JPH11166633A - 耐磁場磁性流体シール装置 - Google Patents
耐磁場磁性流体シール装置Info
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- JPH11166633A JPH11166633A JP9331352A JP33135297A JPH11166633A JP H11166633 A JPH11166633 A JP H11166633A JP 9331352 A JP9331352 A JP 9331352A JP 33135297 A JP33135297 A JP 33135297A JP H11166633 A JPH11166633 A JP H11166633A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
- F16J15/43—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid kept in sealing position by magnetic force
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ケース、ベアリング材質およびネジ蓋寸法を
変更し、漏洩磁束を少なくし耐磁場磁性流体シール装置
を提供する。 【解決手段】 筐体２０と、筐体内２０に軸受６ａ，６
ｂで回転可能に支持される回転シャフト３と、回転シャ
フト３を微小間隙δを介して囲繞する磁石および磁極片
とからなり、磁石による磁界が微小間隙δに磁性流体膜
を形成し、回転シャフトの両端３ａ，３ｂの高圧および
真空領域間を磁気シールする耐磁場磁性流体シール装置
５０において、筐体２０および磁気シール部１０と軸受
６ａ，６ｂを筐体２０内の所定位置に固定するための取
付け蓋１１を磁性材料としたことを特徴とするものであ
る。
変更し、漏洩磁束を少なくし耐磁場磁性流体シール装置
を提供する。 【解決手段】 筐体２０と、筐体内２０に軸受６ａ，６
ｂで回転可能に支持される回転シャフト３と、回転シャ
フト３を微小間隙δを介して囲繞する磁石および磁極片
とからなり、磁石による磁界が微小間隙δに磁性流体膜
を形成し、回転シャフトの両端３ａ，３ｂの高圧および
真空領域間を磁気シールする耐磁場磁性流体シール装置
５０において、筐体２０および磁気シール部１０と軸受
６ａ，６ｂを筐体２０内の所定位置に固定するための取
付け蓋１１を磁性材料としたことを特徴とするものであ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐磁場磁性流体シ
ール装置に係り、とくに、例えば単結晶の半導体引上げ
装置等の軸受けに用いられる耐磁場磁性流体シール装置
に関するものである。
ール装置に係り、とくに、例えば単結晶の半導体引上げ
装置等の軸受けに用いられる耐磁場磁性流体シール装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、シリコン単結晶装置では、単結晶
の大口径化に伴い、溶融しているシリコンに磁場をかけ
ることで対流を制御し、酸素濃度の調整を行うという技
術が報告されている。これによれば、シリコン単結晶中
に入る不純物として酸素が考えられ、これは高温中の坩
堝から、前記坩堝の構成材質である石英中の酸素がシリ
コン溶液内に溶けだし、熱対流によりその表面を伝い、
結晶内部にまで流れ込み、吸蔵されるものである。
の大口径化に伴い、溶融しているシリコンに磁場をかけ
ることで対流を制御し、酸素濃度の調整を行うという技
術が報告されている。これによれば、シリコン単結晶中
に入る不純物として酸素が考えられ、これは高温中の坩
堝から、前記坩堝の構成材質である石英中の酸素がシリ
コン溶液内に溶けだし、熱対流によりその表面を伝い、
結晶内部にまで流れ込み、吸蔵されるものである。
【０００３】前記酸素が単結晶表面に吸着したとき、ほ
ぼ蒸発してしまうが、熱対流が早い場合には蒸発しきれ
ずに結晶中に吸蔵されることになる。一方、磁界中で
は、シリコン融液中に電流が誘起され、前記熱対流が抑
制される。しかし、前記熱対流を抑制しすぎると、融液
中に酸素が充満してしまうため、適度な対流に制御しな
ければならない。このような間題の解決めために、３０
０〜５００ｍＴ（ミリテスラ）程度の磁場がかけられて
いるなどの報告が発表されている。
ぼ蒸発してしまうが、熱対流が早い場合には蒸発しきれ
ずに結晶中に吸蔵されることになる。一方、磁界中で
は、シリコン融液中に電流が誘起され、前記熱対流が抑
制される。しかし、前記熱対流を抑制しすぎると、融液
中に酸素が充満してしまうため、適度な対流に制御しな
ければならない。このような間題の解決めために、３０
０〜５００ｍＴ（ミリテスラ）程度の磁場がかけられて
いるなどの報告が発表されている。
【０００４】そのようなシリコン単結晶装置において使
用されて回転導入機の軸受け部として使用されている磁
気シールでは、上記シリコン対流制御のため加えられる
