JPH0666375A - 真空用磁性流体シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】磁性流体１０の飛沫が真空空間２６に飛散する
のを確実に防止する。 【構成】一方のポールピース９の内周縁と軸２の外周面
５との間にＯリング２４を設ける。このポールピース９
の内周縁と軸２の外周面５との間でこのＯリング２４か
ら外れた部分に磁性流体１０を、永久磁石７の磁力によ
り保持する。他方のポールピース８の内周縁と軸２の外
周面５との間には一切シール材を設けない。

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３（Ａ）（Ｂ）に示す様な構造を有
している。

【０００５】この内の図３（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３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３（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の磁力によって保持された磁
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１
０、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−
４３５８８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、真空用磁性流体シール装置が知られてい
る。

【００１１】図４は、この様な真空用磁性流体シール装
置の１例を示している。この図４に於いて、１３は円筒
状の軸受ハウジングで、内部（図４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、真空用磁性流体シール装置１
４を設けている。この真空用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１
５、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段に亙り保持している。従って、図４に示した真空
用磁性流体シール装置１４の場合、磁性流体１０、１０
が、軸方向（図４の左右方向）に亙り１０段設けられて
いる。

【００１４】真空用磁性流体シール装置１４は、上述の
様に、磁性流体１０、１０を複数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、真空用磁性流体シール装置１４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、真空用磁性流体シール装置に於い
ては、軸方向に複数段に亙って設けられる磁性流体１
０、１０同士の間の空間１９、１９ａ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、真空用磁性流体シール装置１４を構
成する際には、上記各空間１９、１９ａ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（１９ａ）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４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】本発明の真空用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。

【００１９】

【課題を解決する為の手段】本発明の真空用磁性流体シ
ール装置は、前述した従来の真空用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、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。

【００２０】特に、本発明の真空用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
周面との間には、これら周縁と周面との間に存在する円
環状の隙間の一部を塞ぐ固体シール材が設けられてお
り、上記隙間の残部でこの固体シール材が占めている空
間以外の部分にのみ、上記磁性流体が保持されており、
これら固体シール材と磁性流体とにより、上記真空空間
と大気圧部分とを隔てた事を特徴としている。

【００２１】

【作用】上述の様に構成される、本発明の真空用磁性流
体シール装置の場合、固体シール材と磁性流体とにより
真空空間と大気圧部分とを隔てる事で、これら真空空間
と大気圧部分との間のシール性保持を確実に図れる。

【００２２】又、シールの為の固体シール材並びに磁性
流体は、真空空間側にのみ設けている為、前記従来構造
に於ける空間１９（図４）の様に、両側を仕切られた空
間が形成されない。従って、この空間１９内に封入され
た気体の膨張に基づいて磁性流体がバーストする事もな
く、上記真空空間が磁性流体の飛沫により汚染される事
もなくなる。

【００２３】

【実施例】図１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が設けられてい
る。そして、１対の転がり軸受２１、２１により上記軸
２を、上記ハウジング１の内側に回転自在に支持してい
る。

【００２４】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を設けている。この磁性流体シール装置本
体３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、真空空間２６に対向する一方のポールピース９の内
周縁と軸２の外周面５との間に磁性流体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。２０、２０は、磁性流体シール装置本体３と転がり
軸受２１、２１との間に設けた非磁性材製の間座であ
る。

【００２５】大気圧部分２７に対向する他方のポールピ
ース８の内周縁と軸２の外周面５との間には磁性流体を
保持せず、円環状の隙間２２のまま残している。即ち、
この他方のポールピース８は、上記永久磁石７の一端面
から出た磁束が、軸２を通ってこの永久磁石７の他端面
に達する様にする、磁気通路としての役目のみを果た
す。従って、この他方のポールピース８の内周縁は、軸
２の外周面５と接触はしないが、可能な限り隙間が小さ
くなる様に近接させている。

【００２６】上記一方のポールピース９の内周縁で、厚
さ方向中間部には凹溝２３を、全周に亙り形成し、この
凹溝２３に、固体シール材であるＯリング２４の外周寄
り部分を係止している。そして、このＯリング２４の内
周縁部で上記凹溝２３から突出した部分を、上記軸２の
外周面５に摺接させている。この結果、上記一方のポー
ルピース９の内周縁と軸２の外周面５との間の隙間２５
が、Ｏリング２４により塞がれる。上記Ｏリング２４と
しては、耐摩耗性に優れ、摩擦係数の低いものを使用す
るが、例えばデュポン社製の『バイトン』、ダイキン工
業社製の『ダイエル』等の弗素系のＯリングが、好まし
く利用出来る。

