KR20190053947A - 슬라이딩 부품 - Google Patents

Abstract

부압 발생홈 내에 취입된 이물이나 기포를 배출 가능하게 한다.
한 쌍의 슬라이딩 부품 중, 회전측의 슬라이딩 부품이 정역(正逆) 양(兩)방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 있어서, 적어도 한쪽측의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 밀봉 유체측에 위치하여 정압 발생홈(11, 11')이 형성되고, 또한, 반밀봉 유체측에 위치하여 반밀봉 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리된 부압 발생홈(13)이 형성됨과 동시에, 부압 발생홈(13)으로부터 밀봉 유체측에는 밀봉 유체측과 연통된 심구(深溝; 14)가 형성되고, 정압 발생홈(11, 11')의 상류측의 단부는 심구(14)에 연통되고, 부압 발생홈(13)의 상류측의 입구부(13a) 및 하류측의 출구부(13b)는 심구(14)에 연통되고, 입구부(13a)와 출구부(13b)와의 사이의 중간부(13c)는 입구부(13a) 및 출구부(13b)로부터 반밀봉 유체측에 위치하도록 배열 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 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 필요하게 되었다.

그러한 중에서, 본 출원인은, 정지시에 누설되지 않고, 회전 초기를 포함하여 회전시에는 유체 윤활로 작동함과 동시에 누설을 방지하고, 밀봉과 윤활을 양립시킬 수 있는 슬라이딩 부품의 발명을 특허출원하고 있다(이하, 「종래 기술」이라고 한다. 특허문헌 1 참조).

이 종래 기술은, 정압 발생 영역에서 발생한 정압에 의해 슬라이딩면에 유체 윤활막을 형성함과 동시에, 저압 유체측으로 누설된 유체를 고압 유체측으로 되돌리는 펌핑 작용을 실현하는 것으로서, 그 일 실시 형태로서, 특허문헌 1의 도 18∼도 20에 나타내는 바와 같이, 고압 유체측에 배열 설치된 레일리 스텝으로 이루어지는 정압 발생 기구로 유체막을 형성하여 윤활하고, 저압 유체측에 배열 설치된 딤플로 밀봉을 행할 수 있는 슬라이딩 부품에 있어서, 회전측 밀봉환이 정역(正逆) 양(兩)방향으로 회전하는 경우에도 대응 가능하게 한 발명이 개시되어 있다.

국제공개공보 제2014/0050920호

그러나, 상기의 종래 기술은, 정지시에 누설되지 않고, 회전 초기를 포함하여 회전시에는 유체 윤활로 작동함과 동시에 누설을 방지하고, 밀봉과 윤활을 양립시킬 수 있도록 한 점에서 매우 우수한 것이지만, 상기 딤플은 주위가 랜드부로 둘러싸이고, 슬라이딩면에 있어서 독립적인 홈이기 때문에, 딤플 내에 이물이나 기포가 혼입했을 때에, 이물이나 기포를 딤플 외부로 배출할 수 없어, 슬라이딩면의 누설 및 마찰 발열에 의한 마모나 소손 등이 발생하여, 메커니컬 시일의 기능이 저하될 우려가 있는 것이 본 발명자에게 있어서 확인되고 있다.

본 발명은, 종래 기술의 장점을 살리면서, 그 문제가 되는 점을 개량하기 위해 행해진 것이며, 밀봉과 윤활과 같은 상반되는 조건을 양립시키면서, 슬라이딩면 전체에 적극적으로 유체를 받아들이고, 슬라이딩면의 마찰 발열에 의한 마모나 소손 등을 방지함과 동시에 누설을 방지할 수 있는 슬라이딩 부품에 있어서, 부압 발생홈 내에 취입된 이물이나 기포를 배출 가능하게 함으로써, 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 슬라이딩 부품 중, 회전측의 슬라이딩 부품이 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 있어서,

적어도 한쪽측의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 밀봉 유체측에 위치하여 정압 발생홈이 형성되고, 또한, 반밀봉 유체측에 위치하여 반밀봉 유체측과는 랜드부에 의해 격리된 부압 발생홈이 형성됨과 동시에, 상기 부압 발생홈으로부터 밀봉 유체측에는 밀봉 유체측과 연통된 심구(深溝)가 형성되고,