磁界とは全く別に独立した磁場により磁化される磁性流
体を用いてシールしている。このような状況のもとで用
いられる磁気シールは、外部からの強力な磁界による干
渉によりそのシール性が保持できなくなるような事態が
起こりうることが考えられる。
用されて回転導入機の軸受け部として使用されている磁
気シールでは、上記シリコン対流制御のため加えられる
磁界とは全く別に独立した磁場により磁化される磁性流
体を用いてシールしている。このような状況のもとで用
いられる磁気シールは、外部からの強力な磁界による干
渉によりそのシール性が保持できなくなるような事態が
起こりうることが考えられる。
【０００５】図４を参照して、従来技術の磁性流体シー
ルを説明する。図４は、従来の技術における磁性流体シ
ール装置の要部説明図である。磁性流体シール１０ａ
は、図４に示されるように、磁性材料のシャフト３と、
永久磁石１と、前記永久磁石１を挾んで両側に配設され
ている磁極片２とからなり、前記永久磁石１と前磁極片
２が、前記シャフト３との間に微小間隙δを隔てて当該
シャフト３を囲繞して磁気回路を形成するように構成さ
れている。当該磁気回路中において前記微小間隙δに磁
性流体５を充填したものである。
ルを説明する。図４は、従来の技術における磁性流体シ
ール装置の要部説明図である。磁性流体シール１０ａ
は、図４に示されるように、磁性材料のシャフト３と、
永久磁石１と、前記永久磁石１を挾んで両側に配設され
ている磁極片２とからなり、前記永久磁石１と前磁極片
２が、前記シャフト３との間に微小間隙δを隔てて当該
シャフト３を囲繞して磁気回路を形成するように構成さ
れている。当該磁気回路中において前記微小間隙δに磁
性流体５を充填したものである。
【０００６】図５を参照して、従来の磁性流体シールを
詳細に説明する。図５は、従来の磁性流体シール装置の
要部拡大説明図である。前記微小間隙δの磁性流体５
は、前記シャフト３の両端に加わるほぼ大気圧と真空部
の圧力差に耐えて、気密性を保持することができるの
で、例えば、真空雰囲気内の密室への回転導入機構の軸
受部として使用されている。当該磁性流体５に磁気シー
ル機能を発揮させるのは、永久磁石１ａ、１ｂによる磁
界である。そこで、前記磁界とは別に外部から大きな磁
界がかかることは前記磁気シールに対し大きな影響を与
えることになる。図５に示される磁気回路の磁気シール
においては、約１０ｍＴ程度の外部磁界がかけられる
と、磁気シール機能が破壊され、真空を保てなくなるこ
とがあり、わずかな磁界中でも使用できない。
詳細に説明する。図５は、従来の磁性流体シール装置の
要部拡大説明図である。前記微小間隙δの磁性流体５
は、前記シャフト３の両端に加わるほぼ大気圧と真空部
の圧力差に耐えて、気密性を保持することができるの
で、例えば、真空雰囲気内の密室への回転導入機構の軸
受部として使用されている。当該磁性流体５に磁気シー
ル機能を発揮させるのは、永久磁石１ａ、１ｂによる磁
界である。そこで、前記磁界とは別に外部から大きな磁
界がかかることは前記磁気シールに対し大きな影響を与
えることになる。図５に示される磁気回路の磁気シール
においては、約１０ｍＴ程度の外部磁界がかけられる
と、磁気シール機能が破壊され、真空を保てなくなるこ
とがあり、わずかな磁界中でも使用できない。
【０００７】図示するように、相互間に各永久磁石１
ａ、１ｂ・・の同極を対抗させ、それぞれの相互間に磁
極片２ａ、２ｂ・・を形成し、前記磁極片２ａ、２ｂ・
・のシャフト３側の中央部をそれぞれ凹部Ｏ1、Ｏ2、・
・を形成させ、その両端部を鋭角状の尖端部をＰ1、
Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4・・を形成させる。このような磁極片２
ａ、２ｂにおいては、それぞれ磁束が２つに分路され
る。当該分路された磁束も同一の極性を有するから、相
互に反発し合ってそれぞれ両側の磁極片、例えば２ｂの
尖端部Ｐ3、Ｐ4・・を通る閉ルーブが形成されることに
なる。
ａ、１ｂ・・の同極を対抗させ、それぞれの相互間に磁
極片２ａ、２ｂ・・を形成し、前記磁極片２ａ、２ｂ・
・のシャフト３側の中央部をそれぞれ凹部Ｏ1、Ｏ2、・
・を形成させ、その両端部を鋭角状の尖端部をＰ1、
Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4・・を形成させる。このような磁極片２
ａ、２ｂにおいては、それぞれ磁束が２つに分路され
る。当該分路された磁束も同一の極性を有するから、相
互に反発し合ってそれぞれ両側の磁極片、例えば２ｂの
尖端部Ｐ3、Ｐ4・・を通る閉ルーブが形成されることに
なる。
【０００８】従って、シャフト３の表面に極めて尖鋭に
磁束が集中する磁界分布が形成され、当該磁界分布で
は、磁性流体５が極めて強力に保持される。このよう
に、磁性流体５を保持する磁界が強力なので、磁性シー
ルの形成する磁気回路に直接干渉する方向に、３００ｍ
Ｔ程度の外部磁界が加えられても前記シール性が保持さ
れることが確かめられている。斯くの如く、図５に示さ
