JP2003294156A - Magnetic fluid seal rotary bearing - Google Patents
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Landscapes
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Sealing Of Bearings (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、磁性流体
シール回転軸受けに関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、高速の回転軸を効率よく密封
し、かつ、回転軸の回転抵抗が小さく、また、部品点数
が少なく，小形軽量であり、さらには、より低いコスト
での製造が可能な磁性流体シール回転軸受けに関するも
のである．TECHNICAL FIELD The present invention relates to a magnetic fluid seal rotary bearing. More specifically, the invention of this application efficiently seals a high-speed rotary shaft, has a small rotary resistance of the rotary shaft, has a small number of parts, is small and lightweight, and further has a low cost. The present invention relates to a magnetic fluid seal rotary bearing that can be manufactured.
【０００２】[0002]
【従来の技術と発明の課題】磁性流体シール回転軸受け
は、Ｘ線発生装置の心臓部である回転対陰極の回転軸、
真空攪拌機のプロペラ回転軸、真空ロボットの回転軸、
宇宙船の船外マニュピレータの関節軸、および、エネル
ギー貯蔵用のフライホイール回転軸などに用いられる
他、半導体製造分野において、単結晶引き上げ装置の結
晶回転軸並びにるつぼ回転軸、真空蒸着装置やスバッタ
装置などの基板回転軸、また、気相反応装置やプラズマ
化学蒸着装置の基板回転軸などに用いられている。ま
た、最近では、電子線露光装置の回転ステージ回転軸、
並びに、Ｘ−Ｙステージの駆動用ステップモーター回転
軸など真空中で作動する空気軸受けを密閉する際に多用
されるようになってきている。これらは、コンピュータ
のリジッド磁気ディスクの防塵回転軸やレーザープリン
タのポリゴンミラーの防塵回転軸などに代表される、一
般に防塵シールと呼ばれる型式の軸受けも、もともとは
磁性流体シール回転軸受けを原型とする軸受けのひとつ
である．図４は、１９６８年に初めて考案された磁性流
体シール回転軸受け（Ｒ． Ｅ． Ｒｏｓｅｎｓｗｅｉ
ｇ， Ｇ． Ｍｉｓｋｏｌｃｚｙ， Ｆ． Ｄ． Ｅｚ
ｅｋｉｅｌ ： Ｍｅｃｈ．Ｄｅｓ．，４０， １４
５， （１９６８））の断面図である。磁性体のスチー
ル製回転軸（４１）の回りにわずかの空隙を空けて円盤
状の磁極片（４２）、軸方向に着磁した円筒状の永久磁
石（４３）、および、円盤状の綻鉄（４４）を、順次積
み重ねてなる円筒状構造体を設け、スチール製回転軸
（４１）を通じて全体として閉じた磁気回路を構成す
る。永久磁石（４３）の起磁力は磁極片（４２）とスチ
ール製回転軸（４１）の空隙に集中する。その空隙に磁
性流体（４５）を充填すると、磁性流体（４５）に対し
て空隙の磁界が作用し、軸受けの左右の圧力差に耐える
リングを形成する。その結果、スチール製回転軸（４
１）が回転する際、固体どうしの接触がないために、摩
擦がなく、かつ気密性が保持される。以上が、磁性流体
シール回転軸受けの基本的な原理である。現実には一段
の磁気回路では耐圧性能が十分でないので、多段の磁気
回路を組み込んで用いられている。この種の多段型式は
カスケード型と呼ばれている。2. Description of the Related Art A magnetic fluid sealed rotary bearing is a rotary anticathode rotary shaft, which is the heart of an X-ray generator.
Rotating shaft of propeller of vacuum stirrer, rotating shaft of vacuum robot,
In addition to being used for joint shafts of spacecraft outboard manipulators, flywheel rotation shafts for energy storage, etc., in the semiconductor manufacturing field, crystal rotation shafts for single crystal pulling devices, crucible rotation shafts, vacuum deposition devices and slaughter devices. It is also used as a substrate rotation axis for a substrate, a substrate rotation axis of a gas phase reaction apparatus or a plasma chemical vapor deposition apparatus. In addition, recently, the rotary stage rotation axis of the electron beam exposure apparatus,
In addition, it has come to be widely used for sealing air bearings that operate in vacuum, such as a step motor rotating shaft for driving an XY stage. These are the types of bearings generally called dust-proof seals, such as the dust-proof rotary shafts for computer rigid magnetic disks and the polygon mirror mirrors for laser printers.These bearings were originally based on magnetic fluid seal rotary bearings. Is one of. FIG. 4 shows a magnetic fluid seal rotary bearing (RE Rosenwei) first devised in 1968.
g, G. Miskolczy, F.M. D. Ez
ekiel: Mech. Des. , 40, 14
5, (1968)). A disk-shaped magnetic pole piece (42) with a slight space around the steel rotating shaft (41) of a magnetic body, a cylindrical permanent magnet (43) axially magnetized, and a disk-shaped broken iron. A cylindrical structure is formed by sequentially stacking (44), and a magnetic circuit that is wholly closed through the steel rotating shaft (41) is formed. The magnetomotive force of the permanent magnet (43) is concentrated in the gap between the pole piece (42) and the steel rotating shaft (41). When the void is filled with the magnetic fluid (45), the magnetic field of the void acts on the magnetic fluid (45) to form a ring that withstands the pressure difference between the left and right bearings. As a result, the steel rotary shaft (4
When 1) rotates, since there is no contact between solids, there is no friction and airtightness is maintained. The above is the basic principle of the magnetic fluid seal rotary bearing. In reality, since a single-stage magnetic circuit does not have sufficient withstand voltage performance, a multi-stage magnetic circuit is incorporated and used. This type of multi-stage type is called a cascade type.
【０００３】多段の磁気回路、すなわちカスケードを構
成するのに、従来、回転軸突起型磁性流体シール回転軸
受けと軸受け突起型磁性流体シール回転軸受けの２つの
方式が知られている。In order to construct a multi-stage magnetic circuit, that is, a cascade, there are conventionally known two methods, namely, a rotary shaft protrusion type magnetic fluid seal rotary bearing and a bearing protrusion type magnetic fluid seal rotary bearing.
