JP2010065736A

JP2010065736A - 磁性流体シール装置

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Publication number: JP2010065736A
Application number: JP2008231164A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Shimazaki; 靖幸嶋▲崎▼
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: JP5024965B2

Abstract

【課題】ハウジングとポールピースとの構造を改善することにより、コストを著しく低減できる磁性流体シール装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内部に設けられた軸受６ａ，６ｂによって回転軸７を支持するハウジング４を有しており、ハウジング４は、隔壁２に取り付けられるフランジ５と、回転軸７の外周面に間隙をあけて対向するポールピース部１２，１２とを有しており、ポールピース部１２と回転軸７との間に磁界を形成する磁石９がハウジング４に設けられており、磁界の作用によりポールピース部１２と回転軸７とに磁気的に吸着する磁性流体１４がポールピース部１２と回転軸７の外周面との間に設けられており、ポールピース部１２とフランジ５は同一の磁性材料によって１つの部材として一体に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる環境間に置かれた軸部材をそれらの環境間において密封状態で回転支持する装置である磁性流体シール装置に関する。

上記の磁性流体シール装置として、従来、特許文献１に開示されたものがある。この従来の磁性流体シール装置の基本となる構造は、図６に示す磁性流体シール装置１０１と同じである。すなわち、磁性流体シール装置１０１は、隔壁１０２によって隔てられている２つの異なった環境Ｅ１及びＥ２の間に置かれた軸部材である回転軸１０３を回転可能に支持すると共に、環境Ｅ１と環境Ｅ２との間で回転軸１０３をシールしている。

磁性流体シール装置１０１は、隔壁１０２に固定されたハウジング１０４を有している。ハウジング１０４の中には２つの軸受１０５ａ及び１０５ｂが設けられており、これらの軸受によって回転軸１０３が回転可能に支持されている。ハウジング１０４の内部であって軸受１０５ａと１０５ｂとの間に磁性流体シール部１０６が設けられている。

磁性流体シール部１０６は、回転軸１０３を中心としたリング状のポールピース１０７ａと、同じくリング状のポールピース１０７ｂとを有している。これらのポールピースの間にリング状の磁石１０８が設けられている。ポールピース１０７ａ，１０７ｂと回転軸１０３との間には間隙が設けられており、その間隙に磁性流体（図示せず）が充填されている。

磁石１０８はポールピース１０７ａ，１０７ｂの一方、回転軸１０３、そしてポールピース１０７ａ，１０７ｂの他方を順次に通過する磁気閉回路を形成し、この磁気閉回路によってポールピース１０７ａ，１０７ｂの内周面と回転軸１０３の外周面との間に磁性流体膜が形成されている。この磁性流体膜により、環境Ｅ１と環境Ｅ２との間で回転軸１０３がシールされている。

従来の磁性流体シール装置１０１においては、回転軸１０３、ポールピース１０７ａ，１０７ｂは磁性材料、すなわち磁界において磁性を帯びる材料、によって形成されていた。また、ハウジング１０４は非磁性材料、すなわち磁界において磁性を帯びない材料、によって形成されていた。また、ポールピース１０７ａ，１０７ｂはハウジング１０４とは別部品のため環境Ｅ１と環境Ｅ２との間を封止するためにＯリング１０９を設けていた。

次に、従来、他の構造の磁性流体シール装置が特許文献２に開示されている。この従来の磁性流体シール装置においては、外部の磁界の影響によって磁性流体シールの機能が損なわれることを防止するために、ポールピースと同様にハウジングも磁性材料によって形成されている。

次に、従来、さらに他の構造の磁性流体シール装置が特許文献３に開示されている。この従来の磁性流体シール装置においては、複数のポールピースを１つの部品として形成すると共に、ポールピースの一部分を薄い管状壁部の形状に形成してフランジに向けて延在させ、この薄い管状壁部を熱抵抗体として機能させている。

特開昭５９−０５０２７５号公報（第１〜２頁、図４）特許第４０７３０６４号（第４頁、図１）特開平１０−１８４９３２（第４〜５頁、図１）

特許文献１及び図６に開示された従来の磁性流体シール装置においては、ポールピース１０７ａ，１０７ｂが磁性材料によって形成され、それを包囲するハウジングが非磁性材料によって形成され、ポールピースとハウジングとは別の部品であった。一般にポールピースは回転軸等といった軸部材に対して厳しく寸法管理されなければならず、それ故、ポールピースそれ自体はもとより、そのポールピースを包囲するハウジングも所定の形状に正確に形成されなければならなかった。

