JP6456950B2

JP6456950B2 - 摺動部品

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Publication number: JP6456950B2
Application number: JP2016529651A
Authority: JP
Inventors: 壮敏板谷; 雄一郎徳永
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: WO2015199172A1; US9841106B2; EP3163134A1; CN106062445A; EP3163134B1; CN106062445B; JPWO2015199172A1; AU2015281105B2; EP3163134A4; US20170102074A1; AU2015281105A1

Description

本発明は、たとえば、メカニカルシール、軸受、その他、摺動部に適した摺動部品に関する。特に、摺動面に流体を介在させて摩擦を低減させるとともに、摺動面から流体が漏洩するのを防止する必要のある密封環または軸受などの摺動部品に関する。

摺動部品の一例である、メカニカルシールにおいて、密封性を長期的に維持させるためには、「密封」と「潤滑」という相反する条件を両立させなければならない。特に、近年においては、環境対策などのために、被密封流体の漏れ防止を図りつつ、機械的損失を低減させるべく、より一層、低摩擦化の要求が高まっている。低摩擦化の手法としては、回転により摺動面間に動圧を発生させ、液膜を介在させた状態で摺動する、いわゆる流体潤滑状態とすることにより達成できる。しかしながら、この場合、摺動面間に正圧が発生するため、流体が正圧部分から摺動面外へ流出する。軸受でいう側方漏れであり、シールの場合の漏れに該当する。

液体シールにおいては、気体より粘度が大きいため、平面同士であっても面の微小なうねりや粗さの凹凸等により動圧効果が得られる。このため、密封性能を優先した構造を採用することが多い。一方、密封と潤滑を両立させるために、漏れた液体を高圧側に引き戻す、ポンピング効果を有した機構もいくつか考案されている。たとえば、特許文献１には、回転リングの軸封面に流体を高圧室側へ移送するらせん溝が円周方向に複数設けられた
発明が開示されている（以下、「従来技術１」という。）。

また、摺動部品に関する発明として、本出願人は、図６に示すように、摺動面Ｓに複数のディンプル５０を設け、各ディンプル５０の上流側のキャビテーション形成領域５０ａを低圧流体側に寄って配置すると共に、下流側の正圧発生領域５０ｂを高圧流体側に寄って配置し、流体を上流側のキャビテーション形成領域５０ａで吸入し、吸入された流体を下流側の正圧発生領域５０ｂから高圧側に戻すようにした発明を先に出願している（以下、「従来技術２」という。特許文献２参照。）。

しかしながら、上記従来技術１では、シールなどの摺動面の内・外周に圧力差がある場合、圧力に対抗したポンピング作用が必要となり、圧力の大きさによっては流体を押し戻すことができない場合がある。このため、圧力差が小さい場合には漏れを防止することは可能であるが、圧力差が大きい場合には漏れ量は多くならざるを得ないという問題があった。
また、上記従来技術２は、摺動面の内・外周の差圧の大きさに関係することなく漏れ防止と潤滑の両機能を奏する点で画期的な発明であるが、各ディンプル５０の基本的な形状がクランク状であることにより、上流側のキャビテーション形成領域５０ａから下流側の正圧発生領域５０ｂへの流体移動において若干スムーズさを欠くため、正圧発生領域５０ｂの低圧流体側Ｘにおける動圧発生が過大になり漏れにつながるおそれがあり、また、動圧発生領域の圧力ピーク位置から低圧流体側までの距離がそれほど大きくとれないため漏れにつながるおそれがあるという問題があった。さらに、上流側のキャビテーション形成領域を低圧流体側に寄って配置する関係上、キャビテーション形成領域の径方向の幅を大きくすることができず、負圧発生起点を大きくできないという問題があった。

