(57)【要約】【課題】真空変動を抑制し、安定した真空環境を維持することができる密封装置を提供する。【解決手段】本発明の密封装置１は、弾性素材によって形成された、環状のシール部５を備えている。シール部５の内周面には回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する主リップ１０と、主リップ１０から真空空間Ｖ側に向かって漸次拡径している真空空間側傾斜面１１とが形成されている。真空空間側傾斜面１１には、主リップ１０が回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接した状態で回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する環状突起２０が、軸方向に沿って複数条形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、この回転軸を包囲しているハウジングとの間に形成された環状空間を、軸方向において低圧空間と、前記低圧空間よりも高圧の高圧空間とに仕切る密封装置であって、
弾性素材によって形成されているとともに、前記回転軸の外周面に摺接する環状のシール部を備え、
前記シール部の内周面には、前記回転軸の外周面に摺接する主リップと、前記主リップから前記低圧空間側に向かって延びているとともに、前記低圧空間側に向かって漸次拡径している傾斜面と、が形成され、
前記傾斜面には、前記主リップが前記回転軸の外周面に摺接した状態で前記回転軸の外周面に摺接する環状突起が、軸方向に沿って複数条形成されていることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記複数条の環状突起は、前記主リップ側に設けられた第１環状突起と、前記第１環状突起よりも前記低圧空間側に設けられた第２環状突起とを含み、
前記第２環状突起の前記突出寸法は、前記第１及び第２環状突起の前記回転軸の外周面に対する接触圧力が均等になるように、前記第１環状突起よりも大きくなっている請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
前記第１環状突起は複数条設けられている請求項２に記載の密封装置。
【請求項４】
前記第１環状突起の先端及び前記第２環状突起の先端は、前記主リップの先端と、前記第２環状突起の先端とを通過する接線に沿ってに形成されている請求項２又は３に記載の密封装置。
【請求項５】
前記傾斜面の軸方向に対する傾斜角度は、１０〜２０度に設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の密封装置。
【請求項６】
前記複数条の環状突起は、先端が断面円弧形状に形成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、回転軸と、前記回転軸を包囲しているハウジングとの間の環状空間を大気圧空間と真空空間とに仕切るための密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空空間とされた真空容器内の機器に回転力を与えるために、回転力伝達用の回転軸を、前記真空容器の内部から外部に突設させることがある。
この場合、前記回転軸と、前記真空容器に設けられた前記回転軸を挿通するための貫通孔との間の環状空間から前記真空容器内に大気がリークするのを防止して真空状態を維持するために、前記環状空間には密封装置が装着される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９９３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、ＪＩＳ  Ｈ０２１１によれば、圧力の領域について、１０２Ｐａ以上を低真空、１０２〜１０−１Ｐａを中真空、１０−１〜１０−５Ｐａを高真空、１０−５Ｐａ以下を超高真空と区分している。
上記従来の密封装置では、高真空の領域までについては、安定して密封することが可能であった。
【０００５】
しかし、それ以上の領域である超高真空の領域で従来の密封装置を用いた場合、回転軸が停止している状態では、所定の真空度を維持することができるが、回転軸が停止している状態から回転を開始するとき、及び回転しているときに瞬間的に真空度が低下することがあった。以下、このような真空度の変動を「真空変動」という。
【０００６】
上記従来の密封装置では、真空度が高いほど密封装置のシールリップの前記回転軸に対する緊迫力が大きくなる傾向があることから、超高真空とすることで前記緊迫力がより大きくなる。このため、回転軸が回転を開始する際にシールリップとの間で生じる摩擦振動（いわゆるスティックスリップ）が生じ易くなり、このスティックスリップによってシールリップが回転軸の外周面から瞬時的に離間し、大気圧力が真空容器側にリークすることが真空変動の原因の一つとして考えられる。
【０００７】
