JPWO2012105301A1

JPWO2012105301A1 - 磁性流体シール

Info

Publication number: JPWO2012105301A1
Application number: JP2012555777A
Authority: JP
Inventors: 拓人福原
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: US9360118B2; KR20130064802A; TW201239223A; CN103314241A; EP2672152B1; CN103314241B; KR101456809B1; EP2672152A1; TWI555933B; US20130161910A1; WO2012105301A1; EP2672152A4; JP5806241B2

Abstract

２部材が偏心するような場合でも、磁性流体を安定的に保持することで安定したシール性能を発揮させることのできる磁性流体シールを提供する。ハウジング（６００）に設けられる環状の磁気回路形成部材（１００）と、軸（５００）に設けられる環状部材（２００）と、磁気回路形成部材（１００）と環状部材（２００）との間の軸方向に対向する対向面間に、磁気吸着される磁性流体（３００）と、を備える磁性流体シール（１）であって、環状部材（２００）は、磁気回路形成部材（１００）に対向する部位が、該磁気回路形成部材（１００）に追随するように搖動可能な柔軟性を有する部材で構成されることを特徴とする。

Description

本発明は、相対的に回転する２部材間の環状隙間を封止する磁性流体シールに関する。

従来、相対的に回転する２部材間の環状隙間を封止する磁性流体シールが知られている。磁性流体シールにおいては、ゴムや樹脂などから構成されるシールに比して、摩擦トルクを極めて低くできる長所がある。一方で、磁性流体シールの場合には、相対的に回転する２部材間に、磁性流体を安定的に保持するための構造が、ゴムや樹脂などの固体材料に比べて難しいという短所がある。

磁性流体を安定的に保持するためには、安定的に磁気回路を形成すること、及び、磁性流体が保持される領域（空間）の変動が少ないことが必要である。従って、相対的に回転する２部材が偏心するような場合には、磁性流体を安定的に保持させるのが難しかった。

特開２０１０−５８２５４号公報特開２００３−２５４４４５号公報特開２００２−３４９７１８号公報特開平７−１１１０２６号公報実開平６−７１９６９号公報

本発明の目的は、２部材が偏心するような場合でも、磁性流体を安定的に保持することで安定したシール性能を発揮させることのできる磁性流体シールを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の磁性流体シールは、
相対的に回転する２部材間の環状隙間を封止する磁性流体シールにおいて、
前記２部材のうちの一方に設けられる環状の磁気回路形成部材と、
前記２部材のうちの他方に設けられる環状部材と、
前記磁気回路形成部材と前記環状部材との間の軸方向に対向する対向面間に磁気吸着される磁性流体と、
を備える磁性流体シールであって、
前記環状部材は、前記磁気回路形成部材に対向する部位が、該磁気回路形成部材に追随するように搖動可能な柔軟性を有する部材で構成されることを特徴とする。

本発明によれば、磁気回路形成部材と環状部材との間の軸方向に対向する対向面間に磁性流体が磁気吸着され、かつ、環状部材は、磁気回路形成部材に対向する部位が、該磁気回路形成部材に追随するように搖動する構成を採用している。そのため、２部材の偏心等によって、２部材間の環状隙間の間隔が変化しても、２部材が軸方向に相対的に移動しても、磁性流体が磁気吸着されている上記対向面間の距離を一定に保つことができる。従って、磁性流体は安定的に保持（磁気吸着）される。

前記環状部材のうち少なくとも前記磁性流体が接触する部位は、該磁性流体を吸い込んで保持可能な構造であるとよい。

このようにすれば、磁性流体をより確実に保持することができ、かつ飛散等によって磁性流体の量が減ってしまっても前記対向面間に磁性流体を供給することができる。また、環状部材の材料自体が非磁性材料であっても、磁性流体を吸い込んで保持した部位は磁性材料と同等の機能を発揮するため、安定的に磁気回路を形成させることができる。

前記磁性流体が磁気吸着されている部位よりも遠心方向側には、磁性流体の飛散を防止する環状の飛散防止部材が設けられているとよい。

これにより、磁性流体に対して遠心力が作用することによって、磁性流体の一部が磁気吸着力に抗して磁気吸着部から離れてしまっても、磁性流体が外部に飛散してしまうことを抑制できる。

前記２部材のうちのいずれかに、前記磁性流体が磁気吸着されている部位の軸方向外側にラビリンスシール構造を形成する環状のラビリンスシール形成部材が設けられているとよい。

これにより、磁性流体の外部への漏れや、外部から磁性流体シール内への異物（ダストなど）の侵入を抑制できる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、２部材が偏心するような場合でも、磁性流体を安定的に保持することで安定したシール性能を発揮させることができる。

