JPH11294598A

JPH11294598A - 磁性流体シール

Info

Publication number: JPH11294598A
Application number: JP10097654A
Authority: JP
Inventors: Yonsam Kim; ヨンサムキム; Katsuto Nakatsuka; 勝人中塚; Toyohisa Fujita; 豊久藤田; Takashi Shinko; 貴史新子
Original assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Current assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: JP3679244B2

Abstract

(57)【要約】【目的】メカニカルシールに匹適する２〜１０ｋｇ／
ｃｍ² 程度の耐圧差性を有しながら、シール部分から塵
埃が発生することがなく、また、従来の磁性流体シール
に比べ、シール段数を少なくすることにより小体積化で
き、また酸化に強いことにより、大気中や反応性溶媒中
でも長期間の使用に耐え得る磁性流体シールを提供す
る。【構成】少なくとも、軸１と、該軸の周りにあり、か
つ該軸との間に極小空間を有するように配置されたポー
ルピース２と、該空間に磁場を与える手段４と、該空間
に充填された磁性流体３とから構成される磁性流体シー
ルにおいて、該磁性流体は、酸化防止膜で被覆された磁
性金属粒子が、溶媒中に安定に分散され、その分散状態
が維持されているものであることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性流体シールに
関し、特に耐差圧性や耐酸化性が従来のものより強く、
耐差圧シール、防塵シール、真空シール、軸封シール等
多岐の態様に使用できる磁性流体シールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より回転軸シールとして用いられて
いるものには接触式シールと非接触式シールに大別され
る。接触式シールの代表例としてはオイルシール、メカ
ニカルシール等があり、非接触式シールの代表例として
は磁気カップリングシール、ラビリンスシールの他、一
部ではねじシール動圧形非接触ガスシールなどがある。
接触式シールは高圧、高温雰囲気下でも用いられる。し
かしながらオイルシールではリップと回転軸が接触して
おり、メカニカルシールではシールリングとフローティ
ングシールが接触している。双方ともその接触部分では
固体同志が摩擦し合っているため、劣化が早く磨耗によ
る塵埃が発生し易い。密封性を高めるために被密封液体
そのもの、あるいは別に作動油等が供給されて、固体接
触間に生じる微細空間を埋めて用いたり、摩擦による磨
耗を少なくするため、材質や表面加工に工夫を施してい
る。しかしいずれも若干の漏れが許容されるところに用
いられることが多い。

【０００３】一方、非接触シールにおいて、例えば、磁
気カップリングシールでは入力軸側の磁石および出力軸
側の磁石が固定壁をはさんで配置され、かつ入力軸と出
力軸とは固定壁で完全に遮断されている。運動の伝達は
双方の磁石間に働く磁力（吸引力）で行われる。従って
密封性は優れているが、伝達トルクは小さい。またラビ
リンスシールは、軸の回転によって微小空間に生じる遠
心力を利用したものであり、ねじシールはねじポンプの
原理によって生じる差圧を利用したものである。双方と
も回転中のみにシール能力があり、耐差圧も小さく、オ
イルミスト等を排除する時のみ用いられている現状であ
る。

【０００４】従来の回転軸シールであるオイルシールや
メカニカルシールに比べシール部分に固体同志の摩擦が
ない磁性流体シールが近年開発されつつある。この磁性
流体シールは図１及び図２に示すように、運動軸１と、
運動軸を支持し、且つ磁性を付与した固定部材２との極
小間隔に磁性流体３が充填されているので、磨耗粉によ
る周辺環境への汚染はなく、かつ微小な漏れもない。こ
の磁性流体シールは当初コンピュータのメモリ装置とし
て用いられているハードディスク・メモリ装置の回転軸
部から発生する塵埃やミストがハードディスクの読取ヘ
ッドを汚し、メモリミスや読取ミスを起こすことを防止
するための防塵シールとして用いられていた。磁性流体
としては、湿式法によって作成したマグネタイトにオレ
イン酸を水溶液中で吸着し、凝集物を水分約５０％の濾
過ケーキとし、これをビーカーに移しとり、ドデシルベ
ンゼンスルホン酸ソーダを固形粉末で加えて攪拌するこ
とにより、濾過ケーキは分散し急激に低粘性の液体とな
り、水ベースの磁性液体が得られることが開示されてい
る（特開昭５４−４００６９号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在の
技術では耐差圧、温度条件、許容回転数、使用環境など
の点で使用し得る範囲に限界がある。従来の酸化物磁性
流体シールは磁性流体の磁性が弱いため、その耐差圧性
も０．５ｋｇ／ｃｍ² と小さい。そこで真空部分と大気
の間に６〜１０段のシールを設け、圧力を徐々に落とし
ていたため、真空耐圧に必要な段数のシールの体積が必
要であった。また、従来の金属コバルト磁性超微粒子
（金属コバルト）を使用した磁性流体シール（特開昭６
１−１１２８６７号公報）は耐差圧性はよいが、長期間
空気に接していると磁性超微粒子が酸化しシール効果が
低下することがある。そのため真空中や不活性ガスなど
の雰囲気中でのみ使用可能である。

