WO2011036920A1 - シール装置 - Google Patents

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WO2011036920A1
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shaft
magnetic force
magnetic
sealing
transmission member
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PCT/JP2010/060016
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English (en)
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Inventor
功太郎 大下
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イーグル工業株式会社
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    • 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
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings

Definitions

  • oxidation, diffusion, or CVD Chemical Vapor Deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the wafer is stored in a chamber or container (hereinafter collectively referred to as a processing chamber) held in a predetermined environment, and is processed by being exposed to the atmosphere in the processing chamber while being rotated, for example. Therefore, the processing chamber used for such processing is required to have high airtightness and to be able to transmit mechanical motion from the outside of the processing chamber to the inside of the processing chamber, for example, by rotating a wafer.
  • an apparatus bearing 52 is also provided on the processing chamber 50 side.
  • the bearing 55 is incorporated in the seal portion, there are problems that the total length of the seal device becomes long and the seal design is restricted by the size of the bearing. Further, in the case of a sealing device provided with a bearing, there is a problem that the shaft must be delivered.
  • a second object of the present invention is to provide a sealing device having a short axial length.
  • a third object of the present invention is to provide a cartridge type sealing device.
  • a sealing device of the present invention firstly includes a predetermined machine inside a processing chamber held in a predetermined environment while maintaining the environment of the processing chamber from the outside of the processing chamber.
  • Shaft sealing device for transmitting dynamic motion A housing through which the shaft passes; Magnetic force generating means disposed between the housing and the shaft to generate a magnetic force around the shaft; A pair of inwardly projecting edges that project from the housing toward the shaft to form a sealing groove surrounding the shaft, and are disposed adjacent to one side of the magnetic force generating means and generated by the magnetic force generating means; A first magnetic transmission member for transmitting a magnetic force and an inward projecting edge protruding from the housing toward the shaft, and disposed adjacent to the other side of the magnetic force generation means and generated by the magnetic force generation means A second magnetic transmission member for transmitting the magnetic force to be applied; A slide bush disposed between the inner projecting edge of the second magnetic transmission member and the shaft and fixed to the inner projecting edge with a slight clearance with respect to the outer surface of
  • the seal member has four protrusions protruding toward the respective apexes of the substantially rectangular shape of the sealing groove, and of the two protrusions protruding toward the shaft among the protrusions.
  • a fluid holding groove for holding the magnetic fluid is formed between them.
  • a sealing member having a protrusion protruding toward each of the vertices of the rectangular shape is accommodated in the sealing groove having a substantially rectangular cross section.
  • the magnetic fluid suitably acts as a lubricant in the vicinity of the sliding surface between the shaft and the sealing member, and can extend the sliding life of the sealing member.
  • the axial length of the sealing device can be shortened, and the radial dimension can be freely designed without being influenced by the bearing size. Can do.
  • sharing the member that fixes the slide bush with the magnetic transmission member that forms the magnetic circuit it is possible to effectively utilize the space and contribute to the reduction of the axial length.
  • the sealing device of the present invention is a seal for a shaft that transmits a predetermined mechanical motion to the inside of a processing chamber held in a predetermined environment while maintaining the environment of the processing chamber from the outside of the processing chamber.
  • the fluid holding projection that projects toward the shaft and the seal member is formed on the first inward projecting edge of the magnetic transmission member.
  • the sliding surface with respect to the shaft in the seal member is arranged in the state of being close to the fluid holding projection that holds the most magnetic fluid. Therefore, the distance between the magnetic fluid held by the magnetic transmission member and the seal member is shortened, and the magnetic fluid can easily reach the sliding surface of the seal member. That is, in the sealing device according to the present subject matter, the magnetic fluid suitably acts as a lubricant in the vicinity of the sliding surface between the shaft and the sealing member, and can extend the sliding life of the sealing member.
  • the axial length of the sealing device can be shortened, and the radial dimension can be freely designed without being influenced by the bearing size. Can do.
