JP2008038938A - 静圧形ノンコンタクトガスシール - Google Patents

Abstract

【目的】密封環側通路がドリル穴開け加工等の機械加工により形成される場合においても、シールガスが密封環側通路を円滑に流動することができ、シールガスとの接触による通路内表面からのパーティクル発生を効果的に防止して、高度のクリーン性が要求される回転機器のシール手段としても好適に使用することができる静圧形ノンコンタクトガスシールを提供する。
【構成】静止密封環１０に、機械加工により、軸線が屈曲部を有しない直線をなして回転密封環８との対向端面１３へと貫通する密封環側通路３７を形成して、この密封環側通路３７から両密封環８，１０の対向端面１２，１３間にシールガスＧを供給させる。密封環側通路３７の少なくとも中間部分には、内周面が平滑でシールガスＧとの接触によりパーティクルを発生しないパイプ４１が密に嵌挿固着されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転機器の回転側部材に回転密封環を設け、当該回転機器の静止側部材に取り付けたシールケースに、静止密封環を回転密封環と対向して軸線方向移動可能に保持し、静止密封環に、機械加工により、外周面から回転密封環との対向端面たる密封端面へと貫通する密封環側通路を形成し、この密封環側通路から両密封環の対向端面である密封端面間にシールガスを供給させることにより、当該密封端面間を非接触状態に保持させるように構成された静圧形ノンコンタクトガスシールに関するものである。

この種の静圧形ノンコンタクトガスシールとして、図８に示す如く、回転機器の静止側部材（機器ハウジング）に取り付けられた筒状のシールケース１０９と、回転機器の回転側部材（回転軸）１０５に固定された回転密封環１０８と、シールケース１０９に回転密封環１０８と対向して軸線方向移動可能に保持された静止密封環１１０と、静止密封環１１０を回転密封環１０９へと押圧附勢するスプリング部材１４６と、シールケース１０９及び静止密封環１１０を貫通する一連のシールガス通路１１１とを具備して、シールガス通路１１１から両密封環１０８，１１０の対向端面である密封端面１１２，１１３間にシールガスＧを供給することにより、密封端面１１２，１１３間を非接触状態に保持させるように構成されたもの（以下「従来シール」という）が周知である（例えば、特許文献１の図１参照）。

従来シールにあっては、シールガス通路１１１が、図８に示す如く、シールガス通路１１１が、シールケース１０９と静止密封環１１０との対向周面間に形成された環状空間であって当該対向周面間に装填された第一及び第二Ｏリング１２１，１２２によって閉塞された接続空間１３３と、シールケース１０９に形成されて接続空間１３３に開口するケース側通路１３５と、静止密封環１１０の密封端面１１３に形成された静圧発生溝１３６と、静止密封環１１０に形成されて接続空間１３３と静圧発生溝１３６とを連通接続する密封環側通路１３７とからなり、静圧発生溝１３６に導入されたシールガスＧにより密封端面１１２，１１３間にこれを開く方向に作用する開力（静圧）が発生し、この開力と密封端面１１２，１１３間を閉じる方向に作用するスプリング部材１４６による閉力（スプリング荷重）とがバランスして、密封端面１１２，１１３が非接触状態に保持されるのである。

而して、従来シールによれば、シールガスＧが密封端面１１２，１１３間から密封流体領域Ａ及び非密封流体領域Ｂへと噴出することから、両領域Ａ，Ｂ間が完全に遮蔽されることになり、密封流体領域Ａに高度のクリーン性が要求される回転機器（例えば、半導体製造装置や医薬品関連機器等における回転機器）においても良好なシール機能が発揮される。

特開平４−２２４３７３号公報

ところで、静止密封環１１０は、密封環側通路１３７が形成される等、回転密封環１０８に比して複雑な形状をなしているため、一般に、加工の容易性等を考慮してカーボンで構成されているが、密封環側通路１３７がドリル穴開け加工等の機械加工により形成されるために、従来シールでは、高度のクリーン性が要求される回転機器のシール手段としては好適に使用することができないといった問題があった。