【０００６】従って、本発明の目的は、上記従来技術の
欠点を克服し、メカニカルシールに匹適する２〜１０ｋ
ｇ／ｃｍ² 程度の耐圧差性を有しながら、シール部分か
ら塵埃が発生することがなく、また、従来の磁性流体シ
ールに比べ、シール段数を少なくすることにより小体積
化でき、また酸化に強いことにより、大気中や反応性溶
媒なかでも長期間の使用に耐え得る磁性流体シールを提
供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、磁性流体
シールの磁性流体として、従来のものよりも磁性が強
く、かつ耐酸化性にも強いものを用いることにより、上
記従来技術の欠点を克服できることを見出した。

【０００８】すなわち、本発明は、以下の構成よりな
る。（１）少なくとも、軸と、該軸の周りにあり、かつ該軸
との間に極小空間を有するように配置されたポールピー
スと、該空間に磁場を与える手段と、該空間に充填され
た磁性流体とから構成される磁性流体シールにおいて、
該磁性流体は、酸化防止膜で被覆された磁性金属粒子
が、溶媒中に安定に分散され、その分散状態が維持され
ているものであることを特徴とする磁性流体シール。

【０００９】（２）酸化防止膜で被覆された磁性金属粒
子の平均粒径が、５〜２０ｎｍであることを特徴とする
前記（１）の磁性流体シール。（３）酸化防止膜で被覆された磁性金属粒子の飽和磁化
が、７０〜２００ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする前
記（１）の磁性流体シール。（４）酸化防止膜の膜厚が０．０１〜２ｎｍであること
を特徴とする前記（１）の磁性流体シール。（５）酸化防止膜が酸化物膜であることを特徴とする前
記（１）の磁性流体シール。

【００１０】（６）酸化防止膜で被覆された磁性金属粒
子が、磁性金属粒子原料酸化物粒子の表面に酸化物膜を
形成し、この酸化物膜を形成した原料酸化物粒子を還元
して得られたものであることを特徴とする前記（１）の
磁性流体シール。（７）磁性金属粒子原料酸化物粒子の粒径が４〜２０ｎ
ｍであることを特徴とする前記（６）の磁性流体シー
ル。（８）酸化物膜を形成した原料酸化物粒子の還元が、水
素ガス雰囲気下３００〜８００℃の焼成により行われる
ことを特徴とする前記（６）の磁性流体シール。

【００１１】本発明の磁性流体シールは上記のように磁
性の強い磁性流体を用いることにより、メカニカルシー
ルに匹敵する（耐差圧性：２〜１０ｋｇ／ｃｍ² ）磁性
流体シールが可能となる。また、従来に比べ、磁性の強
い磁性流体を用いることにより、シールの段数を減らす
ことができるので、シール全体をコンパクトにすること
ができる。更に、磁性超微粒子に酸化物被覆金属、特に
シリカ被覆金属鉄粉などを用いることにより耐酸化性が
強く、磁性の低下が少なく、耐久性を有する。従って、
従来の磁性流体と異なり、実用化が真空中や不活性ガス
中に限定されない。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、前記磁性流体に
用いられる、酸化防止膜で被覆された磁性金属粒子の基
体となる金属成分としては、鉄、コバルト、ニッケル、
クロム、チタン、マンガン、アルミニウム、銅、サマリ
ウム、ネオジム等の金属、また鉄−ニッケル、鉄−コバ
ルト、鉄−銅、鉄−コバルトーアルミニウム合金等の金
属合金が挙げられる。

【００１３】また、本発明の磁性流体において、酸化防
止膜とは、前記磁性金属粒子の基体である金属成分の酸
化を長期にまたは半永久的に防止するものである。酸化
防止膜の物質としては、前記磁性金属粒子の金属成分の
酸化を長期にまたは半永久的に防止するものであれば特
に限定されないが、緻密な酸化物等が挙げられ、強度、
成膜性等の点から金属酸化物が好ましい。前記酸化防止
膜に適用される金属酸化物としては、ケイ素、チタン、
アルミニウム、ジルコニウム、錫、鉄、マンガン、ニッ
ケル、クロム、亜鉛、カドミウム、鉛、リチウム、イン
ジウム、ネオジウム、ビスマス、セリウム、アンチモ
ン、カルシウム、マグネシウム、バリウム等の金属の酸
化物が挙げられる。

