JP3719330B2 - 磁性流体を利用した密封装置 - Google Patents
磁性流体を利用した密封装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3719330B2 JP3719330B2 JP18146398A JP18146398A JP3719330B2 JP 3719330 B2 JP3719330 B2 JP 3719330B2 JP 18146398 A JP18146398 A JP 18146398A JP 18146398 A JP18146398 A JP 18146398A JP 3719330 B2 JP3719330 B2 JP 3719330B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic fluid
- sealing device
- holding member
- magnetic
- housing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性流体を利用した密封装置に関し、密封装置の回転軸の導入角度の自由度を大きくし得る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、外部磁場の磁力により、オイル等の流体中に懸濁して存在する磁性体の粒子が磁気吸引され、その位置を保持し得る特性を備えた磁性流体を利用した種々の密封装置がある。
【0003】
図4は、磁性流体を利用した密封装置の基本的な一構成例を示す断面構成説明図である。この密封装置100は非磁性体からなる回転機械のハウジング101と磁性体からなる回転軸102との間の環状隙間103に、磁性体からなる1対の環状のポールピース104を軸方向に相対向させて配設し、かつ両ポールピース104間に軸方向に着磁された環状の磁石105を、その磁力により磁気吸着挟持させている。
【0004】
従って、磁石105、ポールピース104、回転軸102との間には、磁気回路106が形成される。
【0005】
回転軸102の外周面とポールピース104の内周面の間には微小隙間107が形成されており、微小隙間107に磁性流体ML’が充填されている。
【0006】
磁性流体ML’は、磁気回路106により微小隙間107に保持され、この微小隙間107を密封し、ハウジング101と回転軸102との間の環状隙間103を軸方向に分割密封している。
【0007】
図5は、図4の密封装置100の基本的構成を利用し、圧力差のある高圧側H’及び低圧側L’の2領域間にまたがる回転軸201と回転軸201の軸受部203との間の環状隙間204を密封するための構成とした密封装置200の断面構成説明図である。
【0008】
軸受部203は、回転軸201の保持及び密封を行う円筒部203aと、円筒部203aの一方の端部に、内部空間を真空状態(低圧側L’)とする容器202(真空チャンバ等)の開口端部にボルト等により取り付けられるフランジ部203bを備えている。
【0009】
また、軸受部203と回転軸201とはベアリングB1,B2により相対回転運動に対する動的な保持が行われている。
【0010】
そして密封性に関しては、軸受部203の円筒部203a内側に備えられた環状の磁石204により形成される磁気回路MC’に介在させた磁性流体ML’により行っている。
【0011】
磁石204は軸方向に異極(N及びSと図示される)が配されており、軸方向両側には磁石204の磁極となる磁極部材205,206が備えられている。そして、回転軸201の磁極部材205,206に対向する部位に複数本の周方向に連続する凹溝207a,207b,・・・207l及び各凹溝の間の凸条部208a,208b,・・・208jを形成し、磁極部材205,206内周面と各凹溝の間の凸条部208a,208b,・・・の頂面との間隙(それぞれの間隙をステージ部とする)に磁束が集中するように発生させて(すなわち凸条部208a,208b,・・・の頂面で磁束密度が高まるように)、これらの間隙(ステージ部)に磁性流体ML’が保持されて磁性流体シール部を形成するようにしている。
【0012】
形成された磁性流体シール部は、低圧側L’と高圧側H’との間に複数の室209a,209b,・・・209jを形成し、各室の圧力が順次磁性流体シール部の各ステージ部の耐圧範囲内で変化することにより、密封領域の両側で圧力差がある場合においても効果的な密封性を発揮し得るようになっている。
【0013】
尚、210a,210bはベアリングB1,B2を固定する止め輪、211a,211bは円筒部203a内周面側と磁極部材205,206の外周面側との密封性を維持するOリングである。
【0014】
そして、このような構成を備えた密封装置200の磁性流体シール部は、容器202の内部すなわち低圧側L’が減圧され(真空状態)て使用される場合、低圧側L’の圧力と室209aの圧力差が、凸条部208aと磁極部材205の間隙のステージ部に保持されている磁性流体ML’の耐圧限界を越えると、バーストと呼ばれる圧力均衡化現象が一時的に発生して低圧側L’と室209aが導通し、その圧力差が解消されるという現象が発生する。
【0015】
この圧力均衡化現象は、低圧側L’の圧力が下がるにつれて、より高圧側H’のステージ部でも断続的に発生し、低圧側L’の圧力(負圧)が序々に高圧側H’の室へ伝播され、各室の圧力を順次に磁性流体シール部の各ステージ部の耐圧限界内で変化させる分圧化を行なうことにより、圧力差(高圧側H’が一般雰囲気の場合には大気圧)を保持している。
