JP4132149B2 - 磁性流体封止装置およびその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性流体封止装置およびその方法に係り、特に、回転シャフトもしくはスリーブ等の回転可能な表面相互間を気密封止し、該表面に沿った潤滑剤または粒子等の漏洩を防止する磁性流体封止装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
潤滑剤を用いて相互摺動する表面において、これらの間に封止材を介在させ潤滑剤や粒子若しくはガス等が漏洩するのを防止したり、回転シャフト等の一方表面が第一の圧力に設定された第一の雰囲気からこれと異なった圧力の第二の雰囲気に向けて延在している場合には、該封止材を介して圧力差を適切に保持することが必要とされている。
【０００３】
従来においては、相対的に摺動可能に対向した表面間の間隙内に動的封止材（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｅａｌ）として磁性流体を適用すること提案されている。
この磁性流体は、（１）水、ハイドロカーボンまたはフルオロカーボン等のキャリア流体と、（２）脂肪酸等の界面活性剤と、（３）上記キャリア内に分散含有された酸化鉄またはフェライト等の強磁性体粒子とで成るものである。
【０００４】
該流体は、磁極片（ｐｏｌｅ ｐｉｅｃｅ）により相互分離された一個の磁石もしくは複数個の永久磁石から生成された磁束によって上記間隙内に封入保持される。このような磁性流体封止構造においては、相対的に摺動可能な表面は互いに直接接触することはないからこれら間に磨耗等が発生することは無く、単に機械的封止機構を用いた場合に比較し、封止機構の一層の長寿命化を図ることができる。
【０００５】
更に、より積極的な軸封止を実現することができる。従って、磁性流体封止機構は、Ｘ線管装置等の高真空環境下で用いられる装置に好適である。
この種の磁性流体封止装置は、例えば米国特許公報第４，６０５，２３３号に開示されており、該引例の開示内容全体を当該特許出願明細書開示の一部として引用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の装置の主な問題点は、以下の通りである。
（１）筐体と、磁石と流体間に介設された動的回転封止材との間に静的Ｏリングシールを設ける必要がある。ラバー等の弾性部材や有機Ｏリング等は、超高真空応用機器でのガス放出に影響され易い。この問題を克服するには、一般に、金属製のＯリングを用いるが、この場合、装置組立が困難となる。
（２）周囲温度の上昇に伴い封止材からのガス放出が増加し、静的封止材、例えば接着剤は、その悪影響を受け易く最悪の場合には分解してしまう。これを克服するには一般に、封止材を水冷等により冷却すれば良いが、そのためには磁極片に別途冷却水路を付設しなければならず、その結果装置全体が大型化し、製造コストが増加し、さらに、構造が複雑化されてしまうという問題が生じる。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、上述の問題を克服した磁性流体軸封装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁性流体封止装置は、要するに、材料および各種機械的特徴を組み合わせて適用し、該システム（高温壁部および熱負荷）から封止装置の温度依存性領域（磁性流体および磁気封止領域）への熱伝導を最小化したものである。この磁性流体封止装置は、また温度依存性領域を等温化し、同時に等温領域から周囲雰囲気への熱を効果的に放散させる手段を含むものである。
これにより、多種多様の応用に際して水冷機構を不要化すると共に、流体領域と封止外部筐体と間の温度差を低減して磁性流体の動作温度を容易にモニタすることができる。
【０００８】
また、本発明の磁性流体封止装置によれば、封止機構に新規な磁気設計手法を採用したので、
