CN104334938B - 滑动部件 - Google Patents

Abstract

提供一种滑动部件，其通过在形成于滑动面的凹痕等凹陷部分的上游侧的气穴区域中吸入流体，在凹痕的下游侧使滑动面之间产生正压，由此，与滑动面的内外周的压差的大小无关地具备防漏和润滑这两个功能。其特征在于，在一对滑动部件的彼此相对滑动的一侧的滑动面上设置有凹痕，各凹痕的上游侧的气穴形成区域靠近低压流体侧配置，并且，各凹痕的下游侧的正压产生区域靠近高压流体侧配置，在所述各凹痕的所述气穴形成区域中被吸入的流体在该凹痕内通过而从所述正压产生区域返回至高压流体侧。

Description

滑动部件

技术领域

本发明涉及适用于例如机械密封件、轴承以及其它滑动部的滑动部件。特别是涉及使流体介于滑动面来减少摩擦并且需要防止流体从滑动面泄漏的密封环或者轴承等的滑动部件。

背景技术

在作为滑动部件的一个例子的机械密封件中，为了长期地维持密封性，必须兼顾“密封”与“润滑”这样相悖的条件。特别是，在近年，为了应对环境问题等，进一步提高了对低摩擦化的要求，以在防止被密封流体的泄漏的同时降低机械损失。作为低摩擦化的方法能够这样达成：通过旋转使滑动面之间产生动压，形成在存在有液膜的状态下进行滑动的所谓的流体润滑状态。可是，在这样的情况下，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。是轴承中所谓的侧方泄漏，相当于密封时的泄漏。

在液体密封中，因为液体的粘度比气体粘度大，因此，即使是平面之间，由于面的微小的波纹或粗糙的凹凸等也能够得到动压效果。因此，多采用以密封性能为优先的构造。另一方面，为了兼顾密封与润滑，还设计了若干具有将所泄漏的液体引回到高压侧的抽吸(pumping)效果的机构。例如，在专利文献1中公开了这样的发明：在旋转环的轴封面上沿圆周方向设置有将流体向高压室侧输送的多个螺旋槽。

另外，作为与滑动部件相关的发明，已知这样的发明：通过在滑动面的被密封流体侧形成的吸入构件，将被密封流体引入至滑动面，在将该引入的被密封流体经由阻挡部蓄积在形成于滑动面的径向外周侧以及径向内周侧的两个凹痕部的同时在径向内周侧的凹痕部进行抽吸，由此防止被密封流体从比两个凹痕部靠径向内周侧的密封面泄漏(参照专利文献2)。

可是，在上述专利文献1所记载的发明中，当在密封件等的滑动面的内外周存在压力差的情况下，需要克服压力的抽吸作用，存在由于压力的大小而无法将流体引回的情况下。因此，在压力差小的情况下，能够防止泄漏，但是，在压力差大的情况下，存在泄漏量增多这样的问题。另外，在上述专利文献2所记载的发明中，如果被密封流体侧的凹痕部的抽吸效果过强，则泄漏量增大，相反，如果大气侧的凹痕部的抽吸效果过强，则被密封流体从密封面消失，从而产生下述现象：形成于密封面的这些凹痕部与对方侧滑动面直接接触而导致扭矩增大。在现有技术2中，存在下述问题：为了防止泄漏量的增大和扭矩的增大，需要取得各个凹痕部的抽吸效果的平衡，但这在实际中相当困难。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-277941号公报(第5页，图6)

专利文献2：日本特开2005-180652号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供一种滑动部件，通过在形成于滑动面的凹痕等凹陷部分(在本说明书中称作“凹痕”。)的上游侧的气穴区域吸入流体，并且在凹痕的下游侧使滑动面之间产生正压，由此，与滑动面的内外周的压差的大小无关地具备防漏和润滑这两个功能。

另外，本发明的目的在于提供一种通过控制气穴区域内的筋状的流体的流动而进一步提高防漏的功能的滑动部件。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明的滑动部件的第1特征在于，在一对滑动部件的彼此相对滑动的一侧的滑动面上设置有凹痕，各凹痕的上游侧的气穴形成区域靠近低压流体侧配置，并且，各凹痕的下游侧的正压产生区域靠近高压流体侧配置，在所述各凹痕的所述气穴形成区域中被从低压流体侧吸入的流体在该凹痕内通过而从所述正压产生区域返回至高压流体侧。

根据该特征，不仅能够防止高压流体侧的被密封流体向低压流体侧泄漏，还能够实现将泄漏至低压流体侧的流体引回至高压流体侧的抽吸作用，并且，能够利用在正压产生区域产生的正压在滑动面形成流体润滑膜，从而能够兼顾密封和润滑。

另外，本发明的滑动部件的第2特征在于，在第1特征中，在周向上相邻的所述凹痕中，位于上游侧的凹痕的所述正压产生区域与位于下游侧的凹痕的所述气穴形成区域被配设成在径向上重叠。

根据该特征，欲从正压产生区域向低压流体侧泄漏的流体和已经泄漏至低压流体侧的流体被吸入至气穴形成区域，因此能够进一步防止向低压流体侧的泄漏。

另外，本发明的滑动部件的第3特征在于，在第1或第2特征中，所述凹痕的所述正压产生区域借助于所述凹痕的深度以上的连通槽与高压流体侧连通。

根据该特征，不仅从气穴形成区域将流体引入至正压产生区域，还从高压流体侧将流体引入至正压产生区域，因此能够进一步发挥润滑作用。

另外，本发明的滑动部件的第4征在于，在第1特征中，在所述一对滑动部件中的旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的滑动部件中，所述气穴形成区域和所述正压产生区域分别被配设成关于将所述凹痕的周向中心与旋转中心连结起来的径向的线对称。

