JPWO2011036920A1 - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造がシンプルで、良好な摺動寿命を有し、軸方向長さの短い、シール装置を提供する。【解決手段】シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、磁力発生手段の一側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第１の磁気伝達部材および磁力発生手段の他側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第２の磁気伝達部材と、第２の磁気伝達部材の内方突縁とシャフトとの間に配置されて固定されたスライドブッシュと、シーリング溝に収納され、シャフトの外周面に対して摺動するシール部材と、磁力発生手段により発生された磁力によりシャフトと磁気伝達部材の間に保持される磁性流体とを有することを特徴としている。【選択図】図１

Description

本発明は、チャンバ内やクリーンルーム等の密閉空間に外部から運動を伝達する回転軸等に適用するのに好適なシール装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程において半導体ウェーハに施される酸化、拡散あるいはCVD（Chemical vapor Deposition）等の処理は、ウェーハを真空中あるいは特定のガス雰囲気中に維持して行われる。多くの場合、ウェーハは、所定の環境に保持されたチャンバや容器（以下、処理室と総称する。）に収容され、例えば回転等されながら処理室内部の雰囲気に曝されて処理が行われる。従って、このような処理に用いられる処理室には、気密性が高いこととともに、ウェーハを回転させる等、処理室外部から処理室内部に機械的運動を伝達できることが求められる。

処理室をシールした状態で処理室内部に機械的運動を伝達させる従来技術としては、例えば真空グリースを塗布したエラストマシール（Ｏリング等）を用いるシール装置が知られている。しかし、このような従来技術では、軸とシールの摺動部にグリースを保持させるために、使用する真空グリースの粘度を高くする必要がある。したがって、グリースが劣化した場合でも周囲に存在するグリースと置き換わらず、シールの摺動寿命を短縮させるという問題を有している。

このような問題を解決するための従来技術としては、たとえば、エラストマシールと、磁力によってポールピースと軸の間に保持される磁性流体を用いたシール装置が知られている（特許文献１等参照）。しかし、このような従来技術では、ポールピースの先端に磁性流体を保持しても、磁性流体の大部分がエラストマシールに届かないという問題を有している。したがって、従来技術に係るシール装置で用いられる磁性流体は、潤滑剤として役割を十分に果たすことができないため、従来技術に係るシール装置は、摺動寿命に課題を残すものであった。

また、シール装置に開する他の従来技術としては、円環状突起を有する軸と、永久磁石に接する継鉄とを有しており、継鉄の内周面と円環状突起の間に磁性流体を保持するシール装置（回転軸突起型磁性流体シール回転軸受け）が知られている（特許文献２等参照）。しかし、継鉄の内周面と円環状突起の間に磁性流体を保持するシール装置は、構造が複雑であり、製造のために極めて高精度な加工工程および組み立て工程が必要となり、生産性およびコスト面で課題を有している。

これらの課題を解決すべく、図６に示すようなシール装置が本出願人により提案されている（ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０６２１９８）。この先願発明に係るシール装置は、処理室５０の内部に、当該処理室５０の外部から所定の機械的運動を伝達する回転軸５１のシール装置において、エラストマシールをシール部材５３として使用し、潤滑剤として磁性流体５４を使用し、シール部の芯振れ抑制やシール性を安定させるため、また外部からの加重を受けるために金属製の玉軸受やころ軸受等からなる軸受５５を内蔵させている。なお、シール部の軸受５５とは別に、処理室５０側にも装置軸受５２が設けられている。このように、シール部に軸受５５を内蔵させたものでは、シール装置の全長が長くなったり、シール設計が軸受の寸法により制約されるという問題があった。また、軸受を設けたシール装置の場合、軸も含めて納入しなければならないという問題もあった。

特開平７−３１７９１６ 特開２００３−２９４１５６

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、本発明の第１の目的は、構造がシンプルで、良好な摺動寿命を有しており、処理室に外部から運動を伝達する回転軸等に適用するのに好適なシール装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、軸方向長さの短いシール装置を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、カートリッジタイプのシール装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために本発明のシール装置は、第１に、所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達するシャフトのシール装置であって、
前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段の一側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第１の磁気伝達部材および前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出する内方突縁を有し、前記磁力発生手段の他側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第２の磁気伝達部材と、
前記第２の磁気伝達部材の内方突縁とシャフトとの間に配置されて前記シャフトの外側面に対してごく僅かな隙間を有するようにして前記内方突縁に固定されたスライドブッシュと、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外周面に対して摺動するシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
を有し、前記シーリング溝は、前記シャフトの中心軸を通る断面の形状が略矩形形状であり、
前記シール部材は、前記シーリング溝の前記略矩形形状の頂点のそれぞれに向かって突出する４つの突起部を有しており、前記突起部のうち前記シャフト側に向かって突出する２つの突起部の間には、前記磁性流体を保持する流体保持溝が形成されていることを特徴としている。

