JPH0434278Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、磁性流体をつかつて各種の流体をシ
ールする磁性流体シール装置に関する。

〔従来の技術〕

従来からたとえば第５図に示すように可動部材
である軸１と該軸１の外側に同心的に配置される
静止部材である円筒形ハウジング２の間をシール
する手段として同図に示すような磁性流体シール
装置が用いられている。

すなわち同図において、非磁性体製の円筒形ハ
ウジング２の内側に磁力源として機能する円環形
の永久磁石３が嵌合され、該永久磁石３の側方両
側に円環形を呈する磁性体製の磁極片４が嵌合さ
れている。磁極片４の内端は磁性体製の軸１の周
面に近接して僅かな間〓５を形成し、この間〓５
に磁性流体６を介在させている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記シール装置は、符号７で示す磁気回路を構
成し、磁性流体６を常に間〓５内に保持して該部
をシールするものであるが、このシール装置に対
しては従来から、第１に、室温以下の温度のもと
に当該装置を静止状態で長期間放置すると、磁性
流体６の溶媒中に分散していた磁性微粒子が磁極
片４の内端側（高磁場側）に偏析するために軸起
動時の起動トルクが増大するという問題が指摘さ
れており、この問題に対処するため同じく従来、
トルクの大きなモータを用いたり、起動前にヒー
タによつて磁性流体６を適度に加熱する対応策が
採られている。しかしながらこの問題に対処する
だけを目的として大型のモータを用いるのはいか
にも不経済であり、同様にヒータも起動前の加熱
に使用されるだけで他に用途はなく無駄が多いと
言わざるを得ない。またこのヒータを磁極片４の
近傍に設置すると、アンペアの右ねじの法則によ
つてヒータ線を流れる電流の回りに磁界が発生す
ることから前記磁気回路７の磁束の流れに悪影響
を及ぼし、シール耐圧の低下をもたらすことがあ
る。

また、上記シール装置に対しては、第２に、使
用環境温度が高い場合や軸１の回転数が高い場合
に磁性流体６の温度が高くなつて磁性流体６の磁
化低下を生じることからシール耐圧が低下し、併
せて磁性流体６の溶媒の蒸発や熱劣化（界面活性
剤の劣化および磁性微粒子の酸化）によつてシー
ル寿命が短くなるという問題が指摘されており、
この問題に対処するため、ハウジング２、磁極片
４、軸１または後記熱良導体に水路を設けて冷却
水を循環させる水冷手段や、磁性流体６に熱良導
体を接触させて熱を奪い取り更に該熱良導体に放
熱フインを設けるなどした空冷手段が開発されて
いる（特開昭54−81454号公報参照）。しかしなが
ら水冷の場合には水路を確保するためにわざわざ
複雑な加工を必要とする外、当該シール装置を利
用するユーザーにとつても循環冷却水を用意しな
ければならない不便があり、空冷の場合には冷却
能力が低いことから十分な冷却効果を期待し得な
いという難点がある。

本考案は以上の点に鑑みてなされたもので、従
来の対応策にみられた種々の不都合を生じること
なく上記従来技術における第１および第２の問題
点を解消するように構成した磁性流体シール装置
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本考案の磁性流体シ
ール装置は、非磁性体製のハウジングの内側に磁
力源を設け、前記磁力源の側方両側に磁極片を設
け、前記磁極片の内端を磁性体製の相手部材に近
接させ、前記磁極片と前記相手部材の間の間隙に
磁性流体を磁力によつて介在させてなる磁性流体
シール装置において、前記磁極片の側方に、前記
磁性流体の加熱および冷却の双方に用いられる電
子冷却素子を前記磁極片に接触させて取り付けた
ことを特徴とする。

〔作用〕

上記電子冷却素子は、半導体と金属のペルチエ
効果を利用したもので、その取り付けの向きを変
えることなく電流を流す方向を切り換えるだけで
加熱と冷却の双方に用いることができる。したが
つてこの電子冷却素子を磁性流体６の近傍に設置
し、この電子冷却素子によつて軸１の起動前に磁
性流体６を適度に加熱することにより起動トルク
を低減させることができ、高温または高速での運
転に際し電流の方向を切り換えて磁性流体６を冷
却することにより磁性流体６の磁化低下、溶媒蒸
発ならびに熱劣化を防止し、これに伴なつてシー
ル耐圧とシール寿命の低下を防止することができ
る。

〔実施例〕

つぎに本考案の実施例を図面にしたがつて説明
する。

第１図は本考案の第１実施例を示しており、先
の第７図に示した従来技術と同じ構成の対応する
部品には同一の符号を用いている。符号８は各磁
極片４の側方に該磁極片４に接触して取り付けら
れた電子冷却素子であり、この電子冷却素子８の
側方にさらに熱伝導板９が取り付けられている。
電子冷却素子８の動作電流はハウジング２の外側
に設置した直流電源（１６、第２図参照）から供
給され、このためのリード線１０がハウジング２
を貫通して延びている。熱伝導板９は、ハウジン
グ２の外側で相互に連結するごとく一体的に構成
され、電子冷却素子８と外気がスムーズに熱をや
りとりできるように設けられており、電子冷却素
子８から熱を受けたときにこの熱をハウジング２
の外側で効率よく放熱できるよう放熱部に放熱フ
インを設けたり、該放熱部を水冷することが考え
られる。この熱伝導板９がハウジング２を貫通す
る部分には熱をハウジング２へ伝えることがない
ように断熱材１１が設けられている。

