Traitement en cours

Veuillez attendre...

Paramétrages

Paramétrages

Aller à Demande

1. WO2020162349 - ÉLÉMENT COULISSANT

Document

明 細 書

発明の名称 摺動部品

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017  

実施例 1

0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056  

実施例 2

0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064  

実施例 3

0065   0066  

実施例 4

0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076  

符号の説明

0077  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

明 細 書

発明の名称 : 摺動部品

技術分野

[0001]
 本発明は、相対回転する摺動部品に関し、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封する軸封装置に用いられる摺動部品、または自動車、一般産業機械、あるいはその他の軸受分野の機械の軸受に用いられる摺動部品に関する。

背景技術

[0002]
 被密封液体の漏れを防止する軸封装置として例えばメカニカルシールは相対回転し摺動面同士が摺動する一対の環状の摺動部品を備えている。このようなメカニカルシールにおいて、近年においては環境対策等のために摺動により失われるエネルギーの低減が望まれており、摺動部品の摺動面に高圧の被密封液体側である外径側に連通するとともに摺動面において一端が閉塞する正圧発生溝を設けている。これによれば、摺動部品の相対回転時には、正圧発生溝に正圧が発生して摺動面同士が離間するとともに、正圧発生溝には被密封液体が外径側から導入され被密封液体を保持することで潤滑性が向上し、低摩擦化を実現している。
[0003]
 さらに、メカニカルシールは、密封性を長期的に維持させるためには、「潤滑」に加えて「密封」という条件が求められている。例えば、特許文献1に示されるメカニカルシールは、一方の摺動部品において、被密封液体側に連通するレイリーステップ及び逆レイリーステップが設けられている。これによれば、摺動部品の相対回転時には、レイリーステップにより摺動面間に正圧が発生して摺動面同士が離間するとともに、レイリーステップが被密封液体を保持することで潤滑性が向上する。一方、逆レイリーステップでは相対的に負圧が生じるとともに逆レイリーステップはレイリーステップよりも漏れ側に配置されているため、レイリーステップから摺動面間に流れ出た高圧の被密封液体を逆レイリーステップに吸い込むことができる。このようにして、一対の摺動部品間の被密封液体が漏れ側に漏れることを防止して密封性を向上させていた。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 国際公開第2012/046749号(第14-16頁、第1図)

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 しかしながら、特許文献1にあっては、逆レイリーステップで被密封液体を被密封液体側へ戻す構造であるため、摺動面間における漏れ側に被密封液体が供給されず、潤滑性に寄与していない部分が生じる虞があり、より潤滑性の高い摺動部品が求められていた。また、レイリーステップから摺動面間に流出した被密封液体はレイリーステップよりも漏れ側に配置された逆レイリーステップに即座に吸い込まれてしまい、摺動面間に多くの量の被密封液体を保持することが難しかった。
[0006]
 本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、被密封流体を摺動面間における漏れ側まで供給して高い潤滑性を発揮するとともに被密封流体の漏れの少なく、且つ摺動面間に多くの量の被密封流体を保持できる摺動部品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

