JP7381721B2

JP7381721B2 - 摺動部品

Info

Publication number: JP7381721B2
Application number: JP2022513758A
Authority: JP
Inventors: 啓志鈴木; 雄一郎徳永
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: US11994217B2; KR20220137730A; US20230160476A1; CN115244320A; JPWO2021205556A1; EP4102112A1; EP4102112A4; WO2021205556A1

Description

本発明は，摺動面にて相対摺動する一対の摺動部品，たとえば，メカニカルシール，すべり軸受，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。

被密封流体の漏れを防止する密封装置として，摺動面にて相対摺動する一対の摺動部品からなるもの（例えば，メカニカルシール）が知られている。このような密封装置において，摺動面間に被密封流体による流体潤滑膜を形成して摺動トルクを低減しつつ，高い密封性を維持する必要がある。そして，高い密封性と低い摺動トルクを実現するための一つの方法として，摺動面にディンプルを複数配列する技術が知られている。

たとえば，摺動面に円形の開口部を有するディンプルを該摺動部品の回転中心を中心とする仮想円周上に並ぶように配置して，高い密封性及び低摺動トルクを実現できることが知られている。（例えば，特許文献１参照）。

また，端部が半円状で細長い矩形状の開口部を有するディンプルを所定のディンプル角度θで配置し，ディンプル中心を通る円上におけるディンプルの円周方向長さＬ１と同円上における隣接するディンプル間のランド部の円周方向長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２を０．００１≦Ｌ１／Ｌ２≦０．１とすることにより，ディンプル全体としての密封性と摺動トルクとを最適に調整することが知られている（例えば，特許文献２参照）。

特開２０１０－１３３４９６号公報特許５４５６７７２号公報

特許文献１の技術は，特定の運転条件で高い密封性及び低摺動トルクを達成できても，広い回転数領域において高い密封性及び低摺動トルクを達成できない。

また，特許文献２の技術においても，ディンプル角度が固定されてしまうので，特定の運転条件で被密封流体の漏れ，及び，摺動トルクを低減することはできても，広い回転数領域において高い密封性及び低摺動トルクを達成できない。特に，逆回転で使用される場合には，密封性が低下し及び摺動トルク増加する傾向にある。

本発明は，摺動面にて相対摺動する一対の摺動部品において，広い回転数範囲で使用されても，また回転方向に関わらず，高い密封性及び低摺動トルクを実現できる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，
摺動面にて互いに相対摺動する一対の摺動部品であって，
少なくとも一方の摺動面は，開口部の形状が直交する長軸及び短軸を有するディンプルを複数配置してなるディンプル群を備え，
前記ディンプル群は，前記ディンプルを前記一方の摺動面の内径側から外径側に向かって時計方向に配設した時計方向ディンプル群と，前記ディンプルを前記一方の摺動面の内径側から外径側に向かって反時計方向に配設した反時計方向ディンプル群と，を含むこと特徴としている。
この特徴によれば，摺動面の内径側から外径側に向かって時計方向ディンプル群と摺動面の内径側から外径側に向かって反時計方向ディンプル群とを備えるので回転方向に関わらず，高い密封性及び低摺動トルクを発揮できる。

本発明の摺動部品は，
前記時計方向ディンプル群は前記ディンプルの前記長軸を整列させてなる第１ディンプル群を備え，前記反時計方向ディンプル群は前記ディンプルの前記長軸を整列させてなる第２ディンプル群を備えることを特徴としている。
この特徴によれば，時計方向ディンプル群の第１ディンプル群，反時計方向ディンプル群の第２ディンプル群は，それぞれディンプルの長軸を整列させるので，ディンプルの吸込み効果，動圧効果の強さを容易に調整でき，延いては，ディンプル群全体として広い回転数範囲で高い密封性及び低摺動トルクを発揮できる。

