(57)【要約】【課題】  磁性流体シール装置は、磁性流体シール装置を正確に取り付けられるようにすると共に、磁性体と磁極片とを正確に結合することにある。【解決手段】  二部品のうちの一方の部品の取付面に嵌着可能な嵌着面（１Ｆ）を有する磁性樹脂又は磁性ゴム材製の磁性体（１）と、磁性体（１）と一体に結合する嵌着面（２Ａ）を有すると共に二部品のうちの他方の部品の周面と対向する磁場面（２Ｂ）を有する環状の磁極片（２）と、磁極片（２）の磁場面（２Ｂ）と他方の部品との間の磁気回路で壁を形成する磁性流体（５）とを具備し、磁性体（１）と磁極片（２）の嵌着面（２Ａ）が嵌着して結合又は一体成形により結合しているものである。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対移動可能に組み付けられた二部品間をシールする磁性流体シール装置であって、前記二部品のうちの一方の部品の取付面に嵌着可能な嵌着面を有する磁性樹脂又は磁性ゴム材製の磁性体と、前記磁性体と一体に結合する嵌着面を有すると共に前記二部品のうちの他方の部品の周面と間隙を設けて対向する磁場面を有する環状の磁極片と、前記磁極片の磁場面と前記他方の部品との間の磁気回路で集合壁を形成する磁性流体とを具備し、前記磁性体と前記磁極片の嵌着面が嵌着して結合又は一体成形により結合していることを特徴とする磁性流体シール装置。
【請求項２】
前記磁性体は軸部と径部を有し、前記軸部は前記一方の部品の取付面に嵌着する嵌着面を有し、前記径部は前記他方の部品と近接して嵌合する近接面を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性流体シール装置。
【請求項３】
前記磁極片は前記径部と軸方向に平行に配列して前記径部と前記磁極片との間に空間部を有することを特徴とする請求項２に記載の磁性流体シール装置。
【請求項４】
前記磁性体は外周の嵌着面に突起したシール部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の磁性流体シール装置。
【請求項５】
前記磁性体の軸方向の一方の端部に第１段孔を有すると共に、他方の端部に第２段孔を有し、前記第１段孔に第１の磁極片を一体に結合すると共に前記第２段孔に第２の磁極片を一体に結合していることを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の磁性流体シール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対移動する間隙をシールする磁性流体シール装置に関する。例えば、半導体製造装置、ハードディスク製造装置、光学部品製造装置等の生産設備のダストシールや、自動車用コンピュータ、カメラ、ハードディスクドライブ、光学部品等の製品に内蔵するダストシールとして採用されるものである。
【技術背景】
【０００２】
近年、技術の高度化に伴い、従来用いられてきたゴム又は樹脂材製のオイルシールやダストシールでは、特殊なガスに耐えられない問題が惹起している。又、材質的に高温に耐えられない問題も存する。更に、シール面の摺動抵抗が大きすぎてエネルギー損出を大きくする問題が存する。そこで、磁性流体シール装置の採用と共に、改善が求められている。
【０００３】
本発明に関連する技術として図４に示す磁性流体シール装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。図４は磁性流体シール装置の半断面図である。図４に於いて、孔を設けたハウジング１０４に動力を伝達するための回転軸１０３が貫通している。このハウジング１０４と回転軸１０３との間をシールするために、磁性流体シール装置が設けられている。この磁性流体シール装置は、ハウジング１０４の孔に設けた段孔１０４Ａに接着剤１０７を介して接着している。
【０００４】
磁性流体シール装置は、一対のリング板のポールピース１０２、１０２を配置すると共に、両ポールピース１０２、１０２の間に環状の永久磁石１０１が挟持されている。この永久磁石１０１により点線で示すように永久磁石１０１から左側ポールピース１０２を磁気化して回転軸１０３を磁気化し、更に、右側のポールピース１０２を磁気化して永久磁石１０１至る磁気回路が構成される。この磁気回路により一対のポールピース１０２の内周面１０２Ａ、１０２Ａと回転軸１０３との間に磁束を集中させて磁性流体を環状に集束させることにより機内のガスが外部へ流出するのをシールする。
