WO2012105301A1 - 磁性流体シール - Google Patents

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福原拓人
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Eagle Industry Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
    • F16J15/43—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid kept in sealing position by magnetic force

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic fluid seal that seals an annular gap between two relatively rotating members.
  • a magnetic fluid seal that seals an annular gap between two relatively rotating members.
  • the magnetic fluid seal has an advantage that the friction torque can be extremely reduced as compared with a seal made of rubber or resin.
  • a structure for stably holding a magnetic fluid between two relatively rotating members is difficult compared to a solid material such as rubber or resin.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic fluid seal capable of exhibiting stable sealing performance by stably holding a magnetic fluid even when two members are eccentric.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the magnetic fluid seal of the present invention is In a magnetic fluid seal for sealing an annular gap between two relatively rotating members, An annular magnetic circuit forming member provided on one of the two members; An annular member provided on the other of the two members; A magnetic fluid that is magnetically adsorbed between opposing surfaces facing each other in the axial direction between the magnetic circuit forming member and the annular member; A magnetic fluid seal comprising: The annular member is configured by a member having flexibility that can be slidable so that a portion facing the magnetic circuit forming member follows the magnetic circuit forming member.
  • the magnetic fluid is magnetically adsorbed between the opposing surfaces facing each other in the axial direction between the magnetic circuit forming member and the annular member, and the annular member has a portion facing the magnetic circuit forming member.
  • a configuration that swings to follow the magnetic circuit forming member is employed. Therefore, even if the distance between the annular gaps between the two members changes due to the eccentricity of the two members or the two members move relative to each other in the axial direction, the magnetic fluid is magnetically adsorbed between the opposing surfaces. The distance can be kept constant. Therefore, the magnetic fluid is stably held (magnetic adsorption).
  • At least a portion of the annular member in contact with the magnetic fluid has a structure capable of sucking and holding the magnetic fluid.
  • the magnetic fluid can be held more securely, and the magnetic fluid can be supplied between the opposing surfaces even if the amount of the magnetic fluid decreases due to scattering or the like. Further, even if the material of the annular member itself is a non-magnetic material, the portion that sucks and holds the magnetic fluid exhibits a function equivalent to that of the magnetic material, so that a magnetic circuit can be stably formed.
  • annular scattering prevention member for preventing scattering of the magnetic fluid is provided on the centrifugal direction side of the portion where the magnetic fluid is magnetically adsorbed.
  • the centrifugal force acts on the magnetic fluid, and even if a part of the magnetic fluid moves away from the magnetic adsorption portion against the magnetic adsorption force, the magnetic fluid is scattered outside. Can be suppressed.
  • One of the two members may be provided with an annular labyrinth seal forming member that forms a labyrinth seal structure on the outer side in the axial direction of the portion where the magnetic fluid is magnetically adsorbed.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing various modifications of the magnetic circuit forming member according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 1 of the present
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 7B is an inner wall surface view of a labyrinth seal forming member.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a magnetic fluid seal according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing various modifications of the magnet.
  • FIG. 11 is a diagram showing various modifications of the annular member.
  • FIG. 12 is a diagram showing various modifications of the annular member.
  • FIG. 13 is a view showing a modification of the annular member.
  • Example 1 A magnetic fluid seal according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the magnetic fluid seal 1 according to the present embodiment is used in various industrial equipment such as an agitator, a VOC countermeasure gas seal, a vacuum device for semiconductor manufacturing, a fishing reel, and a shaft portion of various devices such as a bicycle. It can be applied as a leak prevention seal or dust seal.
  • FIG. 1 shows a state at a stationary time (when the two-member shaft 500 and the housing 600 are stationary).
  • the magnetic fluid seal 1 seals an annular gap between the shaft 500 and the housing 600 that rotate relatively (including the case where one of them rotates and the other stationary).
  • the magnetic fluid seal 1 includes a magnetic circuit forming member 100 attached to the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 600, an annular member 200 attached to the shaft 500, and a magnetic fluid 300.
  • the magnetic circuit forming member 100 includes an annular permanent magnet 110 fitted to the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 600, and both ends (the N pole side end and the S pole side) of the permanent magnet 110. And a pair of disc-shaped magnetic pole members (pole pieces) 120 each having a hole.
