JP2003336749A - 磁性流体シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易かつコンパクトな構成で、高速回転時の
磁性流体の飛散を確実に防止し得る磁性流体シールを提
供する。 【解決手段】 軸２に磁石４と磁性体からなる２つのヨ
ーク５，５を設ける。他方、ハウジング３には、磁性体
からなるリング６と非磁性体からなるカバー７，７を設
ける。リング６とカバー７，７は、リング６の内周面６
ａを溝底面とし、カバー７，７のテーパ部７ａを溝側面
とする周方向溝を形成する。そして、ヨーク５，５の外
周突端で磁性流体８を保持し、周方向溝内のリング６の
内周面６ａに磁性流体８を接触させることで、軸２とハ
ウジング３の間のシールを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに相対回転自
在に組み付けられる軸とハウジングの間の隙間を磁性流
体を用いてシールする磁性流体シールに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の磁性流体シールとして
は、たとえば、図２に示すような構造のものが知られて
いる。

【０００３】この磁性流体シール１０１は、図２（ａ）
のように、軸１０２側に磁性体１０６を、ハウジング１
０３側に２枚のヨーク１０５で磁石１０４を挟み込んだ
ものをそれぞれ設置し、磁性体１０６の外周面とヨーク
１０５の内周面の間に微小環状間隙を設けている。そし
て、この間隙に生じた磁気回路１０９に磁性流体１０８
を保持させることにより、シール作用を発現させ、軸１
０２とハウジング１０３の間の環状隙間を密封してい
る。

【０００４】このような磁性流体を利用した密封構造
は、固体接触がなく、低摩擦で完全密封可能であるとい
う利点を生かし、たとえば半導体製造装置やコンピュー
タ用磁気ディスク装置などに具備されるダストシール装
置などに応用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の装置に適用さ
れる磁性流体シールには、高速回転時にも良好なシール
性を維持できること、小型で取り付けスペースの小さい
ことなどが要求される。

【０００６】しかしながら、図２（ａ）に示す従来構造
の磁性流体シール１０１にあっては、磁性流体１０８の
メニスカス部（幅＝Ｌ）の分だけ磁性体１０６の軸方向
長さを余分に確保する必要があるために、磁性流体シー
ル１０１の大型化および取り付けスペースの増大を招い
ていた。

【０００７】また、磁性流体１０８のメニスカス部では
磁力が弱いので、軸１０２とハウジング１０３が高速回
転し磁性流体１０８に大きな遠心力が作用すると、図２
（ｂ）に示すように、磁性流体１０８ａの飛散が発生す
ることがあった。

【０００８】飛散した磁性流体１０８ａは、軸１０２の
外周面などを伝って漏洩し、装置内を汚染するなどの弊
害を招く。また、磁性流体量の減少によるシール性の低
下にもつながるため好ましくない。

【０００９】そこで、特開平７−１１１０２６号公報で
は、図３に示すように、磁性流体飛散防止用に非磁性体
からなるカバー１０７を取り付けた構成の磁性流体シー
ル１１０が提案されている。この構成によれば、飛散し
た磁性流体１０８ａがヨーク１０５とカバー１０７の間
に溜まるため、装置内の汚染などを防ぐことが可能とな
る。

【００１０】しかしながら、磁性流体飛散防止用のカバ
ー１０７を追加するとなると、カバー１０７の取り付け
スペースを別途確保する必要があり、磁性流体シール１
１０の大型化を招いてしまう。

【００１１】また、カバー１０７により飛散した磁性流
体１０８ａの漏洩は防止できるものの、磁性流体量の減
少によるシール性の低下は免れない。

【００１２】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、簡易かつコンパクト
な構成で、高速回転時の磁性流体の飛散を防止し得る磁
性流体シールを提供することにある。

【００１３】

【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み付けら
れる軸とハウジングの間の隙間をシールする磁性流体シ
ールであって、前記軸に設けられる軸側磁極部材と、該
軸側磁極部材に対向して前記ハウジングに設けられるハ
ウジング側磁性体と、該ハウジング側磁性体の軸方向両
側に隣接し、該ハウジング側磁性体の内周面を溝底面と
した周方向溝を形成する２つの非磁性体と、前記軸側磁
極部材に磁気的に保持され、前記ハウジング側磁性体の
内周面に接触する磁性流体と、を備えたことを特徴とす
る。