상기 정압 발생홈의 상류측의 단부는 상기 심구에 연통되고, 상기 부압 발생홈의 상류측의 입구부 및 하류측의 출구부는 상기 심구에 연통되고, 상기 입구부와 출구부와의 사이의 중간부는 상기 입구부 및 출구부로부터 반밀봉 유체측에 위치하도록 배열 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 있어서, 정압에 의해 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면의 간격이 넓어져, 당해 슬라이딩면에 액막이 형성되고, 또한, 슬라이딩면의 반밀봉 유체측에 있어서 흡입이 발생하여, 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로의 누설이 방지되고, 또한, 이물이나 기포가 부압 발생홈 내에 침입한 경우라도, 이물이나 기포는 심구를 통하여 밀봉 유체측으로 배출되기 때문에, 슬라이딩면의 밀봉 기능을 장기간에 걸쳐 유지시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 두 번째로, 제1 특징에 있어서, 상기 입구부 및 출구부는, 각각, 상기 심구측으로부터 상기 중간부를 향하여 끝이 가는 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 부압 발생홈 내에 침입한 이물이나 기포의 배출 효과를 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 세 번째로, 제1 특징에 있어서, 상기 입구부 및 출구부와 상기 심구의 접속부는, 각각, 상기 심구 내의 유체의 흐름 방향에 대하여, 교차함과 동시에 반밀봉 유체측으로 넓어짐을 갖는 정체부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 흐름에 의한 펌핑 효과를 한층 높일 수 있고, 중간부로부터 출구부 부근에 걸쳐 유체를 흡입하는 작용을 보다 한층 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 네 번째로, 제3 특징에 있어서, 상기 입구부의 상기 정체부는 상류측으로 넓어지고, 또한, 상기 출구부의 상기 정체부는 하류측을 향하는 넓어짐을 갖는 형상인 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 흐름에 의한 펌핑 효과를 한층 높일 수 있고, 중간부로부터 출구부 부근에 걸쳐 유체를 유입하는 작용을 보다 한층 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 다섯 번째로, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 심구는 반경 방향 심구 및 원주 방향 심구로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 슬라이딩면의 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로 누설되려고 하는 유체를 유도하여, 밀봉 유체측으로 놓아주는 역할을 할 수 있고, 또한, 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 있어서의 정압 발생홈 및 부압 발생홈의 배열을 낭비없는 합리적인 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 여섯 번째로, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 정압 발생홈은, 상기 반경 방향 심구의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선에 대하여 대칭이 되도록 상기 반경 방향 심구의 양측에 배열 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 슬라이딩면에 있어서의 정압 발생홈의 배열을 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 적합한 합리적인 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 일곱 번째로, 제1 내지 제6 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 부압 발생홈은, 그 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선에 대하여 대칭이 되도록 배열 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 슬라이딩면에 있어서의 부압 발생홈의 배열을 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 적합한 합리적인 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 여덟 번째로, 제1 내지 제7 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 원주 방향 심구는 상기 정압 발생홈과 상기 부압 발생홈의 지름 방향의 사이에 배열 형성되고, 상기 반경 방향 심구를 통하여 원주 방향으로 연속하여 배열 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징에 의하면, 정압 발생 기구에서 발생한 동압(정압)을 고압측 유체의 압력까지 개방함으로써, 유체가 저압측의 부압 발생 기구에 유입되어, 부압 발생 기구의 부압 발생 능력이 약해지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은, 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다.