上記ハウジングは、通常、他の機器に接続される部分であるフランジを有している。このフランジにおける他の機器への接続面と、ハウジングにおけるポールピースが当接する内周面とは、厳しい精度で所定の相対的な位置関係に形成されなければならない。また、上記回転軸も軸受との外接面と磁性流体が注入されるポールピース対向面になる外周面とは厳しい同軸関係、及び寸法公差が必要とされる。このように、この従来の磁性流体シール装置においては、回転軸、ポールピース及びハウジングについての寸法精度に関して高精度が要求される部品を別々に製作しなければならず、コストが高くなるという問題があった。

また、ポールピース１０７ａ，１０７ｂはハウジング１０４とは別部品のため環境Ｅ１と環境Ｅ２との間を封止するためにＯリング１０９を設けていた。そのため、磁性流体シール装置のシール性能として磁性流体以外にＯリングによるシール性能、透過や放出ガス、及び温度に対する耐久性などが、磁性流体シール装置全体のシール性能を制限することがあった。

例えば、Ｏリングの使用には、ヘリウムや水素などの軽い気体を短時間で大量に透過してしまう、１０^−６から１０^−７Ｐａ（パスカル）程度の超高真空領域では、Ｏリングの気体の透過により圧力上昇が起こり、真空到達が難しくなる、といった問題がある。

次に、特許文献２に開示された従来の磁性流体シール装置においては、ハウジングをポールピースと同様に磁性材料によって形成するという技術が開示されている。しかしながら、その理由は、磁性流体シール部分に対する外部磁界の影響を少なくすることであり、ハウジングとポールピースとを同一材料から一体に製作することを提案するものではない。従って、特許文献２に開示された技術においても、ポールピースとハウジングとは別々の部品であり、それ故、コストが高くなるという問題があった。

次に、特許文献３に開示された従来の磁性流体シール装置においては、従来であれば複数個用意されていたポールピースを１つの部品として製作し、その１つの部品であるポールピースの一部分を外方へ延在させ、その延在部に別部品であるフランジを固着させている。この従来装置においては、図６に示した従来装置におけるハウジング１０４のうちポールピース１０７ａ，１０７ｂを包囲する部分が無く、ハウジング１０４のうちのフランジ部分がポールピース１０７ａ，１０７ｂに直接に固着されたような構造になっている。特許文献３に開示された技術においても、ポールピースとフランジとは別々の部品であり、それらを別々に製作した上でそれらを組み合わせるという工程が必要であり、それ故、コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、従来のハウジングとポールピースとの構造を改善することにより、高性能で信頼性が高く、かつ製造コストを著しく低減できる磁性流体シール装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る磁性流体シール装置は、内部に設けられた軸受によって軸部材を支持するハウジングを有しており、前記ハウジングは、他の機器に取り付けられる取付部と、前記軸部材の外周面に間隙をあけて対向するポールピース部とを有しており、前記ポールピース部と前記軸部材との間に磁界を形成する磁石が前記ハウジングに設けられており、前記磁界の作用により前記ポールピース部と前記軸部材とに磁気的に吸着する磁性流体が前記ポールピース部と前記軸部材の外周面との間に設けられており、前記ポールピース部と前記取付部は同一の磁性材料によって１つの部材として一体に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ポールピース部と取付部（例えば、フランジ）が同一の磁性材料によって１つの部材として一体に形成されているので、従来のように取付部を備えたハウジングとポールピースとを別々に製作した上でそれらを組み合わせるという工程が無くなり、それ故、軸部材に対するポールピース部の内周面の位置精度を簡単に高精度に設定することができる。また、従来の別体構造に起因して使用していたＯリングが不要となり、このため、Ｏリングに起因するシール性能の制限や経時でのシール性能の劣化がなくなり、従来品に比較し信頼性の高い磁性流体シール装置を実現できる。しかも、ハウジングとポールピースとを別々に製作する場合に比べてコストを著しく低くできる。こうして、安価で高機能の磁性流体シール装置を提供することが可能となった。

また、本発明では、フランジとポールピース部とが同一の磁性材料によって１つの部材として一体に形成されているので、フランジとポールピースとを別々に製作した後で、それらを接合して磁性流体シール装置を製作するという従来の装置に比べて、やはり、コストを低く抑えることができ、しかも、フランジとポールピース部の内周面との相対的な位置関係を常に安定して正確な位置関係に設定することができる。

