JPH04341665A - 真空用多段磁性流体シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る真空用多段磁性流
体シール装置は、内部が真空となっている容器の壁面を
貫通する部分の、気密保持を図る場合等に利用する。

【０００２】

【従来の技術】ケーシング内の清浄空間に設けた物体を
、外部に設けたモータにより回転駆動する場合、モータ
の駆動軸が上記ケーシングの壁面を貫通する部分に、塵
を通過させない様にする為の、シール装置を設ける必要
がある。

【０００３】この様な部分に設置し、塵等の通過を阻止
する為のシール装置として従来から、特開昭６２−１１
００８０号公報、実開昭５８−１９１４２３号公報、同
６１−１３０２５号公報、同６１−４４０６７号公報、
同６１−７９０７０号公報、同６２−１９５２６１号公
報、同６１−２０４０２７号公報、同６３−８４１９号
公報、同６３−１３９３２５号公報、実公昭６３−２９
９４４号公報、米国特許第４６２８３８４号明細書、同
４６９２８２６号明細書等に記載された磁性流体シール
装置が、一般的に使用されている。

【０００４】上記各先行技術文献に記載された磁性流体
シール装置の構造は、細部に於いては種々異なっている
が、基本的には、図１６（Ａ）（Ｂ）に示す様な構造を
有している。

【０００５】この内の図１６（Ａ）に於いて１は、少な
くとも内周面を、アルミニウム、合成樹脂等の非磁性材
により造られたハウジングで、例えば前記ケーシングの
壁面等に固定される。２は鉄等の磁性材により造られた
軸で、磁性流体シール装置本体３は、上記ハウジング１
の内周面４と軸２の外周面５との間の、円筒状の空間６
内に設置されている。

【０００６】上記磁性流体シール装置本体３は、軸方向
（図１６の左右方向）に亙って着磁された円輪状の永久
磁石７を、磁性材により円輪状に造られた１対のポール
ピース８、９によりサンドイッチ状に挟持し、各ポール
ピース８、９の内周縁と軸２の外周面５との間に磁性流
体１０、１０を、上記永久磁石７の磁力によって保持す
る事により、構成されている。上記１対のポールピース
８、９の外径は、ハウジング１の内径とほぼ同じにして
、各部材７、８、９、１０により構成される磁性流体シ
ール装置本体３をハウジング１の内周面４に、内嵌、或
は接着等により固定している。

【０００７】磁性流体シール装置本体３は、前述の様に
構成され、上述の様にハウジング１の内周面４と軸２の
外周面５との間に装着して、磁性流体シール装置を構成
する為、ハウジング１の内側での軸２の回転、或は軸２
の周囲でのハウジング１の回転に拘らず、この軸２の外
周面５と各ポールピース８、９の内周縁との間に保持さ
れた磁性流体１０、１０により、ハウジング１の内周面
４と軸２の外周面５との間のシール性保持が図られる。

【０００８】又、図１６（Ｂ）に示す様に、軸２の外周
面５を非磁性材により、ハウジング１の内周面４を磁性
材により、それぞれ形成すると共に、永久磁石７と１対
のポールピース８、９とを、軸２の外周面５側に外嵌固
定し、磁性流体１０、１０を、各ポールピース８、９の
外周縁とハウジング１の内周面４との間に保持する磁性
流体シール装置も、従来から知られている。

【０００９】ところで、上述の様に構成される磁性流体
シール装置は、永久磁石７の磁力により保持された磁性
流体１０、１０により、各磁性流体１０、１０の両側に
存在する空間同士を遮断（シール）する為、両空間の間
に大きな圧力差が存在した場合には、上記磁性流体１０
、１０が押し破られ（バーストし）て、シールを行なえ
ない。

【００１０】この為、回転対陰極Ｘ線管の様な高真空装
置の回転軸貫通部分に設ける磁性流体シール装置として
、従来から、特公昭５１−９８５３号公報、同６１−４
３５８８号公報、米国特許第３６２０５８４号明細書、
英国特許第７８３８８１号明細書等に記載されている様
に、磁性流体１０、１０を軸方向に亙って複数段設け、
各磁性流体１０、１０の両側に存在する圧力差を小さく
抑えた、真空用多段磁性流体シール装置が知られている
。

