CN105308371A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

一种密封装置，包括由弹性材料形成的环形密封部(5)。在所述密封部(5)的内周表面上形成有：主唇口(10)，其与旋转轴(S)的外周表面(S1)可滑动接触；以及真空空间侧倾斜面(11)，其直径从所述主唇口(10)朝向真空空间(V)侧逐渐增大。在所述真空空间侧倾斜面(11)上沿轴向形成有多个环形突起(20)，在所述主唇口(10)与所述旋转轴(S)的外周表面(S1)可滑动接触的状态下，所述环形突起(20)与所述旋转轴(S)的外周表面(S1)可滑动接触。

Description

密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，其用于例如将旋转轴与围绕所述旋转轴的壳体之间的环形空间分割为大气压空间和真空空间。

背景技术

迄今为止，为了在其内部空间为真空的真空容器中向装置提供旋转力，可以设置用于传送旋转力的旋转轴，使得从真空容器的内部向真空容器的外部突起。

这种情况下，为了在真空容器中维持真空状态，必须防止空气从旋转轴和通孔之间的环形空间向真空容器中泄漏以维持真空状态，所述通孔设于真空容器内并用于通过其插入旋转轴。因此，在环形空间安装密封装置(例如，参见专利文献1)。

引用列表

【专利文献】

专利文献1：日本专利特许公开公告第2001-99328号

发明内容

【技术问题】

例如，根据JIS(日本工业标准)H0211，关于压力区域，等于或高于10²Pa的区域归为低真空区，10²Pa-10^-1Pa的区域归为中间真空区，10^-1Pa-10^-5Pa的区域归为高真空区，以及等于或低于10^-5Pa的区域归为超高真空区。

上述传统的密封装置能够在低真空区至高真空区稳定密封。

但是，当传统的密封装置在超高真空区使用时，其可以在旋转轴停止的状态下维持预定的真空度。而当旋转轴从其停止的状态开始旋转时，在旋转轴旋转状态的某些情况下真空度瞬间降低。下文中，这种真空度的改变称为“真空改变”。

在上述传统的密封装置中，密封装置的密封唇口相对于旋转轴的扣紧力随真空度的升高趋向增大。从而当建立了超高真空状态时，扣紧力进一步变大。于是当旋转轴开始转动时，很可能发生在旋转轴和密封唇口之间出现的摩擦振动(所谓的粘着滑动)。由于粘着滑动，密封唇口瞬间与旋转轴的外周表面分开使得大气压向真空容器侧泄漏，这被认为是真空改变的原因之一。

当发生了真空改变的时候，真空改变有可能会严重影响到真空容器中的装置、产品等。因而必须尽可能的抑制真空改变的发生以维持稳定的真空环境。

鉴于这种情况提出了本发明，本发明的目的是提供一种能够抑制真空改变以维持稳定的真空环境的密封装置。

【技术方案】

为达到上述目的，本发明的密封装置将在旋转轴和围绕所述旋转轴的壳体之间形成的环形空间轴向分割为低压空间和高压空间，所述高压空间的压力高于所述低压空间的压力，所述密封装置包括环形密封部，其由弹性材料形成并与所述旋转轴的外周表面为可滑动接触，其中，在所述密封部的内周表面上形成有主唇口使得与所述旋转轴的外周表面为可滑动接触，并形成有倾斜面使得从所述主唇口向低压空间侧延伸且直径朝向所述低压空间侧逐渐增大；以及在所述倾斜面上沿轴向形成多个环形突起使得在主唇口与所述旋转轴的外周表面可滑动接触的状态下可与所述旋转轴的外周表面滑动接触。

根据上述配置的密封装置，除所述主唇口之外，所述多个环形突起也与所述旋转轴的外周表面为可滑动接触。因此，与例如只有主唇口与所述外周表面为可滑动接触的情况相比，当所述主唇口与所述外周表面可滑动接触时，其可以降低每单位面积上的表面压力。这使得当旋转轴从其停止的状态开始旋转时，即使当主唇口相对于旋转轴的扣紧力由于低压空间造成的负压而增大时，发生在主唇口处的粘着滑动也可以被抑制。从而粘着滑动引起的主唇口瞬间与旋转轴外周表面的分开可被抑制。因此，当旋转轴初始转动时真空改变的发生可得到抑制。