本発明の摺動部品は，
前記時計方向ディンプル群は，前記第２ディンプル群を構成する前記ディンプルの前記短軸を整列させてなる第３ディンプル群，及び，前記反時計方向ディンプル群は，前記第１ディンプル群を構成する前記ディンプルの前記短軸を整列させてなる第４ディンプル群を，さらに備えることを特徴としている。
この特徴によれば，時計方向ディンプル群は短軸を整列させた第３ディンプル群，及び，反時計方向ディンプル群は短軸を整列させた第４ディンプル群をさらに備えるので，異なる特性を有する第１ディンプル群から第４ディンプル群を組み合わせて，吸込み効果，動圧効果の強さを容易に調整でき，延いては，ディンプル群全体として広い回転数範囲で高い密封性及び低摺動トルクを発揮できる。

本発明の摺動部品は，
前記第１ディンプル群を構成する前記ディンプルと前記第２ディンプル群を構成する前記ディンプルとは，深さが異なることを特徴としている。
この特徴によれば，第１ディンプル群を構成する前記ディンプルと第２ディンプル群とは深さが異なるので，第１ディンプル群から第４ディンプル群の吸込み効果，動圧効果の強さを容易に変えることができるので，ディンプル群全体として広い回転数範囲で高い密封性及び低摺動トルクを発揮できる。

本発明の摺動部品は，
前記第１ディンプル群は前記一方の摺動面の径方向外側に向かって凸の曲線をなすこと，前記第２ディンプル群は前記一方の摺動面の径方向外側に向かって凸の曲線をなすこと，を特徴としている。
この特徴によれば，それぞれのディンプルは曲線に沿って配置されるので，ディンプルの角度を徐々に変化させることができ，ディンプル群全体として広い回転数範囲で高い密封性及び低摺動トルクを発揮できる。

本発明の摺動部品は，
前記ディンプルの開口部の形状は楕円であることを特徴としている。
この特徴によれば，楕円の開口部を有するディンプルは，同じ形状，大きさの楕円であっても，ディンプルの長軸の傾きを変えることによって，吸込み効果を強くしたり，動圧効果を強くしたりすることができるので，ディンプルの長軸の傾きを変えたディンプルを配置することにより，広い回転数範囲で高い密封性及び低摺動トルクを実現できる。

本発明に係る摺動部品をメカニカルシールに適用した一例を示す縦断面図である。図１のＷ－Ｗ矢視図であり，本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面の一例を示す図である。図１のＷ－Ｗ矢視図であり，本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面の一例を示す図である。図１のＷ－Ｗ矢視図であり，本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動面の一例を示す図である。図１のＷ－Ｗ矢視図であり，本発明の実施例４に係る摺動部品の摺動面の一例を示す図である。本発明のディンプルの他の実施例を示す図である。

以下に図面を参照して，本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及び図２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。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が，これに限定されることなく，例えば，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。なお，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（高圧流体側），内周側を漏れ側（低圧流体側，たとえば大気側）として説明する。

図１は，メカニカルシール１の一例を示す縦断面図であって，摺動面Ｓ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を密封する形式のインサイド形式のものであり，回転側カートリッジと固定側カートリッジからなる。回転側カートリッジは，回転軸１０に嵌合されたスリーブ２と，一方の摺動部品である円環状の回転側密封環３と，スリーブ２と回転側密封環３との間をシールするパッキン８と，備え，回転側カートリッジは回転軸１０とともに回転する。

固定側カートリッジは，ケーシング９に取り付けられたハウジング４と，他方の摺動部品である円環状の固定側密封環５と，固定側密封環５とハウジング４とをシールするベローズ７と，固定側密封環５をベローズ７を介して回転側密封環３側へ付勢するコイルドウェーブスプリング６と，を備え，ハウジング４はケーシング９に対し回転方向及び軸方向に固定される。

以上の構成を備えたメカニカルシール１は，回転側密封環３の摺動面Ｓと固定側密封環５の摺動面Ｓが，互いに摺動して被密封流体が外周側から内周側へ流出するのを防止するものである。なお，図１では，回転側密封環３の摺動面の幅が固定側密封環５の摺動面の幅より広い場合を示しているが，これに限定されることなく，逆の場合においても本発明を適用出来ることはもちろんである。

回転側密封環３及び固定側密封環５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，回転側密封環３がＳｉＣであって固定側密封環５がカーボンの組合せが可能である。