根据该特征，即使在旋转侧的滑动环向正反两个方向旋转的情况下，也能够在不更换固定侧的滑动环的情况下兼顾密封和润滑。

另外，本发明的滑动部件的第5征在于，在第3特征中，在所述一对滑动部件中的旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的滑动部件中，所述连通槽被配设成关于将所述凹痕的周向中心与旋转中心连结起来的径向的线对称。

根据该特征，在旋转侧的滑动环向正反两个方向旋转的滑动部件中，不仅从气穴形成区域将流体引入至正压产生区域，还从高压流体侧将流体引入至正压产生区域，因此能够进一步发挥润滑作用。

另外，本发明的滑动部件的第6征在于，在第1至5特征中的任一特征中，在所述气穴形成区域中设置了具有方向性的槽。

根据该特征，防止了高压流体侧的被密封流体泄漏至低压流体侧，并且，借助于在正压产生区域中产生的正压在滑动面上形成有流体润滑膜，实现了对滑动面的润滑，而且，利用设置于气穴形成区域的具有方向性的槽，将气穴形成区域内的筋状的流体的流动控制成向正压产生区域移动，因此能够进一步防止流体的泄漏。

另外，本发明的滑动部件的第7特征在于，在第6特征中，在所述气穴形成区域的至少低压流体侧设置了所述具有方向性的槽。

根据该特征，在能够进一步防止流体的泄漏的滑动部件中，适合低压流体侧与高压流体侧的压差较小的情况。

另外，本发明的滑动部件的第8特征在于，在第1或者第2特征中，在设置有所述凹痕的滑动面的高压流体侧或者另一方的滑动面的高压流体侧，配设有经由半径方向槽与高压流体侧连通的由瑞利台阶构成的正压产生机构，并且，在低压流体侧配设有所述凹痕，在所述正压产生机构与所述凹痕之间设置有压力释放槽，所述压力释放槽经由所述半径方向槽与高压流体侧连通。

根据该特征，能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，且能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，在凹痕的气穴形成区域中吸入的流体被从正压产生区域引导至压力释放槽，并经由半径方向槽返回至高压流体侧，因此能够可靠地实现基于凹痕的密封作用。

另外，本发明的滑动部件的第9特征在于，在第4特征中，在设置有所述凹痕的滑动面的高压流体侧或者另一方的滑动面的高压流体侧，配设有经由半径方向槽与高压流体侧连通的由瑞利台阶构成的正压产生机构，并且，在低压流体侧配设有所述凹痕，在所述正压产生机构与所述凹痕之间设置有压力释放槽，所述压力释放槽经由所述半径方向槽与高压流体侧连通。

根据该特征，滑动部件能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，并能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，不仅能够进行基于凹痕的密封作用可靠的密封，而且即使在旋转侧的滑动环向正反两个方向旋转的情况下，也能够在不更换固定侧的滑动环的情况下进行应对。

发明效果

本发明可以起到下面这样的优异效果。

(1)各凹痕的上游侧的气穴形成区域靠近低压流体侧配置，并且，各凹痕的下游侧的正压产生区域靠近高压流体侧配置，在各凹痕的气穴形成区域中被吸入的流体在该凹痕内通过而从正压产生区域返回至高压流体侧，由此，不仅能够防止高压流体侧的被密封流体向低压流体侧泄漏，还能够实现将泄漏至低压流体侧的流体引回到高压流体侧的抽吸作用，并且，能够利用在正压产生区域产生的正压在滑动面形成流体润滑膜，从而能够兼顾密封和润滑。

(2)在周向上相邻的凹痕中，位于上游侧的凹痕的正压产生区域与位于下游侧的凹痕的气穴形成区域被配设成在径向上重叠，由此，欲从正压产生区域向低压流体侧泄漏的流体和已经泄漏至低压流体侧的流体被吸入至气穴形成区域，因此能够进一步防止向低压流体侧的泄漏。

(3)凹痕的正压产生区域借助于凹痕的深度以上的连通槽与高压流体侧连通，由此，不仅从气穴形成区域将流体引入至正压产生区域，还从高压流体侧将流体引入至正压产生区域，因此能够进一步发挥润滑作用。

(4)在旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的滑动部件中，气穴形成区域和正压产生区域分别被配设成关于将凹痕的周向中心和旋转中心连结起来的径向的线对称，由此，即使在旋转侧的滑动环向正反两个方向旋转的情况下，也能够在不更换固定侧的滑动环的情况下兼顾密封和润滑。

(5)在旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的滑动部件中，连通槽被配设成关于将凹痕的周向中心与旋转中心连结起来的径向的线对称，由此，在旋转侧的滑动环向正反两个方向旋转的滑动部件中，不仅从气穴形成区域将流体引入至正压产生区域，还从高压流体侧将流体引入至正压产生区域，因此能够进一步发挥润滑作用。

(6)在气穴形成区域中设置了具有方向性的槽，由此，防止了高压流体侧的被密封流体泄漏至低压流体侧，并且，借助于在正压产生区域中产生的正压在滑动面上形成了流体润滑膜，实现了对滑动面的润滑，而且，利用设置于气穴形成区域的具有方向性的槽，将气穴形成区域内的筋状的流体的流动控制成向正压产生区域移动，因此能够进一步防止流体的泄漏。