（ａ）筐体および磁気回路素子間に静的真空封止材を設ける必要をなくし、
（ｂ）Ｏリング、磁石又は他の封止部材からの不所望なガス放出を防止し、
（ｃ）真空システムに露出する磁性流体の量を低減化し、
（ｄ）多数の磁気トラップを設けて封止領域から低圧側への磁性流体の侵入を防止することができる。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、磁性流体封止装置は、低圧雰囲気および大気圧雰囲気間に配設された筐体を有する。この筐体内部に軸方向に延在した回転シャフトを載置し、磁性流体封止材で該シャフトを取り囲んでいる。
該流体封止部は、磁極片と、シャフトを放射状に即ちその径方向に取り囲む磁石とにより構成され、これらの間に磁性流体を封入するための間隙を形成する。また、筐体の低圧雰囲気に最も近接した側に隣接するようにフランジを設ける。該フランジは、当該装置を低圧雰囲気に露出した所定の支持台に固定載置するためのものである。該取付フランジと磁性流体封止部と間には熱抵抗体を設け、流体封止部を低圧雰囲気から熱遮断する。
【００１０】
さらに、上記筐体は磁極片と熱接触しており、該磁極片から周囲外気への熱交換のための放熱部を形成する。磁極片は、筐体からフランジに向かって延在する薄い管状壁部を有し、これにより該フランジと磁性流体との間に上述した熱抵抗体を構成して、磁極片および低圧雰囲気間を熱遮断する。磁極片は、またシャフトおよび磁石間に径方向に形成された薄壁部を有する。該薄壁部は、低圧雰囲気と大気圧雰囲気間に生ずる圧力差に耐えるに充分な機械的強度を有すると共に、同時に上記磁石によって良好に磁気飽和されるに充分な程度に薄く構成する。これにより、シャフトと磁石間に効果的な磁気封止を実現する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の特質、効果およびさらに他の特徴を、その一実施の形態に基づき、図面を参照して詳細に説明する。
〔実施の形態 １〕先ず、図１に示す如く、本発明の一実施形態である磁性流体封止装置は、アルミニウムで成る筐体１２とアルミニウム端部キャップ３４とで構成される円筒状筐体内に収納されている。
【００１２】
回転シャフト１６は、端部キャップ３４の中央部に設けられた開口を介して挿入される。回転シャフト１６の左端部は、フランジ２０に形成された開口を挿通して延在し、該フランジ２０は、高温真空雰囲気において磁性流体封止装置１０に装着したものである。
【００１３】
その右端部は、図１に示すように、室温の通常雰囲気下で装着する。磁性流体封止装置１０の断面構造は、軸径方向に対して、即ち径方向に対称となっているから、図１にはその上半分の内部断面構造のみを図示した。一個のクロスローラベアリング（ｃｒｏｓｓ−ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ）３２は、回転シャフト１６を回転可能に支持するように、アルミニウムベアリングナツト３６により固定されており、回転シャフト１６を傾斜させるように作用する力モーメントが生じた際もこれを低減させるように機能する。
【００１４】
上記筐体１２内には、少なくとも一対の磁石２４，２６が回転シャフト１６の軸方向に沿って直列に交互に配設され、これらの磁石２４，２６は、円環状のポールピース、即ち磁極片３０によって相互間に所定距離を保持する如く、位置決めされている。磁極片３０は、磁性ステンレス鋼材で形成される。その径方向の外方部には、該磁極片は二個の溝部を有し、これら溝部は上記磁石２４，２６を内部に載置するに十分な深さを有し、これらの磁石から生成される磁束を効率的に捕捉可能となっている。
【００１５】
図示の単一磁極片（ｕｎｉｔａｒｙ ｐｏｌｅ ｐｉｅｃｅ）は、ボタン形状になるように、セグメントに分割化され、且つ前記溝部内に挿入された磁石２４，２６を有するように構成されているが、必要に応じて、組立て構造の磁極片（中央管状部およびこれに摺接する外方リング部材）とフル円環状磁石とを用いて構成しても良い。単一構造とすれば、製造コストの低減化には好適である。
