JP3687288B2 - Sealing device using magnetic fluid - Google Patents

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JP3687288B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性流体を利用した密封装置に関し、密封装置の状態やメンテナンス時期を検出することを可能とする技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、界面活性剤等の流体中に磁性体の粒子を懸濁して存在させ、永久磁石や電磁石等の外部磁場の磁力により、その粒子が磁気吸引されることで流体の位置を保持し得る磁性流体の特性を利用した種々の密封装置がある。
【0003】
(a)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り、図(b)は、図(a)のD101部の磁場の強さを説明する図、図は、図(a)のD101部の拡大図である。図及び図により密封装置100を説明する。
【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103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102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ML’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107a,107b,・・・を形成し、磁極部材105の内周面105aと各凹溝の間の凸条部108a,108b,・・・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108a,108b,・・・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109a,109b,・・・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 /cm2 )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、110a,110bはベアリングB1,B2の間での磁石104及び磁極部材105,106の軸方向の位置を定めるスペーサリング、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】
(b)は、密封装置100のD101部の磁場の強さを説明する図である。この図は、図に示す磁極部材105と回転軸101の間の軸方向の隙間G’の磁束の分布を磁場の強さとして模式的に表わしたものである。
【0013】
すなわち、磁石104により形成される磁気回路MC’の磁束は、磁性体である凸条部108a(複数の凸条部全てが該当するが、代表して記載する)に磁束が集中するので、磁束密度の大きい領域と小さい領域とに分かれて存在する。従って、凸条部108aの頂面の磁場の強さ120aはその両側の凹溝107a,107bにおける磁場の強さ121a,121bよりも強く差分Δfが存在することになる。
【0014】
また、磁性流体ML’が凸条部108aに保持される保持力の強さは、この磁場の強さの差分Δfにより定められると共に、保持力の強さがそれぞれのステージ部の耐圧能力に比例することになる。
【0015】
このような密封装置100を、例えば10-7Pa程度の真空度を必要とする機器(例えばスパッタリングを行なう真空チャンバ等)の真空シールとして機能させる場合には、低圧側L’と高圧側H’の圧力がそれぞれ約0及び約1.0kgf /cm2 となる。尚、真空度を必要とする機器としては例えば10-1Pa程度のより低い真空度を必要とする機器においても、低圧側L’の圧力は約0kgf /cm2 となり、同様に適用することが可能である。
【0016】
従って、この使用形態においては、それぞれの磁極部材105,106における各凸条部108a・・・の耐圧能力の総和が1.0kgf /cm2 以上となるように設計されている。
【0017】
例えば、各ステージ部の耐圧能力が0.1kgf /cm2 の場合には、少なくとも10個のステージ部と、これらのステージ部により独立的に分割される9個の室が必要であり、さらに安全係数を考慮した場合にはステージ部と室を複数個追加して備える構成となっている。
【0018】
そして、この従来技術においては片側の磁極部材(磁極部材105または106のいずれか一方)だけでも真空シールとしての耐圧能力を発揮可能な構成としている。
【0019】
密封装置100の作動開始の際には、低圧側L’の圧力を真空ポンプ等で序々に低下させることが行われており、まず低圧側L’と室109aとの間で圧力差が発生し始め、その圧力差が凸条部108aに対応するステージ部に存在する磁性流体ML’の耐圧能力以上の差圧となるとブレーク(圧力均衡化現象)が発生し、隣接する室109bへと低圧側L’の圧力が序々に高圧側H’の室へと伝播されていく。
【0020】
従って、低圧側L’が完全に真空となった状態では磁極部材105の各室(109a・・・)の圧力が段階的に変化して、容器102内と外部(大気側)の約1.0kgf /cm2 の圧力差を維持しつつ低圧側L’を密封することが可能となっている。
【0021】
尚、高圧側H’の磁極部材106は、磁極部材105の密封性能が低下した場合に、高圧側H’の大気が直接容器102へと進入し、低圧側L’の真空度が低下してしまうことを防止可能としている。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
このような密封装置100では、装置の作動にともない磁性流体ML’が消耗及び劣化すると、密封性を維持することができなくなるので、定期的な点検を行い、必要であれば磁性流体ML’の補充や交換(密封装置のメンテナンス)が行われている。
【0023】
特に上記のように内部が真空状態となる容器102内と外部の密封に使用されたり、あるいは高温にさらされる環境で使用されると、磁性流体ML’の劣化が促進されることになり点検時期や頻度には注意が払われ、十分な安全性が確保されるよう密封装置のメンテナンスは行われている。
【0024】
は、真空チャンバの軸受部103に使用された密封装置100の磁性流体ML’の劣化の状態を模式的に示した図である。図において、各磁極部材105,106において、そのステージ部の数はそれぞれ4個とし、各ステージ部の耐圧能力を0.25kgf /cm2と設定してあるが、あくまでも磁性流体ML’の劣化の状態を模式的に説明するために簡単な構成としているものであって、実際の形態を示すものではない。尚、括弧内の数字はその領域あるいは室の気圧(kgf /cm2)が表示されている。
【0025】
磁性流体ML’は、同じ温度でも低圧力環境で使用されると、揮発成分の蒸発が促進され、図の(a)→(b)→(c)→(d)のように低圧側L’より劣化が進む。
【0026】
この場合に、磁極部材105の低圧側L’のステージ部に存在する磁性流体ML’が劣化し、そのステージ部にブレークが発生して耐圧能力が消滅すると、真空度の維持に関係するステージ部は1つ高圧側H’にずれることになり、これが順次繰り返され、各ステージ部の耐圧能力の総和が1.0kgf /cm2 よりも下回ると磁性流体シールの破損が発生し(バースト)、真空度の維持が不可能となる。
【0027】
すなわち、密封装置100では、磁極部材105または106のいずれか一方の磁極部材でも、容器102内と外部(大気側)の約1.0kgf /cm2の圧力差を維持することが可能であるため、図(c)の状態までは、容器102内部の真空度を高真空度(10-7Pa)に保つことができるが、磁極部材106の磁性流体ML’まで劣化が進むと(図(d)の状態)真空度を維持することができず、ステージ部の耐圧能力の総和が1.0kgf /cm2よりも下回り、バーストが発生して真空度が一気に低下する。
【0028】
は、図の磁性流体ML’の劣化状態(図(a),(b),(c),(d)を作動時間に対応させて横軸に表わされている。)に対応する、容器102内部の真空度の低下(図では気圧として縦軸に表わされている。)の関係を示すものである。
【0029】
密封装置100の作動開始T0 からバーストの発生時Tbまでは高真空度が維持されているが、バーストの発生時Tb以後は真空度を維持することができず、高圧側H’から低圧側L’へ大気が移動し、低圧側L’の圧力は不連続的に上昇してしまい、容器102内部は汚染されてしまう。
【0030】
従って、このような磁性流体の消耗や劣化による問題の発生を考慮して、密封装置のメンテナンスは、図におけるTmのタイミング、遅くともTm’のタイミングで行われるように作動時間で管理されている。
【0031】
しかしながら、このTm及びTm’は、密封装置100を特定の条件の下で作動した場合に対して実験的に求めることは可能であるが、異なる条件で密封装置100を作動した場合や、容器102内部での化学反応等により設定したメンテナンスのタイミングよりも早くTm及びTm’の状態となった場合には、密封装置100の作動中にバーストが発生してしまう恐れもある。