【０００４】図５は、回転軸突起型磁性流体シール回転
軸受けの断面図を示したものである。真空フランジ（５
６）は真空ガスケット（５７）により気密に真空容器に
固定され、該軸受けの左側の真空側と右側の大気側とが
隔てられている。そこにスチール製回転軸（５１）が貫
通し、その回転は２個の玉軸受け（５８）により機械的
に支えられている。真空の気密を保持する磁性流体シー
ル部分は２個の玉軸受け（５８）の間に設けられてお
り、その部分のみを拡大して図示したのが図６である。
円筒の形状をもつ軸方向着磁永久磁石（６３）の左右に
円筒状の継鉄（６４）を接続し、スチール製回転軸（６
１）に対してわずかの空隙を設けてそれを取り囲んでい
る。回転軸突起型磁性流体シール軸受けの特徴はスチー
ル製回転軸（６１）がその外周面に矩形断面をもつ円環
状突起（６９）を有していることである。軸方向着磁永
久磁石（６３）の起磁力は継鉄（６４）の内周面と回転
軸突起（６９）のすき間に集中し、磁性流体（６５）は
その個所に磁気的に保持されて、左右の大気圧に耐える
構造になっている。通常は、左右併せて１０〜２０段程
度の突起が設けられており、各段がそれぞれ段階的に圧
力差を分担し、合計として大気圧に耐える構造になって
いる。FIG. 5 is a sectional view of a rotary shaft protrusion type magnetic fluid seal rotary bearing. Vacuum flange (5
6) is airtightly fixed to a vacuum container by a vacuum gasket (57), and the left vacuum side and the right atmospheric side of the bearing are separated from each other. A steel rotating shaft (51) penetrates therethrough, and its rotation is mechanically supported by two ball bearings (58). The magnetic fluid seal portion for maintaining the airtightness of the vacuum is provided between the two ball bearings (58), and only that portion is enlarged and shown in FIG.
A cylindrical yoke (64) is connected to the left and right of an axially magnetized permanent magnet (63) having a cylindrical shape, and a steel rotary shaft (6
A small gap is provided for 1) to surround it. A feature of the rotating shaft protrusion type magnetic fluid seal bearing is that the steel rotating shaft (61) has an annular protrusion (69) having a rectangular cross section on its outer peripheral surface. The magnetomotive force of the axially magnetized permanent magnet (63) is concentrated in the gap between the inner peripheral surface of the yoke (64) and the rotary shaft protrusion (69), and the magnetic fluid (65) is magnetically retained at that position. It has a structure that can withstand the atmospheric pressure on the left and right. Normally, about 10 to 20 steps of protrusions are provided on both the left and right sides, and each step shares a pressure difference stepwise, and has a structure capable of withstanding atmospheric pressure as a total.
【０００５】他方の従来型式の軸受け突起型磁性流体シ
ール軸受けを図７に示す。スチール製回転紬（７８）、
真空フランジ（７６）、真空ガスケット（７７）、２個
の玉軸受け（７８）の構成は先の回転軸突起型磁性流体
シール軸受けと同様であり、玉軸受け（７８）の間に設
けられた磁気回路部分のみが異なる。その磁気回路部分
の拡大図を、図８に示す。軸受け突起型磁性流体シール
軸受けにおいては、磁気回路を多段にするために、多数
個の円盤状の軸方向に着磁した永久磁石（８３）と円盤
状の継鉄（８４）を交互に積み重ね、また、各々の継鉄
（８４）の内側端面においては、その断面が三角形にな
るように鋭く尖らせてある。各々の円盤状永久磁石（８
３）はそれぞれ同極が対向するように積み重ねられてお
り、一方、スチール製回転軸（８１）は外周面に構造を
もたない単純な棒状である。このような構成により、ス
チール製回転軸を介して多数の磁気回路が形成され、か
つ、各々の軸受け突起（８０）とスチール製回転軸（８
１）のすき間に強い磁界が集中するようになり、磁性流
体（８５）はその部分に磁気的に保持され、その結果と
して、回転軸（８１）は密封される。この方式において
も、通常は、左右併せて１０〜２０段程度の突起が設け
ており、各段がそれぞれ段階的に圧力差を分担し、合計
として大気圧に耐える構造になっている。FIG. 7 shows the other conventional type of protrusion type magnetic fluid seal bearing. Steel rotary pongee (78),
The structure of the vacuum flange (76), the vacuum gasket (77), and the two ball bearings (78) is the same as that of the rotating shaft protrusion type magnetic fluid seal bearing, and the magnetic bearings provided between the ball bearings (78) are the same. Only the circuit part is different. An enlarged view of the magnetic circuit portion is shown in FIG. In the bearing protrusion type magnetic fluid seal bearing, in order to make the magnetic circuit multi-stage, a large number of disc-shaped axially magnetized permanent magnets (83) and disc-shaped yokes (84) are alternately stacked, The inner end surface of each yoke (84) is sharply pointed so that its cross section becomes a triangle. Each disk-shaped permanent magnet (8
3) are stacked so that the same poles face each other, while the steel rotating shaft (81) is a simple rod shape having no structure on the outer peripheral surface. With this structure, a large number of magnetic circuits are formed through the steel rotary shaft, and the bearing protrusions (80) and the steel rotary shaft (8) are formed.
A strong magnetic field becomes concentrated in the gap 1), the magnetic fluid (85) is magnetically retained in that portion, and as a result, the rotating shaft (81) is sealed. Also in this method, normally, protrusions of about 10 to 20 steps are provided on both the left and right sides, and each step shares the pressure difference in stages, and has a structure capable of withstanding the atmospheric pressure in total.
