JPH04347070A - 真空用多段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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る真空用多段磁性流
体シール装置は、内部が真空となっている容器の壁面を
貫通する部分の、気密保持を図る場合等に利用する。

【０００２】

【従来の技術】ケーシング内の清浄空間に設けた物体を
、外部に設けたモータにより回転駆動する場合、モータ
の駆動軸が上記ケーシングの壁面を貫通する部分に、塵
を通過させない様にする為の、シール装置を設ける必要
がある。

【０００３】この様な部分に設置し、塵等の通過を阻止
する為のシール装置として従来から、特開昭６２−１１
００８０号公報、実開昭５８−１９１４２３号公報、同
６１−１３０２５号公報、同６１−４４０６７号公報、
同６１−７９０７０号公報、同６２−１９５２６１号公
報、同６１−２０４０２７号公報、同６３−８４１９号
公報、同６３−１３９３２５号公報、実公昭６３−２９
９４４号公報、米国特許第４６２８３８４号明細書、同
４６９２８２６号明細書等に記載された磁性流体シール
装置が、一般的に使用されている。

【０００４】上記各先行技術文献に記載された磁性流体
シール装置の構造は、細部に於いては種々異なっている
が、基本的には、図１２（Ａ）（Ｂ）に示す様な構造を
有している。

【０００５】この内の図１２（Ａ）に於いて１は、少な
くとも内周面を、アルミニウム、合成樹脂等の非磁性材
により造られたハウジングで、例えば前記ケーシングの
壁面等に固定される。２は鉄等の磁性材により造られた
軸で、磁性流体シール装置本体３は、上記ハウジング１
の内周面４と軸２の外周面５との間の、円筒状の空間６
内に設置されている。

【０００６】上記磁性流体シール装置本体３は、軸方向
（図１２の左右方向）に亙って着磁された円輪状の永久
磁石７を、磁性材により円輪状に造られた１対のポール
ピース８、９によりサンドイッチ状に挟持し、各ポール
ピース８、９の内周縁と軸２の外周面５との間に磁性流
体１０、１０を、上記永久磁石７の磁力によって保持す
る事により、構成されている。上記１対のポールピース
８、９の外径は、ハウジング１の内径とほぼ同じにして
、各部材７、８、９、１０により構成される磁性流体シ
ール装置本体３をハウジング１の内周面４に、内嵌、或
は接着等により固定している。

【０００７】磁性流体シール装置本体３は、前述の様に
構成され、上述の様にハウジング１の内周面４と軸２の
外周面５との間に装着して、磁性流体シール装置を構成
する為、ハウジング１の内側での軸２の回転、或は軸２
の周囲でのハウジング１の回転に拘らず、この軸２の外
周面５と各ポールピース８、９の内周縁との間に保持さ
れた磁性流体１０、１０により、ハウジング１の内周面
４と軸２の外周面５との間のシール性保持が図られる。

【０００８】又、図１２（Ｂ）に示す様に、軸２の外周
面５を非磁性材により、ハウジング１の内周面４を磁性
材により、それぞれ形成すると共に、永久磁石７と１対
のポールピース８、９とを、軸２の外周面５側に外嵌固
定し、磁性流体１０、１０を、各ポールピース８、９の
外周縁とハウジング１の内周面４との間に保持する磁性
流体シール装置も、従来から知られている。

【０００９】ところで、上述の様に構成される磁性流体
シール装置は、永久磁石７の磁力によって保持された磁
性流体１０、１０により、各磁性流体１０、１０の両側
に存在する空間同士を遮断（シール）する為、両空間の
間に大きな圧力差が存在した場合には、上記磁性流体１
０、１０が押し破られ（バーストし）て、シールを行な
えない。

【００１０】この為、回転対陰極Ｘ線管の様な高真空装
置の回転軸貫通部分に設ける磁性流体シール装置として
、従来から、特公昭５１−９８５３号公報、同６１−４
３５８８号公報、米国特許第３６２０５８４号明細書、
英国特許第７８３８８１号明細書等に記載されている様
に、磁性流体１０、１０を軸方向に亙って複数段設け、
各磁性流体１０、１０の両側に存在する圧力差を小さく
抑えた、真空用多段磁性流体シール装置が知られている
。

