JPH0570034B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、イオンプレーテイング装置やドライ
エツチング装置などの真空機器や気体を取り扱う
回転機器等の回転軸部に、非接触形軸封として使
用される磁性流体シール装置に関する。

〔従来の技術〕

磁性流体シールは摩擦、騒音が無く、簡単な構
成によつて高い気密性が得られることから、メカ
ニカルシール等に代つて多くの回転軸部に使用さ
れるようになつてきている。

従来におけるこの種の磁性流体シールは、肉厚
円筒形の複数のポールピースを、磁石を挾んで磁
性シヤフト周囲のハウジング内に配設することに
より、各ポールピースと磁性シヤフトの間に狭い
隙間を形成し、この隙間に磁気的に磁性流体を捕
促させる構成を基本としており、ポールピースと
磁性シヤフトの間に広狭隙間（ラビリンス）を得
るために、磁性シヤフト周囲に環状突起を形成し
たり、内面に微細凹凸を形成したブロツクリング
をポールピースとして用いたりしたものが一般的
であつた。

しかしながら、上記のような磁性流体シール装
置では、シヤフト周面の凹凸や、ブロツクリング
内面の微細凹凸を高精度に形成する加工において
不経済があると共に、構造的に軸方向の狭い間隔
内に磁束密度の高い多数の磁性流体捕捉部を形成
することが出来ないという問題点があつた。

このような問題を解決する磁性流体シール構造
として、本願出願人は実開昭62−71473号公報に
開示されるように、内径が異なる磁性デイスクを
交互に重合密着したデイスクパツクをポールピー
スとして使用したものを提案している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の磁性流体シール装置には
上記問題点の他、磁性流体が飛散等により次第に
減少してしまうという問題、磁性流体の粘性と磁
性シヤフトの高速回転によつて生じる粘性発熱を
十分に冷却し難いという問題、さらにはポールピ
ースや磁石とハウジングとの間のシール性確保の
ために複雑な構造を要し、組立性が悪いといつた
問題があり、これらの問題は上記実開昭62−
71473号公報において提案した磁性流体シール構
造でも解消されていなかたつ。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
で、デイスクパツクのデイスクと磁性シヤフトの
間の微小〓間に捕捉される磁性流体の減少を防止
することができるとともに、磁性流体を、シール
性の低下を招くことなく、十分に冷却することが
でき、しかも、製作組立性にも優れた磁性流体シ
ール装置を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明により磁性
流体シール装置は、磁性シヤフトの周囲の非磁性
ハウジング内に、その外径が前記非磁性ハウジン
グの内径とほぼ等しく、かつ、内径が互いに異な
る磁性デイスクを交互に重合密着したデイスクパ
ツクでなる複数のポールピースが磁石を挟んで配
設され、前記各デイスクパツクのデイスクのうち
内径が小さい側のデイスクと前記磁性シヤフトの
間の微小間〓に磁性流体が磁気的に捕捉されてな
る磁性流体シール装置において、前記複数のポー
ルピースのうちシヤフトの軸方向両端に位置する
各ポールピースの外側側面に、その内周面が該ポ
ールピースの外側側面に向つて縮径するテーパ面
を有し、このテーパ面と前記磁性シヤフトの外周
面及びポールピースとの間に空間を形成するスペ
ーサを接着するとともに、前記複数のポールピー
ス、磁石及び各スペーサを磁性シヤフトとの間に
納設する前記非磁性ハウジングの外周に、このハ
ウジングの外周面との間に冷却室を形成するジヤ
ケツトを着脱可能に設けたものである。

［作用］ 上記のような構成の本発明によれば、ポールピ
ースを構成するデイスクパツクのデイスクの外径
を非磁性ハウジングの内径とほぼ等しくすること
で、ポールピースの位置決めを非磁性ハウジング
によつて行なわせることが可能となり、ポールピ
ースの組立てが容易になる。また、複数のポール
ピース、磁性シヤフト及びスペーサの内周面のテ
ーパ面とにより形成される空間が、磁性シヤフト
の高速回転にともなつて飛散される磁性流体を捕
捉し、かつ、プールすることになるので、磁性流
体の減少が極力防止される。さらに、非磁性ハウ
ジングの外周に、ジヤケツトを装着することによ
り、磁性流体によるシール室と完全に分離させて
冷却室を形成させることが可能であり、この冷却
室に冷却用流体を流通させることで、所定のシー
ル性は確保しながら、高速回転にともない粘性発
熱する磁性流体をハウジング及びポールピースを
介して十分に冷却し、磁性流体の蒸発による減少
も抑えることができる。加えて、両端のポールピ
ースの外側側面にスペーサを接着することによ
り、該スペーサと非磁性ハウジングとの間のシー
ル性を確保すれば、ポールピースとスペーサとの
間のシール性を厳密にする必要がなくなり、全体
のシール構造が簡単なものとなる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示した実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は大気側Ａと真空側Ｂの間の隔壁部に、
本発明による磁性流体シール装置を実施した場合
の縦断面説明図、第２図は第１図の軸直角断面図
である。