  • sharing the member that fixes the slide bush with the magnetic transmission member that forms the magnetic circuit it is possible to effectively utilize the space and contribute to the reduction of the axial length.
  • the sealing device of the present invention has a shaft for transmitting a predetermined mechanical motion to the inside of a processing chamber held in a predetermined environment while maintaining the environment of the processing chamber from the outside of the processing chamber.
  • a first magnetic transmission member for transmitting a magnetic force and an inward projecting edge protruding from the housing toward the shaft, and disposed adjacent to the other side of the magnetic force generation means and generated by the magnetic force generation means
  • a slide bush disposed between the inner projecting edge of the second magnetic transmission member and the shaft and fixed to the inner projecting edge so as to have a very small clearance with respect to the outer peripheral surface of the
  • the sealing member is accommodated in the sealing groove having a dovetail shape.
  • the sliding surface with respect to the shaft in the seal member is arranged in a state close to the tip of the magnetic transmission member that holds a large amount of magnetic fluid. Therefore, the distance between the magnetic fluid held by the magnetic transmission member and the sliding surface of the seal member is shortened, and the magnetic fluid can easily reach the sliding surface of the sealing member. That is, in the sealing device according to the present invention, the magnetic fluid suitably acts as a lubricant in the vicinity of the sliding surface between the shaft and the sealing member, and can extend the sliding life of the sealing member.
  • the sleeve is fitted to a portion of the outer peripheral surface of the shaft facing the first and second magnetic pole members. It is said.
  • the sealing device can also be used for an existing shaft, and can be said to be a complete cartridge type sealing device.
  • the present invention has the following excellent effects. (1) Since a sealing member having a protruding portion that protrudes toward each of the apexes of the rectangular shape is housed in a sealing groove having a substantially rectangular cross-sectional shape, among the protruding portions of the sealing member, on the shaft side The two protrusions that protrude and constitute the sliding surface with respect to the shaft are arranged in the state of being close to the tip of the magnetic transmission member to which a large amount of magnetic fluid is fixed, and the magnetic fluid held by the magnetic transmission member Therefore, the distance between the sliding surfaces of the seal member is shortened and the magnetic fluid can easily reach the sliding surface of the seal member, so that the magnetic fluid preferably acts as a lubricant in the vicinity of the sliding surface of the shaft and the seal member.
  • the sliding surface of the seal member with respect to the shaft has the most magnetic fluid. It will be arranged in the state of being close to the fluid holding protrusion to be held, the distance between the magnetic fluid held by the magnetic transmission member and the seal member will be shortened, and the magnetic fluid will be easy to the sliding surface of the seal member Therefore, the magnetic fluid suitably acts as a lubricant in the vicinity of the sliding surface between the shaft and the seal member, and can extend the sliding life of the seal member.
  • the axial length of the sealing device can be shortened, and the radial dimension can be freely designed without being influenced by the bearing size. Can do.
  • sharing the member that fixes the slide bush with the magnetic transmission member that forms the magnetic circuit it is possible to effectively utilize the space and contribute to the reduction of the axial length.
  • the sealing member Since the sealing member is accommodated in the sealing groove having a dovetail shape, the sliding surface of the sealing member with respect to the shaft is arranged in the state of being close to the tip of the magnetic transmission member that holds a large amount of magnetic fluid. Therefore, the distance between the magnetic fluid held by the magnetic transmission member and the sliding surface of the seal member is shortened, and the magnetic fluid can easily reach the sliding surface of the sealing member. It acts suitably as a lubricant in the vicinity of the sliding surface of the member, and the sliding life of the seal member can be extended.
  • the axial length of the sealing device can be shortened, and the radial dimension can be freely designed without being influenced by the bearing size. Can do.
  • sharing the member that fixes the slide bush with the magnetic transmission member that forms the magnetic circuit it is possible to effectively utilize the space and contribute to the reduction of the axial length.
  • the sealing device can be used for an existing shaft, and a complete cartridge type sealing device can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a sealing device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the sealing device 1 is disposed so as to close the opening 22 of the flange 21 provided in the processing chamber 20, and can keep the inside of the processing chamber 20 airtight with respect to the outside of the processing chamber.
