JP4140309B2 - 磁性流体を利用した密封装置 - Google Patents

Description

【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、真空中へ回転駆動力の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８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とハウジング１０３との間に備えられている。
【０００５】
ハウジング１０３は、非磁性体であり、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、ハウジング１０３の円筒部１０３ａと回転軸１０１とはベアリング１０７，１０８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、ハウジング１０３の円筒部１０３ａ内側に備えられた環状の磁石１０４と磁極部材１０５，１０６により形成される磁気回路に介在させた磁性流体により行っている。
【０００８】
磁石１０４は軸方向に異極が配されており、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に対向する部位に周方向に複数本の連続する凹溝を形成し、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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、半導体製造装置等においては、微細化・高集積化の要求に伴い超高真空化が進められており、チャンバ内への異物侵入を低減することが重要課題となってきている。
【００１２】
その為に図８に示す従来の装置においては、ベアリングを高圧側に配置してベアリングから発生するゴミ等の異物の侵入を防止していたが、近年では従来は問題とはなっていなかった磁性流体の微小な飛散についてまでも、防止する必要が生じてきた。
【００１３】
磁性流体の微小な飛散は、装置の使用状況によって発生するものである。例えば、半導体製造装置の使用前においては真空引きをして内部圧を大気圧→真空圧にするが、使用後に大気開放を行うので内部圧が真空圧→大気圧となる。磁性流体の微小な飛散は、半導体製造装置の使用に際してこの作業を何回も繰り返すことにより、磁性流体シールの構造上発生するものである。
【００１４】
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、磁性流体の微小な飛散を防止し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。
【００１５】
【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、
互いに相対回転可能に組み付けられる２部材間の隙間を封止する磁性流体を利用した密封装置であって、
前記２部材間に配置された磁力を発生する磁力発生手段と、
前記磁力発生手段の軸方向両側に配置され、前記２部材のうち一方の部材に取り付けられた磁極部材と、
前記磁力発生手段の磁力によって、前記磁極部材と前記２部材のうち他方の部材との間に磁気的に保持されて、前記磁極部材と前記他方の部材との間の隙間を密封する磁性流体と、
を有する磁性流体シール部を備えた磁性流体を利用した密封装置において、
前記他方の部材は、前記磁性流体シール部よりも密封対象側の領域において前記他方の部材から前記一方の部材側に向かって延びる円板部を備え、
前記一方の部材は、非磁性部材で構成され、前記磁性流体シール部と前記円板部との間の領域において前記一方の部材から前記他方の部材に向かって延びる径方向部と、前記径方向部の端部から前記円板部の磁性流体シール部側の面に向かって延びる軸方向部と、を備え、
前記円板部は、前記磁性流体シール部側の面に溝を有し、前記円板部の前記溝と前記一方の部材の前記軸方向部の先端とによってラビリンスシール部が構成され、
