(57)【要約】【目的】  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。【構成】  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を発生させる。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。【選択図】        図１
2006105365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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力を発生させる閉力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、
閉力発生手段が、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力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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、シールガス供給路から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ル。
【請求項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。
【請求項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ール。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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力を発生させる閉力発生手段と、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力発生手段による閉力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、か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力（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バネ力（スプリング荷重）は、密封端面間の隙間が適正（一般に、５〜１５μｍ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く、被密封流体を長期に亘って良好にシールすることができるものである。しかも、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いガスに対しても、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、動圧形ノンコンタクトガスシールは、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から被密封流体領域（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。
【特許文献１】特開２０００−３２９２３８公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
すなわち、従来ガスシールでは、閉力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力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。
【０００７】
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く、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】
【０００８】
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力を発生させる閉力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べく、特に、閉力発生手段を、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。
【０００９】
か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、シールガス供給路から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】
【００１０】
本発明の静圧形ノンコンタクトガスシールにあっては、閉力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から導い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力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く、密封端面が損傷，破損するようなことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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１０２」といい、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」といい、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１１０」といい、図１１に示す静圧形ノンコンタクトガスシールを「第十一ガスシール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」といい、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。
【００１２】
第一ガスシール１０１は、図１に示す如く、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力を発生させる閉力発生手段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。
【００１３】
シールケース１は、図１に示す如く、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。
【００１４】
回転密封環３は、図１に示す如く、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。
【００１５】
静止密封環４は、図１に示す如く、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に示す如く、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」ともいう）４ａに形成されている。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）Ｄ１、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いる。
【００１６】
第一及び第二Ｏリング１２，１３は、図１２に示す如く、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の外周面から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１ａ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い範囲においてシールケース１の内周部に形成した第二環状係止面１ｂ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。
【００１７】
開力発生手段７は、図１に示す如く、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」という）Ｐより高圧とした所定圧Ｐ１（＞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。
【００１８】
シールガス通路５は、図１２に示す如く、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２３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。
【００１９】
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１４に示す如く、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２２ａで構成されている。
【００２０】
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に示す如く、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。
【００２１】
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が、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。
【００２２】
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が、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。
【００２３】
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。
【００２４】
閉力発生手段８は、図１に示す如く、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、前記閉力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力を発生させるためのスプリングを有しないものである。
【００２５】
この例では、図１３に示す如く、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、（Ｄ１＜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に示す如く、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（第二スラスト力）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／４）（（Ｄ２）２−（Ｄ１）２）（Ｐ）であり、Ｆ２＝（π／４）（（Ｄ３）２−（Ｄ２）２）（Ｐ１）であり、Ｆ３＝（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部分１４，１５，１６，１７の外径Ｄ１，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により閉力（＝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Ｄ１，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、この閉力は、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、５〜１５μｍである）に保持されるように設定されている。
【００２６】
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。
【００２７】
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による閉力は開力の発生に先駆けて発生することになる。したがって、閉力発生手段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、開力と閉力とのバラ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ったときは、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ったときは、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。
【００２８】
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、閉力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。
【００２９】
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いない段階で）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い。
【００３０】
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が、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力も消滅する。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から変位することがなく、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。
【００３１】
また、この状態からシールガス６の供給が再開されると、シールガス６による開力と閉力とが再発生して、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、開力と閉力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による閉力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。
【００３２】
また、第二ガスシール１０２は、図２に示す如く、シールケース１が外径筒部１ｃと内径筒部１ｄ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１ｄの外周面との間に配置している点を除いて、第一ガスシール１０１と同一構造をなすものであり、第一ガスシール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から、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力を確保できない場合にも、十分な閉力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における閉力は、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による第二スラスト力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。
【００３３】
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が、第三ガスシール１０３の如く、両者１８，２５を兼用しない構成とすることもできる。
【００３４】
第三ガスシール１０３では、図３及び図１５に示す如く、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１０２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。
【００３５】
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１５，１７の外周面とシールケース１の外径筒部１ｃ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１ｄ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、閉力発生手段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に連通する閉力用ガス通路５ａを形成すると共に、シールガス供給路１９から分岐させた閉力用ガス供給路１９ａを閉力用ガス通路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の一部を閉力用ガス供給路１９ａ及び閉力用ガス通路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力を発生させるようになっている。第三ガスシール１０３における閉力は、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を差し引いたものとなり、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、第一スラスト力Ｆ１は発生しない。
【００３６】
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。
【００３７】