なぜなら、該構造部品は、ただ一回の製造工程で製作可能であり、しかも多種多様の磁石組立部品をただ一個の標準磁石部品（ボタンもしくはセグメント）を用いて、構成可能となるからである。
【００１６】
磁極片３０は、回転シャフト１６の外径より若干程度大きい直径をもつ第一の円筒形空洞部３０Ａ（以下「封止空洞部」と称する）と、第二の空洞部（「ベアリング設置空洞部」と称す）３０Ｂとを含む。これらの空洞部を同軸状に配置して、回転シャフト１６、ベアリング設置空洞部３０Ｂおよび封止空洞部３０Ａを一直線上に位置整合をさせている。磁石２４，２６は、磁極片３０の他端側での磁石極性が該磁極片について対称配置とする。即ち、二個の隣接した磁石２４，２６の対向面上の磁極は互いに同一とする。
【００１７】
図１に示す実施形態の主な特徴は、以下の通りである。
１．磁極片３０に薄壁状の円筒形延長部３０Ｃを設け、これを磁極片３０から取付フランジ２０に延在するシャフト部１６Ｂの区間に配置して、回転シャフト１６を同軸的に覆うように構成したことにより、低圧端部に配設したフランジ２０と磁気封止部１４間の熱伝導を最小化することができる。
上記シャフト部１６Ｂの区間は、好ましくは磁性ステンレス鋼材により形成する。これは、該鋼材が清浄性を維持しつつ、良好な真空性を両立させ、さらに低熱伝導性と強磁性透磁率を高く保持できる等の種々の好ましい組合せ特性を有するからである。
【００１８】
シャフト部１６Ｂの内部に設けられた細長管状の空隙には、熱絶縁部材４０を埋設する。このようにして、二個の熱抵抗が、低圧若しくは真空雰囲気に露出した通常加熱状態の取付フランジ２０および加熱されているシャフトの端部１６Ｃと磁気封止部１４との間に形成され、これら間での熱流動性を最小化することができる。
【００１９】
２．筐体１２および端部キャップ３４ならびに回転シャフト１６の雰囲気側端部から周囲外気への熱交換（即ち、外気への放熱）に係る装置の性能を最大化することができる。主放熱器体は、アルミニウムで成る筐体１２とその開口端に嵌合取着された端部キャップ３４とで構成される。これらは周囲外気に対する熱交換効率を上げるために大きい表面積を有する。さらに、外気端側の炭素鋼で成るシャフト部１６Ａを用いて二次的放熱体を構成する。
【００２０】
アルミニウムは、熱伝導性は高いが機械的硬度および強度が低く、一般には軸材としては不適とされている。炭素鋼は、ステンレス鋼材の約三倍程度の熱伝導性を有し好適である。また、アルミニウムベアリングナット３６の表面積を大きくして、炭素鋼製の回転シャフト１６からアルミニウムエンドキャップ３４の内部への熱移動を最小化している。
【００２１】
３．高い熱伝導性（放熱性）を確保する熱放散経路を設けたことにより、上記熱絶縁体をも通過し得る程度の高熱が発生したとしても、これを感熱磁気封止部をバイパスして効果的に外気に放熱することができる。
【００２２】
熱分路を二系統設ける。第一の分路は、アルミニウム製の筐体１２が磁気封止部の大径部の左端側を覆うことによる系統である。磁極片３０の薄壁状の円筒形延長部３０Ｃから流れる熱は、磁気封止部に向かって軸方向に再度流れる前に、過渡領域（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）１７を介して放射状に外気へ放出されることになる。アルミニウム製の筐体１２の覆い部（ｗｒａｐ−ａｒｏｕｎｄ ｓｅｃｔｉｏｎ）は、過渡領域１７から上記一次放熱体への熱分路を形成する。
【００２３】
第二に、所定のシャフト部１６Ｄにアルミニウムで成るコア３８を設け、シャフト部１６Ｂの薄壁部から上記二次放熱体１６Ａへの熱分路を形成する。上述のように本発明によれば、磁性流体封止装置１０に熱絶縁体と熱分路と放熱体とをこのように組み合わせて適用したことにより、（ａ）取付フランジ２０および回転シャフト１６から磁気封止部１４およびクロスローラベアリング３２への熱伝導性を最小化できると共に、（ｂ）これらの封止部およびベアリング領域内での温度勾配をも最小化することができる。
