KR102447226B1 - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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유타 네기시
히로키 이노우에
유키 마에타니
타케시 호소에
히데유키 이노우에
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

고압 유체측이 기체, 저압 유체측이 액체인 경우에 있어서, 밀봉과 윤활과 같은 상반되는 조건을 양립시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공한다. 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품(3, 5)을 구비하고, 한 쌍의 슬라이딩 부품(3, 5)의 한쪽측에는 고압의 기체가, 다른 한쪽측에는 저압의 액체가 존재하는 슬라이딩 부품에 있어서, 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품(5)의 슬라이딩면(S)에는, 정압 발생 홈(11)을 구비한 정압 발생 기구(10)가 설치됨과 동시에, 고압의 기체측에는 원환상의 심구(深溝; 14)가 배열 형성되고, 원환상의 심구(14)는, 고압의 기체측과는 랜드부(R)에 의해 격리되고, 반지름 방향의 심구(13)에 의해 저압의 액체측과 연통되는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

슬라이딩 부품
본 발명은, 예를 들면, 메커니컬 시일, 베어링, 그 외, 슬라이딩부에 적합한 슬라이딩 부품에 관한 것이다. 특히, 슬라이딩면에 유체를 개재시켜 마찰을 저감시킴과 동시에, 슬라이딩면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지할 필요가 있는 밀봉환 또는 베어링 등의 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
슬라이딩 부품의 일례인, 메커니컬 시일에 있어서, 그 성능은, 누설량, 마모량, 및 토크에 의해 평가된다. 종래 기술에서는 메커니컬 시일의 슬라이딩 재질이나 슬라이딩면 거칠기를 최적화함으로써 성능을 높여, 저누설, 고수명, 저토크를 실현하고 있다. 그러나, 최근의 환경 문제에 대한 의식의 고조로부터, 메커니컬 시일의 더 한층의 성능 향상이 요구되고 있어, 종래 기술의 틀을 뛰어넘는 기술 개발이 필요해졌다. 그러한 가운데에서, 본 출원인은, 정지시에 누설되지 않고, 회전 초기를 포함하여 회전시에는 유체 윤활로 작동함과 동시에 누설을 방지하여, 밀봉과 윤활을 양립시킬 수 있는 슬라이딩 부품의 발명을 특허 출원하고 있다(이하, 「종래 기술」이라고 한다. 특허문헌 1 참조).
이 종래 기술의 일 실시 형태로서, 특허문헌 1의 도 13에 나타내는 바와 같은, 한 쌍의 슬라이딩 부품의 서로 상대 슬라이딩하는 한쪽측의 슬라이딩면의 고압측에는 정압 발생 홈으로 이루어지는 정압 발생 기구(3)를, 저압측에는 부압 발생 홈으로 이루어지는 부압 발생 기구(4)를 설치함과 동시에, 정압 발생 홈(5)과 부압 발생 홈(6) 사이에 압력 개방 홈(15)을 형성하고, 정압 발생 홈(5), 압력 개방 홈(15) 및 부압 발생 홈(6)은 고압 유체측과 연통하고, 저압 유체측과는 시일면에 의해 격리되어 있는 슬라이딩 부품이 개시되어 있다.
그러나, 상기의 종래 기술은, 정지시에 누설되지 않고, 회전 초기를 포함하여 회전시에는 유체 윤활로 작동함과 동시에 누설을 방지하여, 밀봉과 윤활을 양립시킬 수 있도록 한 점에서 매우 우수한 것이지만, 고압 유체측에는 피밀봉 유체인 액체가, 또한, 저압 유체측에는 기체(대기)가 존재하는 경우를 상정한 것이기 때문에, 고압 유체측이 기체, 저압 유체측이 액체인 경우, 슬라이딩면의 상대 슬라이딩에 의해 정압이 발생하고, 슬라이딩면 간이 근소하게 벌어지면, 고압의 기체가 슬라이딩면에 진입하여, 슬라이딩면 간의 액막을 보지(保持)한 채 슬라이딩하는 것이 어려워져, 액막 부족을 일으킬 우려가 있었다. 또한, 고압 유체측의 기체가 저압 유체측의 액체측으로 누설될 가능성도 있었다.
