JPH01220777A

JPH01220777A - 磁性流体を利用した耐圧シール装置

Info

Publication number: JPH01220777A
Application number: JP63047071A
Authority: JP
Inventors: Kimio Sato; 公男佐藤; Masaya Tanitsu; 谷津　真哉
Original assignee: Nippon Ferrofluidics Corp
Current assignee: Nippon Ferrofluidics Corp
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1989-09-04
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JP2577238B2

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】この発明は磁性流体を利用した耐圧シール装置に関する
ものである。

（従来の技術）磁性流体は、粒径１００人程度の強磁性体の粒子、例え
ばマグネタイト粒子を表面活性剤を介してベース溶媒に
懸濁させて成る流体である。この強磁性体粒子は、ラン
ダムな熱運動をするベース溶媒内の分子と衝突すること
によって懸濁液中に浮遊すると共に、安定剤の作用によ
り永続的にその凝集が防止され、そのため磁性流体は安
定した均一なコロイド状の液体となっている。この磁性
流体は、公知のように、外部磁場の磁力によって、その
位置をコントロールし得る特性を有している。

このような磁性流体を利用した耐圧シール装置としては
、例えば、第２図に示す多段型のシール装置を挙げるこ
とができる。同図において、１は環状の永久磁石で、そ
の厚さ方向に異極が配されている。この永久磁石１の両
側にはそれぞれ、磁性体よりなる第１及び第２環状ポー
ルピース２ａ、２ｂが重合わされて、上記の永久磁石１
と環状ボールピース２ａ、２ｂとでシール体３を構成し
ている。

一方、４は作動部材としてのシャフトであって、その周
面には、第１〜第５環状溝５〜９、及び第６〜第１０環
状溝ｌＯ〜１４をそれぞれ同一幅、同一ピッチにて形成
し、それによってこれらの溝間に第１〜第４ステージ面
１５〜１８、及び第５〜第８ステージ面１９〜２２を形
成している。そして上記のシール体３とシャフト４とは
、シャフト４の第１〜第４ステージ面１５〜１８がシー
ル体３の第１ポールピース２ａの内周面と、また第５〜
第８ステージ面１９〜２２が第２ポールピース２ｂの内
周面とそれぞれ相対向するように配置されている。そし
て第１〜第４ステージ面１５〜１８と第１ポールピース
２ａの内周面との間にはそれぞれ第１〜第４磁性流体２
３〜２６が、また第５〜第８ステージ面１９〜２２と第
２ポールピース２ｂの内周面との間にはそれぞれ第５〜
第８磁性流体２７〜３０が介設され、各磁性流体２３〜
３０をステージ面１５〜２２とポールピース２ａ、　２
ｂの内周面との間に生ずる磁束にて保持している。

上記磁性流体を利用した耐圧シール装置においては、例
えば、各磁性流体２３〜３０の耐差圧を０．２　ｋｇ／
ｃｎｌとし、シール体３を挟んだ一方の空間Ａを真空状
態下に、また他方の側の空間Ｂを大気圧状態下にそれぞ
れおくと、第２環状溝６内の圧力は０．２　ｋｇ／ｃＪ
に、第３環状溝７内は０．４　ｋｇ／ｃａｔに、第４環
状溝８内は０．６　ｋｇ／Ｃ１１ｌに、第５及び第６環
状溝９、ＩＯ内は０．８　ｋｇ／ｃ−に、第７環状溝ｌ
ｌ内は１．０　ｋｇ／ｄに、そして第８〜第９環状溝１
２〜１３は同様に大気圧となり、この結果、上記雨空間
Ａ、Ｂの圧力差を保持しながらシールすることになる。

すなわち複数の磁性流体２３〜３０にて各磁性流体単独
での耐差圧を超える圧力を分圧保持するようなされてい
る。

（発明が解決しようとする問題点）ところで上記構成の磁性流体を利用した耐圧シール装置
においては、シャフト４の回転初期の段階で真空空間Ａ
内の圧力が瞬間的に上昇するバーストという現象を発生
することがある。このバースト現象は、一般に、次のよ
うな原因で発生するとされている。すなわちシャフト４
を回転させると、ステージ面１５〜２２とポールピース
２ａ、　２ｂとの間の距離が、シャフト４の振れ等によ
って微小変化を起こし、そのため磁性流体２３〜３０の
耐差圧が変化するのである。従って真空空間Ａに最も近
い第１磁性流体２３の耐差圧が０．２　ｋｇ／ｃｎを下
回るような状態が生ずると、第１環状溝５内の圧力と空
間Ａの圧力との差圧（０，２ｋｇ／ｃＴｉＩ）力によっ
て気体が第２環状溝６側から空間Ａ側へと放出され、こ
の放出に伴って空間Ａ内の圧力が瞬間的に上昇すること
になるのである。そこでこのようなバースト現象を抑え
るため、例えば真空空間Ａ側の第１ステージ面１５と第
１ポールピース２ａとの間のギャップの磁場強度を向上
してシール耐圧を上げるようにしたり、或いは機械的精
度を高めてシャフト４の振れを小さくする等の種々の方
策を採用することが検討されている。しかしながらそれ
でもなお製品にバースト現象を発生することがあるので
ある。