【０００５】
この磁性流体シール装置は、一対のポールピース１０２の間に永久磁石１０１を接着剤で接合しなければ保管が困難になる。しかし、一対のポールピース１０２と永久磁石１０１を接着する場合には、一対のポールピース１０２の内周面１０２Ａ、１０２Ａを同心にしなければならない。一対のポールピース１０２を同心にしないと回転軸１０３と内周面１０２Ａ、１０２Ａとの隙間にばらつきが生じるので、シール能力に影響する。又、一対のポールピース１０２と永久磁石１０１を治具により正確に接着した場合でも、経時と共に接着剤が変形して内周面にばらつきが惹起する。更に、ハウジング１０４の段孔１０４Ａに磁性流体シール装置を接着する場合でも、接着剤の不均一による内周面１０２Ａ、１０２Ａ
と回転軸１０３との隙間にばらつきが惹起する。特に、磁性流体シール装置の外径が４ｍｍから６ｍｍ位の小さいものが最近採用される。この為に、この磁性流体シール装置の取付は、困難を極める。
【０００６】
このような問題を解決するために、図５に示す磁性流体シール装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。図５はこの磁性流体シール装置の半断面図である。磁性流体シール装置は図４に示すものと同一である。この為に、磁性流体シール装置は依然として上述した問題が存する。又、磁性流体シール装置をハウジング１０４に固定する方法に於いても、ハウジング１０４に固定治具１０８Ｂをボルト１０８Ａにより固定すると共に、固定治具１０８Ｂにより磁性流体シール装置をハウジング１０４に固定するものである。しかし、機械が振動するにつれてボルト１０８Ａが緩んで磁性流体シール装置の性能に影響している。更に、磁性流体シール装置が小型の場合には、この固定治具１０８Ｂで固定する取付方法は場所的な問題や、取り付け時の不正確さから問題となっている。特に、自動車等の量産の機器に取り付けられる場合には、取付作業が問題となっている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６９６２２号公報（図６、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものである。その発明が解決しようとする課題は、ポールピースと磁石との固定を容易にすると共に、両部品の取付精度を正確にすることにある。又、磁性流体シール装置の小型化を可能にすることにある。更に、小型な磁性流体シール装置をハウジングに容易に取り付けられるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものである。その技術的解決手段は、以下のように構成されている。
【００１０】
請求項１に係わる本発明の磁性流体シール装置は、互いに相対移動可能に組み付けられた二部品間をシールする磁性流体シール装置であって、二部品のうちの一方の部品の取付面に嵌着可能な嵌着面を有する磁性樹脂又は磁性ゴム材製の磁性体と、磁性体と一体に結合する嵌着面を有すると共に二部品のうちの他方の部品の周面と間隙に対向する磁場面を有する環状の磁極片と、磁極片の磁場面と他方の部品との間の磁気回路で集合壁を形成する磁性流体とを具備し、磁性体と磁極片の嵌着面が嵌着して結合又は一体成形により結合しているものである。
【００１１】
請求項２に係わる本発明の磁性流体シール装置は、磁性体は軸部と径部とを有し、軸部は一方の部品の取付面に嵌着する嵌着面を有し、径部は他方の部品と近接して嵌合する近接面を有するものである。
【００１２】
請求項３に係わる本発明の磁性流体シール装置は、磁極片は径部と軸方向に平行に配置されて径部と磁極片との間に空間部を有するものである。
【００１３】
請求項４に係わる本発明の磁性流体シール装置は、磁性体は外周の嵌着面に突起したシール部を有するものである。  
【００１４】
請求項５に係わる本発明の磁性流体シール装置は、磁性体の軸方向の一方の端部に第１段孔を有すると共に、他方の端部に第２段孔を有し、第１段孔に第１の磁極片を一体に結合すると共に第２段孔に第２の磁極片を一体に結合している