(1) 한 쌍의 슬라이딩 부품 중, 회전측의 슬라이딩 부품이 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 있어서, 적어도 한쪽측의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 밀봉 유체측에 위치하여 정압 발생홈이 형성되고, 또한, 반밀봉 유체측에 위치하여 반밀봉 유체측과는 랜드부에 의해 격리된 부압 발생홈이 형성됨과 동시에, 부압 발생홈으로부터 밀봉 유체측에는 밀봉 유체측과 연통된 심구가 형성되고, 정압 발생홈의 상류측의 단부는 심구에 연통되고, 부압 발생홈의 상류측의 입구부 및 하류측의 출구부는 심구에 연통되고, 입구부와 출구부와의 사이의 중간부는 입구부 및 출구부로부터 반밀봉 유체측에 위치하도록 배열 형성됨으로써, 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 있어서, 정압에 의해 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면의 간격이 넓어져, 당해 슬라이딩면에 액막이 형성되고, 또한, 슬라이딩면의 반밀봉 유체측에 있어서 흡입이 발생하여, 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로의 누설이 방지되고, 또한, 이물이나 기포가 부압 발생홈 내에 침입한 경우라도, 이물이나 기포는 심구를 통하여 밀봉 유체측에 배출되기 때문에, 슬라이딩면의 밀봉 기능을 장기간에 걸쳐 유지시킬 수 있다.

(2) 입구부 및 출구부는, 각각, 심구측으로부터 중간부를 향하여 끝이 가는 테이퍼 형상으로 형성됨으로써, 부압 발생홈 내에 침입한 이물이나 기포의 배출 효과를 높일 수 있다.

(3) 입구부 및 출구부와 심구의 접속부는, 각각, 심구 내의 유체의 흐름 방향에 대하여, 교차함과 동시에 반밀봉 유체측으로 넓어짐을 갖는 정체부를 구비함으로써, 흐름에 의한 펌핑 효과를 한층 높일 수 있고, 중간부로부터 출구부 부근에 걸쳐 유체를 흡입하는 작용을 보다 한층 크게 할 수 있다.

(4) 입구부의 상기 정체부는 상류측으로 넓어지고, 또한, 상기 출구부의 상기 정체부는 하류측을 향하는 넓어짐을 갖는 형상임으로써, 흐름에 의한 펌핑 효과를 한층 높일 수 있고, 중간부로부터 출구부 부근에 걸쳐 유체를 흡입하는 작용을 보다 한층 크게 할 수 있다.

(5) 심구는 반경 방향 심구 및 원주 방향 심구로 구성됨으로써, 슬라이딩면의 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로 누설되려고 하는 유체를 유도하여, 밀봉 유체측으로 놓아주는 역할을 할 수 있고, 또한, 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 있어서의 정압 발생홈 및 부압 발생홈의 배열을 낭비없는 합리적인 것으로 할 수 있다.

(6) 정압 발생홈은, 반경 방향 심구의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선에 대하여 대칭이 되도록 반경 방향 심구의 양측에 배열 형성됨으로써, 슬라이딩면에 있어서의 정압 발생홈의 배열을 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 적합한 합리적인 것으로 할 수 있다.

(7) 부압 발생홈은, 그 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선에 대하여 대칭이 되도록 배열 형성됨으로써, 슬라이딩면에 있어서의 부압 발생홈의 배열을 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 적합한 합리적인 것으로 할 수 있다.

(8) 원주 방향 심구는 정압 발생홈과 부압 발생홈의 지름 방향의 사이에 배열 형성되고, 반경 방향 심구를 통하여 원주 방향으로 연속하여 배열 형성됨으로써, 정압 발생 기구에서 발생한 동압(정압)을 고압측 유체의 압력까지 개방함으로써, 유체가 저압측의 부압 발생 기구로 유입되어, 부압 발생 기구의 부압 발생 능력이 약해지는 것을 방지할 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 2의 요부(要部)를 확대한 확대도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이며, 설명의 형편상, 상대 슬라이딩면도 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 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 취지의 것은 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 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 형식의 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 슬라이딩 하게 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 유출되는 것을 방지하는 것이다.

도 2는, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 것이며, 여기에서는, 도 1의 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면에 본 발명의 표면 텍스처가 적용된 경우를 예로 하여 설명한다.

또한, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면에 본 발명의 표면 텍스처가 적용된 경우도 기본적으로는 동일하지만, 그 경우, 반경 방향 홈은 밀봉 유체측으로 연통하면 좋기 때문에, 슬라이딩면의 외주측까지 형성될 필요는 없다.

도 2에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면의 외주측이 밀봉 유체측이며, 또한, 내주측이 반밀봉 유체측(공기측)이다. 또한, 상대 슬라이딩면은 정역 양방향으로 회전하지만, 도 2에 있어서는, 상대 슬라이딩면이 실선의 화살표로 나타내는 바와 같이 반시계 방향으로 회전하는 경우를 상정하여 설명한다.