由于在倾斜面上形成有多个环形突起使得在主唇口与旋转轴的外周表面可滑动接触的状态下可与外周表面滑动接触，使用所述多个环形突起以及主唇口可以将低压空间和高压空间之间的空间进行多级分割。这样可以使施加到主唇口的负压被形成在低压空间侧的多个环形突起以分段的方式降低，故可以抑制压力从高压空间向低压空间泄漏。因此也可以抑制由于粘着滑动之外的因素所引起的压力泄漏。

根据本发明，由于可以抑制真空改变并如上述也可以抑制压力泄漏，故可以维持稳定的真空环境。

在所述密封装置中，优选的，所述多个环形突起包括设于主唇口侧的第一环形突起以及设于相对于第一环形突起的低压空间侧的第二环形突起，并且，所述第二环形突起的突起尺寸大于第一环形突起的突起尺寸，使得所述第一和第二环形突起相对于所述旋转轴的外周表面的接触压力变得均匀。

在这种情况下，由于所述第二环形突起，可使所述第一和第二环形突起相对于所述旋转轴的外周表面的接触压力保持均匀。故而在各环形突起中发生的相对于旋转轴的外周表面的干扰和扣紧力的变化可得到抑制。据此可更加确定地对低压空间和高压空间之间的空间进行多级分割。因此可以更加有效地抑制压力泄露。

在所述密封装置中，优选设有多个第一环形突起。在这种情况下，由于可以对低压空间和高压空间之间进行更多级分割，因此可以更有效地抑制压力泄漏。

在所述密封装置中，沿切线可形成第一环形突起的远端和第二环形突起的远端，所述切线通过主唇口的远端和所述第二环形突起的远端。

在这种情况下，可使所述第一和第二环形突起相对于旋转轴的外周表面的接触压力保持更加均匀。

在所述密封装置中，优选将所述倾斜面相对于轴向的倾斜角设置为10-20度。这种情况下，可以使得主唇口和每个环形突起与所述旋转轴的外周表面之间为适当的可滑动接触。

在所述密封装置中，所述多个环形突起的每一个可形成为使其远端具有圆弧截面的形状。这种情况下，当每个环形突起与所述旋转轴的外周表面为可滑动接触时，可以抑制过多的增加接触面积，并因此可以降低环形突起与旋转轴之间的摩擦力。而且，可以确定地使得每个环形突起与所述外周表面为可滑动接触，并因此可以确保密封性能。

【发明的有益效果】

根据本发明的密封装置，可以抑制真空改变以维持稳定的真空环境。

附图说明

图1为根据本发明实施方式的密封装置的剖视图。

图2为图1中的主唇口主要部分的放大剖视图。

图3为当旋转轴插入密封装置内周侧时的主唇口的剖视图。

图4(a)为根据一改进的主唇口主要部分的放大剖视图，以及(b)为根据另一改进的主唇口主要部分的放大剖视图。

具体实施方式

以下将根据附图描述本发明的实施方式。

图1为根据本发明实施方式的密封装置的剖视图。密封装置1安装于其内部被形成为真空环境的真空容器(未示出)。密封装置I用于在密封状态下将在旋转轴S和围绕所述旋转轴S的壳体H之间形成的环形空间T分割为轴向大气压空间A(高压空间，图1中片状表面的右侧)和真空空间V(低压空间，图1中片状表面的左侧)。

在本实施方式中，使真空空间V维持在所谓的超高真空(10^-5Pa(绝对压力)或更低)作为压力区域范围。

旋转轴S为用于向设于所述真空容器内的装置提供旋转力的旋转传送轴。旋转轴S插入设于真空容器的管状壳体H并且提供真空容器内侧和外侧之间的连通。从而，旋转轴S被设为从真空空间V(即真空容器内侧)朝向大气压空间A(即真空容器外侧)突出。

密封装置1轴向分割环形空间T使得旋转轴S可旋转，其包括由金属制成的金属芯2和由弹性材料如氟碳橡胶形成并通过硫化作用与所述金属芯接合的密封构件3。

金属芯2通过压制钢板如SPCC(冷轧板)以环状形成。金属芯2包括具有圆柱体形状的圆柱形部2a和通过使圆柱形部2a轴向一侧的端部向径向内侧弯曲而形成的环形部2b。这样，金属芯2形成为具有L的截面形状。