れるような磁石の並べ方が同極対向配置の磁気シールの
優れた機能性が確認されている。
磁束が集中する磁界分布が形成され、当該磁界分布で
は、磁性流体５が極めて強力に保持される。このよう
に、磁性流体５を保持する磁界が強力なので、磁性シー
ルの形成する磁気回路に直接干渉する方向に、３００ｍ
Ｔ程度の外部磁界が加えられても前記シール性が保持さ
れることが確かめられている。斯くの如く、図５に示さ
れるような磁石の並べ方が同極対向配置の磁気シールの
優れた機能性が確認されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記図５の従来の磁性
流体シールにさらに強力な３００ｍＴ以上の磁場では影
響を免れず、磁性流体シールの気密性が保てなくなる。
図６を参照して、図５に示される磁性流体シール部を使
用した回転機用の磁気シール装置を説明する。図６は、
図５の磁性流体シール部を用いた回転機用磁気シール装
置の説明図である。磁気シール装置５０は、磁性流体シ
ール全体を収容するケース２０と、回転運動を一方の端
３ａ（真空）から他方端３ｂ（大気圧領域側）に伝える
ための磁性材料からなるシャフト３を前記ケース２０を
挿通させると共に、前記ケース２０の空洞内には、前記
挿通させたシャフト３を囲繞する磁性流体シール部１０
の磁気回路と、前記シヤフト３を支える当該ケース２０
の両端に配置されるベアリング６ａ、６ｂと、前記ベア
リング６ａ、６ｂにはそれぞれ当該シャフト３を所定の
位置に固定するためめ止め金具（以下、スナッブリング
という）７とが内設されている。前記ケース２０の空洞
内に前記磁性流体シール部１０の磁気回路等を内設した
のち、前記磁気回路等を当該ケース２０の所定位置に固
定するためのネジ蓋１１が当該ケース２０の一端のネジ
部１４と螺合して取付けられている。
流体シールにさらに強力な３００ｍＴ以上の磁場では影
響を免れず、磁性流体シールの気密性が保てなくなる。
図６を参照して、図５に示される磁性流体シール部を使
用した回転機用の磁気シール装置を説明する。図６は、
図５の磁性流体シール部を用いた回転機用磁気シール装
置の説明図である。磁気シール装置５０は、磁性流体シ
ール全体を収容するケース２０と、回転運動を一方の端
３ａ（真空）から他方端３ｂ（大気圧領域側）に伝える
ための磁性材料からなるシャフト３を前記ケース２０を
挿通させると共に、前記ケース２０の空洞内には、前記
挿通させたシャフト３を囲繞する磁性流体シール部１０
の磁気回路と、前記シヤフト３を支える当該ケース２０
の両端に配置されるベアリング６ａ、６ｂと、前記ベア
リング６ａ、６ｂにはそれぞれ当該シャフト３を所定の
位置に固定するためめ止め金具（以下、スナッブリング
という）７とが内設されている。前記ケース２０の空洞
内に前記磁性流体シール部１０の磁気回路等を内設した
のち、前記磁気回路等を当該ケース２０の所定位置に固
定するためのネジ蓋１１が当該ケース２０の一端のネジ
部１４と螺合して取付けられている。
【００１０】上記図６を参照して説明した磁気シール装
置が前記シャフト３の−方端３ａが真空雰囲気であり、
他方端３ｂが大気圧雰囲気の場合について説明する。使
用される真空側の雰囲気が、高真空、高クリーン要求時
には真空側に出来るだけ部品を入れぬように図６のベア
リング−磁気回路−べアリングの配置順序を変えたもの
もある。
置が前記シャフト３の−方端３ａが真空雰囲気であり、
他方端３ｂが大気圧雰囲気の場合について説明する。使
用される真空側の雰囲気が、高真空、高クリーン要求時
には真空側に出来るだけ部品を入れぬように図６のベア
リング−磁気回路−べアリングの配置順序を変えたもの
もある。
【００１１】上記シャフト３を支えるためのベアリング
６ａ、６ｂと、前記ベアリング６ａ、６ｂをシャフト３
に固定するためのスナップリング７は、弾性力による強
度を必要とするため、焼き入れされたバネ鋼など強磁性
材を用いる。磁界中ではこれらの部材が磁化され、磁石
となることが起りうる。この磁化がシール機能上問題と
なる。
６ａ、６ｂと、前記ベアリング６ａ、６ｂをシャフト３
に固定するためのスナップリング７は、弾性力による強
度を必要とするため、焼き入れされたバネ鋼など強磁性
材を用いる。磁界中ではこれらの部材が磁化され、磁石
となることが起りうる。この磁化がシール機能上問題と
なる。
【００１２】次ぎに、前記磁気シール装置を、大型の電
磁石装置による外部磁界源に置いた場合の実験例を説明
する。図７は、図６の磁気シール装置におけるシール機
能実験の説明図である。図７に示す如く、強力な電磁石
１００による磁界Ｍ．Ｆ中に当該磁界Ｍ．Ｆと直交する
方向に、前記磁気シール装置５０のシャフト３の軸方向
を一致させて配設した。前記磁界Ｍ．Ｆと前記磁気シー
ル装置５０の磁石による磁界とは直交しているので強磁
性は大であるはずである。この実験においては、磁界
が、３００ｍＴを越えた強さで磁気シール装置５０のシ
ール効果が破壊された。
磁石装置による外部磁界源に置いた場合の実験例を説明
する。図７は、図６の磁気シール装置におけるシール機
