專利名稱：機械密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過抑制旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的振動并防止密封面之間的接觸來防止密封環(huán)的密封面之間的磨損、從而可防止磨損粉末混入被密封流體內(nèi)的機械密封裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的技術(shù)作為對半導(dǎo)體制造設(shè)備等的被密封流體進行密封的機械密封裝置是有用的。在該半導(dǎo)體制造設(shè)備等中，若被密封流體中混有雜質(zhì)，則雜質(zhì)會給制造物帶來不良影響。為此，在機械密封裝置中，還必須防止因密封環(huán)在旋轉(zhuǎn)時的磨損而導(dǎo)致磨損粉末進入被密封流體。對此，作為防止密封環(huán)的密封面磨損的裝置，使用非接觸式機械密封裝置。作為這種非接觸式機械密封裝置，以往已知有如下技術(shù)包括與半導(dǎo)體制造設(shè)備等的轉(zhuǎn)軸相連、具有旋轉(zhuǎn)密封面的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)；以及具有與該旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的旋轉(zhuǎn)密封面相對的靜止密封面的靜止密封環(huán)，在靜止密封面上形成有可與供給壓力流體的流體供給通路連通的溝(槽)(例如參照專利文獻1及2)。另外，還已知有在靜止密封面上形成有圓弧狀的溝并在旋轉(zhuǎn)密封面的旋轉(zhuǎn)密封面上形成有圓弧狀溝的技術(shù)(例如參照專利文獻3)。在如上所述的機械密封裝置中，通過在靜止密封面上形成溝，從而增大使靜止密封環(huán)相對于旋轉(zhuǎn)密封環(huán)上浮的上浮力，以防止磨損。而且，在這種機械密封裝置中，通過增大在靜止密封面上形成的溝的容積，可確保更大的上浮力。然而，隨著在靜止密封面上形成的溝的容積增大，旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的動作發(fā)生振動。該振動是由在旋轉(zhuǎn)密封面與靜止密封面之間供給的壓力流體的壓縮性而引起的稱作空氣錘的現(xiàn)象。對此，若為了抑制空氣錘現(xiàn)象而減小在靜止密封面上形成的溝的容積，則無法確保足夠的上浮力，因此會引起旋轉(zhuǎn)密封面與靜止密封面接觸。另外，在上述專利文獻3中公開的機械密封裝置中，在靜止密封面上形成的溝與在旋轉(zhuǎn)密封面上形成的溝尺寸大致相同。為此，它們的容積比幾乎不存在，因此無法充分地獲得在旋轉(zhuǎn)密封上形成的溝的效果，此時，也會因空氣錘現(xiàn)象而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的動作中發(fā)生振動。專利文獻1 國際公開W000/075540號說明書專利文獻2 日本專利特開平3-277874號公報專利文獻3 美國專利第3917觀9號說明書發(fā)明的公開本發(fā)明的目的在于提供一種通過抑制旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的振動并防止密封面之間的接觸、從而可防止磨損粉末混入被密封流體內(nèi)的機械密封裝置。
鑒于上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下構(gòu)成。技術(shù)方案1的本發(fā)明的機械密封裝置是在轉(zhuǎn)軸與殼體的嵌合間隙相對地配置有旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和靜止密封環(huán)的機械密封裝置，包括所述旋轉(zhuǎn)密封環(huán)，與所述轉(zhuǎn)軸相連，具有旋轉(zhuǎn)密封面，在所述旋轉(zhuǎn)密封面上設(shè)有以所述轉(zhuǎn)軸的軸心為中心呈圓環(huán)狀地配置并由分隔壁隔開形成的多個圓弧狀溝；所述靜止密封環(huán)，具有與所述旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的旋轉(zhuǎn)密封面相對的靜止密封面；施力構(gòu)件，朝著所述旋轉(zhuǎn)密封環(huán)推壓所述靜止密封環(huán)；以及輸出開口部，其形成在所述靜止密封環(huán)的所述靜止密封面上，可與供給壓力流體的流體供給通路連通，所述輸出開口部的周向長度(W3)形成為所述分隔壁的周向長度(W1)的1/2以上(W3SW1A), 所述輸出開口部的周向長度(W3)比所述圓弧狀溝的周向長度(W2)小(W3<W2)。在本發(fā)明中，在旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的旋轉(zhuǎn)密封面上沿周向形成有圓弧狀溝。