TWI471495B - Mechanical seal - Google Patents

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TWI471495B TW101126256A TW101126256A TWI471495B TW I471495 B TWI471495 B TW I471495B TW 101126256 A TW101126256 A TW 101126256A TW 101126256 A TW101126256 A TW 101126256A TW I471495 B TWI471495 B TW I471495B
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Takashi Yanagisawa
Koji Akiyama
Masanobu Ito
Mami Uchiyama
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Eagle Ind Co Ltd
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Description

機械式密封裝置
本發明是關於一種機械式密封裝置，能抑制旋轉密封環的振動情形，並且防止密封面彼此接觸，來防止密封環的密封面彼此的磨耗情形，而防止磨耗粉末混入到被密封流體。
本發明的技術，是使用於用來將半導體製造設備等的被密封流體予以密封的機械式密封裝置。在該半導體製造設備等，如果在被密封流體含有雜質的話，則會由於雜質對製造物造成不好的影響。因此，在機械式密封裝置，必須防止因為密封環在旋轉時的磨耗導致磨耗粉末進入到被密封流體。相對地，使用非接觸式機械式密封裝置，來作為用防止密封環的密封面的磨耗情形的構造。
作為習知的這種非接觸式機械式密封裝置，是具備有：連結於半導體製造設備等的旋轉軸，具有旋轉密封面的旋轉密封環、以及具有與該旋轉密封環的旋轉密封面相對向的靜止密封面的靜止密封環；且在靜止密封面，形成有：可與用來供給壓力流體的流體供給通路連通的溝槽(凹槽)(例如，參照專利文獻1及2)。
以往習知的構造，在靜止密封面形成有圓弧狀的溝槽，並且在旋轉密封環的旋轉密封面形成有圓弧狀溝槽(例如，參照專利文獻3)。
在以上的機械式密封裝置，藉由在靜止密封面形成溝槽，則能讓相對於旋轉密封環相對地使靜止密封環上浮的浮起力變大，以防止磨耗情形。而且，在這種機械式密封裝置，藉由使在靜止密封面所形成的溝槽的容積變大，則能夠確保有更大的浮起力。
可是，隨著靜止密封面所形成的溝槽的容積的變大的情形，旋轉密封環的動作會產生振動情形。該振動情形，是因為被供給到旋轉密封面與靜止密封面之間的壓力流體的壓縮性所引起的稱作氣動錘(Pneumatic Hammer)的現象。相對地，若為了抑制氣動錘現象，而縮小在靜止密封面所形成的溝槽的容積的話，則無法確保有充分的浮起力，所以旋轉密封面與靜止密封面會接觸在一起。
在上述的專利文獻3所記載的機械式密封裝置，在靜止密封面所形成的溝槽、與在旋轉密封面所形成的溝槽，為略相同的大小。因此，其容積比幾乎沒有，所以無法充分地得到形成於旋轉密封面的溝槽的效果，在這種情況，也會因為氣動錘現象而讓旋轉密封環的動作產生振動。
[專利文獻1]
國際公開WO00/075540號說明書
[專利文獻2]
日本特開平3-277874號公報
[專利文獻3]
美國專利第3917289號說明書
本發明要提供一種機械式密封裝置，能抑制旋轉密封環的振動情形，並且防止密封面彼此接觸，來防止磨耗粉末混入到被密封流體。
本發明，是構成要用來解決上述的技術課題，其技術的解決手段如下。
第1發明的機械式密封裝置，在旋轉軸與殼體的嵌合之間，是將旋轉密封環與靜止密封環相對向配置的機械式密封裝置，具備有：被連結於上述旋轉軸而具有旋轉密封面，以上述旋轉軸的軸心作為中心而配置成圓環狀，並且將被分隔壁所分隔形成的複數的圓弧狀溝槽設置於上述旋轉密封面的旋轉密封環、具有與上述旋轉密封環的旋轉密封面相對向的靜止密封面的上述靜止密封環、將上述靜止密封環朝向上述旋轉密封環按壓的彈壓手段、以及形成於上述靜止密封環的上述靜止密封面，可與用來供給壓力流體的流體供給通路連通的排出開口部；上述排出開口部的圓周方向長度(W3 )，是形成為：相對於上述分隔壁的圓周方向長度(W1 )的1/2以上，亦即(W3 ≧W1 /2)，上述排出開口部的圓周方向長度(W3 )，是形成為：小於上述圓弧狀溝槽的圓周方向長度(W2 )，亦即(W3 <W2 )。
