JPH025952B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は磁性流体シール、特に従来のメカニ
カルシールと同様の用途に供し得る磁性流体シー
ルに関する。

従来のメカニカルシールとしては、例えば第１
図に示すようなものが知られている。図において
１はメカニカルシールであり、ポンプ等の回転機
器の回転軸２に挿通してハウジング３内に収納さ
れている。４は固定子であるグラフアイト製のイ
ンサート、５はこのインサートに押し付けて回転
摺動させるシールリング、６は前記回転軸２に止
めねじ７で固定されたカラー、８はこのカラー６
の挿通孔９に通した結合ビン１０の先端にねじ止
めしたコンプリング、１１はこのコンプリング８
を矢符号方向に付勢する弾性材であるスプリン
グ、１２はコプリング８に植設したドライブピン
で前記シールリング５に係合しており、これによ
つてシールリング５は常にインサート４に押し付
けられつつ回転軸２と一体に回転できるようにし
てある。１３はシヤフトパツキン、１４はインサ
ートパツキンである。

上記のように構成された従来のメカニカルシー
ルでは、回転部の運動シールは自己潤滑性をもつ
グラフアイトのインサート４と鏡面仕上されたシ
ールリング５の接面１５によつて行なうことによ
り、高速回転するポンプ内の高圧流体が外部にリ
ークしないようになつている。

しかしながら上記のようにシール面の高速回転
摺動による接触シール構造のため、シール面、特
に比較的軟質のグラフアイト部分の摩耗が大きく
寿命に限りがある。また高度の精密加工技術が必
要でありかつ全体の機構がきわめて複雑となつて
高価である。さらに流体中に固形分散物等を含む
場合は摺動シール面の損傷が甚だしくなり洩れを
生じ易いから用途が限定される、という問題点が
あつた。

この発明はこのような従来の問題点に着目して
なされたもので、回転軸に挿通して軸封する回転
シールにおいて、平面に動圧発生用溝を有する動
圧シールリングと、この動圧シールリングに対面
した他のシールリングと、前記対面した両平面間
に保持される磁性流体と、前記シールリングのい
ずれか一方を、他方のシールリングに対して常時
弾性付勢するための弾性材とを備え、かつ前記両
シールリングの一方が磁石からなる磁性流体シー
ルを提供することにより、上記問題点を解決する
ことを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

なお、同一または均等の部分は同一符号を附し
説明を省略する。

第２図はこの発明の第一実施例を示す図であ
る。

まず構成を説明すると、磁性流体シール２０は
ベアリング２１を介して図示しないポンプ等の回
転機のハウジング２２に支承された回転軸２に挿
通して前記ハウジング２２内に収納するようにし
てある。２３はＯリング２４を介してハウジング
２２内に固定したそれ自身は磁石である動圧シー
ルリング、２５はこの動圧シールリングに対面し
た回転側のシールリング、２６は対面した両平面
間に保持される磁性流体、２７は回転軸２に止め
ねじ２８で固定されたカラーである。このカラー
２７の段部２９にはシールリングドライブ用の切
欠き溝３０が設けてあり、この切欠き溝にはシー
ルリング２５が回転軸２沿いに自在に摺動可能に
係合してある。３１はシールリング２５を常時矢
符号方向に付勢するため圧縮状態で取り付けた弾
性材であるＯリングで、この図では異径のものが
２個、シールリング２５とカラー２７の間に装着
してある。３２はシヤフトパツキンである。

この場合、動圧シールリング２３を構成する磁
石はプラスチツク磁石であつてもよく、例えばバ
リウムフエライト粉末を80wt％含有せしめたポ
リアミド樹脂コンパウンドを射出成形して量産す
ることができる。この成形時に、第２図ロに示す
ようなヘリングボーンのパターンで深さ20〜30μ
ｍの動圧発生用溝２３ａと、さらにシールリング
の内外周近辺にそれぞれ設けた磁性流体のリザー
バー溝２３ｂ，２３ｃも同時成形される。

