特許 6031102 磁性流体シール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6031102

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】磁性流体シール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/43 20060101AFI20161114BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/43

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-521022(P2014-521022)

(86)(22)【出願日】2013年5月7日

(86)【国際出願番号】JP2013062828

(87)【国際公開番号】WO2013187152

(87)【国際公開日】20131219

【審査請求日】2015年11月25日

(31)【優先権主張番号】特願2012-134853(P2012-134853)

(32)【優先日】2012年6月14日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】住川 大樹

(72)【発明者】

【氏名】大下 功太郎

【審査官】 杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２６９８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−００２３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１４１２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３１７８９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置フランジ（１４）と、ハウジング（３８）を介して前記装置フランジ（１４）を貫通する回転シャフト（１６）との間を封止するとともに前記ハウジング（３８）が前記装置フランジ（１４）に固定されていない磁性流体シールであって、
前記ハウジング（３８）は、前記装置フランジ（１４）に形成された貫通孔に挿入されている円筒部と、前記円筒部の機外側端部に接続されており外径方向へ突出する鍔部と、を有し、
前記ハウジング（３８）の前記円筒部の内周面（３８ａ）は、磁束を発生する磁束発生手段としての永久磁石（２８）と、前記永久磁石（２８）を軸方向に挟んで両側に配置され前記回転シャフト（１６）に対して微少隙間を形成して対向しており前記磁束を伝達する磁束伝達手段としてのポールピース（２４、２６）と、を備え、
前記ハウジング（３８）の前記鍔部には切り欠き（３８ｂ）が形成され、前記切り欠き（３８ｂ）の中に、前記装置フランジ（１４）に固定された回り止めピン（４６）が前記切り欠き（３８ｂ）に係合可能に配置されて、前記回り止めピン（４６）が前記切り欠き（３８ｂ）と係合することにより前記ハウジング（３８）の回転方向の相対移動範囲を制限する範囲内において、前記回転シャフト（１６）の移動に追従して前記ハウジング（３８）が前記装置フランジ（１４）に対し径方向、回転方向及び軸方向に相対移動可能であり、
前記ポールピース（２４、２６）により発生された前記磁束により前記微少隙間に保持される磁性流体（４４）を有する磁性流体シール。

【請求項2】

前記ハウジングと前記装置フランジの間を封止する２次シールとしてのエラストマー性のОリング（４０、４２）を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性流体シール。

【請求項3】

前記ハウジングを前記回転シャフトに対して相対回転可能に支持するベアリング（３４、３６）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁性流体シール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、密閉空間内への運動の伝達部等に使用される磁性流体シールに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば半導体デバイスの製造工程や、コーティング・エッチング工程に用いられる装置では、軸受けからのオイルミスト等の侵入が少なく、装置内を清浄に保ことが可能な磁性流体シールが用いられている（特許文献１等参照）。また、磁性流体シールは、同様の利点から、クリーンな環境で用いられる搬送用ロボットの軸受け部等にも適用されており、今後さらなる適用分野の拡大が見込まれる。

【0003】

しかし、従来技術に係る磁性流体シールは、適用対象である装置の回転軸に大きな荷重がかかる場合、その荷重の多くを磁性流体シールが負ってしまうという問題点を有している。そのため、従来技術に係る磁性流体シールは、回転軸に大きな荷重がかかることが想定される場合には、荷重を支えられるようにサイズを大きくしたり、磁性流体シール内部に組み込まれる軸受けとして非常に高価な軸受けを使用する必要があり、小型化やコストの面で課題を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−３１７８９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、荷重がかかる回転軸に対しても好適に適用できる磁性流体シールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述の目的を達成するために、本発明に係る磁性流体シールは、
装置端部と、前記装置端部を貫通する回転シャフトとの間を封止する磁性流体シールであって、
磁束を発生する磁束発生手段と、前記回転シャフトに対して微少隙間を形成して対向しており前記磁束を伝達する磁束伝達手段と、を備えており、前記装置端部に対して前記回転シャフトの径方向に相対移動可能に配置されるハウジングと、
前記磁束発生手段により発生された前記磁束により前記微少隙間に保持される磁性流体と、を有する。

【0007】

従来技術に係る磁性流体シールは、磁性流体を介在させる隙間を維持する必要性等から、ハウジングを装置に固定し、軸受け及びハウジングを介して回転軸を強固に支える構造であったため、荷重を受けやすいという問題を有していた。本発明に係る磁性流体シールは、ハウジングが、前記装置端部に対して前記回転軸の径方向に相対移動可能に配置されているため、例えば回転軸に大きな荷重がかかり、傾きや径方向の振動を生じた場合にも、磁性流体シール全体で回転軸の移動に追従することが可能であり、磁性流体シールが荷重を受けることを回避できる。

【0008】

また、例えば、前記ハウジングは、前記装置端部に対して、前記回転シャフトの回転方向に相対移動可能であっても良く、
前記ハウジングは、前記装置端部に接続しており前記ハウジングと係合可能な回転止め部によって、前記装置端部に対する前記回転方向の相対移動範囲を制限されても良い。

