JP7414968B2 - 摺動部品 - Google Patents

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，細長いトラック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。

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，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径方向及び周方向に配置してなるディンプル群を備え，
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，を通る半径方向軸が前記長軸となすディンプル角度は，前記一方の摺動面の径方向又は周方向のうち少なくとも一方向に変化することを特徴としている。
この特徴によれば，ディンプル角度が径方向又は周方向のうち少なくとも一方向に変化することにより，ディンプル群を構成するのディンプルの吸込み効果及び動圧効果を変えることができるので，種々の運転条件に適合したディンプルを配置でき，延いては高い密封性及び低摺動トルクを実現できる。

本発明の摺動部品は，
前記ディンプル角度は，径方向に一定の割合で変化することを特徴としている。
この特徴によれば，ディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度を径方向に一定の割合で変化させることにより，ディンプルの吸込み効果及び動圧効果を径方向に変えることができる。

本発明の摺動部品は，
前記ディンプル角度は，径方向に不連続に変化することを特徴としている。
この特徴によれば，ディンプル角度は，径方向に不連続に変化させることで，ディンプル群を構成するディンプルの吸込み効果及び動圧効果を径方向に不連続に変化せることができ，特定の範囲に運転条件に適合したディンプル群を配置できる。

本発明の摺動部品は，
前記ディンプル角度の径方向の変化割合が，径方向に変化することを特徴としている。
この特徴によれば，ディンプル角度の径方向の変化割合が，径方向に変化させることで，容易にそれぞれの使用条件に適合したディンプルを径方向に配置できる。

本発明の摺動部品は，
前記ディンプル角度は，前記一方の摺動面の漏れ側で大きく，前記一方の摺動面の被密封流体側で小さいことを特徴としている。
この特徴によれば，漏れ側に配設されるディンプルはディンプル角度が大きいので吸込み効果が優勢になり，ディンプルは漏れ側から流体を吸込んで漏れを極めて小さくできる。また，被密封流体側に配設されるディンプルはディンプル角度が小さいので動圧効果が優勢になるので，ディンプルは圧力の高い流体を吐き出して，摺動トルクを低減できる。

前記ディンプル角度は，周方向に一定の割合で変化することを特徴としている。
この特徴によれば，ディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度を周方向に一定割合で変化せせることにより，ディンプルの流体保持効果，吸込み効果，密封効果を周方向に変化させることができる。

本発明の摺動部品は，
前記ディンプル角度は，周方向に不連続に変化することを特徴としている。
この特徴によれば，ディンプル角度は，周方向に不連続に変化させることで，ディンプル群を構成するディンプルの吸込み効果及び動圧効果を周方向に不連続に変化せることができ，特定の範囲に運転条件に適合したディンプル群を配置できる。

本発明の摺動部品は，
前記ディンプル角度の周方向の変化割合が，周方向に変化することを特徴としている。
この特徴によれば，ディンプル角度の周方向の変化割合を周方向に変化させることで，容易にそれぞれの使用条件に適合したディンプルを周方向に配置できる。

本発明の摺動部品は，
前記一方の摺動面は径方向に延びるランド部により区画される複数の領域を備え，
前記ディンプル群は前記領域に配設されることを特徴としている。
この特徴によれば，各領域に，種々の運転条件に適合したディンプルを配置でき，延いては高い密封性及び低摺動トルクを実現できる。

本発明の摺動部品は，
前記ディンプルの前記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，楕円ディンプルの長軸方向，短軸方向の吸込み効果及び動圧効果の違いを利用して，種々の運転条件に適合したディンプルを配置でき，延いては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。 図７Ａ－図７Ｄは，摺動面Ｓの半径方向におけるディンプル角度θの変化態様の変形例を示す。 図８Ａ－図８Ｄは，摺動面Ｓの周方向におけるディンプル角度θの変化態様の変形例を示す。

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１００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１００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は，複数のディンプル１１が配置される。本発明において，ディンプル１１とは，平坦な摺動面Ｓに囲まれる開口部１１ａ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１１の開口部１１ａ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Ｌとは開口部１１ａの形状の図心Ｇを通り，かつ，開口部１１ａの最大幅部分を結ぶ架空の線であり，短軸Ｋとは開口部１１ａの図心Ｇを通り長軸Ｌに直交する方向で，対向する開口部１１ａを結ぶ架空の線である。本実施例におけるディンプル１１の開口部１１ａ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，直交する長軸及び短軸を有する形状であれば，小判形，ひし形，三角形，長方形，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。