在本發明，在旋轉密封環的旋轉密封面，是沿著圓周 方向形成有圓弧狀溝槽。排出開口部的圓周方向長度(W3 )，是形成為：小於上述圓弧狀溝槽的圓周方向長度(W2 )，亦即(W3 <W2 )。藉此，能抑制因為壓力流體的壓縮性所導致的氣動錘現象，所以不容易產生旋轉密封環的振動情形。
在本發明，在旋轉密封面形成有兩個以上的圓弧狀溝槽，以分隔壁將鄰接的圓弧狀溝槽彼此間分隔。藉此，即使在其中一方的密封面相對於另一方的密封面傾斜的情況，在該密封面彼此的間隔變窄側之位置的圓弧狀溝槽的壓力也會變高，該壓力作用成為使傾斜復原的復原力，所以能防止密封面彼此接觸。
在本發明，排出開口部的圓周方向長度(W3 )，是形成為：相對於分隔壁的圓周方向長度(W1 )的1/2以上，亦即(W3 ≧W1 /2)。藉此，能夠經常確保有充分的上浮力，而能良好地維持密封面彼此的非接觸狀態。
第2發明的機械式密封裝置，上述排出開口部，是開口形成為：其圓周方向長度較上述流體供給通路更寬闊，上述排出開口部，是以與上述複數的圓弧狀溝槽成為略相同圓環狀的方式，被配置於上述靜止密封面，上述排出開口部的圓周方向長度(W3 )，是形成為大於上述分隔壁的圓周方向長度(W1 )，亦即(W3 >W1 )，上述排出開口部的圓周方向長度(W3 )，是形成為小於：1/2的上述圓弧狀溝槽的圓周方向長度(W2 )，亦即(W3 <W2 /2)。藉此，則能有效地抑制旋轉密封環的振動、與密 封面彼此的接觸情形。
第3發明的機械式密封裝置，上述排出開口部，是形成為開口成圓形或圓弧狀。作為排出開口部的具體的開口形狀，例如有圓形或圓弧狀。
第4發明的機械式密封裝置，上述分隔壁，是形成為：相對地低於上述旋轉密封面，且相對地高於上述圓弧狀溝槽的底面。藉此，則能有效地抑制旋轉密封環的振動、與密封面彼此的接觸情形。
如以上的說明，藉由本發明，能抑制因為壓力流體的壓縮性所導致的氣動錘現象，且能適當地防止旋轉密封面與靜止密封面之間的接觸情形。於是，能提供一種機械式密封裝置，能抑制旋轉密封環的振動情形，並且防止密封面彼此接觸，來防止磨耗粉末混入到被密封流體。
以下，根據圖面來說明本發明的實施方式。
第1圖是本發明的實施方式的機械式密封裝置的剖面圖，第2圖是顯示本發明的第一實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第3圖是沿著第2圖的III-III線的剖面立體圖，第4圖(A)是沿著第3圖的IVA-IVA線的剖面圖，第4圖(B)是顯示旋轉密封環朝單方向旋轉時所產生的動壓力的曲線圖，第4圖(C)是顯示當旋轉密封環朝另一 方向旋轉時所產生的動壓力的曲線圖，第5圖是沿著第3圖的V-V線的剖面圖，第6圖是顯示本發明的第一實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖，第7圖是沿著第6圖的VII-VII線的剖面立體圖。
本發明的實施方式的機械式密封裝置1，如第1圖所示，是可將旋轉軸100、與殼體140之間予以密封的非接觸式機械式密封裝置。
該機械式密封裝置1，如第1圖所示，是具備有：被安裝於在旋轉軸100所連結的旋轉構件110，能與旋轉軸100一同旋轉的旋轉密封環10、相對於該旋轉密封環10沿著軸方向配置成相對向的靜止密封環20、經由著朝向旋轉密封環10彈壓靜止密封環20的彈簧31，來保持靜止密封環20並且被安裝於殼體140的保持構件30。
第一實施方式的機械式密封裝置1的旋轉密封環10，如第1圖及第2圖所示，是具有方形形狀的剖面的環狀構件，是被安裝於旋轉構件110。因此，該旋轉密封環10，可與旋轉軸100一起朝向正旋轉方向(圖中的R1 方向)及逆旋轉方向(在圖中的R2 方向)旋轉。作為構成該旋轉密封環10的材料，例如，可舉例出碳化矽材料、特殊鋼、碳料、陶瓷材料、及超硬合金等。
在該旋轉密封環10的旋轉密封面11，如第2圖及第3圖所示，是沿著圓周方向實際上隔著相同間隔而形成有6個圓弧狀溝槽12。該6個圓弧狀溝槽12，是在旋轉密封面11配置成以旋轉軸心為中心的圓形，當密封面11、21彼此相 對向時，是被配置在：可與在後述的靜止密封面21所形成的排出開口部23相對向的位置。
各圓弧狀溝槽12，排出開口部23的圓周方向長度(W3 )，是形成為：小於該圓弧狀溝槽12的圓周方向長度(W2 )，亦即(W3 <W2 )。而各圓弧狀溝槽12的沿著直徑方向的寬度，是在靜止密封環20所形成的排出開口部23的半徑以上，且小於：沿著靜止密封環20的密封面21的直徑方向的寬度。並且，各圓弧狀溝槽12的深度，最深的部分是約3mm以下，最好是約2mm以下，而更好是0.5mm以下。而隨著該圓弧狀溝槽12變深，則旋轉密封環10的振動會變大。