  • a bearing 23 for supporting the shaft 25 is provided in the opening 22.
  • the processing chamber 20 in which the sealing device 1 according to the present embodiment is arranged is not particularly limited, and examples thereof include a wafer processing chamber for processing a silicon wafer, a load lock chamber that repeats a vacuum state and an atmospheric pressure state, and the like. It is done. Further, the inside of the processing chamber may be held in a negative pressure environment with respect to the outside of the processing chamber, or may be held in an equal pressure or pressurized environment.
  • the sealing device 1 includes a housing 2 made of a nonmagnetic material, a magnet 3 as magnetic force generating means, first and second magnetic pole members 4 and 5 as magnetic transmission members, an X ring 6 as a sealing member, and lubrication. It has a magnetic fluid 7 as an agent and a slide bush 12 as a centering member.
  • the shaft 25 is disposed so as to penetrate the cylindrical housing 2.
  • the magnet 3 and the first magnetic pole member 4 may be integrally formed. Alternatively, the magnet 3 may also serve as a part of the first magnetic pole member 4. For example, a portion (first inward protruding edge 8 a) that fixes the magnetic fluid 7 in the first magnetic pole member 4 may be used as the magnetic force generating means. .
  • the end of the shaft 25 on the outside of the processing chamber is connected to a drive unit (not shown).
  • the shaft 25 according to the present embodiment can rotate about the rotation center A by the driving force from the driving unit.
  • An end of the shaft 25 on the side of the processing chamber is connected to a driving unit (not shown) arranged inside the processing chamber 20.
  • the shaft 25 according to the present embodiment can transmit the rotational motion generated by the drive unit disposed outside the processing chamber 20 to the inside of the processing chamber 20.
  • the shaft 25 is formed using a magnetic material, but the entire shaft is not limited to a solid magnetic material.
  • the housing 2 is a cylindrical member installed so that the shaft 25 penetrates, and is fixed to the flange 21 of the processing chamber 20 by a fixing means such as a bolt 9.
  • a predetermined interval is provided between the inner peripheral surface 2a of the housing 2 and the outer peripheral surface 25a of the shaft 25 so that the magnet 3, the first magnetic pole member 4, the second magnetic pole member 5, the X ring 6 and the like can be arranged. Is provided.
  • An annular second magnetic pole member 5 is connected to the end of the magnet 3 outside the processing chamber.
  • the second magnetic pole member 5 is a magnetic material provided so as to be in contact with the magnet 3.
  • the inner peripheral edge 5 a that is the inner peripheral end of the second magnetic pole member 5 is disposed with a slight gap with respect to the outer peripheral surface 25 a of the shaft 25. Further, the outer peripheral end 5 b of the second magnetic pole member 5 may be fixed to the inner peripheral surface 2 a of the housing 2.
  • An annular first magnetic pole member 4 is connected to the end of the magnet 3 on the inside of the processing chamber.
  • the first magnetic pole member 4 is a magnetic material provided so as to contact the magnet 3.
  • the outer peripheral end 4 b of the first magnetic pole member 4 is fixed to the inner peripheral surface 2 a of the housing 2.
  • the static seal member 10 which seals between the outer peripheral edge part 4b of the 1st magnetic pole member 4 and the internal peripheral surface 2a of the housing 2 may be provided. .
  • the first magnetic pole member 4 has a first inner projecting edge 8 a and a second inner projecting edge 8 b that project from the inner peripheral surface 2 a side of the housing 2 toward the outer peripheral surface 25 a side of the shaft 25.
  • the first inner projecting edge 8a and the second inner projecting edge 8b have substantially symmetrical shapes, and a shaft is interposed between the first inner projecting edge 8a and the second inner projecting edge 8b.
  • a sealing groove 11 having an opening on the 25 side is formed.
  • the cross section of the sealing groove 11 observed by the cross section passing through the rotation center A of the shaft 25 has a substantially rectangular shape.
