JPH02212682A

JPH02212682A - 磁性流体シール

Info

Publication number: JPH02212682A
Application number: JP1031678A
Authority: JP
Inventors: Naoji Isshiki; 一色　尚次
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1990-08-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は高速回転軸などに用いられる磁性流体シールに
関するものである。

従来の技術軸とこの軸を収容するケーシングとの間のシールとして
、近年、磁気シールが提案されて、いる。

従来のこの種の磁気シールとして、たとえば「工業材料
」第３０巻、第７号、第５４〜５６頁に開示されるもの
があり、以下これを第５図および第６図にもとづいて説
明する。

第５図および第６図において１は回転軸であり、磁石６
を間に挟んだ磁極片にて構成されるケーシング２の内部
に収容されている。回転軸１の外周には環状のフリンジ
３が複数条形成され、またケーシング２の内周面４は円
筒面に形成されている。

フリンジ３の先端外周部とケーシング２の内周面４との
隙間には、磁性流体５が介在されでいる。

このような構成において、フリンジ３を磁束７が通過覆
る磁場を作用させると、このフリンジ３の先端部の磁束
密度が高くなり、磁力によって索引された磁性流体５が
この部分に集中して、フリンジ３の側方より作用する内
部圧力Δｐに抗するシール機能を果たすことになる。

発明が解決しようとり−る課題しかし、このように磁力のみを用いてシール機能を達成
するだけでは、シールダベき内部圧力△ｐが大きくなっ
た場合に磁性流体５のシールが破壊するなどして対応で
きなくなる（ｌｊそれがあるといった問題点があり、た
とえば第５図および第６図に示されるものでは耐えうる
内部圧力△ｐは０．１気圧が限度である。そのため、高
圧シール用のものではフリンジ３の段数をきわめて多く
しなければならないといった問題点がある。

そこで本発明はこのような問題点を解決し、１段のフリ
ンジで大きな内部圧力に耐えることができる磁気流体シ
ールを提供することを目的とプる。

課題を解決するための手段上記目的を達成するため本発明は、回転軸の外周に一条または複数条の環状のフリンジを形
成し、この回転軸の外側に配置ｄ−れてこの回転軸を収容する
ケーシングの内周に、前記各フリンジの先端外周部が入
り込み可能かつフリンジに磁場を印加可能な環状溝を形
成し、前記フリンジの外面と環状溝の内面との隙間に磁性流体
を介在させたものである。

また本発明によれば、フリンジおよび環状溝の横断面の
形状を、それぞれＶ字形に形成づることができる。

さらに本発明によれば、フリンジの表面に複数条の周方
向の溝部を形成して、このフリンジの表面に、環状溝の
内面に近接した細幅の周方向の近接面を複数条形成する
のが好ましい３、作用このような構成によれば、フリンジの回転によってフリ
ンジの外面と環状溝の内面との間の磁性流体もともに回
転し、遠心力にＪ、って外側に強く押しつ（〕られ、隙
間の一゛方より内部圧力が作用ダ−れば磁性流体は反対
方向に押し出されて半径方向の液面高さにヘッド差を生
ずる。

このようになると、磁性流体には磁力による耐圧力性能
とともにヘッド差に作用する遠心力による耐圧力性能も
同時に生じて加算され、しかも高速軸では前者にくらべ
て後者の方が十分大ぎくなるので、従来の磁性流体シー
ルにくらべて大きな内部圧力に対抗可能な磁性流体シー
ルが得られる。

また、フリンジの表面に複数条の周方向の溝部を形成し
て、環状溝の内面に近接した細幅の周方向の近接面を複
数条形成すれば、このような近接面を形成しない場合に
比べ、フリンジにおける環状溝の内面に近接した部分の
面積が小さくなって、摩擦損失が低減される。

