JPS63195475A - 液体用磁性流体軸シ−ル装置 - Google Patents

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、これらはいず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。

また、軸の偏心や軸振動が大きい場合、軸のすきまは太
き（設計しなければならないが、磁性流体軸シールの耐
圧力は軸のすきまに反比例するため、軸振動や軸偏心の
大きな軸シールの耐圧力は低下してしまうという欠点が
あるにも拘らず、いままでは軸とポールリング間の軸す
きまについてはこれを小さくするための何らの工夫もな
されておらず、耐圧力が小さくなるという問題点がある
。

（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＜＜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
れを検知し、新しい磁性流体を自動的に補給すること。

■　軸とポールリング間のすきまは、軸の振動振幅や取
付時の偏心量、回転時の偏心量等を考慮し、振動、偏心
条件下でも軸はポールリングに接触しないように設計さ
れなければならい。このため軸すきまは軸振動振幅＋偏
心量よりも大きくなる。この軸すきまを軸振動振幅＋偏
心量よりも小さくすることができれば、磁性流体軸シー
ルの耐圧力を向上させることができる。軸すきまを軸振
動振幅＋偏心量よりも小さくし、かつ軸とポールリング
が接触しないようにすること。

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ポー
ルリング１１．　ＩＩＡが套嵌され、前記回転軸１０の
外周面とポールリング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、前記ポールリング
１１．　ＩＩＡ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．　ＩＩＡ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が接続され、前記空気室１７には空気
補給孔１８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（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１４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が連動連結されてお
り、更に、液体側のポールリング１１．　ＩＩＡの軸方
向端部に、回転軸１０の外周面に軸受体２７Ａを介して
支持される非磁性材料よりなるガイドリング２７が設け
られており、このガイドリング２７、ポールリング１１
．１１＾および磁石組立体１５が一体的に組付けられ、
かつ径方向内外にフローティング状態で支持されている
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４図に示す機構で実験した。

第４図において、１は回転軸で磁性材料よりなリ、これ
にポールリング２が環状ギャップ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ｐ、の高圧側、７は圧力Ｐ２の
低圧側である。

第４図の機構において、高圧側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（ＰＩ　　Ｆ２
）を大きくしていったとき、瞬間的にシール機能を失う
が、その時の最大差圧を示す。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。

次　　　　　　葉 表１ 但し　Ｐｏ＜Ｐｃ ここで、Ｐ＾＞Ｐａ≧Ｐ０ ｔ＾＞１．＞１０ 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、がっシール機能を維持できる期間も
長く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
能を失くし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洩れて空気圧が
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。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。

また、回転軸とポールリング間のすきまは、軸の振動振
幅や取付時の偏心量、回転時の偏心量等を考慮し、振動
、偏心条件下でも軸はポールリングに接触しないように
設計されなければならない。

このため軸すきまは軸振動振幅＋偏心量よりも大きくな
る。こ、の軸すきまを軸振動振幅＋偏心量よりも小さく
することができれば、磁性流体軸シールの耐圧力を向上
させることができる。軸すきまを軸振動振幅＋偏心量よ
りも小さくし、かつ軸とポールリングが接触しないよう
にしたのである。

すなわち、軸の振動、偏心などの動きに対し、ポールリ
ングがスムーズに追従するようにするため、ポールリン
グの端に非磁性材でできたガイドリングを設け、このガ
イドリングを軸に軽く接触させる構造とする。

ガイドリングの動きをスムーズに行わせるため、ポール
リングと永久磁石とガイドリングを一体として、これを
ゴム等の弾性物で径方向内外にフローティングで支持す
る構造とする。軸の振動、偏心等の動きはこの弾性物に
よって吸収される。

ガイドリングの内側（軸と接触する部分）にはホワイト
メタル又は樹脂等の軸受材としての機能を持つ材料をコ
ーティングし、ガイドリングの接触部の耐熱、耐摩耗、
耐焼付性を向上させる。

〈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は対のポールリングであり、前記回転軸
１０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の外周面とポー
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Ｐ２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、　１８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等からな
る。゛ この補給システム２０は次のように作動される。

ｉ）空気室１７の圧力ＰがＰ、になると圧力検知器２４
が感知する。（ＰＩ＜Ｐ＜Ｐ２） ｉｉ　）圧力検知器２４が■の信号を送り、磁性流体補
給器２２が作動する。

ｉｉｉ　）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。

ｉｖ）■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。

■）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２５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お
よび空気補給器２５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２２Ｂ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
フサ２５Ｂを有するタンク２５Ｃで構成されている。

