JPH01220776A

JPH01220776A - 磁性流体シール装置

Info

Publication number: JPH01220776A
Application number: JP63042874A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Koba; 昭彦木場; Naoki Hori; 直樹堀; Takao Sugano; 隆夫菅野
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-09-04

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、磁性流体（強磁性体またはフェリ磁性体の微
粒子を油類等の溶媒中に分散させたコロイド）を用いて
、各種流体（主として気体）をシールする磁性流体シー
ル装置に関し、特に、真空・ガス等の比較的高い圧力を
有する流体をシールする高耐圧な磁性流体シール装置に
関する。

（従来の技術）従来、上記磁性流体シール装置としては、例えば、第１
０図に示すような磁性流体シール装置１００があった。

磁性流体シール装置】００は、ハウジング１０１の内側
に配置され、環状の１対の磁極片１０２がハウジング１
０１内に固定されている。環状の１対、の磁極片１０２
の内端部は可動軸１０３と微小間隙を有して隣接してい
る。−対の磁極片１０２の間には、１０３及び磁極片１
０２との間に磁気回路を形成する磁石１０４が配置され
ている。このような配置によって磁石１０４により、磁
極片１０２及び可動軸１０３との間に磁気回路が形成さ
れ、磁極片１０２と可動軸１０３との間に磁気吸引力が
生じる。磁極片１０２と可動軸１０３との間の磁気吸収
力によって酸化物磁性流体１０５が微少隙間部１０７に
配置される。酸化物磁性流体１０５の注入作業は、磁極
片１０２と磁石１０４とをハウジング１０１に組み付け
た後に行なわれるようになっている。

一方、他の従来例として、第１）図に示すように磁石１
０４と１対の磁極片１０２からなる単一の磁性流体シー
ル装置１００をシールの耐圧性を上げるためにスペーサ
１０９を介して複数個差べて配置した磁性流体シール装
置１）０がある。

さらに他の従来例として第１２図に高耐圧な磁性流体シ
ール装置１２０を示す、これは、軸方向に磁化された環
状永久磁石１２２の両側に接して、環状の磁極片１２３
を設けると共に、これらを円筒状ハウジング１３１で固
定する。この環状磁極片１２３の内周面側には、環状磁
極片１２３内を流れる磁束を絞って、高磁場を発生させ
るために、テーパ面１２４が形成され、該、テーパ面１
２４の先端部１２５と微小間隙１２６を介して環状磁　
１゜極片１２３の内周に可動軸１２１が貫通する。また
、微小間隙１２６及びその近傍に酸化物磁性流体１２８
　（マグネタイトやマンガンジンクフェライト等のフェ
リ磁性を呈する酸化物微粒子を油類等の溶媒中に分散さ
せた磁性流体）を介在させる。

そして、上記した環状永久磁石１２２とその両端に接す
る環状磁極片１２３及び微小間隙１２６に介在する酸化
物磁性流体１２８とから構成される単一の磁性流体シー
ルユニット１２９を軸１２１の長手方向にスペーサ１３
０を介して複数個配列することによって高耐圧化をはか
っている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら斯かる従来技術の各磁性流体シール装置１
００，１）０，１２０によれば、以下の如き問題点を有
していた。即ち、従来の磁性流体シール装Ｗ１）００．
１）０．１２０が用いている酸化物磁性流体１０５．１
２８は酸化物微粒子自体の飽和磁化が５０００〜６００
０　Ｇ程度と小さいため、磁性流体としての飽和磁化が
最高でも４００〜５００Ｇ程度にしかならない。そのた
め、環状永久磁石２に希土類磁石等の強磁力なものを用
いても、単一の磁性流体シールユニット１２９の耐圧は
０．９〜１．０気圧程度にしかならず、それ故、真空や
１気圧以上のガスをシールする場合には、前記したよう
に単一の磁性流体シールユニット１２９を軸１２１の長
手方向に複数個配列することによって高耐圧化をはかる
必要があった。従って、高耐圧用磁性流体シール装置１
２０は長尺な型となり、ユーザーのコンパクト化要求に
答えることができなかった。また、シール耐圧を高める
ために、酸化物磁性流体１２８の飽和磁化を大きく、即
ち、酸化物磁性微粒子の分散濃度を高くしているため、
酸化物磁性流体１２８が高粘度であった。従って、軸１
２】の回転時の損失トルクが大きいと共に粘性発熱によ
って酸化物磁性流体１２８の温度が上昇して溶媒の蒸発
が著しくなり、シール寿命が短かいという問題があった
。

