JP2022105253A - 磁性流体シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で信頼性が高く、長時間にわたって保管ができる磁性流体シール装置を提供する。【解決手段】筐体１、回転軸２、軸スリーブ３、複数のポールピース４、永久磁石５を含み、筐体内にはチャンバーを有し、回転軸はチャンバー内に回転可能に設けられ、前記軸スリーブは回転軸に嵌められ、回転軸と共に回転し、複数のポールピースは回転軸の軸方向に間隔をあけて配置され、ポールピースは、軸スリーブの外面に嵌められ、ポールピースの内周面に当該ポールピースの周方向に延びる複数の極歯４１が設けられ、複数の極歯がポールピースの軸方向に間隔をあけて配置され、永久磁石は、回転軸の外面に嵌められ、軸スリーブの外周面に周方向の溝が設けられ、軸スリーブは、周方向の溝３１とポールピースの極歯面とを対向またはずれさせるように、回転軸の軸方向に位置調整可能である磁性流体シール装置。【選択図】図１

Description

本発明は、機械工学シールの技術分野に関し、特に磁性流体シール装置に関する。

現在、磁性流体を用いてシールする場合、作動状況の需要のため、磁性流体シール装置が長期間保管されたり、長期間放置されたりした後に再び使用される場合、磁性流体が磁場の作用で徐々に沈下し、最終的に磁性流体の磁性粒子がキャリア流体から分離して、シール装置の故障につながる。したがって、磁性流体シールの長時間保管や駐車による磁性流体の安定性の低下という問題はまだ解決されていないままである。

本発明は、以下の事実及び問題点に対する発明者の発見及び認識に基づいてなされたものである。
既存の磁性流体シール装置は、組立完了後に長期間にわたって保管されると、シール隙間の強い磁場の作用で、磁性流体に層化や凝集が発生する可能性があるため、シール部材の始動トルクが増大し、シール能力が低下し、さらにシールが故障するおそれがある。

本発明は、関連技術における技術的課題の少なくとも１つをある程度解決することを目的とする。そのため、本発明の実施例は、磁性流体の層化または凝集を効果的に防止することができる磁性流体シール装置を提案する。

本発明の実施例に係る磁性流体シール装置は、内部にはチャンバーを有する筐体と、前記チャンバー内に回転可能に設けられる回転軸と、前記回転軸に嵌められ、前記回転軸と共に回転する軸スリーブと、前記回転軸の軸方向に間隔をあけて配置される複数のポールピースであって、前記ポールピースは、前記軸スリーブの外面に嵌められ、前記ポールピースの内周面に当該ポールピースの周方向に延びる複数の極歯が設けられ、複数の前記極歯が当該ポールピースの軸方向に間隔をあけて配置され、前記極歯の内周面と前記軸スリーブの外周面とは、前記回転軸の径方向に間隔をあけてシール隙間を形成し、前記シール隙間内には前記極歯に吸着する磁性流体を有するポールピースと、前記回転軸の外面に嵌められ、且つ前記回転軸の軸方向において、隣接するポールピースの間に設けられる永久磁石と、を含み、前記軸スリーブの外周面に周方向の溝が設けられ、前記軸スリーブは、前記周方向の溝と前記ポールピースの極歯面とを対向またはずれさせるように、前記回転軸の軸方向に位置調整可能である。

本発明の実施例に係る磁性流体シール装置は、磁性流体を用いて、極歯と回転軸との間に形成されたシール隙間を充填して、シール効果を実現することができ、安全で信頼性が高く、応答が速く、長時間にわたって保管することができるという利点がある。

一部の実施例において、前記周方向の溝は複数であり、且つ複数の前記ポールピースに１対１で対応している。

一部の実施例において、前記回転軸は、前記チャンバー内に設けられた複数のベアリングによって回転可能に支持される。

一部の実施例において、前記磁性流体シール装置は、前記軸スリーブの外面に嵌められ、互いに隣接する前記ベアリングと前記ポールピースとの間に位置する磁気スペーサリングをさらに含む。

一部の実施例において、前記周方向の溝の前記回転軸の軸方向における幅は、前記ポールピースの前記回転軸の軸方向における幅以上である。

一部の実施例において、前記筐体は、筒状ボディと、第１の端蓋と、第２の端蓋と、を含み、前記第１の端蓋は、前記筒状ボディの一端に設けられ、前記第２の端蓋は、前記筒状ボディの他端に設けられる。