另外，輸出開口部的周向長度(W3)比圓弧狀溝的周向長度(W2)小(w3<w2)。由此，由壓力流體的壓縮性而引起的空氣錘現(xiàn)象被抑制，因此不容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的振動。另外，在本發(fā)明中，在旋轉(zhuǎn)密封面上形成有兩個以上的圓弧狀溝，并由分隔壁將相鄰的圓弧狀溝之間隔開。由此，即使在一側(cè)的密封面相對于另一側(cè)的密封面傾斜時，位于該密封面之間的間隔變窄側(cè)的圓弧狀溝的壓力變高，該壓力作為使傾斜復(fù)原的復(fù)原力而起作用，因此可防止密封面之間的接觸。另外，在本發(fā)明中，輸出開口部的周向長度(W3)形成為分隔壁周向長度(W1)的1/2 以上(W3SW1A)tj由此，可始終確保足夠的上浮力，可良好地維持密封面之間的非接觸狀態(tài)。在技術(shù)方案2的本發(fā)明的機械密封裝置中，所述輸出開口部形成為開口的周向長度比所述流體供給通路寬，該輸出開口部以構(gòu)成與所述多個圓弧狀溝大致相同的圓環(huán)狀的形態(tài)配置在所述靜止密封面上，所述輸出開口部的周向長度(W3)比所述分隔壁的周向長度 (W1)大(W3)W1),所述輸出開口部的周向長度(W3)形成為比所述圓弧狀溝的周向長度(W2) 的1/2小(W3 < ff2/2)。由此，可有效地抑制旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的振動和密封面之間的接觸。在技術(shù)方案3的本發(fā)明的機械密封裝置中，所述輸出開口部形成為圓狀或圓弧狀地開口。作為輸出開口部的具體的開口形狀，例如可以是圓形形狀或圓弧形狀。在技術(shù)方案4的本發(fā)明的機械密封裝置中，所述分隔壁形成為比所述旋轉(zhuǎn)密封面相對要低、但比所述圓弧狀溝的底面相對要高。由此，可有效地抑制旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的振動和密封面之間的接觸。如上所述，采用本發(fā)明，不僅能抑制由壓力流體的壓縮性而引起的空氣錘現(xiàn)象，而且可適宜地防止旋轉(zhuǎn)密封面與靜止密封面之間接觸。由此，可提供一種通過抑制旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的振動并防止密封面之間的接觸、從而可防止磨損粉末混入被密封流體內(nèi)的機械密封裝置。


圖1是本發(fā)明實施形態(tài)的機械密封裝置的剖視圖。圖2是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖。圖3是沿圖2的III-III線的剖視立體圖。圖4㈧是沿圖3的IVA-IVA線的剖視圖，圖4(B)是表示旋轉(zhuǎn)密封環(huán)朝一個方向旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動壓的曲線圖，圖4(C)是表示旋轉(zhuǎn)密封環(huán)朝另一方向旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動壓的曲線圖。圖5是沿圖3的V-V線的剖視圖。圖6是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。圖7是沿圖6的VII-VII線的剖視立體圖。圖8(A)是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 8(B)是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。圖9(A)是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 9(B)是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。圖10(A)是表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 10(B)是表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。圖11㈧是表示本發(fā)明第5實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 Il(B)是表示本發(fā)明第5實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。圖12(A)是表示本發(fā)明第6實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 12(B)是表示本發(fā)明第6實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。