前記磁極部材のうち密封対象側に配置された磁極部材は、前記一方の部材側に前記一方の部材の前記径方向部が嵌合される凹状部分を設けることにより、前記一方の部材の軸方向部の前記他方の部材側において前記密封対象側に突出するように形成された突起部を有するとともに、前記凹状部分に前記一方の部材の前記径方向部が嵌合されることにより前記一方の部材に対して位置決めされ、
前記ラビリンスシール部よりも前記磁性流体シール部側の領域において、前記磁性流体シール部からの漏れ磁場が集中し、飛散した磁性流体が保持される前記突起部の角隅部及び前記円板部の溝の縁を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、磁性流体シール部の飽和している磁場による漏れ磁場を利用するものであって、漏れ磁場を磁極部材の突起部に集中させることにより磁場勾配が形成されるので、この磁場勾配により、飛散した磁性流体を規制することができるものである。該突起部においては、磁場強度が高くなっているので、飛散した磁性流体を保持することができ、装置外、すなわち密封対象側（例えば、真空チャンバやクリーンルーム）に磁性流体が飛散することを防止することができ、密封性能及び品質の向上が可能となる。
【００１８】
また、磁極部材の突起部の角において、さらに磁場強度を高くすることができるので、飛散した磁性流体を確実に保持することができる。
【００２０】
また、円板部と磁極部材の突起部との間に磁場勾配が形成されるが、この形成された磁場は磁性流体シール部の磁場に影響を及ぼすことなく、円板部と突起部との間に弱い磁気回路が形成されることとなる。
【００２１】
従って、飛散した磁性流体が円板部に付着した場合には、円板部に付着した磁性流体は円板部の磁場強度が高い領域に集められて保持される。
【００２２】
また、円板部の径方向の大きさを、磁極部材の径の大きさと同等とすることにより、円板部と磁極部材との間に発生する磁場を、円板部の一方の部材側から他方の部材側に向かう方向に強くすることができるので、磁性流体が一方の部材側に飛散することを防止することができる。
【００２４】
一方の部材の軸方向部と円板部とは、微小隙間を形成することにより、所謂ラビリンスシール部を構成している。
【００２５】
これにより、磁性流体の軸方向への飛散は円板部により規制することができ、径方向への飛散は一方の部材の軸方向部により規制することができる。
【００２６】
飛散した磁性流体が、非磁性体である一方の部材の軸方向部に付着した場合、付着した磁性流体は、磁極部材の突起部に向かって勾配のついている空間磁場の影響を受けて、この突起部に集められて保持されることとなる。
【００２７】
また、他方の部材の円板部の磁極部材の突起部に対向する面に環状の溝が設けられ、その溝内の壁面に対して、一方の部材の軸方向部の先端が微小隙間を介して設けられていると好ましい。
【００２８】
ここで、環状の溝が設けられることなく、円板部の磁極部材の突起部に対向する面に対して、一方の部材の軸方向部の先端が、微小隙間を介して設けられていてもよい。
【００３０】
また、磁極部材において磁性流体シール部を効果的に形成しつつ、漏れ磁場を集中できる突起部を形成することができる。
【００３１】
また、磁極部材の外周側の一部分が凹状部分に一方の部材を嵌合させて、磁極部材と一方の部材との径方向の面を略一致させることにより、飛散した磁性流体が一方の部材に付着した場合、一方の部材に付着した磁性流体は、磁極部材の突起部に集められて保持される。また、磁極部材と一方の部材との位置決めを行うこともできる。
【００３７】
【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。
【００３８】
（参考例１）
図１は本発明の参考例１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。
【００３９】
ここで、回転軸２は本発明の２部材の内の他方の部材、ハウジング３は本発明の２部材の内の一方の部材、磁石６は本発明の磁力発生手段、磁極部材７ａ，７ｂは本発明の磁極部材、真空側Ｌは本発明の低圧側、大気側Ｈは本発明の高圧側のそれぞれ一具体例に対応している。