【００１１】図１３は、この様な真空用多段磁性流体シ
ール装置の第１例を示している。この図１３に於いて、
１３は円筒状の軸受ハウジングで、内部（図１３の右部
）を真空としたケーシング１１の壁面に設けられている
。この軸受ハウジング１３の内周面２個所位置にはそれ
ぞれ転がり軸受１２、１２を設け、両転がり軸受１２、
１２により磁性材製の軸２を、回転自在に支持している
。

【００１２】上記軸受ハウジング１３の内周面と上記軸
２の外周面５との間には、真空用多段磁性流体シール装
置１４を設けている。この真空用多段磁性流体シール装
置１４は、軸方向に亙って着磁された円輪状の永久磁石
７、７と、磁性材製で円輪状のポールピース１５、１６
とを交互に重ね合わせ、各ポールピース１５、１６の内
周縁と軸２の外周面５との間に磁性流体１０、１０を、
上記永久磁石７、７の磁力により保持する事で、構成さ
れている。

【００１３】図示の例に於いては、各ポールピース１５
、１６の内周縁に断面Ｖ字形の凹溝を形成する事で、各
ポールピース１５、１６の内周縁を二股に形成し、各ポ
ールピース１５、１６に磁性流体１０、１０を、軸方向
２段に亙って保持する様にしている。従って、図１３に
示した真空用多段磁性流体シール装置１４の場合、磁性
流体１０、１０が、軸方向（図１３の左右方向）に亙っ
て１０段設けられている。

【００１４】真空用多段磁性流体シール装置１４は、上
述の様に、磁性流体１０、１０を多段に亙って設けてい
る為、各段の磁性流体１０、１０の両側に存在する圧力
差を小さく抑えつつ、真空用多段磁性流体シール装置１
４の両側に大きな圧力差を生じさせる事が出来る。又、
両端に位置するポールピース１６、１６の外周縁に形成
した凹溝１７、１７にはＯリング１８、１８を装着し、
このＯリング１８、１８によって、上記真空用多段磁性
流体シール装置１４の外周面と軸受ハウジング１３の内
周面との間の気密保持を図っている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成され使用される、真空用多段磁性流体シール装置に
於いては、軸方向に亙って多段に設けられる磁性流体１
０、１０同士の間の空間１９、１９に封入された空気が
膨張する事で、何れかの段に於いて磁性流体１０がバー
ストする場合がある。

【００１６】即ち、真空用多段磁性流体シール装置１４
を構成する際には、上記各空間１９、１９内に空気が封
入される事が避けられないが、この空気が温度上昇に伴
なって膨張した場合、当該空間１９を仕切っている磁性
流体１０をバーストさせて、磁性流体１０の飛沫を周囲
に飛散させてしまう。

【００１７】特に、最も真空空間寄り（図１３の右寄り
）の空間１９ａ内に封入された空気の膨張に伴なって、
真空空間に対向した磁性流体１０がバーストした場合、
この磁性流体１０の飛沫が上記真空空間に飛散して、こ
の真空空間を汚染してしまう。

【００１８】この様な不都合を解消する為の技術として
、特開昭５９−１２６１６９号公報、同６１−２３６９
７１号公報には、図１４に示す様に、真空空間寄りの空
間１９ａを真空ポンプ２８に通じさせる事で、この空間
１９ａ内の空気を排出する技術が記載されている。空間
１９ａ内が真空にされる結果、真空空間に対向した磁性
流体１０がバーストする事はなくなるが、次に述べる理
由により、依然として磁性流体１０の飛沫が真空空間に
飛散する可能性が残されている。

【００１９】即ち、真空空間寄りの空間１９ａ内の空気
を排出する事によって、この空間１９ａ内の空気が膨張
する事は防止されるが、隣の空間１９ｂ内に封入された
空気の熱膨張により、両空間１９ａ、１９ｂを仕切って
いる磁性流体１０がバーストし、上記空間１９ａ内の圧
力が急激に上昇する恐れがある。そして、この急激な圧
力上昇に伴なって、上記空間１９ａを仕切る磁性流体１
０がバーストし、この磁性流体１０が周囲に飛散して、
磁性流体１０の飛沫が真空空間に飛散する恐れが生じる
。

