KR20180004798A - 슬라이딩 부품 - Google Patents

Abstract

정상 운전 시에는 슬라이딩면을 유체 윤활의 저마찰이 되도록 하는 동시에, 피밀봉 유체의 누설 및 슬라이딩면으로의 더스트의 진입을 방지한다.
한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 양 슬라이딩면의 랜드부에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈(10)이 설치되고, 동압 발생홈(10)의 누설측의 단부(10a)와 누설측과의 사이에는 동압 발생홈(10)과 누설측을 연통하는 유체 도입홈(11)이 설치되고, 유체 도입홈(11)의 단면적은 동압 발생홈(10)의 단면적보다 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

슬라이딩 부품

본 발명은, 예를 들면 메카니컬 시일, 베어링, 그 외, 슬라이딩부에 적합한 슬라이딩 부품에 관한 것이다. 특히, 슬라이딩면에 유체를 개재시켜 마찰을 저감시키는 동시에, 슬라이딩면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지할 필요가 있는 밀봉환, 예를 들면 터보 차저용 혹은 항공 엔진용의 기어 박스에 사용되는 오일 시일, 또는 베어링 등의 슬라이딩 부품에 관한 것이다.

슬라이딩 부품의 일례인 메카니컬 시일에 있어서, 그 성능은, 누설량, 마모량, 및 토크에 의해 평가된다. 종래 기술에서는 메카니컬 시일의 슬라이딩 재질이나 슬라이딩면 거칠기를 최적화함으로써 성능을 높이고, 저누설, 고수명, 저토크를 실현하고 있다. 그러나, 최근의 환경 문제에 대한 의식의 고조로, 메카니컬 시일의 추가적인 성능 향상이 요구되고 있어, 종래 기술의 틀을 넘는 기술 개발이 필요해지고 있다.

그러한 중에서, 예를 들면 터보 차저와 같은 회전 부품의 오일 시일 장치에 이용되는 것으로서, 하우징에 회전 가능하게 수납된 회전축과, 회전축과 함께 회전하는 원반 형상의 회전체와, 하우징에 고정되어, 회전체의 단면에 맞닿아 외주측에서 내주측으로 오일이 새는 것을 방지하는 원반 형상의 고정체를 구비하고, 고정체의 맞닿음면에는 유체의 원심력에 의해 정압을 발생시키는 환 형상의 홈이 설치되어, 오일이 외주측에서 내주측으로 새는 것을 방지하도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조.).

또한 예를 들면 유독한 유체를 시일하는 회전축의 축봉 장치에 있어서, 회전축과 함께 회전하는 회전 링과 케이싱에 장착된 정지(靜止) 링을 구비하고, 회전 링 및 정지 링 중 어느 하나의 슬라이딩면에 회전 링의 회전에 의해 저압측의 액체를 고압측을 향하여 말려들게 하는 스파이럴홈이 고압측의 단부가 막다름 형상이 되도록 설치되고, 고압측의 피밀봉 유체가 저압측에 새는 것을 방지하도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 2 참조.).

또한 예를 들면 터보 차저의 구동축을 압축기 하우징에 대하여 시일하는데 적합한 면 시일 구조로서, 협동(協動)하는 한 쌍의 시일 링 중, 한쪽은 회전 구성 요소에 설치되고, 다른 한쪽은 정지 구성 요소에 설치되고, 이들 시일 링은, 작동 중에 실질적으로 반경 방향에 형성된 시일면을 갖고, 시일면들의 사이에, 시일면의 외측 구역을 시일면의 내측 구역에 대하여 시일하기 위한 시일 갭이 형성되어, 시일면의 적어도 한쪽에, 가스를 반송하는데 유효한 둘레 방향으로 이간한 복수의 오목부가 설치되고, 당해 오목부는 시일면의 한쪽의 둘레 가장자리로부터 다른 한쪽의 둘레 가장자리를 향하여 연장되고 있는 동시에, 오목부의 내단은 상기 시일면의 다른 한쪽의 둘레 가장자리로부터 반경 방향으로 이간하여 설치되고, 비가스 성분을 포함하는 가스 매체 중의 비가스 성분이 시일되도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 3 참조.).