【００４０】
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に備えられている。
【００４１】
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が真空側Ｌとなり、大気側Ｈとの間に圧力差が発生する。
【００４２】
従って、本参考例では、密封装置１は、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、互いに相対回転可能に組み付けられる回転軸２と、ハウジング３との間に備えられるものである。
【００４３】
このハウジング３は、非磁性体であり、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、内部空間を真空状態とする真空チャンバＶＣの回転駆動力導入部の外壁面ＶＣ２に取り付けられるフランジ部３ｂを備えている。
【００４４】
密封装置１において、ハウジング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、ハウジング３の円筒部３ａ内側に備えられた磁性流体シール部ＭＳにより行っている。
【００４５】
図２は、磁性流体シール部ＭＳを説明するための模式的断面図である。
【００４６】
磁性流体シール部ＭＳは、軸方向に異極が配された磁石６と、磁石６の軸方向両側に当接し磁極となる磁極部材７ａ，７ｂと、磁極部材７ａ，７ｂと回転軸２の周壁面２ａとの間に配置された磁石６から発生する磁束により形成される磁気回路ＭＣに介在させた磁性流体ＭＬとを備えている。
【００４７】
回転軸２は磁性体であって、回転軸２の周壁面２ａには、磁極部材７ａ，７ｂに対向するそれぞれの部位に周方向に複数本の連続する環状の凸条部８ａ，８ｂ，・・・が形成され、凸条部８ａ，８ｂ，・・・の外周頂面をステージ部とし、磁性流体ＭＬは各ステージ部を通過する磁束によりステージ部と磁極部材との間に保持されている。
【００４８】
尚、スペーサリング１５は磁極部材７ｂとベアリング５ａとの間の隙間間隔を定めており、Ｏリング１６，１７は円筒部３ａの内周面側と磁極部材７ａ，７ｂの外周面側との密封性を維持している。
【００４９】
固定環部材１８は円筒部３ａの内側に備えられた各構成部材を封止固定し、締結部材１９は固定環部材１８を円筒部３ａに固定している。
【００５０】
ベアリング５ａ，５ｂは固定環部材１８とスペーサリング１５により位置決め固定され、固定環部材２０は、ベアリング５ａ，５ｂを、回転軸２に設けられた係合部に係合することにより回転軸２の位置決め段部２１とともに挟持することにより、ハウジング３と回転軸２を位置決めする。
【００５１】
密封装置１においては、各ステージ部に保持されている磁性流体ＭＬにより真空側Ｌと大気側Ｈとの間に複数の室９ａ，９ｂ，・・・が形成される。そして真空チャンバＶＣの真空引きを行うと、各ステージ部の耐圧限度内で室９ａ，９ｂ，・・・の圧力が大気側Ｈから真空側Ｌにかけて段階的に低下して、圧力差のある２領域を隔てている。
【００５２】
そして、各室の圧力バランスが安定している状態で回転軸２を回転させて真空チャンバＶＣ内部に動力を伝達可能としている。
【００５３】
次に、本参考例の特徴的な構成について説明する。図３は、磁極部材７ａを説明するための模式的断面図である。
【００５４】
本参考例では、磁極部材のうち真空側Ｌの磁極部材７ａに、真空側Ｌに突出する突起部として角出し形状部１０ａを設けている。
【００５５】
角出し形状部１０ａは、磁極部材７ａから軸方向真空側Ｌに延びる軸方向部１０ｂと、軸方向部１０ｂの真空側Ｌ端部から内径方向に延びる径方向部１０ｃと、を備えている。
【００５６】
そして、磁性流体シール部ＭＳに形成される磁場からの漏れ磁場により、角出し形状部１０ａ，角出し形状部１０ａと回転軸２との間，及び角出し形状部１０ａに対向する回転軸２の領域には、磁場勾配が形成される。
【００５７】
