KR102651943B1 - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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히로키 이노우에
유타 네기시
유키 마에타니
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

도입홈부 내에 혼입되는 콘타미의 체류를 억제하고, 당해 콘타미의 동압 발생홈부로의 진입을 방지함으로써, 슬라이딩면의 윤활 성능 및 시일 기능을 양호하게 유지할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공한다. 회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품(10)으로서, 슬라이딩 부품(10)의 슬라이딩면(11)에는, 개구부(15a)를 통하여 피밀봉 유체(F)측과 연통하는 도입홈부(15)와, 당해 도입홈부(15)에 연통하여 슬라이딩 부품(10)이 상대 회전하는 둘레 방향으로 연설(延設)되는 동압 발생홈부(9A)로 구성되는 동압 발생 기구(14)가, 둘레 방향으로 복수 병설되어 있고, 도입홈부(15)의 동압 발생홈부(9A)와의 경계측에 위치하는 경계벽(18)은, 당해 경계벽(18)의 적어도 개구부(15a)측이 지름 방향을 기준으로 하여 동압 발생홈부(9A)측으로 경사져서 피밀봉 유체(F)측에 연설된 경사면(18a)을 갖고 있다.

Description

슬라이딩 부품
본 발명은, 상대 회전하는 슬라이딩 부품에 관한 것으로, 예를 들면 자동차, 일반 산업 기계, 혹은 그 외의 시일 분야의 회전 기계의 회전축을 축봉하는 축봉 장치에 사용되는 슬라이딩 부품, 또는 자동차, 일반 산업 기계, 혹은 그 외의 베어링 분야의 기계의 베어링에 사용되는 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
피밀봉 액체의 누설을 방지하는 축봉 장치로서 예를 들면 메커니컬 시일은 상대 회전하고 슬라이딩면끼리가 슬라이딩하는 한 쌍의 환상(環狀)의 슬라이딩 부품을 구비하고 있다. 이러한 메커니컬 시일에 있어서, 최근에 있어서는 환경 대책 등의 이유 때문에 슬라이딩에 의해 상실되는 에너지의 저감이 요망되고 있어, 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 고압의 피밀봉 액체측과 연통함과 동시에 슬라이딩면에 있어서 일단이 폐색하는 정압 발생홈을 마련하고 있는 것이 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 나타나는 메커니컬 시일은, 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 있어서, 지름 방향으로 연장되고 피밀봉 액체측과 연통하는 도입홈부와, 당해 도입홈부와 연통하여 상대 회전 방향으로 연설(延設)되는 동압 발생홈부로 구성되는 동압 발생 기구가, 둘레 방향을 따라 복수 병설되어 있다. 이에 의하면, 슬라이딩 부품의 상대 회전시에는, 피밀봉 액체가 도입홈부를 거쳐 동압 발생홈부에 도입되고, 동압 발생홈부의 상대 회전 방향의 단부의 벽부에 피밀봉 액체가 집중하여 정압이 발생하여 슬라이딩면끼리가 이간함과 동시에, 슬라이딩면에 피밀봉 액체의 액막이 형성됨으로써 윤활성이 향상되어, 저마찰화를 실현하고 있다.
일본공개특허공보 평5-60247호(3페이지, 도 2)
이와 같이, 특허문헌 1에 있어서는, 피밀봉 유체를 동압 발생홈의 종점으로부터 슬라이딩 부품 사이에 공급함으로써, 슬라이딩 부품 사이를 저마찰화할 수 있는 한편, 피밀봉 유체에 콘타미가 포함되어 있으면, 이 콘타미가 도입홈부 내에 체류하여, 도입홈부를 거쳐 동압 발생홈부 내로 진입하여, 동압 발생홈부의 특히 폐색된 종점 근방에 정체·퇴적, 또는 마모를 발생시킬 우려가 있다. 그 때문에, 이 슬라이딩면 사이에 존재하는 콘타미에 의해, 슬라이딩면이 손상되어, 회전 기계의 성능에 악영향을 미칠 우려가 있었다. 또한, 본원에 있어서, 「콘타미」란 콘타미네이션(contamination)의 약칭이며, 다(多)세립자 형상의 도전성 이물 등의 「입자 형상 이물」을 의미한다.
본 발명은, 이러한 문제점에 착목하여 이루어진 것으로, 도입홈부 내에 혼입되는 콘타미의 체류를 억제하고, 당해 콘타미의 동압 발생홈부로의 진입을 방지함으로써, 슬라이딩면의 윤활 성능 및 시일 기능을 양호하게 유지할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부품은,
회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품으로서, 상기 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 개구부를 통하여 피밀봉 유체측과 연통하는 도입홈부와, 당해 도입홈부와 연통하여 상기 슬라이딩 부품이 상대 회전하는 둘레 방향으로 연설되는 동압 발생홈부로 구성되는 동압 발생 기구가, 둘레 방향으로 복수 병설되어 있고,
상기 도입홈부의 상기 동압 발생홈부와의 경계측에 위치하는 경계벽은, 당해 경계벽의 적어도 개구부측이 지름 방향을 기준으로 하여 상기 동압 발생홈부측으로 경사져서 피밀봉 유체측으로 연설된 경사면을 갖고 있다.
