KR101455248B1

KR101455248B1 - 자성유체를 이용한 씰 장치

Info

Publication number: KR101455248B1
Application number: KR1020137010432A
Authority: KR
Inventors: 시게키 혼다
Original assignee: 이구루코교 가부시기가이샤
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2014-10-27
Also published as: US20130193647A1; TWI506217B; TW201231845A; KR20130064810A; WO2012086320A1; JPWO2012086320A1; CN103180643B; JP5748155B2; CN103180643A; US9845889B2

Abstract

더스트, 미스트 및 액체의 씰링이 가능하며, 자성 유체의 누설을 방지하고 그리고 장치로의 조립 및 부품 교환이 쉬우면서 동시에 자성 유체의 봉입이 용이한 카트리지 타입의 자성 유체를 이용한 씰 장치를 제공한다. 두 부재 중 지름방향 내측 부재의 외주면에 고정되고, 내측 부재와 동시 회전하는 플랜지가 구비된 슬리브를 한 쌍의 자극 부재에 대향해서 마련하고, 자력원의 지름 방향 내측과 한 쌍의 자극부재로 형성되는 환형 공간에 패킹을 배치하고, 패킹은 플랜지가 구비된 슬리브의 외주면에 슬라이딩 이동하도록 환형 공간에 마련되어 있으며, 자성 유체 씰부, 패킹 및 플랜지가 구비된 슬리브가 유닛화 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

자성유체를 이용한 씰 장치 {SEAL DEVICE USING MAGNETIC FLUID}

본 발명은, 낚시도구, 반도체 제조 장치, 산업 기기 등의 각종 장치의 축 씰링부(封止部)에 이용되는 자성 유체를 이용한 씰 장치에 관한 것이다.

오랜 사용이 가능하고 깨끗한 고성능 씰 장치로서, 자성(磁性) 유체 씰 장치가 알려져 있다. 이 자성 유체 씰 장치는 유지 보수의 수고를 절감하면서 청정한 분위기를 얻을 수 있는 축 씰링 기구가 요구되는 반도체나 액정 등의 제조 공정이나, 각종 코팅·에칭 공정에 있어서 진공 중에 회전 구동력을 도입하기 위한 진공 씰, 베어링으로부터의 오일 미스트 등이 깨끗한 구역으로 침입하는 것을 방지하기 위한 방진 씰, 혹은 가스 씰 등으로 널리 사용되고 있다.

도 5는 이러한 자성 유체를 이용한 하나의 종래 예로서 밀봉 장치의 단면 구성을 설명하는 도면이다(이하,「종래기술 1」이라고 한다. 예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이 자성 유체 축 밀봉 장치(50)는 프로세스실(60)을 형성하는 벽(51)에 원통형의 케이싱(52)을 가지고 있다. 이 자성 유체 축 밀봉 장치(50)는, 예를 들면 기기 외측(A)이 비교적 먼지가 많은 상태 아래에서 기기 내측(L)을 먼지가 적은 깨끗한 상태, 즉 방진상태로 유지하는 것이다.

케이싱(52)은 프로세스실(60)의 안팎에 걸쳐 연장되는 회전축(53)을 둘러싸고 있다. 케이싱(52)의 내부에 자성 재료로 형성되어 회전축(53)을 중심으로 하는 원환(圓環) 모양의 주(主) 폴피스(54)와, 그 주 폴피스(54)의 우측에 위치하고 있으며 마찬가지로 회전축(53)을 중심으로 하는 원환 모양의 부(副) 폴피스(55)가 격납되어 있다. 주 폴피스(54)와 부 폴피스(55) 사이에는 회전축(53)을 중심으로 하는 원환 모양의 자석(56)이 마련되어 있다.

주 폴피스(54)와 부 폴피스(55) 사이에 링 부재(57)을 수납하기 위한 오목한 홈(58)을 형성한다.

주 폴피스(54)의 내주면과 회전축(53)의 외주표면 사이 및 부 폴피스(55)의 내주면과 회전축(53)과의 사이에는 아주 적은 틈새가 형성되어 있고, 그 틈새 안으로 자성 유체가 주입되어 있다. 자석(56)에서 나오는 자력선은 화살표(B)로 나타내 는 바와 같이, 주 폴피스(54), 회전축(53), 그리고 부 폴피스(55)를 지나 자석(56)으로 돌아오는 자기(磁氣) 폐회로(閉回路)를 형성하고, 그 자력선에 자성 유체가 집속해서 자성 유체막(59)이 형성된다.

자성 유체 축 밀봉 장치(50)는 이상과 같이 구성되어 있어서, 기기 외측(A)과 기기 내측(L) 사이의 환경 변화, 예를 들면 압력차이, 먼지의 많고 적음, 가스 분위기의 변화 등이 회전축(53)에 압력하에서 접촉하는 링 부재(57) 및 각 자성 유체막(59)에 의해서 유지된다.

그런데, 종래기술 1의 자성 유체 축 밀봉 장치(50)에서는 충격이나 진동 등에 의해 자성 유체가 회전축(53)의 외주부의 틈새를 지나 기기 외측(A) 혹은 기기 내측(L)으로 흩어져 날아가 버리는 문제가 있었다. 이러한 비산(飛散)에 의해서 자성 유체가 누출되면, 자성 유체 씰로서의 기능이 손상되거나 기기 외측(A) 혹은 기기 내측(L)을 오염시키게 되므로 방지할 필요가 있다.

