자성 유체 씰의 특성 | 리가꾸메카트로닉스 (주)

자성유체 씰이란 무엇인가?

자성 유체 씰 은 액체나 기체의 누출을 방지하기 위해 사용되는 부품이며 하나의 씰 입니다.
자성 유체 씰은 “자성 유체”라는 자석 쪽으로 끌리는 이상한 액체 자기장으로 유지되는 성질을 이용하여 액체와 베어링을 같이 조합밀봉하여 제작한 회전용 씰 뉴-닛 입니다.
자성 유체의 성분과 재질에 대해 관심을 갖고 계신 고객은 자성 유체 란? 에 자세한 설명이 되어 있습니다.
씰 (밀봉유닛)에는 다양한 종류 · 특징 들이 있습니다.
씰의 분류에 대한 해설이 별도로 준비되어 있으므로 참조하십시오.

Basic structure of a Rotary Feedthrough
자성 유체 씰의 기본 구조

자성 유체 씰은 회전축 (샤프트)와 폴 피스의 틈새에 자석에 의해 형성되는 자속 선을 따라 자성 유체를 유지하고 있습니다.
자력에 의해 틈새에 머무는 자성 유체는 압력 차가 있어 도 흘러 다니지 않고 액상의 오링과 같은 역할을 합니다.자성 유체가 유지되는 힘은 자력에 의해 결정되며 자력이 강하면 강할수록 자성 유체 링의 내압은 커집니다.
이 자성 유체 링을 복수 단으로 형성함으로써 큰 압력에도 견딜 수 있는 자성 유체 씰이 만들어집니다.자성 유체 씰은 액체에 의해 봉인되어 있으며 고체 간의 접촉이 없기 때문에 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

청정도 : 씰에 액체를 사용하기 때문에 회전축과 폴 피스 사이에 고체 간의 접촉이 없어서 마찰에 의한 파티클이 발생하지 않습니다.
고진공 : 낮은 증기압의 자성 유체를 사용하여 10 -6 Pa 이하의 초고 진공 영역에서도 사용 가능합니다.
긴수명 : 회전축과 폴 피스 사이에 고체 간의 접촉이 없기 때문에 마찰에 의한 양면의 마모가 없고, Lower Cost관리로 긴 수명의 씰링을 실현 할 수 있습니다.
기타 : 액체로 밀봉하기 때문에 손실 토크가 적고, 고속 회전도 가능합니다.

Rigaku는 뛰어난 특징을 갖고있는 자성 유체 씰의 자기 회로를 독자적으로 개발하여 보다 강력한 자성 유체 씰 “자기 씰” 을 개발했습니다.
깨끗한 진공 만들기를 실현하는 Rigaku 자기 씰 유니트의 우수성은 Rigaku 자체의 자기 회로 에서확인 하실 수 있습니다.

씰의 분류

씰은 액체와 기체의 누출이나 외부로부터의 이물질의 유입을 방지하기 위해 사용되는 부품의 총칭입니다.
씰을 기능으로 크게 분류하면 운동용과 고정 용으로 나눌 수 있습니다.

운동 용 씰은 회전 또는 왕복 운동과 같은 운동 부분의 밀봉에 사용되는 실의 총칭으로 “패킹”이라고도 합니다.

한편, 고정 용 씰은 예를 들면 배관 플랜지와 같은 정지 부분의 밀봉에 사용되는 씰의 총칭으로 “가스켓”이라고 합니다.

운동 용 씰에는 다양한 종류가 있지만 진공 상태로 회전 도입에 사용하는 대표적인 씰은 자성 유체 씰 , 오일씰 (윌슨 실), 오링 씰, 벨로우즈 씰, 마그넷 커플 링 씰 5 종류입니다.
각각 씰에 대한 원리 · 구조 · 특징 등의 자세한 정보는 대표적인 운동 용 진공 씰 을 참조하십시오.

	자성유체씰	오일씰(윌슨씰)	오링씰	벨로우즈씰	자석커플링씰
사용가능한씰진공영역	초고진공	고진공	고진공	초고진공	초고진공
회전속도	고속회전	저속회전	저속회전	저속회전	저속회전
허용전달토크	크다 (회전축강도에따라서다름)	크다 (회전축강도에따라서다름)	크다 (회전축강도에따라서다름)	작다	작다 로스트모션있음
발생먼지	아주적다	많다	많다	적다	적다
수명	길다	짧다	짧다	짧다	짧다

대표적인 운동용 진공 씰

오링 씰

원리

오링을 홈 부분에 장착하여 적당하게 압축함으로써 발생하는 고무의 반발력 (접촉 압력)로 씰링을 하고 있습니다.