【００２４】
これを実証すべく、この実施形態にしたがったテスト装置を試作し、その種々のポイントで温度測定を行った。この実験測定によれば、周囲温度を３０℃に設定しフランジ２０および回転シャフト１６を１６５℃に維持した場合、磁気封止部１４およびクロスローラベアリング３２内部の五個の測定点が全て４５℃乃至５０℃の温度範囲にあることが確認された。なお、回転シャフト１６の外気側端部は、４５℃であった。
【００２５】
また、本発明の他の構成によれば、特に、クロスローラベアリング（ｃｒｏｓｓｅｄ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ）を適用した点である。即ち、上記磁気封止部１４の外気側部にクロスローラベアリング３２を配設し、且つ該ベアリングに高い剛性を与えたので、封止領域内部のシャフト部分が実質的な中心ズレで移動可能となり、回転シャフト１６が径方向の荷重を受けた際に過度に傾斜して動的封止効果を弱めてしまうことを確実に防止することができる。大径で且つ軸方向に遊びを有するベアリング（例えば、ラジアルボールベアリング等）は使用を避け、プ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）等を使用する。
【００２６】
但し、従来周知のプリロード型ベアリングで高い剛性を達成するには、適正に長さを調整されたスペーサ等を用いて、これらのベアリングを軸方向に相互に離間して配置する必要がある。これにより、全体の貫通長を増大させて、真空装置全体にわたってより多くの空間を占有することができる。この実施形態に好適なベアリングとしては、日本国東京都に所在するＴＨＫ社製造によるクロスローラベアリングが短軸空間において極めて高い剛性を有しており、その使用が望ましい。
なぜならば、前記ベアリングが低温度勾配領域内に含まれるので、該ベアリング温度は安全範囲を越えて上昇しない。流体封止装置を保護するための同一の熱的改良は、前記ベアリングやその潤滑油も保護をする。
【００２７】
さらに、本発明の一実施形態の磁性流体封止装置の他の新たな特徴につき、図２を参照して説明する。この特徴は、概ね磁束の見掛けの漏洩（ｖｉｒｔｕａｌ ｌｅａｋｓ）を抑制すると共に、磁石および他の静的封入物質が真空と直接接触してしまう可能性を未然に防止する磁気封止を関連するものである。即ち、図２に示すように、その中核課題は、磁石２４ , ２６の両側の磁極片３０および薄壁部４２を一体化構造とした点である。換言すれば、これらの両部材を磁性ステンレス鋼材で成る同一片により構成して、両方の機能を一括して達成するようにしたものである。
【００２８】
図２において、「磁極片の薄壁部４２」は、本発明の作用効果を理解する上で極めて重要である。単一磁極片構造を用いた場合、これらの部分は磁極片の一体化構成要素（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐａｒｔ）として形成される。磁石支持用溝部は、その底部から封止空洞部内部に対して０．４ｍｍの壁厚を残すように所定深さに加工される。溝幅（即ち、薄壁部の長さ）は実際に使用する磁石に応じて適宜設定する。例えば、２．０ｍｍの磁石を用いた場合には、２．１ないし２
．２ｍｍ程度とすれば良い。
【００２９】
組立構造を用いる場合には、０．４ｍｍの壁厚を有する細長管状部が必要であり、複数の磁性ステンレス製リング部材を該管状部に摺接嵌合させて、該磁極片を完成させる。上記薄壁部４２は、磁性流体封止装置１０を横断する圧力差、即ち、外気雰囲気と真空と間での圧力差に耐えるに充分な機械的強度を有しながら、同時に二個のリング状の磁石２４および２６によって磁気飽和されるに充分な程度に薄く形成されている。該薄壁部４２で極めて高い磁気飽和が得られれば、封止間隙５０に必要程度に高いレベルの磁束を生成するに充分な磁気エネルギが残る。
【００３０】
従来の磁性流体封止装置では上記壁部を一切設けられていなつた。