在鄰接的圓弧狀溝槽12彼此之間，分別形成有：用來將該圓弧狀溝槽12彼此予以分隔的分隔壁13。藉此，即使在旋轉密封面11相對於靜止密封面21傾斜的情況，也能夠將因為傾斜而在圓弧狀溝槽12彼此所產生的壓力差，利用作為使傾斜狀態復原的復原力，而能夠防止密封面11、21彼此接觸。
該分隔壁13，排出開口部23的圓周方向長度(W3 )，是形成為：相對於該分隔壁13的圓周方向長度(W1 )的1/2以上，亦即(W3 ≧W1 /2)。相對地，排出開口部23的圓周方向長度(W3 )，是形成為小於：1/2的分隔壁13的圓周方向長度(W1 )，亦即(W3 <W1 /2)。
並且，在該旋轉密封環10的旋轉密封面11，如第2圖所示，形成有：複數的第一及第二動壓力產生溝槽14a、14b。
第一動壓力產生溝槽14a，如第3圖所示是具有略L字型，並且如第4圖(A)所示，是具有隨著朝向R1 方向逐漸上升傾斜的底面。而第4圖(A)，是沿著第3圖的IVA-IVA線的剖面圖，是沿著旋轉軸心且沿著旋轉密封面11的圓周方向，將位於外周側的一對第一及第二動壓力產生溝槽14a、14b予以剖面的剖面圖。該第一動壓力產生溝槽14a，如第4圖(B)所示，會由於旋轉軸100在R1 方向的旋轉而產生動壓力。
相對地，第二動壓力產生溝槽14b，如第3圖所示，是具有沿著圓周方向而與第一動壓力產生溝槽14a為線對稱的形狀，如第4圖(A)所示，是具有隨著朝向R2 方向而上升傾斜的底面。該第二動壓力產生溝槽14b，如第4圖(C)所示，會由於旋轉軸100在R2 方向的旋轉而產生動壓力。
於是，旋轉密封環10，相對於靜止密封環20，不管朝R1 方向或R2 方向任何一方旋轉，都可產生動壓力。藉此，即使相對於旋轉方向不同的旋轉軸，都可使用相同的機械式密封裝置，而能提昇機械式密封裝置1的通用性。而第4圖(B)及第4圖(C)，是顯示相對於動壓力產生溝槽的剖面形狀的動壓力的產生分布情形，在該圖中，上層的曲線圖的橫軸，是顯示了下層所顯示的動壓力產生溝槽的剖面的位置。
這種兩種的動壓力產生溝槽14a、14b，如第2圖所示，是沿著圓周方向交互地配置在圓弧狀溝槽12的外周側。同樣地，在圓弧狀溝槽12的內周側，也沿著圓周方向交互 地配置有兩種的動壓力產生溝槽14a、14b。於是，在本實施方式，第一及第二動壓力產生溝槽14a、14b，在旋轉密封面11是在圓周方向配置有複數個，並且在直徑方向也配置有複數個。各動壓力產生溝槽14a、14b，是與各圓弧狀溝槽12連通著。
各動壓力產生溝槽14a、14b的深度D1 ，如第5圖所示，在其最深部，是圓弧狀溝槽12的深度D2 以下(D1 ≦D2 )，具體來說，各動壓力產生溝槽14的最深部的深度D1 ，最好是在5×10-3 mm~3×10-2 mm的範圍。
藉由將如上述的動壓力產生溝槽14a、14b形成於旋轉密封面11，則除了靜壓力之外，還可使動壓力產生。
第一實施方式的機械式密封裝置1的靜止密封環20，如第1圖及第6圖所示，是具有略L字形狀的剖面的環狀構件，是以不會與旋轉軸100一起旋轉的方式，被保持構件30所保持著。作為構成該靜止密封環20的材料，例如，可舉例出碳料、特殊鋼、碳化矽材料、陶瓷材料、及超硬合金等。
在該靜止密封環20的內部，如第1圖及第7圖所示，是形成有：朝向該靜止密封環20的靜止密封面21貫穿的流體供給通路22。該流體供給通路22的其中一方的端部，在靜止密封面21是在排出開口部23開口著。該排出開口部23，是在靜止密封面21沿著圓周方向實際上隔著相同間隔形成有8個。各排出開口部23的圓周方向長度W3 為1mm~5mm左右。
在本實施方式，是說明將該排出開口部23作成圓形開口，可是在本發明並不特別限定於該形狀，例如，即使是橢圓形狀或是長孔形狀的開口也可以，也可以如後述的第八實施方式作成圓弧狀的開口。
相對地，該流體供給通路22的另一方的端部，是與可供給壓力流體的流體供給裝置50連通。機械式密封裝置1，藉由將從流體供給裝置50經由流體供給通路22所供給的壓力流體，從排出開口部23朝向旋轉密封面11噴出，而可將壓力流體供給到旋轉密封面11與靜止密封面21之間。作為從流體供給裝置50所供給的壓力流體，例如舉例出氮氣(N2 )等的惰性氣體。
第一實施方式的機械式密封裝置1的保持構件30，如第1圖所示，是具有略L字型的剖面的環狀構件。在該保持構件30，在與靜止密封環20相對向的位置，是沿著圓周方向實際上隔著相同間隔地形成有複數的凹部32。在該各凹部32，收容著彈簧31，該彈簧31的前端是被安裝在靜止密封環20的其中一端面。該彈簧31，是將靜止密封環20朝向旋轉密封環10側按壓。