이에 의하면, 슬라이딩 부품의 상대 회전시에, 피밀봉 유체에 수반하여 도입홈부 내에 혼입된 콘타미를 경계벽의 경사면을 따라 피밀봉 유체측으로 배출하기 쉬워지기 때문에, 콘타미가 도입홈부를 경유하여 동압 발생홈부에 진입할 우려를 방지하여, 슬라이딩면의 윤활 성능 및 시일 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
상기 경사면은, 상기 동압 발생홈부측으로부터 상기 피밀봉 유체측을 향하여 평탄 형상의 면으로 이루어져 있어도 좋다.
이에 의하면, 경사면은 평탄 형상이기 때문에, 도입홈부 내에 혼입된 콘타미는 경사면을 따라 외부로 배출되기 쉽다.
상기 경계벽은, 상기 경사면보다도 상기 동압 발생홈부측에, 지름 방향으로 연설된 방사면을 갖고 있어도 좋다.
이에 의하면, 피밀봉 유체가 지름 방향으로 연설된 방사면을 거쳐 동압 발생홈부로 진행하기 때문에, 동압 발생홈부의 기능을 저해하지 않는다.
상기 도입홈부는, 상기 피밀봉 유체측과 연통하는 개구부측이 상기 동압 발생홈부측보다도 폭이 좁게 형성되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 개구부가 폭이 좁게 형성되어 있음으로써, 회전에 수반하여 유동하는 콘타미가 유입되기 어렵다.
둘레 방향을 따라 복수 병설된 상기 도입홈부는, 무단(無端) 형상으로 연설된 환상홈을 통하여 서로 연통하고 있어도 좋다.
이에 의하면, 도입홈부 내에 혼입된 콘타미의 유동성을 더욱 높여, 둘레 방향으로 복수 병설된 어느 도입홈부를 배출홈부로 하여 배출하기 쉬워진다.
상기 도입홈부는, 상기 피밀봉 유체측 및 외경측과 연통하고 있어도 좋다.
이에 의하면, 원심력이 외경 방향으로 작용하기 때문에, 혼입된 콘타미를 제거하기 쉽다.
상기 도입홈부에 연통함과 동시에 상기 피밀봉 유체측과 연통하는 배출홈부가 연설되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 피밀봉 유체에 수반하여 도입홈부 내에 혼입되는 콘타미의 유동성을 높여, 배출홈부로부터도 콘타미를 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있다.
상기 도입홈부에 연통하는 상기 배출홈부는, 당해 도입홈부보다도 하류측에 병설된 동압 발생 기구의 배출 기능을 구비한 도입홈부라도 좋다.
이에 의하면, 도입홈부에 연통하는 배출홈부를, 그 하류측의 도입홈부로서 겸용시킴으로써, 구조를 콤팩트하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 메커니컬 시일을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 정지 밀봉환의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 정지 밀봉환의 슬라이딩면에 있어서의 요부(要部) 확대도이다.
도 5는 도입홈부 내에 혼입된 콘타미를 배출하는 상황을 나타낸 사시도이다.
도 6은 실시예 1의 변형예 1을 나타내는 설명도이다.
도 7은 실시예 1의 변형예 2를 나타내는 설명도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 정지 밀봉환의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 정지 밀봉환의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이다.
본 발명에 따른 슬라이딩 부품을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.
실시예 1
실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 슬라이딩 부품이 메커니컬 시일인 형태를 예로 들어 설명한다. 또한, 메커니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부품의 외경측을 피밀봉 액체측(고압측), 내경측을 대기측(누설측, 저압측)으로 하여 설명한다. 또한, 이에 한정하지 않고, 피밀봉 액체측이 저압측이고, 누설측이 고압측이라도 좋고, 또한 피밀봉 유체는, 액체에 한정하지 않고 기체라도 좋고, 예를 들면 대기라도 상관없다. 또한, 설명의 편의상, 도면에 있어서, 슬라이딩면에 형성되는 홈 등에 도트를 부여하는 경우가 있다.