密封构件3包括本体部4、从环形部2b内周末端延伸的密封部5、以及同样从环形部2b内周末端延伸的辅助唇口7。本体部4形成为从圆柱形部2a外周表面围绕圆柱形部2a在大气压空间A侧的端面延伸且沿着圆柱形部2a的内周表面延伸。此外，本体部4沿着环形部2b在大气压空间A侧的侧表面形成并与其接合。

金属芯2经本体部4压合于壳体H内，使得密封装置1固定于壳体H。

辅助唇口7从作为底端的环形部2b的内周末端朝向真空空间V侧延伸。此外，将辅助唇口7设为于径向内侧处突出以与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触。

密封部5为从作为底端的环形部2b的内周末端朝向大气压空间A侧延伸的环形构件。

在密封部5外周表面侧安装有夹紧盘簧(garterspring)8，其用于通过朝径向内侧扣紧并挤压密封部5而增强密封性能。

密封部5与旋转轴S的外周表面S1为可滑动接触。由此，密封部5密封环形空间T以防止大气压空间A的压力通过旋转轴S和壳体H之间向真空空间V泄漏。

在密封部5的内周表面上，形成有主唇口10使得可与旋转轴S的外周表面S1滑动接触，形成有真空空间侧倾斜面11使得从主唇口10朝向真空空间V侧延伸且直径朝向真空空间V侧逐渐变大，以及形成有大气压空间侧倾斜面12使得从主唇口10朝向大气压空间A侧延伸且直径朝向大气压空间A侧逐渐变大。这样，主唇口10由真空空间侧倾斜面11和大气压空间侧倾斜面12形成的隆起线组成，并形成为具有类似山岭的截面形状。

如上所述，密封部5从作为底端的环形部2b的内周末端朝向大气压空间A侧延伸。因此，密封部5被配置为使其处于大气压空间A侧的末端部分能够围绕其处于真空空间V侧的末端部分径向振动。图1示出处于自由状态的密封部5。

当旋转轴S插入密封部5的内周表面侧时，密封部5的处于大气压空间A侧的末端部分朝向径向外侧振动，并且密封部5的所述处于大气压空间A侧的末端部分以及主唇口10发生弹性变形使得直径略微增大。在主唇口10弹性变形使得直径略微增大的状态下，主唇口10与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触。

图2为图1中的密封部5的主要部分的放大剖视图。图2示出处于自由状态的密封部5。

密封部5的真空空间侧倾斜面11形成为圆锥形内周表面，其相对于轴向的倾斜角被设为在例如10-20度的范围内。

在真空空间侧倾斜面11上，形成有多个(示例中为3个)环形突起20，其从真空空间侧倾斜面11朝向径向内侧突出并沿轴向以预定间隔设置。

每个环形突起20形成为使其远端具有圆弧的截面形状。环形突起20各自包括设于主唇口10侧的多个第一环形突起21以及相对于第一环形突起21设于真空空间V侧的第二环形突起22。

第二环形突起22形成为使得其突起尺寸t2的值大于每个第一环形突起21的突起尺寸t1。

另外，两个第一环形突起21形成于第二环形突起22和主唇口10之间。两个第一环形突起21形成为具有相同的突起尺寸t1。

如后面的描述，这些环形突起20形成为当旋转轴S插入密封装置1时使其远端与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触，以使主唇口10与所述外周表面S1可滑动接触。

图3为当旋转轴S插入密封装置1内周侧时主唇口10的剖视图。

如上所述，当旋转轴S插入密封部5的内周侧时，密封部5的处于大气压空间A侧的末端部分围绕密封部5的处于真空空间V侧的末端部分朝向径向外侧振动。由此，密封部5的主唇口10得以与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触。

此外，真空空间侧倾斜面11的倾斜角d(图2)由于密封部5的处于大气压空间A侧的末端部分朝向径向外侧振动而变小，使得真空空间侧倾斜面11靠近旋转轴S的外周表面S1。由此，每个环形突起20的远端得以与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触。即，每个环形突起20形成为，在主唇口10与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触的状态下，使其远端与所述外周表面S1可滑动接触。