  • the pair of magnetic pole members 120 are provided with magnetic pole tip members 130 provided along the opposing surfaces and around the holes, respectively.
  • the magnetic pole member 120 and the magnetic pole tip member 130 are both made of a magnetic material.
  • a magnetic circuit M is formed that passes through the permanent magnet 110, the pair of magnetic pole members 120, the pair of magnetic pole tip members 130, and the gap between the pair of magnetic pole tip members 130.
  • the annular member 200 is a disk-shaped member with a hole, and an inner peripheral surface thereof is fixed to an outer peripheral surface of the shaft 500.
  • the annular member 200 is made of a flexible material so that the outer peripheral surface side can swing in the axial direction. Examples of the material include cloth such as porous silicon, rubber, resin, felt, and paper.
  • the annular member 200 has a structure capable of sucking and holding the magnetic fluid 300 at least in the vicinity of the portion where the magnetic fluid 300 contacts. That is, if the above-described porous silicon, cloth, paper, or the like is employed as the material of the annular member 200, the magnetic fluid 300 can be sucked and held depending on the properties of the material itself. In addition, even if the magnetic fluid 300 cannot be sucked and held due to the properties of the material itself such as rubber or resin, by making the vicinity where the magnetic fluid 300 is in contact with a foaming structure, by capillary action, The magnetic fluid 300 can be sucked and held in the annular member 200.
  • the annular member 200 is configured to face the magnetic pole tip member 130 in the magnetic circuit forming member 100 in the axial direction on the outer peripheral side thereof.
  • the magnetic fluid 300 is held.
  • the magnetic fluid 300 is held at least in the vicinity of the portion where the magnetic fluid 300 contacts as described above. Demonstrate. Thereby, a stable magnetic circuit is formed, and the magnetic fluid 300 is stably held.
  • the annular clearance between the shaft 500 and the housing 600 is sealed by the magnetic circuit forming member 100, the annular member 200, and the magnetic fluid 300.
  • the shaft 500 and the housing 600 can be eccentric when the shaft 500 and the housing 600 are relatively rotated.
  • FIG. 2 shows a case where the housing 600 is moved relative to the shaft 500 in the direction of the arrow X in the drawing due to eccentricity. That is, the case where the shaft 500 and the housing 600 are relatively moved in the axial direction and the gap between the shaft 500 and the housing 600 is increased in the illustrated cross-sectional portion is shown.
  • the annular member 200 follows the movement of the magnetic pole tip member 130 in the magnetic circuit forming member 100 by the magnetic adsorption force in the vicinity of the outer peripheral side thereof. Act as follows. Thereby, the state which hold
  • the magnetic fluid seal 1 is configured such that the magnetic fluid 300 is magnetically adsorbed between the axially opposed surfaces between the magnetic pole tip member 130 and the annular member 200 in the magnetic circuit forming member 100. Has been. Therefore, even if the gap between the shaft 500 and the housing 600 changes, only the position where the magnetic fluid 300 contacts in the annular member 200 changes, so that the space between the opposing surfaces of the annular member 200 and the magnetic pole tip member 130 is changed. The distance of does not change.
  • the annular member 200 is configured such that a portion facing the magnetic pole tip member 130 swings following the magnetic pole tip member 130. Therefore, even if the shaft 500 and the housing 600 move relative to each other in the axial direction, the distance between the facing surfaces of the annular member 200 and the magnetic pole tip member 130 hardly changes.
  • the annular member 200 and the magnetic pole tip member 130 face each other.
  • the distance between the faces hardly changes. Therefore, the magnetic fluid 300 is stably held (magnetically attracted) in the region between the opposed surfaces of the annular member 200 and the magnetic pole tip member 130.
  • the magnetic fluid 300 can be held more reliably. Even if the amount of the magnetic fluid 300 decreases due to scattering or the like, the magnetic fluid 300 held by the annular member 200 can be supplied to the region between the opposed surfaces of the annular member 200 and the magnetic pole tip member 130. it can. For this reason, the magnetic fluid 300 can be supplied over a long period of time by holding a larger amount of the magnetic fluid 300 in the annular member 200, and the life can be extended. Even if the material of the annular member 200 is a non-magnetic material, the portion holding the magnetic fluid 300 exhibits a function equivalent to that of the magnetic material, so that the magnetic circuit M can be stably formed.