【０００６】以上の従来技術である磁性流体シール回転
軸受けにおいては、磁気回路部分が、何れも複雑な構造
をもっていた。そのため形状および重量が大きいという
欠点があり、同時に製造費用も高価であった。特に、後
者の軸受け突起型磁性流体シール回転軸受けにおいて
は、多数個の円盤状永久磁石（８３）と多数個の円盤状
の継鉄（８４）とをつなぎ合わせて磁気回路を構成する
ために、部品数が多くなり、その結果、構造は極めて複
雑となっていた。高精度で軸受けの内面を突起状に整形
加工する必要があることから、製造工程は非能率的であ
り、また、小口径の軸受けに関しては製造が困難である
という問題を有していた。In the conventional magnetic fluid seal rotary bearings described above, the magnetic circuit portion has a complicated structure. Therefore, there is a drawback that the shape and weight are large, and at the same time, the manufacturing cost is high. Particularly, in the latter bearing protrusion type magnetic fluid seal rotary bearing, in order to configure a magnetic circuit by connecting a large number of disk-shaped permanent magnets (83) and a large number of disk-shaped yokes (84), The large number of parts resulted in a very complex structure. Since it is necessary to shape the inner surface of the bearing into a projection shape with high accuracy, the manufacturing process is inefficient, and it is difficult to manufacture a bearing having a small diameter.
【０００７】また、回転軸突起型磁性流体シール回転軸
受けの磁気回路においては、図６から理解されるとお
り、起磁力として働く軸方向着磁永久磁石（６３）か
ら、磁気的負荷として作用する空隙までの磁気経路が継
鉄（６４）を介して遠く離れているために、磁気回路の
レラクタンスが大きくなり、磁気的損失が大きい。すな
わちこの回転軸突起型磁性流体シール回転軸受けは、磁
性流体が保持される空隙の部分に強い磁界を、合理的に
永久磁石で発生させることができない。それに対して、
軸受け突起型磁性流体シール回転軸受けの磁気回路にお
いては、図８に示したとおり、軸方向着磁永久磁石（８
３）から、磁界が集中する空隙までが接近しているた
め、磁気回路のレラクタンスが小さく、磁気的損失が小
さい。すなわち、永久磁石の起磁力が高い効率で空隙に
集中する。すなわち、軸受け突起型磁性流体シール軸受
けは、構造は複雑であるが、磁気回路に関して合理的な
構造を持っていると言える。Further, in the magnetic circuit of the rotary shaft projection type magnetic fluid seal rotary bearing, as can be understood from FIG. 6, from the axially magnetized permanent magnet (63) acting as a magnetomotive force, the air gap acting as a magnetic load. Since the magnetic path up to is far away via the yoke (64), the reluctance of the magnetic circuit is large and the magnetic loss is large. That is, in this rotary shaft projection type magnetic fluid seal rotary bearing, a strong magnetic field cannot be reasonably generated by the permanent magnet in the space where the magnetic fluid is held. On the other hand,
In the magnetic circuit of the bearing protrusion type magnetic fluid seal rotary bearing, as shown in FIG.
From 3) to the air gap where the magnetic field is concentrated, the reluctance of the magnetic circuit is small and the magnetic loss is small. That is, the magnetomotive force of the permanent magnet is concentrated in the void with high efficiency. That is, it can be said that the bearing protrusion type magnetic fluid seal bearing has a rational structure with respect to a magnetic circuit although the structure is complicated.
【０００８】以上、詳しく説明したとおり、従来の磁性
流体シール軸受けは、形状および重量が大きくなってし
まうことが共通の課題としてあげられ、また、磁気回路
の構造および機能に関して何れの方式においても一長一
短があり、バランスよく特性を発揮できていなかった。As described above in detail, the conventional magnetic fluid seal bearings have a common problem that the shape and weight are large. Further, regarding the structure and function of the magnetic circuit, there are advantages and disadvantages in any method. However, the characteristics could not be exhibited in a well-balanced manner.
【０００９】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、部品数が少なく、合
理的な磁気回路を備えており、さらには、製造が容易
な、新しい磁性流体シール回転軸受けを提供することを
課題としている。Therefore, the invention of this application has been made in view of the above circumstances, has a small number of parts, is equipped with a rational magnetic circuit, and is a new magnetic device which is easy to manufacture. It is an object to provide a fluid sealed rotary bearing.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、第１には、強磁性体から
なる回転軸と、動径方向に着磁した単数または複数の円
筒状永久磁石と、を備え、円筒状永久磁石を回転軸の外
周に配置することで、磁性流体をシールとして作用させ
るための円筒状磁気回路を回転軸の外周に形成すること
を特徴とする磁性流体シール回転軸受けを提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the invention of the present application is as follows. Firstly, a rotating shaft made of a ferromagnetic material and one or more cylinders magnetized in the radial direction. And a cylindrical permanent magnet arranged on the outer circumference of the rotary shaft, thereby forming a cylindrical magnetic circuit for causing the magnetic fluid to act as a seal on the outer circumference of the rotary shaft. A fluid sealed rotary bearing is provided.
【００１１】また、この出願の発明は、第２に、強磁性
体からなる回転軸と、動径方向に着磁した複数の円筒状
永久磁石と、を備え、複数の円筒状永久磁石を、それぞ
れの極性が交互となるように、回転軸の外周に一定の間
隔で配置することで、磁性流体をシールとして作用させ
るための円筒状磁気回路を回転軸の外周に形成すること
を特徴とする磁性流体シール回転軸受けを提供する。Secondly, the invention of this application is provided with a plurality of cylindrical permanent magnets, comprising a rotating shaft made of a ferromagnetic material and a plurality of cylindrical permanent magnets magnetized in the radial direction. A cylindrical magnetic circuit for causing the magnetic fluid to act as a seal is formed on the outer circumference of the rotary shaft by arranging them at regular intervals on the outer circumference of the rotary shaft so that their polarities alternate. A magnetic fluid sealed rotary bearing is provided.
【００１２】そして、この出願は、第３の発明の態様と
して、強磁性体からなる円筒状磁極片と、この円筒状磁
極片の外周に配置された動径方向に着磁した円筒状永久
磁石と、を一組としたものを複数連結することで形成さ
れた円筒状磁石連結体と、この円筒状磁石連結体の外周
に円筒状磁石連結体を固定するように配置された強磁性
体からなる円筒状継鉄と、円筒状磁石連結体の内周との
間にわずかの空隙を設けての配置された強磁性体からな
る回転軸と、を備え、磁性流体をシールとして作用させ
るための円筒形磁気回路を全体として閉じた系として形
成することを特徴とする磁性流体シール回転軸受けを提
供する。As a third aspect of the present invention, the present application provides a cylindrical magnetic pole piece made of a ferromagnetic material, and a radially magnetized cylindrical permanent magnet arranged on the outer periphery of the cylindrical magnetic pole piece. And a cylindrical magnet connecting body formed by connecting a plurality of sets, and a ferromagnetic body arranged to fix the cylindrical magnet connecting body on the outer periphery of the cylindrical magnet connecting body. And a rotating shaft made of a ferromagnetic material arranged with a slight gap provided between the inner circumference of the cylindrical magnet coupling body and the rotating shaft made of a ferromagnetic material. Provided is a magnetic fluid sealed rotary bearing characterized in that the cylindrical magnetic circuit is formed as a whole closed system.