つぎに，ディンプル１１の機能について説明する。ディンプル１１が設けられた固定側密封環５と相対する回転側密封環３とが相対移動すると，摺動面Ｓ間の流体及びディンプル１１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）で流体は正圧に昇圧する。ディンプル１１の上流側において発生する負圧により，ディンプル１１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の下流側において，くさび効果により昇圧した流体が摺動面Ｓに供給され，摺動面Ｓ間は流体潤滑状態が保たれる。

ディンプル角度について説明する。図２に示すように，ディンプル角度θは，摺動面Ｓの中心Ｃ及びディンプル１１の長軸Ｌと短軸Ｋとの交点（図心Ｇ）を通る半径方向軸ｒと，長軸Ｌとの間の角度θである。

また，ディンプル１１はディンプル角度θ大きさによって，その吸込み効果及び動圧効果が異なる。ディンプル角度θ＝９０°，すなわちディンプル１１の長軸Ｌを周方向に向けて配置した場合には，ディンプル１１は流体を保持する機能が高くなる。ディンプル角度θ＝約４５°の場合にはディンプル１１の吸込み効果が高くなる。また，ディンプル角度０°，すなわち，ディンプル１１の長軸Ｌを径方向に向けて配置した場合には動圧効果が高くなる。このように，同じ楕円形状，同じ深さを有するディンプル１１であっても，ディンプル角度を変えてディンプル１１を配置することによって，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。さらに楕円形状，深さを変えることによりさらに多様な特性を有するディンプルとすることができる。

つぎに，ディンプル群６０について説明する。図２に示すように，ディンプル群６０は，径方向に一列に整列したサブディンプル群６２，６３を周方向に所定数（図２の例では１２０），等間隔で配列して構成される。摺動面Ｓの一方の周縁（漏れ側）にはサブディンプル群６２が径方向に一列に配設され，摺動面の他方の周縁（被密封流体側）にはサブディンプル群６３が径方向に一列に配設される。漏れ側に配設されるサブディンプル群６２を構成するディンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅはディンプル角度θ＝４５°で配置して構成される。また，被密封流体側に配置されるサブディンプル群６３を構成するディンプル６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６３ｅは，ディンプル角度θ＝０°で配置して構成される。すなわち，サブディンプル群６２のディンプル角度θとサブディンプル群６３のディンプル角度θは径方向に不連続に変化するように設定されている。

ここで，ディンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，ディンプル６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６３ｅは，開口部の形状及び深さが実質的に同じ楕円に形成される。なお，図２の実施例において，サブディンプル群６２，サブディンプル群６３はそれぞれ５個のディンプルから構成されているが，これに限らない。サブディンプル群６２とサブディンプル群６３を構成するディンプルの個数は，それぞれ５以上であってもよいし，５以下であってもよいし，互いに異なる個数で構成してもよい。また，サブディンプル群６２，サブディンプル群６３の個数は，摺動面にそれぞれ１２０個配設されているが，１２０個より多くしても，少なくしてもよい。さらに，径方向に整列したサブディンプル群６２，６３を周方向に等間隔で配列したが，周方向に不等配に配列してもよい。

サブディンプル群６２を構成するディンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄはディンプル角度θ＝４５°で配置されるので，ディンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは動圧効果より吸込み効果が優勢になり，サブディンプル群６２全体として高い吸込み効果を発揮する。また，サブディンプル群６３を構成するディンプル６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄは，ディンプル角度θ＝０°で配置されるので，ディンプル６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄは吸込み効果より動圧効果が優勢になり，サブディンプル群６３全体として高い動圧効果を発揮する。

したがって，高い吸込み効果を有するサブディンプル群６２を摺動面の漏れ側に配置することにより，サブディンプル群６２は漏れ側から流体を吸込むので，漏れを極めて小さくできる。また，高い動圧効果の高いサブディンプル群６３を摺動面の被密封流体側に配置することにより，サブディンプル群６３は摺動面Ｓに高い圧力の流体を供給するので，摺動トルクを極めて小さくできる。

