JPH11344129A - 磁性流体を利用した密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シール性能を高めること、加工性や組立性が
良く容易に大量生産可能とすること、を達成する磁性流
体を利用した密封装置を提供する。 【解決手段】 軸方向に磁化された環状磁石５ａ，６ａ
とその端面に接合されたポールピース５ｂ，５ｃ，６
ｂ，６ｃ（環状磁極部材）をそれぞれ有し、ポールピー
ス５ｂ，５ｃ，６ｂ，６ｃを径方向の環状隙間Ｇ１を介
し対向させて回転軸２側とハウジング３側に配置される
第１及び第２の磁極リング５，６を備え、環状隙間Ｇ１
に磁性流体ＭＦを保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性流体を利用し
た密封装置に関し、そのシール性及び製造性を向上させ
る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、外部磁場の磁束により、オイ
ル等の流体中に懸濁して存在する磁性体の粒子が磁気吸
引され、その位置を保持し得る特性を備えた磁性流体を
利用した種々の密封装置がある。

【０００３】図４は、回転軸１０２が非磁性体である場
合に用いられる、磁性流体を利用した密封装置の一構成
例を示す断面構成説明図である。

【０００４】この密封装置１００は、例えば回転機械の
ハウジング１０１とハウジング１０１に挿通される非磁
性体からなる回転軸１０２との間の環状隙間１０３をシ
ールするものである。

【０００５】ハウジング１０１側には、軸方向に磁化さ
れた環状磁石１０４と、環状磁石１０４の軸方向両端面
に貼着された磁性体からなる１対の環状のポールピース
１０５ａ，１０５ｂを配置し、回転軸１０２側には、環
状のポールピース１０５の内周側端面との間に微小環状
隙間Ｇ１０１を形成させると共に、磁気回路ＭＣ１０１
を構成するための磁性体からなるスリーブ１０６が嵌合
されている。

【０００６】そして、微小環状隙間Ｇ１０１には磁性流
体ＭＦが充填され、磁気回路ＭＣ１０１を通過する磁束
によって磁気吸着保持されている。

【０００７】従って、磁性流体ＭＦによりハウジング１
０１と回転軸１０２との間の環状隙間１０３がシールさ
れる。

【０００８】また、図５の密封装置２００は、図４にお
けるスリーブ１０６を使用しない代わりとして、ポール
ピース２０５ａ，２０５ｂの内径側に、それぞれ軸方向
内側に向かうように折り曲げた軸方向部２０５ａ１，２
０５ｂ１を備え、軸方向部２０５ａ１，２０５ｂ１の端
面の間に微小環状隙間Ｇ２０１を形成させると共に、磁
気回路ＭＣ２０１を構成させている。

【０００９】そして、微小環状隙間Ｇ２０１には磁性流
体ＭＦが充填され、磁気回路ＭＣ２０１を通過する磁束
によって磁気吸着保持され、磁性流体ＭＦが回転軸１０
２の外周面に押し付けられていることにより環状隙間１
０３がシールされている。

【００１０】尚、このような構成の密封装置１００，２
００を軸方向に多段に組み合わせることによりシール性
能を高め、圧力差のある２領域間のシール等にも対応可
能としている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、密封装
置１００の構成では、スリーブ１０６を回転軸１０２に
嵌めこむので、スリーブ１０６の厚み分の占有スペース
が小型化を阻害する要因となり、環状磁石１０４の径方
向の寸法が制限された場合にはシール性能（微小環状隙
間Ｇ１０１の磁束密度を高めて磁性流体ＭＦの高い保持
力発生による）を高めることが困難である。

【００１２】また、スリーブ１０６の製作には切削加工
を必要とすると共に、回転軸１０２に嵌めこむ（接着工
程）際にスリーブ１０６の外周の振れ等の発生がないよ
うに組み立てる必要があり、加工性及び組立性という面
での改善が望まれている。

【００１３】密封装置２００の構成では、スリーブ１０
６は不要であるが、軸方向部２０５ａ１，２０５ｂ１を
環状磁石１０４の内側に位置させるために、密封装置１
００と同様に小型化に際してシール性能を高めることが
困難である。

【００１４】また、断面Ｌ字状のポールピース２０５
ａ，２０５ｂの製作には切削加工を必要とすると共に、
密封装置２００においては、軸方向の微小環状隙間Ｇ２
０１の隙間間隔及び、回転軸１０２の外周面と微小環状
隙間Ｇ２０１の径方向の隙間間隔も所定値に設定する必
要があり、より正確な組立精度が要求されている。

