KR102346413B1

KR102346413B1 - 슬라이딩 부품

Info

Publication number: KR102346413B1
Application number: KR1020197033294A
Authority: KR
Inventors: 타다츠구 이무라; 아야노 타니시마; 히데유키 이노우에; 유이치로 토쿠나가; 타케시 호소에; 유타 네기시; 유키 마에타니
Original assignee: 이구루코교 가부시기가이샤
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2022-01-03
Also published as: EP3627010A4; JP7275028B2; EP3627010A1; CN110621923A; WO2018212143A1; KR20190132528A; US11248707B2; CN110621923B; EP3627010B1; US20210054934A1; JPWO2018212143A1

Abstract

(과제)
윤활성의 향상 및 밀봉성의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공한다.
(해결 수단)
서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면을 가지는 한 쌍의 슬라이딩 부품으로서, 적어도 일방측의 슬라이딩면(S)은 복수의 딤플(10)이 랜덤으로 배열설치된 랜덤 딤플군(11)을 구비하고, 랜덤 딤플군(11)은 일방측의 슬라이딩면(S)의 둘레 방향으로 치우쳐서 배열설치된다.

Description

슬라이딩 부품

본 발명은 예를 들면 메커니컬 시일, 미끄럼 베어링, 그 밖에 슬라이딩부에 적합한 슬라이딩 부품에 관한 것이다. 특히, 슬라이딩면에 유체를 개재시켜 마찰을 저감시킴과 아울러, 슬라이딩면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지할 필요가 있는 밀봉환 또는 베어링 등의 슬라이딩 부품에 관한 것이다.

슬라이딩 부품의 일례인 메커니컬 시일에 있어서, 밀봉성을 유지하면서, 회전 중의 슬라이딩 마찰을 극한까지 낮추는 것이 요구되고 있다. 저마찰화의 수법으로서는 슬라이딩면에 다양한 텍스처링을 시행함으로써, 이들의 실현을 도모하고자 하고 있으며, 예를 들면, 텍스처링의 하나로서 슬라이딩면에 딤플을 배열한 것이 알려져 있다.

종래, 슬라이딩면에 딤플을 설치하는 경우, 복수의 딤플을 정렬로 배치하는 것이 일반적이다. 예를 들면, 일본 특개 2003-343741호 공보(이하, 「특허문헌 1」이라고 한다.)에 기재된 발명은 슬라이딩면의 마찰계수를 저감함과 아울러, 시일 능력을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 슬라이딩면에 경계 기준선(X)을 경계로 외주측과 내주측이 경사 방향을 상이하게 하는 복수의 가늘고 긴 딤플을 규칙적으로 정렬시켜 설치하고, 외주측의 딤플의 회전 방향 선단을 외주측을 향하여 경사시킴과 아울러, 내주측의 딤플의 회전 방향 선단을 내주측을 향하여 경사시키도록 한 것이다.

또, 종래, 윤활성의 향상을 위해, 복수의 딤플을 랜덤으로 배치하는 것도 알려져 있다. 예를 들면, 일본 특개 2001-221179호 공보(이하, 「특허문헌 2」라고 한다.)에 기재된 발명은 로터리 압축기의 실린더의 내벽과 슬라이딩하는 베인의 선단면 및 양측 단면에 복수개의 딤플을 랜덤 배열한 것이다.

일본 특개 2003-343741호 공보 일본 특개 2001-221179호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 발명은 딤플을 정렬 배치하고 있는 점에서, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 흡입 효과 및 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유입 효과가 적기 때문에, 외주측의 딤플의 회전 방향 선단을 외주측을 향하여 경사시킴과 아울러, 내주측의 딤플의 회전 방향 선단을 내주측을 향하여 경사시킨다는 복잡한 구성을 취할 필요가 있고, 또, 슬라이딩면의 직경 방향의 중심부에 유체가 집중되기 때문에 슬라이딩면 전체를 균일하게 윤활시킬 수 없다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 2에 기재된 발명은 윤활성의 향상을 위해, 복수의 딤플을 랜덤으로 배치한 것에 지나지 않고, 딤플의 배치가 어떻게 윤활 성능에 영향을 주고 있는지 불명료하다는 문제도 있었다.