図２に示すように，固定側密封環５の摺動面Ｓには，時計方向ディンプル群５１，５３，反時計方向ディンプル群５２，５４を備える。ディンプル１１，１２は実質的に同じ大きさ及び同じ深さを有する。ディンプル群５１，５４は複数のディンプル１１からなり，ディンプル群５２，５３は複数のディンプル１２からなる。ディンプル群５１，５２，５３，５４は，それぞれ同数のディンプルから構成される。

本発明において，ディンプル１１，１２とは，平坦な摺動面Ｓに囲まれる開口部及び摺動面Ｓよりへこんだ底部を有する窪みのことであり，ディンプルの開口部は，直交する長軸Ｌ及び短軸Ｋを有する形状からなる。また，ディンプル１１，１２同士はランド部を挟んで離間して配置されている。本発明において，長軸とは開口部の形状の図心を通り，かつ，開口部の最大幅部分を結ぶ架空の線である。また，短軸とは図心を通りかつ長軸に直交して開口部を結ぶ架空の線である。本実施例におけるディンプル１１，１２の開口部は，直交する長軸Ｌ及び短軸Ｋを有する楕円を例として説明する。しかし，楕円に限らず，直交する長軸Ｌ及び短軸Ｋを有する形状であれば，小判形，ひし形，多角形，又は，図６に示すように任意の閉曲線９１，９２，９３，９４からなるものでもよい。

図２に示すように，ディンプル群５１は，ディンプル１１の長軸Ｌを架空のらせんＳＰ１に沿って接するように配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ１をなすように所定数（図２の例では７個）等間隔に配設されている。ディンプル群５３は，ディンプル１２の短軸Ｋを架空のらせんＳＰ３に沿って接するように配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ３をなすように，ディンプル１１と同数，等間隔で配設されている。そして，摺動面Ｓ上にディンプル群５１とディンプル群５３は，周方向に交互に等間隔に，かつ，千鳥配列される。ここで，千鳥配列とは，ディンプル群５１とディンプル群５３を周方向に隣接して配置するとき，長軸Ｌを整列配置したディンプル１１とディンプル１１の間に，短軸Ｋを整列配置したディンプル１２の長軸Ｌが位置するように配列することである。また，ディンプル群５２は，ディンプル１２の長軸Ｌを架空のらせんＳＰ２に沿って接するように配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって反時計方向のらせんＳＰ２をなすように配設される。ディンプル群５４は，ディンプル１１の短軸Ｋを架空のらせんＳＰ４に沿って接するように配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって反時計方向のらせんＳＰ４をなすように配設される。ディンプル１１の長軸Ｌは架空のらせんＳＰ１に，ディンプル１１の短軸Ｋは架空のらせんＳＰ４に，ディンプル１２の長軸Ｌは架空のらせんＳＰ２に，ディンプル１２の短軸Ｋは架空のらせんＳＰ３に接するように形成されている。そして，摺動面Ｓには，時計方向のディンプル群５１とディンプル群５３が交互に周方向に配置され，また，反時計方向のディンプル群５２とディンプル群５４が交互に周方向に配置される。

時計方向ディンプル群５１を構成するディンプル１１の個数と，反時計方向ディンプル群５４を構成するディンプル１１の個数は同じで，ディンプル群５１とディンプル群５４との中間を通る径方向軸に対して対称となっている。また，反時計方向ディンプル群５２を構成するディンプル１２の個数と，時計方向ディンプル群５３を構成するディンプル１２の個数は同じで，ディンプル群５２とディンプル群５３との中間を通る径方向軸に対して対称となっている。

