JPS63219965A - 磁性流体シ−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１ この発明は、磁性流体シール装置に関するものであり、
特に小形の輪受などに組込んで使用する薄形の多段磁性
流体シール装置に関するものである。

［従来の技術１ 従来、磁性流体シール装置の耐圧性を上げるための手段
として、図５に示す４段磁性流体シール装置や実開昭６
０−５２４７０に示されている多段磁性流体シールｖ装
置などが知られている。

第５図の４段磁性流体シールＶｔ置は、従来の多段磁性
流体シール装置の例であって磁性体の軸１と、この輸１
に嵌合された環状のシール部材２と、輸１とシール部材
２の間に保持された磁性流体３からなっている。そして
前記シール部材２は、軸方向に磁化された環状の３枚の
磁石４と、これらの磁石の内径より小さい内径を備えた
磁性体でできた環状の４枚のボールピース５とからなり
、これらの磁石４とボールピース５は交互にかつ最外側
がボールピース５になるように配置され、かつボールピ
ース５をへだでて向かい合う２つの磁石４は同極が向か
い合うように配ｒ！！され、それぞれの向かい合う面は
密着されている。そして、前記磁性流体３は各ボールピ
ース５の内径面６と軸１の表面７の間にそれぞれ保持さ
れて４段磁性流体シールを形成している。

以上のような４段磁性流体シール装置は、軸方向に磁化
された磁石５により発生した磁束がボールピースを通っ
て軸１に流れ、ボールピース５の内径面６と紬１の表面
７の間のすきまに磁束を形成し、ここで磁性流体３を保
持する。そして、前記４段磁性流体シール装置は、シー
ル両側の差圧を各段で分担してシールするため、耐圧性
が強いものとなっている。またこのような多段磁性流体
シール装置は、長期使用に際して磁性流体３が蒸発して
、外側のシール部が破壊されても、次の内側のシールが
あるためさらに長期の使用が可能となり寿命もますもの
である。

［発明が解決しようとする問題点１ ところで、ハードディスク！ｉｆ！！やレーザービーム
プリンターやクリーン機器などの小形化、高集積化、高
性能化にともない、これらに使われる磁性流体シール装
置も小形化及び薄形化を要求されるようになり、耐圧性
、寿命など性能面での要求も厳しくなってきた。さらに
、小形の軸受の中に内職する場合には、磁性流体シール
装置は、さらに小形化及び薄形化を要求される。

例えばミニアチュア粕受に内ｍされる磁性流体シール装
置は、軸方向の厚さを１ｍｍ程度に設計する場合がある
。このような制約の中で、前述のような多段磁性流体シ
ール装置を構成しようとすると、第５図のような４段磁
性流体シール装置の場合、磁石の厚さを０．２−一程度
ボールピースの厚さを０．１鎗鋤程度にすることになる
。一方紬の表面とボールピース内径面との間のシールす
きまは、小さい方が良いが構成部品の精度、組立上の誤
差等により、限界があって一般には０．２ＩＩｌａ１程
度である。

このようにシールすきまに対してボールピースの厚さが
薄くなると、磁性流体の保持は不安定になり振動や磁性
流体の若干の蒸発により破壊されやすくなる。また、磁
力を発生する磁石の厚みを薄くすることは、磁性流体の
保持力が小さくなるため、耐圧性も低下する０本発明は
以上のような問題点に対して、小形、薄形でかつ、安定
して耐圧性の高い多段磁性流体シール装置を実現させる
ためのものである。

［問題点を解決するための手段１ 前述の問題を解決するために本発明は、米国特許３，６
１２，５４９号に示されでいるような、一般的な２　Ｐ
ｉ磁性流体シールｆ！ｃＩｌ！を基本１ｌｌｔ造とし、
該構造に新たな要素を付加したものである。一般的な２
段磁性流体シール装置は２枚の磁性体の環状ボールピー
スと、該ゴールピースの間に密着してはさまれた１枚の
軸方向に磁化され、前記ゴールピースの内径よりも大き
い内径を有した環状磁石と、前記ゴールピースからなる
ユニットに嵌合された軸と、該軸の表面と前記ボールピ
ースの内径面との間の２箇所のすきまに、磁力によって
保持された、磁性流体からなる磁性流体シール５７！を
置であるが、該２段磁性流体シール装置の環状磁石の内
径側の空間部を活用し、該磁石の内周部の中央部を軸の
中心に向って突外出した環状の突起帯にして該突起帯の
両側部と軸の表面の間の２箇所に磁性流体を保持し、か
つ該突起帯の側部の先端部を軸の表面よりもボールピー
スの磁石側の側面から離すことによって、前記ボールピ
ースの内径面と紬の表面の間に形成された２箇所の磁性
流体シールと分離した状態で前記２箇所の磁性流体シー
ルを形成して、結果的に４段シールを構成しようとする
ものであり該構造により、小形及び薄形でかつ耐圧性、
信頼性及び寿命特性にすぐれた磁性流体シール装置を実
現しようとするものである。

