CN107269846A - 滑动部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滑动部件，通过将设置于滑动面的凹坑随机地配置，从而在滑动面上的轴承特性数大的范围内提高滑动特性。本发明的滑动部件为分别具有彼此相对滑动的滑动面的一对滑动部件，其中，所述滑动面分别是平坦面，在至少一方的所述滑动面上配置有多个凹坑，所述多个凹坑具有不同的开口直径，所述多个凹坑被配置为相互与其他凹坑独立地设置，且开口直径不同的多个凹坑随机地分布。

Description

滑动部件

本申请是申请号为201480038978.5、申请日为2014年9月3日、发明名称为“滑动部件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及例如机械密封件、轴承、其它适合于滑动部的滑动部件。特别是涉及使流体介于滑动面之间来减少摩擦并且需要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个示例的机械密封件中，为了长期地维持密封性，必须兼顾“密封”和“润滑”这样的相矛盾的条件。特别是，近年来，为了环境对策等谋求防止被密封流体泄漏的同时，进一步提高了低摩擦化的要求以降低机械性损失。作为低摩擦化的方法，已知有：通过对滑动面实施多样的纹理化，从而要谋求实现这些，例如，作为纹理化之一而在滑动面上排列凹坑。

例如，在日本特开平11-287329号公报(下面，称为“专利文献1”)所记载的发明中，通过在滑动面上形成深度不同的多个凹坑，从而能够获得如下的效果：在滑动时存在于与对方滑动面之间的流体所产生的流体轴承压力的载荷容量即使随着流体温度的变化而在一部分凹坑处减小，也会在其它凹坑处增大，因此载荷容量稳定，与温度变化无关地始终维持良好的滑动性。

此外，在日本特开2000-169266号公报(下面，称为“专利文献2”)所记载的发明中，在由烧结的陶瓷材料构成的基底材料的表面形成蒸镀有硬质覆膜的滑动面，通过形成为在该滑动面上具有多个凹坑的结构，从而提高耐磨损性，并且利用凹坑来提高液体润滑性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-287329号公报

专利文献2：日本特开2000-169266号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，为了与温度变化无关地始终维持良好的滑动性，专利文献1所述的发明着眼于设置于滑动面的凹坑的深度，对凹坑的开口直径对滑动特性(降低摩擦系数)的影响未作研究。

此外，专利文献2所述的发明通过在滑动面上设置凹坑来谋求提高液体润滑性，但与专利文献1同样地，对凹坑的开口直径对滑动特性(降低摩擦系数)的影响未作研究。

本发明的目的在于，提供一种滑动部件，通过将设置于滑动面的凹坑随机地配置，从而能够在滑动面上的轴承特性数大的范围内提高滑动特性。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明的滑动部件，其为分别具有彼此相对滑动的滑动面的一对滑动部件，其中，所述滑动面分别是平坦面，在至少一方的所述滑动面上配置有多个凹坑，所述多个凹坑具有不同的开口直径，所述多个凹坑被配置为相互与其他凹坑独立地设置，且开口直径不同的多个凹坑随机地分布。