密封環側通路１３７は、静止密封環１１０の外周面から密封端面１１３へと貫通する孔であるが、このような貫通孔は、一般に、ドリル穴明け加工により次のように形成される。すなわち、図９に示す如く、静止密封環１１０の外周面の適当箇所（接続空間１３３に面する箇所）から軸線に直交する方向に第一キリ穴１３７ａを形成すると共に、静止密封環１１０の密封端面１１３の適当箇所（静圧発生溝１３６が形成された箇所）から軸線に沿う方向に第二キリ穴１３７ｂを形成して、両キリ穴１３７ａ，１３７ｂを合流させるようにする。

しかし、このようなキリ穴１３７ａ，１３７ｂを合流させて形成された密封環側通路１３７は、図９に示す如く、両キリ穴１３７ａ，１３７ｂの終端部同士が円滑に合流する形状をなすものでなく、その合流部分１３７ｃにおいては、少なくとも一方のキリ穴１３７ａの終端部１３７ｄが当該合流部分１３７ｃから食み出すことになる。しかも、密封環側通路１３７は円滑な一連の貫通孔ではなく、その中間部分（両キリ穴１３７ａ，１３７ｂの合流部分１３７ｃ）において折れ曲がっていることから、接続空間１３３から密封環側通路１３７に供給されたシールガスＧが密封環側通路１３７を円滑に流動せず乱流を生じることになる。一方、各キリ穴１３７ａ，１３７ｂの内表面が、その加工上、平滑面でなく微細な毛羽立ちを有する粗面となっている。

したがって、高圧，高速で通過するシールガスＧによって合流部分１３７ｃで乱流が発生すると、当該内表面からパーティクル（カーボン粉）が発生して、これがシールガスＧに同伴されて、密封流体領域Ａへと侵入する虞れがある。

また、一般に、密封環側通路１３７は、その加工後において圧搾空気等により清掃されが、加工屑が食み出し部分１３７ｄに滞留する虞れがあり、この滞留パーティクルが運転中にシールガスＧに同伴して密封流体領域Ａに侵入する虞れもある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、密封環側通路がドリル穴開け加工等の機械加工により形成される場合においても、シールガスが密封環側通路を円滑に流動することができ、シールガスとの接触による通路内表面からのパーティクル発生を効果的に防止して、高度のクリーン性が要求される回転機器のシール手段としても好適に使用することができる静圧形ノンコンタクトガスシールを提供することを目的とするものである。

本発明は、回転機器の回転側部材に回転密封環を設け、当該回転機器の静止側部材に取り付けたシールケースに、静止密封環を回転密封環と対向して軸線方向移動可能に保持し、静止密封環に、機械加工（ドリル穴開け加工等）により、外周面から回転密封環との対向端面たる密封端面へと貫通する密封環側通路を形成し、この密封環側通路から両密封環の対向端面である密封端面間にシールガスを供給させることにより、当該密封端面間を非接触状態に保持させるように構成された静圧形ノンコンタクトガスシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、密封環側通路を、その軸線が屈曲部を有しない直線をなすものとしておくことを提案するものである。

かかる静圧ノンコンタクトガスシールにあって、静止密封環は一般にカーボン製のものを使用することができる。また、密封環側通路の内表面からのパーティクル発生をより効果的に防止するために、密封環側通路の少なくとも中間部分に、内周面が平滑でシールガスとの接触によりパーティクルを発生しない樹脂製，金属製等のパイプを密に嵌挿固着しておくこと、又は密封環側通路の内表面に、コーティング層を被覆しておくことが好ましい。また、好ましい実施の形態にあって、密封環側通路の下流端は、静止密封環の密封端面に形成した静圧発生溝に開口されている。また、シールケースの内周面と静止密封環の外周面との間に形成された環状空間であって当該内外周面間に装填された第一及び第二Ｏリングによって閉塞された接続空間に、密封環側通路の上流端及びシールケースに形成したケース側通路の下流端を連通させて、シールガスをケース側通路から接続空間を介して密封環側通路へと供給するようになし、静止密封環の外周面に、第一Ｏリングが接触する第一密封環側シール面とこれより回転密封環側に位置する第二Ｏリングが接触する第二密封環側シール面と両密封環側シール面間に位置して密封環側通路の軸線に直交する截頭円錐状のシールガス導入面とを形成して、このシールガス導入面に当該密封環側通路の上流端を開口させておくことが好ましい。この場合、第一密封環側シール面を第二密封環側シール面より小径として、接続空間に作用するシールガス圧力によって静止密封環を回転密封環へと押圧する推力が発生するように構成しておくことができる。