고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 밀봉 유체측에 위치하여 정압 발생 기구(10, 10')로서의 정압 발생홈(11, 11')이 형성되고, 또한, 반밀봉 유체측에 위치하여 반밀봉 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리된 부압 발생 기구(12)로서의 부압 발생홈(13)이 형성됨과 동시에, 부압 발생홈(13)으로부터 밀봉 유체측에는 밀봉 유체측과 연통된 심구(14)가 형성되어 있다.

또한, 랜드부(R)는 슬라이딩면(S)의 평활한 부분을 가리키고 있다.

심구(14)는 반경 방향 심구(14a) 및 원주 방향 심구(14b)로 구성된다. 원주 방향 심구(14b)는 반경 방향 심구(14a)를 통하여 원주 방향으로 연속하여 배열 형성되어 있다.

도 2에 있어서는, 반경 방향 심구(14a)는 8등배(等配)로 배열 형성되어 있고, 원주 방향 심구(14b)는 정압 발생홈(11)과 부압 발생홈(13)의 지름 방향의 사이에 배열 형성되어 있다.

정압 발생 기구(10, 10')는 레일리 스텝으로 이루어지고, 정압 발생홈(이하, 「그루브」라고 하는 경우가 있다.)(11, 11')은, 반경 방향 심구(14a)의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선 O-O에 대하여 대칭이 되도록 반경 방향 심구(14a)의 양측에 배열 형성된다. 상대 슬라이딩면이 실선으로 나타내는 반시계 방향으로 회전하면 반경 방향 심구(14a)의 하류측(도 2에 있어서는 반경 방향 심구(14a)의 좌측)에 위치하는 그루브(11)에 있어서 정압을 발생하도록, 그루브(11)의 상류측의 단부(11a)는 반경 방향 심구(14a)에 연통되고, 하류측의 단부(11b)는 좁아짐 단차를 형성하고 있다.

반대로, 상대 슬라이딩면이 파선으로 나타내는 시계 방향으로 회전하면 반경 방향 심구(14a)의 하류측(도 2에 있어서는 반경 방향 심구(14a)의 우측)에 위치하는 그루브(11')에 있어서 정압을 발생하도록, 그루브(11') 상류측의 단부(11a')는 반경 방향 심구(14a)에 연통되고, 하류측의 단부(11b')는 좁아짐 단차를 형성하고 있다.

부압 발생홈(13)은, 그 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선 O-O에 대하여 대칭이 되도록 둘레 방향으로 연설되어 있고, 상류측의 입구부(13a) 및 하류측의 출구부(13b)는 원주 방향 심구(14b)에 연통되고, 입구부(13a)와 출구부(13b)와의 사이의 중간부(13c)는 입구부(13a) 및 출구부(13b)로부터 반밀봉 유체측(슬라이딩면의 내주연측)에 위치하도록 원호 형상으로 배열 형성되어 있다.

입구부(13a) 및 출구부(13b)의 평면 형상은, 각각, 원주 방향 심구(14b)의 접선 방향(유체의 흐름 방향)에 대하여 교차하고, 또한, 반밀봉 유체측(슬라이딩면의 내주연측)에 위치하는 중간부(13c)를 향하여 연장되어 있고, 원주 방향 심구(14b)측으로부터 중간부(13c)를 향해서 끝이 가는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.

정압 발생홈(11, 11'), 부압 발생홈(13) 및 심구(14)의 깊이 및 폭은 슬라이딩 부품의 지름, 슬라이딩면의 폭 및 상대 슬라이딩 속도, 그리고, 밀봉 및 윤활의 조건 등에 따라 적절히 결정되는 성질의 것이다. 예를 들면, 정압 발생홈(11, 11')의 깊이는 부압 발생홈(13)의 깊이의 몇 배이며, 또한, 심구(14)의 깊이는 정압 발생홈(11, 11')의 깊이의 10배 이상이다.

다음으로, 도 3 및 4를 참조하면서, 부압 발생홈(13)에 대해서 설명한다.

