CN106104111A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

密封装置(1)具备由弹性材料形成的环状的密封部(5)。在密封部(5)的内周面形成有：主唇(10)，其与旋转轴(S)的外周面(S1)滑动接触；以及真空空间侧倾斜面(11)，其从主唇(10)朝向真空空间(V)侧逐渐扩径。在真空空间侧倾斜面(11)形成有：第1环状凸起(20)，其与旋转轴(S)的外周面滑动接触；以及第2环状凸起(21)，其在主唇(10)与第1环状凸起(20)之间配置，且向径向内侧凸出。第2环状凸起(21)以下述方式形成，即，在密封装置(1)的使用初期的状态下不与旋转轴(S)滑动接触，如果主唇(10)磨损至无法维持所需的密封性的程度，则开始相对于旋转轴(S)的滑动接触。

Description

密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，其例如用于将旋转轴与包围所述旋转轴的壳体之间的环状空间分隔为大气压空间和真空空间。

背景技术

当前，为了对形成为真空空间的真空容器内的仪器施加旋转力，有时将传递旋转力用的旋转轴设置为从所述真空容器的内部向外部凸出。

在该情况下，为了防止大气从所述旋转轴、与设置于所述真空容器的用于使所述旋转轴插入的贯通孔之间的环状空间向所述真空容器内泄漏而维持真空状态，将密封装置安装于所述环状空间(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2001-99328号公报

发明内容

在上述密封装置中，相对于所述旋转轴滑动接触、且将所述真空容器内外密封的该密封装置的密封唇除了预先设置的过盈量以外，有时还因所述真空容器内外的压力差而过度对所述旋转轴进行按压。如果密封唇以该方式过度对旋转轴进行按压，则促进密封唇的磨损，该密封装置的密封性会在早期下降，有可能使作为密封装置的寿命显著降低。

本发明就是鉴于这种情形而提出的，其目的在于提供能够长期地维持密封性的密封装置。

用于实现上述目的的本发明是一种密封装置，其将在旋转轴、与包围该旋转轴的壳体之间所形成的环状空间，在轴向上分隔为低压空间、以及与所述低压空间相比为高压的高压空间，该密封装置的特征在于，具备环状的密封部，该密封部由弹性材料形成，且与所述旋转轴的外周面滑动接触，在所述密封部的内周面形成有：主唇，其与所述旋转轴的外周面滑动接触；以及倾斜面，其从所述主唇朝向所述低压空间侧延伸，并且朝向所述低压空间侧逐渐扩径，在所述倾斜面形成有：第1环状凸起，其在所述主唇与所述旋转轴的外周面滑动接触的状态下与所述旋转轴的外周面滑动接触；以及第2环状凸起，其在所述主唇与所述第1环状凸起之间配置，且向径向内侧凸出，所述第2环状凸起以下述方式形成，即，在所述密封装置处于使用初期的状态下不与所述旋转轴的外周面滑动接触，如果所述主唇以及所述第1环状凸起因所述密封装置的使用而磨损至无法维持所需的密封性的程度，则所述第2环状凸起开始相对于所述旋转轴的外周面的滑动接触。

根据以上述方式构成的密封装置，在密封装置处于使用初期的状态下利用主唇以及第1环状凸起而确保所需的密封性。然后，即使使用密封装置，且主唇以及第1环状凸起因相对于旋转轴的外周面滑动接触而磨损至无法维持所需的密封性的程度，第2环状凸起相对于旋转轴的外周面开始滑动接触，因此能够使第2环状凸起新有助于密封性的确保，能够维持所需的密封性。

这样，根据本发明的密封装置，即使因使用所引起的磨损而难以利用主唇以及第1环状凸起维持所需的密封性，通过使至此为止未滑动接触的第2环状凸起新与旋转轴的外周面滑动接触，也能够维持作为密封装置所需的密封性。其结果，能够长期地维持密封性。

