JPWO2014148316A1

JPWO2014148316A1 - 摺動部品

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Publication number: JPWO2014148316A1
Application number: JP2015506711A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎徳永; 壮敏板谷; 和正砂川
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2013-03-17
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: WO2014148316A1; EP2977654B1; CN104769340A; JP6204974B2; AU2014239820B2; US20150377297A1; EP2977654A4; CN104769340B; US9322436B2; EP2977654A1; AU2014239820A1

Abstract

密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面に積極的に流体を取り入れ、摺動面に異物や気泡が取り込まれた場合でも、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等を防止する。一対の環状体からなる摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面の高圧側には正圧発生溝１１を備えた正圧発生機構１０が、低圧側には負圧発生溝１３を備えた負圧発生機構１２が設けられるとともに、正圧発生溝１０と負圧発生溝１２との間に圧力開放溝１４、及び、正圧発生溝１１、圧力開放溝１４及び負圧発生溝１３を高圧流体側に連通する半径方向溝１５が設けられ、半径方向溝１５は、正圧発生溝１１の上流側及び圧力開放溝１４を高圧流体側に連通する入口部１５ａと、負圧発生溝１３の下流側及び圧力開放溝１４を高圧流体側に連通する出口部１５ｂとから構成され、入口部１５ａ及び出口部１５ｂは低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線ｍとなす交角θが鈍角に設定されていることを特徴としている。

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、本出願人は、静止時に漏れず、回転初期を含み回転時には流体潤滑で作動するとともに漏れを防止し、密封と潤滑とを両立させることのできる摺動部品の発明を特許出願している（以下、「従来技術」という。特許文献１参照）。

この従来技術の一実施形態として、図５に示すような、環状体からなる摺動部品３１の外周側が高圧流体側、内周側が低圧流体側であって、摺動面３２の高圧側には正圧発生機構を構成するレイリーステップ機構３３のグルーブ部３５が、低圧側には負圧発生機構を構成する逆レイリーステップ機構３４のグルーブ部３６が設けられるとともに、グルーブ部３５とグルーブ部３６との間に圧力開放溝４５が設けられ、グルーブ部３５、圧力開放溝４５及びグルーブ部３６は半径方向溝３７を介して高圧流体側に連通され、低圧流体側とはシール面３８により隔離されている摺動部品において、半径方向溝３７がグルーブ部３６に連通する内周側から外周側に向けて相手摺動面の回転方向に向かって傾斜する形状の摺動部品が提案されている。この実施形態の場合、摺動面３２の流体は矢印４６で示す方向に排出される。また、グルーブ部３５及びグルーブ部３６の溝深さは約数μｍ、半径方向溝３７及び圧力開放溝４５の溝深さは約十μｍであって、半径方向溝３７及び圧力開放溝４５の溝深さはグルーブ部３５及びグルーブ部３６の溝深さより十分に深いものとされている。

国際公開第２０１２／０４６７４９号

しかし、上記の従来技術は、静止時に漏れず、回転初期を含み回転時には流体潤滑で作動するとともに漏れを防止し、密封と潤滑とを両立させることのできるようにした点できわめて優れたものであるが、摺動面に取り込まれた異物や気泡の排出について考慮されていないため、半径方向溝３７の外周側は外周部の接線に対して直交し、グルーブ部３６に連通する内周側は相手摺動面の回転方向に向かってのみ傾斜する形状に設定されている。このため、半径方向溝からの流体の取り入れに難があり、例えば、摺動面に異物や気泡が取り込まれた場合、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等が発生し、メカニカルシールの機能が低下するおそれのあることが本発明者において確認された。