第１の特徴によれば、断面の形状が略矩形形状であるシーリング溝に、矩形形状の頂点のそれぞれに向かって突出する突起部を有するシール部材が収納されている。このため、シール部材における突起部のうち、シャフト側に突出してシャフトに対する摺動面を構成する２つの突起部は、磁性流体が多く固定される磁気伝達部材の先端部と近接した状態で配置される。したがって、磁性伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材の摺動面の距離が短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できる。すなわち、本発明に係るシール装置において、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
また、スライドブッシュを設けることにより、シール装置から軸受を不要とすることができ、シール装置の軸方向長さを短くできとともに径方向の寸法を軸受寸法に左右されることなく自由に設計することができる。
さらに、スライドブッシュ固定する部材を磁気回路を形成する磁気伝達部材と共有化することで、スペースを有効活用でき、軸方向長さのコンパクト化に寄与することができる。

本発明のシール装置は、第２に、所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達するシャフトのシール装置であって、前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出しており、前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段の一側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第１の磁気伝達部材および前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出する内方突縁を有し、前記磁力発生手段の他側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第２の磁気伝達部材と、
前記第２の磁気伝達部材の内方突縁とシャフトとの間に配置されて前記シャフトの外周面に対してごく僅かな隙間を有するようにして前記内方突縁に固定されたスライドブッシュと、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外周面に対して摺動するシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
を有し、前記第１の磁気伝達部材の一対の内方突縁のうち前記磁力発生手段に近接する第１内方突縁における前記シャフトに近接する端部には、前記シャフトおよび前記シール部材に向かって突出する流体保持突部が形成されていることを特徴としている。

第２の特徴によれば、磁性伝達部材の第１内方突縁に、シャフトおよびシール部材に向かって突出する流体保持突部が形成されている。このため、シール部材におけるシャフトに対する摺動面は、磁性流体が最も多く保持される流体保持突部と近接した状態で配置される。したがって、磁性伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材との距離も短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できる。すなわち、本題明に係るシール装置において、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
また、スライドブッシュを設けることにより、シール装置から軸受を不要とすることができ、シール装置の軸方向長さを短くできとともに径方向の寸法を軸受寸法に左右されることなく自由に設計することができる。
さらに、スライドブッシュ固定する部材を磁気回路を形成する磁気伝達部材と共有化することで、スペースを有効活用でき、軸方向長さのコンパクト化に寄与することができる。

また、本発明のシール装置は、第３に、所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達するシャフトのシール装置であって、前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段の一側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第１の磁気伝達部材および前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出する内方突縁を有し、前記磁力発生手段の他側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第２の磁気伝達部材と、
前記第２の磁気伝達部材の内方突縁とシャフトとの間に配置されて前記シャフトの外周面に対してごく僅かな隙間を有するようにして前記内方突縁に固定されたスライドブッシュと、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外周面に対して摺動するシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
を有し、前記シーリング溝は、アリ溝形状を有していることを特徴としている。

第３の特徴により、アリ溝形状を有するシーリング溝に、シール部材が収納されている。このため、シール部材におけるシャフトに対する摺動面は、磁性流体が多く保持される磁気伝達部材の先端部と近接した状態で配置される。したがって、磁性伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材の摺動面の距離も短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できる。すなわち、本発明に係るシール装置において、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
また、スライドブッシュを設けることにより、シール装置から軸受を不要とすることができ、シール装置の軸方向長さを短くできとともに径方向の寸法を軸受寸法に左右されることなく自由に設計することができる。
さらに、スライドブッシュ固定する部材を磁気回路を形成する磁気伝達部材と共有化することで、スペースを有効活用でき、軸方向長さのコンパクト化に寄与することができる。

また、本発明のシール装置は、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、第１および第２磁極部材と対向するシャフトの外周面の部分にスリーブを嵌合させることを特徴としている。

