JPH0251668A - 磁性流体シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンブレーティング装置やドライエツチン
グ装置などの真空機器や、気体を取り汲う回転機器等の
回転軸部に、非接触形動封部として使用される磁性流体
シール装置に関する。

［従来の技術］ 磁性流体シールは摩擦や騒音がなく、簡単な構成によっ
て高い気密性が得られ且つ高速回転にも対応できること
から、メカニカルシール等に代わって多（の回転軸部に
使用されるようになってきている。

従来におけるこの種の磁性流体シールは、肉厚円筒形の
複数のポールピースを、磁石を挾んで磁性シャフト周囲
のハウジング内に配設することにより、各ポールピース
と磁性シャフトの間に狭い隙間を形成し、この隙間に磁
気的に磁性流体を捕捉させる構成を基本としており、ポ
ールピースと磁性シャフトの間に広狭隙間（ラビリンス
）を得るために、磁性シャフト周囲に環状突起を形成し
たり、内面に微細凹凸を形成したブロックリングをポー
ルピースとして用いたりしたものが一般的であった。

しかしながら、上記のような磁性流体シールでは、シャ
フト周囲の凹凸や、ブロックリング内面の微細凹凸を高
精度に形成する加工において不経済があるとともに、構
造的に軸方向の狭い間隙内に磁束密度の高い多数の磁性
流体捕捉部を形成することができないという問題があっ
た。

このような問題を解決する磁性流体シール装置として、
本願出願人は実開昭６２−７１４７３号公報に開示され
るように、内径が異なる磁性ディスクを交互に重合密着
したディスクパックをポールピースとして使用したもの
を提案している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記実開昭６２−７１４７３号公報に開
示される磁性流体シール装置では、内径の小さい側の磁
性ディスクと磁性シャフトの間に磁性流体を確実に捕捉
することができないことがあり、十分なシール効果を得
ることができない場合が発生ずるという問題があった０
本願発明者は鋭意研究の結果、その理由の一つに、前記
微小間隙の磁性流体の磁化が十分でなく、磁性流体が、
内径が小さい側の磁性ディスクと磁性シャフト間に確実
に捕捉できていない場合があることを解明した。このよ
うな状態では、磁性流体装置の一次側と二次側間の耐差
圧特性が低下してしまい、シール装置としての目的を十
分に達成することができない。

本発明は上記のような事情に鑑みなされたものであって
、Ｏｒｉ記耐差圧特性を低下させることなく且つ実用に
即した磁性流体装置を提供することを［１的としている
。

［課題を解決するための手段］ 本発明による磁性流体シール装置は上記目的を達成する
ために、前記磁石の残留磁束による前記磁性回転体と磁
性ディスク間の間隙部における磁界の強さが、この間隙
部に捕捉される前記磁性流体の飽和磁化よりも大きくさ
れ、且つ第１の磁性ディスクの厚みは０．０２〜１．０
−にされていることを特徴としている。

［作　用］ このようにした磁性流体シール装置は、磁性回転体と第
１１ａ性デイスク間の微小間隙における磁界の強さが、
この間に充填された磁性流体の飽和磁化より大きいから
、この磁性流体は前記微小間隙に上限の磁気量で捕捉さ
れる。

［実施例］ 以下、本発明を図示した実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は大気側Ａと真空側Ｂの間の隔壁部に、本発明に
よる磁性流体シール装置を実施した場合の縦断面説明図
、第２図は第１図の軸直角断面図である。

図において、■は非磁性ハウジングであって、この非磁
性ハウジング１は、前記大気側Ａと真空０１１Ｂ間の隔
壁Ｃに固定された円筒状のハウジング本体１ａと、この
ハウジング本体１ａの大気側Ａに設けた開口部を開窓す
るハウジングカバー１ｂからなり、その中心部には大気
側Ａと真空部Ｂを貫く磁性シャフト２が代入する軸孔３
が貫設されている。

すなわち、非磁性ハウジングｌは磁性シャフト２の周囲
に配設されており、この磁性シャフト２との間に環状の
収納室４を形設している。前記ハウジング本体１ａには
真空１１１Ｂの端部にフランジｌａａが形設されており
、このフランジｉａａが前記隔壁Ｃに固定されている。

