(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーフルオロポリエーテルを基油とする磁性流体を磁気回路中に形成させた微小間隙に注入した有機溶媒用磁性流体シールとした軸シールにおいて、有機溶媒および磁性流体が接する面が予めフッ素系表面処理剤で表面処理されていることを特徴とする軸シール。
【請求項２】
パーフルオロポリエーテル基油が、一般式
(A) F[CF(CF3)CF2O]nRf
(B) RfO｛[CF2CF(CF3)O]m(CF2O)p｝Rf
(C) RfO(CF2CF2O)r(CF2O)sRf
または
(D)F(CF2CF2CF2O)tRf
(ここで、Rfはパーフルオロ低級アルキル基であり、n,m,p,r,s,tはそれぞれ5以上の整数である)で表わされる基油である請求項１記載の軸シール。
【請求項３】
フッ素系界面活性剤を用いて磁性微粒子をパーフルオロエーテル基油中に分散させた磁性流体が用いられた請求項１記載の軸シール。
【請求項４】
有機溶媒および磁性流体に接する面が磁気回路を形成する磁極とシャフトである請求項１記載の軸シール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸シールに関する。更に詳しくは、有機溶媒用磁性流体シールよりなる軸シールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性流体シールは、固体接触のない低トルク損失シールとして各種用途に広く用いられており、例えば飛来する微少量のダストやミストをシールする防塵シール、真空/加圧等の気体の圧力差をシールするガスシール等が主な用途とされている。しかるに、これらの磁性流体シールにあっては、磁性流体が大量の液体と接することなどは想定しておらず、液体シールとしての用途は殆んど存在していない。
【０００３】
わずかに、特開昭63-195475号公報に、”液体のシール装置としては磁性流体が液体と混合して劣化し易いため、シール機能を長期間安定して維持することは困難であり、そのような実用例はない”とした上で、磁性流体が劣化して磁性流体シールが破壊した場合、新たな磁性流体を供給する機構的な工夫が提案されている。
【０００４】
また、実公昭62-31740号公報には、液体をシールする磁性流体シール装置に関して、軸外周部に動圧発生溝を設けて磁性流体シール部へ流入する液体を強制的に排除し、磁性流体と液体とが接触しないようにしてシール性能を確保する工夫が提案されている。
【０００５】
上記各例にみられるように、磁性流体を用いた液体シールは、シールを破壊しないように磁性流体を供給し続ける方法や実質的にはガスシールの形態を採用した方法であり、直接液体を長期間安定してシールするものではなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は先に、液体状態乃至気体状態の有機溶媒と接しても、その性能を劣化させることなく、シール性能を安定に保つことができる有機溶媒用磁性流体シールとして、磁性微粒子をパーフルオロエーテル基油中に分散せしめ、これを磁気回路中に形成させた微小間隙に注入して磁性流体シールとした軸シールを提案している(特許第3,503,469号公報および特開平11-344130号公報)。
【０００７】
本発明の目的は、かかる軸シールにおいて更にシール耐圧性を高めたものを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的は、パーフルオロポリエーテルを基油とする磁性流体を磁気回路中に形成させた微小間隙に注入した有機溶媒用磁性流体シールとした軸シールにおいて、有機溶媒および磁性流体が接する面が予めフッ素系表面処理剤で表面処理されている軸シールによって達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
磁性微粒子を分散させ、磁性流体を形成させるパーフルオロポリエーテル基油としては、一般式
(A) F[CF(CF3)CF2O]nRf
(B) RfO｛[CF2CF(CF3)O]m(CF2O)p｝Rf
(C) RfO(CF2CF2O)r(CF2O)sRf
または
(D)F(CF2CF2CF2O)tRf
(ここで、Rfはパーフルオロ低級アルキル基であり、n,m,p,r,s,tはそれぞれ5以上の整数である)で表わされる基油等が用いられ、実際には市販品、例えばNOKクリューバー製品BARRIERTAシリーズ、アウシモント社製品FOMBLINシリーズ、ダイキン製品デムナムシリーズのもの等がそのまま用いられる。これらのパーフルオロエーテル基油は、磁性微粒子100重量部当り約100〜1000重量部、好ましくは約150〜500重量部の割合で用いられる。
【００１０】
これらのパーフルオロポリエーテル基油は、炭化水素系、ハロゲン系、ケトン系、アルコール系、エステル系、エーテル系、窒素化合物系、イオウ化合物系、シリコーン系、高分子量各種油等の有機溶媒によって劣化することなく、すぐれた耐久性(化学的安定性)を有しており、このような基油を用いて調製される磁性流体も同様にすぐれた耐久性を有している。
【００１１】
磁性微粒子としては、一般にフェライト類微粒子が用いられる。
【００１２】
フェライト類微粒子としては、任意の方法によって製造されたものが用いられるものの、好ましくは純度、粒径の制御、そして何よりも生産性の点で有利である共沈法によって製造されたフェライト類微粒子、例えばマグネタイト(Fe3O4)、ニッケルフェライト(NiO・Fe2O3)、マンガンフェライト(MnO・Fe2O3)、コバルトフェライト(CoO・Fe2O3)、ニッケル-亜鉛フェライト(Ni・ZnO・Fe2O3)、マンガン-亜鉛フェライト(Mn・ZnO・Fe2O3)、コバルト-亜鉛フェライト(Co・ZnO・Fe2O3)等が好んで用いられる。