第４の特徴により、先願発明の場合のようにシャフトを含めて納入する必要がなくなり、シャフトを含まないシール装置だけ納入すれば足り、シール装置の交換の場合もシャフトを交換することなくシール装置のみを交換すればよい。また、シール装置は、既存のシャフトにも使用可能であり、完全なカートリッジタイプのシール装置であるといえる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）断面の形状が略矩形形状であるシーリング溝に、矩形形状の頂点のそれぞれに向かって突出する突起部を有するシール部材が収納されてため、シール部材における突起部のうち、シャフト側に突出してシャフトに対する摺動面を構成する２つの突起部は、磁性流体が多く固定される磁気伝達部材の先端部と近接した状態で配置されることになり、磁性伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材の摺動面の距離が短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できるので、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
また、スライドブッシュを設けることにより、シール装置から軸受を不要とすることができ、シール装置の軸方向長さを短くできとともに径方向の寸法を軸受寸法に左右されることなく自由に設計することができる。
さらに、スライドブッシュ固定する部材を磁気回路を形成する磁気伝達部材と共有化することで、スペースを有効活用でき、軸方向長さのコンパクト化に寄与することができる。

（２）磁性伝達部材の第１内方突縁に、シャフトおよびシール部材に向かって突出する流体保持突部が形成されているため、シール部材におけるシャフトに対する摺動面は、磁性流体が最も多く保持される流体保持突部と近接した状態で配置されることになり、磁性伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材との距離も短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できるので、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
また、スライドブッシュを設けることにより、シール装置から軸受を不要とすることができ、シール装置の軸方向長さを短くできとともに径方向の寸法を軸受寸法に左右されることなく自由に設計することができる。
さらに、スライドブッシュ固定する部材を磁気回路を形成する磁気伝達部材と共有化することで、スペースを有効活用でき、軸方向長さのコンパクト化に寄与することができる。

（３）アリ溝形状を有するシーリング溝に、シール部材が収納されているため、シール部材におけるシャフトに対する摺動面は、磁性流体が多く保持される磁気伝達部材の先端部と近接した状態で配置されるので、磁性伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材の摺動面の距離も短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できることになり、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
また、スライドブッシュを設けることにより、シール装置から軸受を不要とすることができ、シール装置の軸方向長さを短くできとともに径方向の寸法を軸受寸法に左右されることなく自由に設計することができる。
さらに、スライドブッシュ固定する部材を磁気回路を形成する磁気伝達部材と共有化することで、スペースを有効活用でき、軸方向長さのコンパクト化に寄与することができる。

（４）第１および第２磁極部材と対向するシャフトの外周面の部分にスリーブを嵌合させることにより、先願発明の場合のようにシャフトを含めて納入する必要がなくなり、シャフトを含まないシール装置だけ納入すれば足り、シール装置の交換の場合もシャフトを交換することなくシール装置のみを交換すればよい。また、シール装置は、既存のシャフトにも使用可能であり、完全なカートリッジタイプのシール装置を提供できる。

本発明の実施形態１に係るシール装置を表す正面断面図である。 本発明の実施形態２に係るシール装置を表す正面断面図である。 本発明の実施形態３に係るシール装置を表す正面断面図である。 本発明の実施形態４に係るシール装置を表す正面断面図である。 本発明の一実施形態に係るシール装置に備えられる第１磁極部材およびその変形例を示す拡大断面図である。 本発明の先願発明を説明するための正面断面図である。

本発明に係るシール装置を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係るシール装置１を表す断面図である。
シール装置１は、処理室２０に設けられたフランジ２１の開口２２を塞ぐように配置されており、処理室２０内部を処理室外部に対して気密状態に保つことができる。開口２２にはシャフト２５を支持するための軸受２３が設けられている。
本実施形態に係るシール装置１が配置される処理室２０としては、特に限定されないが、例えばシリコンウェーハの処理を行うウェーハ処理室や、真空状態と大気圧状態とを繰り返すロードロック室等が挙げられる。また、処理室内部は、処理室外部に対して負圧環境に保持されるものであっても良く、また、等圧もしくは加圧環境に保持されるものであってもよい。

シール装置１は、非磁性材料からなるハウジング２と、磁力発生手段としての磁石３と、磁気伝達部材としての第１および第２磁極部材４、５と、シール部材としてのＸリング６と、潤滑剤としての磁性流体７と、芯出し部材としてのスライドブッシュ１２とを有する。シャフト２５は、円筒状のハウジング２を貫通するように配置されている。なお、磁石３と第１磁極部材４とは一体に形成されていてもよい。あるいは、磁石３が第１磁極部材４の一部を兼ねていてもよく、例えば第１磁極部材４における磁性流体７を固定する部分（第１内方突縁８ａ）を磁力発生手段としてもよい。