본 발명은, 고압 유체측이 기체, 저압 유체측이 액체인 경우에 있어서, 슬라이딩면 전체에 적극적으로 저압 유체측의 액체를 도입하고, 액막을 보지한 채의 슬라이딩을 가능하게 하여, 고압측 및 저압측의 양(兩) 유체를 밀봉함으로써, 밀봉과 윤활과 같은 상반되는 조건을 양립시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 슬라이딩 부품은, 첫 번째로, 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 상기 한 쌍의 슬라이딩 부품의 한쪽측에는 고압의 기체가, 다른 한쪽측에는 저압의 액체가 존재하는 슬라이딩 부품에 있어서, 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 정압 발생 홈을 구비한 정압 발생 기구가 설치됨과 동시에, 상기 고압의 기체측에는 원환상의 심구(深溝)가 배열 형성되고, 상기 원환상의 심구는, 상기 고압의 기체측과는 랜드부에 의해 격리되고, 반지름 방향의 심구에 의해 상기 저압의 액체측과 연통되는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 슬라이딩면 전체에 적극적으로 저압의 액체를 도입함과 동시에, 슬라이딩면으로의 고압의 기체의 진입을 저지하고, 액막을 보지한 채의 슬라이딩을 가능하게 하여, 고압측 및 저압측의 양 유체를 밀봉할 수 있어, 밀봉과 윤활과 같은 상반되는 조건을 양립시킨 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 두 번째로, 제1 특징에 있어서, 상기 원환상의 심구 및 상기 반지름 방향의 심구의 홈 깊이는 상기 정압 발생 홈의 홈 깊이의 250배∼500배인 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 슬라이딩면 전체에, 보다 적극적으로 저압 유체측의 액체를 도입할 수 있음과 동시에, 고압의 기체의 진입을 저지할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 세 번째로, 제1 또는 제2 특징에 있어서, 상기 반지름 방향의 심구는, 둘레 방향으로 복수 형성되는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 슬라이딩면 전체에 균일하게 액체를 도입할 수 있고, 또한, 원환상의 심구에 대해서도 충분히 액체를 도입할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 네 번째로, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 정압 발생 홈은, 원환상의 심구로부터 상기 저압의 액체측에 배열 형성됨과 동시에 상기 저압의 액체측에 연통되고, 상기 고압의 기체측과는 랜드부에 의해 격리되는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 저압의 액체의 점성을 이용하여 슬라이딩면에 충분한 정압을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 다섯 번째로, 제4 특징에 있어서, 상기 정압 발생 홈은, 레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부로 형성되고, 적어도 일부의 그루브부는 상기 반지름 방향의 심구의 둘레 방향의 양측에 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 회전측 밀봉환이 양 방향으로 회전하는 기기에 적합한 슬라이딩 부품으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 여섯 번째로, 제4 특징에 있어서, 상기 정압 발생 홈은, 레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부로 형성되고, 적어도 일부의 그루브부는 둘레 방향의 중앙 부분에 액체 도입 보조 홈이 형성되는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 슬라이딩면에 대한 액체의 도입을 보조함과 동시에 그루브부에 있어서의 정압 발생을 위한 액체의 공급을 보조할 수 있고, 고압 유체와 저압 유체의 압력차가 큰 경우에도, 슬라이딩면(S)에 있어서의 액막 부족을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 일곱 번째로, 제1 내지 제6 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 한쪽측의 슬라이딩면에는, 부압 발생 홈을 구비한 부압 발생 기구가 설치되는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 고압의 기체의 저압측으로의 누설을 저감할 수 있어, 밀봉 기능을 증대시킬 수 있다.
본 발명은, 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다. (1) 한 쌍의 슬라이딩 부품의 한쪽측에는 고압의 기체가, 다른 한쪽측에는 저압의 액체가 존재하는 슬라이딩 부품에 있어서, 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 정압 발생 홈을 구비한 정압 발생 기구가 설치됨과 동시에, 고압의 기체측에는 원환상의 심구가 배열 형성되고, 원환상의 심구는, 고압의 기체측과는 랜드부에 의해 격리되고, 반지름 방향의 심구에 의해 저압의 액체측과 연통됨으로써, 슬라이딩면 전체에 적극적으로 저압의 액체를 도입함과 동시에, 슬라이딩면으로의 고압의 기체의 진입을 저지하고, 액막을 보지한 채의 슬라이딩을 가능하게 하여, 고압측 및 저압측의 양 유체를 밀봉할 수 있어, 밀봉과 윤활과 같은 상반되는 조건을 양립시킨 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
(2) 원환상의 심구 및 반지름 방향의 심구의 홈 깊이는 정압 발생 홈의 홈 깊이의 250배∼500배임으로써, 슬라이딩면 전체에, 보다 적극적으로 저압 유체측의 액체를 도입할 수 있음과 동시에, 고압의 기체의 진입을 저지할 수 있다.