【００１４】本発明の磁性流体に用いられる磁性粉体、
即ち、酸化防止膜で被覆された磁性金属粒子の製造方法
としては、１）強磁性金属からなる基体粒子の表面に金
属酸化物等の酸化防止膜を形成する方法；２）磁性金属
粒子の原料となる酸化物粒子の表面に酸化物膜を形成
し、この酸化物膜を形成した原料酸化物粒子を還元する
方法がある。前記１）の方法では、強磁性金属からなる
基体粒子をプラズマ法、気相中での製膜法（ＣＶＤ法、
ＰＶＤ法）などで形成し、この金属基体粒子が溶媒中に
安定に存在すれば、これにゾルゲル法などで酸化膜を形
成して、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理す
ることにより強固な酸化防止膜とするものである。

【００１５】また、前記２）の方法については、以下に
詳細に説明する。磁性金属粒子の原料となる酸化物粒子
（以下、磁性金属粒子原料酸化物粒子という）とは、該
酸化物が還元により強磁性の金属の単体または合金にな
るものである。この磁性金属粒子原料酸化物粒子の具体
例としては、マグネタイトやＣｏフェライト、Ｎｉフェ
ライトに代表されるフェライト粒子および複合金属フェ
ライト粒子を挙げることができる。これら磁性金属粒子
原料酸化物粒子は、公知の共沈法や金属イオンの還元
法、ＣＶＤ法等により作成可能である。特に、フェライ
ト粒子の場合には共沈法で作成することにより、粒径数
ｎｍ〜数十ｎｍ程度の粒径の揃った微粒子を得ることが
できる。

【００１６】また、本発明においては、前記磁性金属粒
子原料を、ゾル−ゲル法、ゲル−ゾル法、共沈法など
で、溶媒中で酸化物粒子あるいは水酸化物粒子とする方
法も用いられる。例えば、共沈法により形成する場合に
は、前記磁性金属粒子原料の塩の水溶液にアルカリ溶液
を添加することにより中和、加水分解する方法、また反
応にエネルギーが必要な場合にはウォーターバス、オイ
ルバス、オートクレーブなどで加熱することにより、磁
性金属粒子原料酸化物粒子を形成する。前記磁性金属の
塩としては、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、酢
酸塩、炭酸塩、無機塩類、あるいは有機酸塩などの塩類
が好ましい。

【００１７】前記２）の磁性金属粒子原料酸化物粒子の
表面に酸化物膜を形成する場合には、イ）有機溶媒中で
金属アルコキシドを用いて酸化物膜を形成する方法；
ロ）水中で金属塩類を中和、加水分解する方法などがあ
る。

【００１８】前記金属アルコキシドの加水分解による、
金属酸化物の膜を形成する方法としては、金属アルコキ
シドの溶液（有機溶剤または有機溶剤と水の混合溶剤で
あることが多い。）中に、前記磁性金属粒子原料酸化物
粒子を分散し、分散させた溶液に水または弱いアルカリ
性水溶液を添加して金属アルコキシドを加水分解するこ
とにより、前記粒子の表面上にその金属の酸化物皮膜を
生成させる方法である。この方法により多層金属酸化物
膜粉体を製造する方法は、特開平６−２２８６０４号公
報や特開平７−９０３１０号公報等に記載されている。

【００１９】この加水分解による金属酸化物の製造方法
はゾル−ゲル法と呼ばれ、微細で均一な組成の酸化物が
形成されるものであって、この方法を磁性金属粒子原料
酸化物粒子に対して適用することにより、磁性金属粒子
原料酸化物粒子の上に均一な厚さでかつ緻密な膜が得ら
れる。金属アルコキシドとしては、ケイ素、チタン、ア
ルミニウム、ジルコニウム、錫、鉄、マンガン等必要な
金属酸化物に対応する金属のアルコキシドが選択され
る。

【００２０】金属アルコキシドは、一般に水により分解
する場合には、有機溶媒の溶液として使用される。有機
溶媒は、アルコール、例えばエタノール、メタノール
等、またはケトン類等が使用される。有機溶媒は脱水し
たものを使用することが好ましい。金属アルコキシド溶
液の濃度は、溶解する金属アルコキシドの種類や有機溶
媒の種類によって変わるが、最適な条件を設定する。金
属アルコキシド溶液の濃度と金属アルコキシド溶液の磁
性金属粒子原料酸化物粒子に対する使用量により、磁性
金属粒子原料酸化物粒子上の金属水酸化物膜の厚さが決
まる。