特開平８−１９３６６２号公報（第４頁、図５，６）国際公開第２０１４／０５０９２０号

本発明は、上記特許文献２に記載の発明の改良に係るものであって、摺動面に形成されたディンプルなどの窪み部分（本明細書においては「ディンプル」という。）の上流側のキャビテーション領域から下流側の正圧発生領域への流体の移動をスムーズにすることにより、摺動面の内・外周の差圧の大きさに関係することなく、より一層の漏れ防止と潤滑の両機能を備えた摺動部品を提供することを目的とするものである。
また、同時に、負圧発生起点を大きくすると共に、低圧流体側のほぼ全周にわたってキャビテーション領域を配設することにより、より一層、漏れ防止の機能を向上させた摺動部品を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第１に、一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面に複数のディンプルが周方向に独立して設けられ、各ディンプルは上流側のキャビテーション形成領域から下流側の正圧発生領域まで略一定の幅で周方向に沿って形成され、前記キャビテーション形成領域の上流側の始端は、前記低圧流体側から前記高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなすと共に上流側に配置されたディンプルの正圧発生領域と径方向において重複するように配設され、前記正圧発生領域の前記低圧流体側の縁は、前記低圧流体側から前記高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなすと共に前記キャビテーション形成領域の前記低圧流体側の縁と滑らかに接続されることを特徴としている。
この特徴によれば、上流側のディンプルの正圧発生領域から低圧流体側に漏洩しようとする流体は下流側のディンプルのキャビテーション形成領域の上流側に流入することになり、低圧流体側への漏洩が阻止され密封性が向上される。すなわち、低圧流体側のほぼ全周にわたってキャビテーション形成領域が配設されるため、より一層、漏れ防止の機能を向上させることができる。
また、キャビテーション形成領域の径方向の幅を大きくすることできるため、負圧発生起点を大きくすることができ、密封性を向上することができる。
さらに、キャビテーション形成領域が大きくなるため、摺動面のせん断抵抗を小さくすることができ、摺動部品の低トルク化を図ることができる。
さらに、キャビテーション形成領域に流入した流体は正圧発生領域にスムーズに流れ、低圧流体側の縁にぶつかった流体の流れにおいて正圧が立たないため、正圧発生領域の先端側の低圧流体側における動圧発生を抑えることができ、低圧流体側に漏洩する流体の量を低減することができる。
さらに、正圧発生領域において正圧が発生する正圧発生部の先端側の圧力ピーク位置から低圧流体側までの距離が大きくなり、その結果、圧力勾配が小さくなり、漏れ量を低減することができる。

また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記ディンプルが設けられた前記摺動面の前記高圧流体側、又は、他方の摺動面の前記高圧流体側には前記高圧流体側と半径方向溝を介して連通するレイリーステップからなる正圧発生機構が配設され、前記正圧発生機構と前記ディンプルとの間に圧力開放溝が設けられ、前記圧力開放溝は高圧流体側と前記半径方向溝を介して連通されていることを特徴としている。
この特徴によれば、高圧流体側に配設されたレイリーステップからなる正圧発生機構で流体膜を形成して潤滑できると共に、低圧流体側に配設されたディンプルで密封と潤滑とを行うことができるものであって、ディンプルによる密封作用を確実なものとすることができる。

また、本発明の摺動部品は、第３に、第１の特徴において、前記ディンプルが設けられた前記摺動面の前記高圧流体側、又は、他方の摺動面の前記高圧流体側には前記高圧流体側と連通するレイリーステップからなる正圧発生機構が配設されていることを特徴としている。
この特徴によれば、高圧流体側に配設されたレイリーステップからなる正圧発生機構で流体膜を形成して潤滑し、低圧流体側に配設されたディンプルで密封と潤滑とを行うものであって、半径方向溝及び圧力開放溝のような深溝を設ける必要がないため、加工が容易であるというメリットがある。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）上流側のディンプルの正圧発生領域から低圧流体側に漏洩しようとする流体は下流側のディンプルのキャビテーション形成領域の上流側に流入することになり、低圧流体側への漏洩が阻止され密封性が向上される。すなわち、低圧流体側のほぼ全周にわたってキャビテーション形成領域が配設されるため、より一層、漏れ防止の機能を向上させることができる。
また、キャビテーション形成領域の径方向の幅を大きくすることできるため、負圧発生起点を大きくすることができ、密封性を向上することができる。
さらに、キャビテーション形成領域が大きくなるため、摺動面のせん断抵抗を小さくすることができ、摺動部品の低トルク化を図ることができる。
さらに、キャビテーション形成領域に流入した流体は正圧発生領域にスムーズに流れ、低圧流体側の縁にぶつかった流体の流れにおいて正圧が立たないため、正圧発生領域の先端側の低圧流体側における動圧発生を抑えることができ、低圧流体側に漏洩する流体の量を低減することができる。

