JPS58225273A - Rotary sealing device using magnetic fluid - Google Patents

Rotary sealing device using magnetic fluid

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Publication number
JPS58225273A
JPS58225273A JP57109113A JP10911382A JPS58225273A JP S58225273 A JPS58225273 A JP S58225273A JP 57109113 A JP57109113 A JP 57109113A JP 10911382 A JP10911382 A JP 10911382A JP S58225273 A JPS58225273 A JP S58225273A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gap
seal
magnetic
pole piece
magnetic fluid
Prior art date
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Pending
Application number
JP57109113A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
章 山村
クルデイプ・ラジ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ferrofluidics Corp
Original Assignee
Ferrofluidics Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP57109113A priority Critical patent/JPS58225273A/en
Publication of JPS58225273A publication Critical patent/JPS58225273A/en
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  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、−転軸をシールするための磁性流体を用いた
シール装置に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a sealing device using a magnetic fluid for sealing a rotating shaft.

この種の装置のうち従来のでは、磁性流体乃至磁性液体
の0リング形シールが、一段式又は多段式に軸(シャフ
ト)の周囲に装着されている(例えげ、米国特許第3,
620,584号に記載の磁性流体を用いた多段式回転
軸シールを参照されたい)。
In conventional devices of this type, a ferrofluid or magnetic liquid O-ring seal is mounted around a shaft in one or more stages (see, for example, U.S. Pat.
620,584 (see the multi-stage rotary shaft seal using magnetic fluid).

磁性流体を用いた一段式及び多段式シールは、シャフト
の片側の環境乃至空間をシャフトの別の側の環境乃至空
間の汚染物から保護するための遮断シールとして使用さ
れてきた。磁性流体を用いた遮断シールは特に、コンピ
ュータディスク駆動機構のスピンドルに装着されて記憶
ディスク領域KMWO?ij?m″5〜6−2−“61
6K    −、。
Single-stage and multi-stage seals using magnetic fluids have been used as isolation seals to protect the environment or space on one side of the shaft from contaminants in the environment or space on the other side of the shaft. A magnetic fluid-based isolation seal is specifically installed on the spindle of a computer disk drive to protect the storage disk area KMWO? ij? m"5~6-2-"61
6K-,.

有用である。Useful.

コンピュータ分野で現在使用されている標準的な磁性流
体遮断シールば、スピンドル軸を包囲すべく構成された
環状のリング形永久磁石と、該磁石を挾持する等しい2
個の磁極片部材とを含んでおり、該磁極片部材の外径部
は永久磁石の各磁極端に接触して該磁極端と磁束に関し
て関連づけられるべく配置されており、磁極片部材の内
径部は軸乃至スピンドルの表面に非接触的に近接するよ
なる軸(シャフト)又はスピンドルの挿入により形成さ
れる間隙(ギャップ)に磁性流体が配置されて磁気的に
保持され1つ以上の液体0リング段を形成する。これに
より、シャフト周囲に磁性流体から成る遮断シールが形
成される。
The standard ferrofluidic barrier seal currently used in the computer field consists of an annular ring-shaped permanent magnet configured to surround the spindle axis and two equal parts sandwiching the magnet.
a pole piece member, the outer diameter of the pole piece member being arranged to contact and be flux-associated with each pole tip of the permanent magnet, and the inner diameter of the pole piece member being arranged to be in flux relation with each pole tip of the permanent magnet. A magnetic fluid is placed in the gap formed by the insertion of the shaft or spindle in close proximity to the surface of the shaft or spindle in a non-contact manner, and is held magnetically by one or more liquid O-rings. Form a tier. This forms a magnetic fluid isolation seal around the shaft.

永久磁石を形成するために種々の磁性材料を使用し得る
。常用の材料は縦方向厚み約8′0乃至1150ミルの
焼結又は接着材で固められたセラ建ツク材である。磁極
片部材は、厚み約25乃至80Zルの透磁性材料、例え
ば磁性ステンレス鋼(例えば400シリーズ)から成る
。需要家の要求に応じて標準型遮断シールは前記の如く
取付けられるか、又は、例えば、貼合せ又は固定部材に
よる固定(Staking)組立技術によってアルミニ
ウム又はステンレス鋼(例えば300シリーズ)の如き
非磁性ノ・ウジング内に配設される。
A variety of magnetic materials can be used to form permanent magnets. A commonly used material is sintered or bonded ceramic building material having a longitudinal thickness of about 8'0 to 1150 mils. The pole piece members are comprised of a magnetically permeable material, such as magnetic stainless steel (eg, 400 series), approximately 25 to 80 mm thick. Depending on the customer's requirements, standard isolation seals may be installed as described above, or they may be made of non-magnetic materials such as aluminum or stainless steel (eg 300 series), for example by laminating or staking assembly techniques.・It is placed inside Uzing.

