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    关 键 词:
    机械 密封 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110280891.7

    申请日:

    2005.10.28

    公开号:

    CN102322526A

    公开日:

    2012.01.18

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F16J 15/34申请日:20051028|||公开
    IPC分类号: F16J15/34 主分类号: F16J15/34
    申请人: 伊格尔工业股份有限公司
    发明人: 柳泽隆; 秋山浩二; 伊藤正伸; 内山真己
    地址: 日本东京
    优先权: 2004.11.09 JP 2004-325471
    专利代理机构: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 马淑香
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110280891.7

    授权公告号:

    102322526B||||||

    法律状态公告日:

    2014.10.22|||2012.03.14|||2012.01.18

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种机械密封装置,在转轴与壳体的嵌合间隙相对地配置有旋转密封环(10)和静止密封环,包括:旋转密封环(10),其与转轴相连,具有旋转密封面(11),在旋转密封面(11)上设有以转轴的轴心为中心呈圆环状地配置并由分隔壁(13)隔开形成的多个圆弧状沟(12);静止密封环,具有与所述旋转密封环(10)的旋转密封面(11)相对的静止密封面;弹簧,朝着旋转密封环推压静止密封环;以及输出开口部,其形成在静止密封环的静止密封面上,可与供给压力流体的流体供给通路连通,输出开口部的周向长度(W3)形成为分隔壁(13)的周向长度(W1)的1/2以上(W3≥W1/2),输出开口部的周向长度(W3)比圆弧状沟(12)的周向长度(W2)小(W3<W2)。

    权利要求书

    1: 一种机械密封装置, 在转轴与壳体的嵌合间隙相对地配置有旋转密封环和静止密封 环, 其特征在于, 包括 : 所述旋转密封环, 与所述转轴相连, 具有旋转密封面, 在所述旋转密封面上设有以所述 转轴的轴心为中心呈圆环状地配置并由分隔壁隔开形成的多个圆弧状沟 ; 所述静止密封环, 具有与所述旋转密封环的旋转密封面相对的静止密封面 ; 施力构件, 朝着所述旋转密封环推压所述静止密封环 ; 以及 输出开口部, 形成在所述静止密封环的所述静止密封面上, 可与供给压力气体的流体 供给通路连通, 所述输出开口部的周向长度 (W3) 形成为所述分隔壁的周向长度 (W1) 的 1/2 以上 (W3 ≥ W1/2), 所述输出开口部的周向长度 (W3) 形成为比所述圆弧状沟的周向长度 (W2) 小 (W3 < W2)。
    2: 如权利要求 1 所述的机械密封装置, 其特征在于, 所述输出开口部形成为圆状或圆 弧状地开口。
    3: 如权利要求 1 或 2 所述的机械密封装置, 其特征在于, 在所述旋转密封环的所述旋转 密封面或所述静止密封环的所述静止密封面中的至少一方上形成有利用所述转轴的旋转 而生成动压的动压生成沟。
    4: 如权利要求 1 ~ 3 中任一项所述的机械密封装置, 其特征在于, 所述分隔壁比所述旋 转密封面相对要低、 但比所述圆弧状沟的底面相对要高。

