JPH1137304A

JPH1137304A - 磁性流体を利用した密封装置

Info

Publication number: JPH1137304A
Application number: JP9205370A
Authority: JP
Inventors: Takatsugu Yamazaki; 孝嗣山▲崎▼
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-02-12
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JP3687288B2

Abstract

(57)【要約】【課題】密封装置の磁性流体の消耗や劣化の状態を検
知することを可能とし、適切なタイミングでメンテナン
スを行うことにより、シール破損（バースト）を未然に
防止可能とする密封装置を提供する。【解決手段】環状隙間４に磁性流体ＭＬを保持するス
テージ部と圧力室を軸方向に複数段配置した密封装置１
であって、圧力室と密封容器の外部とを接続すると共
に、微量の流体を疎通可能とする通気手段（シールリン
グ１３，隙間Ｇ１及び通気経路Ｇ２，Ｇ３）を備え、密
封側の圧力室が破損した場合に通気手段を介して微量の
流体を密封容器の内部に導入し圧力変化を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性流体を利用し
た密封装置に関し、密封装置の状態やメンテナンス時期
を検出することを可能とする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、界面活性剤等の流体中に磁性
体の粒子を懸濁して存在させ、永久磁石や電磁石等の外
部磁場の磁力により、その粒子が磁気吸引されることで
流体の位置を保持し得る磁性流体の特性を利用した種々
の密封装置がある。

【０００３】図６（ａ）は、このような磁性流体を利用
した一従来例としての密封装置１００の断面構成を説明
する図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ１０１部
の磁場の強さを説明する図、図７は、図６（ａ）のＤ１
０１部の拡大図である。図６及び図７により密封装置１
００を説明する。

【０００４】この密封装置１００は、圧力差のある高圧
側Ｈ’（この従来例においては大気側）及び低圧側Ｌ’
（この従来例においては真空チャンバの容器内）の２領
域間にまたがる回転軸１０１及び回転軸１０１の軸受部
１０３の間に備えられている。

【０００５】軸受部１０３は、回転軸１０１の保持及び
密封を行う円筒部１０３ａと、円筒部１０３ａの一方の
端部に、内部空間を真空状態（低圧側Ｌ’）とする容器
１０２の開口端部１０２ａにボルトにより取り付けられ
るフランジ部１０３ｂを備えている。

【０００６】また、軸受部１０３の円筒部１０３ａと回
転軸１０１とはベアリングＢ１，Ｂ２により相対回転運
動に対する動的な保持が行われている。

【０００７】そして密封性に関しては、軸受部１０３の
円筒部１０３ａ内側に備えられた環状の磁石１０４によ
り形成される磁気回路ＭＣ’に介在させた磁性流体Ｍ
Ｌ’により行っている。

【０００８】磁石１０４は軸方向に異極（Ｎ及びＳと図
示される）が配されており、軸方向両側には磁石１０４
の磁極となる磁極部材１０５，１０６（以降の説明にお
いては、磁極部材１０５を代表させて行う）が備えられ
ている。

【０００９】そして、回転軸１０１の磁極部材１０５に
対向する部位に複数本の周方向に連続する凹溝１０７
ａ，１０７ｂ，・・・を形成し、磁極部材１０５の内周
面１０５ａと各凹溝の間の凸条部１０８ａ，１０８ｂ，
・・・の頂面との間隙に磁束が集中するように発生させ
て（すなわち凸条部１０８ａ，１０８ｂ，・・・の頂面
で磁束密度が高まるようにしており、磁性流体ＭＬ’が
保持される間隙の領域を複数のステージ部とする。）、
これらの間隙、すなわちステージ部に磁性流体ＭＬ’が
保持されて磁性流体シール部を形成するようにしてい
る。

【００１０】そして、このように形成された磁性流体シ
ール部は、低圧側Ｌ’と高圧側Ｈ’との間に複数の室１
０９ａ，１０９ｂ，・・・を形成し、各室の圧力が各ス
テージ部の耐圧範囲内で変化することにより、密封領域
の両側で圧力差がある場合においても効果的な密封性を
発揮し得るようになっている。例えば、全ステージ部で
の耐圧の総和が１００ＫＰａ（１．０kgf ／ｃｍ² ）以
上になれば、真空シールとして利用することができる。

