JPH081262B2 - 磁性流体シール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンプレーティング装置やドライエッチ
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、非接触形軸封部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や騒音がなく、簡単な構成によ
って高い気密性が得られ且つ数千r.p.m以上の高速回転
にも対応できることから、メカニカルシール等に代わっ
て多くの回転軸部に使用されるようになってきている。

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ャフト周
囲のハウジング内に配設することにより、各ポールピー
スと磁性シャ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捉させる構成を基本としており、
ポールピースと磁性シャフトの間に広狭隙間（ラビリン
ス）を得るために、磁性シャ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ックリングをポ
ールピースとして用いたりしたものが一般的であった。

しかしながら、上記のような磁性流体シールでは、シ
ャフト周囲の凹凸や、ブロッ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ともに、
構造的に軸方向の狭い間隙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できないという問題があ
った。

このような問題を解決する磁性流体シール装置とし
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ィスクを交互に重合密着し
たディスクパッ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、上記実開昭62−71473号公報に開示さ
れる磁性流体シール装置では、内径が小さい側の磁性デ
ィスクと磁性シャフトの間に磁性流体を確実に捕捉する
ことができないことがあり、十分なシール効果を得るこ
とができない場合が発生するという問題があった。本願
発明者は鋭意研究の結果、その理由が、内径の小さい磁
性ディスクと磁性回転体の外周面との隙間が内径の小さ
い磁性ディスクの厚みより大きくなると、シール部であ
る磁性ディスクと磁性回転体間の磁束密度が低下してし
まうためであるということを解明した。このような状態
では、磁性流体装置の一次側と二次側間の耐差圧特性が
低下してしまい、前述したようにシール装置としての目
的を十分に達成できない。

本発明の目的は、前記耐差圧特性を低下させることな
く且つ実用に即した磁性流体シール装置を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明による磁性流体シール装置は上記目的を達成す
るために、前記ポールピースが前記第１の磁性ディスク
を少なくとも２枚以上備え、且つこの第１の磁性ディス
クの内周面とこの内周面に対向する磁性回転体の外周面
との間の微少間隙が、内径が大きい側である第２の磁性
ディスクの厚み以下で且つ20μｍ以上とされていること
を特徴としている。

［作用］ このようにした磁性流体シール装置は、磁性回転体と
内径が小さい側の磁性ディスクとの間隙が、内径が小さ
い側の磁性ディスク間の間隔より大きくなるから、前記
磁性回転体と内径が小さい側の磁性ディスク間に磁束が
集中する。また、磁性回転体と内径が小さい側の磁性デ
ィスクとの間隙が20μｍ以上確保されているから、加工
誤差や組み立て誤差の影響を受けない。

［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って、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を貫く磁性シャフト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は磁性シャフ
ト２の周囲に配設されており、この磁性シャフト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が形設されてお
り、このフランジ1aaが前記隔壁Ｃに固定されている。
また磁性シャフト２は、端部側の小径部2aと中央の大径
部2bとからなり、この大径分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と磁性シャフト
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71,72、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のそれぞれの外側面に密着されたスペー
サ91,92及びこれらスペーサ91,92に形設された溝に装着
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、第１磁性ディスク7
1aと第２磁性ディスク71b、もしくは第１磁性ディスク7
2aと第２磁性ディスク72bを交互に重合密着したディス
クパックとして構成されている。これら第１磁性ディス
ク71a,72a及び第２磁性ディスク71b,72bは、例えばSUS4
03のような耐蝕性のある材質でなり、且つ全て同一厚さ
ｔに形成されている（第３図参照）。この厚さｔは第１
磁性ディスク71a,72aに対しては磁束密度を高めるため
に、また第２磁性ディスク71b,72bに対しては磁束密度
を低下させないために、1.0mm以下であることが望まし
い。

第１磁性ディスク71a,72aは、前記磁性シャフト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の内径とほぼ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磁性ディスク71a,72aと大径部2bの外周面の間に
は、第３図に示すように微小な間隙ｈを以て対向する磁
性流体捕捉部100が形成される。一方、第２磁性ディス
ク71b,72bは、内径が第１磁性ディスク71a,72aよりも大
きく、外径は第１磁性ディスク71a,72aと等しく成形さ
れている。そして、これら第１磁性ディスク71a,72aと
第２磁性ディスク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。

前記第１磁性ディスク71a,72aと大径部2bの外周面の
間の間隙ｈは、隣接する第１磁性ディスク71a,72a間も
しくは72a,72a間の間隔よりも小さくなるように、第２
磁性ディスク71b,72bの厚みｔ以下に設定されている。
また、前記間隙ｈは同時に、20μｍ未満では加工精度及
び組み立て精度の制約を受けるため、20μｍ以上に設定
されている。

