JP7242533B2 - 摺動部品 - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルシールや軸受などに用いられる摺動部品に関する。

従来のメカニカルシールや軸受などに用いられる摺動部品は、一対の摺動部材を有し、一方の摺動部材には、らせん溝、ディンプル、レイリーステップ等の正圧発生機構が設けられており、摺動時において一対の摺動部材の間に動圧（正圧）が発生されることにより、一対の摺動部材の間に流体膜を形成して密封性と潤滑性の向上を両立させていた。

特許文献１に示される一対の摺動部材は、メカニカルシールに用いられるものであり、一方の摺動部材において、高圧流体側である外径側にレイリーステップが設けられ、低圧流体側である内径側に逆レイリーステップが設けられている。これにより、摺動時には、逆レイリーステップで吸い込み（ポンピング）が生じるため、レイリーステップから漏れ出た高圧の被密封流体を吸い込むことができる。このようにして、一対の摺動部材間の被密封流体が低圧側流体側に漏れることを防止していた。

国際公開第２０１２／０４６７４９号公報（第１４－１６頁、第１図）

しかしながら、特許文献１にあっては、逆レイリーステップの数や配置等によって低圧流体側への漏れが僅かながら生じることがあり更なる改善が求められていた。この傾向は、高圧流体が内径側に位置し、内径側にレイリーステップ、外径側に逆レイリーステップが設けられるアウトサイド型メカニカルシールの場合に更に顕著であった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、流体の漏れの少ない摺動部品を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
少なくとも一方の摺動部材の摺動面に正圧発生機構と前記正圧発生機構よりも低圧流体側に配置される負圧発生機構とが形成された摺動部品であって、
周方向に隣接する前記負圧発生機構は径線方向において重畳していることを特徴としている。
この特徴によれば、周方向に隣接する負圧発生機構同士が径線方向から見て周方向に連続して形成されるため、被密封流体は摺動部材の周方向のいずれの位置で漏れ出しても負圧発生機構によって吸い込まれるため、被密封流体の低圧流体側への漏れを抑制できる。

好適には、前記負圧発生機構の負圧発生側は、周方向に隣接する前記負圧発生機構の流体排出側よりも前記低圧流体側に配置されていることを特徴としている。
これによれば、被密封流体の漏れが発生しやすい負圧発生機構の流体排出側から漏れ出した被密封流体を、吸い込み力の強い負圧発生機構の負圧発生側で吸い込むことができるため、被密封流体の低圧流体側への漏れを効果的に抑制できる。

好適には、前記負圧発生機構は逆レイリーステップであることを特徴としている。
これによれば、逆レイリーステップはそれ自体が周方向に途切れることなく連続する溝形状であるため、被密封流体の低圧流体側の漏れをより確実に抑制できる。

好適には、前記正圧発生機構はレイリーステップであって、前記摺動面には、前記逆レイリーステップの流体排出側および前記レイリーステップの流体流入側を高圧流体側に接続する流体導入溝が配置されていることを特徴としている。
これによれば、逆レイリーステップ内に負圧を確実に発生させることができるため、レイリーステップから低圧流体側への被密封流体の漏れを確実に吸引できる。

好適には、前記流体導入溝は、前記高圧流体側と連通する入口および出口を有する循環溝であることを特徴としている。
これによれば、循環溝により被密封流体をレイリーステップに確実に導入できるとともに、逆レイリーステップから確実に排出できる。

好適には、前記レイリーステップは、前記循環溝によって前記低圧流体側とは区画されていることを特徴としている。
これによれば、レイリーステップの外径側に循環溝が存在するため、循環溝と逆レイリーステップとでレイリーステップから低圧流体側に被密封流体が漏れることを２重に防止できる。

好適には、低圧流体側が外径側かつ高圧流体側が内径側に配置されることを特徴としている。
これによれば、遠心力により高圧流体側から低圧流体側に被密封流体が漏れることを防止できる。