(3) 반지름 방향의 심구는, 둘레 방향으로 복수 형성됨으로써, 슬라이딩면 전체에 균일하게 액체를 도입할 수 있고, 또한, 원환상의 심구에 대해서도 충분히 액체를 도입할 수 있다.
(4) 정압 발생 홈은, 원환상의 심구로부터 저압의 액체측에 배열 형성됨과 동시에 저압의 액체측에 연통되고, 고압의 기체측과는 랜드부에 의해 격리됨으로써, 저압의 액체의 점성을 이용하여 슬라이딩면에 충분한 정압을 발생시킬 수 있다.
(5) 정압 발생 홈은, 레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부로 형성되고, 적어도 일부의 그루브부는 반지름 방향의 심구의 둘레 방향의 양측에 대칭으로 형성됨으로써, 회전측 밀봉환이 양 방향으로 회전하는 기기에 적합한 슬라이딩 부품으로 할 수 있다.
(6) 정압 발생 홈은, 레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부로 형성되고, 적어도 일부의 그루브부는 둘레 방향의 중앙 부분에 액체 도입 보조 홈이 형성됨으로써, 슬라이딩면에 대한 액체의 도입을 보조함과 동시에 그루브부에 있어서의 정압 발생을 위한 액체의 공급을 보조할 수 있고, 고압 유체와 저압 유체의 압력차가 큰 경우에서도, 슬라이딩면(S)에 있어서의 액막 부족을 방지할 수 있다.
(7) 한쪽측의 슬라이딩면에는, 부압 발생 홈을 구비한 부압 발생 기구가 설치됨으로써, 고압의 기체의 저압측으로의 누설을 저감할 수 있어, 밀봉 기능을 증대할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 실시예 1에 따른 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
[도 2] 본 발명의 실시예 1에 따른 메커니컬 시일의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
[도 3] 도 2(a)는 도 2의 A단면도, 도 2(b)는 도 2의 B-B 단면도이다.
[도 4] 레일리 스텝 기구 등으로 이루어지는 정압 발생 기구 및 역레일리 스텝 기구 등으로 이루어지는 부압 발생 기구를 설명하기 위한 것이고, 도 (a)는 레일리 스텝 기구를, 도 (b)는 역레일리 스텝 기구를 나타낸 것이다.
[도 5] 본 발명의 실시예 2에 따른 메커니컬 시일의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
[도 6] 본 발명의 실시예 3에 따른 메커니컬 시일의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
[도 7] 본 발명의 실시예 4에 따른 메커니컬 시일의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
[도 8] 본 발명의 실시예 5에 따른 메커니컬 시일의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
[도 9] 본 발명의 실시예 6에 따른 메커니컬 시일의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
[도 10] 본 발명의 실시예 7에 따른 메커니컬 시일의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그의 상대적 배치 등은, 특별히 명시적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그들에만 한정하는 취지는 아니다.
[실시예 1]
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 있어서는, 슬라이딩 부품의 일례인 메커니컬 시일을 예로 하여 설명한다. 또한, 메커니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부품의 외주측을 저압의 액체측(저압 유체측이라고도 한다.), 내주측을 고압의 기체측(고압 유체측이라고도 한다.)으로 하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 일 없이, 저압 유체측과 고압 유체측이 반대인 경우에도 적용 가능하다.