【００２７】更に、上記隙間２５の一部で上記Ｏリング
２４から外れた部分には、磁性流体１０を、上記永久磁
石７の磁力により保持している。これらＯリング２４と
磁性流体１０とにより、真空空間２６と大気圧部分２７
とを隔てている。上記Ｏリング２４の内周縁と軸２の外
周面５との摺動部には、磁性流体１０が毛細管現象によ
り染み込み、摺動部の潤滑を行なう。従って、軸２を高
速で回転させた場合にも、上記摺動部の発熱は最小限に
抑えられ、上記Ｏリング２４の耐久性も十分に確保され
る。

【００２８】尚、磁性流体１０は、上記Ｏリング２４の
両側に設けても、或は図１に示す様に真空空間２６の側
にのみ設けても良い。但し、真空空間２６の側にのみ磁
性流体１０を設ける場合には、図１に示す様に、ポール
ピース９の一部で真空空間２６側部分の、上記磁性流体
１０が保持される部分の内径を、永久磁石７側部分の内
径よりも少し小さくする事が好ましい。

【００２９】これに対して、Ｏリング２４の両側に磁性
流体１０を保持する場合には、上記ポールピース９の内
径は、Ｏリング２４の両側で等しくする。この様に両側
に磁性流体１０を保持する場合、凹溝２３の内部に空気
が封入される場合があるが、この空気の量は極く微量で
あり、仮に膨張した場合でも磁性流体１０をバーストさ
せる危険性は殆ど考えられない。従って、用途によって
は十分に使用可能である。

【００３０】上述の様に構成される、本発明の真空用磁
性流体シール装置の場合、Ｏリング２４と磁性流体１０
とにより真空空間２６と大気圧部分２７とを隔てる事
で、これら真空空間２６と大気圧部分２７との間のシー
ル性保持を確実に図れる。又、Ｏリング２４の摺接部よ
りも真空空間２６に寄った部分に磁性流体１０を設けて
いる為、仮にＯリング２４から摩耗粉が生じた場合で
も、この摩耗粉が真空空間２６に進入する事はない。

【００３１】又、上記真空空間２６と大気圧部分２７と
の間をシールする為のＯリング２４並びに磁性流体１０
は、真空空間２６側にのみ設けている為、前記従来構造
に於ける空間１９（図４）の様に、両側を仕切られた空
間が形成されない。従って、この空間１９内に封入され
た気体の膨張に基づいて磁性流体１０がバーストする事
もなく、上記真空空間２６が磁性流体１０の飛沫により
汚染される事もなくなる。

【００３２】尚、図示の実施例では、永久磁石７の両側
にポールピース８、９を設け、この内の真空空間２６側
のポールピース９の内周縁にのみ、Ｏリング２４と磁性
流体１０とを設けているが、これらＯリング２４と磁性
流体１０とは、大気圧部分２７側のポールピース８の内
周縁のみに設ける事も出来る。但し、永久磁石７と各ポ
ールピース８、９との間の気密保持を考えた場合、Ｏリ
ング２４と磁性流体１０とは、真空空間２６側に設ける
のが好ましい。更に、Ｏリング２４並びに磁性流体１０
を設けない側のポールピースは、単に磁束通路としての
役目を果たすのみである為、永久磁石７の片端面を磁性
材製の転がり軸受２１に突き当てる等により、磁束通路
を確保出来れば、Ｏリング２４並びに磁性流体１０を設
けない側のポールピースを省略しても良い。

【００３３】次に、図２は本発明の第二実施例を示して
いる。本実施例の場合、軸２の外周面５でポールピース
９の内周縁中間部に対向する部分に、全周に亙って凹溝
２８を形成し、この凹溝２８にＯリング２４の内周寄り
部分を係止している。そして、このＯリング２４の外周
縁を、上記ポールピース９の内周縁で、厚さ方向中間部
に摺接させている。図示の例では、上記Ｏリング２４の
両側に磁性流体１０を保持している。但し、好ましく
は、上述の第一実施例の場合と同様に、Ｏリング２４の
真空空間２６側にのみ、磁性流体１０を保持する。その
他の構成及び作用は、上述の第一実施例の場合と同様で
ある。

【００３４】尚、図示は省略したが、本発明は、図３
（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、真空用磁性流体シール装置にも適用
出来る事は、勿論である。

【００３５】

【発明の効果】本発明の真空用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】本発明の第二実施例を示す半部断面図。

【図３】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４】従来の真空用磁性流体シール装置の１例を示す
断面図。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 軸 ３ 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 ポールピース ９ 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 空間 ２０ 間座 ２１ 転がり軸受 ２２ 隙間 ２３ 凹溝 ２４ Ｏリング ２５ 隙間 ２６ 真空空間 ２７ 大気圧部分 ２８ 凹溝

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には、これら周縁と周面との間
   に存在する円環状の隙間の一部を塞ぐ固体シール材が設
   けられており、上記隙間の残部でこの固体シール材が占
   めている空間以外の部分にのみ、上記磁性流体が保持さ
   れており、これら固体シール材と磁性流体とにより、上
   記真空空間と大気圧部分とを隔てた事を特徴とする真空
   用磁性流体シール装置。