コラム - 株式会社モアテック

真空度と圧力要件

磁性流体シールは、その特性から、真空環境や加圧環境といったさまざまな圧力条件下で使用されます。ここでは、真空度と圧力要件について詳しく見ていきましょう。

まず、真空度に関してですが、磁性流体シールは超高真空領域まで対応可能です。低蒸気圧の磁性流体を使用することで、超高真空環境でも高いシール性能を発揮します。これは、他のシール方式では難しいレベルの真空度であり、磁性流体シールの大きな強みといえます。

次に、圧力要件ですが、磁性流体シールは、真空環境だけでなく、加圧環境にも対応可能です。耐圧仕様の磁性流体シールを用いることで、一定の圧力に耐えられます。

このように、磁性流体シールは、幅広い圧力条件に対応できるため、さまざまな用途で活用されています。最適な磁性流体シールを選定する際には、必要な真空度や圧力要件を明確にすることが重要です。

回転速度

磁性流体シールは、その構造上の特性から高速回転用途にも適しています。磁性流体シールは、回転軸と固定部の間に磁性流体による液体のシールを形成します。このため、固体同士の接触がなく、摩擦による発熱や摩耗が抑えられるでしょう。そのため、高速回転する機器でも安定したシール性能を維持することが可能です。

一方で、他のシール方式、例えばオイルシールやOリングシールなどは、固体接触による摩擦が生じるため、高速回転時には発熱や摩耗が大きくなり、シール寿命の低下や、装置の故障につながる可能性があります。

さらに、磁性流体シールは、高速回転時にも低いトルクで動作します。これは、磁性流体が液体であるため、回転軸との摩擦抵抗が小さいためです。低トルク動作は、省エネルギー化にも貢献します。

物質の特性

磁性流体シールを選ぶ際に、プロセスガスの特性を考慮することは非常に重要です。プロセスガスの特性によって、使用する磁性流体の種類やシールの設計が変わるためです。特性を考慮せずに磁性流体シールを選定すると、シール性能が低下し、装置の故障や製品の品質低下につながる可能性があります。適切な磁性流体シールを選定するためには、プロセスガスの特性を把握し、専門家と相談することが重要です。

これらの要素を考慮し、用途に最適な磁性流体シールを選定することで、装置の性能と信頼性を最大限に高められます。

更なる高性能化

より高い真空度、より高速回転、より高温・低温環境など、より過酷な条件下での使用を可能にするための研究開発が進んでいます。新素材の開発や磁性流体自体の改良により、シール性能の向上、長寿命化、省エネルギー化などが期待されます。

新たな用途開発

宇宙開発、航空機、ロボット、エネルギー分野など、新たな分野への応用が期待されています。特に、極限環境での使用や、小型化・軽量化への要求に応える技術として注目されています。

このように、磁性流体シールは、今後の技術革新や市場のニーズに応えることで、更なる発展と応用が期待される技術です。

メーカーの技術力と実績

磁性流体シールメーカーを選ぶ上で、技術力と実績は重要な要素です。長年の経験に基づいた設計・製造技術を持つメーカーは、高品質で信頼性の高い製品を提供できます。株式会社モアテックは、磁性流体シールの設計・製造において高い技術力を有しています。具体的には、以下の技術です。

解析技術

磁場解析・熱解析・流体解析を用いて、磁性流体の寿命やベアリングの寿命を計算し、お客様のニーズに合わせた最適な磁気シールを設計しています。

加工技術

鍛造によるコストダウンや作業の効率化に加え、自社で保有する熱処理装置により、加工前に熱処理を施すことで応力除去を行い、部品の加工精度を高めています。加工の自動化も進んでおり、作業効率が向上します。

磁性流体注入技術

使用条件や用途に応じて磁性流体を選定し、精密ディスペンサーを用いて注入量をコントロールしています。

これらの高度な技術と長年の実績により、さまざまな使用条件に対応できる磁気シールをシリーズ化し、多くの顧客の要望に応えてきました。実績の有無は、信頼性の指標となりますので、導入事例や納入実績などを確認することも重要です。

サポート体制の確認

磁性流体シールは精密機器であるため、導入後のサポート体制もメーカー選びの重要な要素です。メーカーによってサポート内容に違いがあるので、事前に確認しておきましょう。

特に、初めて磁性流体シールを導入する場合は、技術的なサポートが充実しているメーカーを選ぶことが重要です。導入時の注意点やトラブル発生時の対応など、経験豊富な技術者からアドバイスをもらえる体制が整っているかを確認しましょう。

また、磁性流体シールは定期的なメンテナンスが必要となる場合があるので、メンテナンス費用や交換部品の入手についても確認しておきましょう。

株式会社モアテックでは、お客様に安心して磁性流体シールをご利用いただけるよう、さまざまなサポート体制を整えています。経験豊富な技術スタッフが、お客様の課題解決をサポートいたします。

