JPS63195474A

JPS63195474A - 液体用磁性流体軸シ−ル装置

Info

Publication number: JPS63195474A
Application number: JP62024362A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamatake; 政治山丈; Kazunori Usui; 碓井　和法; Akihiko Kuroiwa; 黒岩　顕彦
Original assignee: TECH RES ASSOC HIGHLY RELIAB MARINE PROPUL PLANT
Current assignee: TECH RES ASSOC HIGHLY RELIAB MARINE PROPUL PLANT
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1988-08-12

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、水や油等の液体をシールする磁性流体軸シー
ル装置に関する。

（従来の技術）磁性流体軸シールは、気体のシール装置としては数多く
の実用例がある。しかし、液体のシール装置としては磁
性流体が液体と混合して劣化しやすいため、シール機能
を長期間安定して維持することが困難であり、その実用
例はない。

液体を磁性流体を用いてシールする文献としては実開昭
５８−１２５７６６号公報、実開昭５９−１２９６９９
号公報にそれぞれ開示の船尾管シール組立体および実開
昭５６−１０５５００号公報に開示の船舶推進軸におけ
る封水装置等があり、これらはいづれも船尾管シール装
置における構造について海水と油のシールに関するもの
であり、液体と混合し劣化した磁性流体にかわり、新し
い磁性流体を補給することについては全く考慮されてい
ない。

（発明が解決しようとする問題点）液体を磁性流体軸シールでシールする場合、解決しなけ
ればならない点として、次の３点があげられる。

■　磁性流体が液体と少しでも混合しにり＜シて、シー
ル寿命の延長をはかること。

■　磁性流体が劣化し、シール機能を喪失した場合にこ
れを検地し、新しい磁性流体を自動的に補給すること。

■　磁性流体の劣化を検知する場合、高圧側にある空気
室の圧力低下によって感知する方法が考えられるが、こ
の空気室の圧力低下が磁性流体の損傷によって起きたか
、空気供給管などの損傷によって起きたかを判別し、磁
性流体軸シールが損傷した時にのみ新しい磁性流体を自
動的に補給する。

本発明は前述問題点を解決することを主目的とする液体
用磁性流体軸シール装置を提供するものである。

（問題点を解決するための手段）本発明が前述目的を達成するために講じた技術的手段の
特徴とするところは磁性流体により液体をシールする装
置であって、磁性材料よりなる回転軸１０に軸方向間隔を有してボー
ルリング１１．１１Ａが套嵌され、前記回転軸１０の外
周面とボールリング１１．　ＩＩＡの内周面との間に環
状ギャップ１３が形成されており、前記ボールリング１
１、１１Ａ間に磁石組立体１５が配置されて液体と軸方
向に対向する空気室１７が内部に形成され、前記環状ギ
ャップ１３に磁性流体１４が封入されて成り、更に、前
記ボールリング１１．ｌＩＡには磁性流体１４の補給孔
１２．１２Ａを有し、該補給孔１２．１２Ａに磁性流体
補給器２２接続され、前記空気室１７には空気補給孔１
８を有し、該空気補給孔１８に圧力検知器２４を有する
空気補給器２５が接続されて空気室１７が液体圧よりも
高くなるように設定可能とされており、該設定圧以下に
なると前記磁性流体補給器２２が駆動されて磁性流体１
４が供給されてシール機能が復元されてから空気室１７
を設定圧にすべく前記磁性流体補給器２２、圧力検知器
２４および空気補給器２５が連動連結され、更に、空気
室１７の圧力低下が空気洩れか磁性流体１４の損傷によ
るかを判別する空気圧力低下原因判定器２７が設けられ
、該判定器２７と磁性流体補給器２２とを、磁性流体１
４の損傷のときのみ磁性流体補給器２２が作動すべく連
動連結されている点にある。

（実施例と作用）〈実施例〉磁性流体軸シールにおいて液体をシールする場合、シー
ルされる液体と対向する側に何を配置するか、また、そ
の設定圧をどうするかにより磁性流体軸シールの寿命が
変化するかについて、第６図に示す機構で実験した。