遮断シールは、正確な最適量の磁性流体を、磁極片の内
径部と主軸シャフトとの間の環状ギャップ領域に配置す
ることによって形成される。典型的には、磁性流体は、
0リング形シールを形成する磁性流体の質量損失を極め
て低減しこれにより耐用寿命の長い遮断シールを形成す
るために、低蒸気圧のキャリヤー液体、例えばフッ化炭
素、ポリフェニルエーテル、炭化水素、液体ジエステル
及び同様の低蒸気圧液体を含む。例えば、標準的な磁性
流体遮断シールは、概して、中温条件で常用のコンピュ
ータ用ディスク駆動機構のスピンドル速度360Qrp
m 、及びシャフト直径約1.8インチ以内の場合、数
年の寿命しか期待できない。
The isolation seal is formed by placing a precise, optimal amount of ferrofluid in the annular gap region between the inner diameter of the pole piece and the main shaft. Typically, the magnetic fluid is
Low vapor pressure carrier liquids, such as fluorocarbons, polyphenyl ethers, hydrocarbons, liquid Contains diesters and similar low vapor pressure liquids. For example, standard ferrofluidic seals typically operate at spindle speeds of 360Qrp for common computer disk drives at moderate temperatures.
m and within about 1.8 inches of shaft diameter, only a few years of life can be expected.

使用される磁性流体の粘度及び飽和磁化は夫々、一般に
20から50 Q epl及び100がら400ガウス
の範囲内で変化してもよい。
The viscosity and saturation magnetization of the magnetic fluid used may generally vary within the range of 20 to 50 Q epl and 100 to 400 Gauss, respectively.

磁性流体を用いた遮断シールの有効使用寿命の延長、特
に、周囲温度がより高く例えば50’Cより高温の場合
、スピンドル速度が360 Orpmより大きい場合、
シャフト直径がより大きい場合、又はこれらの条件が重
複して存在する場合の遮断シールの有効寿命の延長が望
まれている。
Extending the useful service life of isolation seals using magnetic fluids, especially when the ambient temperature is higher, e.g. higher than 50'C, and when the spindle speed is higher than 360 Orpm;
It is desirable to extend the useful life of isolation seals when the shaft diameter is larger or when these conditions overlap.

本発明は、磁性流体を用いた寿命の長い回転軸シール、
及び、このようなシール装置の製造使用方法に係る。特
に本発明は、コンピュータ用ディスク駆動機構のスピン
ドルを長期間シールするのj      に特に有効な
磁性流体遮断シールに係る。
The present invention provides a long-life rotating shaft seal using magnetic fluid;
and a method of manufacturing and using such a sealing device. More particularly, the present invention relates to a magnetic fluid barrier seal that is particularly effective for long-term sealing of spindles of computer disk drives.

標準的な磁性流体遮断シールの設計では、2っの基本的
要素を考慮する必要がある。1つは、シール圧力を決定
する磁気的要素であり1、もう1っは、シールの予想耐
用年数を決定する発熱である。
Standard ferrofluidic seal design requires consideration of two basic factors. One is the magnetic component, which determines the seal pressure,1 and the other is heat generation, which determines the expected service life of the seal.

一般に1常用の磁性流体遮断シールの全圧容量は、2つ
の磁極片間にほぼ等しく分割された約30乃至60イン
チの水柱に相当する。
Typically, the total pressure capacity of a single service ferrofluidic seal corresponds to approximately 30 to 60 inches of water approximately equally divided between the two pole pieces.

ディスク駆動機構で使用される場合に要求される圧力は
水柱5インチに過ぎない。従って、圧力に関するシール
の安全率は高い。即ち、0リング形のシールを1つ装着
するだけで所要の圧力容量を上まわる。しかし乍ら、現
行の標準設計では磁束回路を完成させるために2つの磁
極片が使用されている。
When used in a disk drive, the pressure required is only 5 inches of water. Therefore, the safety factor of the seal with respect to pressure is high. That is, the required pressure capacity can be exceeded by simply installing one O-ring type seal. However, current standard designs use two pole pieces to complete the flux circuit.