본 발명은 복수의 딤플을 랜덤 배치하는 경우에 있어서, 딤플 배치와 윤활 성능과의 관계를 분명하게 하여, 윤활성 및 밀봉성을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본원발명의 발명자는 슬라이딩면에 복수 딤플을 랜덤으로 배치한 슬라이딩 부품에 있어서, 라틴 초방격법에 의한 실험 계획을 사용한 200케이스의 배치 조건의 수치 실험을 행한 결과, 딤플의 배치와 윤활 특성과의 사이에는 이하의 관계가 있다는 지견을 얻었다.

상대 슬라이딩하는 슬라이딩면의 토크는 딤플군을 구성하는 딤플의 각도 방향 표준편차(σ_θ)와 상관이 있는 것도 판명되었다(스피어만 순위상관계수 0.595). 도 2에 나타내는 바와 같이, 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 1보다 작고, 보다 바람직하게는 0.8보다 작아지면, 슬라이딩면의 외주측(피밀봉 유체측)으로부터 슬라이딩면으로의 유입 특성을 향상시켜, 두꺼운 액막에 의해 큰 토크가 발생하기 어려워진다. 여기서, 각도 방향 표준편차(σ_θ)는 랜덤 딤플군을 구성하는 딤플의 각도 방향 좌표의 표준편차를, 정렬 딤플군을 구성하는 딤플의 각도 방향 좌표의 표준편차에 의해 정규화한 것으로, 딤플군의 각도 방향의 분산 정도를 나타내는 것이다.

본 발명의 슬라이딩 부품은 상기 지견을 이용하여 상기 과제를 해결하는 것이다.

본 발명의 슬라이딩 부품은

서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면을 가지는 한 쌍의 슬라이딩 부품으로서,

적어도 일방측의 슬라이딩면은 복수의 딤플이 랜덤으로 배열설치된 랜덤 딤플군을 구비하고,

상기 랜덤 딤플군은 상기 일방측의 상기 슬라이딩면의 둘레 방향으로 치우쳐서 배열설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 상기 지견을 이용하여 랜덤 딤플군은 슬라이딩면의 둘레 방향으로 치우쳐서 배열설치됨으로써 유체 윤활 효과를 향상시키고, 랜덤 딤플군이 가지는 유체 윤활 효과를 상승적으로 증대시켜, 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다. 여기서, 유체 윤활 효과는 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면에 유체를 유입시켜, 두꺼운 액막을 형성시킴으로써 윤활성을 향상시키는 효과이다.

본 발명의 슬라이딩 부품은

상기 랜덤 딤플군은 상기 복수의 딤플이 상기 슬라이딩면의 내주부로부터 외주부에 걸쳐 배열설치되는 띠형상체인 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 슬라이딩면의 둘레 방향으로 치우친 띠형상체의 랜덤 딤플군으로 함으로써, 유체 윤활 효과를 향상시키고, 랜덤 딤플군이 가지는 유체 윤활 효과를 상승적으로 증대시켜, 밀봉성 및 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.

본 발명의 슬라이딩 부품은

상기 랜덤 딤플군의 각도 방향 표준편차가 1 미만인 것을 특징으로 하고 있다.

또, 상기 랜덤 딤플군의 각도 방향 표준편차가 0.8 미만이 되도록 상기 딤플이 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 랜덤 딤플군의 각도 방향 표준편차를 이용하여, 윤활성이 우수한 랜덤 딤플군의 딤플 배치를 결정할 수 있다.