[0007]
 前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
 回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品であって、
 前記摺動部品の摺動面には、漏れ側に連通する第1溝部と、該第1溝部に連通して周方向に両側に延設される第2溝部と、から構成される動圧発生機構が複数設けられており、
 前記第2溝部は、延設方向の端面が前記第1溝部との連通部よりも被密封流体側に配置されている。
 これによれば、摺動面の漏れ側まで供給された被密封流体を漏れ側に連通する第1溝部により回収し、回収した被密封流体を第2溝部から摺動面間に流出させて一部を径方向被密封流体側に戻すので、漏れ側に漏れる被密封流体が少ないとともに、摺動面の広い面積で潤滑性を向上させることができる。また、第2溝部が摺動部品の相対回転方向と交差して被密封流体側に延びるので、下流側の第2溝部の端面から被密封流体を摺動面間の被密封流体側に流出させることができ、摺動面間に流出した被密封流体を被密封流体側に排出しやすくかつ漏れ側に移動することを抑制して、摺動面間に多くの量の被密封流体を保持させることができる。
[0008]
 前記第1溝部が前記第2溝部よりも深い寸法に形成されていてもよい。
 これによれば、第1溝部は溝の深さが深く容積が大きいので、摺動面の漏れ側まで供給された多くの量の被密封流体を回収できる。
[0009]
 前記第2溝部は、漏れ側に凸となるように湾曲して延設されていてもよい。
 これによれば、第2溝部内で円滑に動圧を発生させることができる。
[0010]
 前記第2溝部の端面は、被密封流体側を向くように形成されていてもよい。
 これによれば、第2溝部の端面から被密封流体側に向けて被密封流体が流出するので、被密封流体を被密封流体側に排出させやすい。
[0011]
 前記第1溝部の被密封流体側端面は、前記第2溝部の被密封流体側の側面に沿って、または前記第2溝部の被密封流体側の側面よりも漏れ側に配置されていてもよい。
 これによれば、摺動面間における第1溝部よりも被密封流体側の被密封流体が第1溝部に流入することを抑制し、摺動面の漏れ側まで供給された被密封流体を効率よく回収することができる。
[0012]
 前記摺動部品の摺動面には、前記動圧発生機構よりも被密封流体側に配置され前記動圧発生機構とは独立する特定動圧発生機構を備えていてもよい。
 これによれば、摺動部品の相対回転時に、特定動圧発生機構により摺動面間を離間させて摺動面間に適当な流体膜を生成しつつ、動圧発生機構によって被密封流体の漏れ側への漏れを低減できる。
[0013]
 前記第1溝部は内径側に連通していてもよい。
 これによれば、遠心力により第2溝部内の被密封流体を被密封流体側に戻すことができるとともに、第1溝部内に被密封流体を保持しやすい。
[0014]
 尚、本発明に係る摺動部品の第2溝部が周方向に延設されているというのは、第2溝部が少なくとも周方向に沿った成分が大きくなるように延設していればよく、好ましくは径方向よりも周方向に沿って延設されていればよい。また第1溝部が径方向に延びているというのは、第1溝部が少なくとも径方向の成分をもって延設していればよく、好ましくは周方向よりも径方向に沿った成分が大きくなるように延設されていればよい。
[0015]
 また、被密封流体は、液体であってもよいし、液体と気体が混合したミスト状であってもよい。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 本発明の実施例1におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。
[図2] 静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。
[図3] A-A断面図である。
[図4] 静止密封環の摺動面における要部拡大図である。
[図5] (a)~(c)は相対回転初期に液体誘導溝部の内径側から吸い込まれた被密封液体が摺動面間に流出される動作を説明する概略図である。
[図6] レイリーステップの壁部から摺動面間に被密封液体が流出した状態を示す概略図である。
[図7] 本発明の変形例1を示す説明図である。
[図8] 本発明の実施例2における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。
[図9] 本発明の実施例3における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。
[図10] 本発明の実施例4における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。
[図11] (a)は本発明の変形例2を示す説明図、(b)は本発明の変形例3を示す説明図である。