도 1에 나타나는 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일은, 슬라이딩면(11, 21)의 피밀봉 액체측으로부터 대기측을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 액체(F)를 밀봉하는 인사이드형이며, 회전축(1)에 슬리브(2)를 통하여 회전축(1)과 함께 회전 가능한 상태로 마련된 원환상의 슬라이딩 부품인 회전 밀봉환(20)과, 피장착 기기인 하우징(4)에 고정된 시일 커버(5)에 비회전 상태 또한 축방향 이동 가능한 상태로 마련된 슬라이딩 부품으로서의 원환상의 정지 밀봉환(10)으로 주로 구성되고, 벨로우즈(7)에 의해 정지 밀봉환(10)이 축방향으로 부세(付勢)됨으로써, 정지 밀봉환(10)의 슬라이딩면(11)과 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21)이 서로 밀접 슬라이딩하도록 되어 있다. 또한, 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21)은 평탄면을 이루는 것이라도, 오목부가 마련되어 있는 것이라도 좋다.
정지 밀봉환(10) 및 회전 밀봉환(20)은, 대표적으로는 SiC(경질 재료)끼리 또는 SiC(경질 재료)와 카본(연질 재료)의 조합으로 형성되지만, 이에 한정하지 않고, 슬라이딩 재료는 메커니컬 시일용 슬라이딩 재료로서 사용되고 있는 것이면 적용 가능하다. 또한, SiC로서는, 보론, 알루미늄, 카본 등을 소결 조제로 한 소결체를 비롯하여, 성분, 조성이 상이한 2종류 이상의 상으로 이루어지는 재료, 예를 들면, 흑연 입자가 분산된 SiC, SiC와 Si로 이루어지는 반응 소결 SiC, SiC-TiC, SiC-TiN 등이 있고, 카본으로서는, 탄소질과 흑연질이 혼합된 카본을 비롯하여, 수지 성형 카본, 소결 카본 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 슬라이딩 재료 이외로는, 금속 재료, 수지 재료, 표면 개질 재료(코팅 재료), 복합 재료 등도 적용 가능하다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(10)에 대하여 회전 밀봉환(20)이 화살표로 나타내는 바와 같이 상대 슬라이딩하도록 되어 있고, 정지 밀봉환(10)의 슬라이딩면(11)에는 복수의 동압 발생 기구(14)가 정지 밀봉환(10)의 둘레 방향으로 균등하게 배설(配設)되어 있다. 슬라이딩면(11)의 동압 발생 기구(14) 이외의 부분, 보다 상세하게는 동압 발생 기구(14)보다도 대기측의 부분, 및 둘레 방향으로 인접하는 동압 발생 기구(14)의 사이의 부분 등은, 평탄면을 이루는 랜드(12)로 되어 있다.
다음으로, 동압 발생 기구(14)의 개략에 대해서 도 2~도 4 에 기초하여 설명한다. 또한, 이하, 정지 밀봉환(10) 및 회전 밀봉환(20)이 상대적으로 회전했을 때에, 도 4의 지면(紙面) 좌측을 후술하는 레일리 스텝(9A) 내를 흐르는 피밀봉 액체(F)의 하류측으로 하고, 도 4의 지면 우측을 레일리 스텝(9A) 내를 흐르는 피밀봉 액체(F)의 상류측으로 하여 설명한다.
동압 발생 기구(14)는, 피밀봉 액체(F)측과 연통하는 개구부(15a)를 구비하고 대기측으로 연장되는 도입홈부(15)와, 도입홈부(15)의 대기측 단부로부터 하류측을 향하여 정지 밀봉환(10)과 동심 형상으로 둘레 방향으로 연장되는 동압 발생홈부로서의 레일리 스텝(9A)을 구비하고 있다. 또한, 도입홈부(15)는 대기측의 단부가 폐색되어 있고, 그 대기측 단면이 레일리 스텝(9A)의 대기측 단면과 연속하고 있다. 즉, 동압 발생 기구(14)는, 도입홈부(15), 레일리 스텝(9A)에 의해, 슬라이딩면(11)을 직교하는 방향으로부터 보아 거의 L자 형상을 이루고 있다.
또한, 본 실시예 1의 도입홈부(15)는, 정지 밀봉환(10)의 지름 방향을 기준으로 하여 레일리 스텝(9A)을 향하여 경사지도록 외경 방향으로 연설되어 있다. 또한, 도입홈부(15)를 구성하고, 레일리 스텝(9A)과의 경계측에 위치하는 경계벽(18)은, 그 전면에 걸쳐 평탄 형상으로 연설되고, 또한 레일리 스텝(9A)측으로부터 개구부(15a)측을 향하여, 지름 방향을 기준으로 하여 레일리 스텝(9A)측으로 경사지는 경사면(18a), 바꿔 말하면 내경측으로부터 외경측으로 감에 따라 외경측이 내경측보다도 하류측에 위치하는 경사면(18a)으로 이루어지고, 당해 경사면(18a)은, 도입홈부(15)와 레일리 스텝(9A)의 연통 부분에 형성되는 깊이 방향의 단차(18b)를 구비하고 있다. 또한, 도입홈부(15)에 있어서, 경계벽(18)에 상류측에서 평행하게 대향하는 대향벽(13)이 구비되어 있다. 또한, 경사면(18a)은, 평탄 형상으로 한정하지 않고 오목 형상 혹은 볼록 형상으로 만곡한 곡면 형상이라도 좋다.
