JP2925459B2 - 磁性流体シール - Google Patents

磁性流体シール

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JP2925459B2
JP2925459B2 JP6188506A JP18850694A JP2925459B2 JP 2925459 B2 JP2925459 B2 JP 2925459B2 JP 6188506 A JP6188506 A JP 6188506A JP 18850694 A JP18850694 A JP 18850694A JP 2925459 B2 JP2925459 B2 JP 2925459B2
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  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Sealing Of Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁性流体として、回転体
と静止体との間の空隙を封止する磁性流体シールに関す
る。
【0002】
【従来の技術】回転体と静止体との間の空隙を封止する
磁性流体シールとしては、図3に示すような構成のもの
がある。図3において、1は磁性体からなる回転軸、2
はこの回転軸1を適宜の間隔を存して回転自在に支承す
る一対の軸受、3はこの一対の軸受2間を覆うように設
けられた非磁性体からなるハウジングである。
【0003】上記一対の軸受2間に存する空間部には断
面ほぼU字形の磁性体からなる一対のポールピース4が
軸方向に所定の間隔を存して対称的に配設され、これら
ポールピース4の一端はOリング5を介してハウジング
3の内面にそれぞれ取付けられている。
【0004】また、ポールピース4の他端側の対向面間
には永久磁石6が挟み込まれ、その外周側のポールピー
ス4の他端部間にOリング7を介して非磁性体からなる
連結部材8が取付けられ、これらポールピース4及び連
結部材8の背面側とハウジング3との間に冷却用流路9
が形成されている。
【0005】一方、回転軸1のポールピース4の内周面
10に対応する周面に複数条の環状微小突起11がそれ
ぞれ設けられ、これら環状微小突起11とポールピース
4の内周面10との間に磁性流体12を存在させてあ
る。
【0006】次にこのような構成の磁性流体シールの作
用について述べる。永久磁石6のN極から出た磁束は、
ポールピース4を通り、ポールピース4の内周面10か
ら回転軸1の環状微小突起11を集中して通り、回転軸
1を経由してS極側の複数条の環状微小突起11よりS
極側のポールピース4を通って永久磁石6のS極に戻
る。
【0007】このような磁束経路を辿ることにより、複
数条の環状微小突起11とポールピース4の内周面10
との間に存在する磁性流体12は集中した磁束によって
回転軸1の回転面とポールピース4の内周面10との間
のギャップにトラップされ、その結果回転軸1の高圧側
と低圧側との圧力差のある両端を気体の漏洩がないよう
にしゃ断し、且つ回転軸1の回転を許容する。
【0008】そして、回転時に撹拌損失により生じる磁
性流体11の発熱は、ポールピース4と永久磁石6の背
面側に形成された冷却用流路9に冷媒を流すことにより
冷却する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述したような磁性流
体シールにおいて、回転軸1を高速で回転させる場合、
回転表面付近の磁性流体12は回転周速にほぼ等しい速
度で回転し、また静止しているポールピース4の内周面
に接している磁性流体12は静止しているため、回転軸
1が回転しているときは磁性流体12に剪断応力が発生
する。
【0010】しかし、この磁性流体12は粘性係数が大
きいため、回転撹拌損失は比較的大きなものとなる。従
って、この回転撹拌損失のため回転軸1を高速回転させ
た場合には、磁性流体12はその温度が上昇する。
【0011】この温度上昇は永久磁石6の背面及びポー
ルピース4中に設けられた冷却用流路9に冷媒を流して
冷却されるが、ポールピース4中の磁束の通過を妨げな
いよう冷却用流路9を設ける必要があるため、冷却用流
路9としてはその断面積を大きくすることが望ましい
が、磁束密度と流路断面積は背反関係にある。
【0012】また、磁性流体12の温度が上昇すると、
酸化鉄等をコロイド状に分散させるための界面活性剤が
破壊したり、磁性流体12中の水、油、エステル又は炭
化水素等のベース液体は蒸発消失して酸化鉄等の微粒子
だけ残るために、密閉性が損なわれ、磁性流体シールの
封止機能が消失するという欠点がある。
【0013】本発明は磁性流体に向かう磁束の通過を妨
げることなく、磁性流体の冷却を良好に行うことができ
る冷却用流路を確保することができる磁性流体シールを
提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、回転軸を支承する軸受と、この軸受の外側
に前記回転軸を包囲するように設けられた円筒状のハウ
ジングと、このハウジング内に軸方向に適宜の間隔を存
して設けられると共に前記ハウジングに支持させ、且つ
背面側に冷却用流路を形成した一対のポールピースと、
これらポールピースの対向面間に把持させて前記回転軸
と同心円上に設けられた複数個の永久磁石と、前記ポー
ルピースの内周面又はこの内周面に対応する回転軸の外
周面の何ずれか一方に設けられた複数条の環状微小突起
と、この環状微小突起と前記回転軸とのギャップに封入
され前記永久磁石により前記回転軸とポールピース間に
形成される磁気回路を通る磁束の作用により前記ギャッ
プを封止する磁性流体とを備え、前記一対のポールピー
スを支持部と軸方向背面側に前記永久磁石から離れるに
従って前記冷却用流路が半径方向に段階的又は連続的に
大きくなるような複数段部又は傾斜面を形成した磁石把
持部により構成したものである。
【0015】
【作用】このような構成の磁性流体シールにあっては、
冷却用流路の半径方向寸法が磁性流体に向かう磁束の通
過を妨げないように永久磁石から離れるに従って大きく
なるので、冷却用流路断面積が従来に比較して大きくな
り、冷媒の通水抵抗が減少し、同一ヘッドならば流量が
増し、さらに拡大伝熱面により冷却効果が向上する。ま
た冷却用流路が磁性流体に向う磁束の通過を妨げないの