如以上的由旋轉密封環10、靜止密封環20、及保持構件30所構成的機械式密封裝置1，如下述，是被安裝在旋轉軸100與殼體140之間。
首先，如第1圖所示，在旋轉軸100是經由O型環41而固定著旋轉構件110。在該旋轉構件110的階段部的側周面設置有O型環42，在該階段部是以O型環42可密封地嵌裝 著旋轉密封環10。旋轉密封環10，是藉由第一緊固構件120所固定。並且，旋轉構件110及第一緊固構件120，是經由第二緊固構件130而被固定在旋轉軸100。該第二緊固構件130是與旋轉軸100互相螺合，而將旋轉構件110與第一緊固構件120鎖緊固定。
接著，靜止密封環20，如第1圖所示，在其一端面是經由彈簧31而被保持在保持構件30，並且在其側面是經由兩個O型環43、44而被保持於保持構件30，相對於保持構件30可沿著軸方向相對移動。在保持構件30的內周面，安裝有彈簧卡環33，以防止靜止密封環20從保持構件30的內周孔脫落。而在保持構件30，是貫穿於該保持構件30的內部而形成有：用來使在靜止密封環20所形成的流體供給通路22與流體供給裝置50予以連通的流體供給通路34。該保持構件30，是以不會與旋轉軸100一起旋轉的方式，中介安裝有兩個O型環45、46而被固定於殼體140。
本實施方式的機械式密封裝置1，是被配置在：例如存在有硫化氫或氟化氫等的被密封流體的高壓環境、及壓力相對地低於該高壓環境的低壓環境(例如真空等)之間。此時，用來將壓力流體供給到密封面11、21彼此之間的流體供給裝置50的壓力P0 ，是設定成大於高壓環境的壓力P1 或低壓環境的壓力P2 (P0 >P1 >P2 )或(P0 >P2 >P1 )。
在以上構造的機械式密封裝置1，若經由在保持構件30及靜止密封環20所形成的流體供給通路34、22，從流體供給裝置50供給壓力流體的話，會朝向旋轉密封面11，從 排出開口部23噴出壓力流體，將壓力流體供給到旋轉密封面11與靜止密封面21之間。該壓力流體，為了與彈簧31的彈力平衡，藉由將靜止密封面21朝向遠離旋轉密封面11方向彈壓，則藉由靜壓力能以非接觸狀態將密封面11、21彼此之間予以密封。
此時，朝向旋轉密封面11從排出開口部23所噴出的壓力流體，是被導入到在旋轉密封面11所形成的圓弧狀溝槽12，並且在密封面11、21彼此之間擴展，而能抑制因為壓力流體的壓縮性所引起的氣動錘現象，而能抑制旋轉密封環10的振動。
第8圖(A)是顯示本發明的第二實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第8圖(B)是顯示本發明的第二實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
本發明的第二實施方式的機械式密封裝置，如第8圖(A)所示，在旋轉密封環10的旋轉密封面11，除了複數的圓弧狀溝槽12及動壓力產生溝槽14a、14b之外，還設置有導入通路15，這一點與第一實施方式不同，其他則是與第一實施方式相同。
本實施方式的導入通路15，是從在旋轉密封面11在圓弧狀溝槽12的內周側沿著圓周方向所配置的第一及第二動壓力產生溝槽14a、14b起，更朝內周側突出所形成的溝槽。該導入通路15的深度，例如是3×10-3 mm~15×10-3 mm。
該導入通路15，在旋轉密封面11，藉由壓力流體，會從非接觸而被密封的部分更朝內周側突出，而可與位於靜 止旋轉環20的內周側的高壓環境連通。
藉由形成該導入通路15，當來自於流體供給裝置50的壓力流體的供給斷絕時，會將存在於高壓環境的被密封流體經由導入通路15而自動地導入到動壓力產生溝槽14a內，藉由以該動壓力產生溝槽14a、14b所產生的動壓力，則可避免密封面11、21彼此接觸。
第9圖(A)是顯示本發明的第三實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第9圖(B)是顯示本發明的第三實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
本發明的第三實施方式的機械式密封裝置，如第9圖(A)所示，在旋轉密封環10的旋轉密封面11，是取代第一及第二動壓力產生溝槽14a、14b，形成有第三及第四動壓力產生溝槽16a、16b。
第三動壓力產生溝槽16a，是從圓弧狀溝槽12傾斜且朝外周側延伸，並且其終點是設定在旋轉密封面11內。相對地，第四動壓力產生溝槽16b，是從圓弧狀溝槽12傾斜且朝內周側延伸，其終點是設定在旋轉密封面11內，是以圓弧狀溝槽12為基準而形成為與第三動壓力產生溝槽16a線對稱。