根据第一特征，能够在滑动面上的轴承特性数大的范围内提高滑动特性，即能够降低摩擦系数。

此外，本发明的滑动部件的第二特征在于，在第一特征中，所述多个凹坑的开口直径被设定在30μm～100μm的范围。

根据第二特征，能够在滑动面上的轴承特性数大的范围内进一步提高滑动特性。

此外，本发明的滑动部件的第三特征在于，在第一或者第二特征中，所述多个凹坑的深度被设定在50nm～1000nm的范围。

根据第三特征，能够降低滑动面上的摩擦系数。

此外，本发明的滑动部件的第四特征在于，在第一至第三特征中的任一特征中，所述多个凹坑的深度被设定在100nm～200nm的范围。

根据第四特征，能够使滑动面上的极低速下的滑动特性良好。

此外，本发明的滑动部件的第五特征在于，在第一至第四特征中的任一特征中，所述多个凹坑相对于滑动面的面积率为30％～50％。

根据第五特征，能够兼顾滑动面的密封和润滑。

发明效果

本发明起到如下的优异效果：

(1)由于多个凹坑被配置为相互与其它凹坑独立地设置，且开口直径不同的多个凹坑随机地分布，因而能够在滑动面上的轴承特性数大的范围内提高滑动特性。

(2)由于多个凹坑的开口直径被设定在30μm～100μm的范围，因而能够在滑动面上的轴承特性数大的范围内进一步提高滑动特性

(3)由于多个凹坑的深度被设定在50nm～1000nm的范围，因而能够降低滑动面上的摩擦系数。

(4)由于多个凹坑的深度被设定在100nm～200nm的范围，因而能够使滑动面上的极低速下的滑动特性良好。

(5)由于多个凹坑相对于滑动面的面积率为30％～50％，因而能够兼顾滑动面的密封和润滑。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施例的滑动部件的滑动面的一个示例的图，(a)是滑动面的俯视图，(b)是A-A剖视图，(c)是B-B剖视图。

图2是示出随机地配置在本发明的实施例的滑动部件的滑动面上的凹坑的滑动面的俯视图。

图3是示出本发明的实施例的随机地配置的凹坑的直径尺寸分布的图。

图4是示出通过旋转滑动试验获得的摩擦系数与轴承特性数G的关系的图。

图5是说明用于本试验的能够测量滑动转矩的试验机的概略剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图并根据实施例来例示地对用于实施本发明的方式进行说明。其中，关于该实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对的配置等，只要没有特别明示的记载，则本发明的范围不仅限定于这些。

实施例1

参照图1至图5来对本发明的实施例的滑动部件进行说明。

如图1(a)所示，滑动部件1呈环状体，通常，在滑动部件1的滑动面S的内外周的一侧存在有高压的被密封流体，此外，另一侧是大气。

并且，能够采用滑动部件1来对该被密封流体有效地进行密封。例如，将该滑动部件1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至少一方。使旋转用密封环的滑动面和与之对置的固定用密封环的滑动面紧贴而对存在于滑动面的内外周的任一方的被密封流体进行密封。

此外，也可以用作在圆筒状滑动面的轴向一侧密封润滑油并且与旋转轴滑动的轴承的滑动部件。

在本实施例中，以作为滑动部件的一个示例的机械密封件为例来进行说明。此外，将构成机械密封件的滑动部件的外周侧作为高压流体侧(被密封流体侧)、将内周侧作为低压流体侧(大气侧)来进行说明，但本发明不限于此，也可以应用于高压流体侧和低压流体侧相反的情况。在图1中，为了方便说明，对高压的被密封流体存在于外周侧的情况进行说明。

在图示示例中，如图1(c)所示，滑动部件1的截面形状呈凸形状，其顶面构成平坦的滑动面S。在该滑动面S上独立地设置有图1(b)所示那样的多个凹坑2。这些凹坑2不设置在滑动面S的径向的整个宽度范围而设置在靠高压流体侧的凹坑形成区域3，凹坑形成区域3与高压流体侧连通，与低压流体侧由平坦的密封面4而隔离开。

在本示例中，示出了凹坑2设置于在周向上独立地等分的凹坑形成区域3的情况，但不限于此，也可以在周向上连续地设置。此外，在本示例中，滑动部件1由碳化硅(SiC)形成。

在本发明中，“凹坑”是指形成于平坦的滑动面S的凹陷部，不特别地限定其形状。例如，凹陷部的平面形状包括圆形、椭圆形、长圆形或者多边形等各种形状，凹陷部的截面形状也包括碗状或者方形等各种形状。

并且，形成于滑动面S的多个凹坑2具有如下功能：对作为流体力学的润滑液膜而介入于该滑动面S与相对滑动的对方侧滑动面之间的液体的一部分进行保持以使润滑液膜稳定化。

图2是示出随机地配置在本发明的实施例的滑动部件的滑动面上的凹坑的滑动面的俯视图。在图2中，与图1中的标号相同的标号表示与图1相同的部件，省略详细的说明。

在图2中，形成于滑动面的多个凹坑2被配置为相互与其它凹坑独立地设置，且开口直径不同的多个凹坑随机地分布。作为凹坑的开口直径的随机分布的方法，在本示例中，设定成这样：使用随机数来确定，一样地分布于滑动面，即开口直径不同的凹坑的分布在滑动面的整个范围一样。

