KR20190053946A - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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히데유키 이노우에
다케시 호소에
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

슬라이딩면 전체에 적극적으로 유체를 받아들여, 슬라이딩면의 마찰 발열에 의한 마모나 소손 등을 방지함과 동시에 누설을 방지한다.
한 쌍의 환상체로 이루어지는 슬라이딩 부품의 서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면의 적어도 한쪽측의 슬라이딩면에는, 정압 발생홈(11)을 구비한 정압 발생 기구(10) 및 부압 발생홈(13)을 구비한 부압 발생 기구(12)가 설치되고, 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)은 반밀봉 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있는 슬라이딩 부품에 있어서, 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)의 홈 깊이보다 깊은 심구(深溝; 14)가 적어도 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)으로부터 반밀봉 유체측에 위치하여 배설되고, 심구(14)는 적어도 밀봉 유체측에 연통하도록 형성되는 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 슬라이딩면의 거칠기를 최적화함으로써 성능을 높여, 저누설, 고수명, 저토크를 실현하고 있다. 그러나, 최근의 환경 문제에 대한 의식의 고조로부터, 메커니컬 시일의 더 한층의 성능 향상이 요구되고 있고, 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, 도 7에 나타내는 바와 같은, 환상체로 이루어지는 슬라이딩 부품(31)의 외주측이 고압 유체측, 내주측이 저압 유체측이며, 슬라이딩면(32)의 고압측에는 정압 발생 기구를 구성하는 레일리 스텝 기구(33)의 그루브부(35)가, 저압측에는 부압 발생 기구를 구성하는 역레일리 스텝 기구(34)의 그루브부(36)가 설치됨과 동시에, 그루브부(35)와 그루브부(36)와의 사이에 압력 개방홈(45)이 형성되고, 그루브부(35), 압력 개방홈(45) 및 그루브부(36)는 반경 방향 홈(37)을 통하여 고압 유체측에 연통되고, 저압 유체측과는 시일면(38)에 의해 격리되어 있는 슬라이딩 부품에 있어서, 반경 방향 홈(37)이 그루브부(36)에 연통하는 내주측으로부터 외주측을 향하고 상대 슬라이딩면의 회전 방향을 향하여 경사지는 형상의 슬라이딩 부품이 제안되고 있다. 이 실시 형태의 경우, 슬라이딩면(32)의 유체는 화살표(46)로 나타내는 방향으로 배출된다. 또한, 그루브부(35) 및 그루브부(36)의 홈 깊이는 약 수 μm, 반경 방향 홈(37) 및 압력 개방홈(45)의 홈 깊이는 약 수십 μm이며, 반경 방향 홈(37) 및 압력 개방홈(45)의 홈 깊이는 그루브부(35) 및 그루브부(36)의 홈 깊이보다 충분히 깊은 것으로 되어 있다.
국제공개 제2012/046749호
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, 압력 개방홈(45)은 정압 발생 기구의 그루브부(35)와 부압 발생 기구의 그루브부(36)와의 사이에 형성되고, 누설측인 저압 유체측에는 부압 발생 기구의 그루브부(36)가 설치되어 있기 때문에, 고압 유체측의 유체를 슬라이딩면(32)의 저압 유체측까지 도입할 수 없어, 저압 유체측의 슬라이딩면에 있어서 액막 부족이 발생하고, 슬라이딩면의 마찰 발열에 의한 마모나 소손(燒損) 등이 발생하여, 메커니컬 시일의 기능이 저하될 우려가 있는 것이 본 발명자에게 있어서 확인되었다.