各ディンプル１１，１２の作用について説明する。回転側密封環３が時計方向に回転すると，摺動面Ｓ間の流体及びディンプル１１，１２内の流体は，その粘性により回転側密封環３の移動方向に追随して移動する。ディンプル１１，１２内に流れ込む流体は流路が急拡大するので，ディンプル１１，１２の上流側で負圧となりキャビテーションが発生する。ただし，キャビテーション内の負圧の大きさは流体の蒸気圧の値で制限されるので，大きな負圧となることはない。また，ディンプル１１，１２の下流側において，流路が急縮小することによりくさび効果（動圧効果）で正圧が発生する。ディンプル１１，１２の上流側において発生する負圧により，ディンプル１１，１２は周囲の流体を吸込む吸込み効果を発揮する。一方，ディンプル１１，１２の下流側において発生する正圧の大きさは，キャビテーション内の負圧の大きさより大きいため，ディンプル１１，１２全体として正圧となる。摺動面Ｓに配置した複数のディンプル１１，１２が発生する正圧によって摺動面Ｓ間が押し拡げられ，摺動面Ｓに流体が流入して潤滑機能が得られる。

つぎに，ディンプル群５１，５２，５３，５４の作用について説明する。回転側密封環３が時計方向に回転すると，時計方向ディンプル群５１，５３の漏れ側周縁５ａの近傍のディンプル１１，１２は，漏れ側から流体を吸込むポンピング機能を発揮する。また，隣接するディンプル１１，１２間で吸い込みと吐き出しが連続して繰り返され，流体は徐々に漏れ側から被密封流体側へ移動するので，漏れを極めて小さくできる。さらに，ディンプル１１，１２の動圧効果により摺動面Ｓに高圧の流体を供給するので，摺動面Ｓは流体潤滑状態が保たれ，摺動トルクを小さくすることができる。

また，時計方向ディンプル群５１はディンプル１１の長軸Ｌ同士を連ねてらせんＳＰ１をなすように配置されているのに対し，時計方向ディンプル群５３はディンプル１２の短軸Ｋ同士を連ねてらせんＳＰ３をなすように配置される点で相違している。これにより，同じ時計方向ディンプル群５１，５３であっても，そのポンピング効果，流体潤滑効果は異なるようになる。具体的には，ディンプル１１の長軸Ｌを整列させてらせんＳＰ１をなす時計方向ディンプル群５１は動圧発生効果が高くなるので，低い回転数でも流体潤滑機能を発揮する。一方，ディンプル１２の短軸Ｋを整列させてらせんＳＰ３をなす時計方向ディンプル群５３は，吸込み効果が高くなるので，低い回転数でもポンピング機能を発揮する。これにより，広い回転数範囲で運転しても，時計方向ディンプル群５１，５３は互いにその機能を補完してあって，高い流体潤滑機能及び密封機能を発揮することができる。

逆に，回転側密封環３が反時計方向に回転すると，反時計方向ディンプル群５２，５４漏れ側周縁５ａの近傍のディンプル１１，１２は，漏れ側から流体を吸込むポンピング機能を発揮する。また，隣接するディンプル１１，１２間で吸い込みと吐き出しが連続して繰り返され，流体は徐々に漏れ側から被密封流体側へ移動するので，漏れを極めて小さくできる。さらに，ディンプル１１，１２の動圧効果により摺動面Ｓに高圧の流体を供給するので，摺動面Ｓは流体潤滑状態が保たれ，摺動トルクを小さくすることができる。

また，反時計方向ディンプル群５２はディンプル１２の長軸Ｌ同士を連ねてらせんＳＰ２をなすように配置されているのに対し，反時計方向ディンプル群５４はディンプル１１の短軸Ｋ同士を連ねてらせんＳＰ４をなすように配置される点で相違している。これにより，同じ反時計方向ディンプル群５２，５４であっても，そのポンピング効果，流体潤滑効果は異なるようになる。具体的には，ディンプル１２の長軸Ｌを整列させてらせんＳＰ２をなす反時計方向ディンプル群５２は動圧発生効果が高くなるので，低い回転数でも流体潤滑機能を発揮する。一方，ディンプル１１の短軸Ｋを整列させてらせんＳＰ４をなす反時計方向ディンプル群５４は，吸込み効果が高くなるので，低い回転数でもポンピング機能を発揮する。これにより，広い回転数範囲で運転しても，反時計方向ディンプル群５２，５４は互いにその機能を補完してあって，高い流体潤滑機能及び密封機能を発揮することができる。
このように，時計方向ディンプル群５１と反時計方向ディンプル群５４，及び，反時計方向ディンプル群５２と時計方向ディンプル群５３を径方向に対し対称に設けることにより，時計方向ディンプル群と反時計方向ディンプル群を備えるので回転方向に関わらず，高い密封性及び低摺動トルクを発揮できる。