【００１５】また、従来技術における密封装置１００及
び２００の製作方法は、環状磁石とポールピースを別工
程において加工形成した後、両者を治具等を用いて正確
に貼り合わせるという組立工程で行なっているので、大
量生産に手間がかかり、その分コストも高くなってい
た。

【００１６】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、シール
性能を高めること、加工性や組立性が良く容易に大量生
産可能とすること、を達成する磁性流体を利用した密封
装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、軸と該軸を取り囲むハウジングと
の間に配置される磁性流体を利用した密封装置であっ
て、軸方向に磁化された環状磁石と該環状磁石の少なく
とも一方の端面に接合された環状磁極部材をそれぞれ有
し、前記環状磁極部材を径方向の環状隙間を介し対向さ
せて軸側とハウジング側に配置される第１及び第２の磁
極手段と、前記環状隙間に保持される磁性流体と、を備
え、前記第１及び第２の磁極手段における対向する環状
磁極部材は、異なる極であることを特徴とする。

【００１８】これによって、従来技術の構成と同等の磁
力を有する磁石を用いる場合、磁性流体が保持される環
状隙間を通過する磁束密度が大きくなり、より大きな磁
性流体の保持力を発生させて、密封装置のシール性能を
高めることができる。

【００１９】前記第１及び第２の磁極手段における対向
する環状磁極部材は、軸方向に磁化された２つの環状磁
石の異極同士を対向させることにより、磁束の流れが安
定してより大きな磁性流体の保持力を発生させることが
可能となる。

【００２０】前記第１及び第２の磁極手段は、それぞれ
軸方向に磁化された環状磁石と環状磁極部材の径方向寸
法がほぼ等しく設定されていることも好適であり、同じ
スペースに対して軸方向に磁化された環状磁石を大きく
することができ、環状隙間を通過する磁束密度を高める
ことが可能となる。

【００２１】前記磁極手段は、軸方向に磁化された環状
磁石となるシート状の磁石と環状磁極部材となるシート
状の磁性体を貼り合わせた後、環状に打ち抜かれたこと
を特徴とする。

【００２２】このような磁極手段により、切削加工が不
要となるので加工性が向上する。また、軸方向に磁化さ
れた環状磁石と環状磁極部材の組立も不要となるので組
立性が向上する。

【００２３】前記環状磁石となるシート状の磁石は、粉
体磁石を軟質基材に含有させた軟質磁石であり、厚み方
向に弾性収縮された状態で環状に打ち抜かれ、打ち抜き
後の周壁部を前記環状磁極部材の周壁部よりも凹ませた
ことを特徴とする。

【００２４】これによって、軸方向に磁化された環状磁
石の周壁部が環状磁極部材の周壁部よりも突出すること
がなく、対向配置された際の環状磁石同士の干渉防止と
なる。またシール性能の安定化に必要な密封装置の寸法
精度を、環状磁極部材の打ち抜き加工精度により安定し
て維持することが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下に本発明の
第１の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発
明を適用した磁性流体を利用した密封装置１の要部断面
構成説明図である。

【００２６】この密封装置１は、例えば、コンタミを嫌
うクリーン環境下で使用されるロボットや回転機械から
ダストが外に放出されるのを防止するために、軸受部等
に備えられるものである。

【００２７】そして、このような単段の密封装置を軸方
向に多段に配置することにより、圧力差の大きな用途に
も使用できる。

【００２８】従って、この密封装置１は、２領域が遮断
される必要のある領域間、あるいは圧力差のある低圧側
Ｌ及び高圧側Ｈの２領域間にまたがる回転軸２と、回転
軸２を取り囲むハウジング３のハウジング内周部３ａの
間の、環状隙間４に備えられている。

【００２９】密封装置１は、対となる磁極手段としての
第１の磁極リング５及び第２の磁極リング６と、第１及
び第２の磁極リング５，６の間の径方向の微小な環状隙
間Ｇ１に保持される磁性流体ＭＦとから構成されてい
る。

【００３０】第１及び第２の磁極リング５，６は、径方
向の寸法が異なる以外は同じ構造であり、第１の磁極リ
ング５は軸方向（図においてＮ，Ｓと示されている方
向）に磁化された環状磁石５ａ及び環状磁石５ａの両端
面に貼着された環状磁極部材としてのポールピース５
ｂ，５ｃ、同様に第２の磁極リング５は環状磁石６ａと
ポールピース６ｂ，６ｃとから構成されている。