【００２１】前記ロ）の水中で金属塩類を中和、加水分
解する方法としては、金属塩の反応のうち、最も一般的
である金属塩水溶液の反応による沈殿という処理に用い
られる金属塩についていうと、金属の酸性塩の場合が特
に問題となる。金属塩の反応においては、中和や熱分解
が代表的に用いられるが、それ以外の反応でもよい。本
発明において、金属塩として使用される金属は、鉄、ニ
ッケル、クロム、チタン、亜鉛、アルミニウム、カドミ
ウム、ジルコニウム、ケイ素、錫、鉛、マンガン、リチ
ウム、インジウム、ネオジウム、ビスマス、セリウム、
アンチモン等の他、カルシウム、マグネシウム、バリウ
ム等が挙げられる。

【００２２】また、これら金属の塩としては、硫酸、硝
酸、塩酸、シュウ酸、炭酸やカルボン酸の塩が挙げられ
る。さらにまた、前記金属のキレート錯体も含まれる。
本発明において使用される金属塩の種類は、その粉体の
表面に付与しようとする性質や製造に際して適用する手
段に応じてそれに適するものが選択される。

【００２３】上記のごとく処理することにより、磁性金
属粒子原料酸化物粒子の表面に酸化物膜を形成した磁性
金属粒子原料酸化物粒子が得られる。そして、以上のよ
うにして得られた酸化物膜被覆磁性金属粒子原料酸化物
粒子を含む溶液を静置して液相と固相とに相分離させ、
液相中に浮遊する超微粒子のみを採取する。ここで、遠
心分離器を用いて超微粒子のみを採取することもでき
る。この超微粒子は平均粒径１０ｎｍ〜数十ｎｍ程度で
あり、１０ｎｍ程度が好ましく、後述される磁性流体と
した際に、該流体中で沈降することなく優れた分散性が
得られる。

【００２４】この酸化物膜を被覆した磁性金属粒子原料
酸化物粒子を還元し、基体を金属化して磁性を強くし、
酸化物膜を完全な酸化防止膜とした磁性金属粒子を得る
ことができる。前記還元は、水素ガス雰囲気に保った炉
の中で、温度範囲は３００〜８００℃であり、好ましく
は４００〜７００℃で焼成を行う。３００℃以下では酸
化防止膜が完全にならないことがあり、８００℃を超え
た温度では粒子同志が焼結することがあり、共に不適で
ある。この炉中での焼成時間は１〜１０時間であり、好
ましくは３〜８時間である。

【００２５】本発明では、前記還元・焼成処理により、
磁性金属粒子原料酸化物粒子が金属に還元されると同時
に、高温による前記酸化物膜の固化と前記磁性金属粒子
の表面の溶融化が同時に進行し、酸化物膜と磁性金属粒
子の界面において結合が生じ、この結果、酸化物膜が完
全な酸化防止膜になるものと思われる。また、前記還元
・焼成処理の際、酸化防止膜は還元処理中の焼結防止膜
としても働く。更に粒子焼結防止と酸化物被覆磁性粒子
の磁性流体化を効率よく行うために回転式チューブ炉を
用いることもできる。

【００２６】上記の還元・焼成処理条件は、それ自体公
知の方法であるが、主に磁気記録媒体用として好適に使
用することができる磁気特性の優れたマグネタイト、マ
グヘマイト、金属鉄などの針状の磁性粉末（長軸：０．
１〜０．３μｍ）を得るための処理として用いられてき
たが（例えば、特開昭５９−２１３６２６号公報、特開
昭５８−１６１７０９号公報）、本発明においては、磁
気流体の磁性金属粒子原料酸化物粒子を還元し、基体を
金属化し、磁性を強くした酸化防止膜被覆磁性金属粒子
を得ることが目的であり、平均粒径が、５〜２０ｎｍで
ある超微粒子に適用し、優れた結果を得ることができ
た。

【００２７】なお酸化防止膜は、磁性金属粒子との熱反
応性による磁化減少防止など必要に応じて複数膜でもよ
い。酸化防止膜で被覆された磁性金属粒子の平均粒径の
範囲は、５〜２０ｎｍであり、好ましくは６〜１５ｎ
ｍ、さらに好ましくは７〜１２ｎｍであり、８〜１０ｎ
ｍならば最適である。５ｎｍ未満では磁性が弱くなり、
２０ｎｍを超えて大きくなると、磁性流体中で沈降が生
じ、共に不適である。酸化防止膜で被覆された磁性金属
粒子の飽和磁化の数値範囲は、７０〜２００ｅｍｕ／ｇ
であり、好ましくは１００〜２００ｅｍｕ／ｇである。