能実験の説明図である。図７に示す如く、強力な電磁石
１００による磁界Ｍ．Ｆ中に当該磁界Ｍ．Ｆと直交する
方向に、前記磁気シール装置５０のシャフト３の軸方向
を一致させて配設した。前記磁界Ｍ．Ｆと前記磁気シー
ル装置５０の磁石による磁界とは直交しているので強磁
性は大であるはずである。この実験においては、磁界
が、３００ｍＴを越えた強さで磁気シール装置５０のシ
ール効果が破壊された。
【００１３】前記磁気シール装置５０のシール効果の破
壊を図８を参照して詳細に説明する。 図８は、図６の
磁性流体シール装置の要部の分解図である。図８におい
て、真空領域側のべアリング６を固定するスナッブリン
グ７の尖鋭状微小間隙ｇ付近で真空の漏れが生じ、漏れ
磁性流体５ａが発見された。これは、図示矢印Ｄで示さ
れる通常の磁性流体にかかる圧力によって生ずるもので
ある。
壊を図８を参照して詳細に説明する。 図８は、図６の
磁性流体シール装置の要部の分解図である。図８におい
て、真空領域側のべアリング６を固定するスナッブリン
グ７の尖鋭状微小間隙ｇ付近で真空の漏れが生じ、漏れ
磁性流体５ａが発見された。これは、図示矢印Ｄで示さ
れる通常の磁性流体にかかる圧力によって生ずるもので
ある。
【００１４】また、前記ケース２０を磁性材料に変更
し、実験した場合、ベアリング６が磁化されて強力な磁
石となり、微小間隙ｇの磁性流体５を吸引し、通常の圧
力方向Ｄとは逆の方向の力がかかり、大気雰囲気側の磁
極片２に磁性流体５ｂが入り込んでいるのが、見つけだ
された。このような事態を防止するためには、従来にお
いては磁気シール装置を外部磁界から遠ざけ、当該磁気
シール装置に磁場が及ばない構造としていた。
し、実験した場合、ベアリング６が磁化されて強力な磁
石となり、微小間隙ｇの磁性流体５を吸引し、通常の圧
力方向Ｄとは逆の方向の力がかかり、大気雰囲気側の磁
極片２に磁性流体５ｂが入り込んでいるのが、見つけだ
された。このような事態を防止するためには、従来にお
いては磁気シール装置を外部磁界から遠ざけ、当該磁気
シール装置に磁場が及ばない構造としていた。
【００１５】また、磁性材料が磁束を多く通す性質を利
用し、遮磁法もしくは磁気シールド法が用いられてい
た。図９を参照して、遮磁法もしくは磁気シールド法の
原理を説明する。図９は、遮磁法もしくは磁気シールド
法の原理説明図である。遮磁法もしくは磁気シールド法
は、磁性材料Ｍ．Ｍに内部空洞Ｇを形成した場合、その
空洞Ｇ中に物体を入れると、外部磁束Ｍ．ＦLはその空
洞部Ｇ中には漏洩しないことが電気磁気学の周知の技術
である。
用し、遮磁法もしくは磁気シールド法が用いられてい
た。図９を参照して、遮磁法もしくは磁気シールド法の
原理を説明する。図９は、遮磁法もしくは磁気シールド
法の原理説明図である。遮磁法もしくは磁気シールド法
は、磁性材料Ｍ．Ｍに内部空洞Ｇを形成した場合、その
空洞Ｇ中に物体を入れると、外部磁束Ｍ．ＦLはその空
洞部Ｇ中には漏洩しないことが電気磁気学の周知の技術
である。
【００１６】図１０を参照して、磁気シールド効果の利
用方法を説明する。図１０は、図９の磁気シールド法を
用いた磁性流体シール装置の説明図である。図１０に示
す如く、磁性流体シールに磁性体円筒材１６で囲み、磁
性流体シール装置５０を形成し、磁場中で真空排気をす
る。この真空排気をしながらの測定では、ある程度厚み
のある、少なくとも３ｍｍ以上の磁性材料の円筒材シー
ルドにより、３００ｍＴ以上の磁界でもシール機能に間
題はなかった。厚みが３ｍｍ以下の円筒材シールドでは
３００ｍＴ以下の磁界でシール機能が破壊されてしまっ
た。
用方法を説明する。図１０は、図９の磁気シールド法を
用いた磁性流体シール装置の説明図である。図１０に示
す如く、磁性流体シールに磁性体円筒材１６で囲み、磁
性流体シール装置５０を形成し、磁場中で真空排気をす
る。この真空排気をしながらの測定では、ある程度厚み
のある、少なくとも３ｍｍ以上の磁性材料の円筒材シー
ルドにより、３００ｍＴ以上の磁界でもシール機能に間
題はなかった。厚みが３ｍｍ以下の円筒材シールドでは
３００ｍＴ以下の磁界でシール機能が破壊されてしまっ
た。
【００１７】しかし、このような効果的な磁気シールド
装置で、磁性円筒材１６の厚みを大きくすることは、磁
性流体シール装置を大きくしてしまうことになり、スペ
ースを大きく取るなどに問題点が発生する。この問題の
解決するためには、磁気シール部を外部磁界からできる
だけ遠ざけるような構成とせざるをえないという問題点
が発生した。
装置で、磁性円筒材１６の厚みを大きくすることは、磁
性流体シール装置を大きくしてしまうことになり、スペ
ースを大きく取るなどに問題点が発生する。この問題の
解決するためには、磁気シール部を外部磁界からできる
だけ遠ざけるような構成とせざるをえないという問題点
が発生した。
【００１８】本発明は、強磁界中で使用される磁性流体
シールについて、外径を大きくすることなく、ケース、
ベアリング材質の変更と、ネジ蓋の寸法をすこし大きく
し、漏洩磁束をすくなくし、磁性流体の飛散を防止し、
耐磁性を向上させた磁性流体シール装置を提供すること
