(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に対して負圧環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達する磁性流体シール装置であって、
前記処理室に前記所定の機械的運動を回転運動により伝達するシャフトと、
前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段に対して前記処理室の内部側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する磁気伝達部材と、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外側面に対して摺動するＯリングであるシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材における流体保持突部との間に保持される磁性流体とを有し、
前記流体保持突部は、前記内方突縁のうち前記磁力発生手段に近接する第１内方突縁における前記シャフトに近接する端部に、前記処理室の外部側から、前記シャフトと前記シール部材との摺動面に向かって、前記シーリング溝の開口を絞るように突出するように形成されていることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
外部に対して負圧環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達する磁性流体シール装置であって、
前記処理室に前記所定の機械的運動を回転運動により伝達するシャフトと、
前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段に対して前記処理室の内部側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する磁気伝達部材と、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外側面に対して摺動するＯリングであるシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体とを有し、
前記シーリング溝は、一対の前記内方突縁が前記シャフトと前記シール部材との摺動面に向かって、前記シーリング溝の開口を絞るように突出するアリ溝形状を有しており、
前記磁性流体は、前記シャフトと、前記磁気伝達部材における前記内方突縁のうち前記磁力発生手段に近接しており前記処理室の外部側から前記シャフトと前記シール部材との摺動面に向かって突出する第１内方突縁との間に保持されていることを特徴とするシール装置。
【請求項３】
外部に対して負圧環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達する磁性流体シール装置であって、
前記処理室に前記所定の機械的運動を回転運動により伝達するシャフトと、
前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段に対して前記処理室の内部側に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する磁気伝達部材と、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外側面に対して摺動するＸリングであるシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材における第１内方突縁との間に保持される磁性流体とを有し、
前記シーリング溝は、前記シャフトの中心軸を通る断面の形状が略矩形形状であり、
前記シール部材は、前記シーリング溝の前記略矩形形状の頂点のそれぞれに向かって突出する４つの突起部を有しており、前記突起部のうち前記シャフト側に向かって突出する２つの突起部の間には、前記磁性流体を保持する流体保持溝が形成されており、
前記シャフト側に向かって突出する２つの前記突起部のうち一方である第１突起部は、前記内方突縁のうち前記磁力発生手段に近接する前記第１内方突縁の先端部に近接するように配置されており、
前記流体保持溝は、前記磁性流体を、前記第１突起部から、前記シャフト側に向かって突出する２つの前記突起部のうち他方である第２突起部へ、導くことができることを特徴とするシール装置。
【請求項４】
前記磁気伝達部材に対して前記磁力発生手段を挟んで配置され、当該磁力発生手段で発生される磁気を伝達する第２磁気伝達部材をさらに有し、
前記第２磁気伝達部材は、前記シャフトを軸受けするボールベアリングであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載されたシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内やクリーンルーム等の密閉空間に外部から運動を伝達するのに好適なシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造工程において半導体ウェーハに施される酸化、拡散あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理は、ウェーハを真空中あるいは特定のガス雰囲気中に維持して行われる。多くの場合、ウェーハは、所定の環境に保持されたチャンバや容器（以下、処理室と総称する。）に収容され、例えば回転等されながら処理室内部の雰囲気に曝されて処理が行われる。従って、このような処理に用いられる処理室には、気密性が高いこととともに、ウェーハを回転させる等、処理室外部から処理室内部に機械的運動を伝達できることが求められる。【０００３】