以上述べたように，実施例１の摺動部品は以下の効果を奏する。
１．ディンプル１１の上流側において発生する負圧により，ディンプル１１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は下流側において，くさび効果により昇圧した流体を摺動面Ｓに供給するので，摺動面Ｓの流体潤滑効果を高める。
２．ディンプル１１は直交する長軸及び短軸を有する楕円の開口部を有するので，ディンプル角度θ大きさを変えることによって，その吸込み効果及び動圧効果を変えることができる。ディンプル角度θ＝９０°でディンプル１１を配置した場合には，ディンプル１１は流体を保持する機能が高くなる。ディンプル角度θ＝約４５°の場合にはディンプル１１の吸込み効果が高くなる。また，ディンプル角度０°には，ディンプル１１の動圧効果が高くなる。このように，同じ楕円形状を有するディンプル１１であっても，ディンプル角度を変えてディンプル１１を配置することによって，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。
３．ディンプル角度θ＝約４５°でディンプル１１を配列したサブディンプル群６２は吸込み効果が高くなる。したがって，吸込み効果の高いサブディンプル群６２を摺動面の漏れ側に配置することにより，サブディンプル群６２は漏れ側から流体を吸込むので，漏れを極めて小さくできる。
４．ディンプル角度θ＝約０°でディンプル１１を配列したサブディンプル群６３は動圧効果が高くなる。したがって，動圧効果の高いサブディンプル群６３を摺動面の被密封流体側に配置することにより，サブディンプル群６３は摺動面Ｓに高い圧力の流体を供給するので，摺動トルクを極めて小さくできる。
５．高い吸込み効果を有するサブディンプル群６２を摺動面の漏れ側に配置することにより，密封性を向上でき，また，動圧効果の高いサブディンプル群６３を摺動面の被密封流体側に配置することにより，摺動トルクを極めて小さくできるので，ディンプル群６０全体として高い密封性及び低い摺動トルクを実現できる。これにより，高い密封性及び低い摺動トルクを備えた摺動部品とすることができる。

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を示したものである。実施例２のディンプル群７０は，ディンプル角度θが径方向に一定の割合で変化している点で，実施例１と相違する。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３に示すように，ディンプル群７０は，径方向に一列に整列したサブディンプル群７２を周方向に所定数（図３の例では１２０），等間隔で配列して構成される。サブディンプル群７２は，ディンプル７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆ，７２ｇ，７２ｈ，７２ｉ，７２ｊを径方向にランド部を挟んで配置して構成される。(以下，ディンプル７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ，７２ｆ，７２ｇ，７２ｈ，７２ｉ，７２ｊを「ディンプル７２ａ－７２ｊ」と記す)。

サブディンプル群７２は，摺動面Ｓの漏れ側に配置されるディンプル７２ａはディンプル角度＝４５°で配置され，摺動面Ｓの被密封流体側に配置されるディンプル７２ｊはディンプル角度０°で配置されている。そして，サブディンプル群７２を構成するディンプル７２ａ－７２ｊのディンプル角度θは，ディンプル７２ａからディンプル７２ｊに向かって，４５°から０°に径方向に一定の割合で変化する。

サブディンプル群７２を構成するディンプル７２ａ－７２ｊは，それぞれ同じ形状を有する楕円であっても，それぞれディンプル角度θが異なるので，吸込み効果と動圧効果を連続的に変化させることができる。サブディンプル群７２を構成するディンプル７２ａ－７２ｊのうち，摺動面の漏れ側周縁５ａ側に配置されるディンプル７２ａはディンプル角度４５°であり，吸込み効果が一番高くなる。また，被密封流体側に向かうしたがって，ディンプル角度は小さくなるので，吸込み効果が徐々に弱くなり，摺動面の被密封流体側の周縁５ｂ側に配置されるディンプル７２ｊの動圧効果が最も高くなる。

