(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内周部と、該内周部に挿通される回転軸に対して配置され、前記回転軸に対して径方向に離れた対向面を有する環状磁極部と、
磁力発生手段により発生された磁束により前記環状磁極部と前記回転軸との間の環状隙間に保持される磁性流体とからなる密封部を有する磁性流体を利用した密封装置において、
前記ハウジングとは独立して構成され、前記密封部を保持する保持部材と、前記保持部材を前記回転軸に支持するための軸受手段と、前記ハウジングの内周部と保持部材とを相対移動自在に密封接続する接続手段と、前記ハウジングに対する保持部材の角度を任意に設定する角度設定手段とを備えた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】
前記角度設定手段は、前記ハウジング側に取り付けられた関節部を有した固定脚が、保持リングを介して前記保持部材を保持することにより、前記ハウジングと前記保持部材との角度を変更自在とした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】
前記角度設定手段は、前記保持リングと前記保持部材との間に介在する弾性部材を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁性流体を利用した密封装置。
【請求項４】
前記接続手段は、ベローズであ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。
【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、密封装置の回転軸の導入角度の自由度を大きくし得る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、外部磁場の磁力により、オイル等の流体中に懸濁して存在する磁性体の粒子が磁気吸引され、その位置を保持し得る特性を備えた磁性流体を利用した種々の密封装置がある。
【０００３】
図４は、磁性流体を利用した密封装置の基本的な一構成例を示す断面構成説明図である。この密封装置１００は非磁性体からなる回転機械のハウジング１０１と磁性体からなる回転軸１０２との間の環状隙間１０３に、磁性体からなる１対の環状のポールピース１０４を軸方向に相対向させて配設し、かつ両ポールピース１０４間に軸方向に着磁された環状の磁石１０５を、その磁力により磁気吸着挟持させている。
【０００４】
従って、磁石１０５、ポールピース１０４、回転軸１０２との間には、磁気回路１０６が形成される。
【０００５】
回転軸１０２の外周面とポールピース１０４の内周面の間には微小隙間１０７が形成されており、微小隙間１０７に磁性流体ＭＬ’が充填されている。
【０００６】
磁性流体ＭＬ’は、磁気回路１０６により微小隙間１０７に保持され、この微小隙間１０７を密封し、ハウジング１０１と回転軸１０２との間の環状隙間１０３を軸方向に分割密封している。
【０００７】
図５は、図４の密封装置１００の基本的構成を利用し、圧力差のある高圧側Ｈ’及び低圧側Ｌ’の２領域間にまたがる回転軸２０１と回転軸２０１の軸受部２０３との間の環状隙間２０４を密封するための構成とした密封装置２００の断面構成説明図である。
【０００８】
軸受部２０３は、回転軸２０１の保持及び密封を行う円筒部２０３ａと、円筒部２０３ａ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２０２（真空チャンバ等）の開口端部にボルト等により取り付けられるフランジ部２０３ｂを備えている。
【０００９】
また、軸受部２０３と回転軸２０１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。
【００１０】
そして密封性に関しては、軸受部２０３の円筒部２０３ａ内側に備えられた環状の磁石２０４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。
【００１１】
磁石２０４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２０４の磁極となる磁極部材２０５，２０６が備えられている。そして、回転軸２０１の磁極部材２０５，２０６に対向する部位に複数本の周方向に連続する凹溝２０７ａ，２０７ｂ，・・・２０７ｌ及び各凹溝の間の凸条部２０８ａ，２０８ｂ，・・・２０８ｊを形成し、磁極部材２０５，２０６内周面と各凹溝の間の凸条部２０８ａ，２０８ｂ，・・・の頂面との間隙（それぞれの間隙をステージ部とする）に磁束が集中するように発生させて（すなわち凸条部２０８ａ，２０８ｂ，・・・の頂面で磁束密度が高まるように）、これらの間隙（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。