処理室をシールした状態で処理室内部に機械的運動を伝達させる従来技術としては、例えば真空グリースを塗布したエラストマーシール（Ｏリング等）を用いるシール装置が知られている。しかし、このような従来技術では、軸とシールの摺動部にグリースを保持させるために、使用する真空グリースの粘度を高くする必要がある。したがって、グリースが劣化した場合でも周囲に存在するグリースと置き換わらず、シールの摺動寿命を短縮させるという問題を有している。【０００４】
このような問題を解決するための従来技術としては、たとえば、エラストマーシールと、磁力によってポールピースと軸の間に保持される磁性流体を用いたシール装置が知られている（特許文献１等参照）。しかし、このような従来技術では、ポールピースの先端に磁性流体を保持しても、磁性流体の大部分がエラストマーシールに届かないという問題を有している。したがって、従来技術に係るシール装置で用いられる磁性流体は、潤滑剤として役割を十分に果たすことができないため、従来技術に係るシール装置は、摺動寿命に課題を残すものであった。【０００５】
また、シール装置に関する他の従来技術としては、円環状突起を有する軸と、永久磁石に接する継鉄とを有しており、継鉄の内周面と円環状突起の間に磁性流体を保持するシール装置（回転軸突起型磁性流体シール回転軸受け）が知られている（特許文献２等参照）。しかし、継鉄の内周面と円環状突起の間に磁性流体を保持するシール装置は、構造が複雑であり、製造のために極めて高精度な加工工程および組み立て工程が必要となり、生産性およびコスト面で課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３１７９１６
【特許文献２】特開２００３−２９４１５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、構造がシンプルで、良好な摺動寿命を有しており、処理室に外部から運動を伝達するのに好適なシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るシール装置は、
所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達するシール装置であって、
前記処理室に前記所定の機械的運動を伝達するシャフトと、
前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出しており、前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する磁気伝達部材と、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外側面に対して摺動するシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
を有し、前記一対の内方突縁のうち前記磁力発生手段に近接する第１内方突縁における前記シャフトに近接する端部には、前記シャフトおよび前記シール部材に向かって突出する流体保持突部が形成されていることを特徴とする。【０００９】
本発明の第１の観点に係るシール装置は、磁気伝達部材の第１内方突縁に、シャフトおよびシール部材に向かって突出する流体保持突部が形成されている。このため、シール部材におけるシャフトに対する摺動面は、磁性流体が最も多く保持される流体保持突部と近接した状態で配置される。したがって、磁気伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材との距離も短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できる。すなわち、本発明に係るシール装置において、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
【００１０】
また、本発明の第２の観点に係るシール装置は、
所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達する磁性流体シール装置であって、
前記処理室に前記所定の機械的運動を伝達するシャフトと、
前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する磁気伝達部材と、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外側面に対して摺動するシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
を有し、前記シーリング溝は、アリ溝形状を有していることを特徴とする。【００１１】
本発明の第２の観点に係るシール装置では、アリ溝形状を有するシーリング溝に、シール部材が収納されている。このため、シール部材におけるシャフトに対する摺動面は、磁性流体が多く保持される磁気伝達部材の先端部と近接した状態で配置される。したがって、磁気伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材の摺動面の距離も短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できる。すなわち、本発明に係るシール装置において、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