【００１１】図１７は、この様な真空用多段磁性流体シ
ール装置の第１例を示している。この図１７に於いて、
１３は円筒状の軸受ハウジングで、内部（図１７の右部
）を真空としたケーシング１１の壁面に設けられている
。この軸受ハウジング１３の内周面２個所位置にはそれ
ぞれ転がり軸受１２、１２を設け、両転がり軸受１２、
１２により磁性材製の軸２を、回転自在に支持している
。

【００１２】上記軸受ハウジング１３の内周面と上記軸
２の外周面５との間には、真空用多段磁性流体シール装
置１４を設けている。この真空用多段磁性流体シール装
置１４は、軸方向に亙って着磁された円輪状の永久磁石
７、７と、磁性材製で円輪状のポールピース１５、１６
とを交互に重ね合わせ、各ポールピース１５、１６の内
周縁と軸２の外周面５との間に磁性流体１０、１０を、
上記永久磁石７、７の磁力により保持する事で、構成さ
れている。

【００１３】図示の例に於いては、各ポールピース１５
、１６の内周縁に断面Ｖ字形の凹溝を形成する事で、各
ポールピース１５、１６の内周縁を二股に形成し、各ポ
ールピース１５、１６に磁性流体１０、１０を、軸方向
２段に亙って保持する様にしている。従って、図１７に
示した真空用多段磁性流体シール装置１４の場合、磁性
流体１０、１０が、軸方向（図１７の左右方向）に亙っ
て１０段設けられている。

【００１４】真空用多段磁性流体シール装置１４は、上
述の様に、磁性流体１０、１０を多段に亙って設けてい
る為、各段の磁性流体１０、１０の両側に存在する圧力
差を小さく抑えつつ、真空用多段磁性流体シール装置１
４の両側に大きな圧力差を生じさせる事が出来る。又、
両端に位置するポールピース１６、１６の外周縁に形成
した凹溝１７、１７にはＯリング１８、１８を装着し、
このＯリング１８、１８によって、上記真空用多段磁性
流体シール装置１４の外周面と軸受ハウジング１３の内
周面との間の気密保持を図っている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成され使用される、真空用多段磁性流体シール装置に
於いては、軸方向に亙って多段に設けられる磁性流体１
０、１０同士の間の空間１９、１９に封入された空気が
膨張する事で、何れかの段に於いて磁性流体１０がバー
ストする場合がある。

【００１６】即ち、真空用多段磁性流体シール装置１４
を構成する際には、上記各空間１９、１９内に空気が封
入される事が避けられないが、この空気が温度上昇に伴
なって膨張した場合、当該空間１９を仕切っている磁性
流体１０をバーストさせて、磁性流体１０の飛沫を周囲
に飛散させてしまう。

【００１７】特に、最も真空空間寄り（図１７の右寄り
）の空間１９ａ内に封入された空気の膨張に伴なって、
真空空間に対向した磁性流体１０がバーストした場合、
この磁性流体１０の飛沫が上記真空空間に飛散して、こ
の真空空間を汚染してしまう。

【００１８】この様な不都合を解消する為の技術として
、特開昭５９−１２６１６９号公報、同６１−２３６９
７１号公報には、図１８に示す様に、真空空間寄りの空
間１９ａを真空ポンプ２５に通じさせる事で、この空間
１９ａ内の空気を排出する技術が記載されている。空間
１９ａ内が真空にされる結果、真空空間に対向した磁性
流体１０がバーストする事はなくなるが、次に述べる理
由により、依然として磁性流体１０の飛沫が真空空間に
飛散する可能性が残されている。