  • a magnetic circuit is formed near the tip of the annular member 200 and at the position of the magnetic circuit forming member 100, and the magnetic fluid 300 can be held by the magnetic circuit. Therefore, the material of the shaft 500 may be a magnetic material or a nonmagnetic material. Further, even when the gap between the annular gaps between the shaft 500 and the housing 600 is wide, there is no need to provide a sleeve made of a magnetic material in order to form a magnetic circuit as in the prior art.
  • the magnetic fluid 300 may be magnetically adsorbed in a minute gap between one of the pair of magnetic pole members 120 (the magnetic pole tip member 130) and the annular member 200. There is no need to increase the amount of 300. Further, the distance between the pair of magnetic pole members 120 (the magnetic pole tip members 130) may be widened or narrowed as long as the magnetic circuit M is formed, and the degree of freedom in design is large.
  • the frictional resistance can be made extremely low by the self-lubricating action. Note that the frictional resistance can be further reduced by applying a surface treatment for reducing the frictional resistance to the surface of the annular member 200.
  • the magnetic circuit forming member 100 is composed of an annular permanent magnet 110, a pair of magnetic pole members 120, and a pair of magnetic pole tip members 130 having a rectangular cross section.
  • the magnetic circuit forming member applicable to the present invention is not limited to such a configuration.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing various modifications of the magnetic circuit forming member, and shows only the cross section of the main part.
  • the permanent magnets are omitted from the magnetic circuit forming members, and only one of the pair of magnetic pole members is shown.
  • FIG. 3 (a) shows an example in which the magnetic circuit forming member is composed only of magnets. That is, a pair of disk-shaped permanent magnets 111 with holes are provided on the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 600. Of the pair of permanent magnets 111, one has an N pole on the inner peripheral side and an S pole on the outer peripheral side, and the other has an S pole on the inner peripheral side and an N pole on the outer peripheral side, thereby forming a magnetic circuit M as shown.
  • the magnetic fluid 300 can be magnetically attracted to the tip of the permanent magnet 111.
  • FIG. 3B shows a case where an annular magnetic pole tip member 130 is provided along the opposing surface side of the pair of permanent magnets 111 and around the hole in the configuration shown in FIG. Yes. Thereby, the magnetic fluid 300 can be concentrated only on the side facing the annular member 200 (not shown in FIG. 3).
  • FIG. 3 (c) shows a case where the magnetic pole tip member 130 is not provided in the configuration shown in FIGS.
  • the magnetic fluid 300 that is magnetically attracted to the tip of the magnetic pole member 120 wraps around not only on the side facing the annular member 200 (not shown in FIG. 3) but also on the opposite side. There is not so much influence on the holding function of the fluid 300.
  • FIG. 3D shows a case where the magnetic pole tip member 131 has a triangular cross-sectional shape.
  • FIG. 3E shows a case where the magnetic pole tip member 132 has a semi-elliptical cross section.
  • FIG. 3 (f) shows a case where the magnetic pole tip member 133 having a triangular cross-sectional shape is provided adjacent to two places
  • FIG. 3 (g) shows an annular member 200 (FIG. 3A) near the tip of the magnetic pole member 121.
  • FIG. 3 shows a case where a plurality of triangular grooves 121a are formed on the side facing the surface (not shown).
  • the cross-sectional shape of the annular member 200 is rectangular, but the shape of the annular member applicable in the present invention is limited to this. is not.
  • an appropriate shape such as a triangular cross-section, an arc-shaped tip or a shape close to an ellipse can be adopted.
  • the case where the magnetic pole member and the magnetic pole tip member are separate members has been shown, but a member in which these members are integrated may be employed.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
  • a configuration in the case where an annular scattering prevention member for preventing scattering of magnetic fluid is provided will be described.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the magnetic fluid seal, and shows only a cut surface of the main part.
  • annular scattering prevention member for preventing scattering of the magnetic fluid 300 is provided on the centrifugal direction side from the portion where the magnetic fluid 300 is magnetically adsorbed is shown.
  • the magnetic pole member 120 is provided with an annular scattering prevention member 410.