도 1은, 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이며, 슬라이딩면의 내주로부터 외주 방향을 향하여 누설되려고 하는 고압의 기체를 밀봉하는 형식의 아웃사이드 형식의 것이고, 회전축(1)측에 슬리브(2)를 통하여 이 회전축(1)과 일체적으로 회전 가능한 상태로 설치된 한쪽의 슬라이딩 부품인 원환상의 회전측 밀봉환(3)과, 하우징(4)에 비회전 상태 또한 축방향 이동 가능한 상태로 설치된 다른 한쪽측의 슬라이딩 부품인 원환상의 고정측 밀봉환(5)이 설치되고, 고정측 밀봉환(5)을 축방향으로 부세(付勢)하는 코일드 웨이브 스프링(6) 및 벨로우즈(7)에 의해, 슬라이딩면(S)끼리 밀접 슬라이딩하게 되어 있다. 즉, 이 메커니컬 시일은, 회전측 밀봉환(3)과 고정측 밀봉환(5)의 서로의 슬라이딩면(S)에 있어서, 고압의 기체가 내주측으로부터 외주측으로 유출되는 것을 방지하는 것이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 것으로서, 여기에서는, 도 1의 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면에 본 발명이 적용된 경우를 예로 하여 설명한다. 또한, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면에 본 발명이 적용된 경우도 기본적으로는 동일하지만, 그 경우, 후기하는 반지름 방향의 심구 등의 저압의 액체측에 연통할 필요가 있는 것은, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면의 외주측까지 형성될 필요는 없다.
도 2에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 외주측이 저압의 액체측(이하, 저압 유체측이라고도 한다.)이고, 또한, 내주측이 고압의 기체측(이하, 고압 유체측이라고도 한다.)이고, 상대 슬라이딩면은 반시계 방향으로 회전하는 것으로서 설명한다.
고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 정압 발생 홈(11)을 구비한 정압 발생 기구(10)가 각각 독립하여 복수 배열되어 있고, 정압 발생 홈(11)의 외주연이 저압 유체측에 연통되고, 고압 유체측과는 랜드부(R)(슬라이딩면(S)의 평활한 부분)에 의해 격리되어 있다. 도 2에 있어서는, 정압 발생 홈(11)은, 레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부(11)로 형성되고, 그 평면 형상은, 지름 방향으로는 슬라이딩면의 폭의 절반 이상의 폭을 갖고, 둘레 방향으로는 지름 방향의 폭보다 약간 긴 대략 직사각 형상을 하고 있고, 또한, 둘레 방향에 있어서 인접하는 그루브부(11)와는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있고, 둘레 방향으로 16등배(等配)로 형성되어 있다. 또한, 그루브부(11)는 1 이상 있으면 좋고, 또한, 등배가 아니라도 좋다. 레일리 스텝 기구에 대해서는, 후기에 상술한다. 또한, 정압 발생 기구를 구성하는 것으로서는, 레일리 스텝 기구에 한하지 않고, 예를 들면, 스파이럴 그루브로 이루어지는 스파이럴 기구라도 좋다.
또한, 슬라이딩면(S)에는, 고압 유체측(도 2에 있어서는, 내주측)에는 원환상의 심구(14)가 배열 형성되고, 원환상의 심구(14)는, 고압 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리되고, 반지름 방향의 심구(13)를 통하여 저압 유체측과 연통되어 있다. 원환상의 심구(14)와 고압 유체측 사이의 랜드부(R)의 폭은, 고압 유체와 저압 유체의 압력차에 따라 최적의 값으로 설정된다.
반지름 방향의 심구(13)는, 외주측이 저압 유체측과 연통되고, 내주측이 원환상의 심구(14)와 연통되어 있다. 도 2에 있어서는, 반지름 방향의 심구(13)는, 둘레 방향으로 4등배(도 2에 있어서는 수직 방향의 상하 및 수평 방향의 좌우의 4개)로 배열 형성되어 있고, 그루브부(11)의 둘레 방향의 중심부에 위치하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 반지름 방향의 심구(13)가 형성되어 있는 개소의 그루브부(11)는, 반지름 방향의 심구(13)에 의해 분단되어 반지름 방향의 심구(13)의 둘레 방향의 양측에 대칭으로 형성되게 된다. 또한, 반지름 방향의 심구(13)는 1이상 있으면 좋고, 또한, 등배가 아니라도 좋다. 예를 들면, 고압 유체와 저압 유체의 압력차가 작은 경우는 4등배로, 또한, 압력차가 큰 경우는 12등배로 하는 등 하여, 슬라이딩면으로의 저압 유체의 도입을 조정한다.