第６図において、１は回転軸で磁性材料よりなり、これ
にボールリング２が環状ギヤ・ノブ３を有して套嵌され
、このギャップ３に磁性流体４が封入されている。

５は永久磁石、６は圧力のＰ、の高圧側、７は圧力Ｐｔ
の低圧側である。

第６図の機構において、高圧側方６と低圧側７に配置す
る液体と気体との組合せを変えたときの耐圧力を調べた
結果を表１に示す。

なお、耐圧力とは差圧（Ｐ＋　　Ｐｚ）を大きくしてい
ったとき、瞬間的にシール機能を失うが、その時の最大
差圧そ示す。また、耐圧力よりも低い設定差圧を磁性流
体軸シールにかけて、シール機能維持期間を調べた結果
についてもあわせて表１に示す。なお、この実験は、液
体としては油、気体としては空気を使って行われている
。

表１表１の結果から明らかなように、液体をシールする際に
は液体と対向する側に空気室を設け、かつ空気圧を液体
圧より少し高く設定することにより、磁性流体軸シール
の耐圧力は向上し、かつシール機能を維持できる期間も
長（なることが理解できる。

次に、磁性流体と液体との関係について考察する。

磁性流体と液体とを直接接触させてシールすると、磁性
流体は液体中に徐々に失われていき、いずれはシール機
能を失ってしまう可能性が大きい。

従って磁性流体軸シールがその機能を完全に失う前にこ
れを検知し、新しい磁性流体を自動的に補給できれば、
そのシール機能を永久に維持することができることにな
る。

そこで、本発明にあっては、液体のシールにおいて磁性
流体軸シールをはさんで液体と対向する側に空気室を設
け、かつ空気圧を液体圧より少し高く設定する。このよ
うな状況下において、磁性流体が液体と混合して劣化す
ると磁性流体軸シール機能が落ち、耐圧力が低下する。

この時高圧に設定された空気室の空気が漏れて空気圧が
低下する。これを圧力センサー又は圧力計によって検知
する。これを圧力センサー又は圧力計によって検知する
。圧力の低下を検知した後、ポンプ等を駆動させて一定
量の磁性流体をシール部に補給する。磁性流体が補給さ
れて磁性流体軸のシールのシール機能が復元した後、空
気室の空気圧を上げて元の設定圧にもどすようにしたの
である。

更に、空気室の空気が漏れて空気圧が低下した場合、す
ぐに磁性流体を補給するのではなく、その前に本当に磁
性流体軸シールが損傷して空気が漏れたのか、空気供給
管からの空気洩れによって空気が漏れたのか判定し、磁
性流体の損傷の場合にのみ、磁性流体を補給するように
したのである。

く具体例〉第１図を参照して本発明の第１具体例（実施例）を詳述
する。

第１図において、１０は回転軸であり、磁性材料よりな
る。

１１、ＩＩＡは対のボールリングであり、前記回転軸１
０に軸方向間隔を有して套嵌されており、それぞれ磁性
材料からなり、径方向の磁性流体補給孔１２．１２Ａが
形成されている。

１３は環状ギャップであり、回転軸１０の外周面とボー
ルリング１１の内周面との間に形成されており、このギ
ャップ１３に磁性流体１４が封入されている。

１５は磁石組立体であり、Ｎ極とＳ極を有する永久磁石
であり、ポールリング１１、１１Ａ間における径方向外
方側に配置されており、ここに圧力Ｐ＋の液体１６側と
軸方向に対応して圧力Ｐｇの空気室１７が内部に形成さ
れており、更に、該空気室１７に対する空気補給孔１８
が径方向に形成しである。