도 6은, 자성 유체의 누설을 방지하기 위한 수단을 구비한 자성 유체 씰 구조의 단면 구성을 설명하는 도면이다(이하, 「종래기술 2」라고 한다. 예를 들면, 특허문헌 2를 참조).

이 자성 유체 씰(70)은 허브(71)의 내주부에 고정된 자석(72)과, 이 자석(72)의 축 방향 양측 단면을 축 방향으로 사이에 둔 한 쌍의 폴 피스(자극편) (73,73)를 가지며, 폴피스(73)의 내주 가장자리 둘레부에 자성 유체(74)가 유지되어 있다.

한편, 축(75)의 축 단부(좌단 부분으로 도시됨)에는 상기 자성 유체 씰(70)에 대면하도록 자성 링(76)이 끼워져 장착된다. 이 자성 링(76)은 자성 유체(74)가 접촉 가능한 위치에 배치되어 있으면서 자성 유체 씰(70)의 자기 회로를 구성하도록 소정의 투(透)자성체로 형성되어 있다. 이에 따라 자성 유체(74)는 상기 자성 링(76)의 외주면에 밀착해서 축(75)과 허브(71) 사이의 개구부가 내압(耐壓)적으로 씰링되어, 윤활 오일 등의 외부 누설이 방지되면서 동시에 모터 외부 측에서의 먼지 등이 침입하는 것이 방지되도록 구성된다.

그리고 또한, 상기 자성 유체 씰(70)의 기기 외측(A)에는 자성 유체(74)의 외부 비산을 방지하기 위한 누출 방지 커버(77)가 배치되어 있다. 누출 방지 커버 (77)는 자성 유체(74)를 기기 외측(A)으로부터 완전히 폐색하도록 구성되어 있어서 축 방향 내측 벽면과, 자성 링(76)의 축 단면에는 발유제(撥油劑)(78)가 도포되어 있다.

이러한 자성 유체 씰 구조에서는 충격이나 진동 등에 의해 자성 유체 씰(70)로부터 자성 유체(74)가 누설되었을 경우에도, 그 누설된 자성 유체(79)는 우선 누출 방지 커버(77)의 폐색 벽면에 의해 막아지고 상기 발유제(78)의 표면 장력 작용에 의해서 누설 자성 유체(79)는 기름 방울이 되어 흩어져 사라지는 일이 없이 하나의 덩어리가 된다. 그리고 회전 원심력에 의해서 바깥쪽으로 날아가 자성 유체 저장부(80) 안으로 신속하게 이동된다.

종래기술 2에서는 자성 유체의 누설을 방지할 수 있지만, 그 구조에서 씰 부분의 조립시에 폴 피스(73,73)의 부분에 자성 유체(74)를 주입할 수는 없다. 또한, 씰 부분을 장치에 끼워 넣은 후에 자성 유체(74)를 바깥쪽에서 주입하려면, 누출 방지 커버(77)가 방해가 되어 곤란한 문제가 있었다.

또한, 종래기술 1 및 종래기술 2에서는 씰 부품의 교체에 관해 고려되어 있지 않기 때문에 부품 교체가 어려운 문제도 있었다.

그리고 또한, 종래기술 2에서는 경미한 더스트나 가스의 씰링이 가능할 뿐, 미스트나 액체를 씰링할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 미스트나 액체의 씰링으로는 오일 씰이 있지만, 토오크가 높은 결점이 있다.

도 7은 미스트나 액체를 씰링할 수 있는 자성 유체 씰 장치의 단면 구성을 설명하는 도면이다(이하,「종래기술 3」이라 한다. 예를 들면, 특허문헌 3 참조).

이 자성 유체 씰 장치(80)는 서로 동심(同心)에서 상대 회전 자유롭게 조립되는 두 부재로서 비자성재의 하우징(81)과 하우징(81) 내에 삽입되는 비자성재의 축(82) 사이의 틈새를 씰링하는 것이다.

자성 유체 씰 장치(80)는 축 방향으로 착자(着磁)한 자력원으로서의 영구자석(83)과, 그 영구자석(83)의 양측에 배치된 한 쌍의 자극편으로서의 요크(84)와, 요크(84)와 하우징(81) 내주에 고정되는 슬리브(85)를 통해서 씰링할 하우징(81)과의 사이에 있는 미세한 간극(86) 내에 자기 흡착력에 의해 유지되는 자성 유체(87)로 이루어지는 자성 유체 씰 부재(80A)와, 축(82)에 고정되어서 축(82)과 동시 회전하는 회전체(88)와, 그 회전체(88)의 외경 측에 설치되는 래비린드 씰부(89)로 이루어지는 래비린드 씰 구성부(80B)로 구성되어, 래비린드 병용 타입의 자성 유체 씰 장치로 이루어져 있다.

상기 구성의 자성 유체 씰 장치에 있어서는, 자성 유체 씰부(80A)의 양쪽 외측에서 외경 측에 래비린드 씰 구성부(80B)에 의한 래비린드 씰부(89)를 설치하였기 때문에 씰 대상 측을 향해 약간의 오일, 물 등의 더스트(OL)가 왔을 경우에도 축(82) 회전시에 래비린드 씰부(89)를 구비한 회전체(88)도 동시 회전하기 때문에 원심력의 작용에 의해 오일이나 물 등의 더스트(OL)를 떨쳐버리는 효과가 있으며, 자성 유체 씰부(80A)로의 오일이나 물 등의 더스트(OL) 침입을 방지할 수 있어서, 기기 내측(L)에서 오일 미스트나 그리스 및 기기 외측(A)에서 오일, 물 등의 씰링을 가능하게 할 수 있다.