본 발명의 슬라이딩 부품은

상기 랜덤 딤플군을 상기 슬라이딩면의 둘레 방향으로 분리하는 적어도 하나의 랜드부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 랜덤 딤플군을 둘레 방향으로 흐른 유체는 랜드부에 막혀, 더욱 두꺼운 유체 피막을 얻을 수 있고, 슬라이딩면의 면 거칠음을 막아 밀봉성의 신뢰성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.

상기 랜드부는 상기 슬라이딩면의 내주부로부터 외주부에 걸쳐 또한 상기 랜덤 딤플군의 둘레 방향 폭보다 좁은 둘레 방향 폭을 가지는 평탄면인 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 다양한 각도 방향 표준편차를 가지는 랜덤 딤플군을 랜드부에 의해 분리함으로써, 두꺼운 유체 피막을 형성함과 아울러, 다양한 회전수, 온도(점도)에 적응시킨 슬라이딩 부품으로 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 설명도이며, 슬라이딩 부품의 슬라이딩 토크와 각도 방향 표준편차(σ_θ)와의 상관을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 W-W 화살표에서 본 도면이며, 본 발명의 실시예 1에 따른 랜덤 딤플군을 구비하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 나타내는 것으로, 각도 방향 표준편차(σ_θ)=0.776인 경우를 나타낸다.
도 4는 도 1의 W-W 화살표에서 본 도면이며, 본 발명의 실시예 1에 따른 랜덤 딤플군을 구비하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 나타내는 것으로, 각도 방향 표준편차(σ_θ)=0.896인 경우를 나타낸다.
도 5는 도 1의 W-W 화살표에서 본 도면이며, 본 발명의 실시예 1에 따른 랜덤 딤플군을 구비하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 나타내는 것으로, 각도 방향 표준편차(σ_θ)=0.946인 경우를 나타낸다.
도 6은 도 1의 W-W 화살표에서 본 도면이며, 본 발명의 실시예 2에 따른 랜덤 딤플군 및 랜드부를 구비하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 나타내는 것으로, 각도 방향 표준편차(σ_θ)=0.776인 경우를 나타낸다.
도 7은 도 1의 W-W 화살표에서 본 도면이며, 본 발명의 실시예 2에 따른 랜덤 딤플군 및 랜드부를 구비하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 나타내는 것으로, 각도 방향 표준편차(σ_θ)=0.896인 경우를 나타낸다.
도 8은 도 1의 W-W 화살표에서 본 도면이며, 본 발명의 실시예 2에 따른 랜덤 딤플군 및 랜드부를 구비하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 나타내는 것으로, 각도 방향 표준편차(σ_θ)=0.946인 경우를 나타낸다.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 예시적으로 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 명시적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지의 것이 아니다.

실시예 1

도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다.

또한 이하의 실시예에 있어서는 슬라이딩 부품의 일례인 메커니컬 시일을 예로 하여 설명하는데, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 일방측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.

또한 메커니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부품의 외주측을 고압 유체측(피밀봉 유체측), 내주측을 저압 유체측(누설측)으로 하여 설명한다.

도 1은 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도로서, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되려고 하는 고압 유체측의 피밀봉 유체를 밀봉하는 형식의 인사이드 형식의 것이며, 고압 유체측의 펌프 임펠러(도시하지 않음)를 구동시키는 회전축(1)측에 슬리브(2)를 통하여 이 회전축(1)과 일체적으로 회전 가능한 상태로 설치된 일방의 슬라이딩 부품인 원환 형상의 회전측 밀봉환(3)과, 펌프의 하우징(4)에 비회전 상태 또한 축방향 이동 가능한 상태로 설치된 타방의 슬라이딩 부품인 원환 형상의 고정측 밀봉환(5)이 설치되고, 고정측 밀봉환(5)을 축방향으로 탄성가압하는 코일드 웨이브 스프링(6) 및 벨로우즈(7)에 의해, 슬라이딩면(S)끼리 밀접 슬라이딩하도록 되어 있다. 즉, 이 메커니컬 시일은 회전측 밀봉환(3)과 고정측 밀봉환(5)의 서로의 슬라이딩면(S)에 있어서, 피밀봉 유체가 회전축(1)의 외주측으로부터 내주측으로 유출되는 것을 방지하는 것이다.