発明を実施するための形態

[0017]
 本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
実施例 1
[0018]
 実施例1に係る摺動部品につき、図1から図7を参照して説明する。尚、本実施例においては、摺動部品がメカニカルシールである形態を例に挙げ説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外径側を被密封液体側(高圧側)、内径側を大気側(低圧側)として説明する。また、説明の便宜上、図面において、摺動面に形成される溝等にドットを付すこともある。
[0019]
 図1に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封液体Fを密封するインサイド形のものであって、回転軸1にスリーブ2を介して回転軸1と共に回転可能な状態で設けられた円環状の摺動部品である回転密封環20と、被取付機器のハウジング4に固定されたシールカバー5に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた摺動部品としての円環状の静止密封環10と、から主に構成され、ベローズ7によって静止密封環10が軸方向に付勢されることにより、静止密封環10の摺動面11と回転密封環20の摺動面21とが互いに密接摺動するようになっている。尚、回転密封環20の摺動面21は平坦面となっており、この平坦面には凹み部が設けられていない。
[0020]
 静止密封環10及び回転密封環20は、代表的にはSiC(硬質材料)同士またはSiC(硬質材料)とカーボン(軟質材料)の組み合わせで形成されるが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、SiCとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる2種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したSiC、SiCとSiからなる反応焼結SiC、SiC-TiC、SiC-TiN等があり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン等が利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料(コーティング材料)、複合材料等も適用可能である。
[0021]
 図2に示されるように、静止密封環10に対して回転密封環20が矢印で示すように相対摺動するようになっており、静止密封環10の摺動面11には複数の動圧発生機構14が静止密封環10の周方向に均等に配設されている。摺動面11の動圧発生機構14以外の部分は平端面を成すランド12となっている。
[0022]
 次に、動圧発生機構14の概略について図2~図4に基づいて説明する。尚、以下、静止密封環10及び回転密封環20が相対的に回転したときに、図4の紙面左側を後述するレイリーステップ9A内を流れる被密封液体Fの下流側とし、図4の紙面右側をレイリーステップ9A内を流れる被密封液体Fの上流側として説明する。
[0023]
 動圧発生機構14は、大気側に連通して外径方向に延びる第1溝部としての液体誘導溝部15と、液体誘導溝部15の外径側端部から内径側に凸となるように外径側に向けて弧状、言い換えると4分の1楕円弧状に延びる下流側の第2溝部としてのレイリーステップ9Aと、液体誘導溝部15の外径側端部から内径側に凸となるように外径側に向けて弧状、言い換えると4分の1楕円弧状に延びる上流側の第2溝部としての逆レイリーステップ9Bと、を備えている。すなわち、動圧発生機構14は、液体誘導溝部15、レイリーステップ9A、逆レイリーステップ9Bにより、摺動面11を直交する方向から見てY字形状を成している。尚、本実施例1の液体誘導溝部15は、静止密封環10の軸に直交するように径方向に延びている。また、液体誘導溝部15とレイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bとは連通しており、連通部分には深さ方向の段差18が形成されている。
[0024]
 また、レイリーステップ9Aは、下流側の端部に回転方向に対して直交する壁部9aが形成されている。また、逆レイリーステップ9Bは、上流側の端部に回転方向に対して直交する壁部9bが形成されている。尚、壁部9a,9bは、回転方向に直交することに限られるものではなく、例えば回転方向に対して傾斜していてもよいし、階段状に形成されていてもよい。
[0025]
 また、液体誘導溝部15の深さ寸法L10は、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの深さ寸法L20よりも深くなっている(L10>L20)。具体的には、本実施例1における液体誘導溝部15の深さ寸法L10は、100μmに形成されており、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの深さ寸法L20は、5μmに形成されている。すなわち、液体誘導溝部15とレイリーステップ9Aとの間には、液体誘導溝部15における下流側の側面とレイリーステップ9Aの底面とにより深さ方向の段差18が形成されており、液体誘導溝部15と逆レイリーステップ9Bとの間にも同様の段差18が形成されている。尚、液体誘導溝部15の深さ寸法がレイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの深さ寸法よりも深く形成されていれば、液体誘導溝部15及びレイリーステップ9A、逆レイリーステップ9Bの深さ寸法は自由に変更でき、好ましくは寸法L10は寸法L20の5倍以上である。
[0026]