回転するスピンドル軸と静止した磁極片の内径部との間
にある磁性流体の粘性剪断による発熱の結果として0リ
ング形磁性流体シール内に温度勾配が生じることは知ら
れている。これらの熱は、磁極片とスピンドル軸とから
成る程度伝導によ妙放散される。従って、動作中の磁性
流体の温度はシールの材料及び構造体のヒートシンクと
しての放熱能力に左右される。この磁性流体の温dり磁
性流体の蒸発速度が決定され従って、シールの寿命が決
定される。双方のギャップ領域に磁性流体を充填したと
きの動作中における流体の温度は1、     1つの
段に磁性流体を充填し別の段をエアギャップとした場合
より高温である。何故なら、磁性流体を充填した各ギャ
ップ領域が島夏の熱源として働き、一段だけに磁性流体
を充填した場合よりシール構造体の温度が上昇するから
である。
It is known that temperature gradients occur within O-ring ferrofluid seals as a result of heat generation due to viscous shear of the ferrofluid between the rotating spindle shaft and the inner diameter of the stationary pole piece. These heats are effectively dissipated by conduction between the pole pieces and the spindle shaft. Therefore, the temperature of the ferrofluid during operation depends on the material of the seal and the ability of the structure to dissipate heat as a heat sink. The temperature of this ferrofluid determines the evaporation rate of the ferrofluid and thus the life of the seal. When both gap regions are filled with magnetic fluid, the temperature of the fluid during operation is 1. higher than when one stage is filled with magnetic fluid and the other stage is an air gap. This is because each gap region filled with magnetic fluid acts as a heat source, raising the temperature of the seal structure more than if only one stage was filled with magnetic fluid.

従って1、シール圧力は、両方の段を使用したときに、
一段を使用したときの倍になり、これと対照的にシール
寿命は、1つのギャップのみに磁性流体を充填したとき
に、両方又は複数個のギャップ領域に磁性流体を充填し
たときよりも延長される。従って、1つの磁極片のみが
磁性流体シールとして働き、エアギャップを形成する第
2の磁極片は磁気回路を完成させる機能のみを有する状
態が理想的であろう。この場合エアギヤ°ツブは、磁極
片間のキャビティの排気を促進し得る。しかし2乍ら、
現在のシール取付技術では、磁性流体を磁石の領域に注
入するとスピンドル軸の挿入時に磁性流体が両方のギャ
ップ領域に移行するため、前記の如き状態を得ることが
できない。
Therefore, 1. The sealing pressure is, when both stages are used,
In contrast, seal life is extended when only one gap is filled with ferrofluid than when both or multiple gap areas are filled with ferrofluid. Ru. Ideally, therefore, only one pole piece would act as a ferrofluidic seal, with the second pole piece forming the air gap having only the function of completing the magnetic circuit. In this case, the air gear knob may facilitate evacuation of the cavity between the pole pieces. But two people,
With current seal installation techniques, such a situation cannot be achieved because if the ferrofluid is injected into the magnet region, the ferrofluid will migrate into both gap regions upon insertion of the spindle shaft.

磁性流体シールの寿命は、ギャップの半径方向の範囲を
通常の4〜6ミルから12〜24ミル、あるいはそれ以
上に増大させることによって延長され得ることが判明し
た。通常よりも広いギャップ範囲を利用することにより
シールの寿命が延びるのは、ペトロフの方程式(Pet
roff’@equatlon)によれば磁性流体の粘
性に伴なうエネルギ損失がより少なくなることに基づく
と考えられ、該損失が少なくなれば発熱量が少なくなり
、動作中の磁性流体の温度はより低くなり、その結果磁
性流体の蒸発速度はより小さくなυ、シールの寿命が延
長される。最大のギャップ範囲は、準焦的な力が不足す
るために圧力に一轟によるシールが行なわれなくなるよ
うな間隔と浸ろう。同一の磁性流体を用いた実験によれ
ば、a換的な遮断シールにおける24ミルのギャップ(
通常の6ミルのギャップの約4倍)の場合、3600r
pmで動作する直径1.8インチのスピンドル軸を使用
すると磁性流体の温度は5℃低下し、シールの寿命は5
0%程度増大した。動作中、磁性流体が100ガウス程
度の低い磁気飽和レベルに達した時でさえも、磁性流体
の飛沫は観察されなかった。
It has been found that the life of a ferrofluid seal can be extended by increasing the radial extent of the gap from the usual 4-6 mils to 12-24 mils or more. Extending seal life by utilizing a wider than normal gap range is based on Petrov's equation (Pet
According to Roff'@equatlon), this is thought to be based on the fact that the energy loss associated with the viscosity of the magnetic fluid is smaller, and if this loss is reduced, the amount of heat generated is reduced, and the temperature of the magnetic fluid during operation is lower. As a result, the evaporation rate of the ferrofluid is lower υ, and the life of the seal is extended. The maximum gap range will be such that the spacing and submergence are such that a pressure-induced seal will not occur due to lack of subfocal force. Experiments using the same ferrofluid show that a 24 mil gap (
(approximately 4 times the normal 6 mil gap), 3600r
Using a 1.8 inch diameter spindle shaft operating at pm reduces the ferrofluid temperature by 5°C and seal life by 5°C.
It increased by about 0%. During operation, no ferrofluid droplets were observed even when the ferrofluid reached magnetic saturation levels as low as 100 Gauss.