【００１４】この構成によれば、軸側磁極部材の外周端
から周方向溝の溝底面（ハウジング側磁性体の内周面）
に向かって磁気回路が形成されるため、磁性流体は周方
向溝内の空間に保持される。したがって、磁性流体の軸
方向の幅は周方向溝の溝幅で決定され磁性流体のメニス
カスを考慮する必要がなくなるとともに、従来のように
飛散防止用のカバー等を取り付ける必要がなくなり、磁
性流体シールを小型化することが可能となる。

【００１５】また、軸とハウジングが相対回転し磁性流
体に遠心力が作用したとしても、その遠心力の作用方向
は周方向溝の溝底面に向かう方向になるため、磁性流体
が周方向溝内からはみ出すことはない。したがって、高
速回転時にも磁性流体の飛散は起こり得ず、磁性流体の
漏洩やシール性の低下などを確実に防止することができ
る。

【００１６】前記軸側磁極部材は、前記軸に設けられる
磁石と、該磁石の軸方向両側に隣接して設けられる２つ
の軸側磁性体と、を有することが好適である。

【００１７】これにより、軸側磁極部材の構成が簡易と
なる。

【００１８】前記軸側磁性体の外周面は、軸方向内側に
向かうほど前記周方向溝の溝底面に近づくテーパ部を有
することが好適である。

【００１９】この構成によれば、軸側磁性体の外周端が
突端となるので、その部分に磁力線が集中し磁性流体の
保持力が強まる。また、軸側磁性体の外周端が軸方向内
側に配されているので、磁性流体を周方向溝の中央部分
に寄せることができ、磁性流体のはみ出しを確実に防ぐ
ことができる。

【００２０】前記非磁性体は、前記軸側磁性体のテーパ
部に対応したテーパ部を有し、該テーパ部が前記周方向
溝の溝側面を形成していることが好適である。

【００２１】この構成によれば、軸側磁性体のテーパ部
と非磁性体のテーパ部を対向させるように配置すること
で、軸側磁性体の外周端と周方向溝の溝底面の間隙をよ
り狭くすることができる。これにより磁性流体の保持力
が強まり、磁性流体のはみ出しをより確実に防ぐことが
できる。また、磁性流体シールの径方向の小型化を図る
こともできる。

【００２２】前記ハウジング側磁性体の軸方向の厚み
は、前記２つの軸側磁性体の間の幅以下であることが好
適である。

【００２３】この構成によれば、磁気回路が従来構造と
比較して軸方向内側を向くので、磁性流体のはみ出しを
より一層防止することができる。また、磁性流体シール
の軸方向の小型化を図ることもできる。

【００２４】

【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。

【００２５】図１を参照して、本発明の一実施の形態に
係る磁性流体シールについて説明する。

【００２６】図１（ａ）は、本実施形態に係る磁性流体
シールの概略構成断面図であり、同図（ｂ）は、軸とハ
ウジングが相対回転動している様子を示す図である。

【００２７】磁性流体シール１は、互いに相対回転自在
に組み付けられる軸２とハウジング３の間の環状隙間に
装着される。具体的には、磁性流体シール１は、概略、
軸２の外周面に設けられる軸側磁極部材と、ハウジング
３の内周面に設けられるハウジング側磁極部材とを有し
てなる。

【００２８】軸側磁極部材とハウジング側磁極部材は径
方向に互いに対向して配されており、軸側磁極部材の外
周端とハウジング側磁極部材の内周端の間には、微小環
状間隙が形成されている。そして、この間隙に生じた磁
気回路９によって磁性流体８を保持することにより、シ
ール作用を発現させ、軸２とハウジング３の間の環状隙
間をシールしている。

【００２９】この磁性流体シール１は、固体接触がな
く、低摩擦で完全密封可能であるという利点を生かし、
たとえば半導体製造装置やコンピュータ用磁気ディスク
装置などに具備されるダストシール装置などに応用され
る。

