JPH02286967A - 磁性流体シール装置 - Google Patents

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） この発明に係る磁性流体シール装置は、コンピュータ等
に組み込まれるハードディスク用駆動軸がケーシングの
壁面を貫通する部分の、気密保持を図る場合等に利用す
る。

（従来の技術） コンピュータ等に組み込まれるハードディスクは、磁気
記録素子である円板を、外部に設けたモータにより回転
駆動するが、ハードディスク自体、塵等による汚れを極
端に嫌う為、上記モータの駆動軸がハードディスクを内
蔵したケーシングの壁面を貫通する部分に、塵を通過さ
せない様にする為の、シール装置を設ける必要がある。

この様な部分に設置し、塵等の通過を阻止する為のシー
ル装置として従来から、特開昭６２−１）００８０号公
報、実開昭５９−１９１４２３号公報、同６１−１３０
２５号公報、同６１−４４０６７号公報、同６１−７９
０７０号公報、同６２−１９５２６１号公報、同８１−
２０４０２７号公報、同８３−８４１９号公報、同８３
−１３９３２５号公報、実公昭６３−２９９４４号公報
、米国特許第４６２８３８４号明細書、同４６９２８２
６号明細書等に記載された磁性流体シール装置が、−殻
内に使用されている。

上記各先行技術文献に記載された磁性流体シール装置の
構造は、細部に於いては種々異なっているが、基本的に
は第１）図に示す様な構造を有している。

この第１）図に於いて１は、アルミニウム、合成樹脂等
の非磁性材により造られたハウジングで、例えば前記ケ
ーシングの壁面等に固定される。２は鉄等の磁性材によ
り造られた軸で、磁性流体シール装置本体３は、上記ハ
ウジング１の内周面４と軸２の外周面５との間の、円筒
状の空間６内に設置されている。

上記磁性流体シール装置本体３は、軸方向（第１）図の
上下方向）に互って着磁された円輪状の永久磁石７を、
磁性材により円輪状に造られた１対のポールピース８．
９によりサンドイッチ状に挟持し、各ポールピース８．
９の内周縁と釉２の外周面５との間に磁性流体１０を、
上記永久磁石７の磁力によって保持する事により、構成
されている。上記永久磁石７と１対のポールピース８．
９との外径は、ハウジング１の内径と同じか、僅かに大
きくして、各部材７．８．９．１０により構成される磁
性流体シール装置本体３をハウジング１の内周面に、内
嵌固定している。

磁性流体シール装置本体３は、前述の様に構成され、上
述の様にハウジング１の内周面４と軸２の外周面５との
間に装着して、磁性流体シール装置を構成する為、ハウ
ジング１の内側での軸２の回転に拘らず、この＠２の外
周面５と各ポールピース８．９の内周縁との間に保持さ
れた磁性流体１０により、ハウジング１の内周面４と軸
２の外周面５との間のシール性保持が図られる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述の様に構成され、使用される磁性流体シ
ール装置に於いては、従来、次に述べる様な不都合を生
じた。

即ち、ハードディスク等の使用時には、軸２が回転する
事により、磁性流体１０に遠心力が加わり、この磁性流
体１０が周囲に飛散する恐れが生じる。飛散した磁性流
体１０の一部がハードディスクに付着すると、このハー
ドディスクの記憶機能に悪影響を及ぼす可能性がある。

各ポールピース８．９の内周縁と軸２の外周面５との間
に保持する、磁性流体１０の量を少なくすれば、軸２の
回転に伴なって磁性流体１０が、周囲に飛、散する可能
性を低くする事も出来るが、単に磁性流体１０の量を少
なくした場合、磁性流体シール装置の寿命が短くなる為
、好ましくない。

即ち、ベースオイル中に磁性粉末を分散させて成る磁性
流体１０は、緩徐ではあるが蒸発し、各ポールピース８
．９の内周縁と軸２の外周面との間に存在する量が徐々
に減少する為、各ポールピース８．９の内周縁と軸２の
外周面との間に保持する磁性流体１０の量を少なくした
場合、磁性流体１０によるシール性を得られなくなる迄
の時間が短くなってしまう。