かくして、磁気分路が磁極片および回転シャフト間の環状間隙内に封入された磁界強度を低下させてしまうことを防止していた。そのかわりとして、磁気分路を除去することによって、封止間隙内部の磁気エネルギを最大化するように構成されていた。しかし乍ら、この従来構成によれば、Ｏリング、エポキシ樹脂や他の静的封止手段を用いた磁気構造領域近傍もしくはこれを介してまたは真空中に雰囲気ガスが漏洩してしまうのを防止する必要があった。
【００３１】
これに対して、本発明の一実施形態によれば、特に薄壁部で成る分路構造を採用することにより、このような静的封止手段等を全く用いる必要はなく、さらに、上述のような封止部材に伴う実質的な漏洩についても除去することができる。
但し、当該実施形態構造では、封止間隙５０内の磁気エネルギが（分路効果により）封止作用が期待できなくなる程度まで低下してしまうことが起こり得る。
【００３２】
しかしながら、本発明者は、これとは逆に、極めて高いエネルギの環状磁石（例えば、ＳｍＣｏ、ＮｄＢＦｅ等）を用いることにより、該システムでの磁気エネルギ総量を封止間隙内部に高強度磁界を形成するに必要とされるレベル以上に増加させ、磁気分路内のエネルギ損失を許容範囲内に抑えることができることを見出した。
【００３３】
この磁気システムをコンピュータシュミレーションにより実験解析した結果、設計上の種々のパラメータの組合せを適切に設定すれば、分路壁部を用いても封止間隙内の強磁界を良好に維持可能であることが判明した。これらの設計パラメータの数値範囲としては、封止間隙内の磁界強度を所定レベル（５ないし８キロガウス）とすると共に、同時に必要とされる程度の機械的強度および真空保全性を実現するに充分な大きさの分路壁厚を達成できることが実証された。
【００３４】
明確には、パラメータおよびその数値範囲を以下のように設定すれば良い。
１）永久磁石２４および２６を希土類材料（例えば、ＳｍＣｏ、ＮｄＢＦｅ等）で構成し、そのエネルギ積を１８ＭＧＯｅもしくはそれ以上とし、９．０ｍｍ径で２．０ｍｍ厚のボタン形状に成型する。
２）磁極片３０の材料としては磁性ステンレス鋼材が好適であり、例えば、１７−４ＰＨもしくは４００シリーズステンレス鋼を用いる。
３）封止間隙群４４の形成数は、四個を最小とし、好ましくは８個ないし１５個とする。溝深さを０．５ｍｍ、溝幅を０．５ｍｍとし、各溝間隔を０．５ｍｍとするのが好ましい。この溝深さは、回転シャフト１６と磁極片３０間の径方向の間隙の少なくとも四倍程度とする。
【００３５】
一例として、封止間隙群４４内で５ないし８キロガウス程度の磁界形成が確認されており、この時、分路壁が０．４ｍｍ厚で、２．１ｍｍ長として充分な機械的強度と安定性を確保したところ、該分路壁で１６キロガウスの磁界が確認された。原理的には、上述の分路壁の構想は、唯一個のリング型磁石を用いて実現できるが、図２で白抜き矢印で示した方向に磁極が互いに対向するように二個のリング型の磁石２４，２６を配置すればより良好な結果が得られる。
【００３６】
この対向磁界構成によれば、磁石間の「一次封止領域」２８内部に極めて高い間隙磁界（ｇａｐ ｆｉｅｌｄ）を得ることができる。但し、その際、「二次封止領域４６」および「流体トラップ領域４８」では磁界強度が若干低下する。
該対向磁界構成は、また磁性流体封止装置１０の外部磁界を最小化すると共に、外部からの磁界印加により封止間隙磁界が弱まることに対して最大限の抵抗を提供することができる。必要ならば多くの磁石を用いることも可能ではあるが、各部でのエネルギが必要程度に高いならば二個の磁石で充分である。
【００３７】
磁性流体封止装置１０の組立完了後、端部キャップ３４をエポキシ樹脂もしくは他の接着剤を用いて図示しないインターフェース部１９の部位で筐体１２と結合し、予め定められた量（封止間隙群４４を充填するに充分な量）の流体（図示せず）を上記「二次封止領域４６」の部位においてシャフト１６上に配設する。そして、該回転シャフト１６を磁極片３０の内部に挿入する。
【００３８】