ディンプル群７０を構成するディンプル７２ａ－７２ｊのディンプル角度は，径方向に一定の割合で連続的に変化するので，吸込み効果と動圧効果を連続的に変化させることができる。これにより，回転数や圧力等の使用条件が変化する場合であっても，それぞれの使用条件に適合したディンプル７２ａ－７２ｊが存在するようになる。これにより，メカニカルシール１は使用条件が変化する場合でも漏れを小さくでき，摺動トルクを小さくすることができる。

以上述べたように，実施例２の摺動部品は実施例１の効果に加え以下の効果を奏する。
ディンプル群７０を構成するディンプル７２ａ－７２ｊのディンプル角度θは径方向に一定の割合で連続して変化するので，吸込み効果と動圧効果を連続的に変化させることができる。これにより，回転数や圧力等の使用条件が変化する場合であっても，それぞれの使用条件に適合したディンプル７２ａ－７２ｊが存在するようになる。これにより，メカニカルシール１は使用条件が変化する場合でも漏れを小さくでき，摺動トルクを小さくすることができる。

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を示したもので，ディンプル群１０は，摺動面Ｓの漏れ側にディンプル角度θ＝９０°のディンプル１２ａが，被密封流体側にディンプル角度θ＝０°のディンプル１２ｊが配置される点で実施例２と相違する。他の構成は実施例２と同じである。以下，実施例２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，ディンプル群１０は，径方向に一列に整列したサブディンプル群１２を周方向に所定数（図４の例では１２０），等間隔で配列して構成される。サブディンプル群１２は，ディンプル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊを径方向にランド部を挟んで配置して構成される(以下，ディンプル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊを「ディンプル１２ａ－１２ｊ」と記す)。サブディンプル群１２を構成するディンプル１２ａ－１２ｊのディンプル角度θは，漏れ側のディンプル１２ａから被密封流体側のディンプル１２ｊに向かって９０°から０°に径方向に一定の割合で変化する。ここで，ディンプル１２ａ－１２ｊは，それぞれ開口部の楕円の形状及び大きさが実質的に同じである。なお，サブディンプル群１２を構成するディンプルの個数は，１０個より多くしても，少なくしてもよい。また，摺動面Ｓに配設されるサブディンプル群１２も１２０個より多くしても，少なくしてもよい。

サブディンプル群１２を構成するディンプル１２ａ－１２ｊは同じ形状を有する楕円であっても，サブディンプル群１２を構成するディンプル１２ａ－１２ｊのディンプル角度θは，に径方向に一定の割合で変化するので，吸込み効果と動圧効果を連続的に変化させることができる。具体的には，ディンプル角度θ＝９０でディンプルを配置した場合には，ディンプルは流体を保持する機能が高くなる。ディンプル角度θ＝約４５°の場合にはディンプルの吸込み効果が高くなる。また，ディンプル角度０°には，ディンプルの動圧効果が高くなる。

これにより，周速の低い漏れ側に配設されたディンプル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは，ディンプル角度θが大きいので，流体を保持する機能が高くなる。特に，低速回転数で運転される場合や，周速の低い摺動面Ｓの内径側は貧潤滑状態をなりやすい場合には，摺動面Ｓの内径側にディンプル角度θ＝９０°～７０°のディンプル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを配置することにより，ディンプル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ内に保持された流体が摺動面Ｓに供給され，貧潤滑状態となるのを防ぐことができる。

摺動面Ｓの中央部には，ディンプル角度θ＝４５°のディンプルは１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが配置されるので，吸込み効果が高くなる。これにより，被密封流体側から流体をディンプル１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ内に吸い込むので，漏れ側への流れを抑制するので，密封性を向上できる。

また，周速の高い被密封流体側には，ディンプル角度θが小さいディンプルは１２ｇ，１２ｈ，１２i，１２ｊは配置されるので，動圧効果を高めることができる。これにより，周速の高い被密封流体側に配設されるディンプル１２ｇ，１２ｈ，１２i，１２ｊは，動圧効果により高い圧力の流体を摺動面Ｓに供給するので，摺動面Ｓ間は流体潤滑状態を保つことができる。