  • One end of the scattering prevention member 410 is fixed to the magnetic pole member 120, and the other end (free end) side is configured to extend toward the tip of the annular member 200.
  • the structure is such that the centrifugal direction side is covered with the anti-scattering member 410 from the portion where the magnetic fluid 300 is magnetically adsorbed.
  • a centrifugal force acts on the magnetic fluid 300 along with the relative rotation of the shaft 500 and the housing 600, and a part thereof is separated from the magnetic adsorption portion in the centrifugal direction against the magnetic adsorption force. Even so, the scattering prevention member 410 can suppress scattering of the magnetic fluid to the outside of the magnetic fluid seal 1. It should be noted that the magnetic fluid separated from the magnetic attracting part is in a state of being attached around the anti-scattering member 410 while the centrifugal force is acting, but when the centrifugal force stops acting, the magnetic attracting force again It can be returned to its original position.
  • FIG. 4B shows a case where an annular scattering prevention member 420 is provided on the permanent magnet 110
  • FIG. 4C shows an annular scattering prevention member on the annular member 200.
  • the case where the member 430 is provided is shown. Even in these cases, the same effect can be obtained as in the above case.
  • FIGS. 4A to 4C indicate the direction in which a part of the magnetic fluid moves away from the magnetic adsorption portion due to centrifugal force.
  • the above-described scattering prevention members 410, 420, and 430 are preferably made of a non-magnetic material so that the magnetic fluid adhering to them is not magnetically attracted.
  • the magnetic fluid 300 is placed in a space region formed by the scattering prevention members 410, 420, and 430 and an annular member, a magnetic pole member, or the like. It is also possible to adopt a configuration that satisfies this requirement. By adopting such a configuration, the amount of magnetic fluid 300 to be stored increases, so that the life of the magnetic fluid seal 1 can be extended.
  • FIG. 4D shows a case where the space region is filled with a magnetic fluid in the example shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
  • the configuration in which the magnetic fluid is held at one place by one annular member is shown.
  • the magnetic fluid is held at two places by two annular members.
  • the structure when doing is shown.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the magnetic fluid seal, and shows only a cut surface of the main part.
  • the configuration of the magnetic circuit forming member 100 is the same as that of the first embodiment.
  • two annular members 200 are provided for the shaft 500.
  • the configuration of the annular member 200 itself is the same as that in the first embodiment.
  • the annular gap between the shaft 500 and the housing 600 can be sealed at two places.
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the case where the annular member is directly fixed to the shaft is shown.
  • a configuration in which the annular member is provided on the sleeve fitted to the shaft is shown.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the magnetic fluid seal, and shows only a cut surface of the main part.
  • a sleeve 210 that is fitted to the shaft 500 is provided.
  • the annular member 200 is fixed to the sleeve 210.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the sleeve 210 is provided as in this embodiment. Providing the annular member 200 is effective. That is, in this embodiment, the sleeve 210 provided with the annular member 200 can be handled as one component.
  • FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • a configuration when a labyrinth seal structure is formed will be described.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of the magnetic fluid seal, and shows only a cut surface of the main part.
  • the shaft 500 is provided with an annular labyrinth seal forming member 450 that forms a labyrinth seal structure on the outer side in the axial direction of the portion where the magnetic fluid 300 is magnetically adsorbed. It has been.
  • the labyrinth seal forming member 450 is a disk-shaped member having a hole (a hole having the same diameter as the outer diameter of the shaft 500), and an inner peripheral surface thereof is fixed to the outer peripheral surface of the shaft 500.
  • a minute gap is formed between the labyrinth seal forming member 450 and the magnetic pole member 120, and a labyrinth structure is formed by the minute gap.
  • the pumping action is generated in the centrifugal direction by a combination of the rotation direction of the labyrinth seal forming member 450 and the shape of the protrusion or groove.
  • the pumping action is generated in the centrifugal direction by a combination of the rotation direction of the labyrinth seal forming member 450 and the shape of the protrusion or groove.
  • FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention.
  • the configuration in which the magnetic circuit forming member is provided on the housing side and the annular member is provided on the shaft side is shown.
  • the magnetic circuit forming member is provided on the shaft side and the housing side
  • the structure in the case of providing an annular member is shown.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the magnetic fluid seal, and shows only a cut surface of the main part.