또한 도 1에서는 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면의 폭이 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면의 폭보다 넓은 경우를 나타내고 있는데, 이것에 한정되는 것은 아니며, 반대의 경우에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.

회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 재질은 내마모성이 우수한 탄화규소(SiC) 및 자기 윤활성이 우수한 카본 등으로부터 선정되는데, 예를 들면 양자가 SiC, 또는 회전측 밀봉환(3)이 SiC로서 고정측 밀봉환(5)이 카본인 조합이 가능하다.

상대 슬라이딩하는 회전측 밀봉환(3) 또는 고정측 밀봉환(5)의 적어도 어느 일방의 슬라이딩면에는 딤플이 배열설치된다.

본 발명에 있어서, 「딤플」은 평탄한 슬라이딩면(S)에 형성되는 함몰부이며, 그 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 함몰부의 평면 형상은 원형, 삼각형, 타원형, 장원형, 혹은 직사각형이 포함되며, 함몰부의 단면 형상도 밥공기 형상 또는 사각형 등 각종 형태가 포함된다.

본 예에서는 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에 복수의 딤플이 랜덤으로 배치되는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 회전측 밀봉환(3)에는 딤플은 설치되지 않아도 되고, 설치되어도 된다. 또한 랜덤 배치는 규칙성을 가지고 배치되는 정렬 배치를 제외한 배치의 의미이며, 지그재그 배치는 포함되지 않는다.

슬라이딩면에 딤플군을 랜덤으로 배치함으로써, 윤활과 밀봉이라는 상반되는 기능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 윤활 기능 및 밀봉 기능을 향상시키는 메커니즘은 다음과 같다.

상대측 슬라이딩면이 상대 이동하면, 슬라이딩면에 형성된 딤플의 구멍부에는 유체의 점성에 의해 유체가 흡입되고, 구멍부의 상류측의 부분에서는 부압, 하류측의 부분에서는 쐐기 효과에 의해 정압이 발생한다. 그 때, 구멍부의 상류측의 부압 부분에서는 액막이 파단되어, 액체의 증기나 기포에 의한 공동이 형성되고(캐비테이션), 부압이 없어진다. 그 결과, 정압만이 남아 부하 능력이 발생함으로써, 슬라이딩면(S)이 솟아오른다. 슬라이딩면(S)이 솟아오르면, 상대 슬라이딩하는 2개의 슬라이딩면의 간극이 커지고, 슬라이딩면(S)에 윤활성의 유체가 유입되어, 윤활 기능이 얻어진다.

또, 딤플에 흡입된 유체는 딤플 내에서 승압되어 딤플로부터 토출된다. 즉 딤플 내로의 유체의 흡입과, 딤플로부터 승압된 유체의 토출이 연속하여 행해진다. 그리고 복수의 딤플이 랜덤으로 배치되어 있으면, 슬라이딩면의 내주측에 배치된 딤플에 흡입되고, 그리고 토출된 유체는 또한 외경측에 배치된 딤플에 흡입, 토출이 연속적으로 반복되어, 유체가 서서히 내경측으로부터 외경측으로 운반되는 밀봉 기능이 얻어진다.