本発明者が行った磁場解析の結果によると、角出し形状部１０ａの溝隅部１０ｄ（軸方向部１０ｂの回転軸２側の面と径方向部１０ｃの磁極部材７ａ側の面とにより形成される角）の磁場が高く、これにより、径方向部１０ｃには軸方向部１０ｂに向かって磁場勾配が形成されることになる。また、回転軸２において、角出し形状部１０ａに対向する領域には、磁性流体シール部ＭＳに向かって磁場勾配が形成される。
【００５８】
従って、真空引きなどによる圧力変動により、磁性流体シール部ＭＳから磁性流体ＭＬが飛散した場合、飛散した磁性流体は、まず、袋状となっている角出し形状部１０ａによりその移動が規制される。そして、角出し形状部１０ａや回転軸２の表面に付着するが、角出し形状部１０ａや回転軸２の表面に形成された磁場勾配により、付着した磁性流体は移動され磁場強度の高い領域にて保持される。
【００５９】
すなわち、角出し形状部１０ａの軸方向部１０ｂ及び径方向部１０ｃに付着した磁性流体は溝隅部１０ｄに向かって移動して磁場強度の高い溝隅部１０ｄに保持される。また、回転軸２に付着した磁性流体は磁性流体シール部ＭＳに向かって移動して、回転軸の表面の磁場強度の高い箇所で保持される。
【００６０】
これにより、飛散した磁性流体が、角出し形状部１０ａより真空側Ｌに飛散することはなく、密封装置１からの磁性流体の飛散を防止することができる。
【００６１】
さらに、角出し形状部１０ａには、回転軸２との間に、弱いながらも磁気回路が生じていることとなり、角出し形状部１０ａに形成された磁気回路により、磁性流体をトラップすることができる。
【００６２】
また、角出し形状部１０ａは、密封能力に関係する磁性流体シール部ＭＳの磁場に影響を及ぼさない程度に、磁性流体シール部ＭＳから十分離れた位置に設けられているので、角出し形状部１０ａに形成される磁気回路が、磁性流体シール部ＭＳに発生する磁場に変化を及ぼすことはなく、よって磁性流体シール部ＭＳの密封能力の低下を防止することとなる。本参考例の角出し形状部１０ａのような形状を、磁極部材７ａの真空側Ｌに設けることにより、磁性流体シール部ＭＳと角出し形状部１０ａのそれぞれで形成される磁場は、お互いの磁場に及ぼす影響を低減することができる。
【００６３】
また、角出し形状部１０ａの径方向部１０ｃの内径側端面１０ｅと、回転軸２の周壁面２ａとの隙間は、十分狭く設けている。
【００６４】
これにより、飛散した磁性流体が、角出し形状部１０ａの径方向部１０ｃの内径側端面１０ｅと、回転軸２の周壁面２ａとの隙間に入り込むことはない。仮に、飛散した磁性流体がこの隙間に入ったとしても、角出し形状部１０ａと回転軸２との間に形成される磁気回路により、角出し形状部１０ａの径方向部１０ｃの内径側端面１０ｅにトラップされるので、真空側Ｌに飛散することはなく、すなわち、密封装置１外に飛散することはない。
【００６５】
また、回転軸の高速回転に伴う遠心力により磁性流体が振り飛ばされるようなことがあっても、角出し形状部１０ａ側に飛散するだけで、真空側Ｌに飛散することはない。
【００６６】
図４は、磁極部材７ａの変形例を示す模式的断面図である。
【００６７】
磁極部材７ａ１は、上述した磁極部材７ａと同様に、真空側Ｌに突出する角出し形状部１０ａ１を備えている。角出し形状部１０ａ１の径方向部１０ｃ１は、磁極部材７ａの径方向部１０ｃよりも内径側に長く、角出し形状部１０ａ１の内径側端面１０ｅ１は、内径側端面１０ｅよりも幅が広く設けられている。
【００６８】
そして、回転軸２には、磁性流体シール部ＭＳが形成される周壁面２ａよりも径の小さい小径周壁面２ａ１が設けられ、角出し形状部１０ａ１は周壁面２ａと小径周壁面２ａ１との段差部に設けられ、内径側端面１０ｅ１は小径周壁面２ａ１と対向するように設けられている。
【００６９】
従って、磁性流体シール部ＭＳが形成される周壁面２ａの軸方向の延長上には径方向部１０ｃ１が存在することとなる。
【００７０】
従って、真空引きなどによる圧力変動により、磁性流体シール部ＭＳから磁性流体ＭＬが飛散した場合、飛散した磁性流体は、まず、袋状となっている角出し形状部１０ａ１によりその移動が規制される。