（２）ディンプルが設けられた摺動面の高圧流体側、又は、他方の摺動面の高圧流体側には高圧流体側と半径方向溝を介して連通するレイリーステップからなる正圧発生機構が配設され、正圧発生機構とディンプルとの間に圧力開放溝が設けられ、圧力開放溝は高圧流体側と半径方向溝を介して連通されていることにより、高圧流体側に配設されたレイリーステップからなる正圧発生機構で流体膜を形成して潤滑できると共に、低圧流体側に配設されたディンプルで密封と潤滑とを行うことができるものであって、ディンプルによる密封作用を確実なものとすることができる。

（３）ディンプルが設けられた摺動面の高圧流体側、又は、他方の摺動面の高圧流体側には高圧流体側と連通するレイリーステップからなる正圧発生機構が配設されていることにより、高圧流体側に配設されたレイリーステップからなる正圧発生機構で流体膜を形成して潤滑し、低圧流体側に配設されたディンプルで密封と潤滑とを行うものであって、半径方向溝及び圧力開放溝のような深溝を設ける必要がないため、加工が容易であるというメリットがある。

本発明の実施例に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものである。（ａ）はディンプルの下流側の狭まり隙間（段差）からなる正圧発生機構を、（ｂ）はディンプルの上流側の拡がり隙間（段差）からなる負圧発生機構を、説明するための図である。本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を示したものである。本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動面を示したものである。従来技術２の摺動面を示したものである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１ないし図３を参照して、本発明の実施例１に係る摺動部品について説明する。
なお、本実施例においては、メカニカルシールを構成する部品が摺動部品である場合を例にして説明する。
図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２を介してこの回転軸１と一体的に回転可能な状態に設けられた円環状の回転環３と、ポンプのハウジング４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた円環状の固定環５とが、この固定環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされた摺動面Ｓ同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転環３と固定環５との互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体が回転軸１の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。
なお、本発明は、インサイド形式のものに限らず、摺動面の内周から外周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封するアウトサイド形式のものにも適用できることはいうまでもない。

図２は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したもので、図１の固定環５の摺動面にディンプルが形成された場合を例にして説明する。
なお、回転環３の摺動面にディンプルが形成される場合も同じである

図２において、摺動面Ｓにはディンプル１０が周方向に複数設けられている。ディンプル１０は、高圧流体側及び低圧流体側とは連通しておらず、また、各ディンプル１０は相互に独立して周方向において離間するように設けられている。ディンプル１０の数、面積及び深さは、摺動部品の径、摺動面の幅及び相対移動速度、並びに、密封及び潤滑の条件等に応じて適宜決定される性質のものであるが、面積が大きく、深さの浅いディンプルの方が流体潤滑作用及び液膜形成の点で好ましい。図２の場合、ディンプル１０は６等配に設けられているが、４等配、あるいは、８等配などでもよい。

各ディンプル１０は上流側のキャビテーション形成領域１０ａから下流側の正圧発生領域１０ｂまで円弧状をなすように略一定の幅で周方向に沿って形成されている。
各ディンプル１０のキャビテーション形成領域１０ａの低圧流体側の縁１０ｃは低圧流体側と摺動面Ｓ１で離隔され、また、同じく高圧流体側の縁１０ｄは高圧流体側と摺動面Ｓ２で離隔されている。
各ディンプル１０のキャビテーション形成領域１０ａで吸入された流体は当該ディンプル内を通って正圧発生領域１０ｂで動圧（正圧）を発生し、径方向に近い側の高圧流体側に戻されるようになっている。
なお、各ディンプル１０の径方向の幅ａは、摺動面の径方向の幅をｂとすると、ａ＝（１／５〜４／５）×ｂに設定されるのが望ましい。

