本发明涉及一种例如在高温环境下使用的磁性流体密封件。
背景技术：
以往，作为寿命长且洁净的高性能密封件公知有一种磁性流体密封件。该磁性流体密封件在要求节省维护且需要清洁的环境氛围的半导体、液晶的制造工序、针对它们的各种涂覆·蚀刻工序中被广泛使用。
磁性流体密封件利用由形成在磁极构件和旋转轴之间的磁性流体形成的密封膜将流体机械的壳体和旋转轴之间的间隙密封，所述磁极构件保持在固定于流体机械的壳体上的外筒构件的内部。
虽然在这些磁性流体密封件上形成有密封膜，但是在密封于流体机械中的流体例如是高温气体的情况下，热量自高温气体向外筒构件传导，外筒构件的内部的磁极构件的温度逐渐上升，从而磁性流体的密封膜的温度上升，若该温度上升过度，则有时磁性流体的基础液蒸发，无法保持密封膜的密封性。考虑到这样的热量的影响，提出了在外筒构件的比密封膜靠机内侧的位置设置供气路径和排气路径来防止高温气体靠近、接触密封膜的磁性流体密封件。(参照专利文献1)
若如上所述设置供气路径和排气路径，使气体自供气路径流入外筒构件的内部，则形成经由旋转轴和外筒构件之间的空间向排气路径折回并流下的气流，因此，能够在旋转轴和外筒构件之间形成朝向机内侧的气流，由此，高温气体朝向密封膜的移动被切断。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-263949号(第5页，图2)
技术实现要素：
发明要解决的问题
然而，若如上所述朝向旋转轴供给气体，生成朝向机内侧的气流，虽然能够防止高温气体靠近密封膜，但沿着旋转轴传导至密封膜的热量蓄积在磁极构件而无法充分地散热，使得密封膜的温度逐渐上升，可能导致密封膜的基础液蒸发。
本发明即是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种磁性流体密封件，该磁性流体密封件即使在热量自旋转轴传导至密封膜的情况下，也能借助磁极构件将密封膜冷却，使得密封膜的寿命较长。
用于解决问题的方案
本发明的磁性流体密封件包括：
外筒构件，其在内部收纳自流体机械的壳体延伸来的旋转轴；
磁极构件，其收纳于所述外筒构件，并且配置在所述旋转轴的周围，该磁极构件形成磁路；以及
密封膜，其由磁性流体形成在轴向上，该密封膜与所述磁路磁连接，且配置在所述磁极构件和所述旋转轴之间，
该磁性流体密封件的特征在于，
具有供气路径，该供气路径使来自外部的气体朝向所述磁极构件流出。
根据该特征，自供气路径朝向磁极构件流出的气体与磁极构件的轴向端面接触，通过热交换来使磁极构件冷却，因此，能够借助磁极构件将传导至密封膜的热量去除。
上述技术方案所述的机械密封件的特征在于，
所述供气路径是喷嘴，
所述喷嘴朝向由所述外筒构件的轴向内端面和所述磁极构件的轴向端面形成的、沿周向扩展的轴向间隙。
根据该特征，自喷嘴流出的气体在轴向间隙中沿周向扩展并与磁极构件接触，能够使冷却效果均匀。
该磁性流体密封件的特征在于，所述轴向间隙与在所述旋转轴和所述外筒构件之间形成的径向间隙相连通。
根据该特征，自供气路径流出的气体在与磁极构件进行了热交换之后，在旋转轴和外筒构件之间的空间内向轴向机内侧流下，因此在将机内侧的高温气体向机内侧推回的方向上产生气流，能够防止高温气体沿着旋转轴向大气侧移动并与密封膜接触，从而能够抑制高温气体对密封膜造成的热影响。
该磁性流体密封件的特征在于，所述外筒构件具有用于冷却该外筒构件的冷却部件，
在轴向上按照所述轴向间隙、所述磁极构件以及所述冷却部件的顺序进行设置。
根据该特征，利用磁极构件的大气侧的冷却部件和机内侧的供气路径在轴向上夹着所述磁极构件，从而能够发挥显著的冷却效果。