第10圖(A)是顯示本發明的第四實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第10圖(B)是顯示本發明的第四實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
本發明的第四實施方式的機械式密封裝置，如第10圖 (A)所示，是從第一實施方式的旋轉密封環10的旋轉密封面11(參照第2圖)，去掉第一及第二動壓力產生溝槽14a、14b，並且如第10圖(B)所示，在第一實施方式的靜止密封環20的靜止密封面21(參照第6圖)增加第一及第二動壓力產生溝槽24a、24b，在這些方面與第一實施方式不同，其他構造與第一實施方式相同。在靜止密封面21所形成的第一及第二動壓力產生溝槽24a、24b，是與第一實施方式所詳細敘述的在旋轉密封面11所形成的第一及第二動壓力產生溝槽14a、14b為同樣的構造。
即使取代旋轉密封面11，而在靜止密封面21形成第一及第二動壓力產生溝槽24a、24b，除了靜壓力之外，也能使動壓力產生。
第11圖(A)是顯示本發明的第五實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第11圖(B)是顯示本發明的第五實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
本發明的第五實施方式的機械式密封裝置，如第11圖(A)所示，是從第二實施方式的旋轉密封環10的旋轉密封面11(參照第8圖(A))，去掉第一及第二動壓力產生溝槽14a、14b及導入通路15，並且如第11圖(B)所示，在第二實施方式的靜止密封環20的靜止密封面21(參照第8圖(B))增加第一及第二動壓力產生溝槽24a、24b及導入通路25，在這些方面是與第二實施方式不同，而其他構造則與第二實施方式一樣。在靜止密封面21所形成的導入通路25，是 與在第二實施方式所詳細敘述的在旋轉密封面11所形成的導入通路15為同樣的構造。
第12圖(A)是顯示本發明的第六實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第12圖(B)是顯示本發明的第六實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
本發明的第六實施方式的機械式密封裝置，如第12圖(A)所示，是從第三實施方式的旋轉密封環10的旋轉密封面11(參照第9圖(A))，去掉第三及第四動壓力產生溝槽16a、16b，並且如第12圖(B)所示，是在第三實施方式的靜止密封環20的靜止密封面21(參照第9圖(B))增加第三及第四動壓力產生溝槽26a、26b，在這方面與第三實施方式不同，而其他構造則與第三實施方式相同。而在靜止密封面21所形成的第三及第四動壓力產生溝槽26a、26b，是與在第三實施方式所詳細敘述的在旋轉密封面11所形成的第三及第四動壓力產生溝槽16a、16b為同樣的構造。
第13圖(A)是顯示本發明的第七實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的部分立體圖，第13圖(B)是顯示本發明的第七實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。第14圖(A)是沿著第13圖(A)的XIVA-XIVA線的剖面立體圖，第14圖(B)是沿著第13圖(B)的XIVB-XIVB線的剖面立體圖，第15圖是沿著第13圖(A)的XV-XV線的剖面立體圖。
本發明的第七實施方式的機械式密封裝置，如第13圖 (A)~第14圖(B)所示，在鄰接的圓弧狀溝槽12彼此之間所形成的分隔壁13變得較低，該處與第一實施方式不同，而其他構造則是與第一實施方式相同。
本實施方式的分隔壁13，如第15圖所示，從圓弧狀溝槽12到該分隔壁13的上面部的高度t0 ，是小於：從圓弧狀溝槽12的底面到旋轉密封面11的高度t1 (t0 <t1 )。高度t0 與高度t1 的差(t0 -t1 )，最好是0.2mm以下。
藉由將分隔壁13形成為相對地高於圓弧狀溝槽12的底面，則能有效地抑制旋轉密封環10的振動情形與抑制密封面11、12彼此的接觸。