納期と価格

磁性流体シールのメーカーを選ぶ際には、納期と価格も重要な要素となります。納期は、装置の稼働開始時期に影響を与えるため、事前に確認が必要です。また、価格も予算内で収まるよう依頼しましょう。

磁性流体シールの納期は、メーカーの生産能力や在庫状況、製品の仕様などによって異なります。標準品であれば比較的短納期で対応可能な場合もありますが、特注品の場合は数ヶ月かかる場合もあります。どうしても納期を短くしたい場合は、特急料金が発生する可能性もあるため、事前に確認しておきましょう。

磁性流体シールの価格は、製品の仕様や性能、メーカーのブランド力などによって異なります。一般的に、高性能な製品ほど価格が高くなる傾向があります。また、特注品の場合は、標準品よりも価格が高くなる場合がほとんどです。

動作条件の明確な提示

磁性流体シールをメーカーに発注する際は、シールが使用される環境や条件を明確に伝えることが重要です。必要な情報を正しく伝えることで、メーカーはベアリングの寿命と磁性流体の寿命を計算し、最適なシール材の選定や設計を行えます。具体的には、以下の情報を伝えましょう。

真空度

真空度を伝えましょう。超高真空環境では、特殊な磁性流体やシール構造が必要になる場合があります。

回転速度

回転軸の速度も重要な要素です。高速回転の場合、ベアリングの寿命に影響を与えますので、適切なベアリングの選定が重要になります。

荷重

荷重も重要な要素です。荷重はベアリングの寿命に影響を与えます。ベアリングの選定がポイントになります。

温度

使用環境の温度も考慮する必要があります。高温環境では磁性流体の劣化が促進される可能性があるため、水冷構造を選ぶ必要があります。

雰囲気

シールが使用される雰囲気も重要な要素です。活性ガスが存在する場合は、それらに耐性のある磁性流体や部品材質を選択する必要があります。

異物

異物が発生する場合、異物の侵入を防ぐ構造を設計する必要があります。

これらの情報を漏れなく伝えることで、メーカーは最適な磁性流体シールを提案できます。

サンプルテストの必要性

磁性流体シールは、回転軸のシールなどに使われる精密部品です。そのため、導入前にサンプルテストを実施して、求める性能を満たすかを確認することが重要になります。サンプルテストを実施することで、事前に性能を評価し、潜在的な問題を特定できます。これにより、後々のトラブルを回避し、装置の円滑な稼働を実現できるでしょう。

サンプルテストでは、実際の使用環境を再現することが重要です。真空度、荷重、回転数、温度などのパラメータを適切に設定することで、より正確な評価を行えます。サンプルテストの結果を踏まえ、必要に応じて磁性流体シールの仕様を見直すことで、最適なシール性能を確保できます。

長期的な供給体制の確認

磁性流体シールを安定して使い続けるためには、メーカーの長期的な供給体制を確認することが重要です。

株式会社モアテックは、中国に工場を持ち、磁性流体を自社で一貫して行うメーカーです。自動機及びマシンニングセンター計30台を保有し、磁性流体シール部品を加工しています。大量生産にも対応可能です。

磁性流体シールは、一度導入すると長期間にわたって使用することが想定されます。そのため、将来にわたって安定した供給を受けられるかどうかが重要です。供給が滞ってしまうと、装置の稼働に影響が出てしまう可能性があります。

信頼できるメーカーを選び、安定した供給体制を確保することで、安心して磁性流体シールを使用できます。

適切な磁性流体選定：飽和磁化・蒸気圧・温度特性など

磁性流体シールを適切に機能させるためには、磁性流体の選定が非常に重要です。磁性流体は、飽和磁化、蒸気圧・温度特性など、さまざまな特性を持つため、シール対象の装置や環境に応じて最適な種類を選ぶ必要があります。

まず、飽和磁化は磁性流体が磁場によって保持される強さを示す指標です。飽和磁化が高いほど、耐差圧が高くなります。

次に、飽和蒸気圧はシール性能に大きく影響します。飽和蒸気圧が低いほどシール性能は安定しますが、コストも増加するため、用途に応じて適切な飽和蒸気圧の磁性流体の選択が必要です。

最後に、温度特性も重要な要素です。磁性流体は温度変化によって粘度が変化するため、使用環境の温度範囲に適した種類を選ぶ必要があります。

これらの特性を考慮し、最適な磁性流体を選定することで、磁性流体シールの性能を最大限に発揮できます。株式会社モアテックでは、15種類もの磁性流体を用途に応じて選定し、最適な磁気シールを提供しています。

磁場設計の重要性：耐圧差を達成するために必要な磁束密度

磁性流体シールにおいて、磁場設計はシールの性能を左右する重要な要素です。適切な磁場設計を行うことで、磁性流体の安定した保持を実現し、高いシール性能を維持できます。磁束密度と磁場形状の観点から、設計上の重要性を説明します。