次に、本発明に係る磁性流体シール装置において、前記ハウジングのポールピース部には前記磁石を入れるための有底の凹部が設けられており、該凹部の底部分における前記ハウジングの厚さは、底部分が当該ハウジング部分が磁石の磁力によって実質的に磁気的に飽和する程度の厚さであることが望ましい。この構成により、磁石からの磁力線の多くをポールピース部へ向かわせることができ、軸部材とポールピース部との間に強い磁界を形成できる。

次に、本発明に係る磁性流体シール装置において、前記軸受は前記軸部材の中心軸線が延びる方向に関して前記取付部の一方の側に設けられ、前記磁石は前記軸部材の中心軸線が延びる方向に関して前記取付部の反対側に設けられ、当該反対側には軸受は設けられず、さらに、前記ポールピース部の一部は前記取付部に対応するハウジングの内部に設けられることが望ましい。軸受によって片持ち支持された軸部材の自由端において、ポールピース部及び磁性流体によって、磁気シールが行われる。この構成により、磁性流体シール装置の全体形状を小型に形成できる。また、ポールピース部を取付部によって直接的に固定支持することにより安定したシール機能を長期間にわたって保持できる。

本発明によれば、ポールピース部と取付部が同一の磁性材料によって１つの部材として一体に形成されるので、取付部を備えたハウジングとポールピースとを別々に製作した上でそれらを組み合わせるという従来の工程が無くなり、それ故、軸部材に対するポールピース部の内周面の位置精度を簡単且つ高精度に設定することができる。また、従来の別体構造に起因して必要となったＯリングが不要となり、このため、信頼性の高い磁性流体シール装置を実現できる。しかも、ハウジングとポールピースとを別々に製作する場合に比べてコストを著しく低くできる。こうして、安価で高機能の磁性流体シール装置を提供することが可能となった。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る磁性流体シール装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、これ以降の説明では図面を参照するが、その図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。

図１は、本発明に係る磁性流体シール装置の一実施形態を示している。この磁性流体シール装置１は、例えば、互いに異なる環境である第１環境Ｅ１と第２環境Ｅ２とを区画している隔壁２に取付けられる。取付けは、例えば、ボルト穴３を通したボルト（図示せず）による締め付けによる固定であったり、溶接による固定であったり、その他任意の取付手法を採用できる。

本実施形態では、第１環境Ｅ１は減圧状態でクリーン（清浄）な雰囲気であり、第２環境Ｅ２は塵、ほこり等を含んだ大気である。減圧状態は、例えば、真空状態である。回転軸７は第１環境Ｅ１と第２環境Ｅ２とにわたって設けられている。回転軸７の第２環境Ｅ２側の部分は電動モータ等といった駆動源に接続している。回転軸７の第１環境Ｅ１側の部分は適宜の処理装置のための回転駆動源として利用される。

このような処理装置としては、例えば半導体製造装置やＸ線発生装置等が考えられる。半導体製造装置の場合には、処理対象である単結晶ウエハ（図示せず）が回転軸７に直接又は間接に取付けられる。Ｘ線発生装置の場合には、回転対陰極（回転ターゲット）が回転軸７に取付けられる。

磁性流体シール装置１は、概ね円筒形状のハウジング４を有する。このハウジング４の全体は磁性材料、例えば磁性ステンレス鋼によって形成されている。具体的には、ハウジング４は磁性ステンレス鋼を主に切削加工することによって形成されている。ハウジング４の隔壁２側の端部には取付部としてのフランジ５が形成されている。フランジ５は回転軸７の中心軸線Ｘ０と直角の方向（すなわち、ハウジング４の半径方向）に突出した厚さが均一な突縁部である。このフランジ５を隔壁２に固定することにより、磁性流体シール装置１の全体が隔壁２に固定されている。フランジ５の隔壁２への固定は、例えば、ボルト穴３にボルトを通し、そのボルトをナットで締め付けることにより実現できる。

ハウジング４は中空、すなわち内部が空間となっており、その内部空間内に複数、実施形態では２つの軸受６ａ及び６ｂが位置不動に固定されている。そして、これらの軸受によって軸部材、実施形態では回転軸７が支持されている。回転軸７は磁性材料、例えば磁性ステンレス鋼によって形成されている。回転軸７は、軸受６ａ，６ｂによって中心軸線Ｘ０を中心として回転可能に、しかし軸方向移動不能に支持されている。