流体で覆われたシャフト部が磁極片の内部に挿入されると、該流体は、間隙群を充たすように、回転シャフト１６の周囲に略均等に拡散して該回転シャフト１６の封止間隙群４４もしくは封止間隙５０にトラップされた空気のそれぞれ隔離したポケット（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｐｏｃｋｅｔｓ ｏｆ ｔｒａｐｐｅｄ ａｉｒ）を形成する。圧力差は、該組立体（フランジ端での真空ポンプ部）を横ぎって印加され、流体の一部は、さらに「一次封止領域２８」内部にも引き込まれる。
【００３９】
上記「一次封止領域２８」内に充分に高い強度の磁界を与えたとすると、全圧力差（１気圧）を保持するのに必要な段数は少なくて済むことになる。（例えば四段程度）。前記「二次封止領域４６」内の封止間隙群４４は、これらの間隙内の磁界強度が小さいので、「一次封止領域２８」よりは低いものの、或る程度の封止効果を奏する。
【００４０】
前記「一次封止領域２８」の左側のいくつかの間隙には、通常の動作状態においては流体が充填されない。磁気封止部の最左端では、前記「流体トラップ領域４８」は、通常動作において上記同様に、ドライ状態に保持される。
ある状態下では、例えば、外気から真空との間で、真空システム圧を所定の高速の周期で繰り返させると、少量の流体が封止間隙群から上記ドライ状態の間隙に転送されることが起こり得る。
このような場合には、初期状態では、流体が充填されないドライ状態の間隙は、全てトラップとして機能し、封止部内部に微量の流体を保持し、それにより、該封止部から真空室への流体移動を防止する。
【００４１】
磁極片３０と回転シャフト１６の真空側端部の構成材料としては、ステンレス鋼材が好適である。これは、該ステンレス鋼材が、良好な清浄度と真空性を両立させる性質（ｖａｃｕｕｍ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を有するからである。これらの部分は、また当該装置を嫁動させるために、強磁性特性をもつ必要があるから、所定種類のステンレス鋼合金を用いるのが好ましい。その所定の好適な材料としては、６３０鋼として知られている１７−４ＰＨ鋼が好ましい。これはまた、４００シリーズ鋼と呼ばれて知られており、シャフト部に特に極めて高い剛性が必要とされる場合にさらに好適である。
【００４２】
勿論、状況に応じて、ステンレス鋼以外の磁性合金材料を用いることも可能であるが、高真空雰囲気もしくは他のプロセス環境（例えば腐食性ガス等）での両立性が低いので、通常は上記の如きステンレス鋼材を適用することが望ましい。回転シャフト１６の外気側端部の構成材料としては、磁性流体封止装置１０の使用される状況において望まれる程度に充分な機械的強度を実現し、且つ該シャフトの真空側の端部に比して熱伝導性が実質的に大きいものであれば、いかなる材料を用いても良い。筐体１２および端部キャップ３４も、ステンレス鋼材より熱伝導性が大きいものであれば、如何なる材料を適用可能である。例えば、銅、銀等の良導電金属を用いることができる。但し、これらはアルミニウムに比して高コストである。
【００４３】
取付フランジ２０は磁性流体封止装置１０を支持体に固定するための好ましい手段として記載しているが、これに代えて、溶接またはネジ固定等の他の公知の取付け構造若しくは方法を用いても良い。
また、標準のスムースシャフト（ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｍｏｏｔｈ ｓｈａｆｔ）が所望な場合には、封止間隙群４４を図示のような回転シャフト１６ではなく、磁極片部位に設けても良い。
【００４４】