【００１９】即ち、真空空間寄りの空間１９ａ内の空気
を排出する事によって、この空間１９ａ内の空気が膨張
する事は防止されるが、隣の空間１９ｂ内に封入された
空気の熱膨張により、両空間１９ａ、１９ｂを仕切って
いる磁性流体１０がバーストする恐れがある。そして、
この磁性流体１０のバーストにより飛散した磁性流体１
０が、上記空間１９ａを横切って、真空空間に対向する
磁性流体１０に吸収された場合、この真空空間に対向し
ている磁性流体１０の量が過剰になる恐れがある。

【００２０】真空空間に対向する磁性流体１０の量が過
剰になった場合には、軸２の回転に伴なってこの磁性流
体１０が周囲に飛散し、磁性流体１０の飛沫が真空空間
に飛散する恐れが生じる。

【００２１】本発明の真空用多段磁性流体シール装置は
、上述の様な不都合を解消するものである。

【００２２】

【課題を解決する為の手段】本発明の真空用多段磁性流
体シール装置は、前述した従来の真空用多段磁性流体シ
ール装置と同様に、円筒状の周面を有する磁性材製の第
一部材と、この第一部材と同心に設けられ、上記第一部
材に対して相対的に回転する第二部材と、この第二部材
の周面と上記第一部材の周面との間の円筒状の空間内に
挿入自在な大きさを有する円輪状に形成され、軸方向に
亙って着磁された永久磁石と、上記円筒状の空間内に挿
入自在な大きさを有する円輪状に形成され、上記永久磁
石の側面に固着されたポールピースと、このポールピー
スの周縁と上記第一部材の周面との間に、軸方向複数個
所に於いて、上記永久磁石の磁力により保持された磁性
流体とから成り、軸方向一方の側を真空空間に対向させ
た状態で使用される。

【００２３】更に、本発明の真空用多段磁性流体シール
装置に於いては、上記ポールピースの周縁と上記第一部
材の周面との間の隙間への磁性流体の保持力を、真空空
間に接する第一隙間で大きく、この第一隙間の隣の第二
隙間で小さくすると共に、この第二隙間よりも上記真空
空間から遠く、両側を上記磁性流体で仕切られた空間部
分を真空にした事を特徴としている。

【００２４】

【作用】上述の様に構成される、本発明の真空用多段磁
性流体シール装置の場合、第一隙間と第二隙間との間の
空間内の空気が膨張した場合でも、保持力が弱い、第二
隙間部分の磁性流体をバーストさせて、膨張分を逃がす
。従って、真空空間に対向する第一隙間部分の磁性流体
が真空空間に飛散する事がなくなる。

【００２５】より真空空間から離れた空間内の空気が膨
張する事で、この空間を仕切る磁性流体がバーストし、
その結果磁性流体の飛沫が発生した場合でも、この飛沫
は上記第二隙間部分に捕捉され、真空空間に対向する第
一隙間に迄達する事はない。従って、真空空間に対向す
る磁性流体の量が過剰になって、この磁性流体が真空空
間に飛散し易くなる事もない。

【００２６】

【実施例】図１〜２は本発明の第一実施例を示している
。円筒状の周面を有する磁性材製の第一部材である軸２
の外側には、第二部材であるハウジング１が、この軸２
と同心に設けられており、このハウジング１の内側に、
上記軸２を回転自在に支持している。この軸２の外周面
５と上記ハウジング１の内周面４との間の円筒状の空間
６内には、磁性流体シール装置本体３、３ａを複数個（
図示の例では４個）、互いの間に非磁性材製の間座２０
、２０を挟持した状態で、互いに直列に設けている。各
磁性流体シール装置本体３、３ａは、軸方向（図１の左
右方向）に亙って着磁された円輪状の永久磁石７、７を
、磁性材により円輪状に造られた１対のポールピース８
、８ａ、９、９ａによりサンドイッチ状に挟持し、各ポ
ールピース８、８ａ、９、９ａの内周縁と軸２の外周面
５との間に磁性流体１０、１０を、上記永久磁石７、７
の磁力によって保持する事により構成されている。