  • the X-ring 6 has a first protrusion 6a, a second protrusion 6b, a third protrusion 6c, and a fourth protrusion 6d that protrude toward each of the rectangular shapes of the cross section of the sealing groove 11.
  • the third protrusion 6c and the fourth protrusion 6d protrude toward the apex on the bottom 11a side of the sealing groove 11 among the apexes of the rectangular shape. Further, the first to fourth protrusions of the X ring 6 are continuous along the circumferential direction of the X ring 6.
  • the third protrusion 6c and the fourth protrusion 6d are in contact with the bottom 11a of the sealing groove 11, and the X ring 6 and the sealing groove 11 are in close contact with each other in the circumferential direction.
  • the inner diameter of the X ring 6 is designed to be a diameter that is substantially the same as the diameter of the shaft 25 or slightly smaller. Therefore, when the shaft 25 rotates about the rotation center A, the first protrusion 6 a and the second protrusion 6 b of the X ring 6 slide with respect to the outer peripheral surface 25 a of the shaft 25. Thereby, the X ring 6 according to the first embodiment can seal between the first magnetic pole member 4 and the shaft 25.
  • a fluid holding groove 6e for allowing the magnetic fluid 7 to go around to the second protrusion 6b is formed. That is, the fluid holding groove 6e guides the magnetic fluid 7 from the first protrusion 6a to the second protrusion 6b by the surface tension between the fluid holding groove 6e and the outer peripheral surface 25a of the shaft 25 facing the fluid holding groove 6e. Designed to be able to.
  • the fluid holding groove 6e can hold the magnetic fluid 7 between the fluid holding groove 6e and the outer peripheral surface 25a of the shaft 25 facing the fluid holding groove 6e.
  • the magnetic fluid 7 used in this embodiment is obtained by dispersing magnetic ultrafine particles having a particle size of about 5 to 50 nm in a solvent or oil (base oil) using a surfactant, and moves along the lines of magnetic force. It has the property of being trapped in a magnetic field.
  • the magnetic fluid 7 is used as a lubricant that acts on the sliding surfaces of the shaft 25 and the X ring 6 and extends the sliding life of the X ring 6.
  • the magnetic fluid 7 can secure the sealing performance on the sliding surface of the X ring 6 and the shaft 25 and can suppress dust generation near the sliding surface.
  • the magnetic fluid 7 may be held also at the tip of the second inner protruding edge 8b.
  • the magnetic fluid 7 held near the tip of the second inner protruding edge 8 b can easily reach the second protrusion 6 b of the X ring 6.
  • the second inner protruding edge 8b does not pass as much magnetic flux as the first inner protruding edge 8a. Accordingly, the amount of the magnetic fluid 7 held at the tip of the second inner protruding edge 8b is small, and the second protrusion 6b and the shaft can be obtained only with the magnetic fluid 7 held at the tip of the second inner protruding edge 8b.
  • the sliding surface with the outer peripheral surface 25a of 25 cannot be sufficiently lubricated.
  • FIG. 2 is a front sectional view showing a sealing device 15 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the shape of the first magnetic pole member 16 and the shape of the O-ring 17 used as the sealing member are the first magnetic pole member 4 provided in the sealing device 1 according to the first embodiment.
  • the shape of the X ring 6 is different.
  • the other parts are the same as those of the sealing device 1 according to the first embodiment, and the same members as those in the first embodiment are denoted by the same members as those in the first embodiment.
  • a fluid holding protrusion 19 that protrudes toward the shaft 25 and the O-ring 17 is formed at the tip of the first inward protruding edge 18 a that faces toward the side close to the shaft 25.
  • the fluid holding projection 19 is disposed so as to form a slight gap with the outer peripheral surface 25 a of the shaft 25.
  • the magnetic fluid 7 is held near the tip 19 a of the fluid holding projection 19 by the magnetic force generated by the magnet 3.
  • the O-ring 17 is accommodated in the sealing groove 14.
  • the O-ring 17 according to the present embodiment has a substantially circular or elliptical cross-sectional shape when observed in a cross-section passing through the rotation center A of the shaft 25.