前記真空変動が生じると、真空容器内の機器や製品等に悪影響を及ぼすおそれがあるため、できるだけ前記真空変動の発生を抑制し、安定した真空環境を維持する必要がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、真空変動を抑制し、安定した真空環境を維持することができる密封装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、回転軸と、この回転軸を包囲しているハウジングとの間に形成された環状空間を、軸方向において低圧空間と、前記低圧空間よりも高圧の高圧空間とに仕切る密封装置であって、弾性素材によって形成されているとともに、前記回転軸の外周面に摺接する環状のシール部を備え、前記シール部の内周面には、前記回転軸の外周面に摺接する主リップと、前記主リップから前記低圧空間側に向かって延びているとともに、前記低圧空間側に向かって漸次拡径している傾斜面と、が形成され、前記傾斜面には、前記主リップが前記回転軸の外周面に摺接した状態で前記回転軸の外周面に摺接する環状突起が、軸方向に沿って複数条形成されていることを特徴としている。
【００１０】
上記のように構成された密封装置によれば、主リップ以外に複数条の環状突起が回転軸の外周面に摺接するので、例えば主リップのみで摺接する場合と比較して、主リップが外周面に摺接する際の単位面積当たりの面圧を低下させることができる。この結果、低圧空間による負圧によって、主リップの回転軸に対する緊迫力が大きくなったとしても、回転軸が停止している状態から回転を開始する際に主リップに生じるスティックスリップを抑制することができ、スティックスリップによって主リップが回転軸の外周面から瞬時的に離間するのを抑制することができる。この結果、回転軸の初動時に生じる真空変動の発生を抑制することができる。
【００１１】
また、主リップが回転軸の外周面に摺接した状態で外周面に摺接する環状突起を、当該主リップから低圧空間側に向かって延びている傾斜面に複数条形成したので、主リップに加え、複数条の環状突起それぞれによって低圧空間と高圧空間との間を多段階に仕切ることができる。これにより、主リップに作用する負圧力を、低圧空間側に形成された複数条の環状突起によって段階的に低減することができ、高圧空間から低圧空間に向かって圧力がリークするのを抑制することができる。この結果、スティックスリップ以外の要因による圧力のリークをも抑制することができる。
以上のように、本発明によれば、真空変動を抑制するとともに、圧力のリークを抑制することができるので、安定した真空環境を維持することができる。
【００１２】
上記密封装置において、前記複数条の環状突起は、前記主リップ側に設けられた第１環状突起と、前記第１環状突起よりも前記低圧空間側に設けられた第２環状突起とを含み、前記第２環状突起の前記突出寸法は、前記第１及び第２環状突起の前記回転軸の外周面に対する接触圧力が均等になるように、前記第１環状突起よりも大きくなっていることが好ましい。
この場合、第２環状突起によって、回転軸の外周面に対する第１及び第２環状突起の接触圧力を均等にできるので、各環状突起の間で、回転軸の外周面に対するしめしろや緊迫力にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、低圧空間と高圧空間との間をより確実に多段階に仕切ることができ、この結果、圧力のリークをより効果的に抑制することができる。
【００１３】
また、上記密封装置において、前記第１環状突起は複数条設けられていることが好ましく、この場合、低圧空間と高圧空間との間の仕切をより多数とすることができ、圧力のリークをより効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、上記密封装置において、前記第１環状突起の先端及び前記第２環状突起の先端は、前記主リップの先端と、前記第２環状突起の先端とを通過する接線に沿って形成されていてもよい。
この場合、回転軸の外周面に対する第１及び第２環状突起の接触圧力をより均等にすることができる。
【００１５】
上記密封装置において、前記傾斜面の軸方向に対する傾斜角度は、１０〜２０度に設定されていることが好ましく、この場合、主リップ、及び各環状突起を適切に回転軸の外周面に摺接させることができる。
【００１６】
また、上記密封装置において、前記複数条の環状突起は、先端が断面円弧形状に形成されていてもよく、この場合、環状突起が回転軸の外周面に摺接する際の接触面積が必要以上に大きくなるのを抑制できるので環状突起と回転軸との摩擦力を低減できる。さらに、環状突起を外周面に対して確実に摺接させることができるので密封性も確保することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の密封装置によれば、真空変動を抑制し、安定した真空環境を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る密封装置の断面図である。
