WO2006040865A1 - 静圧形ノンコンタクトガスシール - Google Patents

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WO2006040865A1
WO2006040865A1 PCT/JP2005/013117 JP2005013117W WO2006040865A1 WO 2006040865 A1 WO2006040865 A1 WO 2006040865A1 JP 2005013117 W JP2005013117 W JP 2005013117W WO 2006040865 A1 WO2006040865 A1 WO 2006040865A1
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WO
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seal
gas
ring
stationary
sealing
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/013117
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English (en)
French (fr)
Inventor
Satoshi Fujiwara
Mitsuru Kudari
Masanobu Ninomiya
Original Assignee
Nippon Pillar Packing Co., Ltd.
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Publication date
Application filed by Nippon Pillar Packing Co., Ltd. filed Critical Nippon Pillar Packing Co., Ltd.
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Priority to EP05766291A priority patent/EP1798455B1/en
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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
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    • F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
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    • F16J15/3436—Pressing means
    • F16J15/3448—Pressing means the pressing force resulting from fluid pressure

Definitions

  • the present invention is a static pressure that is suitably used in rotating equipment such as turbines, blowers, compressors, agitators, and rotary valves that handle various gases such as toxic gases, flammable gases, explosive gases, and powder mixed gases.
  • the present invention relates to a non-contact gas seal.
  • the opening force acting in the direction to open the space between the sealing end faces on the stationary seal ring due to the fluid pressure balances the opening force generated by the opening force generating means and the closing force generated by the closing force generating means, so that the sealing end faces are not in contact with each other.
  • Patent Document 1 There is known one configured to be held by the device (for example, see Patent Document 1).
  • the sheet introduced between the sealing end faces The pressure of the gas gas is set higher than this in accordance with the pressure of the sealed fluid region, and the panel force (spring load) of the spring that determines the closing force is appropriate for the clearance between the sealed end faces (generally 5 to 15 / ⁇ ⁇ ), and is set according to the pressure of the seal gas.
  • the conventional gas seal is similar to the dynamic pressure type non-contact gas seal in which the sealed end face is maintained in a non-contact state by generating a dynamic pressure by the sealed fluid.
  • the sealed fluid can be satisfactorily sealed over a long period of time without causing the seizure of the sealed end surfaces by holding the sealed end surfaces in a non-contact state.
  • the conventional gas seal cannot be sealed with a hydrodynamic non-contact gas seal. ⁇ ⁇ It can seal gas well, compared to a hydrodynamic non-contact gas seal. Therefore, it can be used for a wide range of applications.
  • a dynamic pressure type non-contact gas seal forms a dynamic pressure generating groove on one of the relatively rotating sealed end faces, and the dynamic pressure generating groove generates a dynamic pressure by a sealed fluid between the sealed end faces. Is generated to keep the sealed end surfaces in a non-contact state, and basically allows the sealed fluid to leak from between the sealed end surfaces to the outside of the machine. Therefore, if the fluid to be sealed is of a property that does not allow leakage to the outside, such as toxic gas, flammable gas, explosive gas, etc., the hydrodynamic non-contact gas seal cannot be used. .
  • the sealing gas also blows the force between the sealed end faces into the sealed fluid region (and the non-sealed fluid region), thereby preventing leakage of the sealed fluid. Since it has a completely blocking structure, it can be suitably used in rotating equipment that handles gases such as toxic gases, flammable gases, and explosive gases that are not allowed to leak.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-329238 (FIG. 1)
  • the conventional gas seal uses a spring as a closing means.
  • the closing by the spring always works. Therefore, when the supply of the seal gas stops unexpectedly as described above and the opening force due to the seal gas disappears, the stationary seal ring is suddenly moved to the rotating seal ring by the spring biasing force (closing force). Violently collide with the rotating seal ring. As a result, the sealed end face may be damaged or broken. Such a problem becomes prominent particularly under high pressure conditions where the pressure of the sealed fluid is high. In other words, under high pressure conditions, the pressure of the sealing gas must be increased according to the pressure of the fluid to be sealed, so the spring load that balances the opening force of the sealing gas can naturally be increased. I do not get. Therefore, when the supply of the sealing gas is stopped, the stationary sealing ring collides with the rotating sealing ring extremely violently, and the degree of damage and breakage of the sealing end surface becomes larger.
  • the present invention has been made in view of such points, and even when the supply of the sealing gas between the sealed end faces is unexpectedly stopped, the sealed end faces collide violently and damage the sealed end faces. Therefore, it is an object of the present invention to provide a static pressure type non-contact gas seal that can be used safely without being damaged.
  • the present invention relates to a cylindrical seal case, a rotary seal ring fixed to a rotary member such as a rotary shaft, and the axial direction in a state of concentrically facing the rotary seal ring on the inner periphery of the seal case
  • a stationary sealing ring is provided by supplying a sealing gas between a sealing end face, which is the opposite end face of both sealing rings, from a series of sealing gas passages penetrating the sealing case and the stationary sealing ring.
  • an opening force generating means for generating an opening force acting in a direction to open between the sealing end faces, and a closing force generating means for generating a closing force acting in the direction to close the sealing end faces on the stationary sealing ring.
  • a back pressure chamber which is an annular space closed by two O-rings, is formed between the opposed peripheral surfaces of the seal case and the stationary seal ring.
  • the seal gas passage is an annular space formed between the opposed peripheral surfaces of the seal case and the stationary seal ring, and is interposed between the opposed peripheral surfaces.
  • the formed static pressure generating groove and the sealed ring side passage through the stationary sealing ring, the upstream end opening to the communication space and the downstream end opening to the static pressure generating groove are disposed in the sealing ring side path. It is preferable to comprise an aperture.
  • the back pressure chamber can also be used as a communication space for the seal gas passage.
  • the first, second and third O-rings are arranged between the opposing peripheral surfaces of the seal case and the stationary sealing ring, and the first and second O-rings are provided between the opposing peripheral surfaces.
  • a communication space of the sealed seal gas passage and a back pressure chamber closed by the second and third O-rings are formed, and a part of the seal gas supplied to the seal gas supply passage force seal gas passage is back pressure chamber. It is preferable to configure so as to be introduced into the system.
  • an auxiliary back pressure chamber which is closed by two O-rings and separated from the back pressure chamber, is formed between the opposed peripheral surfaces of the seal case and the stationary seal ring, and the sealed fluid region and the auxiliary seal chamber are provided in the stationary seal ring.
  • a through-hole communicating with the back pressure chamber is formed so that a closing force is generated to press the stationary seal ring to the rotating seal ring by the pressure of the sealed fluid introduced from the through hole into the auxiliary back pressure chamber. It is preferable to configure.
  • an elastic member that urges the stationary seal ring in the direction to separate the rotary seal ring force is interposed between the seal case and the stationary seal ring, so that the rotary seal of the stationary seal ring is sealed when the seal gas supply is stopped. It is also preferable to configure so as to prevent sudden movement in the ring direction.
  • the elastic member a spring or an O-ring is suitable.
  • a seal gas introduction passage in which the pressure holding chamber and the back pressure chamber or the communication space are communicated with the static sealing ring and the throttle is disposed.
  • the stationary seal ring is configured to prevent a sudden movement in the direction of the rotary seal ring when the supply is stopped.
  • a dynamic pressure generating groove is formed on the sealing end face of the rotary seal ring to reduce the static pressure by the sealing gas between the sealing end faces.
  • FIG. 1 is a longitudinal side view showing a first gas seal.
  • FIG. 2 is a longitudinal side view showing a second gas seal.
  • FIG. 3 is a longitudinal side view showing a third gas seal.
  • FIG. 4 is a longitudinal side view showing a fourth gas seal.
  • FIG. 5 is a vertical side view showing a fifth gas seal.
  • FIG. 6 is a longitudinal side view showing a sixth gas seal.
  • FIG. 7 is a longitudinal side view showing a seventh gas seal.
  • FIG. 8 is a vertical side view showing an eighth gas seal.
  • FIG. 9 is a longitudinal side view showing a ninth gas seal.
  • FIG. 10 is a longitudinal side view showing a tenth gas seal.
  • FIG. 11 is a longitudinal side view showing an eleventh gas seal.
  • FIG. 12 is a vertical sectional side view showing a twelfth gas seal.
  • FIG. 13 is a longitudinal side view showing an enlarged main part of the first gas seal.
  • FIG. 14 is a front view showing a stationary sealing ring of the first gas seal.
  • FIG. 15 is a longitudinal side view showing an enlarged main part of a third gas seal.
  • FIG. 16 is an enlarged vertical side view of the main part of the twelfth gas seal.
  • FIG. 17 is a front view of a half-rod showing a rotary seal ring of the twelfth gas seal.
  • FIG. 18 is a longitudinal sectional side view showing a thirteenth gas seal.
  • FIGS. 1 to 12 and FIG. 18 are longitudinal side views showing the hydrostatic non-contact gas seal of the present invention.
  • the hydrostatic non-contact gas seal shown in FIG. 2 is called “second gas seal 102", and the hydrostatic non-contact gas seal shown in Fig. 3 is called “third gas seal 103".
  • the static pressure type non-contact gas seal shown in Fig. 4 is called “fourth gas seal 104”, and the static pressure type non-contact gas seal shown in Fig. 5 is called “fifth gas seal 105", shown in Fig. 6.
  • the static pressure type non-contact gas seal is called “sixth gas seal 106”, the static pressure type non-contact gas seal shown in FIG.
  • FIG. 7 is called “seventh gas seal 107”, and the static pressure type non-contact gas seal shown in FIG. The seal is called “Eighth Gas Seal 108" and is shown in Fig. 9.
  • the to static pressure type non-contact gas seal is referred to as "the ninth gas seal 109 ', the static pressure type non-contact gas seal shown in FIG. 10"
  • the static pressure non-contact gas seal shown in FIG. 11 is called “ ⁇ -gas seal 111”, and the static pressure non-contact gas seal shown in FIG.
  • the static pressure type non-contact gas seal shown in FIG. 18 is called “13th gas seal 113”.
  • FIG. 13 is an enlarged vertical side view showing the main part of the first gas seal 101
  • FIG. 14 is a front view of a stationary sealing ring in the gas seal 101
  • FIG. 13 is an enlarged vertical side view showing the main part of the first gas seal 101
  • FIG. 14 is a front view of a stationary sealing ring in the gas seal 101
  • FIG. 16 is an enlarged vertical side view of the main part of the twelfth gas seal 112
  • FIG. 17 is an enlarged side view of the rotary seal ring of the gas seal 112. It is a front view.
  • front and rear refer to the left and right in FIGS. 1 to 12, and upper and lower refer to the upper and lower in FIG.
  • the first gas seal 101 includes a seal case 1 as shown in FIG. 1, a rotary seal ring 3 fixed to a rotary shaft 2 as a rotary member, and a state in which the seal case 1 faces the rotary seal ring 3. It is the opposite end face of both seal rings 3 and 4 from a stationary seal ring 4 held axially movable (movable back and forth) and a series of seal gas passages 5 passing through seal case 1 and stationary seal ring 4 By supplying a sealing gas 6 between the sealing end faces 3a and 4a, an opening force generating means 7 for generating an opening force acting on the stationary sealing ring 4 in the opening direction between the sealing end faces 3a and 4a and a stationary sealing ring 4 are provided.
  • Closing means 8 for generating a closing force acting in a closing direction between the sealed end faces 3a, 4a, and holding the sealed end faces 3a, 4a in a non-contact state, while maintaining the outer periphery of the sealed end faces 3a, 4a.
  • the sealed fluid region H that is the side region and the non-sealed fluid region L that is the inner peripheral region are shielded. It is configured to Le.
  • the sealed fluid region H is a high-pressure gas region that communicates with the inside of the rotating device in which the first gas seal 101 is installed
  • the non-sealed fluid region L is an atmosphere that communicates with the outside of the rotating device. It is an area.
  • the seal case 1 has a cylindrical shape that concentrically surrounds the rotating shaft 2 that protrudes horizontally from the housing 9 of the rotating device as shown in FIG. 1, and is attached to the rear end of the housing 9. Yes.
  • the rotary seal ring 3 is fixed to a rotary shaft 2 as shown in FIG. 1 via cylindrical fixing members 10 and 11.
  • the rotating sealing ring 3 is an annular body formed on a sealing end surface (hereinafter also referred to as “rotating side sealing end surface”) 3a having a rear end surface which is a smooth surface orthogonal to the axis.
  • the stationary seal ring 4 is axially connected to the inner peripheral portion of the seal case 1 via the first and second O-rings 12 and 13 while concentrically facing the rotary seal ring 3 as shown in FIG. It is held so that it can move in the direction.
  • the stationary seal ring 4 is an annular body composed of first, second, third and fourth annular portions 14, 15, 16, 17 having different outer diameters as shown in FIG.
  • the front end face of 14 is formed on a sealed end face (hereinafter also referred to as a “static side sealed end face”) 4a which is a smooth surface orthogonal to the axis.
  • the outer diameter D4 of the fourth annular portion 17 at the rearmost position following D3 and the rear position is set so that D1 ⁇ D2, D4 ⁇ D2 ⁇ D3.
  • the outer diameter D1 of the stationary side sealing end surface 4a is set smaller than the outer diameter of the rotating side sealing end surface 3a, and the inner diameter of the stationary side sealing end surface 4a is set larger than the inner diameter of the rotation side sealing end surface 3a.
  • the stationary seal ring 4 is prevented from rotating relative to the seal case 1 in a state that allows axial movement within a predetermined range by the engaging action of the drive pin 26 implanted in the seal case 1.