[선행기술문헌]

[특허문헌]

[특허문헌 1]일본국 공개실용신안공보 1987-117360호

[특허문헌 2]일본국 공개특허공보 1987-31775호

[특허문헌 3]일본국 공개특허공보 2001-12610호

그러나, 상기의 특허문헌 1 내지 3에 기재된 종래 기술에 있어서는, 예를 들어 도 6에 나타내는 바와 같이 정지 링(51)의 슬라이딩면(51a)에 회전 링(52)의 회전에 의해 저압 유체측(이하, 「누설측」이라고 하는 경우가 있다.)의 유체를 피밀봉 유체측(고압 유체측)을 향하여 말려들게 하는 스파이럴홈(53)의 누설측의 단부(53a)가 누설측에 직접 개구되어 있기 때문에, 누설측으로부터 용이하게 더스트가 진입한다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 있어서, 정상(定常) 운전 시에는 슬라이딩면을 유체 윤활의 저마찰이 되도록 하는 동시에, 피밀봉 유체의 누설 및 슬라이딩면으로의 더스트의 진입을 방지하고, 슬라이딩면의 밀봉과 윤활의 상반되는 양 기능을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 슬라이딩 부품은, 첫 번째로, 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향에 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 상기 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 양 슬라이딩면의 랜드부에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈이 설치되고, 상기 동압 발생홈의 누설측의 단부와 상기 누설측과의 사이에는 상기 동압 발생홈과 누설측을 연통하는 유체 도입홈이 설치되고, 상기 유체 도입홈의 단면적은 상기 동압 발생홈의 단면적보다 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 정상 운전 시에는 슬라이딩면을 유체 윤활의 저마찰이 되도록 하는 동시에, 누설측의 유체 중에 혼재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 방지하고, 슬라이딩면의 밀봉과 윤활의 상반되는 양 기능을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다. 또한 동압 발생홈은 피밀봉 유체측과는 랜드부에 의해 격리되어 있기 때문에, 정지 시에도 누설이 발생하는 경우가 없다.

또한 본 발명의 슬라이딩 부품은, 두 번째로, 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향에 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체인 액체 또는 미스트 상태의 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 상기 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 양 슬라이딩면의 랜드부에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈이 설치되고, 상기 동압 발생홈의 누설측의 단부와 상기 누설측과의 사이에는 상기 동압 발생홈과 누설측을 연통하는 유체 도입홈이 설치되고, 상기 유체 도입홈의 단면적은 상기 동압 발생홈의 단면적보다 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 정상 운전 시에는 슬라이딩면을 유체 윤활의 저마찰이 되도록 하는 동시에, 피밀봉 유체인 액체의 누설 및 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 방지하고, 슬라이딩면의 밀봉과 윤활의 상반되는 양 기능을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다. 또한 동압 발생홈은 피밀봉 유체인 액체측과는 랜드부에 의해 격리되어 있기 때문에, 정지 시에도 누설이 발생하는 경우가 없다.

또한 본 발명의 슬라이딩 부품은, 세 번째로, 첫 번째 또는 두 번째 특징에 있어서, 상기 동압 발생홈은, 누설측의 유체를 흡입하여 피밀봉 유체측에 펌핑하는 스파이럴 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 정상 운전 시에는 누설측의 유체가 피밀봉 유체측을 향하여 펌핑되어, 피밀봉 유체가 누설측에 누설되는 것이 방지된다.

또한 본 발명의 슬라이딩 부품은, 네 번째로, 첫 번째 내지 세 번째 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 유체 도입홈은, 상기 누설측으로부터 상기 동압 발생홈측을 향하여 그 단면적이 작아지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 더 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 슬라이딩 부품은, 다섯 번째로, 첫 번째 내지 네 번째 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 유체 도입홈은, 상기 누설측으로부터 상기 동압 발생홈측을 향하여 상류측에 경사지도록 배열 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 더 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 슬라이딩 부품은, 여섯 번째로, 첫 번째 내지 다섯 번째 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 유체 도입홈은, 그 단면 형상에 있어서 저면 및 측면이 파도 형상(波形狀)의 매끄러운 곡선으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트가 유체 도입홈의 누설측의 단부에 부착될 우려는 적다. 또한 유체의 도입을 용이하게 할 수 있는 동시에, 개구 면적을 좁힐 수 있어, 유체 도입홈으로의 더스트의 진입을 방지할 수 있다. 또한, 측면이 파도 형상의 매끄러운 곡선으로 개구부에 이어지기 때문에, 개구부에 의한 상대측의 슬라이딩면에 대한 공격성을 저감할 수 있다.

또한 본 발명의 슬라이딩 부품은, 일곱 번째로, 첫 번째 내지 여섯 번째 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 피밀봉 유체측에 연통하고, 누설측에는 연통하지 않도록 구성된 유체 도입홈이 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 기동 시 등의 회전측 밀봉환의 저속 회전 상태에 있어서 슬라이딩면의 외주측에 존재하는 액체가 적극적으로 슬라이딩면에 도입되어, 슬라이딩면의 윤활을 행할 수 있다.