【図２】図１中、主リップの要部を拡大した断面図である。
【図３】密封装置の内周側に回転軸を挿入したときの主リップの断面図である。
【図４】（ａ）は、変形例に係る主リップの要部を拡大した断面図であり、（ｂ）は、さらに他の変形例に係る主リップの要部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る密封装置の断面図である。この密封装置１は、内部が真空環境とされる真空容器（図示せず）に装着されるものであり、回転軸Ｓと、回転軸Ｓを包囲しているハウジングＨとの間に形成された環状空間Ｔを軸方向大気圧空間Ａ（高圧空間，図１中、紙面右側）と、真空空間Ｖ（低圧空間，図１中、紙面左側）とに密封状態で仕切るために用いられている。
なお、本実施形態では、真空空間Ｖは、圧力の領域の区分がいわゆる超高真空（１０−５Ｐａ（絶対圧力）以下）に維持されている。
【００２０】
回転軸Ｓは、前記真空容器内に設置された機器に回転力を与えるための回転伝達用の軸であり、前記真空容器に設けられ当該真空容器の内外を連通している筒状のハウジングＨに挿通されて、前記真空容器の内部である真空空間Ｖから外部である大気圧空間Ａに向けて突設されている。
【００２１】
密封装置１は、回転軸Ｓが回転可能に環状空間Ｔを軸方向に仕切っており、金属製の芯金２と、芯金２に加硫接着により形成されたフッ素ゴム等の弾性素材からなるシール部材３とを備えている。
芯金２は、ＳＰＣＣ等の鋼板をプレス加工することによって環状に形成されている。芯金２は、円筒状の円筒部２ａと、円筒部２ａの軸方向一方側の端部を径方向内側に折り曲げて形成された環状部２ｂとを有しており、断面Ｌ字形に形成されている。
【００２２】
シール部材３は、円筒部２ａの外周面から大気圧空間Ａ側の端面を回り込んで当該円筒部２ａの内周面に沿うとともに環状部２ｂの大気圧空間Ａ側の側面に沿って接着形成された本体部４と、環状部２ｂの内周端から延びるシール部５と、同じく環状部２ｂの内周端から延びる補助リップ７とを有している。
芯金２は、本体部４を介してハウジングＨに圧入嵌合されており、これによって、密封装置１は、ハウジングＨに固定されている。
【００２３】
補助リップ７は、環状部２ｂの内周端を基端として真空空間Ｖ側に延びるとともに、径方向内側に突設されて回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接している。
シール部５は、環状部２ｂの内周端を基端として大気圧空間Ａ側に延びている環状の部材である。
シール部５の外周面側には、当該シール部５を径方向内側に締め付けて押圧することで密封性を高めるためのガータスプリング８が装着されている。
【００２４】
シール部５は、回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接することで、回転軸ＳとハウジングＨとの間から大気圧空間Ａの圧力が真空空間Ｖにリークしないように、環状空間Ｔを密封している。
シール部５の内周面には、回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する主リップ１０と、主リップ１０から真空空間Ｖ側に向かって延びているとともに、真空空間Ｖ側に向かって漸次拡径している真空空間側傾斜面１１と、主リップ１０から大気圧空間Ａ側に向かって延びているとともに、大気圧空間Ａ側に向かって漸次拡径している大気空間側傾斜面１２とが形成されている。よって、主リップ１０は、真空空間側傾斜面１１と大気空間側傾斜面１２とによる頂点により構成されており、断面山形に形成されている。
【００２５】
シール部５は、上述のように環状部２ｂの内周端を基端として大気圧空間Ａ側に延びている。従って、シール部５は、真空空間Ｖ側の端部を支点として、大気圧空間Ａ側の端部が径方向に揺動可能とされている。なお、図１は、自由状態にあるシール部５を示している。
シール部５は、内周面側に回転軸Ｓが挿入されると、当該シール部５の大気圧空間Ａ側の端部が径方向外側に揺動し、大気圧空間Ａ側の端部及び主リップ１０がわずかに拡径するように弾性変形する。主リップ１０は、わずかに拡径するように弾性変形した状態で回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する。
【００２６】
図２は、図１中、シール部５の要部を拡大した断面図である。なお、図２は、自由状態にあるシール部５を示している。
シール部５の真空空間側傾斜面１１は、軸方向に対する傾斜角度ｄが、例えば１０〜２０度の範囲に設定された円すい状の内周面に形成されている。
真空空間側傾斜面１１には、当該真空空間側傾斜面１１から径方向内側に突設された環状突起２０が、軸方向に沿って所定間隔を置いて複数条（図例では３つ）形成されている。
各環状突起２０は、その先端が断面円弧形状に形成されており、主リップ１０側に設けられた第１環状突起２１と、第１環状突起２１よりも真空空間Ｖ側に設けられた第２環状突起２２とを含んでいる。