本出願人自身の出願に係る特開昭６３−２４６５７７号
公報には、第１２〜１３図に示す様に、ハウジング１を
磁性材とし、一方のポールピース８の外周縁とハウジン
グ１の内周面４との間、又は双方のポールピース８．９
の外周縁とハウジング１の内周面４との間に隙間１）を
設ける構造が記載されているが、この公報に記載された
構造の場合も、ハードディスクを設置した清浄部（第１
２〜１３図の場合、−数的に左側となる。）への磁性流
体１０の飛散防止は考慮されておらず、前述の様な問題
を有する。

本発明の磁性流体シール装置は、上述の様な不都合を解
消するものである。

（課題を解決する為の手段） 本発明の磁性流体シール装置は何れも、第１図或は第３
図に示す様に、円筒状の外周面５を有する磁性材製の＠
２と、この軸２の外周面５と同心で円筒状の内周面４を
有し、上記軸２に対して相対的に回転する磁性材製のハ
ウジング１と、このハウジング１の内周面４と上記軸２
の外周面５との間の円筒状の空間６内に挿入自在な大き
さを有する円輪状に形成され、軸方向に亙って着磁され
た永久磁石７と、それぞれ円輪状に形成され、上記永久
磁石７をサンドイッチ状に挟む、第一、第二のポールピ
ース１２．１３と、上記永久磁石７の磁力により、第一
、第二のポールピース１２．１３の周縁と軸２の外周面
５又はハウジング１の内周面４との間に保持される、磁
性流体１０とから構成されており、上記第一のポールピ
ース１２を清浄側（第１．３図の上側）に、上記第二の
ポールピース１３を非清浄側（第１．３図の下側）に、
それぞれ対向させて、シールを必要とする部分に設置さ
れる。

そして、請求項１に記載された発明の場合、第１図に示
す様に、第一のポールピース１２は、上記軸２の外径ｄ
１よりも大ぎな内径ｒ＋（ｄ＋＜ｒｌ）を有する円輪状
に形成され、前記永久磁石７の一側面に固着されると共
に、ハウジング１の内周面４に内嵌固定されている。又
、第二のポールピース１３は、上記軸２の外径ｄ、より
も大きな内径ｒ２　　（ｄＢ　＜ｒｚ　）と上記ハウジ
ング１の内径ｒ、よりも小さな外径ｄ２　（ｄｚ＜ｒ、
）とを有する円輪状に形成され、前記永久磁石７の他側
面に固着されている。そして、磁性流体１０は、第一、
第二の両ポールピース１２．１３の内周縁と上記軸２の
外周面５との間に、上記永久磁石７の磁力によって、保
持されている。

更に、請求項２に記載された発明の場合、第３図に示す
様に、第一のポールピース１２は、上記ハウジング１の
内径ｒ３よりも小さな外径ｄ。

（ｄ３＜ｒｓ）を有する円輪状に形成され、前記永久磁
石７の一側面に固着されると共に、上記軸２の外周面５
に外嵌固定されている。又、第二のポールピース１３は
、上記軸２の外径ｄ＋よりも大きな内径ｒ４　（ｄｔ　
＜ｒ４）と上記ハウジング１の内径ｒ３よりも小さな外
径ｄ４とを有する円輪状に形成され、上記永久磁石７の
他側面に固着されている。そして、磁性流体１０は、第
一、第二の両ポールピース１２，１３の外周縁と上記ハ
ウジング１の内周面４との間に、前記永久磁石７の磁力
により保持されている。

（作　　用） 上述の様に構成される、本発明の磁性流体シール装置の
場合、第１．３図の上側である、清浄側に対向する第一
のポールピース１２の外周縁（第１図に示した、請求項
１の発明の場合）又は内周縁（第３図に示した、請求項
２の発明の場合）は、磁性材製のハウジング１の内周面
４又は軸２の外周面５と接触する為、この第一のポール
ピース１２の内周縁又は外周縁と軸２の外周面５又はハ
ウジング１の内周面４との間に存在する磁束密度が低く
なる。

この結果、上記第一のポールピース１２の内周縁又は外
周縁と軸２の外周面５又はハウジング１の内周面４との
間に保持される磁性流体１０の量が少なくなり、この磁
性流体１０が清浄側に飛散し難くなる。