第16圖(A)是顯示本發明的第八實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第16圖(B)是顯示本發明的第八實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。第17圖(A)是沿著第16圖(A)的XVIIA-XVIIA線的剖面立體圖，第17圖(B)是沿著第16圖(B)的XVIIB-XVIIB線的剖面立體圖，第18圖是用來說明本發明的第八實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環與靜止密封環的位置關係的圖面。
本發明的第八實施方式的機械式密封裝置，如第16圖(A)~第17圖(B)，除了在旋轉密封面11形成有圓弧狀溝槽12之外，還將靜止密封環10的排出開口部23形成為圓弧狀，在這方面與第一實施方式不同，其他構造則是與第一實施方式相同。
在本實施方式的靜止密封環20的靜止密封面21，如第 16圖(B)所示，是沿著圓周方向實際上隔著相同間隔，形成有8個圓弧狀的排出開口部23。該8個排出開口部23，在靜止密封面21，是配置成以旋轉軸心為中心的圓形，並且沿著圓周方向配置成：與圓弧狀溝槽12為同心狀且具有相同半徑，當密封面11、21彼此相對向時，能夠與在旋轉密封面11所形成的圓弧狀溝槽12相對向。除了圓弧狀溝槽12之外，藉由將排出開口部23形成為圓弧狀，則能有效地抑制氣動錘現象。
各排出開口部23的底部，形成有流體供給通路22的排出孔，排出開口部23與流體供給通路22是連通在一起。各排出孔，最好形成在排出開口部23的略中央部。
在本實施方式，排出開口部23的圓周方向長度W3 ，是設定成：小於圓弧狀溝槽12的圓周方向長度W2 ，亦即(W3 <W2 )，排出開口部23的圓周方向長度W3 ，是設定成小於：1/2的圓弧狀溝槽12的圓周方向長度W2 ，亦即(W3 <W2 /2)。藉此，在圓弧狀溝槽12與圓弧狀的排出開口部33能確保有充分的容積比，而能得到圓弧狀溝槽12的效果。
在本實施方式，如第16圖(A)、第16圖(B)、及第18圖所示，圓弧狀的排出開口部23的圓周方向長度W3 ，是設定成大於：將圓弧狀溝槽12彼此分隔的分隔壁13的圓周方向長度W1 ，亦即(W3 >W1 )。而如第17圖(A)及第17圖(B)所示，圓弧狀溝槽12的深度t1 ，是設定成：圓弧狀的排出開口部23的深度t3 以下(t1 ≦t2 )。藉此，能經常確保有充分的上浮力，所以能良好地維持密封面11、21彼此的非接觸 狀態。而圓弧狀的排出開口部23的圓周方向長度W3 則是越小越好。
以上所說明的實施方式，是為了能夠容易理解本發明所記載的，並不是要限定本發明。因此，在上述實施方式所揭示的各元件，也包含有關於本發明的技術範圍的所有設計的變更或相同構造。
例如，在上述的實施方式，雖然說明在旋轉密封面除了圓弧狀溝槽之外，還形成有動壓力產生溝槽，可是在本發明並沒有特別限定於此，也可以在旋轉密封面僅形成圓弧狀溝槽，而不形成動壓力產生溝槽。
[實施例]
以下藉由將本發明更具體化的實施例及比較例，來確認本發明的效果。以下的實施例及比較例，是用來確認在上述的實施方式所使用的機械式密封裝置。
實施例1
作為實施例1的機械式密封裝置，是使用了：形成有圓弧狀溝槽的旋轉密封環、及形成有圓形形狀的排出開口部的靜止密封環，來製作出在第一實施方式所說明的機械式密封裝置。在實施例1，圓弧狀溝槽的深度t1 為1mm，圓弧狀溝槽的圓周方向長度W2 為112mm，分隔壁的圓周方向長度W1 為4mm，排出開口部的圓周方向長度W3 為2mm。在表1顯示了在該實施例1所製作的機械式密封裝置的製作 條件。
相對於該實施例1的機械式密封裝置，進行了振動評估，來看旋轉密封環的動作是否有產生振動。該振動評估，是使用氮氣來作為壓力流體，當一邊施加0.3Mpa的壓力，一邊以流量20Nl/min從流體供給裝置將氮氣供給到密封面彼此之間時，測量在旋轉密封環所產生的沿著旋轉軸方向的加速度，根據該加速度的值來評估有無振動。當所測量的加速度小於0.05G時，則評估為沒有振動，當評估的加速度為0.05G以上時，則評估為具有振動情形。
在該振動評估，是將在旋轉軸、旋轉構件、第一及第二緊固構件等的旋轉密封環所連結的旋轉體的重量、及靜止密封環與保持構件之間所中介著的彈簧的彈簧荷重作為參數，在使該參數變化的31種類型的條件下測量加速度， 進行在各條件下的振動評估。第19圖是顯示實施例1的機械式密封裝置的振動評估的結果的曲線圖。
實施例2
