CN104285088B - 滑动部件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种滑动部件，其能够进一步地减少被密封流体的泄漏量并防止转矩增大及局部磨损，能够兼顾密封和润滑。其特征在于，在一对滑动部件的相互进行相对滑动的一侧的滑动面上，以位于该滑动面的低压流体侧(大气侧)的方式设置低于所述滑动面的环状的极浅台阶部，在该极浅台阶部的表面设置抽吸槽，所述抽吸槽具有将要从滑动面泄漏到低压流体侧(大气侧)的流体压回到高压流体侧(被密封流体侧)的作用。

Description

滑动部件
技术领域
本发明涉及例如机械密封、轴承、其它适合于滑动部的滑动部件。特别是涉及需要使流体介于滑动面之间来减小摩擦、并且防止流体从滑动面泄漏的密封环或轴承等滑动部件。
背景技术
在作为滑动部件的一例的机械密封中，为了长期地维持密封性，必须兼顾“密封”和“润滑”这样的相悖的条件。特别是，近年来，为了环境保护等，进一步提高了低摩擦化的要求，以谋求在防止被密封流体泄漏的同时降低机械性损失。作为低摩擦化的方法，能够这样来达成：通过旋转而在滑动面之间产生动压，成为在夹着液膜的状态下进行滑动的所谓流体润滑状态。但是，在该情况下，由于在滑动面之间产生正压，因此流体从正压部分向滑动面外流出。是轴承上所说的侧方泄漏，相当于密封情况下的泄漏。
以往，在密封面外周侧存在密封流体、在内周侧存在大气、并对外周侧的流体进行密封的所谓的内侧型的机械密封中，为了减小摩擦转矩并且使密封性良好，已知这样一种机械密封：如图4所示，在固定侧密封环51和旋转侧密封环52的密封端面50的内周设置缩窄通道53，所述缩窄通道53朝向内侧而缓缓扩大，在该通道53的侧部呈放射状地设置一层或多层涡卷状的槽54，该涡卷槽54的一端与密封端面50的内周相接(下面，称为“现有技术1”。参照专利文献1)。
此外，以往，在用于被称为内侧型的机械密封等的滑动部件中，已知一种滑动部件，如图5所示，其具有：第一堤部61，其设置于滑动面60并形成环状；吸入单元62，其呈环状地排列有多个从第一堤部61向旋转方向的被密封流体侧按倾斜角度倾斜的细槽的微坑部；排出单元63，其呈环状地配置有多个从第一堤部61向与吸入单元62侧相反的一侧的旋转方向按倾斜角度倾斜的细槽的微坑部；以及密封面64，其形成于排出单元63的与第一堤部61相反的一侧的周面(下面，称为“现有技术2”。参照专利文献2)。
但是，在现有技术1中，将密封端面50的径向的宽度缩小，在密封端面50的内周设置朝向内侧缓缓地扩大的缩窄通道53，在该通道53的侧部设置涡卷状的槽54，因此，存在如下问题：第一，密封端面50的面压变大，局部磨损增大；第二，缩窄通道53的内周侧的涡卷状的槽54的抽吸效果变小。
此外，在现有技术2中，呈环状地排列多个向密封面的被密封流体侧倾斜的细槽的微坑部而将被密封流体积极地引入至密封面，并且呈环状地配置多个向密封面的大气侧倾斜的细槽的微坑部，从而利用抽吸效果而将流体压回到被密封流体侧，但存在这样的问题：若被密封流体侧的微坑部的抽吸效果过强，则泄漏量增大，反之，若大气侧的微坑部的抽吸效果过强，则被密封流体从密封面消失，形成于密封面的这些微坑部与对方侧滑动面直接接触而导致转矩增大，并且微坑部逐渐地磨损而无法发挥抽吸效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭59-195254号公报
专利文献2：日本特开2005-180652号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种滑动部件，其能够进一步地减少被密封流体的泄漏量并防止转矩增大及局部磨损，能够兼顾密封和润滑。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明第一特征的滑动部件的特征在于，在一对滑动部件的相互进行相对滑动的一侧的滑动面上，以位于该滑动面的低压流体侧(大气侧)的方式设置低于所述滑动面的环状的极浅台阶部，在该极浅台阶部的表面设置抽吸槽，所述抽吸槽具有将要从滑动面泄漏到低压流体侧(大气侧)的流体压回到高压流体侧(被密封流体侧)的作用。