    说明书


    机械密封装置

        本发明专利申请是国际申请号为 PCT/JP2005/019923、 国际申请日为 2005 年 10 月 28 日、 进入中国国家阶段的申请号为 200580038243.3、 名称为 “机械密封装置” 的发明专利 申请的分案申请。
         技术领域 本发明涉及一种通过抑制旋转密封环的振动并防止密封面之间的接触来防止密 封环的密封面之间的磨损、 从而可防止磨损粉末混入被密封流体内的机械密封装置。
         背景技术 本发明的技术作为对半导体制造设备等的被密封流体进行密封的机械密封装置 是有用的。 在该半导体制造设备等中, 若被密封流体中混有杂质, 则杂质会给制造物带来不 良影响。 为此, 在机械密封装置中, 还必须防止因密封环在旋转时的磨损而导致磨损粉末进 入被密封流体。对此, 作为防止密封环的密封面磨损的装置, 使用非接触式机械密封装置。
         作为这种非接触式机械密封装置, 以往已知有如下技术 : 包括 : 与半导体制造设 备等的转轴相连、 具有旋转密封面的旋转密封环 ; 以及具有与该旋转密封环的旋转密封面 相对的静止密封面的静止密封环, 在静止密封面上形成有可与供给压力流体的流体供给通 路连通的沟 ( 槽 )( 例如参照专利文献 1 及 2)。
         另外, 还已知有在静止密封面上形成有圆弧状的沟并在旋转密封面的旋转密封面 上形成有圆弧状沟的技术 ( 例如参照专利文献 3)。
         在如上所述的机械密封装置中, 通过在静止密封面上形成沟, 从而增大使静止密 封环相对于旋转密封环上浮的上浮力, 以防止磨损。而且, 在这种机械密封装置中, 通过增 大在静止密封面上形成的沟的容积, 可确保更大的上浮力。
         然而, 随着在静止密封面上形成的沟的容积增大, 旋转密封环的动作发生振动。 该 振动是由在旋转密封面与静止密封面之间供给的压力流体的压缩性而引起的称作空气锤 的现象。 对此, 若为了抑制空气锤现象而减小在静止密封面上形成的沟的容积, 则无法确保 足够的上浮力, 因此会引起旋转密封面与静止密封面接触。
         另外, 在上述专利文献 3 中公开的机械密封装置中, 在静止密封面上形成的沟与 在旋转密封面上形成的沟尺寸大致相同。 为此, 它们的容积比几乎不存在, 因此无法充分地 获得在旋转密封上形成的沟的效果, 此时, 也会因空气锤现象而导致旋转密封环的动作中 发生振动。
         专利文献 1 : 国际公开 WO00/075540 号说明书
         专利文献 2 : 日本专利特开平 3-277874 号公报
         专利文献 3 : 美国专利第 3917289 号说明书
         发明的公开
         本发明的目的在于提供一种通过抑制旋转密封环的振动并防止密封面之间的接 触、 从而可防止磨损粉末混入被密封流体内的机械密封装置。
         鉴于上述问题, 本发明的技术方案如下构成。
         技术方案 1 的本发明的机械密封装置是在转轴与壳体的嵌合间隙相对地配置有 旋转密封环和静止密封环的机械密封装置, 包括 : 所述旋转密封环, 与所述转轴相连, 具有 旋转密封面, 在所述旋转密封面上设有以所述转轴的轴心为中心呈圆环状地配置并由分隔 壁隔开形成的多个圆弧状沟 ; 所述静止密封环, 具有与所述旋转密封环的旋转密封面相对 的静止密封面 ; 施力构件, 朝着所述旋转密封环推压所述静止密封环 ; 以及输出开口部, 其 形成在所述静止密封环的所述静止密封面上, 可与供给压力流体的流体供给通路连通, 所 述输出开口部的周向长度 (W3) 形成为所述分隔壁的周向长度 (W1) 的 1/2 以上 (W3 ≥ W1/2), 所述输出开口部的周向长度 (W3) 比所述圆弧状沟的周向长度 (W2) 小 (W3 < W2)。
         在本发明中, 在旋转密封环的旋转密封面上沿周向形成有圆弧状沟。 另外, 输出开 口部的周向长度 (W3) 比圆弧状沟的周向长度 (W2) 小 (W3 < W2)。由此, 由压力流体的压缩 性而引起的空气锤现象被抑制, 因此不容易发生旋转密封环的振动。
         另外, 在本发明中, 在旋转密封面上形成有两个以上的圆弧状沟, 并由分隔壁将相 邻的圆弧状沟之间隔开。 由此, 即使在一侧的密封面相对于另一侧的密封面倾斜时, 位于该 密封面之间的间隔变窄侧的圆弧状沟的压力变高, 该压力作为使倾斜复原的复原力而起作 用, 因此可防止密封面之间的接触。 另外, 在本发明中, 输出开口部的周向长度 (W3) 形成为分隔壁周向长度 (W1) 的 1/2 以上 (W3 ≥ W1/2)。由此, 可始终确保足够的上浮力, 可良好地维持密封面之间的非接触状 态。
         在技术方案 2 的本发明的机械密封装置中, 所述输出开口部形成为开口的周向长 度比所述流体供给通路宽, 该输出开口部以构成与所述多个圆弧状沟大致相同的圆环状的 形态配置在所述静止密封面上, 所述输出开口部的周向长度 (W3) 比所述分隔壁的周向长度 (W1) 大 (W3 > W1), 所述输出开口部的周向长度 (W3) 形成为比所述圆弧状沟的周向长度 (W2) 的 1/2 小 (W3 < W2/2)。由此, 可有效地抑制旋转密封环的振动和密封面之间的接触。