【0009】

ハウジングが、径方向にも回転方向にも相対移動可能である磁性流体シールは、ハウジングを装置端部に固定しないというシンプルな態様によって実現されるため、構造が単純であり、製造が容易で耐久性に優れている。また回転止め部がハウジングの相対移動範囲を制限するため、ハウジング自体が無制限に回転することはない。

【0010】

また、例えば、本発明に係る磁性流体シールは、前記ハウジングと前記装置端部の間を封止する２次シール部を有しても良い。

【0011】

ハウジングが装置端部に対して移動可能であっても、２次シール部がハウジングと装置端部の間を封止することにより、装置内の気密性は良好に保たれる。

【0012】

また、例えば、本発明に係る磁性流体シールは、前記ハウジングを前記回転シャフトに対して相対回転可能に支持する軸受け部を有しても良い。

【0013】

本発明に係る磁性流体シールは、ハウジングが装置端部に対して、少なくとも完全には固定されていない態様である。これに加えて、軸受け部が、ハウジングを回転シャフトに対して支持することにより、磁性流体シール全体が、回転シャフトに取り付けられる態様となり、磁性流体シールが荷重を受けることをより効果的に回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る磁性流体シールを適用した装置の概略図である。

【図2】図２は、図１に示す磁性流体シールの要部断面図である。

【図3】図３は、図２に示す磁性流体シールを、機外側から見た平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

第１実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る磁性流体シール２０を適用した製造装置の概略図である。磁性流体シール２０は、製造装置のチャンバ１８に設けられた装置フランジ１４（装置端部）と、装置フランジ１４を貫通する回転軸１６との間を封止する。回転軸１６の機外側の端部は、モータやギヤボックス等の駆動装置１２に接続されており、回転軸１６は、駆動装置１２の回転力によって回転する。回転軸１６の機内側の端部は、チャンバ１８内部に位置しており、アーム１９に接続されている。製造装置は、チャンバ１８の内部を、チャンバ１８の外部に対して気密状態に保つことが可能であり、必要に応じて負圧状態、加圧状態、大気圧状態に切り換え及び維持する。チャンバ１８の内部では、回転軸１６を介して駆動されるアーム１９が、部材の搬送等を行うことができる。

【0016】

図２は、図１に示す磁性流体シール２０の要部断面図である。磁性流体シール２０は、永久磁石２８及びポールピース２４，２６を備えるハウジング３８、シャフト２２、ベアリング３４，３６、Ｏリング４０，４２、回り止めピン４６等を有する。シャフト２２は、無底の円筒形状である。シャフト２２は、回転軸１６の外周面に固定されており、回転軸１６と伴に回転する。シャフト２２の固定方法は特に限定されず、例えばセットカラー、キー、ボルト等を用いて回転軸１６に固定される。シャフト２２と回転軸１６との間には、封止のためのＯリングが設けられている。

【0017】

シャフト２２は磁性材料によって構成されており、後述する永久磁石２８が発生する磁束は、シャフト２２を通過する。なお、磁性流体シール２０では、シャフト２２及び回転軸１６が、特許請求の範囲における回転シャフトに相当するが、例えば回転軸１６自体が磁性材料である場合には、シャフト２２を用いない態様もあり、その場合は回転軸１６が回転シャフトに相当する。

【0018】

ハウジング３８は、装置フランジ１４に形成された貫通孔に挿入されている円筒部と、円筒部分の機外側の端部に接続されており、外径方向へ突出する鍔部とを有する。ハウジング３８における円筒部の外周面と装置フランジ１４の内周面の間には、ハウジング３８と装置フランジ１４の間を封止する２次シールとしてのＯリング４０，４２が配置されている。

【0019】

ハウジング３８における円筒部の内周面３８ａには、磁束発生手段としての永久磁石２８と、磁束伝達手段としてのポールピース２４，２６が備えられている。永久磁石２８は磁束を発生し、永久磁石２８の周辺に配置されたポールピース２４，２６、シャフト２２及び磁性流体によって磁束が伝達され、磁路が形成される。永久磁石２８は、ポールピース２４，２６に接続されるか、又はハウジング３８に接続される。

【0020】

ポールピース２４，２６はリング状であり、永久磁石２８を軸方向に挟んで両側に配置されており、磁性材料によって構成される。ポールピース２４，２６は、永久磁石２８で発生された磁束を伝達する。ポールピース２４，２６の外周端部は、ハウジング３８の円筒部における内周面３８ａに取り付けられており、ポールピース２４，２６は、ハウジング３８に対して相対回転しないように取り付けられている。ポールピース２４，２６の内周端部は、シャフト２２の外周面２２ａに対して、微少隙間を形成して対向している。