軸受６ａ，６ｂは任意の軸受によって構成できる。例えば、ラジアルボールベアリング、プーリロード型ベアリング（例えば複列アンギュラベアリング）、特開平１０−１８４９３２号公報に記載されたクロスローラベアリング等を適用できる。

ハウジング４のうち軸受６ａと軸受６ｂとによって挟まれた部分、すなわち軸線Ｘ０に沿ったハウジング４の略中央部分はポールピース（磁極片）部１２となっている。このポールピース部１２の略中央には、中心軸線Ｘ０と平行の方向である矢印Ａ方向から見て連続したリング状、すなわち環状に設けられた有底の凹部８、すなわち溝部８が設けられている。そして、この凹部８の中に磁石、実施形態では永久磁石９が設けられている。

磁石９は、例えば複数のボタン形状、すなわち単体形状であり、この複数の磁石９が凹部８の中で同心状に並べられている。これらの磁石９は凹部８に圧入により固定されても良いし、適宜の接着剤によって固定されても良い。

ポールピース部１２の内周面、すなわち回転軸７の外周面に対向する面は、先端が鋭角形状である断面三角形状の多数のエッジ１３となっている。エッジ１３の先端は例えば０．２〜０．３ｍｍであり、エッジ１３の数は６〜２０個である。すなわち、エッジ１３の軸線Ｘ０に沿った段数は６〜２０段である。エッジ１３の先端と回転軸７の外周面との間隔δは、例えば約５０μｍである。この間隔δ内に磁性流体１４がディスペンサによって適量充填されている。

磁性流体１４は、例えば、キャリヤ流体に界面活性剤と強磁性体粒子を分散させて作成されている。キャリヤ流体は、例えば、水、ハイドロカーボン、フルオロカーボン等である。界面活性剤は、例えば脂肪酸である。そして、強磁性体粒子は酸化鉄、フェライト等である。

磁石９は軸線Ｘ０方向の一端面がＮ極に着磁され、反対面がＳ極に着磁されている。このため、Ｎ極から出た磁力線がハウジング４のポールピース部１２の片側、回転軸７、そしてハウジング４のポールピース部１２の他の片側を通ってＳ極へ到達する。これにより、ポールピース部１２と回転軸７とにわたって磁気回路が形成され、従って、ポールピース部１２と回転軸７との間に磁界が形成される。

ポールピース１２のエッジ１３と回転軸７との間に充填された上記の磁性流体１４は上記の磁界の作用により、エッジ１３及び回転軸７表面に磁気的に吸着し、これにより、両者間に磁性流体膜が形成されている。エッジ１３の先端部は鋭角形状となっているので、エッジ１３と回転軸７との間にはエッジ１３ごとに磁束が集中しており、これらの集中磁束ごとに磁性流体膜が形成される。

これらの磁性流体膜１４は回転軸７が回転する場合でもエッジ１３と回転軸７表面との間に形成され続ける。そして、これらの磁性流体膜１４の作用により、第１環境Ｅ１と第２環境Ｅ２との間で回転軸７がシール、すなわち密封、すなわち封止される。つまり、第１環境Ｅ１が減圧状態で第２環境Ｅ２が大気圧に維持され、さらに第２環境Ｅ２内の塵等が第１環境Ｅ１内へ進入することが防止される。ポールピース部１２のエッジ１３と回転軸７は非接触であるので、ポールピース部１２、回転軸７及び磁性流体膜１４によって形成された磁性流体シール部は長期間にわたって所望のシール機能を維持する。つまり、長寿命のシール機能が達成される。

磁石９が挿入されたハウジング４の凹部８の底部分１１のところの体積、すなわち底部分１１の軸線Ｘ０と直角方向のハウジング４の厚さは、この部分が磁石９の磁力によって磁気的に飽和する程度の薄い厚さに設定されている。以下、この底部分１１を薄壁部分又は薄厚連結部分と呼ぶことがある。この薄壁連結部分１１を磁気飽和が成される部分とすることにより、磁石９から出る磁力線はこの薄壁連結部分１１に漏れて進むことが無くなり、ポールピース部１２のエッジ１３部分に強い磁界を形成することができる。こうして、軸線Ｘ０に関して磁石９の両側に存在するポールピース部１２を薄壁連結部分１１でつなげて成るポールピースの一体構造、すなわちハウジング４の一体構造が形成されている。