在上述密封装置中，优选所述第2环状凸起形成有多个。此时，多个所述第2环状凸起以下述方式形成，即，如果所述主唇以及所述第1环状凸起磨损至无法维持所需的密封性的程度，则与所述主唇以及所述第1环状凸起的磨损量相应地从多个所述第2环状凸起内的、接近所述主唇的所述第2环状凸起起按顺序开始滑动接触。

在该情况下，多个第2环状凸起与主唇以及第1环状凸起的磨损量相应地按顺序开始滑动接触，因此使得主唇以及所述第1环状凸起的磨损发展。然后，即使开始滑动接触的第2环状凸起开始磨损，第2环状凸起也按顺序依次新开始滑动接触。由此，能够更长期地维持密封性。

另外，在上述密封装置中，可以在所述倾斜面，在所述主唇与所述第2环状凸起之间还形成有第3环状凸起，该第3环状凸起在所述密封装置处于使用初期的状态下与所述旋转轴的外周面滑动接触。

在该情况下，在密封装置处于使用初期的状态下，能够利用主唇、第1环状凸起以及第3环状凸起分别将低压空间与高压空间之间分隔为多个阶段。由此，即使从高压空间侧产生压力泄漏，也能够使压力阶段性地降低。因而，能够长期间地维持直至第2环状凸起开始滑动接触为止的使用初期的状态下的密封性。

发明效果

根据本发明的密封装置，能够长期地维持密封性。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的密封装置的剖面图。

图2是将图1中的密封部的要部放大后的剖面图。

图3是将旋转轴插入于密封装置的内周侧时的主唇的剖面图，图3(a)示出密封装置的使用初期的状态，图3(b)示出使用密封装置的结果使得主唇、第1环状凸起、以及第3环状凸起磨损后的状态。

图4是本发明的其他实施方式所涉及的主唇的剖面图，示出密封装置1的使用初期的状态。

图5是本发明的又一其他实施方式所涉及的主唇的剖面图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

图1是本发明的一个实施方式所涉及的密封装置的剖面图。该密封装置1安装于内部成为真空环境的真空容器(未图示)。密封装置1用于将在旋转轴S、与包围旋转轴S的壳体H之间形成的环状空间T，在轴向上以密封状态分隔为大气压空间A(高压空间，图1中为纸面左侧)、和真空空间V(低压空间，图1中为纸面右侧)。

此外，在本实施方式中，真空空间V维持为小于或等于10^-3Pa(绝对压力)的高度真空。

旋转轴S是用于对设置于所述真空容器内的仪器施加旋转力的旋转传递用的轴。旋转轴S插入于筒状的壳体H并从作为所述真空容器的内部的真空空间V朝向作为外部的大气压空间A凸出设置，其中，该壳体H设置于所述真空容器且将该真空容器的内外连通。

密封装置1的旋转轴S以可旋转的方式在轴向上将环状空间T分隔。密封装置1具备：金属制的芯杆2；以及密封部件3，其通过硫化粘接而形成于芯杆2且由氟橡胶等弹性材料构成。

芯杆2通过对SPCC等钢板进行冲压加工而形成为环状。芯杆2具有：圆筒状的圆筒部2a；以及环状部2b，其通过将圆筒部2a的轴向一侧的端部向径向内侧折弯而形成。芯杆2的剖面形成为L字形。

密封部件3具有：主体部4，其从圆筒部2a的外周面绕过大气压空间A侧的端面而沿着该圆筒部2a的内周面且沿着环状部2b的大气压空间A侧的侧面以粘接的方式而形成；密封部5，其从环状部2b的内周端延伸；以及辅助唇7，其同样从环状部2b的内周端延伸。