また、上記静圧形ノンコンタクトガスシールは、回転テーブルを有する回転機器のシール手段として使用することができ、この場合において、シールケースを取り付ける回転側部材として回転テーブルを選択しておくことができ、回転密封環を当該回転テーブルの一部で構成しておくこともできる。

なお、上記した静圧形ノンコンタクトガスシールの運転方法にあっては、回転テーブルの回転を、密封端面間がこれに導入させたシールガスにより所定の非接触状態に保持された後において開始し、シールガスの密封端面間への供給を、回転テーブルの回転が完全に停止された後において停止するようにすることが好ましい。

本発明の静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、ドリル穴開け加工等の機械加工により静止密封環に形成される密封環側通路が屈曲部のない直線形状をなしており、従来シールのように密封環側通路にシールガスによる乱流が生じる部分（屈曲部分や食み出し部分）が存在しないことから、シールガスが密封環側通路を円滑に流動することができ、密封環側通路の内表面からのパーティクル発生（シールガスの接触によるカーボン粉等のパーティクル発生）を可及的に防止することができる。したがって、本発明の静圧形ノンコンタクトガスシールによれば、高度のクリーン性が要求される回転機器においても良好なシール機能を発揮することができる。

さらに、密封環側通路が上記した如く直線形状をなしていることから、少なくとも中間部分に樹脂製等のパイプを密に嵌挿させて、このパイプ内を密封環側通路の一部又は全部とすることができる。したがって、密封環側通路の少なくとも中間部分をこのようにパイプで構成しておくことにより、密封環側通路の内表面からのパーティクル（カーボン粉等）発生をより効果的に防止することができる。

また、密封環側通路が上記した如く直線形状をなしていることから、従来シールのように密封環側通路の中間に屈曲部分や食み出しが存在する場合と異なって、密封環側通路の内表面を良好且つ容易にコーティングしておくことができるから、かかるコーティングによって密封環側通路の内表面からのパーティクル（カーボン粉等）発生をより確実に防止することができる。

図１は本発明に係る静圧形ノンコンタクトガスシールを装備した回転機器の一例を示す縦断側面図であり、図２は図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図３は当該静圧形ノンコンタクトガスシールにおける静止密封環の正面図である。

図１に示す回転機器は、回転テーブル１を使用して基板（半導体ウエハ，電子デバイスの基板，液晶基板，フォトマスク，ガラス基板等）に適宜の処理（例えば、洗浄処理，薬剤処理等）を施すための回転テーブル式処理装置であって、回転テーブル１が配置される処理領域Ａに高度のクリーン性が要求されるものであり、回転側部材たる回転テーブル１とその駆動部２を覆う静止側部材たるプラスチック製の筒状カバー体３との間に介設した静圧形ノンコンタクトガスシール４により、当該処理領域Ａとカバー体３内の領域（大気領域であり、以下「カバー内領域」という）Ｂとの間を遮蔽シールするように構成されている。なお、駆動部２は、回転テーブル１に連結されて上下方向に延びる回転軸５、回転軸５を回転自在に軸受支持するベアリング、回転軸５の駆動手段及びこれらをカバー内領域Ｂにおいて支持する支持機枠６を具備するものであり、回転テーブル１を回転駆動するように構成されている。回転テーブル１はセラミックス（この例では炭化珪素）製のもので、処理領域Ａに水平に配置された円板等の回転体形状をなすものである。また、カバー体３は、図１に示す如く、耐薬品性プラスチック（この例ではＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン））で一体成形された上端開口状の円筒形状をなすもので、回転テーブル１の下面側に配置される駆動部２を覆っている。回転テーブル１の裏面部（下面部）とカバー体３の上端部（開口端部）との間には、必要に応じて、図１に示す如く、適宜のラビリンスシール７を設けておくことができる。このようなラビリンスシール７を設けておくことにより、後述するシールガスＧのラビリンスシール７から処理領域Ａへの噴出作用と相俟って、処理領域Ａからカバー内領域Ｂへの薬液等の侵入を有効に防止することができる。