図において、１は非磁性ハウジングであつて、
この非磁性ハウジング１は、前記大気側Ａと真空
側Ｂ間の隔壁Ｃに固定された円筒状のハウジング
本体１ａと、このハウジング本体１ａの大気側Ａ
に設けた開口部を閉塞するハウジングカバー１ｂ
からなり、その中心部には大気側Ａと真空側Ｂを
貫く磁性シヤフト２が貫入する軸孔３が貫設され
ている。すなわち、非磁性ハウジング１は磁性シ
ヤフト２の周囲に配設されており、この磁性シヤ
フト２との間に環状の収納室４を形設している。
前記ハウジング本体１ａには真空側Ｂの端部にフ
ランジ１aaが形設れており、このフランジ部１
aaが前記隔壁Ｃに固定されている。また、磁性
シヤフト２は、端部側の小径部２ａと中央の大径
部２ｂとからなり、この大径部２ｂの周囲に前記
非磁性ハウジング１は配設されている。

前記収納室４には非磁性ハウジング１と磁性シ
ヤフト２の間に介設されるベアリング５１，５２
及びシール機構６が納設されている。すなわち、
収納室４の奥部に一方のベアリング５１が納設さ
れ、このベアリング５１と他方のベアリング５２
の間にシール機構６が納設されている。

シール機構６は、２組のポールピース７１，７
２、これらポールピース７１，７２の間に挾持さ
れた永久磁石８、ポールピース７１，７２のそれ
ぞれの外側側面に接着されたスペーサ９１，９
２、及びこれらスペーサ９１，９２に形成された
溝に装着されたＯリング１０１，１０２からな
る。

ポールピース７１，７２は、それぞれ、例え
ば、SUS403のような耐食性のある材質でなり且
つ厚みが1.0mm以下である第１磁性デイスク７１
ａ，７２ａと第２磁性デイスク７１ｂ，７２ｂを
交互に重合密着したデイスクパツクでなる。第１
磁性デイスク７１ａ，７２ａは、前記磁性シヤフ
ト２の大径部２ｂの外径よりもわずかに大きな内
径を有し且つ前記収納室４の内径と略等しい外径
を有する。すなわち、ポールピース７１，７２を
前記収納室４に納設すると、第１磁性デイスク７
１ａ，７２ａと磁性シヤフト２の大径部２ｂの外
周面の間には微小隙間が形成される。尚、この微
小隙間は0.1mm以下とするのが良い。一方、第２
磁性デイスク７１ｂ，７１ｂは内径は第１磁性デ
イスク７１ａ，７２ａよりも大きく、外径は第１
磁性デイスク７１ａ，７２ａと等しく成形されて
いる。そして、これら第１磁性デイスク７１ａ，
７２ａと第２磁性デイスク７１ｂ，７２ｂは樹脂
あるいは銀ロウを用いて交互に重合密着されてい
る。

永久磁石８は、前記第２磁性デイスク７１ｂ，
７２ｂと同一の内径及び外径を有するリング状に
形成されており、したがつて、永久磁石８の内周
と磁性シヤフト２の大径部２ｂの外周、及びポー
ルピース７１，７２間には空間１１３が形成され
ている。また、この永久磁石８は第１図に示すよ
うに軸方向に着磁されている。