该磁性流体密封件的特征在于，在所述旋转轴上配置有轴承构件，该轴承构件以所述旋转轴和所述外筒构件能够相对旋转的方式保持所述旋转轴和所述外筒构件，按照所述轴向间隙、所述磁极构件、所述冷却部件以及所述轴承构件的顺序进行配置。
根据该特征，也能够将冷却部件的冷却作用施加于轴承构件，能够抑制密封装置整体由于热量的影响而产生不良。
附图说明
图1是实施例1中的本发明的磁性流体密封件的主视剖视图。
图2是说明实施例1中的气体的流动的局部放大图。
具体实施方式
以下，基于实施例说明用于实施本发明的磁性流体密封件的方式。另外，在以下的说明中，将图1中的左右方向定义为磁性流体密封件的轴向，将上下方向定义为磁性流体密封件的径向，并且，将轴向左侧定义为轴向机内侧，将轴向右侧定义为轴向大气侧。
实施例1
首先，说明实施例1的磁性流体密封件的结构。
如图1所示，本发明的磁性流体密封件1具有密封部13，该密封部13作为用于发挥主要功能的构件，是由以下的构件构成的，即：磁极构件6a、6b，其安装于流体机械的旋转轴2；磁力产生部件7，其设置于该磁极构件6a和磁极构件6b之间，能够在磁极构件6a、6b上形成磁极；以及磁性流体10a、10b，其能够沿着形成于磁极构件6a、6b和旋转轴2之间的磁路形成密封膜m、m。这样构成为：通过利用沿着旋转轴2形成的密封膜m、m对磁性流体密封件1的旋转轴2和安装在流体设备的壳体(未图示)上的外筒构件3之间的间隙进行密封，能够将密封在流体设备内的气体等(包括真空)密封。
此外，作为密封部13的结构，磁极构件6a在隔着套环17的状态下抵靠在与外筒构件3(详细内容见后述)的外筒部3b的内部的轴向端面相当的抵接面3ds上，磁极构件6a、6b以在其外周插入有o形密封圈11b的状态嵌入到外筒部3b的内部。另外，与密封部13的位于轴向大气侧的磁极构件6b抵接地嵌入有隔离件8，并且在隔离件8的轴向大气侧嵌入有一组轴承5。此外，轴承5的内圈还在轴向上与旋转轴2的扩径部即轴承凸缘2a抵接，并与该轴承5的外圈、滚动体一同处于外筒构件3和旋转轴2的径向上，保持为旋转轴2能够相对于外筒构件3顺畅地相对旋转。
此外，在轴承5的轴向大气侧，防松螺母14通过螺纹结合而固定于旋转轴2的终端，由此，在将轴承5的内圈向轴向机内侧按压了的状态下将密封部13固定于外筒构件3的外筒部3b的内部。此外，在轴承5的外圈的轴向大气侧嵌合有端盖4，该端盖4利用六角螺栓12b固定于外筒部3b。另外，在旋转轴2的端面利用六角螺栓12c固定有用于检测旋转轴2的旋转状态的编码器构件16，利用设置于端盖4的电设备15(光电传感器等)检测旋转的位置、旋转中心等的位置。另外，该电设备15一般由不耐热的零件构成。
接着，外筒构件3是金属制，其凸缘部3a、外筒部3b以及小径部3c构成，该凸缘部3a能安装于流体设备的壳体，该外筒部3b在内部设有密封部13、隔离件8以及轴承5，该小径部3c形成于凸缘部3a和外筒部3b之间且在径向上直径较小。凸缘部3a是在径向上直径较大的圆盘状，其在能固定于流体设备的壳体的安装面3as侧设有o形密封圈11c，且在周向上设有多个安装孔3e。此外，在外筒部3b的外周且是在磁极构件6b和轴承5之间的轴向大致中央的位置，沿着周向设有截面呈凹状的冷却槽3d，冷却槽3d在插入有o形密封圈11a的状态下利用外筒罩9保持为液密状态。
在此，在外筒罩9的周向上的预定位置设有具备流入口9b的固定构件9a。利用插入到该固定构件9a的六角螺栓12a将固定构件9a固定于凸缘部3a，从而将外筒罩9固定于外筒部3b的外周部。
此外，成为这样的结构：通过使冷却液从固定构件9a的流入口9b流入冷却槽3d，能够发挥后述的冷却作用。