장점

장착 부분 용적이 작기 때문에 작은 공간으로 됩니다.
간단한 구조이기 때문에 비교적 많은 진공 기기에 채용되고 있습니다.

단점

고무와 회전축의 접촉 압력에 의해 씰을 하기 때문에 회전 저항이 매우 커집니다. 또한 마모가 많기 때문에 수명이 짧습니다.

오일 씰 (윌슨 씰)

원리

오일 씰은 고무로 된 선단부와 금속 보강 링 스프링으로 구성되어 있습니다. 스프링에 의해 선단부 끝이 회전축을 눌러주는 구조로 씰링을 하고 있습니다.

장점

구조가 간단하기 때문에 비교적 취급이 쉽다.
축 편심량이 큰 곳이나 고속영역 등 비교적 광범위하게 사용할 수 있습니다.

단점

그리스 또는 오일이 충전되어 있기 때문에 유분이 새어서 주위를 오염시킬 수 있습니다.
고무 및 회전축의 접촉 압력에 의해 씰링을 하기 때문에 마찰에 의한 파티클이 생기고 그다지 수명이 길지 않습니다.

자성 유체 씰

원리

회전축 (샤프트)와 폴 피스의 틈새에 자석에 의해 형성되는 자속 선을 따라 자성 유체를 유지하고 있습니다. 자력에 의해 틈새에 유지 된 자성 유체는 압력 차가 있어도 흘러 나오지 않기 때문에 액상의 오링과 같은 역할을 하는 밀봉을 하고 있습니다.

장점

액체에 의해 밀봉되어 있기 때문에 고체 간의 접촉이 없습니다. 따라서 마찰이 없고 수명이 길고 파티클이 발생하지 않는 고속 회전도 가능하다는 특징입니다. 또한 진공 측 베어링을 대기 측으로 옮겨 캔틸레버 구조로 함으로써 더욱 깨끗한 환경을 제공 할 수 있습니다.

단점

회전 운동용 씰이므로 직진방향의 씰링은 할 수 없습니다.
또한 액체를 씰링 할 수 없습니다. 씰 내부에 액체가 들어가거나 자성 유체 부근에서 액체가 응집 (결로) 되는 것과 같은 조건에서는 씰 수명이 짧아집니다.

벨로우즈 씰

원리

벨로우즈의 탄력을 이용하여 대기 측 축에서 진공 측 축에 회전 동력을 전달하고 있습니다.

장점

진공 측과 대기 측이 용접 벨로우즈로 차단되어 있어 고무를 사용하지 않기 때문에 고온에서 베이킹을 할 수 있습니다. 초 고진공 장치에도 이용되고 있습니다.

단점

벨로우즈과 용접부가 반복 신축 및 비틀림 힘을 받기 때문에 피로 파괴에 의한 수명이 문제가 됩니다. 또한 진공 측에 반드시 베어링이 필요합니다.

마그넷 커플링씰

원리

대기 측과 진공 측을 얇은 격벽으로 덮고 격벽을 통해 대기 측에 배치 된 자석의 자력으로 진공 측의 축을 회전시키는 방식입니다.

장점

진공 측과 대기 측이 비자성 격벽으로 차단되어 있어 고무를 사용하지 않기 때문에 고온에서 베이킹을 할 수 있습니다. 초고 진공 장치에도 이용되고 있습니다.

단점

동력의 전달이 자기이기 때문에 부하가 크면 공회전 합니다. 또한 진공 측에 반드시 베어링이 필요합니다.