【００１２】
また、本発明の第３の観点に係るシール装置は、
所定の環境に保持される処理室の内部に、当該処理室の外部から当該処理室の環境を維持しつつ所定の機械的運動を伝達する磁性流体シール装置であって、
前記処理室に前記所定の機械的運動を伝達するシャフトと、
前記シャフトが貫通するハウジングと、
前記ハウジングと前記シャフトとの間に配置されて前記シャフトの周囲において磁力を発生する磁力発生手段と、
前記ハウジングから前記シャフトに向かって突出して前記シャフトを取り囲むシーリング溝を形成する一対の内方突縁を有し、前記磁力発生手段に隣接して配置されて当該磁力発生手段で発生される磁力を伝達する磁気伝達部材と、
少なくとも一部が前記シャフトに向かってはみ出した状態で前記シーリング溝に収納され、前記シャフトの外側面に対して摺動するシール部材と、
前記磁力発生手段により発生された磁力により前記シャフトと前記磁気伝達部材の間に保持される磁性流体と
を有し、前記シャフトの中心軸を通る断面によって観察した前記シーリング溝の断面は、略矩形形状を有しており、
前記シール部材は、前記シーリング溝の前記略矩形形状の頂点のいずれかに向かって突出する２以上の突起部を有しており、前記突起部のうち前記シャフト側に向かって突出する２つの突起部の間には、前記磁性流体を保持する流体保持溝が形成されていることを特徴とする。【００１３】
本発明の第３の観点に係るシール装置では、断面の形状が略矩形形状であるシーリング溝に、矩形形状の頂点のいずれかに向かって突出する突起部を有するシール部材が収納されている。このため、シール部材における突起部のうち、シャフト側に突出してシャフトに対する摺動面を構成する２つの突起部は、磁性流体が多く固定される磁気伝達部材の先端部と近接した状態で配置される。したがって、磁気伝達部材に保持される磁性流体と、シール部材の摺動面の距離が短くなり、磁性流体がシール部材の摺動面まで容易に到達できる。すなわち、本発明に係るシール装置において、磁性流体はシャフトとシール部材の摺動面近傍において潤滑剤として好適に作用し、シール部材の摺動寿命を長くすることができる。
【００１４】
また、例えば、本発明に係るシール装置は、前記磁気伝達部材に対して前記磁力発生手段を挟んで配置され、当該磁力発生手段で発生される磁気を伝達する第２磁気伝達部材を有していてもよい。磁気伝達部材に対して磁力発生手段を挟んで配置される第２磁気伝達部材を有することによって、本発明に係るシール装置は、磁気伝達部材におけるシャフトと近接する先端部に磁性流体をより確実に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るシール装置を表す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態に係るシール装置を表す断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るシール装置に備えられる第１磁極部材およびその変形例を示す拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の参考例３で用いたシール装置に備えられる第１磁極部材の拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係るシール装置を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るシール装置３を表す断面図である。シール装置３は、不図示の処理室に設けられた開口を塞ぐように配置されており、処理室内部を処理室外部に対して気密状態に保つことができる。本実施形態に係るシール装置３が配置される処理室としては、特に限定されないが、例えばシリコンウェーハの処理を行うウェーハ処理室や、真空状態と大気圧状態とを繰り返すロードロック室等が挙げられる。また、処理室内部は、処理室外部に対して負圧環境に保持されるものであっても良く、また、等圧もしくは加圧環境に保持されるものであってもよい。
【００１７】
シール装置３は、ハウジング１２と、シャフト１０と、磁力発生手段としての磁石１４と、磁気伝達部材としての第１および第２磁極部材１８，３０と、シール部材としてのＯリング２４と、磁性流体２６とを有する。シャフト１０は、円筒状のハウジング１２を貫通するように配置されている。なお、磁石１４と第１磁極部材１８とは一体に形成されていてもよい。あるいは、磁石１４が第１磁極部材の一部を兼ねていてもよく、例えば第１磁極部材１８における磁性流体２６を固定する部分（第１内方突縁１９ａ）を磁力発生手段としてもよい。
【００１８】
シャフト１０における処理室外部側の端部は、不図示の駆動部に接続されている。本実施形態に係るシャフト１０は、駆動部からの駆動力によって、軸Ａを中心として回転運動することができる。シャフト１０における処理室内部側の端部は、処理室内部に配置された不図示の被駆動部に接続されている。これにより、本実施形態に係るシャフト１０は、処理室外部に配置された駆動部によって発生される回転運動を、処理室内部に伝達することができる。なお、シャフト１０は、磁性材料を用いて形成されるが、シャフト全体が中実の磁性材製のものには限定されない。例えば、表面に磁性材製のスリーブを装着したオーステナイト鋼または、非鉄材、石英等の非磁性材製シャフトでも良く、スリーブ単体でも良い。また磁性材料を用いて形成されたシャフトの表面に、摺動特性や防錆等のために樹脂コーティングなどを施すことも可能である。コーティングの厚さは、磁性材料からの磁力線を大きく弱めることのない程度の厚さとすることができる。