本発明の実施例１におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 （ａ）はレイリーステップを、（ｂ）は逆レイリーステップを示した模式図である。 シールリングの摺動面を軸方向から見た図である。 シールリングの摺動面における要部拡大図である。 図４におけるＶ－Ｖ断面図である。 図４におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。 本発明の実施例２におけるシールリングの摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例３におけるシールリングの摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例４におけるシールリングの摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例５におけるシールリングの摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例６におけるシールリングの摺動面における要部拡大図である。

本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

図１に示されるように、メカニカルシール１（摺動部品）は、火力発電所のボイラー給水ポンプやコンデンセートポンプなどの熱水ポンプおよび熱油ポンプ等のハウジング２と該ハウジング２の軸嵌装孔２Ａに嵌装される回転軸３との間の軸封部をシールするためのものであり、メカニカルシール１はハウジング２と回転軸３間に装着される。図１において、左側が機内Ａ側、右側が機外Ｂ側（大気側）である。

ハウジング２の軸嵌装孔２Ａには回転軸３が貫通して設けられている。ハウジング２の軸嵌装孔２Ａの周りの機外Ｂ側の側面４にはシールカバー５がボルト６等の固定手段により装着されており、該シールカバー５の内側と回転軸３の外側の空間にメカニカルシール１を構成する摺動部材としての静止側密封要素（以下、「シールリング」という。）７および回転側密封要素（以下、「メイティングリング」という。）８が配置されるようになっている。

シールリング７は、フランジ７Ｆを有し、このフランジ７Ｆには軸方向に延びる案内溝（図示略）が形成されている。案内溝には、シールカバー５から軸方向に延びる固定ピン（図示略）が挿嵌されており、この固定ピンによりシールリング７は軸方向への移動は許容され、回転方向の移動は規制されている。また、シールリング７は、シールリング７とシールカバー５との間に周面に沿って等配に設けたコイルスプリング１５によってメイティングリング８側に付勢されている。また、メイティングリング８は、回転軸３に固定されるカラー２０に対して回転不能に固定されており、回転軸３の回転に伴って共に回転するようになっている。

メカニカルシール１は、シールリング７の摺動面Ｓ７とメイティングリング８の摺動面Ｓ８との間を内周から外周方向へ向かって漏れようとする被密封流体１２をシールするアウトサイド型に形成されている。シールリング７の摺動面Ｓ７には、正圧発生機構としてのレイリーステップ９及び負圧発生機構としての逆レイリーステップ１０が個別に設けられている（図２及び図３参照）。尚、正圧発生機構は、レイリーステップ９に限られず、例えば、らせん溝やディンプル等であってもよい。

次に、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０の概略について図２に基づいて説明する。尚、ここでは、シールリング７の摺動面Ｓ７にレイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０が設けられ、メイティングリング８の摺動面Ｓ８は平坦に形成されている形態を説明する。また以下、シールリング７及びメイティングリング８が相対的に回転したときに、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０内を流れる被密封流体１２の下流側（図２の紙面左側）をシールリング７の相対的な回転始点側とし、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０内を流れる被密封流体１２の上流側（図２の紙面右側）をシールリング７の相対的な回転終点側として説明する。

図２（ａ）において、相対する摺動部品であるシールリング７及びメイティングリング８が矢印で示すように相対摺動する。シールリング７の摺動面Ｓ７には、シールリング７の周方向に沿ってレイリーステップ９が形成されている。このレイリーステップ９におけるシールリング７の相対的な回転始点側の端部には、回転方向に対して垂直を成す壁部９ａが形成されている。また、レイリーステップ９におけるシールリング７の相対的な回転終点側は、後述する流体循環溝１１の入口部１１ａに連通している。また、レイリーステップ９の壁部９ａよりも相対的な回転始点側には、摺動面Ｓ７であるランド部Ｒ３が形成されており、ランド部Ｒ３よりもさらに相対的な回転始点側には、後述する流体循環溝１１の出口部１１ｂが配設されている。なお、壁部９ａは回転方向に垂直に限られるものではなく、例えば回転方向に対して傾斜していてもよい。