本発明は、異なる幅乃至寸法を有してイルト共にる長さ
を有しており、寿命が延長される、磁性流J     
 体を用いた回転シール装置からなる。
The present invention provides a magnetic flow J having different widths or dimensions and a cohesive length, extending the service life.
Consists of a rotary seal device using a body.

磁極片が2つの磁性流体シールの最も単純な具体例では
、一方の磁極片は2〜6ミルの通常の乃至標単的なギャ
ップ幅が形成されるべく構成され、また他方の乃至反対
の磁極片は、例えば10〜8Gfル、特に例えば約12
〜iI4ミルの拡大されたより大きいギャップ幅が形成
されるべく構成される。
In the simplest embodiment of a two pole piece ferrofluidic seal, one pole piece is configured to provide a typical to standard gap width of 2 to 6 mils, and the other or opposite pole piece is configured to provide a typical gap width of 2 to 6 mils. The piece may have a weight of, for example, 10 to 8 Gf, in particular about 12
An enlarged larger gap width of ~iI4 mils is configured to be formed.

軸部材が挿入され、かつ各ギャップにおいて磁性流体の
0リング形シールが形成されることによって遮断シール
が構成される際、軸部材が回転するとシールの小さい方
のギャップにおいて優先的に、より急速な温度上昇及び
より速い磁性流体の気化が惹起される。この小さいギャ
ップにおいて磁性流体のOリング形シールが消滅すると
、気化した磁性流体によって充たされていたギャップは
エアギャップとなるが、もう1方の大きい方の磁性流体
ギャップは、特にコンピュータ用ディスク駆動機構のス
ピンドルのために必要な圧力シール        1
機能を提供し続ける。圧力シール機能を果九す磁性流体
ギャップの幅が増大せしめられることによって、シール
の寿命は、2つの磁極片が同じ寸法乃至長さを有し、か
つ2〜6ミルの通常の同じギャップ幅を形成すべく構成
された同様のシール装置よりも延長され得る。
When a shaft member is inserted and an isolation seal is constructed by forming an O-ring seal of ferrofluid in each gap, rotation of the shaft member results in a more rapid flow preferentially in the smaller gaps of the seal. This causes an increase in temperature and faster vaporization of the ferrofluid. When the O-ring seal of the ferrofluid disappears in this small gap, the gap that was filled by the vaporized ferrofluid becomes an air gap, while the other larger ferrofluid gap is filled with ferrofluid, especially for computer disk drives. Pressure seals required for the spindle of the mechanism 1
Continue to provide functionality. By increasing the width of the ferrofluid gap that performs the pressure seal function, the life of the seal can be extended even if the two pole pieces have the same size or length and the same gap width is typically between 2 and 6 mils. It may be more extended than similar sealing devices configured to form.

多段磁性流体シールでは、複数の磁極片部材の寸法乃至
長さは、最小ギャップを形成する大きさから磁性流体に
よる確実なシール機能を得るための最大幅のギャップを
形成する大きさまで所望により変化していてもよい。
In a multi-stage ferrofluid seal, the dimensions or lengths of the plurality of pole piece members can be varied as desired from a size that forms the smallest gap to a size that forms the widest gap to obtain a reliable sealing function by the ferrofluid. You can leave it there.

この場合、磁性流体は、その幅が最小のギャップから最
大のギャップまで、該ギャップからの気化によ?て連続
的に漸次消失する。従って、コンピュータ用ディおり駆
動機構のスピンドルの動作でのようにシール圧力の要求
はそれ程厳しくなくシールの寿命がより重要である場合
、このシール装置では、一方でシールのシール圧特性が
漸次低化しつつこのシールの寿命が延長される。
In this case, the ferrofluid changes its width from the smallest gap to the largest gap by vaporization from the gap? It disappears continuously and gradually. Therefore, when the sealing pressure requirements are not so severe and the seal life is more important, such as in the operation of the spindle of a computer digital drive mechanism, this sealing device, on the other hand, gradually reduces the sealing pressure characteristics of the seal. The life of the seal is extended.

熱伝導性の非磁性材料、例えば、ステンレス鋼、銅また
はアルミニウムなどが本明細官中に参照される米国特許
出願208,289号の開示に従って用いられる場合、
すなわち非磁性材料がより大きいギャップを伴う磁極片
に沿って接触せしめられ、このギャップにある磁性流体
から熱を伝導により奪い去り、それによって磁性流体の
温度を低下せしめ、気化速度を減少せしめ、シールの寿
命を延長せしめる場合、本発明の遮断シールのシール寿
命は更に延長される。
When thermally conductive non-magnetic materials such as stainless steel, copper or aluminum are used in accordance with the disclosure of U.S. Patent Application No. 208,289, referenced herein,
That is, a non-magnetic material is brought into contact along the pole pieces with a larger gap, conducting away heat from the ferrofluid in this gap, thereby lowering the temperature of the ferrofluid, reducing the rate of vaporization, and sealing. In this case, the seal life of the shutoff seal of the present invention is further extended.