根据该特征，由于整个滑动面(除了极浅台阶部)位于比极浅台阶部靠高压流体侧的位置，因此能够维持整个滑动面(除了极浅台阶部)的润滑状态的同时减少被密封流体的泄漏，并且，与在滑动面直接形成有槽的现有技术不同，即使万一在滑动面上流体消失，由于极浅台阶部与对方侧滑动面不直接接触，因此抽吸槽不会成为旋转转矩的增加因素，能够防止旋转转矩增大。此外，即使滑动面某种程度上发生磨损，也对抽吸槽没有影响，因此不会对润滑特性和泄漏特性造成不良影响。
此外，由于无需如现有技术1那样地减小滑动面的径向的宽度，因此也不会发生滑动面的面压变大。
此外，本发明第二特征的滑动部件的特征在于，在第一特征中，优选所述极浅台阶部距离滑动面的深度h设定在10nm～1μm的范围。
此外，本发明第三特征的滑动部件的特征在于，在第一特征中，更优选所述极浅台阶部距离滑动面的深度h为50～500nm。
此外，本发明第四特征的滑动部件的特征在于，在第一至第三特征的任一方面中，优选所述极浅台阶部的径向的宽度b设定在滑动面的径向的宽度的1/2～1/10的范围。
根据第二至第四特征，能够更进一步地减少泄漏、防止旋转转矩增大，并且能够防止局部磨损。
此外，本发明第五特征的滑动部件的特征在于，在第一至第四特征的任一方面中，所述抽吸槽由螺旋形状的槽构成。
此外，本发明第六特征的滑动部件的特征在于，在第一至第四特征的任一方面中，所述抽吸槽由多个微坑构成。
此外，本发明第七特征的滑动部件的特征在于，在第一至第四特征的任一方面中，所述抽吸槽由细微的周期槽构成。
根据第五至第七特征，能够得到抽吸效率高的抽吸槽。
发明效果
本发明具有如下的优异的效果。
(1)由于以位于一侧的滑动面的低压流体侧(大气侧)的方式设置低于滑动面的环状的极浅台阶部，在该极浅台阶部的表面设置抽吸槽，所述抽吸槽具有将要从滑动面泄漏到低压流体侧(大气侧)的流体压回到高压流体侧(被密封流体侧)的作用，因而，整个滑动面(除了极浅台阶部)位于比极浅台阶部靠高压流体侧的位置，因此能够维持整个滑动面(除了极浅台阶部)的润滑状态的同时减少被密封流体的泄漏，并且，与在滑动面直接形成有槽的现有技术不同，即使万一在滑动面上流体消失，由于极浅台阶部与对方侧滑动面不直接接触，因此抽吸槽不会成为旋转转矩的增加因素，能够防止旋转转矩增大。此外，即使滑动面某种程度上发生磨损，也对抽吸槽没有影响，因此不会对润滑特性和泄漏特性造成不良影响。
此外，由于无需如现有技术1那样地减小滑动面的径向的宽度，因此也不会发生滑动面的面压变大。
(2)通过将极浅台阶部的深度和径向的宽度设定成最适合，从而能够更进一步地减少泄漏、防止旋转转矩增大，并且能够防止局部磨损。
(3)通过由螺旋形状的槽、多个微坑、或者细微的周期槽构成抽吸槽，从而能够得到抽吸效率高的抽吸槽。
附图说明
图1是示出一般工业机械用的机械密封的一个例子的纵剖视图。
图2涉及本发明的实施方式，是示出形成有极浅台阶部和抽吸槽的滑动面的俯视图。
图3是说明在滑动面上形成的极浅台阶部和抽吸槽的立体图，(a)示出了抽吸槽由螺旋形状的槽构成的情况，(b)示出了抽吸槽由多个微坑构成的情况，(c)示出了抽吸槽由细微的周期槽构成的情况。
图4是说明现有技术1的图，(a)是纵剖视图，(b)是图(a)的X-X剖视图。
图5是说明现有技术2的俯视图。
具体实施方式
参照附图，对用于实施本发明的滑动部件的方式进行详细说明。
此外，在本实施方式中，以构成机械密封的部件为滑动部件的情况为例进行说明，但是本发明并不受其限定解释，只要在不脱离本发明的范围内，根据本领域技术人员的知识，可施加各种变更、修正和改进。
关于本发明的实施方式的滑动部件，参照图1至图3进行说明。
图1是示出一般工业机械用的机械密封的一个例子的正面剖视图。