【００２８】酸化防止膜の膜厚の数値範囲は０．０１〜
２ｎｍであり、好ましくは０．０１〜１ｎｍである。更
に好ましくは０．０１〜０．５ｎｍである。０．０１ｎ
ｍ未満では焼成時に焼結が起きやすくなり、２ｎｍを超
えて厚くなると磁性が弱くなり、共に不適である。な
お、酸化防止膜としてシリカ膜を、磁性金属粒子の金属
成分として鉄を用いた場合には、ＳｉＯ₂ とＦｅの重量
割合（ＳｉＯ₂ ／Ｆｅ）が０．１〜２０ｗｔ％、好まし
くは０．１〜１０ｗｔ％、さらに好ましくは０．５〜７
ｗｔ％である。酸化防止膜または磁性金属粒子の金属成
分として、それぞれ別のものを適用する場合には、適宜
好ましい重量割合を設定すればよい。

【００２９】本発明において、上記の酸化防止膜被覆磁
性金属粒子を溶媒中に安定に分散させる磁性流体化は、
溶媒と分散剤を適当に選ぶことにより達成できる。媒体
である溶媒としての水、あるいは極性の大きい溶媒とし
ては、ダンパー、アクチュエーターの用途には比較的沸
点の高い物質であれば良く、エタノール、プロパノール
等の低級アルコール、エチレングリコール、プロピレン
グリコール、１，４ブタジオールから１，１０デカノー
ルまでの高級アルコールなどの極性溶媒などが用いられ
る。

【００３０】水やこれらの極性溶媒中でオレイン酸、リ
ノレン酸、リノール酸などの不飽和脂肪酸を被覆し、粒
子の表面を親溶媒性に処理した後、ドデシルベンゼンス
ルホン酸やドデシル硫酸などの陰イオン系界面活性剤
や、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどの非イオ
ン系界面活性剤などの界面活性剤を添加し、さらに、テ
トラメチルアンモニウムなどのような陽イオン系界面活
性剤を加えることにより、磁性流体とすることができ
る。また、ヒドロキシアルキルセルロースなどの高分子
分散剤も使用できる。一方、極性のないケロシン、α−
オレフィン、アルキルナフタレンなどの炭化水素、ポリ
フェニルエーテルなどのエーテル類、ジメチルシロキサ
ンなどのシリコン油類には、オレイン酸などの不飽和脂
肪酸、メルカプト変性シロキサンやカルボキシ変性シロ
キサンなどの反応性シロキサンなどのシリコン分散剤が
使用できる。

【００３１】上記の表面処理に使用される界面活性剤と
しては、次の各種のうち１種類あるいは複数種用いるこ
とができるが、オレイン酸、リノール酸、リノレイン酸
などの不飽和脂肪酸のアルカリ塩類、アルキルエーテル
酢酸などのカルボン酸及びその塩類、スルホン酸及びそ
の塩類、硫酸及び亜硫酸エステル塩、燐酸エステル及び
その塩類、ホウ素系、重合型高分子系、重縮合型高分子
などの陰イオン性界面活性剤、脂肪族アミン類及びその
アンモニウム塩、芳香族アミン類及びそのアンモニウム
塩、複素環アミン類及びそのアンモニウム塩、ポリアル
キレンポリアミン型、高分子型などの陽イオン性界面活
性剤、エーテル型、エステルエーテル型、エステル型、
デキストリンなどの多糖類、ヒドロキシアルキルセルロ
ースなどのセルロース類などの高分子系、カルボキシ変
性、アミノ変性などの変性シリコンオイル、含窒素型な
どの非イオン性界面活性剤、ベタイン型あるいはアミノ
有機酸型などの両イオン性界面活性剤、また、シランカ
ップリング剤やチタンカップリング剤のような反応性界
面活性剤などを用いることができる。その添加量として
は、適宜決定される。

【００３２】また、油ベース磁性流体をシール材として
使用した場合には、防水シールとして使用でき、逆に親
水性溶媒磁性流体を使用した場合には油シールとするこ
とも可能である。