또한, 레일리 스텝(9A)은, 전술한 바와 같이 경사지는 도입홈부(15)에 대응하여, 하류측의 단부에 회전 방향에 대하여 경사지는 벽부(9a)가 형성되어 있다. 또한, 벽부(9a)는, 회전 방향으로 경사지는 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 회전 방향에 대하여 직교하고 있어도 좋고, 계단 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 도입홈부(15)의 깊이 치수(L10)는, 레일리 스텝(9A)의 깊이 치수(L20)보다도 깊게 형성되어 있다(L10>L20). 구체적으로는, 본 실시예 1에 있어서의 도입홈부(15)의 깊이 치수(L10)는, 100μm로 형성되어 있고, 레일리 스텝(9A)의 깊이 치수(L20)는, 5μm로 형성되어 있다. 즉, 도입홈부(15)와 레일리 스텝(9A) 사이에는, 도입홈부(15)에 있어서의 하류측의 측면과 레일리 스텝(9A)의 바닥면에 의해 깊이 방향의 단차(18b)가 형성되어 있다. 또한, 도입홈부(15)의 깊이 치수가 레일리 스텝(9A)의 깊이 치수보다도 깊게 형성되어 있으면, 도입홈부(15) 및 레일리 스텝(9A)의 깊이 치수는 자유롭게 변경할 수 있고, 바람직하게는 치수(L10)는 치수(L20)의 5배 이상이다.
또한, 레일리 스텝(9A)의 바닥면은 평탄면을 이루어 랜드(12)에 평행하게 형성되어 있지만, 평탄면에 미세 오목부를 마련하는 것이나 랜드(12)에 대하여 경사지도록 형성하는 것도 무방하다. 또한, 레일리 스텝(9A)의 둘레 방향으로 연장되는 2개의 원호 형상의 면은 각각 레일리 스텝(9A)의 바닥면과 직교하고 있다. 또한, 도입홈부(15)의 바닥면은 똑같은 깊이의 평탄면을 이루어 랜드(12)에 평행하게 형성되어 있지만, 평탄면에 미세 오목부를 마련하는 것이나 랜드(12)에 대하여 경사지도록 형성하는 것도 무방하다. 예를 들면, 도입홈부(15)의 바닥면은, 피밀봉 액체측인 개구부(15a)로부터 대기측인 레일리 스텝(9A)을 향하여 얕아지도록 테이퍼 형상 혹은 단차 형상으로 구성되어도 좋다. 또한, 도입홈부(15)의 개구부(15a)로 연장되는 2개의 평면은 각각 도입홈부(15)의 바닥면과 직교하고 있다.
이어서, 정지 밀봉환(10)과 회전 밀봉환(20)의 상대 회전시의 동작에 대해서 설명한다. 우선, 회전 밀봉환(20)이 회전하고 있지 않은 일반 산업 기계의 비가동시에는, 슬라이딩면(11, 21) 사이에는 슬라이딩면(11, 21)보다도 피밀봉 액체측의 피밀봉 액체(F)가 모세관 현상에 의해 근소하게 진입하고 있음과 동시에, 동압 발생 기구(14)는 도입홈부(15)의 개구부(15a)에서 피밀봉 액체측으로부터 유입된 피밀봉 액체(F)에 의해 채워져 있다. 또한, 피밀봉 액체(F)는 기체와 비교하여 점도가 높기 때문에, 일반 산업 기계의 정지시에 동압 발생 기구(14)로부터 대기측으로 누출되는 양이 적다.
일반 산업 기계의 정지 상태로부터, 회전 밀봉환(20)이 정지 밀봉환(10)에 대하여 상대 회전(도 2의 검은색 화살표 참조)하면, 도 4에 나타나는 바와 같이, 피밀봉 액체측의 피밀봉 액체(F)가 화살표(H1)로 나타내는 바와 같이 도입홈부(15)로부터 도입됨과 동시에, 레일리 스텝(9A)에 의해 피밀봉 액체(F)가 회전 밀봉환(20)의 회전 방향으로 화살표(H2)로 나타내는 바와 같이 추종 이동하기 때문에, 레일리 스텝(9A) 내에 동압이 발생하게 된다. 또한, 레일리 스텝(9A)의 상류측을 향함에 따라 점차 압력이 낮게 되어 있다.
