
Ｈから低圧側Ｌに向かって段階的に段差を有して縮径す
る段差面１０とした磁性部材１１が設けられ、磁性部材
１１の段差面１０に対向したシール体３のポールピース
２の周壁面は、段差面１０に対向して高圧側Ｈから低圧
側Ｌに向かって縮径するテーパ面１２に設けられてお
り、シャフト５が振動等によって径方向或いは軸方向に
移動しても、その移動量に比せず隙間７の変動が小さく
抑えられ、安定したシール性能が得られると共に、ポー
ルピース２と段差面１０との接触を回避することができ
る。また、磁性流体に作用する遠心力が、磁性流体を高
圧側へ流動せしめる力として働き、高圧側から低圧側へ
飛散しようとする磁性流体の飛散防止が可能となる。

Description

【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、相対回転速度が高速で、
大きな振動が発生する場合に適用される。

【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４に示すものがある。図４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５間の環状隙間に備えられ
ている。

【０００３】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には、厚
さ方向（図中矢印）に磁化されている環状のマグネット
１を内部に備えている。

【０００４】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３が構成される。 一方、シャフト５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、磁性体である。また、シャフト５の周面に
は、複数の環状突起部６が形成されている。

【０００５】ここで、シール体３とシャフト５は、ポー
ルピース２の内周面が環状突起部６と所定の隙間７を介
して対向するように配置される。

【０００６】このとき、シール体３とシャフト５は、磁
気回路を形成して隙間７に集中した磁束を与え、隙間７
に磁性流体８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。

【０００７】なお、個々の環状突起部６に保持された磁
性流体８は、累加によって耐圧を増すように作用する。

【０００８】このような磁性流体シール装置を、シャフ
ト５の振れが大きな回転機械等に適用する場合には、シ
ャフト５とポールピース２が接触したり、シャフト５の
周方向に沿って生じる隙間７の変動（設定値よりも広い
部分と狭い部分とが生じる）によって、シール性が不安
定になると共に、実際のシール耐圧が設計値よりも小さ
くなってしまう。

【０００９】この問題の改善策としては、環状突起部６
とポールピース２内周面との隙間７をシャフト５の振れ
幅より十分に広くし、かつ、シール耐圧の設計値を要求
値よりも十分に大きくする方法が一般に採られる。

【００１０】しかし、この方法による改善策では、シャ
フト５とポールピース２との接触以外の問題を根本的に
解決することはできず、さらには、この方法に起因して
突起１つ当たりの耐圧が低下するために、環状突起部６
の突起の数を多く設けなければならず、磁性流体シール
装置の軸方向寸法が長くなると共に加工工数が増大す
る。

【００１１】一方、上記の問題点を解決する方法とし
て、従来から図５に示される磁性流体シール装置が提案
されている。

【００１２】図５において、ハウジング４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３が配置されている。

【００１３】一方、シャフト５には、両端面に径方向に
同心的に配列された環状突起６を有する磁性円板９が、
ポールピース２に挟まれた状態で、シャフト５と一体或
いは別体に形成されている。

【００１４】そして、シール体３と磁性円板９とで形成
される磁気回路によって、ポールピース２と磁性円板９
の環状突起部６との隙間７に、磁性流体８を保持し、シ
ール機能を発揮せしめている。

【００１５】この図５の構成によれば、磁性流体８を保
持する隙間７が、径方向ではなく、軸方向の間隔として
設けられるため、シャフト５の振れが大きい場合におい
ても隙間７の変動は小さく、安定したシール性を維持す
ることができた。

【００１６】また、磁性流体８を保持する環状突起部６
は、径方向に同心的に配置されているため、磁性流体シ
ール装置の軸方向寸法を小さくすることができ、小型化
も図れた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
図５に示されるような従来技術の磁性流体シール装置の
場合にも、下記のような問題が生じていた。

【００１８】図５に示される磁性流体シール装置は、図
４の装置に比べて、径方向の位置決めやポールピース２
の内外径等の精度を厳しく要求する必要がなくなる反
面、軸方向の位置決めが困難となっている。

【００１９】このため、位置決め不良や軸受け隙間の影
響等によって、ポールピース２に挟まれる磁性円板９の
位置が軸方向にずれた場合には、磁性円板９の環状突起
部６とポールピース２との隙間７が変動するために、所
望のシール性能を発揮できないばかりか、環状突起部６
とポールピース２とが接触して、かじりを起こしてしま
う可能性がある。

【００２０】また、この図５の磁性流体シール装置を高
速回転機械へ適用する場合には、図４に示す装置に比べ
て、遠心力に起因する磁性流体の飛散が発生しやすく、
シール性能が不安定になる。

【００２１】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、相対
回転速度が高速で、かつ、振れが大きい場合でも安定し
たシール性を維持する高性能な磁性流体シール装置を提
供することにある。