で、磁性流体に作用する磁力が低下することもない。
【0016】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明による磁性流体シールの構成例を示
す縦断面図で、図3と同一部分には同一符号を付して示
す。図1において、1は磁性体からなる回転軸、2はこ
の回転軸1を適宜の間隔を存して回転自在に支承する一
対の軸受、3はこの一対の軸受2間を覆うように設けら
れた非磁性体からなるハウジングである。
【0017】上記一対の軸受2間に存する空間部には支
持部41aと軸方向背面側を複数の段形状にした磁石把
持部41bを有する磁性体からなる一対のポールピース
41が軸方向に所定の間隔を存して対称的に配設され、
これらポールピース41の支持部41aはOリング5を
介してハウジング3の内面にそれぞれ取付けられてい
る。
【0018】また、ポールピース41の磁石把持部41
bの対向面間には永久磁石6が挟み込まれ、その外周側
の磁石把持部41bの外周端面間にOリング7を介して
非磁性体からなる連結部材8が取付けられ、これらポー
ルピース41及び連結部材8の背面側とハウジング3と
の間に冷却用流路9が形成されている。
【0019】この場合、ポールピース41の磁石把持部
41bの軸方向背面側には、冷却用流路9が永久磁石6
から離れるに従って半径方向に段階的に大きくなるよう
な段形状に形成されている。
【0020】一方、回転軸1のポールピース41の磁石
把持部41bの内周面10に対応する周面に複数条の環
状微小突起11がそれぞれ設けられ、これら環状微小突
起11とポールピース41の磁石把持部41bの内周面
10との間に磁性流体12を存在させてある。
【0021】このような構成の磁性流体シールにおいて
は、磁石把持部41bの軸方向背面側を複数の段形状に
してポールピース41及び永久磁石6の背面側とハウジ
ング3との間に形成される冷却用流路9が永久磁石6か
ら離れるに従って半径方向に段階的に大きくなるように
したので、従来の構成に比べて冷却用流路の断面積が大
きくなり、冷媒の通水抵抗が減少し、同一ヘッドならば
流量が増し、さらに拡大伝熱面により冷却効果を向上す
る。
【0022】また、冷却用流路を大きくしても永久球磁
6より磁性流体12に向う磁束の通過を妨げないため、
磁性流体に作用する磁力の低下は生じない。なお、上記
実施例では環状微小突起11を回転軸1側に設ける場合
について述べたが、ポールピース41の磁石把持部41
bの内周面側に環状微小突起を設けるようにしてもよ
い。
【0023】また、回転軸1としては非磁性体の回転軸
の外周に磁性体の円筒を嵌込んで構成したもの、さらに
は中実軸、中空軸の何ずれであってもよい。図2は本発
明による磁性流体シールの他の実施例を示す縦断面図
で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【0024】本実施例においては、図2に示すように一
対の軸受2間に存する空間部に支持部42aと軸方向背
面側を傾斜面にした磁石把持部42bを有する磁性体か
らなる一対のポールピース42を軸方向に所定の間隔を
存して対称的に配設して前記実施例と同様に構成したも
のである。
【0025】この場合、磁石把持部42bの軸方向背面
側には、冷却用流路9が永久磁石6から離れるに従って
半径方向に連続的に大きくなるような傾斜面が形成され
ている。
【0026】このような構成の磁性流体シールとして
も、前述した実施例と同様にポールピース42の磁石把
持部42bの内周面10と環状微小突起11間を通過す
る磁束密度が確保されるため、耐圧性能の劣化が生じ
ず、しかも回転軸1が高速回転して磁性流体12に回転
撹拌損失が発生しても効率良くシール冷却を行うことが
できる。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、磁性
流体に向かう磁束の通過を妨げることなく、磁性流体の
冷却を良好に行うことができる冷却用流路を確保するこ
とができる磁性流体シールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による磁性流体シールの一実施例を示す
縦断面図。
【図2】本発明の他の実施例を示す縦断面図。
【図3】従来の磁性流体シールを示す縦断面図。
【符号の説明】
1……回転軸、2……軸受、3……ハウジング、41,
42……ポールピース、41a,42a……支持部、4
1b,42b……磁石把持部、5,7……Oリング、6
……永久磁石、8……連結部材、9……冷却用流路、1
0……磁石把持部の内周面、11……環状微小突起、1
2……磁性流体。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸を支承する軸受と、この軸受の外
    側に前記回転軸を包囲するように設けられた円筒状のハ
    ウジングと、このハウジング内に軸方向に適宜の間隔を
    存して設けられると共に前記ハウジングに支持させ、且
    つ背面側に冷却用流路を形成した一対のポールピース
    と、これらポールピースの対向面間に把持させて前記回
    転軸と同心円上に設けられた複数個の永久磁石と、前記
    ポールピースの内周面又はこの内周面に対応する回転軸
    の外周面の何ずれか一方に設けられた複数条の環状微小
    突起と、この環状微小突起と前記回転軸とのギャップに
    封入され前記永久磁石により前記回転軸とポールピース
    間に形成される磁気回路を通る磁束の作用により前記ギ
    ャップを封止する磁性流体とを備え、前記一対のポール
    ピースを支持部と軸方向背面側に前記永久磁石から離れ
    るに従って前記冷却用流路が半径方向に段階的に大きく
    なるような複数段部を形成した磁石把持部により構成し
    たことを特徴とする磁性流体シール。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の磁性流体シールにおい
    て、一対のポールピースをハウジングに支持するための
    支持部と軸方向背面側に永久磁石から離れるに従って冷
    却用流路が半径方向に連続的に大きくなるような傾斜面
    を形成した磁石把持部により構成したことを特徴とする
    磁性流体シール。
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