본 발명은, 종래 기술의 장점을 살리면서, 그 문제가 되는 점을 개량하기 위해 행해진 것이며, 밀봉과 윤활과 같은 상반되는 조건을 양립시키면서, 슬라이딩면 전체에 적극적으로 유체를 받아들여, 슬라이딩면의 마찰 발열에 의한 마모나 소손 등을 방지함과 동시에 누설을 방지함으로써, 장기간에 걸쳐 슬라이딩면의 밀봉 기능을 유지시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 슬라이딩 부품은, 첫 번째로, 한 쌍의 환상체로 이루어지는 슬라이딩 부품의 서로 상대 접동하는 슬라이딩면의 적어도 한쪽측의 슬라이딩면에는, 정압 발생홈을 구비한 정압 발생 기구 및 부압 발생홈을 구비한 부압 발생 기구가 설치되고, 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈은 반(反)밀봉 유체측과는 랜드부에 의해 격리되어 있는 슬라이딩 부품에 있어서, 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈의 홈 깊이보다 깊은 심구(深溝)가 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈으로부터 적어도 반밀봉 유체측에 위치하여 배설(配設)되고, 상기 심구는 적어도 밀봉 유체측에 연통하도록 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면 전체에 적극적으로 유체를 받아들여서, 슬라이딩면의 액막 부족을 억제하여, 저토크, 저마모 및 피밀봉 유체 용융물의 내부착성의 향상을 도모함과 동시에 누설을 방지함으로써, 장기간에 걸쳐 슬라이딩면의 밀봉 기능을 유지시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 두 번째로, 제1 특징에 있어서, 상기 심구는 반경 방향 홈 및 원주 방향 홈으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면에 정압 발생홈 및 부압 발생홈을 효율 좋게 배설할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 전체에 유효하게 유체를 받아들일 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 세 번째로, 제1 특징에 있어서, 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈은 상기 반경 방향 홈을 사이에 끼우고 원주 방향으로 단속적으로 원호 형상으로 배설됨과 동시에, 상기 원주 방향 홈은 상기 반경 방향 홈을 개재하여 원주 방향으로 연속하여 배설되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 정압 발생홈 및 부압 발생홈이 각각 복수 배설되는 경우에도, 슬라이딩면에 정압 발생홈 및 부압 발생홈을 효율 좋게 배설할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 전체에 유효하게 유체를 받아들일 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 네 번째로, 제1 내지 제3 중 어느 특징에 있어서, 상기 정압 발생홈이 레일리 스텝 그루브로 형성되고, 또한, 상기 부압 발생홈이 역레일리 스텝 그루브 또는 펌핑 그루브로 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면에 있어서 정압 및 부압을 효율 좋게 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 다섯 번째로, 제1 내지 제4 중 어느 특징에 있어서, 상기 정압 발생홈 또는 상기 부압 발생홈은 지름 방향에 있어서 이간하여 복수열로 배설되고, 상기 원주 방향 홈은 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈으로부터 반밀봉 유체측, 및, 상기 정압 발생홈과 상기 부압 발생홈과의 지름 방향의 사이에 배설되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 정압 및 부압을 슬라이딩면 전체에 유효하게 발생시킬 수 있음과 동시에 유체를 슬라이딩면 전체에 유효하게 받아들일 수 있다.
본 발명은, 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다.
(1) 정압 발생홈 및 부압 발생홈의 홈 깊이보다 깊은 심구가 정압 발생홈 및 부압 발생홈으로부터 적어도 반밀봉 유체측에 위치하여 배설되고, 심구는 적어도 밀봉 유체측에 연통하도록 형성됨으로써, 슬라이딩면 전체에 적극적으로 유체를 받아들여서, 슬라이딩면의 액막 부족을 억제하여, 저토크, 저마모 및 피밀봉 유체 용융물의 내부착성의 향상을 도모함과 동시에 누설을 방지함으로써, 장기간에 걸쳐 슬라이딩면의 밀봉 기능을 유지시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
(2) 심구는 반경 방향 홈 및 원주 방향 홈으로 구성됨으로써, 슬라이딩면에 정압 발생홈 및 부압 발생홈을 효율 좋게 배설할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 전체에 유효하게 유체를 받아들일 수 있다.
(3) 정압 발생홈 및 부압 발생홈은 반경 방향 홈을 사이에 끼우고 원주 방향으로 단속적으로 원호 형상으로 배설됨과 동시에, 원주 방향 홈은 반경 방향 홈을 개재하여 원주 방향으로 연속하여 배설됨으로써, 정압 발생홈 및 부압 발생홈이 각각 복수 배설되는 경우에도, 슬라이딩면에 정압 발생홈 및 부압 발생홈을 효율 좋게 배설할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 전체에 유효하게 유체를 받아들일 수 있다.
(4) 정압 발생홈이 레일리 스텝 그루브로 형성되고, 또한, 부압 발생홈이 역레일리 스텝 그루브 또는 펌핑 그루브로 형성됨으로써, 슬라이딩면에 있어서 정압 및 부압을 효율 좋게 발생시킬 수 있다.