一部の実施例において、前記磁性流体シール装置は、前記回転軸の外面に嵌められ、前記ベアリングと前記第２の端蓋との間に位置するスペーサをさらに含む。

一部の実施例において、前記軸スリーブ及び前記ポールピースのそれぞれは、磁性材料からなり、前記磁気スペーサリング、前記筐体及び前記スペーサのそれぞれは、非磁性材料からなる。

一部の実施例において、前記磁性流体シール装置は、前記軸スリーブに接続され、前記軸スリーブを前記回転軸の軸方向に移動駆動して前記軸スリーブの位置を調整するための調整部材をさらに含む。

一部の実施例において、前記回転軸にフランジが設けられ、前記フランジに、前記回転軸の軸方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記軸スリーブの端面内にねじ穴が設けられ、前記調整部材はボルトであり、前記ボルトが前記貫通孔を通過して前記ねじ穴に嵌合される。

本発明の実施例に係る磁性流体シール装置の保管状態の概略構造図である。 本発明の実施例に係る磁性流体シール装置の通常作動状態の概略構造図である。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。前記実施例における例は、図面に示されている。以下、図面を参照して説明される実施例は、例示するものであり、本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものと理解してはならない。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る磁性流体シール装置を説明する。

本発明の実施例に係る磁性流体シール装置は、筐体１と、回転軸２と、軸スリーブ３と、複数のポールピース４と、永久磁石５と、を含む。筐体１内にはチャンバーを有し、回転軸２はチャンバー内に回転可能に設けられ、軸スリーブ３は回転軸２に嵌められ、回転軸２と共に回転する。複数のポールピース４は、回転軸２の軸方向に間隔をあけて配置され、ポールピース４は軸スリーブ３の外面に嵌められ、ポールピース４の内周面に、当該ポールピース４の周方向に延びる複数の極歯４１が設けられ、複数の極歯４１が当該ポールピース４の軸方向に間隔をあけて配置され、極歯４１の内周面と軸スリーブ３の外周面とは、回転軸２の径方向に間隔をあけてシール隙間を形成し、シール隙間内には極歯４１に吸着する磁性流体を有する。永久磁石５は、回転軸２の外面に嵌められ、且つ回転軸２の軸方向において、隣接するポールピース４の間に設けられる。ここで、軸スリーブ３の外周面には周方向の溝３１が設けられ、軸スリーブ３は、周方向の溝３１とポールピース４の極歯４１面とを対向またはずれさせるように、回転軸２の軸方向に位置調整可能である。

図１～２に示すように、筐体１の内部のチャンバーには回転可能な回転軸２が貫設され、回転軸２の外面に軸スリーブ３が嵌められ、軸スリーブ３が回転軸２の回転と共に回転し、軸スリーブ３の外面に複数のポールピース４が嵌められる。複数のポールピース４は、軸スリーブ３に左右に間隔をあけて配置され、ポールピース４の内周面に複数の極歯４１が左右方向に間隔をあけて配置される。極歯４１の内周面と回転軸２の外周面とは、図１の上下方向に間隔をあけてシール隙間を形成し、シール隙間内には磁性流体を有し、磁性流体が極歯４１に吸着し、さらに回転軸２の外面に永久磁石５が嵌められ、永久磁石５が、隣接するポールピース４の間に位置する。軸スリーブ３の外周面に周方向の溝３１が設けられ、軸スリーブ３は、回転軸２上で左右に位置調整可能である。周方向の溝３１とポールピース４の極歯４１面とが対向する場合、極歯４１面と軸スリーブ３の外周面との間の隙間が大きくなり、この場合、磁性流体が受ける磁場が弱くなり、磁性流体シール装置を長時間にわたって保管することができる。周方向の溝３１とポールピース４の極歯４１面とがずれる場合、極歯４１面と軸スリーブ３の外周面との間の隙間が小さくなり、この場合、磁性流体が受ける磁場が強くなり、磁性流体シール装置が作動する。

本発明の実施例に係る磁性流体シール装置は、磁性流体を用いて、極歯４１と回転軸２との間に形成されたシール隙間を充填して、シール効果を実現することができ、安全で信頼性が高く、応答が速く、長時間にわたって保管することができるという利点がある。