一方、第二のポールピース１３は、その周縁部が磁性材
製のハウジング１の内周面４又は軸２の外周面５と接触
する事がない為、この第二のポールピース１３の内周縁
又は外周縁と軸２の外周面５又はハウジングｌの内周面
４との間に存在する磁束密度が十分に高くなり、上記第
二のポールピース１３の内周縁又は外周縁と軸２の外周
面５又はハウジング１の内周面４との間に保持される磁
性流体１０の量が十分に多くなって、磁性流体シール装
置の耐久性が十分に確保される。

この様に磁性流体１０の量に差が生じる理由に関し、第
１図に示した、請求項１に記載の発明の場合に就いて、
第２図を用いて更に説明する。

清浄側に対向する第一のポールピース１２の外周縁は、
磁性材製のハウジング１の内周面４と接触する為、第２
図に矢印で示す様に、永久磁石７から第一のポールピー
ス１２に流れた磁束の一部がハウジング１側に逃げ、こ
の結果として、上記第一のポールピース１２の内周縁と
軸２の外周面５との間に存在する磁束の密度が低くなる
。

この様に第一のポールピース１２の内周縁と軸２の外周
面５との間に存在する磁束密度が低くなる結果、上記第
一のポールピース１２の内周縁と軸２の外周面５との間
に保持される磁性流体１０の量が少なくなり、この磁性
流体１０が清浄側に飛散し難くなる。

一方、第二のポールピース１３の外周縁は、磁性材製の
ハウジング１の内周面４と接触する事がなく、永久磁石
７から第二のポールピース１３に流れた磁束が、ハウジ
ング１側に逃げる事がない為、この第二のポールピース
１３の内周縁と軸２の外周面５との間に存在する磁束密
度が十分に高くなり、上記第二のポールピース１３の内
周縁と軸２の外周面５との間に保持される磁性流体１０
の量が十分に多くなる。

従って、第二のポールピース１３の内周縁と軸２の外周
面５との間に存在する磁性流体が、蒸発により緩徐に減
少しても、この部分に於けるシール性が阻却される迄に
は、長い期間を要する事になり、磁性流体シール装置の
耐久性が十分に確保される。

第一のポールピース１２の内周縁と、軸２の外周面５と
の間部分に存在する磁性流体１０の量は、前述の様に少
ない為、磁性流体１０の蒸発に基づき、この部分に於け
るシール性は、比較的早く阻却されるが、第二のポール
ピース１３の内周縁と軸２の外周面５との間に保持され
る磁性流体１０によって、ハウジング１の内周面４と軸
２の外周面５との間のシール性は、実用上十分な程度に
確保される。又、この場合に於いて、第一のポールピー
ス１２の内周縁と軸２の外周面５との間の隙間は、例え
ば０，１〜０．３＋ａｍ程度と、掻く小さい為、この隙
間内に磁性流体１０が存在しなくなっても、永久磁石７
による磁界形成が妨げられる事はなく、第二のポールピ
ース１３の内周縁と軸２の外周面５との間での磁性流体
１０の保持は、確実に行なわれる。

第３図に示した、請求項２に記載の発明の場合も、内外
周が変わるのみで、他は同様に機能し、清浄側の第一の
ポールピース１２の内周縁の磁性流体１０は少なく、非
清浄側の第二のポールピース１３の内周縁の磁性流体１
０は多くなる。

（実施例） 次に、図示の実施例を説明しつつ、本発明を更に詳しく
説明する。

第４図は、本発明の第一実施例として、磁性流体シール
装置を、単列転がり軸受に組み込んだ構造を示している
。

磁性材製の内輪１４の外周面に形成した外方軌道１５と
、同じく磁性材製の外輪１６の内周面に形成した内方軌
道１７との間には、保持器１８により転勤自在に保持さ
れた、複数の転動体１９を設けて、内輪１４と外輪１６
との相対的回転を自在としている。外＠１６の内周面で
、上記内方軌道１７から外れた位置には、係止溝２０と
係止段部２１とを、上記内方軌道１７を挟む状態で形成
している。