  • the first and second O-rings 12, 13 are inserted between the opposed peripheral surfaces of the stationary sealing ring 4 and the sealing case 1 as shown in FIG.
  • a secondary seal is provided between the stationary seal ring 4 and the seal case 1 while allowing the seal ring 4 to move forward and backward (in the axial direction) within a predetermined range. That is, the first O-ring 12 is loaded between the outer peripheral surface of the second annular portion 15 and the inner peripheral surface of the seal case 1, and the forward movement thereof also causes the outer peripheral surface force of the second annular portion 15 to be The first annular locking surface la formed on the inner peripheral portion of the seal case 1 is blocked in a range where it does not come off.
  • the second O-ring 13 is loaded between the outer peripheral surface of the fourth annular portion 17 and the inner peripheral surface of the seal case 1, and the rearward movement thereof deviates from the outer peripheral surface of the fourth annular portion 17. In the range, it is blocked by the second annular locking surface lb formed on the inner periphery of the seal case 1.
  • an annular communication space 18 closed by the first and second O-rings 12 and 13 is formed between the opposed peripheral surfaces of the stationary seal ring 4 and the seal case 1.
  • the opening force generating means 7 includes a series of seal gas passages 5 passing through the seal case 1 and the stationary seal ring 4 as shown in FIG. 1 and the pressure in the sealed fluid region H (hereinafter referred to as "sealed fluid pressure").
  • the seal gas passage 5 is an annular space formed between the opposed peripheral surfaces of the seal case 1 and the stationary seal ring 4 as shown in Fig. 12, and includes two O's interposed between the opposed peripheral surfaces.
  • the static pressure generating groove 22 is a shallow concave groove which is continuous or intermittent in a concentric ring shape with the stationary side sealing end face 4a, and the latter is adopted in this example. That is, the static pressure generating groove 22 is composed of a plurality of arc-shaped concave grooves 22a arranged concentrically with the stationary-side sealed end face 4a as shown in FIG.
  • each branch portion 23a is formed in each arc-shaped concave groove 22a constituting the static pressure generating groove 22 as shown in FIGS. Is open
  • the restrictor 24 has a restricting function such as an orifice, a capillary tube, a porous member, and the like, and is disposed in a portion of the hermetic ring-side passage 23 except for the branch portion 23a.
  • the throttle 24 can be disposed at an appropriate position in the seal gas passage 5. As will be described later, when the communication space 18 and the back pressure chamber 25 are used together, the communication space 18 in the seal gas passage 5 is used. It is arranged in the seal ring passage 23 on the further downstream side.
  • the seal gas supply device 20 includes a seal gas 6 having a pressure P1 higher than the sealed fluid pressure P from the seal gas supply pipe 19 connected to the upstream end of the case side passage 21, the case side passage 21, and the communication space 18. Then, the fluid is supplied to the static pressure generating groove 22 through the seal ring side passage 23 and the restrictor 24.
  • a gas that is harmless even if it flows into the regions H and L and does not adversely affect the sealed fluid (fluid in the sealed fluid region H) is selected as appropriate according to the sealing conditions. To do. In this example, clean nitrogen gas that is inert to various substances and harmless to the human body is used.
  • the seal gas 6 is normally supplied during operation of the rotating device (during driving of the rotating shaft 2), and the supply is stopped after the operation is stopped.
  • Rotating machine The operation of the vessel is started after the supply of the seal gas 6 is started and after the sealed end faces 3a and 4a are maintained in a proper non-contact state. This is performed after the operation of the rotating equipment is stopped and the rotating shaft 2 is completely stopped.
  • the pressure P1 of the sealing gas 6 is generally set or controlled so as to be higher than the sealed fluid pressure P by about 0.5 to 1.5 bar.
  • the seal gas 6 is supplied from the seal gas passage 5 between the seal end faces 3 a and 4 a, so that the stationary seal ring 4 is separated from the rotary seal ring 3.
  • An opening force is generated in the direction in which the sealing end faces 3a and 4a are opened.
  • the closure generating means 8 includes a back pressure chamber 25 as an annular space closed by two O-rings 12 and 13 between the opposed peripheral surfaces of the seal case 1 and the stationary seal ring 4 as shown in FIG. Then, a part of the seal gas 6 supplied to the seal gas passage 5 or a part of the seal gas 6 flowing in the seal gas passage 5 is introduced into the back pressure chamber 25, and the seal gas 6 is introduced into the stationary seal ring 4. It is configured to generate the closing force by applying a back pressure due to the above, and does not have a spring for generating the closing force unlike a conventional gas seal.
  • the communication space 18 that is a constituent part of the seal gas passage 5 as shown in FIG. 13 is also used as the back pressure chamber 25.
  • the sealing gas 6 is supplied to the back pressure chamber 25
  • the back pressure chamber 25 is transferred to the stationary sealing ring 4 (considering the influence of the sealed fluid pressure P in the case of DK D2).
  • the shape is such that a closing force acting in the direction of pressing, that is, the direction of closing the sealed end faces 3a, 4a acts.
  • the stationary sealing ring 4 includes a thrust force (first thrust force) F1 due to the sealed fluid pressure P acting on the front end face 4b of the second annular portion 15 as shown in FIG.
  • the sealing gas 6 introduced into the generating groove 22 generates an opening force that acts in the opening direction between the sealing end faces 3a and 4a. This opening force is due to the static pressure generated by the sealing gas 6 introduced between the sealing end faces 3a and 4a.
  • the sealing gas 6 introduced into the back pressure chamber 25, which is also used as the communication space 18, is a closing force that acts on the stationary sealing ring 4 in the direction of closing the sealing end faces 3a, 4a. The closing force of the magnitude to act acts.
  • the sealed end faces 3a and 4a are held in a non-contact state with an appropriate gap due to the balance between the opening force and the closing force. That is, the seal gas 6 introduced into the static pressure generating groove 22 forms a static pressure fluid film that balances the closing force between the sealed end faces 3a and 4a, and the presence of this fluid film causes the sealing end faces 3a and 4a to The inner and outer diameter side regions H and L are shielded and sealed.
  • the gap between the sealed end faces 3 a and 4 a is determined by the non-contact between the opening force and the closing force, as in the case of a conventional gas seal using a spring. It can be held in a non-contact state with an appropriate gap.
  • the gap is automatically adjusted even if the gap between the sealed end faces 3a and 4a changes. Is held properly. In other words, when the gap between the sealed end faces 3a and 4a becomes larger than the appropriate gap due to vibration of the rotating equipment, etc., the amount of seal gas flowing out from the static pressure generating groove 22 between the sealed end faces 3a and 4a and the restrictor 24 pass through. Therefore, the amount of seal gas supplied to the static pressure generating groove 22 becomes unbalanced, and the pressure in the static pressure generating groove 22 is low.
  • the gap between the sealing end faces 3a and 4a is changed to be small, and the gap is adjusted to an appropriate value.
  • the gap between the sealed end faces 3a and 4a becomes smaller than the appropriate gap, the pressure in the groove 22 increases due to the restriction function by the restrictor 24 as described above, and the opening force becomes the closing force.
  • the gap becomes larger and the gap between the sealed end faces 3a and 4a is changed to be larger, and the gap is adjusted to an appropriate one.
  • the first gas seal 101 is provided between the sealed end faces 3a and 4a in the same manner as the conventional gas seal using the spring as the closing means when the supply of the seal gas 6 is properly performed. Can be satisfactorily sealed in the sealed fluid region H while maintaining a non-contact state with an appropriate gap.
  • the first gas seal 101 is sealed during operation (or when operation is completely stopped at the V stage) due to a failure of the seal gas supply device 20 or the like, an operation error, or the like.
  • the problem described at the beginning does not occur! /.
  • the stationary sealing ring 4 has the sealing end surfaces 3a and 4a that do not displace the state force when the supply of the sealing gas 6 stops. It will be held in a non-contact state. As a result, the supply of the seal gas 6 stops unexpectedly, so that the sealed end faces 3a and 4a do not collide violently and are damaged or broken as described at the beginning.
  • the opening force and the closing force due to the sealing gas 6 are regenerated, and the sealed end surfaces 3a and 4a are maintained in an appropriate non-contact state.
  • the sealing end surfaces 3a and 4a may be opened more than necessary due to the opening force, and it may not be possible to restore a proper non-contact state.
  • the closing force by the seal gas 6 supplied to the back pressure chamber 25 without passing through the restrictor 24 is the opening force. It occurs before the occurrence of.
  • the second gas seal 102 is characterized in that the seal case 1 as shown in Fig. 2 has a double cylinder structure having an outer diameter cylinder part lc and an inner diameter cylinder part Id.
  • the outer diameter of the fourth annular portion 17 coincides with the outer diameter of the third annular portion 16
  • the second O-ring 13 is formed on the inner peripheral surface of the fourth annular portion 17 and the outer periphery of the inner diameter cylindrical portion Id. Except for the point that it is disposed between the first gas cylinder 101 and the first gas cylinder 101, the same function as the first gas cylinder 101 is exhibited.
  • the back surface of the stationary seal ring 4 (the rear end surface of the fourth annular portion 17) 4e can be used as a pressure receiving surface for generating the third thrust force F3 entirely. Due to the shape of the stationary seal ring 4, even when the first gas seal 101 cannot secure the closing force necessary to balance the opening force, it is possible to ensure a sufficient closing force. Thus, the shape of the back pressure chamber 25 that also serves as the communication space 18 can be changed as appropriate by devising the shape of the stationary seal ring 4 and the arrangement of the second O-ring 13.
  • the closing of the second gas seal 102 is a sealed fluid that acts on the front end surface 4b of the second annular portion 15 from the third thrust force F3 caused by the seal gas pressure P1 acting on the rear end surface 4e of the fourth annular portion 17.
  • the first thrust force F1 due to the pressure P and the first varnish thrust force F2 due to the seal gas pressure P1 acting on the front end face 4c of the third annular portion 16 are subtracted. However, when the outer diameters of the first and second annular portions 14 and 15 are the same, the first thrust force F1 is not generated.
  • first and second gas seals 101 and 102 are configured such that the back pressure chamber 25 is also used as the communication space 18.
  • the third gas seal 103 is not used as both 18, 25. It's easy to do that.
  • first, second, and third O-rings 12, 13, and 28 are provided between the opposed peripheral surfaces of the seal case 1 and the stationary seal ring 4 as shown in FIGS.
  • the communication air of the seal gas passage 5 that is disposed and is closed by the first and second O-rings 12, 13 between the opposed peripheral surfaces. 18 and a back pressure chamber 25 closed by the second and third O-rings 13 and 28 are defined, and a part of the seal gas 6 supplied from the seal gas supply passage 19 to the seal gas passage 5 is back-pressured. It is configured to be introduced into the chamber 25, and has the same structure as the first gas seal 101 except that this point and the seal case 1 have a double cylinder structure similar to the second gas seal 102.
  • the stationary seal ring 4 is formed in a shape in which the outer diameter of the fourth annular portion 17 matches the outer diameter of the second annular portion 15, and the first and second O-rings 12, 13 are made the second and second Load between the outer peripheral surface of the four annular parts 15, 1 7 and the outer peripheral cylinder part lc of the seal case 1 and the third O-ring 28 with the inner peripheral surface of the fourth annular part 17 and the seal case.
  • the communication space 18 and the back pressure chamber 25 are separated from each other by a second O-ring 13 so as to be separated from the outer peripheral surface of the inner diameter cylindrical portion Id.
  • a closing gas passage 5 a that communicates with the back pressure chamber 25 independently of the sealing gas passage 5 is formed in the seal case 1, and the sealing gas supply passage 19
  • the branched closing gas supply passage 19a is connected to the closing gas passage 5a, and a part of the sealing gas 6 supplied from the sealing gas supply passage 19 to the sealing gas passage 5 is closed.
  • a closing force that balances the opening force is generated in the same manner as the first and second gas seals 101 and 102.
  • the closing of the third gas seal 103 is the sealed fluid pressure acting on the front end face 4b of the second annular portion 15 from the third thrust force F3 due to the seal gas pressure P1 acting on the rear end face 4e of the fourth annular portion 17
  • the first thrust force F1 due to P is subtracted and the result is obtained, and the thrust force is not generated by the seal gas 6 introduced into the communication space 18.
  • the outer diameters of the first and second annular portions 14, 15 are the same, the first thrust force F1 is not generated.
  • the fourth gas seal 104 is loaded with the fourth O-ring 33 at the first O-ring loading position in the second gas seal 102 as shown in FIG.
  • a pressure holding chamber 30 is formed, and a seal gas introduction path 32 in which the pressure holding chamber 30 and the back pressure chamber 25 serving as the communication space 18 are communicated with the stationary seal ring 4 and the restrictor 31 is disposed. Except for the points formed, it has the same structure as the second gas seal 102.
  • the restrictor 31 has a function of restricting orifices, capillaries, porous members, etc., like the restrictor 24 disposed in the seal gas passage 5.
  • the seal gas 6 is introduced into the pressure holding chamber 30 from the back pressure chamber 25 that also serves as the communication space 18 through the seal gas introduction path 32 and is introduced into the pressure holding chamber 30.
  • the thrust gas in the direction separating the stationary seal ring 4 from the rotary seal ring 3 is generated by the seal gas 6. This thrust force is due to the seal gas pressure P1 acting on the front end face 4c of the third annular portion 15, and is functionally equivalent to the first varnish thrust force F2 when the seal gas 3 is supplied.