【００１３】
これら以外にも、鉄、マンガン、ニッケル、コバルト等の金属またはそれらのホウ化物、窒化物、炭化物等の微粒子、更にはこれらの金属とマグネシウム、アルミニウム、亜鉛、銅、ニオブ、モリブデン、ガリウム、インジウム、ジルコニウム、カドミウム、錫等の少なくとも一種との合金またはそれらのホウ化物、窒化物、炭化物等の微粒子なども用いることができる。
【００１４】
一般に、磁性微粒子は親水性が強いため、そのままでは基油中で凝集してしまい、磁性流体を形成し得ない。そこで、磁性微粒子の表面に基油との親和性を高め、凝集を防止する必要がある。親和性を高めかつ凝集を防止するために用いられる化合物は、一分子が親フッ素基とフェライト類への吸着力の強い極性基によって構成されていることが好ましい。また、親フッ素基には、微粒子の凝集を防止するために、ある程度の弾性を有する鎖長が必要であり、溶媒への溶解性や分散能などから、パーフルオロエーテル基を持つフッ素系界面活性剤が選択されて用いられる。
【００１５】
こうした観点から、一般式 F[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COOM (M:アルカリ金属またはアンモニウム基、n:4〜50)で表わされるようなパーフルオロエーテルカルボン酸塩(a)が、フッ素系界面活性剤として用いられる。かかるパーフルオロエーテル系カルボン酸塩は、くり返し単位nが4〜50のヘキサフルオロプロペンオキシドオリゴマーから導かれるカルボン酸のアルキルエステルを水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の水溶液で加水分解することにより得られる。
【００１６】
このようなパーフルオロエーテルカルボン酸(a)を用いたのみでは分散性が悪いので、これと共に次のようなフッ素系界面活性剤(1)〜(3)が用いられ、これらについての詳細は、本出願人による発明を記載した特開平9-260128号公報、同9-289110号公報および同10-12426号公報にそれぞれ記載されている。
(1)  F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)CONH(CH2)qNH2
F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)CONH(CH2CH2NH)rH
F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)CONH(CH2CH2NH)rCOCF(CF3)-
[OCF2CF(CF3)]pF
p:１以上、好ましくは２〜100、ｑ:２〜20、r:１〜６
(2)  F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)XR1SO3M'
F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)(X)qR2OSO3M'
F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)(X)qR3(O)rCOCH2CH(SO3M')-
CO(O)rR3(X)qCF(CF3)[OCF2CF(CF3)]pF
R1,R2,R3:2価の有機基
M':水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基
X:-COO-基、-CONH-基
p:１以上、好ましくは２〜100、q,r:０または１
(3)  F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)(Y)v(R)wSi(R1)q(OR2)r
F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)(Y)v(R)w(CH2CH2O)sH
F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)(Y)v(R)wO｝tPO(OM)u
F[CF(CF3)CF2O]pCF(CF3)(Y)v(R)wNR3R4R5X
F[CF(CF3)CF2O]p(Y)v(R)wNHCH2CH2COOM'
R:アルキレン基
R1,R2 :低級アルキル基
M':水素原子、アルカリ金属、アンモニウム基
Y:-COO-基、-CONH-基
p,s：１〜100、q:0,1,2、r:3-q
t:１または２、u:3-t
v,w:０または１
あるいは、前記(1)において、これと組合せて用いられたパーフルオロエーテルカルボン酸(a)に代えて、次のような化合物を用いることもでき、これらの詳細については、本出願人による発明を記載した特開平10-50513号公報、同10-64719号公報および同10-106822号公報にそれぞれ記載されている。
(b)パーフルオロエーテルリン酸(塩)
｛F[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)(Y)v(R)wO｝tPO(OM)u
R:アルキレン基
M:水素原子、アルカリ金属、アンモニウム基
Y:-COO-基、-CONH-基
n:１〜100
t:１または２、u:3-t
v,w:０または１
(c)パーフルオロエーテルスルホン酸(塩)または硫酸エステル塩
F[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)XR1SO3M
F[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)(X)mR2SO3M
R1,R2:２価の有機基
M:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金
属、アンモニウム基