【００２７】真空側端部（図１の右端部）に設けた磁性
流体シール装置本体３ａを構成する、１対のポールピー
ス８ａ、９ａの内、真空空間に対向するポールピース８
ａの内径ｒは、逆側のポールピース９ａの内径Ｒよりも
小さく（ｒ＜Ｒ）している。この結果、上記真空空間側
ポールピース８ａの内周縁と上記軸２の外周面５との間
の第一隙間２１への磁性流体１０の保持力が、上記逆側
のポールピース９ａの内周縁と上記軸２の外周面５との
間の第二隙間２２への磁性流体１０の保持力よりも大き
くなる。

【００２８】更に、上記真空側端部の磁性流体シール装
置本体３ａと隣の磁性流体シール装置本体３との間の空
間１９ｂは、間座２０に形成した吸気通路２４を介して
、真空ポンプ２５の吸気口に通じさせる事により、この
空間１９ｂ内を真空にしている。尚、真空空間内の真空
度を１０−４ｔｏｒｒ以下（例えば１０−６〜１０−８
ｔｏｒｒ）とした場合、上記空間１９ｂの真空度は、例
えば１０−２〜１０−４ｔｏｒｒとする。

【００２９】上述の様に構成される、本発明の真空用多
段磁性流体シール装置の場合、第一隙間２１と第二隙間
２２との間の空間１９ａ内の空気が膨張した場合でも、
保持力が弱い、第二隙間２２部分の磁性流体１０をバー
ストさせて、膨張分を逃がす。

【００３０】即ち、直径方向の幅が狭い第一隙間２１に
保持された磁性流体１０は、十分に大きな保持力によっ
て、この第一隙間１０内に保持されている為、温度上昇
に伴なう空気の膨張によって、空間１９ａ内の圧力が上
昇した場合でも、バーストしにくい。一方、幅が広い第
二隙間２２に保持された磁性流体１０は、比較的バース
トし易い為、空間１９ａ内の圧力が上昇すると、この第
二隙間２２部分の磁性流体１０がバーストとして、上記
空間１９ａ内の空気を隣の空間１９ｂに逃がし、空間１
９ａ内の圧力がそれ以上上昇するのを防止する。

【００３１】従って、真空空間に対向する第一隙間２１
部分の磁性流体１０が真空空間に飛散する事がなくなる
。

【００３２】より真空空間から離れた空間１９内の空気
が膨張する事で、この空間１９を仕切る磁性流体１０が
バーストし、その結果磁性流体１０の飛沫が発生した場
合でも、この飛沫は上記第二隙間２２部分に捕捉され、
真空空間に対向する第一隙間２１に迄達する事はない。 従って、真空空間に対向する磁性流体１０の量が過剰に
なって、この磁性流体１０が真空空間に飛散し易くなる
事もない。

【００３３】尚、真空側端部の磁性流体シール装置本体
３ａを構成する１対のポールピース８ａ、９ａの内、真
空空間とは逆側のポールピース９ａの内径は、必ずしも
全周に亙って大きくする必要はない。例えば、図２（Ａ
）に示す様に、上記ポールピース９ａの内周縁を楕円形
にして、長径部分に於いて前記第二隙間２２の幅を広く
したり、或は図２（Ｂ）に示す様に、内周縁の一部に切
り欠き２６を形成し、この切り欠き２６部分で、前記第
二隙間２２の幅を広くする事も出来る。

【００３４】次に、図３は本発明の第二実施例を示して
いる。前述の第一実施例が、磁性流体１０、１０を多段
に亙って保持する為、複数の磁性流体シール装置本体３
、３を設けていたのに対して、本実施例の場合には、永
久磁石７の両側に設けた厚肉のポールピース２７、２７
の内周縁に、それぞれ複数の突条２８、２８を形成する
と共に、各突条２８、２８の内周縁と軸２の外周面５と
の間に、それぞれ磁性流体１０、１０を保持している。 その他の構成及び作用は、前述の第一実施例の場合と同
様である。

