JP2003314705A - 磁性流体を利用した密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で耐熱性を備えた信頼性の高い磁
性流体を利用した密封装置を提供する。 【解決手段】 環状部材３のフランジ部３ｂの外壁面Ｖ
Ｃ２に対向する径方向面３ｃに、表面積を大きくし、大
気（または真空）の層を形成する環状溝３ｄを備える。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば各種装置
の軸封止部に用いられ、特に、高温な環境で用いられる
磁性流体を利用した密封装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】長寿命かつクリーンな高性能シール装置
として、磁性流体シール装置が知られている。この磁性
流体シール装置は、省メンテナンスで清浄な雰囲気が得
られる軸封機構が必要とされる半導体や液晶等の製造工
程や、各種コーティング・エッチング工程において、真
空中へ回転導入を行うための真空シール、軸受からのオ
イルミスト等がクリーンなエリアへ侵入するのを防止す
るための防塵シール、あるいはガスシール等に広く使用
されている。 【０００３】図３は、このような磁性流体を利用した一
従来例としての密封装置１００の断面構成を説明する図
である。 【０００４】この密封装置１００は、圧力差のある高圧
側Ｈ（この従来例においては大気側）及び低圧側Ｌ（こ
の従来例においては真空チャンバの容器内）の２領域間
にまたがる回転軸１０１及び回転軸１０１の軸受部１０
３の間に備えられている。 【０００５】軸受部１０３は、回転軸１０１の保持及び
密封を行う円筒部１０３ａと、円筒部１０３ａの一方の
端部に、内部空間を真空状態（低圧側Ｌ）とする容器１
０２の開口端部１０２ａにボルトにより取り付けられる
フランジ部１０３ｂを備えている。 【０００６】また、軸受部１０３の円筒部１０３ａと回
転軸１０１とはベアリングＢ１，Ｂ２により相対回転運
動に対する動的な保持が行われている。 【０００７】そして密封性に関しては、軸受部１０３の
円筒部１０３ａ内側に備えられた環状の磁石１０４によ
り形成される磁気回路ＭＣ’に介在させた磁性流体Ｍ
Ｌ’により行っている。 【０００８】磁石１０４は軸方向に異極（Ｎ及びＳと図
示される）が配されており、軸方向両側には磁石１０４
の磁極となる磁極部材１０５，１０６（以降の説明にお
いては、磁極部材１０５を代表させて行う）が備えられ
ている。 【０００９】そして、回転軸１０１の磁極部材１０５に
対向する部位に複数本の周方向に連続する凹溝１０７
ａ，１０７ｂ，・・・を形成し、磁極部材１０５の内周
面と各凹溝の間の凸条部の頂面との間隙に磁束が集中す
るように発生させて（すなわち凸条部の頂面で磁束密度
が高まるようにしており、磁性流体ＭＬ’が保持される
間隙の領域を複数のステージ部とする。）、これらの間
隙、すなわちステージ部に磁性流体ＭＬ’が保持されて
磁性流体シール部を形成するようにしている。 【００１０】そして、このように形成された磁性流体シ
ール部は、低圧側Ｌと高圧側Ｈとの間に複数の室を形成
し、各室の圧力が各ステージ部の耐圧範囲内で変化する
ことにより、密封領域の両側で圧力差がある場合におい
ても効果的な密封性を発揮し得るようになっている。例
えば、全ステージ部での耐圧の総和が１００ＫＰａ
（１．０ｋｇｆ ／ｃｍ^２ ）以上になれば、真空シー
ルとして利用することができる。 【００１１】尚、１１０はスペーサリング、１１１は円
筒部１０３ａの内側に備えられた各構成部材を封止固定
する固定環部材、１１２，１１３は円筒部１０３ａの内
周面側と磁極部材１０５，１０６の外周面側との密封性