静圧形ノンコンタクトガスシール４は、図１に示す如く、回転テーブル１にその回転軸線と同心状に固定された回転密封環８と、カバー体３内に配して駆動部２の支持機枠６に取り付けられた円筒状のシールケース９と、回転密封環８と同心状をなし且つ直対向する状態で、シールケース９の内周部に軸線方向移動可能に保持された静止密封環１０と、シールケース９及び静止密封環１０を貫通する一連のシールガス通路１１から両密封環８，１０の対向端面である密封端面１２，１３間にシールガスＧを供給することにより、静止密封環１０に密封端面１２，１３間を開く方向に作用する開力を発生させる開力発生手段１４と、静止密封環１０に密封端面１２，１３間を閉じる方向に作用する閉力を発生させる閉力発生手段１５とを具備して、この開力と閉力とをバランスさせることにより、密封端面１２，１３間を非接触状態に保持させつつ、前記両領域Ａ，Ｂ間を遮蔽シールするように構成されている。

回転密封環８は、後述する静止密封環１０の構成材（カーボン）より硬質の材料（例えば、炭化珪素）で成形された円環状体であり、回転テーブル１の下面部に固設されている。この例では、図１に示す如く、炭化珪素製の回転テーブル１の下面部にその回転軸線と同心をなす環状膨出部を一体形成して、この環状膨出部回転密封環８に構成してある。回転密封環８の下端面は、平滑環状面である密封端面（以下「回転密封端面」ともいう）１２とされている。

シールケース９は、図１に示す如く、シールケース本体１６とその下端部に連結一体化されたシールフランジ１７とからなる金属製の円筒構造物である。この例では、シールケース本体１６をステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で構成すると共に、シールフランジ１７をアルミ合金で構成してある。シールケース９は、その下端部（シールフランジ１７の下端部）１８をカバー体３の内周部に形成した環状のカバー段部１９に衝合させると共にその外周部（シールケース本体１６の外周部）をカバー体３の上端側内周部（カバー段部１９より上方側部分の内周部）にフッ素ゴム製のＯリング２０を介して密接させた状態で、シールフランジ１７を介して支持機枠６に取り付けられている。

静止密封環１０は、図１に示す如く、上端面を平滑環状面である密封端面（以下「静止密封端面」ともいう）１３としたカーボン製の円環状体であり、上下方向に並列する一対のフッ素ゴム製の第一及び第二Ｏリング２１，２２を介してシールケース本体１６の内周部に軸線方向移動可能（上下方向移動可能）に嵌合保持されている。静止密封端面１３の外径は回転密封端面１２の外径より若干小さく設定されており、静止密封端面１３の内径は回転密封端面１２の内径より若干大きく設定されている。下位の第一Ｏリング２１は静止密封環１０の基端側（下端側）の外周面部分である第一密封環側シール面２３とこれに対向するシールケース９の内周面部分である第一ケース側シール面２４との間に、また第一Ｏリング２１より回転密封環側に位置する上位の第二Ｏリング２２は静止密封環１０の先端側（上端側）の外周面部分である第二密封環側シール面２５とこれに対向するシールケース９の内周面部分である第二ケース側シール面２６との間に、夫々装填されていて、シールケース９と静止密封環１０との対向周面間を二次シールしている。両Ｏリング２１，２２の近接方向への移動（第一Ｏリング２１の上方への移動及び第二密封環２２の下方への移動）は、両密封環側シール面２３，２５間に位置して静止密封環１０の外周部に形成された環状突起（両密封環側シール面２３，２５より大径の環状部）２７によって規制されており、両Ｏリング２１，２２に離間方向への移動（第一Ｏリング２１の下方への移動及び第二密封環２２の上方への移動）は、シールフランジ１７に形成された第一係止段部２８及びシールケース本体１６に形成された第二係止段部２９により規制されている。なお、静止密封環１０の基端部（下端部）には軸線方向に延びる円形孔３０が形成されており、この円形孔３０にシールフランジ１７に植設した金属製（例えば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼製）のドライブピン３１を係合させることにより、静止密封環１０を、その軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ、シールケース９に対して相対回転不能ならしめている。この円形孔３０及びこれに係合するドライブピン３１の数は任意であり、必要に応じて複数個設けられる。