をその目的とする。
シールについて、外径を大きくすることなく、ケース、
ベアリング材質の変更と、ネジ蓋の寸法をすこし大きく
し、漏洩磁束をすくなくし、磁性流体の飛散を防止し、
耐磁性を向上させた磁性流体シール装置を提供すること
をその目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る耐磁場磁性
流体シール装置は、筐体と、当該筐体内に軸受で回転可
能に支持される回転シャフトと、当該回転シャフトを微
小間隙を介して囲繞する磁石および磁極片とからなり、
前記磁石による磁界が前記微小間隙に磁性流体膜を形成
し、前記回転シャフトの両端の高圧および真空領域間を
前記磁気シールする耐磁場磁性流体シール装置におい
て、前記筐体および前記磁気シール部と前記軸受を当該
筐体内の所定位置に固定するための取付け蓋を磁性材料
としたことを特徴とするものである。前項記載の耐磁場
磁性流体シール装置において、前記筐体と前記磁極片の
前記シャフトの反対側部との接触部に空隙を設けること
を特徴とするものである。前項記載のいずれかの耐磁場
磁性流体シール装置において、前記取付け蓋に、前記外
部磁界の方向に直交する方向に延設したつば部を設けた
ことを特徴とするものである。前記載のいずれかの耐磁
場磁性流体シール装置において、前記軸受および当該軸
受係止用固定具を非磁性材料とすることを特徴とするも
のである。前項記載のいずれかの耐磁場磁性流体シール
装置において、前記筐体の取付け蓋の係止側と反対側の
側壁を厚くして、磁気抵抗を小となるようにしたもので
ある。
流体シール装置は、筐体と、当該筐体内に軸受で回転可
能に支持される回転シャフトと、当該回転シャフトを微
小間隙を介して囲繞する磁石および磁極片とからなり、
前記磁石による磁界が前記微小間隙に磁性流体膜を形成
し、前記回転シャフトの両端の高圧および真空領域間を
前記磁気シールする耐磁場磁性流体シール装置におい
て、前記筐体および前記磁気シール部と前記軸受を当該
筐体内の所定位置に固定するための取付け蓋を磁性材料
としたことを特徴とするものである。前項記載の耐磁場
磁性流体シール装置において、前記筐体と前記磁極片の
前記シャフトの反対側部との接触部に空隙を設けること
を特徴とするものである。前項記載のいずれかの耐磁場
磁性流体シール装置において、前記取付け蓋に、前記外
部磁界の方向に直交する方向に延設したつば部を設けた
ことを特徴とするものである。前記載のいずれかの耐磁
場磁性流体シール装置において、前記軸受および当該軸
受係止用固定具を非磁性材料とすることを特徴とするも
のである。前項記載のいずれかの耐磁場磁性流体シール
装置において、前記筐体の取付け蓋の係止側と反対側の
側壁を厚くして、磁気抵抗を小となるようにしたもので
ある。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、図１、２を参照して、本発
明に係る耐磁場磁性流体シール装置の各実施形態を説明
する。図１は、本発明に係る耐磁場磁性流体シール装置
の一実施形態の説明図、図２は、本発明に係る耐磁場磁
性流体シール装置の他の一実施形態の説明図、図３は、
従来の磁性流体シール装置の説明図である。
明に係る耐磁場磁性流体シール装置の各実施形態を説明
する。図１は、本発明に係る耐磁場磁性流体シール装置
の一実施形態の説明図、図２は、本発明に係る耐磁場磁
性流体シール装置の他の一実施形態の説明図、図３は、
従来の磁性流体シール装置の説明図である。
【００２１】〔実施形態 １〕図３の従来の磁性流体シ
ール装置と対比して、図１の本発明に係る磁性流体シー
ル装置の一実施形態を説明する。なお、図示左側が真空
雰囲気Ｖ、図示右側が大気圧雰囲気Ａとする。まず、図
１の耐磁場磁性流体シール装置は、耐磁場性を向上させ
るため、図３の磁気シール装置５０において、磁性流体
シール部１０を構成する磁気回路部に対して外部磁界に
対する磁気シールドを行うため、ケース２０およびネジ
蓋１１を磁性材料に変更して、磁性材ケース２０Ａおよ
び磁性材ネジ蓋１１Ａとしたものを示している。このよ
うにすることにより、ネジ蓋１１を係止するネジ部１４
を短絡した構造となり、磁気飽和が起りにくい。
ール装置と対比して、図１の本発明に係る磁性流体シー
ル装置の一実施形態を説明する。なお、図示左側が真空
雰囲気Ｖ、図示右側が大気圧雰囲気Ａとする。まず、図
１の耐磁場磁性流体シール装置は、耐磁場性を向上させ
るため、図３の磁気シール装置５０において、磁性流体
シール部１０を構成する磁気回路部に対して外部磁界に
対する磁気シールドを行うため、ケース２０およびネジ
蓋１１を磁性材料に変更して、磁性材ケース２０Ａおよ
び磁性材ネジ蓋１１Ａとしたものを示している。このよ
うにすることにより、ネジ蓋１１を係止するネジ部１４
を短絡した構造となり、磁気飽和が起りにくい。
【００２２】また、このような構成は、前記図９に示す
遮磁法もしくは磁気シールド法の原理により、磁性材ケ
ース２０Ａおよびネジ蓋１１Ａの内部には、外部磁界の