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。

上記実施例において，ディンプル１１，１２の形状，大きさは実質的に同じものであったが，これに限らない。たとえば，深さの異なるディンプル１１とディンプル１２によって，時計方向ディンプル群５１，５３と，反時計方向ディンプル群５２，５４を構成してもよい。ディンプルの深さを変えることによりディンプル内に流体を保持する流体保持効果，吸込み効果，動圧効果を変えることができるので，異なる深さを有するディンプルを配置することにより，さらに広い回転数であっても，高い密封性及び低摺動トルクを発揮できる。

また，ディンプル群５１，５２，５３，５４は，らせんをなすようにディンプル１１，１２を配設していたが，らせんではなく，摺動面Ｓの内径側から外径側に向かって時計方向あるいは反時計方向に延設される径方向外側に凸の曲線，たとえば円弧，放物線，正弦波，トロコイド曲線等，又は，直線としてもよい。また，曲線と直線を組み合わせてもよい。

本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。図３は実施例２に係る摺動部品の摺動面Ｓを示したもので，時計方向ディンプル群５５，５６を構成するディンプル１５，１６の個数と，反時計方向ディンプル群５７，５８を構成するディンプル１５，１６の個数が異なる点で，実施例１と相違する。他の構成は実施例１と同じである。以下，実施例１と同じ部材，構成については同じ符号を付し，重複する説明は省略する。

図３に示すように，固定側密封環５の摺動面Ｓには，ディンプル１５，１６を摺動面Ｓの内径側から外径側に向かって時計方向に複数配設した時計方向ディンプル群５５，５６が設けられ，ディンプル１５，１６を摺動面Ｓの内径側から外径側に向かって反時計方向に複数配設した反時計方向ディンプル群５７，５８が設けられる。

図３に示すように，時計方向ディンプル群５５は，ディンプル１５の長軸Ｌを架空のらせんＳＰ５に沿って所定の角度をもって配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ５をなすように所定数（図３の例では１３個）等間隔に配設されている。時計方向ディンプル群５６は，ディンプル１６の短軸Ｋを架空のらせんＳＰ６に沿って所定の角度をもって配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ６をなすように配設されている。反時計方向ディンプル群５７は，ディンプル１５の短軸Ｋを架空のらせんＳＰ７に沿って所定の角度をもって配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって反時計方向のらせんＳＰ７をなすように所定数（図３の例では４個）配設されている。反時計方向ディンプル群５８はディンプル１６の長軸Ｌを架空のらせんＳＰ８に沿って所定の角度をもって配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって反時計方向のらせんＳＰ８をなすように配設されている。そして，摺動面Ｓには，時計方向のディンプル群５５とディンプル群５６が交互に周方向に配置され，また，反時計方向のディンプル群５７とディンプル群５８とが交互に周方向に配置される。

回転側密封環３が時計方向に回転すると，時計方向ディンプル群５５，５６が，密封機能及び流体潤滑機能を発揮して，漏れを少なく，摺動トルクを小さくすることができる。逆に，回転側密封環３が反時計方向に回転すると，反時計方向ディンプル群５７，５８が，密封機能及び流体潤滑機能を発揮して，漏れを少なく，摺動トルクを小さくすることができる。

時計方向ディンプル群５５，５６を構成するディンプル１５，１６の個数が，反時計方向ディンプル群５７，５８を構成するディンプル１５，１６の個数より多くなっているので，時計方向回転時の密封機能及び流体潤滑機能を高くすることができる。また，らせんＳＰ５とらせんＳＰ６と漏れ側周縁５ａとのなす角度θ１は，らせんＳＰ７とらせんＳＰ８と漏れ側周縁５ａとのなす角度θ２よりも小さくなっているので，時計方向回転時には，時計方向ディンプル群５５，５６は低回転数からポンピング効果を発揮できるようになる。特に，時計回転での運転回転数範囲が低速回転に及ぶ場合に有効である。