레일리 스텝(9A)의 하류측 단부인 벽부(9a) 근방이 가장 압력이 높아지고, 슬라이딩면(11, 21)끼리가 이간함과 동시에, 슬라이딩면(11)에 피밀봉 액체(F)의 액막이 형성되고, 피밀봉 액체(F)는 화살표(H3)로 나타내는 바와 같이 벽부(9a) 근방으로부터 그 주변으로 유출된다. 이에 의하면, 복수의 레일리 스텝(9A, 9A,…)의 벽부(9a, 9a,…) 근방에서 피밀봉 액체(F)의 액막이 형성되기 때문에, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 있어서 소위 유체 윤활을 이루고, 윤활성이 향상되어, 저마찰화를 실현하고 있다. 이때, 전술한 바와 같이 특히 레일리 스텝(9A)의 하류측에서 고압으로 되어 있기 때문에, 화살표(H4)로 나타내는 바와 같이 레일리 스텝(9A) 근방의 피밀봉 액체(F)는, 레일리 스텝(9A) 내에 거의 침입하지 않는다.
이어서, 도입홈부(15)에 혼입된 콘타미(C)가 배출되는 동작을 설명한다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 동압 발생 기구(14)에 피밀봉 액체(F)가 채워져 있는 상태에서 회전 밀봉환(20)이 정지 밀봉환(10)에 대하여 상대 회전하면, 동압 발생 기구(14) 내의 피밀봉 액체(F)는 둘레 방향의 하류측으로 이동한다. 이때, 회전 밀봉환(20)에 대향하는 표면측의 피밀봉 액체(F)는 화살표(H6)로 나타내는 바와 같이 레일리 스텝(9A)으로 진입하는 흐름이 발생하는 한편, 레일리 스텝(9A)의 바닥면보다 오목량이 큰 도입홈부(15)의 바닥면측의 피밀봉 액체(F)는 화살표(H7)로 나타내는 바와 같이 단차(18b)에 의해 레일리 스텝(9A)으로의 침입이 저지되면서, 경사져 있는 경계벽(18)을 따라 피밀봉 액체측으로 이동하는 흐름이 발생한다. 이 화살표(H7)로 나타내는 흐름을 타고, 도입홈부(15)의 개구부(15a) 근방에 혼입된 콘타미(C)는, 도입홈부(15)로부터 정지 밀봉환(10)의 외부의 피밀봉 액체측으로 배출된다. 상기한 바와 같이 대부분의 콘타미(C)는, 레일리 스텝(9A)에 혼입되는 일 없이, 도입홈부(15)의 외부로 배출된다. 또한, 극히 일부의 콘타미(C)가 레일리 스텝(9A)에 혼입되는 경우가 있어도, 벽부(9a)로부터 랜드(12)를 타고 넘어, 당해 레일리 스텝(9A)보다도 하류측에 병설된 도입홈부(15)에 형성된 경계벽(18)을 따라 외부로 배출된다.
이상과 같이, 도입홈부(15)의 레일리 스텝(9A)과의 경계측에 위치하는 경계벽(18)은, 당해 경계벽(18)의 적어도 개구부(15a)측이 지름 방향을 기준으로 레일리 스텝(9A)측으로 경사져서 피밀봉 액체측에 연설된 경사면(18a)을 갖고 있다. 이 점에서, 정지 밀봉환(10) 및 회전 밀봉환(20)의 상대 회전시에, 피밀봉 액체(F)에 수반하여 도입홈부(15) 내에 혼입된 콘타미(C)가 경계벽(18)의 경사면(18a)을 따라 피밀봉 액체측으로 배출되기 쉬워지기 때문에, 콘타미(C)가 도입홈부(15)를 경유하여 레일리 스텝(9A)으로 진입할 우려를 방지하여, 슬라이딩면(11, 21)의 윤활 성능 및 시일 기능을 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 경사면(18a)은, 레일리 스텝(9A)측으로부터 피밀봉 액체측을 향하여 평탄 형상의 면으로 이루어지기 때문에, 도입홈부(15) 내에 혼입된 콘타미(C)가 평탄 형상의 경사면(18a)을 따라 외부로 배출되기 쉽다.
또한, 본 실시예에서는, 메커니컬 시일은 슬라이딩면의 피밀봉 액체측에 고압의 피밀봉 액체(F)가 존재하는 인사이드형이며, 도입홈부(15)는, 피밀봉 액체측 또한 외경측과 연통하고 있음으로써, 원심력이 외경 방향으로 작용하기 때문에, 혼입된 콘타미(C)를 제거하기 쉽다.