그러나, 종래기술 3에서는 미스트나 액체를 씰링 할 수는 있지만, 종래기술 1 및 종래기술 2와 마찬가지로 그 구조로 씰 부분을 조립할 때에 폴 피스(84)의 부분에 자성 유체(87)를 주입할 수는 없다. 또한, 씰 부분을 장치에 조립한 뒤에 자성 유체(87)를 바깥쪽에서 주입하려면, 회전체(88)가 방해가 되어 곤란한 문제가 있다.

또한, 종래기술 3에서는 종래기술 1 및 종래기술 2와 마찬가지로 씰 부품의 교체에 대해 고려되지 않아서 부품의 교체가 어려운 문제도 있었다.

일본특허공개공보 특개평7-317916호 일본특허공개공보 특개평7-111026호 일본실용신안공개공보 실개평6-71969호 국제공개 제2010/004935호 팜플렛 일본특허공개공보 제2010-110256호

본 발명은 종래 기술이 가지는 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 더스트, 미스트 및 액체의 씰링이 가능하고, 자성 유체의 누설을 방지하며, 게다가 장치로의 조립 및 부품 교체가 용이하면서 자성 유체의 봉입이 쉬운 유니트화된 카트리지 타입의 자성 유체를 이용한 씰 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 첫째로, 서로 동심(同心)에서 상대 회전 자유롭게 조립되는 두 부재 사이의 틈새를 씰링하는 것으로서,

상기 두 부재 중 지름방향 외측의 부재에 배치된 자력을 발생하는 자력원과,

상기 자력원의 양측에 배치된 한 쌍의 자극부재와,

상기 자력원의 자력에 의해 상기 두 부재 사이에 자기적으로 유지되어서 상기 틈새를 밀봉하는 자성 유체를 가지는 자성 유체 씰부를 구비한 씰 장치에 있어서,

상기 두 부재 중 지름방향 내측의 부재의 외주면에 고정되고, 내측의 부재와 동시 회전하는 플랜지가 구비된 슬리브를 상기 한 쌍의 자극 부재에 대향해서 설치하고, 상기 자력원의 지름방향 내측과 한 쌍의 자극부재로 형성되는 환형 공간에 패킹을 배치하고, 상기 패킹은 상기 플랜지가 구비된 슬리브의 외주면에 슬라이딩 이동하도록 상기 환형 공간에 설치되어 있으며, 상기 자성 유체 씰부, 패킹 및 플랜지가 구비된 슬리브가 유닛화되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 1의 특징에 의해, 더스트, 미스트 및 액체의 씰링이 가능하면서 동시에 자성 유체의 누설을 방지하고, 그리고 장치로의 조립 및 부품 교환이 쉬우면서 자성 유체의 봉입이 용이한 카트리지 타입의 자성 유체를 이용한 씰 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 둘째로, 제 1의 특징에 있어서, 상기 플랜지가 구비된 슬리브는, 원통형의 슬리브 본체부와, 상기 슬리브 본체부의 기기 외측에 설치되는 외향 플랜지부와, 기기 내측에 설치되는 내향 플랜지부 및 외향 플랜지부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

제 2의 특징에 의해, 외향 플랜지부로 누설되는 자성 유체를 방지할 수 있다. 또한, 내향 플랜지부로 내측 부재에 대해서 확실하게 위치 결정 및 장착을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 셋째로, 제 2의 특징에 있어서, 상기 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부, 기기 외측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 내향 플랜지부는 일체로 형성되고 기기 내측의 외향 플랜지부는 별개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 넷째로, 제 2의 특징에 있어서, 상기 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부 및 기기 내측의 내향 플랜지부는 일체로 형성되고, 기기 외측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 외향 플랜지부는 별개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 다섯째로, 제 2의 특징에 있어서, 상기 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부와, 기기 외측의 외향 플랜지부, 기기 내측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 내향 플랜지부는 별개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

제 3 내지 제 5의 특징에 의해, 플랜지가 구비된 슬리브의 제작이 쉬우며, 또한, 기기 내측의 외향 플랜지부를 나중에 구비함으로써, 씰 장치의 조립을 쉽게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 여섯째로, 제 2 내지 제 5중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부 및 기기 외측의 외향 플랜지부는 자성 재료로 형성되고, 기기 내측의 외향 플랜지부는 비자성 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.

제 6의 특징에 의해, 만일 충격 등으로 누출된 자성 유체를 외향 플랜지부의 선단에서 트랩 할 수 있다. 또한, 기기 내측(L)의 외향 플랜지부 부근에서는 빠져나온 자성 유체를 트랩 할 수 없지만, 자성 유체가 새는 것을 방지하는 역할을 할 수 있으며 새는 것이 방지된 기기 내측(L)의 외향 플랜지부 부근에 있는 자성 유체는 다소 시간은 걸리지만 자극 부재의 내주측 단부에 생기는 강한 자장에 의해 끌어 당겨져 되돌려진다.