磁束密度

磁束密度は、磁性流体の保持力に直接影響します。最適な磁束密度を設定することで、必要なシール性能を確保できます。磁束密度が低いとシール性能が低下し、高いと飽和してしまいます。

シールギャップ

シールギャップも重要です。ギャップが大きすぎると磁場が弱くなり、シール性能が低下します。

株式会社モアテックでは、磁場解析を用いて最適な磁場設計を行っています。磁場解析によって、磁束密度分布やシールギャップなどをシミュレーションし、最適な磁石配置やギャップなどを決定します。

クリーン環境の維持：コンタミネーションによる性能低下防止策

磁性流体シールは、その優れたシール性能を発揮するために、クリーンな環境が不可欠です。コンタミネーション（異物混入）は、シール性能の低下や寿命の短縮につながるため、適切な防止策を講じる必要があります。

これらの対策に加えて、定期的な磁性流体の交換も有効です。磁性流体は使用していくうちに劣化し、シール性能が低下していきます。定期的な交換を行うことで、常に最適なシール性能を維持できるでしょう。株式会社モアテックでは、お客様の装置に最適な磁性流体シールをご提案するとともに、コンタミネーション対策についても的確なアドバイスを行っております。

磁性流体の劣化

磁性流体は、経年劣化や使用環境の影響で粘度が変化したり、粒子が凝集したりすることがあります。定期的な交換が必要です。

軸やシール面の摩耗

軸やシール面の摩耗は、リークの原因となります。定期的な点検と交換が必要です。

異物の混入

磁性流体シール内部に異物が混入すると、シール性能が低下する可能性があります。定期的な清掃が必要です。

温度管理

磁性流体は、温度変化によって性能が変化します。使用環境における適切な温度管理が必要です。

株式会社モアテックでは、磁性流体シールのメンテナンスやオーバーホールも承っております。お困りの際は、お気軽にご相談ください。

シールのサイズと形状

磁性流体シールの価格は、そのサイズと形状に大きく影響されます。シールのサイズが大きくなればなるほど、必要な磁性流体の量や磁気回路の規模も増えるため、価格が高くなる傾向があります。

また、標準的な形状である円筒形シールに比べて、複雑な形状のシールは設計や製造に手間がかかるため、価格が高いです。費用を抑えたい場合は、標準品から選定すると良いでしょう。

使用される磁性流体の種類と量

磁性流体シールの価格は、使用する磁性流体の種類と量によっても変動します。磁性流体は、さまざまな種類があり、それぞれ特性が異なります。

例えば、高温環境で使用するシールには、耐熱性の高い磁性流体を使用することが必要です。このような特殊な磁性流体は、一般的な磁性流体よりも高価です。

また、磁性流体の量は、シールのサイズや形状、必要な性能によって異なります。使用する磁性流体の量が多いほど、価格は高くなります。

磁気回路の設計と材質

磁性流体シールにおいて、磁気回路の設計と材質はシールの性能を大きく左右する重要な要素です。磁気回路は、磁性流体をシールギャップに保持するために必要な磁場を生成する役割を担います。

磁気回路の設計には、磁石の種類、配置、形状などが関わってきます。使用する磁石の種類としては、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石などです。それぞれ磁力の強さや温度特性などが異なります。磁石の配置や形状も、シールギャップに均一な磁場を形成するために重要な要素です。

磁気回路の材質には、一般的に磁性材料であるステンレスが用いられます。これらの材質は、磁石からの磁束を効率良くシールギャップに導く役割を果たします。また、材質の透磁率や飽和磁束密度なども、磁気回路の性能に影響を与えるため、用途に応じて適切な材質を選択することが重要です。

動作環境と要求性能

磁性流体シールの価格は、その動作環境や求められる性能によって大きく変動します。要求される性能が高ければ高いほど、高度な設計や特殊な材質が必要となり、価格も上昇する傾向があります。具体的には、荷重、回転速度、温度範囲などが価格に影響する主要な要素です。

これらの要素に加えて、超高真空や腐食性ガス雰囲気など、特殊な環境で使用する場合には、さらに高度な技術と材料が必要となり、価格への影響も大きくなります。

製造数量と納期

磁性流体シールの価格は、製造数量と納期によっても変動します。少量生産の場合は、1個あたりの製造コストが高くなる傾向があります。これは、専用治具の製作費や段取り替えなどの初期費用が少量の製品に分散されるためです。一方、大量生産の場合は、これらの初期費用が多くの製品に分散されるため、1個あたりの製造コストは低くなります。