원환상의 심구(14) 및 반지름 방향의 심구(13)의 홈 폭 및 홈 깊이는, 고압 유체와 저압 유체의 압력차가 작은 경우는 작고, 압력차가 큰 경우는 크게 설정된다. 또한, 도 3(a)(b)에 나타내는 바와 같이, 원환상의 심구(14) 및 반지름 방향의 심구(13)의 홈 깊이(d1)는 정압 발생 홈(11)의 홈 깊이(d2)보다 깊고, 약 d1=250d2∼500d2이다.
도 2에 나타낸 예에서는, 상대 슬라이딩면의 회전 방향이 반시계 방향인 경우에 한하지 않고, 시계 방향인 경우에도 슬라이딩 부품으로서 동일한 기능을 나타낼 수 있기 때문에, 양 방향으로 회전하는 기기에 적합하다.
도시는 생략하고 있지만, 슬라이딩면에는, 밀봉 기구(누설 방지 기구)로서 역레일리 스텝 기구나 펌핑 그루브 등의 부압 발생 기구를 설치해도 좋다. 또한, 역레일리 스텝 기구에 대해서는 후기에 상술한다.
다음으로, 도 4를 참조하면서, 레일리 스텝 기구 등으로 이루어지는 정압 발생 기구 및 역레일리 스텝 기구 등으로 이루어지는 부압 발생 기구를 설명한다. 도 4(a)에 있어서, 상대하는 슬라이딩 부품인 회전측 밀봉환(3), 및, 고정측 밀봉환(5)이 화살표로 나타내는 바와 같이 상대 슬라이딩한다. 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면에는, 상대적 이동 방향과 수직 또한 상류측에 면하여 좁은 극간(단차)을 구성하는 레일리 스텝(11a)이 형성되고, 당해 레일리 스텝(11a)의 상류측에는 정압 발생 홈인 그루브부(11)가 형성되어 있다. 상대하는 회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은 평탄하다. 회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)이 화살표로 나타내는 방향으로 상대 이동하면, 회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S) 사이에 개재하는 유체가, 그 점성에 의해, 회전측 밀봉환(3) 또는 고정측 밀봉환(5)의 이동 방향으로 추종 이동하려고 하기 때문에, 그 때, 레일리 스텝(11a)의 존재에 의해 파선으로 나타내는 바와 같은 정압(동압)을 발생한다. 또한, R은 랜드부를 나타낸다.
도 4(b)에 있어서도, 상대하는 슬라이딩 부품인 회전측 밀봉환(3), 및, 고정측 밀봉환(5)이 화살표로 나타내는 바와 같이 상대 슬라이딩하지만, 회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면에는, 상대적 이동 방향과 수직 또한 하류측에 면하여 넓은 극간(단차)을 구성하는 역레일리 스텝(12a)이 형성되고, 당해 역레일리 스텝(12a)의 하류측에는 부압 발생 홈인 그루브부(12)가 형성되어 있다. 상대하는 회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면은 평탄하다. 회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)이 화살표로 나타내는 방향으로 상대 이동하면, 회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S) 간에 개재하는 유체가, 그 점성에 의해, 회전측 밀봉환(3) 또는 고정측 밀봉환(5)의 이동 방향으로 추종 이동하려고 하기 때문에, 그 때, 역레일리 스텝(12a)의 존재에 의해 파선으로 나타내는 바와 같은 부압을 발생한다.
도 1 및 2에 있어서, 회전축(1)이 구동되지 않고 회전측 밀봉환(3)과 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 상대 슬라이딩이 없는 정지 상태에 있어서는, 저압 유체측의 액체가 슬라이딩면(S)에 형성된 반지름 방향의 심구(13)를 통하여 원환상의 심구(14)에 도입된 상태에 있다. 다음으로, 회전축(1)이 구동되고, 회전측 밀봉환(3)이 회전되면, 회전측 밀봉환(3)과 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)이 상대 슬라이딩되고, 정압 발생 기구(10)에 의해 정압이 발생되어 슬라이딩면(S)끼리가 근소하게 이간되어, 고압 유체측의 기체가 슬라이딩면(S)에 유입하려고 하지만, 원환상의 심구(14)에 도입되어 있는 액체가 둘레 방향으로 선회되기 때문에, 고압의 기체는 여기에서 블록되어 슬라이딩면(S)의 내부에 진입할 수 없다. 동시에, 슬라이딩면(S)에는, 저압 유체측의 액체가 진입하여 액막이 형성된다. 본 발명자들의 시험에 의하면, 원환상의 심구(14)의 고압 유체측의 부근에 원환상의 기액 계면이 형성되어, 슬라이딩면에서는 액막 부족을 일으키는 일 없이 유체 윤활을 유지한 채 슬라이딩하고 있는 것이 확인되었다.