以上述べたように，実施例３の摺動部品は実施例１の効果に加え以下の効果を奏する。
１．ディンプル群１０を構成するディンプル１２ａ－１２ｊは同じ形状を有する楕円であっても，ディンプル１２ａ－１２ｊのディンプル角度θが径方向に一定の割合で連続的に変化させることによって，吸込み効果と動圧効果を連続的に変化させることができる。
２．周速の低い漏れ側には，ディンプル角度θ＝９０°～７０°のディンプル１２ａ，１２ｂ，１２ｃが配置されるので，流体を保持する機能が高くなる。特に，低速回転数で運転される場合であっても，周速の低い摺動面Ｓの内径側に流体保持機能の高いディンプル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを配置することにより，ディンプル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ内に保持された流体が摺動面Ｓに供給され，貧潤滑状態となるのを防ぐことができる。
３．摺動面Ｓの中央部には，ディンプル角度θ＝４５°のディンプル１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが配置されるので，吸込み効果が高くなる。これにより，被密封流体側から流体をディンプル１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ内に吸い込むので，漏れ側への流れを抑制するので，密封性を向上できる。
４．周速の高い被密封流体側には，ディンプル角度θが小さいディンプル１２ｇ，１２ｈ，１２i，１２ｊが配置されるので，動圧効果を高めることができる。これにより，周速の高い被密封流体側に配設されるディンプル１２ｇ，１２ｈ，１２i，１２ｊは，動圧効果により高い圧力の流体を摺動面Ｓに供給するので，摺動面Ｓ間は流体潤滑状態を保つことができる。

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，ディンプル群８０を構成するディンプルのディンプル角度θが，径方向に一定で，周方向に連続的に変化するように配置される点で実施例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５に示すように，固定側密封環５の摺動面Ｓは被密封流体側から漏れ側に亘って設けられるランド部によって所定数（図５の例では４）の領域２０に区画されている。各領域にはディンプル群８０が配設される。ディンプル群８０はサブディンプル群２１からサブディンプル群５０の３０個のサブディンプル群がランド部を挟んで周方向に等間隔で配置されている。それぞれのサブディンプル群２１－５０には径方向に一列に９個のディンプルが等間隔で配設される。なお，図５の実施例において，それぞれのサブディンプル群２１－５０にはそれぞれ９個のディンプルが配設されているが，これに限らず，９個より多くても，少なくてもよい。また，各領域に配設されるサブディンプル群の個数も３０個に限らず，３０個より多くても，少なくてもよい。

図５に示すように，領域２０の一方の端部（回転方向上流側）にはサブディンプル群２１が配設され，領域２０の他方の端部（回転方向下流側）にはサブディンプル群５０が配設される。サブディンプル群２１は，摺動面Ｓの一方の周縁（漏れ側）から他方の周縁（被密封流体側）にランド部を挟んで一列にディンプル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉ（以下，「ディンプル２１ａ－２１ｉ」と記す）を配置して構成される。サブディンプル群２１を構成するディンプル２１ａ－２１ｉのディンプル角度は径方向に一定，すなわち，それぞれのディンプル２１ａ－２１ｉはディンプル角度＝９０°を有する。また，サブディンプル群５０は摺動面Ｓの漏れ側から被密封流体側にランド部を挟んで一列にディンプル５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ，５０ｉ（以下，「ディンプル５０ａ－５０ｉ」と記す）を配置して構成される。ディンプル５０ａ－５０ｉのディンプル角度は径方向に一定，すなわち，ディンプル５０ａ－５０ｉのディンプル角度はそれぞれディンプル角度＝０°に配設される。そして，サブディンプル群２１からサブディンプル群５０へ向かって，ディンプル角度θ＝９０°から０°になるようにサブディンプル群２２－４９を構成するディンプルのディンプル角度を周方向に一定に割合で変化するように配置される。

領域２０の回転方向上流側にはディンプル角度＝９０°のサブディンプル群２１が配設されるので，吸込み効果及び動圧効果よりもディンプル内に流体を保持する保持効果が優勢になる。また，領域２０の回転方向下流側にはディンプル角度＝０°のサブディンプル群５０が配設されるので，吸込み効果よりも動圧効果が優勢になる。さらに，領域２０の上流側と下流側の間の中間の流域にはディンプル角度＝４５°のディンプル群が配設されるので，吸込み効果が優勢になる。すなわち，サブディンプル群２１からサブディンプル群５０へ向かって，ディンプル角度θ＝９０°から０°になるようにサブディンプル群２２－４９のディンプル角を周方向に変化するように配置するので，サブディンプル群２１からサブディンプル群５０へ特性の異なるディンプル群が万遍なく分布するので，種々の運転条件に適合したディンプル群が配置されるようになり，種々の運転条件で高い密封性及び低摺動トルクを実現できる。