图1的机械密封是对要从滑动面的外周朝内周方向泄漏的被密封流体进行密封的形式的内侧式的机械密封，构成一个滑动部件的圆环状的旋转环3与构成另一个滑动部件的圆环状的固定环6借助沿轴向对该固定环6施力的波纹管7，在通过抛光等进行镜面加工而成的滑动面S处彼此紧密接触地进行滑动，其中，旋转环3隔着套筒2以能够与旋转轴1一体地旋转的状态设置在该旋转轴1侧，该旋转轴1对高压流体侧(被密封流体侧)的泵叶轮(省略图示)进行驱动，固定环6以非旋转状态并且能够沿轴向移动的状态设置在固定于泵的壳体4的密封盖5。即，该机械密封防止被密封流体在旋转环3与固定环6彼此之间的滑动面S处从旋转轴1的外周向内周侧流出。
旋转环3和固定环6代表性地由SiC(硬质材料)彼此的组合或SiC(硬质材料)与碳(软质材料)的组合来形成，而对于滑动材料，可以使用被作为机械密封用滑动材料来使用的材料。作为SiC，以将硼、铝、碳等作为烧结助剂的烧结体为首，有由成分、组成不同的2种以上的相构成的材料，例如分散有石墨粒子的SiC、由SiC和Si构成的反应烧结SiC、SiC－TiC、SiC－TiN等，作为碳，以混合有碳质和石墨质的碳为首，可以利用树脂成型碳、烧结碳等。此外，在上述滑动材料以外，也可以使用金属材料、树脂材料、表面改性材料(涂层材料)、复合材料等。
在图2和图3中，对例如在作为一个滑动部件的圆环状的固定环6的滑动面S上设置有本发明的极浅台阶部和抽吸槽的情况进行说明，当然，也可以设置在圆环状的旋转环3的滑动面。
通常，在滑动部件的滑动面S的内外周的一侧存在高压的被密封流体，另一侧是大气，但在图2和图3中，为了便于说明，对在外周侧存在高压的被密封流体、在内周侧存在大气的情况进行说明。
如图1所示，固定环6的截面形状呈凸形，其顶面构成滑动面S。如图2和图3所示，在该滑动面S上以位于低压流体侧(大气侧)的方式设置有低于滑动面S的环状的极浅台阶部10，该极浅台阶部10的内周侧与低压流体(大气)接触，并且在极浅台阶部10的表面设置有抽吸槽11，所述抽吸槽11具有将要从滑动面S泄漏到低压流体侧(大气侧)的流体压回到高压流体侧(被密封流体侧)的作用。
环状的极浅台阶部10不是设置在滑动面S的径向的整个宽度，而是设置在低压流体侧(大气侧)，即，在本例中设置在内周侧，由于除了极浅台阶部10之外的整个滑动面位于比极浅台阶部10靠高压流体侧的位置，因此能够维持整个滑动面(除了极浅台阶部)的润滑状态并减少被密封流体泄漏。
根据被密封流体的种类和滑动部件的材质来设定极浅台阶部10的径向的宽度b和距离滑动面S的深度h。
例如，优选极浅台阶部10的径向的宽度b设定在滑动面的径向的宽度B(也包括极浅台阶部)的1/2～1/10的范围。
此外，优选极浅台阶部10距离滑动面S的深度h设定在10nm～1μm的范围，更优选设定在50～500nm的范围。
设置在极浅台阶部10的表面的抽吸槽11具有将要从滑动面S泄漏到低压流体侧(大气侧)的流体压回到高压流体侧(被密封流体侧)的作用，如图2所示，在对方侧滑动部件向逆时针方向旋转的情况下，抽吸槽11形成为比穿过固定环6的中心的线(直径)更向逆时针方向倾斜。
若极浅台阶部10的径向的宽度b窄，则润滑特性好，但容易泄漏，反之，若径向的宽度宽，则不易泄漏，但具有润滑特性变差这样的性质。因此，需要根据被密封流体的种类和滑动部件的材质而将极浅台阶部10的径向的宽度b最适当地设定。
下面，根据图3对在极浅台阶部10的表面形成的抽吸槽11的结构例进行说明。
在图3(a)中，抽吸槽11由螺旋形状的槽构成。
在该情况下，螺旋形状以比穿过固定环6的中心的线(直径)更向逆时针方向倾斜的方式形成为涡卷状。
此外，在图3(b)中，抽吸槽11由多个微坑构成。
在该情况下，多个微坑以比穿过固定环6的中心的线(直径)更向逆时针方向倾斜的方式形成。
并且，在图3(c)中，抽吸槽11由细微的周期槽构成。
在该情况下，周期槽由相互平行且具有固定的间距的多个线状的凹凸构成，以比穿过固定环6的中心的线(直径)更向逆时针方向倾斜的方式形成。
下面，对在滑动面S上形成极浅台阶部10和抽吸槽11的方法进行说明。
例如，方法之一是：通过蚀刻对极浅台阶部10进行加工，并且利用激光在极浅台阶部10的表面形成抽吸槽11。此外，也可以通过飞秒激光加工一次地形成极浅台阶部10和抽吸槽11。并且，不限于蚀刻或飞秒激光加工，也可以利用皮秒激光或电子束形成。并且，只要能够形成极浅台阶部10和抽吸槽11，则也可以是其它加工方法。