这时，每个环形突起20与相邻设置的环形突起20或主唇口10一起在真空空间侧倾斜面11和外周表面S1之间形成空间Kl、K2或K3。

将各环形突起20的突起尺寸t1和t2(图2)、相邻环形突起20之间的间隔、以及环形突起20和主唇口10之间的间隔设为允许形成空间Kl至K3的数值。

这里，当倾斜角d减小时，真空空间侧倾斜面11靠近外周表面S1。因此，如果与主唇口10距离最远的环形突起20(第二环形突起22)具有与其他的环形突起20相同的突起尺寸，则当该环形突起20与所述外周表面S1接触时，该环形突起20的干扰和扣紧力比其他环形突起20的干扰和扣紧力相对更小。

因此，将第二环形突起22的突起尺寸t2设为大于每个第一环形突起21的突起尺寸t1，以使每个环形突起20相对于所述外周表面S1的接触压力变得均匀。

据此，由于每个环形突起20相对于外周表面S1的接触压力变得均匀，所以当与外周表面S1接触时可以抑制各环形突起20发生干扰和扣紧力的改变。

根据如上述配置的密封装置1，除主唇口10以外，所述多个环形突起20也与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触。因此当主唇口10与外周表面S1可滑动接触时，相比于其中例如只有主唇口10与外周表面S1可滑动接触的情况，这可以使每单位面积上的表面压力降低。其结果是，即使主唇口10相对于旋转轴S的扣紧力由于真空空间V产生负压而增大，也可以抑制当旋转轴S从其停止的状态开始旋转时主唇口10处发生的粘着滑动。由此，可以抑制粘着滑动引起的主唇口10与旋转轴S的外周表面S1的瞬间分离。因此可以使在旋转轴S初始转动时所发生的真空改变得到抑制。

由于在真空空间侧倾斜面11上形成了多个环形突起20，其远端可与所述外周表面S1滑动接触，并在主唇口10与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触的情况下其连同相邻设置的环形突起20或主唇口10一起形成空间K1至K3，因此利用所述多个环形突起20和主唇口10可对真空空间V和大气压空间A之间的空间进行多级分割。由此对主唇口10施加的负压可被形成于真空空间V侧的多个环形突起20以分段的方式降低。因而可以抑制从大气压空间A朝向真空空间V的压力泄漏。粘着滑动之外的因素引起的压力泄漏也因此可得到抑制。

根据本实施方式的密封装置1，由于可以抑制真空改变且还抑制如上所述的压力泄漏，因此可以维持稳定的真空环境。

在本实施方式中，通过提供两个第一环形突起21，包括主唇口10，使真空空间V和大气压空间A之间以四级分割。因此可以更有效的抑制压力向真空空间V侧泄漏。

根据本实施方式，环形突起20同与其相邻的环形突起20或主唇口10一起形成空间K1至K3。因此可使得在主唇口10和旋转轴S之间提供的润滑剂维持在空间K1至K3中。

据此，可降低主唇口10和旋转轴S的外周表面S1之间的摩擦力，以使粘着滑动得到进一步有效的抑制并可降低摩擦时发生的磨损。密封装置1的使用寿命可因此而被延长。

在本实施方式中，每个环形突起20的远端形成为圆弧的截面形状。由此可以在环形突起20与旋转轴S的外周表面S1可滑动接触的时候抑制接触面积的过度增加，使得可降低环形突起20和旋转轴S之间的摩擦力。而且，由于每个环形突起20的远端形成为圆弧的截面形状，可以确保使环形突起20与外周表面S1可滑动接触，因而可以保证密封性能。

通过使用具有尽量减小的表面粗糙度的模具进行硫化成型，使每个其远端具有圆弧的截面形状的环形突起20与整个密封构件3一体式成型。由此可降低每个环形突起20的远端的表面粗糙度，使得可与如上所述维持在空间K1至K3中的润滑剂一起进一步降低摩擦力。