(5) 정압 발생홈 또는 부압 발생홈은 지름 방향에 있어서 이간하여 복수열로 배설되고, 원주 방향 홈은 정압 발생홈 및 부압 발생홈으로부터 반밀봉 유체측, 및, 정압 발생홈과 부압 발생홈과의 지름 방향의 사이에 배설됨으로써, 정압 및 부압을 슬라이딩면 전체에 유효하게 발생시킬 수 있음과 동시에 유체를 슬라이딩면 전체에 유효하게 받아들일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 (a)는 도 2의 A부 확대도, 도 (b)는 B-B 단면도이다.
도 4는 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 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 있어서의 회전수와 최소 액막의 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 있어서의 회전수와 슬라이딩면의 내주측 유량과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은종래 기술을 설명하는 도면이다.
이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 상대적 배치 등은, 특별히 명시적인 기재가 없은 한, 본 발명의 범위를 그들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.
실시예 1
도 1 내지 도 6을 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 밀봉 유체측, 내주측을 반밀봉 유체측(공기측)으로 하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 일 없이, 밀봉 유체측과 반밀봉 유체측(공기측)이 반대인 경우도 적용 가능하다.
도 1은, 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이며, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되려고 하는 밀봉 유체측의 피밀봉 유체를 밀봉하는 형식인 인사이드 형식의 것이고, 밀봉 유체측의 펌프 임펠러(도시 생략)를 구동시키는 회전축(1)측에 슬리브(2)를 통하여 이 회전축(1)과 일체적으로 회전 가능한 상태로 설치된 한쪽의 슬라이딩 부품인 원환상의 회전측 밀봉환(3)과, 펌프의 하우징(4)에 비회전 상태 또한 축방향 이동 가능한 상태로 설치된 다른 한쪽의 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, 래핑 등에 의해 경면 마무리된 슬라이딩면(S)끼리 밀접 슬라이딩하게 되어 있다. 즉, 이 메커니컬 시일은, 회전측 밀봉환(3)과 고정측 밀봉환(5)의 서로의 슬라이딩면(S)에 있어서, 피밀봉 유체가 회전축(1)의 외주로부터 대기측으로 유출하는 것을 방지하는 것이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 것이며, 여기에서는, 도 2의 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, 반경 방향 홈은 밀봉 유체측에 연통하면 좋기 때문에, 슬라이딩면의 외주측까지 형성될 필요는 없다.
도 2에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면의 외주측이 밀봉 유체측이며, 또한, 내주측이 반밀봉 유체측(공기측)이며, 상대 슬라이딩면은 반시계 방향으로 회전하는 것으로 하여 설명한다.
고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는 정압 발생홈(11)을 구비한 정압 발생 기구(10), 및, 부압 발생홈(13)을 구비한 부압 발생 기구(12)가 배열되어 있고, 이들은 반밀봉 유체측과 랜드부(R)(시일면)에 의해 격리되어 설치되어 있다.
또한, 랜드부(R)는 슬라이딩면(S)의 평활한 부분을 가리키고 있다.
그리고, 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)으로부터 적어도 반밀봉 유체측에는, 반밀봉 유체측과 랜드부(R)에 의해 격리되도록 하여 심구(14)가 형성되어 있다.
도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 심구(14)의 홈 깊이는 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)의 홈 깊이보다 깊다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 심구(14)는 반경 방향 홈(14a) 및 원주 방향 홈(14b)으로 구성되어 있다.
본 예에서는, 원주 방향 홈(14b)은 8개의 반경 방향 홈(14a)을 개재하여 원주 방향으로 연속하여 배설되어 있다.
또한, 정압 발생홈(11)의 상류측 및 부압 발생홈(13)의 하류측은 반경 방향 홈(14a)을 통하여 밀봉 유체측에 연통하도록 형성되어 있다.