【００１１】尚、１１０ａ，１１０ｂはベアリングＢ
１，Ｂ２の間での磁石１０４及び磁極部材１０５，１０
６の軸方向の位置を定めるスペーサリング、１１１は円
筒部１０３ａの内側に備えられた各構成部材を封止固定
する固定環部材、１１２，１１３は円筒部１０３ａの内
周面側と磁極部材１０５，１０６の外周面側との密封性
を維持するＯリングである。

【００１２】図６（ｂ）は、密封装置１００のＤ１０１
部の磁場の強さを説明する図である。この図は、図７に
示す磁極部材１０５と回転軸１０１の間の軸方向の隙間
Ｇ’の磁束の分布を磁場の強さとして模式的に表わした
ものである。

【００１３】すなわち、磁石１０４により形成される磁
気回路ＭＣ’の磁束は、磁性体である凸条部１０８ａ
（複数の凸条部全てが該当するが、代表して記載する）
に磁束が集中するので、磁束密度の大きい領域と小さい
領域とに分かれて存在する。従って、凸条部１０８ａの
頂面の磁場の強さ１２０ａはその両側の凹溝１０７ａ，
１０７ｂにおける磁場の強さ１２１ａ，１２１ｂよりも
強く差分Δｆが存在することになる。

【００１４】また、磁性流体ＭＬ’が凸条部１０８ａに
保持される保持力の強さは、この磁場の強さの差分Δｆ
により定められると共に、保持力の強さがそれぞれのス
テージ部の耐圧能力に比例することになる。

【００１５】このような密封装置１００を、例えば１０
^-7Ｐａ程度の真空度を必要とする機器（例えばスパッタ
リングを行なう真空チャンバ等）の真空シールとして機
能させる場合には、低圧側Ｌ’と高圧側Ｈ’の圧力がそ
れぞれ約０及び約１．０kgf／ｃｍ² となる。尚、真空
度を必要とする機器としては例えば１０^-1Ｐａ程度のよ
り低い真空度を必要とする機器においても、低圧側Ｌ’
の圧力は約０kgf ／ｃｍ² となり、同様に適用すること
が可能である。

【００１６】従って、この使用形態においては、それぞ
れの磁極部材１０５，１０６における各凸条部１０８ａ
・・・の耐圧能力の総和が１．０kgf ／ｃｍ² 以上とな
るように設計されている。

【００１７】例えば、各ステージ部の耐圧能力が０．１
kgf ／ｃｍ² の場合には、少なくとも１０個のステージ
部と、これらのステージ部により独立的に分割される９
個の室が必要であり、さらに安全係数を考慮した場合に
はステージ部と室を複数個追加して備える構成となって
いる。

【００１８】そして、この従来技術においては片側の磁
極部材（磁極部材１０５または１０６のいずれか一方）
だけでも真空シールとしての耐圧能力を発揮可能な構成
としている。

【００１９】密封装置１００の作動開始の際には、低圧
側Ｌ’の圧力を真空ポンプ等で序々に低下させることが
行われており、まず低圧側Ｌ’と室１０９ａとの間で圧
力差が発生し始め、その圧力差が凸条部１０８ａに対応
するステージ部に存在する磁性流体ＭＬ’の耐圧能力以
上の差圧となるとブレーク（圧力均衡化現象）が発生
し、隣接する室１０９ｂへと低圧側Ｌ’の圧力が序々に
高圧側Ｈ’の室へと伝播されていく。

【００２０】従って、低圧側Ｌ’が完全に真空となった
状態では磁極部材１０５の各室（１０９ａ・・・）の圧
力が段階的に変化して、容器１０２内と外部（大気側）
の約１．０kgf ／ｃｍ² の圧力差を維持しつつ低圧側
Ｌ’を密封することが可能となっている。

【００２１】尚、高圧側Ｈ’の磁極部材１０６は、磁極
部材１０５の密封性能が低下した場合に、高圧側Ｈ’の
大気が直接容器１０２へと進入し、低圧側Ｌ’の真空度
が低下してしまうことを防止可能としている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】このような密封装置１
００では、装置の作動にともない磁性流体ＭＬ’が消耗
及び劣化すると、密封性を維持することができなくなる
ので、定期的な点検を行い、必要であれば磁性流体Ｍ
Ｌ’の補充や交換（密封装置のメンテナンス）が行われ
ている。

【００２３】特に上記のように内部が真空状態となる容
器１０２内と外部の密封に使用されたり、あるいは高温
にさらされる環境で使用されると、磁性流体ＭＬ’の劣
化が促進されることになり点検時期や頻度には注意が払
われ、十分な安全性が確保されるよう密封装置のメンテ
ナンスは行われている。