一部の実施例において、周方向の溝３１は複数であり、且つ複数のポールピース４に１対１で対応している。図１～２に示すように、各周方向の溝３１がそれぞれ１つのポールピース４に対応することにより、各ポールピース４の極歯４１に吸着した磁性流体を長時間にわたって保管することができる。

一部の実施例において、回転軸２は、チャンバー内に設けられた複数のベアリング６によって回転可能に支持される。図１～２に示すように、チャンバー内には複数のベアリング６が設けられ、複数のベアリング６は、回転軸２の外面に嵌められ、回転軸２を回転可能に支持している。

一部の実施例において、磁性流体シール装置は、軸スリーブ３の外面に嵌められ、且つ互いに隣接するベアリング６とポールピース４との間に位置する磁気スペーサリング７をさらに含む。図１～２に示すように、ベアリング６をポールピース４から離間させて、ベアリング６がポールピース４の磁場に影響を与えることを防止するように、互いに隣接するベアリング６とポールピース４との間には磁気スペーサリング７が設けられる。

一部の実施例において、周方向の溝３１の回転軸２の軸方向における幅は、ポールピース４の回転軸２の軸方向における幅以上である。図１～２に示すように、極歯４１に吸着した磁性流体がすべて周方向の溝３１内に位置することを確保して、長時間保管に有利であるように、周方向の溝３１の回転軸２の軸方向における幅をポールピース４の回転軸２の軸方向における幅以上にする必要がある。

一部の実施例において、筐体１は、筒状ボディ１１と、第１の端蓋１２と、第２の端蓋１３と、を含み、第１の端蓋１２は、筒状ボディ１１の一端に設けられ、第２の端蓋１３は、筒状ボディ１１の他端に設けられる。

図１～２に示すように、筒状ボディ１１の左端が第１の端蓋１２に接続され、筒状ボディ１１の右端が第２の端蓋１３に接続され、第１の端蓋１２と第２の端蓋１３とは、筒状ボディ１１内のチャンバーを閉鎖して、チャンバー内のポールピース４、ベアリング６及び永久磁石５を固定することにより、磁性流体シール装置のシール効果がより優れる。

一部の実施例において、磁性流体シール装置は、回転軸２の外面に嵌められ、ベアリング６と第２の端蓋１３との間に位置するスペーサ８をさらに含む。図１～２に示すように、スペーサ８は、ベアリング６と第２の端蓋１３との間に位置し、ベアリング６と第２の端蓋１３とを離間させて隙間を形成することにより、軸スリーブ３が左右にスライド可能となる。

一部の実施例において、軸スリーブ３及びポールピース４のそれぞれは、磁性材料からなり、磁気スペーサリング７、筐体１及びスペーサ８は、非磁性材料からなる。軸スリーブ３及びポールピース４は、良好な磁気伝導性能を有する必要があるため、磁性材料を用いて作られる。磁気スペーサリング７、筐体１及びスペーサ８は、永久磁石５の磁場に影響を与えやすいため、非磁性材料を用いて作られ、シール効果に影響を与えることを防止する。

一部の実施例において、磁性流体シール装置は、軸スリーブ３に接続され、軸スリーブ３を回転軸２の軸方向に移動駆動して軸スリーブ３の位置を調整するための調整部材９をさらに含む。図１～２に示すように、軸スリーブ３が調整部材９に接続され、調整部材９の作用により、軸スリーブ３が回転軸２上で左右に位置移動可能である。

一部の実施例において、回転軸２にはフランジ２１が設けられ、フランジ２１に回転軸２の軸方向に貫通する貫通孔２１１が設けられ、軸スリーブ３の端面内にはねじ穴３２が設けられ、調整部材９はボルトであり、ボルトが貫通孔２１１を通過してねじ穴３２に嵌合される。図１～２に示すように、回転軸２の右端にはフランジ２１が設けられ、フランジ２１に左右に貫通する貫通孔２１１が設けられ、貫通孔２１１にボルトが貫設され、ボルトの左端が軸スリーブ３の右端面上のねじ穴３２に嵌合され、ボルトを回してねじ穴３２内のボルトの長さを変更することにより、軸スリーブ３を左右に位置移動させる。