前記ポールピース７１，７２の外側側面にエポ
キシ樹脂等の樹脂接着剤を介して接着されている
スペーサ９１，９２は、前記ポールピース７１，
７２あるいは永久磁石８と同一の外径を有し、且
つ内周面にはポールピース７１，７２側へ向つて
縮径するテーパ面９１ａ，９２ａが形成されてい
る。これらテーパ面９１ａ，９２ａを形成するス
ペーサ９１，９２の最小内径部は前記磁性シヤフ
ト２の大径部２ｂの外径よりもわずかに大きくさ
れており、よつてこの最小内径部は前記大径部２
ｂの外周面に微小間隔をおいて接近している。ま
た、テーパ面９１ａ，９２ａの最大内径は前記第
２磁性デイスク７１ｂ，７２ｂの内径と略等しく
形成されている。すなわち、前記テーパ面９１
ａ，９２ａは、磁性シヤフト２の大径部２ｂの外
周面及びポールピース７１，７２との間にそれぞ
れ空間１１１，１１２を形成している。なお、上
記スペーサ９１，９２は、ハウジング１と同様な
非磁性体でも、デイスク７１ａ，７２ｂ，７２
ａ，７２ｂと同様な磁性体のいずれであつてもよ
い。

Ｏリング１０１，１０２は、それぞれスペーサ
９１，９２の外周面に凹設した溝に装着されてお
り、前記収納室４の内壁面との間のシール性を確
保している。

１３は前記収納室４の開口端側に配されるベア
リング５２を位置決めするスナツプリングであ
る。

前記非磁性ハウジング１のハウジングカバー１
ｂの外周面には雄ねじ１baが螺設されており、
ハウジングカバー１ｂは、この雄ねじ１baをハ
ウジング本体１ａの内径に螺設した雄ねじに螺合
させてねじ込むことにより、シール機構６を挾ん
だベアリング５２を押し付けて非磁性ハウジング
１と磁性シヤフト２の軸方向の位置決めをすると
ともに、前記収納室４の大気側Ａの開口端を閉塞
する。尚、１bbはセツトスクリユー（図示せず）
ねじ込み用のねじ孔であつて、ここに螺入される
セツトスクリユーは、ハウジングカバー１ｂをね
じ込む把手として機能するとともに、ねじ込み完
了後の廻り止めとしても機能する。

１４は磁性流体であつて、前記第１磁性デイス
ク７１ａ，７２ａの内径部と磁性シヤフト２の大
径部２ｂの外周面と間に形成された微小隙間に、
前記永久磁石８の磁力により捕捉されている。す
なわち、永久磁石８、ポールピース７１，７２及
び磁性シヤフト２によつて磁気回路が形成される
た、前記第１磁性デイスク７１ａ，７２ａと前記
大径部２ｂの外周面間の微小隙間には磁束が集中
し、注入した磁性流体１４が捕捉されるのであ
る。

１５は前記非磁性ハウジング１の外周に着脱可
能に設けられる円筒状のジヤケツトである。この
ジヤケツト１５は、ハウジング本体１ａの外周面
との間に冷却室１６を形成するもので、ねじ込み
孔１５ａに螺入させるセツトスクリユー（図示せ
ず）でハウジング本体１ａに装着される。１５ｂ
はジヤケツト１５の周壁に穿設された流入通路
で、この流入通路１５ｂを介して冷却室１６内に
冷却器（図示せず）から冷却用流体が圧送される
ようになつている。また、第２図に示す１５ｃ
は、冷却室１６から冷却用流体を排出するために
ジヤケツト１５の周壁に穿設された流出通路であ
り、前記流入通路１５ｂから冷却室１６内へ導入
した冷却用流体を流出通路１５ｃから排出するよ
うにして、冷却用流体が冷却器と冷却室１６間を
循環するようにしている。

以上のようにしてなる磁性流体シール装置は、
第１磁性デイスク７１ａ，７２ａと磁性シヤフト
２の大径部２ｂとの間で磁束密度の最も高い微小
〓間に磁気的に捕捉される磁性流体１４により、
大気側Ａと真空側Ｂとの間が密封されている。そ
して、磁性シヤフト２の高速回転により飛散され
た磁性流体１４は、各ポールピース７１，７２の
周辺で、シヤフト２の大径部２ｂの外周面とポー
ルピース７１，７２の側面およびスペーサ９１，
９２のテーパ面９１ａ，９２ａとの間に形成され
る磁束密度の高い空間１１１，１１２、及び、永
久磁石８の内周面とシヤフト２の大径部２ｂの外
周面およびポールピース７１，７２の間に形成さ
れる磁束密度の高い空間１１３に磁気的に捕捉さ
れてプールされる。また、磁性シヤフト２の回転
速度の上昇等により粘性発熱が大きくなつたとき
は、ジヤケツト１５を装着して冷却室１６内に冷
却用流体を循環させ、ポールピース７１，７２の
冷却を図ることができる。さらに、上記磁性流体
シール装置は、収納室４に、ベアリング５１、ス
ペーサ９１とポールピース７１の接着体、永久磁
石８、ポールピース７２とスペーサ９２の接着
体、ベリアリング５２を順次組み込み、ハウジン
グカバー１ｂをハウジング本体１ａに装着するだ
けで組み立てられる。