従来の装置では、フランジを備えたハウジングとポールピースとが別々に製作された上で、それらが組み合わされていた。ポールピースの内周面と回転軸の外周面との間の間隙は所定の寸法に正確に維持されることが大切であり、それ故、ポールピースの形状を高精度に形成することはもとより、ハウジングの内周面の形状も高精度に形成しなければならなかった。このようにハウジング及びポールピースの両方の形状を高精度に形成しなければならないということは、大きなコストアップを招来するということであり、それ故、ハウジングとポールピースとを別々に製作していた従来の磁性流体シール装置は非常に高価であった。

これに対し、本実施形態の磁性流体シール装置においては、フランジ５とポールピース部１２とが同一の材料である磁性ステンレス鋼によって１つの部材として一体に形成されているので、従来のようにフランジを備えたハウジングとポールピースとを組み合わせるという工程が無くなり、それ故、回転軸７に対するポールピースの内周面の位置精度を簡単に高精度に設定することができる。しかも、ハウジングとポールピースとを別々に製作する場合に比べてコストを著しく低くできる。こうして、安価で高機能の磁性流体シール装置を提供することが可能となった。

また、本実施形態では、フランジ５とポールピース部１２とが同一の材料である磁性ステンレス鋼によって１つの部材として一体に形成されているので、フランジとポールピースとを別々に製作した後で、それらを接合して磁性流体シール装置を製作するという従来の装置に比べて、やはり、コストを低く抑えることができ、しかも、フランジ５とポールピース部１２の内周面の相対的な位置関係を常に安定して正確な位置関係に設定することができる。

さらに、図６に示すようにポールピースとハウジングとの間にＯリングを設けていた従来の装置においては、Ｏリングを透過する気体により、超高真空領域の真空維持が難しくなるおそれがあった。また、図１の環境Ｅ１がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等といった半導体処理装置の処理領域内であるような場合には、その領域内はハロゲン系で高温の活性ガス雰囲気に置かれることが多い。磁性流体シール装置においてＯリングを用いる場合には、活性ガスがＯリングを透過して外部へ漏れ出ることが考えられる。また、場合によっては処理領域内の有害ガスがＯリングを透過して外部へ漏れ出るおそれもある。

これらの点に関し、本実施形態では、ハウジングとポールピースとを一体に形成したためにＯリングを用いる必要が無いので、従来の装置における上記の問題、すなわち超高真空度の維持が困難であることや、活性ガスや有害ガスの漏出が有り得ること等の問題を解消できる。

（第２実施形態）
図２は、本発明に係る磁性流体シール装置の他の実施形態を示している。この磁性流体シール装置２１も、互いに異なる環境である第１環境Ｅ１と第２環境Ｅ２とを区画している隔壁２に取付けられる。取付けは、例えば、ボルト穴３を通したボルト（図示せず）による締め付けによる固定であったり、溶接による固定であったり、その他任意の取付手法を採用できる。第１環境Ｅ１及び第２環境Ｅ２の状態及びこれらの環境内での回転軸７に付加される構造は図１に示した実施形態の場合と同じである。

磁性流体シール装置２１は、概ね円筒形状のハウジング２４を有する。このハウジング２４の全体は磁性材料、例えば磁性ステンレス鋼によって形成されている。具体的には、ハウジング２４は磁性ステンレス鋼を主に切削加工することによって形成されている。ハウジング２４の中央に近い中間部分には取付部としてのフランジ２５が形成されている。フランジ２５は回転軸７の中心軸線Ｘ０と直角の方向（すなわち、ハウジング２４の半径方向）に突出した厚さが均一な突縁部である。このフランジ２５を隔壁２に固定することにより、磁性流体シール装置２１の全体が隔壁２に固定されている。フランジ２５の隔壁２への固定は、例えば、ボルト穴３にボルトを通し、ナットで締め付けることにより実現できる。

ハウジング２４は中空、すなわち内部が空間となっており、その内部空間内であってフランジ２５よりも第２環境Ｅ２側の部分に複数、実施形態では２つの軸受２６ａ及び２６ｂが位置不動に並べて固定されている。そして、これらの軸受によって軸部材、実施形態では回転軸７が支持されている。回転軸７は磁性材料、例えば磁性ステンレス鋼によって形成されている。回転軸７は、軸受２６ａ，２６ｂによって中心軸線Ｘ０を中心として回転可能に、しかし軸方向移動不能に支持されている。軸受２６ａ，２６ｂは２個設けることが必須ではなく、必要に応じて１個又は３個以上とすることができる。