この内、内方軌道１７に対して、非清浄側（第４図の下
側）に存在する係上溝２０には、第一のグリースシール
板２２を、清浄側（ハードディスク等を設けた側で、第
４図の上側）に存在する係止段部２１には、第二のグリ
ースシール板２３を、それぞれ係止している。

第一　第二の両グリースシール板２２．２３は、それぞ
れ、耐油性ゴム等を金属板３５で補強する事により、全
体を円輪状に構成している。この内、転動体１９の清浄
側に存在する係止段部２１に係止された第二のグリース
シール板２３の、清浄側側面中央部には、位置決め突部
２４を形成してい葛。

永久磁石７と、この永久磁石をサンドインチ状に挟んだ
第一　第二のポールピース１２．１３と、磁性流体１０
とから成る磁性流体シール装置本体２５は、内輪１４の
外周面と外輪１６の内周面との間で、上記第二のグリー
スシール板２３よりも清浄側部分に装着されているが、
装着時に、第二のポールピース１３の側面と第二のグリ
ースシール板２３に形成した位置決め突部２４とを、互
いに当接させている。

即ち、上記６ｎ性流体シール装置本体２５は、第一のポ
ールピース１２の外周縁と外輪１６の内周面との嵌合に
より、半径方向（第４図の左右方向）の位置決めを図ら
れ、第二のポールピース１３の側面と第二のグリースシ
ール板２３に形成した位置決め突部２４との係合により
、軸方向（第４図の上下方向）の位置決めを図られてい
る。

上述の様にして磁性流体シール装置本体２５を、転がり
軸受を構成する内輪１４の外周面と外輪１６の内周面と
の間に装着する事で構成された磁性流体シール装置は、
第一、第二のポールピース１２．１３、及び各ポールピ
ース１２．１３の内周縁と、内輪１４の外周面との間に
保持された磁性流体１０により、上記両局面間に存在す
る空間の断面を塞ぎ、この空間を通じて、非清浄側から
清浄側に、廐等が進入する事を防止する。

この場合に於いて、清浄側に存在する第一のポールピー
ス１２の内周縁と内輪１４の外周面との間に保持された
磁性流体１０の量が少なく、この磁性流体１０が清浄側
に飛散し難い事、非清浄側に存在する第二のポールピー
ス１３の内周縁と内輪１４の外周面との間に存在する磁
性流体１０の量が多く、磁性流体シール装置２５の耐久
性が十分に確保される事は、前述の通りである。

又、本実施例の場合、第二のグリースシール板２３に形
成した位置決め突部２４の内周側で、このグリースシー
ル板２３の側面内周寄り部分と、第二のポールピース１
３の側面内周寄り部分とに挟まれた部分に、比較的大き
な容積を有するポケット部２６が形成される為、所謂ラ
ビリンス効果により、転動体１９部分に存在するグリー
スが、磁性流体シール装置部分に達するのを、効果的に
防止出来る。この事は、グリースと磁性流体１０とが混
ざり合う事による磁性流体１０の劣化防止上、有効であ
る。

次に、第５図は、本発明の第二実施例として、磁性流体
シール装置を、複列転がり軸受に組み込んだ構造を示し
ている。

転がり軸受が単列から複列に変わった以外、磁性流体シ
ール装置本体２５の構造等、基本構造自体は、前述した
第４図の第一実施例とほぼ同様である。

但し、本実施例の場合、軸２の外周面の一部で、外輪１
６の内周面に装着した第一、第二のグリースシール板２
２．２３の内周縁と対向する位置に、軸２の全周に亙っ
て凹溝２７．２７を形成している。

上記各グリースシール板２２．２３の内周縁と各凹溝２
７．２７とで囲まれる部分は、軸方向両側開口部の幅が
狭くなったラビリンス空間２８．２８を構成している。

この結果、転動体１９．１９部分に存在するグリースが
、グリースシール板２２．２３の内周縁と軸２の外周面
との間の隙間を通って外部に漏洩する可能性を、より少
なく抑える事が出来る。

次に、第６図は本発明の第三実施例を示している。

前述した第一〜二実施例が、外輪１６を固定し、内輪１
４を回転させる状態で使用するのに好適な構造であるの
に対し、本実施例の構造は、内輪１４を固定し、外輪１
６を回転させる状態で使用する場合に好適である。