对在滑动面上加工凹坑的方法的一个示例如下地进行说明。

(1)采用随机数来确定在金属掩模上开设的孔的直径和位置。

(2)按确定的直径和位置通过激光加工等在金属掩模上开设孔。

(3)将随机地开设有孔的金属掩模设置在成为对象的滑动部件的滑动面上。

(4)从金属掩模上方照射飞秒激光，或通过离子刻蚀等利用金属掩模的孔而在滑动面上形成凹坑。在滑动面上按规定的分布一样地配置开口直径不同的凹坑。

图3是示出本发明的实施例的随机地配置的凹坑2的直径尺寸分布的图。

在本示例中，多个凹坑2的开口直径分布在30μm～100μm的范围。此外，开口直径小的凹坑2分布成相对地多于开口直径大的凹坑2。

多个凹坑2的开口直径的随机的分布根据滑动面的轴承特性数G(流体的粘度×速度/载荷)等来设定，图3示出了开口直径为30μm～100μm的混合凹坑中的优选的一个示例。

下表1示出了用于实施例和比较例的滑动部件的规格。

在实施例中，采用了凹坑2的开口直径随机地分布在30μm～100μm的范围内的混合凹坑。

此外，作为比较例，采用了凹坑2的开口直径分别为50μm、75μm和100μm这三种、并且一样地分布在滑动面上的单一的凹坑。

并且，关于多个凹坑2的深度，实施例和比较例均采用了极低速下的滑动特性良好的100nm。

另外，从降低摩擦系数方面而言，优选的是，多个凹坑2的深度被设定在50nm～1000nm的范围内，但在重视极低速下的滑动特性的情况下，优选的是，设定在100nm～200nm的范围内。

此外，为了兼顾密封和润滑，多个凹坑相对于滑动面的面积率采用了40％，但不限于此，也可以是30％～50％。

[表1]

	实施例	比较例
			滑动面的内径	Φ18mm	Φ18mm
滑动面的宽度	1.8mm	1.8mm
			凹坑面积率	40％	40％
凹坑开口直径	Φ30μm～100μm混合	Φ50μm、Φ75μm、Φ100μm
			凹坑深度	100nm	100nm

下表2示出了实施例和比较例的试验条件。

[表2]

滑动材料组合	SiC(凹坑加工)×SiC(无加工)
		安装载荷	25N
圆周速度	0.0m/sec→10.0m/sec
		压力	0.15MPaG(外周侧)
温度	60℃
		密封流体	JIS K2234LLC 50％的水溶液

图4是示出通过旋转滑动试验获得的摩擦系数与轴承特性数G的关系的图。

根据图4可知，在试验的转速区域中，在凹坑的开口直径为Φ50μm、Φ75μm、Φ100μm的比较例中，在轴承特性数G的值超过7.6x10-8的范围内，凹坑的开口直径越大则摩擦系数越低。此外，可知：在各凹坑的开口直径中，存在流体润滑迁移点(下面，称为“Gc点”)，在Φ50μm、Φ75μm、Φ100μm的比较例中，凹坑的开口直径越小则Gc点越向低G侧转移，并且Gc点处的摩擦系数变低。

此外，可知：在凹坑的开口直径为Φ30～100μm混合的实施例中，在G值超过约6.0×10-8的范围内，示出了与直径为Φ100μm时大致相同的摩擦系数，在此以下时，Gc点向低G侧转移，并且Gc点处的摩擦系数降低，在大范围的转速区域中对降低摩擦系数有效。

另外，在本试验中，在试验时未发生从滑动面的泄漏。

下面，参照图5来对用于本试验的能够测量滑动转矩的试验机10进行说明。

试验机10的主体部分具备：外壳13，其经弹簧12而将固定环11支撑成非旋转状态；旋转轴14，其能够旋转自如地被贯穿插入于该外壳13的内周；和被支撑于该旋转轴14的外周的旋转环15，其与固定环11沿轴向对置，在被旋转环15、外壳13和旋转轴14围起的密封空间中封入有密封对象液L。

作为本试验机10的特征，两侧的轴承部分16采用静压气体轴承，能够高精度地测量机械密封件的滑动转矩。此外，通过转矩计17和悬臂方式的测力传感器18这两种方法来测量转矩，通过复核来消除测量错误。