更に、第１図において、液体側のポールリング１１Ａの
軸方向端部に、回転軸１０の外周面に軸受体２７Ａを介
して支持される非磁性材料よりなるガイドリング２７が
設けられ、このガイドリング２７と対のポールリング１
１．　ＩＩＡおよび磁石組立体１５はそれぞれ一体的に
組付けられ、軸方向両端に設けたベロー型パツキン２８
．２８Ａを介して径方向内外にフローティング状態とし
て支持されている。

なお、第１図において、２９．２９Ａはパツキン押えを
示している。

すなわち、本例ではベロー型パツキン２８．２８Ａで示
す弾性体により、ポールリング１１．　ＩＩＡ　、磁石
組立体１５およびガイドリング２７が一体となって径方
向内外にフローティング状態としてハウジング１９に支
持されているのであり、ここに、軸の振動、偏心等の動
きはパツキン２８．２８Ａの弾性変形によって吸収され
る。

また、軸受体２７Ａはホワイトメタル又は樹脂等からな
り、これら材料をガイドリング２７の内周面にコーティ
ングすることによって構成され、ガイドリツプ２７と回
転軸１０との接触部の耐熱、耐摩耗性、耐焼付性を向上
させている。

更に、上述のようにフローティング状態で支持し、かつ
、径方向内外の動きを自由にして拘束させないための、
空気補給孔１８は通路１８Ａに対してフレキシブルチュ
ーブ１８Ｂで接続され、又、磁性流体補給孔１２．１２
Ａはその通路１２Ｂに対してフレキシブルチューブ１２
Ｃで接続されている。

第３図を参照すると本発明の第２具体例（第２実施例）
が示されている。

この例は、対のポールリング１１．　ＩＩＡを２組設け
て、各組におけるポールリング１１．　ＩＩＡ間には非
磁性材料よりなるディスタンスカラー２６が配置されて
空気室１７Ａが形成されている。

すなわち、圧力Ｐ２の空気室１７、圧力Ｐ２の空気室１
７Ａおよび圧力Ｐ２の空気室１７Ｂの３ケが形成された
もので、カラー２６には空気補給孔２６Ａを有する。

そして、軸方向に対向する各組のポールリング１１Ａ、
　１１における磁性流体補給孔１２Ａ、　１２は空気室
１７．１７Ｂに向って開口されている。

更に、補給システム２０．２ＯＡ、　２０Ｂは各空気室
１７゜１７Ａ、　１７Ｂに対応して３個それぞれ独立し
て具備されており、補給システム２０は対応する空気室
１７に、　　　′補給システム２０Ａは対応する空気室
１７Ａに、補給システム２０Ｂは対応する空気室１７．
８に、それぞれ空気と新しい磁性流体を補給するように
パイプ２１゜２１Ａ、　２１Ｂおよびパイプ２３．２３
Ａ、　２３Ｂが接続さ糺ている。

そして、軸方向両端における液体側のそれぞれにガイド
リング２７が設けられ、各組はそれぞれベロー型パツキ
ン２８．２８Ａによってフローティング状態に支持され
ている。

従って、第１具体例と同様に、空気及び磁性流体が各空
気室およびシール部へそれぞれ独立して遠隔操作により
補給されるとともに、軸の振動、偏心等の動きは吸収さ
れる。

なお、第１図の例ではガイドリング２７はひとつである
が、これは対であってもよく、いずれにしでも、油や水
等の液体をシールする場合には、より潤滑性のある液体
の側にこのガイドリング２７を設ける構造とする。

（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、 ■　軸振動や軸偏心が大きい場合でも、軸とポールリン
グ間のすきまを小さくすることができ、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
。

■　磁性流体と液体との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。

等々の利点があり、実益大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１具体例の断面図、第２図は補給シ
ステムの詳細図、第３図は第２具体例の断面図、第４図
は実験例用の機構を示す断面図である。 １０・・・回転軸、１１．　ＩＩＡ、　　・・・ポール
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・・・ガイ
ドリング、２７Ａ・・・軸受体、２８・・・フレキシブ
ルパツキン。 １、事件の表示 吻６２年　特許願　第２４３６３号 ２、発明の名称 液体用磁性流体軸シール装置 住所　大阪府東大阪市御厨１０１３番地１肱占　０６　
　（７８２）６９１７　　・　６９１８番明細書の発明
の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１）明細書第１５頁第５行目の「ための、」は、「た
め、」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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が連動連結されており、更に
   、液体側のポールリング１１、１１Ａの軸方向端部に、
   回転軸１０の外周面に軸受体２７Ａを介して支持される
   非磁性材料よりなるガイドリング２７が設けられており
   、このガイドリング２７、ポールリング１１、１１Ａお
   よび磁石組立体１５が一体的に組付けられ、かつ径方向
   内外にフローティング状態で支持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。