以上述べたように，実施例４の摺動部品は以下の効果を奏する。
１．領域２０の回転方向上流側にはディンプル角度＝９０°のサブディンプル群２１が配設されるので，吸込み効果及び動圧効果よりもディンプル内に流体を保持する保持効果が優勢になる。また，領域２０の回転方向下流側にはディンプル角度＝０°のサブディンプル群５０が配設されるので，吸込み効果よりも動圧効果が優勢になる。さらに，領域２０の上流側と下流側の間の中間の流域にはディンプル角度＝４５°のディンプル群が配設されるので，吸込み効果が優勢になる。
２．領域２０の周方向に配設されるディンプル群のディンプル角度が周方向に変化するので，回転方向上流側から下流側に亘ってディンプルの流体保持効果，吸込み効果，密封効果を周方向に連続して変化させることができる。これにより，サブディンプル群２１からサブディンプル群５０へ特性の異なるディンプル群が万遍なく分布するので，種々の運転条件に適合したディンプル群が配置されるようになり，種々の運転条件で高い密封性及び低摺動トルクを実現できる。

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。

図７Ａ－図７Ｄは，摺動面Ｓの半径方向におけるディンプル角度θの変化態様の変形例を示す。要求される運転条件に適合するように，ディンプル角度θを径方向に変化させて配置することができる。

図７Ａは，図２の実施例に対応するものであり，ディンプル角度が摺動面Ｓの径方向に不連続に変化する場合である。摺動面Ｓの漏れ側に配設されるサブディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度θと，摺動面Ｓの被密封流体側に配設されるサブディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度θとは，異なる大きさに設定される。

図７Ｂは，図７Ａの変形であり，摺動面の漏れ側におけるディンプル角度の変化割合と，摺動面の被密封流体側におけるディンプル角度の変化割合とが異なる場合である。摺動面Ｓの漏れ側に配設されるディンプル群を構成するディンプルは，すべて一定のディンプル角度θを有し，ディンプル角度は変化しないが，摺動面Ｓの被密封流体側に配設されるディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度θは半径方向に一定の割合で変化している。

図７Ｃは，図３，図４の実施例に対応するものであり，ディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度θは径方向に一定の割合で変化するように設定される。

図７Ｄは，摺動面の漏れ側におけるディンプル角度の変化割合と，摺動面の被密封流体側におけるディンプル角度の変化割合とが異なる場合である。摺動面Ｓの漏れ側に配設されるディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度θは半径方向に一定の割合で変化している。一方，摺動面Ｓの被密封流体側に配設されるサブディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度θは，すべて一定のディンプル角度θを有し，ディンプル角度は変化しない。

図８Ａ－図８Ｄは，摺動面Ｓの周方向におけるディンプル角度θの変化態様の変形例を示す。要求される運転条件に適合するように，ディンプル角度θを周方向に変化させて配置することができる。

図８Ａは，摺動面の周方向に設けられた領域において，ディンプル角度が一方の側から他方の側へ不連続に変化する場合を示す。

図８Ｂは，領域の一方の側におけるディンプル角度の変化割合と，領域の他方の側におけるディンプル角度の変化割合とが異なる場合を示す。

図８Ｃは，図５の実施例に対応するものであり，ディンプル角度が，周方向に一定の割合で変化する場合を示す。

図８Ｄは，領域の一方の側におけるディンプル角度の変化割合と，領域の他方の側におけるディンプル角度の変化割合とが異なる場合を示す。

実施例１－３は，ディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度は径方向に変化し，周方向には一定であった。また，実施例４は，ディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度は周方向に変化し，径方向には一定であった。しかし，これに限らず，要求される運転条件に適合するように，ディンプル群を構成するディンプルのディンプル角度を径方向及び周方向に変化するように設定することができる。