また磁性シャフト２は、端部側の小径部２ａと中央の大
径部２ｂとからなり、この大径部２ｂの周囲に前記非磁
性ハウジングｌは配設されている。

＋ｉｉｒ記収納室４には非磁性ハウジングｌと磁性シャ
フト２の間に介設されるベアリング５１．５２及びこれ
らの間に配されるシール機構６が結膜されている。

シール機構６は、２組のポールピース７１．７２、これ
らポールピース７１．７２の間に挾持された永久磁石８
、ポールピース７１．７２のそれぞれの外側面に接着さ
れたスペーサ９１．９２、これらスペーサ９１゜９２に
形設された清に装着されたＯリング１０１．１０２、及
び磁性流体１４からなる。

ポールピース７１．７２は、それぞれ、第１１ａ性デイ
スクフ１ａと第２磁性デイスク７１ｂ、もしくは第■磁
性ディスク７２ａと第２＆ｊｉ性デイスク７２ｂを交互
に所定枚数重合密着したディスクバックとして構成され
ている。これら第１＆Ｊ＆性ディスク７１ａ、　７２ａ
及び第２１ａ性ディスク７１ｂ、　７２ｂは、例えば５
Ｏ８４０３のような耐蝕性のある材質でなり、且つ全て
同−Ｊ’Ｘさしに形成されている。この厚さしは、加工
精度あるいは組み立て精度の制約を受けないないように
Ｏ，Ｏ：１２ａ以上とされているとともに、第１磁性デ
ィスク７１ａ、　７２ａに対しては磁束密度を高めるた
めに、また第２磁性ディスク７１ｂ、　７２ｂに対して
は磁束密度を低下させないために１．０ｍ以下とされて
いる。そして、この０．０２〜１゜０閣の範囲内におい
て後述する条件を満たず数値に決定されている。

第１磁性ディスク７１ａ、　７２ａは、前記磁性シャツ
ｌ〜２のスリーブ２ｂの外径よりもわずかに大きな内径
を有し且つ前記収納室４の内径とほぼ等しい外径を有す
る。すなわち、ポールピース７１．７２を前記収納室４
に結膜すると、第１磁性デイスク７１ａ。

７２ａとスリーブ２ｂの外周面の間には微小間隙りが形
成される。一方、第２磁性ディスク７１ｂ、　７２１１
は、内径が第ｔ＆ａ性ディスク７１ａ、　７２ａよりも
大きく、外径は第１＆Ｊｉ性ディスク７１ａ、　７２ａ
と等しく成形されている。そして、これら第１磁性デイ
スク７１ａ７２ａと第２磁性ディスク７１ｂ、　７２ｂ
は樹脂あるいは銀ロウを用いて交互の重合密着されてい
る。尚、１″Ｉ；ｆ記第１磁性ディスク７１ａ、　７２
ａとスリーブ２ｂの外周面の間の間隙りは、第２磁性デ
ィスク７１１１．７２ｂの厚みＬ以下に設定されている
ことが望ましい。

永久磁石８は、前記第２磁性ディスク７１ｂ、　７２ｂ
と同一の内径及び外径を有すリング状に形成されており
、したがって、永久磁石８の内周とスリーブ２ｂの外周
、及びポールピース７１．７２間には空間１１３が形成
されている。また、この永久磁石８は第１図に示すよう
に軸方向に着磁されている。

前記ポールピース７１．７２の外側面には、それぞれス
ペーサ９１．９２がエポキシ樹脂等の樹脂接着剤を用い
て接着されている。これらスペーサ９１９２の最小内径
部は前記磁性シャフト２の大径部２ｂの外周面に微小間
隔をおいて接近している。

０リング１０１．１０２は、それぞれスペーサ９１゜９
２の外周面に凹設した溝に装着されており、前記収納室
４の内壁面との間のシール性を確保している。

１３は前記収納室４の開口端側に配されるベアリング５
２を位置決めするスナップリングである。

前記非磁性ハウジング１のハウジングカバー１ｂの外周
面には雄ねじｌｂａが螺設されており、ハウジングカバ
ー１ｂは、この雄ねじｌｂａをハウジング本体１ａの内
径に螺設した雌ねじに螺合させてねじ込むことにより、
シール機構６を挾んだベアリング５２を押し付けて非磁
性ハウジング１と磁性シャフト２の軸方向の位置決めを
するとともに、前記収納室４に大気側Ａの開口端を開店
している。尚、１ｂｂはセットスクリュー（不図示）ね
じ込み用のねじ孔であって、ここに螺入されるセットス
クリューは、ハウジングカバー１ｂをねじ込む把手とし
て機能するとともに、ねじ込み冗了後の廻り止めとして
も機能する。