【００２２】

【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配置された
第１磁極部と、他方の部材の前記環状隙間側に配置され
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磁極部及び前記第
２磁極部の周壁面の間に保持され、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磁極部の周壁面を、軸
方向及び径方向に対して、傾斜した角度に設けたことを
特徴とする。

【００２３】したがって、磁性流体を保持した隙間の距
離は、径方向距離及び軸方向距離に比べて狭くなるた
め、振動等によって径方向或いは軸方向への移動が生じ
ても、その移動量に比せず隙間の変動が小さく抑えら
れ、安定したシール性能が得られる。

【００２４】前記第１磁極部及び前記第２磁極部の周壁
面を、高圧側から低圧側に向かって縮径させたことが好
ましい。

【００２５】これにより、第１磁極部及び第２磁極部の
周壁面は、高圧側から低圧側に向かって縮径するので、
相対回転中には、磁性流体に作用する遠心力が、磁性流
体を第１磁極部或いは第２磁極部の周壁面に沿って、高
圧側へ流動せしめる力として働き、磁性流体に高圧側へ
向かおうとする力、即ち飛散防止方向の力が作用し、高
圧側から低圧側へ飛散しようとする磁性流体の飛散防止
が可能となる。

【００２６】前記第１磁極部又は前記第２磁極部の周壁
面の内、どちらか一方の周壁面を、高圧側から低圧側に
向かって段階的に段差を有して縮径する段差面に設ける
と共に、他方の周壁面を、前記段差面に対向して高圧側
から低圧側に向かって縮径するテーパ面に設け、前記磁
性流体を、前記段差面の段差頂部と前記テーパ面との間
に保持することが好ましい。

【００２７】これにより、磁性流体を保持した隙間の距
離は、段差面の段差頂部とテーパ面との径方向距離及び
軸方向距離に比べて狭くなるため、振動等によって径方
向或いは軸方向への移動が生じても、その移動量に比せ
ず隙間の変動が小さく抑えられ、安定したシール性能が
得られると共に、第１、第２磁極部が接触することを回
避することができる。

【００２８】また、段差面及びテーパ面は、高圧側から
低圧側に向かって縮径するので、相対回転中には、磁性
流体に作用する遠心力が、磁性流体を段差面或いはテー
パ面に沿って、高圧側へ流動せしめる力として働き、磁
性流体に高圧側へ向かおうとする力、即ち飛散防止方向
の力が作用し、高圧側から低圧側へ飛散しようとする磁
性流体の飛散防止が可能となる。

【００２９】

【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。

【００３０】（第１の実施の形態）図１、図２を参照し
て、第１の実施の形態について説明する。

【００３１】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５間の環状隙間に備えられてい
る。

【００３２】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には、厚
さ方向（図中矢印軸方向）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を内部に備えている。

【００３３】マグネット１の径方向両端部には、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３が構成される。

【００３４】一方、シャフト５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あ
る。また、シャフト５の周面には、シール体３と対向し
た周壁面を高圧側Ｈから低圧側Ｌに向かって段階的に段
差を有して縮径する段差面１０とした第２磁極部として
の磁性部材１１が設けられている。

【００３５】また、磁性部材１１の段差面１０に対向し
たシール体３のポールピース２の周壁面は、段差面１０
に対向して高圧側Ｈから低圧側Ｌに向かって縮径するテ
ーパ面１２に設けられている。

【００３６】即ち、シール体３と磁性部材１１は、テー
パ面１２と段差面１０のテーパ面１２側へ突き出た段差
頂部とが所定の隙間７を介して対向するように配置され
る。

【００３７】このとき、シール体３と磁性部材１１は、
磁気回路を形成して隙間７に集中した磁束を与え、隙間
７に磁性流体８を保持することによって、シール機能を
発揮せしめている。

【００３８】上記の構成によれば、磁性流体８を保持す
る隙間７が、段差面１０に対向するテーパ面１２の傾斜
角度に対して垂直方向に設けられており、図２に示すよ
うに、耐圧を決定する隙間７の距離は、段差面１０の段
差頂部とテーパ面１２との径方向距離ａ及び軸方向距離
ｂに比べて狭くなるため、シャフト５が振動等によって
径方向或いは軸方向に移動しても、その移動量に比せず
隙間７の変動が小さく抑えられる。

【００３９】このため、シャフト５の振れが大きく、か
つ、シール体３と磁性部材１１との位置決めが不十分で
ある場合においても、安定したシール性能が得られると
共に、ポールピース２と段差面１０との接触を回避する
ことができる。

【００４０】また、シャフト５の回転中には、磁性流体
８に作用する遠心力が、磁性流体８をポールピース２の
テーパ面１２に沿って、高圧側Ｈへ流動せしめる力とし
て働き、磁性流体８に高圧側Ｈへ向かおうとする力、即
ち飛散防止方向の力が作用する。

【００４１】したがって、シャフト５の回転速度が高速
の場合においても、磁性流体８が飛散することがなく、
安定したシール性能が得られる。

【００４２】（第２の実施の形態）図３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、
１対のポールピース２はマグネット１の径方向両端部に
設けられていたが、本第２の実施の形態では、１対のポ
ールピース２をマグネット１の軸方向両端部に設けた構
成である。マグネット１は図示矢印の径方向に磁化され
ている。