  • a part of the O-ring 17 is stored in a state of protruding from the opening of the sealing groove 14.
  • the ring outer peripheral end portion 17b of the O-ring 17 is in contact with the bottom portion 14a of the sealing groove 14, and the outer peripheral end portion 17b of the O-ring 17 and the bottom portion 14a of the sealing groove 14 are in close contact with each other in the circumferential direction. .
  • the O-ring 17 can seal between the first magnetic pole member 16 and the shaft 25.
  • the ring inner peripheral end portion 17 a which is a sliding surface in the O-ring 17 is the tip of the fluid holding projection 19. It arrange
  • the fluid holding protrusion 19 is formed on the first inner protrusion edge 18a close to the magnet 3 among the two inner protrusion edges 18a and 18b. More magnetic flux passes through the first inner projecting edge 18a adjacent to the magnet 3 than the second inner projecting edge 18b. Therefore, by forming the fluid holding projection 19 on the first inner projecting edge 18 a, more magnetic fluid 7 can be held by the fluid holding projection 19.
  • FIG. 3 is a front sectional view showing a sealing device 30 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the sealing device 30 according to the third embodiment is that the sleeve 31 is fitted to the portion of the outer peripheral surface of the shaft 25 facing the first and second magnetic pole members 4 and 5, and the sealing device 1 according to the first embodiment. And different.
  • the other parts are almost the same as those of the sealing device 1 according to the first embodiment, and the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first and first embodiments.
  • the sleeve 31 is fitted to a portion of the outer peripheral surface of the shaft 25 facing the first and second magnetic pole members 4 and 5, has an annular shape, and is made of a magnetic material.
  • An annular O-ring groove 32 opened toward the shaft outer peripheral surface 25 a is provided on the inner peripheral surface side of the sleeve 31, and an annular O-ring 33 is attached to the O-ring groove 32. The space between the peripheral surface and the shaft outer peripheral surface 25a is sealed.
  • the cross-sectional shape of the sleeve 31 is substantially rectangular as shown in FIG. 3, and the diameter of the portion 31 a facing the first magnetic pole member 4 is larger than the diameter of the portion 31 b facing the second magnetic pole member 5.
  • the step 31c is formed.
  • the sleeve 31 is installed so that the stepped portion 31 c has a very small gap with the outer surface 12 c of the slide bush 12 provided on the inner peripheral protruding edge 5 a of the second magnetic pole member 5.
  • the slide bush 12 is sandwiched between the first magnetic pole member 4 and the sleeve 31, the sleeve 31 can be easily positioned in the axial direction.
  • the slide bush 12 is formed such that its inner peripheral surface 12a faces the small diameter portion 31b of the sleeve 31 with a very slight gap.
  • the inner peripheral surface 5a of the second magnetic pole member 5 has a shape protruding inward by the level difference of the step portion 31 as compared with the case of the first embodiment.
  • the sealing device 30 of the present embodiment by providing the sleeve 31, it is not necessary to deliver the shaft 25 including the shaft 25 as in the invention of the prior application, and it is sufficient to deliver only the sealing device 30 that does not include the shaft. In the case of replacement of the sealing device, only the sealing device 30 may be replaced without replacing the shaft.
  • the seal device 30 can also be used for an existing shaft, and constitutes a complete cartridge type seal device.
  • FIG. 4 is a front sectional view showing a sealing device 40 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the sealing device 40 according to the fourth embodiment is that the sleeve 31 is fitted to the outer peripheral surface portion of the shaft 25 facing the first and second magnetic pole members 16 and 5, according to the second embodiment. And different. However, other parts are almost the same as those of the sealing device 15 according to the second embodiment, and the same members as those in the fifteenth embodiment are denoted by the same members as those in the second and second embodiments. Further, the sleeve 31 and the O-ring 33 are the same as those in the third embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • a semicircular split set collar (not shown) is fastened to one end in the axial direction of the sleeve 31 with a bolt or the like.
