JP2002031245A

JP2002031245A - 磁性流体シール装置

Info

Publication number: JP2002031245A
Application number: JP2000211792A
Authority: JP
Inventors: Isao Oshiro; 勲大城
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した密封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３とハウジング４間で回転運動
が行われると、環状突起２ａ，３ａ間に保持される磁性
流体６は回転運動に伴う遠心力の影響を受ける。そし
て、遠心力の影響を受けた磁性流体６は環状突起２ａの
先端側へ押し付けられるが、環状突起２ａの先端を環状
突起３ａの先端幅における幅端を含まない範囲内に対向
させているので、環状突起２ａの先端幅の範囲に広がる
だけであり、環状突起２ａの先端幅の幅端からはみ出す
ことは防止される。このため、環状突起２ａ，３ａ間に
保持される磁性流体６の量が減少することはなく、密封
性能の低下を防止して、安定した密封性を維持すること
ができる。

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、荷重，振動，温度変化等
の外的条件によって２部材の相対位置の位置ずれが引き
起こされる場合に有効に適用される。

【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、回転機械等に設けられるも
ので、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、回転運動を行うシャフト３とハウジング４間
の環状隙間に備えられている。

【０００４】ハウジング４は、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永久磁石であるマグネット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、環状の
１対のポールピース２が設けられている。また、１対の
ポールピース２の内周面には、シャフト３へ突出する複
数の環状突起２ａが形成されている。

【０００６】ここで、マグネット１及びポールピース２
で磁気回路形成手段を構成している。

【０００７】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。

【０００８】ここで、１対のポールピース２とシャフト
３は、１対のポールピース２の環状突起２ａとシャフト
３の外周面とが所定の環状隙間５を介して対向するよう
に配置される。

【０００９】以上の構成の磁性流体シール装置では、磁
気回路形成手段によって、図示矢印のように、マグネッ
ト１→左側ポールピース２→シャフト３→右側ポールピ
ース２→マグネット１のように一回りする磁気回路が形
成される。

【００１０】この磁気回路により、ポールピース２の環
状突起２ａとシャフト３の外周面との間に環状隙間５を
通過する磁束を集中させて、ポールピース２の環状突起
２ａとシャフト３の外周面との間に磁性流体６を環状に
保持することによって、磁性流体６で環状隙間５を密封
していた。

【００１１】しかし、近年のより高真空化の必要性によ
り、磁性流体シール装置に関しては、より密封性能の向
上が求められている。そのために、磁性流体６の保持力
を高めるための検討が一般的になされている。

【００１２】そこで、図４（ａ）に示すように、シャフ
ト３の外周面に、ポールピース２の環状突起２ａと対向
してポールピース２へ突出する、環状突起２ａと先端幅
を等しくした複数の環状突起３ａを形成した構成が考え
られた。なお、その他の構成は図３と同様であるので同
じ符号を付して説明を省略する。

【００１３】図４（ａ）の構成によれば、ポールピース
２の環状突起２ａとシャフト３の環状突起３ａとの間で
磁束を絞って集中させ、環状突起２ａ，３ａ間を通過す
る磁束の磁束密度を高め、環状突起２ａ，３ａ間で磁性
流体６の保持を良好に行わせ、高い密封性能を発揮し得
るようにした。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
図４（ａ）に示す従来技術の磁性流体シール装置の場合
には、次のような問題があった。

【００１５】シャフト３とハウジング４間で回転運動が
行われると、環状突起２ａ，３ａ間に保持される磁性流
体６は回転運動に伴う遠心力の影響を受ける。この時、
図４（ａ）の構成のように環状突起２ａ，３ａの互いに
対向する先端幅が等しいと、遠心力の影響を受けた磁性
流体６は環状突起２ａの先端側へ押し付けられ、図４
（ｂ）に拡大して示すように過剰な量の磁性流体６は環
状突起２ａの先端幅の幅端からはみ出し、環状突起２ａ
の隣の凹んだ溝２ｂに押し流されてしまう。すると、環
状突起２ａ，３ａ間に保持される磁性流体６の量が減少
し、密封性能が低下するという問題があった。

【００１６】また、荷重，振動，温度変化等の外的条件
によってシャフト３とハウジング４の相対位置の軸方向
への位置ずれが引き起こされると、対向する環状突起２
ａ，３ａの先端位置は軸方向でずれてしまい、上記の遠
心力の影響を受ける磁性流体６はさらにポールピース２
の隣り合う環状突起２ａ間の溝に押し流されてしまい易
くなり、環状突起２ａ，３ａ間に保持される磁性流体６
の量の減少に起因する密封性能の低下が進んでしまう。