近年、上記した酸化物磁性流体１２８の欠点を解消すべ
く、酸化物磁性体に比べて著しく大きな飽和磁化を有す
る鉄、コバルト、ニッケル及びこれらの合金などの強磁
性金属（飽和磁化６０００〜２２０００　Ｇ程度）の微
粒子を溶媒中に分散させた金属磁性流体が開発された（
磁性流体としての飽和磁化１０００〜２０００　Ｇ程度
）、シかしながら、金属磁性流体は金属微粒子が非常に
酸化しゃすく、酸化によって飽和磁化が著しく低下する
ため、磁性流体シールに用いることができないという問
題があった。

本発明は上記諸問題に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、高耐圧、低トルクであって長寿命でコン
パクトな磁性流体シール装Ｗを提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を有する本発明は、軸方向に磁化された環状永
久磁石と、前記環状磁石の両側に配置され、シールすべ
き軸に微小間隙を介して対向する一対の磁極片とか゛ら
なり、スペーサを介して互いに隣接して配置された複数
の磁性流体シール装置であって、最も外側の磁極片と軸
との間に酸化鉄磁性流体を配置し、内側の磁極片と軸と
の間に金属磁性流体を配置するとともに、酸化鉄磁性流
体によって密封された空間に不活性ガスを封入した。

さらに他の発明によれば軸方向に磁化された環状永久磁
石と、前記環状磁石の両側に配置されシールすべき軸に
微小間隙を介して対向する一対の磁極片とからなり、磁
極片と回転軸との間に金属磁性流体と該金属磁性流体と
不溶の低粘度で低蒸発率の酸化物磁性流体を注入した。

（作　用）而して本発明の磁性流体シール装置によれば金属磁性流
体は、その両外側に介在する耐酸化性に優れる酸化物磁
性流体によって覆われ直接外気と接触することがなく酸
化が防止される。従って、酸化物磁性流体と比べて２倍
以上の大きな飽和磁化を有する金属磁性流体を磁性流体
シールに用いることができ、単一の磁性流体シールユニ
ットで２〜４気圧のシール耐圧が得られる。

ここで、金属磁性流体は、酸化物磁性流体と比べて飽和
磁化が大きいため、高磁場側である微小間隙及びその近
傍に確実に保持され、さらに金属磁性流体と酸化物磁性
流体は互いに不溶な溶媒を用いているので混じり合うこ
とは無い、さらに金属磁性流体は直接大気と接していな
いので溶媒の蒸発がほとんど無い、そのため、蒸発しや
すいが低粘度な溶媒を用いることができ、低トルク化が
はかれる。

（実施例）以下本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

本実施例によれば磁性流体シール１置全体を１で表わす
、磁性流体シール装置ｌは軸方向に磁化された環状永久
磁石２を有し、環状永久磁石２の両側に配置され、シー
ルすべき軸５に微小間隙を介して対向する一対の磁極片
３を有する。さらにスペーサ４を介して互いに隣接した
複数の磁性流体シール装置が配置されている。最も外側
の磁極片３と軸５との間に酸化鉄磁性流体６が配置され
内側の磁極片３と軸５との間に金属磁性流体７を配置す
るとともに、酸化鉄磁性流体によって密封された空間に
例えば窒素ガス等の不活性ガス８を封入した。

このような構成により、従来の酸化鉄磁性流体のみを用
いた場合よりもシール耐圧が向上する。

それと同時に、金属磁性流体７が直接空気に触れないた
め酸化されにくくなる。

次に第２図に本発明の磁性流体シール装Ｔ１）の第２実
施例を示す０本実施例においては、磁性流体のシール部
、すなわち磁極片３と軸５、又は磁極片３とハウジング
９のすき間部に、互いに溶は合わない高飽和磁化磁性流
体１０と低飽和磁化磁性流体１）を注入する。この時、
高飽和磁化磁性流体ｌＯは低飽和磁化磁性流体１）より
磁気的吸着力が強い為、シール部において磁束密度の高
い中央部に引き寄せられ、低飽和磁化磁性流体１）は、
高飽和磁化磁性流体１０の回りを包み込むように配置さ
れ、この結果高飽和磁化磁性流体ｌＯは、大気に直接触
れることがないので酸化しない。