【００７１】
ここで、磁性流体シール部ＭＳが形成される周壁面２ａの軸方向の延長上には径方向部１０ｃ１が存在するので、真空側Ｌに飛散する磁性流体を確実に規制することができる。
【００７２】
そして、角出し形状部１０ａ１や回転軸２の表面に付着するが、角出し形状部１０ａ１や回転軸２の表面に形成された磁場勾配により、付着した磁性流体は移動され磁場強度の高い領域にて保持される。
【００７３】
すなわち、角出し形状部１０ａ１の軸方向部１０ｂ１及び径方向部１０ｃ１に付着した磁性流体は溝隅部１０ｄ１に向かって移動して磁場強度の高い溝隅部１０ｄ１に保持される。また、回転軸２に付着した磁性流体は磁性流体シール部ＭＳに向かって移動して、回転軸の表面の磁場強度の高い箇所で保持される。
【００７４】
また、内径側端面１０ｅ１を広く設けることにより、より効果的に磁性流体の飛散を防止することができる。
【００７５】
磁極部材７ａ１においては、磁極部材７ａに対して、径方向部１０ｃ１を内径側に長く、内径側端面１０ｅ１の幅を広く設けたが、径方向部１０ｃ１を内径側に長くするだけか、または、内径側端面１０ｅ１の幅を広く設けるだけでも効果的である。
【００７６】
（参考例２）
図５は本発明の参考例２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。なお、参考例１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。ここで、フランジ部２ｂは本発明の円板部の一具体例に対応している。
【００７７】
本参考例では、磁極部材のうち真空側Ｌの磁極部材７ａに、真空側Ｌに突出する突起部１２が設けられており、回転軸２には、突起部１２に対向するフランジ部２ｂが設けられている。
【００７８】
このように構成したことにより、磁性流体シール部ＭＳに形成される磁場からの漏れ磁場により、突起部１２とフランジ部２ｂとの間に磁場勾配が形成される。
【００７９】
そして、磁極部材７ａに対して、磁性流体シール部ＭＳの磁場強度に影響を与えないような位置にフランジ部２ｂを設けることにより、突起部１２とフランジ部２ｂとの間に弱い磁気回路を形成させている。
【００８０】
突起部１２を設けたことにより、突起部１２の角である角隅部１２ａ，１２ｂには、漏れ磁場が集中することとなり、角隅部１２ａ，１２ｂの磁場強度は高い状態となる。
【００８１】
また、フランジ部２ｂにおいても、角隅部１２ａ，１２ｂに対向する領域は磁場強度が高くなっている。
【００８２】
また、磁極部材７ａにおいては、外周側であって真空側Ｌの領域を凹状とすることにより、突起部１２を設けているが、磁極部材７ａをこのような形状とすることで磁性流体シール部ＭＳを効果的に形成しつつ、突起部１２に磁石６から発生する磁束を集中させることができる。また、この凹状の部分にハウジング３に設けられた径方向部３ｃを嵌合させて、ハウジング３と磁極部材７ａとの位置決めをしている。
【００８３】
従って、真空引きなどによる圧力変動により、磁性流体が飛散した場合、軸方向真空側Ｌに対してはフランジ部２ｂにより磁性流体の移動を遮断することができる。
【００８４】
すなわち、磁性流体シール部ＭＳから飛散した磁性流体はフランジ部２ｂや径方向部３ｃに付着し、その後、磁場勾配により、フランジ部２ｂに付着した磁性流体はフランジ部２ｂの磁場強度の高い領域に保持され、径方向部３ｃに付着した磁性流体は磁場勾配により角隅部１２ａに戻されて保持されることとなる。
【００８５】
また、フランジ部２ｂの径は、磁極部材７ａの径と同等とすることにより、フランジ部２ｂと磁極部材７ａとの間に発生する磁場を、フランジ部２ｂの外径側から中心に向かう方向に強くすることができるので、フランジ部に付着した磁性流体が外径側に飛散することを防止することができる。
【００８６】