キャビテーション形成領域１０ａの上流側の始端１０ｅは、低圧流体側から高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなすと共に上流側に配置されたディンプル１０の正圧発生領域１０ｂと径方向において重複するように配設されている。上流側の始端１０ｅの低圧流体側の縁１０ｃに対するテーパ角θ１は、例えば、０゜＜θ１≦４５゜に設定される。また、上流側の始端１０ｅは、直線に限らず、滑らかな単一の円弧形状のような曲線であってもよい。

さらに、キャビテーション形成領域１０ａの上流側の始端１０ｅは、上流側に配置されたディンプル１０の正圧発生領域１０ｂの低圧流体側の縁１０ｆとほぼ平行になるように傾斜したテーパ形状に形成されると共に、少なくとも、上流側に配置されたディンプル１０の正圧発生領域１０ｂにおいて正圧が発生するハッチングで示された略三角形の領域Ｐの部分と径方向において重複するように配設されている。
なお、上流側の始端１０ｅと低圧流体側の縁１０ｆとが「ほぼ平行」とは、両者の交角が０゜〜３０°の範囲に有ることを意味する。

上流側の始端１０ｅが上流側に配置されたディンプル１０の正圧発生領域１０ｂの低圧流体側の縁１０ｆとほぼ平行になるように形成されることにより、摺動面Ｓにおけるディンプルの配置効率（摺動面の全面積に対するディンプルの全面積の占める割合）を向上することができる。
また、上流側の始端１０ｅが上流側に配置されたディンプル１０の正圧発生領域１０ｂにおいて正圧が発生するハッチングで示された略三角形の領域Ｐの部分と径方向において重複するように配設されることにより、上流側のディンプル１０の正圧発生領域１０ｂから低圧流体側に漏洩しようとする矢印Ｒで示される流体は下流側のディンプル１０のキャビテーション形成領域１０ａの上流側に流入することになり、低圧流体側への漏洩が阻止され密封性が向上される。すなわち、低圧流体側のほぼ全周にわたってキャビテーション形成領域が配設されるため、より一層、漏れ防止の機能を向上させることができる。
さらに、キャビテーション形成領域の径方向の幅を大きくすることできるため、負圧発生起点を大きくすることができ、密封性を向上することができる。
さらに、キャビテーション形成領域が大きくなるため、摺動面のせん断抵抗を小さくすることができ、摺動部品の低トルク化を図ることができる。

正圧発生領域１０ｂの低圧流体側の縁１０ｆは、低圧流体側から高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなすと共に、キャビテーション形成領域１０ａの低圧流体側の縁１０ｃと滑らかに接続されている。正圧発生領域１０ｂの低圧流体側の縁１０ｆのキャビテーション形成領域１０ａの低圧流体側の縁１０ｃに対するテーパ角θ２は、例えば、０゜＜θ２≦４５゜に設定される。また、低圧流体側の縁１０ｆは、直線に限らず、低圧流体側に向けて凸あるいは凹の曲線であってもよい。直線の場合、単一の直線が望ましく、また、曲線の場合、曲率は一様であることが望ましい。