作為實施例2的機械式密封裝置，是使用了：形成了圓弧狀溝槽，分隔壁較低的旋轉密封環、形成了圓形的排出開口部的靜止密封環，來製作出第七實施方式所說明的機械式密封裝置。在實施例2，圓弧狀溝槽的深度t1 為1mm，圓弧狀溝槽的圓周方向長度W2 為112mm，分隔壁的圓周方向長度W1 為4mm，分隔壁的上部的切削量(t1 -t0 )為0.07mm，排出開口部的圓周方向長度W3 為2mm。在表1顯示了在該實施例2所製作的機械式密封裝置的製作條件。相對於該實施例2的機械式密封裝置，是在31種類型的條件下，用與實施例1同樣的方式來進行振動評估。第20圖是顯示了實施例2的機械式密封裝置的振動評估的結果的曲線圖。
實施例3
作為實施例3的機械式密封裝置，是使用了：形成有圓弧狀溝槽的旋轉密封環、及形成有圓弧狀的排出開口部的靜止密封環，來製作出第八實施方式所說明的機械式密封裝置，在該實施例3的機械式密封裝置，圓弧狀溝槽的深度t1 為0.05mm，圓弧狀溝槽的圓周方向長度W2 為112mm，分隔壁的圓周方向長度W1 為4mm，排出開口部的深度t2 為0.5mm，排出開口部的圓周方向長度W3 為15.4mm。在表1顯示了在該實施例3所製作的機械式密封裝置的製作條件。相對於該實施例3的機械式密封裝置，是在28種類型的條件下，用與實施例1同樣的方式來進行振動評估。第21圖是顯示了實施例3的機械式密封裝置的振動評估的結果的曲線圖。
[比較例]
作為比較例的機械式密封裝置，是使用了：沒有形成圓弧狀溝槽的旋轉密封環、及形成有圓弧狀的排出開口部的靜止密封環，來製作出習知構造的機械式密封裝置，在該比較例的機械式密封裝置，排出開口部的深度t2 為0.25mm，排出開口部的圓周方向長度W3 為112mm。在表1顯示了在該比較例所製作的機械式密封裝置的製作條件。相對於該比較例的機械式密封裝置，是在28種類型的條件下，用與實施例1同樣的方式來進行振動評估。第22圖是顯示了比較例的機械式密封裝置的振動評估的結果的曲線圖。
考察
將上述的實施例1~3與比較例進行比較，則能確認：藉由在旋轉密封面形成圓弧狀溝槽，能減少旋轉密封環的振動情形。
將實施例1與實施例2進行比較，則能確認：藉由使分 隔壁的高度低於旋轉密封面，則如第19圖及第20圖所示，能減少旋轉密封環的振動情形。
將實施例1、2及實施例3進行比較的話，則能確認：藉由除了在旋轉密封面形成圓弧狀溝槽之外，還將靜止密封面的排出開口部形成為圓弧狀，則如第19圖~第21圖所示，能減少旋轉密封環的振動情形。
[產業上的利用可能性]
如上述，本發明的機械式密封裝置，使用於半導體製造設備等，能用作為用來將不需要細微粉末的被密封流體予以密封的密封裝置。且能用作為用來防止一對的密封環的磨耗情形，提昇耐久能力的密封裝置。
1‧‧‧機械式密封裝置
10‧‧‧旋轉密封環
11‧‧‧旋轉密封面
12‧‧‧圓弧狀溝槽
13‧‧‧分隔壁
14a‧‧‧第一動壓力產生溝槽
14b‧‧‧第二動壓力產生溝槽
15‧‧‧導入通路
16a‧‧‧第三動壓力產生溝槽
16b‧‧‧第四動壓力產生溝槽
20‧‧‧靜止密封環
21‧‧‧靜止密封面
22‧‧‧流體供給通路
23‧‧‧排出開口部
24a‧‧‧第一動壓力產生溝槽
24b‧‧‧第二動壓力產生溝槽
25‧‧‧導入通路
26a‧‧‧第三動壓力產生溝槽
26b‧‧‧第四動壓力產生溝槽
30‧‧‧保持構件
31‧‧‧彈簧
32‧‧‧凹部
33‧‧‧彈簧卡環
34‧‧‧流體供給通路
41~46‧‧‧O型環
50‧‧‧流體供給裝置
100‧‧‧旋轉軸
110‧‧‧旋轉構件
120‧‧‧第一緊固構件
130‧‧‧第二緊固構件
140‧‧‧殼體
第1圖是本發明的實施方式的機械式密封裝置的剖面圖。
第2圖是顯示本發明的第一實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖。
第3圖是沿著第2圖的III-III線的剖面立體圖。
第4圖(A)是沿著第3圖的IVA-IVA線的剖面圖，第4圖(B)是顯示旋轉密封環朝單方向旋轉時所產生的動壓力的曲線圖，第4圖(C)是顯示當旋轉密封環朝另一方向旋轉時所產生的動壓力的曲線圖。
第5圖是沿著第3圖的V-V線的剖面圖。
第6圖是顯示本發明的第一實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
第7圖是沿著第6圖的VII-VII線的剖面立體圖。
第8圖(A)是顯示本發明的第二實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第8圖(B)是顯示本發明的第二實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