開力発生手段１４は、図１に示す如く、シールケース９及び静止密封環１０を貫通する一連のシールガス通路１１と、カバー体３に形成されたシールガス供給路３２と、シールガス供給路３２を介してシールガス通路１１にシールガスＧを供給するシールガス供給装置（図示せず）とからなる。

シールガス供給路３２は、図１に示す如く、カバー体３を上下方向（カバー体３の軸線方向）に貫通して、その上端（下流端）はカバー段部１９に開口されており、その下端部（上流端）は適宜のシールガス供給装置に接続されている。

シールガス通路１１は、図１に示す如く、シールケース９と静止密封環１０との対向周面間に形成された接続空間３３と、シールケース９に形成されて接続空間３３に連通するケース側通路３４，３５と、静止密封端面１３に形成された静圧発生溝３６と、静止密封環１０に形成されて接続空間３３と静圧発生溝３６とを連通接続するた密封環側通路３７とからなる。

接続空間３３は、密封環保持部１３と静止密封環１０との対向周面間に形成された環状空間であって、第一及び第二Ｏリング２１，２２によってシールされている。

ケース側通路は、図１に示す如く、シールフランジ１７を軸線方向に貫通する第一ケース側通路３４と、シールケース本体１６をその下端部から内周部へと貫通する第二ケース側通路３５とからなる。第一ケース側通路３４の上端（下流端）と第二ケース側通路３５の下端（下流端）とは、シールケース本体１６とシールフランジ１７との間に介装したフッ素ゴム製のＯリング３８によりシールされた状態で、連通接続されている。第二ケース側通路３５の上端（下流端）は接続空間３３に開口されている。また、第一ケース側通路３４の下端（上流端）は、シールガス供給路３２の上端開口部（下流端開口部）に直対向してシールケース端部１８に開口されており、両路３２，３４の対向端部間は、シールケース端部１８とカバー段部１９との間に介装したフッ素ゴム製のＯリング３９によりシールされた状態で、連通接続されている。なお、シールケース９の表面には、ＰＦＡ，ＰＴＦＥ等の耐薬品性プラスチックによるコーティング層４０が形成されている。

静圧発生溝３６は、図２及び図３に示す如く、静止密封端面１３の径方向中央部に形成されており、当該密封端面１３と同心状の環状をなす浅い凹溝である。

密封環側通路３７は、図２に示す如く、静止密封環１０にドリル穴加工等の機械加工を施すことにより形成されたものであって、軸線が屈曲部を有しない直線をなす断面円形のキリ穴であり、静止密封環１０の環状突起２７から静圧発生溝３６へと静止密封環１０を直線状に貫通している。この例では、図２に示す如く、環状突起２７の第一Ｏリング側の側面を、密封環側通路３７の軸線に直交する截頭円錐状のシールガス導入面３８に構成して（密封環側通路３７とシールガス導入面３８との交差角αは９０度とされている）、このシールガス導入面３８に当該密封環側通路３７の上流端４２を開口させてあり、密封環側通路３７の中間部分にパイプ４１を密に嵌挿固着してある。