         在技术方案 3 的本发明的机械密封装置中, 所述输出开口部形成为圆状或圆弧状 地开口。作为输出开口部的具体的开口形状, 例如可以是圆形形状或圆弧形状。
         在技术方案 4 的本发明的机械密封装置中, 所述分隔壁形成为比所述旋转密封面 相对要低、 但比所述圆弧状沟的底面相对要高。 由此, 可有效地抑制旋转密封环的振动和密 封面之间的接触。
         如上所述, 采用本发明, 不仅能抑制由压力流体的压缩性而引起的空气锤现象, 而 且可适宜地防止旋转密封面与静止密封面之间接触。由此, 可提供一种通过抑制旋转密封 环的振动并防止密封面之间的接触、 从而可防止磨损粉末混入被密封流体内的机械密封装 置。
         附图说明
         图 1 是本发明实施形态的机械密封装置的剖视图。 图 2 是表示本发明第 1 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图。 图 3 是沿图 2 的 III-III 线的剖视立体图。 图 4(A) 是沿图 3 的 IVA-IVA 线的剖视图, 图 4(B) 是表示旋转密封环朝一个方向旋转时产生的动压的曲线图, 图 4(C) 是表示旋转密封环朝另一方向旋转时产生的动压的 曲线图。
         图 5 是沿图 3 的 V-V 线的剖视图。
         图 6 是表示本发明第 1 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         图 7 是沿图 6 的 VII-VII 线的剖视立体图。
         图 8(A) 是表示本发明第 2 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 8(B) 是表示本发明第 2 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         图 9(A) 是表示本发明第 3 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 9(B) 是表示本发明第 3 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         图 10(A) 是表示本发明第 4 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 10(B) 是表示本发明第 4 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         图 11(A) 是表示本发明第 5 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 11(B) 是表示本发明第 5 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         图 12(A) 是表示本发明第 6 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 12(B) 是表示本发明第 6 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         图 13(A) 是表示本发明第 7 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的局部立体 图, 图 13(B) 是表示本发明第 7 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         图 14(A) 是沿图 13(A) 的 XIVA-XIVA 线的剖视立体图, 图 14(B) 是沿图 13(B) 的 XIVB-XIVB 线的剖视立体图。
         图 15 是沿图 14(A) 的 XV-XV 线的剖视立体图。
         图 16(A) 是表示本发明第 8 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 16(B) 是表示本发明第 8 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         图 17(A) 是沿图 16(A) 的 XVIIA-XVIIA 线的剖视立体图, 图 17(B) 是沿图 16(B) 的 XVIIB-XVIIB 的剖视立体图。
         图 18 是用于说明本发明第 8 实施形态的机械密封装置的旋转密封环与静止密封 环的位置关系的图。
         图 19 是表示实施例 1 的机械密封装置的振动评价结果的曲线图。
         图 20 是表示实施例 2 的机械密封装置的振动评价结果的曲线图。
         图 21 是表示实施例 3 的机械密封装置的振动评价结果的曲线图。
         图 22 是表示比较例的机械密封装置的振动评价结果的曲线图。
         ( 元件符号说明 )
         1 机械密封装置
         10 旋转密封环
         11 旋转密封面
         12 圆弧状沟
         13 分隔壁
         14a 第一动压生成沟