X:-COO-基、-CONH-基
n:１〜100、m:０または１
(d)パーフルオロエーテル(ポリ)アルキレンエーテルカルボン酸(塩)
F[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)X(RO)sCH2COOM
R:低級アルキレン基
M:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基
X:-COO-基、-CONH-基
n,s:１〜100
【００１７】
磁性流体は、これら２種類の界面活性剤の存在下において、磁性微粒子をパーフルオロポリエーテル系基油中に分散せしめることによって調製される。界面活性剤(a)〜(d)の少なくとも一種は、磁性微粒子100重量部当り約10〜100重量部、好ましくは約20〜50重量部の割合で、また界面活性剤(1)〜(3)の少なくとも一種は、パーフルオロポリエーテル系基油100重量部当り約0.1〜50重量部、好ましくは約1〜20重量部の割合でそれぞれ用いられ、これらは同時にあるいは任意の順序で添加されて用いられる。
【００１８】
分散処理は、ホモジナイザ、ボールミル、超音波照射等を用いる常法に従って行われるが、この際フロリナートFC-72(住友3M製品)などのフッ素化有機溶媒を共存させて分散液の調製を容易とし、調製後用いられた有機溶媒を留去し、その後遠心分離して分散不良微粒子を除去することにより磁性流体を得ることができる。
【００１９】
得られたフッ素ベース磁性流体は、磁気回路中に形成された微小間隙に注入され、磁性流体シールを形成する。磁性流体シールの構造は特に限定されず、一般にシャフト、磁極、磁石および磁性流体によって構成され、磁性流体はシャフト、磁極および磁石によって形成される磁気回路のシャフトと磁極との間に形成される微小間隙に注入され、有機溶媒に対するシール作用を発現する。
【００２０】
このような構成において、十分に有機溶媒用磁性流体シールとして機能するが、有機溶媒および磁性流体が接する面を予め任意のフッ素系表面処理剤で表面処理しておくと、容易にシール耐圧を高めることができる。
【００２１】
ここで用いられるフッ素系表面処理剤としては、例えば磁性流体調製時に使用された前記フッ素系界面活性剤(a)〜(d)、(1)〜(3)またはこれらの両者、あるいはパーフルオロアルキル基を有するポリ(メタ)アクリレートまたはポリシロキサン等の種々の市販品、例えばNOKクリューバー製品ノックスガードシリーズ、住友3M製品フロラードシリーズのものなどを用いることができる。
【００２２】
これらのフッ素系表面処理剤で表面処理される個所は、磁気回路近傍の有機溶媒および磁性流体に接する部分であるが、それよりも広範囲に表面処理することは一向に構わない。より具体的には、少くとも磁気回路を形成する磁極とシャフトとが有機溶媒および磁性流体に接する部分が表面処理の対象となる。
【００２３】
表面処理方法は、市販品の場合にはその推奨法に従って行なうことができ、他のフッ素系表面処理剤においても、それに準じて行なうことができる。実際には、磁極およびシャフトにフッ素系表面処理剤を塗布し、加熱したり、紫外線照射したりする方法によって、撥水撥油性でかつ親フッ素性の皮膜の形成が行われる。
【００２４】
【発明の効果】
磁性微粒子をフッ素系表面処理剤を用いてパーフルオロポリエーテル基油中に分散させた磁性流体を磁気回路中に設けた微小間隙に注入して構成される有機溶媒用磁性流体シールにおいて、有機溶媒および磁性流体が接する面を予めフッ素系表面処理剤で表面処理しておくことにより、磁気回路設計や磁性流体を変更することなく、シール耐圧を高めることができる。
【００２５】
これは、磁性流体と磁極やシャフトとの濡れ性が向上し、磁性流体と磁極やシャフトとの間に有機溶媒が入り込み難くなったためと考えられる。
【００２６】
【実施例】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００２７】
実施例１
共沈法マグネタイト微粒子                              5g
F[CF(CF3)CF2O]nCF2CF3  (n=平均21)                   40g
F[CF(CF3)CF2O]mCF(CF3)COONa  (m=平均8)               3g
F[CF(CF3)CF2O]mCF(CF3)CONH(CH2)12NH2  (m=平均15)     5g
【００２８】
以上の各成分からなる混合物について、24時間の超音波照射による分散処理を行ない、50gのフッ素ベース磁性流体を得た。
【００２９】
得られたフッ素ベース磁性流体10μlを、10mm径のシャフトを貫入した磁極/永久磁石/磁極型の磁気回路の微小間隙(0.1mm)に注入し、磁性流体シールを作製した。その磁性流体シールの有機溶媒が接する側の磁極およびシャフトには、予めフッ素系表面処理剤
F[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COONa  (n=平均8)
がウェスにて塗布され、160℃で3時間の表面処理が行われている。注入された磁性流体に各種の有機溶媒を接触させ、100rpmの回転速度でシャフトを回転させ、耐圧性（単位：KPa）を測定した。
【００３０】
実施例２
実施例１において、磁極およびシャフトの表面処理に用いられるフッ素系表面処理剤として
F〔CF(CF3)CF2O〕pCF(CF3)CONH(CH2CH2NH)rH
（p＝平均15、r＝平均3）
を用い、耐圧性を測定した。
【００３１】
比較例
実施例１において、磁性およびシャフトのフッ素系表面処理剤による表面処理を行わずに、耐圧性を測定した。
【００３２】
以上の各実施例および比較例で得られた結果は、次の表に示される。
0004403611.tif 000002