図１は本発明の実施例１に係る磁性流体シールの模式的断面図である。図２は本発明の実施例１に係る磁性流体シールの模式的断面図である。図３は本発明の実施例１に係る磁気回路形成部材の各種変形例を示す模式的断面図である。図４は本発明の実施例２に係る磁性流体シールの模式的断面図である。図５は本発明の実施例３に係る磁性流体シールの模式的断面図である。図６は本発明の実施例４に係る磁性流体シールの模式的断面図である。図７（ａ）は本発明の実施例５に係る磁性流体シールの模式的断面図であり、図７（ｂ）はラビリンスシール形成部材の内壁面図である。図８は本発明の実施例６に係る磁性流体シールの模式的断面図である。図９は本発明の実施例７に係る磁性流体シールの模式的断面図である。図１０は磁石の各種変形例を示す図である。図１１は環状部材の各種変形例を示す図である。図１２は環状部材の各種変形例を示す図である。図１３は環状部材の変形例を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係る磁性流体シールについて説明する。なお、本実施例に係る磁性流体シール１は、攪拌機，ＶＯＣ対策ガスシール，半導体製造のための真空装置などの各種産業機器や、釣り用のリールや、自転車など各種装置における軸部において、液漏れ防止用シールやダストシールとして適用可能である。

＜磁性流体シールの全体構成＞
特に、図１を参照して、本発明の実施例１に係る磁性流体シールの全体構成について説明する。図１は静止時（２部材である軸５００とハウジング６００が静止している時）の状態を示している。

磁性流体シール１は、相対的に回転（いずれか一方が回転し、他方が静止する場合の他、両者が回転する場合も含む）する軸５００とハウジング６００との間の環状隙間を封止するために設けられる。そして、磁性流体シール１は、ハウジング６００の軸孔内周面に取り付けられる磁気回路形成部材１００と、軸５００に取り付けられる環状部材２００と、磁性流体３００とから構成される。

また、本実施例に係る磁気回路形成部材１００は、ハウジング６００の軸孔内周面に嵌着される環状の永久磁石１１０と、この永久磁石１１０の両端（Ｎ極側端部とＳ極側端部）にそれぞれ設けられる、孔の空いた円板状の一対の磁極部材（ポールピース）１２０と備えている。また、一対の磁極部材１２０には、これらの対向面側、かつ孔の周囲に沿って設けられる磁極先端部材１３０がそれぞれ設けられている。なお、磁極部材１２０と磁極先端部材１３０はいずれも磁性材料により構成されている。

以上の構成により、永久磁石１１０と、一対の磁極部材１２０と、一対の磁極先端部材１３０と、一対の磁極先端部材１３０間の隙間とを通る磁気回路Ｍが形成される。

環状部材２００は、孔の空いた円板状の部材であり、その内周面が軸５００の外周面に固定される。この環状部材２００は、外周面側が軸方向に搖動できるように柔軟性を有する材料で構成されている。当該材料の一例としては、ポーラスシリコン、ゴム、樹脂、フェルトなどの布、紙などを挙げることができる。

また、この環状部材２００は、少なくとも磁性流体３００が接触する部位付近においては、磁性流体３００を吸い込んで保持可能な構造となっている。すなわち、環状部材２００の材料として、上述したポーラスシリコン，布，紙などを採用すれば、材料自体の性質によって、磁性流体３００を吸い込んで保持させることができる。また、ゴムや樹脂など、材料自体の性質では磁性流体３００を吸い込んで保持することができないものであっても、磁性流体３００が接触する付近を発泡性の構造にすることで、毛細管現象によって、環状部材２００に磁性流体３００を吸い込んで保持させることが可能となる。

そして、環状部材２００は、その外周側において、磁気回路形成部材１００における磁極先端部材１３０と、軸方向に対向するように構成されている。この環状部材２００と磁極先端部材１３０との対向面間の付近に磁性流体３００を供給することによって、その一部が環状部材２００に吸い込まれて保持されつつ、磁気吸着力によって当該対向面間に磁性流体３００は保持される。ここで、環状部材２００の素材が磁性材料でない場合であっても、上記の通り、少なくとも磁性流体３００が接触する部位付近には磁性流体３００が保持されているため、磁性材料と同等の機能を発揮する。これにより、安定した磁気回路が形成され、磁性流体３００は安定的に保持される。

以上の構成により、磁気回路形成部材１００と、環状部材２００と、磁性流体３００とによって、軸５００とハウジング６００との間の環状隙間が封止される。

＜使用状態＞
特に、図２を参照して、本発明の実施例１に係る磁性流体シール１の使用時の状態について説明する。

本実施例においては、軸５００とハウジング６００の相対的な回転時において、軸５００とハウジング６００が偏心し得る。図２においては、偏心によって、軸５００に対して、ハウジング６００が図中矢印Ｘ方向に相対的に移動している場合を示している。すなわち、軸５００とハウジング６００が相対的に軸方向に移動し、かつ図示の断面部分においては、軸５００とハウジング６００との間の隙間が大きくなった場合を示している。

このように、軸５００とハウジング６００が相対的に移動した場合には、環状部材２００は、その外周側付近が、磁気吸着力によって、磁気回路形成部材１００における磁極先端部材１３０の動きに追随するように搖動する。これにより、磁性流体３００を保持した状態を維持する。