ハウジング２４のうちフランジ２５よりも第１環境Ｅ１側の部分はポールピース（磁極片）部２２となっている。このポールピース部２２の略中央には、中心軸線Ｘ０と平行の方向である矢印Ａ方向から見て連続したリング状、すなわち環状に設けられた有底の凹部２８、すなわち溝部２８が設けられている。そして、この凹部２８の中に磁石、実施形態では永久磁石２９が設けられている。磁石２９が埋設された部分のハウジング２４の外周には、円筒形状のキャップ部材３２が被されており、そのキャップ部材３２は止めリング３３によって軸方向移動しないように止められている。

つまり、本実施形態では、フランジ２５よりも第２環境Ｅ２側の一方の側に軸受２６ａ，２６ｂが設けられ、フランジ２５が形成されている部分のハウジング２４の内部から軸受２６ａ，２６ｂと反対側の部分にかけてポールピース部２２が設けられ、そしてフランジ２５に関して軸受２６ａ，２６ｂの反対側に磁石が設けられている。

つまり、本実施形態では、隔壁２に固定される部分であるフランジ２５に対応する部分のハウジング２４の内部にポールピース部分２２の一部分が存在し、軸受２６ａ，２６ｂと磁石２９とが、それぞれ、フランジ２５の両側に分けて設けられている。

つまり、回転軸７はフランジ２５の一方の側で軸受２６ａ，２６ｂによって片持ち支持の状態で支持されており、ポールピース部２２の一部分がフランジ２５を介して隔壁２に直接に支持されており、そして軸受２６ａ，２６ｂによって片持ち支持された回転軸７の自由端に対応して磁石２９及びポールピース部２２の他の一部分が設けられている。

磁石２９は、例えば複数のボタン形状、すなわち単体形状であり、この複数の磁石２９が凹部２８の中でリング状に並べられている。これらの磁石２９は凹部２８に圧入により固定されても良いし、適宜の接着剤によって固定されても良い。

ポールピース部２２の内周面に対向する回転軸７の外周面は、先端が鋭角形状である断面三角形状の多数のエッジ２３となっている。エッジ２３の先端は例えば０．２〜０．３ｍｍであり、エッジ２３の数は６〜２０個である。すなわち、エッジ２３の軸線Ｘ０に沿った段数は６〜２０段である。エッジ２３の先端とポールピース部２２の内周面との間隔δは、例えば約５０μｍである。回転軸７のエッジ２３とポールピース部２２の内周面との間に磁性流体１４がディスペンサによって適量充填されている。

磁石２９は軸線Ｘ０方向の一端面がＮ極に着磁され、反対面がＳ極に着磁されている。このため、Ｎ極から出た磁力線がハウジング２４のポールピース部２２の片側、回転軸７、そしてハウジング２４のポールピース部２２の他の片側を通ってＳ極へ到達する。これにより、ポールピース部２２と回転軸７とにわたって磁気回路が形成され、従って、ポールピース部２２と回転軸７との間に磁界が形成される。

回転軸７のエッジ２３とポールピース部２２との間に充填された上記の磁性流体１４は上記の磁界の作用により、エッジ２３及びポールピース部２２表面に磁気的に吸着し、これにより、両者間に磁性流体膜が形成されている。エッジ２３の先端部は鋭角形状となっているので、エッジ２３とポールピース部２２との間にはエッジ２３ごとに磁束が集中しており、これらの集中磁束ごとに磁性流体膜が形成される。

これらの磁性流体膜１４は回転軸７が回転する場合でもエッジ２３とポールピース部２２表面との間に形成され続ける。そして、これらの磁性流体膜１４の作用により、第１環境Ｅ１と第２環境Ｅ２との間で回転軸７がシール、すなわち密封、すなわち封止される。つまり、第１環境Ｅ１が減圧状態で第２環境Ｅ２が大気圧に維持され、さらに第２環境Ｅ２内の塵等が第１環境Ｅ１内へ進入することが防止される。回転軸７のエッジ２３とポールピース部２２は非接触であるので、ポールピース部２２、回転軸７及び磁性流体膜１４によって形成された磁性流体シール部は長期間にわたって所望のシール機能を維持する。つまり、長寿命のシール機能が達成される。