シールリング７及びメイティングリング８が矢印で示す方向に相対移動すると、シールリング７及びメイティングリング８の摺動面Ｓ７，Ｓ８間に介在する流体が、その粘性によって、シールリング７及びメイティングリング８の移動方向に追随移動しようとするため、その際、レイリーステップ９内に正圧（動圧）が発生するようになる。尚、レイリーステップ９の相対的な回転始点側端部である壁部９ａ近傍が最も圧力が高くなり、シールリング７の相対的な回転終点側に向かうにつれて漸次圧力が低くなる。

図２（ｂ）に示されるように、シールリング７の摺動面Ｓ７には、シールリング７の周方向に沿って逆レイリーステップ１０が形成されている。この逆レイリーステップ１０におけるシールリング７の相対的な回転終端側には、回転方向に対して垂直を成す壁部１０ａが形成されている。また、逆レイリーステップ１０における相対的な回転始点側は、後述する流体循環溝１１の入口部１１ａに連通している。また、逆レイリーステップ１０の壁部１０ａよりも相対的な回転終点側には、摺動面Ｓ７であるランド部Ｒ１が形成されており、ランド部Ｒ１よりもさらに相対的な回転終点側には、後述する流体循環溝１１の出口部１１ｂが配設されている。なお、壁部１０ａは回転方向に垂直に限られるものではなく、例えば回転方向に対して傾斜していてもよい。

シールリング７及びメイティングリング８が矢印で示す方向に相対移動すると、シールリング７及びメイティングリング８の摺動面Ｓ７，Ｓ８間に介在する流体が、その粘性によって、シールリング７及びメイティングリング８の移動方向に追随移動しようとするため、その際、逆レイリーステップ１０内に負圧（動圧）が発生するようになる。尚、逆レイリーステップ１０の相対的な回転終点側端部である壁部１０ａ近傍が最も圧力が低くなり、シールリング７の相対的な回転始点側に向かうにつれて漸次圧力が高くなる。

次に、シールリング７におけるレイリーステップ９、逆レイリーステップ１０及び流体循環溝１１の配置や形状について図３～図６に基づいて説明する。

図３において、シールリング７の摺動面Ｓ７の内周側が機内Ａ側（高圧流体側）であり、外周側が機外Ｂ側（低圧流体側（大気側））である。また、図３において、メイティングリング８の摺動面Ｓ８（相手摺動面）は反時計方向（黒矢印方向）に回転し、シールリング７の摺動面Ｓ７は、回転しないものとする。

図３に示されるように、シールリング７の摺動面Ｓ７には、流体循環溝１１が周方向に３等配されており、流体循環溝１１は、機内Ａ側に連通されると共に機外Ｂ側とは摺動面Ｓ７のランド部Ｒ１，Ｒ２により隔離されている。

図３及び図４に示されるように、流体循環溝１１は、機内Ａ側から被密封流体１２が入る入口部１１ａと、略Ｖ字形状の通路部１１ｃと、機内Ａ側に被密封流体１２が抜ける出口部１１ｂと、から構成されている。入口部１１ａと出口部１１ｂとに接続される通路部１１ｃは、外径側に近づくにつれ互いに近接するように周方向に傾斜している。つまり、流体循環溝１１は、軸方向から見てシールリング７の内径側に開放する略Ｖ字形状を成している。尚、通路部１１ｃの入口部１１ａ側及び出口部１１ｂ側は、例えば、通路部１１ｃの屈曲部を基準にして機内Ａ側に向けて広がると共に、対称に形成され、通路部１１ｃの入口部１１ａ側及び出口部１１ｂ側の交差角は鈍角（例えば、約１２０°）をなすように設定されている。