【００２７】
第２環状突起２２は、その突出寸法ｔ２が第１環状突起２１の突出寸法ｔ１よりも大きい値となるように形成されている。
また、第１環状突起２１は、第２環状突起２２と、主リップ１０との間に、２つ形成されている。２つの第１環状突起２１は、同じ突出寸法ｔ１に形成されている。
これら環状突起２０は、後述するように、密封装置１に回転軸Ｓが挿入され、主リップ１０が外周面Ｓ１に摺接したときにその先端が外周面Ｓ１に摺接するよう形成されている。
【００２８】
図３は、密封装置１の内周側に回転軸Ｓを挿入したときの主リップ１０の断面図である。
上述したように、シール部５の内周面側に回転軸Ｓが挿入されると、当該シール部５は真空空間Ｖ側の端部を支点として、大気圧空間Ａ側の端部が径方向外側に揺動し、主リップ１０が回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する。
また、真空空間側傾斜面１１の傾斜角度ｄ（図２）は、シール部５の大気圧空間Ａ側の端部が径方向外側に揺動することで小さくなり、真空空間側傾斜面１１が回転軸Ｓの外周面Ｓ１に接近する。これによって、各環状突起２０は、その先端が回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する。つまり、各環状突起２０は、主リップ１０が回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接した状態で、その先端が外周面Ｓ１に摺接するよう形成されている。
【００２９】
また、このとき、各環状突起２０は、隣に位置する環状突起２０または主リップ１０との間で、真空空間側傾斜面１１と外周面Ｓ１との間に空間Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を形成している。
各環状突起２０の突出寸法ｔ１，ｔ２（図２）や、互いに隣り合う環状突起２０同士の間隔、環状突起２０と主リップ１０との間の間隔は、上記空間Ｋ１〜Ｋ３が形成される値に設定されている。
【００３０】
ここで、真空空間側傾斜面１１は、傾斜角度ｄが小さくなって外周面Ｓ１に接近するため、主リップ１０から最も離れている環状突起２０（第２環状突起２２）は、仮に他の環状突起２０と突出寸法が同じであると、外周面Ｓ１に接触したときのしめしろや緊迫力が他の環状突起２０よりも相対的に小さくなってしまう。
【００３１】
そこで、第２環状突起２２の突出寸法ｔ２は、各環状突起２０の外周面Ｓ１に対する接触圧力が均等となるように、第１環状突起２１の突出寸法ｔ１よりも大きく形成されている。
これによって、各環状突起２０の外周面Ｓ１に対する接触圧力が均等となり、各環状突起２０の間で、外周面Ｓ１に接触したときのしめしろや緊迫力にばらつきが生じるのを抑制することができる。
【００３２】
上記のように構成された密封装置１によれば、主リップ１０以外に複数条の環状突起２０が回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接するので、例えば主リップ１０のみで摺接する場合と比較して、主リップ１０が外周面Ｓ１に摺接する際の単位面積当たりの面圧を低下させることができる。この結果、真空空間Ｖによる負圧によって、主リップ１０の回転軸Ｓに対する緊迫力が大きくなったとしても、回転軸Ｓが停止している状態から回転を開始する際に主リップ１０に生じるスティックスリップを抑制することができ、スティックスリップによって主リップ１０が回転軸Ｓの外周面Ｓ１から瞬時的に離間するのを抑制することができる。この結果、回転軸Ｓの初動時に生じる真空変動の発生を抑制することができる。
【００３３】
また、主リップ１０が回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接したときに、その先端が外周面Ｓ１に摺接するとともに互いに隣り合う環状突起２０または主リップ１０との間で空間Ｋ１〜Ｋ３を形成する環状突起２０を、真空空間側傾斜面１１に複数条形成したので、主リップ１０に加え、複数条の環状突起２０それぞれによって真空空間Ｖと大気圧空間Ａとの間を多段階に仕切ることができる。これにより、主リップ１０に作用する負圧力を、真空空間Ｖ側に形成された複数条の環状突起２０によって段階的に低減することができ、大気圧空間Ａから真空空間Ｖに向かって圧力がリークするのを抑制することができる。この結果、スティックスリップ以外の要因による圧力のリークをも抑制することができる。
このように、本実施形態の密封装置１によれば、真空変動を抑制するとともに、圧力のリークを抑制することができるので、安定した真空環境を維持することができる。
【００３４】
本実施形態では、第１環状突起２１を２つ設けることで、主リップ１０を合わせて真空空間Ｖと大気圧空間Ａとの間の仕切を４段階としたので、真空空間Ｖ側への圧力のリークをより効果的に抑制することができる。 