芯杆2经由主体部4而压入嵌合于壳体H。由此，密封装置1固定于壳体H。

辅助唇7以环状部2b的内周端为基端而向真空空间V侧延伸，并且向径向内侧凸出设置而与旋转轴S的外周面S1滑动接触。

密封部5是以环状部2b的内周端为基端而向大气压空间A侧延伸的环状的部件。

在密封部5的外周面侧安装有夹紧盘簧8，该夹紧盘簧8用于将该密封部5向径向内侧紧固按压而提高密封性。

密封部5与旋转轴S的外周面S1滑动接触，由此将两个空间之间密封而使得大气压空间A的压力不会从旋转轴S与壳体H之间向真空空间V泄漏。

在密封部5的内周面形成有：主唇10，其与旋转轴S的外周面S1滑动接触；真空空间侧倾斜面11，其从主唇10朝向真空空间V侧延伸，并且朝向真空空间V侧逐渐扩径；以及大气空间侧倾斜面12，其从主唇10朝向大气压空间A侧延伸，并且朝向大气压空间A侧逐渐扩径。因而，主唇10由真空空间侧倾斜面11与大气空间侧倾斜面12交叉的顶点构成、且剖面形成为山形。

密封部5如上所述以环状部2b的内周端为基端而向大气压空间A侧延伸。因此，密封部5的大气压空间A侧的端部能够以真空空间V侧的端部为支点而在径向上摆动。此外，图1表示处于自由状态的密封部5。

密封部5以下述方式进行弹性变形，即，如果旋转轴S插入于内周侧，则该密封部5的大气压空间A侧的端部向径向外侧摆动，大气压空间A侧的端部及主唇10略微扩径。主唇10在以略微扩径的方式进行弹性变形的状态下与旋转轴S的外周面S1滑动接触。

图2是将图1中的密封部5的要部放大的剖面图。此外，图2表示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形成为相对于轴向的倾斜角度d例如设定于10～20度的范围的圆锥状的内周面。

在真空空间侧倾斜面11形成有从该真空空间侧倾斜面11向径向内侧凸出设置的第1环状凸起20。

另外，在主唇10与第1环状凸起20之间，与第1环状凸起20同样地形成有从真空空间侧倾斜面11向径向内侧凸出设置的第2环状凸起21。

并且，在主唇10与第2环状凸起21之间，形成有从真空空间侧倾斜面11向径向内侧凸出设置的第3环状凸起22。

各环状凸起20～22的前端的剖面形成为圆弧形状。

第2环状凸起21以及第3环状凸起22的以真空空间侧倾斜面11为基准的凸出尺寸形成为彼此相同的凸出尺寸t1。

另外，第1环状凸起20的凸出尺寸t2形成为比第2环状凸起21以及第3环状凸起22的凸出尺寸t1大的值(例如t1的2～3倍左右)。

如后所述，第1环状凸起20的凸出尺寸t2设定为在旋转轴S插入于密封装置1、且主唇10(以及第3环状凸起22)与外周面S1滑动接触时使得该第1环状凸起20的前端与外周面S1滑动接触的值。

另一方面，第2环状凸起21的凸出尺寸t1设定为下述值，即，使得密封装置1在使用初期的状态下不与旋转轴S的外周面S1滑动接触，如果主唇10以及第1环状凸起20因使用而磨损，则该第2环状凸起21开始相对于旋转轴S的外周面S1滑动接触。

此外，密封装置1的使用初期的状态是指将未使用的密封装置1固定于壳体H，在刚开始使用之后在主唇10、第1环状凸起20未观察到磨损的状态。

图3是将旋转轴S插入于密封装置1的内周侧时的主唇10的剖面图。图3(a)表示密封装置1的使用初期的状态。

如上所述，如果将旋转轴S插入于密封部5的内周面侧，则该密封部5的大气压空间A侧的端部以真空空间V侧的端部为支点而向径向外侧摆动。另外，主唇10在以略微扩径的方式进行弹性变形的状态下与旋转轴S的外周面S1滑动接触。

另外，真空空间侧倾斜面11的倾斜角度d(图2)因密封部5的大气压空间A侧的端部向径向外侧摆动而减小。由此，真空空间侧倾斜面11与旋转轴S的外周面S1接近。由此，第1环状凸起20的前端与旋转轴S的外周面S1滑动接触。即，第1环状凸起20形成为在主唇10与旋转轴S的外周面S1滑动接触的状态下，其前端与外周面S1滑动接触。