本発明を、特に好ましい具体例のみに即して例示する目
的で図面に基づいて以下に評述する。°しかし轟業者が
、説明された具体例の様々な変更及び変形を本発明の精
神及び範囲を離れることなくなし得ることは明らかであ
ろう。
The invention will be described below with reference to the drawings for the purpose of illustrating only particularly preferred embodiments. It will be apparent, however, that one skilled in the art may make various changes and modifications to the described embodiments without departing from the spirit and scope of the invention.

第1図は寿命の延長された遮断シール装置10を示して
いる。この装置10は、対向する磁極N及びSを有する
リング状の永久磁石14と、磁石140両側にそれぞれ
配置されてこの磁石14と磁束に関して関連づけられた
透磁性の磁極片16及び18とを包含する非磁性ハウジ
ング12を有する。磁極片16及び18は異なる寸法乃
至長さを有しており、磁極片16の端部は透磁性の回転
軸300表面と協働して約2〜6ミルの間隙(ギャップ
)22を形成しており、他方磁極片18は軸(シャフト
)300表面と協働して12〜24ミルのより大きいギ
ャップ20を形成している。
FIG. 1 shows an extended life isolation seal device 10. The device 10 includes a ring-shaped permanent magnet 14 with opposing magnetic poles N and S, and magnetically permeable pole pieces 16 and 18 respectively disposed on either side of the magnet 140 and associated in terms of magnetic flux with the magnet 14. It has a non-magnetic housing 12. Pole pieces 16 and 18 have different dimensions or lengths such that the end of pole piece 16 cooperates with the magnetically permeable rotating shaft 300 surface to form a gap 22 of approximately 2 to 6 mils. The pole piece 18, on the other hand, cooperates with the shaft 300 surface to form a larger gap 20 of 12 to 24 mils.

ジエステル型磁性流体などの磁性流体26がギャップ2
2及びより大きいギャップ20に磁気的に保持乃至捕え
られて、それぞれ0リング形の磁性流体シール34を形
成する。閉回路である磁束路32は点線によって概略的
に図示されており、また磁性流体26によって形成され
る2つの0リング34がギャップ20及び22各々の下
に平行な点線によって示されている。
A magnetic fluid 26 such as a diester type magnetic fluid fills the gap 2.
2 and the larger gap 20 to form an O-ring shaped ferrofluidic seal 34, respectively. The closed circuit magnetic flux path 32 is illustrated schematically by dotted lines, and the two O-rings 34 formed by the magnetic fluid 26 are shown by parallel dotted lines below each gap 20 and 22.

場合によっては、シールは非磁性的な伝熱材料のシート
28をも含み、このシート28は、磁極片18の外側に
沿って該磁極片18と密接せしめられて熱交換に関して
関連づけられている。換言すれば、このシート28は、
磁極片18と熱交換が行なわれるように磁極片18の外
側に沿って磁極片18に密接せしめられている。
In some cases, the seal also includes a sheet 28 of non-magnetic heat transfer material that is closely associated with the pole piece 18 along the outside of the pole piece 18 for heat exchange. In other words, this sheet 28 is
It is closely attached to the pole piece 18 along the outside of the pole piece 18 so that heat exchange with the pole piece 18 takes place.

シート状材料乃至部材18の端部はギャップ20を形成
する磁極片18のほぼ端部まで伸長している。好ましく
は、図示のようにシート状材料28は金属I・ウジング
12の一体的な部分であるか、または該ハウジング12
と接触して、ギヤツブ20の磁性流体26から熱を伝導
により奪うためのより大きいヒートシンクを構成する。
The ends of the sheet-like material or member 18 extend approximately to the ends of the pole pieces 18 forming the gap 20. Preferably, the sheet material 28 is an integral part of the metal housing 12, as shown, or
in contact with the ferrofluid 26 of the gear 20 to form a larger heat sink for conducting heat away from the magnetic fluid 26 of the gear 20.

シール装置10では、磁極片16.18は例えば30〜
50ミルの等しい幅乃至厚みであってもよく、また例え
ば5〜30ミルのI・ウジング12及び伝熱材料28は
一体的にまたは分離して形成     電、1されても
よく、かつアルミニウム、銅または非磁性ステンレス鋼
などの金属によって構成されてもよい。シャフト30は
、例えば3600 rpmで動作する直径1.8インチ
のコンピュータ用ディスク駆動機構乃至装置のシャフト
であってもよい。
In the sealing device 10, the pole pieces 16.18 are e.g.
The housing 12 and heat transfer material 28 may be of equal width or thickness of 50 mils, and for example from 5 to 30 mils, may be formed integrally or separately, and may be made of aluminum, copper, etc. Alternatively, it may be made of metal such as non-magnetic stainless steel. Shaft 30 may be, for example, the shaft of a 1.8 inch diameter computer disk drive operating at 3600 rpm.

