JPH10220596A - 磁性流体シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造を簡略化し、製作容易な磁性流体シール
装置を提供することである。 【解決手段】 外軸シール部２は環状の磁石９と磁性体
製の環状のポールピース１０，１１からなる。ポールピ
ース１０，１１とハウジング４との間は弾性体製のＯリ
ング１２，１３によりシールされる。ポールピース１
０，１１と磁性体製の外軸５との間は磁力によって保持
された磁性流体１４，１５によってシールされる。内軸
シール部３は環状の磁石１６と磁性体製の環状のポール
ピース１７，１８とからなる。内軸シール部３と磁性体
製の内軸６との間は磁力によって保持された磁性流体２
１，２２によってシールされるが、非磁性体からなる外
周端部１７ｄ，１８ｄによって、磁力線の外軸５への回
り込みは阻止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種装置の軸受け
部等に使用される磁性流体シール装置に関し、特に、中
空の二重管構造を有する磁性流体シール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来のこの種の磁性流体シール装
置１００を使用した半導体製造のためのスパッタリング
装置２００を示す。

【０００３】スパッタリング装置２００では、真空槽２
０１中で放電を発生させ、正イオンを２種類のターゲッ
ト２０２，２０３のうちのいずれか一方又は両方のター
ゲットに衝突させ、その際にはじき出されるターゲット
原子で基礎台２０４上に載置されるシリコンウエハ上に
薄膜を形成する。その際に、不必要なターゲットに正イ
オンが衝突しないようにするために、第１ターゲット２
０２，第２ターゲット２０３の前面に第１シャッタ２０
５，第２シャッタ２０６をそれぞれ移動させる。第１シ
ャッタ２０５は中空の外軸１０４に固定されており、外
軸１０４を回転させることにより、開閉できるようにな
っている。また、第２シャッタ２０６は内軸１０５に固
定されており、内軸１０５を回転させることにより開閉
できるようになっている。外軸１０４及び内軸１０５
は、ともに真空槽２０１上部に開口部２０７を介して設
けられたハウジング１０３に同軸的に組み付けられてお
り、独立して回転できるようになっている。半導体製造
においては、ダストを嫌い、クリーンな環境が要求され
るため、真空環境中で作業を行う必要があるので、真空
槽内の真空を保持しながら外軸１０４及び内軸１０５を
任意に回転させるために二重管構造の磁性流体シール装
置１００を使用している。

【０００４】図５に、図４の磁性流体シール装置１００
周辺の概略構造を示す。

【０００５】ハウジング１０３の軸孔内に外軸１０４及
び内軸１０５の２つの軸が同心的に挿入されており、ハ
ウジング１０３・外軸１０４間の環状隙間１０６を外軸
シール部１０１がシールし、外軸１０４・内軸１０５間
の環状隙間１０７を内軸シール部１０２がシールする。

【０００６】外軸シール部１０１は、主として、環状の
磁石１０８と、磁石１０８の軸方向両端面に接合された
磁性体からなる環状のポールピース１０９，１１０と、
外軸１０４外周に装着された磁性体リング１１１からな
る。ポールピース１０９，１１０の外周面１０９ａ，１
１０ａには周方向の凹状溝１０９ｂ，１１０ｂが設けら
れており、この溝１０９ｂ，１１０ｂに装着された弾性
体製のＯリング１１２，１１３がハウジング１０３内周
面１０３ａに圧接することにより、外軸シール部１０１
とハウジング１０３との間がシールされる。また、外軸
１０４の外周面１０４ａには周方向の凹状溝１０４ｂ，
１０４ｃが設けられており、同様にこの溝１０４ｂ，１
０４ｃに装着された弾性体製のＯリング１１４，１１５
によって磁性体リング内周面１１１ａと外軸外周面１０
４ａとの間がシールされる。さらに、磁石１０８，ポー
ルピース１０９，１１０及び磁性体リング１１１間に磁
気回路が形成されるので、ポールピース１０９，１１０
内周面１０９ｃ，１１０ｃと磁性体リング１１１外周面
１１１ｂとの間に磁性流体１１６，１１７が保持され、
ハウジング１０３・外軸１０４間をシールする。