도 2의 예에서는, 슬라이딩면의 밀봉 유체측에 있어서는, 하나의 반경 방향 홈(14a-1)을 사이에 끼우고, 당해 반경 방향 홈(14a-1)에 연통하도록 하여 하류측에 정압 발생홈(11)이, 상류측에 부압 발생홈(13)이, 원주 방향으로 8등배(等配)로 단속적으로 원호 형상으로 배설되어 있다. 또한, 슬라이딩면의 반밀봉 유체측에 있어서는, 다음 지름 방향홈(14a-2)을 사이에 끼우고, 당해 반경 방향 홈(14a-2)에 연통하도록 하여 하류측에 정압 발생홈(11)이, 상류측에 부압 발생홈(13)이, 원주 방향으로 8등배로 단속적으로 원호 형상으로 배설되어 있다.
즉, 정압 발생홈(11)의 상류측, 부압 발생홈(13)의 하류측은, 각각, 반경 방향 홈(14a)에 연통될 필요가 있기 때문에, 원주 방향의 배열이 번갈아 교차되어 있다.
예를 들면, A부를 기점으로 하여 설명하면, A부의 밀봉 유체측은 정압 발생홈(11)이, 반밀봉 유체측에는 부압 발생홈(13)이 배설되고, 하류측을 향하여, 순서대로, 정압 발생홈(11)과 부압 발생홈(13)이 원주 방향의 위치를 교차하도록 하여 배열되어 있다.
정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13) 및 심구(14)의 배열의 형태가, 도 2에 나타내는 바와 같이, 순서대로, 원주 방향으로 번갈아 배열되어 있는 경우, 상대 슬라이딩면의 회전 방향이 화살표로 나타내는 반시계 방향과 반대의 시계 방향인 경우에도, 슬라이딩 부품으로서 동일한 기능을 나타낼 수 있기 때문에, 양방향으로 회전하는 기기에 적합하다.
또한, 슬라이딩면의 지름 방향에 있어서 정압 발생홈(11)과 부압 발생홈(13)을 도 2와 같이 원주 방향의 배열이 번갈아 교차하여 배열하는 것에 한하지 않고, 밀봉 유체측(외경측)에는 정압 발생홈(11)을, 반밀봉 유체측(내경측)에는 부압 발생홈(13)을 배설해도 좋다.
이 경우, 외경측에는 전주(全周)에 걸쳐 정압이 발생하고, 내경측 전주에 걸쳐 부압이 발생하기 때문에, 누설을 적게 할 수 있지만, 한 방향으로 회전하는 기기에 밖에 적용할 수 없다.
또한, 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)은 슬라이딩면에 적어도 1개 있으면 좋고, 또한, 반경 방향 홈(14a)도 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)의 수에 따라 적절히 형성된다.
또한, 도 2의 예에서는, 원주 방향 홈(14b)은 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)으로부터 반밀봉 유체측에 배설되는 반밀봉 유체측 원주 방향 홈(14ba)에 더하여, 정압 발생홈(11)과 부압 발생홈(13)의 지름 방향의 사이에도 배설되는 중간 원주 방향 홈(14bb)을 구비하고 있다.
또한, 도 2의 예에서는, 정압 발생 기구(10)는 레일리 스텝 기구로 형성되고, 또한 부압 발생 기구(12)는 역레일리 스텝 기구로 형성되어 있다. 레일리 스텝 기구는 레일리 스텝 그루브(11)(정압 발생홈(11))를 구비하고, 또한, 역레일리 스텝 기구는 역레일리 스텝 그루브(13)(부압 발생홈(13))를 구비하고 있다.
부압 발생홈은 역레일리 스텝 그루브(13)에 한하지 않고, 펌핑 그루브(원주 방향으로 연장된 홈)라도 좋고, 이 경우, 펌핑 그루브는 심구(14)에 연통될 필요는 없다.
또한, 레일리 스텝 기구 및 역레일리 스텝 기구에 대해서는, 나중에, 상세하게 설명한다.
반경 방향 홈(14a)은, 밀봉 유체측에 연통하는 입구부(14aa)와, 레일리 스텝 그루브(11)의 상류측, 역레일리 스텝 그루브(13)의 하류측, 중간 원주 방향 홈(14bb) 및 반밀봉 유체측 원주 방향 홈(14ba)과 연통하는 연통부(14ab)로 구성되고, 도 2의 예에서는 평면 형상이 대략 직사각 형상을 이루고 있다.