即ち、本実施例の場合、内輪１４の外周面で、清浄側端
部に係止段部２９を形成し、磁性流体シール装置本体２
５を構成する第一のポールピース１２の内周縁部を、こ
の係止段部２９に嵌合させている。

本実施例の場合、磁性流体シール装置本体２５は、第一
のポールピース１２の内周縁部を係止段部２９に嵌合さ
せる事で、半径方向の位置決めと軸方向の位置決めとを
同時に図れる為、第二のポールピース１３は、何れのグ
リースシール板３Ｏとも当接していない。

その他の構成及び作用は、前述した第一実施例の場合と
同様である。

次に、第７図は本発明の第四実施例を示している。

本実施例は、上述した第三実施例の構造を、内輪１４を
回転させる状態で使用する場合に好適な構造に変えたも
のである。

即ち、本実施例の場合、外輪１６の内周面で、清浄側端
部に係止段部３１を形成し、磁性流体シール装置本体２
５を構成する第一のポールピース１２の外周縁部を、こ
の係止段部３１に嵌合させている。本実施例は、内周側
と外周側とを変えた以外、上述した第三実施例と同様で
ある。

次に、第８図は本発明の第五実施例を示している。

本実施例の場合、転動体１９の清浄側に存在するグリー
スシール板３２を、外輪１６の内周面中間位置に形成し
た係止段部２１に突き当てる事で、このグリースシール
板３２の位置決め固定を図っている。

その他の構成に就いては、前述した第三実施例（第６図
）の構造の場合と同様である。

次に、第９図は本発明の第六実施例を示している。

本実施例の場合、グリースシール板３２と、磁性流体シ
ール装置本体２５を構成する第二のポールピース１３と
を、非磁性材製のスペーサ３３を介して突き合わせる事
で、上記磁性流体シール装置本体２５の、軸方向に亙る
位置決めを図っている。

その他の構成及び作用に就いては、前述した第一実施例
（第４図）の場合と同様である。

更に、第１０図は本発明の第七実施例を示している。

本実施例の場合、外輪１６の内周面中間位置に形成した
係止段部３４に、磁性流体シール装置本体２５を構成す
る第二のポールピース１３を、非６ｎ性材製のスペーサ
３３を介して突き合わせる事で、上記磁性流体シール装
置本体２５の、軸方向に亙る位置決めを図っている。