【００２４】図８は、真空チャンバの軸受部１０３に使
用された密封装置１００の磁性流体ＭＬ’の劣化の状態
を模式的に示した図である。図において、各磁極部材１
０５，１０６において、そのステージ部の数はそれぞれ
４個とし、各ステージ部の耐圧能力を０．２５kgf ／ｃ
ｍ² と設定してあるが、あくまでも磁性流体ＭＬ’の劣
化の状態を模式的に説明するために簡単な構成としてい
るものであって、実際の形態を示すものではない。尚、
括弧内の数字はその領域あるいは室の気圧（kgf ／ｃｍ
² ）が表示されている。

【００２５】磁性流体ＭＬ’は、同じ温度でも低圧力環
境で使用されると、揮発成分の蒸発が促進され、図８の
（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）のように低圧側Ｌ’よ
り劣化が進む。

【００２６】この場合に、磁極部材１０５の低圧側Ｌ’
のステージ部に存在する磁性流体ＭＬ’が劣化し、その
ステージ部にブレークが発生して耐圧能力が消滅する
と、真空度の維持に関係するステージ部は１つ高圧側
Ｈ’にずれることになり、これが順次繰り返され、各ス
テージ部の耐圧能力の総和が１．０kgf ／ｃｍ² よりも
下回ると磁性流体シールの破損が発生し（バースト）、
真空度の維持が不可能となる。

【００２７】すなわち、密封装置１００では、磁極部材
１０５または１０６のいずれか一方の磁極部材でも、容
器１０２内と外部（大気側）の約１．０kgf ／ｃｍ² の
圧力差を維持することが可能であるため、図８（ｃ）の
状態までは、容器１０２内部の真空度を高真空度（１０
^-7Ｐａ）に保つことができるが、磁極部材１０６の磁性
流体ＭＬ’まで劣化が進むと（図８（ｄ）の状態）真空
度を維持することができず、ステージ部の耐圧能力の総
和が１．０kgf ／ｃｍ² よりも下回り、バーストが発生
して真空度が一気に低下する。

【００２８】図９は、図８の磁性流体ＭＬ’の劣化状態
（図８（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を作動時間に対
応させて横軸に表わされている。）に対応する、容器１
０２内部の真空度の低下（図では気圧として縦軸に表わ
されている。）の関係を示すものである。

【００２９】密封装置１００の作動開始Ｔ₀ からバース
トの発生時Ｔｂまでは高真空度が維持されているが、バ
ーストの発生時Ｔｂ以後は真空度を維持することができ
ず、高圧側Ｈ’から低圧側Ｌ’へ大気が移動し、低圧側
Ｌ’の圧力は不連続的に上昇してしまい、容器１０２内
部は汚染されてしまう。

【００３０】従って、このような磁性流体の消耗や劣化
による問題の発生を考慮して、密封装置のメンテナンス
は、図９におけるＴｍのタイミング、遅くともＴｍ’の
タイミングで行われるように作動時間で管理されてい
る。

【００３１】しかしながら、このＴｍ及びＴｍ’は、密
封装置１００を特定の条件の下で作動した場合に対して
実験的に求めることは可能であるが、異なる条件で密封
装置１００を作動した場合や、容器１０２内部での化学
反応等により設定したメンテナンスのタイミングよりも
早くＴｍ及びＴｍ’の状態となった場合には、密封装置
１００の作動中にバーストが発生してしまう恐れもあ
る。

【００３２】また、これを防ごうとすると、安全率を高
く設定して高い頻度でメンテナンスを行うように設定す
る必要があり、作業効率の低下やメンテナンスコストの
上昇を招くことになる。

【００３３】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、密封装
置の磁性流体の消耗や劣化の状態を検知することを可能
とし、適切なタイミングでメンテナンスを行うことによ
り、シール破損（バースト）を未然に防止可能とする密
封装置を提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、密封容器に備えられた軸孔部と該
軸孔部に挿通される軸との間の環状隙間に、軸方向に複
数段配置され、磁束が通過する環状ステージ部と、前記
複数段の環状ステージ部に保持される磁性流体と、前記
磁性流体により複数段の環状ステージ部の間に形成さ
れ、軸方向に少なくとも１段配置される圧力室と、を備
え、密封容器の内部と外部との間に発生する圧力差を、
前記圧力室により解消しながら該環状隙間を密封する磁
性流体を利用した密封装置において、前記圧力室と密封
容器の外部とを接続すると共に、微量の流体を疎通可能
とする通気手段を備えることを特徴とする。