在本实施方式中，设置第二环形突起22的突起尺寸t2大于每个第一环形突起21的突起尺寸t1。于是，每个环形突起20的尺寸被设定为使得当每个环形突起20与外周表面S1可滑动接触时，每个环形突起相对于外周表面S1的接触压力保持均匀。如此，使得每个环形突起20相对于外周表面S1的接触压力为均匀的。当接触所述外周表面S1的时候，这可以抑制各个环形突起20之间的干扰和扣紧力的改变。由此可以确保形成空间K1至K3以确保将真空空间V和大气压空间A之间的空间以多级分割。因此可以更有效地抑制压力向真空空间V泄漏。

在本实施方式中，将主唇口10真空空间侧倾斜面11的倾斜角d在自由状态下相对于轴向设置为处于10-20度的范围。由此，可以使得主唇口和如上述形成的每个环形突起与旋转轴S的外周表面S1恰当地可滑动接触。

本发明不限于上述实施方式。在上述实施方式中，已经示出其中在真空空间侧倾斜面11上形成两个具有相同突起尺寸t1的第一环形突起21的情况。与此相反，例如根据图4(a)中所示，两个第一环形突起21可以形成为使得在主唇口10侧的第一环形突起21a的突起尺寸被设为小于在第二环形突起22侧的第一环形突起21b的突起尺寸。

更具体的，当主唇口10和每个环形突起20处于自由状态时，每个第一环形突起21的远端以及第二环形突起22的远端沿切线U形成，切线U经过主唇口10的远端和第二环形突起22的远端。

这种情况下，设定多个环形突起20的尺寸使得当主唇口10与外周表面S1为可滑动接触且每个环形突起20与所述外周表面S1为可滑动接触时，每个环形突起20相对于所述外周表面S1的接触压力可以是均匀的。从而可以使得每个环形突起20相对于所述外周表面S1的接触压力更加均匀，以使得每个环形突起20的干扰和扣紧力可得到更恰当的设定。

在上述实施方式中示出了其中通过提供两个第一环形突起21包括主唇口10而使真空空间V和大气压空间A之间以四级进行分割的情况。与此相反，如图4(b)所示，可以提供更多的第一环形突起21(示例中为3个)。

在图4(b)中，将第二环形突起22的突起尺寸设为最大，并且将每个第一环形突起21的突起尺寸设为使得轴向上处于与主唇口10距离更远的位置上的第一环形突起21具有更大的突起尺寸。

由于如上所述使真空空间V和大气压空间A之间以更多级进行分割，可以使压力向真空空间V侧的泄漏更有效地得到抑制。

参考符号列表

1密封装置

10主唇口

11真空空间侧倾斜面(倾斜面)

20环形突起

21，21a，21b第一环形突起

22第二环形突起

S旋转轴

S1外周表面

T环形空间

A大气压空间(高压空间)

V真空空间(低压空间)

Claims (6)

1.一种密封装置，其将形成于旋转轴和围绕所述旋转轴的壳体之间的环形空间沿轴向分割成低压空间和高压空间，所述高压空间的压力高于所述低压空间的压力，所述密封装置包括：

环形密封部，所述环形密封部由弹性材料形成并与所述旋转轴的外周表面为可滑动接触，其中，

在所述密封部的内周表面上，形成有主唇口使得与所述旋转轴的外周表面为可滑动接触，并形成有倾斜面使得从所述主唇口向低压空间侧延伸且直径朝向所述低压空间侧逐渐增大，以及

在所述倾斜面上沿轴向形成多个环形突起使得在所述主唇口与所述旋转轴的外周表面可滑动接触的状态下与所述旋转轴的外周表面为可滑动接触。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其中所述多个环形突起包括设于主唇口侧的第一环形突起以及相对于所述第一环形突起设于低压空间侧的第二环形突起，并且，

所述第二环形突起的突起尺寸大于所述第一环形突起的突起尺寸，使得所述第一和第二环形突起相对于所述旋转轴的外周表面的接触压力变得均匀。

3.根据权利要求2所述的密封装置，其中设有多个第一环形突起。

4.根据权利要求2或3所述的密封装置，其中沿切线形成第一环形突起的远端和第二环形突起的远端，所述切线通过主唇口的远端和所述第二环形突起的远端。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的密封装置，其中将所述倾斜面相对于轴向的倾斜角设置为10-20度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的密封装置，其中所述多个环形突起的每一个形成为使其远端具有圆弧的截面形状。