JPH10252900A - 磁気シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構造で磁気シール性能を長期間にわた
り保持する。 【解決手段】 内部に充填してある磁性流体６により隔
壁１０１と回転軸１０２との間をシールする磁気シール
本体１０と、フィン部材２０とを備える。磁気シール本
体１０は、減圧状態の密閉空間を形成する隔壁１０１と
この隔壁１０１を貫通する回転軸１０２との間に装着す
る。そして、フィン部材２０は、磁気シール本体１０の
外側で回転軸１０２と一体に回転するとともに、該回転
に伴い磁気シール本体１０の外側に形成した空気溜り２
１を減圧するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空チャンバ等
の隔壁内に配設した回転体を、外部に設けたモータ等の
駆動源により回転駆動する装置（以下、密封型回転装置
という）に装着され、隔壁と回転軸との間にシール構造
を形成するためのシール装置に関し、特にマグネットの
磁力作用をもって内部に保持した磁性流体により、隔壁
と回転軸との間をシールする磁気シール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】密封型回転装置は、Ｘ線発生装置、スパ
ッタリング装置、エッチング装置、半導体製造に用いら
れる単結晶引上げ装置、ＣＶＤ、エピタキシャル成長装
置など、種々の産業分野において見受けられる。

【０００３】この種の密封型回転装置では、回転軸の挿
入部におけるシール構造に関し、次のような条件を満足
しなければならない。まず、第１の条件として、高速回
転する回転軸の周面と隔壁との間を、回転軸に大きな負
荷をかけることなくシールすることである。次に、第２
の条件として、隔壁の内部は減圧状態となっており、大
気との間に圧力差が存在する環境下で、回転軸をシール
することが要求される。これらの条件を満たすシール装
置として、磁性流体を利用した磁気シール装置がある。

【０００４】図３は磁気シール装置の本体構造例を示す
正面断面図である。同図に示す磁気シール装置（１０）
は、外筒１と内筒２とをベアリング３を介して同軸状に
設けるとともに、これら各筒の中間部にポールピース４
と称する複数の中間部材を配設し、さらに各ポールピー
ス４の間にマグネット５を介装した概略構造となってい
る。

【０００５】ポールピース４の先端部は内筒と対向して
おり、その先端面にＶ字溝が形成してある。このＶ字溝
内には、磁性流体６が充填してある。また、隣接するマ
グネット５は、それぞれ同極が対峙するように（例え
ば、ＮＳ−ＳＮ−ＮＳの配列で）並べてあり、それら隣
接するマグネット５の間に相互に反発する磁力線を形成
している。この磁力線は、ポールピース４の先端から抜
けて、隣接するポールピース４の先端へと入る磁場を形
成する。この磁場の磁力作用をもって、Ｖ字溝内に充填
した磁性流体６が、ポールピース４の先端と内筒２との
間の微小空間に保持される。そして、外筒１を密封型回
転装置１００の隔壁１０１に装着するとともに、内筒２
を回転軸１０２に取り付け、回転軸１０２と一体に回転
する内筒２をポールピース４の先端に保持された磁性流
体６により回転自在にシールする。

【０００６】このような構成の磁気シール装置におい
て、磁性流体６が介在するシール部分の周速が１０ｍ／
ｓｅｃを越えるような高速回転で回転軸１０２を駆動し
た場合、発熱により磁性流体６の性能が低下してシール
性能が劣化する現象がみられる。磁性流体６の粘性が低
下すると、磁気シール装置の内側（すなわち、減圧状態
下にある隔壁１０１の内側）と外側（すなわち、大気
側）との圧力差により、磁性流体６が圧力の低い内側へ
徐々に吸い込まれ、内筒２とポールピース４の先端との
間のシール状態が破壊されるおそれがある。

【０００７】この種のシール不良を回避するため、高速
回転に対応する従来の磁気シール装置には、図６および
図７に示すような排気機構が組み込まれていた。同図に
示す従来の排気機構は、磁気シール装置（１０）の外側
部分にオイルシール２００を用いて密閉空間を形成する
とともに、該密閉空間に真空配管２０１を介してロータ
リーポンプ２０２を連通し（図７参照）、このロータリ
ーポンプ２０２で密閉空間内の空気を排気して減圧状態
を形成する構造となっている。密閉空間を減圧すること
により、磁気シール装置の内側（すなわち、減圧状態下
にある隔壁１０１の内側）との間の圧力差が小さくな
り、磁性流体６の流動を抑制することができる。