도 3에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은 복수의 구획(16)(도 3에서는 36개)으로 균등하게 나뉘고, 각각의 구획(16)에 복수의 딤플(10)이 랜덤으로 배치된 랜덤 딤플군(11)이 배치된다. 랜덤 딤플군(11)은 복수의 딤플(10)이 슬라이딩면(S)의 내주부(5a)(누설측)로부터 외주부(5b)(피밀봉 유체측)에 걸쳐 배치되고, 랜덤 딤플군(11)의 외주부(13)는 피밀봉 유체측에 직접 접촉하는 개구부로 되어 있다. 또, 랜덤 딤플군(11)의 내주부(12)는 누설측에 직접 접촉하는 개구부로 되어 있다. 또한 랜덤 딤플군(11)은 둘레 방향으로 치우침을 가지고 배치되어 있다. 도 3에 있어서, 구획(16)에 복수의 딤플(10)이 둘레 방향의 일방에 치우쳐서 배치되어 있지만, 구획(16)의 중앙부에 치우쳐서 배치되어 있어도 된다. 이것에 의해, 딤플(10)이 빽빽하게 배치된 부분과 드문드문 배치된 부분이 둘레 방향으로 주기적으로 배열설치된다. 구체적으로는 랜덤 딤플군(11)을 구성하는 딤플(10)의 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 1 미만이도록 구획(16)에 배치되고, 직경 방향으로 연장되는 띠형상체로 되어 있다.

여기서, 각도 방향 표준편차(σ_θ)(정규화 각도 방향 표준편차)는 랜덤 딤플군(11)을 구성하는 딤플(10)의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ11)를 균일하게 배치된 정렬 딤플군을 구성하는 딤플의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ_r)에 의해 정규화한 것으로, 다음의 식 1과 같다.

각도 방향 표준편차(σ_θ)=랜덤 딤플군의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ11)/정렬 딤플군의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ_r) (식 1)

각 랜덤 딤플군(11)에 있어서, 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 1 미만이도록 딤플이 배치되면, 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체가 유입되어 윤활성을 향상시키는 효과(이하 「유체 윤활 효과」라고 기재한다.)가 높아지고, 슬라이딩면(S)의 윤활성이 향상되어 큰 토크(슬라이딩의 저항)의 발생이 방지된다. 또, 각도 방향 표준편차가 0.8 미만이도록 딤플이 배치되면, 한층 더 유체 윤활 효과가 높아져 윤활성이 향상되어, 슬라이딩면(S)의 면 거칠음이 방지되고 밀봉성의 신뢰성이 향상된다. 본 발명에 있어서, 각도 방향 표준편차가 1 미만이도록 배치되어 이루어지는 랜덤 딤플군을 「윤활형 랜덤 딤플군」이라고 부른다.

도 3에 있어서, 딤플(10)은 각 구획(16)에 단순히 랜덤으로 배치되는 것이 아니라, 하기의 순서에 따라 딤플(10)은 구획(16)에 랜덤으로 배치된다.

(1) 딤플(10)을 질점계의 전자로 간주하고, 전자 사이에 작용하는 쿨롱력에 의해 복수의 딤플(10)을 블록 내에 소프트웨어를 사용하여 배치한다.

(2) 슬라이딩면의 둘레 방향으로 치우쳐서 딤플(10)이 배치되도록, 소프트웨어로 가상의 힘을 조작한다.

(3) 둘레 방향으로 치우침을 준 딤플의 좌표로부터, 소프트웨어를 사용하여, 랜덤 딤플군의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ11)를 산출한다.

(4) 상기한 식 1에 기초하여, 랜덤 딤플군(11)의 각도 방향 표준편차를 정렬 딤플군의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ_r)에 의해 정규화한 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 1 미만인지 확인하고, 1 미만이면 채용한다.

(5) 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 1보다 큰 경우는 상기 (2)로부터 (4)의 조작을 반복한다.

여기서, 정렬 딤플군의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ_r)에 대해서 설명한다. 도 3에 있어서, 슬라이딩면(S)은 36개의 구획(16)으로 균등하게 나뉘어 있으므로, 구획(16)의 중심각(θc)은 10°이며, 구획(16)의 중심 위치(17)로부터의 균등 위치는 2.5°의 위치가 된다. 따라서, 36 균등 배치인 경우의 정렬 딤플군의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ_r)는 2.5°가 된다. 구획(16)의 중심각(θc)의 크기가 10°로 상이한 경우에도 동일한 순서로 정렬 딤플군의 각도 방향 좌표의 표준편차(σ_r)는 계산된다.