【００３５】次に、図４は本発明の第三実施例を示して
いる。本実施例の場合、上記第二実施例の様な、独立し
た磁性流体シール装置本体３ａを設けず、厚肉のポール
ピース２７、２７の内、真空側（図４の右側）のポール
ピース２７の内周縁に形成した突条２８、２８の内径を
、真空側程小さくしている。そして、１対のポールピー
ス２７、２７の間に存在する空間１９を、永久磁石７に
設けた吸気通路２４を介して、図示しない真空ポンプに
通じさせている。その他の構成及び作用は、前述の第一
〜第二実施例と同様である。

【００３６】次に、図５は本発明の第四実施例を示して
いる。本実施例の場合には、真空側端部（図５の右端部
）に設けた磁性流体シール装置本体３ａを構成する１対
のポールピース８ａ、９ａの内、真空側とは逆側のポー
ルピース９ａの内周縁を二股に形成する事で、このポー
ルピース９ａの内周縁と軸２の外周面５との間に磁性流
体１０、１０を、２段に亙って保持している。更に、給
気通路２４よりも真空側に設けた、ポールピース８ａ、
９ａの内径を、真空側のポールピース８ａ程小さくして
いる。その他の構成及び作用は、前述の第一〜第三実施
例と同様である。

【００３７】次に、図６は本発明の第五実施例を示して
いる。上述の第一〜第四実施例が何れも、真空側の第一
隙間２１を逆側の第二隙間２２よりも小さくする事によ
り、第一隙間２１への磁性流体１０の保持力を第二隙間
２２への磁性流体１０の保持力よりも大きくしていたの
に対して、本実施例の場合には、真空側とは逆側のポー
ルピース９ａと永久磁石７との間に間座２９を挟持する
事で、第一隙間２１への磁性流体１０の保持力を第二隙
間２２への磁性流体１０の保持力よりも大きくしている
。

【００３８】この様な間座２９を設ける事により、第二
隙間２２部分に存在する磁束の密度が、第一隙間２１部
分に存在する磁束の密度よりも低くなって、第一隙間２
１への磁性流体１０の保持力が、第二隙間２２への磁性
流体１０の保持力よりも大きくなる。尚、間座２９の材
質は、磁性材でも非磁性材でも良いが、好ましくは非磁
性材とする。

【００３９】次に、図７は本発明の第六実施例を示して
いる。本実施例の場合、真空側端部の磁性流体シール装
置本体３ａと隣の磁性流体シール装置本体３との間に転
がり軸受３０を設け、この転がり軸受３０が存在する空
間１９ｂ部分を、真空ポンプに通じさせている。本実施
例の場合、上記転がり軸受３０を潤滑する為の潤滑油の
漏れや、ダスト、或は蒸発に基づく汚染防止の効果があ
る。その他の構成及び作用は、前述の第一実施例の場合
と同様である。

【００４０】尚、上述の第一〜第六実施例は何れも、最
も真空空間寄りの空間１９ａの隣の空間１９ｂ内のみを
真空ポンプに通じさせ、上記空間１９ａ内には空気を残
留させているが、図８〜１５に示す様な構造により、こ
の空間１９ａ内の空気も排出する事も出来る。

【００４１】先ず、図８に示した第１例の構造は、前記
図１に示した第一実施例に於いて、ポールピース９ａに
通孔３１を形成したもの、図９に示した第２例の構造は
、前記図３に示した第二実施例に於いて、ポールピース
９ａに通孔３１を形成したもの、図１０に示した第３例
の構造は、前記図４に示した第三実施例に於いて、ポー
ルピース２７の突条２８、２８に通孔３１、３１を形成
したものである。この第３例の場合、空間１９側の通孔
３１を、真空空間側の通孔３１よりも大径としている。

【００４２】次に、図１１に示した第４例の構造は、前
記図５に示した第四実施例に於いて、ポールピース９ａ
に通孔３１を形成したもの、図１２に示した第５例の構
造は、前記図１に示した第一実施例に於いて、ハウジン
グ１と永久磁石７とに、真空ポンプに通じる通路３２を
形成したもの、図１３に示した第６例の構造は、前記図
３に示した第二実施例に於いて、ハウジング１と永久磁
石７とに、真空ポンプに通じる通路３２を形成したもの
、図１４に示した第７例の構造は、前記図４に示した第
三実施例に於いて、ハウジング１とポールピース２７と
に、真空ポンプに通じる通路３２を形成したもの、図１
５に示した第８例の構造は、前記図５に示した第四実施
例に於いて、ハウジング１と永久磁石７とに、真空ポン
プに通じる通路３２を形成したものである。