シャフト２５における処理室外部側の端部は、不図示の駆動部に接続されている。本実施形態に係るシャフト２５は、駆動部からの駆動力によって、回転中心Ａを中心として回転運動することができる。シャフト２５における処理室内部側の端部は、処理室２０内部に配置された不図示の披駆動部に接続されている。これにより、本実施形態に係るシャフト２５は、処理室２０外部に配置された駆動部によって発生される回転運動を、処理室２０内部に伝達することができる。なお、シャフト２５は、磁性材料を用いて形成されるが、シャフト全体が中実の磁性材製のものには限定されない。例えば、表面に磁性材製のスリーブを装着したオーステナイト鋼または、非鉄材、石英等の非磁性材製シャフトでも良く、スリーブ単体でも良い。また磁性材料を用いて形成されたシャフトの表面に、摺動特性や防錆等のために樹脂コーティングなどを施すことも可能である。コーティングの厚さは、磁性材料からの磁力線を大きく弱めることのない程度の厚さとすることができる。

ハウジング２は、シャフト２５が貫通するように設置される筒状部材であり、処理室２０のフランジ２１にボルト９等の固定手段により固定されている。ハウジング２の内周面２ａと、シャフト２５の外周面２５ａとの間には、磁石３、第１磁極部材４、第２磁極部材５およびＸリング６等が配置できるように、所定の間隔が設けられている。

ハウジング２の内周面２ａと、シャフト２５の外周面２５ａとの間には、シャフト２５の回転中心Ａ方向に沿って、第２磁極部材５、磁石３、第１磁極部材４が配置されている。円環状の磁石３は、後述するように磁性流体７を保持するための磁気を発生する磁気発生手段であり、第１磁極部材４と第２磁極部材５に、回転中心Ａ方向の両側を挟まれた状態で配置されている。なお、磁石３の形状は、本実施形態のような円環状に限定されず、例えば、円筒形状の磁石を、シャフト２５をとり囲むように、軸方向を揃えて環状に並べて配置した形状であっても良い。

磁石３の処理室外部側の端部には、環状の第２磁極部材５が接続されている。第２磁極部材５は、磁石３に接触するように設けられた磁性材料である。第２磁極部材５の内周端部である内周突縁５ａは、シャフト２５の外周面２５ａに対してわずかな隙間を空けて配置される。また、第２磁極部材５の外周端部５ｂは、ハウジング２の内周面２ａに固定されていてもよい。

第２磁極部材５の内周突縁５ａの幅方向の一部にわたって、スライドブッシュ１２を圧入するための環状凹部５ｃが設けられている。スライドブッシュ１２は、シール装置の芯出しあるいは芯振れ防止のために設けられるもので、ＰＴＦＥなどの樹脂材料または金属材料から環状に製作され、第２磁極部材５の内周突縁５ａの環状凹部５ｃに圧入等により固定される。スライドブッシュ１２の内周面１２ａはシャフト２５の外周面２５ａとごく僅かな隙間を形成するように製作される。

スライドブッシュ１２の幅および厚みについては、シール装置の芯出しあるいは芯振れ防止が図れる程度のものであればよく、その幅は、先願発明において使用している軸受５５の幅の数分の一で済むため、シール装置１の軸方向の長さを大幅に短くすることができる。

磁石３の処理室内部側の端部には、環状の第１磁極部材４が接続されている。第１磁極部材４は、第２磁極部材５と同じく、磁石３に接触するように設けられた磁性材料である。第１磁極部材４の外周端部４ｂは、ハウジング２の内周面２ａに固定されている。第１磁極部材４とハウジング２の間には、第１磁極部材４の外周端部４ｂと、ハウジング２の内周面２ａとの間をシールする静的シール部材１０が設けられていてもよい。

第１磁極部材４は、ハウジング２の内周面２ａ側からシャフト２５の外周面２５ａ側に向かって突出する第１内方突縁８ａおよび第２内方突縁８ｂを有している。
第１内方突縁８ａと第２内方突縁８ｂは、互いに略対称な形状を有しており、第１内方突縁８ａと第２内方突縁８ｂとの間には、シャフト２５側に開口を有するシーリング溝１１が形成されている。シャフト２５の回転中心Ａを通る断面によって観察したシーリング溝１１の断面は、略矩形形状を有している。

Ｘリング６は、シーリング溝１１の断面が有する矩形形状のそれぞれに向かって突出する第１突起６ａ、第２突起６ｂ、第３突起６ｃおよび第４突起６ｄを有している。

第１突起６ａと第２突起６ｂは、矩形形状の頂点のうち、シーリング溝１１の開口側の頂点に向かって突出している。第１突起６ａは、シーリング溝１１の開口側の頂点のうち、第１内方突縁８ａ側の頂点に向かって突出しており、第２突起は、第２内方突縁８ｂ側の頂点に向かって突出している。