【００３３】以下、本発明の磁性流体シールの基本的構
成を図面に基づいて説明する。図１は２段式磁性流体シ
ールの軸方向の断面図の一部であり、図２はその分断面
を有する斜視図である。磁性流体シールは運動軸（単に
軸ともいう）１の周りに、永久磁石４と固定部材（ポー
ルピースともいう）２と、その先端の磁場の強い部分の
空間に充填され、保持された磁性流体３から構成され
る。永久磁石を磁力源とし、回転軸と固定部材であるポ
ールピースとの間に作られた極小の空間が磁気回路５の
ように磁束が集中することによって強磁場となる。この
空間に磁性流体を充填すると磁性流体はその場に保持さ
れ、それ自体が放出されたり、飛散されたりしない。回
転軸が回っても磁場の位置は変わらないので、磁性流体
の位置も変わらない。磁場および磁性流体の磁性による
保持力を超えなければ、軸方向の片側から圧力がかかっ
ても磁性流体は飛散しない。磁性流体が前記空間に保持
され、外圧に耐える圧力（耐差圧性）は、空間の磁場の
強さと磁性流体の飽和磁化値との積に比例する。

【００３４】本発明の磁性流体シールは、外部磁場の作
用により、強力にかつ精度良く作動し、また外部磁場を
印加し調整することにより、その粘度が著しく増加し、
しかも粘度の制御も容易にかつ精密にでき、且つ、粒子
の耐酸化防止性および分散性にも優れ、充分大きな粘度
特性を備える高性能磁性流体を使用することにより、従
来のマグネタイト磁性流体の２倍以上の飽和磁化値を有
するため、従来の磁性流体シールに比べ３〜５倍も強
く、メカニカルシールに匹敵する耐差圧性が得られる。
この磁性の強い磁性流体を用いることにより、シールの
段数を減らすことができるので、シール全体をコンパク
トにすることができる。また、低圧シールに関しては、
従来より弱い磁力で大きい封止力が得られ、希土類磁石
のコストを下げられる。その他、本発明の磁性流体は、
磁性超微粒子に酸化物被覆金属、特にシリカ被覆金属鉄
粉などを用いることにより、従来のマグネタイト磁性流
体の問題点であった過熱性がなく放熱性があり、溶媒
の蒸発も防止でき、防塵性を有し、耐酸化性が強く、磁
性の低下が少なく、耐久性を有する。更に、これまで使
用できなかった水中でも水漏れしない油ベース磁性流体
シールによる防水シールとして使用でき、これまで使用
できなかった過酷な条件での使用が可能である。

【００３５】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、勿論本発明の範囲は、この実施例のみに限定
されるものではない。〔実施例１〕下記工程により磁性流体を作成した。（磁性金属粒子原料酸化物粒子）０．１２５ｍｏｌ／リ
ットルの塩化第１鉄試薬と０．２５ｍｏｌ／リットルの
塩化第２鉄試薬を溶解した溶液１５０ｍｌを準備し、こ
れに、１ｍｏｌ／リットルのＮａＯＨ溶液をｐＨが１２
になるまで添加し、鉄分を沈殿させた後蒸留水を用いて
傾斜洗浄を繰り返し、マグネタイト超微粒子２０ｇを得
た。得られたマグネタイトの平均粒径は７．５ｎｍであ
った。

【００３６】（酸化物膜の被覆）得られたマグネタイト
２０ｇを含む水溶液１リットルに、Ｎａ₂ Ｏ・３ＳｉＯ
₃ 含有量が３７．７％の濃度の水ガラスを６．８ｇを加
えて、十分攪拌分散後、１Ｎの塩酸でｐＨ８にし、温度
を７０℃に保持したウォーターバス中に入れ、２時間反
応させた。反応終了後、固形分を濾過し、蒸留水５リッ
トルで洗浄し、電解質を除去した。

【００３７】（酸化物被覆金属超微粒子製造）固形分を
乾燥後、アルミナボートに入れ、回転式チューブ炉に入
れ、１０分間、窒素ガス５００ｍｌ／ｍｉｎ．で窒素ガ
ス置換後、水素ガスを５００ｍｌ／ｍｉｎ．で流しなが
ら６５０℃まで３時間で昇温し５時間保持した後、窒素
ガス５００ｍｌ／ｍｉｎ．に変えて、放冷した。得られ
たシリカ被覆金属鉄超微粒子は鉄に対するＳｉＯ₂ の被
覆量は３．５ｗｔ％であった。また得られたシリカ被覆
金属鉄超微粒子の平均粒径は９．５ｎｍであった。ま
た、磁場１０ｋＯｅでの磁化は、１２５．５ｅｍｕ／ｇ
であった。さらに、大気中では１５０℃まで酸化は認め
られなかった。