【００３５】
また、本実施形態によれば、環状突起２０が、互いに隣り合う環状突起２０または主リップ１０との間で空間Ｋ１〜Ｋ３を形成するので、この空間Ｋ１〜Ｋ３に、主リップ１０と回転軸Ｓとの間に供給される潤滑剤を留めることができる。
これにより、主リップ１０と回転軸Ｓの外周面Ｓ１との間の摩擦力を低減することができ、スティックスリップをさらに効果的に抑制することができるとともに、摩擦に伴う摩耗を低減でき、密封装置１の高寿命化が可能となる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、各環状突起２０の先端が、断面円弧形状に形成されているので、当該環状突起２０が回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接する際の接触面積が必要以上に大きくなるのを抑制でき、環状突起２０と回転軸Ｓとの摩擦力を低減できる。さらに、各環状突起２０の先端を断面円弧形状とすることで、当該環状突起２０を外周面Ｓ１に対して確実に摺接させることができ密封性も確保することができる。 
【００３７】
先端が円弧形状である各環状突起２０は、表面粗さを可能な限り小さくした金型を用いてシール部材３全体で一体に加硫成形されている。このため、各環状突起２０の先端の表面粗さを小さくでき、上述のように空間Ｋ１〜Ｋ３に留められる潤滑剤と相まって摩擦力をさらに低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、第２環状突起２２の突出寸法ｔ２が、第１環状突起２１の突出寸法ｔ１よりも大きく形成されることで、各環状突起２０が外周面Ｓ１に摺接したときに、当該各環状突起２０の外周面Ｓ１に対する接触圧力を均等にしうる寸法とされているので、各環状突起２０の外周面Ｓ１に対する接触圧力を均等にできる。これにより、各環状突起２０の間で、外周面Ｓ１に接触したときのしめしろや緊迫力にばらつきが生じるのを抑制することができ、空間Ｋ１〜Ｋ３を確実に形成して、真空空間Ｖと大気圧空間Ａとの間をより確実に多段階に仕切ることができ、この結果、真空空間Ｖに対する圧力のリークをより効果的に抑制することができる。 
【００３９】
また、本実施形態では、自由状態における主リップ１０の真空空間側傾斜面１１の軸方向に対する傾斜角度ｄが１０〜２０度の範囲に設定されているので、主リップ１０、及び上述のように形成された各環状突起を適切に回転軸Ｓの外周面Ｓ１に摺接させることができる。 
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、互いに同じ突出寸法ｔ１とされた２つの第１環状突起２１を真空空間側傾斜面１１に形成した場合を例示したが、例えば、図４（ａ）に示すように、２つの第１環状突起２１は、主リップ１０側の第１環状突起２１ａの突出寸法を、第２環状突起２２側の第１環状突起２１ｂの突出寸法よりも小さく設定してもよい。
【００４１】
より具体的には、主リップ１０及び各環状突起２０が自由状態のときの第１環状突起２１の先端及び第２環状突起２２の先端は、主リップ１０の先端と、第２環状突起２２の先端とを通過する接線Ｕに沿って形成されている。
【００４２】
この場合、複数条の環状突起２０は、主リップ１０が外周面Ｓ１に摺接し、かつ各環状突起２０が外周面Ｓ１に摺接したときに、当該各環状突起２０の外周面Ｓ１に対する接触圧力を均等にしうる寸法とされている。これにより、各環状突起２０の外周面Ｓ１に対する接触圧力をより均等にでき、各環状突起２０のしめしろや緊迫力をより適切に設定することができる。
【００４３】
さらに、上記実施形態では、第１環状突起２１を２つ設けることで、主リップ１０を合わせて真空空間Ｖと大気圧空間Ａとの間の仕切を４段階とした場合を示したが、図４（ｂ）に示すように、第１環状突起２１をより多数（図例では３つ）設けてもよい。
図４（ｂ）では、第２環状突起２２の突出寸法が最も大きく、各第１環状突起２１の突出寸法は、主リップ１０から軸方向により離れた位置に形成されているものほど大きく形成されている。
このように、真空空間Ｖと大気圧空間Ａとの間の仕切をより多数とすることで、真空空間Ｖ側への圧力のリークをさらに効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  密封装置        １０  主リップ        １１  真空空間側傾斜面（傾斜面）
２０  環状突起        ２１，２１ａ，２１ｂ  第１環状突起
２２  第２環状突起    Ｓ  回転軸        Ｓ１  外周面
Ｔ  環状空間        Ａ  大気圧空間（高圧空間）        Ｖ  真空空間（低圧空間）
【図１】
2015004414.tif 000003
【図２】
2015004414.tif 000004
【図３】
2015004414.tif 000005
【図４】
2015004414.tif 000006