この流体循環溝１１は、機外Ｂ側とランド部Ｒ１，Ｒ２の一部により隔離されている。流体循環溝１１は、摺動面Ｓ７，Ｓ８間において腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に機内Ａ側から被密封流体１２を摺動面Ｓ７，Ｓ８間に導入し排出するという役割を担うものであり、メイティングリング８の回転方向に合わせて摺動面Ｓ７，Ｓ８間に被密封流体１２を取り入れ、かつ、排出しやすいように入口部１１ａ及び出口部１１ｂが形成される一方、漏れを低減するため、機外Ｂ側とはランド部Ｒ１，Ｒ２の一部により隔離されている。尚、入口部１１ａ及び出口部１１ｂの内径側端部は、被密封流体１２の出し入れを円滑するために、他の部分よりも周方向に長く形成されている。

レイリーステップ９は、流体循環溝１１と機内Ａ側とで囲まれる部分に形成されている。すなわち、レイリーステップ９は、シールリング７の周方向に３等配されている。

具体的には、図４に示されるように、レイリーステップ９は、流体循環溝１１の入口部１１ａ側の通路部１１ｃからシールリング７の相対的な回転始点側に向けて直線状に延びており、レイリーステップ９におけるシールリング７の相対的な回転始点側の端部である壁部９ａは、ランド部Ｒ３により流体循環溝１１の出口部１１ｂ側の通路部１１ｃと隔離されている。レイリーステップ９は、流体循環溝１１の入口部１１ａ側の通路部１１ｃに連通していることから、シールリング７及びメイティングリング８が相対移動すると、入口部１１ａ側の通路部１１ｃからレイリーステップ９内に被密封流体１２が引き込まれ、レイリーステップ９内に正圧が発生するようになる（図４の黒矢印参照）。このように、レイリーステップ９内に正圧が発生することにより、シールリング７とメイティングリング８とが離間し、これにより摺動面Ｓ（Ｓ７，Ｓ８）間に流体膜が形成されるため、潤滑性能が向上するようになる。

また、レイリーステップ９における機内Ａ側の側壁は、レイリーステップ９における機外Ｂ側の側壁よりもシールリング７の相対的な回転始点側に長く延びている。つまり、レイリーステップ９における機内Ａ側の側壁と機外Ｂ側の側壁とを繋ぐ壁部９ａは、機内Ａ側に向けて先細りするように形成されている。

図３及び図４に示されるように、逆レイリーステップ１０は、シールリング７の摺動面Ｓ７の周方向に３等配されている。具体的には、逆レイリーステップ１０は、シールリング７の周方向に延びる円弧状を成している。特に図４に示されるように、逆レイリーステップ１０の壁部１０ａ側（負圧発生側）は、周方向に隣接する逆レイリーステップ１０’の流体循環溝１１の入口部１１ａ側の通路部１１ｃに連通する側（流体排出側）よりもランド部Ｒ１を介して機外Ｂ側（外径側）に配置されているとともに、逆レイリーステップ１０の壁部１０ａ側の部位と、逆レイリーステップ１０’の流体排出側の部位とは径線方向から見て重畳している。すなわち、３つの逆レイリーステップ１０は、シールリング７を径線方向から見て周方向に途切れることなく連続するように配置されている。また、逆レイリーステップ１０の流体排出側は略周方向に沿った円弧に形成されており、負圧発生側は流体排出側よりも外径側に位置するようになっている。

逆レイリーステップ１０は、シールリング７及びメイティングリング８が相対移動すると、逆レイリーステップ１０内に負圧が発生するようになるため、逆レイリーステップ１０付近の被密封流体１２を吸い込むことができ、これにより、摺動面Ｓ７，Ｓ８間から機外Ｂ側に被密封流体１２が漏れ出すことを抑制できる。また、逆レイリーステップ１０内に吸い込まれた被密封流体１２は、流体循環溝１１の入口部１１ａ側の通路部１１ｃに排出される（図４の白矢印参照）。

