JP6678170B2 - 摺動部品 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、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、例えば、ターボチャージャー用あるいは航空エンジン用のギアボックスに使用されるオイルシール、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、その性能は、漏れ量、摩耗量、及びトルクによって評価される。従来技術ではメカニカルシールの摺動材質や摺動面粗さを最適化することにより性能を高め、低漏れ、高寿命、低トルクを実現している。しかし、近年の環境問題に対する意識の高まりから、メカニカルシールの更なる性能向上が求められており、従来技術の枠を超える技術開発が必要となっている。
そのような中で、例えば、ターボチャージャーのような回転部品のオイルシール装置に利用されるものとして、ハウジングに回転可能に収納された回転軸と、回転軸とともに回転する円盤状の回転体と、ハウジングに固定され、回転体の端面に当接して外周側から内周側へオイルの漏れるのを防止する円盤状の固定体とを備え、固定体の当接面には流体の遠心力により正圧を発生する環状の溝が設けられ、オイルが外周側から内周側へ漏れるのを防止するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、例えば、有毒の流体をシールする回転軸の軸封装置において、回転軸とともに回転リングとケーシングに取付けられた静止リングとを備え、回転リング及び静止リングのいずれかの摺動面に回転リングの回転により低圧側の液体を高圧側に向かって巻き込むスパイラル溝が高圧側の端部が行止まり形状であるように設けられ、高圧側の被密封流体が低圧側へ漏れるのを防止するようにしたものが知られている(例えば、特許文献2参照。)。
また、例えば、ターボチャージャーの駆動軸を圧縮機ハウジングに対してシールするのに適した面シール構造として、協働する1対のシールリングのうち、その一方は回転構成要素に設けられ、他方は静止構成要素に設けられ、これらのシールリングは、作動中に実質的に半径方向に形成されたシール面を有して、シール面同士の間に、シール面の外側区域をシール面の内側区域に対してシールするためのシールギャップが形成され、シール面の少なくとも一方に、ガスを送り込むのに有効な周方向に離間した複数の凹部が設けられ、該凹部はシール面の一方の周縁から他方の周縁に向かって延びているとともに、凹部の内端は前記シール面の他方の周縁から半径方向に離間して設けられ、非ガス成分を含むガス媒体中の非ガス成分がシールされるようにしたものが知られている(例えば、特許文献3参照。)。
実開昭62−117360号公報 特開昭62−31775号公報 特開2001−12610号公報
しかしながら、上記の特許文献1ないし3に記載の従来技術においては、例えば図5に示すように、静止リング51の摺動面51aに回転リング52の回転により低圧流体側(以下、「漏れ側」ということがある。)の流体を被密封流体側(高圧流体側)に向かって巻き込むスパイラル溝53の漏れ側の端部53aが漏れ側に直接開口しているため、開口部近傍において、静止リング51の摺動面と回転リング52の摺動面との相対摺動によりダストが強制的に摺動面に引きずり込まれる場合がある。また、引きずり込まれたダストは両摺動面の相対摺動により粉砕され、微細化され、両摺動面の間にさらに進入しやすくなり、両摺動面の摩耗等の表面損傷を促進するという問題があった。
本発明は、相対摺動する一対の摺動部品の摺動面において、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体の漏れ及び摺動面へのダストの進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第1に、互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、前記動圧発生溝の漏れ側の端部と前記漏れ側との間には前記動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位し,前記流体導入孔は、周方向において前記動圧発生溝側開口部の側から前記漏れ側開口部の側に向けて上流側に傾斜するように配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。さらには,漏れ側の流体が流体導入孔内に導入されやすくなり、動圧発生溝の流体の吸入を促進することができる。
また、本発明の摺動部品は、第2に、互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体である液体又はミスト状の流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、前記動圧発生溝の漏れ側の端部と前記漏れ側との間には前記動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位し,前記流体導入孔は、周方向において前記動圧発生溝側開口部の側から前記漏れ側開口部の側に向けて上流側に傾斜するように配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体である液体側とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。さらには,漏れ側の流体が流体導入孔内に導入されやすくなり、動圧発生溝の流体の吸入を促進することができる。
また、本発明の摺動部品は、第3に、第1又は第2の特徴において、前記動圧発生溝は
、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることを特徴としている。
この特徴によれば、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体側に向けてポンピングされ、被密封流体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
また、本発明の摺動部品は、第4に、第1ないし第3のいずれかの特徴において、前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは直角に曲げられた通路により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、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を、より一層、防止することができる。