【発明の効果】
【００１５】
この請求項１に係わる本発明の磁性流体シール装置では、磁性体が磁性樹脂又は磁性ゴム材製であるから、ハウジングと密封に結合できる。この為に、従来技術のように、結合面間にＯリングを介して結合する必要がなく、取付コストを低減できる。又、磁性体はハウジングと磁力を介して吸着するから結合力が強固であると共に、長期に渡り経時変芯を防止できる。この為に、磁性流体シール装置と回転軸との寸法関係を長期に渡り保持することが可能になるので、シール能力が向上できる。又、磁極片は、磁性樹脂又は磁性ゴム材製の段孔に一体結合するから、嵌着が容易であり、且つ同心で正確な寸法に取り付けることができる。更に、磁性樹脂又は磁性ゴム材製の段孔に磁極片を結合するから、小形の磁極片でも容易に一体結合できる。そして、この磁性流体シール装置で被密封流体であるダスト等を容易にシールすることが可能になる。
【００１６】
この請求項２に係わる本発明の磁性流体シール装置では、磁性体は、磁性樹脂又は磁性ゴム材製であるから、軸部の外周の嵌着面がハウジングの取付面に密封に結合できる。そして、近接面が回転軸５０の外周面と近接に嵌合し、例え、近接面が回転軸５０の外周面に接触しても破損するのが防止できる。
【００１７】
この請求項３に係わる本発明の磁性流体シール装置では、磁性体の径部と磁性体に結合された磁極片が平行に配列されて径部と磁極片との間に空間部が形成されているから、例え被密封流体側の圧力が漏れても空間部にたまり、この空間部の圧力が磁性流体をバックアップすることが可能になる。この為に、磁性流体が被密封流体の圧力に対抗することが可能になる。その結果、耐圧性の磁性流体シール装置を得ることができる。
【００１８】
この請求項４に係わる本発明の磁性流体シール装置では、磁性樹脂又は磁性ゴム材製である磁性体の外周の嵌着面にシール部が設けられているから、シール部によりハウジングとの嵌着面を効果的にシールすることが可能になる。この為に、従来のように、ハウジングと磁性流体シール装置との嵌合間にＯリング等のシールリングを設ける必要もないから、磁性流体シール装置の取付が容易になると共に、部品コストと取付コストを低減できる。
【００１９】
この請求項５に係わる本発明の磁性流体シール装置では、シール効果を向上させるために２個の磁極片を設けることが可能である。この組立において、２個の磁極片を同芯に組み立てないとシール能力が低下する。従来技術では磁性体を間に介して２個の磁極片を磁性体に接着剤で結合しているが、両磁極片が接着時に芯ずれしたり、経時につれて磁極片の芯が偏芯することが問題となっている。しかし、本発明では、磁極片を両側から同一力で圧入できるから均等に嵌合することができる。この為に、磁極片が芯ずれしたり、磁極片の芯が経時変化したりするのを防止でき、磁性流体シール装置のシール能力を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係わる実施の形態の磁性流体シール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図は設計図を基にした図面である。
【００２１】
図１は、本発明に係わる好ましい第１実施の形態を示す磁性流体シール装置１０の断面図である。図１に於いて、６０は機械装置のハウジング６０である。ハウジング６０には、動力用の回転軸５０を通すための孔が設けられている。このハウジング６０の孔には磁性流体シール装置１０を取り付けるための段孔の取付面６０Ａを設ける。
【００２２】
磁性流体シール装置１０は磁石（以下、磁性体とも言う）１とポールピース（以下、磁極片とも言う）２から構成されている。磁石１は、磁性樹脂、磁性ゴム又は樹脂又は硬質ゴムに磁石の粉末を混合して作る（全てを磁性樹脂又は磁性ゴムという）。この磁石１は、磁性樹脂又は磁性ゴムの材質を選択することによりポールピース２の取付精度を向上できる。この磁性樹脂、磁性ゴムは、嵌着精度を上げるための硬度の点でも優れた材質を開発している。
【００２３】
磁石１は断面がＬ型状を成す径部１Ａと軸部１Ｂにより環状体に形成する。この軸部１Ｂの外周は嵌着面１Ｆに形成する。又、この径部１Ａの内周は近接面１Ｃに形成する。この近接面１Ｃの内径は、回転軸５０の外径より微小な間隙Ｈ寸法になるように、やや大きく形成する。近接面１Ｃと回転軸５０の外周面との間隙Ｈは、磁石１が樹脂材又はゴム材であるために、ミクロン単位に近接することが可能である。