         14b 第二动压生成沟
         15 导入通路16a 第三动压生成沟 16b 第四动压生成沟 20 静止密封环 21 静止密封面 22 流体供给通路 23 输出开口部 24a 第一动压生成沟 24b 第二动压生成沟 25 导入通路 26a 第三动压生成沟 26b 第四动压生成沟 30 保持构件 31 弹簧 32 凹部 33 卡环 34 流体供给通路 41 ~ 46 O 形圈 50 流体供给装置 100 转轴 110 旋转构件 120 第一推压构件 130 第二推压构件 140 壳体具体实施方式
         下面参照附图对本发明的实施形态进行说明。
         图 1 是本发明实施形态的机械密封装置的剖视图, 图 2 是表示本发明第 1 实施形 态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 3 是沿图 2 的 III-III 线的剖视立体图, 图 4(A) 是沿图 3 的 IVA-IVA 线的剖视图, 图 4(B) 是表示旋转密封环朝一个方向旋转时产生的 动压的曲线图, 图 4(C) 是表示旋转密封环朝另一方向旋转时产生的动压的曲线图, 图5是 沿图 3 的 V-V 线的剖视图, 图 6 是表示本发明第 1 实施形态的机械密封装置的静止密封环 的主视图, 图 7 是沿图 6 的 VII-VII 线的剖视立体图。
         如图 1 所示, 本发明实施形态的机械密封装置 1 是可对转轴 100 与壳体 140 之间 进行密封的非接触式机械密封装置。
         如图 1 所示, 该机械密封装置 1 包括 : 旋转密封环 10, 安装在与转轴 100 相连的旋 转构件 110 上, 可与转轴 100 一起旋转 ; 静止密封环 20, 相对于该旋转密封环 10 沿轴向对 置地配置 ; 保持构件 30, 通过朝旋转密封环 10 对静止密封环 20 施力的弹簧 31 来保持静止 密封环 20 并安装在壳体 140 内。
         如图 1 及图 2 所示, 第 1 实施形态的机械密封装置 1 的旋转密封环 10 是具有方形形状的截面的环构件, 安装在旋转构件 110 上。为此, 该旋转密封环 10 可与转轴 100 一起 朝正转方向 ( 图中的 R1 方向 ) 及逆转方向 ( 图中的 R2 方向 ) 旋转。作为构成该旋转密封 环 10 的材料, 可举例有碳化硅原材料、 特殊钢、 碳材料、 陶瓷材料、 以及超硬合金材料等。
         如图 2 及图 3 所示, 在该旋转密封环 10 的旋转密封面 11 上沿周向实质上等间隔 地形成有六个圆弧状沟 12。 这六个圆弧状沟 12 配置成在旋转密封面 11 上形成以旋转轴心 为中心的圆, 在密封面 11、 21 之间相互对置时, 配置在可与后述静止密封面 21 上形成的输 出开口部 23 对置的位置上。
         各圆弧状沟 12 形成为输出开口部 23 的周向长度 (W3) 比该圆弧状沟 12 的周向长 度 (W2) 小 (W3 < W2)。另外, 沿各圆弧状沟 12 径向的宽度为静止密封环 20 上形成的输出开 口部 23 的半径以上, 且比静止密封环 20 沿密封面 21 径向的宽度小。另外, 各圆弧状沟 12 的深度在最深处是大致 3mm 以下, 以大致 2mm 以下为好, 最好是 0.5mm 以下。另外, 随着该 圆弧状沟 12 变深, 旋转密封环 10 的振动变大。
         在相邻的圆弧状沟 12 之间分别形成有将该圆弧状沟 12 之间相互隔开的分隔壁 13。由此, 即使在旋转密封面 11 相对于静止密封面 21 倾斜时, 也可将因倾斜而在圆弧状 沟 12 之间产生的压力差作为使倾斜复原的复原力利用, 因此可防止密封面 11、 21 之间的接 触。 该分隔壁 13 形成为输出开口部 23 的周向长度 (W3) 对该分隔壁 13 的周向长度 (W1) 的比值为 1/2 以上 (W3 ≥ W1/2)。相反, 若输出开口部 23 的周向长度 W3 对分隔壁 13 的周向 长度 W1 的比值不满 1/2(W3 < W1/2), 则无法确保足够的上浮力。
         另外, 如图 2 所示, 在该旋转密封环 10 的旋转密封面 11 上形成有多个第一及第二 动压生成沟 14a、 14b。
         如图 3 所示, 第一动压生成沟 14a 具有大致 L 字形状, 且如图 4(A) 所示, 具有朝着 R1 方向上升而倾斜的底面。另外, 图 4(A) 是沿图 3 的 IVA-IVA 线的剖视图, 是沿着旋转轴 心并沿着旋转密封面 11 的周向将位于外周侧的一对第一及第二动压生成沟 14a、 14b 截断 的剖视图。如图 4(B) 所示, 该第一动压生成沟 14a 可由转轴 100 的 R1 方向旋转而生成动 压。
         与此相对, 如图 3 所示, 第二动压生成沟 14b 具有沿周向与第一动压生成沟 14a 呈 轴中心线对称的形状, 且如图 4(A) 所示, 具有朝着 R2 方向上升而倾斜的底面。 如图 4(C) 所 示, 该第二动压生成沟 14b 可由转轴 100 的 R2 方向旋转而生成动压。