【００３０】本実施形態の磁性流体シール１の軸側磁極
部材は、図に示すように、軸２に設けられる環状の磁石
４と、この磁石４の軸方向両側に隣接して設けられる２
つのヨーク５，５とを有して構成される。軸側磁極部材
は、２つのヨーク５，５をそれぞれ磁石４の軸方向端面
に固着しユニット化することで、軸２への装着を容易に
している。

【００３１】磁石４は軸方向にＮ極とＳ極が配置され
る。磁石４としては永久磁石や電磁石などを用いること
ができるが、構成が簡易かつ小型になるという点で永久
磁石を用いることが好ましい。

【００３２】ヨーク５は磁性体からなる環状の部材であ
り、軸側磁性体として機能する。ヨーク５の外周面は軸
方向内側に向かうほど拡径するテーパ部５ａを有してい
る。したがって、２つのヨーク５，５はそれぞれの外周
突端を対峙するようにして配されることとなる。

【００３３】他方、本実施形態の磁性流体シール１のハ
ウジング側磁極部材は、図に示すように、ハウジング３
に設けられるリング６と、このリング６の軸方向両側に
隣接して設けられる２つのカバー（非磁性体）７，７と
を有して構成される。

【００３４】リング６は磁性体からなる環状の部材であ
り、ハウジング側磁性体として機能する。リング６の軸
方向の厚みは、２つのヨーク５，５の間の離間幅と略同
じ、またはそれ以下にすることが好ましい。本実施形態
では、２つのヨーク５，５の外周突端の離間幅と略等し
くなるように、リング６の軸方向の厚みを設定してい
る。

【００３５】リング６は矩形断面を有しており、その内
周面６ａは円筒面をなしている。また、カバー７はヨー
ク５のテーパ部５ａに対応したテーパ部７ａを有してい
る。具体的には、カバー７の内周面が軸方向内側に向か
うほど拡径するテーパ面をなし、リング６の内周面６ａ
に接続している。

【００３６】したがって、ハウジング側磁極部材の内周
側には、リング６の内周面６ａを溝底面とし、２つのカ
バー７，７のテーパ部７ａを溝側面とする周方向溝が形
成されることになる。

【００３７】周方向溝の溝幅（軸方向の幅）は、軸側磁
極部材の軸方向の厚みと略同じか、またはそれよりも大
きくなるように設定される。そして、図示のように、ヨ
ーク５のテーパ部５ａは軸方向内側に向かうほど周方向
溝の溝底面に近づき、ヨーク５の外周突端は周方向溝内
に突き出ている。

【００３８】磁気回路９は、ヨーク５の外周突端から周
方向溝の溝底面（リング６の内周面６ａ）に向かって形
成されるため、磁性流体８は、ヨーク５の外周突端に磁
気的に保持されリング６の内周面６ａに接触する。すな
わち、磁性流体８がハウジング側の周方向溝内の空間に
保持されることとなる。

【００３９】上記構成によれば、軸２とハウジング３が
相対回転し磁性流体８に遠心力が作用したとしても、そ
の遠心力の作用方向は周方向溝の溝底面に向かう方向に
なるため、図１（ｂ）に示すように、磁性流体８は周方
向溝内の溝底面（リング６の内周面６ａ）に沿って保持
され、溝内からはみ出すことはない。したがって、高速
回転時にも磁性流体８の飛散は起こり得ず、磁性流体８
の漏洩やシール性の低下などを確実に防止することがで
きる。

【００４０】また、ヨーク５の外周面にテーパ部５ａを
設けて外周端を突端としているので、その部分に磁力線
が集中し磁性流体８の保持力が強まる。ところで本実施
形態では、ヨーク５の外周面全体をテーパ面とはせず
に、外周端（突端）を非尖鋭な形状にしている。これ
は、ヨーク５の外周端を過度に尖鋭にしてしまうと、そ
の部分で磁束が飽和してしまうからである。すなわち、
ヨーク５の外周面の一部にテーパ部５ａを設け、かつ、
外周突端を非尖鋭にすることで、必要十分な程度に磁性
流体８の保持力を高めているのである。