도 4 및 도 5는 상기한 순서에 의해 결정된 딤플(10)의 랜덤 배치의 일례이다. 도 4의 실시예에 있어서, 구획(26)에 배치되는 랜덤 딤플군(21)의 각도 방향 표준편차(σ_θ)는 0.896이며, 도 5의 실시예에 있어서, 구획(36)에 배치되는 랜덤 딤플군(31)의 각도 방향 표준편차(σ_θ)는 0.946이다. 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 작을수록 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로 유체가 유입되는 유체 윤활 효과가 높아지고, 슬라이딩면(S)의 면 거칠음이 방지되고 밀봉성의 신뢰성이 향상된다.

또한 도 3 내지 도 5의 랜덤 딤플군(11, 21, 31)은 딤플(10)의 랜덤 배치의 일례를 나타낸 것이며, 동일한 각도 방향 표준편차(σ_θ)여도, 상이한 딤플(10)의 랜덤 배치의 패턴은 무수히 존재한다.

또한 도 3의 경우에는 슬라이딩면(S)은 36개의 구획(16)으로 균등하게 나뉘고, 각 블록에 랜덤 딤플군(11)이 배열설치되어 있지만, 36 균등 배치에 한정되지 않고, 블록수는 1이어도 되고, 2 이상의 자연수로 분할해도 된다.

도 3의 36개의 랜덤 딤플군(11)은 모두 동일한 각도 방향 표준편차(σ_θ)를 가지지만, 이것에 한정되지 않고, 각도 방향 표준편차가 1보다 작으면, 상이한 각도 방향 표준편차(σ_θ)를 가지는 랜덤 딤플군(11)을 구획(16)에 배치해도 된다. 도 4, 도 5의 랜덤 딤플군(21, 31)에 대해서도 동일하다.

또, 도 3 내지 도 5에 있어서, 36개의 구획(16, 26, 36)은 동일한 중심각(θc)을 가지고 있지만, 이것에 한정되지 않고 상이한 중심각을 가지는 복수의 구획(16, 26, 36)으로 해도 된다.

실시예 2

도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다.

실시예 2에 따른 슬라이딩 부품은 랜덤 딤플군을 슬라이딩면의 둘레 방향으로 분리하는 랜드부를 구비하는 점에서 실시예 1의 슬라이딩 부품과 상이하고, 그 밖의 기본 구성은 실시예 1과 동일하며, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 6에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은 복수의 구획(46)(도 6에서는 36개)으로 균등하게 나뉘고, 각 구획(46)에는 랜덤 딤플군(41)과 랜드부(45)가 배치된다. 또, 각 구획(46)에 복수의 딤플(10)이 상기 서술한 수법에 의해 배치되어, 랜덤 딤플군을 구성한 후, 랜드부를 형성하도록 몇개의 딤플군을 배제함으로써 랜덤 딤플군(41)이 구성된다. 랜덤 딤플군(41)은 복수의 딤플(10)이 슬라이딩면(S)의 내주부(5a)(누설측)로부터 외주부(5b)(피밀봉 유체측)에 걸쳐 배치되고, 랜덤 딤플군(41)의 외주부(43)는 피밀봉 유체측에 직접 접촉하는 개구부로 되어 있다. 또, 랜덤 딤플군(41)의 내주부(42)는 누설측에 직접 접촉하는 개구로 되어 있다. 또한 랜덤 딤플군(41)은 둘레 방향으로 치우침을 가지고 배치되어 있고, 구체적으로는 랜덤 딤플군(41)을 구성하는 딤플(10)의 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 1 미만이도록 구획(46)에 배치되고, 직경 방향으로 연장되는 띠형상체로 되어 있다. 또, 랜드부(45)는 슬라이딩면(S)의 내주부(5a)(누설측)로부터 외주부(5b)(피밀봉 유체측)의 전체 길이 걸쳐, 랜덤 딤플군(41)의 둘레 방향 폭보다 좁은 둘레 방향 폭을 가지는 평탄면이다. 이 랜드부(45)에 의해 랜덤 딤플군(41)은 인접하는 다른 랜덤 딤플군(41)과 분리된다.