또한, 반경 방향 홈(14a)의 평면 형상은, 대략 직사각형 형상에 한하지 않고, 예를 들면, 밀봉 유체측으로부터 유체가 들어가기 쉽도록, 입구부(14aa)가 크고, 반밀봉 유체측이 작은, 대략 부채 형상이라도 좋다.
정압 발생 기구(10)는, 그 상류측에 있어서 반경 방향 홈(14a)의 연통부(14ab)를 통하여 밀봉 유체측으로부터 유체를 흡입하고, 정압을 발생시키고, 발생한 정압에 의해 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면의 간격을 넓히고, 당해 슬라이딩면에 액막을 형성하여, 윤활성을 향상시키는 것이다.
또한, 부압 발생 기구(12)는, 상류측에 있어서 부압을 발생시키는 결과, 캐비테이션이 발생하고, 캐비테이션 내부 압력은, 대기압보다 낮아 부압이 되기 때문에, 유체는 도3(a)의 화살표로 나타내는 바와 같이 부압 발생 기구(12)에 유입하는 결과, 슬라이딩면의 반밀봉 유체측에 있어서 흡입이 발생하여, 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로의 누설을 방지하는 것이다. 그리고 부압 발생 기구(12)에 흡입된 유체는 그 하류측에 있어서 밀봉 유체측에 접속된 반경 방향 홈(14a)을 통하여 밀봉 유체측으로 배출된다.
또한, 심구(14)는, 밀봉 유체측의 피밀봉 유체를 슬라이딩면(S)의 반밀봉 유체측의 부분도 포함하는 거의 전체면에 피밀봉 유체를 유도하여, 슬라이딩면의 마찰 발열에 의한 마모나 소손 등을 방지하는 것이다.
즉, 심구(14)의 반밀봉 유체측 원주 방향 홈(14ba)은, 슬라이딩면(S)의 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로 누설되려고 하는 유체를 유도하고, 반경 방향 홈(14)을 통하여 밀봉 유체측으로 놓아주는 역할을 하는 것이다.
또한, 심구(14)의 중간 원주 방향 홈(14bb)은, 정압 발생 기구(10), 예를 들면, 레일리 스텝 기구에서 발생한 동압(정압)을 고압측 유체의 압력까지 개방함으로써, 유체가 저압측의 부압 발생 기구(12), 예를 들면, 역레일리 스텝 기구에 유입하여, 부압 발생 기구(12)의 부압 발생 능력이 약해지는 것을 방지하는 역할을 다하는 것이며, 고압측의 정압 발생 기구(10)에서 발생한 압력에 의해 반밀봉 유체측에 유입하려고 하는 유체를 중간 원주 방향 홈(14bb)에 유도하고, 반경 방향 홈(14)을 통하여 밀봉 유체측으로 놓아주는 역할을 하는 것이다.
레일리 스텝 그루브(11), 역레일리 스텝 그루브(13), 및 심구의 깊이 및 폭은, 슬라이딩 부품의 지름, 슬라이딩면 폭 및 상대 이동 속도, 그리고, 밀봉 및 윤활의 조건 등에 따라 적절히 결정되는 성질의 것이다.
일례로서 나타내면, 슬라이딩 부품의 지름이 약 20mm, 슬라이딩면 폭이 약 2mm인 경우, 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)의 폭은 0.4∼0.6mm, 깊이는 수 μm이며, 내주측의 랜드부(R)의 폭은 0.2∼0.4mm이다. 또한, 심구(14)의 깊이는 수십 μm∼수백 μm이다.
여기에서, 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. 예를 들면, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면에는, 상대적 이동 방향과 수직 또한 상류측에 면하여 레일리 스텝(11a)이 형성되고, 당해 레일리 스텝(11a)의 상류측에는 정압 발생홈인 그루브부(11)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 사이에 개재하는 유체가, 그 점성에 의해, 회전측 밀봉환(3) 또는 고정측 밀봉환(5)의 이동 방향으로 추종 이동하려고 하기 때문에, 그때, 레일리 스텝(11a)의 존재에 의해 파선으로 나타내는 바와 같은 정압(동압)을 발생시킨다.