또한, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 일곱째로, 제 2 내지 제 6중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 플랜지가 구비된 슬리브의 기기 외측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 외향 플랜지부의 외연(外緣)에 자극부재 측을 향하여 꺾여 구부러진 절곡부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

제 7의 특징에 의해, 자력원, 한 쌍의 자극부재 및 자성 유체로 이루어지는 자성 유체 씰부 및 X링과, 플랜지가 구비된 슬리브와의 상대적인 이동을 방지할 수 있다. 트럭 수송 등에 있어서 강한 충격을 받았을 경우에도, 자성 유체 씰부 및 X링과, 플랜지가 구비된 슬리브가 어긋나는 경우는 없기 때문에, 특별한 포장(梱包) 부재를 준비할 필요는 없으며 포장 작업도 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 여덟째로, 제 1 내지 제 7중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 자력원과 패킹 사이에는 비자성 재료로 이루어지는 격벽이 설치되는 것을 특징으로 한다.

제 8의 특징에 의해, 자극 부재의 평행도를 더 높일 수 있으며, 또한 패킹에 적절한 체결여유(interference)를 가지게 하기 위한 위치 결정을 확실히 실시할 수 있다.

또한, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는, 아홉째로, 제 1 내지 제 8중 어느 하나의 특징에 있어서, 패킹이 X링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제 9의 특징에 따라, 패킹의 슬라이딩부 근방에 윤활제로서 자성 유체를 유지할 수 있기 때문에 밀봉 및 윤활을 확실히 할 수 있다.

본 발명은 아래와 같이 뛰어난 효과를 가진다.

(1) 두 부재 중 지름방향 내측의 부재의 외주면에 고정되어, 내측의 부재와 동시 회전하는 플랜지가 구비된 슬리브를 한 쌍의 자극부재에 대향해서 설치하고, 자력원의 지름방향 내측과 한 쌍의 자극부재로 형성되는 환형 공간에 패킹을 배치하며, 패킹은 플랜지가 구비된 슬리브의 외주면에 슬라이딩 이동하도록 환형 공간에 마련되어 있고, 자성 유체 씰부, 패킹 및 플랜지가 구비된 슬리브가 유닛화 되어 있어서, 더스트, 미스트 및 액체의 씰링이 가능하면서 동시에 자성 유체의 누설을 방지하고, 게다가 장치로의 조립 및 부품 교체가 쉬우면서 자성 유체의 봉입이 용이한 카트리지 타입의 자성 유체를 이용한 씰 장치를 제공할 수 있다.

(2) 플랜지가 구비된 슬리브가 원통형의 슬리브 본체부와, 상기 슬리브 본체부의 기기 외측에 설치되는 외향 플랜지부와, 기기 내측에 설치되는 내향 플랜지부 및 외향 플랜지부로부터 구성되어서, 외향 플랜지부에서 누설되는 자성 유체를 방지할 수 있다. 또한, 내향 플랜지부에서 내측의 부재에 대해서 확실히 위치 결정 및 장착을 할 수 있다.

또한, 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부, 기기 외측의 외향 플랜지부, 기기 내측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 내향 플랜지부를, 일체 또는 별개체로 형성함에 따라, 플랜지가 구비된 슬리브의 제작이 용이하며, 또한 기기 내측의 외향 플랜지부를 나중에 부착함으로써 씰 장치의 조립을 쉽게 할 수 있다.

(3) 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부 및 기기 외측의 외향 플랜지부는 자성 재료로 형성되고, 기기 내측의 외향 플랜지부는 비자성 재료로 형성됨으로써, 만일 충격 등으로 누출된 자성 유체를 외향 플랜지부의 선단에서 트랩할 수 있다. 또한, 기기 내측(L)의 외향 플랜지부 부근에서는 새어나온 자성 유체를 트랩 할 수는 없지만, 자성 유체가 새는 것을 방지하는 역할을 할 수 있으며, 새는 것이 방지된 기기 내측(L)의 외향 플랜지부 부근의 자성 유체는 다소 시간은 걸리지만 자극부재의 내주측 단부에 생기는 강한 자장에 끌어 당겨져 되돌려진다.

(4) 플랜지가 구비된 슬리브의 기기 외측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 외향 플랜지부의 외연에 자극부재 측을 향해 꺾여 구부러진 절곡부가 형성되어서, 자력원, 한 쌍의 자극부재 및 자성 유체로 이루어지는 자성 유체 씰부 및 X링과, 플랜지가 구비된 슬리브와의 상대적인 이동을 방지할 수 있다. 트럭 수송 등에서 강한 충격을 받았을 경우에도 자성 유체 씰부 및 X링과 플랜지가 구비된 슬리브가 어긋날 일은 없기 때문에 특별한 포장부재를 준비할 필요는 없으며, 포장 작업도 용이하게 할 수 있다.

(5) 자력원과 패킹 사이에는 비자성 재료로 이루지는 격벽이 설치됨에 따라 자극부재의 평행도를 더 높일 수 있으며, 또한 패킹에 적절한 체결 여유를 갖게 하기 위한 위치 결정을 확실히 할 수 있다.

(6) 패킹이 X링으로 이루어짐에 따라, 패킹의 슬라이딩 이동부 근방에 윤활제로서의 자성 유체를 유지할 수 있기 때문에 밀봉 및 윤활을 확실히 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치를 기기에 장착한 상태를 나타내는 모식적 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치를 나타내는 모식적 단면도로서, (a), (b) 및 (c)의 세 가지 양태를 나타내는 것이고,
도 3은 본 발명의 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치의 요부의 자장 해석의 결과를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치를 나타내는 모식적 단면도로서, (a) 및 (b)의 두 가지 양태를 나타내는 것이며,
도 5는 종래기술 1을 나타내는 단면도이고,
도 6은 종래기술 2를 나타내는 단면도이고,
도 7은 종래기술 3을 나타내는 단면도이다.