【００３８】（磁性流体化）得られたシリカ被覆金属鉄
超微粒子１０ｇを１０％オレイン酸水溶液１００ｍｌ中
に入れ、１時間攪拌し、オレイン酸を吸着した。その後
過剩のオレイン酸を除去するために、沈殿物を濾過後、
１リットルの水で８回洗浄を行った。濾過後粉末を６０
℃で８時間乾燥した。乾燥した粉末を、ドデシルベンゼ
ンスルホン酸３．２ｇとテトラメチルアンモニウム０．
５ｇを含むエチレングリコール２．９ｇを加えホモジナ
イザーで１１００ｒｐｍ．で２時間攪拌後、シリカ被覆
金属鉄超微粒子濃度が７０％の磁性流体を得た。得られ
た磁性流体の粘性は２２０ｃＰであり、非常に分散が良
かった。また、磁場１０ｋＯｅでの磁化は７２．６ｅｍ
ｕ／ｇで、２０週間静置したが、磁性変化はなかった。

【００３９】得られた磁性流体を用いて、下記の軸シー
ル実験を行い、磁性流体の耐差圧性を測定した。図３に
示すような、リング状のポールピース（固定部材２）２
個に、ＮＳ極が交互に配置されるようにリング状の永久
磁石１個（図示せず）を挟み、これにシャフト（運動軸
１）を通しポールピースの先端とシャフトの間に、上記
の磁性流体を密着させ、２段の耐差圧シールを試作し、
ポールピースの片側に窒素ガスで加圧し、磁性流体シー
ルが破れる圧力６を測定し、耐差圧性試験とした。な
お、シャフト径は３２ｍｍ、空隙長は０．５ｍｍ、磁界
は磁石内面の表面磁界の大きさが３２００Ｇ、回転数は
１８００ｒｐｍとした。得られた磁性流体の耐差圧性は
２．５ｋｇ／ｃｍ² であり、良好な耐差圧性が認められ
た。

【００４０】〔比較例１〕上記実施例１の磁性流体の代
わりに、特開昭５４−４００６９号公報に示される方法
で調製した７０％のマグネタイト濃度の磁性流体を用い
た以外は、実施例１と同様にして耐差圧性を測定した。
得られたマグネタイト磁性流体の耐差圧性は０．５ｋｇ
／ｃｍ² であった。

【００４１】〔実施例２〕実施例１と同様の方法で、シ
リカ被覆金属鉄超微粒子の濃度が７０％の磁性流体を製
造した。下記の軸シール実験を行い、磁性流体の耐差圧
性を測定した。図４に示すような、リング状のポールピ
ース（固定部材２）６個に、ＮＳ極が交互に配置される
ようにリング状の永久磁石４を２個を挟み、これにシャ
フト（運動軸１）を通しポールピースの先端とシャフト
の間に、上記の磁性流体を密着させ、３段の耐差圧シー
ルを試作し、ポールピースの片側に窒素ガスで加圧し、
磁性流体シールが破れる圧力を測定し、耐差圧性試験と
した。なお、シャフト径は３２ｍｍ、空隙長は０．５ｍ
ｍ、磁界は磁石内面の表面磁界の大きさが４９００Ｇ、
回転数は１８００ｒｐｍとした。得られた磁性流体の耐
差圧性は６．３ｋｇ／ｃｍ² であり、良好な耐差圧性が
認められた。またシャフトの回転数を５０００ｒｐｍと
しても、３年間漏れは無かった。

【００４２】〔比較例２〕上記実施例２の磁性流体の代
わりに、特開昭５４−４００６９号公報に示される方法
で調製した７０％のマグネタイト濃度の磁性流体を用い
た以外は、実施例２と同様にして耐差圧性を測定した。
得られたマグネタイト磁性流体の耐差圧性は０．９ｋｇ
／ｃｍ² であった。

【００４３】〔実施例３〕（防水軸シールの例）実施例１と同様の方法で作成したシリカ被覆金属鉄超微
粒子１００ｇをケロシン１リットル中に十分懸濁させた
後、カルボキシ変性シロキサン３０ｇを添加し、十分混
合した後、ジメチルシロキサンを５０ｇ加えた混合液を
真空乾燥機内で攪拌しながら、１１０℃で１０時間かけ
てケロシンを蒸発させた後、再度１００００ｒｐｍのホ
モジナイザーで２０分間攪拌した後、８時間放置し沈降
した沈澱物を除去し、シリコンベース磁性流体を得た。
得られたジメチルシロキサン（シリコンオイル）ベース
磁性流体の磁場１０ｋＯｅでの磁化は６９ｅｍｕ／ｇで
あり、磁性超微粒子の沈降は認められなかった。