【００１２】
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２０９ａ，２０９ｂ，・・・２０９ｊを形成し、各室の圧力が順次磁性流体シール部の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。
【００１３】
尚、２１０ａ，２１０ｂはベアリングＢ１，Ｂ２を固定する止め輪、２１１ａ，２１１ｂは円筒部２０３ａ内周面側と磁極部材２０５，２０６の外周面側との密封性を維持するＯリングである。
【００１４】
そして、このような構成を備えた密封装置２００の磁性流体シール部は、容器２０２の内部すなわち低圧側Ｌ’が減圧され（真空状態）て使用される場合、低圧側Ｌ’の圧力と室２０９ａの圧力差が、凸条部２０８ａと磁極部材２０５の間隙のステージ部に保持されている磁性流体ＭＬ’の耐圧限界を越えると、バーストと呼ばれる圧力均衡化現象が一時的に発生して低圧側Ｌ’と室２０９ａが導通し、その圧力差が解消されるという現象が発生する。
【００１５】
この圧力均衡化現象は、低圧側Ｌ’の圧力が下がるにつれて、より高圧側Ｈ’のステージ部でも断続的に発生し、低圧側Ｌ’の圧力（負圧）が序々に高圧側Ｈ’の室へ伝播され、各室の圧力を順次に磁性流体シール部の各ステージ部の耐圧限界内で変化させる分圧化を行なうことにより、圧力差（高圧側Ｈ’が一般雰囲気の場合には大気圧）を保持している。
【００１６】
尚、低圧側Ｌ’が高圧側、高圧側Ｈ’が低圧側となる使用条件においても、上記と同様の分圧化が発生し、圧力差を保持することができる。
【００１７】
そして、容器２０２の内部側では、継手を介して従動側シャフトに回転軸２０１が接続され、回転駆動力を容器２０２内部へと導入可能としている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成の密封装置２００では、容器２０２（真空チャンバ等）の開口端部にボルト等により取り付けられるフランジ部２０３ｂと円筒部２０３ａは垂直に固定されることが一般的であるため、円筒部２０３ａとベアリングＢ１，Ｂ２により同軸的に支持されている回転軸２０１の容器２０２への導入角度（フランジ部２０３ｂに対し垂直方向）が限定されてしまう。
【００１９】
この場合、容器２０２内部の所定領域に複数の回転動力を導入する必要がある時、各回転軸の接触を避けるため容器２０２側の開口端部やフランジ部（ポートと呼ばれることもある）の配置や角度の厳密な設計、また正確な加工や組立が要求され、設計性、加工性、組立性が低くコスト的にも改善の余地があった。
【００２０】
また、一度製作した容器２０２（真空チャンバ等）とそれに対応する密封装置（この場合磁性流体密封装置）の組み合わせは、容器２０２内部への回転動力の導入角度の変更ができないため、容器２０２内部を改造する場合に大きな制約を伴うことになり、実質的に容器２０２を転用することは困難であった。
【００２１】
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、磁性流体を利用した密封装置の回転軸の導入角度の自由度が大きく所望の角度に設定可能とする磁性流体を利用した密封装置を提供することにある。
【００２２】
【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、
ハウジングの内周部と、該内周部に挿通される回転軸に対して配置され、前記回転軸に対して径方向に離れた対向面を有する環状磁極部と、  磁力発生手段により発生された磁束により前記環状磁極部と前記回転軸との間の環状隙間に保持される磁性流体とからなる密封部を有する磁性流体を利用した密封装置において、
前記ハウジングとは独立して構成され、前記密封部を保持する保持部材と、前記保持部材を前記回転軸に支持するための軸受手段と、前記ハウジングの内周部と保持部材とを相対移動自在に密封接続する接続手段と、前記ハウジングに対する保持部材の角度を任意に設定する角度設定手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
これによって、ハウジングとは独立して構成された保持部材によって磁性流体を利用した密封装置の密封部が支持されると共に、角度設定手段により保持部材の角度を任意に設定することが可能となり、ハウジングに対する前記保持部材の角度、すなわち回転軸の角度を任意に設定することが可能となり、装置構成の自由度を高めると共に密封装置取り付け等の際の作業性を向上させる。
【００２４】
前記角度設定手段は、前記ハウジング側に取り付けられた関節部を有した固定脚が、保持リングを介して前記保持部材を保持することにより、前記ハウジングと前記保持部材との角度を変更自在とするとよい。
【００２５】