磁石２９が挿入されたハウジング２４の凹部２８の底部分３１の体積、すなわち底部分３１の軸線Ｘ０と直角方向のハウジング２４の厚さは、この部分が磁石２９の磁力によって磁気的に飽和する程度の薄い厚さに設定されている。以下、この底部分３１を薄壁部分又は薄厚連結部分と呼ぶことがある。この薄壁連結部分３１を磁気飽和が成される部分とすることにより、磁石２９から出る磁力線はこの薄壁連結部分３１に漏れて進むことが無くなり、回転軸７のエッジ２３部分に強い磁界を形成することができる。こうして、軸線Ｘ０に関して磁石２９の両側に存在するポールピース部２２を薄壁連結部分３１でつなげて成るポールピースの一体構造、すなわちハウジング２４の一体構造が形成されている。

これに対し、本実施形態の磁性流体シール装置においては、フランジ２５とポールピース部２２とが同一の材料である磁性ステンレス鋼によって１つの部材として一体に形成されているので、従来のように別部品であるハウジングとポールピースとを組み合わせるという工程が無くなり、それ故、回転軸７に対するポールピース部２２の内周面の位置精度を簡単に高精度に設定することができる。しかも、ハウジングとポールピースとを別々に製作する場合に比べてコストを著しく低くできる。こうして、安価で高機能の磁性流体シール装置を提供することが可能となった。

また、本実施形態では、フランジ２５とポールピース部２２とが同一の材料である磁性ステンレス鋼によって１つの部材として一体に形成されているので、フランジとポールピースとを別々に製作した後で、それらを接合して磁性流体シール装置を製作するという従来の装置に比べて、やはり、コストを低く抑えることができ、しかも、フランジ２５とポールピース部２２の内周面の相対的な位置関係を常に安定して正確な位置関係に設定することができる。

さらに本実施形態では、隔壁２に固定される部分であるフランジ２５の一方の側に軸受２６ａ，２６ｂが設けられ、フランジ２５に関してその反対側に磁石２９が設けられ、さらに、ポールピース部２２の一部分がフランジ２５に対応したハウジング２４の内部部分に設けられている。この構成により、磁性流体シール装置２１の全体形状を小型に形成でき、隔壁２の外側へ張り出す磁性流体シール装置２１の部分を小さくでき、しかもポールピース部２２をフランジ２５によって直接的に固定支持することにより安定したシール機能を長期間にわたって保持できる。

さらに、本実施形態では、回転軸７に負荷される回転以外の荷重は軸受２６ａ，２６ｂを介してハウジング２４に伝わり、フランジ２５によって受けられるが、薄壁連結部を形成している底部分３１には伝わらない。これにより負荷による薄壁部のたわみや、ねじれが起こることなく、使用することが出来る。

（第３実施形態）
図３は本発明に係る磁性流体シール装置のさらに他の実施形態を示している。この磁性流体シール装置４１は図１に示した磁性流体シール装置１に改変を加えたものである。本実施形態において図１に示す実施形態と同じ構成要素は同じ符号を付して示すこととし、その説明は省略する。

図１に示した実施形態では、ポールピース部１２において磁石９が挿入される凹部８をハウジング４の外径側から加工によって掘り下げ、底部１１の厚みとして磁石９により磁気飽和する程度の厚みを確保した。

これに対して本実施形態では、図３において、ハウジング４４のポールピース部４２において磁石９が挿入される凹部４８をハウジング４４の内径側から加工によって掘り下げ、底部１１の厚みとして磁石９により磁気飽和する程度の厚みを確保した。この実施形態においても図１に示した実施形態と同じ効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図４は本発明に係る磁性流体シール装置のさらに他の実施形態を示している。この磁性流体シール装置５１は図２に示した磁性流体シール装置２１に改変を加えたものである。本実施形態において図２に示す実施形態と同じ構成要素は同じ符号を付して示すこととし、その説明は省略する。

図２に示した実施形態では、ポールピース部２２において磁石２９が挿入される凹部２８をハウジング２４の外径側から加工によって掘り下げ、底部３１の厚みとして磁石２９により磁気飽和する程度の厚みを確保した。