또한, 15a, 15b는 반경 방향 홈(15)의 입구부, 출구부를, 또한, R은 시일면(S)을 구성하는 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 역레일리 스텝(13a)이 형성되고, 당해 역레일리 스텝(13a)의 하류측에는 부압 발생홈인 그루브부(13)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 사이에 개재하는 유체가, 그 점성에 의해, 회전측 밀봉환(3) 또는 고정측 밀봉환(5)의 이동 방향으로 추종 이동하려고 하기 때문에, 그때, 역레일리 스텝(13a)의 존재에 의해 파선으로 나타내는 바와 같은 부압(동압)을 발생시킨다.
또한, 14a는 반경 방향 홈을, 또한, R은 시일면(S)을 구성하는 랜드부를 나타낸다.
다음으로, 도 5에 기초하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 있어서의 회전수와 최소 액막의 관계를 설명한다. 최소 액막이란, 슬라이딩면 전체에 형성되는 액막 중, 그 두께가 최소의 부분의 액막을 의미하는 것이며, 반밀봉 유체측의 슬라이딩면의 액막이 이에 상당한다.
도 5에 있어서, 회전수가 약 50rpm이고 최소 액막의 두께는 0.1μm이며, 회전수가 300rpm까지는 회전수의 증대에 수반하여 급속하게 증가하고, 그 후, 완만하게 증가하는 경향에 있고, 회전수가 약 800rpm이고 최소 액막의 두께는 약 0.38μm가 된다.
도 5의 결과에 의하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품은, 최소의 액막이 형성되는 반밀봉 유체측의 슬라이딩면에 있어서, 회전수가 비교적 작은 단계로부터 액막이 형성되고, 회전수가 약 500rpm∼약 800rpm에서는 증가의 정도가 적은 것을 알 수 있다. 즉, 회전 초기에 있어서도 반밀봉 유체측의 슬라이딩면에 액막이 형성되어, 슬라이딩면 전체에 윤활 상태가 생성되는 것, 및, 회전수가 커져도 액막의 두께가 거의 일정하게 유지되어, 반밀봉 유체측으로의 누설이 적은 것을 나타내고 있다.
다음으로, 도 6 에 기초하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 있어서의 회전수와 반밀봉 유체측의 슬라이딩면에 있어서의 유량의 관계를 설명한다.
도 6에 있어서, 회전수가 약 100rpm 미만에서는 반밀봉 유체측의 유량은 적다.
회전수가 약 100rpm을 넘으면, 반밀봉 유체측의 유량이 증가하고, 800rpm까지 거의 직선적으로 증가한다.
반밀봉 유체측의 슬라이딩면에 있어서의 유체의 유량은, 심구(14)를 통하여 밀봉 유체측으로부터 공급되는 유체의 유량과 밀접하게 관계하고, 특히, 반밀봉 유체측의 슬라이딩면에는 부압 발생 기구(12)의 존재에 의해, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 슬라이딩면의 반밀봉 유체측에 있어서 흡입(펌핑)이 발생하기 때문에, 부압 발생 기구(12)의 흡입(펌핑)이 증가하면 증가한다.
도 6의 결과에 의하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품은, 회전수의 증대에 수반하여, 반밀봉 유체측의 유량이 증가하고 있는 점에서, 심구(14)를 통하여 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로 유체가 공급되어 있는 것, 및, 반밀봉 유체측의 슬라이딩면에 설치된 부압 발생 기구(12)에 의한 흡입(펌핑)이 유효하게 작용하고 있는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 슬라이딩면의 윤활 상태를 양호하게 함과 동시에 누설을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품은 상기한 대로이며, 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다.
(1) 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)의 홈 깊이보다 깊은 심구(14)가 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)으로부터 적어도 반밀봉 유체측에 위치하여 배설되고, 심구(14)는 정압 발생홈(11)의 상류측, 부압 발생홈(13)의 하류측 및 밀봉 유체측에 연통하도록 형성됨으로써, 슬라이딩면 전체에 적극적으로 유체를 받아들여서, 슬라이딩면의 액막 부족을 억제하여, 저토크, 저마모 및 피밀봉 유체 용융물의 내부착성의 향상을 도모함과 동시에 누설을 방지함으로써, 장기간에 걸쳐 슬라이딩면의 밀봉 기능을 유지시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
(2) 심구(14)는 반경 방향 홈(14a) 및 원주 방향 홈(14b)으로 구성됨으로써, 슬라이딩면에 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)을 효율 좋게 배설할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 전체에 유효하게 유체를 받아들일 수 있다.