【００３５】この構成によると、通気手段の接続する圧
力室よりも密封側の圧力室が破損した場合に、通気手段
を介して微量の流体が密封容器の内部と疎通可能とな
り、密封容器の内部の圧力を変化させる。この密封容器
の内部の圧力変化を検知することにより、密封装置の通
気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損し
たことを検知することが可能となる。

【００３６】前記環状隙間の軸孔部または軸のいずれか
一方に嵌合する嵌め合い部を有し、この嵌め合い部に対
向する側を前記環状ステージ部とする環状磁極部材を備
え、前記通気手段は、圧力室と嵌め合い部を連通させる
通気経路と、前記嵌め合い部に接続する通気経路の密封
側と反密封側にシール手段とを備え、密封側のシール手
段は、反密封側のシール手段よりもシール性に優れるこ
とも好適である。

【００３７】この構成によると、通気手段の接続する圧
力室よりも密封側の圧力室が破損した場合に、反密封側
のシール手段から通気経路を介して微量の流体が密封容
器の内部と疎通可能となり、密封容器の内部の圧力を変
化させる。この密封容器の内部の圧力変化を検知するこ
とにより、密封装置の通気手段の接続する圧力室よりも
密封側の圧力室が破損したことを検知することが可能と
なる。また、圧力室の破損の発生していない通常状態で
は、密封側のシール手段が環状磁極部材の嵌め合い部を
シールするので、密封容器の圧力を維持することができ
る。

【００３８】また、軸方向に２分割された前記環状磁極
部材と、この２つの前記環状磁極部材の間に配置され、
前記環状ステージ部を通過する磁束を発生させる磁力発
生手段と、を備え、前記通気手段は、接続する圧力室を
２つの環状磁極部材の間の領域とすると共に、通気経路
を環状磁極部材と磁力発生手段の当接面の隙間とするこ
とも好適である。

【００３９】この構成により簡易な構成で通気経路を備
えることが可能となる。

【００４０】また、前記２つの環状磁極部材は、それぞ
れが真空状態となる密封容器の内部の圧力と大気圧力と
の圧力差を保持可能であり、前記反密封側のシール手段
は、密封側の圧力室が破損した場合に前記密封容器の内
部の真空度を低下させるための、微量の大気を疎通させ
ることも好適である。

【００４１】この構成によると、密封側の環状磁極部材
により形成される圧力室が破損しても反密封側の環状磁
極部材により真空状態となる密封容器の内部の圧力を維
持することができる。そして、密封側の環状磁極部材に
より形成される圧力室が破損した際に、反密封側のシー
ル手段から微量の大気が疎通して密封容器の内部の真空
度を低下させる。この密封容器の内部の圧力変化を検知
することにより、密封装置の状態を検知することが可能
となる。

【００４２】また、前記反密封側のシール手段は、気体
透過性を備えていることも好適である。

【００４３】微量の大気を疎通させるために、シール手
段の気体透過性を利用することが可能であり、シール手
段の材質や形状を特定することにより、所望の圧力変化
を発生させることができる。

【００４４】前記通気手段は、密封側の圧力室が破損し
た場合に密封容器の内部の真空度を低下させるための、
微量の大気を疎通させる気体透過性を備えたプラグ状部
材であることも好適である。

【００４５】この構成により、取り付け位置の制約が少
なくまた交換も容易であり、簡単に通気手段を備えるこ
とができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下に本発明を図示の第１の実施の形
態に基づいて説明する。図１は磁性流体を利用した密封
装置１の要部断面構成説明図であり、図２は図１のＤ
１部を拡大した図である。

【００４７】この密封装置１は、密封容器として内部を
真空状態にする真空チャンバＶＣの外部から内部に回転
動力を伝達する回転軸２の回転駆動力導入部ＶＣ１に備
えられている。

【００４８】真空チャンバＶＣの運転時には、真空ポン
プ等により内部の真空引きを行うのでその内部圧力は低
下して真空側Ｌとなり、真空チャンバＶＣの外部の高圧
側である大気側Ｈとの間に圧力差が発生する。