向、高飽和磁化磁性流体ｌＯは従来の酸化鉄磁性流体か
又は、金属磁性流体（鉄、コバルト、ニッケル或はこれ
らの合金）のいずれでも構わない。

第３図は、スペーサ４を用いて複数の磁性流体シール装
置を形成した例であり、高飽和磁化磁性流体１０として
金属磁性流体を使用した例である。

次に、第４図に本発明の第４実施例を示す。本実施例で
は、環状永久磁石１２と、その両端に接して内周面側に
テーパ面１４を１つ有する環状磁極片１３を設けると共
に該テーパ面１４の先端部１５と微小間隙１６を介して
環状磁極片１３の内周に回転軸１）を貫通させることに
よって単一の磁性流体シールユニット１９の磁気回路を
構成している。そして、夫々間−又は相溶性のある溶媒
を有する金属磁性流体１７と酸化物磁性流体１８を別々
に、または両磁性流体の混合物を環状磁極片１３と軸１
）ａの間隙に注入した結果、高磁場側である微小間隙１
６及びその近傍に飽和磁化が大きな金属磁性流体１７が
、さらに、その両外側に金属磁性流体１７より飽和磁化
が小さな酸化物磁性流体１８が介在する。これによって
金属磁性流体１７は、耐酸化性に優れている酸化物磁性
流体１８によって覆われ、直接、外気と接触することが
ない、従って、アイコシルナフタレンベースコバルト磁
性流体１７は酸化することが無いため、磁性流体シール
に用いることができ、その飽和磁化がアイコシルナフタ
レンベースマグネタイト磁性流体１Ｂの約２倍〜４倍大
きいので、単一の磁性流体シールユニソ）１９で最大２
〜４気圧程度のシール耐圧が得られる。よって従来の高
耐圧な磁性流体シール装置では２〜４気圧のシール耐圧
を得るために単一の磁性流体シールユニット１９を軸１
）ａの長手方向に３〜４個配列する必要があったのに比
べ、本発明の磁性流体シール装置は単一の磁性流体シー
ルユニット１９１個で同じシール耐圧が得られ、極めて
コンパクトとなる。

第５図に本発明の第５実施例を示す。この実施例は、環
状磁極片１３の内周面側に、両側面から中心に向う２つ
のテーパ面１４を設けたものであり、それ以外は第４実
施例とまったく同一の構成である。このように２つのテ
ーパ面１４を設けることによって、磁場勾配が左右均等
となるため、金属磁性流体１７及び酸化物磁性流体１８
の付着が左右均等となって、金属磁性流体１７の両外側
を均等に酸化物磁性流体１８が覆うため、金属磁性流体
の酸化及び蒸発がより確実に防止される。

第６図に本発明の第６実施例を示す、この実施例は、第
４図実施例と同一構造の単一の磁性流体シールユニット
１９を軸長手方向に複数個（第６図では３個の例を示す
）配列したものである。これによって従来の高耐圧な磁
性流体シール（第５図）に比べて同じスペースで約２〜
４倍のシール耐圧が得られるため、従来はスペースの制
約上不可能であったより高い圧力を持った流体のシール
が可能となる。

第７図に本発明の第７実施例を示す。本実施例では、環
状永久磁石２２と、その両端に接し内周面側にテーパ面
２４を１つ有する環状磁極片２３を設けると共に該テー
パ面２４の先端部２５と微小間隙２６を介して環状磁極
片２３の内周に回転軸２１を貫通させることによって単
一の磁性流体シールユニット２９の磁気回路を構成して
いる。

そして、高磁場側である微小間隙２６及びその近傍に飽
和磁化が大きな金属磁性流体２７を介在させ、さらに、
その両外側に金属磁性流体２７より飽和磁化が小さな酸
化物磁性流体２８を介在させている。これによって金属
磁性流体２７は、耐酸化性に優れている酸化物磁性流体
２８によって覆われ、直接、外気と接触することがない
、従って、金属磁性流体２７は酸化することが無いため
、磁性流体シールに用いることができ、その飽和ＨＩ化
が酸化物磁性流体２８の約２倍〜４倍大きいので単一の
磁性流体シールユニット２９で最大２〜４気圧程度のシ
ール耐圧が得られる。よって従来技術の高耐圧な磁性流
体シール装置では２〜４気圧のシール耐圧を得るために
単一の磁性流体シールユニット２９を軸２１の長手方向
に３〜４個配列する必要があったのに比べ、本発明の磁
性流体シール装置は単一の磁性流体シールユニット２９
１個で同じシール耐圧が得られ、極めてコンパクトとな
る。