動作時、シャフト30が回転するとギャップ22中の磁
性流体はより大きいギャップ20の磁性流体シールより
も優先的に乃至先に気イヒされる。
In operation, as the shaft 30 rotates, the ferrofluid in the gap 22 is blown preferentially or before the ferrofluid seal in the larger gap 20.

ギャップ20の磁性流体シールは、ギャップ20の幅が
大きいため及びシート状材料28によってギャップ20
から熱が伝導し奪われるため磁性流体26の温度がより
低いので、はる−75−に遅く乃至低厖で気化する。
The ferrofluidic seal in the gap 20 is caused by the large width of the gap 20 and by the sheet-like material 28.
Since the temperature of the magnetic fluid 26 is lower because heat is conducted and removed from the magnetic fluid 26, it vaporizes much more slowly or slowly.

第2図は、第1図の遮断シール装置10を、磁性流体2
6の気化によってギャップ22力Sエアギヤツプとなっ
た状態で示しており、ここでギャップ20の磁性流体2
6の方はシール寿命延長のための0リング形シールを提
供し、シールの寿命は25〜50L4増大する。
FIG. 2 shows the shielding seal device 10 of FIG. 1 with magnetic fluid 2.
The gap 22 is shown as an air gap due to the vaporization of the magnetic fluid 2 in the gap 20.
6 provides an O-ring type seal for extended seal life, increasing seal life by 25-50L4.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は動作開始時における本発明による好ましい一具
体例の磁性流体を用いた回転シール装置を示す概略的断
面図、第2図は一方の磁極片下の磁性流体が気化した後
における第1図の遮断シール装置を示す概略的断面図で
あ石。 10・・・・・・遮断シール装置、12・・・・・・ノ
)ウジング、14・・・・・・リング状永久磁石、16
.18・・・・・・磁極片、20,22・・・・・・間
隙(ギャップ)、26・・・・・・磁性流体、28・・
・・・・シート状材料、30・・・・・・回転軸(シャ
フト)、32・・・・・・磁束路、34・・・・・・0
リング形シール。 代理人弁理士今  村    元 手続補正書 昭和57年8月10日 特許庁長官 若 杉 和 夫   殿 1、事件の表示 昭和57年 特 願第109113 
号2、発明の名称 磁性流体を用いた回転シール装置3
、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称     フェロフルイディクス・コーポレイショ
ン4、代理   人   東京都新宿区新宿1丁目1番
14号 山田ビル自    発
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a rotary seal device using a magnetic fluid according to a preferred embodiment of the present invention at the start of operation, and FIG. Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing the isolation sealing device. 10...Break seal device, 12...Using, 14...Ring-shaped permanent magnet, 16
.. 18... Magnetic pole piece, 20, 22... Gap, 26... Magnetic fluid, 28...
... Sheet material, 30 ... Rotating shaft (shaft), 32 ... Magnetic flux path, 34 ...0
Ring-shaped seal. Attorney Patent Attorney Imamura Moto Procedural Amendment August 10, 1980 Commissioner of the Patent Office Kazuo Wakasugi 1, Indication of Case Patent Application No. 109113 of 1982
No. 2, Title of the invention Rotary seal device 3 using magnetic fluid
, Relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant name: Ferrofluidics Corporation 4, agent: Yamada Building, 1-1-14 Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

Claims (1)