すなわち、密封環側通路３７は、シールガス導入面３８に形成された上流側開口部４２と、静圧発生溝３６に開口された下流側開口部４３と、両開口部４２，４３間を連通する中間部分４４とからなり、中間部分４４にはパイプ４１が密に嵌挿されている。中間部分４４の断面径は、上流側開口部４２の断面径より小さく且つ下流側開口部４３の断面径より大きく設定されていて、パイプ４１を上流側開口部４２から挿入して中間部分４４に密に装填するようになっている。パイプ４１の内径は下流側開口部４３の断面径と同一に設定されている。なお、パイプ４１としては、内周面が平滑でシールガスＧとの接触によりパーティクルを発生しないものであって、引き抜き加工等により製作された一般的な金属管や樹脂管等をシール条件等に応じて適宜に選択することができる。内周面が切削加工等によりパーティクルを発生する虞れのある粗面となっているようなパイプは使用されない。また、例えば密封流体領域Ａが金属イオンによるコンタミネーションを嫌うようなシール条件下においては、金属イオンを生じる虞れのある金属管は使用せず、非金属の樹脂管等が使用される。

また、密封環側通路３７の適所には絞り器４５が配設されている。この例では、図２に示す如く、中心部にパイプ４１の内径に比して微小な貫通孔を形成した円板状オリフィス４５が上流側開口部４２に嵌合固着してある。パイプ４１の密封環側通路３７からの離脱は、このオリフィス４５によって阻止されている。

而して、開力発生手段１４によれば、密封流体領域である処理領域Ａの圧力Ｐ（及びカバー内領域Ｂの圧力）より高圧Ｐ１のシールガスＧを、シールガス供給路３２からケース側通路３４，３５、接続空間３３、密封環側通路３７及びオリフィス（絞り器）４５を経て静圧発生溝３６に供給することにより、つまりシールガスＧを密封端面１２，１３間に供給することにより、静止密封環１０にはこれを回転密封環８から離間させる方向つまり密封端面１２，１３間が開く方向への開力が発生することになる。なお、シールガスＧとしては、各領域Ａ，Ｂに流出しても無害であり且つ被密封流体（処理領域Ａ内の流体）に悪影響を及ぼさない性状のものを、シール条件に応じて適宜に選定する。この例では、各種物質に対して不活性であり且つ人体に無害である清浄な窒素ガスが使用されている。また、シールガスＧの圧力Ｐ１は、シール条件にもよるが、一般には、被密封流体圧力Ｐより２．０〜２．５ｂａｒ程度高くなるように設定され或いは制御される。

閉力発生手段１５は、図２に示す如く、第一密封環側シール面２３の径Ｄ１を第二密封環側シール面２５の径Ｄ２より小径として、接続空間３３に作用するシールガスＧの圧力Ｐ１によって静止密封環１０を回転密封環８へと押圧する推力つまり閉力が発生するように構成されている。

以上のように構成された静圧形ノンコンタクトガスシール４にあっては、シールガスＧを静圧発生溝３６に供給すると、静圧発生溝３６に導入されたシールガスＧにより、密封端面１２，１３間にこれを開く方向に作用する開力が発生する。また、接続空間３３に導入されたシールガスＧにより、静止密封環１０に密封端面１２，１３を閉じる方向に作用する閉力であって前記開力とバランスする大きさの閉力が作用する。したがって、密封端面１２，１３は、この開力と閉力とのバランスにより適正隙間を有した非接触状態に保持される。すなわち、静圧発生溝３６に導入されたシールガスＧは密封端面１２，１３間に閉力とバランスする静圧の流体膜を形成し、この流体膜の存在によって、密封端面１２，１３の内外径側領域Ａ，Ｂ間が遮蔽シールされる。

而して、シールガスＧは、その圧力Ｐ１が処理領域Ａの圧力Ｐ及びカバー内領域Ｂの圧力より高いことから、密封端面１２，１３間から両領域Ａ，Ｂに噴出する。そして、カーボン製の静止密封環１０に形成された密封環側通路３７が直線形状をなすものであることから、これが屈曲部分１３７ｃや食み出し部分１３７ｄ（図９参照）を有する場合と異なって、シールガスＧが密封環側通路３７を円滑に流動し、乱流を生じることがなく、密封環側通路３７の内表面とシールガスＧとの接触が円滑に行われるため、当該内表面の一部が剥離してパーティクル（カーボン粉）が発生することが殆どない。特に、図２に示す如く、パーティクルが発生し易い中間部分４４にパイプ４１を嵌挿しておくときは、シールガスＧとの接触によるパーティクル発生は極めて効果的に防止される。