第２図は、電子冷却素子８の一般的な構造を示
している。すなわちこの電子冷却素子８は２枚の
熱伝導性絶縁体１５，１５′のそれぞれの対向面
に複数枚の金属（導電体）１２，１２′を貼り付
け、この金属（導電体）１２，１２′の間に電流
が蛇行して流れるようにＰ型半導体１３とＮ型半
導体１４を交互に架設してなるもので、この直列
の両端に位置する２枚の金属（導電体）１２′と
直流電源１６をリード線１０で接続し、さらにリ
ード線１０の中途に電流の流れの方向を切り換え
るための切換スイツチ（図示せず）を設けてい
る。この電子冷却素子８は先に述べたように半導
体１３、１４と金属１２，１２′の接合によるペ
ルチエ効果を利用したもので、矢示するごとく金
属１２′→Ｎ型半導体１４→金属１２→Ｐ型半導
体１３→金属１２′の方向に電流ｉを流すことに
より図上上側の金属１２側（熱伝導性絶縁体１５
側）で吸熱、図上下側の金属１２′側（熱伝導性
絶縁体１５′側）で放熱が起きる。したがつて吸
熱側（低温側）へ外部から熱を送り込むことによ
り放熱側（高温側）で加熱を行なうことができ、
放熱側（高温側）の熱を外部へ逃がすことにより
吸熱側（低温側）で冷却を行なうことができる。
また電流ｉの流れの方向を逆にすると、図上上側
の金属１２側（熱伝導性絶縁体１５側）が放熱側
（高温側）となり、図上下側の金属１２′側（熱伝
導性絶縁体１５′側）が吸熱側（低温側）となる。
この電子冷却素子８の内部において半導体１３，
１４を流れる電流ｉの方向は互いに隣り合う半導
体１３，１４ごとに反対向きとなるためアンペア
の右ねじの法則によつて電流ｉの回りに生じる磁
界は互いに相殺され、外部に磁界を発生すること
がない。

この電子冷却素子８は、一方の熱伝導性絶縁体
１５を熱伝導板９に接触させるとともに他方の熱
伝導性絶縁体１５′を磁極片４に接触させるよう
にして両部材４，９の間に挾設される。

軸１の起動前には、電子冷却素子８の磁極片４
に接する面（他方の熱伝導性絶縁体１５′）が放
熱側（高温側）となり、同じく熱伝導板９に接す
る面（一方の熱伝導性絶縁体１５）が吸熱側（低
温側）となるように動作電流を流す。このように
電流を流すと熱伝導板９に接する吸熱側（低温
側）が常に室温に近い温度であるのに対して磁極
片４に接する放熱側（高温側）の温度がこれより
高くなつて磁極片４が加熱され、さらにその熱が
磁極片４の内周縁に接する磁性流体６に伝導して
該磁性流体６が加熱される。軸１の起動前に磁性
流体６に生じた磁性微粒子の偏析はこの加熱によ
る熱擾乱エネルギーによつてある程度解消される
とともに磁性流体６の溶媒の粘度も低下するため
これに伴なつて起動トルクを低減することができ
る。

高温または高速の条件の下で使用する場合に
は、起動前とは逆に、電子冷却素子８の磁極片４
に接する面（他方の熱伝導性絶縁体１５′）が吸
熱側（低温側）となり、同じく熱伝導板９に接す
る面（一方の熱伝導性絶縁体１５）が放熱側（高
温側）となるよう動作電流を流す。このように電
流を流すと熱伝導板９に接する放熱側（高温側）
が室温に近い温度であるのに対して磁極片４に接
する吸熱側（低温側）の温度がこれより低くなつ
て磁極片４が冷却され、さらに磁極片４の内周縁
に接する磁性流体６が冷却される。すなわちこの
場合、磁性流体６のもつ熱が磁極片４、電子冷却
素子８および熱伝導板９を介して外部へ放出され
て磁性流体６の昇温が抑えられるようになり、該
磁性流体６の磁化低下、溶媒蒸発ならびに熱劣化
を防いでシール耐圧とシール寿命の低下を防止す
ることができる。

当該シール装置はこのように電子冷却素子８を
用いることによりその動作電流の流れの方向を切
り換えるだけで磁性流体６の加熱と冷却を極めて
容易に行なうことができ、起動トルクの低減およ
びシール耐圧の安定化ならびにシール寿命の長期
化をきわめて簡単な構造で同時に達成することが
できる。また電子冷却素子８は電流を流しても外
部に対して磁界を発生しない構造になつているこ
とから磁気回路７を流れる磁束に悪影響を与える
ことがなく、この面からもシール耐圧を低下させ
ることはない。