이어서, 변형예를 설명한다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 변형예 1의 둘레 방향을 따라 복수 병설된 도입홈부(15, 15,…)는, 무단 형상으로 연설된 환상홈(19)을 통하여 서로 연통하고 있다. 이에 의하면, 도입홈부(15) 내에 혼입된 콘타미(C)의 유동성을 더욱 높여, 둘레 방향으로 복수 병설된 어느 도입홈부(15)로부터 콘타미(C)를 배출할 수 있다. 또한, 환상홈(19)의 깊이 치수는 도입홈부(15)의 깊이 치수와 거의 동일하다. 또한, 환상홈(19)은 무단 형상으로 한정하지 않고, 적어도 병설하는 2개의 도입홈부(15, 15)를 연통하도록 배설되어 있어도 좋다.
또한, 도 7에 나타나는 바와 같이, 변형예 2의 환상홈(19)으로부터 대기측의 슬라이딩면(11)에는, 역(逆)레일리 스텝(17B)을 갖는 동압 발생 기구(16)가 구비되어 있다. 이에 의하면, 회전 밀봉환(20)이 정지 밀봉환(10)에 대하여 상대 회전하고 역레일리 스텝(17B)의 상류측에서 부압이 발생하면, 대기측으로 유출되는 피밀봉 액체(F)를 역레일리 스텝(17B)이 흡입함으로써, 피밀봉 액체(F)의 대기로의 누설을 저감할 수 있다. 또한, 도 7에 나타나는 바와 같은 구조에 한정하지 않고, 정지 밀봉환(10)의 상대 회전시에 환상홈(19)보다 대기측에서 부압이 발생 가능한 부압 발생 기구가 구성되어 있으면 좋다.
이와 같이, 변형예 1, 2에 있어서, 도입홈부(15)에 연통함과 동시에 피밀봉 액체측과 연통하는 배출 기능을 구비한 도입홈부가 연설되어 있기 때문에, 피밀봉 액체(F)에 수반하여 도입홈부(15) 내에 혼입되는 콘타미(C)의 유동성을 높여, 배출홈부로부터도 콘타미(C)를 꺼낼 수 있다.
또한, 도입홈부(15)에 연통하는 배출 기능을 구비한 도입홈부는, 당해 도입홈부(15)보다도 하류측에 병설된 도입홈부(15)이기 때문에, 당해 배출 기능을 구비한 도입홈부를, 그 하류측의 도입홈부(15)로서 겸용시킴으로써, 구조를 콤팩트하게 할 수 있다.
또한, 둘레 방향을 따라 복수 병설된 도입홈부(15)는, 무단 형상으로 연설된 환상홈(19)을 통하여 서로 연통하고 있기 때문에, 도입홈부(15) 내에 혼입된 콘타미(C)의 유동성을 더욱 높여, 둘레 방향으로 복수 병설된 어느 도입홈부(15)를 배출홈부로 하여 배출하기 쉬워진다.
실시예 2
다음으로, 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예 1과 동일한 구성, 중복하는 구성의 설명은 생략한다.
도 8에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(101)에 마련되는 동압 발생 기구(141)는, 도입홈부(151)와, 레일리 스텝(91A)을 구비한다. 또한, 도입홈부(151)는 대기측의 단부가 폐색되어 있고, 그 대기측 단면은 레일리 스텝(91A)의 대기측 단면보다도 대기측에 위치하고 있다. 도입홈부(151)를 구성하고, 레일리 스텝(91A)과의 경계측에 위치하는 경계벽(181)은, 레일리 스텝(91A)의 피밀봉 액체측 단부로부터 정지 밀봉환(101)의 지름 방향을 기준으로 하여 레일리 스텝(91A)을 향하여 경사지도록 외경 방향으로 연설되어 있는 경사면(181a)과, 당해 경사면(181a)보다도 레일리 스텝(91A)측에 지름 방향으로 연설된 방사면으로서의 단차(181b)를 구비하고 있다. 마찬가지로, 대향벽(131)에 대해서도, 경계벽(181)의 경사면(181a)에 평행한 경사면(131a)과, 단차(181b)에 평행한 방사면(131b)이 구비되어 있다.
또한, 레일리 스텝(91A)은, 도입홈부(151)의 단차(181b) 및 방사면(131b)에 관련지어, 하류측의 단부에 회전 방향에 대하여 직교하는 벽부(91a)가 형성되어 있다. 또한, 벽부(91a)는, 회전 방향과 직교하는 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 회전 방향에 대하여 경사져 있어도 좋고, 계단 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 둘레 방향을 따라 복수 병설된 도입홈부(151, 151,…)는, 무단 형상으로 연설된 환상홈을 통하여 서로 연통시킴으로써, 도입홈부(151) 내에 혼입된 콘타미(C)의 유동성을 더욱 높여, 둘레 방향으로 복수 병설된 어느 도입홈부(151)를 배출홈부로 하여 배출하기 쉽게 해도 좋다.