 尚、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの底面は平坦面をなしランド12に平行に形成されているが、平坦面に微細凹部を設けることやランド12に対して傾斜するように形成することを妨げない。さらに、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの周方向に延びる2つの円弧状の面はそれぞれレイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの底面に直交している。また、液体誘導溝部15の底面は平坦面をなしランド12に平行に形成されているが、平坦面に微細凹部を設けることやランド12に対して傾斜するように形成することを妨げない。さらに、液体誘導溝部15の径方向に延びる2つの平面はそれぞれ液体誘導溝部15の底面に直交している。
[0027]
 次いで、静止密封環10と回転密封環20との相対回転時の動作について説明する。まず、回転密封環20が回転していない一般産業機械の非稼動時には、摺動面11,21間には摺動面11,21よりも外径側の被密封液体Fが毛細管現象によって僅かに進入しているとともに、動圧発生機構14には一般産業機械の停止時に残っていた被密封液体Fと摺動面11,21よりも内径側から進入した大気とが混在した状態となっている。尚、被密封液体Fは気体と比べ粘度が高いため、一般産業機械の停止時に動圧発生機構14から低圧側に漏れ出す量は少ない。
[0028]
 一般産業機械の停止時に動圧発生機構14に被密封液体Fがほぼ残っていない場合には、回転密封環20が静止密封環10に対して相対回転(図2の黒矢印参照)すると、図4に示されるように、大気側の低圧側流体Aが矢印L1に示すように液体誘導溝部15から導入されるとともに、レイリーステップ9Aによって低圧側流体Aが回転密封環20の回転方向に矢印L2に示すように追随移動するため、レイリーステップ9A内に動圧が発生するようになり、これにより逆レイリーステップ9Bに存在する低圧側流体Aが回転密封環20の回転方向に矢印L4に示すように追従移動するようになる。
[0029]
 レイリーステップ9Aの下流側端部である壁部9a近傍が最も圧力が高くなり、低圧側流体Aは矢印L3に示すように壁部9a近傍からその周辺に流出する。尚、レイリーステップ9Aの上流側に向かうにつれて漸次圧力が低くなっている。
[0030]
 また、静止密封環10と回転密封環20との相対回転時には、摺動面11,21間にそれらの外径側から高圧の被密封液体Fが随時流入しており、いわゆる流体潤滑を成すようになっている。このとき、レイリーステップ9A近傍の被密封液体Fは、上述したようにレイリーステップ9Aの特に下流側は高圧となっているため、矢印H1に示すように、ランド12に位置したままで、レイリーステップ9Aにはほぼ進入しない。一方、液体誘導溝部15の近傍の被密封液体Fは、液体誘導溝部15が深溝部であってかつ低圧側に連通していることから、矢印H2に示すように、液体誘導溝部15に進入しやすくなっている。加えて、被密封液体Fは液体であって表面張力が大きいことから、液体誘導溝部15の側壁面に沿って移動して液体誘導溝部15に進入しやすくなっている。また、逆レイリーステップ9B近傍の被密封液体Fは、矢印L4に示す低圧側流体Aの移動により矢印H2’に示すように逆レイリーステップ9Bに進入し、その後液体誘導溝部15内に進入する。
[0031]
 次いで、液体誘導溝部15に吸い込まれた被密封液体Fが摺動面11,21間に流出される動作を説明する。
[0032]
 動圧発生機構14に被密封液体Fがほぼ残っていない場合に、回転密封環20が静止密封環10に対して相対回転(図2の黒矢印参照)すると、図5(a)に示されるように、液体誘導溝部15に進入した被密封液体Fは、符号H3に示すように、塊状の液滴となる。その後、図5(b)に示されるように、液滴がある程度の体積となると、符号H4に示すように、レイリーステップ9Aの上流側に形成された相対的に低い圧力によってレイリーステップ9Aに引き込まれる。同時に、新たに液体誘導溝部15に被密封液体Fが進入し、液滴H3’となる。このとき、液体誘導溝部15には、図5(a)における相対回転の初期状態よりも多くの被密封液体Fが進入する。
[0033]
 その後、図5(c)に示されるように、レイリーステップ9Aに引き込まれた被密封液体Fは回転密封環20から大きなせん断力を受け、圧力が高められながらレイリーステップ9A内を下流側に移動し、矢印H5に示すように壁部9a近傍に流出する。同時に、新たに液体誘導溝部15により多くの被密封液体Fが進入し、液滴H3’’となるとともに、液滴H3’が符号H4’に示すように、レイリーステップ9Aに引き込まれる。
[0034]
 その後、図5(c)に示される状態よりも液体誘導溝部15に進入する被密封液体Fの量が増え、レイリーステップ9Aから連続的に被密封液体Fが摺動面11,21間に流出する定常状態となる。定常状態では、摺動面11,21間にそれらの外径側やレイリーステップ9Aから高圧の被密封液体Fが随時流入しており、上述したように流体潤滑となっている。尚、図5(a),(b),(c)を経て定常状態となるまでは過渡的な短い時間である。また、一般産業機械の停止時に動圧発生機構14に被密封液体Fが残っている場合には、動圧発生機構14に被密封液体Fが残存している量によって、図5(a)の状態、図5(b)の状態、図5(c)の状態、定常状態のいずれかから動作が開始することとなる。
[0035]
 また、固体に対する界面張力は気体よりも液体の方が大きいので、摺動面11,21間には被密封液体Fが保持されやすく大気は静止密封環10、回転密封環20よりも内径側に排出されやすい。
[0036]
 また、図6に示されるように、レイリーステップ9Aの端面を構成する壁部9aは、高圧側を向くように周方向に沿って形成されており、壁部9a近傍の摺動面11,21間に流出される被密封液体Fの多くは、矢印H6に示すように高圧側に向けて流出されるようになり、低圧側に向けて流出される被密封液体Fは、矢印H7に示すように少量となる。
[0037]
 以上のように、静止密封環10と回転密封環20との相対回転時において、レイリーステップ9Aには、液体誘導溝部15に進入した被密封液体Fを引き込んで動圧が発生しているので、摺動面11,21間の低圧側まで供給された被密封液体Fを液体誘導溝部15により回収し、回収した被密封液体Fをレイリーステップ9Aから摺動面11,21間に流出させて一部を径方向高圧側に戻すので、低圧側に漏れる被密封液体Fが少ないとともに、摺動面11,21の広い面積で潤滑性を向上させることができる。