【0032】
また、これを防ごうとすると、安全率を高く設定して高い頻度でメンテナンスを行うように設定する必要があり、作業効率の低下やメンテナンスコストの上昇を招くことになる。
【0033】
本発明は上記従来技術の問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、適切なタイミングでメンテナンスを行い、シール破損(バースト)を未然に防止することができるように、密封装置の磁性流体の消耗や劣化の状態を検知させるための圧力変化を生じさせることができる密封装置を提供することにある。
【0034】
【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、密封容器に備えられた軸孔部と該軸孔部に挿通される軸との間の環状隙間に、軸方向に複数段配置され、磁束が通過する環状ステージ部と、前記複数段の環状ステージ部に保持される磁性流体と、前記磁性流体により複数段の環状ステージ部の間に形成され、軸方向に少なくとも1段配置される圧力室と、を備え、密封容器の内部と外部との間に発生する圧力差を、前記圧力室により解消しながら該環状隙間を密封する磁性流体を利用した密封装置において、前記環状隙間の軸孔部または軸のいずれか一方に嵌合する嵌め合い部を有し、該嵌め合い部に対向する側を前記環状ステージ部とする環状磁極部材と、前記嵌め合い部の密封側に設けられる密封側のシール手段と、前記嵌め合い部の反密封側に設けられるシール手段であって、前記密封側のシール手段よりもシール性の劣る反密封側のシール手段と、前記密封側のシール手段と前記反密封側のシール手段との間で前記嵌め合い部と前記圧力室とを連通させる通気経路と、を備え、前記嵌め合い部と、前記反密封側のシール手段と、前記通気経路とが、前記圧力室から装置外部まで流体を疎通可能とする通気手段を形成し、前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅した場合には、前記磁性流体の保持が滅した部分及び前記通気手段を介して、前記密封容器から装置外部まで流体が疎通することを特徴とする。
【0035】
この構成によると、通気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損した場合に、通気手段を介して微量の流体が密封容器の内部と疎通可能となる。その結果、密封装置の通気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損したことを検知することが可能な圧力変化が密封容器の内部に生じることになる。
【0037】
この構成によると、通気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損した場合に、反密封側のシール手段から通気経路を介して微量の流体が密封容器の内部と疎通可能となり、密封容器の内部の圧力を変化させる。この密封容器の内部の圧力変化を検知することにより、密封装置の通気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損したことを検知することが可能となる。また、圧力室の破損の発生していない通常状態では、密封側のシール手段が環状磁極部材の嵌め合い部をシールするので、密封容器の圧力を維持することができる。
【0038】
また、軸方向に2分割された前記環状磁極部材と、
この2つの前記環状磁極部材の間に配置され、前記環状ステージ部を通過する磁束を発生させる磁力発生手段と、を備え、
前記通気手段は、接続する圧力室を2つの環状磁極部材の間の領域とすると共に、通気経路を環状磁極部材と磁力発生手段の当接面の隙間とすることも好適である。
【0039】
この構成により簡易な構成で通気経路を備えることが可能となる。
【0040】
また、前記2つの環状磁極部材は、それぞれが真空状態となる密封容器の内部の圧力と大気圧力との圧力差を保持可能であり、前記反密封側のシール手段は、前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅した場合に前記密封容器の内部の真空度を低下させるために、大気を疎通させることも好適である。
【0041】
この構成によると、密封側の環状磁極部材により形成される圧力室が破損しても反密封側の環状磁極部材により真空状態となる密封容器の内部の圧力を維持することができる。そして、密封側の環状磁極部材により形成される圧力室が破損した際に、反密封側のシール手段から微量の大気が疎通して密封容器の内部の真空度を低下させる。この密封容器の内部の圧力変化を検知することにより、密封装置の状態を検知することが可能となる。
【0042】
また、前記反密封側のシール手段は、気体透過性を備えていることも好適である。
【0043】
微量の大気を疎通させるために、シール手段の気体透過性を利用することが可能であり、シール手段の材質や形状を特定することにより、所望の圧力変化を発生させることができる。
【0046】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下に本発明を図示の第1の実施の形態に基づいて説明する。図1は磁性流体を利用した密封装置1の要部断面構成説明図であり、 図2は図1のD1部を拡大した図である。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
従って、この実施の形態の密封装置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、回転軸2と回転軸2が挿通される軸孔部3との間の環状隙間4に備えられている。
【0050】
軸孔部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の回転駆動力導入部VC1に取り付けられるフランジ部3bを備えている。
【0051】
密封装置1において、軸孔部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。そして密封性に関しては、軸孔部3の円筒部3a内側に備えられた磁力発生手段としての磁石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。
【0052】
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。
【0053】
回転軸2には、周壁面2aから磁極部材7a,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8a,8b・・・が突出して形成され、凸条8a,8b・・・の外周面をステージ部9a,9b,・・・としている。
【0054】
ステージ部9a,9b,・・・には、磁気回路MCの磁束が収束しており、磁性流体MLが保持されている。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PDa,PDb,・・・,PDf,PDg,・・・が形成される。尚、磁極部材7a,7bの間の領域も圧力室PDsとみなしている。
【0055】
10は磁極部材7bとベアリング5b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。
【0056】
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。
【0057】
14は、磁極部材7aの真空側Lの軸方向端面と軸孔部3のスラスト面部3cを封止するシール手段としての金属シールである。
【0058】
尚、図2において円筒部3aと磁極部材7a,7bの嵌め合い部としての外周面側との間に隙間G1が記載されているが、実際にはこの図のような大きな隙間G1が存在するものではなく、所定の嵌め合い代(すきまばめ)の存在を模式的に表現したものである。
【0059】
従って、円筒部3aの内周面側と円筒部3aに装填される各構成部材との嵌め合い部には微小な隙間G1が通気手段として存在することになるが、Oリング12,13及び金属シール14により密封されている。
【0060】
また、隙間G1と圧力室PDsは、磁石6と磁極部材7a,7bとの当接面の微細な凹凸による隙間G2,G3を通気経路として連通している。
【0061】
ここで、Oリング12,13は、フッ素ゴムを材料とするものであり、金属シール14は銅ガスケットを採用している。従って、磁極部材7a側に備えられたOリング12と金属シール14によるシール性は、磁極部材7bのOリング13単体によるシール性よりも優れていることになる。
【0062】
このような構成を備えた密封装置1によると、磁極部材7a,7bの全てのステージ部に保持されている磁性流体MLが、全く劣化の発生していない状態における通常運転時には、周壁面2a側を磁性流体MLで密封し、隙間G1側をOリング12,13及び金属シール14により密封する。
【0063】
そして、このような磁性流体MLの劣化のない状態では、真空チャンバVCの真空度を高める(10-7〜10-9(Pa)程度)ことができる。
