JPS6239311B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可動軸に対するシール機構に関し、真
空装置などの密閉された空間に対して外部から軸
方向の直線運動や軸まわりの回転運動を導入する
場合に用いて有用なものである。

第１図は従来の磁性流体シール機構（磁気シー
ル機構）を示す。同図において、ハウジング１内
にはリング状の永久磁石２及びこれの両極にそれ
ぞれ接したリング状のヨーク３，３が固定されて
いる。これら永久磁石２とヨーク３内に可動軸４
を貫通し、可動軸４と各ヨーク３との間隙に永久
磁石２による磁界で磁性流体５を保持することに
よりシールを形成している。このような磁性シー
ルは摩擦抵抗が小さく且つ摩耗が無いという利点
があり、真空装置やコンピユータデイスクドライ
ブ等における密閉容器の回転シール部に実用され
ている。

一方、上述の如き磁気シールを直線運動をする
軸のシールに適用することが考えられるが、種々
の問題があつて実用化されていない。即ち、第１
図において可動軸４が直線運動したとすると、可
動軸４に接触している磁性流体５が引きづられ、
５′の如くヨーク３とのギヤツプ部から移動方向
へ流出してしまう。そのため、真空槽等の密閉容
器内を汚染させるという問題や、流出により磁性
流体５が不足してシール能力が低下する等の問題
がある。

第２図に直線運動への対策を図つた磁性シール
の例を示す。これは縦形であり、磁気回路部の下
側ヨーク６の内周面に軸方向に対する傾斜を持た
せ、且つ、磁気回路部の上方に磁性流体５の溜７
を設けたものである。つまり、ヨーク６の傾斜に
よつてこのヨーク６と可動軸４間の磁束密度に勾
配を生じさせ、この磁気勾配を利用して可動軸４
の移動に伴つて流出した磁性流体５′を上方の流
体溜７に戻そうとするものである。第２図のシー
ル機構によれば、一旦流出した磁性流体５′には
磁気勾配によりこれを磁気回路部に戻す方向の力
が作用するのであるが、一旦流出した磁性流体は
磁束密度が大きい磁気回路部の狭隘部分に捕足さ
れ、ここで形成されるシールによつて流体溜７に
は戻り難いという欠点がある。また、狭隘部分を
すぎて隙間が広い領域に存在する磁性流体５″は
そこでは磁束密度が弱くその拘束力も小さいた
め、高束移動において飛散するという事故が生じ
易い。更に、可動軸４の半径方向への動きに伴つ
てヨークとの隙間が変動し易く、シールの安定性
に問題がある。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑み、直線運動
に対するシールが確実なシール機構を提供するこ
とを目的とする。この目的は、軸方向に対して内
周面が傾斜し内周面に無極性ポリマーからなる低
エネルギ表面処理層を形成してあるテーパヨーク
を端部に備える磁性流体シールと、可動軸に対し
て内周面が一定隙間でなるべく近接する筒体とを
併用することにより達成できる。以下、第３図〜
第７図を参照して本発明を説明する。

