JPWO2013176010A1

JPWO2013176010A1 - 摺動部品

Info

Publication number: JPWO2013176010A1
Application number: JP2014516765A
Authority: JP
Inventors: 井上　秀行; 秀行井上; 猛細江; 雄大根岸
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2016-01-12
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: US20150042045A1; EP2853787A1; JP5995967B2; CN104185756A; CN104185756B; US9234594B2; EP2853787B1; WO2013176010A1; EP2853787A4

Abstract

被密封流体の漏洩量をより少なくしつつ、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上させ、回転時には流体潤滑で作動させ、密封と潤滑を両立させることのできる摺動部品を提供する。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は、前記摺動面とほぼ平行にサブミクロンの段差を有する極浅平行溝からなる正圧発生機構が周方向に独立して複数設けられ、前記極浅平行溝は、高圧流体側とは連通し、低圧流体側とはシール面により隔離されており、前記極浅平行溝の底部には極浅細溝が形成されていることを特徴としている。

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。シール面外周側に密封流体、内周側に大気があり、外周側の流体を密封している場合（「インサイド形」といわれている。）の内周側漏れ量は、次の式により表される。

Ｑ：摺動面内径ｒ１における内周側漏れ量（マイナスで漏れ方向）
ｈ：隙間高さ
η：流体粘度
ｐ：圧力
上記式より、流体潤滑を促進し、動圧を発生させ、液膜を形成させるほど、内周端側の圧力勾配∂ｐ／∂ｒが大きくなり、ｈが大きくなった結果、漏れ量Ｑが増大することがわかる。
したがって、シールの場合、漏れ量Ｑを減少させるには、隙間ｈおよび圧力勾配∂ｐ／∂ｒを小さくする必要がある。

また、メカニカルシールの摩擦特性と類似の技術であるすべり軸受の摩擦特性については、図４に示す「ストライベック曲線」というものが知られている（参考文献：講談社、「トライボロジー」Ｈ．チコス著）。
図４の横軸は、粘度η×速度ｖ／荷重Ｆ_Ｎであって、粘度及び荷重が一定の場合、速度になる。今、粘度及び荷重を一定とした場合、中速域である混合潤滑領域「第２：ｈ（隙間）≒Ｒ（表面粗さ）」及び高速域である流体潤滑領域「第１：ｈ（隙間）＞＞Ｒ（表面粗さ）」では、摩擦係数は小さいが、起動時である境界潤滑領域「第３：ｈ（隙間）→０」では摩擦係数はきわめて大きくなる。

一方、本願の発明者らの数値解析によれば、メカニカルシールにおいて、摺動面に施された溝深さと摺動面の摩擦係数の関係は、図５に示すとおりであり、摺動面の摺動速度によって溝深さと摺動面の摩擦係数の関係は異なっている。
そして、一般に、メカニカルシールに施される動圧発生溝は、常用回転数域で効果が出るように、また十分に流体を摺動面へ導入するという観点で設計されており、動圧発生溝の加工は、機械加工、ブラスト、及びレーザで行われ、数μｍ以上の溝深さであった。そのため、中速域及び高速域では低摩擦になるが、低速域では負荷容量を得ることはできず、低摩擦を実現することは困難であった。特に、起動または停止時に十分な動圧が発生できないために十分な潤滑特性を発揮できず、起動または停止時に鳴きの発生や摺動面の過度な接触が生起されるという問題があった。

また、近年、摺動面間への被封止流体の導入及びその保持を良好に行えるようにすることで、過大な漏洩を発生させることなく、摩擦係数を低減させるようにしたメカニカルシール摺動材として、摺動面に相手摺動材との相対回転によって摺動面間に動圧を生成する動圧生成溝が周方向に複数設けられたものにおいて、動圧生成溝が摺動方向に対して傾斜角を有する直線状の溝あるいは曲線状のスパイラル溝から形成され、動圧生成溝の加工がフェムト秒レーザによって行われ、溝深さが１μｍ以下のものも提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