【００１９】
ハウジング１２は、シャフト１０が貫通するように設置される筒状部材であり、不図示の処理室に固定されている。ハウジング１２の内周面１２ａと、シャフト１０の外周面１０ａとの間には、磁石１４、第１磁極部材１８、第２磁極部材３０、Ｏリング２４等が配置できるように、所定の間隔が設けられている。
【００２０】
ハウジング１２の内周面１２ａと、シャフト１０の外周面１０ａとの間には、シャフト１０の軸Ａ方向に沿って、第２磁極部材３０、磁石１４、第１磁極部材１８が配置されている。円環状の磁石１４は、後述するように磁性流体２６を保持するための磁気を発生する磁力発生手段であり、第１磁極部材１８と第２磁極部材３０に、軸Ａ方向の両側を挟まれた状態で配置されている。なお、磁石１４の形状は、本実施形態のような円環状に限定されず、例えば、円筒形状の磁石を、シャフト１０をとり囲むように、軸方向を揃えて環状に並べて配置した形状であっても良い。
【００２１】
磁石１４の処理室外部側の端部には、環状の第２磁極部材３０が接続されている。第２磁極部材３０は、磁石１４に接触するように設けられた磁性材料である。第２磁極部材３０の内周端部である第２内周端部３０ａは、シャフト１０の外周面１０ａに対してわずかな隙間を空けて配置される。また、第２磁極部材３０の第２外周端部３０ｂは、ハウジング１２の内周面１２ａに固定されていてもよい。
【００２２】
磁石１４の処理室内部側の端部には、環状の第１磁極部材１８が接続されている。第１磁極部材１８は、第２磁極部材３０と同じく、磁石１４に接触するように設けられた磁性材料である。第１磁極部材１８の第１外周端部１８ｂは、ハウジング１２の内周面１２ａに固定されている。第１磁極部材１８とハウジング１２の間には、第１磁極部材１８の第１外周端部１８ｂと、ハウジング１２の内周面１２ａとの間をシールする静的シール部材３２が設けられていてもよい。
【００２３】
第１磁極部材１８は、ハウジング１２の内周面１２ａ側からシャフト１０の外周面１０ａ側に向かって突出する第１内方突縁１９ａおよび第２内方突縁１９ｂを有している。第１内方突縁１９ａは、第２内方突縁１９ｂより処理室外部側に形成される。したがって、第１内方突縁１９ａは、第２内方突縁１９ｂより磁石１４に近接するように配置される。
【００２４】
シャフト１０に近接する側に向かう第１内方突縁１９ａの先端部には、シャフト１０およびＯリング２４に向かって突出する流体保持突部２２が形成されている。流体保持突部２２は、シャフト１０の外周面１０ａとの間にわずかな間隔を形成するように配置される。流体保持突部２２の先端部２２ａ付近には、磁石１４によって発生された磁力によって、磁性流体２６が保持される。
【００２５】
第１内方突縁１９ａと第２内方突縁１９ｂとの間には、シーリング溝２０が形成される。シーリング溝２０は、シャフト１０を取り囲むように形成されており、シャフト１０の外周面１０ａ側に開口を有している。
【００２６】
シーリング溝２０には、環状のＯリング２４が収納されている。本実施形態に係るＯリング２４は、シャフト１０の軸Ａを通る断面で観察した場合、略円形もしくは略楕円形の断面形状を有している。また、Ｏリング２４の一部は、シーリング溝２０の開口からはみ出した状態で収納されている。
【００２７】
Ｏリング２４のリング外周端部２４ｂは、シーリング溝２０の底部２０ａに接触しており、Ｏリング２４とシーリング溝２０の底部２０ａは、周方向に連続して密着している。
【００２８】
また、Ｏリング２４は、シャフト１０とわずかに接触しており、過度に接触トルクを大きくしないとともに、シール性を満たすように設計されている。実施形態に係るシール装置３において、Ｏリング２４は、シーリング溝２０の底部２０ａとシャフト１０の外周面１０ａとによって、軸Ａの径方向にわずかに押しつぶされた状態で、シーリング溝２０に収納されている。なお、Ｏリング２４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。
【００２９】
シャフト１０が軸Ａを中心として回転する際、Ｏリング２４のリング内周端部２４ａは、シャフト１０の外周面１０ａに対して摺動する。したがって、第１実施形態に係るＯリング２４は、第１磁極部材１８とシャフト１０との間をシールすることができる。
【００３０】
流体保持突部２２の先端部２２ａ付近には、磁性流体２６が保持される。本実施形態に用いる磁性流体２６は、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で、磁力線に沿って移動し磁場にトラップされる特性を有する。本実施形態のシール装置３において、磁性流体２６は、シャフト１０とＯリング２４の摺動面で作用する潤滑剤として用いられており、Ｏリング２４の摺動寿命を延長させる。また、磁性流体２６は、Ｏリング２４とシャフト１０の摺動面における密封性を確保し、また、摺動面付近での発塵を抑制することができる。
【００３１】
