JP5748155B2 - 磁性流体を利用したシール装置 - Google Patents
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Description
本発明は、釣具、半導体製造装置、産業機器などの各種装置の軸封止部に用いられる磁性流体を利用したシール装置に関する。
長寿命かつクリーンな高性能シール装置として、磁性流体シール装置が知られている。この磁性流体シール装置は、省メンテナンスで清浄な雰囲気が得られる軸封機構が必要とされる半導体や液晶等の製造工程や、各種コーティング・エッチング工程において、真空中へ回転駆動力の導入を行うための真空シール、軸受からのオイルミスト等がクリーンなエリアへ侵入するのを防止するための防塵シール、あるいはガスシール等に広く使用されている。
図５は、このような磁性流体を利用した一従来例としての密封装置の断面構成を説明する図である（以下、「従来技術１」という。例えば、特許文献１参照。）。
この磁性流体軸封装置５０は、プロセス室６０を形成する壁５１に円筒状のケーシング５２を有している。この磁性流体軸封装置５０は、例えば、機外側Ａが比較的塵の多い状態下において機内側Ｌを塵の少ないクリーン状態すなわち防塵状態に保持したりものである。
ケーシング５２は、プロセス室６０の内外にわたって延びる回転軸５３を取り囲んでいる。ケーシング５２の内部に、磁性材料によって形成されていて回転軸５３を中心とする円環状の主ポールピース５４と、その主ポールピース５４の右側に位置していて同じく回転軸５３を中心とする円環状の副ポールピース５５とが格納されている。主ポールピース５４と副ポールピース５５との間には、回転軸５３を中心とする円環状の磁石５６が設けられている。
主ポールピース５４と副ポールピース５５との間にリング部材５７を収納するための凹溝５８を形成している。
この磁性流体軸封装置５０は、プロセス室６０を形成する壁５１に円筒状のケーシング５２を有している。この磁性流体軸封装置５０は、例えば、機外側Ａが比較的塵の多い状態下において機内側Ｌを塵の少ないクリーン状態すなわち防塵状態に保持したりものである。
ケーシング５２は、プロセス室６０の内外にわたって延びる回転軸５３を取り囲んでいる。ケーシング５２の内部に、磁性材料によって形成されていて回転軸５３を中心とする円環状の主ポールピース５４と、その主ポールピース５４の右側に位置していて同じく回転軸５３を中心とする円環状の副ポールピース５５とが格納されている。主ポールピース５４と副ポールピース５５との間には、回転軸５３を中心とする円環状の磁石５６が設けられている。
主ポールピース５４と副ポールピース５５との間にリング部材５７を収納するための凹溝５８を形成している。
主ポールピース５４の内周面と回転軸５３の外周表面の間及び副ポールピース５５の内周面と回転軸５３との間にはわずかの隙間が形成されており、その隙間内に磁性流体が注入されている。磁石５６から出る磁力線は矢印Ｂで示すように、主ポールピース５４、回転軸５３、そして副ポールピース５５を通って磁石３へ戻る磁気閉回路を形成し、その磁力線に磁性流体が集束して磁性流体膜５９が形成されている。
磁性流体軸封装置５０は以上のように構成されているので、機外側Ａと機内側Ｌとの間の環境変化、例えば圧力差、塵の多少、ガス雰囲気の変化等が、回転軸５３に圧力下で接触するリング部材５７及び各磁性流体膜５９によって保持される。
磁性流体軸封装置５０は以上のように構成されているので、機外側Ａと機内側Ｌとの間の環境変化、例えば圧力差、塵の多少、ガス雰囲気の変化等が、回転軸５３に圧力下で接触するリング部材５７及び各磁性流体膜５９によって保持される。
ところが、従来技術１の磁性流体軸封装置５０では、衝撃や振動等により磁性流体が回転軸５３の外周部の隙間を通って機外側Ａあるいは機内側Ｌに飛散してしまうという問題があった。このような飛散によって磁性流体が漏出されると、磁性流体シールとしての機能が損なわれたり、機外側Ａあるいは機内側Ｌを汚染することになるので、防止する必要がある。
図６は、磁性流体の漏洩を防止するための手段を備えた磁性流体シール構造の断面構成を説明する図である（以下、「従来技術２」という。例えば、特許文献２参照。）。
この磁性流体シール７０は、ハブ７１の内周部に固定された磁石７２と、この磁石７２の軸方向両側端面を軸方向に挾み込んだ一対のポールピース（磁極片）７３、７３とを有しており、ポールピース７３の内周端縁部に、磁性流体７４が保持されている。
一方、軸７５の軸端部分（図示左端部分）には、上記磁性流体シール７０に対面するように磁性リング７６が嵌着されている。この磁性リング７６は、磁性流体７４が接触可能な位置に配置されているとともに、磁性流体シール７０の磁気回路を構成するように所定の透磁性体から形成されている。これによって磁性流体７４は、上記磁性リング７６の外周面に密着し、軸７５とハブ７１との間の開口部が耐圧的に封止され、潤滑オイル等の外部漏洩が防止されるとともに、モータ外部側からの塵芥等の侵入が防止されるように構成されている。
この磁性流体シール７０は、ハブ７１の内周部に固定された磁石７２と、この磁石７２の軸方向両側端面を軸方向に挾み込んだ一対のポールピース（磁極片）７３、７３とを有しており、ポールピース７３の内周端縁部に、磁性流体７４が保持されている。
一方、軸７５の軸端部分（図示左端部分）には、上記磁性流体シール７０に対面するように磁性リング７６が嵌着されている。この磁性リング７６は、磁性流体７４が接触可能な位置に配置されているとともに、磁性流体シール７０の磁気回路を構成するように所定の透磁性体から形成されている。これによって磁性流体７４は、上記磁性リング７６の外周面に密着し、軸７５とハブ７１との間の開口部が耐圧的に封止され、潤滑オイル等の外部漏洩が防止されるとともに、モータ外部側からの塵芥等の侵入が防止されるように構成されている。
さらに上記磁性流体シール７０の機外側Ａには、磁性流体７４の外部飛散を防止するための漏れ防止カバー７７が配置されている。漏れ防止カバー７７は、磁性流体７４を、機外側Ａから完全に閉塞するように構成されており、軸方向内側壁面と、磁性リング７６の軸端面には、撥油剤７８が塗布されている。