【００４４】（シリコンオイルベース磁性流体を用いた
シール）図４と同様の形状のポールピース（固定部材
２）を半径３０ｃｍ，高さ５０ｃｍの円筒形の耐圧容器
の底部に取り付け、これにシヤフトを差し込んだ後、前
記の様にして得られたシリコンオイルベース磁性流体８
０ｇをポールピースとシャフトの間に充填した。シャフ
トの先端をモーターに接続してから、耐圧容器に底部か
ら２０ｃｍまで水を入れモーターを５０００ｒｐｍで回
転させた。このままでは加重が２０ｇ／ｃｍ²なので窒
素ガスで徐々に加圧して水が漏れ出す圧力を測定した。
その結果、圧力が５．６ｋｇ／ｃｍ²までは漏れは無か
ったが、この圧力を越えた時、シールが破壊された。従
って、耐差圧５．６ｋｇ／ｃｍ² までは耐圧可能である
ことが判った。更に、耐水圧シールとしても使用可能で
あることが判った。

【００４５】上記の結果から、明らかなように、本発明
に係わる各実施例の磁性流体シールは、各比較例の磁性
流体シールに比較して６倍以上の耐差圧性と長期耐久性
が認められ、満足すべき結果を得た。また、耐水圧シー
ルとしても使用可能であることが判った。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る磁性
流体シールは、外部磁場の作用により、強力にかつ精度
良く作動し、耐酸化性、さらに分散安定性のよい優れた
高性能流体を使用することにより、従来のマグネタイト
磁性流体の２倍以上の磁性を有するため、従来の磁性流
体シールに比べ、３〜５倍も強いメカニカルシールに匹
敵する耐差圧性得られ、このためシールの段数を減らす
ことができるので、シール全体をコンパクトにすること
ができ、放熱性、防塵性を有し、また、低圧シールに関
しては、従来より弱い磁力で大きい封止力が得られ、希
土類磁石のコストを下げられ、更に、これまで使用でき
なかった水中でも水漏れしない油ベース磁性流体シール
による防水シールが使用でき、自動車や船舶および半導
体分野などシール（軸シール、真空シール、動体軸受
等）として、実用化が真空中や不活性ガス中に限定され
ないため、これまで使用できなかった過酷な条件での使
用が可能となり、極めて高い実用性を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁性流体シールの基本的構成を示す軸方向の断
面図である。

【図２】磁性流体シールの基本的構成を示す分断面を有
する斜視図である。

【図３】本発明の実施例１の形態の磁性流体シールの基
本的構成を示す軸方向の断面図である。

【図４】本発明の実施例２の形態の磁性流体シールの基
本的構成を示す軸方向の断面図である。

【符号の説明】

１軸２固定部材（ポールピース）３磁性流体４永久磁石５磁気回路６圧力７ハウジング（ステンレス）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中塚勝人宮城県仙台市太白区茂庭台四丁目３番５の 1403号 (72)発明者藤田豊久秋田県秋田市広面字高田13の４ (72)発明者新子貴史東京都西多摩郡日の出町平井字欠下２−１日鉄鉱業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、軸と、該軸の周りにあり、
かつ該軸との間に極小空間を有するように配置されたポ
ールピースと、該空間に磁場を与える手段と、該空間に
充填された磁性流体とから構成される磁性流体シールに
おいて、該磁性流体は、酸化防止膜で被覆された磁性金
属粒子が、溶媒中に安定に分散され、その分散状態が維
持されているものであることを特徴とする磁性流体シー
ル。
【請求項２】酸化防止膜で被覆された磁性金属粒子の
平均粒径が、５〜２０ｎｍであることを特徴とする請求
項１記載の磁性流体シール。
【請求項３】酸化防止膜で被覆された磁性金属粒子の
飽和磁化が、７０〜２００ｅｍｕ／ｇであることを特徴
とする請求項１記載の磁性流体シール。
【請求項４】酸化防止膜の膜厚が０．０１〜２ｎｍで
あることを特徴とする請求項１記載の磁性流体シール。
【請求項５】酸化防止膜が酸化物膜であることを特徴
とする請求項１記載の磁性流体シール。
【請求項６】酸化防止膜で被覆された磁性金属粒子
が、磁性金属粒子原料酸化物粒子の表面に酸化物膜を形
成し、この酸化物膜を形成した原料酸化物粒子を還元し
て得られたものであることを特徴とする請求項１記載の
磁性流体シール。
【請求項７】磁性金属粒子原料酸化物粒子の粒径が４
〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項６記載の磁性
流体シール。
【請求項８】酸化物膜を形成した原料酸化物粒子の還
元が、水素ガス雰囲気下３００〜８００℃の焼成により
行われることを特徴とする請求項６記載の磁性流体シー
ル。