【００４９】従って、この実施の形態の密封装置１は、
その圧力差のある２領域間を隔て、真空側Ｌの真空度を
保持しつつ回転軸２により真空チャンバＶＣ内部に回転
動力を導入するために、回転軸２と回転軸２が挿通され
る軸孔部３との間の環状隙間４に備えられている。

【００５０】軸孔部３は、回転軸２の保持及び密封を行
う円筒部３ａと、円筒部３ａの一方の端部に、真空チャ
ンバＶＣの回転駆動力導入部ＶＣ１に取り付けられるフ
ランジ部３ｂを備えている。

【００５１】密封装置１において、軸孔部３と回転軸２
とはベアリング５ａ，５ｂにより相対回転運動に対する
動的な保持が行われている。そして密封性に関しては、
軸孔部３の円筒部３ａ内側に備えられた磁力発生手段と
しての磁石６により形成される磁気回路ＭＣに介在させ
た磁性流体ＭＬにより行っている。

【００５２】磁石６は軸方向に異極が配されており、軸
方向両側には磁石６に当接して磁極となる環状の磁極部
材７ａ，７ｂが備えられている。

【００５３】回転軸２には、周壁面２ａから磁極部材７
ａ，７ｂに対向するそれぞれの部位に、複数本（この実
施の形態では５本）の周方向に連続する環状の凸条８
ａ，８ｂ・・・が突出して形成され、凸条８ａ，８ｂ・
・・の外周面をステージ部９ａ，９ｂ，・・・としてい
る。

【００５４】ステージ部９ａ，９ｂ，・・・には、磁気
回路ＭＣの磁束が収束しており、磁性流体ＭＬが保持さ
れている。そして、軸方向に複数段（この実施の形態で
は磁極部材７ａ，７ｂのそれぞれに４段）の圧力室ＰＤ
ａ，ＰＤｂ，・・・，ＰＤｆ，ＰＤｇ，・・・が形成さ
れる。尚、磁極部材７ａ，７ｂの間の領域も圧力室ＰＤ
ｓとみなしている。

【００５５】１０は磁極部材７ｂとベアリング５ｂとの
間隔を保つスペーサリング、１１は円筒部３ａの内側に
備えられた各構成部材を封止固定する固定環部材であ
る。

【００５６】１２，１３は、磁極部材７ａ，７ｂの嵌め
合い部としての外周面側と円筒部３ａの内周面側との密
封性を維持するシール手段としてのＯリングである。

【００５７】１４は、磁極部材７ａの真空側Ｌの軸方向
端面と軸孔部３のスラスト面部３ｃを封止するシール手
段としての金属シールである。

【００５８】尚、図２において円筒部３ａと磁極部材７
ａ，７ｂの嵌め合い部としての外周面側との間に隙間Ｇ
１が記載されているが、実際にはこの図のような大きな
隙間Ｇ１が存在するものではなく、所定の嵌め合い代
（すきまばめ）の存在を模式的に表現したものである。

【００５９】従って、円筒部３ａの内周面側と円筒部３
ａに装填される各構成部材との嵌め合い部には微小な隙
間Ｇ１が通気手段として存在することになるが、Ｏリン
グ１２，１３及び金属シール１４により密封されてい
る。

【００６０】また、隙間Ｇ１と圧力室ＰＤｓは、磁石６
と磁極部材７ａ，７ｂとの当接面の微細な凹凸による隙
間Ｇ２，Ｇ３を通気経路として連通している。

【００６１】ここで、Ｏリング１２，１３は、フッ素ゴ
ムを材料とするものであり、金属シール１４は銅ガスケ
ットを採用している。従って、磁極部材７ａ側に備えら
れたＯリング１２と金属シール１４によるシール性は、
磁極部材７ｂのＯリング１３単体によるシール性よりも
優れていることになる。

【００６２】このような構成を備えた密封装置１による
と、磁極部材７ａ，７ｂの全てのステージ部に保持され
ている磁性流体ＭＬが、全く劣化の発生していない状態
における通常運転時には、周壁面２ａ側を磁性流体ＭＬ
で密封し、隙間Ｇ１側をＯリング１２，１３及び金属シ
ール１４により密封する。

【００６３】そして、このような磁性流体ＭＬの劣化の
ない状態では、真空チャンバＶＣの真空度を高める（１
０^-7〜１０^-9（Ｐａ）程度）ことができる。

【００６４】真空チャンバＶＣの稼動時間の経過と共に
真空側Ｌのステージ部９ａから、順次磁性流体ＭＬの劣
化や蒸発に伴うブレークが発生した場合には、圧力室も
圧力室ＰＤａ，ＰＤｂ・・・と順次破損していく。