＜本実施例に係る磁性流体シールの優れた点＞
本実施例に係る磁性流体シール１によれば、軸５００とハウジング６００とが偏心等によって相対的に移動しても、磁性流体３００が安定的に保持される。この点について、より詳細に説明する。

本実施例に係る磁性流体シール１においては、磁気回路形成部材１００における磁極先端部材１３０と環状部材２００との間の軸方向に対向する対向面間に磁性流体３００が磁気吸着されるように構成されている。そのため、軸５００とハウジング６００との間の隙間の間隔が変化しても、環状部材２００における磁性流体３００が接触する位置が変化するだけで、環状部材２００と磁極先端部材１３０との対向面間の距離は変化しない。

また、本実施例に係る磁性流体シール１においては、環状部材２００は、磁極先端部材１３０に対向する部位が、該磁極先端部材１３０に追随して搖動するように構成されている。そのため、軸５００とハウジング６００が軸方向に相対的に移動しても、環状部材２００と磁極先端部材１３０との対向面間の距離は殆ど変化しない。

このように、軸５００とハウジング６００との間の隙間の間隔が変化しても、軸５００とハウジング６００が軸方向に相対的に移動しても、環状部材２００と磁極先端部材１３０との対向面間の距離は殆ど変化しない。従って、磁性流体３００は、環状部材２００と磁極先端部材１３０との対向面間の領域に安定的に保持（磁気吸着）される。

また、本実施例においては、環状部材２００のうち少なくとも磁性流体３００が接触する部位は、磁性流体３００を吸い込んで保持可能な構造となっている。従って、磁性流体３００をより確実に保持することができる。また、飛散等によって磁性流体３００の量が減ってしまっても、環状部材２００と磁極先端部材１３０との対向面間の領域に、環状部材２００に保持していた磁性流体３００を供給することができる。このことから、環状部材２００に多めに磁性流体３００を保持させておくことで、長期にわたって磁性流体３００を供給することができ、寿命を延ばすことができる。また、環状部材２００の材料自体が非磁性材料であっても、磁性流体３００を保持した部位は磁性材料と同等の機能を発揮するため、安定的に磁気回路Ｍを形成させることができる。

また、本実施例においては、環状部材２００の先端付近及び磁気回路形成部材１００の位置において磁気回路が形成され、当該磁気回路によって磁性流体３００を保持できる。従って、軸５００の材料は、磁性材料であっても非磁性材料であってもよい。また、軸５００とハウジング６００との間の環状隙間の間隔が広い場合であっても、従来のように磁気回路を形成させるために磁性材料で構成されたスリーブを設けるなどの必要もない。なお、本実施例においては、一対の磁極部材１２０（磁極先端部材１３０）のうちの一方と、環状部材２００との間の微小な隙間に磁性流体３００を磁気吸着させればよいので、磁性流体３００の量を多くする必要もない。また、一対の磁極部材１２０（磁極先端部材１３０）間の距離についても、磁気回路Ｍが形成される距離であれば、広くしても狭くしてもよく、設計自由度が大きい。

また、環状部材２００と磁極先端部材１３０との間には、磁性流体３００が存在するため、自己潤滑作用によって、摩擦抵抗を極めて低くすることができる。なお、環状部材２００の表面に摩擦抵抗を低減させるための表面処理を施すことで、より一層摩擦抵抗を低減できる。

＜その他＞
上記の説明においては、図１及び図２に示すように、磁気回路形成部材１００が、環状の永久磁石１１０と、一対の磁極部材１２０と、断面矩形状の一対の磁極先端部材１３０とから構成される場合を示したが、本発明に適用可能な磁気回路形成部材はそのような構成に限定されることはない。本発明に適用可能な磁気回路形成部材の他の例を、図３を参照して説明する。図３は磁気回路形成部材の各種変形例を示す模式的断面図であり、主要部の断面のみを示している。なお、図３（ｃ）〜（ｇ）においては、磁気回路形成部材のうち永久磁石については省略し、かつ一対の磁極部材のうちの一方のみを示している。

図３（ａ）には、磁気回路形成部材が磁石のみで構成される場合の一例を示している。すなわち、孔の空いた円板状の一対の永久磁石１１１をハウジング６００の軸孔の内周面に設けている。この一対の永久磁石１１１のうち、一方は内周側がＮ極、外周側がＳ極とし、他方は内周側がＳ極、外周側がＮ極とすることで、図示のような磁気回路Ｍが形成され、永久磁石１１１の先端に磁性流体３００を磁気吸着させることができる。

また、図３（ｂ）には、図３（ａ）に示す構成において、一対の永久磁石１１１における対向面側、かつ孔の周囲に沿って環状の磁極先端部材１３０が設けられる場合を示している。これにより、磁性流体３００を環状部材２００（図３では不図示）との対向面側にのみ集中させることが可能となる。