圖13(A)是表示本發(fā)明第7實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的局部立體圖，圖13(B)是表示本發(fā)明第7實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。圖14㈧是沿圖13(A)的XIVA-XIVA線的剖視立體圖，圖14⑶是沿圖13(B)的 XIVB-XIVB線的剖視立體圖。圖15是沿圖14(A)的XV-XV線的剖視立體圖。圖16(A)是表示本發(fā)明第8實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 16(B)是表示本發(fā)明第8實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。圖17(A)是沿圖16(A)的XVIIA-XVIIA線的剖視立體圖，圖17 (B)是沿圖16(B) 的XVIIB-XVIIB的剖視立體圖。圖18是用于說明本發(fā)明第8實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)與靜止密封環(huán)的位置關(guān)系的圖。圖19是表示實施例1的機械密封裝置的振動評價結(jié)果的曲線圖。
圖20是表示實施例2的機械密封裝置的振動評價結(jié)果的曲線圖。
圖21是表示實施例3的機械密封裝置的振動評價結(jié)果的曲線圖。
圖22是表示比較例的機械密封裝置的振動評價結(jié)果的曲線圖。
(元件符號說明)
1機械密封裝置
10旋轉(zhuǎn)密封環(huán)
11旋轉(zhuǎn)密封面
12圓弧狀溝
13分隔壁
14a第一動壓生成溝
14b第二動壓生成溝
15導(dǎo)入通路
16a第三動壓生成溝16b第四動壓生成溝20靜止密封環(huán)21靜止密封面22流體供給通路23輸出開口部24a第一動壓生成溝24b第二動壓生成溝25導(dǎo)入通路26a第三動壓生成溝26b第四動壓生成溝30保持構(gòu)件31彈簧32凹部
33卡環(huán)34流體供給通路41 46 0形圈50流體供給裝置100轉(zhuǎn)軸110旋轉(zhuǎn)構(gòu)件120第一推壓構(gòu)件130第二推壓構(gòu)件140殼體
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。圖1是本發(fā)明實施形態(tài)的機械密封裝置的剖視圖，圖2是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖3是沿圖2的III-III線的剖視立體圖，圖 4(A)是沿圖3的IVA-IVA線的剖視圖，圖4(B)是表示旋轉(zhuǎn)密封環(huán)朝一個方向旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動壓的曲線圖，圖4(C)是表示旋轉(zhuǎn)密封環(huán)朝另一方向旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的動壓的曲線圖，圖5是沿圖3的V-V線的剖視圖，圖6是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖，圖7是沿圖6的VII-VII線的剖視立體圖。如圖1所示，本發(fā)明實施形態(tài)的機械密封裝置1是可對轉(zhuǎn)軸100與殼體140之間進行密封的非接觸式機械密封裝置。如圖1所示，該機械密封裝置1包括旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10，安裝在與轉(zhuǎn)軸100相連的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件110上，可與轉(zhuǎn)軸100 —起旋轉(zhuǎn)；靜止密封環(huán)20，相對于該旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10沿軸向?qū)χ玫嘏渲茫槐３謽?gòu)件30，通過朝旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10對靜止密封環(huán)20施力的彈簧31來保持靜止密封環(huán)20并安裝在殼體140內(nèi)。如圖1及圖2所示，第1實施形態(tài)的機械密封裝置1的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10是具有方形形狀的截面的環(huán)構(gòu)件，安裝在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件110上。為此，該旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10可與轉(zhuǎn)軸100 —起朝正轉(zhuǎn)方向(圖中的隊方向)及逆轉(zhuǎn)方向(圖中的&方向)旋轉(zhuǎn)。