また、第３突起６ｃと第４突起６ｄは、矩形形状の頂点のうち、シーリング溝１１の底部１１ａ側の頂点に向かって突出している。さらに、Ｘリング６の第１〜第４突起は、Ｘリング６の周方向に沿って連続している。

第３突起６ｃおよび第４突起６ｄは、シーリング溝１１の底部１１ａに接触しており、Ｘリング６とシーリング溝１１は、周方向に連続して密着している。また、Ｘリング６の内径は、シャフト２５の径と略一致する径か、あるいはわずかに小さい径となるように設計されている。したがって、シャフト２５が回転中心Ａを中心として回転する際、Ｘリング６の第１突起６ａおよび第２突起６ｂは、シャフト２５の外周面２５ａに対して摺動する。これにより、実施形態１に係るＸリング６は、第１磁極部材４とシャフト２５との間をシールすることができる。

第１突起６ａと第２突起６ｂの間には、第２突起６ｂまで磁性流体７を周り込ませるための流体保持溝６ｅが形成されている。すなわち、流体保持溝６ｅは、流体保持溝６ｅと、流体保持溝６ｅと対向するシャフト２５の外周面２５ａとの表面張力によって、磁性流体７を第１突起６ａから第２突起６ｂへ導くことができるように設計されている。また、流体保持溝６ｅは、流体保持溝６ｅと、流体保持溝６ｅと対向するシャフト２５の外周面２５ａとの間に、磁性流体７を保持できる。本実施形態に用いる磁性流体７は、粒径約５〜５０ｎｍ程度の磁性超微粒子を界面活性剤を使用して溶媒や油（基油）中に分散させたもので、磁力線に沿って移動し磁場にトラップされる特性を有する。本実施形態のシール装置１において、磁性流体７は、シャフト２５とＸリング６の摺動面で作用する潤滑剤として用いられており、Ｘリング６の摺動寿命を延長させる。また、磁性流体７は、Ｘリング６とシャフト２５の摺動面における密封性を確保し、また、摺動面付近での発塵を抑制することができる。

シャフト２５が回転中心Ａを中心として回転する際、磁性流体７は、第１内方突縁８ａの先端部付近に最も多く保持される。Ｘリング６の第１突起６ａは、第１内方突縁８ａの先端部に近接するように配置されているため、磁性流体７は、シャフト２５とＸリング６の第１突起６ａの摺勤面に容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。

また、Ｘリング６には流体保持溝６ｅが形成されているため、磁性流体７は、第１突起６ａおよび流体保持溝６ｅを介して、第２突起６ｂまで容易に到達することができる。すなわち、実施形態１に係るシール装置１では、第１突起６ａおよび第２突起６ｂと、シャフト２５の外周面２５ａとの間に形成される双方の摺動面に、磁性流体７が容易に到達することができる。したがって、磁性流体７は、Ｘリング６とシャフト２５との摺動面における潤滑剤として好適に作用することができる。

なお、第２内方突縁８ｂの先端部にも、磁性流体７が保持される場合がある。第２内方突縁８ｂの先端部付近に保持された磁性流体７は、Ｘリング６の第２突起６ｂに容易に到達することができる。しかし、第２内方突縁８ｂは、第１内方突縁８ａより磁石３からの距離が長いため、第１内方突縁８ａほど多くの磁束が通過しない。したがって、第２内方突縁８ｂの先端部に保持される磁性流体７の量が少なく、第２内方突縁８ｂの先端部に保持される磁性流体７だけでは、第２突起６ｂとシャフト２５の外周面２５ａとの摺動面を十分に潤滑することができない場合がある。

しかし、実施形態１に係るシール装置１では、上述のように、第１内方突縁８ａの先端部付近に保持された磁性流体７が、第１突起６ａおよび流体保持溝６ｅを介して、第２突起６ｂまで容易に到達することができる。したがって、磁性流体７は、Ｘリング６とシャフト２５との摺動面における潤滑剤として好適に作用することができる

〔実施の形態２〕
図２は、本発明の実施形態２に係るシール装置１５を表す正面断面図である。
実施の形態２に係るシール装置１５は、第１磁極部材１６の形状と、シール部材として用いられるＯリング１７の形状が、実施の形態１に係るシール装置１に備えられた第１磁極部材４およびＸリング６の形状と異なる。しかし、その他の部分は実施の形態１に係るシール装置１と同様であり、実施の形態１と同様の部材には、実施の形態１と同じ部材番号を付している。

第１磁極部材１６は、ハウジング２の内周面２ａ側からシャフト２５の外周面２５ａ側に向かって突出する第１内方突線１８ａおよび第２内方突縁１８ｂを有している。第１内方突縁１８ａは、第２内方突縁１８ｂより処理室２０外部側に形成される。したがって、第１内方突線１８ａは、第２内方突縁１８ｂより磁石３に近接するように配置される。