【００３１】第１及び第２の磁極リング５，６のそれぞ
れの環状磁石とポールピースの径方向寸法は同じであ
り、同心的に貼着されている。

【００３２】第１の磁極リング５は、その内周側が回転
軸２の外周径と嵌合する径寸法であり、外周側は回転軸
２とハウジング内周部３ａとの間の環状隙間４のほぼ径
方向中央位置に到達する径寸法に設定されている。

【００３３】第２の磁極リング６の内周側は、第１の磁
極リング５の外周径に環状隙間Ｇ１の寸法を加えた径寸
法であり、外周側はハウジング内周部３ａと嵌合する径
寸法に設定されている。

【００３４】また、第１及び第２の磁極リング５，６の
軸方向寸法は、同じに設定されており、また各構成部材
（環状磁石とポールピース）の厚さも必要とする磁束密
度に応じて設定されている。

【００３５】そして、第１の磁極リング５のポールピー
ス５ｂ，５ｃの外周端面と第２の磁極リング６のポール
ピース６ｂ，６ｃの内周端面とを対向させて、第１の磁
極リング５は回転軸２側に、第２の磁極リング６はハウ
ジング３側に配置されている。

【００３６】尚、対向するポールピース５ｂと６ｂ及び
５ｃと６ｃは、極が異なるように配置されている。

【００３７】密封装置１をこのような２つの磁極リング
により構成とすることによって、より大きな磁性流体Ｍ
Ｆの保持力を発生させて、密封装置１のシール性能を高
めることができる。

【００３８】第１及び第２の磁極リング５，６における
対向するポールピースは、異なる極であるので、磁束の
流れが安定してより大きな磁性流体ＭＦの保持力を発生
させることが可能となる。

【００３９】また、第１及び第２の磁極リング５，６
は、それぞれ環状磁石とポールピースの径方向寸法がほ
ぼ等しく設定されているので、同じスペースに対して環
状磁石５ａ，６ａを大きくすることができ、環状隙間Ｇ
１を通過する磁束密度をより高めることが可能となる。

【００４０】図２の密封装置１Ａは、第１及び第２の磁
極リング５Ａ，６Ａがポールピース５ｂ，６ｂを環状磁
石５ａ，６ａの片面にのみ貼着している構成である。こ
れは、シールに対する要求耐圧が比較的小さく、取付け
スペースが狭い場合等の使用に好適である。

【００４１】また、このような密封装置１，１Ａを軸方
向に多段に備え、より耐圧性を高めることも可能であ
る。

【００４２】（実施の形態２）次に、図３を参照して、
上記第１の実施の形態で説明された第１の磁極リング５
の製造方法を説明する。

【００４３】図３（ａ）は、環状磁石５ａとなるシート
状の磁石２１とポールピース５ｂ，５ｃとなるシート状
の磁性材２２，２３をを接着剤等によって貼り合わせ、
矢印Ａ１，Ａ２方向に加圧して磁石２１を厚さ方向に弾
性収縮（径方向に弾性伸長）させた状態の断面構成説明
図である。

【００４４】この状態から、第１の磁極リング５の外径
寸法Ｄ１と内径寸法Ｄ２で、環状磁石５ａをプレス工程
等によって打ち抜く。

【００４５】図３（ｂ）は打ち抜き加工後の第１の磁極
リング５の状態を示す断面構成説明図であり、図３
（ａ）において加圧力によって厚さがＴ１となっていた
ものが、弾性力によって復帰しＴ１よりも厚いＴ２の状
態となっている。

【００４６】打ち抜き加工後の第１の磁極リング５は、
環状磁石５ａの周壁部５ａ１（外周側），周壁部５ａ２
（内周側）が、ポールピース５ｂ，５ｃの周壁部５ｂ
１，５ｃ１（外周側）周壁部５ｂ２，５ｃ２（内周側）
よりも凹ませた状態（外周側では内方向へ、内周側では
外方向へそれぞれ収縮変形する）となる。

【００４７】従って、第１の磁極リング５を製作する上
で、切削加工が不要となるので加工性が向上する。ま
た、従来技術のように環状磁石とポールピースを別個に
作成した後の組立も不要となるので組立性が向上する。

【００４８】また、環状磁石５ａとポールピース５ｂ，
５ｃの位置決め精度も、ポールピース５ｂ，５ｃを構成
するシート状の磁性材２２，２３のプレス加工精度に応
じたものとなり、シール性能の安定化に必要な寸法精度
を維持することが可能となる。