なお、磁性流体補給孔１２．１２Ａのそれぞれは環状ギ
ャップ１３より径方向外方でかつ空気室１７に向って開
口されている。

１９はハウジングであり、非磁性材よりなる環状体であ
り、この中に前述のポールリング１１、磁石１５等が内
装され、更に、前述補給孔１２、１２Ａ、　１Ｂに連通
される通路１２Ｂ、　１８Ａがそれぞれ形成されている
。

２０は磁性流体及び空気補給システムであり、通路１２
Ｂにパイプ２１を介して連通接続された磁性流体補給器
２２と、通路１８Ａにパイプ２３を介して連通接続され
ている圧力検知器２４を有する空気補給器２５と、圧力
検知器２４と磁性流体補給器２２とを連動連結した空気
圧力低下原因判定器２７等からなる。

この磁性流体自動補給システム２０は次のように作動さ
れる。

ｉ）　空気室１７の圧力が下限圧Ｐ、になると圧力検知
器２４が感知する。

ｉｉ　、）　　圧力検知器２４が■の信号を送り、空気
供給器２５が作動し、空気室の空気が上限圧Ｐ２になる
まで空気を送る。

ｉｉｉ　）　　一定時間内の空気室１７の空気圧変化を
調べ、磁性流体軸シールが損傷していると判断すれば■
の信号を送り、磁性流体補給器２２を作動させる。一方
、磁性流体軸シールが損傷していないと判断すれば、全
ての動作を停止する。

ｉｖ）　　磁性流体を一定量補給すると、磁性流体補給
器２２が■の信号を送る。

■）　■の信号を受けて空気供給器２５が作動し、空気
室１７の空気圧がＰ２になるまで空気を送る。

ｖｉ）　　空気室１７の空気圧がＰ２になると圧力検知
器２４でこれを感知し、■の信号を送って空気供給器２
５より空気を送る作動を停止させる。

ここにおいて、磁性流体補給器２２、圧力検知器２４、
空気補給器２５および判定器２７は第２図に示す如く構
成されている。

すなわち、磁性流体補給器２２は、モータ２２Ａでクラ
ンク機構２２Ｂを介してダイヤフラム２２Ｃを弾性変形
させてチェックバルブ２２Ｄを介して補給されているチ
ャンバ２２Ｅを拡縮させてチェックバルブ２２Ｆを押開
いて磁性流体を供給するようにされている。

圧力検知器２４はダイヤルゲージ形をその他のセンサー
で構成される。

空気補給器２５はモータ２５Ａにて駆動されるコンプレ
ッサ２５Ｂを有するタンク２５Ｃで構成されている。

判定器２７は、タイマー２７Ａおよびコンプレッサー作
動回数カウンター２７Ｂ等で構成されている。

この判定器２７による判定方法は次の通りである。

まず、空気供給器２５を作動させて空気室１７の圧力を
もとの上限圧力にもどしてやる。次に上限圧力にもどっ
た空気圧が時間と共にどのように変化するかを見て、空
気洩れの原因を考える。即ち、磁性流体軸シールが損傷
している場合には、軸１０とポールリング１１．　ＩＩ
Ａの間に明らかすきまが形成されているため、空気室１
７の圧力を上昇させてもすぐに圧力は低下する。これに
対して空気供給管２３の接続部等から空気が洩れた場合
には、軸シール部はどの顕著な空気洩れは起こりにくい
ため、空気室１７の空気圧は徐々に低下する。このよう
な差異を利用して空気洩れの原因を判定する。

具体的には第３図、第４図に示すパターンで行われる。

第３図の例は、圧力が下限圧力にまで低下し最初に空気
を補給して圧力を上昇させた後、一定時間Ｔ、の間に再
び圧力が下限圧までに低下した場合（Ａ）には磁性流体
軸シールが損傷したと判断し、Ｔ１の間には圧力が下限
圧まで低下しなかった場合（Ｂ）には、その他の部分か
ら空気洩れが起きており、磁性流体軸シールは損傷して
いないと判断する。