         由此, 无论旋转密封环 10 相对于静止密封环 20 朝 R1 方向或 R2 方向中的任一方向 旋转, 均可生成动压。 由此, 对于旋转方向不同的转轴也可使用同一的机械密封装置 1, 从而 可实现机械密封装置 1 的互换性的提高。另外, 图 4(B) 及图 4(C) 表示的是与动压发生沟 的截面形状相对的动压的生成分布, 在同一图中, 上部的曲线图的横轴表示的是下部所示 的动压生成沟截面中的位置。
         如图 2 所示, 这两种动压生成沟 14a、 14b 在圆弧状沟 12 的外周侧沿周向交替地配 置。同样, 在圆弧状沟 12 的内周侧, 两种动压生成沟 14a、 14b 也沿周向交替地配置。由此, 在本实施形态中, 第一及第二动压生成沟 14a、 14b 在旋转密封面 11 上沿周向配置有多个, 并在径向上也配置有多个。各动压生成沟 14a、 14b 与各圆弧状沟 12 连通。
         如图 5 所示, 各动压生成沟 14a、 14b 的深度 D1 在其最深处为圆弧状沟 12 的深度 D2
         以下 (D1 ≤ D2), 具体地, 各动压生成沟 14 的最深部的深度 D1 最好在 5×10-3mm ~ 3×10-2mm 的范围内。
         通过在旋转密封面 11 上形成如上所述的动压生成沟 14a、 14b, 可在静压的基础上 生成动压。
         如图 1 及图 6 所示, 第 1 实施形态的机械密封装置 1 的静止密封环 20 是具有大致 L 字形状的截面的环构件, 为了不与转轴 100 一起旋转, 由保持构件 30 予以保持。 作为构成 该静止密封环 20 的材料, 可举例有碳材料、 特殊钢、 碳化硅原材料、 陶瓷材料、 以及超硬合 金材料等。
         如图 1 及图 7 所示, 在该静止密封环 20 的内部形成有朝着该静止密封环 20 的静 止密封面 21 贯穿的流体供给通路 22。该流体供给通路 22 的一个端部在静止密封面 21 上 的输出开口部 23 处开口。该输出开口部 23 在静止密封面 21 上沿周向实质上等间隔地形 成有八个。各输出开口部 23 的周向长度 W3 为 1mm ~ 5mm 左右。
         另外, 在本实施形态中, 对将该输出开口部 23 作为圆形形状的开口进行了说明, 但本发明中并不特别限定于该形状, 例如, 可以是椭圆形状或长孔形状的开口, 也可以像后 述的第 8 实施形态那样是圆弧状的开口。 与此相对, 该流体供给通路 22 的另一个端部与可供给压力流体的流体供给装置 50 连通。而且, 机械密封装置 1 通过将从流体供给装置 50 经由流体供给路 22 供给的压力 流体从输出开口部 23 朝旋转密封面 11 喷出, 可向旋转密封面 11 与静止密封面 21 之间供 给压力流体。作为从流体供给装置 50 供给的压力流体, 可例举有氮气 (N2) 等惰性气体。
         如图 1 所示, 第 1 实施形态的机械密封装置 1 的保持构件 30 是具有大致 L 字形状 的截面的环构件。在该保持构件 30 的与静止密封环 20 相对的位置上沿周向实质上等间隔 地形成有多个凹部 32。在这些各凹部 32 内收容有弹簧 31, 该弹簧 31 的前端安装在静止密 封环 20 的一端面上。该弹簧 31 朝旋转密封环 10 侧推压静止密封环 20。
         包括如上所述的旋转密封环 10、 静止密封环 20 及保持构件 30 的机械密封装置 1 如下所示地安装在转轴 100 与壳体 140 之间。
         首先, 如图 1 所示, 在转轴 100 上通过 O 形圈 41 固接有旋转构件 110。在该旋转构 件 110 的台阶部的侧周面上设置有 O 形圈 42, 在该台阶部上可用 O 形圈 42 密封地嵌合有旋 转密封环 10。而且, 旋转密封环 10 由第一推压构件 120 固定。另外, 旋转构件 110 及第一 推压构件 120 通过第二推压构件 130 固定在转轴 100 上。该第二推压构件 120 与转轴 100 相互螺旋结合, 从而旋转构件 110 与第一推压构件 120 紧固而固定。
         另外, 如图 1 所示, 静止密封环 20 其一端面通过弹簧 31 保持在保持构件 30 上, 并 在其侧面通过 O 形圈 43、 44 保持在保持构件 30 上, 相对于保持构件 30 可沿轴向相对地移 动。在保持构件 30 的内周面上安装有卡环 33, 可防止静止密封环 20 从保持构件 30 的内周 孔脱出。另外, 在保持构件 30 上, 用于使静止密封环 20 上形成的流体供给通路 22 与流体 供给装置 50 连通的流体供给通路 34 以贯穿该保持构件 30 内部的形态形成。另外, 为了不 与转轴 100 一起旋转, 该保持构件 30 夹装着两个 O 形圈 45、 46 而被固定在壳体 140 上。
         本实施形态的机械密封装置 1 配置在例如存在硫化氢或氟化氢等被密封流体的 高压环境与压力比该高压环境相对低的低压环境 ( 例如真空等 ) 之间。 此时, 向密封面 11、 21 之间供给压力流体的流体供给装置 50 的压力 P0 设定为比高压环境下的压力 P1、 以及低
         压环境下的压力 P2 都大 (P0 > P1 > P2 或 P0 > P2 > P1)。