【００２４】
この近接面１の近接は、磁性流体５をバックアップして被密封流体の圧力に対する耐圧力を向上することが可能にできる。又、軸部１Ｂの内周面には段孔１Ｄを設けてポールピース２の外径の嵌着面２Ａが強く嵌着できる寸法に形成する。又、この磁石１は、成形型で成形により製作するから、精度は高く、且つ量産が可能である。
【００２５】
ポールピース２はプレス加工又は機械加工によりリング体に形成する。ポールピース２の材質は、磁性体、例えば、磁性ステンレス鋼、ニッケル合金、鉄、鋼等である。ポールピース２の外周の嵌着面２Ａは、磁石１の段孔１Ｄに嵌着する寸法に形成する。ポールピース２の内周の磁場面２Ｂは、磁性流体５がある厚さで介在できる寸法にするために、回転軸５０の外周面との間に間隙を形成する。
【００２６】
ポールピース２の磁場面２Ｂと回転軸５０の外周面との間には磁性流体５を充填して介在させる。磁性流体５は、ポールピース２の磁場面２Ｂと回転軸５０の外周面との間に発生する磁気力により図示するような形状の集合壁が形成できる。この磁性流体５は、Ｆｅ３Ｏ４，Ｍｎ・ＺｎＦｅ２Ｏ４  の微粒子を油、水、有機溶媒の中にコロイド状に分散させたものを用いる。磁性流体シール装置１０の磁気回路は図１に点線で示すようにＳからＮへ形成される。そして、磁力により磁性流体５はポールピース２と回転軸５０との間に集合壁を形成してポールピース２の磁場面２Ｂと回転軸５０の外周面との間隙をシールする。このとき、近接面１Ｃは、樹脂材又はゴム材で構成されているから、回転軸５０の外周面にミクロン単位で近接することができるので、被密封流体の圧力に対し、磁性流体５をバックアップしてシール能力を向上することが可能になる。
【００２７】
上述のようにして製作したポールピース２は、磁石１の段孔１Ｄに圧入して嵌着する。この為、この磁石１の段孔１Ｄとポールピース２の嵌着面２Ａとの嵌合する精度を高めることができる。又、磁石１が樹脂材又は硬質ゴム材であり、ポールピース２は、金属又は硬質樹脂であるために容易に結合できる。更に、磁石１は厚肉であるから、接着剤のように接着時に容易には変形しない。又、磁石１の嵌着面１Ｆは、ハウジング６０の取付面６０Ａに磁力を介して嵌着して結合するから、簡単には離脱しない。更に、磁石１はハウジング６０の取付面６０Ａに磁力を介して結合しているから、簡単には変形せずに、成形状態の形状を長期に保持できる。
【００２８】
この実施例では、磁石１とポールピース２とを別々に製作する方法を説明したが、磁石１を成型するときにポールピース２を成形型内にセットして同時成型することも可能である。このようにすることにより、ポールピース２と磁石１の結合が強固になると共に、量産化が可能になる。この為に、製作コストを低減することが可能になる。この磁石１とポールピース２を一体成形する場合には、図示省略のポールピース２の外周の嵌着面に凹凸を形成して結合を強固にすることが可能である。
【００２９】
図１に示す磁性流体シール装置１０は小形であり、磁性流体シール装置１０の外径は４ｍｍであり幅は２ｍｍである。又、回転軸５０の外径は１．５ｍｍである。このような小径の回転軸５０に対しては、従来のゴム材製のオイルシールや、ダストシールを製作することは困難であり、装置への取り付けは更に困難である。
【００３０】
図２は、本発明の第２実施の形態を示す磁性流体シール装置１０の断面図である。図２に於いて、図１の磁性流体シール装置と相違する点は、ポールピース２を２個一対に設けた点である。この為に、磁石１の形状は断面がＴ形状の環状体になるように成形する。磁石１は、内周面の両側に第１段孔１Ｄと第２段孔１Ｄを設ける。両第１段孔１Ｄと第２段孔１Ｄの間は磁部１Ｅに形成されてＳとＮの磁気回路を形成する。
【００３１】
又、第１ポールピース２と第２ポールピース１２をプレス加工と研磨とにより製作する。第１ポールピース２の第１嵌着面２Ａは、磁石１の第１段孔１Ｄに圧入して嵌着する。又、第２ポールピース１２の第２嵌着面１２Ａは、第２段孔１Ｄに圧入して嵌着する。そして、第１ポールピース２の磁場面２Ｂと回転軸５０の外径面及び第２ポールピース１２の磁場面１２Ｂと回転軸５０の外径面との間隙に各々磁性流体５を充填して介在させる。このとき、図２に点線で示すようにＳとＮの磁気回路がポールピース２と回転軸５０とを介して形成される。そして、磁性流体５はポールピース２と回転軸５０との間隙に集合壁を形成する。