[0038]
 また、レイリーステップ9Aが静止密封環10と回転密封環20との相対回転方向と交差して高圧側に延びるので、レイリーステップ9Aから被密封液体Fを摺動面11,21間の高圧側に流出させることができ、摺動面11,21間に流出した被密封液体Fを高圧側に排出しやすく、かつ低圧側に移動することを抑制できる。すなわち、摺動面11,21間に流出した被密封液体Fが再度レイリーステップ9Aに引き込まれる量を少なくできるため、レイリーステップ9Aによって発生された圧力により摺動面11,21間を離間させつつ摺動面11,21間に多くの量の被密封液体Fを保持させることができるとともに、液体誘導溝部15からレイリーステップ9A内に引き込む被密封液体Fの量が低下することを抑制できる。
[0039]
 また、液体誘導溝部15はレイリーステップ9Aよりも溝の深さが深く容積が大きいので、摺動面11,21間の低圧側まで供給された多くの量の被密封液体Fを回収できる。さらに、多くの量の被密封液体Fが液体誘導溝部15に保持されるため、レイリーステップ9A内に引き込まれる被密封液体Fの量を十分に確保できるとともに、液体誘導溝部15に保持される被密封液体Fの量が短い時間において増減してもレイリーステップ9A内に引き込まれる被密封液体Fの量を略一定とすることができ、摺動面11,21が貧潤滑となることを回避できる。また、液体誘導溝部15が低圧側に連通しているので、摺動面11,21間の被密封液体Fの圧力に比べ液体誘導溝部15内の圧力は低くなっており、液体誘導溝部15の近傍の被密封液体Fは液体誘導溝部15内に引き込まれやすくなっている。
[0040]
 また、レイリーステップ9Aは、低圧側に凸となるように湾曲して円弧状に延設されているため、レイリーステップ9A内で円滑に動圧を発生させることができるとともに、レイリーステップ9Aの壁部9aを高圧側に近付けて配置することができる。また、レイリーステップ9Aの壁部9aが高圧側を向くように配置することができる。
[0041]
 また、レイリーステップ9Aの端面を構成する壁部9aは高圧側を向くように周方向に沿って形成されており、壁部9a近傍の摺動面11,21間に流出される被密封液体Fは高圧側に多く排出されるようになり、被密封液体Fが低圧側に移動することが抑制されるので、摺動面11,21間に多くの量の被密封液体Fを保持させることができるとともに、液体誘導溝部15からレイリーステップ9A内に引き込む被密封液体Fの量が低下することを抑制できる。
[0042]
 また、逆レイリーステップ9Bは、レイリーステップ9Aと対称の形状であり、該逆レイリーステップ9Bの壁部9bは、高圧側を向くように周方向に沿って形成されている。すなわち、レイリーステップ9Aの壁部9aと逆レイリーステップ9Bの壁部9bとが周方向に向き合わないので、レイリーステップ9Aから摺動面11,21間に流出する被密封液体Fが周方向に隣接する逆レイリーステップ9Bに即座に吸い込まれることを回避でき、摺動面11,21間に多くの量の被密封液体Fを保持させることができる。
[0043]
 また、図6を参照して、液体誘導溝部15の被密封流体側端面としての高圧側の端面15aは、レイリーステップ9Aの高圧側の側面9cに沿って延設されているので、摺動面11,21間における液体誘導溝部15よりも高圧側の被密封液体Fが液体誘導溝部15内に流入する量を少なくでき、摺動面11,21よりも内径側から液体誘導溝部15内に引き込む被密封液体Fの量の低下を抑制して効率よく回収することができる。尚、液体誘導溝部15の高圧側の端面15aは、レイリーステップ9Aの高圧側の側面9cよりも低圧側に配置されていてもよい。
[0044]
 また、液体誘導溝部15は、径方向に延びている。具体的には、液体誘導溝部15は、静止密封環10の中心軸と直交する方向に延びており、その外径側端部からレイリーステップ9Aが交差するように周方向に配置されているため、レイリーステップ9A内で生じる被密封液体Fの流れの慣性や、動圧の影響を受けにくくなっている。このことから、静止密封環10の内側面に付着した被密封液体Fや低圧側流体Aが液体誘導溝部15の内径側から直接レイリーステップ9Aに吸い込まれにくくなっている。また、動圧の影響を直接的に受けずに、被密封液体Fを液体誘導溝部15に保持できる。
[0045]
 尚、液体誘導溝部15は、静止密封環10の中心軸と直交する方向に限られず、静止密封環10の中心軸と直交する位置から傾いていてもよいが、45度未満の傾きであることが好ましい。さらに、液体誘導溝部15の形状は円弧状など自由に変更できる。
[0046]
 また、レイリーステップ9Aと液体誘導溝部15との連通部分には、液体誘導溝部15における下流側の側面とレイリーステップ9Aの底面とにより段差18が形成されているので、動圧の影響を直接的に受けずに被密封液体Fを液体誘導溝部15に保持できる。
[0047]
 また、レイリーステップ9Aは、径方向の全幅に亘って液体誘導溝部15に連通しているため、レイリーステップ9Aの液体誘導溝部15への開口領域を確保でき、液体誘導溝部15に保持された被密封液体Fを効率的に吸い上げることができる。
[0048]
 また、液体誘導溝部15は、静止密封環10の内径側に連通している。すなわち、摺動部品は、インサイド形のメカニカルシールであり、静止密封環10及び回転密封環20の相対回転時には、遠心力によりレイリーステップ9A内の被密封液体Fを高圧側に戻すことができるとともに、被密封液体Fの摺動面11,21よりも内径側の低圧側への漏れを低減できる。
[0049]
 また、静止密封環10に動圧発生機構14が設けられているため、静止密封環10及び回転密封環20の相対回転時に、液体誘導溝部15内を大気圧に近い状態に保ちやすい。
[0050]