【0064】
真空チャンバVCの稼動時間の経過と共に真空側Lのステージ部9aから、順次磁性流体MLの劣化や蒸発に伴うブレークが発生した場合には、圧力室も圧力室PDa,PDb・・・と順次破損していく。
【0065】
図2は、磁極部材7a側の圧力室が全て破損した状態である。尚、磁極部材7a,7bは、いずれか1つでも真空側Lと大気側Hとの圧力差を維持することが可能であるので、図2のように磁極部材7aの圧力室が破損した状態となっても、磁極部材7bにより、周壁面2a側の密封を維持することができる。
【0066】
しかし、圧力室PDsと真空側Lが連通した状態では、隙間G1を密封するシール手段がOリング13のみとなってしまい、Oリング13を透過した空気が隙間G2,G3を経て真空側Lへと侵入する。そして、真空チャンバVC内部の真空度を通常時の10-7〜10-9(Pa)から磁性流体が劣化したときの10-5〜10-6(Pa)と低下させる。
【0067】
従って、真空チャンバVCに備えられている真空計により、真空度が1〜3桁程度低下したタイミングを検知することにより、密封装置1の劣化状態を知ることが可能となり、このタイミングでメンテナンスや補修・交換を行なうことにより、真空チャンバVCの真空度を大きく低下させるシール破損(バースト)を未然に防止することが可能となる。
【0068】
尚、真空度の低下は、真空計を通常稼動時の真空度よりも1〜2桁低下した場合にアラームがなるようにセットすることで、確実に検知することができる。
【0069】
また、真空度の低下の度合いは、Oリング13の気体透過性により依存するので、Oリングの材質や形状・表面処理等を適宜に選定及び設定することが重要であり、好適な形態とすることで真空度の低下の度合いを所望の値に設定することが可能である。
【0070】
但し、Oリング13の気体透過性が低過ぎたり全くない(気密性能が良好である)と、真空チャンバVCの真空度を1〜3桁程度低下させることができずに、いきなりシール破損(バースト)となってしまうので注意が必要である。
【0071】
Oリング12,13の材質は、フッ素ゴムの他にブチルゴムやニトリルゴムを採用することも可能であるが、フッ素ゴムに比較して耐熱性、耐薬品性に劣ることを考慮する必要がある。
【0072】
また、金属シール14はこの実施の形態では、所定のスラスト荷重を受けることにより非常に高い気密性を発揮すると共に、入手性と取扱性の容易さや量産性、信頼性及び経済性に優れる銅ガスケットを採用した。
【0073】
その他には、無酸素銅ワイヤを圧接によりリング状に形成したメタルOリングや、コイルスプリングを内蔵する金属性Oリング状のガスケットであるヘリコフレックス(CEFILA社の商品名)、金属環を使用したOリングでシール性を高めるために表面に銀やニッケル等の金属を被覆したメタル中空Oリング、金属OリングのO形断面の一部を取り除き「C」形断面としたCシール(イーグル工業の商品名)等も適宜採用することが可能である。
【0074】
(実施の形態2)
図3は、第2の実施の形態を説明する図である。この実施の形態の密封装置21においては、第1の実施の形態の金属シール14に代えて、Oリング12,13より気体透過性の劣る(気密性の高い)ゴム状弾性材からなるOリング14Bを備えた。
【0075】
その他の構成及び作用・効果は第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0076】
(実施の形態3)
図4は、第3の実施の形態を説明する図である。この実施の形態の密封装置31においては、第1の実施の形態から磁極部材の真空側Lのスラスト面部を封止する金属シール14が除かれた構成である。
【0077】
この実施の形態において、Oリング12Bは、磁性流体MLが劣化していない状態の真空度を高めるために、より気密性の高いものを使用する。
【0078】
その他の構成及び作用・効果は第1及び第2の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【0087】
【発明の効果】
上記実施の形態により説明された本発明の磁性流体を利用した密封装置によると、通気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損した場合に、通気手段を介して微量の流体が密封容器の内部と疎通可能となり、密封容器の内部の圧力を変化させる。この密封容器の内部の圧力変化を検知することにより、密封装置の通気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損したことを検知することが可能となり、密封装置の磁性流体の消耗や劣化の状態を検知でき、適切なタイミングでメンテナンスを行うことにより、シール破損(バースト)を未然に防止可能とする。
【0088】
通気経路とシール手段を備えた通気手段によると、反密封側のシール手段から通気経路をを介して微量の流体が密封容器の内部と疎通可能となり、密封容器の内部の圧力を変化させる。この密封容器の内部の圧力変化を検知することにより、密封装置の通気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損したことを検知することが可能となる。また、圧力室の破損の発生していない通常状態では、密封側のシール手段が環状磁極部材の嵌め合い部をシールするので、密封容器の圧力を維持することができる。
【0089】
通気経路を環状磁極部材と磁力発生手段の当接面の隙間とすることにより、簡易な構成で通気経路を備えることが可能となる。
【0090】
2つの環状磁極部材のそれぞれが真空状態となる密封容器の内部の圧力と大気圧力との圧力差を保持可能であり、反密封側のシール手段は、密封側の圧力室が破損した場合に前記密封容器の内部の真空度を低下させるための、微量の大気を疎通させることで、密封側の環状磁極部材により形成される圧力室が破損しても反密封側の環状磁極部材により真空状態となる密封容器の内部の圧力を維持することができる。そして、密封側の環状磁極部材により形成される圧力室が破損した際に、反密封側のシール手段から微量の大気が疎通して密封容器の内部の真空度を低下させる。この密封容器の内部の圧力変化を検知することにより、密封装置の状態を検知することが可能となる。
【0091】
微量の大気を疎通させるために、シール手段の気体透過性を利用することが可能であり、シール手段の材質や形状を特定することにより、所望の圧力変化を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明を適用した密封装置の断面構成説明図。
【図2】図2は第1の実施の形態のステージ部近傍の断面構成説明図。
【図3】図3は第2の実施の形態のステージ部近傍の断面構成説明図。
【図4】図4は第3の実施の形態のステージ部近傍の断面構成説明図。
【図5】図5は従来の密封装置の断面構成説明図と磁場の強さを説明する図。
【図6】図6は図5のD101部の拡大図。
【図7】図7は磁性流体の劣化状態を説明する図。
【図8】図8は磁性流体の劣化状態と真空度の低下の関係を示す図。
【符号の説明】
1 密封装置
2 回転軸
2a 周壁面
3 軸孔部
3a 円筒部
3b フランジ部
3c スラスト面
4 環状隙間
5a,5b ベアリング
6 磁石(磁力発生手段)
7a,7b 磁極部材
8a,8b 凸条
9a,9b ステージ部
10 スペーサリング
11 固定環部材
12,13 Oリング(シール手段)
14 金属シール(シール手段)
G1 隙間
G2,G3 隙間(通気経路)
H 大気側
L 真空側
MC 磁気回路
ML 磁性流体
PDa,PDb・・・PDs 圧力室
VC 真空チャンバ(密封容器)
VC1 回転駆動力導入部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealing device using a magnetic fluid, and relates to a technique that makes it possible to detect the state of a sealing device and the maintenance time.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, particles of magnetic material can be suspended in a fluid such as a surfactant, and the position of the fluid can be maintained by magnetically attracting the particles by the magnetic force of an external magnetic field such as a permanent magnet or an electromagnet. There are various sealing devices that utilize the properties of magnetic fluids.