本参考例においては、フランジ部２ｂの外周面と、ハウジング３の内周面との間を、微小隙間とすることにより磁性流体の飛散を防止するができるが、回転軸の高速回転に伴う遠心力により付着した磁性流体が振り飛ばされることがないような、１０ｒｐｍ以下程度の低回転領域で使用される装置に適用されると好適である。低回転領域で使用される装置に適用することにより、簡易な構成で圧力変動による磁性流体の真空側Ｌへの飛散を防止することができる。
【００８７】
仮に、回転軸の回転に伴う遠心力により、磁性流体が外径方向に振り飛ばされるようなことがあっても、フランジ部２ｂと、フランジ部２ｂの外周面に対向して設けられたハウジング３の内周面との隙間により装置外への飛散は防止される。この隙間を微小隙間とすると好ましい。
【００８８】
なお、本参考例では、磁性流体シール部ＭＳの飽和している磁場による漏れ磁場を利用しているので、磁極部材７ａとフランジ部２ｂとの距離が多少変動した場合でも、この変動が漏れ磁場に対して及ぼす影響はほとんどなく、また突起部とフランジ部との間に形成された磁場勾配により飛散した磁性流体を規制することができるが、この磁場が密封能力に関係する磁性流体シール部ＭＳの磁場強度に影響を及ぼすこともない。従って、磁極部材７ａとフランジ部２ｂとの距離を精度よく仕上げる必要はない。
【００８９】
また、本参考例では、回転軸２にフランジ部２ｂを設けることにより、磁性流体シール部ＭＳに形成される磁場からの漏れ磁場により、突起部１２とフランジ部２ｂとの間に磁場勾配を形成しているが、フランジ部２ｂを設けることなく、磁極部材７ａに突起部１２を設けることにより、磁性流体シール部ＭＳに形成される磁場からの漏れ磁場を集中させて磁場勾配を形成することができ、磁性流体の真空側Ｌへの飛散を防止することができる。
【００９０】
（実施の形態１）
図６は本発明の実施の形態１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。なお、参考例１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。ここで、フランジ部２ｂは本発明の円板部の一具体例に対応している。
【００９１】
本実施の形態では、磁極部材のうち真空側Ｌの磁極部材７ａに、真空側Ｌに突出する突起部１１が設けられている。
【００９２】
また、ハウジング３には、ハウジング３の円筒部３ａから内径方向に延びて磁極部材７ａの位置決めを行う径方向部３ｃと、径方向部３ｃの内径側端部から軸方向真空側Ｌに延びる軸方向部３ｄとが設けられている。
【００９３】
さらに、回転軸２には、ハウジング３の軸方向部３ｄの先端と微小隙間を形成する溝２ｃを有するフランジ部２ｂが設けられている。ここで、ハウジング３の軸方向部３ｄと、回転軸２のフランジ部２ｂの溝２ｃとは、ラビリンスシール部を構成している。
【００９４】
そして、磁性流体シール部ＭＳに形成される磁場からの漏れ磁場により、フランジ部２ｂや、回転軸２とフランジ部２ｂと磁極部材７ａと（軸方向部３ｄと）の間には、磁場勾配が形成される。
【００９５】
ここで、磁極部材７ａに突起部１１を設け、突起部１１に対向するように、回転軸２にフランジ部２ｂを設けたことにより、突起部１１とフランジ部２ｂとの間に弱い磁気回路が形成される。磁極部材７ａとフランジ部２ｂとは、磁性流体シール部ＭＳの磁場強度に影響を与えないような位置に設定している。
【００９６】
また、磁極部材７ａにおいては、外周側であって真空側Ｌの領域を凹状とすることにより、突起部１１を設けているが、磁極部材７ａをこのような形状とすることで磁性流体シール部ＭＳを効果的に形成しつつ、突起部１１に磁石６から発生する磁束を集中させることができる。また、この凹状の部分にハウジング３に設けられた径方向部３ｃを嵌合させて、ハウジング３と磁極部材７ａとの位置決めをしている。
【００９７】
また、フランジ部２ｂの径は、磁極部材７ａの径と同等とすることにより、フランジ部２ｂと磁極部材７ａとの間に発生する磁場を、フランジ部２ｂの外径側から中心に向かう方向に強くすることができるので、フランジ部に付着した磁性流体が外径側に飛散することを防止することができる。
【００９８】