シャフト２５に近接する側に向かう第１内方突縁１８ａの先端部には、シャフト２５およびＯリング１７に向かって突出する流体保持突部１９が形成されている。流体保持突部１９は、シャフト２５の外周面２５ａとの間にわずかな間隔を形成するように配置される。流体保持突部１９の先端部１９ａ付近には、磁石３によって発生された磁力によって、磁性流体７が保持される。

第１内方突縁１８ａと第２内方突縁１８ｂとの間には、シーリング溝１４が形成される。シーリング溝１４は、シャフト２５を取り囲むように形成されており、シャフト２５の外周面２５ａ側に開口を有している。

シーリング溝１４には、環状のＯリング１７が収納されている。本実施形態に係るＯリング１７は、シャフト２５の回転中心Ａを通る断面で観察した場合、略円形もしくは略楕円形の断面形状を有している。また、Ｏリング１７の一部は、シーリング溝１４の開口からはみ出した状態で収納されている。

Ｏリング１７のリング外周端部１７ｂは、シーリング溝１４の底部１４ａに接触しており、Ｏリング１７の外周端部１７ｂとシーリング溝１４の底部１４ａは、周方向に連続して密着している。

また、Ｏリング１７は、シャフト２５とわずかに接触しており、過度に接触トルクを大きくしないとともに、シール性を満たすように設計されている。本実施形態に係るシール装置１５において、Ｏリング１７は、シーリング溝１４の底部１４ａとシャフト２５の外周面２５ａとによって、回転中心Ａの径方向にわずかに押しつぶされた状態で、シーリング溝１４に収納されている。なお、Ｏリング１７は、例えばエラストマー等のような適度な弾性を有する材料によって作製されることが好ましい。

シャフト２５が回転中心Ａを中心として回転する際、Ｏリング１７のリング内周端部１７ａは、シャフト２５の外周面２５ａに対して摺動する。したがって、本実施形態に係るＯリング１７は、第１磁極部材１６とシャフト２５との間をシールすることができる。

流体保持突部１９の先端部１９ａ付近には、磁性流体７が保持される。本実施形態に用いる磁性流体７は、粒径約５〜５０ｎｍ程度の磁性超微粒子を界面活性剤を使用して溶媒や油（基油）中に分散させたもので、磁力線に沿って移動し磁場にトラップされる特性を有する。本実施形態のシール装置１５において、磁性流体７は、シャフト２５とＯリング１７の摺動面で作用する潤滑剤として用いられており、Ｏリング１７の摺動寿命を延長させる。また、磁性流体７は、Ｏリング１７とシャフト２５の摺動面における密封性を確保し、また、摺動面付近での発塵を抑制することができる。

シャフト２５が回転中心Ａを中心として回転する際、流体保持突部１９の先端部１９ａ付近に保持された磁性流体７は、シャフト２５とＯリング１７の摺動面に到達し、潤滑剤として作用する。特に本実施形態に係るシール装置１５では、流体保持突部がＯリング１７およびシャフト２５に向かって突出しているため、磁性流体７を最も多く保持する流体保持突部１９の先端部１９ａが、Ｏリング１７に近接して配置されている。したがって、磁性流体７はＯリング１７を介して、シャフト２５とＯリング１７の摺動面に容易に到達することができる。

また、図２に示すように、Ｏリング１７が略円形もしくは略楕円形の断面形状を有するため、Ｏリング１７における摺動面であるリング内周端部１７ａが、流体保持突部１９の先端部１９ａに近接して配置されている。したがって、磁性保持突部１９の先端部１９ａの周辺に保持される磁性流体７は、この点からもシャフト２５とＯリング１７の摺動面に容易に到達することができ、潤滑剤として好適に作用することができる。

なお、流体保持突部１９は、２つの内方突縁１８ａ、１８ｂのうち、磁石３に近接する第１内方突縁１８ａに形成されることが好ましい。磁石３に近接する第１内方突縁１８ａは、第２内方突縁１８ｂに比べてより多くの磁束が通過する。したがって、第１内方突縁１８ａに流体保持突部１９を形成することによって、より多くの磁性流体７を流体保持突部１９に保持させることができる。

〔実施の形態３〕
図３は、本発明の実施形態３に係るシール装置３０を表す正面断面図である。
実施の形態３に係るシール装置３０は、第１および第２磁極部材４、５と対向するシャフト２５の外周面の部分にスリーブ３１を嵌合させた点が実施の形態１に係るシール装置１と異なる。しかし、その他の部分は実施の形態１に係るシール装置１とほぼ同様であり、実施の形態と１と同様の部材には、実施の形態１と同じ部材番号を付している。