その他の構成及び作用に就いては、前述した第一実施例
（第４図）の場合と同様である。

尚、図示は省略したが、第６〜１０図に示した第三〜七
実施例の構造も、そのまま第５図に示した様な複列転が
り軸受に組み込める事は、勿論である。

（発明の効果） 本発明の磁性流体シール装置は、以上に述べた通り構成
され作用する為、ハードディスク等、塵が付着する事を
嫌う物品が存在する清浄部に、磁性流体が飛散する可能
性を低く抑える事が可能となり、上記ハードディスク等
の信頼性、耐久性を向上させる事が出来る。しかも、こ
の場合に於いて、磁性流体シール装置の耐久性が犠牲と
なる事はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に記載された発明の基本構造を示す断
面図、第２図は本発明の詳細な説明する為の断面図、第
３図は請求項２に記載された発明の基本構造を示す断面
図、第４図は本発明の第一実施例を示す半部断面図、第
５図は同第二実施例を示す半部断面図、第６〜１０図は
、本発明の第三〜七実施例を示す、それぞれ半部断面図
、第１）図は従来の磁性流体シール装置の基本構造を示
す断面図、第１２図は先発明に係る磁性流体シール装置
の第１例を、第１３図は同じく第２例を、それぞれ示す
部分断面図である。 １：ハウジング、２：軸、３：磁性流体シール装置本体
、４：内周面、５：外周面、６；空間、７：永久磁石、
８．９：ポールピース、１０；磁性流体、１）：隙間、
１２：第一のポールピース、１３：第二のポールピース
、１４：内輪、１５：外方軌道、１６：外輪、１７：内
方軌道、１８：保持器、１９：転動体、２０：係上溝、
２１：係止段部、２２：第一のグリースシール板、２３
：第二のグリースシール板、２４：位置決め突部、２５
：磁性流体シール装置本体、２６：ポケット部、２７二
凹溝、２８：ラビリンス空間、２９：係止段部、３０ニ
ゲリースシール板、３１：係止段部、３２ニゲリースシ
ール板、３３ニスペーサ、３４：係止段部、３５：金属
板。 第１０図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状の外周面を有する磁性材製の軸と、この軸
   の外周面と同心で円筒状の内周面を有し、上記軸に対し
   て相対的に回転する磁性材製のハウジングと、このハウ
   ジングの内周面と上記軸の外周面との間の円筒状の空間
   内に挿入自在な大きさを有する円輪状に形成され、軸方
   向に亙って着磁された永久磁石と、上記軸の外径よりも
   大きな内径を有する円輪状に形成され、上記永久磁石の
   一側面に固着されると共に、ハウジングの内周面に内嵌
   固定された第一のポールピースと、上記軸の外径よりも
   大きな内径と上記ハウジングの内径よりも小さな外径と
   を有する円輪状に形成され、上記永久磁石の他側面に固
   着された第二のポールピースと、第一、第二の両ポール
   ピースの内周縁と上記軸の外周面との間に、上記永久磁
   石の磁力により保持された磁性流体とから成り、上記第
   一のポールピースを清浄側に、上記第二のポールピース
   を非清浄側に、それぞれ対向させて、シールを必要とす
   る部分に設置する磁性流体シール装置。
2. （２）円筒状の外周面を有する磁性材製の軸と、この軸
   の外周面と同心で円筒状の内周面を有し、上記軸に対し
   て相対的に回転する磁性材製のハウジングと、このハウ
   ジングの内周面と上記軸の外周面との間の円筒状の空間
   内に挿入自在な大きさを有する円輪状に形成され、軸方
   向に亙って着磁された永久磁石と、上記ハウジングの内
   径よりも小さな外径を有する円輪状に形成され、上記永
   久磁石の一側面に固着されると共に、上記軸の外周面に
   外嵌固定された第一のポールピースと、上記軸の外径よ
   りも大きな内径と上記ハウジングの内径よりも小さな外
   径とを有する円輪状に形成され、上記永久磁石の他側面
   に固着された第二のポールピースと、第一、第二の両ポ
   ールピースの外周縁と上記ハウジングの内周面との間に
   、上記永久磁石の磁力により保持された磁性流体とから
   成り、上記第一のポールピースを清浄側に、上記第二の
   ポールピースを非清浄側に、それぞれ対向させて、シー
   ルを必要とする部分に設置する磁性流体シール装置。
3. （３）ハウジングが、転がり軸受を構成する外輪であり
   、上記ハウジングと共にこの転がり軸受を構成する内輪
   が、軸に代わって磁性流体シール装置の一部を成す、請
   求項１又は請求項２の磁性流体シール装置。
4. （４）転がり軸受を構成する転動体と磁性流体シール装
   置を構成する第二のポールピースとの間に、非磁性材製
   のグリースシール板が支持されており、このグリースシ
   ール板の側面に突設した位置決め突部と第二のポールピ
   ースの側面とを互いに当接させる事により、外輪の内周
   面と内輪の外周面との間に於ける第一、第二のポールピ
   ースと永久磁石との、軸方向に亙る位置決めを図った、
   請求項３に記載の磁性流体シール装置。
5. （５）転がり軸受を構成する外輪の内周面又は内輪の外
   周面に形成した係止段部に、第一のポールピースの周縁
   部を係合させる事により、外輪の内周面と内輪の外周面
   との間に於ける第一、第二のポールピースと永久磁石と
   の、半径方向と軸方向とに亙る位置決めを図った、請求
   項３に記載の磁性流体シール装置。
6. （６）転がり軸受を構成する外輪の内周面又は内輪の外
   周面に固定したグリースシール板の側面に第二のポール
   ピースの側面を、非磁性材製のスペーサを介して突き当
   てる事により、外輪の内周面と内輪の外周面との間に於
   ける第一、第二のポールピースと永久磁石との、軸方向
   に亙る位置決めを図った、請求項３に記載の磁性流体シ
   ール装置。