또한 회전측 밀봉환이 정상 운전 등의 고속 회전 시에 있어서 유체 도입홈으로부터 슬라이딩면에 도입된 액체는 원심력에 의해 배출되기 때문에, 누설측인 내주측에 액체가 누설되는 경우는 없다.

본 발명은, 이하와 같은 우수한 효과를 얻을 수 있다.

(1) 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향에 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 양 슬라이딩면의 랜드부에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈이 설치되고, 동압 발생홈의 누설측의 단부와 누설측과의 사이에는 동압 발생홈과 누설측을 연통하는 유체 도입홈이 설치되고, 유체 도입홈의 단면적은 동압 발생홈의 단면적보다 작게 설정되어 있는 것에 의해, 정상 운전 시에는 슬라이딩면을 유체 윤활의 저마찰이 되도록 하는 동시에, 누설측의 유체 중에 혼재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 방지하고, 슬라이딩면의 밀봉과 윤활의 상반되는 양 기능을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다. 또한 동압 발생홈은 피밀봉 유체측과는 랜드부에 의해 격리되어 있기 때문에, 정지 시에도 누설이 발생하는 경우가 없다.

(2) 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향에 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체인 액체 또는 미스트 상태의 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 양 슬라이딩면의 랜드부에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈이 설치되고, 동압 발생홈의 누설측의 단부와 누설측과의 사이에는 동압 발생홈과 누설측을 연통하는 유체 도입홈이 설치되고, 상기 유체 도입홈의 단면적은 상기 동압 발생홈의 단면적보다 작게 설정되어 있는 것에 의해, 정상 운전 시에는 슬라이딩면을 유체 윤활의 저마찰이 되도록 하는 동시에, 피밀봉 유체인 액체의 누설 및 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 방지하고, 슬라이딩면의 밀봉과 윤활의 상반되는 양 기능을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다. 또한 동압 발생홈은 피밀봉 유체인 액체측과는 랜드부에 의해 격리되어 있기 때문에, 정지 시에도 누설이 발생하는 경우가 없다.

(3) 동압 발생홈은, 누설측의 유체를 흡입하여 피밀봉 유체측에 펌핑하는 스파이럴 형상을 하고 있는 것에 의해, 정상 운전 시에는 누설측의 유체가 피밀봉 유체측을 향하여 펌핑되어, 피밀봉 유체가 누설측에 누설되는 것이 방지된다.

(4) 유체 도입홈은, 누설측으로부터 동압 발생홈측을 향하여 그 단면적이 작아지도록 설정되어 있는 것에 의해, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 더 방지할 수 있다.

(5) 유체 도입홈은, 누설측으로부터 동압 발생홈측을 향하여 상류측에 경사지도록 배열 설치됨으로써, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 더 방지할 수 있다.

(6) 유체 도입홈은, 그 단면 형상에 있어서 저면 및 측면이 파도 형상의 매끄러운 곡선으로 형성되어 있는 것에 의해, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트가 유체 도입홈의 누설측의 단부에 부착될 우려는 적다. 또한 유체의 도입을 용이하게 할 수 있는 동시에, 개구 면적을 좁힐 수 있어, 유체 도입홈으로의 더스트의 진입을 방지할 수 있다. 또한, 측면이 파도 형상의 매끄러운 곡선으로 개구부에 이어지기 때문에, 개구부에 의한 상대측의 슬라이딩면에 대한 공격성을 저감할 수 있다.

(7) 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 피밀봉 유체측에 연통하고, 누설측에는 연통하지 않도록 구성된 유체 도입홈이 설치됨으로써, 기동 시 등의 회전측 밀봉환의 저속 회전 상태에 있어서 슬라이딩면의 외주측에 존재하는 액체가 적극적으로 슬라이딩면에 도입되어, 슬라이딩면의 윤활을 행할 수 있다.

또한 회전측 밀봉환이 정상 운전 등의 고속 회전 시에 있어서 유체 도입홈으로부터 슬라이딩면에 도입된 액체는 원심력에 의해 배출되기 때문에, 누설측인 내주측에 액체가 누설되는 경우는 없다.

[도 1]은 본 발명의 실시예 1에 따른 메카니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
[도 2]는 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩 부분을 확대하여 나타낸 것이며, 지면(紙面) 하방의 수평 방향에 회전 중심이 존재한다.
[도 3]에서 도 3(a)는, 도 1의 A-A 화살표 방향에서 본 도면이며, 도 3(b) 및 도 3(c)는, 유체 도입홈의 변형예를 나타내는 것이며, 도 3(a)의 B부에 상당하는 부분을 나타낸 것이다.
[도 4]는 도 3의 슬라이딩면을 대각선 방향에서 본 요부의 사시도이다.
[도 5]는 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품의 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 것이다.
[도 6]은 종래 기술을 설명하기 위한 설명도이며, (a)는 종단면도, (b)는 C-C 화살표 방향에서 본 도면이다.