랜덤 딤플군(41)은 구획(46)에 배열설치되는 랜덤 딤플군(41)의 각도 방향 표준편차(σ_θ)는 0.766이 되도록 복수의 딤플(10)이 배치되어 이루어지는 윤활형 랜덤 딤플군(41)으로 구성된다. 이것에 의해, 구획(46)의 둘레 방향의 일방에 랜덤 딤플군(41)이 치우쳐서 배열설치되고, 유체 윤활 효과가 향상되어 큰 토크(슬라이딩의 저항)의 발생이 방지된다.

또, 인접하는 랜덤 딤플군(41)끼리는 랜드부(45)에 의해 분리되므로, 랜덤 딤플군(41)을 흐르는 유체는 랜드부(45)에 의해 막혀 정의 동압이 발생하는 효과(이하 「동압 발생 효과」라고 한다.)가 얻어지고, 한층 더 슬라이딩면(S)의 윤활성이 향상되어, 슬라이딩면(S)의 면 거칠음이 방지되고 밀봉성의 신뢰성이 향상된다.

도 7 및 도 8은 딤플(10)의 다른 랜덤 배치예이다. 도 7의 실시예에 있어서, 랜덤 딤플군(51)의 각도 방향 표준편차(σ_θ)는 0.896이며, 도 8의 실시예에 있어서, 랜덤 딤플군(61)의 각도 방향 표준편차(σ_θ)는 0.946이다. 도 6 내지 도 8에 나타내는 바와 같이, 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 작을수록 랜덤 딤플군은 슬라이딩면(S)의 둘레 방향의 일방에 치우쳐서 배열설치되고, 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 1보다 작고, 보다 바람직하게는 0.8보다 작아지면, 유체 윤활 효과가 높아져 큰 토크(슬라이딩의 저항)의 발생이 방지된다.

이상 설명한 바와 같이, 랜덤 딤플군(41, 51, 61)은 각도 방향 표준편차(σ_θ)가 1보다 작게 함으로써 유체 윤활 효과가 높아지고, 슬라이딩면(S)의 윤활성이 향상된다. 또한 랜덤 딤플군(41, 51, 61)을 흐르는 유체는 랜드부(45)에 의해 막혀 동압 발생 효과가 얻어지고, 한층 더 슬라이딩면(S)의 윤활성이 향상되어, 슬라이딩면(S)의 면 거칠음이 방지되고 밀봉성의 신뢰성이 향상된다.

또한 도 6, 도 7의 실시예에서는 슬라이딩면(S)은 36개의 구획(46, 56)으로 균등하게 나뉘고, 도 8의 실시예에서는 슬라이딩면(S)은 24개의 구획(66)으로 균등하게 나뉘어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 구획수는 1이어도 되고, 2 이상의 자연수로 분할해도 된다.

또, 도 6의 실시예에 있어서는 36개의 랜덤 딤플군(41)은 모두 동일한 각도 방향 표준편차(σ_θ)를 가지지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각도 방향 표준편차가 1보다 작으면, 상이한 각도 방향 표준편차(σ_θ)를 가지는 랜덤 딤플군(41)을 슬라이딩면의 둘레 방향으로 배치해도 된다. 도 7, 도 8의 랜덤 딤플군(51, 61)에 대해서도 동일하다.