본 발명과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치를 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명하겠는데, 본 발명은 이것에 한정되어 해석되어서는 안 되며 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 당업자의 지식에 근거하여 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 더할 수 있는 것이다.

[실시형태 1]

도 1은 본 발명의 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치를 기기에 장착한 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.

자성 유체를 이용한 씰 장치(1)(이하, 단순히 「씰 장치」라고 할 경우도 있다)는, 기기 외측(A)(예를 들면, 대기측) 및 기기 내측(L)(예를 들면, 낚시용 릴의 내부측)의 두 영역 사이를 걸치는 회전축(2)과 지지부재(3) 사이에 구비된다.

지지부재(3)는 비자성체로서, 회전축(2)의 유지 및 밀봉을 행하는 원통부 (4)와, 원통부(4)의 기기 외측(A)에 씰 장치(1)를 유지하는 플랜지부(5)를 구비한다.

지지부재(3)의 원통부(4)와 회전축(2) 사이에는 베어링(11,11)이 설치되어 회전축(2)을 회전 자유롭게 지지한다.

지지부재(3)의 플랜지부(5)는, 반경 방향으로 펼쳐지는 원반형상부(5-1)와 축방향으로 연장되는 대경(大徑)의 원통부(5-2)로 이루어져, 원반형상부(5-1)와 대경 원통부(5-2)로 형성되는 플랜지부의 환형공간(6)에 씰 장치(1)가 수용된다.

지지부재(3)의 대경 원통부(5-2)의 외주면에는 수(雄)나사부(7)가 형성되고, 이 수나사부(7)에 단면 L형의 누름 링(8)이 나사 결합하도록 이루어져 있다. 누름 링(8)과 씰 장치(1)의 기기 외측(A) 측면과의 사이에는 원환 모양의 스페이서(9)가 배치되도록 이루어져 있고, 누름 링(8)을 축 방향으로 조이면, 씰 장치(1)는 스페이서(9)를 통해서 기기 외측(A)에서 축 방향으로 가압된다.

회전축(2)에는 베어링(11,11)의 축 방향 위치, 및 씰 장치(1)의 축 방향 위치를 위치 결정하기 위한 칼라부(10)가 형성되어 있으며, 칼라부(10)의 기기 내측(L)에는 베어링(11,11)이 접촉해서 위치 결정되고 칼라부(10)의 기기 외측(A)에는 씰 장치(1)의 후술되는 플랜지가 구비된 슬리브(17)가 맞닿아서 위치 결정되도록 이루어져 있다.　

또한, 회전축(2)의 기기 외측(A)의 단부에는 수나사부(12)가 형성되고, 수나사부(12)에 나사 결합되는 너트(13)에 의해 스페이서(14)를 통해서 씰 장치(1)의 플랜지가 구비된 슬리브(17)가 회전축(2)의 칼라부(10)에 대해서 체결되어 고정되도록 이루어져 있다.

도 2는 본 발명의 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치(1)를 나타내는 모식적 단면도이고, 도 2를 근거로 자성 유체를 이용한 씰 장치(1)를 설명한다.

자성 유체를 이용한 씰 장치(1)는, 주로 자석 등의 자력원(15), 자력원(15)의 양측에 배치되는 한 쌍의 자극부재(16,16), 그 한 쌍의 자극부재(16,16)에 대향하도록 회전축(2)의 외주면에 고정되어 회전축(2)과 동시 회전하는 플랜지부가 구비된 슬리브(17), 자력원(15)의 지름 방향 내측과 한 쌍의 자극부재(16,16)로 형성되는 환형 공간(s)에 배치되고 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 외주면에 슬라이딩 이동하도록 설치되는 패킹(18) 및 자력원(15)의 자력에 의해서 자극부재(16,16)와 플랜지가 구비된 슬리브(17) 사이에 자기적으로 유지되어서 양자의 틈새를 밀봉하는 자성 유체(19)로 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 있어서 자력원(15), 한 쌍의 자극부재(16,16) 및 자성 유체(19)로 구성되는 부분을 총칭해 자성 유체 씰부라고 한다.

자력원(15)은 원환(圓環) 모양을 하고 있으며 축 방향으로 이극(異極)이 배치된다.

자극부재(16)는, 자성 재료로 이루어져 원환 모양을 하고 있으며, 반경 방향 바깥쪽 위치에 자력원(15)을 지지하고, 반경 방향 내측의 위치에 패킹(18)을 수용하는 환형 공간(s)을 형성하도록 이루어져 있으며 자력원(15)의 외주측 및 내주측에 비자성 재료로 이루어지는 격벽(20,21)을 설치한다. 격벽(20,21)은 자극부재(16)의 평행도를 위해, 및 지지부재(3)에 대한 치수 정밀도를 위한 것이며, 또한 격벽(21)은 패킹(18)의 위치 결정(적절한 체결 여유를 갖게 하기 위한 위치 결정)의 역할을 하는 것이다. 그 의미에서, 외주측의 격벽(20)은 생략하는 것도 가능하지만, 내주측의 격벽(21)은 패킹(18)의 위치 결정을 하는데 있어서 필수적이다.