また、金属磁性流体１７は直接外気と接触しないので、
溶媒の蒸発がほとんど無い、そのため、これまで、シー
ル用磁性流体の溶媒としては不適であった比較的蒸発し
やすい溶媒を用いることが可能となる。蒸発しやすい溶
媒即ち高蒸気圧溶媒例えばトルエン、ヘキサン、ケロシ
ン、鉱油などは、従来シール用磁性流体の溶媒として用
いられてきた低蒸気圧溶媒例えばアルキルナフタレン。

ジエステル、トリエステル、パーフルオロエーテルなど
と比べて極めて低粘度であるため、この高蒸気圧（低粘
度）溶媒を用いた金属磁性流体２７も従来のシール用酸
化物磁性流体２８と比べて極めて低粘度となる。従って
、軸２１の回転時における損失トルクが、従来の磁性流
体シール装置に対して同じ単一の磁性流体シールユニッ
ト２９１個で比較しても、かなり小さくなり、同じシー
ル耐圧を有する磁性流体シール装置で比較すると本発明
の磁性流体シール装置は単一の磁性流体シールユニット
２９の個数が少ないことと１個当りの損失トルクが小さ
いことが相まって、損失トルクが格段に小さ（なる、ま
た、金属磁性流体２７は低粘度であり、比較的高粘度な
酸化物磁性流体２８は少量なので粘性発熱が少なくシー
ル寿命が長い。

ここで、金属磁性流体２７は酸化物磁性流体２８と比べ
て飽和磁化が大きいため、高磁場側である微小間隙２６
及びその近傍に確実に保持され、さらに金属磁性流体２
７と酸化物磁性流体２８は互いに不溶な溶媒を用いてい
るため混り合うことは無い。従って金属磁性流体２７が
酸化物磁性流体２８の外側即ち外気と直接触れる部分に
出てくることは無い。互いに不溶な溶媒としては、種々
の組合せが考えられるが、本実施例では、金属磁性流体
２７の溶媒として低粘度な有機溶媒であるトルエンを用
い、酸化物磁性流体２８の溶媒として低蒸気圧なフッ素
油であるパーフルオロエーテルを用いている。しかし、
この組合せはこれに限定されるものではなく、互に不溶
で、金属磁性流体２７の溶媒は溶存酸素が少なく低粘度
であり、酸化物磁性流体２８の溶媒は低蒸気圧であれば
良い。

第８図に本発明の第８実施例を示す。本実施例では、環
状磁橿片２３の内周面側に、両側面から中心に向う２つ
のテーパ面２４を設けたものであり、それ以外は第７実
施例とまったく同一の構成である。このように２つのテ
ーパ面２４を設けることによって、磁場勾配が左右均等
となるため、金属磁性流体２７及び酸化物磁性流体２８
の付着が左右均等となって、金属磁性流体２７の両外側
を均等に酸化物磁性流体２８が覆うため、金属磁性流体
°の酸化及び蒸発がより確実に防止される。

第９図に本発明の第９実施例を示す０本実施例では第７
図の第７実施例と同一構造の単一の磁性流体シールユニ
ット２９を軸長手方向に複数個（第９図では３個の例を
示す）配列したものである。これによって従来の高耐圧
な磁性流体シール（第７図）に比べて同じスペースで約
２〜４倍のシール耐圧が得られるため、従来はスペース
の制約上不可能であったより高い圧力を持った流体のシ
ールが可能となる。