并且，第3环状凸起22也与第1环状凸起20同样地形成为在主唇10与旋转轴S的外周面S1滑动接触的状态下，其前端与外周面S1滑动接触。

密封部5处于自由状态下的主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22各自的内径尺寸形成为比旋转轴S的外径尺寸小的规定尺寸。

形成为上述尺寸的主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22，因旋转轴S如上所述地插入且密封部5进行弹性变形而扩径并与旋转轴S的外周面S1滑动接触。由此，针对主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22相对于旋转轴S的外周面S1而设定有规定的过盈量。

另外，第2环状凸起21形成为主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22与旋转轴S的外周面S1滑动接触时的内径尺寸比旋转轴S的外周面S1大。

因此，在图3(a)中，第2环状凸起21未与旋转轴S的外周面S1接触。这样，在密封装置1处于使用初期的状态且主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22几乎未产生磨损的状态下，第2环状凸起21形成为不与旋转轴S的外周面S1滑动接触。

因而，在密封装置1处于使用初期的状态下，密封装置1利用主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22将大气压空间A与真空空间V之间密封。

在图3(a)的状态下，如果持续使用密封装置1，则主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22因相对于旋转轴S的外周面S1的滑动接触而使得磨损逐渐发展。

如果主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22的磨损发展，则除了接触面因磨损而增加以外，针对主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22预先设定的过盈量因磨损而减小，主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22相对于外周面S1的面压力也降低。其结果，密封装置1的密封性随着磨损的发展而逐渐降低。

图3(b)是将旋转轴S插入于密封装置1的内周侧时的主唇10的剖面图，示出了长期地使用密封装置1的结果即主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22磨损后的状态。

如图3(b)所示，第1环状凸起20以及第3环状凸起22的从真空空间侧倾斜面11凸出的凸出尺寸因其磨损而相对于第2环状凸起21相对地减小。由此，第2环状凸起21相对于旋转轴S的外周面S1滑动接触。

第2环状凸起21相对于真空空间侧倾斜面11的凸出尺寸设定为下述值，即，如果主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22磨损至无法维持作为密封装置1所需的密封性的程度，则第2环状凸起21相对于旋转轴S的外周面S1滑动接触。

由此，第2环状凸起21以下述方式形成，即，密封装置1在使用初期的状态下不与旋转轴S的外周面S1滑动接触，然后，如果主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22磨损至无法维持所需的密封性的程度，则第2环状凸起21开始相对于旋转轴S的外周面S1的滑动接触。

因此，即使主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22磨损至无法维持所需的密封性的程度，第2环状凸起21也开始滑动接触。因而，如图3(b)所示，能够利用主唇10、第1环状凸起20、第3环状凸起22以及第2环状凸起21这4个部分将真空空间V与大气压空间A之间分隔为多个阶段(4个阶段)。由此，即使通过主唇10而从大气压空间A侧产生压力的泄漏，也能够使压力因形成于真空空间V侧的各环状凸起20～22而阶段性地降低。其结果，能够抑制压力从大气压空间A朝向真空空间V泄漏。

此外，在本实施方式中，第2环状凸起21相对于真空空间侧倾斜面11的凸出尺寸，如上所述地形成为与第3环状凸起22相同的凸出尺寸t1。另外，以下述方式对包含第1环状凸起20的凸出尺寸t2的设定在内的各部分的尺寸进行设定，即，第2环状凸起21在密封装置1处于使用初期的状态下不与旋转轴S的外周面S1滑动接触，然后，如果上述各部分磨损至无法维持所需的密封性的程度，则该第2环状凸起21开始相对于旋转轴S的外周面S1的滑动接触。