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 그들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 관하여 설명한다.

또한, 이하의 실시예에 있어서는, 슬라이딩 부품의 일례인 메카니컬 시일을 예로 하여 설명한다. 또한 메카니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부품의 외주측을 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측), 내주측을 누설측(기체측)으로서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 외주측이 누설측(기체측), 내주측이 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)일 경우도 적용 가능하다. 또한 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)과 누설측(기체측)과의 압력의 대소 관계에 대해서는, 예를 들면 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)이 고압, 누설측(기체측)이 저압, 혹은, 그 반대의 어느 것이어도 되고, 또한 양쪽의 압력이 동일하여도 된다.

도 1은, 메카니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이며, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 유체, 예를 들면 베어링부에 사용된 윤활유를 밀봉하는 형식의 인사이드 형식이고, 터보 차저에 구비된 컴프레서의 임펠러(1)를 구동시키는 회전축(2)측에 슬리브(3)를 통하여 이 회전축(2)과 일체로 회전 가능한 상태로 설치된 한쪽의 슬라이딩 부품인 원환 형상의 회전측 밀봉환(4)과, 하우징(5)에 카트리지(6)를 통하여 비회전 상태로, 또한, 축방향 이동 가능한 상태로 설치된 다른 한쪽의 슬라이딩 부품인 원환 형상의 고정측 밀봉환(7)이 설치되고, 고정측 밀봉환(7)을 축방향으로 부세(付勢)하는 코일드 웨이브 스프링(8)에 의해, 래핑 등에 의해 경면 처리된 슬라이딩면(S)끼리 밀접 슬라이딩하도록 되어 있다. 즉, 이 메카니컬 시일은, 회전측 밀봉환(4) 및 고정측 밀봉환(7)은 반경 방향에 형성된 슬라이딩면(S)을 갖고, 서로의 슬라이딩면(S)에 있어서, 피밀봉 유체, 예를 들면 액체 혹은 미스트 상태의 유체(이하, 액체 혹은 미스트 상태의 유체를, 간단히 「액체」라고 하는 경우가 있다.)가 슬라이딩면(S)의 외주로부터 내주측의 누설측에 유출되는 것을 방지하는 것이다.

또한, 부호 9는 O링을 나타내고 있으며, 카트리지(6)와 고정측 밀봉환(7)과의 사이를 시일하는 것이다.

또한 본 예에서는, 슬리브(3)와 회전측 밀봉환(4)이 별체인 경우에 관하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 슬리브(3)와 회전측 밀봉환(4)을 일체로 형성해도 된다.

회전측 밀봉환(4) 및 고정측 밀봉환(7)의 재질은, 내마모성이 우수한 탄화 규소(SiC) 및 자기(自己) 윤활성이 우수한 카본 등으로부터 선정되지만, 예를 들면 양쪽이 SiC, 혹은, 어느 한쪽이 SiC이며 다른 한쪽이 카본인 조합이 가능하다.

도 2은, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩 부분을 확대하여 나타낸 것이다.

도 2에 있어서, 회전측 밀봉환(4)의 슬라이딩면(S)에는, 회전측 밀봉환(4) 및 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면의 랜드부(R)에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈(10)이 설치되어 있다. 즉, 본 예에 있어서는, 동압 발생홈(10)은, 회전측 밀봉환(4)의 슬라이딩면(S)에만 설치되고, 동압 발생홈(10)의 경방향에 있어서의 누설측 및 피밀봉 유체측에는 랜드부(R)가 존재하고, 이 회전측 밀봉환(4)의 랜드부(R)에 대하여 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)이 슬라이딩 접촉함으로써, 동압 발생홈(10)을 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리하고 있다. 상세하게 설명하면, 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)의 피밀봉 유체측의 외경은, 회전측 밀봉환(4)의 동압 발생홈(10)의 피밀봉 유체측의 단부보다 경방향으로 크고, 또한 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)의 누설측의 내경은, 동압 발생홈(10)의 누설측의 단부보다 경방향으로 작게 설정되어, 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)와 회전측 밀봉환(4)의 동압 발생홈(10)의 내경측 및 외경측의 랜드부(R)가 슬라이딩 접촉함으로써 동압 발생홈(10)이 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되어 있는 것이다.

도 3에도 나타내는 바와 같이 동압 발생홈(10)의 누설측의 단부(10a)와 누설측과의 사이에는 동압 발생홈(10)을 누설측과 연통시키는 유체 도입홈(11)이 설치되어 있다. 유체 도입홈(11)의 단면적은 동압 발생홈(10)의 단면적보다 작게 설정되어, 누설측의 유체 중에 혼재하는 더스트의 진입을 억제하고 있다.

