专利名称：机械密封装置的制作方法
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。
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41～46O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。该导入通路15的深度例如为3×10-3mm～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。
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。
权利要求
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)。
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)。
3.如权利要求1或2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。
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。
全文摘要
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(W
文档编号F16J15/34GK101057093SQ20058003824
公开日2007年10月17日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年11月9日
发明者柳泽隆, 秋山浩二, 伊藤正伸, 内山真己 申请人:伊格尔工业股份有限公司