【００１７】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
した密封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。

【００１８】

【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部材の求心側外周面と遠心側内周面との間に形成さ
れる環状隙間をシールする磁性流体シール装置であっ
て、磁力を発生する磁力発生手段を有し、前記環状隙間
に磁束を通過させる磁気回路を形成する磁気回路形成手
段と、該磁気回路形成手段が形成した磁気回路の前記環
状隙間を通過する磁束によって、前記環状隙間に磁気的
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、前記外周面には、前
記内周面へ突出する第１環状突起を設けると共に、前記
内周面には、前記第１環状突起よりも軸方向の先端幅が
広い前記外周面へ突出する第２環状突起を設け、前記第
１環状突起の先端を前記第２環状突起の先端幅における
幅端を含まない範囲内に対向させて、前記第１環状突起
と前記第２環状突起とを対向配置し、前記第１環状突起
と前記第２環状突起との間に前記磁性流体を保持したこ
とを特徴とする。

【００１９】したがって、対向する第１環状突起及び第
２環状突起の互いの先端幅における幅端位置が軸方向で
そろわずに、第１環状突起の先端が第２環状突起の先端
幅の範囲内に対向するので、第１環状突起と第２環状突
起との間に保持された磁性流体が回転運動に伴う遠心力
の影響を受けた時に、磁性流体が第２環状突起の先端側
へ押し付けられても第２環状突起の先端幅の幅端からは
み出すことが防止される。

【００２０】このため、第１環状突起及び第２環状突起
を対向させて、第１環状突起と第２環状突起との間で磁
束を絞って集中させ、第１環状突起と第２環状突起との
間を通過する磁束の磁束密度を高め、第１環状突起と第
２環状突起との間で磁性流体の保持を良好に行わせて
も、第１環状突起と第２環状突起との間に保持される磁
性流体の量が減少して密封性能が低下することが防止で
き、安定した密封性を維持することができる。

【００２１】前記第１環状突起の先端を前記第２環状突
起の先端幅における幅端を含まない範囲内に対向させた
前記第１環状突起と前記第２環状突起との対向配置の関
係は、外部条件によらず維持されることが好適である。

【００２２】これにより、荷重，振動，温度変化等の外
的条件によって２部材の相対位置の軸方向への位置ずれ
が引き起こされた場合にも、磁性流体が回転運動に伴う
遠心力の影響を受けた時に、第１環状突起と第２環状突
起との間に保持される磁性流体は、第２環状突起の先端
側へ押し付けられても第２環状突起の先端幅の幅端から
はみ出すことは防止される。

【００２３】このため、第１環状突起と第２環状突起と
の間に保持される磁性流体の量が減少し、密封性能が低
下することが防止でき、安定した密封性を維持すること
ができる。

【００２４】前記第１環状突起及び前記第２環状突起を
複数備え、隣り合う前記第１環状突起の間に形成される
第１溝の軸方向の溝幅を前記第１環状突起の先端幅より
も広く設けたことが好適である。

【００２５】これにより、第１環状突起に磁束が集中し
て磁気回路の最適化ができるので、第１環状突起と第２
環状突起との間を通過する磁束の磁束密度がさらに高ま
り、第１環状突起と第２環状突起との間で磁性流体の保
持をより確実に良好に行うことができる。

【００２６】隣り合う前記第２環状突起の間に形成され
る第２溝の軸方向の溝幅は、前記第１溝の溝幅の５％〜
９０％の広さであることが好適である。

【００２７】これにより、第１環状突起の先端を第２環
状突起の先端幅における幅端を含まない範囲内に対向さ
せた第１環状突起と第２環状突起との対向配置構成とす
ることができる。

【００２８】前記第１環状突起と前記第２環状突起の少
なくとも一方の突出する高さを高くしたことが好適であ
る。

【００２９】これにより、第１環状突起と第２環状突起
の少なくとも一方の隣の凹んだ溝からの磁束の漏れが抑
制でき、磁束が集中して磁気回路の最適化ができるの
で、第１環状突起と第２環状突起との間を通過する磁束
の磁束密度がさらに高まり、第１環状突起と第２環状突
起との間で磁性流体の保持をより確実に良好に行うこと
ができる。