【０００８】また、オイルシール２００は、接触する回
転軸１０２が比較的低速回転の場合は、乾式の構造とし
ても劣化が遅い。しかし、高速回転する回転軸１０２を
シールする場合は、オイルを循環供給して摩耗や発熱を
抑制する必要が生じてくる。このため、図７に示すよう
にオイル循環構造を排気機構と併せて組み込み、オイル
タンク２０３から配管２０４を介して密閉空間内にオイ
ルを循環供給する構造となっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のとおり、従来の
磁気シール装置は、磁性流体６の流動を抑制するため
に、オイルシール２００、ロータリーポンプ２０２、真
空配管２０１等を用いた大がかりな排気機構を組み込ん
であり、装置が大形で複雑であるばかりか設備コストも
高価格となる問題があった。この問題は、オイルシール
２００の劣化対策を実現するためのオイル循環構造を組
み込めば、一層深刻なものとなる。

【００１０】しかも、オイル循環構造を組み込んだ場
合、密閉空間内に供給したオイルが磁気シール装置の内
部側に浸透するおそれもある。その場合、磁性流体６に
よるシール性能が大幅に低下してしまう危険があった。
この発明は、このような従来の課題を解決するためにな
されたもので、簡易な構造で磁気シール性能を長期間に
わたり保持することができる磁気シール装置の提供を目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、減圧状態の密閉空間を形成する隔壁とこ
の隔壁を貫通する回転軸との間に装着して、内部に充填
してある磁性流体により前記隔壁と回転軸との間をシー
ルする磁気シール本体と、この磁気シール本体の外側で
回転軸と一体に回転するとともに、その回転に伴い磁気
シール本体の外側に形成した空気溜りを減圧する外側減
圧手段とを備えている。

【００１２】外側減圧手段は、回転軸との一体回転に伴
って空気溜りを減圧する構成であるため、ロータリーポ
ンプや真空配管といった大形で高価格な設備を必要とし
ない。この外側減圧手段で、磁気シール本体の外側に形
成した空気溜りを減圧することにより、磁気シール装置
の内外圧力差を小さくでき、磁性流体の流動を抑制する
ことができる。

【００１３】外側減圧手段は、例えば、回転軸と一体に
回転する多数のフィンを備え、これらフィンの回転によ
り磁気シール本体の外部に形成した空気溜り内の気体を
排気する簡易な構成により、有効に磁性流体の流動を抑
制することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の
実施形態を示す正面断面図である。同図において、１０
０は本実施形態の磁気シール装置が組み込まれる密封型
回転装置である。この密封型回転装置１００は、回転軸
１０２に装着された回転体１０３を、隔壁（真空チャン
バ）１０１の内部で高速回転させる構造となっている。
隔壁１０１の内部は、図示しない真空ポンプにより真空
排気され減圧状態（真空状態を含む）を形成している。
回転軸１０２は、隔壁１０１の外部に設けられた図示し
ない回転駆動源により回転駆動される。この回転軸１０
２は、隔壁１０１を貫通しており、その貫通部分に本実
施形態の磁気シール装置が組み込んである。

【００１５】本実施形態の磁気シール装置は、磁気シー
ル本体１０と外側減圧手段としてのフィン部材２０とで
構成してある。このうち磁気シール本体１０は、図３に
示した一般的な磁気シール装置と同様の構造となってい
る。この磁気シール本体１０は、隔壁１０１と回転軸１
０２との間に設置され、回転軸１０２を磁性流体６によ
り回転自在にシールしている。フィン部材２０は、磁気
シール本体１０の外側（すなわち、大気側）で回転軸１
０２に装着してあり、回転軸１０２と一体に回転する。
磁気シール本体１０とフィン部材２０との間には、隔壁
１０１に囲まれた空気溜り２１が形成してある。

【００１６】フィン部材２０は、図２に示すように、基
台リング２２の周面に多数のフィン２３が形成され、さ
らにこれらフィン２３の外端縁を補強リング２４にろう
付けしただけの簡単な構造となっており、基台リング２
２を回転軸１０２に外嵌固定して回転軸１０２と一体に
回転するように組み付けられる。多数のフィン２３は、
中心軸に対して所定角度の傾斜を設けて形成してあり、
回転軸１０２と一体に回転したとき、空気溜り２１内の
気体をフィン部材２０の外部へ排気する機能を有してい
る。

【００１７】本実施形態の磁気シール装置は、上述した
ように簡単な構造をもって磁気シール本体１０に充填し
てある磁性流体６の流動を抑制することができる。すな
わち、磁性流体６の流動は、前述したように減圧状態の
磁気シール本体１０の内側（隔壁１０１の内部）と、大
気に接する外側との間の圧力差に起因して生じるため、
この圧力差を小さくすれば磁性流体６の流動を抑制する
ことができる。