본 예에 있어서는, 동압 발생홈(10)의 단면에 있어서의 저면 및 측면은 대략 직선 형상이며, 상면은 개구되어 있다. 또한 유체 도입홈(11)의 단면에 있어서의 저면 및 측면은, 도 4에 나타내는 바와 같이 파도 형상의 매끄러운 곡선에 의해 형성되고, 상면은 개구되어 있다.

동압 발생홈(10)은, 누설측의 유체를 흡입하여 피밀봉 유체측에 펌핑하기 위한 것이며, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이 스파이럴 형상을 하고 있다.

스파이럴 형상의 동압 발생홈(10)은, 누설측의 단부(10a)가 유체 도입홈(11)의 동압 발생홈측의 단부(11b)와 연통되고, 피밀봉 유체측의 단부(10b)는 피밀봉 유체측에는 연통되어 있지 않고, 회전측 밀봉환(4)과 고정측 밀봉환(7)의 상대 슬라이딩에 의해, 누설측의 단부(10a)로부터 피밀봉 유체측의 단부(10b)를 향하여 펌핑 작용을 발휘하도록 스파이럴 형상으로 경사져, 동압(정압)을 발생시킨다.

스파이럴 형상의 동압 발생홈(10)은, 도 3에 있어서는, 홈 폭이 일정하게 형성되어 있지만, 유체 도입홈(11)의 동압 발생홈측의 단부(11b)와 연통되어 있는 누설측의 단부(10a)의 홈 폭을 확대, 즉, 단부(10a)의 둘레 방향 길이를 다른 부분보다 길게 하여, 동압 발생홈(10) 내로의 유체의 공급 효과를 증대시켜도 된다.

스파이럴 형상의 동압 발생홈(10)은, 정상 운전 등의 회전측 밀봉환(4)의 고속 회전 상태에 있어서, 누설측에서 유체 도입홈(11)을 통하여 기체를 흡입하여, 피밀봉 유체측의 단부(10b) 부근에서 동압(정압)을 발생시키기 때문에, 회전측 밀봉환(4)과 고정측 밀봉환(7)과의 슬라이딩면(S)에는 미세한 간극이 형성되고, 슬라이딩면(S)은 기체 윤활 상태가 되어 매우 저마찰이 된다.

한편, 유체 도입홈(11)은, 누설측과 동압 발생홈(10)을 연통시키는 것이지만, 본 발명에 있어서는, 누설측의 유체 중에 혼재하는 더스트가 유체 도입홈(11)에 부착되지 않는 단면 형상으로, 또한, 누설측의 유체 중에 혼재하는 더스트가, 유체 도입홈(11)을 경유하여 동압 발생홈(10)에 진입하지 않는 경로의 형상으로 형성되어 있다.

우선, 유체 도입홈(11)의 단면 형상에 있어서, 그 저면 및 측면은, 상기한 파도 형상의 매끄러운 곡선에 의해 형성되는 것에 한정하지 않고, 임의의 형상을 채용하는 것이 가능하지만, 도 4에 나타내는 바와 같은, 단면 형상이 파도 형상일 경우, 모서리부가 없는 매끄러운 곡선 형상이기 때문에, 누설측의 유체 중에 혼재하는 더스트가 유체 도입홈(11)의 누설측의 단부(11a)에 부착될 우려는 적다. 또한 단면 형상을 파도 형상으로 한 경우, 유체의 도입을 용이하게 할 수 있는 동시에, 개구 면적을 좁힐 수 있어, 유체 도입홈(11)으로의 더스트의 진입을 방지할 수 있다. 또한, 파도 모양이기 때문에, 상대측의 슬라이딩면, 즉, 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면에 대한 공격성을 저감할 수 있다.

다음으로, 유체 도입홈(11)의 경로 형상에 있어서, 누설측의 유체 중에 혼재하는 더스트가 가능한 한 유체 도입홈(11)을 경유하여 동압 발생홈(10)에 진입하지 않도록 하기 위해서, 상기한 바와 같이, 유체 도입홈(11)의 단면적은 동압 발생홈(10)의 단면적보다 작게 설정되어 있다.

그 외에, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 유체 도입홈(11)은, 누설측의 단부(11a)로부터 동압 발생홈(10)측의 단부(11b)를 향하여 그 단면적이 서서히 작아지도록 설정되어도 된다. 그 경우, 단면의 폭을 서서히 작게 하거나, 깊이를 서서히 작게 하거나, 혹은, 폭 및 깊이 모두를 서서히 작게 해도 된다. 누설측에서 동압 발생홈(10)측을 향하여 그 단면적이 서서히 작아지도록 설정하면, 유체 도입홈(11) 내로의 더스트의 진입을 저감할 수 있다.