 尚、本実施例1では、図2の紙面反時計回りに回転密封環20が静止密封環10に対して相対回転する形態を例示したが、図2の紙面時計回りに回転密封環20が静止密封環10に対して相対回転してもよい。このときには、低圧側流体Aが矢印L1,L2’,L3’の順に移動して逆レイリーステップ9B内に動圧が発生することとなる(図8参照)。すなわち、図2の紙面時計回りに回転密封環20が回転する場合には、逆レイリーステップ9Bがレイリーステップとして機能し、レイリーステップ9Aが逆レイリーステップとして機能する。このように、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bのいずれか一方を動圧発生用の第2溝部として利用できるため、静止密封環10と回転密封環20との相対回転方向に関わらず使用できる。
[0051]
 また、本実施例1では、液体誘導溝部15とレイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bが摺動面11を直交する方向から見てY字形状を成している形態を例示したが、例えば、液体誘導溝部15とレイリーステップ9Aとが交差することなく滑らかに、例えば直線状、円弧状を成すように連通していてもよい。また、レイリーステップ9Aと逆レイリーステップ9Bとは対称形状に形成されていたが、両者は深さ寸法、周方向長さ、径方向幅について同じであっても異なっていてもよい。
[0052]
 また、液体誘導溝部15とレイリーステップ9Aとの連通部分に段差18が設けられていなくてもよく、例えば、液体誘導溝部15とレイリーステップ9Aとが傾斜面で連通していてもよい。この場合、例えば、5μm以下の深さ寸法を有する部分が第2溝部としてのレイリーステップ9Aとなり、5μmよりも深い部分を第1溝部としての液体誘導溝部15とすることができる。
[0053]
 また、本実施例1では、第1溝部としての液体誘導溝部15が第2溝部としてのレイリーステップ9Aよりも深い寸法に形成されている形態を例示したが、第1溝部は第2溝部と同一の深さ寸法に形成されていてもよい。
[0054]
 また、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bは、低圧側に凸となるように湾曲して円弧状に延設される形態に限られず、例えば、高圧側に凸となるように湾曲して円弧状に延設されていてもよい。
[0055]
 また、レイリーステップ9Aの壁部9a及び逆レイリーステップ9Bの壁部9bは、高圧側を向くことに限られず、周方向を向いていてもよい。また、第2溝部としてのレイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの終端が先細りする形状などであってもよい。また、第2溝部の端面の少なくとも一部が高圧側に配置されていれば、第1溝部から蛇行して延設されていてもよい。
[0056]
 次いで、第2溝部の変形例を説明する。図7に示されるように、変形例1の第2溝部としてのレイリーステップ91A及び逆レイリーステップ91Bは、液体誘導溝部15に直交するように直線状に延設されている。具体的には、レイリーステップ91Aの壁部91a及び逆レイリーステップ91Bの壁部91bの少なくとも一部が周方向から見たときに高圧側に配置されている。このような形状であれば摺動面11,21間に流出した被密封液体Fを高圧側に排出しやすい。
実施例 2
[0057]
 次に、実施例2に係る摺動部品につき、図8を参照して説明する。尚、前記実施例1と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
[0058]
 図8に示されるように、静止密封環101には、動圧発生機構14と、特定動圧発生機構16と、が複数形成されている。特定動圧発生機構16は、高圧側に連通する液体誘導溝部161と、液体誘導溝部161の内径側端部から下流側に向けて静止密封環101と同心状に周方向に延びるレイリーステップ17Aと、液体誘導溝部161の内径側端部から上流側に向けて静止密封環101と同心状に周方向に延びる逆レイリーステップ17Bと、を備えている。液体誘導溝部161と液体誘導溝部15とは、周方向に対応する位置に形成されている。また、液体誘導溝部161は、特定動圧発生機構16の第1溝部として機能しており、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bは、特定動圧発生機構16の第2溝部として機能している。
[0059]
 動圧発生機構14のレイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bは、特定動圧発生機構16のレイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bよりも周方向に長く形成されている。また、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bの深さ寸法は、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bと同じ5μmに形成されている。また、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bの径方向の幅は、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの径方向の幅よりも小幅に形成されている。すなわち、動圧発生機構141の容積は、特定動圧発生機構16の容積よりも大きくなっている。
[0060]
 図8の実線矢印で示す紙面反時計回りに回転密封環20が回転する場合には、被密封液体Fが矢印L11,L12,L13の順に移動してレイリーステップ17A内に動圧が発生する。また、図8の点線矢印で示す紙面時計回りに回転密封環20が回転する場合には、被密封液体Fが矢印L11,L12’,L13’の順に移動して逆レイリーステップ17B内に動圧が発生する。このように、静止密封環101と回転密封環20との相対回転方向に関わらず特定動圧発生機構16内に動圧を発生させることができる。
[0061]