（発明の効果）本発明の磁性流体シール装置は以上説明したように、微
小間隙及びその近傍に金属磁性流体を介在させると共に
その両外側に金属磁性流体の溶媒と相溶性のあるあるい
は、不溶な溶媒を用いた酸化物磁性流体を介在させ構成
とした。そのため、金属磁性流体の酸化が防止され、金
属磁性流体の大きな飽和磁化によって、従来の高耐圧な
磁性流体シール装置に比べて、同一スペースで大きなシ
ール耐圧が得られ、同一シール耐圧を得るためのシール
スペースがコンパクトになる。また、金属磁性流体の溶
媒に、酸化物磁性流体の溶媒と比べて低粘度な溶媒を用
いたのでその結果、軸の回転時における損失トルク□を
小さくすることができ、シール寿命を長期化し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁性流体シール装置の第１実施例の縦
断面図、第２図は本発明の磁性流体シール装置の第２実
施例の縦断面図、第３図は本発明の磁性流体シール装置
の第３実施例の縦断面図、第４図は本発明の磁性流体シ
ール装置の第４実施例の縦断面図、第５図は本発明の磁
性流体シール装置の第５実施例の縦断面図、第６図は本
発明の磁性流体シール装置の第６実施例の縦断面図、第
７図は本発明の磁性流体シール装置の第７実施例の縦断
面図、第８図は本発明の磁性流体シール装置の第８実施
例の縦断面図、第９回は本発明の磁性流体シール装置の
第９実施例の縦断面図、第１０図、第１）図、第１２図
は従来技術の磁性流体シール装置の縦断面図である。符　　号　　の　　説　　明！・・・磁性流体シール装置２・・・環状永久磁石　　　３・・・磁極片４・・・ス
ペーサ　　　　　５・・・軸７・・・金属磁性流体　　
　８・・・不活性ガス９・・・ハウジングｌＯ・・・高飽和磁化磁性流体１）・・・低飽和磁化磁性流体２９・・・１ｆｆｆ’ｌｆｉ体シールユニット実用新案
登録出願人　エヌオーケー株式会社：３（〜、：パ′。代理人　弁理士　世　良　和　信　２代理人　弁理士　奥　１）規　之、、、、１゜第１図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軸方向に磁化された環状永久磁石と、前記環状磁
石の両側に配置され、シールすべき軸に微小間隙を介し
て対向する一対の磁極片とからなり、スペーサを介して
互いに隣接して配置された複数の磁性流体シール装置で
あって、最も外側の磁極片と軸との間に酸化鉄磁性流体
を配置し、内側の磁極片と軸との間に金属磁性流体を配
置するとともに、酸化鉄磁性流体によって密封された空
間に不活性ガスを封入したことを特徴とする磁性流体シ
ール装置。
（２）前記不活性ガスは、窒素ガスであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の磁性流体シール装置
。
（３）軸方向に磁化された環状永久磁石と、前記環状磁
石の両側に配置され、シールすべき軸に微小間隙を介し
て対向する一対の磁極片とからなり、磁極片と回転軸と
の間に金属磁性流体と該金属磁性流体と不溶の低粘度で
低蒸発率の酸化鉄磁性流体を注入した磁性流体シール装
置。
（４）軸方向に磁化された環状永久磁石の両端に接して
内周面側に少なくとも１つのテーパ面を有する環状磁極
片を設け、該テーパ面の先端部と微小間隙を介して前記
環状磁極片の内周に軸を貫通させ、該微小間隙及びその
近傍に、強磁性金属微粒子を溶媒中に分散させてなる金
属磁性流体と、フェリ磁性酸化物微粒子を前記金属磁性
流体の溶媒と同一又は相溶性のある溶媒中に分散させて
なる酸化物磁性流体を介在させてなる磁性流体シール装
置。
（５）環状永久磁石と、その両端に接する環状磁極片と
微小間隙に介在する金属磁性流体と、酸化物磁性流体と
から構成される単一の磁性流体シールユニットを軸の長
手方向に複数個配列してなる多段構造の磁性流体シール
装置。
（６）軸方向に磁化された環状永久磁石の両端に接して
内周面側に少なくとも１つのテーパ面を有する環状磁極
片を設け、該テーパ面の先端部と微小間隙を介して前記
環状磁極片の内周に軸を貫通させ、該微小間隙に強磁性
金属微粒子を溶媒中に分散させてなる金属磁性流体を介
在させると共に、該金属磁性流体の両外側に、フェリ磁
性酸化物微粒子を前記金属磁性流体の溶媒と不溶な溶媒
中に分散させてなる酸化物磁性流体を介在させてなる磁
性流体シール装置。
（７）環状永久磁石と、その両端に接する前記環状磁極
片と、微小間隙に介在する金属磁性流体とその両外側に
介在する酸化物磁性流体とから構成される単一の磁性流
体シールユニットを軸の長手方向に複数個配列してなる
多段構造の磁性流体シール装置。
（８）前記金属磁性流体の溶媒に、前記酸化物磁性流体
の溶媒と比べて低粘度な溶媒を用いてなる特許請求の範
囲第６項又は第７項記載の磁性流体シール装置。