本发明的实施方式的滑动部件的作用、效果如下：

(1)在试验的转速区域中，在凹坑的开口直径为Φ50μm、Φ75μm、Φ100μm的比较例中，在轴承特性数G的值超过7.6×10-8的范围内，凹坑的开口直径越大则摩擦系数越低，此外，凹坑的开口直径越小，则流体润滑迁移点(下面，称为“Gc点”)越向低G侧转移，并且具有Gc点处的摩擦系数变低的趋势，相对于此，在凹坑的开口直径为Φ30μm～100μm混合的实施例中，在G值超过约6.0×10-8的范围内，示出了与直径为Φ100μm时大致相同的摩擦系数，在此以下时，Gc点向低G侧转移，并且Gc点处的摩擦系数降低，在大范围的转速区域中对降低摩擦系数有效。

(2)从降低摩擦系数方面而言，优选的是，多个凹坑2的深度被设定在50nm～1000nm的范围内，但通过设定在100nm～200nm的范围内，从而能够使极低速下的滑动特性良好。

(3)通过将多个凹坑相对于滑动面的面积率设定在30％～50％的范围内，从而能够兼顾密封和润滑。

以上通过实施例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例的方式，即使有不脱离本发明主旨的范围内的变更及追加，也包括在本发明中。

例如，在所述实施例中，对将滑动部件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方的示例进行了说明，但也可以用作在圆筒状滑动面的轴向一侧密封润滑油并且与旋转轴滑动的轴承的滑动部件。

此外，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，但也可以应用于内周侧是高压流体的情况，在该情况下，将凹坑配设成与内周侧连通即可。

此外，例如，在所述实施例中，对多个凹坑的开口直径设定在30μm～100μm的范围、并且其开口直径小的凹坑分布得相对地多于直径大的凹坑的情况进行了说明，但这些表示优选的一个示例，不限于此，开口直径不同的多个凹坑随机地分布而混合是重要的，分布的比例根据滑动面的轴承特性数G(流体的粘度×速度/载荷)而设定成最佳的值即可。

此外，例如，在所述实施例中，对采用100nm作为多个凹坑的深度的情况进行了说明，但不限于此，也可以从50nm～1000nm的范围中选定，此外，为了使极低速下的滑动特性良好，优选的是，设定在100nm～200nm的范围内。

此外，例如，在所述实施例中，从兼顾密封和润滑的观点出发，对采用40％作为多个凹坑相对于滑动面的面积率的情况进行了说明，但不限于此，也可以是30％～50％的范围。

标号说明

1 滑动部件

2 凹坑

3 凹坑形成区域

4 密封面

10 试验机

11 固定环

12 弹簧

13 外壳

14 旋转轴

15 旋转环

16 轴承部分

17 转矩计

18 测力传感器

S 滑动面

Claims (9)

1.一种滑动部件，其为分别具有彼此相对滑动的滑动面的一对滑动部件，其中，

所述滑动面分别是平坦面，

在至少一方的所述滑动面上配置有多个凹坑，

所述多个凹坑具有不同的开口直径，

所述多个凹坑被配置为相互与其他凹坑独立地设置，且开口直径不同的多个凹坑随机地分布。

2.根据权利要求1所述的滑动部件，其特征在于，

所述多个凹坑的开口直径被设定在30μm～100μm的范围。

3.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于，

所述多个凹坑的深度被设定在50nm～1000nm的范围。

4.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于，

所述多个凹坑的深度被设定在100nm～200nm的范围。

5.根据权利要求3所述的滑动部件，其特征在于，

所述多个凹坑的深度被设定在100nm～200nm的范围。

6.根据权利要求1或2所述的滑动部件，其特征在于，

所述多个凹坑相对于滑动面的面积率为30％～50％。

7.根据权利要求3所述的滑动部件，其特征在于，

所述多个凹坑相对于滑动面的面积率为30％～50％。

8.根据权利要求4所述的滑动部件，其特征在于，

所述多个凹坑相对于滑动面的面积率为30％～50％。

9.根据权利要求5所述的滑动部件，其特征在于，

所述多个凹坑相对于滑动面的面积率为30％～50％。