第３図は本発明の第１の実施例を示し、１はハ
ウジング、２は永久磁石、３はヨーク、４は可動
軸、５は磁性流体であり、更に、８は軸方向に対
して内周面に傾斜を持たせたテーパヨーク、９は
すべり軸受を兼ねる筒体、１０は軸受押えであ
る。第３図においてを真空側、を大気側とす
ると、テーパヨーク８は磁気回路部の真空側で
永久磁石２に隣接配置してハウジング１に固定し
てあり、且つその太径部は真空側に向いてい
る。このようにテーパヨーク８を設けておくと、
通常は永久磁石２からの磁場によつて可動軸４と
ヨーク３間に保持されている磁性流体５が可動軸
４の直線運動につれて移動しても、テーパヨーク
８によつて形成される磁束密度の勾配によつて可
動軸４との隙間が小さい先端方向即ち小径部に引
き寄せられる。この場合、テーパヨーク８の先端
部の最小隙間ａはなるべく小さい方が良いが、本
実施例では他のヨーク３の隙間ｂよりも大きく取
つてあり、磁性流体５が磁気回路部の中心部へ戻
り易いようにしてある。一方、ハウジング１には
可動軸４に内周面が極く近接する筒体９を固定し
てあり、これにより可動軸４の半径方向への変位
を小さく抑えると共に磁性流体５の蒸気の流出を
抑えている。本実施例では筒体９はすべり軸受を
兼ねており、真空中での潤滑性に優れているふつ
素樹脂や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を構成
成分とした複合材料などを用いたものである。こ
こでは１対の筒体９，９により磁気回路部を挾む
位置で可動軸４を支持している。従つて可動軸４
の半径方向変位が極めて小さくなるから、磁気回
路部における隙間ａ，ｂを十分小さく取れ、よつ
てその部分の磁束密度が大きくなり耐圧の大きい
確実なシール機構となる。筒体９は上述の如き可
動軸４の変位抑制の他、可動軸４との隙間が筒体
の前後より相当に小さいため、磁性流体５が蒸発
して真空槽等の密閉容器内に入ろうとしても、こ
れを阻止するシールの役目を果す。この役目を果
すため、真空槽の場合には真空のコンダクタンス
を考慮して可動軸４と筒体９間の隙間を設定して
おり、特に本実施例では筒体９をハウジング１の
軸受押え１０に圧入等で固定後、旋削や研削等に
よつて内面を高精度に仕上げ、偏心等による誤差
を除去してある。

なお、第３図の実施例では筒体９にすべり軸受
を兼用させたが、可動軸４はころがり軸受等の専
用の軸受で支持し、同時に可動軸４に内周面が近
接する筒体を別途挿入する構成であつても本発明
のシール機構であり第３図と同様の効果を発揮す
る。

第４図は本発明の第２の実施例を示し、テーパ
ヨーク８の太径側端部に流出した磁性流体５′を
掻き落すための掻落部材１１を形成してある。こ
の掻落部材１１は高分子化合物や非磁性金属で作
られ、テーパヨーク８から可動軸４に向かつて突
出している。なお、掻落部材１１は突起片、環状
体いずれでも良く、また先端は可動軸４に接触し
ても良い。このような掻落部材１１を形成してお
くと、可動軸４に引きづられて移動した磁性流体
５′は掻落部材１１の先端で可動軸４表面から掻
き取られ、テーパヨーク８による磁気勾配によつ
て磁気回路部の中央に戻る。なお、掻落部材１１
はハウジング１自体に形成したり、筒体９とテー
パヨーク８間に狭み付けて配置しても良い。

第５図は本発明の第３の実施例を示し、テーパ
ヨーク８の先端が隣接のヨーク３に極く接近して
伸びている。これは、流出した磁性流体を磁気回
路部中央に戻し易くするため、狭いスペースでテ
ーパヨーク８の傾斜を長くし且つ所望の磁束密度
関係を保とうとした形状である。例えばヨーク３
と可動軸４間の磁束密度をＡ、ヨーク３とテーパ
ヨーク８先端間の磁束密度をＢ、テーパヨーク８
先端と可動軸４間の磁束密度をＣとすると、 Ａ≧Ｂ及びＡ≧Ｃ …式(1) できれば、 Ａ≧Ｂ≧Ｃ …式(2) という式(1)あるいは式(2)を満足する範囲でテーパ
ヨーク８の先端が隣接のヨーク３に近接し、且つ
テーパヨーク８の傾斜が長いと磁性流体が戻り易
い。つまり、テーパヨーク８の傾斜が長いと流出
した磁性流体を戻させる磁気勾配の領域が長くな
る。また、テーパヨーク８の磁気勾配により隙間
の小さい方向に引き寄せられた磁性流体は、更
に、Ｃよりも大きな磁性密度Ａ又はＢの磁界に引
つ張られることになり、ヨーク３と可動軸４間に
捕足される。