したがって、密封端面１２，１３間からは、パーティクルを同伴しない清浄なシールガスＧが両領域Ａ，Ｂに噴出されることになり、処理領域Ａに高度のクリーン性が要求される場合にも、この要求に十分に応えることができる。また、密封環側通路３７の上流端３９をその軸線に直交するシールガス導入面３８に開口させておくと、接続空間３３から密封環側通路３７へのシールガス導入が円滑に行われて、密封環側通路３７におけるシールガス流動の更なる円滑化が実現し、シールガスＧによる静圧の流体膜形成及びシールガスＧとの接触によるパーティクル発生の防止がより効果的に行われることになる。

ところで、回転密封環８が上記した如く回転テーブル１に一体形成されている場合、回転密封環８を回転テーブル１に固着する手段等を必要とせず、処理装置の構成を簡素化できる等のメリットがあるが、その反面、回転テーブル１の極く一部に過ぎない回転密封環８が損傷，破損すると、回転テーブル１全体を交換する必要が生じるデメリットがある。しかし、このようなデメリットは、静圧形ノンコンタクトガスシール４の運転を、次のように行うことによって、回避することができる。

すなわち、回転テーブル１の回転を、密封端面１２，１３間がこれに導入させたシールガスＧにより所定の非接触状態に保持された後において開始し、シールガスＧの密封端面１２，１３間への供給を、回転テーブル１の回転が完全に停止された後において停止するのである。このようにすれば、密封端面１２，１３が不測に衝突して損傷，破損したりすることがなく、円滑且つ良好なシール機能を発揮させることができる。

なお、本発明に係る静圧形ノンコンタクトガスシール４は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変形することが可能である。

例えば、上記した例では、閉力発生手段１５をシールガスＧによって閉力を発生させる構成となしたが、閉力の一部又は全部をスプリング荷重により得るように構成することも可能である。例えば、図４及び図５に示す静圧形ノンコンタクトガスシール４では、静止密封環１０とシールケース９（シールフランジ１７）との間にスプリング部材４６を介装して、このスプリング部材４６によって密封端面１２，１３を閉じる方向に作用する閉力を発生させるものである。なお、図４及び図５に示す静圧形ノンコンタクトガスシール４の構成は、上記した点を除いて、図１〜図３に示すものと同一であり、これと同一構成部材については、同一の符号を付することにより、その詳細な説明は省略する。

また、密封環側通路３７は、シールガスＧとの接触によるパーティクル（カーボン粉等）の発生を効果的に防止するために、上記した如く、少なくとも中間部分４４にパイプ４１を密に嵌挿しておくことが好ましいが、密封流体領域が上記処理領域Ａのように極めて高度のクリーン性が要求されるものでない場合には、図６に示す如く、パイプ４１を使用せず、密封環側通路３７をドリル穴開け加工によるキリ穴としておくことも可能である。また、パイプ４１を嵌挿する場合において、オリフィス４５等の絞り器を内装したパイプを使用して、これを密封環側通路３７全体に嵌挿させておくようにすることも可能である。

また、密封環側通路３７が直線形状をなしていることから、その内表面全体にコーティングを施しておくことが容易である。したがって、密封環側通路３７（又は密封環側通路３７及び静圧発生溝３４）の内表面全体を、図７に示す如く、コーティング層４７で被覆しておくことも可能である。

また、本発明に係る静圧形ノンコンタクトガスシール４は、上記した回転テーブル１を使用する回転機器に適用される他、回転機器のハウジングと回転軸との間に介装されるシール手段（軸封手段）としても好適に使用することができる。また、本発明は静止密封環１０がカーボン製である場合において特に優れた効果を発揮するものであるが、静止密封環１０がカーボン以外の材料であって、機械加工（ドリル穴開け加工等）により密封環側通路３７を形成した場合においてシールガスＧとの接触によりパーティクルが発生するような材料で構成される場合にも、適用することができる。