         在如上构成的机械密封装置 1 中, 若从流体供给装置 50 经由保持构件 30 及静止 密封环 20 上形成的流体供给通路 34、 22 供给压力流体, 则压力流体从输出开口部 23 朝旋 转密封面 11 喷出, 从而可向旋转密封面 11 与静止密封面 21 之间供给压力流体。而且, 该 压力流体以与弹簧 31 的弹力平衡的状态朝使静止密封面 21 从旋转密封面 21 远离的方向 施力, 从而可利用静压在非接触状态下对密封面 11、 21 之间进行密封。
         此时, 从输出开口部 23 朝旋转密封面 11 喷出的压力流体引入到旋转密封面 11 上 形成的圆弧状沟 12 中, 并扩散到密封面 11、 21 之间, 从而因压力流体的压缩性而引起的空 气锤现象被抑制, 旋转密封环 10 的振动被抑制。
         图 8(A) 是表示本发明第 2 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 8(B) 是表示本发明第 2 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         如图 8(A) 所示, 本发明第 2 实施形态的机械密封装置与第 1 实施形态的不同之处 在于, 在旋转密封环 10 的旋转密封面 11 上, 除了多个圆弧状沟 12 及动压生成沟 14a、 14b 外还设有导入通路 15, 其它方面与第 1 实施形态相同。
         本实施形态的导入通路 15 是在旋转密封面 11 上、 以从沿周向配置在圆弧状沟 12 的内周侧的第一及第二动压生成沟 14a、 14b 进一步向内周侧突出的形态所形成的沟。该导 -3 入通路 15 的深度例如为 3×10 mm ~ 15×10-3mm。
         该导入通路 15 比旋转密封面 11 上因压力流体而在非接触状态下被密封的部分更 向内周侧突出, 可与位于静止密封环 20 内周侧的高压环境连通。
         通过形成这种导入通路 15, 在来自流体供给装置 50 的压力流体的供给中断时, 可 将存在于高压环境下的被密封流体经由导入通路 15 自动地引入动压生成沟 14a 内, 从而可 利用该动压生成沟 14a、 14b 所产生的动压来避免密封面 11、 21 之间接触。
         图 9(A) 是表示本发明第 3 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 9(B) 是表示本发明第 3 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         如图 9(A) 所示, 在本发明第 3 实施形态的机械密封装置中, 在旋转密封环 10 的旋 转密封面 11 上形成有第三及第四动压生成沟 16a、 16b, 代替第一及第二动压生成沟 14a、 14b。
         第三动压生成沟 16a 从圆弧状沟 12 呈倾斜状地向外周侧延伸, 且其终点设定在旋 转密封面 11 内。相反, 第四动压生成沟 16b 从圆弧状沟 12 呈倾斜状地向内周侧延伸, 其终 点设定在旋转密封面 11 内, 以圆弧状沟 12 为基准与第三动压生成沟 16a 呈轴中心线对称 地形成。
         图 10(A) 是表示本发明第 4 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 10(B) 是表示本发明第 4 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         本发明第 4 实施形态的机械密封装置与第 1 实施形态的不同之处在于, 如图 10(A) 所示, 从第 1 实施形态的旋转密封环 10 的旋转密封面 11( 参照图 2) 上去除了第一及第二 动压生成沟 14a、 14b, 并如图 10(B) 所示, 在第 1 实施形态的静止密封环 20 的静止密封面 21( 参照图 6) 上增加了第一及第二动压生成沟 24a、 24b, 其它结构与第 1 实施形态相同。 在 静止密封面 21 上形成的第一及第二动压生成沟 24a、 24b 的结构与在第 1 实施形态中进行 了详述的在旋转密封面 11 上形成的第一及第二动压生成沟 14a、 14b 相同。这样, 代替旋转密封面 11 而在静止密封面 21 上形成第一及第二动压生成沟 24a、 24b, 也可在静压的基础上生成动压。
         图 11(A) 是表示本发明第 5 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 11(B) 是表示本发明第 5 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         本发明第 5 实施形态的机械密封装置与第 2 实施形态的不同之处在于, 如图 11(A) 所示, 从第 2 实施形态的旋转密封环 10 的旋转密封面 11( 参照图 8(A)) 上去除了第一及第 二动压生成沟 14a、 14b 及导入通路 15, 并如图 11(B) 所示, 在第 2 实施形态的静止密封环 20 的静止密封面 21( 参照图 8(B)) 上增加了第一及第二动压生成沟 24a、 24b 及导入通路 25, 其它结构与第 2 实施形态相同。另外, 在静止密封面 21 上形成的导入通路 25 的结构与在 第 2 实施形态中进行了详述的在旋转密封面 11 上形成的导入通路 15 相同。