【００１３】この出願の第４の発明は、円筒状磁極片、
円筒状永久磁石、および、継鉄の各接合面に、磁性流
体、磁気スラリー、または、接着剤のいずれか１つを含
浸展開させることを、第５の発明は、円筒状磁極片に対
向した回転軸の外周表面部位に、一周の環状突起、また
は、隣接して配置された複数周の環状突起を備えること
を、第６の発明は、環状突起の断面形状が、矩形、メサ
型、三角形、または、台形のいずれかであることを、ま
た、第７の発明は、回転軸の外周表面部位の環状突起と
円筒状磁極片との間に設けられた空隙に、磁性流体が充
填されていることを、それぞれ、特徴とする。そして、
この出願の第８の発明は、円筒状磁極片に対向した回転
軸の外周表面部位に、一周の環状溝、または、隣接して
配置された複数周の環状溝を備えることを、第９の発明
は、環状溝の断面形状が、矩形、メサ型、三角形、また
は、台形のいずれかであることを、また、第１０の発明
は、回転軸の外周表面部位の環状溝と円筒状磁極片との
間に設けられた空隙に、磁性流体が充填されていること
をそれぞれ特徴とする。A fourth invention of this application is a cylindrical pole piece,
According to the fifth aspect of the invention, the cylindrical permanent magnets and the yoke joint surfaces are impregnated and developed with one of magnetic fluid, magnetic slurry, or an adhesive. The sixth aspect of the present invention provides that the outer peripheral surface portion of the rotating shaft is provided with one round annular protrusion or a plurality of adjacent annular protrusions arranged adjacent to each other. Or a trapezoid, and a seventh aspect of the present invention is that a magnetic fluid is filled in a space provided between the annular projection and the cylindrical pole piece on the outer peripheral surface portion of the rotating shaft. That is, each is characterized. And
According to an eighth aspect of the present application, the outer peripheral surface portion of the rotating shaft facing the cylindrical magnetic pole piece is provided with a circular groove for one round or a plurality of circular grooves arranged adjacent to each other. According to the invention, the cross-sectional shape of the annular groove is either rectangular, mesa-shaped, triangular, or trapezoidal. The tenth invention is that the annular groove and the cylindrical magnetic pole piece on the outer peripheral surface portion of the rotating shaft. The magnetic fluid is filled in the space provided between the magnetic field and the magnetic field.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記のとおり
の特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態に
ついて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application has the characteristics as described above, and the embodiments thereof will be described below.
【００１５】この出願の発明である磁性流体シール回転
軸受けの実施の形態を図１〜３を用いて、詳しく述べ
る。An embodiment of a magnetic fluid seal rotary bearing according to the invention of this application will be described in detail with reference to FIGS.
【００１６】図１は、この出願の発明である磁性流体シ
ール回転軸受けの全体を示す断面図である。２個の玉軸
受け（８）で機械的に支えられた強磁性体からなる回転
軸（１）は、真空部分まで貫通しており、該軸受けが真
空フランジ（６）と真空ガスケット（７）により真空容
器壁に気密に接続される。この出願の発明において特徴
的であるのは、磁気回路部分である。FIG. 1 is a sectional view showing the entire magnetic fluid seal rotary bearing according to the invention of this application. The rotating shaft (1) made of a ferromagnetic material, which is mechanically supported by two ball bearings (8), penetrates to the vacuum portion, and the bearing is formed by the vacuum flange (6) and the vacuum gasket (7). Airtightly connected to the vacuum vessel wall. The magnetic circuit portion is characteristic of the invention of this application.
【００１７】図２は、この出願の発明である磁性流体シ
ール回転軸受けにおける磁気回路部分の拡大断面図であ
る。強磁性体からなる回転軸（２１）においては、その
外周面に沿って単数あるいは複数の環状突起（２９）が
設けられている。これらの環状突起の断面形状は、矩
形、メサ型、三角形、または、台形などから、適宜選択
される。環状突起の数が複数個である場合、１０個以上
隣接して配置されることが好適である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the magnetic circuit portion of the magnetic fluid seal rotary bearing according to the invention of this application. The rotating shaft (21) made of a ferromagnetic material is provided with a single or a plurality of annular protrusions (29) along the outer peripheral surface thereof. The cross-sectional shape of these annular protrusions is appropriately selected from a rectangle, a mesa shape, a triangle, a trapezoid, and the like. When the number of annular protrusions is plural, it is preferable that they are arranged adjacent to each other by 10 or more.
【００１８】この出願の発明である磁性流体シール回転
軸受けにおいて、磁気回路は、強磁性体からなる回転軸
（２１）の周囲に、強磁性体からなる円筒状磁極片（２
０）、動径方向に着磁した永久磁石（２２）、および、
強磁性体からなる継鉄（２４）を順次積み重ねることで
形成される。回転軸（２１）の表面に設けられた環状突
起（２９）と円筒状磁極片（２０）との間にわずかの空
隙を設けられている。In the magnetic fluid sealed rotary bearing according to the invention of this application, the magnetic circuit has a cylindrical magnetic pole piece (2) made of a ferromagnetic material around a rotary shaft (21) made of a ferromagnetic material.
0), a permanent magnet (22) magnetized in the radial direction, and
It is formed by sequentially stacking yokes (24) made of a ferromagnetic material. A slight gap is provided between the annular projection (29) provided on the surface of the rotating shaft (21) and the cylindrical magnetic pole piece (20).