在具备本发明的实施方式的滑动部件的如图1所示的机械密封中，高压的被密封流体进入到旋转环3和固定环6的滑动面S并欲将间隙扩大，但欲将该间隙扩大的力与从背部按压固定环6的流体压力及波纹管7的力平衡而保持狭窄的间隙，从而滑动面S维持流体润滑状态。虽然浸入到滑动面S的狭窄的间隙中的被密封流体欲泄漏到低压流体侧(大气侧)，但在本发明中，利用设置在滑动面S的低压流体侧(大气侧)(在图1至图3中是内周侧)的极浅台阶部10和抽吸槽11使欲泄漏到低压流体侧(大气侧)的流体被压回到高压流体侧(被密封流体侧)。因此，能够相当程度地减少从低压流体侧(大气侧)泄漏的被密封流体的量。
本发明的实施方式的滑动部件的作用、效果如下。
在本发明中，由于以位于低压流体侧(大气侧)的方式在低于滑动面S的环状的极浅台阶部10的表面设置有抽吸槽11，所述抽吸槽11具有将要从滑动面S泄漏到低压流体侧(大气侧)的流体压回到高压流体侧(被密封流体侧)的作用，因而，整个滑动面(除了极浅台阶部)位于比极浅台阶部靠高压流体侧的位置，因此能够维持整个滑动面(除了极浅台阶部)的润滑状态的同时减少被密封流体的泄漏，并且，与在滑动面直接形成有槽的现有技术不同，即使万一在滑动面上流体消失，由于极浅台阶部与对方侧滑动面不直接接触，因此抽吸槽不成为旋转转矩的增加因素，能够防止旋转转矩增大。此外，即使滑动面某种程度上发生磨损，也对抽吸槽没有影响，因此不会对润滑特性和泄漏特性造成不良影响。
此外，由于无需如现有技术1那样地减小滑动面的径向的宽度，因此也不会发生滑动面的面压变大。
以上通过附图对本发明的实施方式进行了说明，但具体的结构不限于这些实施方式，即使存在不脱离本发明主旨的范围内的变更及补充也包括在本发明中。
例如，在所述实施方式中，对将滑动部件应用于机械密封装置的一对旋转用密封环和固定用密封环中的任一密封环的示例进行了说明，但也能够作为一边将润滑油密封在圆筒状滑动面的轴向一侧一边与旋转轴滑动的轴承的滑动部件来使用。
此外，例如，在所述实施方式中，对在外周侧存在高压的被密封流体的情况进行了说明，但也能够应用于内周侧存在高压流体的情况，在该情况下，将极浅台阶部10和抽吸槽11配设在滑动面的外周侧即可。
标号说明
1旋转轴；2套筒；3旋转环；4壳体；5密封盖；6固定环；7波纹管；10极浅台阶部；11抽吸槽；S滑动面；B滑动面的径向的宽度(包括极浅台阶部)；b极浅台阶部的径向的宽度；h极浅台阶部的深度。

Claims (7)

1.一种滑动部件，其特征在于，
在一对滑动部件的相互进行相对滑动的一侧的滑动面上，在所述滑动面的整周呈环状设置有低于所述滑动面的极浅台阶部，该极浅台阶部与低压流体接触，在该极浅台阶部的底面设置抽吸槽，所述抽吸槽具有将要从滑动面泄漏到低压流体侧的流体压回到高压流体侧的作用。
2.根据权利要求1所述的滑动部件，其特征在于，
优选所述极浅台阶部距离滑动面的深度h设定在10nm～1μm的范围。
3.根据权利要求1所述的滑动部件，其特征在于，
更优选所述极浅台阶部距离滑动面的深度h为50～500nm。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的滑动部件，其特征在于，
优选所述极浅台阶部的径向的宽度b设定在滑动面的径向的宽度的1/2～1/10的范围。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的滑动部件，其特征在于，
所述抽吸槽由螺旋形状的槽构成。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的滑动部件，其特征在于，
所述抽吸槽由多个微坑构成。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的滑动部件，其特征在于，
所述抽吸槽由细微的周期槽构成。
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