これによって、固定脚の角度を関節部で自在に設定することができ、前記保持部材の角度の設定作業が容易となる。
【００２６】
前記角度設定手段は、前記保持リングと前記保持部材との間に介在する弾性部材を備えることも好適である。
【００２７】
これによって、保持リングと保持部材が固定されてしまうことを防止できるので、ハウジングと保持部材が固定されてしまうことが防止され、密封部を回転軸に追随させることができる。
【００２８】
前記接続手段は、ベローズであることも好適である。
【００２９】
ベローズによって、ハウジングと保持部材との接続を相対移動自在に行なうことができる。従って、スラスト方向及びラジアル方向の相対移動、ハウジングと保持部材との軸の相対角度の変更等を自在に設定することが可能となる。
【００３０】
また、回転軸に追随する保持部材を固定することはなく、回転軸の偏心や振動に対して密封部を追随させることができ、磁性流体が保持される環状隙間は変化しないため、磁性流体によるシールを安定して行なうことができる。また、環状隙間の隙間間隔を狭く設定することが可能となり、この場合には密封部の耐圧をより向上させることが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明を適用した第１の実施の形態における磁性流体を利用した密封装置４１の要部断面構成説明図である。
【００３２】
この密封装置４１は、例えば、内部を真空状態にするハウジングとしての真空チャンバ（不図示）の外から内部に回転動力を伝達するための回転軸２Ｃの回転駆動力導入部やその他の回転機械の軸受け部等に備えられるものである。
【００３３】
密封装置４１における密封部となる磁性流体シール部ＭＳ４は、図５と同様に多段構成となっている。また、この密封装置４１は、磁性流体シール部ＭＳ４を保持するためのスリーブ２２が真空チャンバの内周部に対し固定されるフランジ部２３とベローズ２４を介してフレキシブルに密封接続されている。
【００３４】
その他の磁性流体シール部ＭＳ４の構成は、図５により説明した密封装置２００の磁性流体シール部の構成と同じであるのでここでは簡略的に説明する。
【００３５】
２５ａ，２５ｂは磁石２６の磁極部材であり、磁気回路ＭＣ２を形成している。また、スリーブ２２と回転軸２Ｃとはベアリング２７ａ，２７ｂ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。
【００３６】
回転軸２２の磁極部材２５ａ，２５ｂに対向する部位に複数本の周方向に連続する凹溝及び各凹溝の間の凸条部を形成し、磁極部材２５ａ，２５ｂ内周面と各凹溝の間の凸条部の頂面との間隙（それぞれの間隙をステージ部とする）に磁束が集中するように発生させて（すなわち凸条部の頂面で磁束密度が高まるように）、これらの間隙（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ＭＳ２を形成している（この構成は、図５の密封装置の磁性流体シール部と同じである）。
【００３７】
形成された磁性流体シール部ＭＳ４は、低圧側Ｌと高圧側Ｈとの間に複数の室を形成し、各室の圧力が順次磁性流体シール部ＭＳ４の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。
【００３８】
尚、２８ａ，２８ｂはベアリング２７ａ，２７ｂを固定する止め輪、２９ａ，２９ｂはスリーブ２２内周面側と磁極部材２５ａ，２５ｂの外周面側との密封性を維持するＯリングである。
【００３９】
そして、このような構成を備えた密封装置４１の磁性流体シール部ＭＳ４は、真空チャンバの内部すなわち低圧側Ｌが減圧され（真空状態）て使用される場合、低圧側Ｌの圧力と低圧側Ｌに隣接する室の圧力差が、凸条部と磁極部材の間隙のステージ部に保持されている磁性流体ＭＬの耐圧限界を越えると、バーストと呼ばれる圧力均衡化現象が一時的に発生して低圧側Ｌと室が導通し、その圧力差が解消されるという現象が発生する。
【００４０】
この圧力均衡化現象は、低圧側Ｌの圧力が下がるにつれて、より高圧側Ｈのステージ部でも断続的に発生し、低圧側Ｌの圧力（負圧）が序々に高圧側Ｈの室へ伝播され、各室の圧力を順次に磁性流体シール部の各ステージ部の耐圧限界内で変化させる分圧化を行なうことにより、圧力差（高圧側Ｈが一般雰囲気の場合には大気圧）を保持している。
【００４１】
このような構成の密封装置４１は、回転軸２Ｃと磁極部材２５ａ，２５ｂとの位置決めを行なうスリーブ２２はベアリング２７ａ，２７ｂを介して回転軸２２に支持され、回転軸２Ｃの自重等による過大なラジアル荷重を受けることなく回転軸２Ｃの偏心や振動に追随可能であり、その結果、回転軸２Ｃの外周面の凸条部と磁極部材２５ａ，２５ｂの内周面の間のステージ部の隙間間隔は一定に保たれる。
【００４２】
磁性流体シール部ＭＳ４の低圧側Ｌでは、スリーブ２２とフランジ部２３は、ベローズ２４によりフレキシブルに密封接続されているので、真空チャンバの真空度の低下を発生させることはない。