  • the magnetic circuit forming member 100 is provided on the shaft 500, and the annular member 200 is provided on the housing 600.
  • the magnetic circuit forming member 100 and the annular member 200 have basically the same configuration as that described in the first embodiment, except that the inner surface side and the outer surface side are symmetrical in the radial direction. . Needless to say, this embodiment also obtains the same effects as those of the first embodiment.
  • the various configurations shown in the first to fifth embodiments can be freely applied.
  • the inner circumferential surface side and the outer circumferential surface side are symmetrical in the radial direction.
  • the scattering prevention member shown in the second embodiment is applied to the configuration shown in the sixth embodiment, the scattering prevention member is provided on the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 600 or provided on the annular member 200. .
  • a surface treatment may be appropriately performed so that the liquid does not enter the interface of various members.
  • FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention.
  • the configuration in which the magnetic pole member or the magnet is arranged on both sides in the axial direction of the annular member has been shown.
  • the magnet or the like is provided only on one side of the annular member in the axial direction.
  • the structure in the case of arrangement is shown.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of the magnetic fluid seal, and shows only a cut surface of the main part. Further, (a) to (c) show various modifications.
  • FIG. 9A shows a case where the magnetic circuit forming member 100 is constituted by only a single permanent magnet 112. That is, in this example, the outer peripheral surface of the annular permanent magnet 112 is fixed to the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 600. One surface of the permanent magnet 112 in the axial direction is an N pole, and the other surface is an S pole.
  • the annular member 200 has the same configuration as that of the first embodiment.
  • the magnetic fluid seal 1 is configured by holding the magnetic fluid 300 between the opposed surfaces of the permanent magnet 112 and the annular member 200.
  • the present embodiment has a simple structure as compared with the first embodiment, can reduce the number of parts, and can be easily assembled.
  • FIG. 9B is a modification of the magnetic fluid seal 1 shown in FIG.
  • the magnetic circuit forming member 100 includes a permanent magnet 112 and a holding member 122 made of a magnetic material that holds the permanent magnet 112. That is, the annular groove 122g is provided in the disc-shaped holding member 122 with a hole, and the annular permanent magnet 112 is fitted and held in the annular groove 122g.
  • One surface of the permanent magnet 112 in the axial direction is an N pole, and the other surface is an S pole.
  • the holding region of the magnetic fluid 300 can be narrowed, and the amount of the magnetic fluid 300 can be reduced. It becomes possible.
  • FIG. 9 (c) is a modification of the magnetic fluid seal 1 shown in FIG. 9 (a).
  • the magnetic circuit forming member 100 includes a permanent magnet 112 and a pair of magnetic pole members 122 a and 122 b provided at both ends of the permanent magnet 112 in the axial direction.
  • One surface of the permanent magnet 112 in the axial direction is an N pole, and the other surface is an S pole.
  • the magnetic fluid 300 can be held in the minute gap by forming a minute gap between the inner peripheral end portions of the pair of magnetic pole members 122a and 122b.
  • the holding region of the magnetic fluid 300 can be narrowed, and the amount of the magnetic fluid 300 can be reduced. It becomes possible.
  • the housing 600 to which the permanent magnet 112, the holding member 122, and the magnetic pole members 122a and 122b are fixed is made of a non-magnetic material so that the magnetic force is concentrated as much as possible in the portion that holds the magnetic fluid 300. Is desirable.
  • an annular sleeve made of a nonmagnetic material may be disposed on the inner periphery of the shaft hole of the housing 600, and the permanent magnet 112 or the like may be fixed to the inner periphery of the sleeve. .
  • various configurations of the anti-scattering member shown in Embodiment 2 and a configuration in which the labyrinth seal forming member shown in Embodiment 5 is provided can be employed as appropriate.
  • a configuration in which the magnetic circuit forming member 100 is provided on the shaft 500 and the annular member 200 is provided on the housing 600 may be employed. In this case, it is desirable that the shaft 500 be made of a nonmagnetic material.
  • the permanent magnets that can be employed in the embodiments are not limited to such permanent magnets.
  • an example of a magnet that can be employed in each embodiment will be described with reference to FIG.