すなわち本発明は、磁性体の輸と、該軸に嵌合された環
状のシール部材と、該シール部材と前記軸の間の隙間に
磁石によって保持された磁性流体とからなる磁性流体シ
ールＶｔ置において、前記シール部材は、輪方向に磁化
された環状の磁石と、該磁石の両側面に固着された磁性
体の環状ボールピースとからなり、前記磁石は、内周部
の中央部付近が袖の中心に向って突き出した環状の突起
帯になっていて、該突起帯の内径面はおおむね前記軸の
表面に平行な面であり該突起帯の側部の先端部が軸の表
面よりもボールピースの磁石側の側面から離れた位置に
あることを特徴とする磁性流体シール装置である。

［作用］ 本発明の構成によれば、環状の磁石は輪方向に磁化され
ているため、磁石内で生じる磁束線はこの磁石内におい
ては紬と平行な方向に向って流れる。ボールピースと接
触するか、または近距離にある磁石の表面から出てきた
磁束線は、ボールピースに流入し高密度になって軸の表
面に向って流れる。その結果ボールピースの内径面と紬
の表面の間のすきまにおいて周辺の空間よりも高密度の
磁束線の流れを形成する。そしてここに磁性流体を保持
させることにより、第１段目の磁性流体シールが形成さ
れる。反対側の磁束線が戻る側についても同様の作用に
より？ｔｒＪ２段目の磁性流体シールが形成される。

一方環状の突起帯において磁束線は、磁石内を紬と平行
な方向に向って突起帯の側部まで流れ、この表面から空
中に流出する。ところで、突起帯の側部の先端部は軸の
表面よりもボールピースの磁石側の側面から離れた位置
（遠い位置）にあるため、突起帯側部の先端部付近の表
面から流出した磁束線は、軸の表面に向って流れ、かつ
前述のボールピース内径面から袖の表面に向って流れる
磁束線よりも離れた空間を通って紬に流入し突起帯側部
の先端部と軸表面の間の空間に比較的高密度の磁束線を
形成する。

ところで、突起帯側部の先端部付近よりも、軸表面から
離れた側部の表面から流出する磁束線もやはり軸表面に
向って流れるが、この場合は空間を通過する距離が長く
なるため、抵抗を受けて、磁束線の密度は低くなる。さ
らに、前述のように突起帯側部の先端部は袖の表面より
もボールピースの磁石側の側面から離れた位置にあるこ
とと重なって、ボールピースの内径面と釉の表面と間の
磁束の高い部分と、突起帯側部先端部付近と軸の表面の
間の比較的磁束密度の高い部分との間に磁束密度の低い
部分が出来る。

したがって、ボールピース内径面と軸表面との間に保持
された磁性流体と分離した状態で、突起帯側部の先端部
付近と軸表面との間に磁性流体を、保持することができ
、ここにＰＩＳ３段目の磁性流体シールを形成できる。

また突起帯の反対側の磁束線が戻る側部についても同様
の作用により！＠４段目の磁性流体シールが形成される
。

ここで突起帯の内径内はおおむね前記軸の表面に平行な
面になっているため、この面からは磁力線がほとんど外
部に出てくることはなく、この面と軸表面の間の磁束密
度は極めて低くなり、突起帯両側面に各々保持されてい
る１３段目の磁性流体シールとｆｊｆＪ４段目の磁性流
体シールはそれぞれ分離して、存在することができる。

以上のように本発明の特徴は、環状磁石の内径面にボー
ルピースの内径面の第１、第２の磁性流体シールとは別
のＰＩ３、ＰＩ４の磁性流体シールが各々独立して形成
されることにある。

その結果、本発明によれば磁性流体シール装置の外形の
大きさを変えることなしに、かつ第１、Ｐｔ５２の磁性
流体シールの保持力を低下させずに、第３、＠４の磁性
流体シールを形成することができる。

［実施例１ 以下本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明のｆｉｌの実施例であって、磁性体の輸
１に環状のシール部材２が嵌合している。この環状のシ
ール部材２は、輪方向に磁化された１枚の環状の磁石４
と、この磁石４の両側面に固着された２枚の磁性体の環
状ボールピース５とからなっている。前記磁石４は、内
周部の中央において、紬１の中心に向って突き出した環
状の突起帯８を有し、該突起帯８の内径面９は軸１の表
面７に平行な円筒の面になっている。また該突起帯８の
両側面１０は４５°のテーパーで磁石４の両側面１１ま
で広がっている。そして、該突起帯８の両側部の各先端
部１２は、紬１の表面７よりもボールピースの磁石側の
側面１３から離れた位置にある。すなわち先端部１２と
紬の表面７の距離をａとし、先端部１２とボールピース
５の磁石側の側面１３との距離をｂとすると、ｂａａと
なっている。

