JPH1061782A - 磁気シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｎ極同士又はＳ極同士を対向させた状態で複
数のリング状磁石を並べて強固な磁性流体膜を形成する
ようにした磁気シール装置において、その磁気シール装
置内の磁束分布に乱れが発生することを防止して、信頼
性の高い磁気シール装置を提供する。 【解決手段】 複数のリング状磁石９ａ〜９ｂによっ
て、各リング状ポールピース８の内周端と回転軸１７と
の間に磁気通路を形成し、その磁気通路に沿って磁性流
体１２を集束させて複数段の磁性流体膜を形成し、それ
らの磁性流体膜によって大気領域Ｐと真空領域Ｑとの間
の圧力差を保持する。同磁極面同士が対向する一対の磁
石から成る複数（図では２組）の磁石ペア９Ａ及び９Ｂ
を運動軸の軸方向に並べると共に、それらの磁石ペア相
互間では異磁極面同士、すなわちＮ極とＳ極とが対向す
るようにする。

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
といった運動軸のまわりに形成される２つの空間領域を
磁性流体を用いて遮蔽する磁気シール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業界においては、内部が気密に遮蔽さ
れた空間内を外部の圧力と異なった圧力状態、すなわち
差圧状態に保持し、その差圧状態下において種々の処理
を行うようにした各種の装置が存在する。また、その差
圧状態に加えて内部を防塵状態、あるいは特殊なガス雰
囲気状態に保持した状態で種々の処理を行う場合もあ
る。例えば、半導体ウエハの減圧処理装置、真空乾燥
機、回転対陰極形式のＸ線発生装置等においては、真空
に減圧された防塵状態下で所定の処理が行われる。磁気
シール装置は、それらの所定の処理が行われる空間領域
と大気圧領域との２つの空間領域を互いに遮蔽するため
に用いられる。

【０００３】例えば、回転対陰極Ｘ線発生装置を例にあ
げると、図２に示すように、ケーシング１の内部の真空
で無塵状態である領域Ｑと大気圧領域Ｐとの間で、磁気
シール装置２によって差圧状態及び防塵状態を保持す
る。このＸ線発生装置では、ターボ分子ポンプ、ロータ
リポンプ等によって構成される排気装置４によってケー
シング１の内部を真空状態に排気し、そして、モータ等
の回転駆動装置３によって円筒状のターゲット５を回転
させる。通電によりフィラメント６から放出された熱電
子はターゲット５の表面に高速で衝突し、その衝突部分
からＸ線が発生する。発生したＸ線は、ケーシング１の
所定箇所に設けられたベリリウム等によって形成された
Ｘ線取出し用窓７を通して外部へ取り出される。このＸ
線が、Ｘ線回折測定等といった物理分析等に用いられ
る。

【０００４】磁気シール装置２として、従来、特公昭６
３−２４１９６号公報に開示されたように、複数の磁石
を同磁極面、すなわちＮ極同士又はＳ極同士、が対向す
るように運動軸の軸方向に並べて配置し、さらに磁性流
体の大気圧側すなわち高圧側を排気して磁性流体に加わ
る圧力差を低減した磁気シール装置が知られている。こ
の磁気シール装置によれば、隣り合う磁石の磁極面を同
磁極面としたので、各磁石間の磁力線が反発しあって個
々の磁石と運動軸との間に形成される磁力線を狭い幅に
高密度に集束できる。このため、ポールピースと運動軸
との間の間隙に密度の高い強固な磁性流体膜を形成でき
ることになり、よって、それらの磁性流体膜によって区
画される２つの空間領域の間の差圧を確実に保持でき、
しかも磁性流体が低圧側へ漏れ出ることを防止できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
等の経験によれば、この従来の磁気シール装置では、設
計当初に想定していた高精度の軸封能力が希望通りに得
られないことが、しばしば見受けられた。また、稼働当
初は所望の軸封能力が得られていたものの、比較的短期
間の後に軸封能力が予想以上に低下してしまうというこ
とも見受けられた。本発明者等は、そのような現象が何
故起こるのかについて種々の実験を行った。そしてその
結果、ポールピースと運動軸との間に高密度の磁性流体
膜を形成するために各磁石を同磁極面が対向するように
並べたときに、各磁石の磁束分布に大きな乱れが発生す
ることが、上記のような不都合な現象の原因ではないか
ということを知見した。