しかし、特許文献１及び２に記載の発明は、摺動面に相手摺動材との相対回転によって摺動面間に動圧を生成することを目的とするものであって、高圧で中速域及び高速域では低摩擦になるが、低圧で中・高速域、または起動または停止時に十分な動圧が発生できないために十分な潤滑特性を発揮できないという問題があった。また、動圧生成溝により摺動面間への被封止流体の導入を図るものであるため、漏洩量を少なくするためには摺動面の低圧側に漏洩防止用の環状溝などを設ける必要があった。

国際公開第２００９／０８７９９５号特開２０１１−１９６４２９号公報

本発明は、被密封流体の漏洩量をより少なくしつつ、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上させ、回転時には流体潤滑で作動させ、密封と潤滑を両立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は、前記摺動面とほぼ平行にサブミクロンの段差を有する極浅平行溝からなる正圧発生機構が周方向に独立して複数設けられ、前記極浅平行溝は、高圧流体側とは連通し、低圧流体側とはシール面により隔離されており、前記極浅平行溝の底部には極浅細溝が形成されていることを特徴としている。
第１の特徴により、極浅平行溝内に浸入する被密封流体が極薄の流体膜を形成し、表面張力の作用により、漏れを増大することなく流体をシールできる圧力域を高くすることができ、回転時には、相手側摺動面との相対的な摺動により動圧が発生され、動圧効果で摺動面を必要最低限浮上させることができるので、漏れを増大することなく良好な潤滑性能を維持でき、特に、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。また、極浅平行溝内の流体の流れを制御することができ、例えば、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広狭に応じて極浅平行溝内の流体の流れを最適な方向に整流させることにより、摺動面潤滑特性の向上と漏れ低減を両立できる設計自由度を得ることができる。

また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記極浅平行溝は溝深さｈが１０ｎｍ〜１μｍであり、前記極浅細溝は、溝深さａが１０ｎｍ〜１μｍ、ピッチｐが１〜５００μｍであることを特徴としている。
また、本発明の摺動部品は、第３に、第２の特徴において、前記極浅平行溝の溝深さｈは、好ましくは、５０〜５００ｎｍであることを特徴としている。
第２及び第３の特徴により、より一層、漏れを増大することなく、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。

また、本発明の摺動部品は、第４に、第１乃至第３のいずれか特徴において、前記極浅細溝は、前記摺動面の摺動方向に対して所定の角度を成して傾斜するように形成されていることを特徴としている。
第４の特徴により、極浅平行溝内に流体を取り込んだり、極浅平行溝内の流体を排出するように整流することができ、例えば、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広狭に応じて傾斜方向あるいは角度を設定することにより、より一層、漏れを増大することなく、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。

また、本発明の摺動部品は、第５に、第４の特徴において、前記極浅細溝は、隣り合う極浅細溝の方向が前記摺動面の摺動方向に対して対称となるように形成されていることを特徴としている。
第５の特徴により、隣接する極浅平行溝内の流体は、高圧流体側あるいは低圧流体側へと交互に整流されるので、摺動部品が両方向に回転する場合に好都合である。

また、本発明の摺動部品は、第６に、第１乃至第３のいずれか特徴において、前記極浅細溝は、径方向に沿って形成されていることを特徴としている。
第６の特徴により、極浅平行溝内の流体は径方向に向かうように整流され、摺動部品の起動または停止時においても極浅平行溝内に流体が流れ込みやすく、摺動部品の起動または停止時の潤滑特性を向上することができる。なお、漏れ防止の観点からは、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広い場合に適している。

また、本発明の摺動部品は、第７に、第１乃至第３のいずれか特徴において、前記極浅細溝は、周方向に沿って形成されていることを特徴としている。
第７の特徴により、極浅平行溝内の流体は周方向に向かうように整流され、摺動部品の起動または停止時及び回転時において、極浅平行溝の間に位置する摺動面Ｓに流体がより供給されやすくなり、潤滑特性が一層向上される。なお、漏れ防止の観点からは、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅が狭い場合にも適用可能である。

また、本発明の摺動部品は、第８に、第１乃至第７のいずれかの特徴において、前記極浅平行溝は、摺動面の面積に対し、好ましくは、５〜７０％の範囲で設けられることを特徴としている。
第８の特徴により、摺動面の面圧を良好な状態に保つとともに、漏れを少なくし、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。