図３（ｃ）には、上記図１及び図２に示す構成において、磁極先端部材１３０が設けられない場合を示している。この場合には、磁極部材１２０の先端に磁気吸着される磁性流体３００が環状部材２００（図３では不図示）との対向面側だけでなく、その反対側にも回り込んでしまうが、磁性流体３００の保持機能については、それほど影響はない。

図３（ｄ）には、磁極先端部材１３１の断面形状が三角形の場合を示している。また、図３（ｅ）には、磁極先端部材１３２の断面形状が半楕円形状の場合を示している。これらの構成を採用した場合には、磁性流体３００を保持する位置をより小さな領域に集中させることができる。

図３（ｆ）には、断面形状が三角形の磁極先端部材１３３を２か所に隣接して設ける場合を示し、図３（ｇ）には、磁極部材１２１の先端付近における環状部材２００（図３では不図示）との対向面側に複数の断面三角形の溝１２１ａを形成する場合を示している。これらの構成を採用した場合には、磁極先端部材１３３または磁極部材１２１に対して磁性流体３００が保持される位置の移動を抑制でき、磁性流体３００をより安定的に保持することができる。

また、上記の説明においては、図１及び図２に示すように、環状部材２００の断面形状は矩形の場合を示したが、本発明において適用可能な環状部材の形状は、これに限られるものではない。例えば、断面形状が、三角形のものや先端が円弧状のものや楕円形に近い形状のものなど、適宜のものを採用できる。更に、上記の各種例では、磁極部材と磁極先端部材が別部材の場合を示したが、これらを一体とする部材を採用することもできる。

（実施例２）
図４には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１に示す構成に加えて、磁性流体の飛散を防止する環状の飛散防止部材を備えた場合の構成について説明する。実施例１と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。なお、図４は、磁性流体シールの模式的断面図を示しており、主要部について切断した切断面のみを示している。

本実施例においては、磁性流体３００が磁気吸着されている部位よりも遠心方向側に、磁性流体３００の飛散を防止する環状の飛散防止部材が設けられている場合を示す。

図４（ａ）に示す例は、磁極部材１２０に、環状の飛散防止部材４１０が設けられている。この飛散防止部材４１０は、その一端が磁極部材１２０に固定され、他端（自由端）側が環状部材２００の先端に向かって伸びるように構成されている。これにより、磁性流体３００が磁気吸着されている部位よりも遠心方向側が飛散防止部材４１０によって覆われた構造となっている。

以上の構成により、軸５００とハウジング６００との相対的な回転に伴って、磁性流体３００に遠心力が作用して、その一部が磁気吸着力に抗して磁気吸着部から遠心方向に離れてしまっても、飛散防止部材４１０によって、磁性流体の磁性流体シール１の外部への飛散を抑制することができる。なお、磁気吸着部から離れた磁性流体は、遠心力が作用している間は、飛散防止部材４１０の辺りに付着した状態となるが、遠心力が作用しなくなると、磁気吸着力によって、再び元の位置に戻させることができる。

また、図４（ｂ）に示す例は、永久磁石１１０に、環状の飛散防止部材４２０を設けた場合を示しており、図４（ｃ）に示す例は、環状部材２００に環状の飛散防止部材４３０を設けた場合を示している。これらの場合でも、上記の場合を同様の作用効果を得ることができる。

なお、図４（ａ）〜（ｃ）中の矢印は、遠心力によって磁性流体の一部が磁気吸着部から離れていく方向を示している。

上述した飛散防止部材４１０，４２０，４３０は、これらに付着した磁性流体が磁気的に吸着されてしまわないように、非磁性材料により構成するのが望ましい。

更に、上述した飛散防止部材４１０，４２０，４３０を設ける構成を採用する場合には、これら飛散防止部材４１０，４２０，４３０と環状部材や磁極部材等によって形成される空間領域内に磁性流体３００を満たしておく構成を採用することもできる。このような構成を採用すれば、蓄えられる磁性流体３００の量が増えるため、磁性流体シール１の寿命を延ばすことができる。なお、図４（ｄ）には、図４（ａ）に示す例において、上記空間領域内に磁性流体を満たした場合を示している。

（実施例３）
図５には、本発明の実施例３が示されている。上記実施例１においては、一つの環状部材により、１か所で磁性流体を保持する場合の構成を示したが、本実施例においては、２つの環状部材により、２か所で磁性流体を保持する場合の構成を示す。実施例１と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。なお、図５は、磁性流体シールの模式的断面図を示しており、主要部について切断した切断面のみを示している。

図５に示すように、磁気回路形成部材１００の構成は、実施例１と同一である。そして、本実施例においては、軸５００に対して、２つの環状部材２００を設けている。環状部材２００自体の構成に関しては、上記実施例１の場合と同一である。

そして、これら一対の環状部材２００のうちの一方と、一対の磁極先端部材１３０のうちの一方との間と、一対の環状部材２００のうちの他方と、一対の磁極先端部材１３０のうちの他方との間で、それぞれ磁性流体３００を磁気吸着させる構成を採用している。