第４図の例は、圧力が低下して最初に空気を補給して圧
力を上昇させた後の一定時間Ｔ２の間に「空気洩れによ
る圧力の低下＋空気補給による空気圧の上昇」の現象が
Ｎ回以上起きれば磁性流体が損傷したと判断し、Ｎ回以
下の場合には磁性流体軸シールは損傷していないと判断
する。

第３図におけるＴＩ、第４図におけるＴ２、Ｎは磁性流
体の種類、磁性流体でシールされる液体の種類、上限圧
と下限圧の値、軸シール部のすきま等によって決められ
るべき値であり、それぞれの条件にあわせて決める必要
がある。

以上のような判定機能を入れた磁性流体補給システム２
０のフローチャートは第５図に示す通りである。

（発明の効果）本発明は以上の通りであり、磁性流体軸シールで液体を
シールする場合において、 ■　磁性流体軸シールの耐圧力が向上する。

■　磁性流体軸シールのシール機能維持期間が長くなる
。

■　磁性流体の液体と混合劣化による磁性流体軸シール
の耐圧力の低下を感知し、新しい磁性流体を必要に応じ
て自動的に補給することが可能となり、シール機能維持
期間が長くなる。

■　磁性流体軸シールの劣化を空気室の圧力低下で感知
する場合、空気室の圧力低下の原因が磁性流体軸シール
の損傷によって起ったか否かを判断し、磁性流体軸シー
ルが損傷した場合にのみ磁性流体を自動的に補給するた
め、磁性流体の消費量が少なくなる。

等々の利点があり、実益大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい具体例の断面図、第２図は補
給システムの詳細図、第３図と第４図は判定パターンの
２例を示すグラフ、第５図はそのフローチャート図、第
６図は実験例用の機構を示す断面図である。１０・・・回転軸、１１、１１Ａ・・・ボールリング、
１２，１２Ａ・・・磁性流体補給孔、１３・・・環状ギ
ャップ、１４・・・磁性流体、１５・・・磁石、１７・
・・空気室、１８・・・空気補給孔、２０・・・補給シ
ステム、２２・・・磁性流体補給器、２４・・・圧力検
知器、２５・・・空気補給器、２７・・・判定器。昭和６２年４月９日１．事件の表示０６２年　特許層　第２４３６２号２、発明の名称液体用磁性流体軸シール装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人高信頬度舶用推進プラント技術研究組合４、代理人畢５
７７住所　大阪府東大阪市御厨１０１３番地昭和　　年　　
月　　　日　　（自　治６、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄７、補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁性流体により液体をシールする装置であって、磁性材料よりなる回転軸１０に軸方向間隔を有してポー
ルリング１１、１１Ａが套嵌され、前記回転軸１０の外
周面とポールリング１１、１１Ａの内周面との間に環状
ギャップ１３が形成されており、前記ポールリング１１
、１１Ａ間に磁石組立体１５が配置されて液体と軸方向
に対向する空気室１７が内部に形成され、前記環状ギャ
ップ１３に磁性流体１４が封入されて成り、更に、前記
ポールリング１１、１１Ａには磁性流体１４の補給孔１
２、１２Ａを有し、該補給孔１２、１２Ａに磁性流体補
給器２２が接続され、前記空気室１７には空気補給孔１
８を有し、該空気補給孔１８に圧力検知器２４を有する
空気補給器２５が接続されて空気室１７が液体圧よりも
高くなるように設定可能とされており、該設定圧以下に
なると前記磁性流体補給器２２が駆動されて磁性流体１
４が供給されてシール機能が復元されてから空気室１７
を設定圧にすべく前記磁性流体補給器２２、圧力検知器
２４および空気補給器２５が連動連結され、更に、空気
室１７の圧力低下が空気洩れか磁性流体１４の損傷によ
るかを判別する空気圧力低下原因判定器２７が設けられ
、該判定器２７と磁性流体補給器２２とを磁性流体１４
の損傷のときのみ磁性流体補給器２２が作動すべく連動
連結されていることを特徴とする液体用磁性流体軸シー
ル装置。