  • the sleeve 31 can be fixed to the shaft 25 by tightening using means. Of course, it may be attached by other known methods.
  • the sealing groove 14 formed in the first magnetic pole member 16 used in the second embodiment and the fourth embodiment has a dovetail shape as shown in FIG.
  • the first inner projecting edge 18 a constitutes a part of the wall of the sealing groove 14, and the magnetic body holding projecting part 19 formed at the tip of the first inner projecting edge 18 a faces the sealing groove 14. Is inclined.
  • the sealing groove 14 having a dovetail shape has a substantially circular or substantially elliptical cross-sectional shape when observed by a cross-section passing through the rotation center A of the shaft 25.
  • An O-ring 17 is stored. Accordingly, the tip 19a of the fluid holding projection 19 that holds the magnetic fluid 7 is close to the O-ring 17, and the magnetic fluid 7 easily reaches the sliding surface of the shaft 25 and the O-ring 17, It can act suitably as a lubricant.
  • the shape of the sealing groove 14 formed by the first inner projecting edge 18a and the second inner projecting edge 18b is not limited to the shape shown in FIG. 5A.
  • FIG. 5B and FIG. It may have a shape as shown in FIG. FIG. 5B and FIG. 5C show a modification of the first magnetic pole member 16 shown in FIG.
  • the first inner projecting edge 18a has a substantially symmetric shape with the second inner projecting edge 18b.
  • the fluid holding projection 19 is formed at the tip of the first inner protruding edge 18 a, and the tip 19 a of the fluid holding projection 19 is close to the O-ring 17.
  • the magnetic fluid 7 is held by the fluid holding protrusion 19, the magnetic fluid 7 is disposed so as to be close to the O-ring 17. Therefore, even when the first magnetic pole member 16 shown in FIG. 5B is used in the sealing devices 15 and 40 according to the second and fourth embodiments, the magnetic fluid 7 remains on the sliding surface of the shaft 25 and the O-ring 17. It reaches easily and can act suitably as a lubricant.
  • the first inner protruding edge 18 a has a shape that is substantially symmetrical with the second inner protruding edge 18 b and protrudes toward the sealing groove 14. .
  • the magnetic fluid 7 is held at the tip end portion 18a 'of the first inner projecting edge 18a.
  • the first inward protruding edge 18a forming the sealing groove 14 protrudes toward the sealing groove 14, and the sealing groove 14 has a dovetail shape. For this reason, the distal end portion 18 a ′ of the first inner projecting edge 18 a is disposed so as to be close to the O-ring 17.
  • the magnetic fluid 7 is held at the tip end portion 18a 'of the first inner projecting edge 18a, the magnetic fluid 7 and the O-ring 17 are also arranged close to each other. Therefore, even when the first magnetic pole member 16 shown in FIG. 5C is used in the sealing devices 15 and 40 according to the second and fourth embodiments, the magnetic fluid 7 can be easily applied to the sliding surfaces of the shaft 25 and the O-ring 17. Therefore, it can act suitably as a lubricant.
  • Sealing device (Embodiment 1) 2 Housing 3 Magnet 4 First magnetic pole member (Embodiments 1 and 3) 5 Second magnetic pole member 6 X ring 7 Magnetic fluid 8a First inner projecting edge 8b of first magnetic pole member 4 Second inner projecting edge of first magnetic pole member 9 Bolt 10 Static seal member 11 Sealing groove Forms 1 and 3) 12 Slide bush 14 Sealing groove (Embodiments 2 and 4) 15 Sealing device (Embodiment 2) 16 First magnetic pole member (Embodiments 2 and 4) 17 O-ring 18a First inward protruding edge 18b of the first magnetic pole member 16 Second inward protruding edge of the first magnetic pole member 16 19 Fluid holding protrusion 20 Processing chamber 21 Flange 22 Opening 23 Bearing 25 Shaft 30 Sealing device (implementation) Form 3) 31 Sleeve 32 O-ring groove 33 O-ring 40 Sealing device (Embodiment 4)

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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。

Description

シール装置
　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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