【０００６】本発明は、上記の知見に基づいて成された
ものであって、隣り合う磁石を同磁極面が対向するよう
に並べることによって強固な磁性流体膜を形成するとい
う技術をできる限り確保した上で、できる限り磁束に乱
れが発生することを防止して、安定した軸封能力を長期
間にわたって保持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】本発明に係る磁気シール
装置は、磁性材料によって形成された運動軸のまわりに
配置される複数のポールピースと、各ポールピースと運
動軸との間に磁気通路を形成する複数の磁石と、各ポー
ルピースと運動軸との間に充填された磁性流体とを有し
ており、運動軸のまわりに２つの空間領域を磁性流体に
よって遮蔽する磁気シール装置に関するものである。そ
して本発明の特徴とするところは、上記複数の磁石が、
同磁極面が対向する一対の磁石から成る磁石ペアを運動
軸の軸方向に複数個並べることによって構成されると共
に、それら複数個の磁石ペアのうち互いに隣り合う少な
くとも１組の磁石ペアに関しては異磁極面同士が対向す
るということである。

【０００８】特公昭６３−２４１９６号公報にも開示さ
れているように、磁気シール装置には、磁性流体にかか
る圧力差を軽減するために中間排気室を設けることがあ
る。この中間排気室は、特公昭６３−２４１９６号公報
に示されるように、複数個の磁石の全てよりも高圧側の
位置に設けられることもあるが、それとは別に複数個の
磁石の中間位置に配置される場合もある。この場合に
は、その中間排気室を設けた所の磁石に関して、特に、
磁束の乱れが大きいことを知見した。従って中間排気室
を複数個の磁石の中間位置に配設した場合には、その中
間排気室の両側に位置する磁石ペアに関して異磁極面同
士を対向させることが望ましい。

【０００９】一般に、真空室側が絶えず真空になってい
れば、その隔壁を成している磁性流体は圧力差によって
真空側へ引かれており、これを引き戻す力は磁束によっ
て賄われている。それ故、何等かの不都合により、真空
側の吸引力が磁束力よりも大きくなると、磁性流体が真
空側へ進入して真空室を汚染する。この現象を回避する
ために行われるのが中間排気であり、その詳細を説明す
れば以下の通りである。

【００１０】真空状態を維持するために磁性流体膜によ
って形成される複数の小室は、組み付け当初には全て大
気圧となっており、真空排気を行うときにそれらの小室
が徐々に真空度を上げてゆく。このように各小室が徐々
に真空度を上げるというのは、それらの小室が真空室側
への開放を起こしているということに他ならず、このこ
とは、本来であれば清浄に保持されなければならない真
空室を汚しているということである。

【００１１】近年、半導体製造プロセス等においては、
プロセスを実施するための部屋内の雰囲気を非常にクリ
ーンに保持することが要求されるようになってきた。こ
のような状況下で磁気シール装置を半導体製造プロセス
に使用する場合、長時間の運転の途中にプロセス室内の
清浄度不良が指摘されることがあり、その原因を調べた
ところ、磁性流体の構成成分である鉄分がプロセス室内
から検出されることがあった。

【００１２】このような鉄分の混入は、主に、上記のよ
うにして磁性流体が真空室へ飛散することが原因である
と考えられる。またさらに、磁性流体の製造過程中に使
われた水分を磁性流体から除去することが不十分である
ときに、磁性流体に混入している成分が、プロセス室等
に関する排気時点や真空維持運転中に破裂して、その結
果、脱泡中に見られる泡の破裂のように、あるいはシャ
ボン玉が破裂するときのようにして、破裂片が飛散する
ことも原因となると考えられる。

【００１３】以上のような不都合を解消するため、真空
室側と大気圧側との間の中間位置に排気機構を設け、真
空室側と大気圧側との圧力差の大半をその排気機構に分
担させることにより、その排気機構と真空室との間の圧
力差を極力小さくして、その結果、真空室に近い位置に
ある磁性流体内の成分が飛散して真空室内へ浸出するこ
とを防止するのである。

【００１４】本発明では、同磁極面同士が対向する一対
の磁石から成る磁石ペアを運動軸の軸方向に複数個並べ
たので、１個の磁石ペア内においては磁力線の反発によ
る磁束の集束化が得られ、これにより強固な磁性流体膜
を得ることができる。そしてその上、複数個の磁石ペア
のうち互いに隣り合う少なくとも１組の磁石ペアに関し
ては、異磁極面同士が対向するように配置されるので、
この所では磁力線の反発は発生せず、その磁石ペアはあ
たかも１つの磁石のように振る舞い、このため、複数の
磁石のまわりの磁束が安定化する。この磁束の安定によ
り、磁気シール装置の軸封能力を長期間にわたって安定
状態に確保できる。また、磁束が安定するので、磁気シ
ール装置の磁力特性に関する設計がし易くなる。