도 3에 있어서, 부압 발생홈(13)은 입구부(13a) 및 출구부(13b)로부터 반밀봉 유체측(슬라이딩면의 내주연측)에 위치하는 중간부(13c)를 향하여 굴곡져 있기 때문에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 입구부(13a)에서 부압이 발생하고, 중간부(13c) 내에서는 캐비테이션이 발생한다. 또한, 출구부(13b)에서 동압(정압)이 발생한다.

즉, 도 4(a)에 있어서, 화살표로 나타내는 바와 같이, 고정환(5)에 대하여 회전환(3)이 반시계 방향으로 회전 이동하지만, 고정환(5)의 슬라이딩면(S)에 부압 발생홈(13)이 형성되어 있으면, 당해 부압 발생홈(13)의 하류측에 위치하는 출구부(13b)에는 좁아짐 극간(단차)(13e)이 존재한다. 상대하는 회전환(3)의 슬라이딩면은 평탄하다.

회전환(3)이 화살표로 나타내는 방향으로 상대 이동하면, 회전환(3) 및 고정환(5)의 슬라이딩면 사이에 개재하는 유체가, 그 점성에 의해, 회전환(3)의 이동 방향으로 추종 이동하려고 하기 때문에, 그 때, 좁아짐 극간(단차)(13e)의 존재에 의해 파선으로 나타내는 바와 같은 동압(정압)이 발생된다.

한편, 도 4(b)에 있어서는, 화살표로 나타내는 바와 같이, 고정환(5)에 대하여 회전환(3)은 반시계 방향으로 회전 이동하지만, 고정환(5)의 슬라이딩면(S)에 부압 발생홈(13)이 형성되어 있으면, 부압 발생홈(13)의 상류측에 위치하는 입구부(13a)에는 넓어짐 극간(단차)(13d)이 존재한다. 상대하는 회전환(3)의 슬라이딩면은 평탄하다.

회전환(3)이 화살표로 나타내는 방향으로 상대 이동하면, 회전환(3) 및 고정환(5)의 슬라이딩면 사이에 개재하는 유체가, 그 점성에 의해, 회전환(3)의 이동 방향으로 추종 이동하려고 하기 때문에, 그 때, 넓어짐 극간(단차)(13d)의 존재에 의해 파선으로 나타내는 바와 같은 동압(부압)이 발생된다.

이 때문에, 부압 발생홈(13) 내의 상류측에 위치하는 입구부(13a)에는 부압이 발생하고, 하류측에 위치하는 출구부(13b)에는 정압이 발생하게 된다. 그리고, 입구부(13a)의 부압 발생 영역으로부터 중간부(13c)에 걸쳐 캐비테이션이 발생한다.

또한, R은 시일면(S)을 구성하는 랜드부를 나타낸다.

부압 발생홈(13)은 천구(淺溝)이기 때문에 심구(14)로부터의 유체의 유입양은 적고, 또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이 유체는 출구부(13b)로부터 원주 방향 심구(14b)로 스무스하게 흐르는 점에서, 출구부(13b)에 있어서의 동압(정압)의 발생은 한없이 작고, 흐름에 의한 펌핑 효과에 의해, 중간부(13c)로부터 출구부(13b) 부근에 걸쳐 유체를 흡입하는 작용을 발생한다.

이제, 상대 슬라이딩면이 실선으로 나타내는 반시계 방향으로 회전하면, 정압 발생홈(그루브)(11)은, 그 상류측에 있어서 반경 방향 심구(14a)를 통하여 밀봉 유체측으로부터 유체를 흡입하고, 좁아짐 단차 정압(1lb)으로 정압을 발생하고, 발생한 정압에 의해 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면(S)의 간격을 넓혀, 당해 슬라이딩면(S)에 액막을 형성한다.