이상과 같이, 경계벽(181)은, 경사면(181a)보다도 레일리 스텝(91A)측에, 지름 방향으로 연설된 방사면으로서의 단차(181b)를 갖고 있는 점에서, 피밀봉 액체(F)가 지름 방향으로 연설된 단차(181b)를 거쳐 레일리 스텝(91A)으로 진행하기 때문에, 레일리 스텝(91A) 홈부의 기능을 저해하지 않는다.
이어서, 도입홈부(151)에 혼입된 콘타미(C)가 배출되는 동작을 설명한다. 도 8의 확대도에 나타나는 바와 같이, 동압 발생 기구(141)에 피밀봉 액체(F)가 채워져 있는 상태에서 회전 밀봉환(20)이 정지 밀봉환(101)에 대하여 상대 회전하면, 동압 발생 기구(141) 내의 피밀봉 액체(F)는 둘레 방향의 하류측으로 이동한다. 이때, 회전 밀봉환(20)에 대향하는 표면측의 피밀봉 액체(F)는 화살표(H8)로 나타내는 바와 같이 레일리 스텝(91A)으로 침입하는 흐름이 발생하는 한편, 레일리 스텝(91A)의 바닥면으로부터 바닥면측의 피밀봉 액체(F)는 화살표(H9)로 나타내는 바와 같이 단차(181b)에 의해 레일리 스텝(91A)으로의 침입이 저지되면서, 지름 방향을 기준으로 하여 레일리 스텝(91A)측으로 경사져 있는 경사면(181a)을 따라 피밀봉 액체측으로 이동하는 화살표(H9)로 나타내는 흐름이 발생한다. 이 화살표(H9)로 나타내는 흐름을 타고, 도입홈부(151)의 개구부(15a) 근방으로 혼입된 콘타미(C)는, 도입홈부(151)의 피밀봉 액체측으로 배출된다. 상기한 바와 같이 대부분의 콘타미(C)는, 레일리 스텝(91A)으로 혼입되는 일 없이, 도입홈부(151)의 외부로 배출되지만, 극히 일부의 콘타미(C)가 레일리 스텝(91A)에 혼입되는 경우가 있어도, 벽부(91a)로부터 랜드(12)를 타고 넘어, 당해 레일리 스텝(91A)보다도 하류측에 병설된 도입홈부(151)에 형성된 경사면(181a)을 따라 배출된다.
실시예 3
다음으로, 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예 2와 동일한 구성, 중복하는 구성의 설명은 생략한다.
도 9에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(102)에 마련되는 동압 발생 기구(142)는, 도입홈부(152)와, 레일리 스텝(9A)을 구비하고, 도입홈부(152)는 대기측 단부가 환상홈(19)과 연통하고 있다. 도입홈부(152)는, 경계벽(18) 및 대향벽(132)에 의해 구성되고, 경계벽(18)은 단차(18b)를 구비하는 경사면(18a)을 갖고, 대향벽(132)은 경계벽(18)보다도 레일리 스텝(9A)측으로 경사져서 피밀봉 액체측으로 연설되어 있다.
또한, 레일리 스텝(9A)은, 전술한 바와 같이 경사지는 도입홈부(152)에 관련지어, 하류측의 단부에 회전 방향에 대하여 경사지는 벽부(9a)가 형성되어 있다. 또한, 벽부(9a)는, 회전 방향으로 경사지는 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 회전 방향에 대하여 직교하고 있어도 좋고, 계단 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 둘레 방향을 따라 복수 병설된 도입홈부(152, 152,…)는, 무단 형상으로 연설된 환상홈(19)을 통하여 서로 연통시킴으로써, 도입홈부(151) 내에 혼입된 콘타미(C)의 유동성을 더욱 높여, 둘레 방향으로 복수 병설된 어느 도입홈부(151)를 배출홈부로 하여 배출하기 쉽게 하고 있지만, 이에 한정하지 않고 환상홈(19)이 없어도 좋다.
이상과 같이, 도입홈부(152)는, 피밀봉 액체측과 연통하는 개구부(152a)측이 레일리 스텝(9A)측보다도 폭이 좁게 형성되어 있는 점에서, 개구부(15a)가 폭이 좁게 형성되어 있음으로써, 피밀봉 액체(F)는 정압(靜壓)에서 유입되기 쉽고, 또한 회전에 의한 동압에서 유동하는 콘타미(C)는 유입되기 어렵다.