実施例第１図は、本発明の第１実施例にもとづくＶ帯磁性流体
シールのｔＩ４ｍを承り。ここでづ１は回転軸であり、
イの外周には二段の環状のフリンジ１２が形成されてい
る。フリンジ１２は、その先端外周部が先細り状となる
Ｖ字形の断面形状を有するように構成されている。回転
軸１１はケーシング１４の内部に収容され、このケーシ
ング１４は、磁石２１を間に挟んだ磁極片にて形成され
るとともに、その内周面１３が円筒状に形成されている
。これにより、図示のような磁束１９を有した磁場が形
成されている。このケーシング１４には、回転軸１１の
フリンジ１２に対応づ゛る位置に、このフリンジ１２の
先端外周部が入り込む環状ＷＩｉ１５が形成されている
。この環状溝１５は、フリンジ１２の断面形状に対応し
て、■字状の断面形状に形成されている。フリンジ１２
の先端外周部と環状溝１５との隙間には、磁性流体１６
が介在されている。

次に上記構成にもとづくシール効果を、第６図に示づ′
従来例の場合のシール効果との対比のうえで説明Ｊる。

まず第６図にもとづき、従来例にお（プる磁気的な体積
力の強さについて説明覆る。いま、磁性流体５の＠Ｗを
２開、その密度γを２０００１（ｇ／ｍどじで、この磁
性流体５が０．１Ｋｇ／ｃ〆の耐圧を有づるのに必要な
体積力Ｘは、重力加速度を９としてすなわちＸＯ，１ｘ　１０４（ＫＦＩ／　ｒｄ、　）　　−２００
０ｘ−Ｘ　２　Ｘ　１０−３より、づ−なわち重力加速度の２５０倍となる。

次に第１図にもとづき、本発明において遠心力により生
じる体積力の強さについて説明する。ここで、第１図に
示すように、内部圧力△ｐが作用７ると、環状溝１５に
入り込んだフリンジ１２の先端部にｄ５１＝プる内部圧
力△ｐの作用側とその反対側とでは、この内部圧力△ｐ
にもとづき、磁性流体１ｂに回転軸１１のラジアル方向
のヘッド差Δｈが生じる。いま、回転軸１１の直径Ｙが
２　ｃｍ　％その回転数が１２０００ｒｐｎ＋であると
すると、その周上の遠心力の加速度Ｙ〔よ、接線方向の
速度をＵとして、Ｙ＝　１６０９ｇとなる。したがって、遠心力による体積力は、磁力のそ
れの約６．５倍となることが示される。泪紳によれば、
もしヘッド差△ｈが５　ｍｔｎあれば、遠心力と磁力ど
の含射で、実に１．８ａｔａの内部圧力△ｐに耐えるこ
とが可能になる。よって、従来のものと同等の耐内部圧
力性を得ようとターると、フリンジ１２の段数ははるか
に少なくてよいことになる。

第２図〜第４図は本発明の第２実施例にもとづくツリー
型磁性流体シールの構造を示す。ここでは、フリンジ１
２の面積に複数条の周方向の溝部１７を形成ザることに
より、環状溝１５の内面に近接した細幅の周方向の近接
面１８が複数条形成されている。磁性流体１６は、溝部
１７を含めたフリンジ１２と環状溝１５との隙間に介在
されている。また、内部圧力△ｐによりヘッド差△ｈが
生じている。

この第２実施例の磁気流体シールを上、述の第１実施例
のものと比較すると、いまヘッド差Δｈが同じで、かつ
遠心力の加速度Ｙが等し【ブれば、この遠心力にもとづ
く耐圧性は、第１実施例のＶ型と第２実施例のツリー型
でほぼ同等である。

しかし、磁性流体１６に動く摩擦力につぎ説明すると、
第１実施例の場合は環状溝１５とフリンジ１２との隙間
のギャップ幅が全面的に小さく、かつ狭い部分の長さも
大きいので、磁性流体１６に生ずる粘性力づなわち摩擦
力がぎわめて大きなものとなる。これに対し第２実施例
の場合は・、近接面１８の面積が小さく、かつ溝部１７
が摩擦を低減させるための自由空間どじで作用するため
、第１実施例の場合に比べて摩擦力はぎわめて小さくな
る。よって、軸１１を回転させる際の摩擦損失も小さく
なる。