また、本発明の摺動部品は、第９に、第１乃至第８のいずれかの特徴において、一対の摺動部品が互いに相対回転するメカニカルシールの静止側摺動部材又は回転側摺動部材として使用される環状体からなることを特徴としている。
第９の特徴により、漏れを増大することなく良好な潤滑性能を維持でき、特に、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができるメカニカルシールを得ることができる。また、極浅平行溝内の流体の流れを制御することができ、例えば、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広狭に応じて極浅平行溝内の流体の流れを最適な方向に整流させることにより、摺動面潤滑特性の向上と漏れ低減を両立できる設計自由度を得ることができるメカニカルシールを提供することができる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）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は、摺動面とほぼ平行にサブミクロンの段差を有する極浅平行溝からなる正圧発生機構が周方向に独立して複数設けられ、極浅平行溝は、高圧流体側とは連通し、低圧流体側とはシール面により隔離されており、極浅平行溝の底部には極浅細溝が形成されていることにより、極浅平行溝内に浸入する被密封流体が極薄の流体膜を形成し、表面張力の作用により、漏れを増大することなく流体をシールできる圧力域を高くすることができ、回転時には、相手側摺動面との相対的な摺動により動圧が発生され、動圧効果で摺動面を必要最低限浮上させることができるので、漏れを増大することなく良好な潤滑性能を維持でき、特に、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。また、極浅平行溝内の流体の流れを制御することができ、例えば、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広狭に応じて極浅平行溝内の流体の流れを最適な方向に整流させることにより、摺動面潤滑特性の向上と漏れ低減を両立できる設計自由度を得ることができる。

（２）極浅細溝は、摺動面の摺動方向に対して所定の角度を成して傾斜するように形成されていることにより、極浅平行溝内に流体を取り込んだり、極浅平行溝内の流体を排出するように整流することができ、例えば、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広狭に応じて傾斜方向あるいは角度を設定することにより、より一層、漏れを増大することなく、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。
また、極浅細溝は、隣り合う極浅細溝の方向が摺動面の摺動方向に対して対称となるように形成されていることにより、隣接する極浅平行溝内の流体は、高圧流体側あるいは低圧流体側へと交互に整流されるので、摺動部品が両方向に回転する場合に好都合である。

（３）極浅細溝は、径方向に沿って形成されていることにより、極浅平行溝内の流体は径方向に向かうように整流され、極浅平行溝内に流体が流れ込みやすく、摺動部品の起動または停止時の潤滑特性を向上することができる。漏れ防止の観点からは、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広い場合に適している。
また、極浅細溝は、周方向に沿って形成されていることにより、摺動部品の起動または停止時及び回転時において、極浅平行溝の間に位置する摺動面Ｓに流体がより供給されやすくなり、潤滑特性が一層向上される。漏れ防止の観点からは、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅が狭い場合に適している。

（４）極浅平行溝は、摺動面の面積に対し、好ましくは、５〜７０％の範囲で設けられることにより、摺動面の面圧を良好な状態に保つとともに、漏れを少なくし、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。

（５）一対の摺動部品が互いに相対回転するメカニカルシールの静止側摺動部材又は回転側摺動部材として使用される環状体からなることにより、漏れを増大することなく良好な潤滑性能を維持でき、特に、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができるメカニカルシールを得ることができる。また、極浅平行溝内の流体の流れを制御することができ、例えば、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広狭に応じて極浅平行溝内の流体の流れを最適な方向に整流させることにより、摺動面潤滑特性の向上と漏れ低減を両立できる設計自由度を得ることができるメカニカルシールを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る摺動部品の摺動面を説明するためのものであって、（ａ）は摺動面の平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。動圧効果を説明する図であって、（ａ）本発明の場合を、（ｂ）は従来技術の場合を示すものである。極浅平行溝の底部に形成された極浅平行溝の方向を示すものであって、（ａ）は摺動面の摺動方向に対して所定の角度を成して同一方向に傾斜している場合を、（ｂ）は隣り合う極浅細溝の方向が摺動面の摺動方向に対して対称となるように形成されている場合を、（ｃ）は径方向に沿って形成されている場合を、（ｄ）は周方向に沿って形成されている場合を示したものである。軸受の摩擦特性を説明する図であって、横軸が軸受け特性数Ｇ（無次元）、縦軸が摩擦係数ｆを示している。メカニカルシールにおいて、摺動面に施された溝深さと摺動面の摩擦係数の関係を摺動面の摺動速度に応じて求めたものである。