본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품은 상기한 대로이며, 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다. (1) 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품(3, 5)을 구비하고, 한 쌍의 슬라이딩 부품(3, 5)의 한쪽측에는 고압의 기체가, 다른 한쪽측에는 저압의 액체가 존재하는 슬라이딩 부품에 있어서, 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면(S)에는, 정압 발생 홈(11)을 구비한 정압 발생 기구(10)가 설치됨과 동시에, 고압의 기체측에는 원환상의 심구(14)가 배열 형성되고, 원환상의 심구(14)는, 고압의 기체측과는 랜드부(R)에 의해 격리되고, 반지름 방향의 심구(13)에 의해 저압의 액체측과 연통됨으로써, 슬라이딩면(S) 전체에 적극적으로 저압의 액체를 도입함과 동시에, 슬라이딩면(S)으로의 고압의 기체의 진입을 저지하고, 액막을 보지한 채의 슬라이딩을 가능하게 하여, 고압측 및 저압측의 양 유체를 밀봉할 수 있어, 밀봉과 윤활과 같은 상반되는 조건을 양립시킨 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다. (2) 원환상의 심구(14) 및 반지름 방향의 심구(13)의 홈 깊이(d1)는 정압 발생 홈(11)의 홈 깊이(d2)의 250배∼500배임으로써, 슬라이딩면(S) 전체에, 보다 적극적으로 저압 유체측의 액체를 도입할 수 있음과 동시에, 고압의 기체의 진입을 저지할 수 있다. (3) 반지름 방향의 심구(13)는, 둘레 방향에 있어서 등배로 복수 형성됨으로써, 슬라이딩면 전체에 균일하게 액체를 도입할 수 있고, 또한, 원환상의 심구(14)에 대해서도 충분하게 액체를 도입할 수 있다. (4) 정압 발생 홈(11)은, 원환상의 심구(14)로부터 저압의 액체측에 배열 형성됨과 동시에 저압의 액체측에 연통되고, 고압의 기체측과는 랜드부(R)에 의해 격리 됨으로써, 저압의 액체의 점성을 이용하여 슬라이딩면에 충분한 정압을 발생시킬 수 있다. (5) 정압 발생 홈(11)은, 레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부로 형성되고, 적어도 일부의 그루브부는 반지름 방향의 심구(13)의 둘레 방향의 양측에 대칭으로 형성됨으로써, 회전측 밀봉환이 양 방향으로 회전하는 기기에 적합한 슬라이딩 부품으로 할 수 있다.
[실시예 2]
도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 실시예 2는, 정압 발생 홈을 구성하는 레일리 스텝 기구의 그루브부의 둘레 방향의 중앙 부분이 더욱 낮게 형성되는 점에서 실시예 1과 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 1과 동일하고, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 5에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 그루브부(11)를 구비한 레일리 스텝 기구(10)가 각각 독립하여 복수 배열되어 있고, 그루브부(11)의 외주연이 저압 유체측에 연통되고, 고압 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다. 도 5에 있어서는, 그루브부(11)는 둘레 방향으로 12등배 형성되어 있다. 또한, 반지름 방향의 심구(13)는, 외주측이 저압 유체측과 연통되고, 내주측이 원환상의 심구(14)와 연통되어 있고, 둘레 방향으로 4등배(도 5에 있어서는 수직 방향의 상하 및 수평 방향의 좌우의 4개)로 배열 형성되어 있고, 그루브부(11)의 둘레 방향의 중심부에 위치하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 반지름 방향의 심구(13)가 형성되어 있는 4개소의 그루브부(11)는, 반지름 방향의 심구(13)에 의해 분단되어 반지름 방향의 심구(13)의 둘레 방향의 양측에 대칭으로 형성되게 된다.