これに対して本実施形態では、図４において、ポールピース部５２において磁石２９が挿入される凹部５８をハウジング４４の内径側から加工によって掘り下げ、底部６１の厚みとして磁石２９により磁気飽和する程度の厚みを確保した。この実施形態においても図２に示した実施形態と同じ効果を得ることができる。

（第５実施形態）
図５は本発明に係る磁性流体シール装置のさらに他の実施形態を示している。この磁性流体シール装置７１は図１に示した磁性流体シール装置１に改変を加えたものである。本実施形態において図１に示す実施形態と同じ構成要素は同じ符号を付して示すこととし、その説明は省略する。

図１に示した実施形態では、ポールピース部１２において１列の磁石９をハウジング４に埋設した。これに対して本実施形態では、図５において、ポールピース部７２内に２つの凹部８，８を加工によって掘り、その内部にそれぞれ磁石９，９を挿入した。そして、それぞれの凹部８の底部１１におけるハウジング４の厚さを、磁石９によって磁気飽和状態になる程度の厚さに設定した。

本実施形態においては、２列の磁石９，９がそれらの同極が互いに向き合うように配置されている。この構成により、磁石９，９から出た磁力線をより集中させて強力な磁力を持つ磁気回路を形成することができ、安定して確実なシール機能を実現できる。

以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、ポールピース部又は回転軸に設けるエッジの形状は断面三角形状に限られず、断面台形状とすることができる。また、磁性材料は磁性ステンレス鋼に限られない。

本発明に係る磁性流体シール装置の一実施形態の側面断面図である。本発明に係る磁性流体シール装置の他の実施形態の側面断面図である。本発明に係る磁性流体シール装置のさらに他の実施形態の側面断面図である。本発明に係る磁性流体シール装置のさらに他の実施形態の側面断面図である。本発明に係る磁性流体シール装置のさらに他の実施形態の側面断面図である。従来の磁性流体シール装置の一例を示す図である。

符号の説明

１．磁性流体シール装置、２．隔壁（他の機器）、３．ボルト穴、４．ハウジング、
５．フランジ（取付部）、６ａ，６ｂ．軸受、７．回転軸、８．凹部（溝部）、
９．永久磁石、１１．底部分、１２．ポールピース部、１３．エッジ、１４．磁性流体、
２１．磁性流体シール装置、２２．ポールピース部、２３．エッジ、２４．ハウジング、
２５．フランジ、２６ａ，２６ｂ．軸受、２８．凹部（溝部）、２９．磁石、
３１．底部分、３２．キャップ部材、３３．止めリング、４１．磁性流体シール装置、
４２．ポールピース部、４４．ハウジング、４８．凹部（溝部）、
５１．磁性流体シール装置、５８．凹部（溝部）、６１．底部、
７１．磁性流体シール装置、７２．ポールピース部

Claims

内部に設けられた軸受によって軸部材を支持するハウジングを有しており、
前記ハウジングは、他の機器に取り付けられる取付部と、前記軸部材の外周面に間隙をあけて対向するポールピース部とを有しており、
前記ポールピース部と前記軸部材との間に磁界を形成する磁石が前記ハウジングに設けられており、
前記磁界の作用により前記ポールピース部と前記軸部材とに磁気的に吸着する磁性流体が前記ポールピース部と前記軸部材の外周面との間に設けられており、
前記ポールピース部と前記取付部は同一の磁性材料によって１つの部材として一体に形成されている
ことを特徴とする磁性流体シール装置。
請求項１記載の磁性流体シール装置において、
前記ハウジングのポールピース部には前記磁石を入れるための有底の凹部が設けられており、該凹部の底部分における前記ハウジングの厚さは、前記底部分が前記磁石の磁力によって実質的に磁気的に飽和する厚さである
ことを特徴とする磁性流体シール装置。
請求項１又は請求項２記載の磁性流体シール装置において、
前記ポールピース部における前記軸部材の外周面に対向する面又は前記ポールピース部に対向する前記軸部材の外周面に、前記磁性流体を強力に吸着するために磁場を集中させるための複数の凸部を設けたことを特徴とする磁性流体シール装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の磁性流体シール装置において、
前記軸受は前記軸部材の中心軸線が延びる方向に関して前記取付部の一方の側に設けられ、前記磁石は前記軸部材の中心軸線が延びる方向に関して前記取付部の反対側に設けられ、当該反対側には軸受は設けられず、前記ポールピース部の一部は前記取付部に対応するハウジングの内部に設けられることを特徴とする磁性流体シール装置。