また、短納期での製造は、追加の費用が発生する可能性があります。これは、製造ラインの調整や人員配置の変更など、特別な対応が必要になるためです。

磁性流体の品質

磁性流体は、シールの性能を左右する重要な要素です。高品質な磁性流体は、長寿命、高安定性、高性能を実現します。しかし、製造コストが高いため、価格も高くなる傾向があります。より安価な磁性流体を使用するメーカーもありますが、性能や寿命が劣る可能性があるでしょう。

磁気回路の設計

磁気回路の設計は、シールの性能に直結します。最適な磁気回路設計は耐差圧を高くし、漏れを最小限に抑えることで、シール性能を最大限に引き出します。設計技術の差が、価格にも反映されるでしょう。

製造技術と設備

高精度な加工技術と高度な製造設備は、高品質なシールを製造するために不可欠です。精密な加工技術を持つメーカーは、高性能・高品質な製品を提供できますが、製造コストも高くなる傾向にあります。一方、製造技術が未熟なメーカーは、低価格で製品を提供できるかもしれませんが、品質に問題が生じる可能性があります。

品質管理体制

徹底した品質管理体制は、安定した品質の製品を提供するために不可欠です。厳格な品質検査を実施しているメーカーは、高品質な製品を提供できますが、検査コストが価格に上乗せされる場合があります。

このように、磁性流体シールの品質と価格は、メーカーによって大きく異なる可能性があります。価格だけで判断するのではなく、上記の要素を考慮して、最適なメーカーを選ぶことが重要です。

真空状態を維持する技術

真空状態とは、大気圧よりも低い圧力の空間の状態を指します。真空状態を人工的に作り出し、そして維持するためには高度な技術が必要です。真空状態を維持する技術は、さまざまな分野で応用されています。代表的な例として、半導体製造プロセスや真空乾燥などです。このようなプロセスにおいて、真空状態を維持することは非常に重要です。

真空状態を維持するための技術の一つとして、真空シールがあります。真空シールとは、真空状態を維持するために、気体の漏れを防ぐための部品、シール（密封装置）のことです。真空シールは、真空装置や真空機器において、シャフトが回転しながらも真空と大気を遮断する重要な役割を果たします。真空シールの種類はさまざまですが、目的に応じて適切な真空シールの選択が必要です。

真空状態を維持するためには、真空ポンプを使用して装置内の空気を排出し、真空状態を作り出す必要があります。また、真空計を使用して装置内の圧力を監視し、真空度を維持する必要があります。真空状態を維持することは、高品質な製品を製造するために不可欠な要素です。

真空シールの役割と重要性

真空シールは、真空状態を維持するために不可欠な技術です。高度な技術が必要とされる半導体製造工程などの精密機器において、真空シールは重要な役割を担っています。真空シールの主な役割は以下のとおりです。

高いシール性能（気体・液体の漏れ防止）

回転中のシャフトと固定部の間を液体で密封するため、真空と大気を確実に遮断し、気体の漏れを防ぎます。真空装置などの厳しい環境に最適です。

摩擦レスによる長寿命・省メンテナンス

磁性流体による非接触シールのため、シャフトとポールピースの間に摩擦や摩耗が発生せず、従来の機械式シールに比べて大幅な長寿命化と省メンテナンスを実現します。

高真空環境下への対応

10⁻⁶Pa以下の超高真空環境でも安定して使用可能です。

高速回転への対応

液体シールのため、損失トルクは小さく、高速回転時にもシール性能を維持することができます。半導体装置など高速駆動が求められる用途にも適しています。

クリーン環境に最適

固体同士の接触がないため、摩擦によるパーティクル発生がなく、クリーンルーム対応機器にも使用可能です。

真空シールが正しく機能することで、以下のメリットが得られます。

• 製品品質の向上：真空状態を維持することで、高品質な製品の製造が可能になります。
• 装置の安定稼働：真空状態を維持することで、装置の安定稼働につながります。
• プロセス効率の改善：プロセスを最適化することで、製造効率を向上できます。
• コスト削減：不良品の発生を抑制し、メンテナンス頻度を減らすことで、コスト削減につながります。
• 作業環境の改善：有害物質の漏洩を防ぎ、安全な作業環境を確保します。

真空シールは、さまざまな産業分野で利用されており、それぞれの用途に適した材質・形状・構造のシールが選択されます。適切な真空シールを選択・使用することで、装置の性能を最大限に発揮し、高品質な製品の製造が可能になります。

静的シール

静的シールとは、動かない部分を密閉するシールのことです。例えば、2つの面が固定されていて、その間から漏れを防ぎたい場合に用いられます。面と面をボルトで固定するイメージです。

静的シールは、固定された箇所のシールなので、相対的に低い圧力で密閉できます。動かないため、摩擦や摩耗も少なく、シールの寿命も長くなります。また、シール材の選定幅も広く、低コストで済む場合が多いです。静的シールは、真空機器や配管など、さまざまな用途で使用されています。適切なシール材を選定することで、高いシール性能を得られます。