作為構(gòu)成該旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的材料，可舉例有碳化硅原材料、特殊鋼、碳材料、陶瓷材料、以及超硬合金材料等。如圖2及圖3所示，在該旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的旋轉(zhuǎn)密封面11上沿周向?qū)嵸|(zhì)上等間隔地形成有六個圓弧狀溝12。這六個圓弧狀溝12配置成在旋轉(zhuǎn)密封面11上形成以旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓，在密封面11、21之間相互對置時，配置在可與后述靜止密封面21上形成的輸出開口部23對置的位置上。各圓弧狀溝12形成為輸出開口部23的周向長度(W3)比該圓弧狀溝12的周向長度(W2)小(W3<W2)。另外，沿各圓弧狀溝12徑向的寬度為靜止密封環(huán)20上形成的輸出開口部23的半徑以上，且比靜止密封環(huán)20沿密封面21徑向的寬度小。另外，各圓弧狀溝12 的深度在最深處是大致3mm以下，以大致2mm以下為好，最好是0. 5mm以下。另外，隨著該圓弧狀溝12變深，旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的振動變大。在相鄰的圓弧狀溝12之間分別形成有將該圓弧狀溝12之間相互隔開的分隔壁 13。由此，即使在旋轉(zhuǎn)密封面11相對于靜止密封面21傾斜時，也可將因傾斜而在圓弧狀溝12之間產(chǎn)生的壓力差作為使傾斜復(fù)原的復(fù)原力利用，因此可防止密封面11、21之間的接觸。該分隔壁13形成為輸出開口部23的周向長度(W3)對該分隔壁13的周向長度(W1) 的比值為1/2以上(W3彡W/2)。相反，若輸出開口部23的周向長度W3對分隔壁13的周向長度W1的比值不滿1/2 (W3 < W/2)，則無法確保足夠的上浮力。另外，如圖2所示，在該旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的旋轉(zhuǎn)密封面11上形成有多個第一及第二動壓生成溝14a、14b。如圖3所示，第一動壓生成溝1 具有大致L字形狀，且如圖4 (A)所示，具有朝著 R1方向上升而傾斜的底面。另外，圖4(A)是沿圖3的IVA-IVA線的剖視圖，是沿著旋轉(zhuǎn)軸心并沿著旋轉(zhuǎn)密封面11的周向?qū)⑽挥谕庵軅?cè)的一對第一及第二動壓生成溝14a、14b截斷的剖視圖。如圖4(B)所示，該第一動壓生成溝Ha可由轉(zhuǎn)軸100的R1方向旋轉(zhuǎn)而生成動壓。與此相對，如圖3所示，第二動壓生成溝14b具有沿周向與第一動壓生成溝1 呈軸中心線對稱的形狀，且如圖4(A)所示，具有朝著&方向上升而傾斜的底面。如圖4(C)所示，該第二動壓生成溝14b可由轉(zhuǎn)軸100的&方向旋轉(zhuǎn)而生成動壓。由此，無論旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10相對于靜止密封環(huán)20朝R1方向或&方向中的任一方向旋轉(zhuǎn)，均可生成動壓。由此，對于旋轉(zhuǎn)方向不同的轉(zhuǎn)軸也可使用同一的機械密封裝置1，從而可實現(xiàn)機械密封裝置ι的互換性的提高。另外，圖4(B)及圖4(C)表示的是與動壓發(fā)生溝的截面形狀相對的動壓的生成分布，在同一圖中，上部的曲線圖的橫軸表示的是下部所示的動壓生成溝截面中的位置。如圖2所示，這兩種動壓生成溝14a、14b在圓弧狀溝12的外周側(cè)沿周向交替地配置。同樣，在圓弧狀溝12的內(nèi)周側(cè)，兩種動壓生成溝14a、14b也沿周向交替地配置。由此， 在本實施形態(tài)中，第一及第二動壓生成溝14a、14b在旋轉(zhuǎn)密封面11上沿周向配置有多個， 并在徑向上也配置有多個。各動壓生成溝14a、14b與各圓弧狀溝12連通。如圖5所示，各動壓生成溝14a、14b的深度D1在其最深處為圓弧狀溝12的深度D2以下(D1≤D2)，具體地，各動壓生成溝14的最深部的深度D1最好在5 X 10_3mm 3 X 10_2mm 的范圍內(nèi)。通過在旋轉(zhuǎn)密封面11上形成如上所述的動壓生成溝14a、14b，可在靜壓的基礎(chǔ)上生成動壓。如圖1及圖6所示，第1實施形態(tài)的機械密封裝置1的靜止密封環(huán)20是具有大致 L字形狀的截面的環(huán)構(gòu)件，為了不與轉(zhuǎn)軸100 —起旋轉(zhuǎn)，由保持構(gòu)件30予以保持。作為構(gòu)成該靜止密封環(huán)20的材料，可舉例有碳材料、特殊鋼、碳化硅原材料、陶瓷材料、以及超硬合金材料等。如圖1及圖7所示，在該靜止密封環(huán)20的內(nèi)部形成有朝著該靜止密封環(huán)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的一個端部在靜止密封面21上的輸出開口部23處開口。