【００６５】図２は、磁極部材７ａ側の圧力室が全て破
損した状態である。尚、磁極部材７ａ，７ｂは、いずれ
か１つでも真空側Ｌと大気側Ｈとの圧力差を維持するこ
とが可能であるので、図２のように磁極部材７ａの圧力
室が破損した状態となっても、磁極部材７ｂにより、周
壁面２ａ側の密封を維持することができる。

【００６６】しかし、圧力室ＰＤｓと真空側Ｌが連通し
た状態では、隙間Ｇ１を密封するシール手段がＯリング
１３のみとなってしまい、Ｏリング１３を透過した空気
が隙間Ｇ２，Ｇ３を経て真空側Ｌへと侵入する。そし
て、真空チャンバＶＣ内部の真空度を通常時の１０^-7〜
１０^-9（Ｐａ）から磁性流体が劣化したときの１０^-5〜
１０^-6（Ｐａ）と低下させる。

【００６７】従って、真空チャンバＶＣに備えられてい
る真空計により、真空度が１〜３桁程度低下したタイミ
ングを検知することにより、密封装置１の劣化状態を知
ることが可能となり、このタイミングでメンテナンスや
補修・交換を行なうことにより、真空チャンバＶＣの真
空度を大きく低下させるシール破損（バースト）を未然
に防止することが可能となる。

【００６８】尚、真空度の低下は、真空計を通常稼動時
の真空度よりも１〜２桁低下した場合にアラームがなる
ようにセットすることで、確実に検知することができ
る。

【００６９】また、真空度の低下の度合いは、Ｏリング
１３の気体透過性により依存するので、Ｏリングの材質
や形状・表面処理等を適宜に選定及び設定することが重
要であり、好適な形態とすることで真空度の低下の度合
いを所望の値に設定することが可能である。

【００７０】但し、Ｏリング１３の気体透過性が低過ぎ
たり全くない（気密性能が良好である）と、真空チャン
バＶＣの真空度を１〜３桁程度低下させることができず
に、いきなりシール破損（バースト）となってしまうの
で注意が必要である。

【００７１】Ｏリング１２，１３の材質は、フッ素ゴム
の他にブチルゴムやニトリルゴムを採用することも可能
であるが、フッ素ゴムに比較して耐熱性、耐薬品性に劣
ることを考慮する必要がある。

【００７２】また、金属シール１４はこの実施の形態で
は、所定のスラスト荷重を受けることにより非常に高い
気密性を発揮すると共に、入手性と取扱性の容易さや量
産性、信頼性及び経済性に優れる銅ガスケットを採用し
た。

【００７３】その他には、無酸素銅ワイヤを圧接により
リング状に形成したメタルＯリングや、コイルスプリン
グを内蔵する金属性Ｏリング状のガスケットであるヘリ
コフレックス（ＣＥＦＩＬＡ社の商品名）、金属環を使
用したＯリングでシール性を高めるために表面に銀やニ
ッケル等の金属を被覆したメタル中空Ｏリング、金属Ｏ
リングのＯ形断面の一部を取り除き「Ｃ」形断面とした
Ｃシール（イーグル工業の商品名）等も適宜採用するこ
とが可能である。

【００７４】（実施の形態２）図３は、第２の実施の形
態を説明する図である。この実施の形態の密封装置２１
においては、第１の実施の形態の金属シール１４に代え
て、Ｏリング１２，１３より気体透過性の劣る（気密性
の高い）ゴム状弾性材からなるＯリング１４Ｂを備え
た。

【００７５】その他の構成及び作用・効果は第１の実施
の形態と同様であるので、その説明を省略する。

【００７６】（実施の形態３）図４は、第３の実施の形
態を説明する図である。この実施の形態の密封装置３１
においては、第１の実施の形態から磁極部材の真空側Ｌ
のスラスト面部を封止する金属シール１４が除かれた構
成である。

【００７７】この実施の形態において、Ｏリング１２Ｂ
は、Ｏリング１３と同じものでも良いが、磁性流体ＭＬ
が劣化していない状態の真空度を高めるために、より気
密性の高いものを使用することが望ましい。

【００７８】その他の構成及び作用・効果は第１及び第
２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略す
る。