  • a magnet 113 shown in FIG. 10 (a) is composed of a plurality of disk-shaped permanent magnets 113a and a holding member 113b made of a nonmagnetic material that holds the plurality of permanent magnets 113a.
  • the holding member 113b is a disk-like member having a hole, and a plurality of circular holes 113b1 are provided to hold the permanent magnet 113a.
  • a permanent magnet 113a is fitted and held in each of the plurality of holes 113b1. Note that the disk-shaped permanent magnet 113a is held by the holding member 113b so that one surface has an N pole and the other surface has an S pole, and the same pole faces the same surface. However, a configuration in which N poles and S poles are alternately arranged on one surface side may be adopted.
  • the magnet 114 shown in FIG. 10 (b) is a ring-shaped magnet as a whole by combining a fan-shaped permanent magnet 114a.
  • the fan-shaped permanent magnets 114a are combined such that one surface is an N pole, the other surface is an S pole, and the same pole faces the same surface.
  • N poles and S poles are alternately arranged on one surface side may be adopted.
  • a magnet 115 shown in FIG. 10 (c) has an annular permanent magnet 115a having one surface having an N pole and the other surface having an S pole. A combination of a plurality of poles arranged alternately.
  • a magnet 116 shown in FIG. 10 (d) has a substantially rod-shaped permanent magnet 116a in which one surface is an N pole and the other surface is an S pole, and an N pole and an S pole are alternately arranged on one surface side.
  • An annular magnet as a whole is configured by combining a plurality of them in line.
  • FIG. 10E is a cross-sectional view of the magnet 115 shown in FIG. 10C, and shows a state where the magnetic fluid 300 is held.
  • a magnet 118 shown in FIG. 10 (f) is a modification of the magnet 118 shown in FIGS. 10 (c) and 10 (e), and is an example in which part of the magnet 118 has a two-layer structure. That is, only a part has a two-layer structure, and the part holding the magnetic fluid 300 can be narrowed by holding the magnetic fluid 300 in the part.
  • the annular member used in each of the above embodiments may be a disc-like member having a hole and having flexibility so that it can swing in the axial direction. Therefore, for example, a single-layer structure made of a single nonmagnetic material can be adopted, but the annular member that can be adopted in each embodiment is not limited to such an annular member.
  • an example of an annular member that can be employed in each embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the annular member is preferably made of a magnetic material because it constitutes a part of the magnetic circuit.
  • the annular member needs to be flexible, and a single member having both magnetism and flexibility. I can't find any materials. Therefore, in order to combine magnetism and flexibility, it is possible to adopt a configuration in which a magnetic material such as filler or wire is included in a flexible material such as cloth, paper such as porous silicon, rubber, resin, or felt. it can.
  • FIG. 11 shows such an example.
  • FIG. 11 shows various examples of an annular member in which a disk-shaped member having a hole is used as a base material and a magnetic material is arranged inside the base material.
  • the said base material is comprised from the nonmagnetic material which has a softness
  • FIG. 11A shows an annular member 211 in which a plurality of rod-like magnetic bodies N are arranged along the circumferential direction inside the base material.
  • FIG. 11B shows an annular member 212 in which a plurality of disk-like magnetic bodies N are arranged along the circumferential direction inside the base material.
  • FIG. 11C shows an annular member 213 in which a plurality of rod-like magnetic bodies N are radially arranged inside the base material.
  • FIG. 11A shows an annular member 211 in which a plurality of rod-like magnetic bodies N are arranged along the circumferential direction inside the base material.
  • FIG. 11B shows an annular member 212 in which a plurality of disk-like magnetic bodies N are arranged
  • FIG. 11D shows an annular member 214 in which a plurality of annular magnetic bodies N are arranged concentrically inside the substrate.
  • FIG. 11E shows an annular member 215 configured such that the portions where the magnetic body N is disposed and the portions where the magnetic body N is not disposed are arranged in a lattice pattern inside the base material.
  • FIG.11 (f) is the figure which showed the XX cross section in FIG.11 (c).
  • the method for disposing the magnetic body N inside the base material is not particularly limited.
  • the substrate is a cloth
  • the magnetic material N can be arranged inside the substrate by weaving the magnetic material N.
  • FIG. 11G shows an annular member 216 arranged in a state where the powdered magnetic body N is dispersed inside the base material by kneading the powdered magnetic body N into the base material.