【0016】
尚、低圧側L’が高圧側、高圧側H’が低圧側となる使用条件においても、上記と同様の分圧化が発生し、圧力差を保持することができる。
【0017】
そして、容器202の内部側では、継手を介して従動側シャフトに回転軸201が接続され、回転駆動力を容器202内部へと導入可能としている。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成の密封装置200では、容器202(真空チャンバ等)の開口端部にボルト等により取り付けられるフランジ部203bと円筒部203aは垂直に固定されることが一般的であるため、円筒部203aとベアリングB1,B2により同軸的に支持されている回転軸201の容器202への導入角度(フランジ部203bに対し垂直方向)が限定されてしまう。
【0019】
この場合、容器202内部の所定領域に複数の回転動力を導入する必要がある時、各回転軸の接触を避けるため容器202側の開口端部やフランジ部(ポートと呼ばれることもある)の配置や角度の厳密な設計、また正確な加工や組立が要求され、設計性、加工性、組立性が低くコスト的にも改善の余地があった。
【0020】
また、一度製作した容器202(真空チャンバ等)とそれに対応する密封装置(この場合磁性流体密封装置)の組み合わせは、容器202内部への回転動力の導入角度の変更ができないため、容器202内部を改造する場合に大きな制約を伴うことになり、実質的に容器202を転用することは困難であった。
【0021】
本発明は上記従来技術の問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、磁性流体を利用した密封装置の回転軸の導入角度の自由度が大きく所望の角度に設定可能とする磁性流体を利用した密封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、
ハウジングの内周部と、該内周部に挿通される回転軸に対して配置され、前記回転軸に対して径方向に離れた対向面を有する環状磁極部と、 磁力発生手段により発生された磁束により前記環状磁極部と前記回転軸との間の環状隙間に保持される磁性流体とからなる密封部を有する磁性流体を利用した密封装置において、
前記ハウジングとは独立して構成され、前記密封部を保持する保持部材と、前記保持部材を前記回転軸に支持するための軸受手段と、前記ハウジングの内周部と保持部材とを相対移動自在に密封接続する接続手段と、前記ハウジングに対する保持部材の角度を任意に設定する角度設定手段とを備えたことを特徴とする。
【0023】
これによって、ハウジングとは独立して構成された保持部材によって磁性流体を利用した密封装置の密封部が支持されると共に、角度設定手段により保持部材の角度を任意に設定することが可能となり、ハウジングに対する前記保持部材の角度、すなわち回転軸の角度を任意に設定することが可能となり、装置構成の自由度を高めると共に密封装置取り付け等の際の作業性を向上させる。
【0024】
前記角度設定手段は、前記ハウジング側に取り付けられた関節部を有した固定脚が、保持リングを介して前記保持部材を保持することにより、前記ハウジングと前記保持部材との角度を変更自在とするとよい。
【0025】
これによって、固定脚の角度を関節部で自在に設定することができ、前記保持部材の角度の設定作業が容易となる。
【0026】
前記角度設定手段は、前記保持リングと前記保持部材との間に介在する弾性部材を備えることも好適である。
【0027】
これによって、保持リングと保持部材が固定されてしまうことを防止できるので、ハウジングと保持部材が固定されてしまうことが防止され、密封部を回転軸に追随させることができる。
【0028】
前記接続手段は、ベローズであることも好適である。
【0029】
ベローズによって、ハウジングと保持部材との接続を相対移動自在に行なうことができる。従って、スラスト方向及びラジアル方向の相対移動、ハウジングと保持部材との軸の相対角度の変更等を自在に設定することが可能となる。
【0030】
また、回転軸に追随する保持部材を固定することはなく、回転軸の偏心や振動に対して密封部を追随させることができ、磁性流体が保持される環状隙間は変化しないため、磁性流体によるシールを安定して行なうことができる。また、環状隙間の隙間間隔を狭く設定することが可能となり、この場合には密封部の耐圧をより向上させることが可能となる。
【0031】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は本発明を適用した第1の実施の形態における磁性流体を利用した密封装置41の要部断面構成説明図である。
【0032】
この密封装置41は、例えば、内部を真空状態にするハウジングとしての真空チャンバ(不図示)の外から内部に回転動力を伝達するための回転軸2Cの回転駆動力導入部やその他の回転機械の軸受け部等に備えられるものである。
【0033】
密封装置41における密封部となる磁性流体シール部MS4は、図5と同様に多段構成となっている。また、この密封装置41は、磁性流体シール部MS4を保持するためのスリーブ22が真空チャンバの内周部に対し固定されるフランジ部23とベローズ24を介してフレキシブルに密封接続されている。
【0034】
その他の磁性流体シール部MS4の構成は、図5により説明した密封装置200の磁性流体シール部の構成と同じであるのでここでは簡略的に説明する。