【００３２】
その他の構成は図１と略同様である。このように構成された磁性流体シール装置１０は、外周の嵌着面１Ｆをハウジング６０の取付面６０Ａに嵌着する。この樹脂材又はゴム材で形成された磁石１の嵌着面１Ｆは、ハウジング６０の取付面６０Ａに密着して結合する。この為に、従来のようにゴム材製のＯリングを磁性流体シール装置１０とハウジング６０の取付面６０Ａとの間に取付溝を設けて装着するシールする必要もない。又、磁性流体シール装置１０は、ハウジング６０の取付面６０Ａに磁力を介して結合しているから、結合力が強固であり、磁性流体シール装置１０が変形することなく、長期に渡り取付精度を保持する。
【００３３】
この磁性流体シール装置１０においても、磁石１の成形時に成形型内に第１ポールピース２と第２ポールピース１２を配置して成形すれば磁石１の成形時に、第１ポールピース２と第２ポールピース１２を一体成形することが可能になる。この為に、磁石１に第１ポールピース２と第２ポールピース１２とを精度良く結合することが可能になる。更に、第１ポールピース２と第２ポールピース１２を成形型内で磁石１と一体結合するから、第１ポールピース２と第２ポールピース１２とが磁石１と精度良く結合することが可能になる。
【００３４】
図３は、本発明の第３実施の形態を示す磁性流体シール装置１０である。図３に於いて、図１の磁性流体シール装置１０と相違する構成は、磁石１が硬質の磁性ゴム材で構成した点である。又、磁石１の軸部１Ｂの外周面に小さな凸状のシール部１Ｓを２条に形成してある。図２のその他の構成は、図１の磁性流体シール装置１０と同様である。このように形成された磁性流体シール装置１０は、シール部１Ｓにより、ハウジング６０の取付面６０Ａと密封に嵌着することが可能になる。更に、磁石１の段孔１Ｄに対してポールピース２の嵌着面２Ａを密封に嵌着することが可能になる。
【００３５】
又、ゴム材製の磁石１０１の近接面１Ｃは、回転軸５０の外周面との間隙Ｈをミクロン単位で近接させることが可能になる。この近接面１Ｃの近接により径部１Ａとポールピース２との間の空間部の圧力を高めることができるから、この空間部内の圧力により被密封流体の圧力に対して磁性流体５をバックアップすることが可能になる。この為に、磁性流体シール装置１０は、より高圧のシールが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、取付精度に優れ、且つ耐圧能力に優れた小形の磁性流体シール装置として機械装置に用いて有用である。又、カメラ、ハードディスクドライブ、光学部品、自動車用のコンピュータ等の製品のダストシールとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施の形態に係わる磁性流体シール装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施の形態に係わる磁性流体シール装置の断面図である。
【図３】本発明の第３実施の形態に係わる磁性流体シール装置の断面図である。
【図４】本発明の第１関連技術として示す磁性流体シール装置の断面図である。
【図５】本発明の第２関連技術として示す磁性流体シール装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  磁石  
１Ａ  径部
１Ｂ  軸部  
１Ｃ  近接面
１Ｄ  段孔  
１Ｅ  磁部
１Ｆ  嵌着面
１Ｓ  シール部
２、１２  ポールピース
２Ａ、１２Ａ  嵌着面
２Ｂ、１２Ｂ  磁場面
５  磁性流体
５０  回転軸
６０  ハウジング
６０Ａ  取付面
Ａ  大気側
Ｈ  間隙
Ｐ  被密封流体側
【図１】
2005163895.tif 000003
【図２】
2005163895.tif 000004
【図３】
2005163895.tif 000005
【図４】
2005163895.tif 000006
【図５】
2005163895.tif 000007