【００４３】このようにしても、第１の実施の形態と同
様の効果を得ることができ、得られる効果に違いはな
い。

【００４４】なお、例えば、シール体３の装着をシャフ
ト５に行い、段差面１０をハウジング４側に設けたり、
或いはシール体３側を段差面として、磁性部材１１側を
テーパ面とする等、配置を逆にしたりすることもでき
る。ここで、テーパ面１２の傾斜角度、段差面１０の段
差数或いは段差頂部の形状を任意に変更することもでき
る。

【００４５】また、段差面１０やテーパ面１２を、両方
とも段差のあるものや平坦にする等としてもよく、本発
明はこれらの実施の形態に限定されない。

【００４６】

【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磁極部の周壁面を、軸方向及び径方向に対
して、傾斜した角度に設けたことで、磁性流体を保持し
た隙間の距離は、径方向距離及び軸方向距離に比べて狭
くなるため、振動等によって径方向或いは軸方向への移
動が生じても、その移動量に比せず隙間の変動が小さく
抑えられ、安定したシール性能が得られる。

【００４７】第１磁極部及び第２磁極部の周壁面を、高
圧側から低圧側に向かって縮径させたことで、相対回転
中には、磁性流体に作用する遠心力が、磁性流体を第１
磁極部或いは第２磁極部の周壁面に沿って、高圧側へ流
動せしめる力として働き、磁性流体に高圧側へ向かおう
とする力、即ち飛散防止方向の力が作用し、高圧側から
低圧側へ飛散しようとする磁性流体の飛散防止が可能と
なる。

【００４８】第１磁極部又は第２磁極部の周壁面の内、
どちらか一方の周壁面を、高圧側から低圧側に向かって
段階的に段差を有して縮径する段差面に設けると共に、
他方の周壁面を、段差面に対向して高圧側から低圧側に
向かって縮径するテーパ面に設け、磁性流体を、段差面
の段差頂部とテーパ面との間に保持することで、磁性流
体を保持した隙間の距離は、段差面の段差頂部とテーパ
面との径方向距離及び軸方向距離に比べて狭くなるた
め、振動等によって径方向或いは軸方向への移動が生じ
ても、その移動量に比せず隙間の変動が小さく抑えら
れ、安定したシール性能が得られると共に、第１、第２
磁極部が接触することを回避することができる。

【００４９】また、段差面及びテーパ面は、高圧側から
低圧側に向かって縮径するので、相対回転中には、磁性
流体に作用する遠心力が、磁性流体を段差面或いはテー
パ面に沿って、高圧側へ流動せしめる力として働き、磁
性流体に高圧側へ向かおうとする力、即ち飛散防止方向
の力が作用し、高圧側から低圧側へ飛散しようとする磁
性流体の飛散防止が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る磁性流体シール装置を
示す半断面図である。

【図２】第１の実施の形態に係る磁性流体シール装置の
段差面とテーパ面とを示す拡大図である。

【図３】第２の実施の形態に係る磁性流体シール装置を
示す半断面図である。

【図４】従来技術の磁性流体シール装置を示す半断面図
である。

【図５】従来技術の磁性流体シール装置を示す半断面図
である。

【符号の説明】

１ マグネット ２ ポールピース ３ シール体 ４ ハウジング ５ シャフト ６ 環状突起部 ７ 隙間 ８ 磁性流体 ９ 磁性円板 １０ 段差面 １１ 磁性部材 １２ テーパ面

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年９月２７日（１９９９．９．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】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３が構成される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】（第２の実施の形態）図３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、
１対のポールピース２はマグネット１の軸方向両端部に
設けられていたが、本第２の実施の形態では、１対のポ
ールピース２をマグネット１の径方向両端部に設けた構
成である。マグネット１は図示矢印の径方向に磁化され
ている。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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配
   置された第１磁極部と、 他方の部材の前記環状隙間側に配置された第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磁極部及び前記第２磁極部の周壁面の
   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磁極部の周壁面を、軸方向
   及び径方向に対して、傾斜した角度に設けたことを特徴
   とする磁性流体シール装置。
2. 【請求項２】前記第１磁極部及び前記第２磁極部の周壁
   面を、高圧側から低圧側に向かって縮径させたことを特
   徴とする請求項１に記載の磁性流体シール装置。
3. 【請求項３】前記第１磁極部又は前記第２磁極部の周壁
   面の内、どちらか一方の周壁面を、高圧側から低圧側に
   向かって段階的に段差を有して縮径する段差面に設ける
   と共に、他方の周壁面を、前記段差面に対向して高圧側
   から低圧側に向かって縮径するテーパ面に設け、 前記磁性流体を、前記段差面の段差頂部と前記テーパ面
   との間に保持することを特徴とする請求項２に記載の磁
   性流体シール装置。