シャフト１０が軸Ａを中心として回転する際、流体保持突部２２の先端部２２ａ付近に保持された磁性流体２６は、シャフト１０とＯリング２４の摺動面に到達し、潤滑剤として作用する。特に本実施形態に係るシール装置３では、流体保持突部がＯリング２４およびシャフト１０に向かって突出しているため、磁性流体２６を最も多く保持する流体保持突部２２の先端部２２ａが、Ｏリング２４に近接して配置されている。したがって、磁性流体２６はＯリング２４を介して、シャフト１０とＯリング２４の摺動面に容易に到達することができる。
【００３２】
また、図１に示すように、Ｏリング２４が略円形もしくは略楕円形の断面形状を有するため、Ｏリング２４における摺動面であるリング内周端部２４ａが、流体保持突部２２の先端部２２ａに近接して配置されている。したがって、流体保持突部２２の先端部２２ａの周辺に保持される磁性流体２６は、この点からもシャフト１０とＯリング２４の摺動面に容易に到達することができ、潤滑剤として好適に作用することができる。
【００３３】
なお、流体保持突部２２は、２つの内方突縁１９ａ，１９ｂのうち、磁石１４に近接する第１内方突縁１９ａに形成されることが好ましい。磁石１４に近接する第１内方突縁１９ａは、第２内方突縁１９ｂに比べてより多くの磁束が通過する。したがって、第１内方突縁１９ａに流体保持突部２２を形成することによって、より多くの磁性流体２６を流体保持突部２２に保持させることができる。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、第１磁極部材１８に形成されたシーリング溝２０は、アリ溝形状を有している。第１内方突縁１９ａは、シーリング溝２０の壁の一部を構成しており、第１内方突縁１９ａの先端部に形成される流体保持突部２２は、シーリング溝２０に向かって傾斜している。また、第１実施形態におけるシール装置３では、アリ溝形状を有するシーリング溝２０に、シャフト１０の軸Ａを通る断面によって観察した場合に略円形もしくは略楕円形の断面形状を有するＯリング２４が収納されている。したがって、磁性流体２６が保持される流体保持突部２２の先端部２２ａは、Ｏリング２４に近接しており、磁性流体２６は、シャフト１０とＯリング２４の摺動面に容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。
【００３５】
第１内方突縁１９ａおよび第２内方突縁１９ｂによって形成されるシーリング溝２０の形状は、第１実施形態に示す形状に限定されず、例えば図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すような形状を有していてもよい。図３（ｂ）および図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す第１磁極部材１８の変形例を示す拡大断面図である。
【００３６】
図３（ｂ）に示す第１磁極部材４０は、第１内方突縁３９ａが、第２内方突縁３９ｂと略対称な形状を有している。図３（ｂ）に示す変形例においても、第１内方突縁３９ａの先端部に流体保持突部４２が形成されており、流体保持突部４２の先端部４２ａは、Ｏリング２４と近接するように配置される。また、当該流体保持突部４２に磁性流体２６が保持されるため、磁性流体２６は、Ｏリング２４に近接するように配置される。したがって、図３（ｂ）に示す第１磁極部材４０を、第１実施形態に係るシール装置３に用いた場合でも、磁性流体２６は、シャフト１０とＯリング２４の摺動面に容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。
【００３７】
図３（ｃ）に示す第１磁極部材５１は、第１内方突縁４９ａが、第２内方突縁４９ｂと略対称な形状を有しており、シーリング溝４８に向かって突出している。図３（ｃ）に示す変形例では、第１内方突縁４９ａの先端部５０に磁性流体２６が保持される。図３（ｃ）に示す変形例では、シーリング溝４８を形成する第１内方突縁４９ａが、シーリング溝４８に向かって突出しており、シーリング溝４８がアリ溝形状を有している。このため、第１内方突縁４９ａの先端部５０が、Ｏリング２４に近接するように配置される。また、第１内方突縁４９ａの先端部５０に磁性流体２６が保持されるため、磁性流体２６とＯリング２４も近接して配置される。したがって、図３（ｃ）に示す第１磁極部材５１を第１実施形態に係るシール装置３に用いた場合でも、磁性流体２６は、シャフト１０とＯリング２４の摺動面に容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。
第２実施形態
【００３８】
図２は、本発明の第２実施形態に係るシール装置６を表す断面図である。第２実施形態に係るシール装置６は、第１磁極部材５８の形状と、シール部材として用いられるＸリング６４の形状が、第１実施形態に係るシール装置３に備えられた第１磁極部材１８およびＯリング２４の形状と異なる。しかし、その他の部分は第１実施形態に係るシール装置３と同様であり、第１実施形態と同様の部材に対しては、第１実施形態と同じ部材番号を付している。
【００３９】
第１磁極部材５８は、第１実施形態に係る第１磁極部材１８と同様に、ハウジング１２の内周面１２ａ側からシャフト１０の外周面１０ａ側に向かって突出する第１内方突縁５９ａおよび第２内方突縁５９ｂを有している。しかし、第１内方突縁５９ａの先端部には、第１実施形態に係る第１内方突縁１９ａと異なり、流体保持突部が形成されていない。
【００４０】
第１内方突縁５９ａと第２内方突縁５９ｂは、互いに略対称な形状を有しており、第１内方突縁５９ａと第２内方突縁５９ｂとの間には、シャフト１０側に開口を有するシーリング溝６０が形成されている。シャフト１０の軸Ａを通る断面によって観察したシーリング溝６０の断面は、略矩形形状を有している。