本発明者は、その原因を種々の角度から分析していく過
程で次のような事実を知見した。それは第３図に仮想線
で示すように、第１ポールピース２ａの内周面の低圧側
の第１環状縁部３５と、シャフト４の第１環状溝５の開
口を定める第２環状縁部３６との間に、磁性流体のブリ
ッジ３７が形成されているということである。すなわち
この磁性流体ブリッジ３７の耐差圧は、他の磁性流体２
３〜３０の耐差圧よりも低く、したがってシャフト４の
回転初期のポールピース２ａ、　２ｂと各ステージ面１
５〜２２との間のギャップの微小な変化によって上記磁
性流体ブリッジ３７の耐差圧が低下し、その結果、第１
環状溝５内の気体が磁性流体ブリッジ３７を通して放出
されることになり、それがバースト発生の原因となる訳
である。

そこでこのようなブリッジ３７が形成される原因を究明
したところ、空間Ａが真空状態にあるときには、第１磁
性流体２３が、空間Ａと第２環状溝６との差圧力によっ
て、第４図に示すように空間Ａ側へと偏した状態となる
が、この偏した部分近傍の磁性流体が、第１及び第２環
状縁部３５、３６間に形成される磁束に吸引されるので
ある。

特に第１及び第２環状縁部３５．３６間の距離が、各部
材の寸法公差、組立誤差等に起因して短くなっているよ
うな場合（第３図仮想線参照）には、上記磁束が強くな
り、磁性流体２３を容易に吸引・移動させ、ブリッジ３
７を形成することになるのである。

この発明は、上記のような新たな知見に基づいてなされ
たものであって、その目的は、上記したような磁性流体
のブリッジが形成されるのを防止することによって、バ
ースト現象の発生を抑えることのできる磁性流体を利用
した耐圧シール装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）そこでこの発明の磁性流体を利用した耐圧シール装置は
、環状磁石体と、磁石体より成る環状ポールピースとを
重合わせてシール体を構成する一方、作動部材の周面に
は複数の環状溝を形成することによってこれらの環状溝
間にステージ面を形成し、このステージ面と上記シール
体の周面とを相対向させて配置し、両者間に磁性流体を
介設することによって上記シール体を挟んだ両側の空間
を圧力差を保持しながらシールする磁性流体を利用した
耐圧シール装置であって、上記シール体の上記周面の低
圧側の第１環状縁部と、上記作動部材の最も低圧側の上
記環状溝の開口を定める両側一対の環状縁部のうち反ス
テージ面側の第２環状縁部との間の距離を、上記第１及
び第２環状縁部間に磁性流体のブリッジを形成し得ない
距離としている。

（作用）上記の結果、作動部材の最も低圧側のステージ面とシー
ル体の周面との間近傍の磁性流体が圧力差等によって低
圧側へと偏した場合においても、第１及び第２環状縁部
間にその磁性流体によるブリッジが形成されることはな
く、したがって、そのようなブリッジに起因して生ずる
バースト現象は防止されることになる。

（実施例）次にこの発明の磁性流体を利用した耐圧シール装置の具
体的な実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明す
る。なお以下に説明する実施例においては、第２図に示
す多段型の耐圧シール装置として構成したものについて
説明することとし、したがって同様の部分については同
一の符号を使用すると共に、その説明を省略することに
する。

第１図には、その一実施例を示しており、第１環状溝５
の幅を他の環状溝６〜１４の幅よりも大きくしたもので
ある。この幅の大きさは、例えば部材の寸法公差等によ
って第１及び第２環状縁部３５．３６とが最も接近する
ときの再環状縁部３５．３６間の距離を考慮しく第１図
仮想線参照）、その間に磁性流体のブリッジを形成する
ことのないような大きさにする。このブリッジの形成さ
れないような大きさの幅とは、第１ステージ面１５と第
１ポールピース２ａの内周面との間に介設される第１磁
性流体２３が圧力差に起因して偏した状態となったとき
（第４図参照）に、この磁性流体２３が上記再環状縁部
３５．３６間に生ずる磁束によって部分的に吸引・移動
することのないような幅、或いは再環状縁部３５．３６
間に磁性流体を介設しても、その間に生ずる磁束によっ
てはその磁性流体を保持し得ないような幅を含む概念で
ある。例えば、ステージ面１５〜２２の幅０．２５ｍｍ
、第２〜第１０環状溝６〜１４の幅０．７５ｍｍ、深さ
０゜５　ｍｍの場合には、第１環状溝５は上記と略同深
さで、その幅を上記他の溝幅の１．３〜２．０倍、すな
わち１．０〜１．５　ｍｍとするのが好ましい。