このような磁性流体シール構造では、衝撃や振動等により磁性流体シール７０から磁性流体７４が漏洩した場合であっても、その漏洩磁性流体７９は、まず漏れ防止カバー７７の閉塞壁面により塞き止められ、上記撥油剤７８の表面張力作用によって、漏洩磁性流体７９は油滴化し散逸することなく一体の塊となる。そして回転の遠心力によって外方に飛ばされ、磁性流体貯溜部８０内に速やかに移動される。
従来技術２では、磁性流体の漏洩を防止することができるが、その構造からしてシール部分の組立時にポールピース７３、７３の部分に磁性流体７４を注入することはできない。また、シール部分を装置に組込んだ後に、磁性流体７４を外方から注入するには、漏れ防止カバー７７が邪魔になり困難であるという問題があった。
また、従来技術１及び従来技術２では、シール部品の交換について考慮されていないため、部品の交換が難しいという問題もあった。
さらに、従来技術２では、軽微なダストやガスのシールができるのみで、ミストや液体をシールすることができないという問題があった。
なお、ミストや液体のシールにはオイルシールがあるが、トルクが高いという欠点がある。
また、従来技術１及び従来技術２では、シール部品の交換について考慮されていないため、部品の交換が難しいという問題もあった。
さらに、従来技術２では、軽微なダストやガスのシールができるのみで、ミストや液体をシールすることができないという問題があった。
なお、ミストや液体のシールにはオイルシールがあるが、トルクが高いという欠点がある。
図７は、ミストや液体をシールすることのできる磁性流体シール装置の断面構成を説明する図である（以下、「従来技術３」という。例えば、特許文献３参照。）。
この磁性流体シール装置８０は、互いに同心的で相対回転自在に組付けられる２部材としての非磁性材のハウジング８１とハウジング８１内に挿入される非磁性材の軸８２間の隙間をシールするものである。
磁性流体シール装置８０は、軸方向に着磁した磁力源としての永久磁石８３と、その永久磁石８３の両側に配置された一対の磁極片としてのヨーク８４と、ヨーク８４とハウジング８１内周に固定されるスリーブ８５を介してシールすべきハウジング８１との間に有する微小間隙８６内に磁気吸着力によって保持される磁性流体８７と、から成る磁性流体シール部材８０Ａと、軸８２に固定されて軸８２と共回りする回転体８８と、その回転体８８の外径側に設けられるラビリンスシール部８９と、から成るラビリンスシール構成部８０Ｂとから構成され、ラビリンス併用タイプ磁性流体シール装置となっている。
この磁性流体シール装置８０は、互いに同心的で相対回転自在に組付けられる２部材としての非磁性材のハウジング８１とハウジング８１内に挿入される非磁性材の軸８２間の隙間をシールするものである。
磁性流体シール装置８０は、軸方向に着磁した磁力源としての永久磁石８３と、その永久磁石８３の両側に配置された一対の磁極片としてのヨーク８４と、ヨーク８４とハウジング８１内周に固定されるスリーブ８５を介してシールすべきハウジング８１との間に有する微小間隙８６内に磁気吸着力によって保持される磁性流体８７と、から成る磁性流体シール部材８０Ａと、軸８２に固定されて軸８２と共回りする回転体８８と、その回転体８８の外径側に設けられるラビリンスシール部８９と、から成るラビリンスシール構成部８０Ｂとから構成され、ラビリンス併用タイプ磁性流体シール装置となっている。
上記構成の磁性流体シール装置にあっては、磁性流体シール部８０Ａの両方の外側で、外径側にラビリンスシール構成部８０Ｂによるラビリンスシール部８９を設けたので、シール対象側に向って若干の油，水等のダストＯＬが来た場合でも、軸８２の回転時にラビリンスシール部８９を備えた回転体８８も共回りすることから、遠心力の作用により油や水等のダストＯＬをふり切る効果を奏し、磁性流体シール部８０Ａへの油や水等のダストＯＬの侵入を防止することができ、機内側Ｌからのオイルミストやグリースおよび機外側Ａからの油，水等のシールを可能とすることができる。
しかし、従来技術３では、ミストや液体をシールすることができるものの、従来技術１及び従来技術２と同様、その構造からしてシール部分の組立時にポールピース８４の部分に磁性流体８７を注入することはできない。また、シール部分を装置に組込んだ後に、磁性流体８７を外方から注入するには、回転体８８が邪魔になり困難であるという問題があった。
また、従来技術３では、従来技術１及び従来技術２と同様、シール部品の交換について考慮されていないため、部品の交換が難しいという問題もあった。
また、従来技術３では、従来技術１及び従来技術２と同様、シール部品の交換について考慮されていないため、部品の交換が難しいという問題もあった。
本発明は、従来技術の有する問題を解決するためになされたものであって、ダスト、ミスト及び液体のシールが可能であり、磁性流体の漏洩を防止し、さらに、装置への組立及び部品交換が容易であるとともに、磁性流体の封入が容易なユニット化されたカートリッジタイプの磁性流体を利用したシール装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第１に、互いに同心的で相対回転自在に組み付けられる２部材間の隙間を封止するものであって、
前記２部材のうち径方向外側の部材に配置された磁力を発生する磁力源と、
前記磁力源の両側に配置された一対の磁極部材と、
前記磁力源の磁力によって、前記２部材間に磁気的に保持されて、前記隙間を密封する磁性流体と、
を有する磁性流体シール部を備えたシール装置において、
前記２部材のうちの径方向内側の部材の外周面に固定され、内側の部材と共回りするフランジ付きスリーブを、前記一対の磁極部材に対向して設け、前記磁力源の径方向内側と一対の磁極部材とで形成される環状空間にパッキンを配置し、 前記パッキンは、前記フランジ付きスリーブの外周面に摺動するように前記環状空間に設けられており、前記磁性流体シール部、パッキン及びフランジ付きスリーブがユニット化されていることを特徴としている。
前記２部材のうち径方向外側の部材に配置された磁力を発生する磁力源と、
前記磁力源の両側に配置された一対の磁極部材と、
前記磁力源の磁力によって、前記２部材間に磁気的に保持されて、前記隙間を密封する磁性流体と、
を有する磁性流体シール部を備えたシール装置において、