【００１５】

【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、図１（ａ）に示すように、円筒状のハウジング１０
を有している。ハウジング１０の右側内部にはベアリン
グ１６が固定状態にはめ込まれ、磁性材料によって形成
された運動軸１７がそのベアリングによって支持されて
いる。運動軸１７は、回転軸であっても良いし、直動軸
であっても良い。磁性材料というのは、磁石によって磁
化される性質を有する材料のことであり、例えば、鋼材
等によって形成される。運動軸１７のまわりには大気圧
領域すなわち高圧領域Ｐ及び真空領域すなわち低圧領域
Ｑの２つの空間領域が設定されており、これらの領域間
の圧力差が本磁気シール装置によって維持される。ま
た、本磁気シール装置は、高圧領域Ｐ内の塵、ゴミ、ガ
ス等が低圧領域Ｑ内に侵入することを防止して低圧領域
Ｑ内をクリーンな状態に維持する。

【００１６】ハウジング１０の内部には、５個のリング
状のポールピース８と、各ポールピースの間に挟まれた
４個のリング状の磁石９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄとが収納
されている。図１（ｂ）に示すように、左側の一対の磁
石９ａ及び９ｂは第１磁石ペア９Ａを構成し、右側の一
対の磁石９ｃ及び９ｄは第２磁石ペア９Ｂを構成してい
る。第１磁石ペア９Ａと第２磁石ペア９Ｂとの間には中
間排気室２０が形成され、その中間排気室の排気口２１
には真空ポンプその他の排気装置２２が接続されてい
る。

【００１７】第１磁石ペア９Ａ内の一対の磁石９ａ及び
９ｂは、Ｎ磁極面同士が対向すなわち同磁極面が対向し
ている。また、第２磁石ペア９Ｂ内の一対の磁石９ｃ及
び９ｄは、Ｓ磁極面同士が対向すなわち同磁極面が対向
している。そしてさらに、中間排気室２０を挟んで対向
するそれらの磁石ペア９Ａ及び９Ｂは異磁極面同士が対
向すなわちＮ磁極面とＳ磁極面とが対向している。換言
すれば、中間排気室２０を挟んで互いに隣り合う一対の
磁石９ｂ及び９ｃは異磁極面同士が対向していて、残り
の磁石９ａ及び９ｄは、それぞれが隣り合う磁石９ｂ及
び９ｃに対して同磁極面同士が対向している。

【００１８】各ポールピース８の内周端と運動軸１７と
の間に形成される間隙には磁性流体１２が注入、すなわ
ち充填されている。この磁性流体１２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り、例えば、炭化水素、
炭化フッ素、あるいは脂肪酸等の流体にフェライトその
他の磁性体粉末を分散した流体を用いることができる。
充填された磁性流体は、各磁石９ａ〜９ｄのＮ極から出
て各ポールピース８及び運動軸１７を通って各磁石のＳ
極へ到達する磁力線に集中して磁性流体膜を形成する。
こうして各ポールピースの内周端の適所に形成した複数
段の磁性流体膜によって、高圧領域Ｐと低圧領域Ｑとの
間の差圧状態及び低圧領域Ｑ内のクリーンな雰囲気が保
持される。

【００１９】磁石９ａと磁石９ｂとによって挟まれるポ
ールピース８ａの内部及び磁石９ｃと磁石９ｄとによっ
て挟まれるポールピース８ｂの内部には、冷却水通路１
３が形成され、図１（ａ）に示すように、これらの冷却
水通路１３に給水ポンプその他の冷却水供給装置１５が
接続されている。冷却水通路１３内を流れる冷却水は、
磁性流体１２を冷却し、磁性流体１２に含まれるフッ素
系オイルやアルキル系オイルが蒸散するのを防止する。

【００２０】本実施形態に係る磁気シール装置は以上の
ように構成されているので、磁力の作用によって各ポー
ルピース８と運動軸１７との間に形成された磁性流体膜
１２の働きによって、低圧領域Ｑ内の低圧状態及びクリ
ーン状態が維持される。また、同磁極面であるＮ極同士
が対向する一対の磁石９ａ及び９ｂから成る第１磁石ペ
ア９Ａと、同磁極面であるＳ極同士が対向する一対の磁
石９ｃ及び９ｄから成る第２磁石ペア９Ｂとを運動軸１
７の軸線方向に並べたので、個々の磁石ペア９Ａ又は９
Ｂのそれぞれの内部においては磁力線の反発による磁束
の集束化が得られ、これにより強固な磁性流体膜１２を
得ることができる。

【００２１】しかもその上、互いに隣り合う第１磁石ペ
ア９Ａと第２磁石ペア９Ｂとの関係においては、異磁極
面同士が対向するよう、すなわちＮ極とＳ極とが対向す
るように配置されるので、この所では磁力線の反発は発
生せず、その磁石ペアはあたかも１つの磁石のように振
る舞い、このため、複数の磁石９ａ〜９ｄのまわりの磁
束が安定化する。この磁束の安定により、磁気シール装
置の軸封能力を長期間にわたって安定状態に保持でき
る。また、磁束が安定するので、磁気シール装置の磁力
特性に関する設計がし易くなる。