【００２０】本発明の真空用多段磁性流体シール装置は
、上述の様な不都合を解消するものである。

【００２１】

【課題を解決する為の手段】本発明の真空用多段磁性流
体シール装置は、前述した従来の真空用多段磁性流体シ
ール装置と同様に、円筒状の周面を有する磁性材製の第
一部材と、この第一部材と同心に設けられ、上記第一部
材に対して相対的に回転する第二部材と、この第二部材
の周面と上記第一部材の周面との間の円筒状の空間内に
挿入自在な大きさを有する円輪状に形成され、軸方向に
亙って着磁された永久磁石と、上記円筒状の空間内に挿
入自在な大きさを有する円輪状に形成され、上記永久磁
石の側面に固着されたポールピースと、このポールピー
スの周縁と上記第一部材の周面との間に、軸方向複数個
所に於いて、上記永久磁石の磁力により保持された磁性
流体とから成り、軸方向一方の側を真空空間に対向させ
た状態で使用される。

【００２２】更に、本発明の真空用多段磁性流体シール
装置に於いては、上記真空空間側端部に、上記円筒状の
空間を塞ぐ少なくとも１個の固体シール材を設けると共
に、この固体シール材により上記真空空間と隔てられた
空間部分を真空にした事を特徴としている。

【００２３】

【作用】上述の様に構成される、本発明の真空用多段磁
性流体シール装置の場合、固体シール材により上記真空
空間と隔てられた空間部分を真空にした事により、この
空間部分と真空空間との間の圧力差が殆どなくなり、上
記固体シール材によっても、上記空間部分と真空空間と
の間のシール性保持を確実に図れる。

【００２４】より真空空間から離れた空間内の空気が膨
張する事で、この空間を仕切る磁性流体がバーストし、
上記空間部分の圧力が上昇した場合でも、真空空間に対
向する固体シール材が破ける事はない為、磁性流体の飛
沫が真空空間に迄達する事はない。

【００２５】

【実施例】図１〜２は本発明の第一実施例を示している
。円筒状の周面を有する磁性材製の第一部材である軸２
の外側には、第二部材であるハウジング１が設けられて
いる。そして、１対の転がり軸受２１、２１により上記
軸２を、上記ハウジング１の内側に回転自在に支持して
いる。

【００２６】この軸２の外周面５と上記ハウジング１の
内周面４との間の円筒状の空間６内には、磁性流体シー
ル装置本体３、３ａを複数個（図示の例では３個）、互
いの間に非磁性材製の間座２０、２０を挟持した状態で
、互いに直列に設けている。各磁性流体シール装置本体
３、３ａはそれぞれ、軸方向（図１の左右方向）に亙っ
て着磁された円輪状の永久磁石７、７を、磁性材により
円輪状に造られた１対のポールピース８、９によりサン
ドイッチ状に挟持し、各ポールピース８、９の内周縁と
軸２の外周面５との間に磁性流体１０、１０を、上記永
久磁石７、７の磁力によって保持する事により構成され
ている。

【００２７】又、最も真空空間側端部（図１の右端部）
に設けた、磁性流体シール装置本体３ａと転がり軸受２
１との間には保持環２２を、間座２３、２３を介して固
定しており、この保持環２２内周面の係止溝２４に、固
体シール材であるＯリング２５を装着している。そして
、このＯリング２５の内周縁を上記軸２の外周面５に摺
接させる事により、ハウジング１の内周面４と軸２の外
周面５との間の円筒状の空間６を塞いでいる。

【００２８】更に、上記真空空間側端部の磁性流体シー
ル装置本体３ａと保持環２２との間の空間２６は、間座
２３に形成した吸気通路２７を介して、真空ポンプ２８
の吸気口に通じさせる事により、この空間２６内を真空
にしている。

【００２９】上述の様に構成される、本発明の真空用多
段磁性流体シール装置の場合、Ｏリング２５によって上
記真空空間と隔てられた空間２６部分を真空にした事に
より、この空間２６部分と真空空間との間の圧力差が殆
どなくなり、上記Ｏリング２５によっても、上記空間２
６部分と真空空間との間のシール性保持を確実に図れる
。

【００３０】より真空空間から離れた空間１９内の空気
が膨張する事で、この空間１９を仕切る磁性流体１０が
バーストし、上記空間２６部分の圧力が上昇した場合で
も、真空空間に対向するＯリング２５が破ける事はない
為、磁性流体１０の飛沫が真空空間に迄達する事はない
。上記バーストに伴なって空間２６内に進入した空気や
磁性流体１０の飛沫は、短時間後に、真空ポンプ２８に
よって排出される。