上記のように、正圧発生領域１０ｂの低圧流体側の縁１０ｆは、低圧流体側から高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなし、キャビテーション形成領域１０ａの低圧流体側の縁１０ｃと滑らかに接続されていることにより、キャビテーション形成領域１０ａに流入した流体は正圧発生領域１０ｂにスムーズに流れ、低圧流体側の縁１０ｆにぶつかった流体の流れにおいて正圧が立たないため、上記従来技術２の摺動部品に比べ、正圧発生領域１０ｂの先端側の低圧流体側における動圧発生を抑えることができ、低圧流体側に漏洩する流体の量を低減することができる。また、正圧発生領域１０ｂにおいて正圧が発生する正圧発生部は図２のハッチングで示された略三角形の領域Ｐの部分であるため、先端側の圧力ピーク位置から低圧流体側までの距離が大きくなり、その結果、圧力勾配が小さくなり、漏れ量を低減することができる。
その際、正圧発生領域１０ｂの低圧流体側の縁１０ｄのテーパ角θは、低圧流体側の縁１０ｄにぶつかった流体がスムーズに流れ正圧が立たないようにする観点から小さいほど望ましい。

図２に示す各ディンプル１０の形状は、一例に過ぎず、要は、略一定の幅で周方向に沿って形成され、キャビテーション形成領域１０ａに関しては、始端１０ｅは、低圧流体側から高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状に形成されると共に、上流側に配置されたディンプル１０の正圧発生領域１０ｂと径方向において重複するように配設されればよく、テーパの角度及び上流側のディンプル１０の正圧発生領域１０ｂとの径方向における重複の程度などは、設計的に決められればよい。
また、正圧発生領域１０ｂに関しては、正圧発生領域１０ｂの低圧流体側の縁１０ｆは、低圧流体側から高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなし、キャビテーション形成領域１０ａの低圧流体側の縁１０ｃと滑らかに接続されていればよく、例えば、船体の船首部の側面のような形状でよい。

ここで、図３を参照しながら、本発明におけるディンプルを設けた場合の正圧発生機構及び負圧発生機構について説明する。
図３（ａ）において、矢印で示すように、固定環５に対して回転環３が反時計方向に回転移動するが、固定環５の摺動面Ｓにディンプル１０が形成されていると、該ディンプル１０の下流側には狭まり隙間（段差）１１が存在する。相対する回転環３の摺動面は平坦である。
回転環３が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３の移動方向に追随移動しようとするため、その際、狭まり隙間（段差）１１の存在によって破線で示すような動圧（正圧）が発生される。

図３（ｂ）においては、矢印で示すように、固定環５に対して回転環３は反時計方向に回転移動するが、固定環５の摺動面Ｓにディンプル１０が形成されていると、ディンプル１０の上流側には拡がり隙間（段差）１２が存在する。相対する回転環３の摺動面は平坦である。
回転環３が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３の移動方向に追随移動しようとするため、その際、拡がり隙間（段差）１２の存在によって破線で示すような動圧（負圧）が発生される。
このため、ディンプル１０内の上流側には負圧が発生し、下流側には正圧が発生することになる。そして、上流側の負圧発生領域にはキャビテーションが発生する。

図４は、本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を示したもので、図１の固定環５の摺動面にディンプルが形成された場合を例にして説明する。実施例２は、ディンプルの設けられた摺動面の高圧流体側にレイリーステップからなる正圧発生機構が配設された点で図２に示された実施例１と相違するが、その他の点は実施例１と基本的には同じであり、同じ部材は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図４において、摺動面Ｓには、低圧流体側にディンプル１０が配設され、高圧流体側にはレイリーステップ２０からなる正圧発生機構が配設されている。
レイリーステップ２０は、狭まり段差２１、グルーブ部２２及び高圧流体側と連通する半径方向溝２３から構成されており、レイリーステップ２０とディンプル１０との間には高圧流体側と半径方向溝２３を介して連通された圧力開放溝２４が設けられている。グルーブ部２２は、一定幅の摺動面Ｓ３を介して高圧流体側とは隔離されて配設され、円弧状をなすように一定幅を有して周方向に延びている。グルーブ部２２の深さは、ディンプル１０の深さの数倍である。圧力開放溝２４は、レイリーステップ２０で発生した動圧（正圧）を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧流体側のディンプル１０に流入し、ディンプル１０の負圧発生能力が弱まることを防止するためのものであり、高圧流体側のレイリーステップ２０で発生した正圧により低圧流体側に流入しようとする流体を圧力開放溝２４に導き、高圧流体側に逃す役割を果たすものである。
図４の場合、ディンプル１０は６等配に設けられ、レイリーステップ２０は８等配に設けられている。