以上、本発明の少数の特定の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、当業者により種々変形変更されて用いることができるのは勿論である。当該明細書にはそれらの個別構成を逐次開示はしないが、これらは全て当業者に自明な範囲のものであり、本発明の技術概念に含まれるものである。従って、上述した実施形態は単に例示的なものに過ぎず、本発明の技術思想の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は提示する請求の範囲でのみ規定され、その均等物を全て包含するものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、筐体と、磁石と流体間に介設された動的回転封止材との間に静的Ｏリングシールを設ける必要がなくなる。また、周囲温度の上昇に伴い封止材からのガス放出が増加し、静的封止材その悪影響を受け易く、これを防止するための冷却水路の付設が不要となり、装置全体が大型化し、製造コストが増加し、構造が複雑化されることを克服した磁性流体軸封装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に従った磁性流体封止装置の部分縦断面を示す図である。
【図２】上記磁性流体封止装置の磁気封止に係る要部を拡大して示す詳細断面図である。
【符号の説明】
１０…磁性流体封止装置
１２…筐体
１４…磁気封止部
１６…回転シャフト
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ…シャフト部
１７…過渡領域
２０…フランジ
２４、２６…磁石
２８…一次封止領域
３０…磁極片
３０Ａ…封止空洞部
３０Ｂ…ベアリング設置空洞部
３０Ｃ…薄壁状の円筒形延長部
３２…クロスローラベアリング
３４…端部キャップ
３８…コア
４０…熱絶縁部材
４２…薄壁部
４４…封止間隙群
４６…二次封止領域
４８…流体トラップ領域

Claims (21)

1. 低圧雰囲気及び高圧雰囲気間に配設された筐体と、該筐体内に配置され、低圧雰囲気内に一端と高圧雰囲気内に他端を有する軸方向に延在させた回転可能なシャフトと、該シャフトを内包し該シャフトと磁極片間の間隙を磁気的に封止し、且つ少なくとも該シャフトを径方向に囲む磁極片および磁石で構成される磁性流体封止部と、低圧雰囲気に最近接して配設された該磁性流体封止装置を固定支持部に載置するマウント手段とを具備し、
   前記磁極片は、前記シャフトと前記磁石体間に径方向に配置された薄壁部を有し、
   前記マウント手段は、前記磁極片の一部を前記シャフトと同軸的に該マウント手段の方向に延在させて、前記磁気封止部により封止された前記間隙を除いて、上記低圧雰囲気および高圧雰囲気間に高真空雰囲気を形成することを特徴とする磁性流体封止装置。
2. 前記筐体は前記磁極片に熱的に接触し、外気との熱交換の為の放熱部を形成することを特徴とする請求項１記載の磁性流体封止装置。
3. 前記マウント手段はフランジで成り、前記磁極片の薄壁状円筒形延長部が該フランジおよび前記封止部間に第一の熱分路を形成することを特徴とする請求項１記載の磁性流体封止装置。
4. 前記封止部に最近接する前記シャフトの一部は、鉄で成る外側の円筒部材とアルミニウムで成る内側のコアとで成り、前記シャフトの両端部間に第二の熱分路を設け、前記コアに該熱分路の一部を担わせたことを特徴とする請求項１記載の磁性流体封止装置。
5. 該薄壁部は低圧雰囲気および高圧雰囲気間の圧力差に耐えるに十分な強度を有し、且つ前記磁石により磁気飽和するように薄くしたことを特徴とする請求項１記載の磁性流体封止装置。
6. 前記シャフトは磁性ステンレス鋼材で成り低圧雰囲気に最近接した第一の部分と、ソリッド炭素鋼材で成り高圧雰囲気に最近接した第二の部分とを含むことを特徴とする請求項１記載の磁性流体封止装置。
7. 前記シャフトは、高圧雰囲気に最近接して配置されたクロスローラベアリングで回転可能に支持されることを特徴とする請求項６記載の磁性流体封止装置。
8. 前記筐体は、アルミニウムから成る二個の部分で構成され、前記第一の部分は、低圧雰囲気に最近接して前記磁石および前記磁極片と熱的に接触し、前記第二の部分は、前記ベアリングを内包していることを特徴とする請求項３記載の磁性流体封止装置。