本発明に係る摺動部品を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

本発明の実施の形態に係る摺動部品について図１乃至４を参照しながら説明する。

図１（ａ）に示すように、摺動部品１は環状体を成しており、通常、摺動部品１の摺動面Ｓの内外周の一方側に高圧の被密封流体が存在し、また、他方側は大気である。
そして、この被密封流体を摺動部品１を用いて効果的にシールすることができる。例えば、この摺動部品１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。回転用密封環の摺動面と、これに対向する固定用密封環の摺動面とを密接させて摺動面の内外周のいずれか一方に存在する被密封流体をシールする。また、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。
図１においては、説明の都合上、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する。

図示例では、摺動部品１の断面形状は、図１（ｃ）に示すように凸形状をしており、その頂面が摺動面Ｓを構成している。この摺動面Ｓには、図１（ｂ）に示すような摺動面Ｓとほぼ平行にサブミクロンの段差を有する極浅平行溝２からなる正圧発生機構が、周方向に独立して複数設けられている。極浅平行溝２は、摺動面Ｓの径方向の幅全体ではなく、高圧流体側寄りに設けられるもので、高圧流体側と連通し、低圧流体側とはシール面３により隔離されている。このシール面３は、径方向の幅が狭いと潤滑特性は良いが、漏れやすくなり、径方向の幅が広いと漏れにくくなるが、潤滑特性は悪くなるという性質をもっている。

図１（ｂ）に示すように、極浅平行溝２の底部には、極浅細溝１０が形成されている。極浅細溝１０は、極浅平行溝２内の流体の流れを制御するためのものであり、一定の方向に向かって形成されている。また、極浅細溝１０の断面形状は、図１（ｂ）では、略角溝の形状のものが示されているが、これに限定されることなく、例えば、波形あるいは鋸刃形状でもよい。極浅細溝１０が形成される前の極浅平行溝２の底部は、その表面粗さが極浅平行溝２の深さの約１／１０程度の凹凸に形成されており、その比較的平滑な底部から深さ方向に極浅細溝１０が形成されているのである。

極浅平行溝２は、溝深さｈが１０ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、好ましくは、５０〜５００ｎｍの範囲に設定される。

極浅細溝１０は、溝深さａが１０ｎｍ〜１μｍ、ピッチｐが１〜５００μｍである。また、極浅細溝１０の溝幅ｂは、ピッチｐ以下である。

ここで、まず、本発明における「極浅平行溝からなる正圧発生機構」について説明する。
正圧発生機構を構成する極浅平行溝２は、溝深さｈが１０ｎｍ〜１μｍの範囲にあって極浅であること、及び、その底部に極浅細溝１０が形成され、極浅平行溝２内に突出するものがないため、極浅平行溝２内に浸入する被密封流体が極薄の流体膜を形成し、表面張力の作用により、漏れを増大することなく流体をシールできる圧力域を高くすることができる。回転時には、相手側摺動面との相対的な摺動により動圧が発生され、動圧効果で摺動面を浮上させることができる。

回転時には、相手側摺動面との相対的な摺動により動圧が発生され、動圧効果で摺動面を浮上させる点について、図２に基づいて詳述する。
図２（ａ）に示すように、本発明の場合、極浅平行溝２は、極浅であって、その底部に極浅細溝１０が形成され、極浅平行溝２内に突出するものがないため、相手側摺動面との相対的な摺動により発生する動圧の圧力分布は大きくなる。
一方、図２（ｂ）に示すように、従来技術の場合、動圧発生溝は、溝の深さとほぼ同じ高さ分、動圧発生溝が形成されているため、相手側摺動面との相対的な摺動により発生する動圧の圧力分布は本発明の場合に比べて小さい。

このように、本発明においては、極浅平行溝２は極浅であるため、起動又は停止時における漏れが少なく、また、極浅であるにもかかわらず、その底部に極浅細溝１０が形成され、極浅平行溝２内に突出するものがないため回転時においては潤滑効果を発揮することができる。