【００１９】円筒状磁極片（２０）、永久磁石（２
２）、および、継鉄（２４）のそれぞれを接続する接続
面には、磁気スラリー、あるいは、磁性流体を、磁気回
路による磁気的吸引力の作用により、含浸展開させる。
また、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂のような耐
熱性気密充填性の樹脂を、それ自身の表面張力を用いて
含浸展開させてもよい。これらは接続面を通って外界の
気体が真空領域に漏れないように気密を高め、かつ、そ
れぞれの部材における熱膨張率の違いを緩衝するための
解決手段として作用するものである。Cylindrical pole pieces (20), permanent magnets (2
The magnetic slurry or the magnetic fluid is impregnated and developed on the connection surface connecting each of 2) and the yoke (24) by the action of the magnetic attraction force by the magnetic circuit.
Alternatively, a heat-resistant and airtight filling resin such as an epoxy resin or a polyimide resin may be impregnated and developed by using its own surface tension. These improve the airtightness so that the gas in the outside world does not leak to the vacuum region through the connecting surface, and act as a solution for buffering the difference in the coefficient of thermal expansion between the respective members.
【００２０】ここで、動径方向に着磁した永久磁石（２
２）は、内周面がＳ極、外周面がＮ極またはその逆にそ
れぞれ均一に磁極が分布し、磁力線が放射状に分布した
磁石のことである。この種の円筒状永久磁石は、ネオジ
ム−鉄−ホウ素系磁石合金、またはサマリウム−コバル
ト系磁石合金の熱間押し出し加工により、最近、製造が
可能となった。また、これらの磁石合金粉末を樹脂で固
めたボンド磁石と呼ばれる種類の磁石においても、射出
成型法により同様の特性をもつ磁石が、最近、製造可能
となった。この出願の発明においては、以上の最近の永
久磁石技術を、取り入れることにより、構成されたもの
である。Here, the permanent magnet (2
2) is a magnet in which magnetic poles are evenly distributed on the inner peripheral surface of the S pole and the outer peripheral surface of the N pole or vice versa, and the magnetic force lines are radially distributed. A cylindrical permanent magnet of this type has recently become possible to be manufactured by hot extrusion of a neodymium-iron-boron-based magnet alloy or a samarium-cobalt-based magnet alloy. In addition, even in magnets of a type called a bond magnet in which these magnet alloy powders are hardened with a resin, a magnet having similar characteristics can be manufactured recently by an injection molding method. The invention of this application is constructed by incorporating the above-mentioned recent permanent magnet technology.
【００２１】図２にあるように、永久磁石はそれぞれ逆
向きに着磁したもの２個を円筒状の非磁性体（２３）を
間にはさんで一組とし、それらを継鉄（２４）で連結し
て用いることが磁気回路として合理的である。回転軸を
密封するための磁性流体は磁極片（２０）と回転軸突起
（２９）との間に設けられた空隙を満たすように注入す
る。このようにすると、磁束は、一方の永久磁石（２
２） → 一方の磁極片（２０） → 一方の磁性流体
（２５） → 回転軸（２１） → 他方の磁性流体
（２５'） → 他方の磁極片（２０'） → 他方の永
久磁石（２２'）→ 継鉄（２４） → 一方の永久磁
石（２２）の順番で、最短距離での閉じた系を構成す
る。磁気回路の部材の接触面に、含浸展開させた磁気ス
ラリー、あるいは、磁性流体は、各部材を磁気的に連結
し、磁気回路のレラクタンスをより小さくするのに有効
である。このようにして形成される磁気回路は、極めて
バランスがよく、またレラクタンスが小さく、さらに
は、起磁力の損失が小さいため、小型の永久磁石を用い
た場合であっても、強い磁界を磁性流体に作用させるこ
とができる。同時に、熱減磁や衝撃減磁も小さくなり、
加熱および衝撃に対しても、高い安定性を示す。その結
果、磁性流体シール軸受けは従来型のものより小形軽
量、安価となり、特性も安定する。As shown in FIG. 2, the permanent magnets are magnetized in opposite directions, and two permanent magnets are grouped together with a cylindrical non-magnetic material (23) sandwiched between them, and they are joined to a yoke (24). It is rational as a magnetic circuit to use by connecting with. The magnetic fluid for sealing the rotating shaft is injected so as to fill the space provided between the magnetic pole piece (20) and the rotating shaft protrusion (29). In this way, the magnetic flux is generated by one permanent magnet (2
2) → one pole piece (20) → one magnetic fluid (25) → rotating shaft (21) → other magnetic fluid (25 ') → other pole piece (20') → other permanent magnet (22 ') ) → Yoke iron (24) → One permanent magnet (22) in this order to form a closed system with the shortest distance. The magnetic slurry impregnated and expanded on the contact surface of the member of the magnetic circuit or the magnetic fluid is effective for magnetically connecting the members and further reducing the reluctance of the magnetic circuit. The magnetic circuit formed in this way is extremely well-balanced, has a low reluctance, and has a small loss of magnetomotive force. Therefore, even if a small permanent magnet is used, a strong magnetic field can be generated in the magnetic fluid. Can be applied to. At the same time, thermal demagnetization and shock demagnetization are reduced,
It also shows high stability against heat and shock. As a result, the magnetic fluid sealed bearing becomes smaller, lighter and cheaper than the conventional type, and the characteristics are stable.
【００２２】なお、図３に示したように、回転軸（３
１）において、その外周面に断面が矩形となる部分を残
し、単数あるいは複数の環状溝（３９）を彫り込んで
も、以上で説明した磁気回路の作用効果と同一の作用効
果が得られる。外周面に彫り込まれる溝は断面が、メサ
型、三角形、または、台形となる部分を残すように彫り
込まれたものであってもよい。As shown in FIG. 3, the rotary shaft (3
In 1), even if a single or a plurality of annular grooves (39) are engraved while leaving a portion having a rectangular cross section on the outer peripheral surface, the same effect as the effect of the magnetic circuit described above can be obtained. The groove engraved on the outer peripheral surface may be engraved so as to leave a portion having a mesa shape, a triangle shape, or a trapezoidal cross section.
【００２３】環状突起を用いるか、または、環状溝を用
いるかに関しては、それぞれこの出願の発明の磁性流体
シール回軽軸受けを機器に組み込む際の適合性や容易性
を考慮して適宜好適な方が選択されるものである。As to whether to use the annular projection or the annular groove, a suitable one is appropriately selected in consideration of suitability and easiness in incorporating the magnetic fluid seal rotary light bearing of the invention of this application into a device. Is the one that is selected.