(7)在气穴形成区域的至少低压流体侧设置了具有方向性的槽，由此，在能够进一步防止流体的泄漏的滑动部件中，适合低压流体侧与高压流体侧的压差较小的情况。

(8)在凹痕的上游侧的气穴形成区域靠近低压流体侧配置、并且下游侧的正压产生区域靠近高压流体侧配置的滑动部件中，在设置有凹痕的滑动面的高压流体侧或者另一方的滑动面的高压流体侧，配设有经由半径方向槽与高压流体侧连通的由瑞利台阶构成的正压产生机构，并且，在低压流体侧配设有凹痕，在正压产生机构与凹痕之间设置有压力释放槽，压力释放槽经由半径方向槽与高压流体侧连通，由此，滑动部件能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，且能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，在凹痕的气穴形成区域中被吸入的流体被从正压产生区域引导至压力释放槽，并经由半径方向槽返回至高压流体侧，因此能够可靠地实现基于凹痕的密封作用。

(9)一种旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的滑动部件，气穴形成区域和所述正压产生区域分别被配设成相对于将凹痕的周向中心与旋转中心连结起来的径向的线对称，在这样的滑动部件中，在设置有凹痕的滑动面的高压流体侧或者另一方的滑动面的高压流体侧，配设有经由半径方向槽与高压流体侧连通的由瑞利台阶构成的正压产生机构，并且，在低压流体侧配设有凹痕，在正压产生机构与凹痕之间设置有压力释放槽，压力释放槽经由半径方向槽与高压流体侧连通，由此，滑动部件能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，并能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，不仅能够进行基于凹痕的密封作用可靠的密封，而且即使在旋转侧的滑动环向正反两个方向旋转的情况下，也能够在不更换固定侧的滑动环的情况下进行应对。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的机械密封件的一个例子的纵剖视图。

图2示出本发明的实施例1的滑动部件的滑动面。

图3中，(a)是用于说明凹痕的下游侧的由变窄的间隙(阶梯差)构成的正压产生机构的图，(b)是用于说明凹痕的上游侧的由变宽的间隙(阶梯差)构成的负压产生机构的图。

图4示出本发明的实施例2的滑动部件的滑动面。

图5示出本发明的实施例3的滑动部件的滑动面。

图6示出本发明的实施例4的滑动部件的滑动面。

图7示出本发明的实施例5的滑动部件的滑动面。

图8是对在形成于滑动面的凹痕等凹陷部分产生的与气穴相伴随的筋状的流体的流动进行说明的图。

图9是对下述情况进行说明的图：如果在形成于滑动面的凹痕的底面上设置具有方向性的槽，则可以变更在凹痕内产生的气穴区域的筋状的流体的流动方向。

图10示出本发明的实施例6的滑动部件的滑动面。

图11示出本发明的实施例7的滑动部件的滑动面。

图12示出本发明的实施例8的滑动部件的滑动面。

图13示出本发明的实施例9的滑动部件的滑动面。

图14示出本发明的实施例10的滑动部件的滑动面。

图15示出本发明的实施例11的滑动部件的滑动面。

图16示出本发明的实施例11的滑动部件的第1变形例的滑动面。

图17示出本发明的实施例11的滑动部件的第2变形例的滑动面。

图18示出本发明的实施例12的滑动部件的滑动面。

图19示出本发明的实施例12的滑动部件的第1变形例的滑动面。

图20示出本发明的实施例12的滑动部件的第2变形例的滑动面。

具体实施方式

以下，参照附图，并基于实施例对用于实施本发明的形态例示性地进行说明。但是，关于在该实施例中记载的结构部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要没有特别明确的记载，就不是将本发明的范围限定于此。

实施例1

参照图1至图3，对本发明的实施例1的滑动部件进行说明。

并且，在本实施例中，以构成机械密封件的部件是滑动部件的情况为例进行说明。

图1是示出机械密封件的一个例子的纵剖视图，并且是对欲从滑动面的外周朝向内周方向泄漏的高压流体侧的被密封流体进行密封的形式的内装形式的机械密封件，圆环状的旋转环3和圆环状的固定环5借助于对该固定环5沿轴方向施力的螺旋波浪形弹簧6和波纹管7，在通过研磨等被镜面加工成的滑动面S之间压紧滑动，所述旋转环3经由套筒2以能够与旋转轴1一体地旋转的状态被设置在对高压流体侧的泵叶轮(省略图示)进行驱动的旋转轴1侧，所述固定环5以非旋转状态且能够轴方向移动的状态被设置于泵的壳体4。即，该机械密封件在旋转环3与固定环5彼此的滑动面S中防止被密封流体从旋转轴1的外周向大气侧流出。

并且，本发明并不限于内装形式的机械密封件，当然也能够应用于对欲从滑动面的内周向外周方向泄漏的高压流体侧的被密封流体进行密封的外装形式的机械密封件。

图2示出本发明的实施例1的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。

并且，在旋转环3的滑动面上形成有凹痕的情况也相同。

在图2中，在滑动面S上沿周向设置有多个凹痕10。凹痕10不与高压流体侧及低压流体侧连通，并且，各凹痕10被设置成相互独立而在周向上分离。凹痕10的数量、面积和深度具有根据滑动部件的直径、滑动面的宽度及相对移动速度、和密封及润滑的条件等来适当确定这样的性质，但是，面积大、深度浅的凹痕在流体润滑作用和液膜形成的方面是优选的。

各凹痕10的上游侧的气穴形成区域10a靠近低压流体侧配置，下游侧的正压产生区域10b靠近高压流体侧配置，各凹痕10形成为使这两个区域连通的形状，在各凹痕10的气穴形成区域10a中被吸入的流体在该凹痕内通过并在正压产生区域10b产生动压(正压)，并沿径向返回至靠近的高压流体侧。