本実施例によれば、軸５００とハウジング６００との間の環状隙間を２か所にて封止することができる。

（実施例４）
図６には、本発明の実施例４が示されている。上記実施例１においては、環状部材が軸に直接固定される場合を示したが、本実施例においては、軸に嵌合するスリーブに環状部材を設ける場合の構成を示す。実施例１と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。なお、図６は、磁性流体シールの模式的断面図を示しており、主要部について切断した切断面のみを示している。

本実施例においては、軸５００に嵌合するスリーブ２１０が設けられている。そして、このスリーブ２１０に環状部材２００が固定されている。その他の構成については、上記実施例１と同一である。

技術的理由やその他の事情によって、軸５００に対して環状部材２００を固定できない場合や、環状部材２００が消耗品で適時交換が必要となる場合には、本実施例のように、スリーブ２１０に環状部材２００を設けると有効である。つまり、本実施例の場合には、スリーブ２１０に環状部材２００が設けられたものを１部品として取り扱うことができる。

（実施例５）
図７には、本発明の実施例５が示されている。本実施例においては、上記実施例１に示す構成に加えて、ラビリンスシール構造を形成する場合の構成について説明する。実施例１と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。なお、図７は、磁性流体シールの模式的断面図を示しており、主要部について切断した切断面のみを示している。

図７（ａ）に示すように、本実施例においては、軸５００に、磁性流体３００が磁気吸着されている部位の軸方向外側にラビリンスシール構造を形成する環状のラビリンスシール形成部材４５０が設けられている。このラビリンスシール形成部材４５０は、孔（軸５００の外径と同径の孔）を有する円板状の部材であり、その内周面が軸５００の外周面に固定される。このラビリンスシール形成部材４５０と磁極部材１２０との間は微小な隙間が形成されており、この微小隙間によってラビリンス構造を形成している。これにより、磁性流体の一部が外部に漏れてしまったり、外部から異物（ダストなど）が内部に侵入してしまったりすることを、抑制することができる。また、軸５００が回転する場合には、ラビリンスシール形成部材４５０の内壁面側に、ポンプ効果を発揮する突起や溝を設けるとより効果的である。図７（ｂ）には、その一例が示されている。図中、４５０ａ，４５０ｂ，４５０ｃはポンプ効果を発揮させる突起である。

なお、ラビリンスシール形成部材４５０の回転方向と、突起や溝の形状との組み合わせによって、遠心方向に向かってポンピング作用が生じるようにするのが望ましい。これにより、外部からの異物の侵入防止の強化を図ることができる。なお、この場合でも、上記のラビリンスシールによる効果や、突起や溝が設けられていることによって、磁性流体の一部が外部に漏れてしまうことを十分抑制できる。

（実施例６）
図８には、本発明の実施例６が示されている。上記各実施例においては、ハウジング側に磁気回路形成部材を設け、軸側に環状部材を設ける場合の構成を示したが、本実施例においては、軸側に磁気回路形成部材を設け、ハウジング側に環状部材を設ける場合の構成を示す。実施例１と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。なお、図８は、磁性流体シールの模式的断面図を示しており、主要部について切断した切断面のみを示している。

本実施例においては、軸５００に磁気回路形成部材１００が設けられ、ハウジング６００に環状部材２００が設けられている。磁気回路形成部材１００及び環状部材２００は、径方向について内周面側と外周面側とで対称的な形状となるだけで、上記実施例１で説明したものと基本的に同一の構成である。本実施例においても、上記実施例１と同様の作用効果を得ることは言うまでもない。

＜その他＞
上記実施例１の図３で示した磁気回路形成部材の各種構成、実施例２で示した飛散防止部材の各種構成、実施例３で示した環状部材を２つ設ける構成、実施例４で示したスリーブを設ける構成、実施例５で示したラビリンスシール形成部材を設ける構成については、これらの中から自由な組み合わせが可能である。

また、実施例６に示した構成においても、実施例１〜５に示した各種構成を自由に応用し得る。ただし、実施例１〜５に示した各種構成について、実施例６に示した構成に応用する場合には、径方向について内周面側と外周面側とで対称的な形状となる。なお、実施例２で示した飛散防止部材を実施例６に示した構成に応用する場合には、飛散防止部材はハウジング６００の軸孔内周面に設けるか、環状部材２００に設けることとなる。

シール対象が液体の場合には、その液体が各種部材の界面に浸入してしまわないように、適宜、表面処理を施せばよい。

（実施例７）
図９には、本発明の実施例７が示されている。上記各実施例においては、環状部材における軸方向の両側にそれぞれ磁極部材又は磁石が配置される場合の構成を示したが、本実施例においては、環状部材における軸方向の片側にのみ磁石等が配置される場合の構成を示す。実施例１と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。なお、図９は、磁性流体シールの模式的断面図を示しており、主要部について切断した切断面のみを示している。また、（ａ）〜（ｃ）には各種変形例を示している。