また、本発明の摺動部品は、第5に、第1ないし第3のいずれかの特徴において、前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは直線的に傾斜した通路により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、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝への進入を防止できると共に流体導入孔11の形成のための加工を容易にすることができる。
また、本発明の摺動部品は、第6に、第1ないし第3のいずれかの特徴において、前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは円弧状に曲げられた通路により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、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止することができると共に流体の抵抗を小さくすることができる。
また、本発明の摺動部品は、第に、第1ないしのいずれかの特徴において、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、起動時などの回転側密封環の低速回転状態において摺動面の外周側に存在する液体が、積極的に摺動面に導入され、摺動面の潤滑を行うことができる。
また、回転側密封環が定常運転等の高速回転時において流体導入溝から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
(1)互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、動圧発生溝の漏れ側の端部と漏れ側との間には動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位するように設定されていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動
部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。
(2)互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体である液体又はミスト状の流体が漏洩するのをシールするものであって、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、動圧発生溝の漏れ側の端部と漏れ側との間には動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位するように設定されていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体である液体側とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。
(3)動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体側に向けてポンピングされ、被密封流体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
(4)動圧発生溝側開口部と漏れ側開口部とは直角に曲げられた通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を、より一層、防止することができる。
(5)動圧発生溝側開口部と漏れ側開口部とは直線的に傾斜した通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝への進入を防止できると共に流体導入孔11の形成のための加工を容易にすることができる。
(6)動圧発生溝側開口部と漏れ側開口部とは円弧状に曲げられた通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止することができると共に流体の抵抗を小さくすることができる。
(7)流体導入孔は、周方向において動圧発生溝側開口部の側から前記漏れ側開口部の側に向けて上流側に傾斜するように配設されることにより、漏れ側の流体が流体導入孔内に導入されやすくなり、動圧発生溝の流体の吸入を促進することができる。
(8)一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることにより、起動時などの回転側密封環の低速回転状態において摺動面の外周側に存在する液体が、積極的に摺動面に導入され、摺動面の潤滑を行うことができる。
また、回転側密封環が定常運転等の高速回転時において流体導入溝から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
発明の実施例1に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 図2(a)は、本発明の実施例1に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものであって、紙面下方に水平方向の回転中心が存在する。図2(b)及び図2(c)は流体導入孔の変形例を示したものである。 図1のA−A矢視図である。 本発明の実施例2に係る摺動部品の一方の摺動部品の摺動面を示したものである。 従来技術を説明するための説明図であって、(a)は縦断面図、(b)はB−B矢視図である。
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、以下の実施例においては、摺動部品の一例であるメカニカルシールを例にして説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)、内周側を漏れ側(気体側)として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が漏れ側(気体側)、内周側が被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)である場合も適用可能である。また、被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)と漏れ側(気体側)との圧力の大小関係については、例えば、被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)が高圧、漏れ側(気体側)が低圧、あるいは、その逆のいずれでもよく、また、両方の圧力が同一であってもよい。