永久磁石８は、前記第２磁性ディスク71b,72bと同一
の内径及び外径を有すリング状に形成されており、した
がって、永久磁石８の内周と大径部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の外側面には、それぞれスペ
ーサ91,92がエポキシ樹脂等の樹脂接着剤を用いて接着
されている。これらスペーサ91,92の最小内径部は前記
磁性シャフト２の大径部2bの外周面に微小間隔をおいて
接近している。

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ップリングである。

前記非磁性ハウジング１のハウジングカバー1b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1
bは、この雄ねじ1baをハウジング本体1aの内径に螺設し
た雌ねじに螺合させてねじ込むことにより、ベアリング
52を押し付けてシール機構６を非磁性ハウジング１と磁
性シャフト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
ットスクリュー（不図示）ねじ込み用のねじ孔であっ
て、ここに螺入されるセットスクリューは、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は磁性流体であって、前記第１磁性ディスク71a,72
aの内径部と磁性シャフト２の大径部2bの外周面との間
に形成された捕捉部100及びその周囲に、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及び磁性シャフト２によって磁
気回路が形成されるため微小間隙ｈである前記捕捉部10
0に磁束が集中し、注入した磁性流体14が捕捉されるの
である。このとき、微小間隙ｈは第２磁性ディスク71b,
72bの厚みｔ以下にされているから、隣接する第１磁性
ディスク71a,72a間もしくは72a,72a間を通過する磁気回
路が形成されず、磁束は前記微小間隙ｈに集中する。

15は前記非磁性ハウジング１の外周に着脱可能に設け
られる円筒状ジャケットである。このジャケット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に螺入させるセットスクリュー
（不図示）でハウジング本体1aに装着されている。15b
はジャケット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15内に冷却器（不図示）から
冷却用流体が圧送されるようになっている。また、第２
図に示す15cは前記冷却室16から冷却用流体を排出する
ためにジャケット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
性ディスク71a,72aと磁性シャフト２の大径部2b間に磁
気的に捕捉した磁性流体により、大気側Ａと真空側Ｂの
間を密封している。また、磁性シャフト２の回転速度の
上昇等により粘性発熱が大きくなったときはジャケット
15を装着して冷却室16内に冷却用流水を循環させ、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、本発明が上記実施例に限定されるものでないのは
もちろんであって、例えば、実施例では１つの永久磁石
と２つのポールピースで磁気回路を構成するようにした
が、例えば第４図に示すように、３つの永久磁石8A,8B,
8Cと４つのポールピース71A,72A,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。この場合、１つの
永久磁石と２つのポールピースでなる磁性流体シールが
３段構成されていることになる。この磁性流体シールの
段数は、10段を超えると軸長が長くなりすぎることによ
り撓みが生じ前記微小間隙を正確に設定でき難くなるこ
とがあるため、10段以下としておくのが好ましい。ま
た、磁性流体シールが10段を超えると、磁性回転体の起
動トルクが極度に大きくなりすぎる虞もある。尚、この
第４図では、収納室4A内と磁性シャフト2A以外の部分は
省略しており、かつ第１図と同一部位には同一符号を付
している。

この他、各ポールピースを構成する内径が小さい側で
ある第１の磁性ディスクの枚数は10枚以下としておくこ
とが好ましい。この第１の磁性ディスクの枚数が10枚を
超えると、永久磁石から遠い磁性ディスクに対する磁界
の影響が小さくなり、それ以上増やすことに意味がなく
なる可能性が高い。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明による磁性流
体シール装置によれば、磁性ディスクと磁性回転体の間
に磁束が集中するから、磁性流体シール装置の一次側と
二次側間の耐差圧特性を、永久磁石の磁力を有効に利用
した高いレベルにすることができるという効果を奏す
る。また、磁性回転体と磁性ディスクの間隙が20μｍ以
上確保されるから、加工精度や組み立て精度に制約され
て実現を妨げられることがない。これは、磁性ディスク
の厚みが20μｍ以上確保されることによっても同様のこ
とがいえる。

【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図は第１図の要部拡大
図、第４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。 ２…磁性シャフト（磁性回転体） 71,72…ポールピース ８…永久磁石（磁石） 14…磁性流体 2A…磁性シャフト（磁性回転体） 71A〜74A…ポールピース 8A〜8C…永久磁石（磁石）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内径が異なる第１及び第２の磁性ディスク
   を交互に重合密着してなる２以上のポールピースを、磁
   性回転体の周囲に各ポールピース間に磁石を挾んで配設
   し、各ポールピースを構成する磁性ディスクのうち内径
   が小さい側である第１の磁性ディスクと前記磁性回転体
   の間の微少間隙に、磁性流体を磁気的に捕捉してなる磁
   性流体シール装置において、 前記ポールピースが前記第１の磁性ディスクを少なくと
   も２枚以上備え、且つこの第１の磁性ディスクの内周面
   とこの内周面に対向する磁性回転体の外周面との間の微
   少間隙が、内径が大きい側である第２の磁性ディスクの
   厚み以下で且つ20μｍ以上とされていることを特徴とす
   る磁性流体シール装置。