【０００７】内軸シール部１０２は、主として、環状の
磁石１１８と、磁石１１８の軸方向両端面に接合された
磁性体からなる環状のポールピース１１９，１２０とか
らなる。ポールピース１１９，１２０の外周面１１９
ａ，１２０ａには周方向の凹状溝１１９ｂ，１２０ｂが
設けられており、この溝１１９ｂ，１２０ｂに装着され
た弾性体製のＯリング１２１，１２２が外軸１０４内周
面１０４ｂに圧接することにより、内軸シール部外周面
１１９ａ，１２０ａと外軸内周面１０４ｂとの間がシー
ルされる。また、内軸１０５は磁性体からなり、磁石１
１８，ポールピース１１９，１２０及び内軸１０５との
間に磁気回路が形成されるので、ポールピース１１９，
１２０内周面１１９ｃ，１２０ｃと内軸１０５外周面１
０５ａとの間に磁性流体１２３，１２４が保持され、外
軸１０４・内軸１０５間をシールする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな磁性流体シール装置１００においては、外軸シール
部１０１と内軸シール部１０２の磁束がともに外軸１０
４に回り込むと磁力が弱くなってしまうので、内軸シー
ル部１０２と外軸シール部１０１の磁気回路を分離する
必要があった。このため、外軸１０４を非磁性体によっ
て構成し、その外周に磁性体リング１１１を装着しなけ
ればならず、形状及び構造が複雑なものとなっていた。

【０００９】本発明は、かかる従来技術の課題を解決す
るためになされたものであって、その目的とするところ
は、構造を簡略化し、製作容易な磁性流体シール装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、ハウジングと該ハウジングの軸孔内
に同心的に組み付けられる中空の第１軸との間に形成さ
れる環状の隙間に磁性流体を保持することにより該隙間
を密封する第１密封部と、前記第１軸と前記第１軸の中
空内部に同心的に組み付けられる第２軸との間に形成さ
れる環状の隙間に磁性流体を保持することにより該隙間
を密封する第２密封部とを有する磁性流体シール装置に
おいて、前記ハウジング及び前記第１軸のいずれか一方
の部材と前記第１密封部との間で磁性流体を保持する場
合に、該他方の部材と前記第１密封部とによって形成さ
れるべき磁気回路を遮断する第１磁気回路遮断部を有
し、前記第１軸及び前記第２軸のいずれか一方の部材と
前記第２密封部との間で磁性流体を保持する場合に、該
他方の部材と前記第２密封部とによって形成されるべき
磁気回路を遮断する第２磁気回路遮断部を有することを
特徴とする。

【００１１】ここで、第１磁気回路遮断部は、第１密封
部と一方の部材との間で形成されている磁気回路に保持
されている磁力線の他方の部材への回り込みを阻止して
第１密封部と他方の部材とによって磁気回路が形成され
ないようにするものであればよい。従って、第１磁気回
路遮断部として、第１密封部の他方の部材側の端部を非
磁性体等の磁力線を遮断できる部材で形成することがで
きる。また、他方の部材が非磁性体からなる場合には、
この他方の部材自体が第１磁気回路遮断部を形成する。

【００１２】同様に、第２磁気回路遮断部は、第２密封
部と一方の部材との間で形成されている磁気回路に保持
されている磁力線の他方の部材への回り込みを阻止して
第２密封部と他方の部材とによって磁気回路が形成され
ないようにするものであればよい。従って、第２磁気回
路遮断部として、第２密封部の他方の部材側の端部を非
磁性体等の磁力線を遮断できる部材で形成することがで
きる。また、他方の部材が非磁性体からなる場合には、
この他方の部材自体が第２磁気回路遮断部を形成する。

【００１３】このようにすれば、第１密封部とハウジン
グ及び第１軸のいずれか一方との間で直接磁性流体が保
持され、第２密封部と第１軸及び第２軸のいずれか一方
との間でも直接磁性流体が保持されるので、構造が簡略
化され、製作容易な磁性流体シール装置を提供すること
ができる。

【００１４】また、第１磁気回路遮断部及び第２磁気回
路遮断部が設けられているので、磁力線が漏れ出して磁
性流体を保持する力を低下させることもない。従って、
良好な密封性能を有する磁性流体シール装置を提供する
ことができる。

【００１５】第２の発明は、第１の発明において、前記
第１軸が磁性体からなり、前記第１密封部及び前記第２
密封部のいずれか一方の密封部と前記第１軸との間で磁
性流体を保持しており、該他方の密封部の第１軸側の端
部を非磁性体にて形成したことを特徴とする。