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被密封流体、例えば、軸受部に使用された潤滑油を密封する形式のインサイド形式のものであり、ターボチャージャーに備えられたコンプレッサのインペラー1を駆動させる回転軸2側にスリーブ3を介してこの回転軸2と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状の回転側密封環4と、ハウジング5にカートリッジ6を介して非回転状態で、かつ、軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状の固定側密封環7とが設けられ、固定側密封環7を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング8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、回転側密封環4及び固定側密封環7は半径方向に形成された摺動面Sを有し、互いの摺動面Sにおいて、被密封流体、例えば、液体あるいはミスト状の流体(以下、液体あるいはミスト状の流体を、単に「液体」ということがある。)が摺動面Sの外周から内周側の漏れ側へ流出するのを防止するものである。
なお、符号9はOリングを示しており、カートリッジ6と固定側密封環7との間をシールするものである。
また、本例では、スリーブ3と回転側密封環4とは別体の場合について説明しているが、これに限らず、スリーブ3と回転側密封環4とを一体に形成してもよい。
回転側密封環4及び固定側密封環7の材質は、耐摩耗性に優れた炭化ケイ素(SiC)及び自己潤滑性に優れたカーボンなどから選定されるが、例えば、両者がSiC、あるいは、いずれか一方がSiCであって他方がカーボンの組合せが可能である。
図2は、本発明の実施例1に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものである。
図2において、回転側密封環4の摺動面Sには、回転側密封環4及び固定側密封環7の摺動面のランド部Rにより被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝10が設けられている。すなわち、本例においては、動圧発生溝10は、回転側密封環4の摺動面Sにのみ設けられ、動圧発生溝10の径方向における漏れ側及び非密封流体側
にはランド部Rが存在し、この回転側密封環4のランド部Rに対して固定側密封環7の摺動面Sが摺接することにより、動圧発生溝10を被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離している。詳述すると、固定側密封環7の摺動面Sの被密封流体側の外径は、回転側密封環4の動圧発生溝10の被密封流体側の端部より径方向に大きく、また、固定側密封環7の摺動面Sの漏れ側の内径は、動圧発生溝10の漏れ側の端部より径方向に小さく設定され、固定側密封環7の摺動面Sと回転側密封環4の動圧発生溝10の内径側及び外径側のランド部Rとが摺接することにより動圧発生溝10が被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されているのである。
動圧発生溝10の漏れ側の端部10aと漏れ側との間には動圧発生溝10を漏れ側と連通させる流体導入孔11が設けられている。
流体導入孔11の断面形状は、特に限定されないが、例えば、円形であり、孔径は0.5mm以下が望ましい。また、動圧発生溝10の断面形状は、略矩形である。
図2に示すように、流体導入孔11は、動圧発生溝10の漏れ側の端部10aに開口する動圧発生溝側開口部11aと漏れ側に開口する漏れ側開口部11bとが軸方向において変位するように設定されている。
すなわち、流体導入孔11は、動圧発生溝10と漏れ側とを動圧発生溝10の径方向の延長線上において最短で直接漏れ側と連通させるような構成ではなく、動圧発生溝側開口部11aと漏れ側開口部11bとが軸方向に変位するように設定され、漏れ側開口部11bが回転側密封環4と固定側密封環7の相対摺動する部分から軸方向に離れた位置に設けられるため、ダストが回転側密封環4と固定側密封環7の相対摺動に伴って引きずり込まれるようなことがなく、面漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝10への進入を抑制できる。
図2(a)においては、動圧発生溝側開口部11aと漏れ側開口部11bとは直角に曲げられた通路11cにより連通されている。直角の曲がりにより、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝10への進入を、一層、抑制できる。
また、図2(b)においては、動圧発生溝側開口部11aと漏れ側開口部11bとは直線的に傾斜した通路11dにより連通されている。直線的に傾斜した通路により、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝10への進入を抑制できると共に流体導入孔11の形成のための加工を容易にすることができる。
さらに、図2(c)においては、動圧発生溝側開口部11aと漏れ側開口部11bとは
円弧状に曲げられた通路11eにより連通されている。円弧状に曲げられた通路11eにより、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝10への進入を抑制できると共に流体の抵抗を小さくすることができる。
一方、動圧発生溝10は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするためのものであり、例えば、図3に示すようにスパイラル形状をなしている
スパイラル形状の動圧発生溝10は、漏れ側の端部10aが流体導入溝11の動圧発生溝側の端部11aと連通され、被密封流体側の端部10bは被密封流体側には連通されておらず、回転側密封環4と固定側密封環7の相対摺動により、漏れ側の端部10aから被密封流体側の端部10bに向けてポンピング作用を発揮するようにスパイラル状に傾斜され、動圧(正圧)を発生する。
スパイラル形状の動圧発生溝10は、図3においては、溝幅が一定に形成されているが、流体導入溝11の動圧発生溝側の端部11bと連通されている漏れ側の端部10aの溝幅を拡大、すなわち、端部10aの周方向長さを他の部分より長くし、動圧発生溝10内への流体の供給効果を増大してもよい。
スパイラル形状の動圧発生溝10は、定常運転等の回転側密封環4の高速回転状態にお
いて、漏れ側から流体導入溝11を介して気体を吸い込み、被密封流体側の端部10b付近で動圧(正圧)を発生するため、回転側密封環4と固定側密封環7との摺動面Sには僅かな間隙が形成され、摺動面Sは気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。
上記したように、流体導入孔11は、漏れ側と動圧発生溝10とを連通させるものであるが、本発明においては、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝10への進入を抑制できるように、動圧発生溝10に開口する動圧発生溝側開口部11aと漏れ側に開口する漏れ側開口部11bとが軸方向において変位するように設定され、漏れ側開口部11bが回転側密封環4と固定側密封環7の相対摺動する部分から軸方向に離れた位置に設けられている。