【００３１】尚、回転部分のシール装置にＯリング２５
等の固体シール材を使用すると、この固体シール材と回
転部材との摩擦により摩耗粉の発生が予想されるが、本
発明がその対象としている様な真空用シール装置の場合
には、回転部材の回転速度が一般的な防塵シール（例え
ば、回転数が３６００ｒ．ｐ．ｍ．程度）に比べて低い
（例えば、回転数が１００ｒ．ｐ．ｍ．程度）為、摩耗
粉の発生は殆どないか、あっても実用上無視出来る程度
である。

【００３２】即ち、真空シール装置の場合には、固体シ
ール材の摩耗粉の発生を防止する事よりも、磁性流体の
飛散による真空空間内の汚染を防止する事の方が、遥か
に重要となる。この為、本発明は真空用多段磁性流体シ
ール装置は有効である。従って本発明の真空用多段磁性
流体シール装置は、１００ｒ．ｐ．ｍ．程度迄の回転部
分に使用する事が好ましい。

【００３３】次に、図２は本発明の第二実施例を示して
いる。前述の第一実施例が、磁性流体１０、１０を多段
に亙って保持する為、複数の磁性流体シール装置本体３
、３ａを設けていたのに対して、本実施例の場合には、
永久磁石７の両側に設けた厚肉のポールピース２９、２
９の内周縁に、それぞれ複数の突条３０、３０を形成す
ると共に、各突条３０、３０の内周縁と軸２の外周面５
との間に、それぞれ磁性流体１０、１０を保持している
。

【００３４】又、各ポールピース２９、２９の外周面と
ハウジング１（図１参照）の内周面との間の気密保持は
、Ｏリング３１、３１により保持する様にしている。 その他の構成及び作用は、前述の第一実施例の場合と同
様である。

【００３５】次に、図３は本発明の第三実施例を示して
いる。本実施例の場合、一部のポールピース９ａ、９ａ
の内周縁を二股に形成する事で、各ポールピース９ａ、
９ａの内周縁と軸２の外周面５との間に磁性流体１０、
１０を、２段に亙って保持している。その他の構成及び
作用は、前述の第一〜第二実施例と同様である。

【００３６】次に、図４は本発明の第四実施例を示して
いる。本実施例の場合、保持環２２の内周面に２本の係
止溝２４、２４を形成し、各係止溝２４、２４に、それ
ぞれＯリング２５、２５を保持している。又、保持環２
２の側面外周縁部に、その全周に亙って形成した庇部３
２とハウジング１の内周面４とを、接着剤により、或は
ビーム溶接により、気密に接合している。その他の構成
及び作用は、前述の第一〜第三実施例と同様である。

【００３７】次に、図５は本発明の第五実施例を示して
いる。本実施例の場合、軸２の外周面５の係止溝３３に
装着したＯリング２５を、ハウジング１の内周面４に固
定の中間リング３４の内周面に摺接させている。中間リ
ング３４外周面とハウジング１内周面との間の気密は、
Ｏリング３５により保持している。その他の構成及び作
用は、前述の第一〜第三実施例と同様である。

【００３８】次に、図６は本発明の第六実施例を示して
いる。本実施例の場合、保持環２２の内周面に２本の係
止溝２４、２４を形成し、各係止溝２４、２４に、それ
ぞれＯリング２５、２５を保持すると共に、両Ｏリング
２５、２５の間部分に、真空ポンプに通じる吸気通路２
７を開口させている。その他の構成及び作用は、前述の
第四実施例の場合と同様である。

【００３９】次に、図７は本発明の第七実施例を示して
いる。本実施例の場合、１対のＯリング２５、２５に挟
まれた空間２６だけでなく、真空空間とは逆隣の空間１
９ａも真空ポンプに通じさせて、この空間１９ａ内の気
体が上記空間２６内に進入し難くしている。その他の構
成及び作用は、前述の第六実施例と同様である。

【００４０】次に、図８は本発明の第八実施例を示して
いる。本実施例の場合、ハウジング１の内周面４に固定
した円輪板３６の側面と、軸２の外周面５に固定した円
輪板３７の側面との間に、Ｏリング２５を装着している
。その他の構成及び作用は、前述の第一〜第三実施例の
場合と同様である。

【００４１】次に、図９は本発明の第九実施例を示して
いる。本実施例の場合、係止溝２４を挟んで保持環２２
の内径を、真空空間側（図９の右側）で大きく、空間２
６側で小さくしている。これによって、空間２６内に磁
性流体の飛沫が飛散した場合でも、この飛沫がＯリング
２５に付着しにくくなる。その他の構成及び作用は、前
述の第一〜第三実施例と同様である。