【００１６】このようにすれば、第１軸が磁性体からな
る場合でも、他方の密封部の第１軸側の端部を非磁性体
にて形成すれば、他方の密封部から第１軸へ磁力線が回
り込むことはないので、密封性能が低下することもな
い。また、他方の密封部の第１軸側の端部に非磁性体を
接合しておいて加工すればよいので、製作容易な磁性流
体シール装置を提供することができる。

【００１７】本発明は、ハウジングと該ハウジングの軸
孔内に同心的に組み付けられた中空の第１軸との間に形
成される環状隙間及び第１軸と第１軸の内部に同心的に
組み付けられた第２軸との間に形成される環状隙間を密
封する磁性流体シール装置に限らず、ハウジングの軸孔
内に同心的に組み付けられた複数の軸が相互に形成する
環状隙間を磁性流体によって密封するような磁性流体シ
ール装置についても適用できるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００１９】（第１の実施形態）図１に、本発明の第１
の実施形態に係る磁性流体シール装置１の概略構造を示
す。

【００２０】磁性流体シール装置１は第１密封部として
の外軸シール部２と第２密封部としての内軸シール部３
とからなり、ハウジング４と該ハウジング４の軸孔内に
同心的に挿入された中空の第１軸としての外軸５と間の
環状隙間７を外軸シール部２がシールし、外軸５と該外
軸５内に同心的に挿入された第２軸としての内軸６との
環状隙間８を内軸シール部３がシールする。

【００２１】外軸シール部２は、主として、環状の磁石
９と、磁石９の軸方向両端面に接合された磁性体からな
る環状のポールピース１０，１１からなる。ポールピー
ス１０，１１の外周面１０ａ，１１ａには周方向の凹状
溝１０ｂ，１１ｂが設けられており、この溝１０ｂ，１
１ｂに装着された弾性体製のＯリング１２，１３がハウ
ジング４内周面４ａに圧接することにより、外軸シール
部２とハウジング４との間がシールされる。

【００２２】本実施形態では、外軸５は磁性体で形成さ
れており、磁石９，ポールピース１０，１１及び外軸５
によって磁気回路が形成されているので、ポールピース
１０，１１の内周面１０ｃ，１１ｃと外軸５の外周面５
ａとの間に磁性流体１４，１５が保持され、ハウジング
４・外軸５間をシールする。ハウジング４は、非磁性体
によって形成されているので、磁力線がハウジング４に
回り込んで磁性流体１４，１５を保持する力を低下させ
て密封性能を劣化させることはない。ここで、ハウジン
グ４自体が第１磁気回路遮断部を構成する。

【００２３】内軸シール部３は、主として、環状の磁石
１６と、磁石１６の軸方向両端面に接合された磁性体か
らなる環状のポールピース１７，１８とからなる。ポー
ルピース１７，１８の外周面１７ａ，１８ａには周方向
の凹状溝１７ｂ，１８ｂが設けられており、この溝１７
ｂ，１８ｂに装着された弾性体製のＯリング１９，２０
が外軸５の内周面５ｂに圧接することにより、内軸シー
ル部３と外軸５との間がシールされる。また、内軸６は
磁性体からなり、磁石１６，ポールピース１７，１８及
び内軸６との間に磁気回路が形成されるので、ポールピ
ース１７，１８内周面１７ｃ，１８ｃと内軸６の外周面
６ａとの間に磁性流体２１，２２が保持され、外軸５・
内軸６間をシールする。本実施形態では、内軸シール部
３のポールピース１７，１８の外周端部１７ｄ，１８ｄ
は非磁性体によって構成されているので、磁力線がポー
ルピース１７，１８の外周端部１７ｄ，１８ｄを越えて
外軸５側に回り込むことはなく、磁性流体２１，２２を
保持する力が低下して密封性能を劣化させることもな
い。この非磁性体は、２ｍｍ以上の厚みを有することが
望ましい。ここで、外周端部１７ｄ，１８ｄが第２磁気
回路遮断部を構成する。

【００２４】このようにポールピース１７，１８の外周
端部１７ｄ，１８ｄを非磁性体にて形成する方法として
は、リング状の磁性材と、この磁性材の外径よりわずか
に大きな内径を有するリング状の非磁性材とをあらかじ
めろう付けして一体に形成した後に、ポールピースの形
状に加工する方法があるが、これに限られない。