【００４９】環状磁石５ａの周壁部５ａ１（外周側），
周壁部５ａ２がポールピース５ｂ，５ｃの周壁部よりも
凹んでいることで、第１の磁極リング５として第２の磁
極リング６に対向配置された際の環状磁石５ａ，６ａ同
士の干渉防止となる。

【００５０】シート状の磁石２１としては、粉体磁石を
軟質基材に含有させたいわゆるプラススック磁石やゴム
磁石等の軟質磁石を使用することが可能である。また、
シート状の磁性材２２，２３としては、磁性を備えた金
属板等を使用することが可能である。

【００５１】

【発明の効果】上記のように説明された本発明の磁性流
体を利用した密封装置によると、第１及び第２の磁極手
段において、軸方向に磁化された環状磁石を用い、かつ
対向する環状磁極部材を異なる極としているため、環状
隙間を通過する磁束密度を高めることができる。

【００５２】また、環状磁石と環状磁極部材の径方向寸
法がほぼ等しく設定することで、同じスペースに対して
環状磁石を大きくすることができ、環状隙間を通過する
磁束密度を高めることが可能となる。

【００５３】また、磁極手段を、環状磁石となるシート
状の磁石と環状磁極部材となるシート状の磁性体を貼り
合わせた後、環状に打ち抜かれたものとすることで、切
削加工が不要となるので加工性が向上し、環状磁石と環
状磁極部材の組立も不要となるので組立性が向上する。

【００５４】環状磁石となるシート状の磁石を、厚み方
向に弾性収縮された状態で環状に打ち抜かれ、打ち抜き
後の周壁部を前記環状磁極部材の周壁部よりも凹ませた
軟質磁石とすることにより、環状磁石の周壁部が環状磁
極部材の周壁部よりも突出することがなく、対向配置さ
れた際の環状磁石同士の干渉防止となる。またシール性
能の安定化に必要な密封装置の寸法精度を、環状磁極部
材の打ち抜き加工精度により安定して維持することが可
能となる。

【００５５】従って、磁性流体を利用した密封装置にお
いて、シール性能の向上と共に、加工性及び組立性を向
上することで製作コストの低減が達成可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を適用した密封装置の実施の形態
の断面構成説明図。

【図２】図２は本発明を適用した密封装置の実施の形態
の断面構成説明図。

【図３】図３は本発明を適用した密封装置の磁極手段の
製造工程を説明する図。

【図４】図４は従来の密封装置の断面構成説明図。

【図５】図５は従来の密封装置の断面構成説明図。

【符号の説明】

１，１Ａ 密封装置 ２ 回転軸 ３ ハウジング ３ａ ハウジング内周部 ４ 環状隙間 ５ 第１の磁極リング（磁極手段） ６ 第２の磁極リング（磁極手段） ５ａ，６ａ 環状磁石 ５ｂ，５ｃ，６ｂ，６ｃ ポールピース（環状磁極部
材） ２１ 磁石 ２２，２３ 磁性材 Ｌ 低圧側 Ｈ 高圧側 Ｇ１環状隙間 ＭＦ 磁性流体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸と該軸を取り囲むハウジングとの間に
   配置される磁性流体を利用した密封装置であって、 軸方向に磁化された環状磁石と該環状磁石の少なくとも
   一方の端面に接合された環状磁極部材をそれぞれ有し、
   前記環状磁極部材を径方向の環状隙間を介し対向させて
   軸側とハウジング側に配置される第１及び第２の磁極手
   段と、 前記環状隙間に保持される磁性流体と、を備え、 前記第１及び第２の磁極手段における対向する環状磁極
   部材は、異なる極であることを特徴とする磁性流体を利
   用した密封装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の磁極手段は、それぞ
   れ軸方向に磁化された環状磁石と環状磁極部材の径方向
   寸法がほぼ等しく設定されていることを特徴とする請求
   項１に記載の磁性流体を利用した密封装置。
3. 【請求項３】 前記磁極手段は、軸方向に磁化された環
   状磁石となるシート状の磁石と環状磁極部材となるシー
   ト状の磁性体を貼り合わせた後、環状に打ち抜かれたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の磁性流体を利用した密
   封装置。
4. 【請求項４】 前記軸方向に磁化された環状磁石となる
   シート状の磁石は、粉体磁石を軟質基材に含有させた軟
   質磁石であり、 厚み方向に弾性収縮された状態で環状に打ち抜かれ、打
   ち抜き後の周壁部を前記環状磁極部材の周壁部よりも凹
   ませたことを特徴とする請求項３に記載の磁性流体を利
   用した密封装置。