本発明は、従来技術の長所を生かしつつ、その問題となる点を改良するために行われたものであり、第１に、密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面に積極的に流体を取り入れ、摺動面に異物や気泡が取り込まれた場合でも、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等を防止することにより、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持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。
また、本発明は、第２に、密封可能な圧力の限界を高め、耐シール圧力性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、一対の環状体からなる摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面の高圧側には正圧発生溝を備えた正圧発生機構が、低圧側には負圧発生溝を備えた負圧発生機構が設けられるとともに、前記正圧発生溝と前記負圧発生溝との間に圧力開放溝、及び、前記正圧発生溝、圧力開放溝及び負圧発生溝を高圧流体側に連通する半径方向溝が設けられ、前記正圧発生溝、圧力開放溝、負圧発生溝及び半径方向溝は低圧流体側とはシール面により隔離されている摺動部品において、前記半径方向溝は、前記正圧発生溝の上流側及び前記圧力開放溝を高圧流体側に連通する入口部と、前記負圧発生溝の下流側及び圧力開放溝を高圧流体側に連通する出口部とから構成され、前記入口部及び前記出口部は低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線に対する交角が鈍角に設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、半径方向溝の入口部と出口部とが低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線に対する交角が鈍角に設定されることにより、入口部には高圧流体側から流体が取り込まれ易く、また、出口部からは摺動面の流体が吐き出され易い。このため、入口部、圧力開放溝及び出口部から構成される通路における流体の流れが生じ、当該通路内部に異物や気泡が留まることが防止され、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等を防止することにより、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることができる。
また、半径方向溝出口部の負圧発生溝に連通される内周側部分においても、傾斜された出口部がそのまま内周側に延長された形で形成されるため、負圧発生溝に連通される内周側部分においても、流体の流れが生じ、当該内周側部分に異物や気泡が留まることが防止される。

また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記出口部は前記低圧側から前記高圧側にかけてスパイラル状に形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、低圧側の圧力を降下させることができる。その結果、従来技術に係る摺動部品よりも、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。

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、前記出口部の前記負圧発生溝に連通される部分が、前記正圧発生溝又は前記負圧発生溝の深さ以上であって前記半径方向溝の他の部分の深さより浅くより形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、半径方向溝の出口部の負圧発生溝に連通される部分が負圧発生機構として機能し、該負圧発生溝に連通される部分の内部圧力を低く保つことができる。その結果、上記第２の特徴と併せて、より一層、従来技術に係る摺動部品よりも、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。

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、前記高圧側の正圧発生機構がレイリーステップ機構から形成され、また、前記低圧側の負圧発生機構が逆レイリーステップ機構から形成されるとともに、前記圧力開放溝が円周溝から形成され、前記レイリーステップ機構及び前記逆レイリーステップ機構は前記圧力開放溝を挟んで円周方向に平行して対をなすように複数設けられるとともに、上流側の前記出口部と隣接する下流側の前記入口部との間にも前記レイリーステップが設けられ、また、隣接する前記出口部の間にわたって前記逆レイリーステップ機構が延設されてなることを特徴とする請求項１又は２を特徴としている。
この特徴によれば、摺動面の周方向において、高圧側にはほぼ連続するように正圧が発生され、また、低圧側にはほぼ連続するように負圧が発生され、潤滑及び漏れ防止の両立を一層図ることができる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）半径方向溝の入口部と出口部とが低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線に対する交角が鈍角に設定されることにより、入口部には高圧流体側から流体が取り込まれ易く、また、出口部からは摺動面の流体が吐き出され易い。このため、入口部、圧力開放溝及び出口部から構成される通路における流体の流れが生じ、当該通路内部に異物や気泡が留まることが防止され、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等を防止することにより、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることができる。
また、半径方向溝出口部の負圧発生溝に連通される内周側部分においても、傾斜された出口部がそのまま内周側に延長された形で形成されるため、負圧発生溝に連通される内周側部分においても、流体の流れが生じ、当該内周側部分に異物や気泡が留まることが防止される。

（２）半径方向溝の出口部が低圧側から高圧側にかけてスパイラル状に形成されることにより、低圧側の圧力をより降下させることができる。その結果、従来技術に係る摺動部品よりも、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。

（３）半径方向溝の出口部の負圧発生溝に連通される部分が、正圧発生溝又は負圧発生溝の深さ以上であって半径方向溝の他の部分の深さより浅くより形成されることにより、半径方向溝の出口部の負圧発生溝に連通される部分が負圧発生機構として機能し、該負圧発生溝に連通される部分の内部圧力を低く保つことができる。その結果、上記第２の特徴と併せて、より一層、従来技術に係る摺動部品よりも、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。

（４）高圧側の正圧発生機構がレイリーステップ機構から形成され、また、低圧側の負圧発生機構が逆レイリーステップ機構から形成されるとともに、圧力開放溝が円周溝から形成され、レイリーステップ機構及び前記逆レイリーステップ機構は圧力開放溝を挟んで円周方向に平行して対をなすように複数設けられるとともに、上流側の出口部と隣接する下流側の入口部との間にも前記レイリーステップが設けられ、また、隣接する出口部の間にわたって前記逆レイリーステップ機構が延設されていることにより、摺動面の周方向において、高圧側にはほぼ連続するように正圧が発生され、また、低圧側にはほぼ連続するように負圧が発生され、潤滑及び漏れ防止の両立を一層図ることができる。

本発明の実施例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。本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、（ａ）は摺動面の平面図、（ｂ）は摺動面の一部の斜見図である。レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構及び逆レイリーステップ機構などからなる負圧発生機構を説明するためのものであって、図（ａ）はレイリーステップ機構を、図（ｂ）は逆レイリーステップ機構を示したものである。本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、（ａ）は摺動面の平面図、（ｂ）は摺動面の一部の斜見図である。従来技術を説明する図である。

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高圧流体側（被密封流体側）、内周側を低圧流体側（大気側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。

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高圧流体側の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、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２を介してこの回転軸１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環３と、ポンプのハウジング４に非回転状態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環５とが設けられ、固定環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７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、回転環３と固定環５との互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体が回転軸１の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。

図２は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、ここでは、図２の固定環５の摺動面に本発明が適用された場合を例にして説明する。
なお、回転環３の摺動面に本発明が適用された場合も基本的には同様であるが、その場合、半径方向溝は高圧流体側（被密封流体側）に連通すればよいため、摺動面の外周側まで設けられる必要はない。

図２において、固定環５の摺動面の外周側が高圧流体側であり、また、内周側が低圧流体側、例えば大気側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとして説明する。

固定環５の摺動面Ｓの高圧側には正圧発生溝１１を備えた正圧発生機構１０が、低圧側には負圧発生溝１３を備えた負圧発生機構１２が設けられている。また、正圧発生溝１１と負圧発生溝１３との間に圧力開放溝１４が設けられ、さらに、正圧発生溝１１、圧力開放溝１４及び負圧発生溝１３を高圧流体側に連通する半径方向溝１５が設けられている。正圧発生溝１１、圧力開放溝１４、負圧発生溝１３及び半径方向溝１５は低圧流体側とは低圧側シール面１６により隔離されている。

図２の例では、外周側の正圧発生機構１０はレイリーステップ機構から形成され、また内周側の負圧発生機構１２は逆レイリーステップ機構から形成されるとともに、圧力開放溝１４が円周溝から形成され、レイリーステップ機構及び逆レイリーステップ機構は圧力開放溝１４を挟んで円周方向に平行して対をなすように複数設けられている。
なお、レイリーステップ機構及び逆レイリーステップ機構については、後に、詳しく説明する。

また、半径方向溝１５は、正圧発生溝１１の上流側及び圧力開放溝１４を高圧流体側に連通する入口部１５ａと、負圧発生溝１３の下流側及び圧力開放溝１４を高圧流体側に連通する出口部１５ｂとから構成され、入口部１５ａ及び出口部１５ｂは低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線ｍとなす交角θが鈍角に設定されている。この入口部１５ａ及び出口部１５ｂの接線ｍに対する交角θは、摺動部品の径、摺動面幅、入口部１５ａ及び出口部１５ｂの数、被密封流体の種類、圧力及び温度などを考慮して、流体が入口部１５ａに進入しやすく、かつ、出口部１５ｂから排出され易いように最適な値に設定される。図２の場合、入口部１５ａ及び出口部１５ｂは対称に開かれ、それぞれの接線ｍとの交角θは約１４０°である。入口部１５ａ及び出口部１５ｂは非対称に開かれてもよい。また、開き角度θは、θ＝１５０°±３０°の範囲に設定されるのが好ましい。
また、入口部１５ａ及び出口部１５ｂは直線状に限らず、円弧状などの曲線状でもよく、また、直線状の場合、圧力開放溝１４とのそれぞれの接続部は滑らかな円弧状に形成されてもよい。

正圧発生機構１０は、その上流側において半径方向溝１５の入口部１５ａを介して高圧流体側から流体を吸い込み、正圧を発生し、発生した正圧により相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるものである。

また、圧力開放溝１４は、高圧側の正圧発生機構１０、例えば、レイリーステップ機構で発生した動圧（正圧）を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧側の負圧発生機構１２、たとえば、逆レイリーステップ機構に流入し、負圧発生機構１２の負圧発生能力が弱まることを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構１０で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を圧力開放溝１４に導き、半径方向溝１５を介して高圧流体側に逃す役割を果たすものである。

さらに、負圧発生機構１２は、負圧を発生させる結果、キャビテーションが発生し、キャビテーション内部圧力は、大気圧より低く負圧となるため、低圧側端部において圧力勾配が負となり、摺動面の内周側において吸い込み（ポンピング）が発生し、低圧側流体圧力（大気圧）よりも、負圧発生機構１２内部の圧力が低くなる結果、流体は低圧流体側から低圧側シール面１６を介して、負圧発生機構１２へ流入する結果、摺動面の内周側において吸い込みが発生し、高圧流体側から低圧流体側への漏れを防止するものである。そして負圧発生機構１２に吸い込まれた流体はその下流側において高圧流体側に接続された半径方向溝１５の出口部１５ｂを介して高圧流体側に排出される。

正圧発生溝１１、負圧発生溝１３、圧力開放溝１４及び半径方向溝１５の深さ及び幅は、摺動部品の径、摺動面幅及び相対移動速度、並びに、密封及び潤滑の条件等に応じて適宜決定される性質のものである。
一例として示すと、摺動部品の径が約２０ｍｍ、摺動面幅が約２ｍｍの場合、正圧発生溝１１及び負圧発生溝１３の幅は０．４〜０．６ｍｍ、深さは数μｍであり、内周側のシール面１６の幅は０．２〜０．４ｍｍである。また、圧力開放溝１４及び半径方向溝１５の幅は高圧の流体を高圧流体側に逃がすために十分の幅であり、深さは数十μｍ〜数百μｍである。

上記したように、半径方向溝１５の入口部１５ａ及び出口部１５ｂは低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線ｍとなす交角θが鈍角に設定されていることにより、入口部１５ａには高圧流体側から流体が取り込まれ易く、また、出口部１５ｂからは摺動面の流体が吐き出され易い。このため、矢印１６で示すように、入口部１５ａ、圧力開放溝１４及び出口部１５ｂから構成される通路における流体の流れが生じ、当該通路内部に異物や気泡が留まることが防止される。

また、半径方向溝１５の出口部１５ｂの負圧発生溝１３に連通される内周側部分１５ｃは、傾斜された出口部１５ｂがそのまま内周側に延長された形で形成されるため、負圧発生溝１３に連通される内周側部分１５ｃにおいても、矢印１７で示すように、流体の流れが生じ、当該内周側部分１５ｃに異物や気泡が留まることが防止される。

図２の例では、上流側の出口部１５ｂと隣接する下流側の入口部１５ａとの間にも正圧発生機構であるレイリーステップ機構１０’が設けられている。また、隣接する出口部１５ｂ間にわたって負圧発生機構１２である逆レイリーステップ機構が延設されている。
このため、摺動面Ｓの周方向において、外周側にはほぼ連続するように正圧が発生され、また、内周側にはほぼ連続するように負圧が発生され、潤滑及び漏れ防止の両立が一層図られることになる。

以上説明したように、実施例１の構成によれば、半径方向溝１５の入口部１５ａ及び出口部１５ｂは低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線ｍとなす交角θが鈍角に設定されていることにより、入口部１５ａには高圧流体側から流体が取り込まれ易く、また、出口部１５ｂからは摺動面の流体が吐き出され易い。このため、矢印１７で示すように、入口部１５ａ、圧力開放溝１４及び出口部１５ｂから構成される通路における流体の流れが生じ、当該通路内部に異物や気泡が留まることが防止される。
また、半径方向溝１５出口部１５ｂの負圧発生溝１３に連通される内周側部分１５ｃが、傾斜された出口部１５ｂがそのまま内周側に延長された形で形成されるため、負圧発生溝１３に連通される内周側部分１５ｃにおいても、矢印１８で示すように、流体の流れが生じ、当該内周側部分１５ｃに異物や気泡が留まることが防止される。
さらに、上流側の出口部１５ｂと隣接する下流側の入口部１５ａとの間にも正圧発生機構１０であるレイリーステップ機構が設けられ、また、隣接する出口部１５ｂ間にわたって負圧発生機構１２である逆レイリーステップ機構が延設されているため、摺動面Ｓ周方向において、外周側にはほぼ連続するように正圧が発生され、また、内周側にはほぼ連続するように負圧が発生され、潤滑及び漏れ防止の両立が一層図られることになる。

ここで、図３を参照しながら、レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構及び逆レイリーステップ機構などからなる負圧発生機構を説明する。
図３（ａ）において、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動する。例えば、固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ上流側に面してレイリーステップ１１ａが形成され、該レイリーステップ１１ａの上流側には正圧発生溝であるグルーブ部１１が形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。
回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５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１１ａの存在によって破線で示すような正圧（動圧）を発生する。
なお、１５ａ、１５ｂは半径方向溝１５の入口部、出口部を、また、Ｒはシール面Ｓを構成するランド部を示す。

図３（ｂ）においても、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動するが、回転環３及び固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ下流側に面して逆レイリーステップ１３ａが形成され、該逆レイリーステップ１３ａの下流側には負圧発生溝であるグルーブ部１３が形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。
回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５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１３ａの存在によって破線で示すような負圧（動圧）を発生する。
なお、１５ａ、１５ｂは半径方向溝１５の入口部、出口部を、また、Ｒはシール面Ｓを構成するランド部を示す。

図４を参照しながら、本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。
なお、実施例１と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において、半径方向溝１５の出口部１５ｂは、低圧側の圧力を降下させるため、低圧側（図４では内周側）から高圧側（図４では外周側）にかけてスパイラル状に形成される。
また、半径方向溝１５の出口部１５ｂの負圧発生溝に連通される部分１５ｃは、正圧発生溝１１又は負圧発生溝１３の深さ以上であって半径方向溝１５の他の部分の深さより浅く形成されている。好ましくは、負圧発生溝に連通される部分１５ｃの深さは、正圧発生溝１１又は負圧発生溝１３の深さの１〜５倍の深さに形成される。
一例として、正圧発生溝１１又は負圧発生溝１３の深さが２μｍ、半径方向溝１５の出口部１５ｂの深さが１００μｍに対し、負圧発生溝に連通される部分１５ｃの深さは２〜１０μｍ程度とすることがで考えられる。
図４の場合、負圧発生溝に連通される部分１５ｃは負圧発生溝１３の深さと同じ深さに形成されている。

半径方向溝１５の出口部１５ｂの負圧発生溝に連通される部分１５ｃが負圧発生溝１３の深さの１〜５倍の深さに形成されているため、該負圧発生溝に連通される部分１５ｃが負圧発生機構として機能し、該負圧発生溝に連通される部分１５ｃの内部圧力を低く保つことができる。その結果、出口部１５ｂが低圧側から高圧側にかけてスパイラル状に形成されていることと併せて、従来技術に係る摺動部品よりも、より一層、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。

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。

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、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る。

また、例えば、前記実施例では、摺動部品を構成するメカニカルシールの固定環に正圧発生機構、負圧発生機構、圧力開放溝及び半径方向溝を設ける場合について説明したが、これとは逆に、回転環に設けてもよい。
また、例えば、一方の摺動環に正圧発生機構を、他方の摺動環に負圧発生機構を設け、圧力開放溝及び半径方向溝をいずれかの摺動環に設けるようにしてもよい。

また、例えば、前記実施例では、半径方向溝の入口部及び出口部が各６個、この半径方向溝及び圧力開放溝で囲まれた部分に設けられて正圧発生機構であるレイリーステップが６枚設けられ、負圧発生機構である逆レイリースップが６枚設けられた例が説明されているが、これに限定されることなく、これより少ない例えば４枚でもよく、また、これより多い例えば８枚、１２枚等でもよい。

また、例えば、前記実施例では、正圧発生機構がレイリーステップ機構から構成される場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、スパイラルグルーブ又はディンプルで構成してもよく、要は、正圧を発生する機構であればよい。また、同様に、負圧発生機構が逆レイリーステップから構成される場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、逆スパイラルグルーブで構成してもよい。

１回転軸
２スリーブ
３回転環
４ハウジング
５固定環
６コイルドウェーブスプリング
７ベローズ
１０正圧発生機構
１１正圧発生溝
１２負圧発生機構
１３負圧発生溝
１４圧力開放溝
１５半径方向溝
１５ａ半径方向溝の入口部
１５ｂ半径方向溝の出口部
１５ｃ負圧発生溝に連通される部分
１６低圧側シール面
Ｓシール面
Ｒランド部
θ 入口部及び出口部の摺動面端部における接線との交角
ｍ接線

Claims

一対の環状体からなる摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面の高圧側には正圧発生溝を備えた正圧発生機構が、低圧側には負圧発生溝を備えた負圧発生機構が設けられるとともに、前記正圧発生溝と前記負圧発生溝との間に圧力開放溝、及び、前記正圧発生溝、圧力開放溝及び負圧発生溝を高圧流体側に連通する半径方向溝が設けられ、前記正圧発生溝、圧力開放溝、負圧発生溝及び半径方向溝は低圧流体側とはシール面により隔離されている摺動部品において、前記半径方向溝は、前記正圧発生溝の上流側及び前記圧力開放溝を高圧流体側に連通する入口部と、前記負圧発生溝の下流側及び圧力開放溝を高圧流体側に連通する出口部とから構成され、前記入口部及び前記出口部は低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線に対する交角が鈍角に設定されることを特徴とする摺動部品。
前記出口部は前記低圧側から前記高圧側にかけてスパイラル状に形成されることを特徴とする請求項１記載の摺動部品。
前記出口部の前記負圧発生溝に連通される部分が、前記正圧発生溝又は前記負圧発生溝の深さ以上であって前記半径方向溝の他の部分の深さより浅く形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部品。
前記高圧側の正圧発生機構がレイリーステップ機構から形成され、また、前記低圧側の負圧発生機構が逆レイリーステップ機構から形成されるとともに、前記圧力開放溝が円周溝から形成され、前記レイリーステップ機構及び前記逆レイリーステップ機構は前記圧力開放溝を挟んで円周方向に平行して対をなすように複数設けられるとともに、上流側の前記出口部と隣接する下流側の前記入口部との間にも前記レイリーステップが設けられ、また、隣接する前記出口部の間にわたって前記逆レイリーステップ機構が延設されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の摺動部品。