該輸出開口部23在靜止密封面21上沿周向?qū)嵸|(zhì)上等間隔地形成有八個。各輸出開口部23的周向長度W3為Imm 5mm左右。另外，在本實施形態(tài)中，對將該輸出開口部23作為圓形形狀的開口進行了說明， 但本發(fā)明中并不特別限定于該形狀，例如，可以是橢圓形狀或長孔形狀的開口，也可以像后述的第8實施形態(tài)那樣是圓弧狀的開口。與此相對，該流體供給通路22的另一個端部與可供給壓力流體的流體供給裝置 50連通。而且，機械密封裝置1通過將從流體供給裝置50經(jīng)由流體供給路22供給的壓力流體從輸出開口部23朝旋轉(zhuǎn)密封面11噴出，可向旋轉(zhuǎn)密封面11與靜止密封面21之間供給壓力流體。作為從流體供給裝置50供給的壓力流體，可例舉有氮氣(N2)等惰性氣體。如圖1所示，第1實施形態(tài)的機械密封裝置1的保持構(gòu)件30是具有大致L字形狀的截面的環(huán)構(gòu)件。在該保持構(gòu)件30的與靜止密封環(huán)20相對的位置上沿周向?qū)嵸|(zhì)上等間隔地形成有多個凹部32。在這些各凹部32內(nèi)收容有彈簧31，該彈簧31的前端安裝在靜止密封環(huán)20的一端面上。該彈簧31朝旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10側(cè)推壓靜止密封環(huán)20。包括如上所述的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10、靜止密封環(huán)20及保持構(gòu)件30的機械密封裝置1 如下所示地安裝在轉(zhuǎn)軸100與殼體140之間。首先，如圖1所示，在轉(zhuǎn)軸100上通過0形圈41固接有旋轉(zhuǎn)構(gòu)件110。在該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件110的臺階部的側(cè)周面上設(shè)置有0形圈42，在該臺階部上可用0形圈42密封地嵌合有旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10。而且，旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10由第一推壓構(gòu)件120固定。另外，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件110及第一推壓構(gòu)件120通過第二推壓構(gòu)件130固定在轉(zhuǎn)軸100上。該第二推壓構(gòu)件120與轉(zhuǎn)軸100 相互螺旋結(jié)合，從而旋轉(zhuǎn)構(gòu)件110與第一推壓構(gòu)件120緊固而固定。另外，如圖1所示，靜止密封環(huán)20其一端面通過彈簧31保持在保持構(gòu)件30上，并在其側(cè)面通過O形圈43、44保持在保持構(gòu)件30上，相對于保持構(gòu)件30可沿軸向相對地移動。在保持構(gòu)件30的內(nèi)周面上安裝有卡環(huán)33，可防止靜止密封環(huán)20從保持構(gòu)件30的內(nèi)周孔脫出。另外，在保持構(gòu)件30上，用于使靜止密封環(huán)20上形成的流體供給通路22與流體供給裝置50連通的流體供給通路34以貫穿該保持構(gòu)件30內(nèi)部的形態(tài)形成。另外，為了不與轉(zhuǎn)軸100 —起旋轉(zhuǎn)，該保持構(gòu)件30夾裝著兩個0形圈45、46而被固定在殼體140上。本實施形態(tài)的機械密封裝置1配置在例如存在硫化氫或氟化氫等被密封流體的高壓環(huán)境與壓力比該高壓環(huán)境相對低的低壓環(huán)境(例如真空等)之間。此時，向密封面11、 21之間供給壓力流體的流體供給裝置50的壓力Ptl設(shè)定為比高壓環(huán)境下的壓力Pp以及低壓環(huán)境下的壓力P2都大(P。> P1 > P2或P。> P2 > P1)。在如上構(gòu)成的機械密封裝置1中，若從流體供給裝置50經(jīng)由保持構(gòu)件30及靜止密封環(huán)20上形成的流體供給通路34、22供給壓力流體，則壓力流體從輸出開口部23朝旋轉(zhuǎn)密封面11噴出，從而可向旋轉(zhuǎn)密封面11與靜止密封面21之間供給壓力流體。而且，該壓力流體以與彈簧31的彈力平衡的狀態(tài)朝使靜止密封面21從旋轉(zhuǎn)密封面21遠離的方向施力，從而可利用靜壓在非接觸狀態(tài)下對密封面11、21之間進行密封。此時，從輸出開口部23朝旋轉(zhuǎn)密封面11噴出的壓力流體引入到旋轉(zhuǎn)密封面11上形成的圓弧狀溝12中，并擴散到密封面11、21之間，從而因壓力流體的壓縮性而引起的空氣錘現(xiàn)象被抑制，旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的振動被抑制。