実施例１の摺動部品は，時計方向ディンプル群５１，５３を構成するディンプル１１，１２の個数と，反時計方向ディンプル群５２，５４を構成するディンプル１１，１２の個数が同数となっているので，時計方向回転時と反時計方向回転とで，同じ密封機能及び流体潤滑機能を発揮する。一方，実施例２の摺動部品は，時計方向ディンプル群５５，５６を構成するディンプル１５，１６の個数が，反時計方向ディンプル群５７，５８を構成するディンプル１５，１６の個数より多くなっているので，反時計方向よりも時計方向回転時の密封機能及び流体潤滑機能を高くすることができる。また，らせんＳＰ５とらせんＳＰ６と漏れ側周縁５ａとのなす角度θ１は，らせんＳＰ７とらせんＳＰ８と漏れ側周縁５ａとのなす角度θ２よりも小さくなるので，時計方向ディンプル群５５，５６は，反時計方向ディンプル群５７，５８よりも低回転数からポンピング効果を発揮できるようになる。

本発明の実施例３に係る摺動部品について説明する。図４は実施例３に係る摺動部品の摺動面Ｓを示す。実施例１では，時計方向ディンプル群５１と時計方向ディンプル群５３を周方向に交互に同数配置していたが，実施例３では，時計方向ディンプル群６１の個数と時計方向ディンプル群６２個数を異なるように配置している点で実施例１と相違する。他の構成は実施例１と同じである。以下，実施例１と同じ部材，構成については同じ符号を付し，重複する説明は省略する。

図４に示すように，固定側密封環５の摺動面Ｓには，ディンプル１９，２０を摺動面Ｓの内径側から外径側に向かって時計方向に複数配設した時計方向ディンプル群６１，６２が設けられ，ディンプル１９，２０を摺動面Ｓの内径側から外径側に向かって反時計方向に複数配設した反時計方向ディンプル群５９，６０が設けられる。

図４に示すように，時計方向ディンプル群６１は，ディンプル１９の長軸Ｌを架空のらせんＳＰ９に沿って接するように配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ９をなすように所定数（図４の例では６個）等間隔に配設されている。時計方向ディンプル群６２は，ディンプル２０の短軸Ｋを架空のらせんＳＰ１０に沿って接するように配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ１０をなすように配設されている。反時計方向ディンプル群５９は，ディンプル２０の長軸Ｌを架空のらせんＳＰ１２に沿って接するように配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって反時計方向のらせんＳＰ１２をなすように所定数（図４の例では４個）配設されている。反時計方向ディンプル群６０はディンプル１９の短軸Ｋを架空のらせんＳＰ１１に沿って接するように配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ１１をなすように配設されている。そして，摺動面Ｓには，ディンプル群６１は連続して３個，ディンプル群６２を１個，ディンプル群６１を１個，ディンプル群６２を１個，がこの順で周方向に配置される。

回転側密封環３が時計方向に回転すると，時計方向ディンプル群６１，６２が，密封機能及び流体潤滑機能を発揮して，漏れを少なく，摺動トルクを小さくすることができる。逆に，回転側密封環３が反時計方向に回転すると，反時計方向に延設されるディンプル群５９，６０が，密封機能及び流体潤滑機能を発揮して，漏れを少なく，摺動トルクを小さくすることができる。しかし，時計方向ディンプル群６１の個数が多いので，反時計方向回転時に比較して時計方向回転時の密封機能及び流体潤滑機能を高めることができる。

実施例１の摺動部品は，時計方向ディンプル群５１と時計方向ディンプル群５３を周方向に交互に同数配置していたのに対し，実施例３の摺動部品は時計方向ディンプル群６１を多く配置しているので，時計方向回転の頻度の高い場合に有効である。

本発明の実施例４に係る摺動部品について説明する。図５は実施例４に係る摺動部品の摺動面Ｓを示したもので，隣接して配置される時計方向ディンプル群６３，６４，６５は異なるディンプル２４，２５，２６から構成される点で相違する。以下，実施例１と同じ部材，構成については同じ符号を付し，重複する説明は省略する。