スリーブ３１は、第１および第２磁極部材４、５と対向するシャフト２５の外周面の部分に嵌合されるもので、環状をなしており、磁性材料から形成される。
スリーブ３１の内周面側には、シャフト外周面２５ａに向けて開口した環状のＯリング溝３２が設けられており、このＯリング溝３２に環状のＯリング３３が装着され、スリーブ３１の内周面とシャフト外周面２５ａとの間をシールしている。

スリーブ３１の断面形状は、図３に示すように、略矩形状をしており、第１磁極部材４と対向する部分３１ａの径が第２磁極部材５と対向する部分３１ｂの径より大径に形成され、段部３１ｃを形成している。スリーブ３１は、段部３１ｃが第２磁極部材５の内周突縁５ａに設けられるスライドブッシュ１２の外側面１２ｃとごく僅かな隙間を有するように設置される。このように、スライドブッシュ１２が第１磁極部材４とスリーブ３１とによって挟み込まれた構造となっているため、スリーブ３１の軸方向の位置決めが容易となる。一方、スライドブッシュ１２は、その内周面１２ａがスリーブ３１の小径部分３１ｂとごく僅かな隙間をもって対向するように形成されている。このため、第２磁極部材５の内周面５ａは、実施の形態１の場合よりも段部３１の段差分だけ内方に突出した形状となっている。
本実施の形態のシール装置３０においては、スリーブ３１を設けることにより、先願発明の場合のようにシャフト２５を含めて納入する必要がなくなり、シャフトを含まないシール装置３０だけ納入すれば足り、シール装置の交換の場合もシャフトを交換することなくシール装置３０のみを交換すればよい。また、シール装置３０は、既存のシャフトにも使用可能であり、完全なカートリッジタイプのシール装置を構成する。

〔実施の形態４〕
図４は、本発明の実施形態４に係るシール装置４０を表す正面断面図である。
実施の形態４に係るシール装置４０は、第１および第２磁極部材１６、５と対向するシャフト２５の外周面の部分にスリーブ３１を嵌合させた点が実施の形態２に係るシール装置１５と異なる。しかし、その他の部分は実施の形態２に係るシール装置１５とほぼ同様であり、実施の形態と２と同様の部材には、実施の形態１５と同じ部材番号を付している。また、スリーブ３１およびＯリング３３については、実施の形態３と同様であり、説明は省略する。

実施の形態３および４に使用されているスリーブ３１をシャフト２５に固定する方法としては、たとえば、スリーブ３１の軸方向の一端に半円状の二つ割りセットカラー（図示せず）をボルトなどの締め付け手段を用いて締め付けることでスリーブ３１をシャフト２５に固定することができる。また、他の公知の方法で取り付けてもよいことはもちろんである。

実施の形態２及び実施の形態４に使用されている第１磁極部材１６に形成されたシーリング溝１４は、図５（ａ）に示すように、アリ溝形状を有している。第１内方突縁１８ａは、シーリング溝１４の壁の一部を構成しており、第１内方突縁１８ａの先端部に形成される磁性体保持突部１９は、シーリング溝１４に向かって傾斜している。また、実施形態２および４におけるシール装置１５および４０では、アリ溝形状を有するシーリング溝１４に、シャフト２５の回転中心Ａを通る断面によって観察した場合に略円形もしくは略楕円形の断面形状を有するＯリング１７が収納されている。したがって、磁性流体７が保持される流体保持突部１９の先端部１９ａは、Ｏリング１７に近接しており、磁性流体７は、シャフト２５とＯリング１７の摺動面に容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。

第１内方突縁１８ａおよび第２内方突縁１８ｂによって形成されるシーリング溝１４の形状は、図５（ａ）に示す形状に限定されず、例えば図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すような形状を有していてもよい。図５（ｂ）および図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す第１磁極部材１６の変形例を示したものである。

図５（ｂ）に示す第１磁極部材１６は、第１内方突縁１８ａが、第２内方突縁１８ｂと略対称な形状を有している。図５（ｂ）に示す変形例においても、第１内方突縁１８ａの先端部に流体保持突部１９が形成されており、流体保持突部１９の先端部１９ａは、Ｏリング１７と近接するように配置される。また、当該流体保持突部１９に磁性流体７が保持されるため、磁性流体７は、Ｏリング１７に近接するように配置される。したがって、図５（ｂ）に示す第１磁極部材１６を、実施形態２および４に係るシール装置１５および４０に用いた場合でも、磁性流体７は、シャフト２５とＯリング１７の摺動面に容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。