動的シール

動的シールとは、相対的に移動する部品間で漏れを防ぐシールのことです。回転運動や直線運動など、さまざまな動きに対応できるよう設計されています。代表的な例として、軸の回転部をシールする回転軸シールや、ピストンの往復運動部をシールするピストンシールなどがあります。

動的シールは、静的シールと比べて設計・適用が複雑です。なぜなら、動的シールは、シール対象物との摩擦や摩耗、温度変化、圧力変化など、さまざまな要因に耐える必要があるからです。これらの要因により、シール性能が低下したり、シール寿命が短くなったりする可能性があります。そのため、動的シールは、これらの要因を考慮した材質選定や構造設計が重要です。

株式会社モアテックでは、磁性流体を使った動的シールである磁気シールを開発・製造・販売しています。磁気シールは、高速回転しながら真空と大気を完全に遮断できるという特徴があります。

半導体製造の分野における真空シール

半導体製造は、極めて精密な工程の連続です。そこで活躍するのが真空シールです。真空シールは、製造装置内を真空状態に保ち、不純物の混入を防ぐ重要な役割を担っています。ゴミやチリ一つで製品の品質が大きく左右されるため、真空シールの性能は半導体製造の成功を大きく左右するといっても過言ではありません。

このように、真空シールは半導体製造工程のさまざまな場面で活躍しています。高品質な半導体製造には、真空シールの性能が不可欠です。

有機ELディスプレイにおける真空シール

有機ELディスプレイは、繊細な有機材料を用いており、水分や酸素の影響を受けやすい性質があります。そのため、製造プロセスにおいては、高真空状態を維持することが非常に重要です。この高真空状態を維持するために、真空シールが重要な役割を果たしています。

これらの真空シールは、高精度な加工技術と特殊な素材によって製造されており、高い気密性を確保しています。有機ELディスプレイ市場の拡大に伴い、高性能な真空シールへの需要も高まっており、今後の成長が期待されるでしょう。

このように、真空シールは多様な業界で利用されており、私たちの生活を支えるさまざまな製品の製造に貢献しています。

メーカーの信頼性（実績、サポート体制など）

真空シールメーカーを選ぶ上で、信頼性は重要な要素です。信頼できるメーカーを見極めるポイントとして、実績、サポート体制、技術力などを確認しましょう。

実績が豊富なメーカーは、さまざまな業界で採用されている実績や導入事例、顧客からの評価などを公開していることが多いです。長年の経験に基づいたノウハウや技術力を持っているため、高品質な製品の提供や、導入後のトラブル対応も期待できます。

サポート体制も重要な選定基準となります。導入前の相談から導入後のメンテナンスまで、しっかりとサポートしてくれるメーカーを選びましょう。具体的には、技術的な質問やトラブルシューティングへの対応、定期的なメンテナンス、部品交換などのサービスが充実しているかを確認することが大切です。

技術力もメーカー選定において重要な要素です。高度な技術を持つメーカーは独自の解析技術や、製造プロセスにおけるノウハウを有しており、高性能・高品質な製品を提供できます。

品質基準と技術力の確認

真空シールメーカーを選ぶ際には、そのメーカーの品質基準や技術力についても確認することが重要です。製品の品質は、真空状態の維持や製品の寿命に直結するため、信頼できるメーカーを選ぶ必要があります。

まず、メーカーがどのような品質基準を設けているかを確認しましょう。独自の品質管理システムを導入しているかなど、具体的な取り組みを調べてみましょう。

次に、メーカーの技術力について確認します。長年の経験に基づいたノウハウを持っているか、最新の技術を積極的に導入しているか、高い精度で部品を製造できる設備を導入しているかなどを確認しましょう。特に、自社で設計から製造まで一貫して行っているメーカーは、品質管理を徹底しているため、信頼性が高いといえるでしょう。

また、メーカーのウェブサイトやカタログなどで、製品の仕様や性能を確認することも重要です。必要な真空度や耐圧性能を満たしているか、使用環境に適した材質が使用されているかなどを確認しましょう。

さらに、メーカーがどのような検査体制を導入しているかも重要な確認ポイントです。リークテストや耐差圧テストなど、さまざまな検査を実施しているメーカーであれば、安心して製品を使用できます。特に、自社で検査装置を開発しているメーカーは、高い技術力と品質へのこだわりを持っているため、信頼性が高いといえるでしょう。

これらのポイントを参考に、信頼できる真空シールメーカーを選び、高品質な製品を導入することで、真空装置の安定稼働や製品の品質向上につながります。

アフターサポートの充実度

真空装置は精密機器であるため、導入後のメンテナンスやトラブル対応が重要になります。アフターサポートの充実度は、真空シールのメーカー選定における重要なポイントとなります。メーカーによって、対応の速さや内容に違いがあるため、事前に確認しておくことが大切です。具体的には、以下の点をチェックしましょう。