【００３０】この構成では第１環状突起と第２環状突起
の少なくとも一方は突出する高さが高いために、外部の
振動で先端が振動し易いが、第１環状突起と第２環状突
起との対向配置を第１環状突起の先端を第２環状突起の
先端幅における幅端を含まない範囲内に対向させたの
で、第１環状突起と第２環状突起との間に保持される磁
性流体の量が減少し、密封性能が低下することが防止で
きる。

【００３１】

【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。

【００３２】図１を参照して、実施の形態について説明
する。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、回転機械等に設けられるも
ので、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、回転運動を行う２部材としてのシャフト３と
ハウジング４間の環状隙間に備えられている。

【００３３】ハウジング４は、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永久磁石であるマグネット１が
備えられている。

【００３４】マグネット１の軸方向両端部には、環状の
１対のポールピース２が設けられている。また、遠心側
内周面としての１対のポールピース２の内周面には、シ
ャフト３へ突出する複数の環状突起２ａが形成されてい
る。

【００３５】ここで、マグネット１及びポールピース２
で磁気回路形成手段を構成している。

【００３６】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、求心側外周面としてのシャフト３の
外周面には、ポールピース２へ突出する複数の環状突起
３ａが形成されている。この環状突起３ａのポールピー
ス２へ突出する先端の軸方向の先端幅は環状突起２ａの
それよりも広く設けられている。

【００３７】そして、環状突起２ａの先端を環状突起３
ａの先端幅における幅端を含まない範囲内に対向させ
て、環状突起２ａ，３ａを対向配置している。

【００３８】即ち、図２（ｂ）に拡大して示すような環
状突起２ａ，３ａの互いの先端における幅端位置が軸方
向でそろった状態とならないように、環状突起３ａの先
端幅よりも狭い環状突起２ａの先端を環状突起３ａの先
端と対向配置している。

【００３９】対向配置した環状突起２ａ，３ａの互いの
先端は、所定の環状隙間５を介する距離となっている。

【００４０】そして、隣り合う環状突起２ａの間に形成
されるハウジング４側に凹んだ溝２ｂの溝幅は、隣り合
う環状突起３ａの間に形成される軸心側に凹んだ溝３ｂ
の溝幅の５％〜９０％の広さ、好適には２０％〜７０％
の広さとなることが好ましくい。

【００４１】以上の構成の磁性流体シール装置では、図
示矢印のようなマグネット１→左側ポールピース２→シ
ャフト３→右側ポールピース２→マグネット１のように
一回りする磁気回路が形成される。

【００４２】この磁気回路により、環状突起２ａ，３ａ
間に環状隙間５を通過する磁束を集中させて、環状突起
２ａ，３ａ間に磁性流体６を環状に橋渡しするように保
持することによって、磁性流体６で環状隙間５を密封し
てシール機能を発揮する。

【００４３】特に、本実施の形態の磁性流体シール装置
では、環状突起２ａ，３ａ間に磁気回路の磁束を絞って
集中させ、環状突起２ａ，３ａ間を通過する磁束の磁束
密度を高めており、環状突起２ａ，３ａ間における磁性
流体６の保持が良好に行え、高い密封性能を発揮するこ
とができる。

【００４４】そして、本実施の形態の磁性流体シール
は、シャフト３とハウジング４間で回転運動が行われる
と、環状突起２ａ，３ａ間に保持される磁性流体６は回
転運動に伴う遠心力の影響を受ける。そして、図２
（ａ）に拡大して示すように、遠心力の影響を受けた磁
性流体６は環状突起２ａの先端側へ押し付けられるが、
環状突起２ａの先端を環状突起３ａの先端幅における幅
端を含まない範囲内に対向させているので、環状突起２
ａの先端幅の範囲に広がるだけであり、環状突起２ａの
先端幅の幅端からはみ出すことは防止される。

【００４５】このため、環状突起２ａ，３ａ間に保持さ
れる磁性流体６の量が減少することはなく、密封性能の
低下を防止して、安定した密封性を維持することができ
る。

【００４６】また、本実施の形態での環状突起２ａの先
端を環状突起３ａの先端幅における幅端を含まない範囲
内に対向させた環状突起２ａ，３ａの対向配置の関係
は、荷重，振動，温度変化等の外的条件によらず維持さ
れるようにしている。