当該シール装置において、磁力源には永久磁石
３に代えて電磁石を用いても良い。電磁石は主と
して軸１の直径が大きくて永久磁石３の製作が困
難な場合や使用条件などに応じて起磁力を変化さ
せたい場合に用いられる。この電磁石を励磁する
ための直流電源は、電子冷却素子８を動作させる
ための直流電源１６と別個に設けても良いが、電
磁石と電子冷却素子８を直列に接続して両者が同
一の電源を共用するようにしても良く、これによ
り電磁石の励磁電流を有効に利用するとともに構
造を簡略にすることができる。また電磁石と電子
冷却素子８を同じ電源に対して並列に接続するこ
とも考えられる。

前記磁力源、磁極片４、磁性流体６および電子
冷却素子８を備えるシール装置を単一のシールユ
ニツトとし、複数のシールユニツトを並設して特
に真空やガス等の比較的高い圧力を有する流体を
シールするのに適した多段構造の磁性流体シール
装置を構成することができる。第３図はその一例
として３ユニツトを並べたものを示しており、互
いに隣り合うユニツトの永久磁石３が同じ磁性を
向い合わせに並べられ、各ユニツト間に位置する
熱伝導板９が左右のユニツトによつて共用されて
いる。１枚の熱伝導板９に接触する左右ユニツト
の電子冷却素子８は加熱または冷却を同時に行な
うことができるように配置または配線され、第４
図に示す例では左右の電子冷却素子８が熱伝導板
９を境に上下左右に反対向きに配置された上で直
列に接続配線されている。

なお、上記した各実施例では共通して回転する
軸１を相手部材として回転軸シールについて説明
したが、本考案はこれに限定されるものではなく
相対的に運動または静止状態にある二物体間を磁
性流体でシールする場合に幅広く適用することが
可能である。

〔考案の効果〕

本考案の磁性流体シール装置は以上説明したよ
うに磁極片の側方に、磁性流体の加熱および冷却
の双方に用いられる電子冷却素子を磁極片に接触
させて取り付けてなり、起動前に磁性流体を適度
に加熱することにより起動トルクを低減し、高温
または高速で運転する場合に電子冷却素子の動作
電流の流れる方向を切り換えるだけの操作で磁性
流体を冷却してシール耐圧の低下を防止するとと
もにシール寿命を長期化し、双方併せて極めて簡
単な構造で従来技術における第１および第２の問
題点を一挙に解消することができた。このため従
来の対応策のように必要以上にトルクの大きなモ
ータやヒータを必要とせず、水路を設けるための
複雑な加工をする必要がなくユーザーも循環冷却
水を用意する必要がない。電子冷却素子は磁極片
の側方に該磁極片に接触して取り付けられてお
り、よつて磁性流体に対する加熱効果および冷却
効果が大きい。また上記した電子冷却素子は電流
を流しても外部に対して磁界を発生しない構造と
なつていることからこれを磁極片に隣接して設け
てもヒータを使用した場合のように磁極片を流れ
る磁束に悪影響を与えることがなく、シール耐圧
の低下をもたらすことがない。また磁力源に電磁
石を用いる場合には該電磁石の励磁電流の少なく
とも一部を電子冷却素子の動作電流として用い、
すなわち電磁石と電子冷却素子がひとつの電源を
共用するように構成することができるため、電流
を有効に利用するとともに構造を一層簡略化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係る磁性流体シ
ール装置の半裁断面図、第２図は電子冷却素子の
説明図、第３図は本考案の磁性流体シール装置を
多段構造とした例を示す半裁断面図、第４図は電
子冷却素子の配置図、第５図は従来の磁性流体シ
ール装置の一例を示す半裁断面図である。 １……軸、２……ハウジング、３……永久磁
石、４……磁極片、５……間〓、６……磁性流
体、７……磁気回路、８……電子冷却素子、９…
…熱伝導板、１０……リード線、１１……断熱
材、１２，１２′……金属（導電体）、１３……Ｐ
型半導体、１４……Ｎ型半導体、１５，１５′…
…熱伝導性絶縁体、１６……直流電源。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 非磁性体製のハウジング２の内側に磁力源を
   設け、前記磁力源の側方両側に磁極片４を設
   け、前記磁極片４の内端を磁性体製の相手部材
   に近接させ、前記磁極片４と前記相手部材の間
   の間隙５に磁性流体６を磁力によつて介在させ
   てなる磁性流体シール装置において、前記磁極
   片４の側方に、前記磁性流体６の加熱および冷
   却の双方に用いられる電子冷却素子８を前記磁
   極片４に接触させて取り付けたことを特徴とす
   る磁性流体シール装置。 ２ 前記磁力源を電磁石とし、前記電磁石と前記
   電子冷却素子８が同一の電源を共用することを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の磁性流体シール装置。 ３ 前記磁力源、磁極片４および磁性流体６より
   なるシールユニツトを複数並設し、各シールユ
   ニツトに前記電子冷却素子８を備えてなること
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の磁性流体シール装置。