JPH1019138A - 排気室を備えた磁気シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間排気方式の磁気シール装置において、排
気室の気圧を高精度に制御しなくても磁性流体のプロセ
ス室内への吹き出しを防止できるようにする。 【解決手段】 回転軸１のまわりに軸線Ｌ方向に形成さ
れる凹凸空間Ｔと、凹凸空間Ｔ内を通過する磁力線を発
生する磁石５と、凹凸空間Ｔ内に隙間なく充填した磁性
流体６ｃと、プロセス室Ｑからみて磁性流体６ｃの背部
に設けた排気室Ｒと、排気室Ｒ内の気圧を調節する排気
ポンプ７とを有する磁気シール装置である。磁性流体６
ｃによってプロセス室Ｑ内の機密を保持し、さらに排気
室Ｒを減圧することによって磁性流体６ｃのプロセス室
Ｑ内への吹き出しを防止する。磁性流体６ｃは凹凸空間
Ｔ内に隙間なく充填されるので、耐差圧が高くなり、そ
のため、排気室Ｒ内の気圧制御が粗い場合でも磁性流体
の吹き出しを確実に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸、直動軸等
といった運動軸が張り出すプロセス室内を磁性流体を用
いて気密に保持する磁気シール装置、特に磁性流体の背
部に排気室を設けた形式の磁気シール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気シール装置として、従来、図３に示
す構造を有するものが知られている。この磁気シール装
置は、領域Ｐ及び領域Ｑの２つの領域にわたって配置さ
れた運動軸、例えば軸線Ｌを中心として回転する回転軸
１のまわりに設置される。この磁気シール装置は、回転
軸１を包囲する円筒状のケーシング２と、ケーシング２
の内周面に固着された５個のポールピース４とを有して
いる。符号３は気密保持のためのＯリングを示してい
る。各ポールピース４はそれぞれが回転軸１を中心とす
る円環状に形成されており、回転軸１の外周面との間に
わずかの隙間が形成されている。各ポールピース４の間
には４個の磁石５が設けられ、さらに、各ポールピース
４の内周端縁と回転軸１の外周面との間の隙間には磁性
流体６が注入されている。

【０００３】各磁石５から出る磁力線はポールピース４
及び回転軸１を通過して磁気閉回路を形成し、その磁力
線に沿って磁性流体６による膜が各ポールピース４毎に
形成される。これらの磁性流体膜６の働きにより、大気
圧領域Ｐからプロセス室Ｑ内への空気の進入が阻止され
てプロセス室Ｑ内が真空状態に維持されたり、あるいは
塵の進入が阻止されて無塵状態に維持される。しかしな
がらこの磁気シール装置においては、プロセス室Ｑに対
して真空排気作業及び真空解除作業が繰り返して行われ
たり、又は回転軸１の起動及び停止が繰り返して行われ
ると、磁性流体６に関していわゆる呼吸作用が発生し、
その結果、その磁性流体６のうちの一部がプロセス室Ｑ
内へ漏れ出たり、あるいは吹き出るおそれがあった。

【０００４】上記のような磁性流体の吹き出しを防止す
るために、図４に示すような構造の、いわゆる中間排気
方式の磁気シール装置も既に知られている。この磁気シ
ール装置が特徴とする点は、プロセス室Ｑからみて第１
段目の磁性流体膜６ｃの背部（図の右部）に排気室Ｒを
設け、その排気室Ｒ内を排気ポンプ７によって排気して
減圧することである。この減圧により、排気室Ｒ内の気
圧をプロセス室Ｑ内の気圧に合わせて調節し、もって磁
性流体６がプロセス室Ｑ内へ吹き出すのを防止する。

【０００５】しかしながらこの形式の磁気シール装置で
は、１段目の磁性流体膜６ｃの耐差圧が０．４Ｋｇ／ｃ
ｍ² 程度と低いため、排気室Ｒ内の気圧をプロセス室Ｑ
内の気圧に追従させてきわめて高精度に調節しなけれ
ば、実質的に磁性流体６の吹き出しを防止できないとい
う問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の磁気
シール装置、特に排気室を備えた中間排気方式の磁気シ
ール装置における上記の問題点を解消するためになされ
たものであって、排気室の気圧をそれほど高精度に制御
しなくても磁性流体の吹き出し又は漏れ出しを確実に防
止できる磁気シール装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明に係る磁気シール装置は、運動軸のまわりに軸
線方向に連続して形成される凹凸空間領域と、その凹凸
空間領域内を通過する磁力線を発生する磁石と、その凹
凸空間領域に隙間なく充填した磁性流体と、プロセス室
からみて磁性流体の背部に設けた排気室と、そして排気
室内の気圧を調節する気圧調節手段とを有することを特
徴としている。プロセス室と排気室との間に位置する磁
性流体の耐差圧は、望ましくは１Ｋｇ／ｃｍ² 以上に設
定される。また、排気室内の気圧は、望ましくは１ｔｏ
ｒｒ以下に設定される。