  • a communication space 18 closed by the first and second O-rings 12 and 13 is formed between the inner peripheral surface of the fourth annular portion 16 and the outer peripheral surface of the inner diameter cylindrical portion lc of the seal case 1.
  • a back pressure chamber 25 closed by the second and third O-rings 12 and 28 is formed, the closing generation means 8 is configured in the same manner as the third gas seal 103, and the pressure holding chamber 30 is the restrictor 31.
  • the communication space 18 is communicated by a seal gas introduction path 32 having Even in the case of the powerful structure, as in the case of the fourth gas seal 104, when the supply of the seal gas 6 is stopped, the seal gas pressure P1 remaining in the pressure holding chamber 30 causes the stationary seal ring 4 to move in the direction of the rotational seal ring. A resistance force is generated to prevent the stationary seal ring 4 from moving in the direction of the rotating seal ring when the supply of the seal gas 6 is stopped.
  • the fifth gas seal 105 may be communicated with the back pressure chamber 25 via the restrictor 31 and the seal gas introduction path 32.
  • the sixth, seventh, eighth and ninth gas seals 106, 107, 108, 109 are connected to the stationary seal ring 4 from the rotary seal ring 3 between the seal case 1 and the stationary seal ring 4. It is configured to prevent sudden movement of the stationary seal ring 4 in the direction of the rotary seal ring when the supply of the seal gas 6 is stopped by interposing elastic members 34, 35 energizing in the direction of separation. is there.
  • the sixth or seventh gas seals 106 and 107 separate the stationary seal ring 4 from the rotary seal ring 3 between the seal case 1 and the stationary seal ring 4 as shown in FIG. 6 or FIG.
  • the spring 34 which is an elastic member urging in the direction
  • the urging force of the spring 34 suddenly moves the stationary seal ring 4 in the direction of the rotary seal ring. It is configured to prevent unwanted movement.
  • the urging force by the spring 34 is necessary to prevent sudden movement of the stationary seal ring 4 when the opening force by the opening force generating means 7 and the closing force by the closing force generating means 8 disappear. And set enough Needless to say, the balance between the opening force and the closing force for maintaining a proper non-contact state between the sealed end faces 3a and 4a should not be impaired.
  • the eighth or ninth gas seal 108, 109 is a seal case 1 as shown in FIG. 8 or FIG. 9 (in the eighth gas seal 108, it is an inner diameter cylindrical portion Id, and the ninth gas seal 108 109 is the outer diameter cylinder part lc) and the stationary seal ring 4 is provided with an O-ring 35, which is an elastic member that urges the stationary seal ring 4 away from the rotary seal ring 3.
  • the urging force (elastic deformation in the axial direction) by the O-ring 35 is used to prevent the stationary seal ring 4 from moving suddenly in the direction of the rotary seal ring. It is configured as follows.
  • the O-ring 35 is also used as the first O-ring 12 for sealing the back pressure chamber 25 that also serves as the communication space 18. Further, the urging force by the O-ring 35 can prevent the stationary seal ring 4 from moving suddenly when the opening force by the opening force generating means 7 and the closing force by the closing force generating means 8 disappear. Needless to say, it should be set to be necessary and sufficient, and it should not impair the balance between the opening force and the closing force for keeping the sealed end faces 3a and 4a in a proper non-contact state.
  • the sealing gas pressure P1 acting on the back pressure chamber 25 may be opened. Force that may be necessary and sufficient to balance with force may not be secured Force in this case, a closing force by sealed fluid pressure P such as the tenth gas seal 110 may be added.
  • the tenth gas seal 110 is closed by two O-rings 28 and 36 between the opposed peripheral surfaces of the inner diameter cylindrical portion Id of the seal case 1 and the stationary seal ring 4 as shown in FIG.
  • An auxiliary back pressure chamber 37 that is separated from the back pressure chamber 25 is formed, and a through hole 38 that connects the sealed fluid region H and the auxiliary back pressure chamber 37 is formed in the stationary sealing ring 4,
  • a sealing force that presses the stationary seal ring 4 to the rotary seal ring 3 is generated by the sealed fluid pressure P introduced into the auxiliary back pressure chamber 37.
  • the tenth gas seal 110 has the same structure as the third gas seal 103 except that the auxiliary back pressure chamber 37 and the through hole 38 are provided.
  • the above-mentioned fears can be effectively eliminated by providing elastic rods 34, 35 such as sixth, seventh, eighth or ninth gas cylinders 106, 107, 108, 109. be able to.
  • the eleventh gas seal 111 is an example.
  • the ⁇ -gas seal 111 is separated from the rotary seal ring 3 between the seal case 1 and the static seal ring 4 in the same manner as the sixth gas seal 106 shown in FIG.
  • the structure is the same as that of the tenth gas seal 110 except that a spring 34 urging in the direction is provided.
  • the opening force generating means 7 is sealed between the sealed end faces 3a, 4a by the seal gas 6.
  • the twelfth gas seal 112 is an example of a composite non-contact gas seal configured to generate such an opening force due to static pressure and dynamic pressure. That is, the twelfth gas seal 112 has a dynamic pressure generating groove 41 formed on the rotation-side sealed end face 3a as shown in FIG. 12, and the dynamic pressure generating groove 41 moves between the sealed end faces 3a and 4a. It is devised to generate an opening due to pressure. Except for this point, it has the same structure as the first gas seal 101.
  • the shape of the dynamic pressure generating groove 41 can be appropriately set according to the sealing conditions and the like.
  • the dynamic pressure generating groove 41 is formed on the rotation-side sealing end surface 3a as shown in FIG. Force of the part facing the static pressure generating groove 22
  • the first group portion 42a extending in an inclined direction in the outer diameter direction and in the direction opposite to the rotation direction (direction i) of the rotary seal ring 3 and the inner diameter direction and rotary seal ring 3
  • a plurality of groups 42 composed of second group portions 42b extending in a slanting direction in the direction opposite to the rotational direction (i direction) is configured in parallel with the circumferential direction of the sealed end surface 3a.
  • Each group 42 is a groove having a constant depth of 1 to: L0 m, its outermost diameter side end (outer diameter side end of the first group portion 42a) and innermost diameter side end (second group).
  • the end portion on the inner diameter side of the portion 42b) is located in the overlapping region of the both sealed end faces 3a and 4a. That is, the inner and outer diameters e and f of the dynamic pressure generating groove 41 as shown in Fig.
  • the inner diameter of the side sealing end face 3a) and the outer diameter b of the static pressure generating groove 22 (arc-shaped concave groove 22a) and its inner diameter c are within the range where b ⁇ f ⁇ a, d ⁇ e ⁇ c. It is set appropriately. In this example, 0.5 ⁇ (fb) / (ab) ⁇ 0.9 or 0.5 ⁇ (c-e) / (c-d) ⁇ 0.9 is set to be satisfied. .
  • Each group 42 has a substantially square shape in which the first group portion 42a and the second group portion 42b coincide with each other at the base end as shown in FIG. As shown in the figure, the base end portions of the first group portion 42a and the second group portion 42b have a zigzag shape that lies in the circumferential direction.
  • the twelfth gas seal 112 which is such a composite non-contact gas seal
  • dynamic pressure is generated by the dynamic pressure generating groove 41 in addition to the static pressure by the seal gas 6 between the sealed end faces 3a and 4a.
  • the static force and the dynamic pressure generate an opening force for keeping the sealed end surfaces 3a and 4a in a non-contact state. Accordingly, even when a situation occurs in which the sealed end faces 3a and 4a cannot be held in an appropriate non-contact state depending on the static pressure by the seal gas 6, the proper non-contact state can be maintained by the dynamic pressure.
  • the required supply amount of the seal gas 6 can be reduced by the static pressure of the seal gas 6.
  • the dynamic pressure generating groove 41 is open outside the overlapping region of the sealed end faces 3a and 4a, the innermost end and the outermost end of each group 42 are sealed end faces 3a and 4a. In addition to functioning as a weir for the seal gas 6 introduced between them, it acts to narrow the leakage gap formed between the sealed end faces 3a and 4a.
  • the leakage amount of the seal gas 6 introduced between the sealed end faces 3a and 4a into the sealed fluid region H is suppressed, and the trapping characteristic of the seal gas 6 by the dynamic pressure generating groove 41 becomes extremely good. . Therefore, the consumption of the seal gas 6 can be reduced, and even if there are particles accompanying the seal gas 6, the intrusion can be suppressed as much as possible.
  • dynamic pressure is generated even if the rotary sealing ring 3 rotates in either the forward rotation direction or the reverse rotation direction in the dynamic pressure generating groove 41. It may be a shape that can be used.
  • the shape of the dynamic pressure generating groove 41 can be arbitrarily set according to the sealing conditions and the like, and various shapes of the conventional force have been proposed.
  • a dynamic pressure generating groove unit composed of a first dynamic pressure generating groove and a second dynamic pressure generating groove, which are arranged in the radial direction and symmetrical with respect to the diameter line, is predetermined in the circumferential direction on the rotary side sealing end surface 3a.
  • the configuration is such that dynamic pressure is generated by the second dynamic pressure generating groove.
  • the first and second dynamic pressure generating grooves for example, L-shaped grooves having a constant groove depth and groove width can be employed.
  • the static pressure type non-contact gas seal of the present invention is a rotating device (for example, a substrate using a rotating table (semiconductor wafer, substrate of an electronic device) that requires advanced anti-contamination measures such as semiconductor related devices. , A liquid crystal substrate, a photomask, a glass substrate, etc.) A force that can be suitably used as a sealing device of a processing apparatus that performs a cleaning process, etc.)
  • a thirteenth gas seal 113 is a rotary table as shown in FIG.
  • a processing region H which is a sealed fluid region where the rotary table 202 is disposed and a region L in the plastic cover 204 which is a non-sealing fluid region. It is a sealing device for a processing device provided to shield the gap
  • the driving unit 203 of the rotary table 202 as shown in FIG. 18 is covered with a cylindrical plastic cover 204, and a semiconductor wafer, an electronic device substrate, a liquid crystal substrate, and a photomask.
  • the drive unit 203 is connected to the rotary table 202 and extends in the vertical direction.
  • the bearing 203 supports the rotary shaft 203a in a rotatable manner, the drive means for the rotary shaft 203a, and the cover inner region.
  • a support machine frame 203b supported by L is provided, and the rotary table 202 is driven to rotate.
  • the turntable 202 is made of silicon carbide, and has a shape of a rotating body such as a disc disposed horizontally in the processing region H.
  • the plastic cover 204 has a cylindrical shape with a top opening formed integrally with a chemical-resistant plastic (in this example, PTFE is used) as shown in FIG. 1, and is disposed on the lower surface side of the rotary table 202.
  • An appropriate labyrinth seal 205 as shown in FIG. 18 can be provided between the rotary table 202 and the plastic cover 204 as needed.
  • the thirteenth gas seal 113 is arranged in a plastic cover 204 as shown in FIG. 18, and is attached to the cylindrical seal case 1 attached to the support machine frame 203b of the drive unit 203.
  • the rotary seal ring 3 fixed to the rotary table 202 as a rolling member, and the stationary seal ring held axially movable (movable in the front-rear direction) while concentrically facing the rotary seal ring 3 and facing the seal case 1 4 and a series of seal gas passages 5 penetrating the seal case 1 and the stationary seal ring 4, by supplying a seal gas 6 between the seal end faces 3a and 4a which are the opposite end faces of the seal rings 3 and 4, respectively.
  • An opening force generating means 7 for generating an opening force acting on the ring 4 in the direction to open the space between the sealed end faces 3a and 4a, and a direction to close the space between the sealed end faces 3a and 4a on the stationary seal ring 4.
  • a closure generating means 8 for generating an operating closure, and the process H, which is the outer peripheral side region of the sealed end faces 3a, 4a, and the inside thereof, while keeping the sealed end faces 3a, 4a in a non-contact state. It is configured to shield and seal the in-cover region L, which is the peripheral region, and has the same structure as the first gas seal 101 except for the points described below. Note that the same components as those of the first gas seal 101 are denoted by the same reference numerals in FIG. 18, and detailed description thereof will be omitted.
  • the seal case 1 is made of a metal made of a cylindrical upper sealing ring holding portion 61 and an annular mounting portion 63 in which the lower end portion force of the lower sealing ring holding portion 62 projects inward.
  • the lower sealing ring holding part 62 and the attaching part 63 are an integral structure, and the upper sealing ring holding part 61 and the upper sealing ring holding part 61 are separate structures and are connected by an appropriate connector.
  • the seal case 1 has its lower end (the lower end of the lower sealing ring holding portion 62) abutted with the cover step 204a and its outer peripheral portion (the outer periphery of the upper and lower sealing ring holding portion 61) is placed on the upper end side of the plastic cover 204. It is attached to the support machine frame 203b via the mounting part 63 in a state where it is in close contact with the inner peripheral part (inner peripheral part above the cover step part 204a) via the O-ring 206 made of fluoro rubber. .
  • the rotary seal ring 3 is an annular body formed of a material (for example, silicon carbide) harder than the constituent material (for example, carbon) of the stationary seal ring 4, and a rotary table as shown in FIG.
  • the lower surface of 202 is fixed concentrically with the rotating shaft 203a.
  • the lower end face of the rotary seal ring 3 is a sealed end face (rotary side seal end face) 3a which is a smooth annular face.
  • the stationary seal ring 4 is axially connected to the inner peripheral portion of the seal case 1 via the first and second O-rings 12 and 13 in a state of being concentrically opposed to the rotary seal ring 3 as shown in FIG. It is held so that it can move in the direction (movable in the vertical direction).