図９（ａ）には、磁気回路形成部材１００を単一の永久磁石１１２のみによって構成した場合を示している。すなわち、この例においては、環状の永久磁石１１２の外周面をハウジング６００の軸孔内周面に固定させている。なお、永久磁石１１２における軸方向の一方の面がＮ極で、他方の面がＳ極である。環状部材２００については、上記実施例１と同一の構成である。そして、永久磁石１１２と環状部材２００との対向面間に磁性流体３００を保持させることによって磁性流体シール１を構成している。

以上のように、本実施例においては、実施例１に比して単純な構造であり、部品点数を少なくし、かつ組み立て作業も簡単に行うことが可能となる。

図９（ｂ）は図９（ａ）に示す磁性流体シール１の変形例である。この例においては、磁気回路形成部材１００は、永久磁石１１２と、この永久磁石１１２を保持する磁性材料からなる保持部材１２２とによって構成されている。すなわち、孔の空いた円板状の保持部材１２２に環状溝１２２ｇが設けられており、環状の永久磁石１１２が、この環状溝１２２ｇに嵌合され保持されている。なお、永久磁石１１２における軸方向の一方の面がＮ極で、他方の面がＳ極である。この例によれば、図９（ａ）に示す磁性流体シール１に比べて多少構造が複雑になるものの、磁性流体３００の保持領域を狭めることができ、磁性流体３００の量を低減させることが可能となる。

図９（ｃ）は図９（ａ）に示す磁性流体シール１の変形例である。この例においては、磁気回路形成部材１００は、永久磁石１１２と、この永久磁石１１２における軸方向の両端に設けられる一対の磁極部材１２２ａ，１２２ｂとから構成される。なお、永久磁石１１２における軸方向の一方の面がＮ極で、他方の面がＳ極である。そして、一対の磁極部材１２２ａ，１２２ｂの内周端部側同士の間に微小隙間が形成されるようにすることで、当該微小隙間に磁性流体３００を保持できるようにしている。この例によれば、図９（ａ）に示す磁性流体シール１に比べて多少構造が複雑になるものの、磁性流体３００の保持領域を狭めることができ、磁性流体３００の量を低減させることが可能となる。

なお、本実施例においては、磁性流体３００を保持する部分に極力磁力が集中するように、永久磁石１１２や保持部材１２２や磁極部材１２２ａ，１２２ｂが固定されるハウジング６００は非磁性材料からなるのが望ましい。また、ハウジング６００自体が磁性材料からなる場合には、ハウジング６００の軸孔内周に非磁性材料からなる環状のスリーブを配置して、スリーブの内周に永久磁石１１２等を固定してもよい。

また、本実施例において、実施例２で示した飛散防止部材の各種構成や実施例５で示したラビリンスシール形成部材を設ける構成についても適宜採用することができる。更に、本実施例においても、実施例６で示したように、軸５００に磁気回路形成部材１００を設けて、ハウジング６００に環状部材２００を設ける構成を採用することもできる。この場合には、軸５００を非磁性材料からなるようにするのが望ましい。

＜磁石の各種例＞
上記各実施例に用いられる永久磁石としては、軸方向の一方の面がＮ極で、他方の面がＳ極で構成される、単一の環状の永久磁石を採用することができるが、各実施例で採用可能な永久磁石はそのような永久磁石に限定されることはない。ここでは、各実施例において採用可能な磁石の一例を、図１０を参照して説明する。

図１０（ａ）に示す磁石１１３は、複数の円板状の永久磁石１１３ａと、これら複数の永久磁石１１３ａを保持する非磁性材料からなる保持部材１１３ｂとから構成されている。なお、保持部材１１３ｂは孔の空いた円板状の部材であって、永久磁石１１３ａを保持するために複数の円形の孔１１３ｂ１が設けられている。これら複数の孔１１３ｂ１にそれぞれ永久磁石１１３ａが嵌合され保持されている。なお、円板状の永久磁石１１３ａは一方の面がＮ極で、他方の面がＳ極であり、同極が同一面側に向くように保持部材１１３ｂに保持されている。ただし、一方の面側においてＮ極とＳ極が交互に並ぶように組み合わせる構成を採用してもよい。

図１０（ｂ）に示す磁石１１４は、扇状の永久磁石１１４ａを組み合わせることによって、全体として環状の磁石を構成したものである。扇状の永久磁石１１４ａは一方の面がＮ極で、他方の面がＳ極であり、同極が同一面側に向くように組み合わせられている。ただし、一方の面側においてＮ極とＳ極が交互に並ぶように組み合わせる構成を採用してもよい。

図１０（ｃ）に示す磁石１１５は、一方の面がＮ極で、他方の面がＳ極で構成された環状の永久磁石１１５ａを、同心状に、かつ一方の面側においてＮ極とＳ極が交互に並ぶように複数組み合わせたものである。

図１０（ｄ）に示す磁石１１６は、一方の面がＮ極で、他方の面がＳ極で構成された略棒状の永久磁石１１６ａを、一方の面側においてＮ極とＳ極が交互に並ぶように複数組み合わせることによって、全体として環状の磁石を構成したものである。