圖8(A)是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 8(B)是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。如圖8(A)所示，本發(fā)明第2實施形態(tài)的機械密封裝置與第1實施形態(tài)的不同之處在于，在旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的旋轉(zhuǎn)密封面11上，除了多個圓弧狀溝12及動壓生成溝14a、14b 外還設(shè)有導(dǎo)入通路15，其它方面與第1實施形態(tài)相同。本實施形態(tài)的導(dǎo)入通路15是在旋轉(zhuǎn)密封面11上、以從沿周向配置在圓弧狀溝12 的內(nèi)周側(cè)的第一及第二動壓生成溝14a、14b進一步向內(nèi)周側(cè)突出的形態(tài)所形成的溝。該導(dǎo)入通路15的深度例如為3X 10-3讓 15X l(T3mm。該導(dǎo)入通路15比旋轉(zhuǎn)密封面11上因壓力流體而在非接觸狀態(tài)下被密封的部分更向內(nèi)周側(cè)突出，可與位于靜止密封環(huán)20內(nèi)周側(cè)的高壓環(huán)境連通。通過形成這種導(dǎo)入通路15，在來自流體供給裝置50的壓力流體的供給中斷時，可將存在于高壓環(huán)境下的被密封流體經(jīng)由導(dǎo)入通路15自動地引入動壓生成溝1 內(nèi)，從而可利用該動壓生成溝14a、14b所產(chǎn)生的動壓來避免密封面11、21之間接觸。圖9(A)是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 9(B)是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。如圖9㈧所示，在本發(fā)明第3實施形態(tài)的機械密封裝置中，在旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的旋轉(zhuǎn)密封面11上形成有第三及第四動壓生成溝16a、16b，代替第一及第二動壓生成溝14a、 14b。第三動壓生成溝16a從圓弧狀溝12呈傾斜狀地向外周側(cè)延伸，且其終點設(shè)定在旋轉(zhuǎn)密封面11內(nèi)。相反，第四動壓生成溝16b從圓弧狀溝12呈傾斜狀地向內(nèi)周側(cè)延伸，其終點設(shè)定在旋轉(zhuǎn)密封面11內(nèi)，以圓弧狀溝12為基準與第三動壓生成溝16a呈軸中心線對稱地形成。圖10(A)是表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 10(B)是表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。本發(fā)明第4實施形態(tài)的機械密封裝置與第1實施形態(tài)的不同之處在于，如圖10 (A) 所示，從第1實施形態(tài)的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的旋轉(zhuǎn)密封面11 (參照圖2)上去除了第一及第二動壓生成溝14a、14b，并如圖10(B)所示，在第1實施形態(tài)的靜止密封環(huán)20的靜止密封面 21 (參照圖6)上增加了第一及第二動壓生成溝Ma、Mb，其它結(jié)構(gòu)與第1實施形態(tài)相同。在靜止密封面21上形成的第一及第二動壓生成溝Ma、Mb的結(jié)構(gòu)與在第1實施形態(tài)中進行了詳述的在旋轉(zhuǎn)密封面11上形成的第一及第二動壓生成溝14a、14b相同。
這樣，代替旋轉(zhuǎn)密封面11而在靜止密封面21上形成第一及第二動壓生成溝Ma、 24b,也可在靜壓的基礎(chǔ)上生成動壓。圖Il(A)是表示本發(fā)明第5實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 Il(B)是表示本發(fā)明第5實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。本發(fā)明第5實施形態(tài)的機械密封裝置與第2實施形態(tài)的不同之處在于，如圖11 (A) 所示，從第2實施形態(tài)的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的旋轉(zhuǎn)密封面11 (參照圖8(A))上去除了第一及第二動壓生成溝14a、14b及導(dǎo)入通路15，并如圖11 (B)所示，在第2實施形態(tài)的靜止密封環(huán)20 的靜止密封面21 (參照圖8(B))上增加了第一及第二動壓生成溝Ma、24b及導(dǎo)入通路25， 其它結(jié)構(gòu)與第2實施形態(tài)相同。另外，在靜止密封面21上形成的導(dǎo)入通路25的結(jié)構(gòu)與在第2實施形態(tài)中進行了詳述的在旋轉(zhuǎn)密封面11上形成的導(dǎo)入通路15相同。