また、逆レイリーステップ１０における機外Ｂ側の側壁は、逆レイリーステップ１０における機内Ａ側の側壁よりも逆レイリーステップ１０’側に長く延びている。つまり、逆レイリーステップ１０における機内Ａ側の側壁と機外Ｂ側の側壁とを繋ぐ壁部１０ａは、機外Ｂ側に向けて先細りするように形成されている。

図５及び図６に示されるように、流体循環溝１１は、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０よりも深く形成されており、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０は、略同一の深さに形成されている。これらレイリーステップ９、逆レイリーステップ１０及び流体循環溝１１は、ピコ秒レーザまたはフェムト秒レーザ等の照射により形成されており、本実施例においては、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０の深さは数μｍに形成され、流体循環溝１１の深さは数十μｍに形成されている。また、レイリーステップ９の幅は０．０２～０．０３ｍｍ、逆レイリーステップ１０の幅は０．２～０．３ｍｍに形成され、流体循環溝１１の幅は０．１～０．１５ｍｍに形成されている。

尚、図５においては、わかりやすく説明するためにレイリーステップ９、逆レイリーステップ１０及び流体循環溝１１の深さを強調して記載している。さらに尚、レイリーステップ９、逆レイリーステップ１０及び流体循環溝１１の深さ及び幅は、被密封流体の圧力、種類（粘性）などに応じて最適なものに適宜設定できる。

また、図３～図６に示されるように、前述したランド部Ｒ１は、逆レイリーステップ１０の内径側に位置するシールリング７の摺動面Ｓ７であり、ランド部Ｒ２は、逆レイリーステップ１０の外径側に位置するシールリング７の摺動面Ｓ７であり、ランド部Ｒ３は、流体循環溝１１の内径側（流体循環溝１１で囲まれる部分）に位置するシールリング７の摺動面Ｓ７である。これらランド部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、メイティングリング８の摺動面Ｓ８と略平行となるように平坦に形成されている。

以上説明したように、逆レイリーステップ１０の負圧発生側（壁部１０ａ側）は、周方向に隣接する逆レイリーステップ１０’の流体排出側に径線方向に重畳していることから、３つの逆レイリーステップ１０は、シールリング７を径線方向から見て周方向に連続するように配置されるため、被密封流体１２がシールリング７の周方向のいずれの位置で漏れ出しても逆レイリーステップ１０によって吸い込まれるため、高圧の被密封流体１２の機外Ｂ側への漏れを抑制できる。

また、逆レイリーステップ１０の負圧発生側は、周方向に隣接する逆レイリーステップ１０’の流体排出側よりも機外Ｂ側に配置されていることから、被密封流体１２が逆レイリーステップ１０の流体排出側から漏れ出したときに、吸い込み力の強い逆レイリーステップ１０の負圧発生側で吸い込むことができるため、高圧の被密封流体１２の機外Ｂ側への漏れを効果的に抑制できる。

また、レイリーステップ９の機外Ｂ側に逆レイリーステップ１０の負圧発生側が配設されているため、吸い込み力の強い逆レイリーステップ１０の負圧発生側でレイリーステップ９から機外Ｂ側に漏れ出す被密封流体１２を吸い込むことができるため、高圧の被密封流体１２の機外Ｂ側への漏れを効果的に抑制できる。

また、逆レイリーステップ１０の流体排出側およびレイリーステップ９の流体流入側は、流体循環溝１１の入口部１１ａ側の通路部１１ｃに接続されていることから、シールリング７とメイティングリング８とが相対的に摺動したときに、逆レイリーステップ１０内に負圧を確実に発生させることができるため、レイリーステップ９から機外Ｂ側への高圧の被密封流体１２の漏れを確実に吸引できる。

また、流体循環溝１１は、機内Ａ側と連通する入口部１１ａ、出口部１１ｂ、及び通路部１１ｃを有することから、シールリング７とメイティングリング８とが相対的に摺動したときに、流体循環溝１１と機内Ａ側とで被密封流体１２を循環させることができる。これにより、高圧の被密封流体１２をレイリーステップ９に確実に導入できるとともに、逆レイリーステップ１０から確実に排出できる。