图2所示的凹痕10的上游侧的气穴形成区域10a和下游侧的正压产生区域10b分别呈圆弧状地以规定的宽度沿周向延伸，气穴形成区域10a和下游侧的正压产生区域10b在径向上连通成一体而呈曲柄状的形状，并且，气穴形成区域10a的周向长度形成得比正压产生区域10b的周向长度长。在图2的凹痕10中，由于气穴形成区域10a的周向长度比正压产生区域10b的周向长度长，因此，吸入的流体的量变多，防泄漏效果较大。

图2所示的凹痕10的形状只是一个例子，总之，只要是靠近低压流体侧配置上游侧的气穴形成区域10a且靠近高压流体侧配置下游侧的正压产生区域10b即可，例如也可以是倾斜地配置长方形、长圆等。

在本例中，在各凹痕10的靠近低压流体侧配置的气穴形成区域10a被吸入的流体在该凹痕内通过而在靠近下游侧的高压流体侧配置的正压产生区域10b产生动压(正压)，并沿径向返回至靠近的高压流体侧，因此，防止了高压流体侧的被密封流体泄漏至低压流体侧，并且，借助于在正压产生区域10b产生的正压在滑动面上形成流体润滑膜，实现了对滑动面的润滑。

在此，参照图3，对本发明中的设有凹痕的情况下的正压产生机构和负压产生机构进行说明。

在图3(a)中，如箭头所示，旋转环3相对于固定环5绕逆时针方向旋转移动，但是，当在固定环5的滑动面S上形成有凹痕10时，在该凹痕10的下游侧存在变窄的间隙(阶梯差)11。相对的旋转环3的滑动面平坦。

当旋转环3沿箭头所示的方向相对移动时，介入旋转环3的滑动面和固定环5的滑动面之间的流体由于其粘性而欲沿着旋转环3的移动方向追随移动，因此，此时，由于变窄的间隙(阶梯差)11的存在而产生如虚线所示这样的动压(正压)。

在图3(b)中，如箭头所示，旋转环3相对于固定环5绕逆时针方向旋转移动，但是，当在固定环5的滑动面S上形成有凹痕10时，在凹痕10的上游侧存在变宽的间隙(阶梯差)12。相对的旋转环3的滑动面平坦。

当旋转环3沿箭头所示的方向相对移动时，介入旋转环3的滑动面和固定环5的滑动面之间的流体由于其粘性而欲沿着旋转环3的移动方向追随移动，因此，此时，由于变宽的间隙(阶梯差)12的存在而产生如虚线所示这样的动压(负压)。

因此，在凹痕10内的上游侧产生负压，在凹痕10内的下游侧产生正压。进而，在上游侧的负压产生区域产生气穴。

实施例2

图4示出本发明的实施例2的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。在实施例2中，凹痕10在周向上的配置关系与实施例1不同，但其他方面与实施例1相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图4中，在周向上相邻的凹痕10被配设成：位于上游侧的凹痕10的正压产生区域10b与位于下游侧的凹痕10的气穴形成区域10a在径向上重叠。

当在位于上游侧的凹痕10的正压产生区域10b中产生动压(正压)时，流体主要返回至接近正压产生区域10b的高压流体侧，但一部分流体欲向低压流体侧泄漏。可是，由于在该正压产生区域10b的低压流体侧配设有下游侧的凹痕10的气穴形成区域10a，因此，欲向低压流体侧泄漏的流体被吸入至该气穴形成区域10a，所以防止了向低压流体侧的泄漏。

在本例中，在实施例1的效果的基础上，起到了进一步防止泄漏的效果。

实施例3

图5示出本发明的实施例3的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例3在正压产生区域与高压流体侧连通这一方面和实施例2不同，但其他方面与实施例2相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图5中，各凹痕10的正压产生区域10b通过深度与凹痕10的深度相等或更深的连通槽13与高压流体侧连通。在图5中，连通槽13设置在气穴形成区域10a与正压产生区域10b在径向上连通的部分的径向外侧，但并不限于此，只要设置成将高压侧流体引入到正压产生区域10b即可。

在本例中，不仅从气穴形成区域10a向正压产生区域10b引入流体，还从高压流体侧向正压产生区域10b引入流体，因此能够进一步发挥润滑作用。

实施例4

图6示出本发明的实施例4的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例4是适用于旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的情况的滑动部件。

图6示出一对滑动部件中的旋转侧的滑动部件即旋转环3向正反两个方向旋转的情况下的固定环5的滑动面，各凹痕15被配设成两个气穴形成区域15a、15a’和两个正压产生区域15b、15b’分别关于将所述凹痕的周向中心和旋转中心连结起来的半径线0-0对称，靠近低压流体侧的气穴形成区域15a、15a’与靠近高压流体侧的正压产生区域15b、15b’在径向上连通。并且，气穴形成区域15a、15a’的周向长度形成得比正压产生区域15b、15b’的周向长度长。

在图6中，示出了对方滑动面如实线箭头所示这样绕逆时针方向旋转的情况，在上游侧的气穴形成区域15a中被吸入的流体在下游侧的正压产生区域15b中产生正压，而在对方滑动面如虚线箭头所示这样绕顺时针方向旋转的情况下，在相对于线0-0相反侧的处于上游侧的气穴形成区域15a’中被吸入的流体在处于下游侧的正压产生区域15b’中产生正压，即使在旋转环3向正反两个方向旋转的情况下，也能够在不更换固定环5的情况下进行应对。

