JP3687288B2 - 磁性流体を利用した密封装置 - Google Patents
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Description
【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５（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５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ１０１部の磁場の強さを説明する図、図６は、図５（ａ）のＤ１０１部の拡大図である。図５及び図６により密封装置１００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ＭＬ’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１０７ａ，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１０９ａ，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Ｂ１，Ｂ２の間での磁石１０４及び磁極部材１０５，１０６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５（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６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０．１kgf ／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１００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ＭＬ’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７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１０５，１０６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 ／ｃｍ2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 ／ｃｍ2）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７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７（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７（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８は、図７の磁性流体ＭＬ’の劣化状態（図７（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１０２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８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、適切なタイミングでメンテナンスを行い、シール破損（バースト）を未然に防止することができるように、密封装置の磁性流体の消耗や劣化の状態を検知させるための圧力変化を生じさせることができ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、該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と、前記嵌め合い部の密封側に設けられる密封側のシール手段と、前記嵌め合い部の反密封側に設けられるシール手段であって、前記密封側のシール手段よりもシール性の劣る反密封側のシール手段と、前記密封側のシール手段と前記反密封側のシール手段との間で前記嵌め合い部と前記圧力室とを連通させる通気経路と、を備え、前記嵌め合い部と、前記反密封側のシール手段と、前記通気経路とが、前記圧力室から装置外部まで流体を疎通可能とする通気手段を形成し、前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅した場合には、前記磁性流体の保持が滅した部分及び前記通気手段を介して、前記密封容器から装置外部まで流体が疎通す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る。その結果、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な圧力変化が密封容器の内部に生じることになる。
【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、前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅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に、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。
【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Ｄ１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７ａ，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８ａ，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ＰＤａ，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ＰＤｓ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７ａ，７ｂの嵌め合い部としての外周面側との間に隙間Ｇ１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３ａ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（１０-7〜１０-9（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、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。
【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。
【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。
【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６】図６は図５のＤ１０１部の拡大図。
【図７】図７は磁性流体の劣化状態を説明する図。
【図８】図８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
１２，１３ Ｏリング（シール手段）
１４ 金属シール（シール手段）
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
【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５（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５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ１０１部の磁場の強さを説明する図、図６は、図５（ａ）のＤ１０１部の拡大図である。図５及び図６により密封装置１００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ＭＬ’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１０７ａ，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１０９ａ，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Ｂ１，Ｂ２の間での磁石１０４及び磁極部材１０５，１０６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５（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６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０．１kgf ／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１００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ＭＬ’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７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１０５，１０６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 ／ｃｍ2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 ／ｃｍ2）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７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７（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７（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８は、図７の磁性流体ＭＬ’の劣化状態（図７（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１０２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８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、適切なタイミングでメンテナンスを行い、シール破損（バースト）を未然に防止することができるように、密封装置の磁性流体の消耗や劣化の状態を検知させるための圧力変化を生じさせることができ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、該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と、前記嵌め合い部の密封側に設けられる密封側のシール手段と、前記嵌め合い部の反密封側に設けられるシール手段であって、前記密封側のシール手段よりもシール性の劣る反密封側のシール手段と、前記密封側のシール手段と前記反密封側のシール手段との間で前記嵌め合い部と前記圧力室とを連通させる通気経路と、を備え、前記嵌め合い部と、前記反密封側のシール手段と、前記通気経路とが、前記圧力室から装置外部まで流体を疎通可能とする通気手段を形成し、前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅した場合には、前記磁性流体の保持が滅した部分及び前記通気手段を介して、前記密封容器から装置外部まで流体が疎通す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る。その結果、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な圧力変化が密封容器の内部に生じることになる。
【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、前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅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に、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。
【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Ｄ１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７ａ，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８ａ，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ＰＤａ，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ＰＤｓ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７ａ，７ｂの嵌め合い部としての外周面側との間に隙間Ｇ１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３ａ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（１０-7〜１０-9（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、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。
【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。
【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。
【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６】図６は図５のＤ１０１部の拡大図。
【図７】図７は磁性流体の劣化状態を説明する図。
【図８】図８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
１２，１３ Ｏリング（シール手段）
１４ 金属シール（シール手段）
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 (4)
- 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、該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と、
前記嵌め合い部の密封側に設けられる密封側のシール手段と、
前記嵌め合い部の反密封側に設けられるシール手段であって、前記密封側のシール手段よりもシール性の劣る反密封側のシール手段と、
前記密封側のシール手段と前記反密封側のシール手段との間で前記嵌め合い部と前記圧力室とを連通させる通気経路と、を備え、
前記嵌め合い部と、前記反密封側のシール手段と、前記通気経路とが、前記圧力室から装置外部まで流体を疎通可能とする通気手段を形成し、
前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅した場合には、前記磁性流体の保持が滅した部分及び前記通気手段を介して、前記密封容器から装置外部まで流体が疎通することを特徴とする磁性流体を利用した密封装置。 - 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１に記載の磁性流体を利用した密封装置。 - 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、前記密封容器から前記圧力室までの前記磁性流体の保持が滅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に、大気を疎通させること
を特徴とする磁性流体を利用した密封装置。 - 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１乃至３のいずれか１項に記載の磁性流体を利用した密封装置。
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