圖12(A)是表示本發(fā)明第6實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 12(B)是表示本發(fā)明第6實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖。本發(fā)明第6實施形態(tài)的機械密封裝置與第3實施形態(tài)的不同之處在于，如圖12 (A) 所示，從第3實施形態(tài)的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的旋轉(zhuǎn)密封面11 (參照圖9(A))上去除了第三及第四動壓生成溝16a、16b，并如圖12(B)所示，在第3實施形態(tài)的靜止密封環(huán)20的靜止密封面21 (參照圖9 (B))上增加了第三及第四動壓生成溝^aJ6b，其它結(jié)構(gòu)與第3實施形態(tài)相同。另外，在靜止密封面21上形成的第三及第四動壓生成溝的結(jié)構(gòu)與在第3實施形態(tài)中進行了詳述的在旋轉(zhuǎn)密封面11上形成的第三及第四動壓生成溝16a、16b相同。圖13(A)是表示本發(fā)明第7實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的局部立體圖，圖13(B)是表示本發(fā)明第7實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖，圖14(A) 是沿圖13(A)的XIVA-XIVA線的剖視立體圖，圖14(B)是沿圖13(B)的XIVB-XIVB線的剖視立體圖，圖15是沿圖14(A)的XV-XV線的剖視立體圖。本發(fā)明第7實施形態(tài)的機械密封裝置與第1實施形態(tài)的不同之處在于，如圖 13(A) 圖14(B)所示，在相鄰的圓弧狀溝12之間形成的分隔壁13變低了，其它結(jié)構(gòu)與第 1實施形態(tài)相同。如圖15所示，在本實施形態(tài)的分隔壁13中，從圓弧狀溝12起到該分隔壁13的上表面為止的高度、比從圓弧狀溝12的底面起到旋轉(zhuǎn)密封面11為止的高度、小(、<、)。 高度、與高度、之差UtTt1)最好是0. 2mm以下。這樣，通過將分隔壁13形成為比圓弧狀溝12的底面相對要高、并比圓弧狀溝12 的底面相對要高，就可有效地抑制旋轉(zhuǎn)密封環(huán)10的振動和密封面11、12之間的接觸。圖16(A)是表示本發(fā)明第8實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的主視圖，圖 16(B)是表示本發(fā)明第8實施形態(tài)的機械密封裝置的靜止密封環(huán)的主視圖，圖17(A)是沿圖16(A)的XVIIA-XVIIA線的剖視立體圖，圖17(B)是沿圖16(B) ^ XVIIB-XVIIB的剖視立體圖，圖18是用于說明本發(fā)明第8實施形態(tài)的機械密封裝置的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)與靜止密封環(huán)的位置關(guān)系的圖。本發(fā)明第8實施形態(tài)的機械密封裝置與第1實施形態(tài)的不同之處在于，如圖 16(A) 圖17(B)所示，除了在旋轉(zhuǎn)密封面11上形成有圓弧狀溝12外，還圓弧狀地形成有靜止密封環(huán)10的輸出開口部23，其它結(jié)構(gòu)與第1實施形態(tài)相同。如圖16(B)所示，在本實施形態(tài)的靜止密封環(huán)20的靜止密封面21上沿周向?qū)嵸|(zhì)上等間隔地形成有八個圓弧狀的輸出開口部23。這八個輸出開口部23以在靜止密封面21 上形成以旋轉(zhuǎn)軸心為中心的圓的形態(tài)進行配置，并以與圓弧狀溝12同心狀地具有相同半徑的形態(tài)沿周向進行配置，在密封面11、21之間相互對置時，可與在旋轉(zhuǎn)密封面11上形成的圓弧狀溝12相對。通過像這樣在圓弧狀溝12的基礎(chǔ)上再圓弧狀地形成輸出開口部23， 可更有效地抑制空氣錘現(xiàn)象。在各輸出開口部23的底部形成有流體供給通路22的輸出孔，輸出開口部23與流體供給通路22連通。各輸出孔最好形成在輸出開口部23的大致中央部。在本實施形態(tài)中，輸出開口部23的周向長度W3設(shè)定為比圓弧狀溝12的周向長度 W2小(W3 < W2)，最好設(shè)定為輸出開口部23的周向長度W3對圓弧狀溝12的周向長度W2的比值小于1/2 (W3 < ff2/2)。由此，可在圓弧狀溝12與圓弧狀的輸出開口部23上確保足夠的容積比，可獲得圓弧狀溝12的效果。另外，在本實施形態(tài)中，如圖16(A)、圖16⑶及圖18所示，圓弧狀的輸出開口部 23的周向長度W3設(shè)定為比將圓弧狀溝12之間相互隔開的分隔壁13的周向長度W1大(W3