其次，在凸缘部3a的径向端面设有使高压气体g流入的气体端口18。构成为：该气体端口18经由在凸缘部3a的内部由径向路径以及与该径向路径连通的轴向路径构成的气体流路19(供气路径)连通至供气口20，自气体端口18流入外筒构件3内部的高压气体自供气口20朝向磁极构件6a的轴向机内侧端面6as排出。另外，作为高压气体，能够采用化学性稳定的氩气、氮气。
接着，说明磁性流体密封件1的温度状态。
流体机械有时以在内部密封高温气体的方式被使用，这样的高温气体在机内的温度变为规定的温度以下时会从气体变为固体，生成副产物。由于该副产物的生成，副产物有时会因附着于密封膜m、m的周围而进入密封膜m、m，导致密封膜m、m的密封性变差，并且在流体机械是制造设备的情况下，会导致利用制造设备制造成的制造物的品质劣化，因此，需要保持为高于规定的温度tg的温度。该规定的温度tg根据流体机械所密封的气体的种类而有所不同，在本说明中设定为tg＞150℃。
在此，如图1所示，磁性流体密封件1的设置于轴向机内侧的凸缘部3a与流体机械的壳体抵接地被固定。此外，旋转轴2从流体机械的内部连续地延伸设置。并且，在流体机械的内部和磁性流体密封件1的密封膜m、m之间充满了密封流体。有时流体机械的内部的热量会传导到磁性流体密封件1，该热量会给磁性流体密封件1带来不良影响。
在此，在磁性流体密封件1中，形成密封膜m、m的磁性流体10a、10b是由具有磁性的强磁性细颗粒、覆盖该强磁性细颗粒的表面的表面活性剂以及由水、油形成的基础液这三者构成的溶液。
而且，磁性流体10a、10b在高温环境下作为基础液的水、油蒸发，不能保持作为液体的状态而失去了流动性，从而因与旋转轴2的外周面之间的摩擦而截断密封膜m、m，成为不能维持磁性流体10的密封膜m、m的密封性的状态。为了防止该状况，需要将磁性流体10始终保持为低于耐热温度ts的温度。该耐热温度ts也根据磁性流体的种类而有所不同，在本说明中设定为ts＜150℃。
此外，在径向上保持旋转轴2和外筒部3b的轴承5也有时会受到由热量导致耐久性变差这样的不良影响、由热量导致变形而使得旋转精度不够这样的不良影响。为了防止该状况，需要始终将轴承5保持为低于耐热温度tb的温度。该耐热温度tb根据轴承所采用的结构零件的材质而有所不同，在本说明中设定为tb＜100℃。此外，在旋转检测的精度方面，用于检测旋转位置、旋转中心等的位置的电设备零件也同样地，当接受电设备15的耐热温度以上的热量时，存在旋转检测的精度不够、不能用作流体设备的可能。
接着，详细说明热量从流体机械向磁性流体密封件1的传导作用，作为热传导的主要路径，作为第一个路径，存在以下这样的经由外筒构件3的固体热传导，即：热量从凸缘部3a向外筒部3b传导，热量从外筒部3b向磁极构件6传导，热量从磁极构件6向磁性流体10传导。接着，作为第二个路径，存在热量从旋转轴2向磁性流体10传导这样的经由旋转轴2的固体热传导。并且，作为第三个路径，存在热量从旋转轴2和外筒构件3之间的间隙经由高温气体v向磁性流体10传导这样的经由密封流体的气体热传导。此外，这些热传导是同时发生的现象。另外，严格来说，还存在由热辐射引起的热传导的路径，但由于其影响较小，因此省略说明。
在此，作为影响比较大的热传导的路径，例举出第三个路径，即热量自旋转轴2和外筒构件3之间的间隙经由高温气体v向磁性流体10传导这样的经由密封流体的气体热传导。其理由在于，与其他的传导路径不同，作为密封流体的高温气体会直接与作为密封膜m、m的磁性流体10a、10b接触。
在这方面，在本发明的磁性流体密封件1中，在凸缘部3a的径向端面设有使高压气体g流入的气体端口18，因此，能够夺走通过第三个传导路径传导至密封膜m、m的热量。