グルーブ部２２、半径方向溝２３及び圧力開放溝２４の深さ及び幅は、摺動部品の径、摺動面の幅及び相対移動速度、並びに、密封及び潤滑の条件等に応じて適宜決定される性質のものである。例えば、グルーブ部２２の深さは、ディンプル１０の深さの１／２〜数倍程度であり、また、半径方向溝２３及び圧力開放溝２４の深さは、ディンプル１０の深さの十倍以上である。

実施例２においては、高圧流体側に配設されたレイリーステップ２０からなる正圧発生機構で流体膜を形成して潤滑し、低圧流体側に配設されたディンプル１０で密封と潤滑とを行うものであり、ディンプル１０のキャビテーション形成領域１０ａで吸入された流体は正圧発生領域１０ｂから圧力開放溝２４に導かれ、半径方向溝２３を介して高圧流体側に戻される。このように、本例では、高圧流体側に配設されたレイリーステップ２０からなる正圧発生機構で流体膜を形成して潤滑し、低圧流体側に配設されたディンプル１０で密封と潤滑とを行うことができるものであって、ディンプル１０による密封作用を確実なものとすることができる。

図５は、本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動面を示したもので、図１の固定環５の摺動面にディンプルが形成された場合を例にして説明する。実施例３は、ディンプルの設けられた摺動面の高圧流体側にレイリーステップからなる正圧発生機構が配設された点で図２に示された実施例１と相違するが、その他の点は実施例１と基本的には同じであり、同じ部材は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図５において、摺動面Ｓには、低圧流体側にディンプル１０が配設され、高圧流体側にはレイリーステップ３０からなる正圧発生機構が配設されている。
レイリーステップ３０は、狭まり段差３１、グルーブ部３２及びグルーブ部３２の上流側において高圧流体側と連通する半径方向溝３３から構成されており、レイリーステップ３０とディンプル１０との間には摺動面Ｓが介在されている。

グルーブ部３２は、一定幅の摺動面Ｓ３を介して高圧流体側とは隔離されて配設され、円弧状をなすように一定幅を有して周方向に延びている。グルーブ部３２の深さは、ディンプル１０の深さの１／２〜数倍程度である。

狭まり段差３１は、低圧流体側から高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなしている。このように狭まり段差３１が形成されていると、狭まり段差３１付近で発生する正圧のピークは高圧流体側に寄るため、高圧の流体は主として高圧流体側に排出され、ディンプル１０側への流れは減少される。

半径方向溝３３は、グルーブ部３２の幅と同程度、あるいは、それ以上の幅を有する。
半径方向溝３３の深さは、グルーブ部３２の深さと同程度であり、ディンプル１０の深さの数倍である。そのため、グルーブ部３２には高圧流体の流入が容易であり、摺動面Ｓの潤滑が十分に行われる。

実施例３においては、高圧流体側に配設されたレイリーステップ３０からなる正圧発生機構で流体膜を形成して潤滑し、低圧流体側に配設されたディンプル１０で密封と潤滑とを行うものであり、ディンプル１０のキャビテーション形成領域１０ａで吸入された流体は正圧発生領域１０ｂから摺動面Ｓを潤滑しながら高圧流体側に戻される。実施例３では、実施例２のように、半径方向溝２３及び圧力開放溝２４のような深溝を設ける必要がないため、加工が容易であるというメリットがある。

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。

例えば、前記実施例では、摺動部品をメカニカルシール装置における一対の回転用密封環及び固定用密封環のいずれかに用いる例について説明したが、円筒状摺動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸と摺動する軸受の摺動部品として利用することも可能である。

また、例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用でき、その場合、ディンプルのキャビテーション形成領域が外周側に、また、正圧発生領域が内周側に位置するように配設すればよい。