図７は、図６に示すＡ部、すなわち、回転軸２とフランジ部２ｂと磁極部材７ａと（軸方向部３ｄと）の間において、磁場解析を行った結果を模式的に表す図である。図において、矢印は磁力線及びその方向を表しており、実線は磁場勾配を表している。
【００９９】
図からわかるように、フランジ部２ｂにおいて、溝２ｃが設けられることにより形成される縁（フランジ部表面と溝との境界の角部）２ｄ，２ｅの磁場強度が高くなっており、縁２ｄ，２ｅに向かって磁場勾配が形成されている。
【０１００】
また、溝２ｃ内においても、磁場強度が高くなっている縁２ｄ，２ｅに向かって磁場勾配が形成されているのがわかる。
【０１０１】
また、図において点線で示すハウジング３の軸方向部３ｄは、非磁性部材であるため、空間磁場の影響を受けることとなる。そして、軸方向部３ｄ近傍の空間磁場は、縁２ｄ，２ｅや磁極部材７ａの突起部１１に向かって勾配がついているのがわかる。
【０１０２】
以下に、磁性流体が磁性流体シール部ＭＳから飛散した場合について説明する。
【０１０３】
磁性流体が磁性流体シール部ＭＳから飛散した場合、磁性流体シール部ＭＳから飛散した磁性流体は、フランジ部２ｂや、溝２ｃ内や軸方向部３ｄ（すなわちラビリンスシール部）に付着することとなる。
【０１０４】
そして、フランジ部２ｂに付着した磁性流体は、上述した磁場勾配により磁性流体シール部ＭＳに戻される、或いは、磁場勾配により縁２ｄ，２ｅに移動して、磁場強度の高い縁２ｄ，２ｅに保持される。
【０１０５】
溝２ｃ内に付着した磁性流体は、上述した磁場勾配により縁２ｄ，２ｅに移動して、磁場強度の高い縁２ｄ，２ｅに保持される。
【０１０６】
軸方向部３ｄに付着した磁性流体は、上述したように空間磁場の影響を受けて縁２ｄ，２ｅに向かうか、或いは、磁極部材７ａの突起部１１に向かい、縁２ｄ，２ｅ或いは突起部１１の角隅部１１ａで保持されることとなる。
【０１０７】
従って、真空引きなどによる圧力変動により、磁性流体が飛散した場合、軸方向真空側Ｌに対してはフランジ部２ｂにより、また、外径方向に対しては軸方向部３ｄ及びラビリンスシール部により磁性流体の装置外への飛散を防止できる。
【０１０８】
従って、飛散した磁性流体の、密封装置１外への飛散を防止することができる。
【０１０９】
仮に、回転軸の高速回転に伴う遠心力により磁性流体が振り飛ばされるようなことがあっても、軸方向部３ｄ及びラビリンスシール部により磁性流体の外径方向への移動を遮断することができ、軸方向部３ｄに付着した磁性流体は、空間磁場の影響を受けて突起部１１に向かい、突起部１１で保持することができる。
【０１１０】
そして、軸方向部３ｄに付着し、かつ磁極部材７ａで保持されている磁性流体は、外径方向に移動することはなく遠心力の影響は受けず、また、圧力変動により、軸方向真空側Ｌに飛散しても、図に示されるような大気側Ｈへの磁場勾配により、磁極部材７ａに戻されて保持されるか、ラビリンスシール部により移動が遮断されて磁場強度の高い縁２ｄ，２ｅに保持される。
【０１１１】
また、ラビリンスシール部では、そのシール構造及び磁場強度の高い縁２ｄ，２ｅで磁性流体を保持するので、遠心力や圧力変動により密封装置１外へ飛散するようなことはない。
【０１１２】
ここで、本実施の形態では、非磁性部材であるハウジング３に軸方向部３ｄを設けて、回転軸２のフランジ部２ｂの溝２ｃとラビリンスシール部を構成させているので、この領域に磁気回路が形成されることはなく、ラビリンスシール部を設けたことによって磁性流体シール部ＭＳの磁場強度が低下することはない。
【０１１３】
なお、本実施の形態では、磁性流体シール部ＭＳの飽和している磁場による漏れ磁場を利用しているので、磁極部材７ａとフランジ部２ｂとの距離が多少変動した場合でも、この変動が漏れ磁場に対して及ぼす影響はほとんどなく、また突起部とフランジ部との間に形成された磁場勾配により飛散した磁性流体を規制することができるが、この磁場が密封能力に関係する磁性流体シール部ＭＳの磁場強度に影響を及ぼすこともない。従って、磁極部材７ａとフランジ部２ｂとの距離を精度よく仕上げる必要はない。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁性流体シール部から飛散した磁性流体が密封対象側に飛散することを防止することができるので、密封性能及び品質の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例１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】本発明の参考例に係る磁性流体を利用した密封装置の磁性流体シール部を説明するための模式的断面図である。