【0035】
25a,25bは磁石26の磁極部材であり、磁気回路MC2を形成している。また、スリーブ22と回転軸2Cとはベアリング27a,27bにより相対回転運動に対する動的な保持が行われている。
【0036】
回転軸22の磁極部材25a,25bに対向する部位に複数本の周方向に連続する凹溝及び各凹溝の間の凸条部を形成し、磁極部材25a,25b内周面と各凹溝の間の凸条部の頂面との間隙(それぞれの間隙をステージ部とする)に磁束が集中するように発生させて(すなわち凸条部の頂面で磁束密度が高まるように)、これらの間隙(ステージ部)に磁性流体MLが保持されて磁性流体シール部MS2を形成している(この構成は、図5の密封装置の磁性流体シール部と同じである)。
【0037】
形成された磁性流体シール部MS4は、低圧側Lと高圧側Hとの間に複数の室を形成し、各室の圧力が順次磁性流体シール部MS4の各ステージ部の耐圧範囲内で変化することにより、密封領域の両側で圧力差がある場合においても効果的な密封性を発揮し得るようになっている。
【0038】
尚、28a,28bはベアリング27a,27bを固定する止め輪、29a,29bはスリーブ22内周面側と磁極部材25a,25bの外周面側との密封性を維持するOリングである。
【0039】
そして、このような構成を備えた密封装置41の磁性流体シール部MS4は、真空チャンバの内部すなわち低圧側Lが減圧され(真空状態)て使用される場合、低圧側Lの圧力と低圧側Lに隣接する室の圧力差が、凸条部と磁極部材の間隙のステージ部に保持されている磁性流体MLの耐圧限界を越えると、バーストと呼ばれる圧力均衡化現象が一時的に発生して低圧側Lと室が導通し、その圧力差が解消されるという現象が発生する。
【0040】
この圧力均衡化現象は、低圧側Lの圧力が下がるにつれて、より高圧側Hのステージ部でも断続的に発生し、低圧側Lの圧力(負圧)が序々に高圧側Hの室へ伝播され、各室の圧力を順次に磁性流体シール部の各ステージ部の耐圧限界内で変化させる分圧化を行なうことにより、圧力差(高圧側Hが一般雰囲気の場合には大気圧)を保持している。
【0041】
このような構成の密封装置41は、回転軸2Cと磁極部材25a,25bとの位置決めを行なうスリーブ22はベアリング27a,27bを介して回転軸22に支持され、回転軸2Cの自重等による過大なラジアル荷重を受けることなく回転軸2Cの偏心や振動に追随可能であり、その結果、回転軸2Cの外周面の凸条部と磁極部材25a,25bの内周面の間のステージ部の隙間間隔は一定に保たれる。
【0042】
磁性流体シール部MS4の低圧側Lでは、スリーブ22とフランジ部23は、ベローズ24によりフレキシブルに密封接続されているので、真空チャンバの真空度の低下を発生させることはない。
【0043】
従って、回転軸2Cの偏心や振動が大きな場合においても密封装置41のシール性能を安定して維持することができる。
【0044】
また、ステージ部の隙間間隔を従来のものより狭く設定することも可能となり、この場合には、密封装置41の磁性流体シール部MS4の耐圧をより向上させることが可能となる。
【0045】
そして、回転軸2Cの取り付け角度に自由度を持たせるために、角度設定手段としての真空チャンバに固定されるフランジ部23から関節部42により所定範囲での角度を変更自在とした固定脚43が図2(図1のV1ーV1矢視図)に示されるような保持リング44を介してスリーブ22を保持している。固定脚43は、好ましくは3本以上であることが望ましい。
【0046】
関節部42は、例えばフランジ部23に設けたピボットであり、また固定脚43と保持リング44の軸方向の位置等を調整して固定するボルト/ナット等の締結手段も関節部として機能させることができる。
【0047】
これによって、回転軸2Cの偏心や振動が大きな場合においても密封装置41のシール性能を安定して維持することができると共に、真空チャンバに対するスリーブ22の角度、すなわち回転軸2Cの導入角度を任意に設定することが可能となり、装置構成の自由度を高めると共に密封装置41の取り付け等の際の作業性を向上させる。
【0048】
尚、固定脚43と保持リング44によるスリーブ22の角度設定により、スリーブ22の回転軸2Cに対する追随性の低下が懸念される場合には、図3に示されるように、保持リング44の内周部にゴム状弾性体による環状の弾性部材45を介在させてスリーブ22が固定されてしまうことを防止し、磁性流体シール部MS4を回転軸2Cに追随させることも可能である。
【0049】
【発明の効果】
上記のように説明された本発明の磁性流体を利用した密封装置によると、ハウジングとは独立して構成された保持部材によって磁性流体を利用した密封装置の密封部が支持されると共に、角度設定手段により保持部材の角度を任意に設定することが可能となり、ハウジングに対する前記保持部材の角度、すなわち回転軸の角度を任意に設定することが可能となり、装置構成の自由度を高めると共に密封装置取り付け等の際の作業性を向上させる。
【0050】
ハウジング側に取り付けられた関節部を有した固定脚が、保持リングを介して保持部材を保持することにより、ハウジングと保持部材との角度を変更自在とすることによって、保持部材の角度の設定作業を容易に行える。
【0051】
保持リングと保持部材との間に介在する弾性部材を備えることによって、保持リングと保持部材が固定されてしまうことを防止でき、ハウジングと保持部材が固定されてしまうことが防止され、密封部を回転軸に追随させることができる。