図５（ｃ）に示す第１磁極部材１６は、第１内方突縁１８ａが、第２内方突縁１８ｂと略対称な形状を有しており、シーリング溝１４に向かって突出している。図５（ｃ）に示す変形例では、第１内方突縁１８ａの先端部１８ａ’に磁性流体７が保持される。図５（ｃ）に示す変形例では、シーリング溝１４を形成する第１内方突縁１８ａが、シーリング溝１４に向かって突出しており、シーリング溝１４がアリ溝形状を有している。このため、第１内方突縁１８ａの先端部１８ａ’が、Ｏリング１７に近接するように配置される。また、第１内方突縁１８ａの先端部１８ａ’に磁性流体７が保持されるため、磁性流体７とＯリング１７も近接して配置される。したがって、図５（ｃ）に示す第１磁極部材１６を実施形態２および４に係るシール装置１５および４０に用いた場合でも、磁性流体７は、シャフト２５とＯリング１７の摺動面に容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。

１ シール装置（実施の形態１）
２ ハウジング
３ 磁石
４ 第１磁極部材（実施の形態１および３）
５ 第２磁極部材
６ Ｘリング
７ 磁性流体
８ａ 第１磁極部材４の第１内方突縁
８ｂ 第１磁極部材４の第２内方突縁
９ ボルト
１０ 静的シール部材
１１ シーリング溝（実施の形態１および３）
１２ スライドブッシュ
１４ シーリング溝（実施の形態２および４）
１５ シール装置（実施の形態２）
１６ 第１磁極部材（実施の形態２および４）
１７ Ｏリング
１８ａ 第１磁極部材１６の第１内方突縁
１８ｂ 第１磁極部材１６の第２内方突縁
１９ 流体保持突部
２０ 処理室
２１ フランジ
２２ 開口
２３ 軸受
２５ シャフト
３０ シール装置（実施の形態３）
３１ スリーブ
３２ Ｏリング溝
３３ Ｏリング
４０ シール装置（実施の形態４）

Claims (4)

1. 所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達するシャフトのシール装置であって、
   前記シャフトが貫通するハウジングと、
   前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
   前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段の一側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第１の磁気伝達部材および前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出する内方突縁を有し、前記磁力発生手段の他側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第２の磁気伝達部材と、
   前記第２の磁気伝達部材の内方突縁とシャフトとの間に配置されて前記シャフトの外側面に対してごく僅かな隙間を有するようにして前記内方突縁に固定されたスライドブッシュと、
   少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外周面に対して摺動するシール部材と、
   前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
   を有し、前記シーリング溝は、前記シャフトの中心軸を通る断面の形状が略矩形形状であり、
   前記シール部材は、前記シーリング溝の前記略矩形形状の頂点のそれぞれに向かって突出する４つの突起部を有しており、前記突起部のうち前記シャフト側に向かって突出する２つの突起部の間には、前記磁性流体を保持する流体保持溝が形成されていることを特徴とするシール装置。
2. 所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達するシャフトのシール装置であって、前記シャフトが貫通するハウジングと、
   前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
   前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出しており、前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段の一側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第１の磁気伝達部材および前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出する内方突縁を有し、前記磁力発生手段の他側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第２の磁気伝達部材と、
   前記第２の磁気伝達部材の内方突縁とシャフトとの間に配置されて前記シャフトの外周面に対してごく僅かな隙間を有するようにして前記内方突縁に固定されたスライドブッシュと、
   少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外周面に対して摺動するシール部材と、
   前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
   を有し、前記第１の磁気伝達部材の一対の内方突縁のうち前記磁力発生手段に近接する第１内方突縁における前記シャフトに近接する端部には、前記シャフトおよび前記シール部材に向かって突出する流体保持突部が形成されていることを特徴とするシール装置。
3. 所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達するシャフトのシール装置であって、前記シャフトが貫通するハウジングと、
   前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
   前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段の一側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第１の磁気伝達部材および前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出する内方突縁を有し、前記磁力発生手段の他側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する第２の磁気伝達部材と、
   前記第２の磁気伝達部材の内方突縁とシャフトとの間に配置されて前記シャフトの外周面に対してごく僅かな隙間を有するようにして前記内方突縁に固定されたスライドブッシュと、
   少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外周面に対して摺動するシール部材と、
   前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
   を有し、前記シーリング溝は、アリ溝形状を有していることを特徴とするシール装置。
4. 前記第１および第２磁極部材と対向するシャフトの外周面の部分にスリーブを嵌合させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシール装置。

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