  • the stationary seal ring 4 has the same structure as that of the first gas seal 101, and the first, second, third and fourth annular portions 14, 14 having different outer diameters as shown in FIG.
  • the upper end surface of the first annular portion 14 is formed as a sealed end surface (stationary side sealed end surface) 4a which is a smooth surface orthogonal to the axis.
  • the stationary seal ring 4 prevents relative rotation with respect to the seal case 1 while allowing axial movement within a predetermined range by the engaging action of the drive pins 26 installed in the mounting portion 63 of the seal case 1. Being sung.
  • the first and second O-rings 12, 13 were appropriately compressed between the opposed peripheral surfaces of the stationary seal ring 4 and the upper and lower seal ring holding portions 61, 62 of the seal case 1 as shown in FIG.
  • the secondary seal is provided between the stationary seal ring 4 and the seal case 1 while allowing the vertical movement (axial movement) of the stationary seal ring 4 within a predetermined range.
  • an annular communication space 18 closed by the first and second O-rings 12 and 13 is formed.
  • the opening force generating means 7 includes a series of seal gas passages 5 penetrating the seal case 1 and the stationary seal ring 4, and pressure in the processing region H. Force (sealed fluid pressure)
  • the seal gas supply device 20 supplies the seal gas 6 having a predetermined pressure PI (> P) higher than P from the seal gas supply passage 19 to the seal gas passage 5.
  • the seal gas passage 5 is an annular space formed between the opposed peripheral surfaces of the seal case 1 and the stationary seal ring 4 as shown in FIG.
  • the case-side passage 21 includes a first gas passage 21a that penetrates the lower sealing ring holding portion 62 in the axial direction as shown in FIG. 18, and an upper sealing ring holding portion 61 from its lower end portion to its inner peripheral portion. It consists of a second gas passage 21b that penetrates.
  • the upper end of the first gas passage 21a and the lower end of the second gas passage 21b are connected to each other in a state where they are sealed by a fluororubber O-ring 21c interposed between the upper and lower sealing ring holding portions 61 and 62. Has been.
  • the upper end (downstream end) of the second gas passage 21b is in communication with the communication space 18.
  • the seal gas supply path 19 includes a first supply path 19a formed in a plastic cover 204 as shown in FIG. 18, and a second supply path 19b connecting the seal gas supply apparatus 20 to the first supply path 19a.
  • the first supply channel 19a penetrates the plastic cover 204 in the vertical direction (the axial direction of the plastic cover 204), and opens the upper end portion (downstream end) of the cover step portion 204a and the lower end portion (upstream end portion). ) Is connected to the second supply path 19b.
  • a coating layer made of a chemical resistant plastic such as PFA or PTFE is formed on the surface of the seal case 1 and the inner surface of the case side passage 21.
  • the closure generating means 8 is closed by two O-rings 12 and 13 between the opposed peripheral surfaces of the seal case 1 and the stationary seal ring 4.
  • a back pressure chamber 25 that is also used as the communication space 18 is formed, and a part of the seal gas 6 supplied to the seal gas passage 5 or a part of the seal gas 6 flowing in the seal gas passage 5 is formed in the back pressure chamber 25.
  • the closed force is generated by applying a back pressure by the seal gas 6 to the stationary seal ring 4.
  • the thirteenth gas seal 113 configured as described above, a sealing function similar to that of the first gas seal 101 is exhibited, and the processing region H and the in-cover region L are completely blocked. It will be different.
  • both the sealing end surfaces 3a and 4a are held in a non-contact state by the sealing gas 6, particles such as abrasion powder due to the contact between the sealing end surfaces 3a and 4a are not generated. Accordingly, dust generated in the cover inner region L does not enter the processing region H, and the processing region H is kept clean. On the contrary, the processing residue generated in the processing region H does not enter the cover inner region L, and the drive system of the rotating shaft 2a does not cause trouble.
  • the rotary table 202 is arranged. Between the processing area H and the in-cover area L in which the driving means of the rotating shaft 203a and the like are disposed. It is possible to maintain a clean atmosphere in which generation of ions is completely prevented, to perform good processing such as substrate cleaning, and to realize a high level of contamination prevention measures.
  • the cleaning liquid residue generated in the processing area H can be used in the processing area H, and problems such as leakage of harmful substances leaking into the cover inner area L and adversely affecting the drive system of the rotary shaft 203a can be eliminated. .
  • the case side passage 21 and the first supply passage 19a are arranged in a first manner as indicated by a chain line in FIG.
  • the downstream end of the supply passage 19a is opened to the inner peripheral surface of the plastic cover 204, and the case side passage 21 is formed in the upper sealing ring holding portion 61 so as to penetrate in the radial direction.
  • the static pressure type non-contact gas seal of the present invention includes the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh, 12th and 13th gas seals 1 01, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113 Improvements and modifications can be made as appropriate without departing from the scope.
  • a seal device between both regions H and L is a tenth structure having the same structure as the first gas seal 101.

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Abstract

本発明は、シールガス６の密封端面３ａ，４ａ間への供給が不測に停止した場合にも、密封端面３ａ，４ａ同士が激しく衝突して密封端面３ａ，４ａが損傷，破損するようなことがなく、安全に使用することができる静圧形ノンコクタクトガスシールを提供する。この静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、密封端面３ａ，４ａ間にシールガス通路５からシールガス６を供給することにより、静止密封環４に密封端面３ａ，４ａ間を開く方向に作用する開力が発生する。シールケース１と静止密封環４との対向周面間に２つのＯリング１２，１３により閉塞された環状空間たる背圧室２５を形成して、この背圧室２５にシールガス通路５に供給されるシールガス６を導入させることにより、静止密封環４に作用する背圧として前記開力とバランスする閉力を発生させる。閉力発生させる手段としてスプリングは使用しない。

Description

明 細 書
静圧形ノンコンタクトガスシール
技術分野
[0001] 本発明は、毒性ガス，可燃性ガス，爆発性ガス，粉体混入ガス等の各種ガスを扱う タービン，ブロワ，コンプレッサ，攪拌機，ロータリバルブ等の回転機器において好適 に使用される静圧形ノンコンタクトガスシールに関するものである。
背景技術
[0002] 従来の静圧形ノンコンタクトガスシールとして、筒状のシールケースと、これを貫通 する回転軸に固定された回転密封環と、シールケースの内周部に回転密封環と対向 する状態で軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、シールケース及び静止 密封環を貫通する一連のシールガス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することにより、静止密封環に密封端面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と、シールケースと静止密封環との間に介装さ れたスプリングによる附勢力によって、静止密封環に密封端面間を閉じる方向に作 用する閉カを発生させる閉カ発生手段と、を具備して、静止密封環の外周面におけ る被密封流体領域に臨む部分であって密封端面を除く部分に作用する被密封流体 の圧力によって静止密封環に密封端面間を開く方向に作用する開力と開力発生手 段による開力と閉カ発生手段による閉カとがバランスすることにより、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ものが知られている（例えば、特許文献 1 参照)。
[0003] すなわち、力かる構成の静圧形ノンコンタクトガスシール (以下「従来ガスシール」と いう）にあって、密封端面間は、密封端面間を開く方向に作用する開力 (密封端面間 に導入されたシールガスの圧力（静圧）によるもの（静止密封環の形状等によっては 、更に、静止密封環の外周面における被密封流体領域に臨む部分であって密封端 面を除く部分に作用する被密封流体の圧力によるもの)）と密封端面間を閉じる方向 に作用する閉カ（静止密封環を回転密封環に向けて押圧附勢するスプリングによる もの）とがバランスする非接触状態に保持される。ここに、密封端面間に導入されるシ ールガスの圧力は被密封流体領域の圧力に応じてこれより高く設定されており、閉 力を決定するスプリングのパネ力（スプリング荷重）は、密封端面間の隙間が適正（一 般に、 5〜15 /ζ πιである）となるように、シールガスの圧力に応じて設定される。