9. 前記筐体の前記第一の部分から前記フランジに対して延在しかつ熱的に絶縁された材料で成る円筒状コアを有する中間シャフト部を含むことを特徴とする請求項８記載の磁性流体封止装置。
10. 前記磁極片の前記円筒部は、前記中間シャフト部と同軸な前記筐体の外方に延在することを特徴とする請求項９記載の磁性流体封止装置。
11. 上記低圧雰囲気に最近接した前記筐体の外側部位に配設されたマウント手段を含み、前記磁極片延長部は、前記フランジに延在させ、かつ熱的に接触していることを特徴とする請求項１０記載の磁性流体封止装置。
12. 前記シャフトは、低圧雰囲気に最近接して配置された磁気金属で成る第一の部分と、該第一の部分に軸方向に隣接し、その軸延在内部が高熱抵抗を有する第二の部分と、前記磁石に径方向に隣接し、その軸延在内部が高熱導伝性を有する第三の部分と、高熱伝導性金属で成り前記筐体を貫通し高圧雰囲気内に延在するソリッドコアを有する第四の部分とで構成されることを特徴とする請求項１０記載の磁性流体封止装置。
13. 第一および第二の端部を有し低圧、高温雰囲気と高圧周囲温度雰囲気間で軸方向に延在する回転シャフトを封止する方法であって、磁極構造体により離間させた一対の磁石を用いて前記回転シャフトの軸方向の延長部の周囲に磁気封止を形成し、
    前記磁極構造体をその低圧側に前記回転シャフトに同軸的に延長させて、低圧および高圧雰囲気間で前記シャフトに対して径方向に真空容器部を形成し、
    前記磁極構造体は、前記磁石により磁気飽和されるに充分に薄い薄壁部を有し、該薄壁部を前記回転シャフトおよび磁石間に形成させたことを特徴とする磁性流体封止方法。
14. 鋼材で成る外側円筒部材の前記磁気封止部とアルミニウムで成る内側コアとに最近接した前記回転シャフトの一部を形成し、前記シャフトの端部間に第一の熱分路を形成することを特徴とする請求項１３記載の磁性流体封止方法。
15. 前記磁極構造体は、低圧雰囲気および高圧雰囲気間の圧力差に耐えるに充分な強度を有することを特徴とする請求項１３記載の磁性流体封止方法。
16. 磁性ステンレス鋼材で低圧雰囲気に最近接したシャフトの第一の部分を形成し、ソリッド炭素鋼材で高圧雰囲気に最近接したシャフトの第二の部分を形成することを特徴とする請求項１３記載の磁性流体封止方法。
17. アルミニウムでなる二個の部分で形成された筐体に前記回転シャフトおよび封止部を収納し、低圧雰囲気に最近接した第一の筐体部を磁石および磁極片に熱的接触させ、かつ第二の筐体部を該シャフトを支持するベアリングを内包するように形成させることを特徴とする請求項１３記載の磁性流体封止方法。
18. 前記第一の筐体部から熱絶縁性円筒コアを有するフランジに向けて延在する中間シャフト部を形成させることを特徴とする請求項１７記載の磁性流体封止方法。
19. 前記磁極片の円筒部を、前記筐体の外側に前記中間シャフト部と同軸的に延長させることを特徴とする請求項１８記載の磁性流体封止方法。
20. 第一および第二の端部を有し、低圧、高温雰囲気と高圧周囲温度雰囲気間で軸方向に延在する回転シャフトを封止する方法であって、磁極構造体により軸方向に相互に離間させた前記回転シャフトと磁石間の径方向の間隙に磁気封止部を形成し、前記磁極構造体をその低圧雰囲気側の回転シャフトに対して同軸的に延在させて、低圧と高圧の雰囲気間の前記回転シャフトの周囲に径方向の真空容器部を形成させ、
    前記回転シャフトは前記磁気封止部に最近接し、かつ該回転シャフトにアルミニウムでなるコアをふくむ複数の部分を形成させ、
    前記磁極構造体は、薄壁部を有し、その薄壁部に前記回転シャフトおよび磁石間に径方向に配設される部分を形成させることを特徴とする磁性流体封止方法。
21. 前記薄壁部の前記回転シャフトおよび磁石間に径方向に配設される部分に低圧雰囲気および高圧雰囲気間の圧力差に耐えるに充分な強度をもたせ、且つ、前記薄壁部を前記磁石により磁気飽和するように薄くさせたことを特徴とする請求項２０記載の磁性流体封止方法。

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