前記２部材のうちの径方向内側の部材の外周面に固定され、内側の部材と共回りするフランジ付きスリーブを、前記一対の磁極部材に対向して設け、前記磁力源の径方向内側と一対の磁極部材とで形成される環状空間にパッキンを配置し、 前記パッキンは、前記フランジ付きスリーブの外周面に摺動するように前記環状空間に設けられており、前記磁性流体シール部、パッキン及びフランジ付きスリーブがユニット化されていることを特徴としている。
第１の特徴により、ダスト、ミスト及び液体のシールが可能であるとともに、磁性流体の漏洩を防止し、さらに、装置への組立及び部品交換が容易であるとともに、磁性流体の封入が容易なカートリッジタイプの磁性流体を利用したシール装置を提供することができる。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第２に、第１の特徴において、第前記フランジ付きスリーブは、円筒状のスリーブ本体部と、前記スリーブ本体部の機外側に設けられる外向きフランジ部と、機内側に設けられる内向きフランジ部及び外向きフランジ部から構成されることを特徴としている。
第２の特徴により、外向きフランジ部で漏洩する磁性流体を防止することができる。また、内向きフランジ部で内側の部材に対して確実に位置決め及び装着を行うことができる。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第３に、第２の特徴において、前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部、機外側の外向きフランジ部及び機内側の内向きフランジ部は一体に形成され、機内側の外向きフランジ部は別体に形成されることを特徴としている。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第４に、第２の特徴において、前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部及び機内側の内向きフランジ部は一体に形成され、機外側の外向きフランジ部及び機内側の外向きフランジ部は別体に形成されることを特徴としている。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第５に、第２の特徴において、前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部と、機外側の外向きフランジ部、機内側の外向きフランジ部及び機内側の内向きフランジ部とは別体に形成されることを特徴としている。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第４に、第２の特徴において、前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部及び機内側の内向きフランジ部は一体に形成され、機外側の外向きフランジ部及び機内側の外向きフランジ部は別体に形成されることを特徴としている。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第５に、第２の特徴において、前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部と、機外側の外向きフランジ部、機内側の外向きフランジ部及び機内側の内向きフランジ部とは別体に形成されることを特徴としている。
第３ないし第５の特徴により、フランジ付きスリーブの製作が容易であり、また、機内側の外向きフランジ部を後付することにより、シール装置の組立てを容易に行うことができる。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第６に、第２ないし第５のいずれかの特徴において、前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部及び機外側の外向きフランジ部は磁性材料で形成され、機内側の外向きフランジ部は非磁性材料で形成されることを特徴としている。
第６の特徴により、万一、衝撃などで漏れ出した磁性流体を外向きフランジ部の先端でトラップすることができる。また、機内側Ｌの外向きフランジ部付近においては漏れ出してきた磁性流体をトラップすることができないが、磁性流体の漏れ防止の役割を果たすことができ、漏れが防止された機内側Ｌの外向きフランジ部付近にある磁性流体は、多少の時間はかかるものの磁極部材の内周側端部に生じる強い磁場に引きつけられて戻される。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第７に、第２ないし第６のいずれかの特徴において、前記フランジ付きスリーブの機外側の外向きフランジ部及び機内側の外向きフランジ部の外縁に磁極部材側に向けて折り曲げられた折曲部が設けられることを特徴としている。
第７の特徴により、磁力源、一対の磁極部材及び磁性流体からなる磁性流体シール部並びにＸリングと、フランジ付きスリーブとの相対的な移動を防止することができる。トラック輸送などにおいて強い衝撃を受けた場合でも、磁性流体シール部及びＸリングとフランジ付きスリーブとがずれることはないため、特別な梱包部材を準備する必要はなく、梱包作業も容易に行うことができる。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第８に、第１ないし第７のいずれかの特徴において、前記磁力源とパッキンとの間には非磁性材料からなる隔壁が設けられることを特徴としている。
第８の特徴により、磁極部材の平行度を出すことができ、また、パッキンに適切な締め代を持たせるための位置決めを確実に行うことができる。
また、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、第９に、第１ないし第８のいずれかの特徴において、パッキンがＸリングからなることを特徴としている。
第９の特徴により、パッキンの摺動部近傍に潤滑剤としての磁性流体を保持することができるため、密封及び潤滑を確実に行うことができる。