図５に示すように，固定側密封環５の摺動面Ｓには，ディンプル２４，２５，２６を摺動面Ｓの内径側から外径側に向かって時計方向に複数配設した時計方向ディンプル群６３，６４，６５が設けられ，ディンプル２４を摺動面Ｓの内径側から外径側に向かって反時計方向に複数配設した反時計方向ディンプル群６６が設けられる。ディンプル２４，２５，２６は，大きさ，深さ，ディンプルの角度のうち少なくとも一つが異なり，それぞれのディンプルの特性が異なっている。ディンプルの角度は，長軸Ｌと短軸Ｋの交点を通る半径方向軸と，長軸Ｌとがなす角度のことである。

図５に示すように，時計方向ディンプル群６３はディンプル２４の長軸Ｌを架空のらせんＳＰ１３に沿って所定の角度をもって配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ１３をなすように所定数（図５の例では６個）等間隔に配設されている。時計方向ディンプル群６４はディンプル２５の短軸ＫをらせんＳＰ１４に沿って所定の角度をもって配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ１４をなすように配設されている。時計方向ディンプル群６５はディンプル２６の短軸Ｋを架空のらせんＳＰ１５に沿って所定の角度をもって配置し，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって時計方向のらせんＳＰ１５をなすように配設されている。反時計方向ディンプル群６６は，ディンプル２７の短軸同士を架空のらせんＳＰ１６に沿って所定の角度をもって配置して，摺動面Ｓの内径側から外径側へ向かって反時計方向のらせんＳＰ１６をなすように配設されている。そして，時計方向ディンプル群６５，６３，６４が，この順で周方向に配置される。ここで，時計方向ディンプル群６３を構成するディンプル２４，時計方向ディンプル群６４を構成するディンプル２５，時計方向ディンプル群６５を構成するディンプル２６は，それぞれのディンプル２４，２５，２６の形状は同じであるが，長軸Ｌまたは短軸Ｋに対するディンプルの配置角度が異なる。これにより，時計方向ディンプル群６３，６４，６５の密封性能の効率，潤滑性能の効率を，それぞれ異なる回転数で最高となるように配置できる。すなわち，時計方向ディンプル群６３，６４，６５が異なる回転数で，高い密封機能及び流体潤滑機能を発揮するので，メカニカルシール１は広い回転数範囲で使用されても，高い密封機能及び流体潤滑機能を発揮することができる。

上記実施例において，外周側が被密封流体側，内周側を漏れ側としているが，これに限らず，内周側が被密封流体側，外周側が漏れ側である場合も適用可能である。また，ディンプル群はディンプルの長軸又は短軸をらせんに沿って配置して形成されているが，これに限らない。たとえば，放物線，トロコイド曲線，サインカーブ等の曲線に沿ってディンプルを配置してディンプル群を構成してもよい。

１：メカニカルシール
２：スリーブ
３：回転側密封環
４：ハウジング
５：固定側密封環
５ａ：漏れ側周縁
６：コイルドウェーブスプリング
７：ベローズ
８：パッキン
９：ケーシング
１０：回転軸
１１：ディンプル
１２：ディンプル
１５：ディンプル
１６：ディンプル
２１：ディンプル
２２：ディンプル
２４：ディンプル
２５：ディンプル
２６：ディンプル
５１：時計方向ディンプル群（第１ディンプル群）
５２：反時計方向ディンプル群（第２ディンプル群）
５３：時計方向ディンプル群（第３ディンプル群）
５４：反時計方向ディンプル群（第４ディンプル群）
５５：時計方向ディンプル群
５６：時計方向ディンプル群
５７：反時計方向ディンプル群
５８：反時計方向ディンプル群
５９：反時計方向ディンプル群
６０：反時計方向ディンプル群
６１：時計方向ディンプル群
６２：時計方向ディンプル群
６３：時計方向ディンプル群
６４：時計方向ディンプル群
６５：時計方向ディンプル群
６６：反時計方向ディンプル群
９１：閉曲線
９２：閉曲線
９３：閉曲線
９４：閉曲線
Ｋ：短軸
Ｌ：長軸
Ｓ：摺動面
Ｓ：ディンプル摺動面
θ ：ディンプル角度
θ１：角度
θ２：角度