磁束が漏洩せず、磁性流体シールのシール機能を向上さ
せることができる。
遮磁法もしくは磁気シールド法の原理により、磁性材ケ
ース２０Ａおよびネジ蓋１１Ａの内部には、外部磁界の
磁束が漏洩せず、磁性流体シールのシール機能を向上さ
せることができる。
【００２３】しかしながら、上記の磁性流体シール装置
では、上記の磁極片部２ａ、２ｂ・・・のシャフト３側
の反対側とケース２０Ａとの接触部分では、その接触部
分の磁場の強さが大きくなってくると、磁気的に接触し
ている状態と等価的とは考えられず、磁気飽和を生ずる
ようになる。そのため、例えば図４の実験装置におい
て、図１の耐磁場磁性流体シール装置で実験すると、磁
気シールド効果により相当強度の磁界に対してシール機
能が得られるはずであるのに、ある程度の強度の磁場を
越えたところで前記シール機能が破壊された。
では、上記の磁極片部２ａ、２ｂ・・・のシャフト３側
の反対側とケース２０Ａとの接触部分では、その接触部
分の磁場の強さが大きくなってくると、磁気的に接触し
ている状態と等価的とは考えられず、磁気飽和を生ずる
ようになる。そのため、例えば図４の実験装置におい
て、図１の耐磁場磁性流体シール装置で実験すると、磁
気シールド効果により相当強度の磁界に対してシール機
能が得られるはずであるのに、ある程度の強度の磁場を
越えたところで前記シール機能が破壊された。
【００２４】次いで、上記欠点を改善するため、図１に
図示するように、ケース２０Ａに対し、磁性流体シール
部１０の磁気回路を構成している磁極片２の当たり面を
０リング１８に対する当たり面を残し、他の部分を小幅
で僅少な空隙１５を形成させる。前記０リング１３の当
たり面を有する磁極片２では、前記ケース２０Ａと接触
しているものの、磁性流体シール部１０の磁気回路を構
成する内側の磁界においては、空隙１５により磁気的に
は外部磁界と独立させることで、前記シール部１０の磁
気回路を前記外部磁界と分離する。
図示するように、ケース２０Ａに対し、磁性流体シール
部１０の磁気回路を構成している磁極片２の当たり面を
０リング１８に対する当たり面を残し、他の部分を小幅
で僅少な空隙１５を形成させる。前記０リング１３の当
たり面を有する磁極片２では、前記ケース２０Ａと接触
しているものの、磁性流体シール部１０の磁気回路を構
成する内側の磁界においては、空隙１５により磁気的に
は外部磁界と独立させることで、前記シール部１０の磁
気回路を前記外部磁界と分離する。
【００２５】また、図示される磁性材料を使用したケー
ス２０Ａおよびネジ蓋１１Ａを有する磁気シール装置５
０では、図２の左端では外部磁束に対して、前記ケース
２０Ａと一体である十分な厚みの側壁部１２により、磁
気抵抗が小さいため、磁束が当該磁性流体シール装置５
０の内部部分に向かって漏洩しにくいため、図７に示さ
れる電磁石１００による外部磁界中で、磁気シールド効
果が高くなる。
ス２０Ａおよびネジ蓋１１Ａを有する磁気シール装置５
０では、図２の左端では外部磁束に対して、前記ケース
２０Ａと一体である十分な厚みの側壁部１２により、磁
気抵抗が小さいため、磁束が当該磁性流体シール装置５
０の内部部分に向かって漏洩しにくいため、図７に示さ
れる電磁石１００による外部磁界中で、磁気シールド効
果が高くなる。
【００２６】〔実施形態 ２〕本実施形態は、上記〔実
施形態 １〕の耐磁場磁性流体シール装置を耐磁場シー
ル機能をさらに改善した装置を説明するものである。上
記〔実施形態 １〕において、該耐磁場磁性流体シール
装置の右端では、ケース２０Ａと磁性流体シール部１０
と、べアリング６ｂを係止するための押さえの磁性材ネ
ジ蓋１１Ａと、当該ネジ蓋１１Ａとケース２０Ａとを取
り付けるネジ部１４では、ネジ山相互間に間隙があるた
め、接触する有効部分が短くなるため、磁気抵抗が高く
なり、強磁界中では磁気飽和し、漏れ磁束が生じ、磁極
片２とシヤフト３との微小間隙δの磁性流体５に悪影響
を及ぼすことになる。
施形態 １〕の耐磁場磁性流体シール装置を耐磁場シー
ル機能をさらに改善した装置を説明するものである。上
記〔実施形態 １〕において、該耐磁場磁性流体シール
装置の右端では、ケース２０Ａと磁性流体シール部１０
と、べアリング６ｂを係止するための押さえの磁性材ネ
ジ蓋１１Ａと、当該ネジ蓋１１Ａとケース２０Ａとを取
り付けるネジ部１４では、ネジ山相互間に間隙があるた
め、接触する有効部分が短くなるため、磁気抵抗が高く
なり、強磁界中では磁気飽和し、漏れ磁束が生じ、磁極
片２とシヤフト３との微小間隙δの磁性流体５に悪影響
を及ぼすことになる。
【００２７】上記問題の解決のため、図２に示されるネ
ジ蓋１１Ａとケース２０Ａとを螺合させるネジ部１４の
覆うように、つば部１３を設けるようにしたものであ
る。外部磁界の磁束が、ネジ部１４を通らずにツバ部１
３を通過するような構造にし、磁気抵抗を低くしたた
め、漏洩磁束がすくなく、磁性流体５の飛散を防止する
ものである。
ジ蓋１１Ａとケース２０Ａとを螺合させるネジ部１４の
覆うように、つば部１３を設けるようにしたものであ
る。外部磁界の磁束が、ネジ部１４を通らずにツバ部１