[0004] 而して、従来ガスシールは、密封端面間をこれに被密封流体による動圧を発生させ ることにより非接触状態に保持するようにした動圧形ノンコンタクトガスシールと同様 に、密封端面間を非接触状態に保持させて、密封端面の焼き付きを生じることなぐ 被密封流体を長期に亘つて良好にシールすることができるものである。し力も、従来 ガスシールは、動圧形ノンコンタクトガスシールによってはシールすることができな ヽ ガスに対しても、これを良好にシールすることができるものであり、動圧形ノンコンタク トガスシールに比して広範な用途に供しうるものである。すなわち、動圧形ノンコンタ タトガスシールは、周知のように、相対回転する密封端面の一方に動圧発生溝を形 成して、この動圧発生溝の作用により密封端面間に被密封流体による動圧を発生さ せて、密封端面間を非接触状態に保持するものであり、基本的には被密封流体が密 封端面間から機外に漏洩することを許容するものである。したがって、被密封流体が 毒性ガス，可燃性ガス，爆発性ガス等のように外部に漏洩することを許容しない性状 のものである場合には、動圧形ノンコンタクトガスシールは使用することができない。 これに対して、静圧形ノンコンタクトガスシールである従来ガスシールでは、シールガ スが密封端面間力も被密封流体領域 (及び非密封流体領域)へと噴出することにより 、被密封流体の漏洩を完全に阻止する構造となっているから、漏洩することが許容さ れない毒性ガス，可燃性ガス，爆発性ガス等のようなガスを扱う回転機器においても 好適に使用することができる。
[0005] 特許文献 1 :特開 2000— 329238公報（図 1)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] しかし、従来ガスシールにあっては、これが装備された回転機器の運転中（回転軸 の駆動中）にシールガスの密封端面間への供給が何らかの事情 (シールガス供給系 統のトラブルや操作ミス等）により停止した場合、次のような問題が生じる。
[0007] すなわち、従来ガスシールでは、閉カ発生手段としてスプリングを使用しているため 、スプリングによる閉カは常時作用することになる。したがって、上記のように不測に シールガスの供給が停止して、シールガスによる開力が消滅すると、静止密封環がス プリングの附勢力（閉力）によって回転密封環へと急激に移動されて、回転密封環に 激しく衝突することになる。その結果、密封端面が損傷，破損する虞れがある。かかる 問題は、特に、被密封流体の圧力が高い高圧条件下においては顕著となる。すなわ ち、高圧条件下では、シールガスの圧力を被密封流体の圧力に応じて高くしておく 必要があることから、シールガスによる開力とバランスさせるスプリング荷重も当然に 高くしておかざるを得ない。したがって、シールガスの供給停止時には、静止密封環 が回転密封環に極めて激しく衝突して、密封端面の損傷，破損の程度がより大きくな る。
[0008] 本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、シールガスの密封端面間への供 給が不測に停止した場合にも、密封端面同士が激しく衝突して密封端面が損傷，破 損するようなことがなぐ安全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。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、筒状のシールケースと、回転軸等の回転部材に固定された回転密封環 と、シールケースの内周部に回転密封環と同心をなして対向する状態で軸線方向移 動可能に保持された静止密封環と、シールケース及び静止密封環を貫通する一連 のシールガス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 することにより、静止密封環に密封端面間を開く方向に作用する開力を発生させる開 力発生手段と、静止密封環に密封端面間を閉じる方向に作用する閉カを発生させる 閉カ発生手段とを具備して、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 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ベぐ特に、閉カ発生手段を、従来ガスシールのようにス プリングを使用したものとせず、シールケースと静止密封環との対向周面間に 2つの Oリングにより閉塞された環状空間たる背圧室を形成し、この背圧室にシールガス通 路に供給されるシールガスの一部又はシールガス通路を流動するシールガスの一部 を導入させることにより、静止密封環に作用するシールガスによる背圧として前記閉 力を発生させるように構成しておくことを提案するものである。
力かる静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、シールガス通路が、シールケー スと静止密封環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 介装した 2つの Oリングにより閉塞された連通空間と、シールケースを貫通して、上流 端をシールガス供給路に接続すると共に下流端を連通空間に開口するケース側通 路と、静止密封環の密封端面に形成された静圧発生溝と、静止密封環を貫通して、 上流端を連通空間に開口すると共に下流端を静圧発生溝に開口する密封環側通路 と、密封環側通路に配設した絞り器とを具備することが好ましい。背圧室は、シール ガス通路の連通空間として兼用することができる。兼用しない場合には、シールケー スと静止密封環との対向周面間に第一、第二及び第三 Oリングを配設して、当該対 向周面間に第一及び第二 Oリングにより閉塞されるシールガス通路の連通空間と第 二及び第三 Oリングにより閉塞される背圧室とを形成し、シールガス供給路力 シー ルガス通路に供給されるシールガスの一部を背圧室に導入させるように構成しておく ことが好ましい。また、シールケースと静止密封環との対向周面間に、二つの Oリング により閉塞され且つ背圧室と区画された補助背圧室を形成すると共に、静止密封環 に被密封流体領域と補助背圧室とを連通する貫通孔を形成して、貫通孔から補助背 圧室に導入された被密封流体の圧力により静止密封環を回転密封環へと押圧する 閉力が発生されるように構成しておくことが好ましい。また、シールケースと静止密封 環との間に、静止密封環を回転密封環力 離間する方向へと附勢する弾性部材を 介装して、シールガスの供給停止時における静止密封環の回転密封環方向への急 激な移動を阻止するように構成しておくことも好ましい。弾性部材としては、スプリング 又は Oリングが好適する。このような弾性部材を設けない場合には、シールケースと 静止密封環との対向周面間に、シールガスを導入することによって静止密封環の回 転密封環方向への移動を阻止する抵抗力を発生させる保圧室を形成すると共に、静 止密封環に、保圧室と背圧室又は連通空間とを連通し且つ絞り器を配設したシール ガス導入路を形成して、シールガスの供給停止時における静止密封環の回転密封 環方向への急激な移動を阻止するように構成しておくことが好ましい。さらに、回転密 封環の密封端面に動圧発生溝を形成して、密封端面間にシールガスによる静圧に 加えて動圧発生溝による動圧を作用させるように構成しておくことも可能である。 発明の効果
[0011] 本発明の静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、閉カ発生手段としてスプリン グを使用せず、密封端面間へのシールガス供給系統力も導 、たシールガスによる背 圧を閉力として機能させるようにしているから、シールガスの供給が何らかの原因によ り不測に停止した場合、開力発生手段による開力及び閉カ発生手段による閉力が共 に消失することから、密封端面同士が激しく衝突するようなことがなぐ密封端面が損 傷，破損するようなことがない。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]第一ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 2]第二ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 3]第三ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 4]第四ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 5]第五ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 6]第六ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 7]第七ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 8]第八ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 9]第九ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 10]第十ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 11]第十一ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 12]第十二ガスシールを示す縦断側面図である。
[図 13]第一ガスシールの要部を拡大して示す縦断側面図である。
[図 14]第一ガスシールの静止密封環を示す正面図である。
[図 15]第三ガスシールの要部を拡大して示す縦断側面図である。
[図 16]第十二ガスシールの要部を拡大して示す縦断側面図である。
[図 17]第十二ガスシールの回転密封環を示す半截の正面図である。
[図 18]第十三ガスシールを示す縦断側面図である。
符号の説明 シールケース 回転軸（回転部材） 回転密封環
a 回転密封環の密封端面 静止密封環
a 静止密封環の密封端面 シーノレガス通路 シールガス
開力発生手段 閉カ発生手段
2 第一 Oリング
3 第二 Oリング
8 連通空間
9 シールガス供給路0 シールガス供給装置1 ケース側通路
2 静圧発生溝
3 密封環側通路
4 絞り器
5 背圧室
8 第三 oリング
0 保圧室
1 絞り器
2 シールガス導入路4 スプリング (弾性部材）5 oリング (弾性部材）7 補助背圧室 41 動圧発生溝
101 第一ガスシ -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
102 第二ガスシ -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
103 第三ガスシ -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
104 第四ガスシ -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
105 第五ガスシ -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
106 第六ガスシ- -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
107 第七ガスシ -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
108 第八ガスシ -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
109 第九ガスシ- -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
110 第十ガスシ -ル（静圧形ノンコンタクトガスシ- -ル）
111 第 ^—ガスシール (静圧形ノンコンタクトガスシール)
112 第十二ガスシール (静圧形ノンコンタクトガスシール)
113 第十三ガスシール (静圧形ノンコンタクトガスシール)
202 回転テーブル（回転部材）
H 被密封流体領域
L 非密封流体領域
発明を実施するための最良の形態
図 1〜図 12及び図 18は、夫々、本発明の静圧形ノンコンタクトガスシールを示した 縦断側面図であり、以下、図 1に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第一ガスシ ール 101」といい、図 2に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第二ガスシール 10 2」と! 、、図 3に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第三ガスシール 103」 t ヽ 、図 4に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第四ガスシール 104」といい、図 5に 示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第五ガスシール 105」といい、図 6に示す静 圧形ノンコンタクトガスシールを「第六ガスシール 106」といい、図 7に示す静圧形ノン コンタクトガスシールを「第七ガスシール 107」といい、図 8に示す静圧形ノンコンタクト ガスシールを「第八ガスシール 108」といい、図 9に示す静圧形ノンコンタクトガスシー ルを「第九ガスシール 109」といい、図 10に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「 第十ガスシール l io」といい、図 11に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第 ^— ガスシール 111」といい、図 12に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第十二ガス シール 112」と!、 、、図 18に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第十三ガスシー ル 113」という。また、図 13は第一ガスシール 101の要部を拡大して示す縦断側面図 であり、図 14は当該ガスシール 101における静止密封環の正面図であり、図 15は第 三ガスシール 103の要部を拡大して示す縦断側面図であり、図 16は第十二ガスシー ル 112の要部を拡大して示す縦断側面図であり、図 17は当該ガスシール 112にお ける回転密封環の正面図である。なお、以下の説明においては、便宜上、前後とは 図 1〜図 12における左右をいうものとし、上下とは図 18における上下をいうものとす る。
[0015] 第一ガスシール 101は、図 1に示す如ぐシールケース 1と、回転部材たる回転軸 2 に固定された回転密封環 3と、シールケース 1に回転密封環 3と対向する状態で軸線 方向移動可能 (前後方向移動可能）に保持された静止密封環 4と、シールケース 1及 び静止密封環 4を貫通する一連のシールガス通路 5から両密封環 3, 4の対向端面 である密封端面 3a, 4a間にシールガス 6を供給することにより、静止密封環 4に密封 端面 3a, 4a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 7と、静止密封 環 4に密封端面 3a, 4a間を閉じる方向に作用する閉カを発生させる閉カ発生手段 8 とを具備して、密封端面 3a, 4a間を非接触状態に保持させつつ、密封端面 3a, 4a の外周側領域である被密封流体領域 Hとその内周側領域である非密封流体領域 L とを遮蔽シールするように構成されている。なお、この例では、被密封流体領域 Hは 第一ガスシール 101が装置された回転機器の機内に連通する高圧ガス領域であり、 非密封流体領域 Lは当該回転機器の機外に連通する大気領域である。
[0016] シールケース 1は、図 1に示す如ぐ回転機器のハウジング 9から水平に突出する回 転軸 2を同心状に囲繞する円筒形状のもので、ハウジング 9の後端部に取り付けられ ている。
[0017] 回転密封環 3は、図 1に示す如ぐ回転軸 2に円筒状の固定部材 10, 11を介して 固定されている。回転密封環 3は、後端面を軸線に直交する平滑面とする密封端面（ 以下「回転側密封端面」ともいう） 3aに形成した円環状体である。 [0018] 静止密封環 4は、図 1に示す如ぐ回転密封環 3に同心をなして対向した状態でシ ールケース 1の内周部に第一及び第二 Oリング 12, 13を介して軸線方向移動可能 に保持されている。静止密封環 4は、図 13に示す如ぐ外径を異にする第一、第二、 第三及び第四環状部分 14, 15, 16, 17からなる円環状体であり、第一環状部分 14 の前端面は軸線に直交する平滑面とされた密封端面 (以下「静止側密封端面」とも!ヽ う） 4aに形成されて ヽる。最前位の第一環状部分 14の外径 (静止側密封端面 4aの 外径) Dl、その後位に連なる第二環状部分 15の外径 D2、その後位に連なる第三環 状部分 16の外径 D3及びその後位に連なる最後位の第四環状部分 17の外径 D4は 、 D1≤D2, D4< D2< D3となるように設定されている。また、静止側密封端面 4aの 外径 D1は回転側密封端面 3aの外径より小さく且つ静止側密封端面 4aの内径は回 転側密封端面 3aの内径より大きく設定されている。なお、静止密封環 4は、シールケ ース 1に植設したドライブピン 26の係合作用により、所定範囲での軸線方向移動を許 容する状態で、シールケース 1に対する相対回転を阻止されて 、る。