【００２４】この出願の発明は、以上の特徴を持つもの
であるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明す
る。Although the invention of this application has the above-mentioned features, the following examples will be given to explain it more specifically.
【００２５】[0025]
【実施例】実施例１
以上の実施の形態で説明したこの出願の発明である磁性
流体シール回転軸受けに関して、図１および図２を用い
て、具体的な実施例を示す。強磁性体からなる回転軸
（１）は、ステンレススチールＳＵＳ４３０製の外形１
０ｍｍの棒状であり、その外周面に高さ０．５ｍｍ、幅
０．４ｍｍの断面が矩形の形状をもつ環状突起（９）
が、１ｍｍ間隔で１０段設けられている。軟銅製の内径
１１．２ｍｍ、外径１３．８ｍｍ未満の円筒状磁極片
（１１）と、これに外接するように内径１３．８ｍｍ、
外径１７．８ｍｍの永久磁石（１２）を配置し、軸受け
側の磁気回路の左側を構成した。永久磁石（１２）は、
ネオジム−鉄−ホウ素合金からなる熱間押出し異方性磁
石を動径方向に着磁したものである。さらに、反対向き
に着磁した永久磁石を用いて、同様な部材を作製し、磁
気回路の右側を構成し、左右の磁気回路の間にＡ５０８
３耐食アルミニウム合金円筒を介挿させることにより、
両者を５ｍｍ隔てて、強磁性体であるステンレススチー
ルＳＵＳ６３０製の内径１７．８ｍｍ、外径２２ｍｍの
円筒状継鉄（１４）に挿入した。この磁気回路を、図１
に示した真空フランジ（６）付きの軸受けハウジングに
真空ガスケットを用い気密性を保って組み込み、さら
に、回転軸（１）を環状突起（９）と円筒状磁極片（１
１）が対向するように、また両者の間に０．１ｍｍの空
隙を設けて、玉軸受け（９）を用いて機械的に固定する
ことで、回転の自由を残した。なお、組立の過程でフッ
素油ベース超高真空用磁性流体（５）を空隙に注入し、
磁性流体シールとした。また、同質のフッ素油べース超
高真空用磁気スラリーを円筒状磁極片（１１）と永久磁
石（１２）の界面、および、永久磁石（１２）と継鉄
（４）の界面に含浸させ、両界面の気密を形成した。 EXAMPLE 1 A specific example of the magnetic fluid seal rotary bearing according to the invention of this application described in the above embodiments will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The rotating shaft (1) made of a ferromagnetic material has an outer shape 1 made of stainless steel SUS430.
An annular protrusion (9) having a 0 mm rod shape and a 0.5 mm height and 0.4 mm width rectangular cross section on its outer peripheral surface.
Are provided in 10 steps at 1 mm intervals. A cylindrical pole piece (11) made of annealed copper and having an inner diameter of 11.2 mm and an outer diameter of less than 13.8 mm, and an inner diameter of 13.8 mm so as to circumscribe it.
A permanent magnet (12) having an outer diameter of 17.8 mm was arranged to form the left side of the magnetic circuit on the bearing side. The permanent magnet (12)
A hot-extruded anisotropic magnet made of a neodymium-iron-boron alloy is magnetized in the radial direction. Further, using a permanent magnet magnetized in the opposite direction, a similar member is manufactured to form the right side of the magnetic circuit, and A508 is provided between the left and right magnetic circuits.
3 By inserting a corrosion resistant aluminum alloy cylinder,
Both of them were separated by 5 mm and were inserted into a cylindrical yoke (14) made of a stainless steel SUS630, which is a ferromagnetic material, having an inner diameter of 17.8 mm and an outer diameter of 22 mm. This magnetic circuit is shown in FIG.
The bearing housing with the vacuum flange (6) shown in Fig. 6 is installed in a hermetically sealed manner by using a vacuum gasket, and the rotary shaft (1) is attached to the annular projection (9) and the cylindrical pole piece (1
1) were opposed to each other, a 0.1 mm gap was provided between them, and they were mechanically fixed using a ball bearing (9) to leave freedom of rotation. In the process of assembly, the magnetic fluid (5) for fluorine oil-based ultra-high vacuum was injected into the void,
A magnetic fluid seal was used. Further, the same quality fluorine oil base ultra-high vacuum magnetic slurry is impregnated into the interface between the cylindrical pole piece (11) and the permanent magnet (12) and the interface between the permanent magnet (12) and the yoke (4). , Formed airtightness of both interfaces.
【００２６】以上の磁性流体シール回転軸受けを、磁性
流体シール回転軸真空試験装置を用い、１気圧の圧力差
のもとで試験した結果、毎分２０，０００回転以上の回
転数で、１０-6Ｐａの真空度を維持した結果、真空漏れ
は検出されなかった。さらに、３０００時間以上の連続
運転の後でも、また１５０℃の１０回の加熱サイクルを
経た後でも気密性の破壊は発生しなかった。実施例２
次いで、図３に示した環状溝付き回転軸を備える構成に
対して、実施例１と同様にして試験を行った。図３に示
すとおり、外周面に断面が高さ０．５ｍｍ、幅０．４ｍ
ｍの矩形の突起を１ｍｍ間隔に１０個残すように、外周
面を削り込んだ外径１１．０ｍｍの回転軸（３１）を形
成し、それ以外の構成は、実施例１と同様の構成とし
た。回転軸の製作は、実施例１のものよりやや容易であ
った。試験結果は実施例１とほとんど等価であり、特筆
する差異は認められず、この出願の発明である磁性流体
シール回転軸受けの高いシーリング特性が示された。The above magnetic fluid seal rotary bearing was tested using a magnetic fluid seal rotary shaft vacuum tester under a pressure difference of 1 atm, and as a result, at a rotational speed of 20,000 rpm or more, 10 − As a result of maintaining the degree of vacuum of 6 Pa, no vacuum leak was detected. Furthermore, no breakage of the airtightness occurred even after continuous operation for 3000 hours or more, or after 10 heating cycles at 150 ° C. Example 2 Next, a test was performed in the same manner as in Example 1 with respect to the configuration including the rotary shaft with an annular groove shown in FIG. As shown in FIG. 3, the outer peripheral surface has a height of 0.5 mm and a width of 0.4 m.