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）２部材のうちの径方向内側の部材の外周面に固定され、内側の部材と共回りするフランジ付きスリーブを、一対の磁極部材に対向して設け、磁力源の径方向内側と一対の磁極部材とで形成される環状空間にパッキンを配置し、パッキンは、フランジ付きスリーブの外周面に摺動するように環状空間に設けられており、磁性流体シール部、パッキン及びフランジ付きスリーブがユニット化されていることにより、ダスト、ミスト及び液体のシールが可能であるとともに、磁性流体の漏洩を防止し、さらに、装置への組立及び部品交換が容易であるとともに、磁性流体の封入が容易なカートリッジタイプの磁性流体を利用したシール装置を提供することができる。
（１）２部材のうちの径方向内側の部材の外周面に固定され、内側の部材と共回りするフランジ付きスリーブを、一対の磁極部材に対向して設け、磁力源の径方向内側と一対の磁極部材とで形成される環状空間にパッキンを配置し、パッキンは、フランジ付きスリーブの外周面に摺動するように環状空間に設けられており、磁性流体シール部、パッキン及びフランジ付きスリーブがユニット化されていることにより、ダスト、ミスト及び液体のシールが可能であるとともに、磁性流体の漏洩を防止し、さらに、装置への組立及び部品交換が容易であるとともに、磁性流体の封入が容易なカートリッジタイプの磁性流体を利用したシール装置を提供することができる。
（２）フランジ付きスリーブが、円筒状のスリーブ本体部と、前記スリーブ本体部の機外側に設けられる外向きフランジ部と、機内側に設けられる内向きフランジ部及び外向きフランジ部から構成されることにより、外向きフランジ部で漏洩する磁性流体を防止することができる。また、内向きフランジ部で内側の部材に対して確実に位置決め及び装着を行うことができる。
また、フランジ付きスリーブのスリーブ本体部、機外側の外向きフランジ部、機内側の外向きフランジ部及び機内側の内向きフランジ部を、一体又は別体で形成することにより、フランジ付きスリーブの製作が容易であり、また、機内側の外向きフランジ部を後付することにより、シール装置の組立てを容易に行うことができる。
（３）フランジ付きスリーブのスリーブ本体部及び機外側の外向きフランジ部は磁性材料で形成され、機内側の外向きフランジ部は非磁性材料で形成されることにより、万一、衝撃などで漏れ出した磁性流体を外向きフランジ部の先端でトラップすることができる。また、機内側Ｌの外向きフランジ部付近においては漏れ出してきた磁性流体をトラップすることができないが、磁性流体の漏れ防止の役割を果たすことができ、漏れが防止された機内側Ｌの外向きフランジ部付近の磁性流体は、多少の時間はかかるものの磁極部材の内周側端部に生じる強い磁場に引きつけられて戻される。
また、フランジ付きスリーブのスリーブ本体部、機外側の外向きフランジ部、機内側の外向きフランジ部及び機内側の内向きフランジ部を、一体又は別体で形成することにより、フランジ付きスリーブの製作が容易であり、また、機内側の外向きフランジ部を後付することにより、シール装置の組立てを容易に行うことができる。
（３）フランジ付きスリーブのスリーブ本体部及び機外側の外向きフランジ部は磁性材料で形成され、機内側の外向きフランジ部は非磁性材料で形成されることにより、万一、衝撃などで漏れ出した磁性流体を外向きフランジ部の先端でトラップすることができる。また、機内側Ｌの外向きフランジ部付近においては漏れ出してきた磁性流体をトラップすることができないが、磁性流体の漏れ防止の役割を果たすことができ、漏れが防止された機内側Ｌの外向きフランジ部付近の磁性流体は、多少の時間はかかるものの磁極部材の内周側端部に生じる強い磁場に引きつけられて戻される。
（４）フランジ付きスリーブの機外側の外向きフランジ部及び機内側の外向きフランジ部の外縁に磁極部材側に向けて折り曲げられた折曲部が形成されることにより、磁力源、一対の磁極部材及び磁性流体からなる磁性流体シール部並びにＸリングと、フランジ付きスリーブとの相対的な移動を防止することができる。トラック輸送などにおいて強い衝撃を受けた場合でも、磁性流体シール部及びＸリングとフランジ付きスリーブとがずれることはないため、特別な梱包部材を準備する必要はなく、梱包作業も容易に行うことができる。
（５）磁力源とパッキンとの間には非磁性材料からなる隔壁が設けられることにより、磁極部材の平行度を出すことができ、また、パッキンに適切な締め代を持たせるための位置決めを確実に行うことができる。
（６）パッキンがＸリングからなることにより、パッキンの摺動部近傍に潤滑剤としての磁性流体を保持することができるため、密封及び潤滑を確実に行うことができる。
（５）磁力源とパッキンとの間には非磁性材料からなる隔壁が設けられることにより、磁極部材の平行度を出すことができ、また、パッキンに適切な締め代を持たせるための位置決めを確実に行うことができる。
（６）パッキンがＸリングからなることにより、パッキンの摺動部近傍に潤滑剤としての磁性流体を保持することができるため、密封及び潤滑を確実に行うことができる。
本発明に係る磁性流体を利用したシール装置を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の実施の形態１に係る磁性流体を利用したシール装置を機器に装着した状態を示す模式的断面図である。
磁性流体を利用したシール装置１（以下、単に「シール装置」ということがある。）は、機外側Ａ（例えば、大気側 ）及び機内側Ｌ（例えば、釣用リールの内部側）の２領域間にまたがる回転軸２と支持部材３との間に備えられる。
支持部材３は、非磁性体であり、回転軸２の保持及び密封を行う円筒部４と、円筒部４の機外側Ａに、シール装置１を保持するフランジ部５を備えている。
支持部材３の円筒部４と回転軸２との間にはベアリング１１、１１が設けられ、回転軸２を回転自在に支持している。
図１は、本発明の実施の形態１に係る磁性流体を利用したシール装置を機器に装着した状態を示す模式的断面図である。
磁性流体を利用したシール装置１（以下、単に「シール装置」ということがある。）は、機外側Ａ（例えば、大気側 ）及び機内側Ｌ（例えば、釣用リールの内部側）の２領域間にまたがる回転軸２と支持部材３との間に備えられる。
支持部材３は、非磁性体であり、回転軸２の保持及び密封を行う円筒部４と、円筒部４の機外側Ａに、シール装置１を保持するフランジ部５を備えている。
支持部材３の円筒部４と回転軸２との間にはベアリング１１、１１が設けられ、回転軸２を回転自在に支持している。
支持部材３のフランジ部５は、半径方向に拡がる円盤状部５−１と軸方向に延びる大径円筒部５−２からなり、円盤状部５−１と大径円筒部５−２とで形成されるフランジ部の環状空間６にシール装置１が収容される。