【００４３】
従って、回転軸２Ｃの偏心や振動が大きな場合においても密封装置４１のシール性能を安定して維持することができる。
【００４４】
また、ステージ部の隙間間隔を従来のものより狭く設定することも可能となり、この場合には、密封装置４１の磁性流体シール部ＭＳ４の耐圧をより向上させることが可能となる。
【００４５】
そして、回転軸２Ｃの取り付け角度に自由度を持たせるために、角度設定手段としての真空チャンバに固定されるフランジ部２３から関節部４２により所定範囲での角度を変更自在とした固定脚４３が図２（図１のＶ１ーＶ１矢視図）に示されるような保持リング４４を介してスリーブ２２を保持している。固定脚４３は、好ましくは３本以上であることが望ましい。
【００４６】
関節部４２は、例えばフランジ部２３に設けたピボットであり、また固定脚４３と保持リング４４の軸方向の位置等を調整して固定するボルト／ナット等の締結手段も関節部として機能させることができる。
【００４７】
これによって、回転軸２Ｃの偏心や振動が大きな場合においても密封装置４１のシール性能を安定して維持することができると共に、真空チャンバに対するスリーブ２２の角度、すなわち回転軸２Ｃの導入角度を任意に設定することが可能となり、装置構成の自由度を高めると共に密封装置４１の取り付け等の際の作業性を向上させる。
【００４８】
尚、固定脚４３と保持リング４４によるスリーブ２２の角度設定により、スリーブ２２の回転軸２Ｃに対する追随性の低下が懸念される場合には、図３に示されるように、保持リング４４の内周部にゴム状弾性体による環状の弾性部材４５を介在させてスリーブ２２が固定されてしまうことを防止し、磁性流体シール部ＭＳ４を回転軸２Ｃに追随させることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
上記のように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、ハウジングとは独立して構成された保持部材によって磁性流体を利用した密封装置の密封部が支持されると共に、角度設定手段により保持部材の角度を任意に設定することが可能となり、ハウジングに対する前記保持部材の角度、すなわち回転軸の角度を任意に設定することが可能となり、装置構成の自由度を高めると共に密封装置取り付け等の際の作業性を向上させる。
【００５０】
ハウジング側に取り付けられた関節部を有した固定脚が、保持リングを介して保持部材を保持することにより、ハウジングと保持部材との角度を変更自在とすることによって、保持部材の角度の設定作業を容易に行える。
【００５１】
保持リングと保持部材との間に介在する弾性部材を備えることによって、保持リングと保持部材が固定されてしまうことを防止でき、ハウジングと保持部材が固定されてしまうことが防止され、密封部を回転軸に追随させることができる。
【００５２】
接続手段としてベローズを用いることによって、ハウジングと保持部材との接続を相対移動自在に行なうことができる。従って、スラスト方向及びラジアル方向の相対移動、ハウジングと保持部材との軸の相対角度の変更等を自在に設定することが可能となる。
【００５３】
また、回転軸に追随する保持部材を固定することはなく、回転軸の偏心や振動に対して密封部を追随させることができ、磁性流体が保持される環状隙間は変化しないため、磁性流体によるシールを安定して行なうことができる。また、環状隙間の隙間間隔を狭く設定することが可能となり、この場合には密封部の耐圧をより向上させることが可能となる。
【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第４の実施の形態の断面構成説明図。
【図２】図２は本発明を適用した密封装置の第４の実施の形態の保持リングの図。
【図３】図３は本発明を適用した密封装置の第４の実施の形態の保持リングの図。
【図４】図４は従来の密封装置の断面構成説明図。
【図５】図５は従来の密封装置の断面構成説明図。
【符号の説明】
４１  密封装置
２Ｃ  回転軸
２２  スリーブ（保持手段）
２６  磁石（磁力発生手段）
２４  ベローズ（接続手段）
２９ａ，２９ｂ  Ｏリング
２７ａ，２７ｂ  ベアリング
２３  フランジ部
２５ａ，２５ｂ  磁極部材
２８ａ，２８ｂ  止め輪
４２  関節部
４３  固定脚
４４  保持リング
４５  環状部材
Ｌ  低圧側
Ｈ  高圧側
ＭＣ２  磁気回路
ＭＬ  磁性流体
ＭＳ４  磁性流体シール部
【図１】
0003719330.tif 000002
【図２】
0003719330.tif 000003
【図３】
0003719330.tif 000004
【図４】
0003719330.tif 000005
【図５】
0003719330.tif 000006