３を通過するような構造にし、磁気抵抗を低くしたた
め、漏洩磁束がすくなく、磁性流体５の飛散を防止する
ものである。
【００２８】さらに、図１に示される耐磁場磁性流体シ
ール装置において、磁性流体シール部１０を構成してい
る磁気回路の周囲のべアリング６およびスナップリング
７等の磁性材料は、外部磁界により磁化されて磁石とな
る。その磁化により生じる漏れ磁束により、空隙ｇ（図
８参照）に保持されている磁性流体５を引き寄せてしま
うことがあった。
ール装置において、磁性流体シール部１０を構成してい
る磁気回路の周囲のべアリング６およびスナップリング
７等の磁性材料は、外部磁界により磁化されて磁石とな
る。その磁化により生じる漏れ磁束により、空隙ｇ（図
８参照）に保持されている磁性流体５を引き寄せてしま
うことがあった。
【００２９】上記間題の解決のため、図２に示すよう
に、ベアリング６の材質をセラミックや、スナッブリン
グ７の材質をステンレス等の非磁性材料として、磁性流
体シール部１０の磁気回路部を独立性を持たせるように
して、前記磁気回路部の周囲の構成部品が外部からの磁
場により磁化しにくいようにする。そして、漏洩磁束が
すくなく、磁性流体５の飛散を防止することができる。
に、ベアリング６の材質をセラミックや、スナッブリン
グ７の材質をステンレス等の非磁性材料として、磁性流
体シール部１０の磁気回路部を独立性を持たせるように
して、前記磁気回路部の周囲の構成部品が外部からの磁
場により磁化しにくいようにする。そして、漏洩磁束が
すくなく、磁性流体５の飛散を防止することができる。
【００３０】セラミックスベアリング６Ｎは、Ｘ線発生
装置に使用される回転式陰極管のベアリング等にも使用
されるような、ケース２０Ａと回転シャフト３との間に
電位差が生じ、放電による焼鈍によりベアリングに不良
が起こり、使用が出来なくなる電蝕作用を防ぐためだけ
ではなく、磁束を通しにくくするため使用されるもので
ある。
装置に使用される回転式陰極管のベアリング等にも使用
されるような、ケース２０Ａと回転シャフト３との間に
電位差が生じ、放電による焼鈍によりベアリングに不良
が起こり、使用が出来なくなる電蝕作用を防ぐためだけ
ではなく、磁束を通しにくくするため使用されるもので
ある。
【００３１】これらの対策により、磁性流体シール装置
の磁気回路は独立性が増し、図７に示される外部磁界の
方向でも磁束は、ケース２０Ａ、ネジ蓋１１Ａを通り、
磁気シールド効果により、磁性体シール部１０の磁気回
路部に流れる磁束は少なくなる。
の磁気回路は独立性が増し、図７に示される外部磁界の
方向でも磁束は、ケース２０Ａ、ネジ蓋１１Ａを通り、
磁気シールド効果により、磁性体シール部１０の磁気回
路部に流れる磁束は少なくなる。
【００３２】
【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明の構成
によれば、シリコン単結晶中に入る不純物としての酸素
が、高温中の坩堝からシリコン溶液内に溶けだし、熱対
流に上り表面を伝い、結晶にまで流れ込むものに対し、
磁界中においてシリコン溶液に電流が誘起され、対流を
適度に抑制すると共に、上記磁界とは全く別の独立した
強力磁界により、シール性が保持できなくなることに対
し、強磁界中で使用される磁性流体シールについて、外
径を大きくすることなく、ケース、ベアリング材質の変
更と、ネジ蓋の寸法をすこし大きくし、漏洩磁束を少な
くし、磁性流体の飛散を防止し耐磁性を向上させた耐磁
場磁性流体シール装置を提供することができる。
によれば、シリコン単結晶中に入る不純物としての酸素
が、高温中の坩堝からシリコン溶液内に溶けだし、熱対
流に上り表面を伝い、結晶にまで流れ込むものに対し、
磁界中においてシリコン溶液に電流が誘起され、対流を
適度に抑制すると共に、上記磁界とは全く別の独立した
強力磁界により、シール性が保持できなくなることに対
し、強磁界中で使用される磁性流体シールについて、外
径を大きくすることなく、ケース、ベアリング材質の変
更と、ネジ蓋の寸法をすこし大きくし、漏洩磁束を少な
くし、磁性流体の飛散を防止し耐磁性を向上させた耐磁
場磁性流体シール装置を提供することができる。
【図１】本発明に係る耐磁場磁性流体シール装置の一実
施形態の説明図である。
施形態の説明図である。
【図２】本発明に係る耐磁場磁性流体シール装置の他の
一実施形態の説明図である。
一実施形態の説明図である。
【図３】従来の磁性流体シール装置の説明図である。
【図４】従来の技術における磁性流体シールの要部説明
図である。
図である。
【図５】従来の技術における磁性流体シールの要部拡大
説明図である。
説明図である。
【図６】図５の磁性流体シールを用いた回転機用磁気シ
ール装置の説明図である。
ール装置の説明図である。
【図７】図６の磁気シール装置におけるシール機能実験
の説明図である。
の説明図である。
【図８】図６の磁性流体気シール装置の要部の分解図で
ある。
ある。
【図９】遮磁法もしくは磁気シールド法の原理説明図で
ある。
ある。