また、例えば、前記実施例では、ディンプルの形状について、上流側のキャビテーション形成領域１０ａは、円弧状をなすように一定幅を有して周方向に延び、下流側の正圧発生領域１０ｂは、キャビテーション形成領域１０ａから高圧流体側に向けてキャビテーション形成領域１０ａの幅と略同じ幅を有して相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するように延びた形状を示しているが、これに限らず、例えば、キャビテーション形成領域１０ａと正圧発生領域１０ｂの幅が異なるように配設したものでもよい。

また、前記実施例２及び３においては、回転環３及び固定環５のうち、固定環５の摺動面にディンプル１０及びレイリーステップ２０、３０からなる正圧発生機構が配設された場合について説明したが、これに限らず、回転環３の摺動面に配設されてもよく、また、回転環３及び固定環５のいずれか一方の摺動面にディンプル１０が、他方の摺動面にレイリーステップ２０、３０からなる正圧発生機構が配設されてもよい。例えば、回転環３の摺動面にディンプル１０が配設され、固定環５の摺動面にレイリーステップ２０、３０からなる正圧発生機構が配設されてもよく、その場合、密封機能及び潤滑機能のより一層の向上を図ることができる。なお、半径方向溝２３及び圧力開放溝２４はレイリーステップ２０からなる正圧発生機構の設けられる側に配設される。

１回転軸
２スリーブ
３回転環
４ハウジング
５固定環
６コイルドウェーブスプリング
７ベローズ
１０ディンプル
１０ａキャビテーション形成領域
１０ｂ正圧発生領域
１０ｃキャビテーション形成領域の低圧流体側の縁
１０ｄキャビテーション形成領域の高圧流体側の縁
１０ｅキャビテーション形成領域の上流側の始端
１０ｆ正圧発生領域の低圧流体側の縁
１１狭まり隙間（段差）
１２拡がり隙間（段差）
２０レイリーステップ（正圧発生機構）
２１狭まり段差
２２グルーブ部レイリーステップ
２３半径方向溝
２４圧力開放溝
３０レイリーステップ
３１狭まり段差
３２グルーブ部
３３半径方向溝
Ｓ摺動面
Ｐ正圧発生部
θ１上流側の始端の低圧流体側の縁に対するテーパ角
θ２正圧発生領域の低圧流体側の縁のキャビテーション形成領域の低圧流体側の縁に対するテーパ角
Ｒ正圧発生領域から低圧流体側に漏洩しようとする流体
ａ各ディンプルの径方向の幅
ｂ摺動面の径方向の幅

Claims

一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面に複数のディンプルが周方向に独立して設けられ、各ディンプルは上流側のキャビテーション形成領域から下流側の正圧発生領域まで略一定の幅で周方向に沿って形成され、前記キャビテーション形成領域の上流側の始端は、低圧流体側から高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなすと共に上流側に配置されたディンプルの正圧発生領域と径方向において重複するように配設され、前記正圧発生領域の前記低圧流体側の縁は、前記低圧流体側から前記高圧流体側に向けて相手摺動面の回転方向に沿って傾斜するテーパ形状をなすと共に前記キャビテーション形成領域の前記低圧流体側の縁と滑らかに接続されることを特徴とする摺動部品。
請求項１に記載の摺動部品において、前記ディンプルが設けられた前記摺動面の前記高圧流体側、又は、他方の摺動面の前記高圧流体側には前記高圧流体側と半径方向溝を介して連通するレイリーステップからなる正圧発生機構が配設され、前記正圧発生機構と前記ディンプルとの間に圧力開放溝が設けられ、前記圧力開放溝は高圧流体側と前記半径方向溝を介して連通されていることを特徴とする摺動部品。
請求項１に記載の摺動部品において、前記ディンプルが設けられた前記摺動面の前記高圧流体側、又は、他方の摺動面の前記高圧流体側には前記高圧流体側と連通するレイリーステップからなる正圧発生機構が配設されていることを特徴とする摺動部品。