또한, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이 유체 도입홈(11)을, 누설측의 단부(11a)로부터 동압 발생홈(10)측의 단부(11b)를 향하여 상류측에 경사지도록 배열 설치해도 된다. 이 구성에 의하면, 더스트의 유체 도입홈(11)의 누설측의 단부(11a)로부터 동압 발생홈(10)측의 단부(11b)를 향한 진입은 곤란해진다.

이상에서 설명한 실시예 1의 구성에 의하면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면(S)(회전측 밀봉환(4)의 슬라이딩면(S))에는, 양 슬라이딩면(S)의 랜드부(R)에 의해 피밀봉 유체인 액체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈(10)이 설치되고, 동압 발생홈(10)의 누설측의 단부(10a)와 누설측과의 사이에는 동압 발생홈(10)과 누설측을 연통하는 유체 도입홈(11)이 설치되고, 유체 도입홈(11)의 단면적은 동압 발생홈(10)의 단면적보다 작게 설정되어 있는 것에 의해, 정상 운전 시에는 슬라이딩면을 유체 윤활의 저마찰이 되도록 하는 동시에, 피밀봉 유체인 액체의 누설 및 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 방지하고, 슬라이딩면의 밀봉과 윤활의 상반되는 양 기능을 향상시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다. 또한 동압 발생홈은 피밀봉 유체인 액체측과는 랜드부에 의해 격리되어 있기 때문에, 정지 시에도 누설이 발생하는 경우가 없다.

(2) 동압 발생홈(10)은, 누설측의 유체를 흡입하여 피밀봉 유체인 액체측에 펌핑하는 스파이럴 형상을 하고 있는 것에 의해, 정상 운전 시에는 누설측의 유체가 피밀봉 유체인 액체측을 향하여 펌핑되어, 피밀봉 유체인 액체가 누설측에 누설되는 것이 방지된다.

(3) 유체 도입홈(11)은, 누설측의 단부(11a)로부터 동압 발생홈(10)측의 단부(11b)를 향하여 그 단면적이 작아지도록 설정되어 있는 것에 의해, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 더 방지할 수 있다.

(4) 유체 도입홈(11)은, 누설측의 단부(11a)로부터 동압 발생홈(10)측의 단부(11b)를 향하여 상류측에 경사지도록 배열 설치되기 때문에, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트의 슬라이딩면으로의 진입을 더 방지할 수 있다.

(5) 유체 도입홈(11)의 단면 형상은, 저면 및 측면이 파도 형상의 매끄러운 곡선으로 형성되어 있는 것에 의해, 누설측의 유체 중에 존재하는 더스트가 유체 도입홈(11)의 누설측의 단부(11a)에 부착될 우려는 적다. 또한 유체의 도입을 용이하게 할 수 있는 동시에, 개구 면적을 좁힐 수 있어, 유체 도입홈(11)으로의 더스트의 진입을 방지할 수 있다. 또한, 측면이 파도 형상의 매끄러운 곡선으로 개구부에 이어지기 때문에, 개구부에 의한 상대측의 슬라이딩면, 즉, 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면에 대한 공격성을 저감할 수 있다.

(실시예 2)

다음에, 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 관하여 설명한다.

실시예 2에 따른 슬라이딩 부품은, 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 유체 도입홈 및 정압 발생 기구가 설치되는 점에서 상기 실시예와 상이하지만, 그 밖의 기본 구성은 상기 실시예와 동일하여, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 5(a)에 있어서, 회전측 밀봉환(4)의 슬라이딩면(S)에는, 당해 슬라이딩면(S)의 피밀봉 유체측, 즉, 외주측의 둘레 가장자리에 연통하고, 누설측, 즉, 내주측의 둘레 가장자리에는 연통하지 않도록 구성된 유체 도입홈(12)이 설치되어 있다.

유체 도입홈(12)은, 외주측의 둘레 가장자리를 따르도록 1개 이상 배열 설치되고, 평면 형상은 대략 직사각 형상으로 형성되어, 슬라이딩면(S)의 외주측의 둘레 가장자리에 있어서 피밀봉 유체측과 연통하고, 내주측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.

또한 유체 도입홈(12)의 원 둘레 방향의 하류측에 연통하여 유체 도입홈(12)보다 얕은 정압 발생홈(13a)을 구비하는 정압 발생 기구(13)가 설치되어 있다. 정압 발생 기구(13)는, 정압(동압)을 발생시킴으로써 슬라이딩면 사이의 유체막을 증가시켜, 윤활 성능을 향상시키는 기구이다.