磁性流体１４は、前記第１磁性ディスク７１ａ、　？２
ａの内径部と磁性シャフト２の大径部２ｂの外周面との
間に形成された微小間隙［ｌ及びその周囲に、前記永久
磁石８の磁力により捕捉されている。すなわち、永久磁
石８、ポールピース７１．７２及び磁性シャフト２によ
って磁気回路が形成されるため前記微小間隙りに磁束が
集中し、ここに注入した磁性流体１４が捕捉されるので
ある。

１５は前記非磁性ハウジングｌの外周に着脱可能に設け
られる円筒状ジャケットである。このジャケット１５は
、ハウジング本体１ａの外周面との間に冷却室１Ｇを形
成するもので、ねじ込み孔１５ａに螺入さぜるセラ１−
スクリュー（不図示）でハウジング本体１ａに装着され
ている。１５ｂはジャケット１５の周壁に穿設された流
入通路で、この流入通路１５１）を介して冷却室１５内
に冷却器（不図示）がら冷却用流体が圧送されるように
なっている。また、第２図に示ず１５ｃは前記冷却室１
Ｇから冷却用流体を排出するためにジャケット１５の周
壁に穿設された流出通路であり、前記流入通路１５ｂが
ら冷却室１Ｇ内へ導入した冷却用流体を流出通路１５ｃ
がら排出するようにして、冷却用流体が冷却器と冷却室
１６間を循環するようにしている。

ところで、前記微小間隙りの磁界の強さＭ′は。

例えばポールピース１１側で考えると、永久磁石８の残
留磁束によるこの永久磁石８のポールピース７１との接
触面２１における磁束密度をＢ、前記接触面２１の接触
面積をＡ、ポールピース１１における第１磁性ディスク
７１ａ−枚当たりの内周面７１ａａの面積をＳ、第１の
第１＆！性デイスク７１ａの枚数をｎ、透磁率をμとす
ると、 −Ａ Ｍ′＝　　　　　　　・・・　（イ） ｓ−ｎ　　・　μ となる。

この磁界の強さＭ′は前記磁性流体１４の飽和磁化Ｍよ
り大きくされている。すなわち、−Ａ 〉Ｍ　・・・　（ロ） Ｓ　　−ＩＩ　　“　μ である、ここで、第１ｔｌｉ性デイスク７１ａの内周面
積Ｓは、この第１＆ａ性デイスク７ｔａの内径をＤａ。

厚みをＬとすると、 Ｓ−π・Ｄｇ’Ｌ　　・・・　（ニ） であるから、前記（ハ）式は、 Ｍ・μ と表される。すなわち、磁界の強さＭ′を飽和磁化Ｍよ
りも大きくするためには、第１磁性デイスク７１ａの厚
みＬと枚数ｎを上記（ホ）式を満足すべく決定する必要
がある。尚、上記実施例では、永久磁石８の外径をＤｏ
、内径をＤｌとすると、これらで限定される環状部分全
体がポールピース７１と接触するから、永久磁石８のポ
ールピース１１との接触面ＭＡは、 π Ａ＝−−（Ｄ、”−Ｄ、”　） となる。

また、第１磁性デイスク７１ａの厚みｔは、上記のよう
に（ポ）式を満足させると同時に、前述したように、０
．０２〜１．０閣の範囲で設定されている。一方、ポー
ルピース７１における第１磁性デイスク７１ａの枚数ｒ
１は２〜ｌＯ枚の間で設定されていることが望ましい、
この第１磁性デイスク７１ａの枚数が１０枚を超えると
、永久磁石８から遠い第１磁性デイスク７１ａに対する
磁界の影響が小さくなり、それ以上増やすことに意味が
なくなる可能性が高い。