【０００８】磁性流体というのは、非磁性の流体媒体に
磁性体の金属微粒子をコロイド状に分散させることによ
って形成された流体である。例えば、炭化水素、炭化フ
ッ素、あるいは脂肪酸等の流体媒体にフェライトその他
の磁性粉末を分散した流体を用いることができる。

【０００９】凹凸空間領域内に磁性流体を隙間なく充填
するということは、凹凸空間領域内に空間を開けること
なく磁性流体を充満させることである。このように運動
軸のまわりに形成した空間内に磁性流体を隙間なく充填
するためには、通常のように磁性流体をその空間内に単
に注入するという方法では不十分であると考えられる。
磁性流体を隙間なく充填するための方法として、例え
ば、凹凸空間領域をほぼ真空に保持した状態でその空間
内に磁性流体を注入するという方法が考えられる。しか
しながら磁性流体の充填方法はそのような真空注入法に
限定されるものでなく、どのような方法であっても差し
支えない。

【００１０】運動軸のまわりに形成される凹凸空間領域
に隙間なく充填された磁性流体に関しては、その内部の
磁性微粒子の密度が、凹凸空間領域の凹部に対応して粗
状態に、凸部に対応して密状態になり、そして運動軸の
軸線方向に見て全体として粗密状態を繰り返すようにな
る。このような磁性流体の粗密配列により、密度が均一
な単なる磁性流体膜では得られない高い耐差圧を得るこ
とができる。プロセス室と排気室との間に配置する磁性
流体を、そのような高い耐差圧を有する磁性流体によっ
て構成することにより、排気室とプロセス室との間の気
圧差がかなり大きくなる場合でも磁性流体がプロセス室
内へ吹き出すことを防止できる。つまり、排気室内の気
圧制御をプロセス室に追従させて厳密に制御しなくて
も、磁性流体のプロセス室への吹き出しを防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る磁気シール装
置の一実施形態を示している。この磁気シール装置は、
軸線Ｌを中心として回転する回転軸１のまわりに設置さ
れていて、その回転軸１が張り出しているプロセス室Ｑ
を気密に保持して大気圧領域Ｐから隔離するために用い
られる。プロセス室というのは、その内部を外部から気
密に隔離して真空状態や、無塵状態や、その他希望の状
態に保持した空間領域のことであり、例えばそのプロセ
ス室内において、単結晶ウエハに対する半導体製造処理
や、陰極から飛び出る電子を対陰極に衝突させてＸ線を
発生させるＸ線発生処理等といった各種の処理が行われ
る。回転軸１の回転は、各処理のための駆動源として利
用される。

【００１２】本実施形態の磁気シール装置は、回転軸１
を包囲する円筒状のケーシング２と、ケーシング２の内
周面に固着された複数、実施例では４個の円環状のポー
ルピース４と、気密保持のためのＯリング３と、各ポー
ルピース４の間に設けられた複数、実施例では２個の環
状の磁石５と、そして回転軸１の外周面と各ポールピー
ス４の内周端面との間に形成される空間Ｔ内に注入され
た磁性流体６とを有している。ケーシング２はプロセス
室Ｑの隔壁８にボルト、その他の締結具によって固着さ
れている。また、回転軸１はケーシング２の内周面に固
着した軸受９によって回転自在に支持されている。

【００１３】プロセス室Ｑに面する最左端のポールピー
ス４ａの背部（図の右部）には空間領域である排気室Ｒ
が設けられ、その排気室Ｒに気圧調節手段として排気ポ
ンプ７が接続されている。また、各ポールピース４の内
周端面は、図２に示すように複数、実施例では７個の凸
部１０及びそれらの間に形成される凹部１１から成る凹
凸形状に形成されている。よって、回転軸１の外周面と
ポールピース４の内周端面との間には凹凸空間領域Ｔが
形成され、その空間領域Ｔ内に磁性流体６が隙間なく充
填されている。この場合、ポールピース４の凸部１０に
対応する部分は回転軸１に近接しているので磁束密度が
高く、一方、凹部１１に対応する部分は磁束密度が弱
い。従って磁性流体６は、凸部１０に対応して密度が高
く（部分６ａ）、凹部１１に対応して密度が低くなり
（部分６ｂ）、全体として回転軸１の軸線方向に粗密状
態を繰り返す。

【００１４】なお、磁性流体を図２に示すように隙間な
く充填するためには、凹凸空間領域Ｔを予め真空状態に
保持し、その状態でその空間領域Ｔ内に磁性流体６を注
入するという方法、いわゆる真空注入法を採用するのが
有利である。