반지름 방향의 심구(13)가 형성되어 있지 않은 나머지의 8개의 그루브부(11)에 있어서, 각각의 그루브부(11)의 둘레 방향의 중앙 부분에 그루브부(11)의 홈 깊이보다도 깊은 액체 도입 보조 홈(15)이 형성되어 있다. 이 때문에, 그루브부(11)의 중앙 부분은 더욱 낮은 상태로 되어 있다.
액체 도입 보조 홈(15)은, 그루브부(11)와 동일하게 저압 유체측의 단부는 저압 유체측에 연통되고, 고압 유체측의 단부는 랜드부(R)에 의해 원환상의 심구(14)와 격리되어 있다. 액체 도입 보조 홈(15)의 홈 폭 및 홈 깊이는 고압 유체와 저압 유체의 압력차가 큰 경우는 크게, 작은 경우는 작게 설정된다.
액체 도입 보조 홈(15)은, 슬라이딩면(S)에 대한 액체의 도입을 보조함과 동시에 그루브부(11)에 있어서의 정압 발생을 위한 액체의 공급을 보조하는 기능을 갖는다. 그 때문에, 고압 유체와 저압 유체의 압력차가 큰 경우에도, 슬라이딩면(S)에 있어서의 액막 부족을 방지할 수 있다.
[실시예 3]
도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 실시예 3은, 정압 발생 홈을 구성하는 레일리 스텝 기구의 그루브부의 저압 유체측의 단부가 랜드부(R)에 의해 저압 유체측과 격리되는 점에서 실시예 2와 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 2와 동일하고, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 6에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 그루브부(17)를 구비한 레일리 스텝 기구(16)가 각각 독립하여 복수 배열되어 있고, 정압 발생 홈을 구성하는 그루브부(17)의 외주연은 랜드부(R)에 의해 저압 유체측과 격리되고, 고압 유체측과도 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.
[실시예 4]
도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예 4에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 실시예 4는, 반지름 방향의 심구가, 둘레 방향으로 4등배로 배열 형성되고, 정압 발생 홈을 구성하는 레일리 스텝 기구의 그루브부는 반지름 방향의 심구의 둘레 방향의 양측에만 대칭으로 형성되는 점에서 실시예 2와 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 2와 동일하고, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 6에 있어서, 반지름 방향의 심구(13)는, 둘레 방향으로 4등배로 배열 형성되고, 레일리 스텝 기구(18)를 구성하는 그루브부(19)는 반지름 방향의 심구의 둘레 방향의 양측에만 대칭으로 형성되어 있다. 그루브부(19)의 외주연은 저압 유체측에 연통되고, 고압 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.
그루브부(19)의 평면 형상은, 지름 방향으로는 슬라이딩면의 폭의 대략 절반의 폭을 갖고, 둘레 방향으로는 지름 방향의 폭보다 길고, 전체적으로 대략 아치 형상을 하고 있고, 또한, 둘레 방향에 있어서 인접하는 그루브부(19)와는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.
[실시예 5]
도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예 5에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 실시예 5는, 정압 발생 홈을 구성하는 레일리 스텝 기구의 그루브부의 저압 유체측의 단부가 랜드부(R)에 의해 저압 유체측과 격리되는 점에서 실시예 4와 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 4와 동일하고, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 8에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 그루브부(19)를 구비한 레일리 스텝 기구(18)가 각각 독립하여 복수 배열되어 있고, 정압 발생 홈을 구성하는 그루브부(19)의 외주연은 랜드부(R)에 의해 저압 유체측과 격리되고, 고압 유체측과도 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.
[실시예 6]
도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예 6에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 실시예 6은, 정압 발생 홈을 구성하는 레일리 스텝의 그루브부가 반지름 방향의 심구의 하류측에만 형성되는 점에서 상기 실시예 1∼5와 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 상기 실시예 1∼5와 동일하고, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 9에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 그루브부(21)를 구비한 레일리 스텝 기구(20)가 각각 독립하여 복수 배열되어 있고, 그루브부(21)의 외주연이 저압 유체측에 연통되고, 고압 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.
또한, 슬라이딩면(S)에는, 고압 유체측에 원환상의 심구(14)가 배열 형성되고, 원환상의 심구(14)는, 고압 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리되고, 반지름 방향의 심구(13)를 통하여 저압 유체측과 연통되어 있다.