Claims

摺動面にて互いに相対摺動する一対の環状の摺動部品であって，
少なくとも一方の摺動面は，開口部の形状が直交する長軸及び短軸を有する複数のディンプルから構成されるディンプル群を備え，
前記ディンプル群は，
第１ディンプル群及び第３ディンプル群を含む時計方向ディンプル群と，
第２ディンプル群及び第４ディンプル群を含む反時計方向ディンプル群と，を含み，
前記第１ディンプル群は，
当該第１ディンプル群に属する前記ディンプルの前記長軸と前記短軸との交点と，前記一方の摺動面の回転中心と，を通る半径方向軸に対して，当該ディンプルの前記長軸が０度よりも大きく９０度よりも小さい角度にて時計回りに傾斜している，複数の前記ディンプルの集合であり，かつ，当該第１ディンプル群に属する複数の前記ディンプルの前記長軸の端点を繋いだ第１曲線が，前記一方の摺動面の内径側から外径側に向かうにつれて時計回りに旋回するように延びるとともに前記一方の摺動面の径方向における全域で凸方向が一定の曲線である，複数の前記ディンプルの集合であり，
前記第２ディンプル群は，
当該第２ディンプル群に属する前記ディンプルの前記交点と，前記回転中心と，を通る半径方向軸に対して，当該ディンプルの前記長軸が０度よりも大きく９０度よりも小さい角度にて反時計回りに傾斜している，複数の前記ディンプルの集合であり，かつ，当該第２ディンプル群に属する複数の前記ディンプルの前記長軸の端点を繋いだ第２曲線が，前記一方の摺動面の内径側から外径側に向かうにつれて反時計回りに旋回するように延びるとともに前記一方の摺動面の径方向における全域で凸方向が一定の曲線である，複数の前記ディンプルの集合であり，
前記第３ディンプル群は，
前記第２ディンプル群に属する前記ディンプルから構成され，当該第３ディンプル群に属する複数の前記ディンプルの前記短軸の端点を繋いだ第３曲線が，前記一方の摺動面の内径側から外径側に向かうにつれて時計回りに旋回するように延びるとともに前記一方の摺動面の径方向における全域で凸方向が一定の曲線である，複数の前記ディンプルの集合であり，
前記第４ディンプル群は，
前記第１ディンプル群に属する前記ディンプルから構成され，当該第４ディンプル群に属する複数の前記ディンプルの前記短軸の端点を繋いだ第４曲線が，前記一方の摺動面の内径側から外径側に向かうにつれて反時計回りに旋回するように延びるとともに前記一方の摺動面の径方向における全域で凸方向が一定の曲線である，複数の前記ディンプルの集合である，
ことを特徴とする摺動部品。
前記第１ディンプル群を構成する前記ディンプルと前記第２ディンプル群を構成する前記ディンプルとは，深さが異なることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
前記第１ディンプル群は，当該第１ディンプル群に属する前記ディンプルの長軸を前記第１曲線に沿って配置するように構成され，
前記第２ディンプル群は，当該第２ディンプル群に属する前記ディンプルの長軸を前記第２曲線に沿って配置するように構成され，
前記第３ディンプル群は，当該第３ディンプル群に属する前記ディンプルの短軸を前記第３曲線に沿って配置するように構成され，
前記第４ディンプル群は，当該第４ディンプル群に属する前記ディンプルの短軸を前記第４曲線に沿って配置するように構成される，ことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部品。
前記第１曲線，前記第２曲線，前記第３曲線及び前記第４曲線はらせん状に形成されることを特徴とする請求項３に記載の摺動部品。
前記ディンプルの開口部の形状は楕円であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
前記第１ディンプル群に属する複数の前記ディンプルは，前記第１曲線に沿って等間隔に配置され，
前記第２ディンプル群に属する複数の前記ディンプルは，前記第２曲線に沿って等間隔に配置され，
前記第３ディンプル群に属する複数の前記ディンプルは，前記第３曲線に沿って等間隔に配置され，
前記第４ディンプル群に属する複数の前記ディンプルは，前記第４曲線に沿って等間隔に配列される，ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。