本発明に係る静圧形ノンコンタクトガスシールの一例を示す縦断正面図である。 図１の要部を拡大して示す詳細図である。 当該静圧形ノンコンタクトガスシールにおける静止密封環の一部切欠平面図である。 本発明に係る静圧形ノンコンタクトガスシールの変形例を示す図１相当の縦断正面図である。 図４の要部を拡大して示す詳細図である。 当該静圧形ノンコンタクトガスシールの他の変形例を示す図２相当の要部の縦断正面図である。 当該静圧形ノンコンタクトガスシールの更に他の変形例を示す図２相当の要部の縦断正面図である。 従来シールを示す縦断正面図である。 図８の要部を拡大して示す詳細図である。

符号の説明

１ 回転テーブル（回転機器の回転側部材）
３ カバー体（回転機器の静止側部材）
４ 静圧形ノンコンタクトガスシール
６ 支持機枠（回転機器の静止側部材）
８ 回転密封環
９ シールケース
１０ 静止密封環
１１ シールガス通路
１２ 回転密封環の密封端面
１３ 静止密封環の密封端面
１４ 開力発生手段
１５ 閉力発生手段
１６ シールケース本体
１７ シールフランジ
２１ 第一Ｏリング
２２ 第二Ｏリング
２３ 第一密封環側シール面
２５ 第二密封環側シール面
２７ 環状突起
３４ ケース側通路
３５ ケース側通路
３６ 静圧発生溝
３７ 密封環側通路
３８ シールガス導入面
４１ パイプ
４２ 密封環側通路の上流側開口部
４３ 密封環側通路の下流側開口部
４４ 密封環側通路の中間部分
Ａ 処理領域
Ｂ ケース内領域
Ｄ１ 第一密封環側シール面の径
Ｄ２ 第二密封環側シール面の径
Ｇ シールガス

Claims (8)

1. 回転機器の回転側部材に回転密封環を設け、当該回転機器の静止側部材に取り付けたシールケースに、静止密封環を回転密封環と対向して軸線方向移動可能に保持し、静止密封環に、機械加工により、外周面から回転密封環との対向端面たる密封端面へと貫通する密封環側通路を形成し、この密封環側通路から両密封環の対向端面である密封端面間にシールガスを供給させることにより、当該密封端面間を非接触状態に保持させるように構成された静圧形ノンコンタクトガスシールにおいて、
   密封環側通路を、その軸線が屈曲部を有しない直線をなすものとしたことを特徴とする静圧形ノンコンタクトガスシール。
2. 静止密封環がカーボン製のものであることを特徴とする、請求項１に記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。
3. 密封環側通路の少なくとも中間部分に、内周面が平滑でシールガスとの接触によりパーティクルを発生しないパイプを密に嵌挿固着してあることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。
4. 密封環側通路の内表面を、コーティング層で被覆してあることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。
5. 密封環側通路の下流端が、静止密封環の密封端面に形成した静圧発生溝に開口されていることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れかに記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。
6. シールケースの内周面と静止密封環の外周面との間に形成された環状空間であって当該内外周面間に装填された第一及び第二Ｏリングによって閉塞された接続空間に、密封環側通路の上流端及びシールケースに形成したケース側通路の下流端を連通させて、シールガスをケース側通路から接続空間を介して密封環側通路へと供給するようになし、静止密封環の外周面に、第一Ｏリングが接触する第一密封環側シール面とこれより回転密封環側に位置する第二Ｏリングが接触する第二密封環側シール面と両密封環側シール面間に位置して密封環側通路の軸線に直交する截頭円錐状のシールガス導入面とを形成して、このシールガス導入面に当該密封環側通路の上流端を開口させてあることを特徴とする、請求項１〜請求項５に記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。
7. 第一密封環側シール面を第二密封環側シール面より小径として、接続空間に作用するシールガス圧力によって静止密封環を回転密封環へと押圧する推力が発生するように構成したことを特徴とする、請求項６に記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。
8. 回転側部材が回転テーブルであり、回転密封環が当該回転テーブルの一部で構成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項７の何れかに記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。

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