[0003]
  Figure5(A) is a figure explaining the cross-sectional structure of the sealing device 100 as one prior art example using such a magnetic fluid,5(B)5The figure explaining the intensity | strength of the magnetic field of D101 part of (a), a figure6The figure5It is an enlarged view of D101 part of (a). Figure5And figure6The sealing device 100 will be described.
[0004]
The sealing device 100 includes a rotary shaft 101 extending between two regions of a high pressure side H ′ having a pressure difference (in this conventional example, the atmospheric side) and a low pressure side L ′ (in this conventional example, in a vacuum chamber container). It is provided between the bearing portions 103 of the rotating shaft 101.
[0005]
The bearing portion 103 includes a cylindrical portion 103a that holds and seals the rotating shaft 101, and an open end portion 102a of the container 102 that has an internal space in a vacuum state (low pressure side L ′) at one end portion of the cylindrical portion 103a. The flange part 103b attached with a volt | bolt is provided.
[0006]
The cylindrical portion 103a of the bearing portion 103 and the rotating shaft 101 are dynamically held against relative rotational motion by the bearings B1 and B2.
[0007]
The sealing performance is achieved by a magnetic fluid ML ′ interposed in a magnetic circuit MC ′ formed by an annular magnet 104 provided inside the cylindrical portion 103 a of the bearing portion 103.
[0008]
The magnet 104 has different polarities (shown as N and S) in the axial direction, and the magnetic pole members 105 and 106 that serve as the magnetic poles of the magnet 104 are provided on both sides in the axial direction. To be represented).
[0009]
A plurality of circumferentially continuous concave grooves 107 a, 107 b,... Are formed in a portion of the rotating shaft 101 facing the magnetic pole member 105, and the gap between the inner peripheral surface 105 a of the magnetic pole member 105 and each concave groove is formed. It is generated so that magnetic flux concentrates in the gap with the top surface of the ridges 108a, 108b,... (That is, the magnetic flux density is increased at the top surface of the ridges 108a, 108b,. The regions of the gap in which the magnetic fluid ML ′ is held are a plurality of stage portions.) The magnetic fluid ML ′ is held in these gaps, that is, the stage portions, so as to form a magnetic fluid seal portion.
[0010]
And the magnetic fluid seal part formed in this way forms a plurality of chambers 109a, 109b,... Between the low pressure side L ′ and the high pressure side H ′, and the pressure in each chamber is the pressure of each stage part. By changing within the pressure resistance range, even when there is a pressure difference between both sides of the sealed region, effective sealing performance can be exhibited. For example, the total sum of pressure resistance at all stages is 100 KPa (1.0 kgf / cm2 If it becomes above, it can utilize as a vacuum seal.
[0011]
110a and 110b are spacer rings for determining the axial positions of the magnet 104 and the magnetic pole members 105 and 106 between the bearings B1 and B2. The fixed ring members 112 and 113 are O-rings that maintain the sealing performance between the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 103 a and the outer peripheral surface side of the magnetic pole members 105 and 106.
[0012]
  Figure5(B) is a figure explaining the intensity | strength of the magnetic field of D101 part of the sealing device 100. FIG. This figure is a figure6The magnetic flux distribution in the axial gap G ′ between the magnetic pole member 105 and the rotating shaft 101 is schematically represented as the strength of the magnetic field.
[0013]
That is, since the magnetic flux of the magnetic circuit MC ′ formed by the magnet 104 is concentrated on the convex portion 108a (all of the plurality of convex portions correspond to each other, which is representatively described) that is a magnetic body, It is divided into a high density area and a low density area. Therefore, the magnetic field strength 120a on the top surface of the ridge 108a is stronger than the magnetic field strengths 121a and 121b in the concave grooves 107a and 107b on both sides thereof, and there is a difference Δf.
[0014]
Further, the strength of the holding force at which the magnetic fluid ML ′ is held by the ridge 108a is determined by the difference Δf in the strength of the magnetic field, and the strength of the holding force is proportional to the pressure resistance of each stage portion. Will do.
[0015]
Such a sealing device 100 is, for example, 10-7When functioning as a vacuum seal for equipment that requires a degree of vacuum of about Pa (for example, a vacuum chamber for sputtering), the pressure on the low-pressure side L ′ and the high-pressure side H ′ is about 0 and about 1.0 kgf / cm2 It becomes. In addition, as an apparatus which requires a vacuum degree, for example, 10-1Even in a device that requires a lower degree of vacuum such as Pa, the pressure on the low pressure side L 'is about 0 kgf / cm.2 It can be applied similarly.
[0016]
Therefore, in this usage pattern, the sum total of the pressure resistance capacity of the protruding strips 108a in the magnetic pole members 105 and 106 is 1.0 kgf / cm.2 It is designed to be the above.