【００４３】尚、図示は省略したが、本発明は、図１６
（Ｂ）に示す様な、ポールピースの外周縁側に磁性流体
を保持する構造の、真空用多段磁性流体シール装置にも
適用出来る事は、勿論である。

【００４４】

【発明の効果】本発明の真空用多段磁性流体シール装置
は、以上に述べた通り構成され作用する為、磁性流体が
真空空間に飛散するのを確実に防止して、この真空空間
内の清浄度を保持出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す半部断面図。

【図２】ポールピースの形状の２例を示す側面図。

【図３】本発明の第二実施例を示す半部断面図。

【図４】本発明の第三実施例を示す半部断面図。

【図５】本発明の第四実施例を示す半部断面図。

【図６】本発明の第五実施例を示す半部断面図。

【図７】本発明の第六実施例を示す半部断面図。

【図８】真空空間側で両側を磁性流体により区画された
空間内を真空にする構造の第１例を示す半部断面図。

【図９】同じく第２例を示す半部断面図。

【図１０】同じく第３例を示す半部断面図。

【図１１】同じく第４例を示す半部断面図。

【図１２】同じく第５例を示す半部断面図。

【図１３】同じく第６例を示す半部断面図。

【図１４】同じく第７例を示す半部断面図。

【図１５】同じく第８例を示す半部断面図。

【図１６】磁性流体シール装置の基本的構造の２例を示
す断面図。

【図１７】従来の真空用多段磁性流体シール装置の第１
例を示す断面図。

【図１８】同第２例を示す、半部断面図。

【符号の説明】

１　　　　ハウジング ２　　　　軸 ３、３ａ　　　　磁性流体シール装置本体４　　　　内
周面 ５　　　　外周面 ６　　　　空間 ７　　　　永久磁石 ８、８ａ　　　　ポールピース ９、９ａ　　　　ポールピース １０　　　　磁性流体 １１　　　　ケーシング １２　　　　転がり軸受 １３　　　　軸受ハウジング １４　　　　真空用多段磁性流体シール装置１５　　　
　ポールピース １６　　　　ポールピース １７　　　　凹溝 １８　　　　Ｏリング １９、１９ａ、１９ｂ　　　　空間 ２０　　　　間座 ２１　　　　第一隙間 ２２　　　　第二隙間 ２４　　　　吸気通路 ２５　　　　真空ポンプ ２６　　　　切り欠き ２７　　　　ポールピース ２８　　　　突条 ２９　　　　間座 ３０　　　　転がり軸受 ３１　　　　通孔 ３２　　　　通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円筒状の周面を有する磁性材製の第一
   部材と、この第一部材と同心に設けられ、上記第一部材
   に対して相対的に回転する第二部材と、この第二部材の
   周面と上記第一部材の周面との間の円筒状の空間内に挿
   入自在な大きさを有する円輪状に形成され、軸方向に亙
   って着磁された永久磁石と、上記円筒状の空間内に挿入
   自在な大きさを有する円輪状に形成され、上記永久磁石
   の側面に固着されたポールピースと、このポールピース
   の周縁と上記第一部材の周面との間の軸方向複数個所に
   、上記永久磁石の磁力により保持された磁性流体とから
   成り、軸方向一方の側を真空空間に対向させた状態で使
   用される真空用多段磁性流体シール装置に於いて、上記
   ポールピースの周縁と上記第一部材の周面との間の隙間
   への磁性流体の保持力を、真空空間に接する第一隙間で
   大きく、この第一隙間の隣の第二隙間で小さくすると共
   に、この第二隙間よりも上記真空空間から遠く、両側を
   上記磁性流体で仕切られた空間部分を真空にした事を特
   徴とする真空用多段磁性流体シール装置。