[0019] 第一及び第二 Oリング 12, 13は、図 12に示す如ぐ静止密封環 4とシールケース 1 との対向周面間に適当に圧縮された状態で介挿されており、静止密封環 4の所定範 囲での前後方向移動（軸線方向移動）を許容しつつ、静止密封環 4とシールケース 1 との間を二次シールしている。すなわち、第一 Oリング 12は、第二環状部分 15の外 周面とシールケース 1の内周面との間に装填されており、その前方への移動は第二 環状部分 15の外周面力も外れない範囲においてシールケース 1の内周部に形成し た第一環状係止面 laによって阻止されている。また、第二 Oリング 13は、第四環状 部分 17の外周面とシールケース 1の内周面との間に装填されており、その後方への 移動は第四環状部分 17の外周面から外れな 、範囲にお 、てシールケース 1の内周 部に形成した第二環状係止面 lbによって阻止されている。而して、静止密封環 4とシ ールケース 1との対向周面間には、第一及び第二 Oリング 12, 13によって閉塞され た環状の連通空間 18が形成されている。
[0020] 開力発生手段 7は、図 1に示す如ぐシールケース 1及び静止密封環 4を貫通する 一連のシールガス通路 5と、被密封流体領域 Hの圧力（以下「被密封流体圧力」 t ヽ う） Pより高圧とした所定圧 P 1 ( > P)のシールガス6をシールガス供給路 19からシー ルガス通路 5へと供給するシールガス供給装置 20とからなる。
[0021] シールガス通路 5は、図 12に示す如ぐシールケース 1と静止密封環 4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介装した 2つの Oリング 12, 13により閉塞された連通空間 18と、シールケース 1を貫通して、上流端をシールガス 供給路 19に接続すると共に下流端を連通空間 18に開口するケース側通路 21と、静 止側密封端面 4aに形成された静圧発生溝 22と、静止密封環 4を貫通して、上流端 を連通空間 18に開口すると共に下流端を静圧発生溝 22に開口する密封環側通路 2 3と、密封環側通路 23の適所に配設した絞り器 24とからなる。
[0022] 静圧発生溝 22は、静止側密封端面 4aと同心状の環状をなして連続又は断続する 浅い凹溝であり、この例では後者を採用している。すなわち、静圧発生溝 22は、図 1 4に示す如ぐ静止側密封端面 4aと同心環状をなして並列する複数の円弧状凹溝 2 2aで構成されている。
[0023] 密封環側通路 23の下流端部は分岐されており、その各分岐部分 23aは、図 13及 び図 14に示す如ぐ静圧発生溝 22を構成する各円弧状凹溝 22aに開口されている
[0024] 絞り器 24は、オリフィス，毛細管，多孔質部材等の絞り機能を有するものであり、密 封環側通路 23の適所であって分岐部分 23aを除く部分に配設されている。なお、絞 り器 24はシールガス通路 5の適所に配置することができる力 後述する如く連通空間 18と背圧室 25とが兼用される場合にあっては、シールガス通路 5における連通空間 18より下流側の密封環通路 23に配置される。
[0025] シールガス供給装置 20は、被密封流体圧力 Pより高圧 P1のシールガス 6を、ケー ス側通路 21の上流端に接続したシールガス供給管 19からケース側通路 21、連通空 間 18、密封環側通路 23及び絞り器 24を経て静圧発生溝 22に供給するものである。 シールガス 6としては、各領域 H, Lに流出しても無害であり且つ被密封流体 (被密封 流体領域 H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。なお、シールガス 6は、通常、回転機器の運転中（ 回転軸 2の駆動中）において供給され、運転停止後には供給を停止される。回転機 器の運転は、シールガス 6の供給が開始された後であって、密封端面 3a, 4a間が適 正な非接触状態に保持された後において開始され、シールガス 6の供給，停止は、 当該回転機器の運転停止後であって回転軸 2が完全に停止した後に行なわれる。ま た、シールガス 6の圧力 P1は、シール条件にもよる力 一般には、被密封流体圧力 P より 0. 5〜1. 5bar程度高くなるように設定ないし制御される。
[0026] したがって、開力発生手段 7によれば、シールガス 6をシールガス通路 5から密封端 面 3a, 4a間に供給させることにより、静止密封環 4にはこれを回転密封環 3から離間 させる方向つまり密封端面 3a, 4a間が開く方向への開力が発生することになる。
[0027] 閉カ発生手段 8は、図 1に示す如ぐシールケース 1と静止密封環 4との対向周面 間に 2つの Oリング 12, 13により閉塞された環状空間たる背圧室 25を形成し、この背 圧室 25にシールガス通路 5に供給されるシールガス 6の一部又はシールガス通路 5 を流動するシールガス 6の一部を導入させて、静止密封環 4にシールガス 6による背 圧を作用させることにより、前記閉カを発生させるように構成されたものであり、従来 ガスシールのように閉カを発生させるためのスプリングを有しないものである。
[0028] この例では、図 13に示す如ぐシールガス通路 5の構成部分である連通空間 18を 背圧室 25として兼用している。背圧室 25は、これにシールガス 6が供給された場合 に、（DK D2の場合には被密封流体圧力 Pによる影響を考慮して)静止密封環 4に これを回転密封環 4へと押圧させる方向つまり密封端面 3a, 4aを閉じる方向に作用 する閉力が作用するような形状とされている。すなわち、静止密封環 4には、図 13に 示す如ぐ第二環状部分 15の前端面 4bに作用する被密封流体圧力 Pによる後方へ のスラスト力（第一スラスト力） F1と、第三環状部分 16の前端面 4cに作用するシール ガス圧力 P1による後方へのスラスト力（第ニスラスト力） F2と、第三環状部分 16の後 端面 4dに作用するシールガス圧力 P1による前方へのスラスト力（第三スラスト力） F3 とが作用することになる（但し、第一スラスト力 F1は D1 = D2である場合は、発生しな い)。ここに、 F1 = ( π Z4) ( (D2) 2— (Dl) 2) (Ρ)であり、 F2 = ( π Ζ4) ( (D3) 2— ( D2) 2) (PI)であり、 Έ3 = ( π /4) ( (D3) 2— (D4) 2) (P1)である。したがって、 F3— (F1 +F2) > 0となるように各環状咅分 14, 15, 16, 17の外径 Dl , D2, D3, D4を 設定しておくことにより、背圧室 25に供給されたシールガス 6により閉カ（=F3— (F1 +F2) )が発生する。そして、この閉力の大きさは、各環状部分 14, 15, 16, 17の外 径 Dl, D2, D3, D4の大きさ（及び圧力 P, P1の大きさ）によって決定され、これらを 適宜に設定しておくことにより、密封端面 3a, 4a間に供給されたシールガス 6による 開力とバランスされるように設定されている。すなわち、この閉カは、開力とのバランス により、密封端面 3a, 4a間が適正隙間（一般に、 5〜 15 mである）に保持されるよう に設定されている。
[0029] 以上のように構成された第一ガスシール 101にあっては、シールガス 6をケース側 通路 21、連通空間 18及び密封環側通路 23から静圧発生溝 22に供給すると、静圧 発生溝 22に導入されたシールガス 6により、密封端面 3a, 4a間にこれを開く方向に 作用する開力が発生する。この開力は、密封端面 3a, 4a間に導入されたシールガス 6によって発生する静圧によるものである。また、連通空間 18と兼用される背圧室 25 に導入されたシールガス 6により、静止密封環 4に密封端面 3a, 4a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 3a, 4a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 22に導入されたシールガス 6は密封端面 3a , 4a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 3a, 4aの内外径側領域 H, L間が遮蔽シールされる。
[0030] ところで、シールガス 6の供給が開始されると、シールガス 6の密封端面 3a, 4a間へ の導入は絞り器 24を経て行われることから、絞り器 24を経ることなく背圧室 25に供給 されたシールガス 6による閉カは開力の発生に先駆けて発生することになる。したが つて、閉カ発生手段 8としてスプリングを使用していないにも拘わらず、スプリングを使 用した従来ガスシールと同様に、開力と閉力とのノ ンスにより密封端面 3a, 4a間を 適正隙間の非接触状態に保持させることができる。また、シールガス 6は絞り器 24で 絞られた上で静圧発生溝 22に導入されることから、密封端面 3a, 4a間の隙間が変 動した場合にも、その隙間が自動的に調整されて適正に保持される。すなわち、回 転機器の振動等により密封端面 3a, 4a間が適正隙間より大きくなつたときは、静圧発 生溝 22から密封端面 3a, 4a間に流出するシールガス量と絞り器 24を通って静圧発 生溝 22に供給されるシールガス量とが不均衡となり、静圧発生溝 22内の圧力が低 下して、開力が閉力より小さくなるため、密封端面 3a, 4a間の隙間が小さくなるように 変化して、その隙間が適正なものに調整される。逆に、密封端面 3a, 4a間が適正隙 間より小さくなつたときは、上記したと同様の絞り器 24による絞り機能により静圧発生 溝 22内の圧力が上昇して、開力が閉力より大きくなり、密封端面 3a, 4a間の隙間が 大きくなるように変化して、その隙間が適正なものに調整される。
[0031] このように、第一ガスシール 101は、シールガス 6の供給が適正に行われる場合に は、閉カ発生手段としてスプリングを使用した従来ガスシールと同様に、密封端面 3a , 4a間を適正隙間の非接触状態に保持しつつ、被密封流体領域 Hを良好にシール することができる。
[0032] 而して、第一ガスシール 101にあっては、運転中に (又は運転が完全に停止されて V、な 、段階で)シールガス供給装置 20等の故障や操作ミス等によりシールガス供給 系統にトラブルが発生して、シールガス 6の供給が不測に停止した場合には、従来ガ スシールと異なって、冒頭で述べたような問題は生じな!/、。
[0033] すなわち、シールガス 6の供給が停止すると、密封端面 3a, 4a間へのシールガス導 入が停止して開力が消滅する力 これと同時に、背圧室 25へのシールガス 6の導入 も停止して閉カも消滅する。したがって、シールガス 6が不測に停止した場合、開力 及び閉力が同時に消滅することから、静止密封環 4はシールガス 6の供給が停止した 状態力も変位することがなぐ密封端面 3a, 4aは非接触状態のまま保持されることに なる。その結果、シールガス 6の供給が不測に停止することにより、冒頭で述べた如く 、密封端面 3a, 4aが激しく衝突して損傷，破損するようなことがない。
[0034] また、この状態力もシールガス 6の供給が再開されると、シールガス 6による開力と 閉カとが再発生して、密封端面 3a, 4a間が適正な非接触状態に保持される。このと き、開力と閉カとが同時に再発生すると、密封端面 3a, 4a間が開力によって必要以 上に開いて、適正な非接触状態を復元することができなくなる虞れがある。しかし、シ ールガス 6の密封端面 3a, 4a間への導入は絞り器 24を経て行われることから、絞り 器 24を経ることなく背圧室 25に供給されたシールガス 6による閉カは開力の発生に 先駆けて発生することになる。その結果、上記したような虞れは発生せず、密封端面 3a, 4a間が適正隙間の非接触状態に復元，保持されることになる。なお、 D1 = D2 でない場合 (D1 < D2の場合）には、静止密封環 4には第一スラスト力 F1が作用する ことから、シールガス 6の供給が停止したとき (又は被密封流体の圧力が残存する状 態で当該供給が再開されたとき）において、当該スラスト力 Fによって静止密封環 4の 回転密封環方向への急激な移動がより確実に防止され、密封端面 3a, 4a同士が激 しく衝突するような虞れが皆無となる。
[0035] また、第二ガスシール 102は、図 2に示す如ぐシールケース 1が外径筒部 lcと内 径筒部 Idとを有する二重筒構造とされている点、静止密封環 4を、第四環状部分 17 の外径が第三環状部分 16の外径と一致する形状としている点、及び第二 Oリング 13 を第四環状部分 17の内周面と内径筒部 Idの外周面との間に配置している点を除い て、第一ガスシーノレ 101と同一構造をなすものであり、第一ガスシーノレ 101と同一機 能を発揮するものである。第二ガスシール 102では、静止密封環 4の背面 (第四環状 部分 17の後端面) 4eを全面的に前記第三スラスト力 F3を発生させるための受圧面と することができる力ゝら、静止密封環 4の形状上、第一ガスシール 101では開力とバラ ンスするに必要な閉カを確保できない場合にも、十分な閉カを確保することができる 。このように、連通空間 18と兼用する背圧室 25の形状は、静止密封環 4の形状及び 第二 Oリング 13の配置等を工夫することによって適宜に変更することができる。なお、 第二ガスシール 102における閉カは、第四環状部分 17の後端面 4eに作用するシー ルガス圧力 P1による第三スラスト力 F3から第二環状部分 15の前端面 4bに作用する 被密封流体圧力 Pによる第一スラスト力 F1及び第三環状部分 16の前端面 4cに作用 するシールガス圧力 P1による第ニスラスト力 F2を差し引いたものとなる。但し、第一 及び第二環状部分 14, 15の外径が一致する場合には、第一スラスト力 F1は発生し ない。
[0036] また、第一及び第二ガスシール 101, 102では、背圧室 25を連通空間 18と兼用す るように構成した力 第三ガスシール 103の如ぐ両者 18, 25を兼用しない構成とす ることちでさる。
[0037] 第三ガスシール 103では、図 3及び図 15に示す如ぐシールケース 1と静止密封環 4との対向周面間に第一、第二及び第三 Oリング 12, 13, 28を配設して、当該対向 周面間に第一及び第二 Oリング 12, 13により閉塞されるシールガス通路 5の連通空 間 18と第二及び第三 Oリング 13, 28により閉塞される背圧室 25とを区画形成し、シ ールガス供給路 19からシールガス通路 5に供給されるシールガス 6の一部を背圧室 25に導入させるように構成してあり、この点及びシールケース 1を第二ガスシール 10 2と同様の二重筒構造としている点を除いて、第一ガスシール 101と同一構造をなす
[0038] すなわち、静止密封環 4を、第四環状部分 17の外径が第二環状部分 15の外径と 一致する形状となし、第一及び第二 Oリング 12, 13を第二及び第四環状部分 15, 1 7の外周面とシールケース 1の外径筒部 lcの内周面との間に装填すると共に、第三 Oリング 28を第四環状部分 17の内周面とシールケース 1の内径筒部 Idの外周面と の間に装填して、連通空間 18と背圧室 25とを第二 Oリング 13によって仕切られた別 個独立の環状空間となしている。そして、閉カ発生手段 8にあっては、シールケース 1 にシールガス通路 5とは独立して背圧室 25に連通する閉カ用ガス通路 5aを形成す ると共に、シールガス供給路 19から分岐させた閉カ用ガス供給路 19aを閉カ用ガス 通路 5aに接続して、シールガス供給路 19からシールガス通路 5に供給されるシール ガス 6の一部を閉カ用ガス供給路 19a及び閉カ用ガス通路 5aを経て背圧室 25に導 入させることにより、第一及び第二ガスシール 101, 102と同様に、開力とバランスす る閉カを発生させるようになつている。第三ガスシール 103における閉カは、第四環 状部分 17の後端面 4eに作用するシールガス圧力 P1による第三スラスト力 F3から第 二環状部分 15の前端面 4bに作用する被密封流体圧力 Pによる第一スラスト力 F1を 差し引 、たものとなり、連通空間 18に導入されたシールガス 6によってはスラスト力は 発生しない。但し、第一及び第二環状部分 14, 15の外径が一致する場合には、第 ースラスト力 F1は発生しない。