정압 발생홈(13a)은, 상류측이 유체 도입홈(12)에 연통하고, 외주측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.

본 예에서는, 정압 발생 기구(13)는, 상류측에 있어서 유체 도입홈(12)에 연통하는 정압 발생홈(13a) 및 레일리 스텝(13b)을 구비한 레일리 스텝 기구로 구성되지만, 이에 한정되지 않고, 즉, 정압을 발생시키는 기구이면 된다.

도 5(a)에 있어서, 유체 도입홈(12) 및 정압 발생 기구(13)가 이루는 평면 형상은 대략 L자 형상을 하고 있다.

지금, 회전측 밀봉환(4)이 반시계 방향으로 회전한다고 할 경우, 외주측의 액체는 대략 직사각 형상의 유체 도입홈(12)으로부터 슬라이딩면에 도입되어, 슬라이딩면(S)의 윤활을 행할 수 있다. 그 때, 정압 발생 기구(13)에 의해 정압(동압)이 발생되기 때문에, 슬라이딩면 사이의 유체막이 증대되어, 윤활 성능을 더 향상시킬 수 있다.

또한 회전측 밀봉환(4)이 정상 운전 등의 고속 회전 시에 있어서 유체 도입홈(12)으로부터 슬라이딩면에 도입된 액체는 원심력에 의해 배출되기 때문에, 누설측인 내주측에 액체가 누설되는 경우는 없다.

도 5(b)는, 유체 도입홈의 형상이 다르다는 점에서 도 5(a)와 상이하지만, 그 외에는 도 5(a)와 같다.

도 5(b)에 있어서, 회전측 밀봉환(4)의 슬라이딩면(S)에는, 당해 슬라이딩면(S)의 피밀봉 유체측, 즉, 외주측의 둘레 가장자리에 연통하고, 누설측, 즉, 내주측의 둘레 가장자리에는 연통하지 않도록 구성된 유체 도입홈(14)이 설치되어 있다.

유체 도입홈(14)은, 외주측의 둘레 가장자리를 따르도록 배열 설치되고, 슬라이딩면(S)의 외주측의 둘레 가장자리에만 연통하는 유체 도입부(14a) 및 유체 도출부(14b), 및 이들을 둘레 방향으로 연통하는 유체 연통부(14c)로 구성되어, 내주측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.

본 예에서는, 유체 도입부(14a) 및 유체 도출부(14b)는 둘레 방향에 있어서 일정 거리를 두고 설치되고, 각각, 경방향에 직선 형상으로 연장되어 있기 때문에, 유체 도입홈(14)의 평면 형상은 대략 U자 형상을 하고 있다.

또한 유체 도입홈(14)과 외주측으로 둘러싸이는 부분에 유체 도입홈(14)보다 얕은 정압 발생홈(13a)을 구비하는 정압 발생 기구(13)가 설치되어 있다. 정압 발생 기구(13)는, 정압(동압)을 발생시킴으로써 슬라이딩면 사이의 유체막을 증가시켜, 윤활 성능을 향상시키는 기구이다.

정압 발생홈(13a)은, 상류측이 유체 도입부(14a)에 연통하고, 유체 도출부(14b) 및 외주측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있다.

본 예에서는, 정압 발생 기구(13)는, 상류측에 있어서 유체 도입홈(14)의 유체 도입부(14a)에 연통하는 정압 발생홈(13a) 및 레일리 스텝(13b)을 구비한 레일리 스텝 기구로 구성되지만, 이에 한정되지 않고, 즉, 정압을 발생시키는 기구이면 된다.

지금, 회전측 밀봉환(4)이 반시계 방향으로 회전한다고 할 경우, 외주측의 액체는 대략 U자 형상의 유체 도입홈(14)의 유체 도입부(14a)로부터 슬라이딩면에 도입되어, 유체 도출부(14b)로부터 외주측에 배출되지만, 그 때, 기동 시 등의 회전측 밀봉환(4)의 저속 회전 상태에 있어서 슬라이딩면(S)의 외주측에 존재하는 액체가 적극적으로 슬라이딩면(S)에 도입되어, 슬라이딩면(S)의 윤활을 행할 수 있다. 그 때, 정압 발생 기구(13)에 의해 정압(동압)이 발생되기 때문에, 슬라이딩면 사이의 유체막이 증대되어, 윤활 성능을 더 향상시킬 수 있다.

또한 회전측 밀봉환(4)이 정상 운전 등의 고속 회전 시에 있어서 유체 도입홈(14)으로부터 슬라이딩면에 도입된 액체는 원심력에 의해 배출되기 때문에, 누설측인 내주측에 액체가 누설되는 경우는 없다.