【００７９】（実施の形態４）図５（ａ）は、第４の実
施の形態を説明する図である。この実施の形態の密封装
置４１においては、通気手段としての通気プラグ４２を
円筒部３ａの磁石６に対向する位置に設けられた貫通す
る取り付けネジ孔３ｄにねじ込み固定している。

【００８０】通気プラグ４２はボルト形状を呈してお
り、微量の大気（空気）を疎通させる軸方向に貫通する
オリフィス４２ａを備えている。

【００８１】オリフィス４２ａのボルトの頭側は、拡径
されており大気の疎通量の調整及び異物の侵入を防止す
る目的で、フィルター部材４２ｂが備えられている。４
３は、通気プラグ４２のネジ部とネジ孔３ｄとの隙間を
シールするワッシャ状シールである。

【００８２】この実施の形態におけるＯリング１２Ｃ，
１３Ｃは、気体透過性を考慮することなく、シール性能
の高いものを採用することが可能である。

【００８３】このような構成の密封装置４１で、磁極部
材７ａ側の圧力室が全て破損した状態となり、圧力室Ｐ
Ｄｓと真空側Ｌが連通した状態では、通気プラグ４２か
ら微量の大気がオリフィス４２ａ、隙間Ｇ２，Ｇ３を通
過して真空チャンバＶＣの真空度を低下させる。

【００８４】従って、第１の実施の形態と同様に、真空
チャンバＶＣに備えられている真空計により、真空度が
１〜３桁程度低下したタイミングを検知することによ
り、密封装置４１の劣化状態を知ることが可能となり、
このタイミングでメンテナンスや補修・交換を行なうこ
とにより、真空チャンバＶＣの真空度を大きく低下させ
るシール破損（バースト）を未然に防止することが可能
となる。

【００８５】図５（ｂ）は、疎通させる大気量を調整す
ることを可能とする通気プラグ４５の断面構成説明図で
ある。

【００８６】通気プラグ４５は、軸方向に連なるオリフ
ィス４５ａ、絞り部４５ｂ、ネジ孔部４５ｃを備え、ネ
ジ孔部４５ｃから絞りニードル４６ａを有する調整プラ
グ４６をねじ込み、絞り部４５ｂの絞り量を変えること
で、疎通する大気量を調整することを可能としている。
４７は、シート状のエアフィルタである。

【００８７】

【発明の効果】上記実施の形態により説明された本発明
の磁性流体を利用した密封装置によると、通気手段の接
続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損した場合に、
通気手段を介して微量の流体が密封容器の内部と疎通可
能となり、密封容器の内部の圧力を変化させる。この密
封容器の内部の圧力変化を検知することにより、密封装
置の通気手段の接続する圧力室よりも密封側の圧力室が
破損したことを検知することが可能となり、密封装置の
磁性流体の消耗や劣化の状態を検知でき、適切なタイミ
ングでメンテナンスを行うことにより、シール破損（バ
ースト）を未然に防止可能とする。

【００８８】通気経路とシール手段を備えた通気手段に
よると、反密封側のシール手段から通気経路をを介して
微量の流体が密封容器の内部と疎通可能となり、密封容
器の内部の圧力を変化させる。この密封容器の内部の圧
力変化を検知することにより、密封装置の通気手段の接
続する圧力室よりも密封側の圧力室が破損したことを検
知することが可能となる。また、圧力室の破損の発生し
ていない通常状態では、密封側のシール手段が環状磁極
部材の嵌め合い部をシールするので、密封容器の圧力を
維持することができる。

【００８９】通気経路を環状磁極部材と磁力発生手段の
当接面の隙間とすることにより、簡易な構成で通気経路
を備えることが可能となる。

【００９０】２つの環状磁極部材のそれぞれが真空状態
となる密封容器の内部の圧力と大気圧力との圧力差を保
持可能であり、反密封側のシール手段は、密封側の圧力
室が破損した場合に前記密封容器の内部の真空度を低下
させるための、微量の大気を疎通させることで、密封側
の環状磁極部材により形成される圧力室が破損しても反
密封側の環状磁極部材により真空状態となる密封容器の
内部の圧力を維持することができる。そして、密封側の
環状磁極部材により形成される圧力室が破損した際に、
反密封側のシール手段から微量の大気が疎通して密封容
器の内部の真空度を低下させる。この密封容器の内部の
圧力変化を検知することにより、密封装置の状態を検知
することが可能となる。