支持部材３の大径円筒部５−２の外周面には雄螺子部７が形成され、この雄螺子部７に断面Ｌ型の押さえリング８が螺合するようになっている。押さえリング８とシール装置１の機外側Ａ側面との間には円環状のスペーサ９が配置されるようになっており、押さえリング８を軸方向に締め付けると、シール装置１はスペーサ９を介して機外側Ａから軸方向に押圧される。
支持部材３の大径円筒部５−２の外周面には雄螺子部７が形成され、この雄螺子部７に断面Ｌ型の押さえリング８が螺合するようになっている。押さえリング８とシール装置１の機外側Ａ側面との間には円環状のスペーサ９が配置されるようになっており、押さえリング８を軸方向に締め付けると、シール装置１はスペーサ９を介して機外側Ａから軸方向に押圧される。
回転軸２には、ベアリング１１、１１の軸方向位置、及び、シール装置１の軸方向位置を位置決めするための鍔部１０が形成されており、鍔部１０の機内側Ｌにはベアリング１１、１１が当接して位置決めされ、鍔部１０の機外側Ａにはシール装置１の後記するフランジ付きスリーブ１７が当接して位置決めされるようになっている。
また、回転軸２の機外側Ａの端部には雄螺子部１２が形成され、雄螺子部１２に螺合するナット１３によりスペーサ１４を介してシール装置１のフランジ付きスリーブ１７が回転軸２の鍔部１０に対して締め付け固定されるようになっている。
また、回転軸２の機外側Ａの端部には雄螺子部１２が形成され、雄螺子部１２に螺合するナット１３によりスペーサ１４を介してシール装置１のフランジ付きスリーブ１７が回転軸２の鍔部１０に対して締め付け固定されるようになっている。
図２は、本発明の実施の形態１に係る磁性流体を利用したシール装置１を示す模式的断面図であり、図２に基づき磁性流体を利用したシール装置１を説明する。
磁性流体を利用したシール装置１は、主として、磁石等の磁力源１５、磁力源１５の両側に配置される一対の磁極部材１６、１６、該一対の磁極部材１６、１６に対向するように回転軸２の外周面に固定され、回転軸２と共回りするフランジ付きスリーブ１７、磁力源１５の径方向内側と一対の磁極部材１６、１６とで形成される環状空間ｓに配置され、フランジ付きスリーブ１７の外周面に摺動する用に設けられるパッキン１８及び磁力源１５の磁力によって磁極部材１６、１６とフランジ付きスリーブ１７間に磁気的に保持されて、両者の隙間を密封する磁性流体１９とから構成されている。
なお、本発明において、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６、及び磁性流体１９から構成される部分を総称して磁性流体シール部という。
磁性流体を利用したシール装置１は、主として、磁石等の磁力源１５、磁力源１５の両側に配置される一対の磁極部材１６、１６、該一対の磁極部材１６、１６に対向するように回転軸２の外周面に固定され、回転軸２と共回りするフランジ付きスリーブ１７、磁力源１５の径方向内側と一対の磁極部材１６、１６とで形成される環状空間ｓに配置され、フランジ付きスリーブ１７の外周面に摺動する用に設けられるパッキン１８及び磁力源１５の磁力によって磁極部材１６、１６とフランジ付きスリーブ１７間に磁気的に保持されて、両者の隙間を密封する磁性流体１９とから構成されている。
なお、本発明において、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６、及び磁性流体１９から構成される部分を総称して磁性流体シール部という。
磁力源１５は、円環状をしており、軸方向に異極が配される。
磁極部材１６は、磁性材料からなり、円環状をしており、半径方向外方の位置に磁力源１５を支持し、半径方向内方の位置にパッキン１８を収容する環状空間ｓを形成するようになっており、磁力源１５の外周側及び内周側に非磁性材料からなる隔壁２０、２１を設ける。隔壁２０、２１は、磁極部材１６の平行度を出すため、及び、支持部材３に対する寸法精度を出すためのものであり、また、隔壁２１はパッキン１８の位置決め（適切な締め代を持たせるための位置決め）の役割を果たすものである。その意味で、外周側の隔壁２０は省略することも可能であるが、内周側の隔壁２１はパッキン１８の位置決めを行う上で必須のものである。
磁極部材１６は、磁性材料からなり、円環状をしており、半径方向外方の位置に磁力源１５を支持し、半径方向内方の位置にパッキン１８を収容する環状空間ｓを形成するようになっており、磁力源１５の外周側及び内周側に非磁性材料からなる隔壁２０、２１を設ける。隔壁２０、２１は、磁極部材１６の平行度を出すため、及び、支持部材３に対する寸法精度を出すためのものであり、また、隔壁２１はパッキン１８の位置決め（適切な締め代を持たせるための位置決め）の役割を果たすものである。その意味で、外周側の隔壁２０は省略することも可能であるが、内周側の隔壁２１はパッキン１８の位置決めを行う上で必須のものである。
フランジ付きスリーブ１７は、製作上及び組立上の要請から、分割して形成されるものであって、円筒状のスリーブ本体部２２と、該スリーブ本体部２２の機外側Ａに設けられる外向きフランジ部２３と、機内側Ｌに設けられる内向きフランジ部２４及び外向きフランジ部２５から構成される。
図２（ａ）では、フランジ付きスリーブ１７のスリーブ本体部２２、機外側Ａの外向きフランジ部２３及び機内側Ｌの内向きフランジ部２４は一体に形成され、機外側Ａの外向きフランジ部２５は別体に形成され、機内側Ｌの外向きフランジ部２５は、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６及びパッキン１８がスリーブ本体部２２に嵌入された後、溶接等の手段で固着される。
図２（ａ）では、フランジ付きスリーブ１７のスリーブ本体部２２、機外側Ａの外向きフランジ部２３及び機内側Ｌの内向きフランジ部２４は一体に形成され、機外側Ａの外向きフランジ部２５は別体に形成され、機内側Ｌの外向きフランジ部２５は、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６及びパッキン１８がスリーブ本体部２２に嵌入された後、溶接等の手段で固着される。