도 5(b)에서는 유체 도입홈(14)의 평면 형상은 대략 U자 형상으로 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 유체 도입부(14a)와 유체 도출부(14b)가 내경측에 있어서 교차하는 형상, 즉, 대략 V자로 형성되어도 된다.

이상에서 설명한 실시예 2의 구성에 의하면, 실시예 1의 효과에 더하여 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

회전측 밀봉환(4)의 슬라이딩면(S)에는, 당해 슬라이딩면(S)의 피밀봉 유체측, 즉, 외주측의 둘레 가장자리에 연통하고, 누설측, 즉, 내주측의 둘레 가장자리에는 연통하지 않도록 구성된 유체 도입홈(12 또는 14)이 설치됨으로써, 기동 시 등의 회전측 밀봉환(4)의 저속 회전 상태에 있어서 슬라이딩면(S)의 외주측에 존재하는 액체가 적극적으로 슬라이딩면(S)에 도입되어, 슬라이딩면(S)의 윤활을 행할 수 있다. 그 때, 정압 발생 기구(13)에 의해 정압(동압)이 발생되기 때문에, 슬라이딩면 사이의 유체막이 증대되어, 윤활 성능을 더 향상시킬 수 있다.

또한 회전측 밀봉환(4)이 정상 운전 등의 고속 회전 시에 있어서 유체 도입홈(12 또는 14)으로부터 슬라이딩면에 도입된 액체는 원심력에 의해 배출되기 때문에, 누설측인 내주측에 액체가 누설되는 경우는 없다.

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 메카니컬 시일 장치에 있어서의 한 쌍의 회전측 밀봉환 및 고정측 밀봉환 중 어느 하나에 사용하는 예에 관하여 설명했지만, 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 일방측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.

또한 예를 들면 상기 실시예에서는, 슬라이딩 부품의 외주측을 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측), 내주측을 누설측(기체측)으로서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 외주측이 누설측(기체측), 내주측이 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)일 경우도 적용 가능하다. 또한 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)과 누설측(기체측)과의 압력의 대소 관계에 대해서는, 예를 들면 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)이 고압, 누설측(기체측)이 저압, 혹은, 그 반대여도 되고, 또한 양쪽의 압력이 동일하여도 된다.

또한 예를 들면 상기 실시예에서는, 동압 발생홈(10)이 스파이럴 그루브일 경우에 관하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 레일리 스텝과 역 레일리 스텝의 조합이어도 되고, 즉, 누설측의 유체를 흡입하여 동압(정압)을 발생시키는 기구이면 된다.

또한 예를 들면 상기 실시예에서는, 유체 도입홈(11)의 단면 형상이 파도 형상일 경우에 관하여 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 원호 형상 등, 매끄럽게 곡률이 변화하는 형상이면 된다.

1 임펠러
2 회전축
3 슬리브
4 회전측 밀봉환
5 하우징
6 카트리지
7 고정측 밀봉환
8 코일드 웨이브 스프링
10 동압 발생홈
10a 누설측의 단부
10b 피밀봉 유체측의 단부
11 유체 도입홈
11a 누설측의 단부
11b 동압 발생홈측의 단부
12 유체 도입홈
13 정압 발생 기구
14 유체 도입홈
S 슬라이딩면
R 랜드부

Claims (7)

1. 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향에 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 상기 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 양 슬라이딩면의 랜드부에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈이 설치되고, 상기 동압 발생홈의 누설측의 단부와 상기 누설측과의 사이에는 상기 동압 발생홈과 누설측을 연통하는 유체 도입홈이 설치되고, 상기 유체 도입홈의 단면적은 상기 동압 발생홈의 단면적보다 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
2. 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향에 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체인 액체 또는 미스트 상태의 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 상기 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 양 슬라이딩면의 랜드부에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 비연통하게 격리되도록 동압 발생홈이 설치되고, 상기 동압 발생홈의 누설측의 단부와 상기 누설측과의 사이에는 상기 동압 발생홈과 누설측을 연통하는 유체 도입홈이 설치되고, 상기 유체 도입홈의 단면적은 상기 동압 발생홈의 단면적보다 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 동압 발생홈은, 누설측의 유체를 흡입하여 피밀봉 유체측에 펌핑하는 스파이럴 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 도입홈은, 상기 누설측으로부터 상기 동압 발생홈측을 향하여 그 단면적이 작아지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 도입홈은, 상기 누설측으로부터 상기 동압 발생홈측을 향하여 상류측에 경사지도록 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 도입홈은, 그 단면 형상에 있어서 저면 및 측면이 파도 형상의 매끄러운 곡선으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 피밀봉 유체측에 연통하고, 누설측에는 연통하지 않도록 구성된 유체 도입홈이 설치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.

Images