【００９１】微量の大気を疎通させるために、シール手
段の気体透過性を利用することが可能であり、シール手
段の材質や形状を特定することにより、所望の圧力変化
を発生させることができる。

【００９２】通気手段をプラグ状部材とすることによ
り、取り付け位置の制約が少なくまた交換も容易であ
り、簡単に通気手段を備えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を適用した密封装置の断面構成説
明図。

【図２】図２は第１の実施の形態のステージ部近傍の断
面構成説明図。

【図３】図３は第２の実施の形態のステージ部近傍の断
面構成説明図。

【図４】図４は第３の実施の形態のステージ部近傍の断
面構成説明図。

【図５】図５は第４の実施の形態のステージ部近傍の断
面構成説明図と、通気手段としてのプラグ形状を説明す
る図。

【図６】図６は従来の密封装置の断面構成説明図と磁場
の強さを説明する図。

【図７】図７は図６のＤ１０１部の拡大図。

【図８】図８は磁性流体の劣化状態を説明する図。

【図９】図９は磁性流体の劣化状態と真空度の低下の関
係を示す図。

【符号の説明】

１密封装置２回転軸２ａ周壁面３軸孔部３ａ円筒部３ｂフランジ部３ｃスラスト面４環状隙間５ａ，５ｂベアリング６磁石（磁力発生手段）７ａ，７ｂ磁極部材８ａ，８ｂ凸条９ａ，９ｂステージ部１０スペーサリング１１固定環部材１２，１３Ｏリング（シール手段）１４金属シール（シール手段）４２，４５通気プラグ（通気手段）Ｇ１隙間Ｇ２，Ｇ３隙間（通気経路）Ｈ大気側Ｌ真空側ＭＣ磁気回路ＭＬ磁性流体ＰＤａ，ＰＤｂ・・・ＰＤｓ圧力室ＶＣ真空チャンバ（密封容器）ＶＣ１回転駆動力導入部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密封容器に備えられた軸孔部と該軸孔部
に挿通される軸との間の環状隙間に、軸方向に複数段配置され、磁束が通過する環状ステージ
部と、前記複数段の環状ステージ部に保持される磁性流体と、前記磁性流体により複数段の環状ステージ部の間に形成
され、軸方向に少なくとも１段配置される圧力室と、を備え、密封容器の内部と外部との間に発生する圧力差
を、前記圧力室により解消しながら該環状隙間を密封す
る磁性流体を利用した密封装置において、前記圧力室と密封容器の外部とを接続すると共に、微量
の流体を疎通可能とする通気手段を備えることを特徴と
する磁性流体を利用した密封装置。
【請求項２】前記環状隙間の軸孔部または軸のいずれ
か一方に嵌合する嵌め合い部を有し、この嵌め合い部に
対向する側を前記環状ステージ部とする環状磁極部材を
備え、前記通気手段は、圧力室と嵌め合い部を連通させる通気
経路と、前記嵌め合い部に接続する通気経路の密封側と
反密封側にシール手段とを備え、密封側のシール手段は、反密封側のシール手段よりもシ
ール性に優れることを特徴とする請求項１に記載の磁性
流体を利用した密封装置。
【請求項３】軸方向に２分割された前記環状磁極部材
と、この２つの前記環状磁極部材の間に配置され、前記環状
ステージ部を通過する磁束を発生させる磁力発生手段
と、を備え、前記通気手段は、接続する圧力室を２つの環状磁極部材
の間の領域とすると共に、通気経路を環状磁極部材と磁
力発生手段の当接面の隙間とすることを特徴とする請求
項２に記載の磁性流体を利用した密封装置。
【請求項４】前記２つの環状磁極部材は、それぞれが
真空状態となる密封容器の内部の圧力と大気圧力との圧
力差を保持可能であり、前記反密封側のシール手段は、密封側の圧力室が破損し
た場合に前記密封容器の内部の真空度を低下させるため
の、微量の大気を疎通させることを特徴とする請求項３
に記載の磁性流体を利用した密封装置。
【請求項５】前記反密封側のシール手段は、気体透過
性を備えていることを特徴とする請求項２乃至４のいず
れか１項に記載の磁性流体を利用した密封装置。
【請求項６】前記通気手段は、密封側の圧力室が破損
した場合に密封容器の内部の真空度を低下させるため
の、微量の大気を疎通させる気体透過性を備えたプラグ
状部材であることを特徴とする請求項１に記載の磁性流
体を利用した密封装置。