電話やメールでの問い合わせ対応

迅速かつ丁寧な対応をしてくれるメーカーを選びましょう。問い合わせ窓口の営業時間を確認しておくと安心です。

故障時の修理対応

修理にかかる時間や費用、代替品の有無などを確認しましょう。迅速な修理対応は、ダウンタイムの最小化につながります。

定期メンテナンス

定期メンテナンスの内容や費用、頻度などを確認しましょう。適切なメンテナンスは、装置の寿命を延ばし、安定稼働に貢献します。

技術サポート

技術的な質問や相談に対応してくれる窓口の有無を確認しましょう。専門知識を持ったスタッフによるサポートは、装置の運用に役立ちます。

事前にこれらの点を比較検討することで、安心して真空シールを導入し、運用ができます。導入後のサポート体制が充実しているメーカーを選ぶことは、長期的な視点で見た場合のコスト削減にもつながります。

CVD・PVD・エッチングなど各プロセスにおける役割

半導体製造プロセスにおいて、真空シールはさまざまな工程で重要な役割を担っています。CVDプロセスでは、ウェハー上に均一な薄膜を形成するために、プロセスチャンバー内でウェハーを回転させる機構に真空シールが採用されています。

PVDプロセスでも同様に、真空チャンバー内で材料を蒸発させて基板に薄膜を形成する際に、真空シールがチャンバー内を真空状態に保つ役割です。

エッチング工程では、不要な部分を除去するためにプラズマや化学薬品を使用しますが、この際に真空シールはウェハー搬送ロボットなどで用いられ、チャンバー内への不純物の混入を防ぎます。

その他、真空シールは、イオン注入装置や真空熱処理炉、単結晶引き上げ装置、検査装置など、さまざまな半導体製造装置で使用されています。

このように、真空シールは半導体製造プロセスのさまざまな工程で不可欠な役割を果たしており、高品質な半導体の製造に貢献しているでしょう。

ウェハー搬送・検査装置など周辺機器における役割

半導体製造工程では、ウェハーの搬送や検査など、さまざまな工程で真空シールが活躍しています。これらの工程は、高精度でクリーンな環境下で行われる必要があり、真空シールは外部からの汚染を防ぎ、安定したプロセス環境を維持する上で重要な役割を担っています。

特に、真空ロボットは、真空チャンバー内でのウェハー搬送に不可欠な装置です。真空ロボットの関節部分には真空シールが使用されており、ロボットの動作中にチャンバー内への塵埃の侵入を防ぎます。これにより、ウェハーの汚染リスクを最小限に抑え、歩留まりの向上に貢献が可能です。

また、真空チャックは、ウェハーを保持するための装置であり、その吸着機構にも真空シールが用いられています。真空チャックは、ウェハーを傷つけることなく確実に固定し、搬送や検査工程における安定性を確保します。

真空チャンバーにおけるシール

半導体製造において、真空チャンバーは、プロセスの純度と効率性に直結する重要な要素です。異物の混入、リークによる真空度の低下は、歩留まりに悪影響を及ぼします。このため接続部には、高いシール性能が求められます。

シール材の選定には、真空度、温度、ガス環境、コストなど、さまざまな要素の考慮が必要です。適切なシール材を選ぶことで、プロセスの安定性、歩留まりの向上に貢献します。

磁性流体シール

磁性流体シールは、回転運動する部品のシール（密封装置）の一つで、磁性流体と磁場の働きによって気体の漏れを防ぎます。磁性流体とは、磁石に引き寄せられる性質を持つ特殊な液体です。この磁性流体を磁場中に保持することで、シール機能を実現しています。

磁性流体シールは、回転軸と固定部（ポールピース）のわずかな隙間を密封する役割を果たします。一般的に、この隙間にはOリングやオイルシールなどが用いられますが、回転による摩擦が生じ、摩耗や発塵などの問題が発生しやすいです。しかし、磁性流体シールでは液体である磁性流体を使用するため、固体接触がなく、摩擦や摩耗、発塵を抑制できます。

磁性流体シール内部では、回転軸とポールピースの隙間に磁石が配置され、磁場が形成されています。この磁場に沿って磁性流体が保持され、液状のOリングのように機能することで、圧力差があっても気体の漏れを効果的に防ぎます。磁性流体が保持される強さは磁力に比例し、磁力が強いほど耐差圧も大きいです。

このように磁性流体シールは、他のシール機構と比較して、超高真空、高速回転での使用、発塵の抑制、長寿命といった多くの利点を持っています。

回転軸シール・直動軸シール

磁気シールは、その構造から回転軸シールと直動軸シールに大別されます。それぞれの特徴をまとめると以下です。

回転軸シール

回転軸シールは、回転する軸と固定部品の隙間に磁性流体を保持することでシールします。高速回転にも対応でき、長寿命、低発塵といったメリットがあります。一方デメリットは、直径300mm以上などといった大きな軸径には対応が難しい点です。