【0052】
接続手段としてベローズを用いることによって、ハウジングと保持部材との接続を相対移動自在に行なうことができる。従って、スラスト方向及びラジアル方向の相対移動、ハウジングと保持部材との軸の相対角度の変更等を自在に設定することが可能となる。
【0053】
また、回転軸に追随する保持部材を固定することはなく、回転軸の偏心や振動に対して密封部を追随させることができ、磁性流体が保持される環状隙間は変化しないため、磁性流体によるシールを安定して行なうことができる。また、環状隙間の隙間間隔を狭く設定することが可能となり、この場合には密封部の耐圧をより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明を適用した密封装置の第4の実施の形態の断面構成説明図。
【図2】図2は本発明を適用した密封装置の第4の実施の形態の保持リングの図。
【図3】図3は本発明を適用した密封装置の第4の実施の形態の保持リングの図。
【図4】図4は従来の密封装置の断面構成説明図。
【図5】図5は従来の密封装置の断面構成説明図。
【符号の説明】
41 密封装置
2C 回転軸
22 スリーブ(保持手段)
26 磁石(磁力発生手段)
24 ベローズ(接続手段)
29a,29b Oリング
27a,27b ベアリング
23 フランジ部
25a,25b 磁極部材
28a,28b 止め輪
42 関節部
43 固定脚
44 保持リング
45 環状部材
L 低圧側
H 高圧側
MC2 磁気回路
ML 磁性流体
MS4 磁性流体シール部
Claims (4)
- ハウジングの内周部と、該内周部に挿通される回転軸に対して配置され、前記回転軸に対して径方向に離れた対向面を有する環状磁極部と、
磁力発生手段により発生された磁束により前記環状磁極部と前記回転軸との間の環状隙間に保持される磁性流体とからなる密封部を有する磁性流体を利用した密封装置において、
前記ハウジングとは独立して構成され、前記密封部を保持する保持部材と、前記保持部材を前記回転軸に支持するための軸受手段と、前記ハウジングの内周部と保持部材とを相対移動自在に密封接続する接続手段と、前記ハウジングに対する保持部材の角度を任意に設定する角度設定手段とを備えたことを特徴とする磁性流体を利用した密封装置。 - 前記角度設定手段は、前記ハウジング側に取り付けられた関節部を有した固定脚が、保持リングを介して前記保持部材を保持することにより、前記ハウジングと前記保持部材との角度を変更自在としたことを特徴とする請求項1に記載の磁性流体を利用した密封装置。
- 前記角度設定手段は、前記保持リングと前記保持部材との間に介在する弾性部材を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の磁性流体を利用した密封装置。
- 前記接続手段は、ベローズであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の磁性流体を利用した密封装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18146398A JP3719330B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 磁性流体を利用した密封装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18146398A JP3719330B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 磁性流体を利用した密封装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000002339A JP2000002339A (ja) | 2000-01-07 |
JP3719330B2 true JP3719330B2 (ja) | 2005-11-24 |
Family
ID=16101206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18146398A Expired - Fee Related JP3719330B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 磁性流体を利用した密封装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3719330B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103148220A (zh) * | 2013-03-27 | 2013-06-12 | 北京交通大学 | 一种磁性液体旋转密封装置 |
KR20200012966A (ko) * | 2017-07-18 | 2020-02-05 | 이구루코교 가부시기가이샤 | 축봉 장치 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003065443A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-05 | Nok Corp | 密封装置 |
JP2003126291A (ja) | 2001-10-19 | 2003-05-07 | Konami Co Ltd | 運動支援制御方法及び運動支援装置 |