【００４７】このため、外的条件によってシャフト３と
ハウジング４の相対位置の軸方向への位置ずれが引き起
こされた場合にも、図２（ｂ）に拡大して示すような遠
心力の影響を受けた磁性流体６が環状突起２ａの先端幅
の幅端からはみ出すことは防止される。これによって
も、環状突起２ａ，３ａ間に保持される磁性流体６の量
が減少することはなく、密封性能の低下を防止して、安
定した密封性を維持することができる。

【００４８】なお、本実施の形態の磁性流体シール装置
で、環状突起２ａ，３ａの対向配置の関係を上記のよう
に外的条件によらず維持することは、予め外的条件を変
更した試験を行ってシャフト３やハウジング４の熱膨張
等を考慮しおけば可能である。このため、外的条件を考
慮して環状突起２ａ，３ａの互いの先端中心位置が軸方
向でずらすこともあり、必ずしも環状突起２ａ，３ａの
互いの先端中心位置が対向配置されるとは限らない。

【００４９】一方、本実施の形態の磁性流体シール装置
では、さらに環状突起３ａに磁束を集中させて磁気回路
を最適化するために、隣り合う環状突起３ａの間の溝３
ｂの溝幅を環状突起３ａの先端幅よりも広く設けてい
る。

【００５０】これにより、環状突起２ａ，３ａ間を通過
する磁束の磁束密度がさらに高まり、環状突起２ａ，３
ａ間の環状隙間５で磁性流体６の保持をより確実に良好
に行うことができるようになっている。

【００５１】また、環状突起２ａ，３ａの少なくとも一
方の突出する高さを高くする構成として、隣り合う高く
した突起間の溝からの磁束の漏れを抑制し、環状突起２
ａ，３ａ間に磁束を集中させて磁気回路を最適化し、環
状突起２ａ，３ａ間を通過する磁束の磁束密度がさらに
高まり、環状突起２ａ，３ａ間の環状隙間５で磁性流体
６の保持がより確実に良好に行うこともできる。

【００５２】この構成では高くした突起の先端が外部の
振動により振動し易いが、この構成でも環状突起２ａの
先端を環状突起３ａの先端幅における幅端を含まない範
囲内に対向させた環状突起２ａ，３ａの対向配置の関係
を維持すれば、環状突起２ａ，３ａ間に保持される磁性
流体６の量の減少は防止でき、安定した密封性を維持す
ることができる。

【００５３】なお、本発明は、第１，第２環状突起間の
環状隙間に磁束が通過して磁性流体が保持されれば、磁
気回路形成手段は第１，第２環状突起間の環状隙間に磁
束を通過させる磁気回路を形成するものであれば良く、
本実施の形態においてはマグネット１及び１対のポール
ピース２であったが、例えば２部材の対向表面が互いに
逆に着磁された構成や、軸方向に並んでシャフトへ向け
た先端が互いに逆に着磁された２つの磁力発生手段を備
えた構成等でもよい。また、第１，第２環状突起の数等
は特に限定されないものである。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、対向す
る第１環状突起及び第２環状突起の互いの先端幅におけ
る幅端位置が軸方向でそろわずに、第１環状突起の先端
が第２環状突起の先端幅の範囲内に対向するので、第１
環状突起と第２環状突起との間に保持された磁性流体が
回転運動に伴う遠心力の影響を受けた時に、磁性流体が
第２環状突起の先端側へ押し付けられても第２環状突起
の先端幅の幅端からはみ出すことが防止される。

【００５５】このため、第１環状突起及び第２環状突起
を対向させて、第１環状突起と第２環状突起との間で磁
束を絞って集中させ、第１環状突起と第２環状突起との
間を通過する磁束の磁束密度を高め、第１環状突起と第
２環状突起との間で磁性流体の保持を良好に行わせて
も、第１環状突起と第２環状突起との間に保持される磁
性流体の量が減少して密封性能が低下することが防止で
き、安定した密封性を維持することができる。

【００５６】第１環状突起の先端を第２環状突起の先端
幅における幅端を含まない範囲内に対向させた第１環状
突起と第２環状突起との対向配置の関係は、外部条件に
よらず維持されることで、外的条件によって２部材の相
対位置の軸方向への位置ずれが引き起こされた場合に
も、磁性流体が回転運動に伴う遠心力の影響を受けた時
に、第１環状突起と第２環状突起との間に保持される磁
性流体は、第２環状突起の先端側へ押し付けられても第
２環状突起の先端幅の幅端からはみ出すことが防止され
る。