[0017]
For example, the pressure resistance of each stage part is 0.1 kgf / cm2 In this case, it is necessary to have at least 10 stage units and 9 chambers that are independently divided by these stage units. In addition, when considering the safety factor, a plurality of stage units and chambers are added. It is the composition to prepare.
[0018]
And in this prior art, it is set as the structure which can demonstrate the pressure | voltage resistant capability as a vacuum seal only by the magnetic member (one of the magnetic pole members 105 or 106) of one side.
[0019]
At the start of the operation of the sealing device 100, the pressure on the low-pressure side L ′ is gradually reduced by a vacuum pump or the like. First, a pressure difference is generated between the low-pressure side L ′ and the chamber 109a. First, when the pressure difference becomes a pressure difference greater than the pressure resistance capability of the magnetic fluid ML ′ existing in the stage portion corresponding to the ridge portion 108a, a break (pressure balancing phenomenon) occurs, and the low pressure side enters the adjacent chamber 109b. The pressure of L ′ is gradually transmitted to the chamber on the high pressure side H ′.
[0020]
Therefore, in a state where the low pressure side L ′ is completely evacuated, the pressure in each chamber (109a...) Of the magnetic pole member 105 changes stepwise, and approximately 1.. 0kgf / cm2 It is possible to seal the low pressure side L 'while maintaining the pressure difference.
[0021]
In addition, when the sealing performance of the magnetic pole member 105 is reduced, the high-pressure side H ′ magnetic pole member 106 directly enters the container 102 and the vacuum level on the low-pressure side L ′ decreases. Can be prevented.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
In such a sealing device 100, when the magnetic fluid ML ′ is consumed and deteriorated with the operation of the device, the sealing performance cannot be maintained. Replenishment and replacement (maintenance of the sealing device) are performed.
[0023]
In particular, when used to seal the inside and outside of the container 102 where the inside is in a vacuum state as described above, or when used in an environment exposed to high temperatures, the deterioration of the magnetic fluid ML ′ is promoted and the inspection time is increased. Attention is paid to the frequency and the maintenance of the sealing device is performed to ensure sufficient safety.
[0024]
  Figure7These are the figures which showed typically the state of deterioration of magnetic fluid ML 'of the sealing device 100 used for the bearing part 103 of a vacuum chamber. In the figure, each of the magnetic pole members 105 and 106 has four stage portions, and the pressure resistance of each stage portion is 0.25 kgf / cm.2However, it is merely a simple configuration for schematically explaining the state of deterioration of the magnetic fluid ML ', and does not show an actual form. The numbers in parentheses indicate the atmospheric pressure (kgf / cm2) Is displayed.
[0025]
  When the magnetic fluid ML 'is used in a low pressure environment even at the same temperature, evaporation of volatile components is promoted.7(A) → (b) → (c) → (d), the deterioration proceeds from the low pressure side L ′.
[0026]
In this case, when the magnetic fluid ML ′ existing in the stage portion on the low pressure side L ′ of the magnetic pole member 105 deteriorates, a break occurs in the stage portion and the pressure resistance disappears, the stage portion related to maintaining the degree of vacuum. Is shifted to one high-pressure side H ′, and this is repeated in sequence, and the total pressure resistance capacity of each stage portion is 1.0 kgf / cm 2.2 Below that, the magnetic fluid seal breaks (burst), making it impossible to maintain the degree of vacuum.
[0027]
  That is, in the sealing device 100, even with either one of the magnetic pole members 105 or 106, about 1.0 kgf / cm inside and outside (atmosphere side) the container 102.2It is possible to maintain a pressure difference of7Until the state of (c), the degree of vacuum inside the container 102 is set to a high degree of vacuum (10-7Pa), but when the magnetic fluid ML ′ of the magnetic pole member 106 deteriorates (see FIG.7(D) state) The degree of vacuum cannot be maintained, and the total pressure resistance of the stage is 1.0 kgf / cm.2Less than, and a burst is generated, and the degree of vacuum is reduced at once.
[0028]
  Figure8The figure7State of magnetic fluid ML '7(A), (b), (c), and (d) are shown on the horizontal axis corresponding to the operating time. ) Corresponding to a decrease in the degree of vacuum inside the container 102 (indicated by the vertical axis as the atmospheric pressure in the figure).
[0029]
Operation start T of the sealing device 1000 From the high pressure side H ′ to the low pressure side L ′, the high vacuum degree is maintained from the high pressure side H ′ to the low pressure side L ′. The pressure on the low pressure side L ′ rises discontinuously, and the inside of the container 102 is contaminated.
[0030]
  Therefore, considering the occurrence of problems due to the consumption and deterioration of such magnetic fluid, the maintenance of the sealing device is not recommended.8The operation time is managed so as to be performed at the timing of Tm at the timing of Tm ′ at the latest.
[0031]
However, Tm and Tm ′ can be experimentally obtained when the sealing device 100 is operated under specific conditions. However, when the sealing device 100 is operated under different conditions, the container 102 When the state of Tm and Tm ′ is reached earlier than the maintenance timing set by an internal chemical reaction or the like, a burst may occur during the operation of the sealing device 100.
[0032]
In order to prevent this, it is necessary to set the safety factor to be high and perform maintenance at a high frequency, resulting in a decrease in work efficiency and an increase in maintenance cost.
[0033]
  The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art.A sealing device that can cause pressure changes to detect the state of wear and deterioration of the magnetic fluid in the sealing device so that maintenance can be performed at an appropriate timing and seal breakage (burst) can be prevented. Is to provide.
[0034]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, in the present invention, a plurality of stages are arranged in the axial direction in the annular gap between the shaft hole provided in the sealed container and the shaft inserted through the shaft hole, and the magnetic flux An annular stage portion through which the gas passes, a magnetic fluid held by the plurality of annular stage portions, and a pressure chamber formed between the plurality of annular stage portions by the magnetic fluid and arranged in at least one stage in the axial direction And a sealing device using a magnetic fluid that seals the annular gap while eliminating the pressure difference generated between the inside and the outside of the sealed container by the pressure chamber.An annular magnetic pole member having a fitting portion that fits into either the shaft hole portion or the shaft of the annular gap, and the side facing the fitting portion as the annular stage portion; and the fitting portion Sealing means provided on the sealing side, sealing means provided on the anti-sealing side of the fitting portion, the sealing means on the anti-sealing side having a lower sealing performance than the sealing means on the sealing side, and A vent path for communicating the fitting portion and the pressure chamber between the sealing means on the sealing side and the sealing means on the anti-sealing side, and the fitting portion, and the sealing means on the anti-sealing side, The ventilation path forms a ventilation means for allowing fluid to communicate from the pressure chamber to the outside of the apparatus, and the magnetic fluid is retained when the holding of the magnetic fluid from the sealed container to the pressure chamber is lost. The part where the retention of Via the gas means, fluid communication from the sealed container to the outside of the deviceIt is characterized by that.