플랜지가 구비된 슬리브(17)는, 제작상 및 조립상 요청으로 분할 형성되는 것으로서, 원통형의 슬리브 본체부(22)와, 그 슬리브 본체부(22)의 기기 외측(A)에 마련되는 외향 플랜지부(23)와, 기기 내측(L)에 설치되는 내향 플랜지부(24) 및 외향 플랜지부(25)로 구성된다.

도 2 (a)에서는 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 슬리브 본체부(22), 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23) 및 기기 내측(L)의 내향 플랜지부(24)는 일체로 형성되고, 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25)는 별개로 형성되고, 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25)는, 자력원(15), 한 쌍의 자극부재(16,16) 및 패킹(18)이 슬리브 본체부(22)에 끼워 넣어진 후, 용접 등의 수단으로 고착된다.

도 2 (b)에서는, 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 슬리브 본체부(22) 및 기기 내측(L)의 내향 플랜지부(24)는 일체로 형성되고, 기기 외측(A)의 외향 플랜지부 (23) 및 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25)는 별개로 형성되어 용접 등의 수단으로 고착되는 것이지만, 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23) 혹은 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25) 중 어느 한쪽을 먼저 고착해 두고, 다른 한쪽은 자력원(15), 한 쌍의 자극부재(16,16) 및 패킹(18)이 슬리브 본체부(22)에 끼워 넣어진 후 고착된다.

또한, 도 2 (c)에서는 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 슬리브 본체부(22)와, 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23), 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25) 및 기기 내측(L)의 내향 플랜지부(24)는 별개로 형성되고, 나중에 용접 등의 수단으로 일체적으로 고착되는 것인데, 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23) 혹은 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25) 중 어느 한쪽을 먼저 고착해 두고, 다른 한쪽은 자력원(15), 한 쌍의 자극부재(16,16) 및 패킹(18)이 슬리브 본체부(22)에 끼워 넣어진 뒤에 고착된다.

플랜지가 구비된 슬리브(17)의 슬리브 본체부(22)는 자기회로 형성을 위해 자성 재료로 형성된다. 그 때문에, 회전축(2)은 비자성 재료로 형성되어도 좋다.　또한, 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23), 기기 내측(L)의 내향 플랜지부(24) 및 외향 플랜지부(25)는 자성 재료 혹은 비자성 재료 중 어느 것으로 형성되어도 좋으며, 그리고 또한 외향 플랜지부(23,25)는 금속재료가 아니라 고무, 수지 등의 비금속 재료로 형성되어도 좋다. 기기 내측(L)의 내향 플랜지부(24)는 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 회전축(2)으로의 고정을 위해서 이용되는 것이기 때문에, 금속재료로 형성되는 것이 바람직하다.

외향 플랜지부(23,25)는 축 방향에 있어서 자극부재(16)의 외면과 약 0.5~1mm정도의 틈새를 가지도록 형성되어 자성 유체(19)가 새는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다. 그리고, 자성유체(19)가 새어서는 곤란한 쪽, 예를 들면 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23)를 자성재료로 형성하여, 만일 새어 나온 자성 유체 (19)를 외향 플랜지부(23)에서 트랩하도록 해도 좋다. 물론, 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23) 및 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25)를 자성 재료로 형성하고, 양측에서 자성유체(19)를 트랩 하도록 해도 좋다.

패킹(18)은 환형으로 이루어져 있으며, 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 외주면과 슬라이딩 이동해서 탄성 변형하도록 함으로써 미스트나 액체를 씰링 할 수 있는 것이면 좋고, O링이나 그랜드 패킹이어도 좋다.

본 실시형태 1에서는 자성유체(19)를 패킹(18)의 윤활제로서 이용하는 관점에서, 슬라이딩 이동부 근방에 자성 유체(19)를 유지하는데 적합한 X링을 이용한다.

X링으로 이루어지는 패킹(18)은, 단면 형상이 X형의 환형 링이며, 환형 공간 (s)의 단면이 가지는 직사각형 형상의 각각 코너부를 향해 돌출되는 네 개의 돌기(26, 27, 28, 29)를 가지고 있으며, 내주측의 돌기(26)와 (27)은 한 쌍의 자극 부재(16,16)와 플랜지 슬리브(17)의 외주면 틈새를 향해 돌출되어 있으며, 또한 내주측의 돌기 (26)과 (27) 사이에는 자성유체(19)를 유지할 수 있는 형상의 유지홈(30)이 형성되어 있다. 돌기(26,27)의 양측의 자성 유체(19)는 그 표면 장력에 의해 돌기(26,27)와 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 외주면과의 슬라이딩 이동부에 침입하여 유지홈(30) 내에 저장된다. 그 때문에 돌기(26,27)와 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 외주면과의 슬라이딩 이동부는 충분히 윤활된다.

본 실시형태 1에 이용되는 자성유체(19)는 입경 약 5~50nm정도의 자성 초미립자를 계면활성제를 사용해서 용매나 기름(基油) 중에 분산시킨 것으로, 자력선을 따라서 이동하여 자장에 트랩되는 특성을 가진다. 본 실시형태 1의 자성 유체를 이용한 씰 장치(1)에 있어서, 자성유체(19)는 플랜지가 구비된 슬리브(17)와 X링 (18)의 슬라이딩 이동면에서 작용하는 윤활제로서 이용되고 있으며, X링(18)의 슬라이딩 이동 수명을 연장시킨다. 또한, 자성 유체(19)는 X링(18)과 플랜지가 구비된 슬리브(17)의 슬라이딩 이동면에서의 밀봉성을 확보하고, 또한 슬라이딩 이동면 부근에서의 발진(發塵)을 억제할 수 있다.