【００２２】以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を
説明したが、本発明はその実施形態に限定されるもので
はなく、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、図１に示した実施形態では、４個の
リング状磁石によって２個の磁石ペアを形成する場合を
示したが、６個の磁石によって３個の磁石ペアを形成し
たり、あるいは、より多くの磁石によってより多くの磁
石ペアを形成することもできる。但しそのような場合で
も、個々の磁石ペア内の一対の磁石については同磁極面
同士を対向させ、そして少なくとも１組の互いに隣り合
う磁石ペア間では異磁極面同士を対向させる。

【００２３】また、請求項３に記載した磁気シール装置
は、上記のような磁石ペアの考えに拘束されるのではな
く、少なくとも、複数個の磁石のうち中間排気室を挟ん
で互いに隣り合う一対の磁石に関しては、異磁極面同士
を対向させるということを要旨とするものである。よっ
て、磁石ペアという概念を考えた場合には、必然的に、
磁石の総個数が偶数になるが、請求項３に記載の磁気シ
ール装置においては、磁石の総個数が偶数の場合もある
し、奇数の場合もある。但し、本発明者の実験によれ
ば、磁石の数を偶数にした方が磁気シール装置内の磁束
の安定化を達成する上でより効果的であった。

【００２４】

【発明の効果】請求項１記載の磁気シール装置によれ
ば、運動軸に沿って並べられた複数個の磁石のうちの互
いに隣り合う磁石を同磁極面同士が対向するように並べ
ることによって、強固な磁性流体膜を形成するという技
術をできる限り確保した上で、さらにその磁石列群の中
の少なくとも１箇所に異磁極面同士が対向する磁石対を
形成することにより、磁気シール装置内の磁束分布に乱
れが発生することをできる限り防止した。これにより、
安定した軸封能力を長期間にわたって保持できる磁気シ
ール装置が得られた。

【００２５】請求項２及び請求項３記載の磁気シール装
置によれば、特に磁束の乱れが発生しやすい中間排気室
の両側に位置する磁石を互いに異磁局面同士が対向する
ように配置したので、磁気シール装置内の磁束の状態を
より一層安定にすることができた。

【００２６】

【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
す図、特に（ａ）はその磁気シール装置の全体の側面断
面図であり、（ｂ）は要部の拡大断面図である。

【図２】磁気シール装置を使用するシステムの一例であ
る回転対陰極方式のＸ線発生装置を示す概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 磁気シール装置 ３ 回転駆動装置 ４ 排気装置 ５ ターゲット ６ フィラメント ７ Ｘ線取出し用窓 ８，８ａ，８ｂ ポールピース ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ 磁石 ９Ａ，９Ｂ 磁石ペア １０ ハウジング １２ 磁性流体 １３ 冷却水通路 １５ 冷却水供給装置 １６ ベアリング １７ 運動軸 ２０ 中間排気室 ２１ 中間排気口 ２２ 排気装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料によって形成された運動軸のま
   わりに配置される複数のポールピースと、各ポールピー
   スと運動軸との間に磁気通路を形成する複数の磁石と、
   各ポールピースと運動軸との間に充填された磁性流体と
   を有しており、運動軸のまわりの２つの空間領域を磁性
   流体によって遮蔽する磁気シール装置において、 上記複数の磁石は、同磁極面が対向する一対の磁石から
   成る磁石ペアを運動軸の軸方向に複数個並べることによ
   って構成されており、それら複数個の磁石ペアのうち互
   いに隣り合う少なくとも１組の磁石ペアは異磁極面が対
   向することを特徴とする磁気シール装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁気シール装置におい
   て、複数の磁石の中間位置に中間排気室が配設され、そ
   の中間排気室の両側に位置する磁石ペアは異磁極面が対
   向することを特徴とする磁気シール装置。
3. 【請求項３】 磁性材料によって形成された運動軸のま
   わりに配置される複数のポールピースと、各ポールピー
   スと運動軸との間に磁気通路を形成する複数の磁石と、
   各ポールピースと運動軸との間に充填される磁性流体
   と、上記複数の磁石の中間位置に配設された中間排気室
   とを有しており、運動軸のまわりの２つの空間領域を磁
   性流体によって遮蔽する磁気シール装置において、 中間排気室を挟んで互いに隣り合う一対の磁石は異磁極
   面が対向し、残りの磁石は同磁極面が対向することを特
   徴とする磁気シール装置。