上記構成の耐圧シール装置においては、空間Ａを真空状
態にした場合においても、再環状縁部３５．３６間に磁
性流体のブリッジが形成されることがなく、そのためこ
のようなブリッジに起因してシャフト４の回転初期の段
階において生ずるバースト現象を防止することが可能で
ある。また上記実施例においては、第１環状溝５の幅を
他の環状溝６〜１４よりも大きくするだけでバースト現
象の発生を抑えることができるので、耐圧シール装置の
大型化を招来することがないし、また加工もきわめて容
易である。

以上にこの発明の磁性流体を利用した耐圧シール装置の
具体的な実施例について説明したが、この発明の磁性流
体を利用した耐圧シール装置においては、第１環状溝５
の幅を他の環状溝６〜１４の幅と同一にし、その代りに
ポールピース２ａ、或いはシール体３の厚さを薄くする
ことによって上記の環状縁部３５．３６間の距離を磁性
流体ブリッジの形成されない距離となすようにすること
等も可能である。この場合においても上記実施例と同様
の効果を奏することが可能である。またこの発明の耐圧
シール装置は、上記実施例のような多段型のものに限ら
れるものではなく、シール体を挟んだ雨空間の差圧が比
較的小さい場合には２つの環状溝によって形成される１
つのステージ面とシール体（ポールピース）の内周面と
の間に磁性流体を介設した構成に適用することも可能で
ある。

さらにシール体として、永久磁石の片側にのみポールピ
ースを重合わせたものを採用することも可能である。ま
た作動部材としてのシャフト３は回転駆動、往復駆動等
の種々の作動をなす構成となすことも可能である。

（発明の効果）以上のように、この発明の磁性流体を利用した耐圧シー
ル装置は上記した構成となされているので、第１及び第
２環状縁部間に磁性流体のブリッジが形成されることが
なく、そのためバースト現象の発生を抑えることが可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の磁性流体を利用した耐圧シール装置
の一実施例を示す要部断面図、第２図は多段型の磁性流
体を利用した耐圧シール装置の部分断面図、第３図は従
来の磁性流体を利用した耐圧シール装置を示す要部断面
図、第４図は差圧力の作用した際の磁性流体の状態を示
す断面図である。ｌ・・・永久磁石（磁石体）、２ａ、２ｂ・・・環状ポ
ールピース、３・・・シール体、４・・・シャフト（作
動部材）、５〜１４・・・環状溝、１５〜２２・・・ス
テージ面、２３〜３０・・・磁性流体、３５・・・第１
環状縁部、３６・・・第２環状縁部、Ａ・・・真空空間
、Ｂ・・・大気圧空間。特許出願人　　　　日本フェロ−フルイデイクス株式会
社第１図６　　　　　　２ａ　：　ホールピース３　：　リール
イ本４　：　シャフト（Ａ乍事カ榔材）５．６　：　ア【状講。１５．１６　　：　　スデー！、／面２Ｂ、２４　：議性債１体３５　　：　　％；１環天まに部３６　　　：　　　＄２Ｊ、ｉイメと／、＆卸Δ　：　
真空空間第２図１：永久石肱Ｅ　　植、５４Ｂ−人気圧空間第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

１、環状磁石体と、磁石体より成る環状ポールピースと
を重合わせてシール体を構成する一方、作動部材の周面
には複数の環状溝を形成することによってこれらの環状
溝間にステージ面を形成し、このステージ面と上記シー
ル体の周面とを相対向させて配置し、両者間に磁性流体
を介設することによって上記シール体を挟んだ両側の空
間を圧力差を保持しながらシールする磁性流体を利用し
た耐圧シール装置であって、上記シール体の上記周面の
低圧側の第１環状縁部と、上記作動部材の最も低圧側の
上記環状溝の開口を定める両側一対の環状縁部のうち反
ステージ面側の第２環状縁部との間の距離を、上記第１
及び第２環状縁部間に磁性流体のブリッジを形成し得な
い距離としたことを特徴とする磁性流体を利用した耐圧
シール装置。