図２（ｂ）では、フランジ付きスリーブ１７のスリーブ本体部２２及び機内側Ｌの内向きフランジ部２４は一体に形成され、機外側Ａの外向きフランジ部２３及び機内側Ｌの外向きフランジ部２５は別体に形成され溶接等の手段で固着されるものであるが、機外側Ａの外向きフランジ部２３あるいは機内側Ｌの外向きフランジ部２５のいずれか一方を先に固着しておき、他方は、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６及びパッキン１８がスリーブ本体部２２に嵌入された後、固着される。
また、図２（ｃ）では、フランジ付きスリーブ１７のスリーブ本体部２２と、機外側Ａの外向きフランジ部２３、機内側Ｌの外向きフランジ部２５及び機内側Ｌの内向きフランジ部２４とは別体に形成され、後に、溶接等の手段で一体的に固着されるものであるが、機外側Ａの外向きフランジ部２３あるいは機内側Ｌの外向きフランジ部２５のいずれか一方を先に固着しておき、他方は磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６及びパッキン１８がスリーブ本体部２２に嵌入された後に固着される。
また、図２（ｃ）では、フランジ付きスリーブ１７のスリーブ本体部２２と、機外側Ａの外向きフランジ部２３、機内側Ｌの外向きフランジ部２５及び機内側Ｌの内向きフランジ部２４とは別体に形成され、後に、溶接等の手段で一体的に固着されるものであるが、機外側Ａの外向きフランジ部２３あるいは機内側Ｌの外向きフランジ部２５のいずれか一方を先に固着しておき、他方は磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６及びパッキン１８がスリーブ本体部２２に嵌入された後に固着される。
フランジ付きスリーブ１７のスリーブ本体部２２は、磁気回路の形成のため磁性材料から形成される。そのため、回転軸２は非磁性材料で形成されてもよい。 また、機外側Ａの外向きフランジ部２３、機内側Ｌの内向きフランジ部２４及び外向きフランジ部２５は磁性材料あるいは非磁性材料のいずれで形成されてもよく、さらに、外向きフランジ部２３、２５は金属材料でなく、ゴム、樹脂などの非金属材料から形成されてもよい。機内側Ｌの内向きフランジ部２４は、フランジ付きスリーブ１７の回転軸２への固定のために利用されるものであるから、金属材料から形成されるのが望ましい。
外向きフランジ部２３、２５は、軸方向において磁極部材１６の外面と約０．５〜１ｍｍ程度の隙間を有するように形成され、磁性流体１９の漏れ防止の役目を果たすものである。さらに、磁性流体１９が漏れては困る側、例えば、機外側Ａの外向きフランジ部２３を磁性材料で形成し、万一、漏出してくる磁性流体１９を外向きフランジ部２３でトラップするようにしてもよい。もちろん、機外側Ａの外向きフランジ部２３及び機内側Ｌの外向きフランジ部２５を磁性材料で形成して、両側において磁性流体１９をトラップするようにしてもよい。
パッキン１８は、環状をしており、フランジ付きスリーブ１７の外周面と摺動して弾性変形することによりミストや液体をシールできるものであればよく、Ｏリングやグランドパッキンでもよい。
本実施の形態１では、磁性流体１９をパッキン１８の潤滑剤として利用する観点から、摺動部近傍に磁性流体１９を保持するに適したＸリングを用いている。
Ｘリングからなるパッキン１８は、断面形状がＸ型の環状リングであり、環状空間ｓの断面の有する矩形形状のそれぞれ隅部に向かって突出する４つの突起２６、２７、２８、２９を有しており、内周側の突起２６と２７は、一対の磁極部材１６、１６とフランジ付きスリーブ１７の外周面との隙間に向かって突出しており、また、内周側の突起２６と２７との間には磁性流体１９を保持できる形状の保持溝３０が形成されている。突起２６、２７の両側の磁性流体１９は、その表面張力により突起２６、２７とフランジ付きスリーブ１７の外周面との摺動部に浸入し、保持溝３０内に貯溜される。そのため、突起２６、２７とフランジ付きスリーブ１７の外周面との摺動部は十分に潤滑される。
本実施の形態１では、磁性流体１９をパッキン１８の潤滑剤として利用する観点から、摺動部近傍に磁性流体１９を保持するに適したＸリングを用いている。
Ｘリングからなるパッキン１８は、断面形状がＸ型の環状リングであり、環状空間ｓの断面の有する矩形形状のそれぞれ隅部に向かって突出する４つの突起２６、２７、２８、２９を有しており、内周側の突起２６と２７は、一対の磁極部材１６、１６とフランジ付きスリーブ１７の外周面との隙間に向かって突出しており、また、内周側の突起２６と２７との間には磁性流体１９を保持できる形状の保持溝３０が形成されている。突起２６、２７の両側の磁性流体１９は、その表面張力により突起２６、２７とフランジ付きスリーブ１７の外周面との摺動部に浸入し、保持溝３０内に貯溜される。そのため、突起２６、２７とフランジ付きスリーブ１７の外周面との摺動部は十分に潤滑される。
本実施の形態１に用いる磁性流体１９は、粒径約５〜５０ｎｍ程度の磁性超微粒子を界面活性剤を使用して溶媒や油（基油）中に分散させたもので、磁力線に沿って移動し磁場にトラップされる特性を有する。本実施の形態１の磁性流体を利用したシール装置１において、磁性流体１９は、フランジ付きスリーブ１７とＸリング１８の摺動面で作用する潤滑剤として用いられており、Ｘリング１８の摺動寿命を延長させる。また、磁性流体１９は、Ｘリング１８とフランジ付きスリーブ１７の摺動面における密封性を確保し、また、摺動面付近での発塵を抑制することができる。
フランジ付きスリーブ１７が回転中心Ｏを中心として回転する際、磁性流体１９は、磁極部材１６、１６とフランジ付きスリーブ１７間に磁気的に保持されて、両者の隙間を密封する。これに加えて、磁性流体１９は、Ｘリング１８の突起２６、２７の先端部付近及び保持溝３０内にも多く保持される。このため、磁性流体１９は、フランジ付きスリーブ１７とＸリング１８と摺動部の潤滑剤としても好適に作用することができる。
図２に示されるように、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６、及び磁性流体１９からなる磁性流体シール部、フランジ付きスリーブ１７及びＸリング１８は、通常、工場における製作時に組立られ、磁性流体１９の注入も行われて出荷される。