【0021】

ポールピース２４，２６とシャフト２２の外周面２２ａとの間に形成されている微少隙間には、磁性流体４４が、永久磁石２８によって発生された磁束により保持されている。磁性流体４４としては、例えば、粒径約５〜５０ｎｍ程度の磁性超微粒子を、界面活性剤を使用して溶媒や油（基油）中に分散させたものが挙げられ、磁束に沿って移動し、磁場にトラップされる特性を有する。磁性流体４４は、ポールピース２４，２６とシャフト２２の外周面２２ａとの間の密封性を確保することができる。

【0022】

ポールピース２４，２６の内周端部及びこれと対向するシャフト２２の外周面２２ａのいずれか一方又は双方には、凹凸が形成されていてもよい。このような凹凸を形成することにより、微少隙間に磁性流体４４が保持されやすくなる。

【0023】

図３は、磁性流体シール２０を、機外側から見た平面図である。ハウジング３８の鍔部には、切り欠き３８ｂが形成されている。切り欠き３８ｂの中には、ハウジング３８の切り欠き３８ｂと係合可能な回り止めピン４６が配置されている。図２に示すように、回り止めピン４６は、装置フランジ１４に螺旋止めされており、ハウジング３８の切り欠き３８ｂと係合することにより、ハウジング３８の回転方向の相対移動範囲を制限することができる。

【0024】

ハウジング３８における円筒部の内周面３８ａとシャフト２２の外周面２２ａの間には、軸受け部であるベアリング３４，３６が配置されている。ベアリング３４，３６は、ホールピース２４，２６及び永久磁石２８を挟んで軸方向の両側に配置されている。ベアリング３４，３６とポールピース２４，２６との間には、非磁性材料のスペーサ３０，３２が挟まれており、永久磁石２８で発生した磁束がポールピース２４，２６から漏れるのを防止している。

【0025】

ベアリング３４，３６の内周面は、シャフト２２の外周面２２ａに接続しており、ベアリング３４，３６の外周面はハウジング３８の内周面３８ａに接続しており、ベアリング３４，３６は、ハウジング３８をシャフト２２に対して相対回転可能に支持している。

【0026】

図１〜図３に示す磁性流体シール２０は、ハウジング３８が装置フランジ１４に対して固定されていない。そのためハウジング３８は、回転軸１６の径方向、軸方向及び回転方向５０に、装置フランジ１４に対して相対移動可能である。特に、ハウジング３８が、装置フランジ１４に対して、回転軸１６の径方向に相対移動可能であるため、回転軸１６に大きな荷重がかかり、傾きや径方向の振動を生じた場合にも、磁性流体シール２０全体で回転軸１６の移動に追従することが可能である。これにより、磁性流体シール２０は、回転軸１６を介して荷重を受けることを好適に回避することができ、小型化に対して有利であり、荷重のかかる回転軸１６にも好適に適用することができる。また、ベアリング３４，３６にかかる荷重も軽減されるため、磁性流体シール２０は、ベアリング３４，３６として特別耐久性の高いものを使用しなくても良く、コスト面での利点を有する。

【0027】

なお、ハウジング３８が装置フランジ１４に対して径方向に移動するため、ハウジング３８と装置フランジ１４の間に配置されるＯリング４０，４２は、例えばエラストマー等のような適度な弾性を有する材料によって作製されることが好ましい。これにより、Ｏリング４０，４２は、ハウジング３８と装置フランジ１４の間をより好適に封止することができ、磁性流体シール２０は、装置フランジ１４内の気密状態を好適に保つことができる。

【0028】

また、ハウジング３８は、回転軸１６における径方向以外の回転方向及び軸方向に関しても、装置フランジ１４に対して相対移動可能であるため、磁性流体シール２０は、ハウジング３８と装置フランジ１４とを固定しないという単純な構造によって実現されている。したがって、磁性流体シール２０は、組み立て及び製造が簡単であり、耐久性が高い。

【0029】

ただし、ハウジング３８は、装置フランジ１４に対して固定されている回り止めピン４６が、ハウジング３８の相対移動範囲を制限するため、装置フランジ１４に対して所定の回転角度以上に回転することはない（図３参照）。これにより、磁性流体シール２０は、回転軸１６の変形や、回転軸１６及びシャフト２２の振動が生じる状況で、これに追従する適度な移動を行うことが可能であり、かつ、回転軸１６と装置フランジ１４の間を好適にシールすることができる。

【0030】

またさらに、ベアリング３４，３６が、ハウジング３８をシャフト２２に対して相対回転可能に支持するため、磁性流体シール２０は、ハウジング３８が装置フランジ１４に固定されていなくても、シャフト２２を介して回転軸１６に適切に支持される。

【符号の説明】

【0031】

１２…駆動装置
１４…装置フランジ
１６…回転軸
１８…チャンバ
１９…アーム
２０…磁性流体シール
２２…シャフト
２２ａ…シャフト外周面
２４，２６…ポールピース
２８…永久磁石
３０，３２…スペーサ
３４，３６…ベアリング
３８…ハウジング
３８ａ…ハウジング内周面
３８ｂ…切り欠き
４０，４２…Ｏリング
４４…磁性流体
４６…回り止めピン
５０…回転方向

【図1】

【図2】

【図3】