(3) 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)은 반경 방향 홈(14a)을 사이에 끼우고 원주 방향으로 단속적으로 원호 형상으로 배설됨과 동시에, 원주 방향 홈(14b)은 반경 방향 홈(14a)을 개재하여 원주 방향으로 연속하여 배설됨으로써, 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)이 각각 복수 배설되는 경우에도, 슬라이딩면에 정압 발생홈(11) 및 부압 발생홈(13)을 효율 좋게 배설할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 전체에 유효하게 유체를 받아들일 수 있다.
(4) 정압 발생홈(11)이 레일리 스텝 그루브로 형성되고, 또한, 부압 발생홈(13)이 역레일리 스텝 그루브 또는 펌핑 그루브로 형성됨으로써, 슬라이딩면에 있어서 정압 및 부압을 효율 좋게 발생시킬 수 있다.
(5) 정압 발생홈(11) 또는 부압 발생홈(13)은 지름 방향에 있어서 이간하여 복수열로 배설되고, 원주 방향 홈(14b)은 정압 발생홈(11) 또는 부압 발생홈(13)으로부터 반밀봉 유체측, 및, 정압 발생홈(11)과 부압 발생홈(13)과의 지름 방향의 사이에 배설됨으로써, 정압 및 부압을 슬라이딩면 전체에 유효하게 발생시킬 수 있음과 동시에 유체를 슬라이딩면 전체에 유효하게 받아들일 수 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 고압의 피밀봉 유체가 존재하는 경우에 대해서 설명했지만, 내주측이 고압 유체인 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, 한쪽의 슬라이딩환에 정압 발생 기구를, 다른 한쪽의 슬라이딩환에 부압 발생 기구를 설치하고, 심구를 어느 슬라이딩환에 형성해도 좋다.
또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 정압 발생 기구인 레일리 스텝이 8매 설치되고, 부압 발생 기구인 역레일리 스텝이 8매 설치된 예가 설명되어 있지만, 이것에 한정되는 일 없이, 이보다 적은 예를 들면 4매라도 좋고, 또한, 이보다 많은 예를 들면 12매 등이라도 좋다.
1 회전축
2 슬리브
3 회전측 밀봉환
4 하우징
5 고정측 밀봉환
6 코일드 웨이브 스프링
7 벨로우즈
10 정압 발생 기구
11 정압 발생홈(레일리 스텝)
12 부압 발생 기구
13 부압 발생홈(역레일리 스텝)
14 심구
14a 반경 방향 홈
14aa 입구부
14ab 연통부
14b 원주 방향 홈
14ba 반밀봉 유체측 원주 방향 홈
14bb 중간 원주 방향 홈
S 시일면
R 랜드부

Claims (5)

  1. 한 쌍의 환상체로 이루어지는 슬라이딩 부품의 서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면의 적어도 한쪽측의 슬라이딩면에는, 정압 발생홈을 구비한 정압 발생 기구 및 부압 발생홈을 구비한 부압 발생 기구가 설치되고, 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈은 반(反)밀봉 유체측과는 랜드부에 의해 격리되어 있는 슬라이딩 부품에 있어서, 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈의 홈 깊이보다 깊은 심구(深溝)가 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈으로부터 적어도 반밀봉 유체측에 위치하여 배설(配設)되고, 상기 심구는 적어도 밀봉 유체측에 연통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심구는 반경 방향 홈 및 원주 방향 홈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈은 상기 반경 방향 홈을 사이에 끼우고 원주 방향으로 단속적으로 원호 형상으로 배설됨과 동시에, 상기 원주 방향 홈은 상기 반경 방향 홈을 개재하여 원주 방향으로 연속하여 배설되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정압 발생홈이 레일리 스텝 그루브로 형성되고, 또한, 상기 부압 발생홈이 역레일리 스텝 그루브 또는 펌핑 그루브로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정압 발생홈 또는 상기 부압 발생홈은 지름 방향에 있어서 이간하여 복수열로 배설되고, 상기 원주 방향 홈은 상기 정압 발생홈 및 상기 부압 발생홈으로부터 반밀봉 유체측, 및, 상기 정압 발생홈과 상기 부압 발생홈과의 지름 방향의 사이에 배설되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
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