또한 도 6 내지 도 8에 있어서, 구획(46, 56, 66)은 각각 동일한 중심각(θc)을 가지고 있지만, 이것에 한정되지 않고 구획(46, 56, 66)은 각각 상이한 복수의 중심각(θc)을 가지도록 형성해도 된다.

이상, 본 발명의 실시형태를 실시예에 의해 설명해왔는데, 구체적인 구성은 이들 실시예의 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.

예를 들면, 실시예 1 및 실시예 2에서는 슬라이딩 부품을 메커니컬 시일 장치에 있어서의 한 쌍의 회전용 밀봉환 및 고정용 밀봉환의 적어도 어느 일방에 사용하는 예에 대해서 설명했지만, 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 일방측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.

또, 실시예 1 및 실시예 2에 있어서, 슬라이딩 부품의 외주측을 고압 유체측(피밀봉 유체측), 내주측을 저압 유체측(누설측)으로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 슬라이딩 부품의 외주측이 저압 유체측(누설측), 내주측이 고압 유체측(피밀봉 유체측)인 경우에도 적용 가능하다.

1…회전축
2…슬리브
3…회전측 밀봉환
4…하우징
5…고정측 밀봉환
6…코일드 웨이브 스프링
7…벨로우즈
10…딤플
11…랜덤 딤플군
16…구획
17…구획의 중심 위치
21…랜덤 딤플군
26…구획
31…랜덤 딤플군
36…구획
41…랜덤 딤플군
45…랜드부
46…구획
51…랜덤 딤플군
55…랜드부
56…구획
61…랜덤 딤플군
66…구획
S…슬라이딩면

Claims

서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면을 가지는 한 쌍의 슬라이딩 부품으로서,
적어도 일방측의 상기 슬라이딩면은 복수의 딤플이 랜덤으로 배열설치된 랜덤 딤플군과, 상기 랜덤 딤플군을 상기 슬라이딩면의 둘레 방향으로 분리하는 적어도 하나의 랜드부를 구비하고,
상기 랜덤 딤플군은, 상기 일방측의 상기 슬라이딩면의 둘레 방향으로 치우쳐서 배열설치되고, 상기 슬라이딩면의 내주부로부터 외주부에 걸쳐 배열설치되는 띠형상체이며, 상기 슬라이딩면의 외주부에 개구하는 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
제 1 항에 있어서, 상기 랜덤 딤플군의 각도 방향 표준편차가 1 미만인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
제 1 항에 있어서, 상기 랜덤 딤플군의 각도 방향 표준편차가 0.8 미만인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랜드부는 상기 슬라이딩면의 내주부로부터 외주부에 걸쳐 또한 상기 랜덤 딤플군의 둘레 방향 폭보다 좁은 둘레 방향 폭을 가지는 평탄면인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면을 가지는 한 쌍의 슬라이딩 부품으로서,
적어도 일방측의 상기 슬라이딩면은 복수의 딤플이 랜덤으로 배열설치된 랜덤 딤플군과, 상기 랜덤 딤플군을 상기 슬라이딩면의 둘레 방향으로 분리하는 적어도 하나의 랜드부를 구비하고,
상기 랜덤 딤플군은, 상기 일방측의 상기 슬라이딩면의 둘레 방향으로 치우쳐서 배열설치되고, 상기 슬라이딩면의 내주부로부터 외주부에 걸쳐 배열설치되는 띠형상체이며, 상기 슬라이딩면의 내주부에 개구하는 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
제 5 항에 있어서, 상기 랜덤 딤플군의 각도 방향 표준편차가 1 미만인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
제 5 항에 있어서, 상기 랜덤 딤플군의 각도 방향 표준편차가 0.8 미만인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랜드부는 상기 슬라이딩면의 내주부로부터 외주부에 걸쳐 또한 상기 랜덤 딤플군의 둘레 방향 폭보다 좁은 둘레 방향 폭을 가지는 평탄면인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.