[0035]
  According to this configuration, when the pressure chamber on the sealed side of the pressure chamber to which the ventilation means is connected is broken, a small amount of fluid can communicate with the inside of the sealed container through the ventilation means.The As a result, a pressure change that can detect that the pressure chamber on the sealed side relative to the pressure chamber to which the venting means of the sealing device is connected is detected is generated inside the sealed container.
[0037]
According to this configuration, when the pressure chamber on the sealed side of the pressure chamber to which the ventilation means is connected is broken, a small amount of fluid can communicate with the inside of the sealed container from the anti-sealing side sealing means via the ventilation path. Change the pressure inside the sealed container. By detecting the pressure change inside the sealed container, it is possible to detect that the pressure chamber on the sealed side of the pressure chamber connected to the venting means of the sealing device is damaged. Further, in a normal state where the pressure chamber is not damaged, the sealing means on the sealing side seals the fitting portion of the annular magnetic pole member, so that the pressure of the sealed container can be maintained.
[0038]
The annular magnetic pole member divided into two in the axial direction;
A magnetic force generating means disposed between the two annular magnetic pole members and generating a magnetic flux passing through the annular stage portion;
In the venting means, it is preferable that the pressure chamber to be connected is a region between the two annular magnetic pole members, and the ventilation path is a gap between the contact surfaces of the annular magnetic pole member and the magnetic force generating means.
[0039]
With this configuration, the ventilation path can be provided with a simple configuration.
[0040]
  Further, each of the two annular magnetic pole members can hold a pressure difference between the pressure inside the sealed container that is in a vacuum state and the atmospheric pressure, and the sealing means on the anti-sealing side includes:When the holding of the magnetic fluid from the sealed container to the pressure chamber is lostIn order to reduce the degree of vacuum inside the sealed container,BigIt is also suitable for communication.
[0041]
According to this configuration, even if the pressure chamber formed by the annular magnetic pole member on the sealed side is damaged, the pressure inside the sealed container that is in a vacuum state can be maintained by the annular magnetic pole member on the anti-sealed side. And when the pressure chamber formed by the annular magnetic pole member on the sealed side breaks, a very small amount of air communicates from the sealing means on the anti-sealed side to lower the degree of vacuum inside the sealed container. By detecting the pressure change inside the sealed container, the state of the sealing device can be detected.
[0042]
It is also preferable that the anti-sealing side sealing means has gas permeability.
[0043]
In order to allow a very small amount of air to communicate, the gas permeability of the sealing means can be used, and a desired pressure change can be generated by specifying the material and shape of the sealing means.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, the present invention will be described based on the first embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part of a sealing device 1 using a magnetic fluid, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion D1 in FIG.
[0047]
The sealing device 1 is provided in a rotational driving force introduction portion VC1 of a rotary shaft 2 that transmits rotational power from the outside to the inside of a vacuum chamber VC that is in a vacuum state as a sealed container.
[0048]
During operation of the vacuum chamber VC, an internal vacuum is drawn by a vacuum pump or the like, so that the internal pressure is reduced to the vacuum side L, and there is a pressure difference with the atmospheric side H which is the high pressure side outside the vacuum chamber VC. Occur.
[0049]
Therefore, the sealing device 1 of this embodiment is configured to introduce rotational power into the vacuum chamber VC by the rotary shaft 2 while maintaining the degree of vacuum on the vacuum side L while separating the two regions having the pressure difference. It is provided in an annular gap 4 between the rotary shaft 2 and the shaft hole portion 3 through which the rotary shaft 2 is inserted.
[0050]
The shaft hole portion 3 includes a cylindrical portion 3a that holds and seals the rotary shaft 2, and a flange portion 3b that is attached to the rotational driving force introduction portion VC1 of the vacuum chamber VC at one end portion of the cylindrical portion 3a. .
[0051]
In the sealing device 1, the shaft hole portion 3 and the rotary shaft 2 are dynamically held against relative rotational motion by bearings 5a and 5b. The sealing performance is achieved by a magnetic fluid ML interposed in a magnetic circuit MC formed by a magnet 6 as a magnetic force generating means provided inside the cylindrical portion 3a of the shaft hole portion 3.
[0052]
The magnet 6 is provided with different polarities in the axial direction, and annular magnetic pole members 7a and 7b that are in contact with the magnet 6 and serve as magnetic poles are provided on both sides in the axial direction.
[0053]
The rotating shaft 2 has a plurality of (in this embodiment, five) annular ridges 8a, 8b,... That are continuous in the circumferential direction from the peripheral wall surface 2a to the magnetic pole members 7a, 7b. Are projecting and the outer peripheral surfaces of the ridges 8a, 8b,... Are stage portions 9a, 9b,.
[0054]
In the stage portions 9a, 9b,..., The magnetic flux of the magnetic circuit MC is converged and the magnetic fluid ML is held. Then, a plurality of pressure chambers PDa, PDb,..., PDf, PDg,... Are formed in the axial direction (in this embodiment, four stages for each of the magnetic pole members 7a and 7b). Note that the region between the magnetic pole members 7a and 7b is also regarded as the pressure chamber PDs.
[0055]
Reference numeral 10 denotes a spacer ring that keeps the gap between the magnetic pole member 7b and the bearing 5b, and 11 denotes a stationary ring member that seals and fixes each component member provided inside the cylindrical portion 3a.
[0056]
Reference numerals 12 and 13 denote O-rings as sealing means for maintaining the sealing performance between the outer peripheral surface side as the fitting portion of the magnetic pole members 7a and 7b and the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 3a.
[0057]
Reference numeral 14 denotes a metal seal as a sealing means for sealing the axial end surface on the vacuum side L of the magnetic pole member 7 a and the thrust surface portion 3 c of the shaft hole portion 3.
[0058]
In FIG. 2, a gap G1 is described between the cylindrical portion 3a and the outer peripheral surface side as a fitting portion of the magnetic pole members 7a and 7b, but actually there is a large gap G1 as shown in this figure. It is not a thing, but the existence of a predetermined fitting allowance (clearance fit) is schematically expressed.
[0059]
Therefore, a minute gap G1 exists as a ventilation means in the fitting portion between the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 3a and each component member loaded in the cylindrical portion 3a, but the O-rings 12 and 13 and the metal Sealed by a seal 14.