尚、本発明は、上記実施例の構造に限定される
ものでない。例えば上記実施例では１つの永久磁
石と２組のポールピースで磁気回路を構成した
が、第３図に示すように、３つの永久磁石８Ａ，
８Ｂ，８Ｃと４組のポールピース７１Ａ，７２
Ａ，７３Ａ，７４Ａを用いて磁気回路を構成する
ようにしてもよく、このようにすれば耐圧性をよ
り向上させることができる。但し、この第３図は
収納室４Ａ内と磁性シヤフト２Ａ以外の部分は省
略して示しており、且つ第１図と同一部位には同
一符号を付している。この他、本発明において
は、磁性シヤフトを実施例に示した中実なものに
代えて中空シヤフトとしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、ポールピース
を構成するデイスクパツクのデイスクの外径が非
磁性ハウジングの内径とほぼ等しいので、ポール
ピースを位置決めしやすくして、該ポールピース
を含めてシール部の組立性を向上することができ
る。また、磁性シヤフトの高速回転にともなつて
飛散される磁性流体を、複数のポールピース、磁
性シヤフト及びスペーサの内周面のテーパ面とで
形成される空間に磁気的に捕捉させ、かつ、プー
ルさせることができるので、磁性流体の減少を極
力防止して、所定のシール性を長期間にわたつて
良好に確保することができる。

しかも、非磁性ハウジングの外周に、ジヤケツ
トを装着することにより、磁性流体によるシール
室と完全に分離させて冷却室を形成させることが
可能であるから、この冷却室に冷却用流体を流通
させることで、所定のシール性は確保しながら、
高速回転にともない粘性発熱する磁性流体をハウ
ジング及びポールピースを介して十分に冷却し、
磁性流体の蒸発による減少も抑え、この面からも
シール性の低下を抑制することができる。加え
て、両端のポールピースの外側側面にスペーサを
接着することにより、該スペーサと非磁性ハウジ
ングとの間のシール性を確保すれば、ポールピー
スとスペーサとの間のシール性を厳密にする必要
がなくなり、ハウジングの外周に冷却室を形成す
るためにシール自体の設計・加工も容易になるこ
とと相俟つて、全体構造を簡単にして、製作およ
び組立性の一層の向上を図り得るという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面説明
図、第２図は第１図の軸直角断面図、第３図は本
発明の他の実施例の要部を示す縦断面説明図であ
る。 １……非磁性ハウジング、２……磁性シヤフ
ト、２ｂ……大径部、７１，７２……ポールピー
ス、８……永久磁石、９１，９２……スペーサ、
９１ａ，９２ａ……テーパ面、１１１，１１２…
…空間、１４……磁性流体、１５……ジヤケツ
ト、１６……冷却室、７１Ａ〜７４Ａ……ポール
ピース、８Ａ〜８Ｃ……永久磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性シヤフトの周囲の非磁性ハウジング内
   に、その外径が前記非磁性ハウジングの内径とほ
   ぼ等しく、かつ、内径が互いに異なる磁性デイス
   クを交互に重合密着したデイスクパツクでなる複
   数のポールピースが磁石を挟んで配設され、前記
   各デイスクパツクのデイスクのうち内径が小さい
   側のデイスクと前記磁性シヤフトの間の微小間〓
   に磁性流体が磁気的に捕捉されてなる磁性流体シ
   ール装置において、 前記複数のポールピースのうちシヤフトの軸方
   向両端に位置する各ポールピースの外側側面に、
   その内周面が該ポールピースの外側側面に向つて
   縮径するテーパ面を有し、このテーパ面と前記磁
   性シヤフトの外周面及びポールピースとの間に空
   間を形成するスペーサを接着するとともに、前記
   複数のポールピース、磁石及び各スペーサを磁性
   シヤフトとの間に納設する前記非磁性ハウジング
   の外周に、このハウジングの外周面との間に冷却
   室を形成するジヤケツトを着脱可能に設けたこと
   を特徴とする磁性流体シール装置。