반지름 방향의 심구(13)는, 외주측이 저압 유체측과 연통되고, 내주측이 원환상의 심구(14)와 연통되어 있다. 도 9에 있어서는, 반지름 방향의 심구(13)는, 둘레 방향으로 12등배로 배열 형성되어 있고, 그루브부(21)의 상류측의 단부가 반지름 방향의 심구(13)에 연통되어 있다.
그루브부(21)는, 반지름 방향의 심구(13)의 하류측에만 설치되기 때문에, 상대 슬라이딩면의 회전 방향이 반시계 방향인 경우의 편방향으로 회전하는 기기에 적합하다.
[실시예 7]
도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예 7에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 실시예 7은, 정압 발생 홈을 구성하는 레일리 스텝 기구의 그루브부의 저압 유체측의 단부가 랜드부(R)에 의해 저압 유체측과 격리되는 점에서 실시예 6과 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 6과 동일하고, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 10에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 그루브부(21)를 구비한 레일리 스텝 기구(20)가 각각 독립하여 복수 배열되어 있고, 정압 발생 홈을 구성하는 그루브부(21)의 외주연은 랜드부(R)에 의해 저압 유체측과 격리되고, 고압 유체측과도 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명했지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시예에서는, 슬라이딩 부품을 메커니컬 시일 장치에 있어서의 한 쌍의 회전용 밀봉환 및 고정용 밀봉환 중 어느 하나에 사용하는 예에 대해서 설명했지만, 원통상 슬라이딩면의 축방향 한쪽측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 외주측에 저압의 액체가, 내주측에 고압의 기체가 존재하는 경우에 대해서 설명했지만, 반대의 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 슬라이딩 부품을 구성하는 메커니컬 시일의 고정측 밀봉환에 정압 발생 기구, 부압 발생 기구 및 심구를 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 이것과는 반대로, 회전측 밀봉환에 형성해도 좋다.
또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 정압 발생 기구가 레일리 스텝 기구에 의해 구성되는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면, 스파이럴 기구에 의해 구성되어도 좋다.
또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 반지름 방향의 심구가 둘레 방향으로 4등배로 배열 형성되는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 내외주의 유체의 압력차가 큰 경우는 보다 많게, 작은 경우는 적게 배열 형성해도 좋다.
1 회전축
2 슬리브
3 회전측 밀봉환
4 하우징
5 고정측 밀봉환
6 코일드 웨이브 스프링
7 벨로우즈
10 정압 발생 기구(레일리 스텝 기구)
11 정압 발생 홈(레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부)
11a 레일리 스텝
12 역레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부
12a 역레일리 스텝
13 반지름 방향의 심구
14 원환상의 심구
15 액체 도입 보조 홈
16, 18, 20 정압 발생 기구(레일리 스텝 기구)
17, 18, 21 정압 발생 홈(레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부)
S 시일면
R 랜드부

Claims (7)

  1. 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 상기 한 쌍의 슬라이딩 부품의 한쪽측에는 고압의 기체가, 다른 한쪽측에는 저압의 액체가 존재하는 슬라이딩 부품에 있어서,
    적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 정압 발생 홈을 구비한 정압 발생 기구, 및, 상기 고압의 기체측에는 원환상의 심구(深溝)가 배열 형성되고,
    상기 원환상의 심구는, 상기 고압의 기체측과는 랜드부에 의해 격리되고, 반지름 방향의 심구에 의해 상기 저압의 액체측과 연통되고,
    상기 정압 발생 홈은, 상기 원환상의 심구로부터 상기 저압의 액체측에 배열 형성됨과 아울러 상기 저압의 액체측에 연통되고, 상기 고압의 기체측과는 랜드부에 의해 격리되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원환상의 심구 및 상기 반지름 방향의 심구의 홈 깊이는 상기 정압 발생 홈의 홈 깊이의 250배∼500배인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반지름 방향의 심구는, 둘레 방향으로 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정압 발생 홈은, 레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부로 형성되고, 적어도 일부의 그루브부는 상기 반지름 방향의 심구의 둘레 방향의 양측에 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정압 발생 홈은, 레일리 스텝 기구를 구성하는 그루브부로 형성되고, 적어도 일부의 그루브부는 둘레 방향의 중앙 부분에 액체 도입 보조 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 한쪽측의 슬라이딩면에는, 부압 발생 홈을 구비한 부압 발생 기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  7. 삭제
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