[0060]
Further, the gap G1 and the pressure chamber PDs communicate with each other using the gaps G2 and G3 formed by fine irregularities on the contact surface between the magnet 6 and the magnetic pole members 7a and 7b as ventilation paths.
[0061]
Here, the O-rings 12 and 13 are made of fluoro rubber, and the metal seal 14 employs a copper gasket. Therefore, the sealing performance by the O-ring 12 and the metal seal 14 provided on the magnetic pole member 7a side is superior to the sealing performance by the O-ring 13 alone of the magnetic pole member 7b.
[0062]
According to the sealing device 1 having such a configuration, the magnetic fluid ML held on all the stage portions of the magnetic pole members 7a and 7b is on the side of the peripheral wall 2a during normal operation in a state where no deterioration has occurred. Is sealed with magnetic fluid ML, and the gap G1 side is sealed with O-rings 12 and 13 and a metal seal 14.
[0063]
In a state where the magnetic fluid ML is not deteriorated, the degree of vacuum of the vacuum chamber VC is increased (10-7-10-9(About Pa)).
[0064]
When breakage occurs due to deterioration or evaporation of the magnetic fluid ML sequentially from the stage portion 9a on the vacuum side L as the operation time of the vacuum chamber VC elapses, the pressure chamber is sequentially damaged with the pressure chambers PDa, PDb,. I will do it.
[0065]
FIG. 2 shows a state where all the pressure chambers on the magnetic pole member 7a side are damaged. Since any one of the magnetic pole members 7a and 7b can maintain the pressure difference between the vacuum side L and the atmospheric side H, the pressure chamber of the magnetic pole member 7a is damaged as shown in FIG. Even in this case, the magnetic pole member 7b can maintain the sealing on the peripheral wall surface 2a side.
[0066]
However, in a state where the pressure chamber PDs and the vacuum side L communicate with each other, the sealing means for sealing the gap G1 is only the O-ring 13, and the air that has passed through the O-ring 13 passes through the gaps G2 and G3 to the vacuum side L. And invade. Then, the degree of vacuum inside the vacuum chamber VC is set to 10 at the normal time.-7-10-910 when the magnetic fluid deteriorates from (Pa)-Five-10-6(Pa).
[0067]
Therefore, it is possible to know the deterioration state of the sealing device 1 by detecting the timing when the degree of vacuum is reduced by about 1 to 3 digits by the vacuum gauge provided in the vacuum chamber VC. At this timing, maintenance and repair are possible. -By performing the replacement, it is possible to prevent seal breakage (burst) that greatly reduces the degree of vacuum of the vacuum chamber VC.
[0068]
In addition, the fall of a vacuum degree is reliably detectable by setting so that an alarm may be set when a vacuum gauge falls 1-2 digits from the vacuum degree at the time of normal operation.
[0069]
In addition, since the degree of vacuum reduction depends on the gas permeability of the O-ring 13, it is important to appropriately select and set the material, shape, surface treatment, etc. of the O-ring, which is a preferred form. Thus, it is possible to set the degree of vacuum reduction to a desired value.
[0070]
However, if the gas permeability of the O-ring 13 is too low or not at all (the airtight performance is good), the degree of vacuum of the vacuum chamber VC cannot be reduced by about 1 to 3 digits, and suddenly the seal breaks (burst ), So be careful.
[0071]
The material of the O-rings 12 and 13 may be butyl rubber or nitrile rubber in addition to fluorine rubber, but it is necessary to consider that the heat resistance and chemical resistance are inferior to fluorine rubber.
[0072]
Further, in this embodiment, the metal seal 14 exhibits a very high airtightness by receiving a predetermined thrust load, and is excellent in availability, ease of handling, mass productivity, reliability and economy. It was adopted.
[0073]
In addition, a metal O-ring formed of oxygen-free copper wire in a ring shape by pressure welding, a metal O-ring gasket with a built-in coil spring, Helicoflex (trade name of CEFILA), and a metal ring were used. A metal hollow O-ring whose surface is coated with a metal such as silver or nickel in order to enhance the sealing performance, and a C-seal (Eagle Industry Product name) can also be adopted as appropriate.
[0074]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a diagram for explaining the second embodiment. In the sealing device 21 of this embodiment, instead of the metal seal 14 of the first embodiment, an O-ring made of a rubber-like elastic material that is inferior in gas permeability (highly airtight) to the O-rings 12 and 13. 14B.
[0075]
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
[0076]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a diagram for explaining the third embodiment. In the sealing device 31 of this embodiment, the metal seal 14 for sealing the thrust surface portion on the vacuum side L of the magnetic pole member is removed from the first embodiment.
[0077]
  In this embodiment, the O-ring 12B is, MagnetismIn order to increase the degree of vacuum when the magnetic fluid ML is not deteriorated, use a more airtight one.The
[0078]
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first and second embodiments, and thus description thereof is omitted.
[0087]
【The invention's effect】
According to the sealing device using the magnetic fluid of the present invention described in the above embodiment, when the pressure chamber on the sealed side of the pressure chamber to which the ventilation means is connected is damaged, a small amount of fluid is passed through the ventilation means. It becomes possible to communicate with the inside of the sealed container, and the pressure inside the sealed container is changed. By detecting the pressure change inside the sealed container, it is possible to detect that the pressure chamber on the sealed side is damaged with respect to the pressure chamber to which the venting means of the sealing device is connected, and the magnetic fluid of the sealing device is consumed. It is possible to detect the state of deterioration and deterioration, and to prevent seal breakage (burst) by performing maintenance at an appropriate timing.
[0088]
According to the ventilation means including the ventilation path and the sealing means, a small amount of fluid can communicate with the inside of the sealed container from the anti-sealing side sealing means via the ventilation path, and the pressure inside the sealed container is changed. By detecting the pressure change inside the sealed container, it is possible to detect that the pressure chamber on the sealed side of the pressure chamber connected to the venting means of the sealing device is damaged. Further, in a normal state where the pressure chamber is not damaged, the sealing means on the sealing side seals the fitting portion of the annular magnetic pole member, so that the pressure of the sealed container can be maintained.
[0089]
By setting the ventilation path as a gap between the contact surface of the annular magnetic pole member and the magnetic force generating means, it is possible to provide the ventilation path with a simple configuration.
[0090]
Each of the two annular magnetic pole members can hold a pressure difference between the pressure inside the sealed container that is in a vacuum state and the atmospheric pressure, and the sealing means on the anti-sealing side can be used when the pressure chamber on the sealing side is damaged. Even if the pressure chamber formed by the annular magnetic pole member on the sealed side is damaged by passing a small amount of air to reduce the degree of vacuum inside the sealed container, the vacuum state is established by the annular magnetic pole member on the anti-sealed side. The pressure inside the sealed container can be maintained. And when the pressure chamber formed by the annular magnetic pole member on the sealed side breaks, a very small amount of air communicates from the sealing means on the anti-sealed side to lower the degree of vacuum inside the sealed container. By detecting the pressure change inside the sealed container, the state of the sealing device can be detected.