【００４２】次に、図１０は本発明の第十実施例を示し
ている。本実施例の場合、空間２６内にラビリンス板３
８を設けて、空間２６内に磁性流体の飛沫が飛散した場
合でも、この飛沫がＯリング２５に付着しにくくしてい
る。その他の構成及び作用は、前述の第一〜第三実施例
と同様である。

【００４３】次に、図１１は本発明の第十一実施例を示
している。本実施例の場合、固体シール材として、円輪
状のシール材３９を使用している。そして、このシール
材３９の外周縁をハウジング１の内周面４に固定すると
共に、その内周縁を軸２の外周面５に摺接させている。 その他の構成及び作用は、前述の第一〜第三実施例の場
合と同様である。

【００４４】尚、図示は省略したが、本発明は、図１２
（Ｂ）に示す様な、ポールピースの外周縁側に磁性流体
を保持する構造の、真空用多段磁性流体シール装置にも
適用出来る事は、勿論である。

【００４５】

【発明の効果】本発明の真空用多段磁性流体シール装置
は、以上に述べた通り構成され作用する為、磁性流体が
真空空間に飛散するのを確実に防止して、この真空空間
内の清浄度を保持出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す半部断面図。

【図２】本発明の第二実施例を示す部分断面図。

【図３】本発明の第三実施例を示す部分断面図。

【図４】本発明の第四実施例を示す部分断面図。

【図５】本発明の第五実施例を示す部分断面図。

【図６】本発明の第六実施例を示す部分断面図。

【図７】本発明の第七実施例を示す部分断面図。

【図８】本発明の第八実施例を示す部分断面図。

【図９】本発明の第九実施例を示す部分断面図。

【図１０】本発明の第十実施例を示す部分断面図。

【図１１】本発明の第十一実施例を示す部分断面図。

【図１２】磁性流体シール装置の基本的構造の２例を示
す断面図。

【図１３】従来の真空用多段磁性流体シール装置の第１
例を示す断面図。

【図１４】同第２例を示す、部分断面図。

【符号の説明】

１　　　　ハウジング ２　　　　軸 ３、３ａ　　　　磁性流体シール装置本体４　　　　内
周面 ５　　　　外周面 ６　　　　空間 ７　　　　永久磁石 ８、８ａ　　　　ポールピース ９、９ａ　　　　ポールピース １０　　　　磁性流体 １１　　　　ケーシング １２　　　　転がり軸受 １３　　　　軸受ハウジング １４　　　　真空用多段磁性流体シール装置１５　　　
　ポールピース １６　　　　ポールピース １７　　　　凹溝 １８　　　　Ｏリング １９、１９ａ、１９ｂ　　　　空間 ２０　　　　間座 ２１　　　　転がり軸受 ２２　　　　保持環 ２３　　　　間座 ２４　　　　係止溝 ２５　　　　Ｏリング ２６　　　　空間 ２７　　　　吸気通路 ２８　　　　真空ポンプ ２９　　　　ポールピース ３０　　　　突条 ３１　　　　Ｏリング ３２　　　　庇部 ３３　　　　係止溝 ３４　　　　中間リング ３５　　　　Ｏリング ３６、３７　　　　円輪板 ３８　　　　ラビリンス板 ３９　　　　シール材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円筒状の周面を有する磁性材製の第一
   部材と、この第一部材と同心に設けられ、上記第一部材
   に対して相対的に回転する第二部材と、この第二部材の
   周面と上記第一部材の周面との間の円筒状の空間内に挿
   入自在な大きさを有する円輪状に形成され、軸方向に亙
   って着磁された永久磁石と、上記円筒状の空間内に挿入
   自在な大きさを有する円輪状に形成され、上記永久磁石
   の側面に固着されたポールピースと、このポールピース
   の周縁と上記第一部材の周面との間の軸方向複数個所に
   、上記永久磁石の磁力により保持された磁性流体とから
   成り、軸方向一方の側を真空空間に対向させた状態で使
   用される真空用多段磁性流体シール装置に於いて、上記
   真空空間側端部に、上記円筒状の空間を塞ぐ少なくとも
   １個の固体シール材を設けると共に、この固体シール材
   により上記真空空間と隔てられた空間部分を真空にした
   事を特徴とする真空用多段磁性流体シール装置。