【特許請求の範囲】 状の永久磁石と、 永久磁石の各端部と磁束に関して関連づけられた第1及
び第2の透磁性磁極片部材と、を含んでおシ、各磁極片
部材は一端と他端とを有していると共にシールされるべ
き回転軸を包囲すべく構成されており、各磁極片部材の
前記一端はシールされるべき軸の表面との間に間隙が形
成されるように該表面に非接触的に近接すべく伸延され
て構成されており、第2間隙より小さい寸法の第1間隙
が形成されるように、2つの磁極片部材の長さが前記一
端で互いに異なっており、軸の周囲に0リング形磁性シ
ールを形成すべく第1間隙と第2間隙とに配置され保持
された磁性流体が軸の回転中に優先的に第1間隙から蒸
発し、空隙たる第1間隙と磁性流体がシールする間隙た
る第2間隙とを有するシール寿命の長いシール装置が形
成され得るようにした、磁性流体を用いたシール寿命の
長い回転シール装置。 (2)第1磁極片の長さは、約2乃至6ミルの第1間隙
を形成すべく選択されている特許請求の範囲第1項に記
載のシール装置。 (3)第2磁極片の長さは、約12乃至24ミルの第2
間隙を形成すべく選択されている特許請求の範囲第1項
又は第2項に記載のシール装置。 (4)第2間隙での磁性流体の温度を低下せしむべく第
2磁極片の熱を伝導し得る非磁性の熱伝導性材料を含む
特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかに記載のシ
ール装置。 (6)  熱伝導性材料が第2磁極片の外壁と接触した
シート状材料であり、該シート状材料の一端は第2磁極
片の前記一端の近傍まで伸びている特許請求の範囲第4
項に記載のシール装置。 (6)磁極片が互いに等しい厚みを有する特許請求の範
囲第1項乃至第5項のいずれかに記載のシール製電。 (7)磁極片の厚みが80乃至5o(ルである特許請求
の範囲第6項に記載のシール装置。 (8)  特許請求の範囲第1項に記載のシール装置と
回転軸部材との組合せから成り、回転軸をシールすべく
前記シール装置の少くとも1つの間隙に磁性流体が保持
されている組合せ。 (9)  軸部材が、コンピュータ用ディスク駆動機構
のスピンドル軸からなる特許請求の範囲第8項に記載の
組合せ。 、l        (10両端部に互いに反対の磁極
を有しておりシールされるべき回転軸を包囲すべく構成
された環状の永久磁石と、永久磁石の各端部と磁束に関
して関連づけられた第1及び第2の透磁性磁極片部材と すべく構成されており、各磁極片部材の一端はシールさ
れるべき軸の表面との間に間隙が形成されるように非接
触的に近接すべく伸延されて構成されており、第2間隙
の寸法より小さい第1間隙を形成すべく、2つの磁極片
部材の長さが前記一端で互いに異なっており、第1磁極
片の長さは、約2乃至6ミルの第1間隙を形成すべく選
択され、第2磁極片の長さは約12乃至24ミルの第2
間隙を形成すべく選択されており、更に、第2間隙での
磁性流体の温度を低下せしむべく第2磁極片の熱を伝導
し得る非磁坤の熱伝導性材料を含んでおり、軸の周囲に
0リング形磁性シールを形成すべく第1間隙と第2間隙
とに配置され保持された磁性流体が軸の回転中に優先的
に第1間隙から蒸発し、空隙たる第1間隙と磁性流体が
シールする間隙たる第2間隙とを有するシール寿命の長
所製置が形成され得るようにした磁性流体を用いたシー
ル寿命の長い回転シール装置。 (1)  磁性流体を用いた回転軸シール装置のシール
寿命を延長するために、回転軸をシールする際、 a)一端と他端とを有しており、この両端部に互いに反
対の磁極を有する環状の永久磁石で回転軸を包囲し、 b)一端と他端とを有してお9永久磁石の各端部に対し
て磁束に関して関連づけられた第1及び第2の透磁性磁
極片部材で回転軸を包囲し、 C)各磁極片の一端と回転軸の表面との間に所定の寸法
の第1及び第2の間隙が形成されるように各磁極片の一
端を該表面に非接触的に近接させるべく伸延せしめ、 d)回転軸の表面に該回転軸をシールする少くとも2つ
のOリング形液体シールを形成すべく第1及び第2の間
隙内に磁性流体を磁気的に保持せしめることを含む方法
であり、互いに異なる寸法の第1間隙と第2間隙とを形
成すべく間隙の所定寸法を変えることによって1つの寸
法の間隙から磁性流体を優先的に蒸発せしめるプロセス
を含んでおり、磁性流体が最小寸法の間隙から優先的に
蒸発し、最大寸法の間隙の磁性流体は、互いに等しくよ
り小さい間隙寸法を有するシールに比較して斉合の長い
シールを形成する、磁性流体を用いた回転軸シール装置
のシールの寿命延長方法。 (ロ)多段式シールに於い1種々の寸法の複数個の間隙
を形成する特許請求の範囲第11項に記載の方法。 (ハ)前記の大きい間隙の磁性流体の蒸発速度を低下さ
せシールの寿命を更に延長せしむべく該大きいギャップ
の磁性流体から熱を伝導により放散させる特許請求の範
囲第11項又は第12項に記載の方法。 64  (1+記の大きい間隙を形成する磁極片と接触
した非磁性の熱伝導性材料を使用して熱が伝導により放
散されるようにする特許請求の範囲第13項に記載の方
法。 60  磁性流体の粘度が約50乃至500 epsで
あり、磁気飽和が約100乃至450ガウスである特許
請求の範囲第11項乃至第14項のいずれかに記載の方
法。 a→ 回転軸としてコンピュータ用ディスク駆動機構の
スピンドル軸を使用する特許請求の範囲第11項乃至第
15項のいずれかに記載の方法。 α力 前記最左間隙の寸法が約12乃至24ミルの範囲
である特許請求の範囲第11項乃至第
[Claims:] a permanent magnet; first and second magnetically permeable pole piece members flux-related to each end of the permanent magnet, each pole piece member having one end; and the other end thereof, and is configured to surround the rotating shaft to be sealed, and the one end of each pole piece member is configured such that a gap is formed between the one end and the surface of the shaft to be sealed. the two pole piece members have lengths different from each other at the one end so as to extend in close proximity to the surface in a non-contact manner, and to form a first gap having a smaller dimension than the second gap. During rotation of the shaft, the magnetic fluid placed and held in the first gap and the second gap to form an O-ring magnetic seal around the shaft evaporates preferentially from the first gap, and A rotary seal device that uses a magnetic fluid and has a long seal life, and is capable of forming a seal device that has a long seal life and has a first gap and a second gap that is a gap sealed by the magnetic fluid. 2. The sealing device of claim 1, wherein the length of the first pole piece is selected to create a first gap of about 2 to 6 mils. (3) The length of the second pole piece is about 12 to 24 mils.
3. A sealing device according to claim 1, wherein the sealing device is selected to form a gap. (4) Any one of claims 1 to 3, including a non-magnetic thermally conductive material capable of conducting heat from the second magnetic pole piece to reduce the temperature of the magnetic fluid in the second gap. The sealing device described in . (6) The thermally conductive material is a sheet-like material in contact with the outer wall of the second pole piece, and one end of the sheet-like material extends to the vicinity of the one end of the second pole piece.