図１０（ｅ）は図１０（ｃ）に示す磁石１１５の断面図であり、磁性流体３００が保持された状態を示している。

図１０（ｆ）に示す磁石１１８は、図１０（ｃ）（ｅ）に示す磁石１１８の変形例であり、一部について２層構造とした例である。すなわち、一部のみ２層構造として、当該部分に磁性流体３００を保持させることで、磁性流体３００を保持させる部位を狭めることが可能となる。

＜環状部材の各種例＞
上記各実施例に用いられる環状部材としては、孔の空いた円板状の部材であって、軸方向に搖動できるように柔軟性を有するものであればよい。従って、例えば、単一の非磁性材料からなる１層構造のものを採用することもできるが、各実施例で採用可能な環状部材はそのような環状部材に限定されることはない。ここでは、各実施例において採用可能な環状部材の一例を、図１１〜図１３を参照して説明する。

環状部材については、磁気回路の一部を構成することから磁性材料で構成されるのが望ましいが、上記の通り、環状部材には柔軟性が必要であり、磁性と柔軟性を兼ね備えた単一材料は見当たらない。そこで、磁性と柔軟性を兼ね備えさせるために、ポーラスシリコン、ゴム、樹脂、フェルトなどの布、紙などの柔軟性を有する材料に、フィラーやワイヤーなどの磁性体を含ませる構成を採用することができる。図１１には、そのような一例を示している。

なお、図１１には、孔の空いた円板状の部材を基材として、基材の内部に磁性体が配置された環状部材の各種例を示している。なお、当該基材は、柔軟性を有する非磁性材料から構成されたものである。図１１（ａ）には、基材の内部に棒状の磁性体Ｎを周方向に沿うように複数配置した環状部材２１１を示している。図１１（ｂ）には、基材の内部に円板状の磁性体Ｎを周方向に沿うように複数配置した環状部材２１２を示している。図１１（ｃ）には、基材の内部に棒状の磁性体Ｎを放射状に複数配置した環状部材２１３を示している。図１１（ｄ）には、基材の内部に環状の磁性体Ｎを同心的に複数配置した環状部材２１４を示している。図１１（ｅ）には、基材内部において、磁性体Ｎが配置される部位と配置されない部位が格子状に配列されるように構成された環状部材２１５を示している。図１１（ｆ）は図１１（ｃ）中のＸＸ断面を示した図である。これら図１１（ａ）〜（ｆ）に示す環状部材において、基材の内部に磁性体Ｎを配置させる手法については特に限定されるものではない。例えば、基材が布の場合には、磁性体Ｎを織り込むことによって、基材内部に磁性体Ｎを配置させることができる。図１１（ｇ）には、基材材料に粉状の磁性体Ｎを練り込むことによって、基材内部に粉状の磁性体Ｎが分散した状態で配置された環状部材２１６を示している。

以上のように、これらの環状部材によれば、磁性と柔軟性を兼ね備える。環状部材が磁性を備えることにより、磁気特性が向上し、磁性流体の保持力を高めることができ、シール性を高めることが可能となる。なお、磁性体の量や配置を調整することによって、磁性と柔軟性のバランスを調整することができる。磁性体Ｎの大きさについては特に限定されるものではないが、磁性流体３００中の磁性粒子よりも大きなものが望ましい。

次に、図１２を参照して、保持可能な磁性流体の量を増やすことを可能とする環状部材について説明する。図１２（ａ）に示す環状部材２１７は、毛細管現象を生じさせる毛細管部２１７ａと、毛細管部２１７ａに繋がる中空部２１７ｂとを備えている。なお、環状部材２１７は、磁性流体３００を吸い込んで保持することのできない材料（ゴムや樹脂）により構成されている。このように構成された環状部材２１７によれば、中空部２１７ｂに磁性流体３００を貯めておくことで、長期にわたって磁性流体３００を、環状部材２１７と磁極部材等との間に供給することができ、寿命を延ばすことができる。

図１２（ｂ）に示す環状部材２１８は、毛細管現象を生じさせる毛細管部を備える第１層２１８ａと、材料自体の性質により磁性流体を吸い込んで保持可能な第２層２１８ｂと、第３層２１８ｃとからなる多層構造で構成されている。なお、第１層２１８ａと第３層２１８ｃは、磁性流体３００を吸い込んで保持することのできない材料により構成されている。このように構成された環状部材２１８によれば、第２層２１８ｂに磁性流体３００を保持させておくことで、長期にわたって磁性流体３００を、環状部材２１８と磁極部材等との間に供給することができ、寿命を延ばすことができる。

図１２（ｃ）に示す環状部材２１９は、毛細管現象を生じさせる毛細管部を備える第１層２１９ａと、材料自体の性質により磁性流体を吸い込んで保持可能な第２層２１９ｂと、中空部を備えた第３層２１９ｃとからなる多層構造で構成されている。なお、第１層２１９ａと第３層２１９ｃは、磁性流体３００を吸い込んで保持することのできない材料により構成されている。このように構成された環状部材２１９によれば、第２層２１８ｂに磁性流体３００を保持させておくと共に第３層２１９ｃの中空部に磁性流体３００を貯めておくことで、長期にわたって磁性流体３００を、環状部材２１９と磁極部材等との間に供給することができ、寿命を延ばすことができる。