A rotation shaft (31) having an outer diameter of 11.0 mm is formed by cutting the outer peripheral surface so as to leave 10 m-shaped rectangular protrusions at 1 mm intervals, and other configurations are similar to those of the first embodiment. did. The manufacture of the rotating shaft was slightly easier than that of the first embodiment. The test results were almost equivalent to those of Example 1, and no remarkable difference was observed, showing the high sealing characteristics of the magnetic fluid seal rotary bearing according to the invention of this application.
【００２７】[0027]
【発明の効果】この出願の発明によって、以上詳しく説
明したとおり、部品数が少なく、合理的な磁気回路を備
えており、さらには、製造が容易な、新しい磁性流体シ
ール回転軸受けが提供される。As described in detail above, the invention of the present application provides a new magnetic fluid seal rotary bearing which has a small number of parts, has a rational magnetic circuit, and is easy to manufacture. .
【００２８】この出願の発明の磁性流体シール回転軸受
けは、合理的な磁気回路を形成し、小さい永久磁石を用
いても、強い磁界を磁性流体部分に作用させることがで
き、さらには、全体構成が小型軽量なものとなる。ま
た、この出願の発明の磁性流体シール回転軸受けを構成
する部品数は少ないため、製造および保守が容易であ
る。この出願の発明の磁性流体シール回転軸受けに用い
られる希土類磁石は少量ですむため、原材料費も安くな
り、製造工程が簡潔なことと合わせて、全製造コストが
低減されるものと考えられる。さらには、この出願の発
明の磁性流体シール回転軸受けにおいては、不具合が発
生する頻度も少なく、不具合の修復も容易であるため、
維持運転経費が節減されることも期待される。The magnetic fluid seal rotary bearing of the invention of the present application forms a rational magnetic circuit, and even if a small permanent magnet is used, a strong magnetic field can be applied to the magnetic fluid portion. Is small and lightweight. Moreover, since the magnetic fluid seal rotary bearing of the invention of this application has a small number of parts, it is easy to manufacture and maintain. It is considered that the amount of rare earth magnet used in the magnetic fluid seal rotary bearing of the invention of this application is small, the raw material cost is low, the manufacturing process is simple, and the total manufacturing cost is reduced. Furthermore, in the magnetic fluid seal rotary bearing of the invention of this application, a defect occurs less frequently, and the defect can be easily repaired.
It is also expected that maintenance and operation costs will be reduced.
【図１】 この出願の発明の磁性流体シール回転軸受け
の構成について示した概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a magnetic fluid seal rotary bearing of the invention of this application.
【図２】 この出願の発明の磁性流体シール回転軸受け
の構成について示した概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a magnetic fluid seal rotary bearing of the invention of this application.
【図３】 この出願の発明の磁性流体シール回転軸受け
の構成について示した概要図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a magnetic fluid seal rotary bearing of the invention of this application.
【図４】 従来技術である磁性流体シール回転軸受けの
原理について示した概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the principle of a magnetic fluid seal rotary bearing which is a conventional technique.
【図５】 従来技術である磁性流体シール回転軸受けの
構成について示した概要図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a magnetic fluid seal rotary bearing which is a conventional technique.
【図６】 従来技術である磁性流体シール回転軸受けの
構成について示した概要図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a magnetic fluid seal rotary bearing which is a conventional technique.
【図７】 従来技術である磁性流体シール回転軸受けの
構成について示した概要図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a magnetic fluid seal rotary bearing which is a conventional technique.
【図８】 従来技術である磁性流体シール回転軸受けの
構成について示した概要図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a magnetic fluid seal rotary bearing which is a conventional technique.
１ 回転軸 ４ 継鉄 ５ 磁性流体または磁気スラリー ６ 真空フランジ ７ 真空ガスケット ８ 玉軸受け ９ 環状突起 １１ 円筒状磁極片 １２ 動径方向着磁永久磁石 ２０ 円筒状磁極片 ２１ 回転軸 ２２ 動径方向着磁永久磁石 ２３ 非磁性体スペーサ ２４ 継鉄 ２５ 磁性流体または磁気スラリー ２９ 環状突起 ３０ 円筒状磁極片 ３１ 回転軸 ３２ 動径方向着磁永久磁石 ３３ 非磁性体スペーサ ３４ 継鉄 ３５ 磁性流体または磁気スラリー ３９ 環状溝 ４１ 回転軸 ４２ 円盤状磁極片 ４３ 軸方向着磁永久磁石 ４４ 継鉄 ４５ 磁性流体または磁気スラリー ５１ 回転軸 ５３ 軸方向着磁永久磁石 ５４ 継鉄 ５５ 磁性流体または磁気スラリー ５６ 真空フランジ ５７ 真空ガスケット ５８ 玉軸受け ５９ 環状突起 ６１ 回転軸 ６３ 軸方向着磁永久磁石 ６４ 継鉄 ６５ 磁性流体または磁気スラリー ６９ 環状突起 ７１ 回転軸 ７３ 軸方向着磁永久磁石 ７４ 継鉄 ７５ 磁性流体または磁気スラリー ７６ 真空フランジ ７７ 真空ガスケット ７８ 玉軸受け ８０ 軸受け突起 ８１ 回転軸 ８３ 軸方向着磁永久磁石 ８４ 継鉄 ８５ 磁性流体または磁気スラリー 1 rotation axis 4 yoke 5 Magnetic fluid or magnetic slurry 6 vacuum flange 7 Vacuum gasket 8 ball bearings 9 annular protrusion 11 Cylindrical pole pieces 12 Radially magnetized permanent magnet 20 Cylindrical pole pieces 21 rotation axis 22 Radially magnetized permanent magnet 23 Non-magnetic spacer 24 Yoke 25 Magnetic fluid or magnetic slurry 29 annular protrusion 30 Cylindrical pole pieces 31 rotation axis 32 Radially magnetized permanent magnet 33 Non-magnetic spacer 34 Yoke 35 Magnetic fluid or magnetic slurry 39 annular groove 41 rotation axis 42 Disc-shaped magnetic pole piece 43 Axial magnetized permanent magnet 44 Yoke 45 Magnetic fluid or magnetic slurry 51 rotation axis 53 Axial magnetized permanent magnet 54 Yoke 55 Magnetic fluid or magnetic slurry 56 vacuum flange 57 Vacuum gasket 58 ball bearings 59 annular protrusion 61 rotation axis 63 Axial magnetized permanent magnet 64 Yoke 65 Magnetic fluid or magnetic slurry 69 annular protrusion 71 rotation axis 73 Axial magnetized permanent magnet 74 Yoke 75 Magnetic fluid or magnetic slurry 76 vacuum flange 77 Vacuum gasket 78 ball bearings 80 Bearing protrusion 81 rotation axis 83 Axial magnetized permanent magnet 84 Yoke 85 Magnetic fluid or magnetic slurry
Claims (10)
着磁した単数または複数の円筒状永久磁石と、を備え、
円筒状永久磁石を回転軸の外周に配置することで、磁性
流体をシールとして作用させるための円筒状磁気回路を
回転軸の外周に形成することを特徴とする磁性流体シー
ル回転軸受け。1. A rotating shaft made of a ferromagnetic material, and one or a plurality of cylindrical permanent magnets magnetized in a radial direction,
A magnetic fluid sealed rotary bearing, wherein a cylindrical magnetic circuit for causing a magnetic fluid to act as a seal is formed on the outer circumference of the rotary shaft by disposing a cylindrical permanent magnet on the outer circumference of the rotary shaft.