The sealing device described in Section. (6) The seal electrical manufacturing device according to any one of claims 1 to 5, wherein the magnetic pole pieces have the same thickness. (7) A sealing device according to claim 6, wherein the thickness of the magnetic pole piece is 80 to 5°. (8) A combination of the sealing device according to claim 1 and a rotating shaft member. and a magnetic fluid is held in at least one gap of the sealing device to seal a rotating shaft. (9) A combination in which the shaft member is a spindle shaft of a computer disk drive mechanism. The combination described in item 8. first and second magnetically permeable pole piece members associated with each other, one end of each pole piece member being in contact with the surface of the shaft to be sealed such that a gap is formed therebetween; the lengths of the two pole piece members differ from each other at the one end to form a first gap that is smaller in size than the second gap; The length is selected to form a first gap of about 2 to 6 mils, and the length of the second pole piece is selected to form a second gap of about 12 to 24 mils.
a non-magnetic thermally conductive material selected to form a gap and further including a non-magnetic thermally conductive material capable of conducting heat of the second pole piece to reduce the temperature of the magnetic fluid in the second gap; During the rotation of the shaft, the magnetic fluid placed and held in the first gap and the second gap to form an O-ring type magnetic seal around the shaft evaporates preferentially from the first gap, and the first gap becomes an air gap. A rotary seal device that uses a magnetic fluid and has a long seal life, and has a second gap that is a gap sealed by the magnetic fluid, so that an advantageous configuration with a long seal life can be formed. (1) In order to extend the seal life of a rotating shaft sealing device using magnetic fluid, when sealing a rotating shaft, a) one end and the other end are provided, and opposite magnetic poles are attached to both ends. surrounding the rotating shaft with an annular permanent magnet having b) first and second magnetically permeable pole piece members having one end and an opposite end and associated in terms of magnetic flux to each end of the permanent magnet; C) surrounding one end of each pole piece to the surface of the rotating shaft such that first and second gaps of predetermined dimensions are formed between one end of each pole piece and the surface of the rotating shaft; d) magnetically applying ferrofluid into the first and second gaps to form at least two O-ring shaped liquid seals sealing the rotating shaft to the surface of the rotating shaft; The method includes a process of preferentially evaporating magnetic fluid from a gap of one dimension by changing a predetermined dimension of the gap to form a first gap and a second gap of different dimensions. , the ferrofluid evaporates preferentially from the smallest dimension gap, and the ferrofluid in the largest dimension gap forms a seal with longer alignment compared to seals with equal and smaller gap dimensions. A method for extending the life of a seal in a rotary shaft seal device using (b) A method according to claim 11, wherein a plurality of gaps of various dimensions are formed in a multi-stage seal. (c) In order to reduce the evaporation rate of the magnetic fluid in the large gap and further extend the life of the seal, heat is dissipated from the magnetic fluid in the large gap by conduction. Method described. 64. The method of claim 13, wherein a non-magnetic thermally conductive material is used in contact with the pole pieces forming a large gap such that heat is dissipated by conduction. 60 Magnetic 15. A method according to any of claims 11 to 14, wherein the fluid has a viscosity of about 50 to 500 eps and a magnetic saturation of about 100 to 450 Gauss. 16. A method according to any of claims 11 to 15 using a spindle axis of a mechanism. Alpha force. Claim 11 wherein the leftmost gap has a dimension in the range of about 12 to 24 mils. Item to item
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Cited By (3)

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