플랜지가 구비된 슬리브(17)가 회전중심(O)을 중심으로 회전할 때, 자성 유체(19)는 자극부재(16,16)와 플랜지가 구비된 슬리브(17) 사이에 자기적으로 유지되어서 양자의 틈새를 밀봉한다. 이에 더하여 자성유체(19)는 X링(18)의 돌기(26, 27)의 선단부 부근 및 유지홈(30) 내에도 많이 유지된다. 이 때문에 자성 유체(19)는 플랜지가 구비된 슬리브(17)와 X링(18)과 슬라이딩 이동부의 윤활제로서도 매우 적합하게 작용할 수 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이 자력원(15), 한 쌍의 자극부재(16,16), 및 자성 유체(19)로 이루어지는 자성 유체 씰부, 플랜지가 구비된 슬리브(17) 및 X링(18)은 통상 공장에서의 제작시에 조립되어, 자성 유체(19)의 주입도 이루어져 출하된다.

이와 같이, 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치는 유닛화되는 것에 특징이 있으며, 유닛화된 본 발명의 자성 유체를 이용한 씰 장치를, 다른 공장, 혹은 현장에서 장치에 설치하는 경우에는 씰 장치(1)를 회전축(2)의 기기 외측에서 삽입하여, 스페이서(14)를 통해서 너트(13)를 단단히 조임으로써, 간단하고 확실하게 장착할 수 있다. 또한, 교체하는 경우에도 제작 공장에서 유닛화된 씰 장치(1)를 현장으로 운반해서 그대로 교체하기만 하면 되며, 자성유체(19)의 주입을 현장에서 행하는 번잡한 작업도 필요 없다.

도 3은 본 발명의 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치의 요부의 자장 해석의 결과를 나타내는 도면이다.

도 3의 경우 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23)는 자성 재료로 형성되고, 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25)는 비자성 재료로 형성된다. 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23)의 선단에 있어서 자력선은 조밀하게 되어 있어 자장이 강한 것을 확인할 수 있다. 그 때문에, 만일 충격 등으로 새어져 나온 자성 유체(19)를 외향 플랜지부 (23)의 선단에서 트랩 할 수 있다. 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25) 부근에 있어서는 자력선이 엉성하기 때문에 새어나온 자성 유체(19)를 트랩 할 수 없지만, 자성 유체가 새는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(25) 부근에 누출된 자성 유체는 시간은 다소 걸리지만, 자극부재(16)의 내주측 단부에 생기는 강한 자장에 끌어 당겨져 되돌려진다.

[실시형태 2]

도 4는 본 발명의 실시형태 2와 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치를 나타내는 모식적 단면도로서, (a) 및 (b) 두 개의 양태를 나타낸다.

실시형태 2와 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치(40)는, 플랜지가 구비된 슬리브(41)의 형상이, 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치(1)에 구비된 플랜지가 있는 슬리브(17)의 형상과 다르다. 그러나, 그 밖의 부분은 실시형태 1과 관련된 자성 유체를 이용한 씰 장치(1)과 마찬가지로 실시형태 1과 같으며, 실시형태 1과 같은 부재번호를 부여한다.

플랜지가 구비된 슬리브(41)는. 제작상 및 조립상의 면에서 분할되어 형성되는 것으로, 원통형의 슬리브 본체부(42)와, 그 슬리브 본체부(42)의 기기 외측(A)에 설치되는 외향 플랜지부(43)와, 기기 내측(L)에 설치되는 내향 플랜지부(44) 및 외향 플랜지부(45)로 구성되는 점에서 실시형태 1과 같다.

그러나, 실시형태 2에서는 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(43) 및 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(45)의 외연(外緣)이, 자극부재(16,16) 측을 향해서 꺾어 구부러진 절곡부(46,47)를 가지는 점에서 실시형태 1과 상이하다.

도 4 (a)에서는 플랜지가 구비된 슬리브(41)의 슬리브 본체부(42) 및 기기 내측(L)의 내향 플랜지부(44)는 일체로 형성되고, 기기 외측(A)의 외향 플랜지부 (43) 및 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(45)는 별개로 형성되어서 용접 등의 수단으로 고착되는 것이지만, 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(43) 혹은 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(45) 중 어느 한쪽을 먼저 고착해 두고, 다른 한쪽은 자력원(15), 한 쌍의 자극부재(16,16) 및 패킹(18)이 슬리브 본체부(22)에 끼워 넣어진 후에 고착된다.

도 4 (b)에서는, 플랜지가 구비된 슬리브(41)의 슬리브 본체부(42), 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(43) 및 기기 내측(L)의 내향 플랜지부(44)는 일체로 형성되고, 기기 내측(L)의 외향 플랜지부(45)는 별개로 형성되어 용접 등의 수단으로 고착되는 것이지만, 자력원(15), 한 쌍의 자극부재(16,16) 및 패킹(18)을 슬리브 본체부(42)에 끼워넣은 후에 행해진다.

외향 플랜지부(43) 및 외향 플랜지부(45)의 절곡부(46,47)는, 자력원(15), 한 쌍의 자극부재(16,16) 및 자성유체(19)로 이루어지는 자성 유체 씰부 및 X링(18)과, 플랜지가 구비된 슬리브(41)의 상대적인 이동을 방지하기 위한 것이다.