【００２５】このように、外軸シール部２と外軸５との
間で磁気回路を形成するようにすれば、従来例に係る磁
性流体シール装置１００のように、外軸５の外周に磁性
体リングを設ける必要がなく、外軸５の外周面に凹状溝
を形成しＯリングを装着する必要もない。すなわち、本
実施形態に係る磁性流体シール装置１は、従来例に比し
て簡略化された形状及び構造を有しており、製作が容易
であり、製造コストの低減も可能である。

【００２６】磁性体リングが不要化されることにより、
部品点数が削減されて、装置自体の小型化が可能であ
る。また、磁性体リングの分の同心度の影響が省略でき
るので、偏心が小さくなり、磁性流体固有の偏析の影響
も小さくなる。従って、回転時の起動トルクの経時変化
が小さくなり、真空安定性も向上する。さらに、外軸５
外周のＯリングが不要となることに伴い、外周面に溝を
設ける必要もないので、外軸５の強度が低下することも
なく、外軸の肉厚を薄くすることも可能となる。

【００２７】本実施形態では、ハウジング４を非磁性体
としているが、ハウジング４を磁性体によって形成する
こともできる。この場合は、図２に示すように、外軸シ
ール部２のポールピース１０，１１の外周端部１０ｄ，
１１ｄを非磁性体によって形成し、外軸シール部２の磁
力線がハウジング４側に回り込まないようにすればよ
い。この場合は、外周端部１０ｄ，１１ｄが第１磁気回
路遮断部を構成する。

【００２８】（第２の実施形態）図３に本発明の第２の
実施形態に係る磁性流体シール装置３１の概略構造を示
す。第１の実施形態と同様の構成を有する部分について
は、同様の符号を付して説明を省略する。

【００２９】磁性流体シール装置３１は、第１密封部と
しての外軸シール部３２と第２密封部としての内軸シー
ル部３３とからなる。

【００３０】外軸シール部３２のポールピース３４，３
５は磁性体からなるが、第１磁気回路遮断部としての内
周端部３４ｄ，３５ｄは非磁性体からなる。ハウジング
４は磁性体からなり、磁石３６，ポールピース３４，３
５及びハウジング４間で磁気回路が形成されるので、ポ
ールピース３４，３５の外周面３４ａ，３５ａとハウジ
ング４の内周面４ａとの間に保持された磁性流体１４，
１５によって外軸シール部３２とハウジング４間をシー
ルしている。ポールピース内周面３４ｃ，３５ｃには周
方向の凹状溝３４ｂ，３５ｂが設けられており、この溝
３４ｂ，３５ｂに装着された弾性体製のＯリング１２，
１３が外軸５の外周面５ａに圧接することにより外軸シ
ール部３２・外軸５間をシールしている。

【００３１】外軸５及び内軸シール部３３のポールピー
ス３７，３８は磁性体からなり、外軸５，ポールピース
３７，３８及び磁石３９の間で磁気回路を形成してい
る。従って、ポールピース３７，３８の外周面３７ａ，
３８ａと外軸５の内周面５ｂとの間に磁性流体２１，２
２が保持されており、内軸シール部３３・外軸５間をシ
ールしている。ポールピース３７，３８の内周面３７
ｃ，３８ｃには凹状溝３７ｂ，３８ｂが設けられてお
り、溝３７ｂ，３８ｂに装着されたＯリング１９，２０
が内軸６の外周面６ａに圧接することにより内軸シール
部３３・内軸６間をシールしている。内軸６は非磁性体
からなり、磁力線が内軸６に回り込んで磁性流体２１，
２２を保持する力を低下させて密封性能を劣化させるこ
ともない。ここで、内軸６自体が第２磁気回路遮断部を
構成する。

【００３２】このように、外軸シール部３２のポールピ
ース３４，３５の内周端部３４ｄ，３５ｄを非磁性体に
て形成すれば、外軸シール部３２とハウジング４とを通
る磁力線が外軸５に回り込むことがないので、内軸シー
ル部３３と外軸５との間で磁気回路を形成することがで
きる。従って、従来例に係る磁性流体シール装置１００
の磁性体リングのような部材を外軸の内周側に設ける必
要がなく、外軸５の内周面に凹状溝を形成しＯリングを
装着する必要もない。すなわち、本実施形態に係る磁性
流体シール装置３１は、従来例に比して簡略化された形
状及び構造を有しており、製作が容易であり、製造コス
トの低減も可能である。また、磁性流体１４，１５を保
持する力が低下して密封性能を劣化させることもない。