[0039] ところで、シールガス 6の供給が停止すると、背圧室 25に作用するシールガス圧力 P1による背圧（閉力）が消失することから、静止密封環 4は回転密封環方向に移動せ ず、回転密封環 3に激しく衝突するようなことはないが、シール条件によっては、シー ルガス 6の供給が不測に停止したときにおいて静止密封環 4の回転密封環方向への 急激な移動を積極的に回避する手段を設けておくことが好ましい場合がある。第四、 第五、第六、第七、第八及び第九ガスシール 104, 105, 106, 107, 108, 109は、 夫々、その一例を示すものである。
[0040] 第四又は第五ガスシール 104, 105では、図 4又は図 5に示す如ぐシールケース 1 と静止密封環 4との対向周面間に、シールガス 6を導入することによって静止密封環 4の回転密封環方向への移動を阻止する抵抗力を発生させる保圧室 30を形成する と共に、静止密封環 4に、保圧室 30と背圧室 25又は連通空間 18とを連通し且つ絞り 器 31を配設したシールガス導入路 32を形成して、シールガス 6の供給が不測に停止 したときにおける静止密封環 4の回転密封環方向への急激な移動を積極的に阻止 するように構成されている。
[0041] すなわち、第四ガスシール 104は、図 4に示す如ぐ第二ガスシール 102における 第一 Oリング装填位置に第四 Oリング 33を装填すると共に、第一 Oリング 12を第三環 状部分 16とシールケース 1の外径筒部 lcとの間に装填して、静止密封環 4とシール ケース 1との間に第一及び第四 Oリング 12, 33によりシールされた環状空間たる保圧 室 30を形成するようにした点、及び静止密封環 4に保圧室 30と連通空間 18兼用の 背圧室 25とを連通し且つ絞り器 31を配設したシールガス導入路 32を形成した点を 除いて、第二ガスシール 102と同一構造をなすものである。なお、絞り器 31は、シー ルガス通路 5に配設された絞り器 24と同様に、オリフィス，毛細管，多孔質部材等の 絞り機能を有するものである。
[0042] 第四ガスシール 104にあっては、保圧室 30にはシールガス 6が連通空間 18兼用の 背圧室 25からシールガス導入路 32を経て導入され、保圧室 30に導入されたシール ガス 6によって静止密封環 4を回転密封環 3から離間させる方向のスラスト力が発生 する。このスラスト力は第三環状部分 15の前端面 4cに作用するシールガス圧力 P1 によるものであり、シールガス 3の供給状態においては、機能上、前記第ニスラスト力 F2と同等のものである。
[0043] 而して、シールガス 6の供給が不測に停止されると、これと同時に、密封端面 3a, 4 a間に作用する開力及び背圧室 25に作用するシールガス 6による閉カは消失するが 、保圧室 30内のシールガス 6は、シールガス導入路 32に設けられた絞り器 31によつ て緩慢に排出されることになり、シールガス 6の供給停止後も、しばらくの間、残存す ること〖こなる。したがって、シールガス 6の供給が停止したときにも、保圧室 30内に残 存するシールガス圧力 PIによって、静止密封環 4の回転密封環方向への移動を阻 止する抵抗力が発生し、シールガス 6の供給停止時における静止密封環 4の回転密 封環方向への急激な移動が阻止される。つまり、シールガス 6の供給が停止した瞬間 に、静止密封環 4が急激に移動して回転密封環 3に激しく衝突するようなことがない。
[0044] また、第五ガスシール 105にあっては、図 5に示す如ぐ第三及び第四環状部分 16 , 17の外周面とシールケース 1の外径筒部 lcの内周面との間に第一及び第二 Oリン グ 12, 13によって閉塞された連通空間 18を形成すると共に、第四環状部分 16の内 周面とシールケース 1の内径筒部 lcの外周面との間に第二及び第三 Oリング 12, 28 によって閉塞された背圧室 25を形成して、閉カ発生手段 8が第三ガスシール 103と 同様に構成されており、保圧室 30が絞り器 31を有するシールガス導入路 32によつ て連通空間 18と連通されている。力かる構成にあっても、第四ガスシール 104と同様 に、シールガス 6の供給が停止したとき、保圧室 30内に残存するシールガス圧力 P1 によって、静止密封環 4の回転密封環方向への移動を阻止する抵抗力が発生し、シ ールガス 6の供給停止時における静止密封環 4の回転密封環方向への急激な移動 が阻止される。なお、第五ガスシール 105にあっては、図示していないが、保圧室 30 を絞り器 31及びシールガス導入路 32を介して背圧室 25に連通させるようにしてもよ い。
[0045] また、第六、第七、第八及び第九ガスシール 106, 107, 108, 109は、シールケー ス 1と静止密封環 4との間に、静止密封環 4を回転密封環 3から離間する方向へと附 勢する弾性部材 34, 35を介装して、シールガス 6の供給停止時における静止密封 環 4の回転密封環方向への急激な移動を阻止するように構成したものである。
[0046] すなわち、第六又は第七ガスシール 106, 107は、図 6又は図 7に示す如ぐシー ルケース 1と静止密封環 4との間に静止密封環 4を回転密封環 3から離間する方向へ と附勢する弾性部材たるスプリング 34を配設して、シールガス 6の供給が不測に停止 されたときにも、スプリング 34による附勢力により静止密封環 4の回転密封環方向へ の急激な移動を阻止するように構成したものである。なお、スプリング 34による附勢 力は、開力発生手段 7による開力と閉カ発生手段 8による閉カとが消失した場合にお いて、静止密封環 4の急激な移動を阻止しうるに必要且つ十分なものに設定されて おり、密封端面 3a, 4a間を適正な非接触状態に保持するための開力と閉力とのバラ ンスを損なうものであってはならな 、ことは言うまでもな 、。
[0047] また、第八又は第九ガスシール 108, 109は、図 8又は図 9に示す如ぐシールケー ス 1 (第八ガスシール 108にあっては内径筒部 Idであり、第九ガスシール 109にあつ ては外径筒部 lcである）と静止密封環 4との間に静止密封環 4を回転密封環 3から離 間する方向へと附勢する弾性部材たる Oリング 35を配設して、シールガス 6の供給が 不測に停止されたときにおいて、 Oリング 35による附勢力（軸線方向における弾性変 形）により静止密封環 4の回転密封環方向への急激な移動を阻止するように構成し たものである。なお、第九ガスシール 109にあっては、 Oリング 35を連通空間 18兼用 の背圧室 25をシールするための第一 Oリング 12として兼用してある。また、 Oリング 3 5による附勢力は、開力発生手段 7による開力と閉カ発生手段 8による閉カ開力とが 消失した場合において、静止密封環 4の急激な移動を阻止しうるに必要且つ十分な ものに設定されており、密封端面 3a, 4a間を適正な非接触状態に保持するための開 力と閉力とのバランスを損なうものであってはならないことは言うまでもない。
[0048] ところで、被密封流体圧力 Pが変動する条件下にあって、前記第一スラスト力 F1が 作用する場合には、シール条件によって、背圧室 25に作用するシールガス圧力 P1 によっては開力とバランスしうるに必要且つ十分な閉力が確保できないこともありうる 力 このような場合には、第十ガスシール 110の如ぐ被密封流体圧力 Pによる閉カ を付加すればよい。
[0049] すなわち、第十ガスシール 110では、図 10に示す如ぐシールケース 1の内径筒部 Idと静止密封環 4との対向周面間に、二つの Oリング 28, 36により閉塞され且つ背 圧室 25と区画された補助背圧室 37を形成すると共に、静止密封環 4に被密封流体 領域 Hと補助背圧室 37とを連通する貫通孔 38を形成して、貫通孔 38から補助背圧 室 37に導入された被密封流体圧力 Pにより静止密封環 4を回転密封環 3へと押圧す る閉力が発生されるように構成してある。なお、第十ガスシール 110は、補助背圧室 3 7及び貫通孔 38を設けた点を除いて、第三ガスシール 103と同一構造をなすもので ある。
[0050] 第十ガスシール 110にあっては、補助背圧室 37に導入された被密封流体圧力 Pに よって閉力が付加され、しかもこの閉力が被密封流体領域 Hの圧力変動に応じて変 化することから、被密封流体の圧力 Pが変動する条件下においても、良好なシール 機能を発揮する。
[0051] なお、第十ガスシール 110における如ぐ補助背圧室 37を設けて、被密封流体圧 力 Pによる閉カを付加するように構成されたものにあっては、シールガス 6の供給が停 止して開力が消失すると、当該閉カによって静止密封環 4が回転密封環方向へ急激 に移動される虞れがあるが、このような虞れは、第二環状部分 15の前端面 4bに作用 する被密封流体圧力 Pによるスラスト力（第一スラスト力 F1)が当該閉力とバランスす るように工夫しておくことによって、排除することができる。また、静止密封環 4の形状 等のシール条件上、このような工夫をすることが困難な場合には、第四又は第五ガス シール 104, 105のような保圧室 30を設けておくこと、或いは第六、第七、第八又は 第九ガスシーノレ 106, 107, 108, 109のような弾'性咅材 34, 35を設けておくことに よって、上記した虞れを効果的に排除することができる。第十一ガスシール 111は、 その一例である。
[0052] すなわち、第 ^—ガスシール 111は、図 11に示す如ぐ第六ガスシール 106と同様 にシールケース 1と静止密封環 4との間に静止密封環 4を回転密封環 3から離間する 方向に附勢するスプリング 34を設けた点を除いて、第十ガスシール 110と同一構造 をなすものである。
[0053] 第 ^—ガスシール 111にあっては、シールガス 6の供給が不測に停止されたとき、 補助背圧室 37による閉力が存在して ヽても、スプリング 34による附勢力により静止密 封環 4の回転密封環方向への急激な移動が防止され、密封端面 3a, 4a同士が激し く衝突するようなことがない。
[0054] また、上記した各ガスシール 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 , 110, 111では、開力発生手段 7をシールガス 6によって密封端面 3a, 4a間に静圧 のみを発生させるように構成したが、密封端面 3a, 4a間に静圧に加えて動圧をも発 生させるように構成することができる。第十二ガスシール 112は、このような静圧及び 動圧による開力を発生させるように構成された複合形ノンコンタクトガスシールの一例 である。 [0055] すなわち、第十二ガスシール 112は、図 12に示す如ぐ回転側密封端面 3aに動圧 発生溝 41を形成して、この動圧発生溝 41により密封端面 3a, 4a間に動圧による開 力を発生させるように工夫したものであり、この点を除いて、第一ガスシール 101と同 一構造をなすものである。
[0056] 動圧発生溝 41の形状は、シール条件等に応じて適宜に設定することができるが、 この例では、動圧発生溝 41を、図 17に示す如ぐ回転側密封端面 3aにおける静圧 発生溝 22に対向する部位力 外径方向であって且つ回転密封環 3の回転方向 (ィ 方向）と逆方向に傾斜状に延びる第一グループ部分 42aと内径方向且つ回転密封 環 3の回転方向（ィ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第二グループ部分 42bとからな る複数のグループ 42が密封端面 3aの周方向に並列してなる形状に構成してある。 各グループ 42は 1〜： L0 mの浅い深さ一定の溝であり、その最外径側端部（第一グ ループ部分 42aの外径側端部)及び最内径側端部（第二グループ部分 42bの内径 側端部）は、両密封端面 3a, 4aの重合領域内に位置されている。すなわち、図 16〖こ 示す如ぐ動圧発生溝 41の内外径 e, fは、静止側密封端面 4aの外径 a (≤回転側密 封端面 3aの外径)及びその内径 d (≥回転側密封端面 3aの内径)並びに静圧発生 溝 22 (円弧状凹溝 22a)の外径 b及びその内径 cに対して、 b< f< a, d< e< cの関 係を有する範囲で適宜に設定されている。この例では、 0. 5≤ (f-b) / (a-b)≤0 . 9又は 0. 5≤(c -e) / (c - d)≤0. 9の条件を満足するように設定されている。各 グループ 42は、図 17 (A)に示す如ぐ第一グループ部分 42aと第二グループ部分 4 2bとが基端部で一致する略く字状をなすものとするか、同図 (B)に示す如ぐ第一グ ループ部分 42aと第二グループ部分 42bとの基端部が周方向に齟齬する千鳥形状 をなすものとされる。
[0057] このような複合形ノンコンタクトガスシールである第十二ガスシール 112によれば、 密封端面 3a, 4a間にシールガス 6による静圧に加えて動圧発生溝 41による動圧が 発生し、これらの静圧及び動圧により密封端面 3a, 4a間を非接触状態に保持するた めの開力が生じる。したがって、シールガス 6による静圧によっては密封端面 3a, 4a を適正な非接触状態に保持し得ない事態が発生したときにも、動圧によって適正な 非接触状態を維持することができる。また、静圧のみで非接触状態に保持する静圧 形ノンコンタクトガスシールに比して、シールガス 6による静圧によってシールガス 6の 必要供給量を少なくすることができる。また、動圧発生溝 41が密封端面 3a, 4aの重 複領域外に開放されて ヽな ヽため、各グループ 42の最内径側端部及び最外径側端 部が、密封端面 3a, 4a間に導入されたシールガス 6に対する堰として機能することに なると共に、密封端面 3a, 4a間に形成される漏れ間隙を狭めるように作用することに なる。その結果、密封端面 3a, 4a間に導入されたシールガス 6の被密封流体領域 H への漏れ量が抑制されて動圧発生溝 41によるシールガス 6の捕捉特性が極めて良 好なものになる。したがって、シールガス 6の消費量を低減でき、万一シールガス 6に 同伴されるパーティクルがある場合にも、その侵入を極力抑制することができる。なお 、回転軸 2が正逆転されるような回転機器においては、上記動圧発生溝 41を回転密 封環 3が正転方向及び逆転方向の何れの方向に回転しても動圧を発生しうるような 形状としておけばよい。このような動圧発生溝 41の形状については、シール条件等 に応じて任意に設定することができ、従来力もも種々の形状が提案されている。例え ば、回転側密封端面 3aに、径方向に縦列し且つ直径線に対して対称形状をなす第 一動圧発生溝と第二動圧発生溝とからなる動圧発生溝ユニットを周方向に所定間隔 を隔てて複数 並列状に形成して、回転密封環 3が正転方向に回転するときには第 一動圧発生溝により動圧が発生せしめられ、また回転密封環 3が逆転方向に回転す るときには第二動圧発生溝により動圧が発生せしめられるように構成しておくのであ る。各第一及び第二動圧発生溝としては、例えば、溝深さ及び溝幅を一定とする L字 形溝等を採用することができる。
また、本発明の静圧形ノンコンタクトガスシールは、半導体関連機器等の高度のコ ンタミネーシヨン防止対策が必要とされる回転機器 (例えば、回転テーブルを使用し て基板 (半導体ウェハ，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 )の洗浄処理等を行なう処理装置）のシール装置としても好適に使用することができ る力 第十三ガスシール 113は、図 18に示す如ぐ回転テーブル 202の駆動部 203 を筒状のプラスチックカバー 204で覆ってある処理装置において回転テーブル 202 が配置された被密封流体領域たる処理領域 Hと非密封流体領域であるプラスチック カバー 204内の領域 Lとの間を遮蔽すべく設けられる処理装置用シール装置である [0059] この処理装置にあっては、図 18に示す如ぐ回転テーブル 202の駆動部 203を円 筒状のプラスチックカバー 204で覆ってあり、半導体ウェハ，電子デバイスの基板， 液晶基板，フォトマスク，ガラス基板等の基板を回転テーブル 202を使用して適宜の 処理 (洗浄処理，薬剤処理等）を行う場合に、回転テーブル 202が配置された処理 領域 Hとプラスチックカバー 204内の領域 (カバー内領域) Lとを第十三ガスシール 1 13により遮蔽シールして、処理領域 Hをクリーンに保持するように工夫されている。