X링(18)과 플랜지가 구비된 슬리브(41)는 강하게 결합되어 있어서, 강한 충격을 받지 않는 이상 마찰력으로 인해 벗어날 일은 없다. 그러나, 유닛화된 씰 장치(40)의 트럭 수송 등에 있어서 강한 충격을 받았을 경우, 실시형태 1과 같이 기기 외측(A)의 외향 플랜지부(23,25)와 자극부재(16,16) 사이에 틈새가 존재하면, 자성 유체 씰부 및 X링(18)과 플랜지가 구비된 슬리브(41)가 어긋날 가능성이 있다.

실시형태 2와 같이 외향 플랜지부(43,45)의 외연에 절곡부(46,47)가 설치되어 있으면, 자성 유체 씰부 및 X링(18)과 플랜지가 구비된 슬리브(41)가 어긋나는 일은 없다. 따라서, 특별한 포장부재를 준비할 필요는 없고, 포장 작업도 용이하게 할 수 있다.

1; 씰 장치(실시형태 1)
2; 회전축
3; 지지부재
4; 원통부
5; 플랜지부
5-1: 원반 형상부
5-2; 대경(大徑)원통부
6; 플랜지부의 환형공간
7; 수나사부
8; 누름 링
9; 스페이서
10; 칼라부
11; 베어링
12; 수나사부
13; 너트
14; 스페이서
15; 자력원
16; 자극부재
17; 플랜지가 구비된 슬리브
18; 패킹
19; 자성 유체
20; 격벽
21; 격벽
22; 원통형의 슬리브 본체부
23; 기기 외측의 외향 플랜지부
24; 기기 내측의 내향 플랜지부
25; 기기 내측의 외향 플랜지부
26; 패킹의 돌기
27; 패킹의 돌기
28; 패킹의 돌기
29; 패킹의 돌기
30; 유지(保持)홈
40; 씰 장치(실시형태 2)
41; 플랜지가 구비된 슬리브
42; 슬리브 본체부
43; 기기 외측의 외향 플랜지부
44: 기기 내측의 내향 플랜지부
45; 기기 내측의 외향 플랜지부
46; 절곡부
47; 절곡부
A　; 기기 외측
L; 기기 내측
O; 회전 중심
s; 환형 공간

Claims

서로 동심에서 상대 회전 자유롭게 조립되는 두 부재 간의 틈새를 씰링하는 것으로,
상기 두 부재 중 지름방향 외측의 부재에 배치된 자력을 발생하는 자력원과,
상기 자력원의 양측에 배치된 한 쌍의 자극부재와,
상기 자력원의 자력에 의해서 상기 두 부재 사이에 자기적으로 유지되어서, 상기 틈새를 밀봉하는 자성 유체를,
가지는 자성 유체 씰부를 구비한 씰 장치에 있어서,
상기 두 부재 중 지름 방향 내측의 부재의 외주면에 고정되고, 내측의 부재와 동시 회전하는 플랜지가 구비된 슬리브를 상기 한 쌍의 자극부재에 대향해서 마련하고, 상기 자력원의 지름 방향 내측과 한 쌍의 자극 부재로 형성되는 환형 공간에 패킹을 배치하고, 상기 패킹은 상기 플랜지가 구비된 슬리브의 외주면에 슬라이딩 이동하도록 상기 환형 공간에 마련되어 있고, 상기 자성 유체 씰부, 패킹 및 플랜지가 구비된 슬리브가 유닛화되어 있는 것이며,
상기 플랜지가 구비된 슬리브는, 원통형의 슬리브 본체부와, 상기 슬리브 본체부의 기기 외측에 설치되는 외향 플랜지부와, 기기 내측에 설치되는 내향 플랜지부 및 외향 플랜지부로 구성되는 것을 특징으로 하는 자성 유체를 이용한 씰 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부, 기기 외측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 내향 플랜지부는 일체로 형성되고, 기기 내측의 외향 플랜지부는 별개로 형성되는 것을 특징으로 하는 자성 유체를 이용한 씰 장치.
제 1항에 있어서,
상기 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부 및 기기 내측의 내향 플랜지부는 일체로 형성되고, 기기 외측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 외향 플랜지부는 별개로 형성되는 것을 특징으로 하는 자성 유체를 이용한 씰 장치.
제 1항에 있어서,
상기 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부와, 기기 외측의 외향 플랜지부, 기기 내측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 내향 플랜지부와는 별개로 형성되는 것을 특징으로 하는 자성 유체를 이용한 씰 장치.
제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랜지가 구비된 슬리브의 슬리브 본체부 및 기기 외측의 외향 플랜지부는 자성 재료로 형성되고, 기기 내측의 외향 플랜지부는 비자성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자성 유체를 이용한 씰 장치.
제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랜지가 구비된 슬리브의 기기 외측의 외향 플랜지부 및 기기 내측의 외향 플랜지부의 외연에 자극 부재 측을 향해서 꺾여 구부러진 절곡부가 설치되는 것을 특징으로 하는 자성 유체를 이용한 씰 장치.
제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자력원과 패킹 사이에는 비자성 재료로 이루어지는 격벽이 설치되는 것을 특징으로 하는 자성 유체를 이용한 씰 장치.
제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패킹이 X링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자성 유체를 이용한 씰 장치.