シールリング２５に用いる材料としては磁性
体、非磁性体のいづれであつてもよい。例えば軟
鋼板のような磁性体を用いると、動圧シールリン
グ２３の磁石との間に良好な磁気回路が形成され
るから、介在する磁性流体２６の保持力が強く、
したがつて高いシール性能を要求される場合に適
している。非磁性体を用いると軸回転始動時の始
動トルクが小さいから、低始動トルクを要求され
る場合に適し、また例えばシールすべき流体が腐
食性のものの場合などには非磁性のステンレスを
用いて耐食性を向上させることができる。

なお、上記の実施例における動圧シールリング
２３とシールリング２５の位置関係は相互に入れ
替えても差支えない。すなわち軸と一体回転する
側を動圧発生溝を有する動圧シールリングとし、
軸と隔離して固定する側を他方のシールリングと
しても機能上の差はない。また、動圧シールリン
グの方を非磁石、シールリングの方を磁石として
もよい。

また、シールリング２５を弾性的に付勢してい
るＯリング３１はこれに限らず、例えば断面形状
の異なるＸリングやＤリングとすることも考えら
れる。或いはこれらの弾性材に代えて圧縮ばねと
してもよいがその場合はシールリング２５と回転
軸表面間に別にシール部材を装着する必要があ
る。

次に作用を説明する。

回転軸２が静止中は、弾性材３１の弾性により
両シールリング２３，２５のシール面同志は押し
付けられるから磁性流体の薄膜が介在するのみで
そのギヤツプは数μｍ以下となり、しかも動圧溝
２３ａのエツヂ部に磁束が集中して強く磁性流体
に拘束力が作用する効果と相まつて、シール耐圧
も経験的に５気圧程度まで可能である。なお静止
中の磁性流体は大部分がリザーバー溝２３ｂ，２
３ｃ内に貯えられて外部へは流出しない。軸が回
転を始めると磁性流体は動圧溝２３ａのポンピン
グ作用によつてシール面の中央部に向つて集中す
る。このため起動とほとんど同時に、きわめて低
速（約10〜20r.p.m）ですでに磁性流体による十
分な潤滑膜が形成されて、シールリング同志は流
体潤滑による非接触回転となるからシールリング
面の摩耗は極めて小さい。通常運転中のシール耐
圧力は動圧溝２３ａの作用で発生するシール面中
央部の内圧に応じて５〜200気圧に達するから真
空シールから高圧シールに至る広範囲の圧力に対
し完全な回転シールが容易に行えることになる。

第３図は上記の実施例における磁性流体シール
２０を背中合わせに組み合わせて二重シールとし
た場合の第２の実施例を示すもので、シールの耐
圧力はその分高く向上することになる。この場
合、磁性流体２６はシールとハウジング２２とで
形成される空間３３内に充満させて密封しかつ、
動圧発生溝２３ａは第３図ロのようなスパイラル
のパターンとすることにより磁性流体２６を空間
３３内に向つて押し込むポンプ作用をもたせるよ
うにすることもできる。

第４図は磁石からなる動圧シールリングに樹脂
コーテイングした場合の第３の実施例を示すもの
で、動圧シールリング（金属、プラスチツク、磁
石、非磁石の場合があり得る）２３の上に耐摩耗
性に富むプラスチツク又は複合プラスチツク材を
インサート成形によつてコーテイングすると同時
に動圧発生溝２３ａを同時成形したものである。
例えば、バリウムフエライト粉末80wt％を含有
せしめたポリアミド樹脂製の異方性プラスチツク
磁石をインサート部材とし、そのシール面側に
80μｍ厚さのカーボン繊維20％入りのポリフエニ
レンサルフアイド樹脂（PPS樹脂）を射出成形す
ると同時に動圧発生溝も成形したところ、ほぼ同
一の線膨張係数を有する両材料が完全に一体化し
たものを得た。このコーテイングした動圧発生溝
部の厚さは数10μｍときわめて薄くてよいから磁
性流体の保持力を損うことはなく、動圧シールリ
ングの耐摩耗性、耐食性を向上させることができ
る。