【００４１】
Ｘリング６４は、シーリング溝６０の断面が有する矩形形状のそれぞれに向かって突出する第１突起６４ａ、第２突起６４ｂ、第３突起６４ｃおよび第４突起６４ｄを有している。
【００４２】
第１突起６４ａと第２突起６４ｂは、矩形形状の頂点のうち、シーリング溝６０の開口側の頂点に向かって突出している。第１突起６４ａは、シーリング溝６０の開口側の頂点のうち、第１内方突縁５９ａ側の頂点に向かって突出しており、第２突起は、第２内方突縁５９ｂ側の頂点に向かって突出している。
【００４３】
また、第３突起６４ｃと第４突起６４ｄは、矩形形状の頂点のうち、シーリング溝６０の底部６０ａ側の頂点に向かって突出している。さらに、シーリング溝６０の第１〜第４突起は、Ｘリング６４の周方向に沿って連続している。
【００４４】
第３突起６４ｃおよび第４突起６４ｄは、シーリング溝６０の底部６０ａに接触しており、Ｘリング６４とシーリング溝６０は、周方向に連続して密着している。また、Ｘリング６４の内径は、シャフト１０の径と略一致する径か、あるいはわずかに小さい径となるように設計されている。したがって、シャフト１０が軸Ａを中心として回転する際、Ｘリング６４の第１突起６４ａおよび第２突起６４ｂは、シャフト１０の外周面１０ａに対して摺動する。これにより、第２実施形態に係るＸリング６４は、第１磁極部材５８とシャフト１０との間をシールすることができる。
【００４５】
第１突起６４ａと第２突起６４ｂの間には、第２突起６４ｂまで磁性流体２６を周り込ませるための流体保持溝６４ｅが形成されている。すなわち、流体保持溝６４ｅは、流体保持溝６４ｅと、流体保持溝６４ｅと対向するシャフト１０の外周面１０ａとの表面張力によって、磁性流体２６を第１突起６４ａから第２突起６４ｂへ導くことができるように設計されている。また、流体保持溝６４ｅは、流体保持溝６４ｅと、流体保持溝６４ｅと対向するシャフト１０の外周面１０ａとの間に、磁性流体２６を保持できる。
【００４６】
シャフト１０が軸Ａを中心として回転する際、磁性流体２６は、第１内方突縁５９ａの先端部付近に最も多く保持される。Ｘリング６４の第１突起６４ａは、第１内方突縁５９ａの先端部に近接するように配置されているため、磁性流体２６は、シャフト１０とＸリング６４の第１突起６４ａの摺動面に容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。
【００４７】
また、Ｘリング６４には流体保持溝６４ｅが形成されているため、磁性流体２６は、第１突起６４ａおよび流体保持溝６４ｅを介して、第２突起６４ｂまで容易に到達することができる。すなわち、第２実施形態に係るシール装置６では、第１突起６４ａおよび第２突起６４ｂと、シャフト１０の外周面１０ａとの間に形成される双方の摺動面に、磁性流体２６が容易に到達することができる。したがって、磁性流体２６は、Ｘリング６４とシャフト１０との摺動面における潤滑剤として好適に作用することができる。
【００４８】
なお、第２内方突縁５９ｂの先端部にも、磁性流体２６が保持される場合がある。第２内方突縁５９ｂの先端部付近に保持された磁性流体２６は、Ｘリング６４の第２突起６４ｂに容易に到達することができる。しかし、第２内方突縁５９ｂは、第１内方突縁５９ａより磁石１４からの距離が長いため、第１内方突縁５９ａほど多くの磁束が通過しない。したがって、第２内方突縁５９ｂの先端部に保持される磁性流体２６の量が少なく、第２内方突縁５９ｂの先端部に保持される磁性流体２６だけでは、第２突起６４ｂとシャフト１０の外周面１０ａとの摺動面を十分に潤滑することができない場合がある。
【００４９】
しかし、第２実施形態に係るシール装置６では、上述のように、第１内方突縁５９ａの先端部付近に保持された磁性流体２６が、第１突起６４ａおよび流体保持溝６４ｅを介して、第２突起６４ｂまで容易に到達することができる。したがって、磁性流体２６は、Ｘリング６４とシャフト１０との摺動面における潤滑剤として好適に作用することができる。
第３実施形態
【００５０】
図５は、本発明の第３実施形態に係るシール装置７を表す断面図である。第３実施形態に係るシール装置７は、第２磁極部材がボールベアリング８０によって構成されている点と、第１磁極部材８２が第１リング部８４および第２リング部８６によって構成されている点で、第２実施形態に係るシール装置６と異なる。しかし、その他の部分については第２実施形態に係るシール装置６と同様であり、第２実施形態と同様の部材に対しては、第２実施形態と同じ部材番号を付している。
【００５１】
図５に示すように、シール装置７では、円環状の磁石１４は、第１磁極部材８２とボールベアリング８０に、軸Ａ方向の両側を挟まれた状態で配置されている。ボールベアリング８０は、磁石１４の処理室外部側の端部と接触するように配置されている。
【００５２】
ボールベアリング８０は、ハウジングの内周面１２ａに取り付けられる外周リング８０ａと、シャフト１０に取り付けられる内周リング８０ｃと、径方向を外周リング８０ａと内周リング８０ｃによって挟まれて保持される複数のボール８０ｂからなる。
【００５３】
内周リング８０ｃは、シャフト１０に固定的に取り付けられており、シャフト１０が軸Ａの周りを回転する際は、シャフト１０とともに回転する。ボール８０ｂは、シャフト１０の外周方向にそって複数配置されている。シャフト１０に固定される内周リング８０ｃは、ボール８０ｂが自転することによって、ハウジングに固定される外周リング８０ａに対して、低摩擦状態で相対回転することができる。