第６図は本発明の第４の実施例を示し、テーパ
ヨーク８を複数段構成している。各テーパヨーク
８の作る磁束密度はシール外側例えば真空槽から
シール内部に至るほど大きくなるようにしてい
る。これにより、流出した磁性流体は外側のテー
パヨークから内側のテーパヨークへ順に引き寄せ
られて磁気回路部中央に戻る。

第７図は本発明の第５の実施例を示し、シール
機構の両側例えば真空側と大気側にそれぞれ
テーパヨーク８，８′を配置してある。各側，
のテーパヨーク８，８′の傾斜の長さ及び傾き
は、永久磁石２、ヨーク３、両テーパヨーク８，
８′及び可動軸４で構成される磁気回路部で生じ
る磁場の大きさ並びに可動軸４の直線運動のスト
ロークに応じて定められる。この例では、シール
機構の全長を短かくし且つ磁性流体の真空側へ
の流出を確実に防ぐため、真空側のテーパ長を
長くし、大気側のテーパ長を短くしてある。

以上、第１〜第５の実施例を説明したが、いず
れの場合もテーパヨーク８，８′の少くとも内周
面にふつ素系樹脂のような無極性ポリマーからな
る低エネルギ表面処理を施してある。このような
表面処理を行うと、可動軸４によつて引きづられ
た磁性流体はテーパヨーク８，８′には粘着しな
くなり、磁気勾配によつて磁気回路部中央に容易
に戻される。なお、中央部のヨーク３では上述の
低エネルギ表面処理をせず、捕足した磁性流体が
ヨーク３と可動軸４間に磁気力及び粘着力により
強固に固定されるようにして信頼性を上げてい
る。また、各実施例でのヨーク３には内周面にＶ
溝を切つてあり、磁束を集中させて密度を上げる
ことにより磁性流体の固定を確実にしている。

以上説明したように、本発明のシール機構はテ
ーパヨークと可動軸に内周面が十分近接する筒体
とを備えるので、汚染が少ない確実なシール性能
を発揮する。したがつて、真空等の密閉された空
間に外部から軸方向の直線運動及び軸まわりの回
転運動を導入することが可能となり、LSI（大規
模集積回路）の製造装置など応用分野が極めて広
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁性流体シール機構の断面図、
第２図は従来の直線運動用磁性流体シール機構の
断面図、第３図〜第７図はそれぞれ本発明の一実
施例を示す断面図である。 図面中、１はハウジング、２は永久磁石、３は
ヨーク、４は可動軸、５は磁性流体、５′は流出
した磁性流体、８と８′はテーパヨーク、９は筒
体、１０は軸受押え、１１は掻落部材、は真空
側、は大気側である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可動軸の磁気シール機構において、永久磁石
   とヨークとを組合せてなる磁気回路の端部に軸線
   に対して内周面が傾斜し内周面に無極性ポリマー
   からなる低エネルギ表面処理層を形成してあるテ
   ーパヨークを備えると共に、このテーパヨークの
   軸方向外方に可動軸に対して内面が極く近接する
   筒体を備えたことを特徴とするシール機構。 ２ 上記テーパヨークは可動軸に付着した磁性流
   体を可動軸からテーパヨーク内面に掻き落す非磁
   性体製の掻落部材を備えていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のシール機構。 ３ 上記筒体が可動軸を軸承するすべり軸受であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載のシール機構。 ４ 上記テーパヨークは隣接ヨーク側の先端が、
   当該先端と隣接ヨーク及び可動軸との間のいずれ
   の磁束密度よりも隣接ヨークと可動軸との間の磁
   束密度が大となる範囲内で、隣接ヨークに近接し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項または第３項記載のシール機構。 ５ 上記テーパヨークが磁気回路部の両端部にそ
   れぞれ備えられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項または第３項または第
   ４項記載のシール機構。