         图 12(A) 是表示本发明第 6 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 12(B) 是表示本发明第 6 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图。
         本发明第 6 实施形态的机械密封装置与第 3 实施形态的不同之处在于, 如图 12(A) 所示, 从第 3 实施形态的旋转密封环 10 的旋转密封面 11( 参照图 9(A)) 上去除了第三及第 四动压生成沟 16a、 16b, 并如图 12(B) 所示, 在第 3 实施形态的静止密封环 20 的静止密封 面 21( 参照图 9(B)) 上增加了第三及第四动压生成沟 26a、 26b, 其它结构与第 3 实施形态相 同。另外, 在静止密封面 21 上形成的第三及第四动压生成沟 26a、 26b 的结构与在第 3 实施 形态中进行了详述的在旋转密封面 11 上形成的第三及第四动压生成沟 16a、 16b 相同。 图 13(A) 是表示本发明第 7 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的局部立体 图, 图 13(B) 是表示本发明第 7 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图, 图 14(A) 是沿图 13(A) 的 XIVA-XIVA 线的剖视立体图, 图 14(B) 是沿图 13(B) 的 XIVB-XIVB 线的剖 视立体图, 图 15 是沿图 14(A) 的 XV-XV 线的剖视立体图。
         本发明第 7 实施形态的机械密封装置与第 1 实施形态的不同之处在于, 如图 13(A) ~图 14(B) 所示, 在相邻的圆弧状沟 12 之间形成的分隔壁 13 变低了, 其它结构与第 1 实施形态相同。
         如图 15 所示, 在本实施形态的分隔壁 13 中, 从圆弧状沟 12 起到该分隔壁 13 的上 表面为止的高度 t0 比从圆弧状沟 12 的底面起到旋转密封面 11 为止的高度 t1 小 (t0 < t1)。 高度 t0 与高度 t1 之差 (t0-t1) 最好是 0.2mm 以下。
         这样, 通过将分隔壁 13 形成为比圆弧状沟 12 的底面相对要高、 并比圆弧状沟 12 的底面相对要高, 就可有效地抑制旋转密封环 10 的振动和密封面 11、 12 之间的接触。
         图 16(A) 是表示本发明第 8 实施形态的机械密封装置的旋转密封环的主视图, 图 16(B) 是表示本发明第 8 实施形态的机械密封装置的静止密封环的主视图, 图 17(A) 是沿 图 16(A) 的 XVIIA-XVIIA 线的剖视立体图, 图 17(B) 是沿图 16(B) 的 XVIIB-XVIIB 的剖视 立体图, 图 18 是用于说明本发明第 8 实施形态的机械密封装置的旋转密封环与静止密封环 的位置关系的图。
         本发明第 8 实施形态的机械密封装置与第 1 实施形态的不同之处在于, 如图 16(A) ~图 17(B) 所示, 除了在旋转密封面 11 上形成有圆弧状沟 12 外, 还圆弧状地形成有 静止密封环 10 的输出开口部 23, 其它结构与第 1 实施形态相同。
         如图 16(B) 所示, 在本实施形态的静止密封环 20 的静止密封面 21 上沿周向实质
         上等间隔地形成有八个圆弧状的输出开口部 23。这八个输出开口部 23 以在静止密封面 21 上形成以旋转轴心为中心的圆的形态进行配置, 并以与圆弧状沟 12 同心状地具有相同半 径的形态沿周向进行配置, 在密封面 11、 21 之间相互对置时, 可与在旋转密封面 11 上形成 的圆弧状沟 12 相对。通过像这样在圆弧状沟 12 的基础上再圆弧状地形成输出开口部 23, 可更有效地抑制空气锤现象。
         在各输出开口部 23 的底部形成有流体供给通路 22 的输出孔, 输出开口部 23 与流 体供给通路 22 连通。各输出孔最好形成在输出开口部 23 的大致中央部。
         在本实施形态中, 输出开口部 23 的周向长度 W3 设定为比圆弧状沟 12 的周向长度 W2 小 (W3 < W2), 最好设定为输出开口部 23 的周向长度 W3 对圆弧状沟 12 的周向长度 W2 的 比值小于 1/2(W3 < W2/2)。由此, 可在圆弧状沟 12 与圆弧状的输出开口部 23 上确保足够 的容积比, 可获得圆弧状沟 12 的效果。
         另外, 在本实施形态中, 如图 16(A)、 图 16(B) 及图 18 所示, 圆弧状的输出开口部 23 的周向长度 W3 设定为比将圆弧状沟 12 之间相互隔开的分隔壁 13 的周向长度 W1 大 (W3 > W1)。另外, 如图 17(A) 及图 17(B) 所示, 圆弧状沟 12 的深度 t1 设定为圆弧状的输出开 口部 23 的深度 t2 以下 (t1 ≤ t2)。由此, 可始终确保足够的上浮力, 因此可良好地维持密封 面 11、 12 之间的非接触状态。另外, 圆弧状的输出开口部 23 的周向长度 W3 越小越好。 另外, 上面说明的实施形态是为了使本发明容易理解而记载的, 并不是为了限制 本发明而记载的。因此, 其宗旨是在上述实施形态中公开的各要素还包括属于本发明技术 范围的所有的设计变更和等同物在内。