直動軸シール

直動軸シールは、シリンダーとピストンの間に磁性流体を保持することでシールします。摩擦抵抗が少ないため、油圧シリンダーや空気圧シリンダーなどの直動運動が必要な用途に適しているでしょう。また、高精度な位置決めを可能にするというメリットもあります。ただし、回転軸シールと比較して許容差圧が低いというデメリットも存在します。

このように、磁気シールは用途に応じて回転軸シールと直動軸シールを使い分けることで、最適なシール性能を得られるでしょう。

静的シール・動的シール

シールには静的シールと動的シールの2種類があります。この2つは、動作の有無によって区別されます。静的シールとは、固定された2つの面の間で使用され、互いに動かない部分のシールです。一方、動的シールは、相対的に移動する面の間で使用されます。

静的シールと動的シールはそれぞれ異なる特徴を持つため、用途に応じて適切なシールを選択することが重要です。例えば、高真空状態を維持する必要がある場合は漏れ率の低い静的シールが適しています。一方、回転軸など動く部分のシールには、動的シールが適しています。このように、それぞれのシールの特徴を理解することで、最適なシールを選択し、機器の性能と寿命を向上させられるでしょう。

磁気シールとは何か？その特性を解説

磁気シールとは、回転運動する部品を密封するためのシール部品です。磁性流体と呼ばれる特殊な液体を磁力で保持することでシール機能を実現しています。

磁気シールの最大の特徴は、摩擦が生じないことです。一般的なシール部品では、回転部分と接触することで摩擦や摩耗が発生し、部品の寿命を縮める原因となります。しかし、磁気シールは磁性流体を利用することで非接触でのシールが可能になるため、摩擦や摩耗を発生させません。この特性により、磁気シールは長寿命、高真空、クリーンな環境での使用に適しているでしょう。

具体的には、磁気シールは磁石、ポールピース、回転軸で構成された磁気回路の中に磁性流体を注入することで機能します。ポールピースと回転軸の隙間に磁性流体が引き寄せられ、リング状のシールを形成します。このシールによって、気体や蒸気、ミストなどの漏れを効果的に防ぐことが可能です。高速回転する部品にも適用できるため、さまざまな産業分野で活用されています。

磁気シール内部の構造：磁石・磁性流体・ポールピース等の役割

磁気シールは、主に磁石、磁性流体、ポールピース、回転軸の4つの要素で構成されています。それぞれの役割を以下にまとめます。

磁石

磁場を発生させる源です。磁性流体をポールピースと回転軸の隙間に吸着・保持するために必要な磁力を生み出します。

磁性流体

磁石によって引き寄せられ、ポールピースと回転軸の隙間に保持されることで、シール機能を果たす特殊な液体です。Oリングのように機能しますが、液体のため摩擦がなく、摩耗しません。

ポールピース

磁性材で、磁石と対になって磁気回路を形成し、磁性流体を保持するための部品です。回転軸との間に微小な隙間を作り、そこに磁性流体が充填されることでシールが形成されます。

回転軸

磁性材で、回転運動を伝える軸です。ポールピースとの隙間に磁性流体が保持されることで、回転しながらもシール性を維持可能です。

磁気回路は磁石とポールピースと回転軸で構成され、この磁気回路によって磁性流体が回転軸の周りにリング状に固定されます。このリング状の磁性流体が、軸が高速回転しても摩擦を生じさせないシール材として機能します。1段の磁性流体で耐えられる圧力差は低いため、高い差圧が必要な場合は複数段のシール構造にすることで対応可能です。

磁気シールがシール機能を果たす仕組み

磁気シールは、磁性流体と磁場の働きによってシール機能を実現しています。回転軸と固定部（ポールピース）の隙間には、磁石によって強力な磁場が形成されています。この磁場に引き寄せられた磁性流体が、隙間を埋めるようにリング状に保持されることで、液体でありながらOリングのようなシール材として機能します。

磁性流体は、ナノメートルサイズの強磁性体粒子を液体中に分散させたものです。磁場がかかると、これらの粒子が磁力線に沿って整列し、液体全体が磁化されます。このため、磁性流体は磁石に引き寄せられ、磁場の強い部分に留まろうとします。

磁気シールでは、この性質を利用して磁性流体を回転軸とポールピースの隙間に閉じ込めることが可能です。磁性流体は液体のままであるため、回転軸が高速で回転しても摩擦が生じにくく、発熱や摩耗が抑えられます。

真空環境とは何か？

真空とは、空間内の気体分子の数が非常に少ない状態のことです。完全にゼロになることは現実には難しいため、一般的には「通常の大気圧よりも圧力が低い状態」を、真空と呼びます。