このように、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、ユニット化されているところに特徴があり、ユニット化された本発明の磁性流体を利用したシール装置を、他の工場あるいは、現場で装置に取付ける場合には、シール装置１を回転軸２の機外側から挿入し、スペーサ１４を介してナット１３を締め付けることにより、簡単、かつ、確実に装着することができる。また、交換する場合にも、製作工場でユニット化されたシール装置１を現場に運搬してそっくり交換するだけでよく、磁性流体１９の注入を現場において行うというような煩雑な作業も必要ない。
このように、本発明の磁性流体を利用したシール装置は、ユニット化されているところに特徴があり、ユニット化された本発明の磁性流体を利用したシール装置を、他の工場あるいは、現場で装置に取付ける場合には、シール装置１を回転軸２の機外側から挿入し、スペーサ１４を介してナット１３を締め付けることにより、簡単、かつ、確実に装着することができる。また、交換する場合にも、製作工場でユニット化されたシール装置１を現場に運搬してそっくり交換するだけでよく、磁性流体１９の注入を現場において行うというような煩雑な作業も必要ない。
図３は、本発明の実施の形態１に係る磁性流体を利用したシール装置の要部の磁場解析の結果を示す図である。
図３の場合、機外側Ａの外向きフランジ部２３は磁性材料で形成され、機内側Ｌの外向きフランジ部２５は非磁性材料で形成されている。機外側Ａの外向きフランジ部２３の先端において磁力線は密になっており、磁場の強いことは確認できる。そのため、万一、衝撃などで漏出してきた磁性流体１９を外向きフランジ部２３の先端でトラップすることができる。機内側Ｌの外向きフランジ部２５付近においては磁力線が粗であるため漏れ出してきた磁性流体１９をトラップすることができないが、磁性流体の漏れ防止の役割を果たすことができる。機内側Ｌの外向きフランジ部２５付近に漏れ出た磁性流体は、多少の時間はかかるものの磁極部材１６の内周側端部に生じる強い磁場に引きつけられて戻される。
図３の場合、機外側Ａの外向きフランジ部２３は磁性材料で形成され、機内側Ｌの外向きフランジ部２５は非磁性材料で形成されている。機外側Ａの外向きフランジ部２３の先端において磁力線は密になっており、磁場の強いことは確認できる。そのため、万一、衝撃などで漏出してきた磁性流体１９を外向きフランジ部２３の先端でトラップすることができる。機内側Ｌの外向きフランジ部２５付近においては磁力線が粗であるため漏れ出してきた磁性流体１９をトラップすることができないが、磁性流体の漏れ防止の役割を果たすことができる。機内側Ｌの外向きフランジ部２５付近に漏れ出た磁性流体は、多少の時間はかかるものの磁極部材１６の内周側端部に生じる強い磁場に引きつけられて戻される。
〔実施の形態２〕
図４は、本発明の実施の形態２に係る磁性流体を利用したシール装置を示す模式的断面図であって、（ａ）及び（ｂ）の２つの態様を示している。
実施の形態２に係る磁性流体を利用したシール装置４０は、フランジ付きスリーブ４１の形状が、実施の形態１に係る磁性流体を利用したシール装置１に備えられたフランジ付きスリーブ１７の形状と異なる。しかし、その他の部分は実施の形態１に係る磁性流体を利用したシール装置１と同様であり、実施の形態と１と同様の部材には、実施の形態１と同じ部材番号を付している。
図４は、本発明の実施の形態２に係る磁性流体を利用したシール装置を示す模式的断面図であって、（ａ）及び（ｂ）の２つの態様を示している。
実施の形態２に係る磁性流体を利用したシール装置４０は、フランジ付きスリーブ４１の形状が、実施の形態１に係る磁性流体を利用したシール装置１に備えられたフランジ付きスリーブ１７の形状と異なる。しかし、その他の部分は実施の形態１に係る磁性流体を利用したシール装置１と同様であり、実施の形態と１と同様の部材には、実施の形態１と同じ部材番号を付している。
フランジ付きスリーブ４１は、製作上及び組立上の面から、分割して形成されるものであって、円筒状のスリーブ本体部４２と、該スリーブ本体部４２の機外側Ａに設けられる外向きフランジ部４３と、機内側Ｌに設けられる内向きフランジ部４４及び外向きフランジ部４５から構成される点で実施の形態１と同じである。
しかし、実施の形態２では、機外側Ａの外向きフランジ部４３及び機内側Ｌの外向きフランジ部４５の外縁が磁極部材１６、１６側に向けて折り曲げられた折曲部４６、４７を有する点で実施の形態１と相違する。
しかし、実施の形態２では、機外側Ａの外向きフランジ部４３及び機内側Ｌの外向きフランジ部４５の外縁が磁極部材１６、１６側に向けて折り曲げられた折曲部４６、４７を有する点で実施の形態１と相違する。
図４（ａ）では、フランジ付きスリーブ４１のスリーブ本体部４２及び機内側Ｌの内向きフランジ部４４は一体に形成され、機外側Ａの外向きフランジ部４３及び機内側Ｌの外向きフランジ部４５は別体に形成されて溶接等の手段で固着されるものであるが、機外側Ａの外向きフランジ部４３あるいは機内側Ｌの外向きフランジ部４５のいずれか一方を先に固着しておき、他方は、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６及びパッキン１８がスリーブ本体部２２に嵌入された後、固着される。
図４（ｂ）では、フランジ付きスリーブ４１のスリーブ本体部４２、機外側Ａの外向きフランジ部４３及び機内側Ｌの内向きフランジ部４４は一体に形成され、機内側Ｌの外向きフランジ部４５は別体に形成されて溶接等の手段で固着されるものであるが、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６及びパッキン１８をスリーブ本体部４２に嵌入後に行われる。
外向きフランジ部４３及び外向きフランジ部４５の折曲部４６、４７は、磁力源１５、一対の磁極部材１６、１６、及び磁性流体１９からなる磁性流体シール部及びＸリング１８と、フランジ付きスリーブ４１との相対的な移動を防止するためのものである。
Ｘリング１８とフランジ付きスリーブ４１とはきつく嵌合しているため、強い衝撃などを受けない限り、摩擦力によりずれることはない。しかし、ユニット化されたシール装置４０のトラック輸送などにおいて強い衝撃を受けた場合、実施の形態１のように機外側Ａの外向きフランジ部２３、２５と磁極部材１６、１６との間に隙間が存在すると、磁性流体シール部及びＸリング１８とフランジ付きスリーブ４１とがずれる可能性がある。