を維持するＯリングである。 【００１２】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。 【００１３】半導体を製造する製造条件によっては真空
チャンバ外壁温度が高温になることがあり、磁性流体を
利用した密封装置自体の耐熱性が要求されるようになっ
ている。 【００１４】磁性流体シール部の耐熱性には限界があ
り、対策として、外部の温度に対して、密封装置本体に
水冷構造を付加して磁性流体シール部を冷却する方法も
考えられるが、この場合には製品構造が複雑になり、ま
た、水冷のための配管、チラー室等の設備が必要となる
問題がある。 【００１５】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、簡易
な構成で耐熱性を備えた信頼性の高い磁性流体を利用し
た密封装置を提供することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、軸孔が設けられた壁面と、該壁面
の該軸孔に挿通される軸部材と、の環状隙間を封止する
密封装置であって、前記軸部材の外周側に設けられ、前
記壁面に密着して固定されるフランジ部を有する環状部
材と、前記軸部材に設けられた磁極部に対向して設けら
れた磁極部材と、該軸部材の磁極部と該磁極部材との環
状隙間を通過する磁界を形成する磁力発生手段と、該磁
力発生手段により発生された磁界により該環状隙間を介
して対向する該軸部材の磁極部と該磁極部材との間に保
持されて該環状隙間を封止する磁性流体と、を有し前記
環状部材の内周側に設けられた磁性流体シール部と、を
備えた磁性流体を利用した密封装置において、前記環状
部材の前記フランジ部の前記壁面に対向する径方向面
に、環状の溝を備えることを特徴とする。 【００１７】従って、表面積を大きくすることができる
ので放熱効果を得ることができ、さらに、フランジ部と
壁面との間に間隙が設けられることとなり大気の層がで
きるので、壁面からの熱が直接フランジ部に伝わること
がなくなり、磁性流体シール部の温度を下げることがで
きる。ここで、磁性流体を利用した密封装置が内部空間
を真空状態とする容器の開口端部に設けられた場合、フ
ランジ部と壁面との間の間隙により形成される大気の層
は、装置の真空度が上がった場合には略真空状態（真空
の層）となるので、より断熱効果が向上することとな
る。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される
装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきもので
あり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣
旨のものではない。 【００１９】図１は本発明の実施の形態に係る磁性流体
を利用した密封装置１の構成を説明するための模式的断
面図である。 【００２０】この密封装置１は、密封容器として内部を
真空状態にする真空チャンバＶＣの外部から内部に回転
動力を伝達する回転軸２の回転駆動力導入部ＶＣ１に備
えられている。 【００２１】真空チャンバＶＣの運転時には、真空ポン
プ等により内部の真空引きを行うのでその内部圧力は低
下して真空側Ｌとなり、真空チャンバＶＣの外部の高圧
側である大気側Ｈとの間に圧力差が発生する。 【００２２】従って、密封装置１は、その圧力差のある
２領域間を隔て、真空側Ｌの真空度を保持しつつ回転軸
２により真空チャンバＶＣ内部に回転動力を導入するた
めに設けられ、真空チャンバＶＣの回転駆動力導入部Ｖ
Ｃ１において外壁面ＶＣ２に環状部材３のフランジ部３
ｂが密封接触して組み付けられるものである。 【００２３】密封装置１は、概略、環状部材３と、磁力
発生手段としての磁石６と、磁極部材７ａ，７ｂと、磁