实施例5

图7示出本发明的实施例5的滑动部件的滑动面，在正压产生区域与高压流体侧连通这一方面和实施例4不同，但其他方面与实施例4相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图7中，在一对滑动部件中的旋转侧的滑动部件即旋转环3向正反两个方向旋转的固定环5中，设置有使正压产生区域15b、15b’与高压流体侧连通的连通槽16，该连通槽16被配设成关于将凹痕15的周向中心和旋转中心连结起来的半径线O-O对称。

在图7中，不仅从气穴形成区域15a或者15a’向正压产生区域15b或者15b’引入流体，还从高压流体侧向正压产生区域15b或者15b’引入流体，因此，当然能够进一步实现润滑作用，在对方滑动面如实线箭头所示这样绕逆时针方向旋转的情况下和如虚线箭头所示这样绕顺时针方向旋转的情况下，都能够在不更换固定环5的情况下进行应对。

接下来，对在凹痕中产生的气穴和气穴区域中的流体的流动控制进行说明。

如普通的机械密封件那样，已知：在两个部件各自的滑动面由平滑面构成的情况下，在滑动面之间不仅形成有被密封流体的膜，还形成有在流体中产生的气穴的相(参照Hamilton,Walowit,Allen：A.S.M.E.Paper No.65-Lub-11(1965))。即，在滑动面之间形成有由液体(被密封流体)构成的相(以下，称作液相)和由气体构成的相(以下，称作气相)。

另外，如图8所示，普遍公知：在形成于滑动面S的凹痕等凹陷部分10中会产生与气穴相伴随的筋状的流体的流动20。

本发明人在进行关于机械密封件等的滑动面上的凹痕的流体润滑作用的研究的过程中认识到：如图9所示，当在形成于滑动面的凹痕的底面上设置具有方向性的槽30时，能够变更或控制在凹痕10内产生的气穴区域的筋状的流体的流动20的方向。这可以认为是：由于气穴内部被粘性比液体的粘性足够小的气体填满，因此流动性良好，气穴内部的压力变得固定，从而可以与滑动面的内外周的压差无关地控制气穴内部的筋状流动。

即，可以认为是：在具有方向性的槽30存在于凹痕10的底面的情况下，槽30的边缘部分40作为几何上的障碍壁在气液界面进行作用，阻碍了筋状的流体的流动20在槽30上通过的移动，其结果是，筋状的流体的流动20沿着槽30的边缘部分40移动一定程度，气穴内部的筋状流动被控制。

并且，关于边缘部分在几何上的障碍壁作用，在本申请人的专利申请即日本特开2011-185292号公报中详细地进行了记载。

实施例6

图10示出本发明的实施例6的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例6在气穴形成区域中形成了具有方向性的槽这一方面与图4所示的实施例2不同，但其他方面与实施例2相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图10中，在各凹痕10的气穴形成区域10a中设置了具有方向性的槽30。具有方向性的槽30的设置范围可以是气穴形成区域10a的全部也可以是一部分。另外，具有方向性的槽30形成于凹痕10的底部，其宽度和深度并不特别限定，如在前面所说明的那样，只要是具有方向性的槽30的边缘部分作为几何上的障碍壁在气液界面进行作用，来阻碍筋状的流体的流动在具有方向性的槽30上通过的移动的结构即可。

另外，槽30的方向性取决于如何控制流体，在图10中，为了使气穴形成区域10a内的流体移动至正压产生区域10b，槽30从内径侧朝向外径侧沿逆时针方向倾斜。如在前面所说明的那样，气穴内部被粘性比液体的粘性足够小的气体填满，流动性良好，气穴内部的压力变得固定，从而与滑动面S的内外周的压差无关地控制筋状流动，因此，在槽30具有图10所示这样的方向性的情况下，利用设置于气穴形成区域10a的槽30，使得气穴形成区域10a内的筋状的流体的流动依次重叠下述动作：沿着上游侧的最初的槽30的边缘部分移动一定的程度，接下来，沿着第2号槽30的边缘部分移动一定的程度，从而筋状的流体被控制成向正压产生区域10b移动。

另外，具有方向性的槽30的间距p只要在设计上被设定为最优值即可，并不特别限定。

在本例中，在各凹痕10的靠近低压流体侧配置的气穴形成区域10a中被吸入的流体在该凹痕内通过而在靠近下游侧的高压流体侧配置的正压产生区域10b产生动压(正压)，从而沿径向返回至靠近的高压流体侧，因此防止了高压流体侧的被密封流体泄漏至低压流体侧，并且，借助于在正压产生区域10b产生的正压在滑动面上形成有流体润滑膜，实现了对滑动面的润滑，在此基础上，利用设置于气穴形成区域10a的具有方向性的槽30，将气穴形成区域10a内的筋状的流体的流动控制成向正压产生区域10b移动，因此，进一步防止了流体的泄漏。

实施例7

图11示出本发明的实施例7的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例7在正压产生区域与高压流体侧连通这一方面和图10所示的实施例6不同，但其他方面与实施例6相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图11中，各凹痕10的正压产生区域10b通过深度与凹痕10的深度相等或更深的连通槽13与高压流体侧连通。在图11中，连通槽13设置在气穴形成区域10a与正压产生区域10b在径向上连通的部分的径向外侧，但并不限于此，只要设置成将高压侧流体引入到正压产生区域10b即可。