実施の形態２のように、外向きフランジ部４３、４５の外縁に折曲部４６、４７が設けられていると、磁性流体シール部及びＸリング１８とフランジ付きスリーブ４１とがずれることはない。したがって、特別な梱包部材を準備する必要はなく、梱包作業も容易に行うことができる。
Ｘリング１８とフランジ付きスリーブ４１とはきつく嵌合しているため、強い衝撃などを受けない限り、摩擦力によりずれることはない。しかし、ユニット化されたシール装置４０のトラック輸送などにおいて強い衝撃を受けた場合、実施の形態１のように機外側Ａの外向きフランジ部２３、２５と磁極部材１６、１６との間に隙間が存在すると、磁性流体シール部及びＸリング１８とフランジ付きスリーブ４１とがずれる可能性がある。
実施の形態２のように、外向きフランジ部４３、４５の外縁に折曲部４６、４７が設けられていると、磁性流体シール部及びＸリング１８とフランジ付きスリーブ４１とがずれることはない。したがって、特別な梱包部材を準備する必要はなく、梱包作業も容易に行うことができる。
１ シール装置（実施の形態１）
２ 回転軸
３ 支持部材
４ 円筒部
５ フランジ部
５−１ 円盤状部
５−２ 大径円筒部
６ フランジ部の環状空間
７ 雄螺子部
８ 押さえリング
９ スペーサ
１０ 鍔部
１１ ベアリング
１２ 雄螺子部
１３ ナット
１４ スペーサ
１５ 磁力源
１６ 磁極部材
１７ フランジ付きスリーブ
１８ パッキン
１９ 磁性流体
２０ 隔壁
２１ 隔壁
２２ 円筒状のスリーブ本体部
２３ 機外側の外向きフランジ部
２４ 機内側の内向きフランジ部
２５ 機内側の外向きフランジ部
２６ パッキンの突起
２７ パッキンの突起
２８ パッキンの突起
２９ パッキンの突起
３０ 保持溝
４０ シール装置（実施の形態２）
４１ フランジ付きスリーブ
４２ スリーブ本体部
４３ 機外側の外向きフランジ部
４４ 機内側の内向きフランジ部
４５ 機内側の外向きフランジ部
４６ 折曲部
４７ 折曲部
Ａ 機外側
Ｌ 機内側
Ｏ 回転中心
ｓ 環状空間
２ 回転軸
３ 支持部材
４ 円筒部
５ フランジ部
５−１ 円盤状部
５−２ 大径円筒部
６ フランジ部の環状空間
７ 雄螺子部
８ 押さえリング
９ スペーサ
１０ 鍔部
１１ ベアリング
１２ 雄螺子部
１３ ナット
１４ スペーサ
１５ 磁力源
１６ 磁極部材
１７ フランジ付きスリーブ
１８ パッキン
１９ 磁性流体
２０ 隔壁
２１ 隔壁
２２ 円筒状のスリーブ本体部
２３ 機外側の外向きフランジ部
２４ 機内側の内向きフランジ部
２５ 機内側の外向きフランジ部
２６ パッキンの突起
２７ パッキンの突起
２８ パッキンの突起
２９ パッキンの突起
３０ 保持溝
４０ シール装置（実施の形態２）
４１ フランジ付きスリーブ
４２ スリーブ本体部
４３ 機外側の外向きフランジ部
４４ 機内側の内向きフランジ部
４５ 機内側の外向きフランジ部
４６ 折曲部
４７ 折曲部
Ａ 機外側
Ｌ 機内側
Ｏ 回転中心
ｓ 環状空間
Claims (9)
- 互いに同心的で相対回転自在に組み付けられる２部材間の隙間を封止するものであって、
前記２部材のうち径方向外側の部材に配置された磁力を発生する磁力源と、
前記磁力源の両側に配置された一対の磁極部材と、
前記磁力源の磁力によって、前記２部材間に磁気的に保持されて、前記隙間を密封する磁性流体と、
を有する磁性流体シール部を備えたシール装置において、
前記２部材のうちの径方向内側の部材の外周面に固定され、内側の部材と共回りするフランジ付きスリーブを、前記一対の磁極部材に対向して設け、前記磁力源の径方向内側と一対の磁極部材とで形成される環状空間にパッキンを配置し、 前記パッキンは、前記フランジ付きスリーブの外周面に摺動するように前記環状空間に設けられており、前記磁性流体シール部、パッキン及びフランジ付きスリーブがユニット化されていることを特徴とする磁性流体を利用したシール装置。 - 前記フランジ付きスリーブは、円筒状のスリーブ本体部と、前記スリーブ本体部の機外側に設けられる外向きフランジ部と、機内側に設けられる内向きフランジ部及び外向きフランジ部から構成されることを特徴とする請求項１記載の磁性流体を利用したシール装置。
- 前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部、機外側の外向きフランジ部及び機内側の内向きフランジ部は一体に形成され、機内側の外向きフランジ部は別体に形成されることを特徴とする請求項２記載の磁性流体を利用したシール装置。
- 前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部及び機内側の内向きフランジ部は一体に形成され、機外側の外向きフランジ部及び機内側の外向きフランジ部は別体に形成されることを特徴とする請求項２記載の磁性流体を利用したシール装置。
- 前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部と、機外側の外向きフランジ部、機内側の外向きフランジ部及び機内側の内向きフランジ部とは別体に形成されることを特徴とする請求項２記載の磁性流体を利用したシール装置。
- 前記フランジ付きスリーブのスリーブ本体部及び機外側の外向きフランジ部は磁性材料で形成され、機内側の外向きフランジ部は非磁性材料で形成されることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の磁性流体を利用したシール装置。
- 前記フランジ付きスリーブの機外側の外向きフランジ部及び機内側の外向きフランジ部の外縁に磁極部材側に向けて折り曲げられた折曲部が設けられることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載の磁性流体を利用したシール装置。
- 前記磁力源とパッキンとの間には非磁性材料からなる隔壁が設けられることをを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の磁性流体を利用したシール装置。
- 前記パッキンがＸリングからなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の磁性流体を利用したシール装置。
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