【００１５】本実施形態の磁気シール装置は以上のよう
に構成されているので、プロセス室Ｑ内が排気ポンプ
（図示せず）によって排気されて真空状態に設定された
とき、図１において、各磁性流体６の働きによって大気
圧領域Ｐとプロセス室Ｑとの間の差圧が保持される。こ
のとき、排気室Ｒが排気ポンプ７によって排気されて減
圧され、この減圧により、プロセス室Ｑに面する磁性流
体６ｃの一部がプロセス室Ｑ内へ飛び出ることが防止さ
れる。

【００１６】本実施形態では磁性流体６を注入するため
の空間を、図２に示すように、凹凸空間領域Ｔとして形
成し、その空間内に磁性流体６を隙間なく充填するよう
にしたので、磁性流体６の内部に磁性微粒子の粗密状態
が連続して形成され、その結果、磁性流対６に大きな耐
差圧が与えられる。このため、プロセス室Ｑ内の気圧が
変化する場合、排気室Ｒ内の気圧をそれに追従させて厳
密に制御しなくても、磁性流体６のプロセス室Ｑへの吹
き出しを確実に防止できる。

【００１７】特に、ポールピース４ａの内周面に形成し
た７段の凹凸部によって凹凸空間領域Ｔを構成した本実
施例では、磁性流体６ｃによって１Ｋｇ／ｃｍ² 以上の
耐差圧を得ることができる。こうすると、排気室Ｒ内の
気圧をプロセス室Ｑ内の気圧に追従して正確に制御する
必要がなくなり、かなり粗い圧力制御でも磁性流体６の
吹き出しを十分に防止できる。

【００１８】また特に、排気室Ｒ内の気圧を１ｔｏｒｒ
以下のような真空に保つと、プロセス室Ｑが高い真空に
なっても両室間の圧力差は微小となり、よって、磁性流
体６の吹き出しによりプロセス室Ｑ内が汚染される可能
性はほぼゼロになる。

【００１９】以上、好ましい実施例をあげて本発明を説
明したが、本発明はその実施例に限られることなく、請
求の範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変できる。
例えば、磁性流体を充填するための凹凸空間領域の凹凸
の段数及び凹凸の形状は、図２に示した実施例に限られ
ない。例えば凹凸の形状として、図２に示した断面四角
形状以外に、断面三角形状や、断面半円形状等に設定で
きる。また、運動軸として、回転軸１以外の任意の軸、
例えば軸線Ｌ方向に往復直線移動する直動軸を適用する
こともできる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１記載の磁気シール装置によれ
ば、排気室の気圧制御を厳密に行わなくても磁性流体の
プロセス室への吹き出しを確実に防止できる。これによ
り、排気室の気圧制御のための制御装置を簡単且つ安価
に構成できる。

【００２１】請求項２記載の磁気シール装置によれば、
排気室内の圧力状態を安定に維持できるので、磁性流体
のプロセス室内への吹き出しをより一層確実に防止でき
る。

【００２２】請求項３記載の磁気シール装置によれば、
磁性流体のプロセス室内への吹き出しを防止するに際し
て、プロセス室内の気圧変化に関係なく排気室内の気圧
を自由に設定できる。

【００２３】請求項４記載の磁気シール装置によれば、
磁性流体を排気室側へ確実に吸引できるので、磁性流体
の吹き出しをより一層確実に防止できる。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気シール装置の一実施形態を示
す側面断面図である。

【図２】同磁気シール装置の要部、特に磁性流体が充填
される凹凸空間領域を拡大して示す図である。

【図３】従来の磁気シール装置の一例を示す断面図であ
る。

【図４】従来の磁気シール装置の他の一例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 回転軸（運動軸） ２ ケーシング ３ Ｏリング ４ ポールピース ５ 磁石 ６ 磁性流体 ７ 排気ポンプ（気圧調節手段） ８ プロセス室隔壁 ９ 軸受 １０ 凸部 １１ 凹部 Ｌ 回転軸の軸線 Ｐ 大気圧領域 Ｑ プロセス室 Ｒ 排気室 Ｔ 凹凸空間領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 運動軸が張り出すプロセス室を気密に保
   持する磁気シール装置において、運動軸のまわりに軸線
   方向に連続して形成される凹凸空間領域と、その凹凸空
   間領域内を通過する磁力線を発生する磁石と、その凹凸
   空間領域に隙間なく充填した磁性流体と、プロセス室か
   らみて磁性流体の背部に設けた排気室と、排気室内の気
   圧を調節する気圧調節手段とを有することを特徴とする
   磁気シール装置。
2. 【請求項２】 上記排気室は運動軸の軸線方向において
   ２つの磁性流体で挟まれることによって区画形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気シール装置。
3. 【請求項３】 プロセス室と排気室との間に位置する磁
   性流体の耐差圧は１Ｋｇ／ｃｍ² 以上であることを特徴
   とする磁気シール装置。
4. 【請求項４】 排気室内の気圧は１ｔｏｒｒ以下である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つ
   に記載の磁気シール装置。