在本例中，不仅从气穴形成区域10a将流体引入至正压产生区域10b，还从高压流体侧将流体引入至正压产生区域10b，因此实现了润滑作用的进一步提高。

实施例8

图12示出本发明的实施例8的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例8在气穴形成区域的一部分形成了具有方向性的槽这一方面与图10所示的实施例6不同，但其他方面与实施例6相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图12所示的结构中，仅在气穴形成区域10a的低压流体侧设置了具有方向性的槽30。在图10中，具有方向性的槽30对筋状的流体的流动的控制在气穴形成区域10a的从低压流体侧至高压流体侧的径向的全部区域中进行，但是，在图12中，具有方向性的槽30对筋状的流体的流动的控制在气穴形成区域10a的低压流体侧进行。在低压流体侧与高压流体侧的压差较大的情况下，优选图10所示这样的具有方向性的槽30设置于从低压流体侧至高压流体侧的径向的全部区域的结构，但是，在低压流体侧与高压流体侧的压差较小的情况下，即使是图12所示这样的具有方向性的槽30仅设置于低压流体侧的结构，也能够防止泄漏。

另外，并不限于具有方向性的槽30仅设置于低压流体侧的情况，也可以仅设置于高压流体侧，或者仅设置于径向的中央，总之，只要根据压差等的大小适当地选择设置具有方向性的槽30的部分即可。

实施例9

图13示出本发明的实施例9的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例9在正压产生区域与高压流体侧连通这一方面和图12所示的实施例8不同，但其他方面与实施例8相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图13中，各凹痕10的正压产生区域10b通过深度与凹痕10的深度相等或更深的连通槽13与高压流体侧连通。在图13中，连通槽13设置在气穴形成区域10a与正压产生区域10b在径向上连通的部分的径向外侧，但并不限于此，只要设置成将高压侧流体引入至正压产生区域10b即可。

在本例中，不仅从气穴形成区域10a将流体引入至正压产生区域10b，还从高压流体侧将流体引入至正压产生区域10b，因此能够进一步发挥润滑作用。

实施例10

图14示出本发明的实施例10的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例10是适用于旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的情况的滑动部件，实施例10在气穴形成区域中形成有槽这一方面与图7所示的实施例5不同，但其他方面与实施例5相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图14中，在各凹痕15的气穴形成区域15a、15a’中设置了具有方向性的槽30、30’。槽30的设置范围可以是气穴形成区域15a、15a’的全部也可以是一部分。另外，槽30形成于凹痕15的底部，其宽度和深度并不特别限定，如在前面所说明的那样，只要是槽15的边缘部分作为几何上的障碍壁在气液界面进行作用从而阻碍筋状的流体的流动在槽30上通过的移动的结构即可。

在图14中，示出了对方滑动面如实线箭头所示这样绕逆时针方向旋转的情况，在上游侧的气穴形成区域15a中被吸入的流体被槽30控制成其流动方向朝向高压流体侧，同时所述流体向下游侧的正压产生区域15b移动。相反，在对方滑动面如虚线箭头所示这样绕顺时针方向旋转的情况下，在相对于线0-0相反侧的处于上游侧的气穴形成区域15a’中被吸入的流体被槽30’控制成其流动方向朝向高压流体侧，同时所述流体向处于下游侧的正压产生区域15b’移动，即使在旋转环3向正反两个方向旋转的情况下，也能够在不更换固定环5的情况下进行应对。

实施例11

图15至图17示出本发明的实施例11的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例11在下述这一方面与图2所示的实施例1不同：在设置有凹痕的滑动面的高压流体侧配设有由瑞利台阶构成的正压产生机构，但其他方面与实施例1基本相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

在图15中，在滑动面S上，在低压流体侧配设有凹痕10，在高压流体侧配设有由瑞利台阶26构成的正压产生机构。

另外，作为低压流体侧的凹痕，也可以采用图4所示的实施例2的凹痕。

瑞利台阶26由窄阶梯差29、上游侧的沟槽部28以及与高压流体侧连通的半径方向槽25构成，在瑞利台阶26与凹痕10之间设有压力释放槽27，该压力释放槽27经由半径方向槽25与高压流体侧连通。压力释放槽27是用于通过将在瑞利台阶26中产生的动压(正压)释放至高压侧流体的压力来防止流体流入到低压流体侧的凹痕10而导致凹痕10的负压产生能力变弱的结构，压力释放槽27起到了下述作用：借助于在高压流体侧的瑞利台阶26中产生的正压将欲向低压流体侧流入的流体引导至压力释放槽27，并使该流体向高压流体侧逃逸。

沟槽部28、半径方向槽25和压力释放槽27的深度及宽度具有根据滑动部件的直径、滑动面的宽度及相对移动速度、和密封及润滑的条件等来适当地确定这样的性质。例如，沟槽部28的深度是凹痕10的深度的几倍，并且，半径方向槽25和压力释放槽27的深度在凹痕10的深度的十倍以上。

在本例中，通过在高压流体侧配设的由瑞利台阶26构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，通过在低压流体侧配设的凹痕10来进行密封和润滑，在凹痕10的气穴形成区域10a中被吸入的流体被从正压产生区域10b引导至压力释放槽27，并经由半径方向槽25返回至高压流体侧。这样，在本例中，滑动部件能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜进行润滑，并能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，能够可靠地实现基于凹痕的密封作用。

(第1变形例)

图16中的凹痕10的形状与图15中的凹痕10的形状稍微不同，但其他方面与图15相同，因此省略重叠的说明。

图16所示的凹痕10在下述方面与图15的凹痕相同：上游侧的气穴形成区域10a和下游侧的正压产生区域10b分别呈圆弧状地以规定的宽度沿周向延伸，气穴形成区域10a和下游侧的正压产生区域10b在径向上连通成一体而呈曲柄状的形状，并且，气穴形成区域10a的周向长度形成得比正压产生区域10b的周向长度长，但是，在图16所示的凹痕10中，将气穴形成区域10a和下游侧的正压产生区域10b从内径侧朝向外径侧连通成一体的部分沿对方滑动面旋转方向倾斜。因此，在气穴形成区域10a中被吸入的流体的朝向正压产生区域10b的抽吸效果增大，抽吸功能被强化。