また磁力にもとづく耐圧性について説明すると、第１実
施例のＶ型の場合では、フリンジ１２と環状溝１５どの
隙間の長さが大きいため、磁束が分散し、第２実施例の
ツリー型の場合では、第３図に示づ−ようにフリンジ１
２の近接面１８に磁束１９が集中するという違いが生ず
るが、近接部の隙間が等しければ、全体の磁束強さは等
しいので、両者の磁力による効果はほぼ等しくなる。

以上より、第１実施例のＶ型に比べ、第２実施例のツリ
ー型の方が、磁性流体１６内に生ずる摩擦損失が小さい
分だけ高速軸に有利である。

磁性流体１６としては、従来と同じくでさるだ（ブ粘性
の低いものが好ましい。また真空用４【どでは、使用温
度における蒸気圧がでさるだけ低いことが好ましい。ま
た磁束１９の強さは、回転軸１１の停止時に磁性流体１
６をフリンジ１２と環状溝１５との隙間に保持しておく
ことのできる力があればよく、必ずしもあまりに強力で
ある必要はない。それは、前述のように遠心力による効
果が磁力による効果まりもはるかに大きいためである。

また第４図に示すように、フリンジ１２の溝部１７には
、磁性流体１６に遠心力を与えるための三日月形の凹部
２０を多数形成するのが好ましい。あるいは、この凹部
２０に代えて、溝部１７の内面に多数のフィンを形成し
てもよい。

また磁気シール部すなわち環状ｔｉ１５とフリンジ１２
どの組含せ部は、第１図に示ザように二段あれは°十分
であることが多い。

以上のように本発明の磁性流体シールによれば、わずか
なフリンジ段数で内部圧力への耐圧性にすぐれたものと
することができるため、高速真空ポンプ、薬液シールポ
ンプ、各種ブロワ−１蒸気タービン、ガスタービンなど
、回転の上昇とともに所要シール圧力が上昇する流体機
械に特に好適である。

発明の効果以上述べたように本弁明によると、磁力にもとづく耐圧
性のみならず、遠心力にもとづく耐圧性をも得ることが
できるため、内部圧力への耐圧性を良好を１ものとする
ことかでき、シール部の段数を従来Ｊ、りも十分に減少
させることが可能となって、コンパクトな構成とするこ
とができる。

また、フリンジの表面に複数条の周方向の溝部を形成し
て、環状溝の内面に近接したａ幅の周方向の近接面を複
数条形成することにより、フリンジにおける環状溝の内
面への近接部の面積を小さくすることができて、摩擦損
失を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の磁性流体シールの断面図
、第２図は本発明の第２実施例の磁性流体シールの断面
図、第３図は第２図における要部の拡大図、第４図は第
２図におＣブるフリンジを拡大して示す斜視図、第５図
は従来の磁性流体シールの断面図、第６図は第５図にお
ける要部の拡大図である。１１・・・回転軸、１２・・・フリンジ、１４・・・ケ
ーシング、１５・・・環状溝、７６・・・磁性流体、△
ｈ・・・ヘッド差、１７・・・溝部。代理人　　　森　　本　　義　　弘

Claims

【特許請求の範囲】１、回転軸の外周に一条または複数条の環状のフリンジ
を形成し、この回転軸の外側に配置されてこの回転軸を収容するケ
ーシングの内周に、前記各フリンジの先端外周部が入り
込み可能かつフリンジに磁場を印加可能な環状溝を形成
し、前記フリンジの外面と環状溝の内面との隙間に磁性流体
を介在させ、たことを特徴とする磁性流体シール。２、フリンジおよび環状溝は、それぞれ横断面がＶ字形
に形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁性
流体シール。３、フリンジの表面に複数条の周方向の溝部を形成して
、このフリンジの表面に、環状溝の内面に近接した細幅
の周方向の近接面を複数条形成したことを特徴とする請
求項１または２に記載の磁性流体シール。