【００５７】第１環状突起及び第２環状突起を複数備
え、隣り合う第１環状突起の間に形成される第１溝の軸
方向の溝幅を第１環状突起の先端幅よりも広く設けたこ
とで、第１環状突起に磁束が集中して磁気回路の最適化
ができるので、第１環状突起と第２環状突起との間を通
過する磁束の磁束密度がさらに高まり、第１環状突起と
第２環状突起との間で磁性流体の保持をより確実に良好
に行うことができる。

【００５８】隣り合う第２環状突起の間に形成される第
２溝の軸方向の溝幅は、第１溝の溝幅の５％〜９０％の
広さであることで、第１環状突起の先端を第２環状突起
の先端幅における幅端を含まない範囲内に対向させた第
１環状突起と第２環状突起との対向配置構成とすること
ができる。

【００５９】第１環状突起と第２環状突起の少なくとも
一方の突出する高さを高くしたことで、第１環状突起と
第２環状突起の少なくとも一方の隣の凹んだ溝からの磁
束の漏れが抑制でき、磁束が集中して磁気回路の最適化
ができるので、第１環状突起と第２環状突起との間を通
過する磁束の磁束密度がさらに高まり、第１環状突起と
第２環状突起との間で磁性流体の保持をより確実に良好
に行うことができる。この構成では第１環状突起と第２
環状突起の少なくとも一方は突出する高さが高いため
に、外部の振動で先端が振動し易いが、第１環状突起と
第２環状突起との対向配置を第１環状突起の先端を第２
環状突起の先端幅における幅端を含まない範囲内に対向
させたので、第１環状突起と第２環状突起との間に保持
される磁性流体の量が減少し、密封性能が低下すること
が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】（ａ）は実施の形態に係る磁性流体シール装置
が遠心力の影響を受けた状態を示す拡大図であり、
（ｂ）は本発明で防止される対向する環状突起の互いの
先端幅における幅端がそろった状態を示す拡大図であ
る。

【図３】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４】（ａ）は従来技術の磁性流体シール装置を示す
半断面図であり、（ｂ）は遠心力の影響を受けた磁性流
体が環状突起の隣の凹んだ溝に押し流された状態を示す
拡大図である。

【符号の説明】

１マグネット２ポールピース２ａ環状突起２ｂ溝３シャフト３ａ環状突起３ｂ溝４ハウジング５環状隙間６磁性流体

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

【手続補正書】

【提出日】平成１２年７月１８日（２０００．７．１
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図３】

【図２】

【図４】

Claims

【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
の求心側外周面と遠心側内周面との間に形成される環状
隙間をシールする磁性流体シール装置であって、磁力を発生する磁力発生手段を有し、前記環状隙間に磁
束を通過させる磁気回路を形成する磁気回路形成手段
と、該磁気回路形成手段が形成した磁気回路の前記環状隙間
を通過する磁束によって、前記環状隙間に磁気的に保持
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、前記外周面には、前記内周面へ突出する第１環状突起を
設けると共に、前記内周面には、前記第１環状突起より
も軸方向の先端幅が広い前記外周面へ突出する第２環状
突起を設け、前記第１環状突起の先端を前記第２環状突起の先端幅に
おける幅端を含まない範囲内に対向させて、前記第１環
状突起と前記第２環状突起とを対向配置し、前記第１環状突起と前記第２環状突起との間に前記磁性
流体を保持し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環状突起の先端を前記第２環状突
起の先端幅における幅端を含まない範囲内に対向させた
前記第１環状突起と前記第２環状突起との対向配置の関
係は、外部条件によらず維持される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。
【請求項３】前記第１環状突起及び前記第２環状突起を
複数備え、隣り合う前記第１環状突起の間に形成される第１溝の軸
方向の溝幅を前記第１環状突起の先端幅よりも広く設け
たことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性流体シ
ール装置。
【請求項４】隣り合う前記第２環状突起の間に形成され
る第２溝の軸方向の溝幅は、前記第１溝の溝幅の５％〜
９０％の広さであることを特徴とする請求項３に記載の
磁性流体シール装置。
【請求項５】前記第１環状突起と前記第２環状突起の少
なくとも一方の突出する高さを高くしたことを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれか一つに記載の磁性流体シー
ル装置。