【００１８】そこで、回転軸１０２と一体にフィン部材
２０を回転させ、同部材２０に形成したフィン２３の作
用により空気溜り２１内の空気を排気する。これによ
り、磁気シール本体１０の外側に形成された空気溜り２
１が減圧状態となり、隔壁１０１の内部との圧力差を小
さくすることができる。なお、この発明者らの実験によ
れば、通常の磁性流体６にあっては発熱により粘性が低
下した場合であっても、磁気シール本体１０の内外圧力
差を０．５気圧程度に縮めれば、磁性流体６をポールピ
ース４（図３参照）の先端に保持しておくことができ
た。

【００１９】図４，図５はこの発明の変形実施形態を示
す正面断面図である。図１に示した実施形態では、磁気
シール本体１０とフィン部材２０と別体構造としてあっ
たが、図４，図５に示す各変形実施形態では、これらの
構成要素を一体構造のユニットとしてある。すなわち、
図４，図５に示す各磁気シール装置は、磁気シール本体
１０の内筒２を外側（図示右側）に延出し、この内筒２
に外側減圧手段としてのフィン部材２０を外嵌固定した
構成となっている。このようなユニット構造とすること
で、輸送や保管等における取扱い、および密封型回転装
置への装着作業が容易となる利点がある。

【００２０】また、図４に示す磁気シール装置は、磁気
シール本体１０の外筒１を外側（図示右側）に延出する
ことで、磁気シール本体１０とフィン部材２０との間の
空間を外筒１で取り囲み、空気溜り２１を形成してい
る。一方、図５に示す磁気シール装置は、フィン部材２
０の補強リング２４を磁気シール本体１０の近傍まで延
出することで、磁気シール本体１０とフィン部材２０と
の間の空間を補強リング２４で取り囲み、空気溜り２１
を形成している。このように空気溜り２１を磁気シール
装置のユニット内に形成することで、組み込み対象とな
る隔壁の厚さや形状等を限定することなく、種々の密封
型回転装置へ装着可能となるため、適用範囲が広がる。

【００２１】なお、この発明は上述の実施形態や変形実
施形態に限定されるものではない。例えば、磁気シール
本体は、図３に示した構造に限らず、内部に充填してあ
る磁性流体により隔壁と回転軸との間をシールする構造
であればよい。また、外側減圧手段は、図２に示した構
成のフィン部材に限らず、回転軸と一体に回転すること
により磁気シール本体の外側に形成した空気溜りを減圧
する構造であればよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の磁気シ
ール装置によれば、回転軸と一体に回転する外側減圧手
段の作用により、磁気シール本体の外側に形成した空気
溜りを減圧する簡易な構造をもって、磁気シール性能を
長期間にわたり保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を示す正面断面図である。

【図２】この発明の実施形態に係る磁気シール装置のフ
ィン部材を示す斜視図である。

【図３】この発明の実施形態に係る磁気シール装置にお
ける磁気シール本体に採用した一般的な磁気シール装置
の構造を示す正面断面図である。

【図４】この発明の変形実施形態に係る磁気シール装置
を示す正面断面図である。

【図５】この発明の他の変形実施形態に係る磁気シール
装置を示す正面断面図である。

【図６】従来の磁気シール装置を説明するための正面断
面図ある。

【図７】同じく従来の磁気シール装置を説明するための
システム構成図である。

【符号の説明】

１：外筒 ２：内筒 ３：ベアリング ４：ポールピース ５：マグネット ６：磁性流体 １０：磁気シール本体 ２０：フィン部材 ２１：空気溜り ２２：基台リング ２３：フィン ２４：補強リング １０１：隔壁 １０２：回転軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧状態の密閉空間を形成する隔壁とこ
   の隔壁を貫通する回転軸との間に装着して、内部に充填
   してある磁性流体により前記隔壁と回転軸との間をシー
   ルする磁気シール本体と、 この磁気シール本体の外側で前記回転軸と一体に回転す
   るとともに、該回転に伴い前記磁気シール本体の外側に
   形成した空気溜りを減圧する外側減圧手段とを備えたこ
   とを特徴とする磁気シール装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁気シール装置におい
   て、 前記外側減圧手段は、前記回転軸と一体に回転する多数
   のフィンを備え、これらフィンの回転により前記磁気シ
   ール本体の外部に形成した空気溜り内の気体を排気する
   ものであることを特徴とする磁気シール装置。