着磁した複数の円筒状永久磁石と、を備え、複数の円筒
状永久磁石を、それぞれの極性が交互となるように、回
転軸の外周に一定の間隔で配置することで、磁性流体を
シールとして作用させるための円筒状磁気回路を回転軸
の外周に形成することを特徴とする磁性流体シール回転
軸受け。2. A rotating shaft made of a ferromagnetic material, and a plurality of cylindrical permanent magnets magnetized in the radial direction, wherein the plurality of cylindrical permanent magnets have alternating polarities. A magnetic fluid seal rotary bearing, wherein a cylindrical magnetic circuit for causing a magnetic fluid to act as a seal is formed on the outer circumference of the rotary shaft by arranging the magnetic fluid on the outer circumference of the rotary shaft at regular intervals.
円筒状磁極片の外周に配置された動径方向に着磁した円
筒状永久磁石と、を一組としたものを複数連結すること
で形成された円筒状磁石連結体と、この円筒状磁石連結
体の外周に円筒状磁石連結体を固定するように配置され
た強磁性体からなる円筒状継鉄と、円筒状磁石連結体の
内周との間にわずかの空隙を設けての配置された強磁性
体からなる回転軸と、を備え、磁性流体をシールとして
作用させるための円筒形磁気回路を全体として閉じた系
として形成することを特徴とする請求項１記載の磁性流
体シール回転軸受け。3. A plurality of sets of a set of a cylindrical magnetic pole piece made of a ferromagnetic material and a cylindrical permanent magnet magnetized in the radial direction and arranged on the outer circumference of the cylindrical magnetic pole piece are connected. A cylindrical magnet connecting body formed by the above, a cylindrical yoke made of a ferromagnetic material arranged so as to fix the cylindrical magnet connecting body on the outer periphery of the cylindrical magnet connecting body, and a cylindrical magnet connecting body A rotating shaft made of a ferromagnetic material arranged with a slight gap between the cylindrical magnetic circuit and the inner circumference of the magnetic disk, and forming a cylindrical magnetic circuit as a whole for causing the magnetic fluid to act as a seal. The magnetic fluid seal rotary bearing according to claim 1, wherein:
び、継鉄の各接合面に、磁性流体、磁気スラリー、また
は、接着剤のいずれか１つを含浸展開させることを特徴
とする請求項３記載の磁性流体シール回転軸受け。4. The magnetic pole piece, the cylindrical permanent magnet, and the joint surface of the yoke are impregnated and developed with one of magnetic fluid, magnetic slurry, and an adhesive. Item 3. A magnetic fluid seal rotary bearing according to Item 3.
面部位に、一周の環状突起、または、隣接して配置され
た複数周の環状突起を備えることを特徴とする請求項３
または４の磁性流体シール回転軸受け。5. The circular protrusion of one round or the circular protrusions of plural rounds arranged adjacent to each other is provided on the outer peripheral surface portion of the rotating shaft facing the cylindrical magnetic pole piece.
Or 4 magnetic fluid sealed rotary bearing.
三角形、または、台形のいずれかであることを特徴とす
る請求項５記載の磁性流体シール回転軸受け。6. The cross-sectional shape of the annular protrusion is rectangular, mesa-shaped,
The magnetic fluid seal rotary bearing according to claim 5, wherein the rotary bearing has a triangular shape or a trapezoidal shape.
状磁極片との間に設けられた空隙に、磁性流体が充填さ
れていることを特徴とする請求項５または６の磁性流体
シール回転軸受け。7. A magnetic fluid seal according to claim 5, wherein a magnetic fluid is filled in a gap provided between the annular projection on the outer peripheral surface portion of the rotating shaft and the cylindrical magnetic pole piece. Rotating bearing.
面部位に、一周の環状溝、または、隣接して配置された
複数周の環状溝を備えることを特徴とする請求項３また
は４の磁性流体シール回転軸受け。8. The circular groove of one round or a plurality of circular grooves arranged adjacent to each other is provided at the outer peripheral surface portion of the rotating shaft facing the cylindrical magnetic pole piece. Magnetic fluid seal rotary bearing.
角形、または、台形のいずれかであることを特徴とする
請求項８記載の磁性流体シール回転軸受け。9. The magnetic fluid seal rotary bearing according to claim 8, wherein the sectional shape of the annular groove is any one of a rectangle, a mesa type, a triangle, and a trapezoid.
状磁極片との間に設けられた空隙に、磁性流体が充填さ
れていることを特徴とする請求項８または９の磁性流体
シール回転軸受け。10. The magnetic fluid seal according to claim 8, wherein a magnetic fluid is filled in a gap provided between the annular groove on the outer peripheral surface portion of the rotating shaft and the cylindrical magnetic pole piece. Rotating bearing.
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