[0091]
In order to allow a very small amount of air to communicate, the gas permeability of the sealing means can be used, and a desired pressure change can be generated by specifying the material and shape of the sealing means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration explanatory view of a sealing device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a cross-sectional configuration in the vicinity of a stage unit according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a cross-sectional configuration in the vicinity of a stage unit according to a second embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a cross-sectional configuration in the vicinity of a stage unit according to a third embodiment.
[Figure 5]FIG. 5 is a cross-sectional configuration explanatory diagram of a conventional sealing device and a diagram illustrating the strength of a magnetic field.
[Fig. 6]FIG. 6 is an enlarged view of a portion D101 in FIG.
[Fig. 7]FIG. 7 is a diagram for explaining a deteriorated state of the magnetic fluid.
[Fig. 8]FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the deterioration state of the magnetic fluid and the degree of vacuum.
[Explanation of symbols]
1 Sealing device
2 Rotating shaft
2a Surrounding wall
3 Shaft hole
3a Cylindrical part
3b Flange part
3c Thrust surface
4 annular gap
5a, 5b Bearing
6 Magnet (magnetic force generation means)
7a, 7b Magnetic pole member
8a, 8b ridges
9a, 9b Stage part
10 Spacer ring
11 Fixed ring member
12, 13 O-ring (sealing means)
14 Metal seal (sealing means)
G1 gap
G2, G3 gap (ventilation path)
H Atmosphere side
L Vacuum side
MC magnetic circuit
ML Magnetic fluid
PDa, PDb ... PDs Pressure chamber
VC vacuum chamber (sealed container)
VC1 Rotation driving force introduction part

Claims (4)

密封容器に備えられた軸孔部と該軸孔部に挿通される軸との間の環状隙間に、
軸方向に複数段配置され、磁束が通過する環状ステージ部と、
前記複数段の環状ステージ部に保持される磁性流体と、
前記磁性流体により複数段の環状ステージ部の間に形成され、軸方向に少なくとも1段配置される圧力室と、
を備え、密封容器の内部と外部との間に発生する圧力差を、前記圧力室により解消しながら該環状隙間を密封する磁性流体を利用した密封装置において
記環状隙間の軸孔部または軸のいずれか一方に嵌合する嵌め合い部を有し、該嵌め合い部に対向する側を前記環状ステージ部とする環状磁極部材と、
前記嵌め合い部の密封側に設けられる密封側のシール手段と、
前記嵌め合い部の反密封側に設けられるシール手段であって、前記密封側のシール手段よりもシール性の劣る反密封側のシール手段と、
前記密封側のシール手段と前記反密封側のシール手段との間で前記嵌め合い部と前記圧力室とを連通させる通気経路と、を備え、
前記嵌め合い部と、前記反密封側のシール手段と、前記通気経路とが、前記圧力室から装置外部まで流体を疎通可能とする通気手段を形成し、
前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅した場合には、前記磁性流体の保持が滅した部分及び前記通気手段を介して、前記密封容器から装置外部まで流体が疎通することを特徴とする磁性流体を利用した密封装置。
In the annular gap between the shaft hole provided in the sealed container and the shaft inserted through the shaft hole,
A plurality of stages arranged in the axial direction, an annular stage part through which magnetic flux passes,
A magnetic fluid held by the plurality of annular stage portions;
A pressure chamber formed between the plurality of annular stage portions by the magnetic fluid and disposed at least one stage in the axial direction;
In a sealing device using a magnetic fluid that seals the annular gap while eliminating the pressure difference generated between the inside and the outside of the sealed container by the pressure chamber ,
Before SL has a fitting portion fitted to one of the axial hole part or axis of the annular gap, the annular magnetic pole member to the annular stage portion side facing the unit fits Me fitting,
Sealing means on the sealing side provided on the sealing side of the fitting portion;
Sealing means provided on the anti-sealing side of the fitting portion, the sealing means on the anti-sealing side having a lower sealing performance than the sealing means on the sealing side;
A ventilation path for communicating the fitting portion and the pressure chamber between the sealing means on the sealing side and the sealing means on the anti-sealing side, and
The fitting portion, the sealing means on the anti-sealing side, and the ventilation path form a ventilation means that allows fluid to communicate from the pressure chamber to the outside of the apparatus,
When the holding of the magnetic fluid from the sealed container to the pressure chamber is lost, the fluid communicates from the sealed container to the outside of the apparatus through the portion where the holding of the magnetic fluid is lost and the ventilation means. The sealing device using the magnetic fluid characterized by this.
軸方向に2分割された前記環状磁極部材と、
この2つの前記環状磁極部材の間に配置され、前記環状ステージ部を通過する磁束を発生させる磁力発生手段と、を備え、
前記通気手段は、接続する圧力室を2つの環状磁極部材の間の領域とすると共に、通気経路を環状磁極部材と磁力発生手段の当接面の隙間とすることを特徴とする請求項1に記載の磁性流体を利用した密封装置。
The annular magnetic pole member divided into two in the axial direction;
A magnetic force generating means disposed between the two annular magnetic pole members and generating a magnetic flux passing through the annular stage portion;
2. The ventilation means according to claim 1, wherein the pressure chamber to be connected is a region between two annular magnetic pole members, and the ventilation path is a gap between the contact surface of the annular magnetic pole member and the magnetic force generation means. A sealing device using the magnetic fluid described .
前記2つの環状磁極部材は、それぞれが真空状態となる密封容器の内部の圧力と大気圧力との圧力差を保持可能であり、
前記反密封側のシール手段は、前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅した場合に前記密封容器の内部の真空度を低下させるために、大気を疎通させること
を特徴とする磁性流体を利用した密封装置。
The two annular magnetic pole members can hold a pressure difference between the pressure inside the sealed container and the atmospheric pressure, each of which is in a vacuum state,
Said sealing means opposite to the sealed side, to reduce the degree of vacuum inside of the sealed container when the holding of the magnetic fluid from the sealed container until the pressure chamber is blinking, characterized thereby communicate the atmosphere Sealing device using magnetic fluid.
前記反密封側のシール手段は、気体透過性を備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の磁性流体を利用した密封装置。 The sealing device using a magnetic fluid according to any one of claims 1 to 3, wherein the sealing means on the anti-sealing side has gas permeability .
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