また、レイリーステップ９は、流体循環溝１１によって機外Ｂ側とは区画されている。すなわち、レイリーステップ９の外径側に流体循環溝１１が存在するため、流体循環溝１１と逆レイリーステップ１０とでレイリーステップ９から機外Ｂ側に高圧の被密封流体１２が漏れることを２重に防止できる。

また、シールリング７とメイティングリング８との摺動面Ｓ７，Ｓ８の内径側から外径方向へ向かって漏れようとする高圧の被密封流体１２をシールするアウトサイド型のメカニカルシール１であり、シールリング７とメイティングリング８との摺動時には、摺動面Ｓ７，Ｓ８間の被密封流体１２に遠心力がかかるが、上記のような構成であることから、機内Ａ側から機外Ｂ側に高圧の被密封流体１２が漏れることを防止できる。

また、逆レイリーステップ１０における機内Ａ側の側壁と機外Ｂ側の側壁とを繋ぐ壁部１０ａ（負圧発生側の端部）は、機外Ｂ側に向けて先細りする（機外Ｂ側が鋭角を成す）ように形成されているため、先細りした部分の負圧を高くできる。

また、逆レイリーステップ１０の負圧発生側の端部は、機内Ａ側の側壁が機外Ｂ側の側壁よりも隣接する逆レイリーステップ１０’から周方向に離れた位置に形成されているため、逆レイリーステップ１０の負圧発生側の端部を隣接する逆レイリーステップ１０’に近付けて配置することができる。これによれば、逆レイリーステップ１０の吸い込み力が隣接する逆レイリーステップ１０’の流体排出側から漏れ出す被密封流体１２に有効に伝えることができる。

また、逆レイリーステップ１０の流体循環溝１１の入口部１１ａ側の通路部１１ｃに連通する側の端部（流体排出側の端部）は、入口部１１ａ側の通路部１１ｃに沿って傾斜していることから、逆レイリーステップ１０の液体排出領域を大きくとることができるため、逆レイリーステップ１０内に負圧を発生させやすい。

また、逆レイリーステップ１０の流体排出側の端部は、流体循環溝１１における通路部１１ｃの屈曲部と径線方向に同じ位置（略同一径）に形成されている。これによれば、逆レイリーステップ１０から流体循環溝１１に排出される被密封流体１２の流れを円滑にすることができる。

さらに、流体循環溝１１における通路部１１ｃの屈曲部は、逆レイリーステップ１０と周方向に連続するように略円弧状にラウンドしているため、逆レイリーステップ１０から流体循環溝１１に排出される被密封流体１２の流れをより円滑にすることができる。

また、レイリーステップ９における機内Ａ側の側壁と機外Ｂ側の側壁とを繋ぐ壁部９ａ（正圧発生側）は、機内Ａ側に向けて先細りするように形成されているため、機内Ａ側に向けて被密封流体１２を排出しやすくなり、機外Ｂ側に被密封流体１２が排出されにくくできる。

また、レイリーステップ９の入口部１１ａ側の通路部１１ｃ側の端部は、逆レイリーステップ１０の流体排出側の端部と径線方向に同じ位置（略同一径）に形成されているため、レイリーステップ９内に被密封流体１２を円滑に導入することができる。

また、レイリーステップ９は、逆レイリーステップ１０の内径側に沿って配置されており、流体循環溝１１における通路部１１ｃの屈曲部よりも内径側（機内Ａ側）に配置されるため、レイリーステップ９の周方向の長さを確保できる。

また、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０は、流体循環溝１１を介して機内Ａ側に連通している。言い換えれば、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０は、直接機内Ａ側に連通していないため、レイリーステップ９の正圧及び逆レイリーステップ１０の負圧を安定的に生じさせることができる。