根据以上述方式构成的密封装置1，在该密封装置1处于使用初期的状态下利用主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22确保所需的密封性。然后，即使使用密封装置1、且主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22因与旋转轴S的外周面S1滑动接触而磨损至无法维持所需的密封性的程度，第2环状凸起21也开始相对于旋转轴S的外周面S1滑动接触，因此能够使第2环状凸起新有助于对密封性的确保，能够维持所需的密封性。

这样，根据本发明的密封装置1，即使因使用所引起的磨损而难以利用主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22维持所需的密封性，通过使至此为止未滑动接触的第2环状凸起21新与旋转轴S的外周面S1滑动接触，也能够维持作为密封装置1所需的密封性。其结果，能够长期地维持密封性。

另外，在本实施方式中，在真空空间侧倾斜面11、且在主唇10与第2环状凸起21之间形成有第3环状凸起22，该第3环状凸起22在密封装置1处于使用初期的状态下与旋转轴S的外周面S1滑动接触，因此在密封装置1处于使用初期的状态下，能够利用主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22而分别将真空空间V与大气压空间A之间分隔为多个阶段(3个阶段)。由此，即使从大气压空间A侧产生压力泄漏，也能够使压力阶段性地降低。其结果，能够长时间地维持直至第2环状凸起21开始滑动接触为止的使用初期的状态下的密封性。

另外，根据本实施方式，各环状凸起20～22在与彼此相邻的环状凸起或者主唇10之间形成多个环状空间。在这些环状空间能够对向主唇10与旋转轴S之间供给的润滑剂进行贮存。即，在密封装置1处于使用初期的状态下，由主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22形成多个环状空间，能够使这些环状空间作为贮油部而起作用。并且，如果主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22的磨损发展、且第2环状凸起21新与外周面S1滑动接触，则环状空间的数量增加，并且作为贮油部的功能得到提高。

由此，能够降低主唇10与旋转轴S的外周面S1之间的摩擦力，能够抑制粘着滑动(stick slip)，并能够降低伴随于摩擦的磨损，并且能够长期地维持密封性。

图4是本发明的其他实施方式所涉及的主唇10的剖面图，示出了密封装置1的使用初期的状态。

本实施方式的主唇10在形成有多个(图示例子中为2个)第2环状凸起21这一点上与上述实施方式不同。

附图中示出了密封装置1处于使用初期的状态，多个第2环状凸起21a未与旋转轴S的外周面S1接触。

主唇10侧的第2环状凸起21a形成为使主唇10以及第1环状凸起20与旋转轴S滑动接触时的内径尺寸比第1环状凸起20侧的第2环状凸起21b小。

因此，如果使用密封装置1、且因主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22相对于旋转轴S的外周面S1滑动接触而使得磨损发展，则首先主唇10侧的第2环状凸起21a相对于旋转轴S的外周面S1开始滑动接触。

然后，如果各部分的磨损因使用而进一步发展、且其磨损量进一步增加，则第1环状凸起20侧的第2环状凸起21b相对于旋转轴S的外周面S1开始滑动接触。

这样，在本实施方式中，多个第2环状凸起21a、21b以下述方式形成，即，与主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22的磨损量相应地，从多个第2环状凸起21a、21b内的更接近主唇10的主唇10侧的第2环状凸起21a起按顺序开始滑动接触。

本实施方式中的第2环状凸起21a、21b相对于真空空间侧倾斜面11的凸出尺寸，分别形成为与第3环状凸起22相同的凸出尺寸t1(图2)。

第2环状凸起21a、21b沿着朝向真空空间V侧逐渐扩径的真空空间侧倾斜面11而形成。通过使第2环状凸起21a、21b形成为彼此相同的凸出尺寸t1，使得主唇10侧的第2环状凸起21a以下述方式形成，即，使主唇10以及第1环状凸起20与旋转轴S滑动接触时的内径尺寸比第1环状凸起20侧的第2环状凸起21b小。

根据本实施方式，多个第2环状凸起21a、21b与主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22的磨损量相应地按顺序开始滑动接触，因此主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22的磨损发展，然后，即使开始滑动接触的第2环状凸起21a磨损，第2环状凸起21b也按顺序新开始滑动接触。由此，能够更长期地维持密封性。