石６により発生された磁界により環状隙間４を介して対
向する回転軸２の磁極部８ａ，８ｂ，．．．と磁極部材
７ａ，７ｂとの間に保持されて環状隙間４を封止する磁
性流体ＭＬと、を備えている。 【００２４】ここで、磁石６と、磁極部材７ａ，７ｂ
と、磁性流体ＭＬとは、環状部材３の内周側に設けら
れ、磁性流体シール部Ｍを構成する。 【００２５】環状部材３は、回転軸２の保持及び密封を
行う円筒部３ａと、円筒部３ａの一方の端部に、真空チ
ャンバＶＣの外壁面ＶＣ２に取り付けられるフランジ部
３ｂを備えている。 【００２６】また、密封装置１において、環状部材３と
回転軸２とはベアリング５ａ，５ｂにより相対回転運動
に対する動的な保持が行われている。 【００２７】そして密封性に関しては、磁性流体シール
部Ｍにおいて、環状部材３の円筒部３ａ内周に備えられ
た磁石６により形成される磁気回路ＭＣに介在させた磁
性流体ＭＬにより行っている。 【００２８】以下に、磁性流体シール部Ｍについて説明
する。 【００２９】環状部材３の内周に設けられた環状の磁石
６は軸方向に異極が配されており、軸方向両側には磁石
６に当接して磁極となる環状の磁極部材７ａ，７ｂが備
えられている。 【００３０】回転軸２には、周壁面２ａから磁極部材７
ａ，７ｂに対向するそれぞれの部位に、複数本（この実
施の形態では５本）の周方向に連続する環状の凸条であ
る磁極部８ａ，８ｂ・・・が突出して形成され、磁極部
８ａ，８ｂ・・・の外周面をステージ部としている。 【００３１】磁極部８ａ，８ｂ・・・の外周面のステー
ジ部には、磁気回路ＭＣの磁束が収束しており、磁性流
体ＭＬが保持される。そして、軸方向に複数段（この実
施の形態では磁極部材７ａ，７ｂのそれぞれに４段）の
圧力室９ａ，９ｂ，・・・が形成される。 【００３２】そして、本実施の形態の特徴的な構成とし
て、環状部材３のフランジ部３ｂにおいて真空チャンバ
ＶＣの外壁面ＶＣ２に対向する径方向面３ｃに、磁性流
体シール部Ｍの近傍に位置する環状溝３ｄを備えてい
る。 【００３３】環状溝３ｄは、フランジ部３ｂの径方向面
３ｃにおいて、回転駆動力導入部ＶＣ１近傍から外径方
向に設けられた環状の径方向溝３ｅと、径方向溝３ｅの
外径側端部から軸方向に設けられた軸方向溝３ｆとを備
えている。径方向溝３ｅと軸方向溝３ｆとは、磁性流体
シール部Ｍの近傍、本実施の形態においては磁極部材７
ａの近傍に位置するように設けられている。 【００３４】１０は磁極部材７ｂとベアリング５ａとの
間隔を保つスペーサリング、１１は円筒部３ａの内側に
備えられた各構成部材を封止固定する固定環部材であ
る。 【００３５】１２，１３は、磁極部材７ａ，７ｂの嵌め
合い部としての外周面側と円筒部３ａの内周面側との密
封性を維持するシール手段としてのＯリングである。 【００３６】このように構成された密封装置１は、磁性
流体シール部Ｍにより密封性能を発揮して真空チャンバ
ＶＣの真空度を高めることができる。 【００３７】そして、環状部材３のフランジ部３ｂの径
方向面３ｃに、磁性流体シール部Ｍの近傍に位置する環
状溝３ｄを備えることにより、磁性流体シール部Ｍの近
傍の環状部材３の表面積を大きくすることができるので
放熱効果を得ることができるとともに、フランジ部３ｂ
と真空チャンバＶＣの外壁面ＶＣ２との間に大気（また
は真空）の層を設けることができるので、真空チャンバ
ＶＣの外壁面ＶＣ２からの熱が直接フランジ部に伝わる
ことがなくなる。 【００３８】従って、水冷構造等を設けることなく、簡
易な構造で耐熱性を向上させることが可能となる。 【００３９】また、環状溝３ｄは、環状部材３の形成
（加工）時に設けることができるので、部品点数も増え
ることはなく、密封装置の組立工程も増えることはな
い。 【００４０】ここで、本実施の形態の密封装置１及び従