【００４１】また、ヨーク５の外周突端が軸方向内側に
配されているので、磁性流体８を周方向溝の中央部分に
寄せることができ、磁性流体８のはみ出しを確実に防ぐ
ことができる。

【００４２】さらに、カバー７にテーパ部７ａを設け、
テーパ部５ａとテーパ部７ａを対向させて配置したの
で、ヨーク５の外周突端とリング６の内周面６ａ（周方
向溝の溝底面）の間隙をより狭くすることができる。こ
れにより磁性流体８の保持力が強まり、磁性流体８のは
み出しをより確実に防ぐことができる。

【００４３】加えて、リング６の軸方向の厚みを２つの
ヨーク５，５の外周突端の離間幅以下にしているので、
磁気回路９が従来構造と比較して軸方向内側を向き、磁
性流体８のはみ出しをより一層防止することができる。

【００４４】本実施形態の磁性流体シール１にあって
は、磁性流体８が周方向溝内の空間に保持されるので、
磁性流体８の軸方向の幅は周方向溝の溝幅で決定され磁
性流体８のメニスカスを考慮する必要がなくなり、磁性
流体シール１の軸方向の小型化を図ることが可能とな
る。

【００４５】また、従来（図３）では軸側磁性体とハウ
ジング側磁性体の両者を覆うように飛散防止用カバーを
設ける必要があったが、本実施形態では、カバー７をヨ
ーク５に対向する位置に設けるだけで足りるので、この
点でも磁性流体シール１の軸方向の小型化を図ることが
できる。

【００４６】また、ヨーク５とカバー７に互いに対応す
るテーパを設けて、径方向に組み合わされる周方向溝と
ヨーク外周突端の凹凸形状を合致させたことにより、軸
側磁極部材とハウジング側磁極部材とをより近接させる
ことができ、磁性流体シール１の径方向の小型化を図る
ことができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易かつコンパクトな構成で、高速回転時の磁性流体の
飛散を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る磁性流体シールの概
略構成断面図である。

【図２】従来の磁性流体シールの概略構成断面図であ
る。

【図３】従来の磁性流体シールの概略構成断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 磁性流体シール ２ 軸 ３ ハウジング ４ 磁石 ５ ヨーク（軸側磁性体） ５ａ ヨークのテーパ部 ６ リング（ハウジング側磁性体） ６ａ リングの内周面（溝底面） ７ カバー（非磁性体） ７ａ カバーのテーパ部（溝側面） ８ 磁性流体 ９ 磁気回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに相対回転自在に組み付けられる軸と
   ハウジングの間の隙間をシールする磁性流体シールであ
   って、 前記軸に設けられる軸側磁極部材と、 該軸側磁極部材に対向して前記ハウジングに設けられる
   ハウジング側磁性体と、 該ハウジング側磁性体の軸方向両側に隣接し、該ハウジ
   ング側磁性体の内周面を溝底面とした周方向溝を形成す
   る２つの非磁性体と、 前記軸側磁極部材に磁気的に保持され、前記ハウジング
   側磁性体の内周面に接触する磁性流体と、 を備えたことを特徴とする磁性流体シール。
2. 【請求項２】前記軸側磁極部材は、 前記軸に設けられる磁石と、 該磁石の軸方向両側に隣接して設けられる２つの軸側磁
   性体と、 を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性流体シ
   ール。
3. 【請求項３】前記軸側磁性体の外周面は、軸方向内側に
   向かうほど前記周方向溝の溝底面に近づくテーパ部を有
   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。
4. 【請求項４】前記非磁性体は、前記軸側磁性体のテーパ
   部に対応したテーパ部を有し、該テーパ部が前記周方向
   溝の溝側面を形成していることを特徴とする請求項３に
   記載の磁性流体シール。
5. 【請求項５】前記ハウジング側磁性体の軸方向の厚み
   は、前記２つの軸側磁性体の間の幅以下であることを特
   徴とする請求項２，３または４に記載の磁性流体シー
   ル。