次に、実施例２に係る摺動部品につき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成の説明を省略する。

図７に示されるように、メカニカルシール１２０は、摺動面Ｓ７において、周方向に隣接する流体循環溝１１の間に２つの流体循環溝１１’が形成されている。各流体循環溝１１’には、レイリーステップ９’が設けられている。すなわち、メカニカルシール１２０においては、流体循環溝１１，１１’及びレイリーステップ９，９’が摺動面Ｓ７の周方向に９等配されている。このように、流体循環溝１１，１１’及びレイリーステップ９，９’の数量を増やすことにより、レイリーステップ９，９’による密封性及び潤滑性を向上させる機能を高めることができる。尚、流体循環溝１１’は、逆レイリーステップ１０に干渉しないように、流体循環溝１１よりも小さく形成されている。このように、流体循環溝１１，１１’やレイリーステップ９，９’の数量は適宜変更することができる。

次に、実施例３に係る摺動部品につき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成の説明を省略する。

図８に示されるように、メカニカルシール１３０は、摺動面Ｓ７において、レイリーステップ９０、逆レイリーステップ１００、流体循環溝１１０が周方向に８等配されている。このように、レイリーステップ９０、逆レイリーステップ１００、流体循環溝１１０の数量は適宜変更できる。

また、流体循環溝１１０は、軸線方向から見て略円弧状を成している。これによれば、流体循環溝１１０に角部が形成されないため、流体循環溝１１０から被密封流体１２の漏れを抑制できる。このように、流体循環溝の形状は自由に変更できる。

次に、実施例４に係る摺動部品につき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成の説明を省略する。

図９に示されるように、メカニカルシール１４０は、摺動面Ｓ７において、実施例１と同一構成のレイリーステップ９及び流体循環溝１１が周方向に８等配されている。逆レイリーステップ１０１は、流体循環溝１１における通路部１１ｃの屈曲部から隣接する流体循環溝１１における通路部１１ｃの屈曲部よりも外径側の位置まで直線的に延設されている。このように、外径方向から見て逆レイリーステップが周方向に亘って連続するように重畳して形成されていれば、逆レイリーステップの形状は自由に変更することができる。

次に、実施例５に係る摺動部品につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成の説明を省略する。

図１０に示されるように、メカニカルシール１５０は、摺動面Ｓ７において、実施例１と同様に流体循環溝１１が周方向に３等配されている。また、レイリーステップ９１は、流体循環溝１１の入口部１１ａ側の通路部１１ｃに対して径線方向にずれて３つずつ設けられており、逆レイリーステップ１０２は、流体循環溝１１の入口部１１ａ側の通路部１１ｃに対して径線方向にずれて２つずつ設けられている。すなわち、レイリーステップ９１は、計９つ設けられ、逆レイリーステップ１０２は、計６つ設けられている。このように、逆レイリーステップ１０２を径線方向に複数配設して、逆レイリーステップ１０２による被密封流体１２の引き込み量を増やすようにしてもよい。尚、少なくとも外径側の逆レイリーステップ１０２同士が径線方向から見て周方向に亘って連続するように重畳して形成されていればよい。

次に、実施例６に係る摺動部品につき、図１１を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成の説明を省略する。

図１１に示されるように、メカニカルシール１６０は、機内Ａ側から放射線方向に延びる流体導入溝１１１が形成されている。この流体導入溝１１１の周方向両側には、レイリーステップ９２の流体流入側と隣接する逆レイリーステップ１０３’の流体排出側が接続されており、流体導入溝１１１の外径側には、ランド部Ｒ１を介して逆レイリーステップ１０３の負圧発生側の端部が配設されている。このように、流体導入溝１１１は、レイリーステップの流体流入側と、逆レイリーステップ１０３の流体排出側と、が接続されていれば、循環しなくてもよい。

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、シールリングとメイティングリングとの摺動面の内周から外周方向へ向かって漏れようとする被密封流体をシールするアウトサイド型のメカニカルシールについて説明したが、シールリングとメイティングリングとの摺動面の外周から内周方向へ向かって漏れようとする被密封流体をシールするインサイド型のメカニカルシールに適用してもよい。この場合には、外周側に正圧発生機構、内径側に負圧発生機構を設ければよい。