来技術に係る密封装置１００について熱解析を行った。 【００４１】図２は、本実施の形態の密封装置１の熱解
析の結果を示す図であり、図４は、従来技術に係る密封
装置１００の熱解析の結果を示す図である。 【００４２】図に示すように、真空チャンバＶＣの外壁
面ＶＣ２の温度が約２００℃の場合、従来技術に係る密
封装置１００の磁性流体シール部においては、温度が１
８３℃（最大値）であったが、本実施の形態に係る密封
装置１の磁性流体シール部Ｍにおいては、１７５℃（最
大値）まで下げることができた。 【００４３】なお、ここで使用した熱解析は実機との誤
差が３℃以内であることを確認している。 【００４４】ここで、本実施の形態においては、磁性流
体シール部Ｍを真空チャンバＶＣ側に設け、ベアリング
５ａ，５ｂを磁性流体シール部Ｍよりも大気側Ｈに設け
ているが、これに限らず、磁性流体シール部Ｍがベアリ
ング５ａ，５ｂ間に設けられていてもよい。 【００４５】環状部材３のフランジ部３ｂの径方向面３
ｃに環状溝３ｄを備えていれば、表面積が大きくなるの
で放熱効果が得られ、フランジ部３ｂと真空チャンバＶ
Ｃの外壁面ＶＣ２との間に形成される大気（または真
空）の層により真空チャンバＶＣの外壁面ＶＣ２からフ
ランジ部３ｂへ熱が直接伝わることがなくなり、耐熱性
の向上を図ることができるものである。 【００４６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フランジ部の径方向面に環状の溝を設けたことにより、
表面積を大きくすることができるので放熱効果を得るこ
とができ、さらに、フランジ部と壁面との間に間隙が設
けられることとなり大気（または真空）の層ができるの
で、壁面からの熱が直接フランジ部に伝わることがなく
なる。従って、水冷構造等を設けることなく、簡易な構
造で耐熱性を向上させた信頼性の高い装置を提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態に係る磁性流体を利用した
密封装置を示す模式的断面図である。 【図２】本実施の形態の密封装置の熱解析の結果を示す
図である。 【図３】従来技術に係る密封装置を示す模式的断面図で
ある。 【図４】従来技術に係る密封装置の熱解析の結果を示す
図である。 【符号の説明】 １ 密封装置 ２ 回転軸 ３ 環状部材 ３ａ 円筒部 ３ｂ フランジ部 ３ｃ 径方向面 ３ｄ 環状溝 ３ｅ 径方向溝 ３ｆ 軸方向溝 ４ 環状隙間 ５ａ，５ｂ ベアリング ６ 磁石 ７ａ，７ｂ 磁極部材 ８ａ，８ｂ・・・ 磁極部 ９ａ，９ｂ，・・・ 圧力室 １０ スペーサリング １１ 固定環部材 １２，１３ Ｏリング ＶＣ 真空チャンバ ＶＣ１ 回転駆動力導入部 ＶＣ２ 外壁面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】軸孔が設けられた壁面と、該壁面の該軸孔
   に挿通される軸部材と、の環状隙間を封止する密封装置
   であって、 前記軸部材の外周側に設けられ、前記壁面に密着して固
   定されるフランジ部を有する環状部材と、 前記軸部材に設けられた磁極部に対向して設けられた磁
   極部材と、該軸部材の磁極部と該磁極部材との環状隙間
   を通過する磁界を形成する磁力発生手段と、該磁力発生
   手段により発生された磁界により該環状隙間を介して対
   向する該軸部材の磁極部と該磁極部材との間に保持され
   て該環状隙間を封止する磁性流体と、を有し前記環状部
   材の内周側に設けられた磁性流体シール部と、 を備えた磁性流体を利用した密封装置において、 前記環状部材の前記フランジ部の前記壁面に対向する径
   方向面に、環状の溝を備えることを特徴とする磁性流体
   を利用した密封装置。