 また、特定動圧発生機構16で発生する動圧により摺動面11,21間を離間させて適当な液膜を生成しつつ、摺動面11から低圧側に漏れようとする被密封液体Fを動圧発生機構14によって回収できる。
[0062]
 また、動圧発生機構14の容積が特定動圧発生機構16の容積よりも大きいので、動圧発生機構14のレイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの吸い込み力を大きくして、低圧側の動圧発生機構14と高圧側の特定動圧発生機構16との動圧のバランスを調整できる。
[0063]
 また、動圧発生機構14の終端である壁部9aと、特定動圧発生機構16の終端である壁部17aとが周方向にずれているため、摺動面11,21の周方向に圧力を分散できバランスがよい。
[0064]
 尚、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの周方向の長さは、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bと同一、またはレイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bよりも短く形成されていてもよい。また、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bは、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bと異なる深さ寸法に形成されていてもよい。また、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bの径方向の幅は、レイリーステップ9A及び逆レイリーステップ9Bの径方向の幅よりも大幅に形成されていてもよい。好ましくは、動圧発生機構141の容積が特定動圧発生機構16の容積よりも大きくなっていればよい。
実施例 3
[0065]
 次に、実施例3に係る摺動部品につき、図9を参照して説明する。尚、前記実施例2と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
[0066]
 図9に示されるように、静止密封環102は、特定動圧発生機構16が隣接する動圧発生機構14同士の間に位置するように、動圧発生機構14と周方向にずれて配設されている。これによれば、動圧発生機構141の終端である壁部9aと、特定動圧発生機構16の終端である壁部17aとが周方向にずれているため、摺動面11,21の周方向に圧力を分散できバランスがよい。尚、特定動圧発生機構16は、隣接する動圧発生機構14に周方向に跨るように径方向に重畳して配置されていてもよい。
実施例 4
[0067]
 次に、実施例4に係る摺動部品につき、図10を参照して説明する。尚、前記実施例1と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
[0068]
 図10に示されるメカニカルシールは、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする被密封液体Fを密封するアウトサイド形のものである。動圧発生機構14は低圧側に連通するように外径側に配置されており、特定動圧発生機構16は、高圧側に連通するように内径側に配置されている。尚、アウトサイド形のメカニカルシールであっても、前記実施例1のように、動圧発生機構が片回転に対応する逆L字形状やL字形状に形成されていてもよいし、図7に示す動圧発生機構の変形例などを適用してもよい。また、前記実施例1のように、特定動圧発生機構が設けられていなくてもよいし、特定動圧発生機構が図8や後述する図11のように形成されていてもよい。
[0069]
 次いで、特定動圧発生機構の変形例を説明する。図11(a)に示すように、変形例2の特定動圧発生機構は、摺動面11を直交する方向から見て円形を成す凹形状のディンプル30である。尚、ディンプル30の形状、数量、配置などは自由に変更することができる。
[0070]
 また、図11(b)に示すように、変形例2の特定動圧発生機構は、径方向に向けて傾斜しながら円弧状に延びる円弧溝31,32である。具体的には、円弧溝31,32は外径側の端部が高圧側に連通しており、円弧溝31は、レイリーステップ9Aの外径側に複数配設されており、円弧溝32は、逆レイリーステップ9Bの外径側に複数配設されている。
[0071]
 また、円弧溝31は、回転密封環20が図11(b)の紙面反時計回りに回転したときに内径側に向けて被密封液体Fが移動する形状となっており、円弧溝32は、回転密封環20が図11(b)の紙面時計回りに回転したときに内径側に向けて被密封液体Fが移動する形状となっている。回転密封環20が反時計回りに回転したときには円弧溝31の内径側の圧力が高くなり、時計回りに回転したときには円弧溝32の内径側の圧力が高くなるため、摺動面11,21を離間させて適当な液膜を生成できるようになっている。尚、円弧溝31,32の形状、数量、配置などは自由に変更することができる。
[0072]
 以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
[0073]
 例えば、前記実施例では、摺動部品として、一般産業機械用のメカニカルシールを例に説明したが、自動車やウォータポンプ用等の他のメカニカルシールであってもよい。また、メカニカルシールに限られず、すべり軸受などメカニカルシール以外の摺動部品であってもよい。
[0074]
 また、前記実施例では、動圧発生機構を静止密封環にのみ設ける例について説明したが、動圧発生機構を回転密封環20にのみ設けてもよく、静止密封環と回転密封環の両方に設けてもよい。
[0075]
 また、前記実施例では、摺動部品に同一形状の動圧発生機構が複数設けられる形態を例示したが、形状の異なる動圧発生機構が複数設けられていてもよい。また、動圧発生機構の間隔や数量などは適宜変更できる。
[0076]
 また、被密封流体側を高圧側、漏れ側を低圧側として説明してきたが、被密封流体側が低圧側、漏れ側が高圧側となっていてもよいし、被密封流体側と漏れ側とは略同じ圧力であってもよい。