(第2变形例)

图17中的凹痕10的形状与图16中的凹痕10的形状稍微不同，但其他方面与图16相同，因此省略重叠的说明。

图17所示的凹痕10在将气穴形成区域10a和下游侧的正压产生区域10b从内径侧朝向外径侧连通成一体的部分向对方滑动面旋转方向倾斜这一方面与图16的凹痕10相同，但是，在图17所示的凹痕10中，气穴形成区域10a、正压产生区域10b、以及使它们连通成一体的在径向上倾斜的部分形成为平滑的圆弧形状。因此，不仅在气穴形成区域10a中被吸入的流体的朝向正压产生区域10b的抽吸功能得到强化，而且流体的流动变得平滑。

另外，图16和17所示的凹痕10的形状当然也能够应用于图2的实施例1、图4的实施例4、图5的实施例3、图10的实施例6、图11的实施例7、图12的实施例8和图13的实施例9。

实施例12

图18至图20示出本发明的实施例12的滑动部件的滑动面，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例12是适用于旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的情况的滑动部件，实施例12与仅适用于单向旋转的图15至图17的实施例11在这一方面不同，其他方面与图15至图17的实施例11相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重叠的说明。

图18示出一对滑动部件中的旋转侧的滑动部件即旋转环3向正反两个方向旋转的情况下的固定环5的滑动面，在被配设于低压流体侧的凹痕中，气穴形成区域17a、17a’和正压产生区域17b、17b’分别被配设成关于将各凹痕17的周向中心和旋转中心连结起来的径向的线0-0对称。详细来说，在各凹痕17中，靠近低压流体侧的气穴形成区域17a、17a’靠近半径线0-0并且被配设成关于半径线0-0对称，靠近高压流体侧的正压产生区域17b、17b’远离半径线0-0并且被配设成关于半径线0-0对称，上游侧的气穴形成区域17a与反向旋转时的正压产生区域17b’、以及正压产生区域17b与反向旋转时的下游侧的气穴形成区域17a’在径向上连通。并且，气穴形成区域17a、17a’的周向长度形成得比正压产生区域17b、17b’的周向长度长。

另外，作为被配设在低压流体侧的凹痕，可以采用图6所示的实施例4的凹痕。

在被配设于滑动面S的高压流体侧的由瑞利台阶构成的正压产生机构中，与高压流体侧连通的多个半径方向槽25中的、在周向上每隔1个槽的半径方向槽25的下游侧配设有形成瑞利台阶26的沟槽28和窄阶梯差29，在周向上每隔1个槽的该半径方向槽25的上游侧(在旋转方向相反的情况下为下游侧)配设有形成瑞利台阶26’的沟槽28’和窄阶梯差29’。标号27是压力释放槽。

在图18中，示出了对方滑动面如实线箭头所示这样绕逆时针方向旋转的情况，在上游侧的气穴形成区域17a中被吸入的流体在下游侧的正压产生区域17b中产生正压，但是，在对方滑动面如虚线箭头所示这样绕顺时针方向旋转的情况下，在相对于线0-0相反侧的气穴形成区域17a’中被吸入的流体在正压产生区域17b’中产生正压。同时，在对方滑动面如实线箭头所示这样绕逆时针方向旋转的情况下，在半径方向槽25的下游侧的瑞利台阶26处产生正压，在对方滑动面如虚线箭头所示这样绕顺时针方向旋转的情况下，在相反侧的瑞利台阶26’处产生正压。

在本例中，滑动部件能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，并能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，在能够进行使基于凹痕的密封作用可靠的密封的基础上，即使在旋转环3向正反两个方向旋转的情况下，也能够在不更换固定环5的情况下进行应对。

(第1变形例)

在图19中，凹痕17的形状和瑞利台阶26、26’的个数与图18的稍微不同，但其他方面与图18相同，因此省略重叠的说明。

图19的凹痕17在气穴形成区域17a、17a’和正压产生区域17b、17b’分别被配设成关于将凹痕17的周向中心和旋转中心连结起来的径向的线0-0对称这一方面与图18的凹痕相同，但是，在图19的凹痕17中，将气穴形成区域17a、17a’和下游侧的正压产生区域17b、17b’从内径侧朝向外径侧连通成一体的部分沿着对方滑动面旋转方向倾斜，并且，气穴形成区域17a、17a’、正压产生区域17b、17b’、以及使它们连通成一体的在径向上倾斜的部分形成为平滑的圆弧形状。因此，不仅在气穴形成区域17a、17a’中被吸入的流体的朝向正压产生区域17b、17b’的抽吸功能得到强化，而且流体的流动变得平滑。

另外，瑞利台阶26、26’的个数设定得与凹痕17的数量相同，另外，瑞利台阶26、26’以与各凹痕17的位置对应的方式被配置在高压流体侧。

(第2变形例)