また、本発明においては、図3に示すように、流体導入孔11は、流体の導入を容易にするため周方向において傾斜されている。すなわち、流体導入孔11は動圧発生溝側開口部11aの側から漏れ側開口部11bの側に向けて上流側に傾斜するように配設されている。この場合の流体導入孔11の傾斜角度は回転側密封環4の回転速度(周速度)に応じて決められるが、漏れ側の流体がスパイラル形状の動圧発生溝10にスムースに進入できる角度に設定されるのが望ましい。
このように動圧発生溝側開口部11aの側から漏れ側開口部11bの側に向けて上流側に傾斜するように配設されると、回転側密封環4が回転された場合、漏れ側の流体が流体導入孔11内に導入されやすくなり、動圧発生溝10の流体の吸入を促進することができる。
以上説明した実施例の構成によれば、以下のような効果を奏する。
(1)一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面S(回転側密封環4の摺動面S)には、両摺動面Sのランド部Rにより被密封流体である液体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝10が設けられ、動圧発生溝10の漏れ側の端部10aと漏れ側との間には動圧発生溝10と漏れ側とを連通する流体導入孔11が設けられ、流体導入孔11の動圧発生溝10に開口する動圧発生溝側開口部11aと漏れ側に開口する漏れ側開口部11bとが軸方向において変位するように設定されていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体である液体側とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。
(2)動圧発生溝10は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体である液体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体である液体側に向けてポンピングされ、被密封流体である液体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
(3)流体導入孔11の動圧発生溝側開口部11aと漏れ側開口部11bとは直角に曲げられた通路により連通されているより、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を、より一層、防止することができる。
(4)流体導入孔11の動圧発生溝側開口部11aと漏れ側開口部11bとは直線的に傾斜した通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝10への進入を防止できると共に流体導入孔11の形成のための加工を容易にすることができる。
(5)流体導入孔11の動圧発生溝側開口部11aと漏れ側開口部11bとは円弧状に曲げられた通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止することができると共に流体の抵抗を小さくすることができる。
(6)流体導入孔11は、周方向において動圧発生溝側開口部11aの側から漏れ側開口部11bの側に向けて上流側に傾斜するように配設されることにより、漏れ側の流体が流
体導入孔11内に導入されやすくなり、動圧発生溝10の流体の吸入を促進することができる。
次に、図4を参照して、本発明の実施例2に係る摺動部品について説明する。
実施例2に係る摺動部品は、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面に流体導入溝及び正圧発生機構が設けられる点で前記実施例と相違するが、その他の基本構成は前記実施例と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
図4(a)において、回転側密封環4の摺動面Sには、該摺動面Sの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝12が設けられている。
流体導入溝12は、外周側の周縁に沿うように1個以上配設され、平面形状は略矩形状に形成され、摺動面Sの外周側の周縁において被密封流体側と連通し、内周側とはランド部Rにより隔離されている。
また、流体導入溝12の円周方向の下流側に連通して流体導入溝12より浅い正圧発生溝13aを備える正圧発生機構13が設けられている。正圧発生機構13は、正圧(動圧)を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。
正圧発生溝13aは、上流側が流体導入溝12に連通し、外周側とはランド部Rにより隔離されている。
本例では、正圧発生機構13は、上流側において流体導入溝12に連通する正圧発生溝13a及びレイリーステップ13bを備えたレイリーステップ機構から構成されるが、これに限定されることなく、要は、正圧を発生する機構であればよい。
図4(a)において、流体導入溝12及び正圧発生機構13のなす平面形状は略L字状をなしている。
今、回転側密封環4が反時計方向に回転するとした場合、外周側の液体は略矩形状の流体導入溝12から摺動面に導入され、摺動面Sの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構13により正圧(動圧)が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環4が定常運転等の高速回転時において流体導入溝12から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
図4(b)は、流体導入溝の形状が異なる点で図4(a)と相違するが、その他は図4(a)と同じである。
図4(b)において、回転側密封環4の摺動面Sには、該摺動面Sの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝14が設けられている。
流体導入溝14は、外周側の周縁に沿うように配設され、摺動面Sの外周側の周縁にのみ連通する流体導入部14a及び流体導出部14b、並びにこれらを周方向に連通する流体連通部14cから構成され、内周側とはランド部Rにより隔離されている。
本例では、流体導入部14a及び流体導出部14bは周方向において一定距離隔てて設けられ、それぞれ、径方向に直線状に延びているため、流体導入溝14の平面形状は略U字形をなしている。
また、流体導入溝14と外周側とで囲まれる部分に流体導入溝14より浅い正圧発生溝13aを備える正圧発生機構13が設けられている。正圧発生機構13は、正圧(動圧)を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。
正圧発生溝13aは、上流側が流体導入部14aに連通し、流体導出部14b及び外周側とはランド部Rにより隔離されている。
本例では、正圧発生機構13は、上流側において流体導入溝14の流体導入部14aに連通する正圧発生溝13a及びレイリーステップ13bを備えたレイリーステップ機構から構成されるが、これに限定されることなく、要は、正圧を発生する機構であればよい。