なお、これらの環状部材２１７，２１８，２１９において毛細管部を設ける位置は、図では全体に亘って設ける場合を示しているが、磁極部材等との間で磁性流体３００を保持させる位置のみで構わない。また、中空部の配置位置や大きさを調整したり、積層構造を採用した場合における各層の厚みを調整したりすることで、環状部材の柔軟性を調整することが可能となる。

次に、図１３を参照して、軸５００とハウジング６００とが軸方向に相対的に大きく移動する環境下でも磁性流体３００を安定的に保持させることを可能とする環状部材について説明する。図１３（ａ）に示す磁性流体シール１においては、上記実施例１に示した構成において、環状部材２２０の構成のみを変更した例を示している。すなわち、上記実施例１における環状部材２００は、孔の空いた円板状（平板状）の部材であったのに対して、この変形例における環状部材２２０は、平板状ではなく蛇腹状に構成されている点が、上記実施例１における環状部材２００とは異なっている。

環状部材２００が平板状の場合、ハウジング６００に対する軸５００の軸方向への移動により、環状部材２００の固定部が、磁極部材１２０における磁性流体３００を保持する面とは反対の面側に移動してしまうと、環状部材２００の外周端部が磁極部材１２０から離れる方向に移動する虞がある（図１３（ｂ）参照）。そのため、磁性流体３００を安定的に保持することが困難となる。

一方、環状部材２２０が蛇腹状の場合、内周側に対し外周側は軸方向に柔軟に変形可能なため、上記のように環状部材２２０の固定部が移動しても、磁極部材１２０（磁極先端部材１３０）に対する環状部材２２０の外周側端部の位置関係はそれほど変化しない（図１３（ｃ）参照）。従って、磁性流体を安定的に保持することが可能となる。また、環状部材２２０を蛇腹状に構成すれば、径方向に対しても伸縮し易いため、大きな偏心に対しても磁性流体を安定的に保持することができる。なお、この場合、環状部材２２０の外周端部が永久磁石１１０の内周面に突き当たっても縮むように変形するので磁性流体３００を安定的に保持することができる。また、環状部材２２０を蛇腹状にすることによって、複数の箇所で磁性流体を保持することもでき、より一層シール性能を高めることができる。

また、環状部材については、蛇腹状ではなく、例えば、図１３（ｄ）に示すように、断面で見た場合に階段状となるように構成された環状部材２２０ａを採用しても同様の作用効果を得ることができる。この場合、初期状態において、環状部材２２０ａの内周側を磁極部材１２０等の外側に固定してもよいし、内側に固定してもよい。

１磁性流体シール
１００磁気回路形成部材
１１０，１１１，１１２，１１３ａ，１１４ａ，１１５ａ，１１６ａ，１１７ａ永久磁石
１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８磁石
１２０，１２１，１２２ａ，１２２ｂ磁極部材
１２１ａ溝
１２２保持部材
１２２ｇ環状溝
１３０，１３１，１３２，１３３磁極先端部材
２００環状部材
２１０スリーブ
２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８，２１９環状部材
２１７ａ毛細管部
２１７ｂ中空部
２１８ａ第１層
２１８ｂ第２層
２１８ｃ第３層
２１９ａ第１層
２１９ｂ第２層
２１９ｃ第３層
２２０，２２０ａ環状部材
３００磁性流体
４１０，４２０，４３０飛散防止部材
４５０ラビリンスシール形成部材
５００軸
６００ハウジング
Ｍ磁気回路
Ｎ磁性体

Claims

相対的に回転する２部材間の環状隙間を封止する磁性流体シールにおいて、
前記２部材のうちの一方に設けられる環状の磁気回路形成部材と、
前記２部材のうちの他方に設けられる環状部材と、
前記磁気回路形成部材と前記環状部材との間の軸方向に対向する対向面間に磁気吸着される磁性流体と、
を備える磁性流体シールであって、
前記環状部材は、前記磁気回路形成部材に対向する部位が、該磁気回路形成部材に追随するように搖動可能な柔軟性を有する部材で構成されることを特徴とする磁性流体シール。
前記環状部材のうち少なくとも前記磁性流体が接触する部位は、該磁性流体を吸い込んで保持可能な構造であることを特徴とする請求項１に記載の磁性流体シール。
前記磁性流体が磁気吸着されている部位よりも遠心方向側には、磁性流体の飛散を防止する環状の飛散防止部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁性流体シール。
前記２部材のうちのいずれかに、前記磁性流体が磁気吸着されている部位の軸方向外側にラビリンスシール構造を形成する環状のラビリンスシール形成部材が設けられていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の磁性流体シール。