第四又は第五ガスシール１０４，１０５では、図４又は図５に示す如く、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。
【００３８】
すなわち、第四ガスシール１０４は、図４に示す如く、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１ｃ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。
【００３９】
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、前記第二スラスト力Ｆ２と同等のものである。
【００４０】
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，４ａ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による閉力は消失するが、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によっ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、残存することになる。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。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。
【００４１】
また、第五ガスシール１０５にあっては、図５に示す如く、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１ｃ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１ｃ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、閉力発生手段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によって連通空間１８と連通されている。か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。
【００４２】
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。
【００４３】
すなわち、第六又は第七ガスシール１０６，１０７は、図６又は図７に示す如く、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による開力と閉力発生手段８による閉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。
【００４４】
また、第八又は第九ガスシール１０８，１０９は、図８又は図９に示す如く、シールケース１（第八ガスシール１０８にあっては内径筒部１ｄであり、第九ガスシール１０９にあっては外径筒部１ｃ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３５による附勢力は、開力発生手段７による開力と閉力発生手段８による閉力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。
【００４５】
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が、このような場合には、第十ガスシール１１０の如く、被密封流体圧力Ｐによる閉力を付加すればよい。
【００４６】
すなわち、第十ガスシール１１０では、図１０に示す如く、シールケース１の内径筒部１ｄ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３７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。
【００４７】
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。
【００４８】
なお、第十ガスシール１１０における如く、補助背圧室３７を設けて、被密封流体圧力Ｐによる閉力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、当該閉力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ル１０６，１０７，１０８，１０９のような弾性部材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。
【００４９】
すなわち、第十一ガスシール１１１は、図１１に示す如く、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。
【００５０】
第十一ガスシール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いても、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。
【００５１】
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。
【００５２】
すなわち、第十二ガスシール１１２は、図１２に示す如く、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。
【００５３】
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に示す如く、回転側密封端面３ａにおける静圧発生溝２２に対向する部位から外径方向であって且つ回転密封環３の回転方向（イ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第一グルーブ部分４２ａと内径方向且つ回転密封環３の回転方向（イ方向）と逆方向に傾斜状に延びる第二グルーブ部分４２ｂとからなる複数のグルーブ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。各グルーブ４２は１〜１０μｍの浅い深さ一定の溝であり、その最外径側端部（第一グルーブ部分４２ａの外径側端部）及び最内径側端部（第二グルーブ部分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に示す如く、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。各グルーブ４２は、図１７（Ａ）に示す如く、第一グルーブ部分４２ａと第二グルーブ部分４２ｂ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）に示す如く、第一グルーブ部分４２ａと第二グルーブ部分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。
【００５４】
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いないため、各グルーブ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、従来から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組並列状に形成して、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。
【００５５】
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ョ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（半導体ウエハ，電子デバイスの基板，液晶基板，フォトマスク，ガラス基板等）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が、第十三ガスシール１１３は、図１８に示す如く、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。
【００５６】
この処理装置にあっては、図１８に示す如く、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、半導体ウエハ，電子デバイスの基板，液晶基板，フォトマスク，ガラス基板等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１１３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。
【００５７】
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２０３ａ、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に示す如く、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を覆っている。回転テーブル２０２とプラスチックカバー２０４との間には、必要に応じて、図１８に示す如く、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。
【００５８】
而して、第十三ガスシール１１３は、図１８に示す如く、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力を発生させる閉力発生手段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。
【００５９】
シールケース１は、図１８に示す如く、円筒状の上密封環保持部６１と下密封環保持部６２の下端部から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、ＳＵＳ３１６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に取り付けられている。
【００６０】
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に示す如く、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。
【００６１】
静止密封環４は、図１８に示す如く、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に示す如く、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いる。
【００６２】
第一及び第二Ｏリング１２，１３は、図１８に示す如く、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いる。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。
【００６３】
開力発生手段７は、図１８に示す如く、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Ｐ１（＞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。
【００６４】
シールガス通路５は、図１８に示す如く、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２３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。
【００６５】
ケース側通路２１は、図１８に示す如く、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。
【００６６】
シールガス供給路１９は、図１８に示す如く、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。
【００６７】
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。
【００６８】
閉力発生手段８は、図１８に示す如く、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、前記閉力を発生させるように構成されたものである。
【００６９】
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になる。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との間から処理領域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２０２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L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ョ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や処理領域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。
【００７０】
ところで、ケース側通路２１及び第一供給路１９ａは、図１８に鎖線で示す如く、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１９ａ，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、かかる場合には、カバー２０４をか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く、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く、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い。
【００７１】
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１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２，１１３の構成に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変形することが可能である。例えば、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クトガスシールを使用することが可能である。  
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【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】
【００７３】
１      シールケース
２      回転軸（回転部材）
３      回転密封環
３ａ    回転密封環の密封端面
４      静止密封環
４ａ    静止密封環の密封端面
５      シールガス通路
６      シールガス
７      開力発生手段
８      閉力発生手段
１２    第一Ｏリング
１３    第二Ｏリング
１８    連通空間
１９    シールガス供給路
２０    シールガス供給装置
２１    ケース側通路
２２    静圧発生溝
２３    密封環側通路
２４    絞り器
２５    背圧室
２８    第三Ｏリング
３０    保圧室
３１    絞り器
３２    シールガス導入路
３４    スプリング（弾性部材）
３５    Ｏリング（弾性部材）
３７    補助背圧室
３８    貫通孔
４１    動圧発生溝
１０１  第一ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１０２  第二ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１０３  第三ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１０４  第四ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１０５  第五ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１０６  第六ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１０７  第七ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１０８  第八ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１０９  第九ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１１０  第十ガスシール（静圧形ノンコンタクトガスシール）
１１１  第十一ガスシール（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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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