また、極浅平行溝２は、摺動面Ｓの面積に対し、好ましくは、５〜７０％の範囲で設けられる。図示の例では、極浅平行溝２は周方向に１６等配に配設されているが、これに限定されることなく、例えば、２等配以上に配設されていればよい。
摺動面Ｓ自体は鏡面加工によって、極浅平行溝２が明瞭になる程度の表面粗さに設定される。

次に、本発明における「極浅細溝」について説明する。
極浅細溝１０は、極浅平行溝２内の流体の流れを制御するためのものであり、極浅細溝の方向を所望の方向に設定することにより、極浅平行溝２内に流体を取り込みやすくしたり、極浅平行溝２内から流体を排出しやすくしたり、あるいは、摺動面Ｓに流体を供給しやすくしたりすることができる。

すなわち、極浅平行溝２の底部に形成された極浅細溝１０は、極浅平行溝２内の流体の流れを制御し、例えば、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広狭に応じて極浅平行溝内の流体の流れを最適な方向に整流させることにより、極浅平行溝２のみでは難しかった摺動面潤滑特性の向上と漏れ低減を両立できる設計の自由度を与えることができるものである。

このような極浅平行溝２及びその底部の極浅細溝１０は、例えば、エッチングによって加工される。しかし、エッチングに限らず、溝深さｈが１０ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、その底部に極浅細溝を加工できるようなものであれば他の加工方法でもよい。

次に、極浅細溝１０について、図３を参照しながら詳述する。
極浅細溝１０は、極浅平行溝２内の流体の流れを制御するためのものであり、一定の方向に向かって形成される。
図３（ａ）では、各極浅平行溝２内の極浅細溝１０は、摺動面の摺動方向に対して所定の角度、例えば、摺動部品１の中心Ｏから各極浅平行溝２の中央を通る中心線に対して４５度の角度を成して傾斜するように形成され、すべての極浅細溝１０が同一方向に形成されている。このため、相手側摺動面が時計方向に回転するとした場合、極浅平行溝２内の流体は高圧流体側に向かうように整流され、極浅平行溝２とシール面内周との間に形成されるシール面３の幅が狭い場合でも、流体の漏れを低減することができる。

図３（ｂ）では、各極浅平行溝２内の極浅細溝１０は、隣り合う極浅細溝の傾斜する方向が摺動面の摺動方向に対して対称となるように形成されている。このため、隣接する極浅平行溝２内の流体は、高圧流体側あるいは低圧流体側へと交互に整流される。したがって、摺動部品が両方向に回転する場合に好都合である。

図３（ｃ）では、各極浅平行溝２内の極浅細溝１０は、径方向（摺動部品１の中心Ｏから各極浅平行溝２の中央を通る中心線に平行な方向（本明細書において「径方向」という。）に沿って形成されている。このため、極浅平行溝２内の流体は径方向に向かうように整流される。したがって、摺動部品の起動または停止時においても、極浅平行溝２内に流体が流れ込みやすく、摺動部品の起動または停止時の潤滑特性を向上することができる。漏れ防止の観点からは、極浅平行溝２とシール面内周との間に形成されるシール面３の幅が広い場合に適している。

図３（ｄ）では、各極浅平行溝２内の極浅細溝１０は、周方向（摺動部品１の中心Ｏから各極浅平行溝２の中央を通る中心線に直交する方向（本明細書において「周方向」という。）に沿って形成されている。このため、極浅平行溝２内の流体は周方向に向かうように整流される。したがって、摺動部品の回転時において、特に、極浅平行溝２の間に位置する摺動面Ｓに流体がより供給されやすくなり、潤滑特性が一層向上される。漏れ防止の観点からは、極浅平行溝２とシール面内周との間に形成されるシール面３の幅が狭い場合に適している。