  • these annular members have both magnetism and flexibility.
  • the magnetic characteristics are improved, the holding force of the magnetic fluid can be increased, and the sealing performance can be improved.
  • the balance between magnetism and flexibility can be adjusted by adjusting the amount and arrangement of the magnetic material.
  • the size of the magnetic body N is not particularly limited, but is preferably larger than the magnetic particles in the magnetic fluid 300.
  • An annular member 217 shown in FIG. 12A includes a capillary portion 217a that causes a capillary phenomenon, and a hollow portion 217b that is connected to the capillary portion 217a.
  • the annular member 217 is made of a material (rubber or resin) that cannot suck and hold the magnetic fluid 300.
  • the magnetic fluid 300 can be supplied between the annular member 217 and the magnetic pole member or the like for a long period of time by storing the magnetic fluid 300 in the hollow portion 217b. , Can extend the life.
  • An annular member 218 shown in FIG. 12B includes a first layer 218a having a capillary section that causes capillary action, a second layer 218b capable of sucking and holding magnetic fluid due to the properties of the material itself, and a third layer 218c. It is comprised by the multilayer structure which consists of.
  • the first layer 218a and the third layer 218c are made of a material that cannot suck and hold the magnetic fluid 300.
  • the magnetic fluid 300 is supplied between the annular member 218 and the magnetic pole member or the like for a long period of time by holding the magnetic fluid 300 in the second layer 218b. Can extend the service life.
  • An annular member 219 shown in FIG. 12C includes a first layer 219a having a capillary section that causes a capillary phenomenon, a second layer 219b capable of sucking and holding magnetic fluid due to the properties of the material itself, and a hollow portion.
  • the third layer 219c has a multilayer structure.
  • the first layer 219a and the third layer 219c are made of a material that cannot suck and hold the magnetic fluid 300.
  • the magnetic fluid 300 is retained in the second layer 218b and the magnetic fluid 300 is stored in the hollow portion of the third layer 219c, so that the magnetic fluid 300 is maintained over a long period of time. Can be supplied between the annular member 219 and the magnetic pole member or the like, and the life can be extended.
  • the magnetic fluid seal 1 shown in FIG. 13A shows an example in which only the configuration of the annular member 220 is changed in the configuration shown in the first embodiment. That is, the annular member 200 in the first embodiment is a disc-shaped (flat plate) member with a hole, whereas the annular member 220 in this modification is configured in a bellows shape instead of a flat plate shape. This is different from the annular member 200 in the first embodiment.
  • the axial portion of the shaft 500 relative to the housing 600 moves the fixed portion of the annular member 200 to the surface opposite to the surface holding the magnetic fluid 300 in the magnetic pole member 120. If this happens, the outer peripheral end of the annular member 200 may move away from the magnetic pole member 120 (see FIG. 13B). For this reason, it is difficult to stably hold the magnetic fluid 300.
  • the annular member 220 when the annular member 220 has a bellows shape, the outer peripheral side can be flexibly deformed in the axial direction with respect to the inner peripheral side. Therefore, even if the fixed portion of the annular member 220 moves as described above, the magnetic pole member 120 (the magnetic pole The positional relationship of the outer peripheral side end portion of the annular member 220 with respect to the tip member 130) does not change so much (see FIG. 13C). Accordingly, it is possible to stably hold the magnetic fluid. In addition, if the annular member 220 is configured in a bellows shape, the magnetic fluid can be stably held even against a large eccentricity because it easily expands and contracts in the radial direction.
  • the magnetic fluid 300 can be stably held because the outer peripheral end of the annular member 220 is deformed so as to contract even if it hits the inner peripheral surface of the permanent magnet 110. Moreover, by making the annular member 220 into a bellows shape, the magnetic fluid can be held at a plurality of locations, and the sealing performance can be further enhanced.
  • the annular member is not accordion-shaped, but, for example, as shown in FIG. 13 (d), the same effect can be obtained even if an annular member 220a configured to be stepped when viewed in cross section is employed. An effect can be obtained.
  • the inner peripheral side of the annular member 220a may be fixed to the outside of the magnetic pole member 120 or the like, or may be fixed to the inside.

Landscapes

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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

磁性流体シール
　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 (4)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
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