以下、図１～２を参照して、本発明の磁性流体シール装置の一部の具体的な例を説明する。

本発明の実施例に係る磁性流体シール装置は、筐体１と、回転軸２と、軸スリーブ３と、調整部材９と、複数のポールピース４と、永久磁石５と、ベアリング６と、磁気スペーサリング７と、スペーサ８と、を含む。

図１～２に示すように、筐体１はチャンバーを有し、回転軸２は、チャンバー内にベアリング６によって回転可能に支持され、回転軸２の右端にフランジ２１が設けられ、回転軸２の外面に軸スリーブ３が嵌められ、軸スリーブ３は、回転軸２に沿って左右に位置移動可能であり、軸スリーブ３の右端とフランジ２１とは調整部材９を介して接続され、調整部材９は、軸スリーブ３を左右に位置移動するように駆動可能である。

軸スリーブ３の外面には複数のポールピース４が嵌められ、ポールピース４がチャンバー内に位置し、隣接するポールピース４の間に永久磁石５が設けられ、隣接するポールピース４の両側にそれぞれ磁気スペーサリング７が設けられる。隣接する磁気スペーサリング７の外側にはベアリング６が設けられ、磁気スペーサリング７、ポールピース４及び永久磁石５のそれぞれは２つのベアリング６の間に位置する。ポールピース４の内周面には複数の極歯４１が左右方向に間隔をあけて配置され、極歯４１の内周面と回転軸２の外周面とは、図の上下方向に間隔をあけてシール隙間を形成し、シール隙間内には磁性流体を有し、磁性流体が極歯４１に吸着する。

図１～２に示すように、筒状ボディ１１の左端が第１の端蓋１２に接続され、筒状ボディ１１の右端が第２の端蓋１３に接続され、第１の端蓋１２と第２の端蓋１３とは、筒状ボディ１１内のチャンバーを閉鎖する。スペーサ８は、ベアリング６と第２の端蓋１３との間に位置し、ベアリング６と第２の端蓋１３とを離間させて隙間を形成することにより、軸スリーブ３が左右に移動可能となる。

本発明の説明において、なお、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などの用語が示す方位又は位置関係は、図面に示された方位又は位置関係に基づくものであり、本発明を便利に又は簡潔に説明するためのものであり、指定された装置又は部品が必ず特定の方位にあり、特定の方位に構造され操作されると指示又は暗示するものではないので、本発明を限定するものと理解してはいけない。

また、「第１の」、「第２の」の用語は目的を説明するためだけに用いられるものであり、比較的な重要性を指示又は暗示するか、或いは示された技術的特徴の数を黙示的に指示すると理解してはいけない。そこで、「第１の」、「第２の」が限定されている特徴は１つ又はより多くの前記特徴を含むことを明示又は暗示するものである。本発明の説明において、明確且つ具体的な限定がない限り、「複数」とは、２つまたは３つなど、２つ以上のことを意味する。

本発明において、特に明示的な規定および限定がない限り、用語「取り付け」、「連なる」、「接続」、「固定」などの用語は広義の理解を意味するものとし、例えば、固定接続であってもよいし、着脱可能な接続であってもよいし、一体になっていてもよく、機械的な接続であってもよいし、電気的な接続であってもよいし、互いに通信可能であってもよく、直接接続されていてもよいし、中間媒体を介して間接的に接続されていてもよく、特に明示的に限定されない限り、２つの要素の内部の連通または２つの要素の相互作用関係であってもよい。当業者にとっては、上記用語の本発明における具体的な意味は具体的な状況に基づいて理解できる。

本発明において、特に明示的な規定および限定がない限り、第１の特徴が第２の特徴の「上」または「下」にあることは、第１と第２の特徴が直接接触していてもよいし、第１と第２の特徴が中間媒体を介して間接的に接触していてもよい。また、第１の特徴が第２の特徴の「上」、「上方」および「上面」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の真上または斜め上にあってもよいし、第１の特徴の水平高さが第２の特徴よりも高いことのみを示していてもよい。第１の特徴が第２の特徴の「下」、「下方」および「下面」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の直下または斜め下にあってもよいし、第１の特徴の水平高さが第２の特徴より小さいことのみを示していてもよい。

