真空機器の設計。シール方法

Question

経験が無いので、皆さんの知見を拝借したいと思います。

真空チャンバーの中で回転物を回した構造の装置です。
チャンバーの中にｼｬﾌﾄを入れてます。
低真空（1000Pa）なので、ｵｲﾙｼｰﾙでｼｰﾙしています。
今回、真空度を1Paにしたいのですが、この場合の
ｼｰﾙ方法は何がﾍﾞｽﾄでしょうか？

ｵｲﾙｼｰﾙでもｼｰﾙするものなのか？磁気ｼｰﾙのようなものを
使用しないといけないのか？

教えて頂ければ有難いです。

Accepted Answer

回転数、トルク、シール寿命によって適切なシール方法は変わってきます。

また、こういったシール部品の場合、到達真空度ではなく許容リーク量の方が重要になります。
ポンプから切り離して封じ切りで使うとか大気(酸素や湿気)の混入禁止の場合は特に気を使います。
逆に所定の真空度に到達するだけでよく、ポンプ容量に余裕があるならあまり気にする必要はありません。

よく使われる方法は以下のようになります。

0.メカニカルシール(ラビリンスシール)
　軸とハウジングの隙間を小さくしただけのシール？方法です。
　リーク量より多く排気すれば真空になるという力技です。
　完全非接触なので高速、長寿命が要求される場所で使われます。
　例：オイルフリー真空ポンプの軸受け部分
　
　油浸によってさらなるシール性能を確保することもあります。
　例：油回転ポンプの軸受け部部分

1.Oリング＋グリス
　100rpmとかの低速用途で多用されます。圧縮率が適切ならば10^-5Pa台でも使用可能です。
　定期的なOリングの交換が必要になります。

2.磁性流体シール
　微細な鉄粉を溶かし込んだ油などを磁力によって回転軸とハウジングの隙間に固定し、シールを行います。
　2000～3000rpm位まで使えます。
　超高真空まで使えます。
　摺動部がないので比較的長寿命です。

上記3つは軸が直結なのでトルク制限は軸強度やカップリングで規定されます。
(高トルク向き)

4.ベローズシール
　先の曲がった軸を無理やり回すこと回転を伝達します。

5.マグネットカップリング
　強力な磁石によりチャンバー内外で回転を伝達します。

上記2つは軸がチャンバー内外で分離しているのでトルクの制限が厳しいです。
代わりに超高真空用途でも使えるレベルのシール性能を有します。

一般的には1Pa程度ならば
低速ならOリングシールが安価、シンプルでお勧めです。
高速ではメカニカルシール＋オイルシールにしてポンプ容量を大きくするいうのが現実的な気がします。

Answer

専門家ではありませんが、少しでも参考になればと思い投稿します。

高真空用または超高真空用としてはマグネットカップリング方式や磁性流体シールがあります。
ただ、1Pa程度でしたらオイルシールを使い、少し能力の高い油回転真空ポンプでチャンバー内を引いてもいけるかもしてません。
真空度を低真空から中真空の下げるだけならやってみる価値はあると思います。

真空機器の設計におけるシール方法とは？