【図３】参考例１に係る磁性流体を利用した密封装置の磁極部材を示す模式的断面図である。
【図４】参考例１に係る磁性流体を利用した密封装置の磁極部材の変形例を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の参考例２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６】本発明の実施の形態１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７】実施の形態１に係る磁性流体を利用した密封装置の要部の磁場解析の結果を示す図である。
【図８】従来技術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。
【符号の説明】
１ 密封装置
２ 回転軸
２ａ 周壁面
２ａ１ 小径周壁面
２ｂ フランジ部
２ｃ 溝
２ｄ 縁
３ ハウジング
３ａ 円筒部
３ｂ フランジ部
３ｃ 径方向部
３ｄ 軸方向部
４ 環状隙間
５ａ，５ｂ ベアリング
６ 磁石
７ａ，７ｂ 磁極部材
８ａ，８ｂ 凸条部
９ａ，９ｂ 圧力室
１０ａ 角出し形状部
１０ｂ 軸方向部
１０ｃ 径方向部
１０ｄ 溝隅部
１０ｅ 内径側端面
１０ａ１ 角出し形状部
１０ｂ１ 軸方向部
１０ｃ１ 径方向部
１０ｅ１ 内径側端面
１０ｄ１ 溝隅部
１１ 突起部
１２ 突起部
１２ａ，１２ｂ 角隅部
１５ スペーサリング
１６，１７ Ｏリング
１８ 固定環部材
１９ 締結部材
２０ 固定環部材
２１ 位置決め段部
ＶＣ 真空チャンバ
ＶＣ２ 外壁面

Claims (1)

1. 互いに相対回転可能に組み付けられる２部材間の隙間を封止する磁性流体を利用した密封装置であって、
   前記２部材間に配置された磁力を発生する磁力発生手段と、
   前記磁力発生手段の軸方向両側に配置され、前記２部材のうち一方の部材に取り付けられた磁極部材と、
   前記磁力発生手段の磁力によって、前記磁極部材と前記２部材のうち他方の部材との間に磁気的に保持されて、前記磁極部材と前記他方の部材との間の隙間を密封する磁性流体と、
   を有する磁性流体シール部を備えた磁性流体を利用した密封装置において、
   前記他方の部材は、前記磁性流体シール部よりも密封対象側の領域において前記他方の部材から前記一方の部材側に向かって延びる円板部を備え、
   前記一方の部材は、非磁性部材で構成され、前記磁性流体シール部と前記円板部との間の領域において前記一方の部材から前記他方の部材に向かって延びる径方向部と、前記径方向部の端部から前記円板部の磁性流体シール部側の面に向かって延びる軸方向部と、を備え、
   前記円板部は、前記磁性流体シール部側の面に溝を有し、前記円板部の前記溝と前記一方の部材の前記軸方向部の先端とによってラビリンスシール部が構成され、
   前記磁極部材のうち密封対象側に配置された磁極部材は、前記一方の部材側に前記一方の部材の前記径方向部が嵌合される凹状部分を設けることにより、前記一方の部材の軸方向部の前記他方の部材側において前記密封対象側に突出するように形成された突起部を有するとともに、前記凹状部分に前記一方の部材の前記径方向部が嵌合されることにより前記一方の部材に対して位置決めされ、
   前記ラビリンスシール部よりも前記磁性流体シール部側の領域において、前記磁性流体シール部からの漏れ磁場が集中し、飛散した磁性流体が保持される前記突起部の角隅部及び前記円板部の溝の縁を備えていることを特徴とする磁性流体を利用した密封装置。

Images