【００３３】磁性体リングが不要化されることにより、
部品点数が削減されて、装置自体の小型化が可能であ
る。また、磁性体リングの分の同心度の影響が省略でき
るので、偏心が小さくなり、磁性流体固有の偏析の影響
も小さくなる。従って、回転時の起動トルクの経時変化
が小さくなり、真空安定性も向上する。さらに、外軸５
内周にＯリングを設ける必要がなくなることに伴い、外
軸５内周面５ｂに溝を設ける必要もないので、外軸５の
強度が低下することもなく、外軸５の肉厚を薄くするこ
とも可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、第１密封部とハウジング及び第１軸のいずれか一方
との間で直接磁性流体が保持され、第２密封部と第１軸
及び第２軸のいずれか一方との間でも直接磁性流体が保
持されるので、構造が簡略化され、製作容易な磁性流体
シール装置を提供することができる。

【００３５】また、第１磁気回路遮断部及び第２磁気回
路遮断部が設けられているので、磁力線が漏れ出して磁
性流体を保持する力を低下させることもない。従って、
良好な密封性能を有する磁性流体シール装置を提供する
ことができる。

【００３６】第２の発明によれば、第１軸が磁性体から
なる場合でも、他方の密封部の第１軸側の端部を非磁性
体にて形成すれば、他方の密封部から第１軸へ磁力線が
回り込むことはないので、密封性能が低下することもな
い。また、他方の密封部の第１軸側の端部に非磁性体を
接合しておいて加工すればよいので、製作容易な磁性流
体シール装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る磁性流体
シール装置の概略構成を示す断面図である。

【図２】図２は本発明の第１の実施形態の変形例に係る
磁性流体シール装置の概略構成を示す半断面図である。

【図３】図３は本発明の第２の実施形態に係る磁性流体
シール装置の概略構成を示す半断面図である。

【図４】図４は従来の磁性流体シール装置を使用したス
パッタリング装置の概略構成を示す部分断面図である。

【図５】図５は図４の従来の磁性流体シール装置周辺の
概略構成を示す半断面図である。

【符号の説明】

１，３１，１００ 磁性流体シール装置 ２，３２，１０１ 外軸シール部 ３，３３，１０２ 内軸シール部 ４，１０３ ハウジング ５，１０４ 外軸 ６，１０５ 内軸 ７，８，１０６，１０７ 環状隙間 ９，１６，１０８，１１８ 磁石 １０，１１，１７，１８，３４，３５，３７，３８， １０９，１１０，１１９，１２０ ポールピース １０ｄ，１１ｄ，１７ｄ，１８ｄ 外周端部 ３４ｄ，３５ｄ 内周端部 １４，１５，２１，２２，１１６，１１７，１２３，１
２４ 磁性流体 ２００ スパッタリング装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと該ハウジングの軸孔内に同
   心的に組み付けられる中空の第１軸との間に形成される
   環状の隙間に磁性流体を保持することにより該隙間を密
   封する第１密封部と、 前記第１軸と前記第１軸の中空内部に同心的に組み付け
   られる第２軸との間に形成される環状の隙間に磁性流体
   を保持することにより該隙間を密封する第２密封部とを
   有する磁性流体シール装置において、 前記ハウジング及び前記第１軸のいずれか一方の部材と
   前記第１密封部との間で磁性流体を保持する場合に、該
   他方の部材と前記第１密封部とによって形成されるべき
   磁気回路を遮断する第１磁気回路遮断部を有し、 前記第１軸及び前記第２軸のいずれか一方の部材と前記
   第２密封部との間で磁性流体を保持する場合に、該他方
   の部材と前記第２密封部とによって形成されるべき磁気
   回路を遮断する第２磁気回路遮断部を有することを特徴
   とする磁性流体シール装置。
2. 【請求項２】前記第１軸が磁性体からなり、 前記第１密封部及び前記第２密封部のいずれか一方の密
   封部と前記第１軸との間で磁性流体を保持しており、 該他方の密封部の第１軸側の端部を非磁性体にて形成し
   たことを特徴とする請求項１記載の磁性流体シール装
   置。