本発明において、「一実施例」、「一部の実施例」、「例」、「具体的な例」、或いは「一部の例」などの用語とは、当該実施例或いは例に合わせて説明された具体的な特徴、構造、材料或いは特性が、本発明の少なくとも１つの実施例或いは例に含まれることである。本明細書において、上記用語に対する例的な説明は、必ずしも同じ実施例或いは例を示すものではない。また、説明された具体的な特徴、構造、材料或いは特性は、いずれか１つ或いは複数の実施例又は例において適切に結合することができる。さらに、互いに矛盾しない限り、当業者は本明細書で説明する異なる実施例または例ならびに異なる実施形態または例の特徴を結合し、組み合わせることができる。

以上に本発明の実施例を示して説明したが、上記実施例は例示するものであり、本発明を限定するものではなく、当業者は、本発明の範囲内で上記実施例に対して変化、修正、置き換え及び変形を行うことができることを理解されたい。

１ 筐体
１１ 筒状ボディ
１２ 第１の端蓋
１３ 第２の端蓋
２ 回転軸
２１ フランジ
２１１ 貫通孔
３ 軸スリーブ
３１ 周方向の溝
３２ ねじ穴
４ ポールピース
４１ 極歯
５ 永久磁石
６ ベアリング
７ 磁気スペーサリング
８ スペーサ
９ 調整部材

Claims (10)

1. 磁性流体シール装置であって、
   内部にはチャンバーを有する筐体と、
   前記チャンバー内に回転可能に設けられる回転軸と、
   前記回転軸に嵌められ、前記回転軸と共に回転する軸スリーブと、
   前記回転軸の軸方向に間隔をあけて配置される複数のポールピースであって、前記ポールピースは、前記軸スリーブの外面に嵌められ、前記ポールピースの内周面に当該ポールピースの周方向に延びる複数の極歯が設けられ、複数の前記極歯が当該ポールピースの軸方向に間隔をあけて配置され、前記極歯の内周面と前記軸スリーブの外周面とは、前記回転軸の径方向に間隔をあけてシール隙間を形成し、前記シール隙間内には前記極歯に吸着する磁性流体を有するポールピースと、
   前記回転軸の外面に嵌められ、且つ前記回転軸の軸方向において、隣接するポールピースの間に設けられる永久磁石と、を含み、
   前記軸スリーブの外周面に周方向の溝が設けられ、前記軸スリーブは、前記周方向の溝と前記ポールピースの極歯面とを対向またはずれさせるように、前記回転軸の軸方向に位置調整可能である、
   ことを特徴とする磁性流体シール装置。
2. 前記周方向の溝は複数であり、且つ複数の前記ポールピースに１対１で対応している、
   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。
3. 前記回転軸は、前記チャンバー内に設けられた複数のベアリングによって回転可能に支持される、
   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。
4. 前記軸スリーブの外面に嵌められ、互いに隣接する前記ベアリングと前記ポールピースとの間に位置する磁気スペーサリングをさらに含む、
   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。
5. 前記周方向の溝の前記回転軸の軸方向における幅は、前記ポールピースの前記回転軸の軸方向における幅以上である、
   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。
6. 前記筐体は、筒状ボディと、第１の端蓋と、第２の端蓋と、を含み、前記第１の端蓋は、前記筒状ボディの一端に設けられ、前記第２の端蓋は、前記筒状ボディの他端に設けられる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の磁性流体シール装置。
7. 前記回転軸の外面に嵌められ、前記ベアリングと前記第２の端蓋との間に位置するスペーサをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載の磁性流体シール装置。
8. 前記軸スリーブ及び前記ポールピースのそれぞれは、磁性材料からなり、前記磁気スペーサリング、前記筐体及び前記スペーサのそれぞれは、非磁性材料からなる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の磁性流体シール装置。
9. 前記軸スリーブに接続され、前記軸スリーブを前記回転軸の軸方向に移動駆動して前記軸スリーブの位置を調整するための調整部材をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の磁性流体シール装置。
10. 前記回転軸にフランジが設けられ、前記フランジに前記回転軸の軸方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記軸スリーブの端面内にねじ穴が設けられ、前記調整部材はボルトであり、前記ボルトが前記貫通孔を通過して前記ねじ穴に嵌合される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の磁性流体シール装置。

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