【００５４】
外周リング８０ａ、ボール８０ｂおよび内周リング８０ｃは、磁性材料を用いて形成されており、磁石１４の磁気伝達部材として好適に作用する。すなわち、ボールベアリング８０は、第１および第２実施形態に係るシール装置３，６における第２磁極部材３０の役割を果たしており、磁石１４によって発生した磁力は、ボールベアリング８０およびシャフト１０を介して磁性流体２６に伝達される。
【００５５】
第１磁極部材８２は、処理室外部側に配置される第１リング部８４と、第１リング部８４に対して処理室内部側に配置される第２リング部８６とからなる。第１リング部８４は、磁石１４の処理室内部側の端部と接触するように配置されている。第１リング部８４は、シャフト１０の軸Ａを通る断面で観察した場合、略Ｉ字状の断面形状を有している。
【００５６】
第２リング部８６は、シャフト１０の軸Ａを通る断面で観察した場合、略Ｔ字状の断面形状を有している。第２リング部８６は、第１リング部８４の処理室内部側の端部に接触するように配置されている。
【００５７】
第３実施形態に係るシール装置７において、第１磁極部材８２は、第１リング部８４と第２リング部８６の２つの部材によって構成されている。すなわち、Ｘリングが収納されるシーリング溝９０は、第１リング部８４と第２リング部８６を組み合わせることによって形成される。シーリング溝９０における処理室外部側の壁である第１内方突縁８８ａは、第１リング部８４の一部によって構成されている。また、シーリング溝９０における処理室内部側の壁である第２内方突縁８８ｂと、シーリング溝９０の底部９０ａは、第２リング部８６によって構成されている。
【００５８】
シーリング溝９０に収納されるＸリング６４は、第２実施形態に係るシール装置６に含まれるＸリング６４と同様である。Ｘリング６４の第１突起６４ａおよび第２突起６４ｂは、シャフト１０の外周面１０ａに対して摺動し、第１磁極部材８２とシャフト１０との間をシールする。
【００５９】
第２実施形態に係るシール装置６と同様に、本実施形態に係るシール装置７でも、第１内方突縁８８ａの先端部付近に保持される磁性流体２６は、第１内方突縁８８ａの先端部に近接する第１突起６４ａに容易に到達し、潤滑剤として好適に作用することができる。また、Ｘリング６４には流体保持溝６４ｅが形成されているため、磁性流体２６は、第１突起６４ａおよび流体保持溝６４ｅを介して、第２突起６４ｂまで容易に到達することができる。
【００６０】
さらに、本実施形態に係るシール装置７は、ボールベアリング８０を有しており、ボールベアリング８０が磁石１４の磁気を伝達する磁気伝達部材を兼ねている。したがって、シール装置７は、シャフト１０を精度良く軸受けすることをできる。また、シール装置７は、ボールベアリング８０が磁石１４の磁気を伝達する磁気伝達部材を兼ねているため、第２磁極部材を別途設ける必要がなく、小型化に適している。また、シール装置７は、シール装置７の処理室内部側もしくは処理室外部側に、シャフト１０を軸受けするための軸受けを別途設ける必要がないか、あるいは、別途設ける軸受けを簡素化できる。したがって、シール装置７は、この点でも小型化に適している。
【００６１】
本実施形態に係るシール装置７は、ボールベアリング８０内に磁力線を通過させる構造とすることにより、第１磁極部材８２における第１内方突縁８８ａとシャフト１０の間に磁力を集中させ、磁性流体２６の保持能力を向上させることができる。なぜなら、シール装置７は、磁性材料を用いた部品を接続して構成される磁気回路によって、磁石１４で発生した磁力を、磁性流体２６に伝えることができるからである。
【００６２】
さらに、本実施形態に係るシール装置７は、第１磁極部材８２が、第１リング部８４と第２リング部８６から成る２つの部材によって構成されている。そして、Ｘリング６４は、第１リング部８４と第２リング部８６によって、軸Ａ方向の両側を挟まれた状態に配置される。したがって、本実施形態に係るシール装置７は、Ｘリング６４の交換を容易に行うことができる。
【００６３】
なお、第３実施形態に係るシール装置７において、シーリング溝９０の底部９０ａは、第２リング部８６によって構成されている。しかし、シーリング溝９０の構成は、図５に示すものに限定されず、例えば、シーリング溝９０の底部９０ａが、第１リング部によって構成されてもよい。すなわち、第３実施形態の変形例に係るシール装置としては、磁石１４に接触する第１リング部が略Ｔ字状の断面形状を有しており、第１リング部に接触する第２リング部が略Ｉ字状の断面形状を有しているものが挙げられる。このような変形例に係るシール装置も、図５に示すシール装置７と同様の効果を有する。
【００６４】
また、第３実施形態の他の変形例に係るシール装置としては、図５に示す第１リング部８４と、第２リング部８６とが、別部材ではなく一体の部材で構成されているものが挙げられる。図５に示す第１リング部８４と第２リング部８６とが一体であるシール装置も、磁性流体２６の保持能力等については、第３実施形態に係るシール装置７と同様の効果を有する。
【００６５】
以下に本発明の実施例として、図１に示す第１実施形態および図２に示す第２実施形態に係るシール装置３，６を用いて実施したシール部材の摺動寿命評価の結果と、参考例に係るシール装置を用いて行った摺動寿命評価の結果を示す。
【００６６】