今、回転側密封環4が時計方向に回転するとした場合、外周側の液体は略U字形の流体導入溝14の流体導入部14aから摺動面に導入され、流体導出部14bから外周側に排出されるが、その際、起動時などの回転側密封環4の低速回転状態において摺動面Sの外周側に存在する液体が、積極的に摺動面Sに導入され、摺動面Sの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構13により正圧(動圧)が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環4が定常運転等の高速回転時において流体導入溝14から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
図4(b)では、流体導入溝14の平面形状は略U字形に形成されているが、これに限らず、流体導入部14aと流体導出部14bとが内径側において交叉する形状、すなわち、略V字に形成されてもよい。
以上説明した実施例2の構成によれば、実施例1の効果に加えて以下のような効果を奏する。
回転側密封環4の摺動面Sには、該摺動面Sの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝12または14が設けられることにより、起動時などの回転側密封環4の低速回転状態において摺動面Sの外周側に存在する液体が、積極的に摺動面Sに導入され、摺動面Sの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構13により正圧(動圧)が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環4が定常運転等の高速回転時において流体導入溝12または14から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
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、摺動部品の外周側を被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)、内周側を漏れ側(気体側)として説明したが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が漏れ側(気体側)、内周側が被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)である場合も適用可能である。また、被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)と漏れ側(気体側)との圧力の大小関係については、例えば、被密封流体
側(液体側あるいはミスト状の流体側)が高圧、漏れ側(気体側)が低圧、あるいは、その逆のいずれでもよく、また、両方の圧力が同一であってもよい。
また、例えば、前記実施例では、動圧発生溝10がスパイラルグルーブである場合について説明したが、これに限定されることなく、レイリーステップと逆レイリーステップの組み合わせでもよく、要は、漏れ側の流体を吸い込んで動圧(正圧)を発生する機構であればよい。
また、例えば、前記実施例では、動圧発生溝10及び流体導入孔11が回転側密封環4に設けられる場合について説明したが、これに限らず、固定側密封環7に設けられてもよい。
1 インペラー
2 回転軸
3 スリーブ
4 回転側密封環
5 ハウジング
6 カートリッジ
固定側密封環
8 コイルドウェーブスプリング
10 動圧発生溝
10a 漏れ側の端部
10b 被密封流体側の端部
11 流体導入孔
11a 動圧発生溝側開口部
11b 漏れ側開口部
12 流体導入溝
13 正圧発生機構
14 流体導入溝
S 摺動面
R ランド部

Claims (7)

  1. 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
    前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、
    前記動圧発生溝の漏れ側の端部と前記漏れ側との間には前記動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、
    前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位し、
    前記流体導入孔は、周方向において前記動圧発生溝側開口部の側から前記漏れ側開口部の側に向けて上流側に傾斜するように配設されることを特徴とする摺動部品。
  2. 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体である液体又はミスト状の流体が漏洩するのをシールするものであって、
    前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、
    前記動圧発生溝の漏れ側の端部と前記漏れ側との間には前記動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、
    前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位し、
    前記流体導入孔は、周方向において前記動圧発生溝側開口部の側から前記漏れ側開口部の側に向けて上流側に傾斜するように配設されることを特徴とする摺動部品。
  3. 前記動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の摺動部品。
  4. 前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは直角に曲げられた通路により連通されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の摺動部品。
  5. 前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは直線的に傾斜した通路により連通されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の摺動部品。
  6. 前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは円弧状に曲げられた通路により連通されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の摺動部品。
  7. 前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の摺動部品。
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