以上のｍ成によって、２枚のボールピース５の内径面６
から出る磁束線によって、この内径面６と軸の表面７の
間のすきまには高密度の磁束線が形成され、ここに磁性
流体３が保持されて、ｍｌ、第２の外側の磁性流体シー
ルが形成される。さらに突起帯８の両側部から出る磁束
線によって、この両ａｍの各先端部１２付近と軸表面７
の間には、比較的高密度の磁束線が形成され、ここに磁
性流体１４が保持されて第３、第４の内側の磁性流体シ
ールが形成される。そして突起帯８の側部の先端部１２
が輸１の表面７よりもボールピース５の磁石側の側面１
３から離れた位置にあるため第１、第２の外側磁性流体
シールと第３、第４の内側磁性流体シール分離された状
態で形成される。また、突起帯８の内径面９は軸１に平
行な円筒の面になっているため、突起帯８の両側部に形
成された第３と第４のシールは分離された状態で形成さ
れる。

したがって結果的に従来の２Ｐｉの磁性流体シールと同
じ大きさの巾で、４段の磁性流体シールを形成できるこ
とになる。

以上の磁束線の流れの一部を第２図に示す。

なおこの実施例では、突起帯８の両側面１０が４５゜の
テーパーになっているが、このことは突起帯８の両側部
の先端部１２付近の面から出る磁束線の曲りを少なくし
袖の表面７に向いやすくし、磁性流体１４の保持力を比
較的強くする効果をねらったものである。

ｔ５３図は本発明の第２の実施例であって、ｐｐ、ｉの
実施例に対して環状の突起帯８の形状が異なる例である
。すなわち突起帯８の内径面９は紬１に平行な円筒の面
であり、突起帯８の両側面１０は円筒の而に対して直角
な面、つまり半径方向に伸びた面からなっていて、磁石
４の両側面１１に開口する大径の円筒面１５につながっ
ている。この実施例の特徴は、突起帯８の両側面１０が
突起帯８の内径面９の円筒の面に対して直角な面ででき
ていることであって、第一の実施例よりもｆ５１、第２
の外側の磁性流体シールとｐＩＳ３、第４の内側の磁性
流体シールとの間の分離性がよいことにある。

本発明の第３の実施例は図示しないが、第１の実施例の
磁性流体シール装置を多重化した例であり、３枚のボー
ルピースと２枚の磁石を交互に配置し、かつ２枚の磁石
はボールピースをへだでて同極が向い合うようにした磁
性流体シール装置であり、シール部は７段になる。この
実施例は第１の実施例よりも更に耐圧性が向上するもの
である。

第４図は本発明のｔｊ＆４の実施例であって第１の実施
例の磁性流体シール装置を小形の玉軸受１６のシール部
に組み込んだものである。この場合、磁性流体シール装
置の外周には非磁性体のスリーブ１７があって、ボール
ピース５に流れる磁束線が玉軸受１６の外輪１８に漏れ
るのを防止している。またこの例では、内輪１９が第１
の実施例の紬１に相当するものである。本発明の磁性流
体シール装置はこの実施例のように小形の軸受の中の狭
いシール空間に装着する磁性流体シールｒｃＷ１として
きわめて好適なものである。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明による磁性流体シールミ１置
は、狭いシール空間において小形で薄形の多段の磁性流
体シールを構成する場合において特に優位性を示す。本
発明の磁性流体シール装置はボールピースとボールピー
スの間の環状磁石の内径側の空間部を活用し、環状磁石
の内周部の中央部を軸の中心に向って突び出した環状の
突起帯として、該突起帯の先端部付近と釉の表面の間に
さらに２段の磁性流体シールを各々分離させた状態で形
成させることができるから、磁性流体シール装置全体の
大きさを変えることなしにかつ、ボールピース内径面と
、軸の表面の間における磁性流体の保持力を低下させる
ことなく、合計４段の磁性流体シールが得られる。した
がって本発明によれば小形及び薄形で耐圧性が高（長期
の使用に際しても安定性が高く寿命の長い磁性流体シー
ル装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

ｔｊｓ１図は本発明の第１実施例の磁性流体シール装置
の断面図、第２図はｆｊｒＪ１実施例における磁束線の
流れの一部を示した図、第３図は第２の実施例の磁性流
体シール装置の断面図、Ｐｔ５４図はｆ５４の実施例で
あって磁性流体シール装置を組み込んだ小形の玉軸受の
断面図、第５図は従来の４　Ｐｉ磁性流体シール装置の
断面図である。 符号の説明 １・・・・・・・・・・・・紬 ２・・・・・・・・・・・・シール部材４・・・・・・
・・・・・・磁石 ５・・・・・・・・・・・・ボールピース８・・・・・
・・・・・・・突起帯 ３．１４・・・・・・磁性流体 特許出願人　　日本精工株式会社 ｙｌ　ｌ　図 第２図 第３図 妃μ口 第、５′″図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁性体の軸と、該軸に嵌合された環状のシール部材と、
   該シール部材と前記軸の間の隙間に磁力によって保持さ
   れた磁性流体とからなる磁性流体シール装置において、
   前記シール部材は、軸方向に磁化された環状の磁石と、
   該磁石の両側面に固着された磁性体の環状ボールピース
   とからなり、前記磁石は、内周部の中央部付近が軸の中
   心に向って突き出した環状の突起帯になっていて、該突
   起帯の内径面はおおむね前記軸の表面に平行な面であり
   該突起帯の側部の先端部が軸の表面よりもボールピース
   の磁石側の側面から離れた位置にあることを特徴とする
   磁性流体シール装置。