第9圖(A)是顯示本發明的第三實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第9圖(B)是顯示本發明的第三實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
第10圖(A)是顯示本發明的第四實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第10圖(B)是顯示本發明的第四實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
第11圖(A)是顯示本發明的第五實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第11圖(B)是顯示本發明的第五實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
第12圖(A)是顯示本發明的第六實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第12圖(B)是顯示本發明的第六實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
第13圖(A)是顯示本發明的第七實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的部分立體圖，第13圖(B)是顯示本發明的第七實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
第14圖(A)是沿著第13圖(A)的XIVA-XIVA線的剖面立體圖，第14圖(B)是沿著第13圖(B)的XIVB-XIVB線的剖面 立體圖。
第15圖是沿著第13圖(A)的XV-XV線的剖面立體圖。
第16圖(A)是顯示本發明的第八實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環的正面圖，第16圖(B)是顯示本發明的第八實施方式的機械式密封裝置的靜止密封環的正面圖。
第17圖(A)是沿著第16圖(A)的XVIIA-XVIIA線的剖面立體圖，第17圖(B)是沿著第16圖(B)的XVIIB-XVIIB線的剖面立體圖。
第18圖是用來說明本發明的第八實施方式的機械式密封裝置的旋轉密封環與靜止密封環的位置關係的圖面。
第19圖是顯示實施例1的機械式密封裝置的振動評估的結果的曲線圖。
第20圖是顯示了實施例2的機械式密封裝置的振動評估的結果的曲線圖。
第21圖是顯示了實施例3的機械式密封裝置的振動評估的結果的曲線圖。
第22圖是顯示了比較例的機械式密封裝置的振動評估的結果的曲線圖。
10‧‧‧旋轉密封環
11‧‧‧旋轉密封面
12‧‧‧圓弧狀溝槽
13‧‧‧分隔壁
14a‧‧‧第一動壓力產生溝槽
14b‧‧‧第二動壓力產生溝槽

Claims (5)

  1. 一種機械式密封裝置，在旋轉軸與殼體的嵌合之間，是將旋轉密封環與靜止密封環相對向配置的機械式密封裝置，其特徵為：具備有：被連結於上述旋轉軸而具有旋轉密封面，以上述旋轉軸的軸心作為中心而配置成圓環狀，並且將被分隔壁所分隔形成的複數的圓弧狀溝槽，設置於上述旋轉密封面的上述旋轉密封環、具有與上述旋轉密封環的旋轉密封面相對向的靜止密封面的上述靜止密封環、將上述靜止密封環朝向上述旋轉密封環按壓的彈壓手段、以及形成於上述靜止密封環的上述靜止密封面，可與用來供給壓力氣體的流體供給通路連通的排出開口部；上述排出開口部的圓周方向長度(W3 )，是形成為：相對於上述分隔壁的圓周方向長度(W1 )的1/2以上，亦即(W3 ≧W1 /2)，上述排出開口部的圓周方向長度(W3 )，是形成為：小於上述圓弧狀溝槽的圓周方向長度(W2 )，亦即(W3 <W2 )。
  2. 如申請專利範圍第1項的機械式密封裝置，其中上述排出開口部，是形成為開口成圓形或圓弧狀。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的機械式密封裝置，其中在上述旋轉密封環的上述旋轉密封面、或上述靜止密 封環的上述靜止密封面的至少其中一方，形成有：藉由上述旋轉軸的旋轉而產生動壓力的動壓力產生溝槽。
  4. 如申請專利範圍第1或2項的機械式密封裝置，其中上述分隔壁，是形成為：相對地低於上述旋轉密封面，且相對地高於上述圓弧狀溝槽的底面。
  5. 如申請專利範圍第3項的機械式密封裝置，其中上述分隔壁，是形成為：相對地低於上述旋轉密封面，且相對地高於上述圓弧狀溝槽的底面。
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