CN101420147B (zh) * | 2008-12-08 | 2010-09-29 | 北京交通大学 | 雕铣磨削电主轴密封结构 |
KR101648921B1 (ko) * | 2012-06-14 | 2016-08-17 | 이글 고오교 가부시키가이샤 | 자성유체실링 |
KR101564341B1 (ko) | 2014-04-07 | 2015-11-09 | (주)코리아멀티테크 | 자성 유체 씰링 장치 |
CN105202198B (zh) * | 2015-09-18 | 2017-09-22 | 北京化工大学 | 柔性极靴磁流体密封装置 |
CN108869753A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-11-23 | 广西科技大学 | 一种磁流体密封结构 |
CN112628279B (zh) | 2020-12-24 | 2021-12-14 | 清华大学 | 用于摆动轴的磁性液体密封装置 |
CN114198504B (zh) * | 2021-10-09 | 2024-01-16 | 温州大学 | 用于偏心工况的磁源补偿磁性液体密封装置及去偏心方法 |
-
1998
- 1998-06-12 JP JP18146398A patent/JP3719330B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103148220A (zh) * | 2013-03-27 | 2013-06-12 | 北京交通大学 | 一种磁性液体旋转密封装置 |
CN103148220B (zh) * | 2013-03-27 | 2016-08-24 | 北京交通大学 | 一种磁性液体旋转密封装置 |
KR20200012966A (ko) * | 2017-07-18 | 2020-02-05 | 이구루코교 가부시기가이샤 | 축봉 장치 |
KR102407099B1 (ko) | 2017-07-18 | 2022-06-10 | 이구루코교 가부시기가이샤 | 축봉 장치 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000002339A (ja) | 2000-01-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3719330B2 (ja) | 磁性流体を利用した密封装置 | |
JPS6237278B2 (ja) | ||
EP0182652B1 (en) | Rotary driving device used for rotary actuator | |
JP2000002338A (ja) | 磁性流体を利用した密封装置 | |
EP0105616A2 (en) | Magnetic rotary seal | |
CN206320304U (zh) | 同心多轴磁流体密封结构 | |
US3682518A (en) | Magnetic fluid bearing | |
JPH1089490A (ja) | 磁性流体を利用した密封装置 | |
JPH1194095A (ja) | 磁性流体を利用した密封装置 | |
JP3013264B2 (ja) | 磁気浮上アクチュエータ | |
JPS6040871A (ja) | 磁性流体を用いたシ−ル機構 | |
JPS648228B2 (ja) | ||
JP4140309B2 (ja) | 磁性流体を利用した密封装置 | |
JP2597618Y2 (ja) | 磁性流体シール装置 | |
JPH0384267A (ja) | 磁性流体を保持するシール装置またはすべり軸受装置 | |
JPS63214578A (ja) | 磁性流体シ−ルユニツト | |
JPS6340652Y2 (ja) | ||
JPH0518494Y2 (ja) | ||
JP2003343742A (ja) | 磁性流体を利用した密封装置 | |
JP3099032B2 (ja) | ラジアル磁気軸受 | |
JPH0624578Y2 (ja) | 磁気軸受装置 | |
JPS60155066A (ja) | 磁性流体を用いたシ−ル構造 | |
JPH051692Y2 (ja) | ||
JPH01126474A (ja) | 磁性流体シール | |
JPH0262407A (ja) | 磁石式シリンダ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050322 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050517 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050817 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050830 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090916 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100916 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |