JPWO2020130087A1 - 摺動部品 - Google Patents

Abstract

摺動面の潤滑性を十分に確保しながら、流体膜を安定して保持できる大きさの溝未加工部を確保できる摺動部品を提供する。回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品６の摺動面Ｓには、摺動面Ｓの径方向の一方端縁に開放する始点２１を備え、周方向に延びながら摺動面Ｓ内で閉塞する終点２２を備える複数の動圧発生溝Ｇにより構成される動圧発生溝群２０が周方向に複数群設けられており、動圧発生溝群２０の両端に位置する動圧発生溝Ｇ１，１７に比べて、これら両端に位置する動圧発生溝の間に内設された動圧発生溝Ｇ２〜１６が周方向に長く形成されている。

Description

本発明は、相対回転する摺動部品に関し、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封する軸封装置に用いられる摺動部品、または自動車、一般産業機械、あるいはその他の軸受分野の回転機械の軸受に用いられる摺動部品に関する。

従来、ポンプやタービン等の回転機械の回転軸を軸封し、被密封流体の漏れを防止する軸封装置には、相対的に回転し、かつ平面上の端面同士が摺動するように構成された２部品からなるもの、例えばメカニカルシールがある。メカニカルシールは、ハウジングに固定される摺動部品としての固定密封環と、回転軸に固定され回転軸とともに回転する摺動部品としての回転密封環と備え、これらの摺動面を相対回転させることにより、ハウジングと回転軸との間の隙間を軸封している。

このようなメカニカルシールは、密封性を長期的に維持させるためには、「密封」と「潤滑」という機能を同時に達成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。

例えば、低摩擦化の手法として、特許文献１のように摺動面に複数の動圧発生溝を形成したものがある。複数の動圧発生溝は回転密封環の径方向の一方端縁に始点となる一方端が開放し、他端側の先端部が摺動面内に位置している。これによれば、２つの摺動部品同士の相対回転により、動圧発生溝の始点となる一方端から流体（ここでは被密封流体）が動圧発生溝内に引き込まれ、先端部にて動圧を発生させる。このようにすることで、摺動面間に流体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なり、摺動部品同士の低摩擦化が可能になっている。なお、動圧発生溝は他端側の先端部が回転密封環の径方向の他方端縁に開放しない形状であるため、被密封流体の漏出は防止されている。

特開平８−８９４８９号公報（第３頁、第４図）

このような摺動部品にあっては、被密封流体を十分に引き込むためには相当数の動圧発生溝を形成する必要がある。特許文献１の動圧発生溝は、摺動面の周方向に等配で配置されていることから、被密封流体を周方向に均一に引き込み、摺動面間に動圧を発生させることができる一方で、動圧発生溝同士の間にはランド部が摺動面の周方向に点在することになり、それぞれのランド部が流体膜を十分に保持できる大きさに形成できず、流体膜の形状と厚みが安定せず、流体潤滑状態を十分に発揮・維持できない虞があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、摺動面の潤滑性を十分に確保しながら、流体膜を安定して保持できる大きさの溝未加工部を確保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、
回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品であって、
前記摺動部品の摺動面には、前記摺動面の径方向の一方端縁に開放する始点を備え、周方向に延びながら前記摺動面内で閉塞する終点を備える複数の動圧発生溝により構成される動圧発生溝群が周方向に複数群設けられており、
前記動圧発生溝群の両端に位置する動圧発生溝に比べて、これら両端に位置する動圧発生溝の間に内設された動圧発生溝が周方向に長く形成されている。
これによれば、動圧発生溝を複数毎に動圧発生溝群としてまとめ、動圧発生溝群の両端に位置する動圧発生溝に比べて、これら両端に位置する動圧発生溝の間に内設された動圧発生溝、すなわち中央部の動圧発生溝が周方向に長く形成されているため、動圧発生溝が周方向に偏在させられることとなり、動圧発生溝の数を十分に確保しながら動圧発生溝群同士の間に溝未加工部を確保できる。加えて、中央部の周方向に長い動圧発生溝が深く流体を引き込むことができるため、側部の動圧発生溝は周方向に短くても摺動面に十分動圧を発生させて摺動面間に流体が供給された状態で潤滑させることができる。そのため、摺動面に必要な潤滑性を確保しながら、側部で隣り合う動圧発生溝群の動圧発生溝同士を十分に離間させ、これら動圧発生溝群同士の間に流体膜を安定して保持できる大きさの溝未加工部を確保することができる。

好適には、複数の前記動圧発生溝は、前記摺動面の径方向の他方端縁側に向けて湾曲して形成されている。
これによれば、動圧発生溝の周方向の長さを十分に確保することができる。

好適には、前記動圧発生溝群の両端に位置する動圧発生溝の間に内設された動圧発生溝は、両端に位置する動圧発生溝に比べて径方向の他方端縁側まで延びるように形成されている。
これによれば、両端に位置する動圧発生溝の間に内設された動圧発生溝が径方向に深い位置まで流体を引き込むことができるため、両端に位置する動圧発生溝を径方向に短くして流体膜を安定して保持できる大きさの溝未加工部を確保しながらも、摺動面を径方向に渡って十分に潤滑させることができる。

好適には、前記動圧発生溝群を構成する複数の動圧発生溝同士の間のランド部と、前記動圧発生溝群を構成する側端に位置する動圧発生溝同士の間の溝未加工部とが面一に形成されている。
これによれば、中央部の動圧発生溝に引き込まれた流体が、側部の動圧発生溝を伝って摺動面の径方向の一方端縁側へ漏れることを防止でき、中央部の動圧発生溝の終点側で効果的に動圧を発生させることができる。

好適には、前記動圧発生溝群の側部に位置する動圧発生溝は、中央部に位置する動圧発生溝から離れるにつれて、該動圧発生溝の終点が中央部に位置する動圧発生溝の終点から径方向において連続的に離れるとともに、それらの延在する長さが漸次短くなるように形成されている。
これによれば、中央部に位置する動圧発生溝を頂点として、動圧発生溝群の終点が緩やかな山形を成し、動圧発生溝群の側部に位置する動圧発生溝より径方向の他端縁側に連続したランド部を大きく確保することができる。

好適には、前記動圧発生溝群を構成する動圧発生溝の終点は、該動圧発生溝群の周方向の一方側に偏在している。
これによれば、動圧発生溝群の周方向の一方側に動圧発生溝の終点が偏在することで、動圧発生溝群の周方向の一方側に溝未加工部を大きく確保でき、かつこの溝未加工部に対して流体を効率よく供給することができる。

好適には、前記動圧発生溝群は、前記摺動面の中点を対称点とした点対称に配置されている。
これによれば、摺動面の周方向に均一に動圧を発生させ、流体膜を溝未加工部に安定して保持させることができる。

好適には、前記動圧発生溝群の中央部に位置する動圧発生溝は、側部に位置する動圧発生溝に比べて始点が深く形成されている。
これによれば、中央部の長い動圧発生溝に潤滑流体を十分に引き込ませ、終点にて確実に動圧を発生させることができる。

好適には、複数の前記動圧発生溝は、始点から終点に向けて深さが徐々に浅くなるように形成されている。
これによれば、動圧発生溝の深さが変化することで幅広い範囲の回転速度に対応できロバスト性が向上する。

本発明の実施例１における摺動部品を備えるメカニカルシールが使用される回転機械の構造を示す断面図である。 メカニカルシールの固定密封環を摺動面側から見た図である。 固定密封環の摺動面における動圧発生溝の深さを色の濃淡で示す図である。 本発明の実施例２における固定密封環を摺動面側から見た図である。 変形例１における固定密封環を摺動面側から見た図である。 変形例２における固定密封環を摺動面側から見た図である。 変形例３における固定密封環を摺動面側から見た図である。 変形例４における固定密封環を摺動面側から見た図である。 変形例５における固定密封環を摺動面側から見た図である。 変形例６における固定密封環を摺動面側から見た図である。 変形例７における固定密封環を摺動面側から見た図である。

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。

実施例１に係る摺動部品につき、図１から図３を参照して説明する。

本実施例における摺動部品は、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封する軸封装置であるメカニカルシールを構成する回転密封環３と固定密封環６である。

図１に示されるように、メカニカルシールは、摺動面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って、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円環状の回転密封環３と、回転機械のハウジング４に固定されたシールカバー５に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた円環状の固定密封環６とが、この固定密封環６を軸方向に付勢する付勢手段７によって、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、回転密封環３と固定密封環６との互いの摺動面Ｓにおいて、摺動面Ｓの外周の被密封流体が内周側へ流出するのを防止するものである。本実施例において、被密封流体は大気やドライガス等の気体である。

回転密封環３及び固定密封環６は、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、摺動材料にはメカニカルシール用摺動材料として使用されているものは適用可能である。ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボンなどを焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ−ＴｉＣ、ＳｉＣ−ＴｉＮなどがあり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン、などが利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料なども適用できる。

図２に示されるように、固定密封環６の摺動面Ｓには、周方向に沿って配置され互いに周方向に分離された複数の動圧発生溝Ｇが形成されている。動圧発生溝Ｇは、周方向に全部で３４本形成され、所定の数（ここでは１７本）が周方向に同じ離間幅で並んでおり、これら１７本を一纏めとして構成される動圧発生溝群２０が周方向に点対称に所定の離間幅で２つ形成されている。動圧発生溝群２０とは、摺動面Ｓに周方向に同じパターンで複数構成されるものを指す。

次いで、動圧発生溝Ｇについて、動圧発生溝群２０を構成する１７本の動圧発生溝Ｇのうち、後端から６番目の動圧発生溝Ｇ６を例に取り説明する。動圧発生溝Ｇは、外周縁側に開放され、この外周縁に開放する始点２１と、周方向かつ内径方向に延びながら摺動面Ｓ内で閉塞する終点２２を備えて構成されている。詳しくは、動圧発生溝Ｇは周方向に延びる成分と径方向に延びる成分とからなる湾曲形状であり、このうち周方向に延びる成分が大きく形成されている。動圧発生溝Ｇは、鏡面加工された摺動面Ｓに、レーザ加工やサンドブラスト等による微細加工を施すことにより形成することができる。

動圧発生溝Ｇ６は摺動面Ｓの外周縁側に向けて凸となる湾曲した形状に形成されている。なお、一つの動圧発生溝群２０内の各動圧発生溝Ｇは曲率中心が同じ仮想の円周上に沿う同曲率に形成されている。また、動圧発生溝Ｇ６は、終点２２側の先端部２３を除いて動圧発生溝Ｇ６を構成する側壁２４と側壁２５が等間隔となるよう、略同一の幅で形成されており、終点２２側では、側壁２４と側壁２５に交差する境界２６が周方向に沿うように配置されて先端部２３が形成され、先端部２３は摺動方向に沿って終点２２に向けて幅が漸次窄まるように鋭角に形成されている。なお、各動圧発生溝Ｇに設定された深さによっては、先端部２３を構成する境界２６は、深さを有する壁である場合と、後述するランド部４０との境界線である場合がある。

また、動圧発生溝群２０は、摺動面Ｓの中点を対称点とした点対称に２等配で形成されている。動圧発生溝群２０は、周方向に等間隔で配置された１７本の動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ１７にて構成されている。また、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇのうち、動圧発生溝群２０の中央部に位置する動圧発生溝Ｇは、側部に位置する動圧発生溝Ｇに比べて周方向に長く形成されている。例えば、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０は、側部に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７に比べて長く形成されている。本実施例では、動圧発生溝群２０の中央部に位置する後端から９番目の動圧発生溝Ｇ９は周方向に最も長く形成されている。

２つの動圧発生溝群２０同士の間と、動圧発生溝群２０の内径側は、動圧発生溝Ｇが形成されていない平坦面をなすランド部４０となっている。また、動圧発生溝Ｇ同士の間も、周方向や径方向の幅が小さいものの、動圧発生溝Ｇが形成されていない平坦面をなすランド部３０となっている。また、ランド部３０とランド部４０とは同一面をなしている。

また、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０は、側部に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７に比べて径方向の内周縁側に長く形成されている。詳しくは、動圧発生溝群２０の側部に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７の終点２２は、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０から離れるにつれて、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０の終点２２から連続的に径方向の位置が離れる、すなわち径方向に浅く、かつその周方向の長さが漸次短くなるように形成されている。中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０は、始点２１から終点２２までが摺動面Ｓの周方向に４５度以上に亘って形成されている。特に、動圧を確実に発生させるためには、動圧発生溝Ｇのうち最も長手方向の長いものは、始点２１から終点２２までが摺動面Ｓの周方向に４５度以上に亘って形成されることが好ましい。

また、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇの終点２２は、動圧発生溝群２０の先端側２０Ａに偏在している。詳しくは、最も周方向に長い動圧発生溝Ｇ９の終点は動圧発生溝群２０の全体形状を捉えた場合の先端側２０Ａすなわち動圧発生溝群２０のうち回転密封環３の回転方向と同じ側に位置し、動圧発生溝Ｇ９より先端側に位置する動圧発生溝Ｇ１０〜Ｇ１７は、その終点が摺動面Ｓの半径上に近接して存在している。対して、動圧発生溝Ｇ９より後端側に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ８は、その終点は摺動面Ｓの周方向において長い範囲に点在している。このように、動圧発生溝Ｇにより構成される動圧発生溝群２０の先端側２０Ａは、径方向に広い面積に配置され後端側２０Ｂに向かうにつれて径方向に狭い面積かつ後端側２０Ｂが周方向を基準に外径側に偏って配置される形状、いわゆるカンマ文字形状をなしている。なお、実施例１においては、動圧発生溝群２０の各動圧発生溝Ｇの周方向の長さは、それぞれの動圧発生溝Ｇの長手方向の長さと比例する関係にある。

また、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、動圧発生溝Ｇの深さは、始点２１から終点２２に向けて漸次浅くなるように形成されている。図３（ａ）では、色の濃淡で深さを表現しており、色が濃い部分が深く、色が浅い部分が浅いことを示している。図３（ｂ）の断面図において、符号２７は、動圧発生溝Ｇの底面を示している。

そのため、動圧発生溝Ｇとこれに対向する回転密封環３の摺動面との間のスペースは、被密封流体側から溝内に引き込まれた被密封流体の進路にて、径方向の内側に進むにしたがい狭くなり、被密封流体の流れが絞られることになる。被密封流体が徐々に絞られることで、回転密封環３と固定密封環６とを互いに引き離すように作用する動圧が発生される。これにより、回転密封環３と固定密封環６の摺動面Ｓの間に被密封流体による流体膜が形成されやすくなり、摺動特性が向上される。

また、動圧発生溝群２０の中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０は、側部に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７に比べて始点が深く形成されている。

以上説明したように、動圧発生溝Ｇを複数毎に動圧発生溝群２０としてまとめ、周方向に偏在させることで動圧発生溝Ｇの数を十分に確保しながら動圧発生溝群２０同士の間にランド部４０を確保できる。加えて、中央部の周方向に長い動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０が深く潤滑流体を引き込むことができるため、側部の動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７を周方向に短くしても摺動面Ｓを十分に潤滑させることができる。そのため、摺動面Ｓに必要な潤滑性を確保しながら、側部で隣り合う動圧発生溝群２０の動圧発生溝Ｇ１とＧ１７同士を十分に離間させ、これら動圧発生溝群２０同士の間に流体膜を安定して保持できる大きさのランド部を確保することができる。

また、動圧発生溝Ｇは湾曲した形状に形成されているため、動圧発生溝Ｇはその周方向の長さに対して全体の長さを確保することができ、効果的に動圧を発生させることができる。さらに、動圧発生溝Ｇの先端部２３は摺動方向に沿って終点２２に向けて幅が漸次窄まるように鋭角に形成されているため、動圧発生溝Ｇとこれに対向する回転密封環３の摺動面との間のスペースが終点２２に進むにしたがい狭くなり、被密封流体の流れが絞られて効果的に動圧が発生される。

動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇのうち、動圧発生溝群２０の側部に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７の終点２２は、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０から離れるにつれて、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０の終点２２から連続的に径方向の位置が離れる、すなわち径方向に浅く、かつその周方向の長さが漸次短くなるように形成されている。これによれば、中央部の動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０が径方向に深く被密封流体を引き込むことができるため、側部の動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７を中央部の動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０と比べて径方向に浅く形成して、流体膜を安定して保持できる大きさのランド部４０を確保しながらも、摺動面Ｓを径方向に渡って十分に潤滑させることができる。

また、動圧発生溝群２０の側部に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７の終点２２は、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０から離れるにつれて、これら動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７の終点２２が、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０の終点２２から径方向において連続的に離れるように形成されている。これによれば、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０を頂点として、動圧発生溝群２０の終点２２を結ぶ曲線が緩やかな山形を成し、動圧発生溝群２０の側部に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７より内径縁側に、連続したランド部４０を大きく確保することができる。なお、動圧発生溝群２０の終点２２を結ぶ曲線のｓｉｎ波形は１４．２度である。

また、動圧発生溝Ｇ９より先端側に位置する動圧発生溝Ｇ１０〜Ｇ１７は、その終点が動圧発生溝群２０の先端側において、摺動面Ｓの中心に対する直角線上に近接して存在しており、動圧発生溝Ｇ９より後端側に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ８は、その終点は摺動面Ｓの周方向において長い範囲に点在している。これによれば、動圧発生溝群２０は先端側に丸みを有し、後端側に先細りした、いわゆるカンマ文字形状となり、動圧発生溝群２０同士の間にランド部４０を大きく確保できる。加えて、動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ８の終点が偏在することで、ランド部４０に対して流体を効率よく供給することができる。

また、動圧発生溝群２０の中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０は、側部に位置する動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７に比べて始点が深く形成されており、中央部の長い動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０に潤滑流体を十分に引き込ませ、終点２２にて確実に動圧を発生させることができる。

また、動圧発生溝群２０を構成する複数の動圧発生溝Ｇ同士の間のランド部３０と、２つの動圧発生溝群２０同士の間と動圧発生溝群２０の内径側に連なるランド部４０とが面一に形成されている。これによれば、中央部の動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０に引き込まれた流体が側部の動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ７，Ｇ１１〜Ｇ１７を伝って摺動面Ｓの内径縁側へ漏れ出ることを防止でき、中央部の動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０の終点２２側で効果的に動圧を発生させることができる。加えて、複数の動圧発生溝Ｇのそれぞれの内部同士を始点から終点にかけて互いに影響し合わないように独立させることができるため、それぞれの動圧発生溝Ｇに異なる長さや深さ及び終点２２の径方向における位置を設定して、それぞれの特性を発揮させることができる。

また、動圧発生溝群２０は、最も周方向に長い動圧発生溝Ｇ９が最も始点が深く、終点が最も浅く形成されており、この動圧発生溝Ｇ９を頂点として、これを挟んで配置される動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ８，Ｇ１０〜Ｇ１７は、漸次始点が浅く、終点が深くなるように形成されている。これによれば、動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ１７の深さによる特性がそれぞれことなり、さらに漸次変化するため、回転機械の幅広い範囲の回転速度に対応でき、ロバスト性が向上する。

次に、実施例２に係るメカニカルシールにつき、図４を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

２つの動圧発生溝群２０同士の間と動圧発生溝群２０の内径側に連なるランド部４０には、潤滑性の向上等の機能を有する構造を追加することができる。例えば、図４に示されるように、動圧発生溝群２０，動圧発生溝群２０が形成されていない溝未加工部すなわち実施例１のランド部４０に相当する領域に他の溝３５を追加してもよい。

他の溝３５は、内径縁側に始点３８と終点３９がともに開放する補助用流体循環溝３６と、補助用流体循環溝３６に連通するレイリーステップからなる補助用動圧発生溝３７とを備えて構成されている。他の溝３５では、補助用流体循環溝３６に始点３８から回転密封環３の内周縁側に満たされた冷却液等の被密封流体が入り込み、回転密封環３の回転に伴い終点３９から排出される循環が行われ、回転密封環３の摺動面Ｓと固定密封環６の摺動面との間が潤滑される。また、補助用流体循環溝３６に入り込んだ流体の一部は、補助用動圧発生溝３７に流れ込み、補助用動圧発生溝３７の終点４１にて動圧を発生させる。

このように、２つの動圧発生溝群２０同士の間と動圧発生溝群２０の内径側に連なる大きな溝未加工部を確保できることにより、この溝未加工部に回転密封環３の摺動面Ｓと固定密封環６の摺動面との潤滑性を向上させる構造を追加することができる。また、補助用流体循環溝３６で回転密封環３の内周縁側の被密封流体が循環されることで、回転密封環３の摺動面Ｓと固定密封環６の摺動面との間のコンタミを除去する効果も奏する。

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い。

例えば、前記実施例において動圧発生溝群２０は、摺動面Ｓに２つ点対称に設けられているが、これに限らず、例えば図５の変形例１のような周方向に３等配される構成、図６の変形例２のような周方向に４等配される構成であってもよい。また、これらの動圧発生溝群を構成する動圧発生溝Ｇの数は任意であり、設計的に計算され、最適な数とされるものである。なお、動圧発生溝群２０は、その周方向の両端の動圧発生溝Ｇ（図６ではＧ１，Ｇ９）と隣接する動圧発生溝群２０の両端の動圧発生溝Ｇとの周方向の離間幅は、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇ同士の離間幅と同じでもよく、その離間幅は限定されない。つまり、図６における動圧発生溝群２０は、Ｇ１からＧ９までの９本で構成されている。

また、前記実施例における摺動部品である固定密封環６を有するメカニカルシールは、インサイド型を例に説明したが、摺動面Ｓの内周から外周方向へ向かって漏れようとする流体をシールする形式であるアウトサイド型に適用されてもよい。この場合、図７に示される変形例３のように、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇは、始点２１が摺動面Ｓの内周縁側に開放し、摺動面Ｓ内で閉塞する終点２２にて内周縁側の被密封流体による動圧が発生し、流体潤滑とする構成となる。また、この構成である場合、２つの動圧発生溝群２０同士の間と動圧発生溝群２０の外径側に連なって大きなランド部４０が確保される。

また、図８に示される変形例４では、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇは、周方向の端部Ｇ１からＧ５までの５本と、Ｇ６からＧ１０までの５本とが線対称になるように、周方向において互いに離間する方向に終点が位置している。また、２つの動圧発生溝群２０同士の間と動圧発生溝群２０の内径側に連なるランド部４０には、他の溝として、内径縁側に始点と終点がともに開放する線対称形状の補助用流体循環溝１３６が設けられている。これによれば、両方向の摺動方向に対応でき、かつ上述した動圧発生溝群２０同士の間に流体膜を安定して保持できる大きさの溝未加工部を確保することができる効果を奏する。尚、動圧発生溝Ｇ１からＧ５までの同方向に形成されるサブ溝群と動圧発生溝Ｇ６からＧ１０までの同方向に形成されるサブ溝群とを合わせたものを動圧発生溝群として定義する場合に限らず、２つのサブ溝群をそれぞれ別の動圧発生溝群として定義してもよい。

また、図９に示される変形例５のように、ランド部４０に設けられる他の溝１３５を、補助用流体循環溝１３６と、この補助用流体循環溝１３６の内側に設けられる線対称形状の補助用動圧発生溝１３７と、内径縁側に開放する始点を有して補助用動圧発生溝１３７に連通する導入溝１３８とを備えて構成してもよい。これによれば、補助用動圧発生溝１３７により潤滑性を向上させることができる。

また、図１０に示される変形例６では、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇは、周方向の端部Ｇ１からＧ１０までの１０本と、Ｇ１１からＧ２０までの１０本とが線対称になるように、周方向において互いに離間する方向に終点が位置している。また、動圧発生溝群２０の周方向における範囲内にて動圧発生溝群２０の内径側に連なるランド部４０には、他の溝として、線対称形状の補助用動圧発生溝１３９と、径方向に延び内径縁側に開放する始点を有して補助用動圧発生溝１３９に連通する導入溝１４０とが設けられている。これによれば、両方向の摺動方向に対応でき、かつ補助用動圧発生溝１３９により潤滑性を向上させることができる。

また、図１１に示される変形例７は、摺動面Ｓの内周から外周方向へ向かって漏れようとする流体をシールする形式であるアウトサイド型であり、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇは、周方向の端部Ｇ１からＧ５までの５本と、Ｇ６からＧ１０までの１０本とが線対称になるように、周方向において互いに離間する方向に終点が位置している。また、動圧発生溝群２０の周方向における範囲内にて動圧発生溝群２０の外径側に連なるランド部４０には、他の溝として、線対称形状の補助用動圧発生溝１４１と、径方向に延び外径縁側に開放する始点を有して補助用動圧発生溝１４１に連通する導入溝１４２と、ランド部４０の動圧発生溝群２０と補助用動圧発生溝１４１との径方向の間にて内径縁側に始点と終点がともに開放する線対称形状の補助用流体循環溝１４３とが設けられ、両方向の摺動方向に対応できるとともに、これら補助用動圧発生溝１４１と補助用流体循環溝１４３により潤滑性を向上させることができる。

また、前記実施例では、動圧発生溝Ｇ及び動圧発生溝群２０は、固定密封環６の摺動面Ｓに形成されるものとして説明したが、これに限らず、回転密封環３の摺動面に形成されてもよい。

また、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇ同士の間のランド部３０と、２つの動圧発生溝群２０同士の間と動圧発生溝群２０の内径（外径）側に連なるランド部４０とは、面一でなくてよい。例えば、動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇ同士の間のランド部３０をランド部４０より低く形成して動圧発生溝群２０を構成する動圧発生溝Ｇ同士の間で流体を移動し易くし、動圧発生溝群２０の先端側にて発生する動圧を径方向に均一に近づけることができる。

また、動圧発生溝Ｇは湾曲形状に限らず、例えば周方向と径方向に向けて傾斜する直線形状であってもよいし、直線が屈曲した形状もよい。

また、前記実施例において、周方向に長い動圧発生溝として、中央部に位置する動圧発生溝Ｇ８〜Ｇ１０を挙げて例示したが、両側端の動圧発生溝Ｇ１，Ｇ１７を側部に位置する動圧発生溝とした場合、中央部に位置する動圧発生溝は動圧発生溝Ｇ２〜Ｇ１６であるし、反対に動圧発生溝Ｇ９を中央部に位置する動圧発生溝とした場合には、側部に位置する動圧発生溝は、動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ８，Ｇ１０〜Ｇ１７となる。つまり、中央部に位置する動圧発生溝と側部に位置する動圧発生溝とは、相対的な周方向の長さの差から定義、解釈できるものである。

また、前記実施例では、動圧発生溝群２０の中央部に位置する動圧発生溝Ｇは、側部に位置する動圧発生溝Ｇに比べて周方向に長く形成されていると説明したが、動圧発生溝Ｇは周方向に延びる成分と径方向に延びる成分とからなるため、動圧発生溝群２０の中央部に位置する動圧発生溝Ｇは、側部に位置する動圧発生溝Ｇに比べてその長手方向の全長が長く形成されていると言い換えることができる。

また、中央部において複数の動圧発生溝を最も長く形成してもよいし、側部に位置する複数の動圧発生溝の中に同じ長さのものがあってもよい。

また、動圧発生溝群２０を構成する複数の動圧発生溝Ｇの周方向の成分と径方向の成分とからなる入射角はそれぞれ異なっていてもよい。この場合、周方向に最も長いものでない動圧発生溝Ｇが内周縁に最も近くに終点２２を備える構成であってよい。

また、動圧発生溝群２０を構成する複数の動圧発生溝Ｇの幅は、先端部２３を除いて同幅に形成される構成に限らず、例えば始点２１から終点２２に向けて漸次幅狭になる形状としてもよいし、複数の動圧発生溝Ｇ同士の幅がそれぞれ異なっていてもよい。

また、溝未加工部に設けられる機能構造としては、上記した他の溝３５の構成に限らず、例えば内周または外周から取り込んだ流体を一時的に貯留するための溝やディンプルなどであってよい。

また、動圧発生溝Ｇが摺動面Ｓに形成された回転密封環３または固定密封環６の一方と相対的に摺動する回転密封環３または固定密封環６の他方の摺動面Ｓには、溝がなく平坦でもよいし、同様の動圧発生溝群２０が形成されていてもよいし、例えば上記したような他の溝のような機能構造が形成されていてもよい。

また、前記実施例における摺動部品はメカニカルシールを構成する場合を例に説明したが、これに限らず、例えばスラスト軸受に用いることができる。

１ 回転軸
２ スリーブ
３ 回転密封環
４ ハウジング
５ シールカバー
６ 固定密封環
７ 付勢手段
２０ 動圧発生溝群
２１ 始点
２２ 終点
２３ 先端部
３０，４０ ランド部
３５ 他の溝
３６ 補助用流体循環溝
３７ 補助用動圧発生溝
Ｇ（Ｇ１〜１７） 動圧発生溝
Ｓ 摺動面

Claims (9)

1. 回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品であって、
   前記摺動部品の摺動面には、前記摺動面の径方向の一方端縁に開放する始点を備え、周方向に延びながら前記摺動面内で閉塞する終点を備える複数の動圧発生溝により構成される動圧発生溝群が周方向に複数群設けられており、
   前記動圧発生溝群の両端に位置する動圧発生溝に比べて、これら両端に位置する動圧発生溝の間に内設された動圧発生溝が周方向に長く形成されている摺動部品。
2. 複数の前記動圧発生溝は、前記摺動面の径方向の他方端縁側に向けて湾曲して形成されている請求項１に記載の摺動部品。
3. 前記動圧発生溝群の両端に位置する動圧発生溝の間に内設された動圧発生溝は、両端に位置する動圧発生溝に比べて径方向の他方端縁側まで延びるように形成されている請求項１または２に記載の摺動部品。
4. 前記動圧発生溝群を構成する複数の動圧発生溝同士の間のランド部と、前記動圧発生溝群を構成する側端に位置する動圧発生溝同士の間の溝未加工部とが面一に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部品。
5. 前記動圧発生溝群の側部に位置する動圧発生溝は、中央部に位置する動圧発生溝から離れるにつれて、該動圧発生溝の終点が中央部に位置する動圧発生溝の終点から径方向において連続的に離れるとともに、その周方向の長さが漸次短くなるように形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
6. 前記動圧発生溝群を構成する動圧発生溝の終点は、該動圧発生溝群の周方向の一方側に偏在している請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
7. 前記動圧発生溝群は、前記摺動面の中点を対称点とした点対称に配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。
8. 前記動圧発生溝群の中央部に位置する動圧発生溝は、側部に位置する動圧発生溝に比べて始点が深く形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の摺動部品。
9. 複数の前記動圧発生溝は、始点から終点に向けて深さが浅くなるように形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の摺動部品。

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