对该高压气体g的流动进行详细说明，如图2所示，在凸缘部3a的轴向机内侧且是在未图示的流体机械的内部充满了高温气体v。在该状态下，当使高压气体g自气体端口18流入时，高压气体g在气体流路19中沿径向流下之后，其流动方向被变换成轴向。并且，高压气体g自在位于外筒部3b的轴向机内侧的抵接面3ds设置的供气口20，朝向磁极构件6a的轴向机内侧端面6as放出到轴向间隙a1内。该轴向间隙a1是磁极构件6a和抵接面3ds相对的空间，成为在轴向上具有与夹装的套环17的厚度相对应的宽度的空间。
像这样，高压气体g朝向轴向机内侧端面6as放出，从而通过热交换夺走磁极构件6a的热量，因此，由与磁极构件6a接触的磁性流体10a形成的密封膜m的热量经由磁极构件6a被高压气体g夺走，能够防止密封膜m的温度上升。由此，能够抑制形成密封膜m的磁性流体10a的基础液的蒸发，能够长期维持密封性。
另外，轴向间隙a1沿着旋转轴2形成于周向，因此，放出到轴向间隙a1的高压气体g逐渐沿着磁极构件6a的轴向机内侧端面6as的周向流下。因此，冷却作用能够在轴向机内侧端面6as的整周上施加于磁极构件6a，能够使冷却效果均匀。
其次，轴向间隙a1与形成在旋转轴2、外筒构件3的凸缘部3a的内周面之间的径向间隙a2相连通，沿着轴向间隙a1的周向流下的高压气体g逐渐向径向间隙a2流下，并向位于轴向机内侧的流体机械的机内流下。像这样高压气体g经过径向间隙a2向机内侧流下，从而与旋转轴2接触，将自高温气体v传导来的旋转轴2的热量夺走，并且在径向间隙a2内形成朝向轴向机内侧的高压气体g的气流。该高压气体g的朝向轴向机内侧的气流与高温气体v的靠近密封膜m、m的附近的气流相对，因此，能够防止高温气体v向密封膜m、m的附近移动。
此外，对于本发明的磁性流体密封件1，在外筒构件3的外筒部3b上且是在轴向上的磁极构件6b和轴承5之间设有作为冷却部件的冷却槽3d。因此，能够利用在冷却槽3d中流动的冷却液将密封部13以及轴承5冷却，因此不受高温机内侧的影响，将左右的磁性流体10a、10b的温度环境维持在接近的状态，容易地进行适度冷却。
此外，通过使耐热温度tb低于磁性流体10的耐热温度ts的轴承5位于冷却槽3d的轴向大气侧，从而成为易于防止轴承5的温度上升的结构。
在此，考虑到冷却部件对密封流体产生的影响，需要防止如下情况的发生，即：在冷却部件的冷却效果作用下，充满到比磁性流体10a靠轴向机内侧的位置的作为密封流体的高温气体的温度下降到低于150℃，由此生成副产物。优选的是，考虑到这一点，来决定冷却槽3d的轴向的位置、冷却水的流量。更具体而言，需要以tg为150℃以上的方式决定高温气体的温度，以ts＜150℃、tb＜100℃的方式决定冷却槽3d的轴向的位置、冷却水的流量。
以上，根据附图说明了本发明的实施例，但具体的结构并不限定于这些实施例，不脱离本发明的主旨的范围内的变更、追加也包含在本发明中。
例如，在上述实施例中，对于设置一处供气口20的例子进行了说明，但不限于该方式，也可以将多个供气口20分别设置在抵接面3ds的周向上的多个位置，与此相伴地，也可以设置多个气体端口18、气体流路19。
另外，对于自供气口20供给的高压气体20的流动方向是与磁极构件6a正交的方向的情况进行了说明，但也可以是带有其他方向例如周向成分地朝向磁极构件6a流动。在该情况下，能够在周向上均匀地供给高压气体g。
附图标记说明
1磁性流体密封件、2旋转轴、3外筒构件、3a凸缘部、3b外筒部、3d冷却槽(冷却部件)、5轴承(轴承构件)、6磁极构件、6as轴向机内侧端面、7磁力产生部件、10磁性流体、18气体端口、19气体流路(供气路径)、20供气口、a1轴向间隙、a2径向间隙、m密封膜、g高压气体、v高温气体。