上記実施例において，ディンプル群を構成するディンプル１１の形状，大きさ，深さを同じにしていたが，隣接するディンプルの形状，大きさ，深さのうち少なくとも一つを異なるようにしてもよい。また，サブディンプル群ごとにディンプルの形状，大きさ，深さを異なるようにしてもよい。ディンプル角度だけでなく，ディンプルの大きさ，形状，大きさ，深さの異なるディンプルを摺動面Ｓに配設することにより，幅広い運転条件に適合するディンプルを摺動面Ｓに配設でき，延いては幅広い運転条件に対応した密封性が高く，摺動トルクの小さい摺動部品とすることができる。

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。

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
５ｂ 被密封流体側周縁
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
１００ 回転軸
１０ ディンプル群
１１ ディンプル
１１ａ 開口部
１２ サブディンプル群
１２ａ ディンプル
１２ｂ ディンプル
１２ｃ ディンプル
１２ｄ ディンプル
１２ｅ ディンプル
１２ｆ ディンプル
１２ｇ ディンプル
１２ｈ ディンプル
１２ｉ ディンプル
１２ｉ ディンプル
１２ｊ ディンプル
２０ 領域
２１ サブディンプル群
２１ａ ディンプル
２１ｂ ディンプル
２１ｃ ディンプル
２１ｄ ディンプル
２１ｅ ディンプル
２１ｆ ディンプル
２１ｇ ディンプル
２１ｈ ディンプル
２１ｊ ディンプル
２２ ディンプル群
３０ サブディンプル群
４０ サブディンプル群
４９ サブディンプル群
５０ サブディンプル群
５０ａ ディンプル
５０ｂ ディンプル
５０ｃ ディンプル
５０ｄ ディンプル
５０ｅ ディンプル
５０ｆ ディンプル
５０ｇ ディンプル
５０ｈ ディンプル
５０ｊ ディンプル
６０ ディンプル群
６２ サブディンプル群
６２ａ ディンプル
６２ｂ ディンプル
６２ｃ ディンプル
６２ｄ ディンプル
６２ｅ ディンプル
６３ サブディンプル群
６３ａ ディンプル
６３ｂ ディンプル
６３ｃ ディンプル
６３ｄ ディンプル
６３ｅ ディンプル
７０ ディンプル群
７２ サブディンプル群
７２ａ ディンプル
７２ｂ ディンプル
７２ｃ ディンプル
７２ｄ ディンプル
７２ｅ ディンプル
７２ｆ ディンプル
７２ｇ ディンプル
７２ｈ ディンプル
７２ｉ ディンプル
７２ｊ ディンプル
８０ ディンプル群
Ｋ 短軸
Ｌ 長軸
Ｓ 摺動面
θ ディンプル角度

Claims (7)

1. 摺動面にて互いに相対回転しながら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を，径方向に並べて構成される，ディンプル群を備え，
   前記ディンプル群は，
   当該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，を通る半径方向軸と，当該ディンプルの前記長軸と，がなす０度以上かつ９０度以下の角度であるディンプル角度が，前記径方向において変化する，複数の前記ディンプルの集合であり，
   前記ディンプル群に属する前記ディンプルのうち，前記一方の摺動面の漏れ側の最端にある前記ディンプルの前記ディンプル角度のほうが，前記一方の摺動面の被密封流体側の最端にある前記ディンプルの前記ディンプル角度よりも大きい，ことを特徴とする摺動部品。
2. 前記ディンプル角度は，前記漏れ側の最端から前記被密封流体側の最端にかけて一定の割合で変化することを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
3. 前記ディンプル角度は，前記径方向において不連続に変化することを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
4. 前記ディンプル角度の変化割合が前記径方向において変化することを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
5. 前記漏れ側の最端から前記径方向の途中位置までにある複数の前記ディンプルの前記ディンプル角度は，所定の一定値であり，前記途中位置から前記被密封流体側の最端までにある複数の前記ディンプルの前記ディンプル角度は，前記一定値とは異なる値である，ことを特徴とする請求項３に記載の摺動部品。
6. 前記一方の摺動面は前記径方向に延びるランド部により区画される複数の領域を備え，
   前記ディンプル群は前記領域に配設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。
7. 前記ディンプルの前記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６のいずれかに記載の摺動部品。

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