実施例１では、図１に示す第１実施形態に係るシール装置３を用いて、シール部材であるＯリング２４の摺動寿命評価を行った。磁性流体２６としては、フッ素系磁性流体を用いた。実施例に係る摺動寿命評価におけるシャフト１０の回転速度は、シャフト１０の外周面１０ａの移動速度が０．４〜０．６ｍ／ｓとなる条件で行った。
【００６７】
また、実施例に係る摺動寿命評価は、処理室内部を１０−５〜１０−４Ｐａ、処理室外部を大気圧とした状態でおこなった。また、評価開始から、処理室内部の圧力の連続的な上昇またはシャフト１０の回転速度の低下のいずれか一方が発生した時点までに、Ｏリング２４がシャフト１０の外周面１０ａに対して相対移動した距離を、摺動寿命とした。なお、シャフト１０の回転数の低下は、Ｏリング２４の摩耗等によって摺動抵抗が上昇し、これがモータ等によるシャフト１０の駆動トルクより大きくなった場合などに発生する。結果を表１に示す。
【００６８】
実施例２では、図２に示す第２実施形態に係るシール装置６を用いて、シール部材であるＸリング６４の摺動寿命評価を行った。磁性流体２６としては、実施例１と同様にフッ素系磁性流体を用いた。また、実施例２では、シャフトの回転速度等その他の条件についても、実施例１と同様とした。結果を表１に示す。
参考例１
【００６９】
参考例１では、磁性流体２６を用いず、フッ素系グリースＹをＯリング２４に塗布した他は、実施例１と同様にして、Ｏリング２４の摺動寿命評価を行った。結果を表１に示す。
参考例２
【００７０】
参考例２では、磁性流体２６を用いず、フッ素系グリースＺをＯリング２４に塗布した他は、実施例１と同様にして、Ｏリング２４の摺動寿命評価を行った。結果を表１に示す。
参考例３
【００７１】
参考例３では、図１に示す第１磁極部材１８に換えて、図４に示す第１磁極部材７０を用いた他は、実施例１と同様にして、Ｏリング２４の摺動寿命評価を行った。すなわち、参考例３に係る摺動寿命評価は、断面略円形のＯリング２４と、流体保持突部２２が形成されていない第１磁極部材７０を有するシール装置を用いて行った。結果を表１に示す。
【００７２】
【表１】
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総合評価
【００７３】
実施例１では、Ｏリング２４は、各参考例と比較して１０〜３００倍の摺動寿命を有した。実施例１に用いたシール装置３では、図１に示す流体保持突部２２がＯリング２４およびシャフト１０に向かって突出しているため、磁性流体２６を最も多く保持する流体保持突部２２の先端部が、Ｏリング２４に近接して配置されている。したがって、磁性流体２６は、Ｏリング２４を介して、シャフト１０とＯリング２４の摺動面に容易に到達し、当該摺動面の潤滑剤として好適に作用したものと考えられる。
【００７４】
実施例２においてシール部材として用いたＸリング６４は、各参考例と比較して３０〜８４０倍の摺動寿命を有した。実施例２で使用したシール装置６では、図２に示す第１内方突縁５９ａの先端部が、Ｘリング６４の第１突起６４ａと近接する状態となり、Ｏリング２４を用いた場合に比べて、更に磁性流体２６とシール部材とを近接させることができる。したがって、磁性流体２６は、Ｘリング６４の第１突起６４ａの摺動面に容易に到達し、当該摺動面の潤滑剤として好適に作用したものと考えられる。また、磁性流体２６は、Ｘリング６４の第１突起６４ａおよび流体保持溝６４ｅを介して第２突起６４ｂにも容易に到達し、Ｘリング６４とシャフト１０の摺動面において、潤滑剤として好適に作用したものと考えられる。
【００７５】
また、実施例１および２で使用した磁性流体２６の粘度は、参考例１および２で使用したグリースの粘度より低いが、磁性流体２６は、磁力によって流体保持突部２２に保持されるため、シール部材（Ｏリング２４またはＸリング６４）とシャフト１０との摺動面に保持される。このように、磁性流体２６は粘度が低く、また摺動面に容易に到達することができるため、磁性流体全体としてより均一な状態に維持される。したがって、摺動面近傍で磁性流体２６が局所的に劣化することが防止され、実施例における磁性流体２６は、潤滑剤として好適に作用したものと考えられる。
【００７６】
潤滑剤としてグリースを用いた参考例１および参考例２では、Ｏリング２４は、実施例１に比較して１１〜１８分の１の摺動寿命しか有しなかった。参考例１および２で用いたグリースＹおよびＺは、従来技術において一般的に使用されるグリースである。従来技術において一般的に使用されるグリースは、実施例１および２で用いた磁性流体２６よりも粘度が高く、したがって参考例１および参考例２では、摺動面のグリースが劣化した場合でも、劣化した摺動面のグリースが周囲に存在するグリースと置き換わることができず、Ｏリング２４の摺動寿命を短縮させたものと考えられる。
【００７７】
潤滑剤として磁性流体２６を用いたが、流体保持突部２２が形成されていない第１磁極部材７０（図４）を有するシール装置を用いた参考例３では、実施例１と比較して３００分の１の摺動寿命しか有しなかった。参考例３では、図４に示す第１内方突縁７２の先端７２ａに磁性流体２６を保持できる。しかし、第１内方突縁７２の先端部７２ａと、Ｏリング２４との間の距離が長いために、磁性流体２６がＯリング２４とシャフト１０の摺動面まで十分に届かず、磁性流体２６が潤滑剤の役割を十分に果たせなかったものと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0005568810.tif 000006
【図５】
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