さまざまな用途に応じて、どの程度の真空状態を作る必要があるか、真空度が評価されます。

真空環境は、さまざまな分野で利用されています。例えば、食品の酸化防止のための真空パックや、電子部品の製造過程で空気中の酸素や水分との反応を防ぐため、近年私たちの生活にかかせないものとなっている半導体の製造過程などでも真空状態が必要です。その他にも、断熱効果を高めるための魔法瓶や、物質の蒸発を利用した蒸留など、真空は私たちの生活のさまざまな場面で活用されています。

磁気シールによる解決策

電子部品や半導体の製造装置において、真空環境を維持するためには、回転軸と固定部の隙間を完全に密閉する必要があります。しかし、この隙間を単純に密閉してしまうと、回転軸と固定部が接触し、摩擦による発塵や摩耗が発生してしまいます。

磁気シールは、この問題を解決する画期的な方法です。磁性流体という特殊な液体を磁力で保持することで、回転軸と固定部の間に非接触のシールを形成します。

磁性流体は液体であるため、摩擦や摩耗が起こらず、発塵も最小限に抑えられます。また、磁力の強さを調整することで、さまざまな圧力差に対応できるため、高真空環境でも高い性能を発揮できるでしょう。

このように、磁気シールは真空環境下での回転軸シールに最適なソリューションであり、高精度で信頼性の高い真空環境を実現するために不可欠な技術です。

荷重条件への対応

磁気シールを選定する際には、荷重条件への対応能力が極めて重要な評価項目となります。設計段階では、想定されるラジアル荷重・アキシャル荷重・回転モーメントなどの外力に対し、ベアリングの寿命を適切に算出し、それに見合った磁気シールを選定する必要があります。

荷重が増加することで、ベアリングの動的寿命は低下します。特に回転モーメントは、ベアリングに偏荷重や過大な力を生じさせるため、寿命への影響が大きく、設計上の重要な考慮要素となります。

したがって、磁気シールの選定においては、これらの荷重要因とベアリング寿命の関係性を正確に把握し、求められる耐荷重性能を十分に満たす製品を選ぶことが、システム全体の信頼性と長期安定稼働を実現するための鍵となります。

真空度と到達圧力への対応

磁気シールを選ぶ上で、到達したい真空度と圧力への対応は重要な要素です。必要な真空度や圧力に応じて、適切な磁気シールを選択する必要があります。

磁気シールには、到達真空度や圧力に対する性能を示すデータがあります。これらのデータを確認することで、目的に合った磁気シールを選択できるでしょう。一般的に到達真空度が高いほど圧力は低くなり、排気速度も低くなります。反対に、到達真空度が低い場合は圧力が高くなり、排気速度も高くなります。磁気シールを選ぶ際には、これらの関係性を理解し、必要な真空度と圧力に対応できる製品を選ぶことが重要です。

回転速度とトルクへの対応

真空用途で磁気シールを選ぶ際には、回転速度とトルクへの対応も重要な要素となります。磁気シールは、高速回転するシャフトのシールに使用されるため、回転速度への耐久性が求められます。加えて、シャフトに伝達されるトルクにも耐えられることも必要です。

型番によって最高回転数、定格回転数、許容伝達トルク、起動トルクは大きく異なります。これらの数値は、使用する磁性流体の種類や、シャフトにかかる負荷によって変動します。

磁気シールを選定する際は、これらの数値を参考に、実際の使用環境における回転速度、トルクを考慮する必要があるでしょう。例えば、高速回転が必要な用途では、最高回転数の高い磁気シールを選ぶ必要があります。また、大きなトルクがかかる用途では、許容伝達トルクの高い磁気シールを選ぶことが必要です。さらに、起動トルクは回転開始時の最大負荷トルクを示しており、モータ選定の際には、記載値の3倍を目安に検討することが推奨されています。

このように、回転速度とトルクへの適切な対応は、磁気シールの選定において非常に重要です。

温度環境への対応

磁気シールは、使用環境の温度変化に対応できることが重要です。温度変化は、磁性流体の粘度や磁気特性に影響を与え、シール性能の低下につながる可能性があります。

磁気シールを選ぶ際には、使用温度範囲を確認しましょう。一般的に、磁性流体は高温になるほど粘度が低下し、低温になるほど粘度が上昇します。極端な温度環境では、磁性流体が凍結または蒸発し、シール機能が失われる可能性があります。

高温環境で使用する場合、磁性流体の蒸発を防ぐために、冷却機構を設ける、耐熱性の高い磁性流体を使用するなどの対策が必要です。低温環境で使用する場合、磁性流体の凍結を防ぐために、ヒーターで加温する、低温特性に優れた磁性流体を使用するなどの対策が必要です。

最適な磁気シールを選択するために、メーカーに相談し、具体的な使用環境における温度条件を伝えることが大切になります。