また、隣接する逆レイリーステップは、幅、深さ、周方向長さが異なっていても良く、例えば、前記実施例では逆レイリーステップの底面が摺動面に略平行な平面である場合について説明したが、摺動面に交差するようになっていてもよいし、底面が曲面であってもよい。また、レイリーステップについても同様である。

また、レイリーステップ９及び逆レイリーステップ１０は、シールリング７の摺動面Ｓ７に設けられることに限られず、メイティングリング８の摺動面Ｓ８に形成されていてもよいし、シールリング７及びメイティングリング８の両方の摺動面Ｓ７，Ｓ８に形成されていてもよい。

また、負圧発生機構は、逆レイリーステップ１０に限られず、例えば、負圧を発生する溝形状であれば、その形状は問わない。尚、負圧発生機構が略周方向に沿った複数の溝（例えばらせん溝）によって形成されていてもよい、この場合には、周方向に略沿った領域に配置される溝の群を一つの負圧発生機構とみなす。前記実施例で例示した、逆レイリーステップ１０はそれ自体が周方向に途切れることなく連続する溝形状であることから特に好ましい。

また、前記実施例では、シールリング７及びメイティングリング８により構成されるメカニカルシール１を摺動部品として説明したが、ハウジング側に固定される摺動部材と、回転軸側に固定される摺動部材と、から構成される軸受などを摺動部品としてもよい。

１ メカニカルシール（摺動部品）
２ ハウジング
３ 回転軸
７ シールリング（一方の摺動部材）
８ メイティングリング（他方の摺動部材）
９，９’ レイリーステップ（正圧発生機構）
９ａ 壁部（レイリーステップの正圧発生側）
１０，１０’ 逆レイリーステップ（負圧発生機構）
１０ａ 壁部（逆レイリーステップの負圧発生側）
１１，１１’ 流体循環溝（流体導入溝）
１１ａ 入口部
１１ｂ 出口部
１１ｃ 通路部
１２ 被密封流体
９０，９１，９２ レイリーステップ（正圧発生機構）
１００，１０１，１０２ 逆レイリーステップ（負圧発生機構）
１０３，１０３’ 逆レイリーステップ（負圧発生機構）
１１０ 流体循環溝（流体導入溝）
１１１ 流体導入溝
１２０～１６０ メカニカルシール（摺動部品）
Ａ 機内
Ｂ 機外
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ ランド部
Ｓ，Ｓ７，Ｓ８ 摺動面

Claims (6)

1. 少なくとも一方の摺動部材の摺動面に正圧発生機構と前記正圧発生機構よりも低圧流体側に配置される負圧発生機構とが形成された摺動部品であって、
   前記摺動面には、高圧流体側と連通する入口および出口を有し、前記負圧発生機構の流体排出側および前記正圧発生機構の流体流入側と接続する循環溝が形成されており、
   前記負圧発生機構の流体排出側は、前記循環溝の前記低圧流体側の頂点部分よりも入口側に接続されており、
   周方向に隣接する前記負圧発生機構は径線方向において重畳しており、
   前記負圧発生機構の負圧発生側は、該負圧発生機構が接続された前記循環溝とは別の前記循環溝の前記低圧流体側の頂点部分よりも前記低圧流体側に配置され、かつ該循環溝の前記低圧流体側の頂点部分と径線方向において重畳していることを特徴とする摺動部品。
2. 前記負圧発生機構の負圧発生側は、周方向に隣接する前記負圧発生機構の流体排出側よりも前記低圧流体側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
3. 前記負圧発生機構は逆レイリーステップであることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部品。
4. 前記正圧発生機構はレイリーステップであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の摺動部品。
5. 前記レイリーステップは、前記循環溝によって前記低圧流体側とは区画されていることを特徴とする請求項４に記載の摺動部品。
6. 低圧流体側が外径側かつ高圧流体側が内径側に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の摺動部品。

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