【図１０】図９の磁気シールド法を用いた磁性流体シー
ル装置の説明図である。
ル装置の説明図である。
１…磁石 ２…磁極片 ３…シャフト ３ａ、３ｂ…シャフトの両端 ５…磁性流体 ５ａ、５ｂ…洩れだした磁性流体 ６、６ａ、６ｂ…ベアリング ６Ｎ…非磁性ベアリング ７…スナップリング ７Ｎ…非磁性スナップリング １０…磁性流体シール部 １１…ネジ蓋 １１Ａ…磁性体ネジ蓋 １２…側壁部 １３…つば １４…ネジ部 １５…空隙 １６…磁性体円筒 ２０…ケース ２０Ａ…磁性体ケース ５０…磁性流体シール装置 １００…電磁石
Claims (5)
- 【請求項１】 筐体と、当該筐体内に軸受で回転可能に
支持される回転シャフトと、当該回転シャフトを微小間
隙を介して囲繞する磁石および磁極片とからなり、前記
磁石による磁界が前記微小間隙に磁性流体膜を形成し、
前記回転シャフトの両端の高圧および真空領域間を前記
磁気シールする耐磁場磁性流体シール装置において、前
記筐体および前記磁気シール部と前記軸受を当該筐体内
の所定位置に固定するための取付け蓋を磁性材料とした
ことを特徴とする耐磁場磁性流体シール装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の耐磁場磁性流体シール装
置において、 前記筐体と前記磁極片の前記シャフトの反対側部との接
触部に空隙を設けることを特徴とする耐磁場磁性流体シ
ール装置。 - 【請求項３】 請求項１、２記載のいずれかの耐磁場磁
性流体シール装置において、前記取付け蓋に、前記外部
磁界の方向に直交する方向に延設したつば部を設けたこ
とを特徴とする耐磁場磁性流体シール装置。 - 【請求項４】 請求項１、２、３記載のいずれかの耐磁
場磁性流体シール装置において、前記軸受および当該軸
受係止用固定具を非磁性材料とすることを特徴とする耐
磁場磁性流体シール装置。 - 【請求項５】 請求項１、２、３、４記載のいずれかの
耐磁場磁性流体シール装置において、前記筐体の取付け
蓋の係止側と反対側の側壁を厚くして、磁気抵抗を小と
なるようにしたことを特徴とする耐磁場磁性流体シール
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33135297A JP4073064B2 (ja) | 1997-12-02 | 1997-12-02 | 耐磁場磁性流体シール装置 |
| DE69826966T DE69826966T2 (de) | 1997-12-02 | 1998-12-01 | Magnetisch abgeschlossene Magnetflüssigkeits-Dichtungsvorrichtung |
| EP98122799A EP0921336B1 (en) | 1997-12-02 | 1998-12-01 | Magnetic fluid sealing device |
| US09/201,756 US6247701B1 (en) | 1997-12-02 | 1998-12-01 | Magnet proof magnetic fluid sealing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33135297A JP4073064B2 (ja) | 1997-12-02 | 1997-12-02 | 耐磁場磁性流体シール装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11166633A true JPH11166633A (ja) | 1999-06-22 |
| JP4073064B2 JP4073064B2 (ja) | 2008-04-09 |
Family
ID=18242730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33135297A Expired - Fee Related JP4073064B2 (ja) | 1997-12-02 | 1997-12-02 | 耐磁場磁性流体シール装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6247701B1 (ja) |
| EP (1) | EP0921336B1 (ja) |
| JP (1) | JP4073064B2 (ja) |
| DE (1) | DE69826966T2 (ja) |
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| CN106090239A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-11-09 | 北京交通大学 | 磁源为电磁铁的磁性液体密封装置 |
| CN107906208B (zh) * | 2017-12-13 | 2023-05-02 | 广西科技大学 | 一种凸圆弧型磁流体密封装置 |
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