리가꾸 자체개발 자기 회로

Magnetic Circuit Configuration unique to Rigaku

리가꾸의 자기씰-은, 인접한 자석의 같은 극을 NS-SN-NS와 폴 피스를 끼고 대치시키고 서로 반발하는 강력한 자기장을 형성하고 있습니다. 강력한 자기장에 놓인 폴 피스의 끝을 둘로 분할하고 독립적인 자기 회로를 만들고 있습니다.
인접한 자기장의 반발 효과에 의해 폴 피스 끝에서 자속이 집중되고 거기에 자성 유체가 강력하게 유지되기 때문에 씰- 1 단당 견디는 압력이 크게 되어 있습니다.
따라서, 자기 씰-을 더 컴팩트하게 하는 것이 가능합니다.
이와 같이 견디는 압력이 큰 자기 회로 구조이기 때문에, 폴 피스와 회전축의 간극을 크게 할 수 있으며, 고속 회전과 대구경 씰- 디자인도 가능 해지고 있습니다.
또한, 자기 회로가 폴 피스 내에 장착되어 있기 때문에, 자기 씰-에서의 자기장의 누설이 적고, 외부 자기장의 영향을 받기 어려운 장점이 있습니다. 따라서 전자빔 묘화 장치(lithography system) 등 외부 자기장의 영향을 싫어하는 장치, 높은 자기장의 인가가 필요한 대구경 실리콘 인상 용광로 등에서 리가꾸 자기씰-이 많이 사용되고 있습니다.

자성 유체 란? (스파이크 현상 자성 유체의 특성)

자성 유체란?

자성 유체 분산 모델

자성 유체는 액체임에도 불구하고 철처럼 자석에 끌리는 액체입니다. 1960년대 NASA의 우주 계획과 관련하여 개발되었습니다. 자성유체는 마그네타이트 (magnetite)와 복합 페라이트(ferrite) 등의 강자성 초미립자, 계면 활성제(물이나 기름같은) 베이스 액의 3 가지 성분으로 구성되어 있습니다. 직경 10 만분의 1mm (10nm) 정도의 강자성 초미립자의 주위에는 입자끼리의 응집을 방지하기 위해 계면 활성제가 코팅되어 베이스액체 속에서 안정한 분산 상태를 유지하고 있습니다. 이 안정한 분산 상태는 강자 장 속에서도 유지됩니다.

스파이크 현상

용기에 자성 유체를 넣고, 그 아래면에서 자석을 가까이하면 볼 수 있는 현상을 촬영 한 것입니다. 계면에 작용하는 자기의 힘으로 자성 유체가 바늘 모양의 돌기가 스파이크 (대형 못)와 같은 형상으로 변화하기 때문에 스파이크 현상이라고 합니다.

Representations of magnetic force (shapes formed by magnetic fluid)
Works presented by a graphic designer, Ms. Minako Takeno
Partner companies Sigma Hi-Chemical Inc.
Denshijiki Industry Co., Ltd.

리가꾸의 자성 유체의 특성

증기압 온도 특성

리가꾸의 자기 씰 유니트에 사용되는 자성 유체는 크게 나누면 일반 진공 용과 활성 가스 대응의 2 종류로 나눌 수 있습니다.
일반 진공 용 자성 유체는 주로 중진공 / 불활성 가스 용으로 고속 회전에도 적합합니다.
활성가스대용 자성유체는 CVD 및 에칭에 사용되는 반응성 높은 가스로 내성이 있습니다.

내열온도의 차이에 의해 2 개의 등급으로 나누어져 있습니다. 고온 활성 가스 대응은 내열성이 높고 고온에도 베이스 오일이 증발하기 어려운 깨끗한 자성 유체입니다.
고객의 사용 조건에 따라 최적의 자성 유체를 제안합니다.

위의 “증기 압력 – 온도 특성” 그래프는 자성 유체의 증기압과 온도와의 관계를 나타낸 것으로

“증기압곡선 “이라고 부릅니다.
증기압이 낮을수록 고온 및 고진공 에서도 보다 증발하기 어려운 것을 나타내고 오염의 원인이 되는 아웃 가스의 발생량도 감소합니다.

증기압곡선 사용상의주의

증기압곡선은 자석 씰-동작과 수명을 보장하는 것은 아닙니다.
자성 유체의 포화 증기압보다 2 자리 정도 높은 압력에서의 사용을 권장합니다.

사용 예 : 자기 씰 장착 부분의 온도가 100 ℃ 인 경우

활성 가스 대응 자성 유체는 10 -3 Pa 보다 높은 압력에서의 사용을 권장합니다.
고온 활성 가스 대응 자성 유체는 10 -7 Pa 보다 높은 압력에서의 사용을 권장합니다.