符号の説明

[0077]
9A       レイリーステップ(第2溝部)
9B       逆レイリーステップ(第2溝部)
9a       壁部(端面)
9b       壁部(端面)
10       静止密封環(摺動部品)
11       摺動面
14       動圧発生機構
15       液体誘導溝部(第1溝部)
15a      端面(被密封流体側端面)
16       特定動圧発生機構
20       回転密封環(摺動部品)
21       摺動面

請求の範囲

[請求項1]
 回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品であって、
 前記摺動部品の摺動面には、漏れ側に連通する第1溝部と、該第1溝部に連通して周方向に両側に延設される第2溝部と、から構成される動圧発生機構が複数設けられており、
 前記第2溝部は、延設方向の端面が前記第1溝部との連通部よりも被密封流体側に配置されている摺動部品。
[請求項2]
 前記第1溝部が前記第2溝部よりも深い寸法に形成されている請求項1に記載の摺動部品。
[請求項3]
 前記第2溝部は、漏れ側に凸となるように湾曲して延設されている請求項1または2に記載の摺動部品。
[請求項4]
 前記第2溝部の端面は、被密封流体側を向くように形成されている請求項1ないし3のいずれかに記載の摺動部品。
[請求項5]
 前記第1溝部の被密封流体側端面は、前記第2溝部の被密封流体側の側面に沿って、または前記第2溝部の被密封流体側の側面よりも漏れ側に配置されている請求項1ないし4のいずれかに記載の摺動部品。
[請求項6]
 前記摺動部品の摺動面には、前記動圧発生機構よりも被密封流体側に配置され前記動圧発生機構とは独立する特定動圧発生機構を備えている請求項1ないし5のいずれかに記載の摺動部品。
[請求項7]
 前記第1溝部は内径側に連通する請求項1ないし6のいずれかに記載の摺動部品。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]