图20在凹痕17的正压产生区域17b、17b’靠近滑动面S的高压流体侧配置这一方面与图19不同，但其他方面与图19相同，因此省略重叠的说明。

在图20中，由于凹痕17的正压产生区域17b、17b’靠近滑动面S的高压流体侧配置，因此，各瑞利台阶26、26’以与凹痕17的气穴形成区域17a、17a’的范围对应的方式被设定成周向长度较短，并且，压力释放槽27也以围绕各瑞利台阶26、26’的低压流体侧的方式延伸，且压力释放槽27在两端与高压流体侧连通。在各瑞利台阶26、26’之间的空间中，凹痕17的正压产生区域17b、17b’被配设成延伸至高压流体侧的附近。因此，各瑞利台阶26、26’在凹痕17的气穴形成区域17a、17a’的范围内承担了在高压流体侧产生动压(正压)的作用，但是，在气穴形成区域17a、17a’的范围之外，由凹痕17的正压产生区域17b、17b’产生动压(正压)。

以上，根据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的结构并不限定于这些实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内的变更或追加也包含于本发明。

例如，在所述实施例中，对将滑动部件应用于机械密封装置中的一对旋转用密封环和固定用密封环中的任一个的例子进行了说明，但是，也可以用作下述的轴承的滑动部件：在圆筒状滑动面的轴向一侧密封有润滑油，并且与旋转轴进行滑动。

另外，例如，在所述实施例中，对在外周侧存在高压的被密封流体的情况进行了说明，但是也能够应用于内周侧为高压流体的情况，在这种情况下，只要配设成凹痕的气穴形成区域位于外周侧且正压产生区域位于内周侧即可，另外，在设置具有方向性的槽的情况下，只要配设成使槽的方向相反即可。

另外，例如，在所述实施例中，对于凹痕的形状，示出了在周向上呈曲柄状延伸的情况，但并不限于此，总之，只要是靠近低压流体侧配置上游侧的气穴形成区域且靠近高压流体侧配置下游侧的正压产生区域即可，例如也可以是倾斜地配置长方形、长圆等的结构。

另外，在所述实施例11和12中，对在旋转环3和固定环5中的固定环5的滑动面上配设了具有抽吸作用的凹痕10和由瑞利台阶26构成的正压产生机构的情况进行了说明，但并不限于此，也可以配设在旋转环3的滑动面上，另外，也可以在旋转环3和固定环5中的任一方的滑动面上配设具有抽吸作用的凹痕10，且在另一方的滑动面上配设由瑞利台阶26构成的正压产生机构。例如，可以在旋转环3的滑动面上配设具有抽吸作用的凹痕10，且在固定环5的滑动面上配设由瑞利台阶26构成的正压产生机构，在这种情况下，能够进一步提高密封功能和润滑功能。另外，半径方向槽25和压力释放槽27被配设在设置有由瑞利台阶26构成的正压产生机构的一侧。

标号说明

1：旋转轴；

2：套筒；

3：旋转环；

4：壳体；

5：固定环；

6：螺旋波浪形弹簧；

7：波纹管；

10：凹痕；

10a：气穴形成区域；

10b：正压产生区域；

11：变窄的间隙(阶梯差)；

12：变宽的间隙(阶梯差)；

13：连通槽；

15：凹痕；

15a、15a’：气穴形成区域；

15b、15b’：正压产生区域；

16：连通槽；

17：凹痕；

17a、17a’：气穴形成区域；

17b、17b’：正压产生区域；

20：筋状的流体的流动；

25：半径方向槽；

26、26’：瑞利台阶；

27：压力释放槽；

28、28’：沟槽；

29、29’：窄阶梯差；

30：具有方向性的槽；

40：具有方向性的槽的边缘部分。

Claims (7)

1.一种滑动部件，其特征在于，

在一对滑动部件的彼此相对滑动的一侧的滑动面上设置有比该滑动面凹陷的凹痕，各凹痕互不连通，而且各凹痕的上游侧的气穴形成区域靠近低压流体侧配置，并且，各凹痕的下游侧的正压产生区域靠近高压流体侧配置，各凹痕形成为使所述气穴形成区域和所述正压产生区域位于同一所述凹痕且互相连通的形状，并且所述凹痕不与所述高压流体侧及所述低压流体侧连通，在所述各凹痕的所述气穴形成区域中被从低压流体侧吸入的流体在该凹痕内通过而从所述正压产生区域返回至高压流体侧。

2.根据权利要求1所述的滑动部件，其特征在于，

在周向上相邻的所述凹痕中，位于上游侧的凹痕的所述正压产生区域与位于下游侧的凹痕的所述气穴形成区域被配设成在径向上重叠。

3.根据权利要求1所述的滑动部件，其特征在于，

在所述一对滑动部件中的旋转侧的滑动部件向正反两个方向旋转的滑动部件中，所述气穴形成区域和所述正压产生区域分别被配设成关于将所述凹痕的周向中心与旋转中心连结起来的径向的线对称。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的滑动部件，其特征在于，

在所述气穴形成区域中设置了具有方向性的槽。

5.根据权利要求4所述的滑动部件，其特征在于，

在所述气穴形成区域的至少低压流体侧设置了所述具有方向性的槽。

6.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于，

在设置有所述凹痕的滑动面的高压流体侧或者另一方的滑动面的高压流体侧，配设有经由半径方向槽与高压流体侧连通的由瑞利台阶构成的正压产生机构，并且，在低压流体侧配设有所述凹痕，在所述正压产生机构与所述凹痕之间设置有压力释放槽，所述压力释放槽经由所述半径方向槽与高压流体侧连通。

7.根据权利要求3所述的滑动部件，其特征在于，

在设置有所述凹痕的滑动面的高压流体侧或者另一方的滑动面的高压流体侧，配设有经由半径方向槽与高压流体侧连通的由瑞利台阶构成的正压产生机构，并且，在低压流体侧配设有所述凹痕，在所述正压产生机构与所述凹痕之间设置有压力释放槽，所述压力释放槽经由所述半径方向槽与高压流体侧连通。