本発明の実施の形態に係る摺動部品の作用・効果は以下のとおりである。
正圧発生機構を構成する極浅平行溝２は、極浅であること、及び、その底部に極浅細溝１０が形成され、極浅平行溝２内に突出するものがないため、極浅平行溝２内に浸入する被密封流体が極薄の流体膜を形成し、表面張力の作用により、漏れを増大することなく流体をシールできる圧力域を高くすることができる。回転時には、相手側摺動面との相対的な摺動により動圧が発生され、動圧効果で摺動面を必要最低限浮上させる。また、極浅平行溝２の底部には、極浅細溝１０が形成されているため、極浅平行溝２内の流体の流れを制御することができ、例えば、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広狭に応じて極浅平行溝内の流体の流れを最適な方向に整流させることにより、摺動面潤滑特性の向上と漏れ低減を両立できる設計自由度を得ることができる。

また、極浅平行溝２は、溝深さｈが１０ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、好ましくは、５０〜５００ｎｍの範囲に設定され、極浅細溝１０は、溝深さａが１０ｎｍ〜１μｍ、ピッチｐが１〜５００μｍの範囲に設定されるため、より一層、漏れを増大することなく、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。

また、各極浅平行溝２内の極浅細溝１０は、摺動面の摺動方向に対して所定の角度、例えば、摺動部品１の中心Ｏから各極浅平行溝２の中央を通る中心線に対して４５度の角度を成して傾斜するように形成され、すべての極浅細溝１０が同一方向に形成されているため、極浅平行溝２内の流体を高圧流体側に向かうように整流することができ、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅が狭い場合にも、より一層、漏れを増大することなく、起動または停止時の潤滑特性を著しく向上することができる。

また、各極浅平行溝２内の極浅細溝１０は、隣り合う極浅細溝の傾斜する方向が摺動面の摺動方向に対して対称となるように形成されているため、隣接する極浅平行溝２内の流体は、高圧流体側あるいは低圧流体側へと交互に整流されるので、摺動部品が両方向に回転する場合に好都合である。

また、各極浅平行溝２内の極浅細溝１０は、径方向に沿って形成されているため、極浅平行溝内の流体は径方向に向かうように整流され、摺動部品の起動または停止時においても極浅平行溝内に流体が流れ込みやすく、摺動部品の起動または停止時の潤滑特性を向上することができる。漏れ防止の観点からは、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅の広い場合に適している。

また、各極浅平行溝２内の極浅細溝１０は、周方向に沿って形成されているため、極浅平行溝２内の流体は周方向に向かうように整流され、摺動部品の起動または停止時及び回転時において、極浅平行溝２の間に位置する摺動面Ｓに流体がより供給されやすくなり、潤滑特性が一層向上される。漏れ防止の観点からは、極浅平行溝とシール面内周との間に形成されるシール面の幅が狭い場合に適している。

以上、本発明の実施の形態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の形態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、前記実施の形態では、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、前記実施の形態では、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、極浅平行溝を内周側に連通させて配設すればよい。

１摺動部品
２極浅平行溝
３シール面
１０極浅細溝
Ｓ摺動面

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は、前記摺動面とほぼ平行にサブミクロンの段差を有する極浅平行溝からなる正圧発生機構が周方向に独立して複数設けられ、前記極浅平行溝は、高圧流体側とは連通し、低圧流体側とはシール面により隔離されており、前記極浅平行溝の底部には極浅細溝が形成されていることを特徴とする摺動部品。
前記極浅平行溝は溝深さｈが１０ｎｍ〜１μｍであり、前記極浅細溝は、溝深さａが１０ｎｍ〜１μｍ、ピッチｐが１〜５００μｍであることを特徴とする請求項１記載の摺動部品。
前記極浅平行溝の溝深さｈは、好ましくは、が５０〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項２記載の摺動部品。
前記極浅細溝は、前記摺動面の摺動方向に対して所定の角度を成して傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摺動部品。
前記極浅細溝は、隣り合う極浅細溝の方向が前記摺動面の摺動方向に対して対称となるように形成されていることを特徴とする請求項４記載の摺動部品。
前記極浅細溝は、径方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摺動部品。
前記極浅細溝は、周方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摺動部品。
前記極浅平行溝は、摺動面の面積に対し、好ましくは、５〜７０％の範囲で設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の摺動部品。
一対の摺動部品が互いに相対回転するメカニカルシールの静止側摺動部材又は回転側摺動部材として使用される環状体からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の摺動部品。