此外，在本实施方式中，示出了设置有2个第2环状凸起21的情况，但也可以设置更多数量的第2环状凸起21。

并且，在本实施方式中，示出了下述情况，即，为了使多个第2环状凸起21a、21b与主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22的磨损量相应地从多个第2环状凸起21a、21b内的更接近主唇10的主唇10侧的第2环状凸起21a起按顺序开始滑动接触，使主唇10以及第1环状凸起20与旋转轴S滑动接触时的内径尺寸比第1环状凸起20侧的第2环状凸起21b小。然而，例如多个第2环状凸起21a、21b可以形成为使主唇10以及第1环状凸起20与旋转轴S滑动接触时的内径尺寸相同。

由此，如果主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22磨损至无法维持所需的密封性的程度，则能够使多个第2环状凸起21a、21b各自的相对于旋转轴S的外周面S1的滑动接触几乎在相同的定时(timing)开始。

在该情况下，即使主唇10、第1环状凸起20以及第3环状凸起22磨损，通过使至此为止未滑动接触的多个第2环状凸起21a、21b新与旋转轴S的外周面S1滑动接触也能够维持所需的密封性，能够长期地维持密封性。

此外，本发明不限定于上述实施方式。在上述各实施方式中，对在主唇10与第2环状凸起21之间形成有第3环状凸起22的情况进行了例示，但例如图5所示，可以在主唇10与第1环状凸起20之间仅形成第2环状凸起21。

即使在该情况下难以利用主唇10以及第1环状凸起20维持所需的密封性，通过使至此为止未滑动接触的多个第2环状凸起21a、21b新与旋转轴S的外周面S1滑动接触也能够维持所需的密封性，能够长期地维持密封性。

标号的说明

1 密封装置

10 主唇

11 真空空间侧倾斜面(倾斜面)

20 第1环状凸起

21、21a、21b 第2环状凸起

22 第3环状凸起

S 旋转轴

S1 外周面

T 环状空间

A 大气压空间(高压空间)

V 真空空间(低压空间)

Claims (4)

1.一种密封装置，其将在旋转轴、与包围该旋转轴的壳体之间所形成的环状空间，在轴向上分隔为低压空间、以及与所述低压空间相比为高压的高压空间，

所述密封装置的特征在于，

具备环状的密封部，该密封部由弹性材料形成，且与所述旋转轴的外周面滑动接触，

在所述密封部的内周面形成有：主唇，其与所述旋转轴的外周面滑动接触；以及倾斜面，其从所述主唇朝向所述低压空间侧延伸，并且朝向所述低压空间侧逐渐扩径，

在所述倾斜面形成有：第1环状凸起，其在所述主唇与所述旋转轴的外周面滑动接触的状态下与所述旋转轴的外周面滑动接触；以及第2环状凸起，其在所述主唇与所述第1环状凸起之间配置，且向径向内侧凸出，

所述第2环状凸起以下述方式形成，即，在所述密封装置处于使用初期的状态下不与所述旋转轴的外周面滑动接触，如果所述主唇以及所述第1环状凸起因所述密封装置的使用而磨损至无法维持所需的密封性的程度，则所述第2环状凸起开始相对于所述旋转轴的外周面的滑动接触。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，

所述第2环状凸起形成有多个。

3.根据权利要求2所述的密封装置，其特征在于，

多个所述第2环状凸起以下述方式形成，即，如果所述主唇以及所述第1环状凸起磨损至无法维持所需的密封性的程度，则与所述主唇以及所述第1环状凸起的磨损量相应地从多个所述第2环状凸起内的、接近所述主唇的所述第2环状凸起起按顺序开始滑动接触。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封装置，其特征在于，

在所述倾斜面，在所述主唇与所述第2环状凸起之间还形成有第3环状凸起，该第3环状凸起在所述密封装置处于使用初期的状态下与所述旋转轴的外周面滑动接触。