이어서, 도입홈부(152)에 혼입된 콘타미(C)가 배출되는 동작을 설명한다. 도 9의 확대도에 나타나는 바와 같이, 동압 발생 기구(142)에 피밀봉 액체(F)가 채워져 있는 상태에서 회전 밀봉환(20)이 정지 밀봉환(102)에 대하여 상대 회전하면, 동압 발생 기구(142) 내의 피밀봉 액체(F)는 둘레 방향의 하류측으로 이동한다. 이때, 회전 밀봉환(20)에 대향하는 표면측의 피밀봉 액체(F)는 화살표(H10)로 나타내는 바와 같이 레일리 스텝(9A)으로 침입하는 흐름이 발생하는 한편, 레일리 스텝(9A)의 바닥면보다 바닥면측의 피밀봉 액체(F)는 화살표(H11)로 나타내는 바와 같이 단차(18b)에 의해 레일리 스텝(9A)으로의 침입이 저지되면서, 지름 방향을 기준으로 하여 레일리 스텝(9A)측으로 경사져 있는 경계벽(18)을 따라 피밀봉 액체측으로 이동하는 화살표(H11)로 나타내는 흐름이 발생한다. 이 화살표(H11)로 나타내는 흐름을 타고, 도입홈부(152)의 개구부(152a) 근방으로 혼입된 콘타미(C)는, 도입홈부(152)의 피밀봉 액체측으로 배출된다. 상기한 바와 같이 대부분의 콘타미(C)는, 레일리 스텝(9A)으로 혼입되는 일 없이, 도입홈부(152)의 외부로 배출되지만, 극히 일부의 콘타미(C)가 레일리 스텝(9A)으로 혼입되는 경우가 있어도, 벽부(9a)로부터 랜드(12)를 타고 넘어, 당해 레일리 스텝(9A)보다도 하류측에 병설된 도입홈부(152)에 형성된 경계벽(18)을 따라 배출된다.
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 부품으로서, 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일을 예로 들어 설명했지만, 자동차나 워터 펌프용 등의 다른 메커니컬 시일라도 좋다. 또한, 메커니컬 시일에 한정되지 않고, 미끄럼 베어링 등 메커니컬 시일 이외의 슬라이딩 부품이라도 좋다.
또한 상기 실시예에서는, 동압 발생 기구를 정지 밀봉환에만 마련하는 예에 대해서 설명했지만, 동압 발생 기구를 회전 밀봉환(20)에만 마련해도 좋고, 정지 밀봉환과 회전 밀봉환의 양쪽에 마련해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 슬라이딩 부품에 동일 형상의 동압 발생 기구가 복수 마련되는 형태를 예시했지만, 형상이 상이한 동압 발생 기구가 복수 마련되어 있어도 좋다. 또한, 동압 발생 기구의 간격이나 수량 등은 적절히 변경할 수 있다.
1; 회전축
2; 슬리브
4; 하우징
5; 시일 커버
7; 벨로우즈
9A; 레일리 스텝(동압 발생홈부)
10; 정지 밀봉환(슬라이딩 부품)
11; 슬라이딩면
12; 랜드
14; 동압 발생 기구
15; 도입홈부
15a; 개구부
18; 경계벽
18a; 경사면
19; 환상홈
20; 회전 밀봉환
21; 슬라이딩면
91A; 레일리 스텝(동압 발생홈부)
181; 경계벽
181a; 경사면
181b; 단차(방사면)

Claims (6)

  1. 회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품으로서, 상기 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 개구부를 통하여 피밀봉 유체측과 연통하는 도입홈부와, 당해 도입홈부와 연통하여 상기 슬라이딩 부품이 상대 회전하는 둘레 방향으로 연설(延設)되는 동압 발생홈부로 구성되는 동압 발생 기구가, 둘레 방향으로 복수 병설되어 있고,
    상기 도입홈부는, 적어도 상기 개구부측에, 당해 도입홈부에 접속되는 동압 발생홈부가 둘레 방향으로 신장하는 쪽을 향하여 지름 방향에 대해 경사지는 경사면을 갖고,
    둘레 방향으로 서로 이웃하는 상기 동압 발생 기구 중의, 상류측의 동압 발생 기구의 도입홈부의 경사면과, 하류측의 동압 발생 기구의 도입홈부의 경사면은, 지름 방향에 대해서 같은 방향으로 경사져 있는 슬라이딩 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사면은, 상기 동압 발생홈부측으로부터 상기 피밀봉 유체측을 향하여 평탄 형상의 면으로 이루어지는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도입홈부의 상기 동압 발생 홈부와의 경계 측에 위치하여 상기 경사면을 갖는 경계벽은, 상기 경사면보다도 상기 동압 발생홈부측에, 지름 방향으로 연설된 방사면을 갖고 있는 슬라이딩 부품.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도입홈부는, 상기 피밀봉 유체측과 연통하는 개구부측이 상기 동압 발생홈부측보다도 폭이 좁게 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    둘레 방향을 따라 복수 병설된 상기 도입홈부는, 무단(無端) 형상으로 연설된 환상홈을 통하여 서로 연통하고 있는 슬라이딩 부품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도입홈부는, 상기 피밀봉 유체측 및 외경측과 연통하고 있는 슬라이딩 부품.
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