另外，如圖17(A)及圖17(B)所示，圓弧狀溝12的深度、設(shè)定為圓弧狀的輸出開口部23的深度t2以下U1彡t2)。由此，可始終確保足夠的上浮力，因此可良好地維持密封面11、12之間的非接觸狀態(tài)。另外，圓弧狀的輸出開口部23的周向長度W3越小越好。另外，上面說明的實施形態(tài)是為了使本發(fā)明容易理解而記載的，并不是為了限制本發(fā)明而記載的。因此，其宗旨是在上述實施形態(tài)中公開的各要素還包括屬于本發(fā)明技術(shù)范圍的所有的設(shè)計變更和等同物在內(nèi)。例如，在上述實施形態(tài)中對在旋轉(zhuǎn)密封面上除了圓弧狀溝外還形成有動壓生成溝的形態(tài)進行了說明，但本發(fā)明中并不特別限定于此，也可在旋轉(zhuǎn)密封面上只形成圓弧狀溝而不形成動壓生成溝。實施例下面利用使本發(fā)明更具體化的實施例及比較例確認了本發(fā)明的效果。下面的實施例及比較例用于確認上述實施形態(tài)中使用的機械密封裝置的效果。實施例1作為實施例1的機械密封裝置，使用形成有圓弧狀溝的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)以及形成有圓形形狀的輸出開口部的靜止密封環(huán)制作了第1實施形態(tài)中進行了說明的那種結(jié)構(gòu)的機械密封裝置。在實施例1中，圓弧狀溝的深度、為1mm，圓弧狀溝的周向長度W2為112mm，分隔壁的周向長度W1為4mm，輸出開口部的周向長度W3為2mm。表1表示的是在該實施例1 中制作的機械密封裝置的制作條件。[表1]
權(quán)利要求
1.一種機械密封裝置，在轉(zhuǎn)軸與殼體的嵌合間隙相對地配置有旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和靜止密封環(huán)，其特征在于，包括所述旋轉(zhuǎn)密封環(huán)，與所述轉(zhuǎn)軸相連，具有旋轉(zhuǎn)密封面，在所述旋轉(zhuǎn)密封面上設(shè)有以所述轉(zhuǎn)軸的軸心為中心呈圓環(huán)狀地配置并由分隔壁隔開形成的多個圓弧狀溝；所述靜止密封環(huán)，具有與所述旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的旋轉(zhuǎn)密封面相對的靜止密封面；施力構(gòu)件，朝著所述旋轉(zhuǎn)密封環(huán)推壓所述靜止密封環(huán)；以及輸出開口部，形成在所述靜止密封環(huán)的所述靜止密封面上，可與供給壓力氣體的流體供給通路連通，所述輸出開口部的周向長度(W3)形成為所述分隔壁的周向長度(W1)的1/2以上 (W3 彡 Wi/2)，所述輸出開口部的周向長度(W3)形成為比所述圓弧狀溝的周向長度(W2)小(W3<W2)。
2.如權(quán)利要求1所述的機械密封裝置，其特征在于，所述輸出開口部形成為圓狀或圓弧狀地開口。
3.如權(quán)利要求1或2所述的機械密封裝置，其特征在于，在所述旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的所述旋轉(zhuǎn)密封面或所述靜止密封環(huán)的所述靜止密封面中的至少一方上形成有利用所述轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而生成動壓的動壓生成溝。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的機械密封裝置，其特征在于，所述分隔壁比所述旋轉(zhuǎn)密封面相對要低、但比所述圓弧狀溝的底面相對要高。
全文摘要
一種機械密封裝置，在轉(zhuǎn)軸與殼體的嵌合間隙相對地配置有旋轉(zhuǎn)密封環(huán)(10)和靜止密封環(huán)，包括旋轉(zhuǎn)密封環(huán)(10)，其與轉(zhuǎn)軸相連，具有旋轉(zhuǎn)密封面(11)，在旋轉(zhuǎn)密封面(11)上設(shè)有以轉(zhuǎn)軸的軸心為中心呈圓環(huán)狀地配置并由分隔壁(13)隔開形成的多個圓弧狀溝(12)；靜止密封環(huán)，具有與所述旋轉(zhuǎn)密封環(huán)(10)的旋轉(zhuǎn)密封面(11)相對的靜止密封面；彈簧，朝著旋轉(zhuǎn)密封環(huán)推壓靜止密封環(huán)；以及輸出開口部，其形成在靜止密封環(huán)的靜止密封面上，可與供給壓力流體的流體供給通路連通，輸出開口部的周向長度(W3)形成為分隔壁(13)的周向長度(W1)的1/2以上(W3≥W1/2)，輸出開口部的周向長度(W3)比圓弧狀溝(12)的周向長度(W2)小(W3＜W2)。
文檔編號F16J15/34GK102322526SQ20111028089
公開日2012年1月18日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月9日
發(fā)明者伊藤正伸, 內(nèi)山真己, 柳澤隆, 秋山浩二 申請人:伊格爾工業(yè)股份有限公司