[0060] なお、駆動部 203は、回転テーブル 202に連結されて上下方向に延びる回転軸 2 03a、回転軸 203aを回転自在に軸受支持するベアリング、回転軸 203aの駆動手段 及びこれらをカバー内領域 Lにおいて支持する支持機枠 203bを具備するものであり 、回転テーブル 202を回転駆動するように構成されている。回転テーブル 202は炭 化珪素製のもので、処理領域 H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、プラスチックカバー 204は、図 1に示す如ぐ耐薬品性プラスチック（ この例では PTFEを使用）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 202の下面側に配置される駆動部 203を覆って ヽる。回転テーブル 2 02とプラスチックカバー 204との間には、必要に応じて、図 18に示す如ぐ適宜のラ ビリンスシール 205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 205を設け ておくことにより、シールガス 6のラビリンスシール 205から処理領域 Hへの噴出作用 と相俟って、薬液等が処理領域 Hからカバー内領域 Lへの薬液等の侵入を有効に防 止することができる。
[0061] 而して、第十三ガスシール 113は、図 18に示す如ぐプラスチックカバー 204内に 配して駆動部 203の支持機枠 203bに取り付けられた円筒状のシールケース 1と、回 転部材たる回転テーブル 202に固定された回転密封環 3と、シールケース 1に回転 密封環 3と同心をなして対向する状態で軸線方向移動可能 (前後方向移動可能）に 保持された静止密封環 4と、シールケース 1及び静止密封環 4を貫通する一連のシー ルガス通路 5から両密封環 3, 4の対向端面である密封端面 3a, 4a間にシールガス 6 を供給することにより、静止密封環 4に密封端面 3a, 4a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 7と、静止密封環 4に密封端面 3a, 4a間を閉じる方向に 作用する閉カを発生させる閉カ発生手段 8とを具備して、密封端面 3a, 4a間を非接 触状態に保持させつつ、密封端面 3a, 4aの外周側領域である処理 Hとその内周側 領域であるカバー内領域 Lとを遮蔽シールするように構成されたもので、以下に述べ る点を除いて、第一ガスシール 101と同一構造をなすものである。なお、第一ガスシ ール 101と同一の構成部材については、図 18において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こととする。
[0062] シールケース 1は、図 18に示す如ぐ円筒状の上密封環保持部 61と下密封環保持 部 62の下端部力も内方に張り出す円環状の取付部 63とからなる金属製 (例えば、 S US 316等のステンレス鋼製)のものである。下密封環保持部 62と取付部 63とは一体 構造物であり、これらと上密封環保持部 61とは別体構造物であって、適宜の連結具 により連結されている。シールケース 1は、その下端部（下密封環保持部 62の下端部 )をカバー段部 204aに衝合させると共にその外周部（上下密封環保持部 61の外周 部）をプラスチックカバー 204の上端側内周部 (カバー段部 204aより上方側部分の 内周部）にフッ素ゴム製の Oリング 206を介して密接させた状態で、取付部 63を介し て支持機枠 203bに取り付けられて 、る。
[0063] 回転密封環 3は、静止密封環 4の構成材 (例えば、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、図 18に示す如ぐ回転テーブル 202 の下面部に回転軸 203aと同心をなして固定されている。回転密封環 3の下端面は、 平滑環状面である密封端面（回転側密封端面） 3aとされている。
[0064] 静止密封環 4は、図 18に示す如ぐ回転密封環 3に同心をなして対向した状態でシ ールケース 1の内周部に第一及び第二 Oリング 12, 13を介して軸線方向移動可能（ 上下方向移動可能）に保持されている。静止密封環 4は、第一ガスシール 101にお けるものと同一構造をなすもので、図 18に示す如ぐ外径を異にする第一、第二、第 三及び第四環状部分 14, 15, 16, 17からなる円環状体であり、第一環状部分 14の 上端面は軸線に直交する平滑面とされた密封端面 (静止側密封端面) 4aに形成され ている。なお、静止密封環 4は、シールケース 1の取付部 63に植設したドライブピン 2 6の係合作用により、所定範囲での軸線方向移動を許容する状態で、シールケース 1 に対する相対回転を阻止されて ヽる。 [0065] 第一及び第二 Oリング 12, 13は、図 18に示す如ぐ静止密封環 4とシールケース 1 の上下密封環保持部 61, 62との対向周面間に適当に圧縮された状態で介挿されて おり、静止密封環 4の所定範囲での上下方向移動（軸線方向移動）を許容しつつ、 静止密封環 4とシールケース 1との間を二次シールして!/、る。静止密封環 4とシール ケース 1との対向周面間には、第一及び第二 Oリング 12, 13によって閉塞された環 状の連通空間 18が形成されている。
[0066] 開力発生手段 7は、図 18に示す如ぐ第一ガスシール 101におけると同様に、シー ルケース 1及び静止密封環 4を貫通する一連のシールガス通路 5と、処理領域 Hの圧 力（被密封流体圧力） Pより高圧とした所定圧 PI ( >P)のシールガス 6をシールガス 供給路 19からシールガス通路 5へと供給するシールガス供給装置 20とからなる。
[0067] シールガス通路 5は、図 18に示す如ぐシールケース 1と静止密封環 4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介装した 2つの Oリング 12, 13により閉塞された連通空間 18と、シールケース 1を貫通して、上流端をシールガス 供給路 19に接続すると共に下流端を連通空間 18に開口するケース側通路 21と、静 止側密封端面 4aに形成された静圧発生溝 22と、静止密封環 4を貫通して、上流端 を連通空間 18に開口すると共に下流端を静圧発生溝 22に開口する密封環側通路 2 3と、密封環側通路 23の適所に配設した絞り器 24とからなる。
[0068] ケース側通路 21は、図 18に示す如ぐ下密封環保持部 62を軸線方向に貫通する 第一ガス路 21aと、上密封環保持部 61をその下端部から内周部へと貫通する第二 ガス路 21bとからなる。第一ガス路 21aの上端部と第二ガス路 21bの下端部とは、上 下密封環保持部 61, 62間に介装したフッ素ゴム製の Oリング 21cによりシールされた 状態で、連通接続されている。第二ガス路 21bの上端部（下流端）は連通空間 18に 連通されている。
[0069] シールガス供給路 19は、図 18に示す如ぐプラスチックカバー 204に形成された第 一供給路 19aと、これとシールガス供給装置 20とを接続する第二供給路 19bとからな る。第一供給路 19aは、プラスチックカバー 204を上下方向（プラスチックカバー 204 の軸線方向）に貫通して、その上端部（下流端)をカバー段部 204aに開口すると共 に、その下端部（上流端)を第二供給路 19bに接続してある。第一供給路 19aの上端 部（下流端)と第一ガス路 21aの下端部（上流端)とは、カバー段部 204aと下密封環 保持部 62との間に介装したフッ素ゴム製の Oリング 207によりシールされた状態で、 連通接続されている。
[0070] なお、シールケース 1の表面及びケース側通路 21の内表面には、 PFA, PTFE等 の耐薬品性プラスチックによるコーティング層が形成されている。
[0071] 閉カ発生手段 8は、図 18に示す如ぐ第一ガスシール 101と同様に、シールケース 1と静止密封環 4との対向周面間に 2つの Oリング 12, 13により閉塞された連通空間 18と兼用される背圧室 25を形成し、この背圧室 25にシールガス通路 5に供給される シールガス 6の一部又はシールガス通路 5を流動するシールガス 6の一部を導入させ て、静止密封環 4にシールガス 6による背圧を作用させることにより、前記閉カを発生 させるように構成されたものである。
[0072] 以上のように構成された第十三ガスシール 113によれば、第一ガスシール 101と同 様のシール機能が発揮され、処理領域 Hとカバー内領域 Lとの間が完全に遮断され ること〖こなる。また、両密封端面 3a, 4aはシールガス 6によって非接触状態に保持さ れるから、密封端面 3a, 4aの接触による摩耗粉等のパーティクルを生じることがない 。したがって、カバー内領域 Lで発生する粉塵等が処理領域 Hに侵入することがなく 、処理領域 Hが清浄に保持される。逆に、処理領域 Hで生じる処理残渣がカバー内 領域 Lに侵入して、回転軸 2aの駆動系等がトラブルを生じることもない。すなわち、回 転テーブル 202側の回転密封環 3とプラスチックカバー 204側の静止密封環 4との間 力も処理領域 Hとカバー内領域 Lとにシールガス 6を噴出させるから、回転テーブル 2 02が配置される処理領域 Hと回転軸 203aの駆動手段等が配置されるカバー内領域 Lとの間を確実に遮蔽することができ、処理領域 Hにおける処理をカバー内領域しか らのパーティクル侵入 (及び金属イオンの発生)を完全に防止した清浄雰囲気に保持 することができ、基板の洗浄等の処理を良好に行なうことができ、高度のコンタミネー シヨン防止対策を実現することができる。また、処理領域 Hで発生する洗浄液残渣ゃ 処理領域 Hで使用，発生する有害物質がカバー内領域 Lへと漏洩して回転軸 203a の駆動系に悪影響を及ぼす等の問題も排除することができる。
[0073] ところで、ケース側通路 21及び第一供給路 19aは、図 18に鎖線で示す如ぐ第一 供給路 19aの下流端をプラスチックカバー 204の内周面に開口させると共にケース 側通路 21を上密封環保持部 61にこれを径方向に貫通するように形成して、両路 19 a, 21間をプラスチックカバー 204と上密封環保持部 61との対向周面間に装填した Oリング（図示せず)を介してシール状態で接続する形態となすことも可能であるが、 このようにすると、両路 19a, 21間の連通部分に高圧のシールガス 6による圧力が作 用するため、プラスチックカバー 204が径方向に変形し、その結果、当該 Oリングによ るシール機能が低下又は喪失して、シールガス供給が良好に行われない等の問題 を生じる虞れがある。したがって、力かる場合には、カバー 204を力かる変形を生じな い金属材で構成して、その表面にプラスチックコーティングを施しておく等の工夫が 必要となる。しかし、両路 19a, 21を図 18に示す如く構成して、第一供給路 19aから ケース側通路 21へのガス流動がプラスチックカバー 204の軸線方向において行わ れるようにしておくと、プラスチックカバー 204の材質や肉厚 (径方向の厚み）に拘わ らず、プラスチックカバー 204が変形することがなぐ上記した問題は生じない。した がって、プラスチックカバー 204の材質，形状（肉厚）を、上記ガス圧に対する強度を 考慮することなぐ処理装置の使用条件に応じて自由に設定することができる。また、 当該カバー 204と回転テーブル 202との間に前記したようなラビリンスシール 205を 設ける場合にも、プラスチックカバー 204が変形しないことから、当該ラビリンスシー ル 205の機能を損なうようなことがな 、。
なお、本発明の静圧形ノンコンタクトガスシールは、上記した第一、第二、第三、第 四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二及び第十三ガスシール 1 01 , 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113の構成 に限定されるものでなぐ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、図 18に示したような回転テーブル 202を有す る洗浄装置等の処理装置にあっては、両領域 H, L間のシール装置として、第一ガス シール 101と同様構造をなす第十三ガスシール 113の他、前記した第二、第三、第 四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一又は第十二ガスシール 102, 103 , 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112と同様構造をなす静圧形ノン コクタタトガスシールを使用することが可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 筒状のシールケースと、回転部材に固定された回転密封環と、シールケースに回転 密封環と対向する状態で軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、シールケ ース及び静止密封環を貫通する一連のシールガス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することにより、静止密封環に密封端面間を開く 方向に作用する開力を発生させる開力発生手段と、静止密封環に密封端面間を閉 じる方向に作用する閉カを発生させる閉カ発生手段とを具備して、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ぉ 、て、
閉カ発生手段が、スプリングを使用しないものであって、シールケースと静止密封 環との対向周面間に 2つの Oリングにより閉塞された環状空間たる背圧室を形成し、 この背圧室にシールガス通路に供給されるシールガスの一部又はシールガス通路を 流動するシールガスの一部を導入させることにより、静止密封環に作用するシールガ スによる背圧として前記閉カを発生させるように構成されたものであることを特徴とす る静圧形ノンコンタクトガスシール。
[2] シールガス通路が、シールケースと静止密封環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介装した 2つの Oリングにより閉塞された連通空間と、 シールケースを貫通して、上流端をシールガス供給路に接続すると共に下流端を連 通空間に開口するケース側通路と、静止密封環の密封端面に形成された静圧発生 溝と、静止密封環を貫通して、上流端を連通空間に開口すると共に下流端を静圧発 生溝に開口する密封環側通路と、密封環側通路に配設した絞り器とを具備すること 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] 背圧室がシールガス通路の連通空間として兼用されていることを特徴とする、請求項 1及び請求項 2に記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。
[4] シールケースと静止密封環との対向周面間に第一、第二及び第三 Oリングを配設し て、当該対向周面間に第一及び第二 Oリングにより閉塞されるシールガス通路の連 通空間と第二及び第三 Oリングにより閉塞される背圧室とを形成し、シールガス供給 路カもシールガス通路に供給されるシールガスの一部を背圧室に導入させるように 構成したことを特徴とする、請求項 1及び請求項 2に記載する静圧形ノンコンタクトガ スシーノレ。
[5] シールケースと静止密封環との対向周面間に、二つの Oリングにより閉塞され且つ背 圧室と区画された補助背圧室を形成すると共に、静止密封環に被密封流体領域と 補助背圧室とを連通する貫通孔を形成して、貫通孔から補助背圧室に導入された被 密封流体の圧力により静止密封環を回転密封環へと押圧する閉力が発生されるよう に構成したことを特徴とする、請求項 1、請求項 2、請求項 3又は請求項 4に記載する 静圧形ノンコンタクトガスシール。
[6] シールケースと静止密封環との間に、静止密封環を回転密封環から離間する方向へ と附勢する弾性部材を介装して、シールガスの供給停止時における静止密封環の回 転密封環方向への急激な移動を阻止するように構成したことを特徴とする、請求項 1 、請求項 2、請求項 3、請求項 4又は請求項 5に記載する静圧形ノンコンタクトガスシ 一ノレ。
[7] 弾性部材がスプリング又は Oリングであることを特徴とする、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] シールケースと静止密封環との対向周面間に、シールガスを導入することによって静 止密封環の回転密封環方向への移動を阻止する抵抗力を発生させる保圧室を形成 すると共に、静止密封環に、保圧室と背圧室又は連通空間とを連通し且つ絞り器を 配設したシールガス導入路を形成して、シールガスの供給停止時における静止密封 環の回転密封環方向への急激な移動を阻止するように構成したことを特徴とする、請 求項 1、請求項 2、請求項 3、請求項 4、請求項 5、請求項 6又は請求項 7に記載する 静圧形ノンコンタクトガスシール。
[9] 回転密封環の密封端面に動圧発生溝を形成して、密封端面間にシールガスによる 静圧に加えて動圧発生溝による動圧を作用させるように構成したことを特徴とする、 請求項 1、請求項 2、請求項 3、請求項 4、請求項 5、請求項 6、請求項 7又は請求項 8 に記載する静圧形ノンコンタクトガスシール。
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