         例如, 在上述实施形态中对在旋转密封面上除了圆弧状沟外还形成有动压生成沟 的形态进行了说明, 但本发明中并不特别限定于此, 也可在旋转密封面上只形成圆弧状沟 而不形成动压生成沟。
         实施例
         下面利用使本发明更具体化的实施例及比较例确认了本发明的效果。 下面的实施 例及比较例用于确认上述实施形态中使用的机械密封装置的效果。
         实施例 1
         作为实施例 1 的机械密封装置, 使用形成有圆弧状沟的旋转密封环以及形成有圆 形形状的输出开口部的静止密封环制作了第 1 实施形态中进行了说明的那种结构的机械 密封装置。在实施例 1 中, 圆弧状沟的深度 t1 为 1mm, 圆弧状沟的周向长度 W2 为 112mm, 分 隔壁的周向长度 W1 为 4mm, 输出开口部的周向长度 W3 为 2mm。表 1 表示的是在该实施例 1 中制作的机械密封装置的制作条件。
         [ 表 1]
         对该实施例 1 的机械密封装置在旋转密封环的动作中是否发生了振动进行了振 动评价。在该振动评价中, 作为压力流体使用了氮气, 在一边施加 0.3MPaG 的压力一边以 20NL/min 的流量从流体供给装置向密封面之间供给氮气时, 测量旋转密封环产生的沿转轴 方向的加速度, 并根据该加速度的值进行了有无振动的评价。在测得的加速度不满 0.05G 时评价为无振动, 在测得的加速度为 0.05G 以上时评价为有振动。
         在该振动评价中, 将转轴、 旋转构件、 第一及第二推压构件等与旋转密封环相连的 旋转体的重量、 以及介于静止密封环与保持构件之间的弹簧的弹簧负载作为参数, 通过在 改变了这些参数的 31 种模式的条件下测量加速度, 进行了各条件下的振动评价。图 19 是 表示实施例 1 的机械密封装置的振动评价结果的曲线图。
         实施例 2
         作为实施例 2 的机械密封装置, 使用形成有圆弧状沟且分隔壁变低的旋转密封环 以及形成有圆形形状的输出开口部的静止密封环制作了第 7 实施形态中进行了说明的那 种结构的机械密封装置。在实施例 2 中, 圆弧状沟的深度 t1 为 1mm, 圆弧状沟的周向长度 W2 为 112mm, 分隔壁的周向长度 W1 为 4mm, 分隔壁上部的切削量 (t1-t0) 为 0.07mm, 输出开口部 的周向长度 W3 为 2mm。表 1 表示的是在该实施例 2 中制作的机械密封装置的制作条件。在 31 种模式的条件下以与实施例 1 相同的要领对该实施例 2 的机械密封装置进行了振动评 价。图 20 是表示实施例 2 的机械密封装置的振动评价结果的曲线图。
         实施例 3
         作为实施例 3 的机械密封装置, 使用形成有圆弧状沟的旋转密封环以及形成有圆 弧状的输出开口部的静止密封环制作了第 8 实施形态中进行了说明的那种结构的机械密 封装置。在该实施例 3 的机械密封装置中, 圆弧状沟的深度 t1 为 0.05mm, 圆弧状沟的周向 长度 W2 为 112mm, 分隔壁的周向长度 W1 为 4mm, 输出开口部的深度 t2 为 0.5mm, 输出开口部 的周向长度 W3 为 15.4mm。表 1 表示的是在该实施例 3 中制作的机械密封装置的制作条件。 在 28 种模式的条件下以与实施例 1 相同的要领对该实施例 3 的机械密封装置进行了振动 评价。图 21 是表示实施例 3 的机械密封装置的振动评价结果的曲线图。
         比较例
         作为比较例的机械密封装置, 使用未形成有圆弧状沟的旋转密封环以及形成有圆 弧状的输出开口部的静止密封环制作了现有结构的机械密封装置。 在该比较例的机械密封
         装置中, 输出开口部的深度 t2 为 0.25mm, 输出开口部的周向长度 W3 为 112mm。表 1 表示的 是在该比较例中制作的机械密封装置的制作条件。在 28 种模式的条件下以与实施例 1 相 同的要领对该比较例的机械密封装置进行了振动评价。图 22 是表示比较例的机械密封装 置的振动评价结果的曲线图。
         考察
         在将上述实施例 1 ~ 3 与比较例作了比较后, 确认了通过在旋转密封面上形成圆 弧状沟可减少旋转密封环的振动。
         另外, 在将实施例 1 与实施例 2 作了比较后, 确认了通过使分隔壁的高度低于旋转 密封面可如图 19 及图 20 所示减少旋转密封面的振动。
         此外, 在将实施例 1、 2 与实施例 3 作了比较后, 确认了通过在旋转密封面上形成圆 弧状沟的基础上再圆弧状地形成静止密封面的输出开口部可如图 19 ~图 21 所示减少旋转 密封环的振动。
         工业上的可利用性
         如上所述, 本发明的机械密封装置作为用于半导体制造设备等中、 对忌讳微小粉 末的被密封流体进行密封的密封装置是有用的。另外, 作为通过防止一对密封环的磨损来 提高耐久能力的密封装置是有用的。

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