第５図は第４の実施例を示すもので、第４図の
コーテイングに於て、動圧シールリングの動圧発
生溝部表面３４、或いはその他の部分の表面をも
凹凸の粗面に形成してある。この凹凸がアンカー
として作用するからコーテイングがより強固に一
体化して剥離しない。

第６図は第５の実施例を示すもので、従来のメ
カニカルシール、例えば第１図に示したもの、の
インサート１とシールリング５の接面１５による
接触回転シール構造を磁性流体を用いた非接触シ
ール構造に改良した場合である。すなわちインサ
ート４のシール面には動圧発生溝を設け、かつそ
の動圧発生溝はプラスチツク磁石である動圧シー
ルリング３５上にインサート成形によつて形成し
た４ふつ化エチレン樹脂薄膜に形成してある。非
接触の磁性流体シールとしたので寿命が従来に比
べ長くなる。このシールは比較的大形のコンプレ
ツサーやポンプの回転軸シールとして好適であ
る。

第７図はシールの耐圧を十分にするための工夫
で、第６の実施例を示すものである。

この実施例では、回転軸停止時の耐圧性を高め
るために、動圧シールリング２３のヘリングボー
ンパターンを設けた面に平滑面シール部２ｄを同
心の円環状に１つ以上（この図では外周、内周、
中央の３ヶ所）設けてある。又、着磁は厚み方向
でもよいが、この図では、平面上に多極の円環状
の着磁を行つている。このようにしておくと、停
止時は平面の押圧によるシールと、さらにその微
細なすきまをシールする磁性流体と二重の強力な
シーリング作用が得られるので、優れた耐圧性を
得ることができる。

第８図は、同じくシールの耐圧を十分にするた
めの工夫で、第７の実施例を示すものである。こ
れは、動圧発生用溝２３ａとは別に、シールされ
る液体を、動圧発生用溝２３ａ部に巻き込まない
ように、押し戻して排除するための流入防止用溝
２３ｅを、動圧シールリング２３のヘリングボー
ンパターンを設けた面の外周と内周の少くとも一
方に設けたものである。

この場合、動圧発生用溝２３ａと流入防止用溝
２３ｅとのみぞの向きを逆にしておく。

又、流入防止用溝２３ｅとリザーバ溝２３ｂ，
２３ｃとの間は少し間隔を設け、平滑部２６ｆを
設ける方が効果的である。

以上説明してきたように、この発明によれば動
圧発生溝を有する動圧シールリングと、これと対
面したシールリングとの間に磁性流体を磁力で拘
束保持し一方のシールリングを軸と一体回転させ
る非接触回転シール構造としたため、寿命が長く
かつ構造が簡単で量産に好適な低コストの回転軸
シールを提供できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のメカニカルシールの断面図、第
２図イはこの発明に係る一実施例の一部を省略し
て示す要部断面図、第２図ロはイ図のロ−ロ線矢
視図、第３図イはこの発明の第２実施例の要部断
面図、第３図ロは第２図ロ相当の部分図、第４図
はこの発明の第３実施例の要部断面図、第５図は
この発明の第４実施例の要部断面図、第６図はこ
の発明の第５実施例の断面図、第７図イはこの発
明の第６実施例の要部平面図、同じくロは同イ図
のロ−ロ線断面図、第８図イはこの発明の第７実
施例の要部平面図、同じくロは同イ図のロ−ロ線
断面図である。 ２……回転軸、５，２５……シールリング、１
１，３１……弾性材、２３……動圧シールリン
グ、２３ａ……動圧発生用溝、２６……磁性流
体、２３ｄ……平滑面シール部、２３ｅ……流入
防止用溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸に挿通して軸封する回転軸シールにお
   いて、動圧発生用溝を有する動圧シールリング
   と、この動圧シールリングに対面して同軸的に相
   対回転する他のシールリングと、対面した両シー
   ルリングの間に保持された磁性流体とを備え、か
   つ前記両シールリングのうち、少なくとも一方が
   磁石からなることを特徴とする磁性流体シール。