尚、ポールピース７２についても全く同様に構成されて
いるのはいうまでもなく、したがって、ここではその説
明は省略する。

以上のようにしてなる磁性流体シール装置は、第１磁性
ディスク７１ａ、　７２ａと磁性シャフト２の大径部１
１１間に磁気的に捕捉した磁性流体により、大気側Ａと
真空側Ｂの間を密封している。そして、磁性シャフト２
の回転速度の上昇等により粘性発熱が大きくなったとき
はジャケット１５を装着して冷却室１Ｇ内に冷却用流水
を循環させ、ポールピース７１．７２の冷却を図ること
ができる。さらに、上記磁性流体シール装置は、収納室
４に、ベアリング５１、スペーサ９１とポールピース１
１の接着体、永久磁石８、ポールピース７２とスペーサ
９２の接着体、ベアリング５２を順次組み込み、ハウジ
ングカバー１ｂをハウジング本体１ａに装着するだけで
組み立てられる。

尚、本発明が上記実施例に限定されるものでないのはも
ちろんであって、例えば、実施例では１つの永久磁石と
２組のポールピースで磁気回路を構成するようにしたが
、例えば第４図に示すように、３つの永久磁石８Ａ、　
８Ｂ、　８Ｃと４組のポールピース７１八、　７２Ａ、
　７３八、　７４Ａを用いて磁気回路を構成するように
してもよく、このようにすれば耐圧性をより向上させる
ことができる。この場合、１つの永久磁石と２つのポー
ルピースでなる磁性流体シールが３段構成されているこ
とになる。この磁性流木シールの段数は、１０段を超え
ると軸長が長くなりすぎることにより前記微小間隙を正
確に設定でき難くなるため、１０段以下としておくのが
好ましい、また、磁性流体シールが１０段を超えると、
磁性回転体の起動トルクが極度に大きくなりすぎる虞も
ある。このようにポールピースを多段とした場合でも、
各ポールピースの第１磁性デイスクは上記実施例の第１
磁性ディスク７１ａ、　７２ａと全く同様にしてそのサ
イズを決定することができる。尚、この第４図では、収
納室４八内と磁性シャフト２八以外の部分は省略してお
り、且つ第１図と同一部位には同一符号を付している。

この他、本発明においては、装置の口径が大きい場合、
前記実施例における環状の永久磁石８に代えて、第５図
に示すように、複数の円柱状の永久磁石８ａを環状に配
置するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明による磁性流体
シール装置によれば、磁性流体が飽和磁化された上限の
磁気量で第１磁性デイスクと磁性回転体の間に捕捉され
るから、磁性流体装置の一次側と二次側間の耐差圧特性
を、採用した磁性流体において可能な最も高いレベルに
することができるという効果を奏する。また、第１磁性
デイスクの厚みが０．０２〜１．０−とされているから
、加工精度や組み立て精度に制約されて実現を妨げられ
ることがないとともに、第１磁性デイスクに関しては磁
束密度が高められ、第２磁性デイスクに関しては磁束密
度の低下が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面説明図、第２図
は第１図の軸直角断面図、第３図は第１図の要部拡大図
、第４図は本発明の他の実施例の要部を示す縦断面説明
図、第５図は磁石の変形例を示す説明図である 訃・・磁性シャフト＜＆ａ磁性回転体 ７１７２・・・ポールピース ７１ａ、　７２ａ・・・第１磁性デイスク７１１）、　
７２ｂ−ｍ　２　ｆａ性ディスク８・・・永久磁石 １４・・・磁性流木 ２Ａ−−・磁性シャフト（磁性回転体）７１八〜７４八
・・・ポールピース ８Ａ〜８Ｃ・・・永久磁石 １１・・・微小間隙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内径が異なる第１及び第２の磁性ディスクを交互
   に重合密着してなる２以上のポールピースを、磁性回転
   体の周囲に各ポールピース間に磁石を挾んで配設し、各
   ポールピースを構成する磁性ディスクのうち内径が小さ
   い側である第１の磁性ディスクと前記磁性回転体の間の
   微少間隙に、磁性流体を磁気的に捕捉してなる磁性流体
   シール装置において、 前記磁石の残留磁束による前記磁性回転体と磁性ディス
   ク間の間隙部における磁界の強さが、この間隙部に捕捉
   される前記磁性流体の飽和磁化よりも大きくされ、且つ
   第１の磁性ディスクの厚みは０．０２〜１．０ｍｍにさ
   れていることを特徴とする磁性流体シール装置。