또한, 부압 발생홈(13)은, 캐비테이션 형성 영역에 있어서 부압을 발생시키는 결과, 캐비테이션이 발생하고, 캐비테이션 내부 압력은, 대기압보다 낮게 부압이 되기 때문에 펌핑 작용이 발생하고, 반밀봉 유체측의 유체는 도 3의 화살표로 나타내는 바와 같이 부압 발생홈(13)에 유입되는 결과, 슬라이딩면의 반밀봉 유체측에 있어서 흡입이 발생하여, 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로의 누설을 방지하는 것이다. 그리고 부압 발생홈(13)에 흡입된 유체는 그 하류측에 있어서 밀봉 유체측에 접속된 원주 방향 심구(14b) 및 반경 방향 심구(14a)를 통하여 밀봉 유체측으로 배출된다.

또한, 심구(14)의 원주 방향 심구(14b)는, 슬라이딩면(S)의 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로 누설되려고 하는 유체를 유도하여, 반경 방향 심구(14a)를 통하여 밀봉 유체측으로 놓아주는 역할을 하는 것이다.

즉, 심구(14)의 원주 방향 심구(14b)는, 정압 발생 기구(10), 예를 들면 레일리 스텝 기구에서 발생한 동압(정압)을 고압측 유체의 압력까지 개방함으로써, 유체가 저압측의 부압 발생 기구(12), 즉, 부압 발생홈(13)에 유입되어, 부압 발생 기구(12)의 부압 발생 능력이 약해지는 것을 방지하는 역할을 하는 것이며, 고압측의 정압 발생 기구(10)에서 발생한 압력에 의해 반밀봉 유체측으로 유입되려고 하는 유체를 원주 방향 심구(14b)에 유도하여, 반경 방향 심구(14a)를 통하여 밀봉 유체측으로 놓아주는 역할을 하는 것이다.

그리고, 본 발명에 있어서는, 부압 발생홈(13)의 상류측의 입구부(13a) 및 하류측의 출구부(13b)(역회전의 경우에는 입구부(13a)가 하류측, 출구부(13b)가 상류측이 된다.)는 각각 심구(14)의 원주 방향 심구(14b)에 연통되어 있기 때문에, 이물이나 기포가 부압 발생홈(13) 내에 침입한 경우에 있어서, 이물이나 기포는 심구(14)를 통하여 밀봉 유체측으로 배출된다. 특히, 부압 발생홈(13)의 원주 방향 심구(14b)에 연통되는 부분은 원활하게 확장되어 있기 때문에, 이물이나 기포는 부압 발생홈(13) 내에 머무는 일 없이, 스무스하게 원주 방향 심구(14b)로 이동되고, 밀봉 유체측으로 배출된다.

본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품은 상기한 대로이며, 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다.

(1) 한 쌍의 슬라이딩 부품 중, 회전측의 슬라이딩 부품이 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 있어서, 적어도 한쪽측의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 밀봉 유체측에 위치하여 정압 발생홈(11, 11')이 형성되고, 또한, 반밀봉 유체측에 위치하여 반밀봉 유체측과는 랜드부(R)에 의해 격리된 부압 발생홈(13)이 형성됨과 동시에, 부압 발생홈(13)으로부터 밀봉 유체측에는 밀봉 유체측과 연통된 심구(14)가 형성되고, 정압 발생홈(11, 11')의 상류측의 단부는 심구(14)에 연통되고, 부압 발생홈(13)의 상류측의 입구부(13a) 및 하류측의 출구부(13b)는 심구(14)에 연통되고, 입구부(13a)와 출구부(13b)와의 사이의 중간부(13c)는 입구부(13a) 및 출구부(13b)로부터 반밀봉 유체측에 위치하도록 배열 형성됨으로써, 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 있어서, 정압에 의해 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면(S)의 간격이 넓어져, 당해 슬라이딩면(S)에 액막이 형성되고, 또한 슬라이딩면의 반밀봉 유체측에 있어서 흡입이 발생하여, 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로의 누설이 방지되고, 또한, 이물이나 기포가 부압 발생홈(13) 내에 침입한 경우라도, 이물이나 기포는 심구(14)를 통하여 밀봉 유체측으로 배출되기 때문에, 슬라이딩면의 밀봉 기능을 장기간에 걸쳐 유지시킬 수 있다.

(2) 입구부(13a) 및 출구부(13b)는, 각각, 심구(14)측으로부터 중간부(13c)를 향하여 끝이 가는 테이퍼 형상으로 형성됨으로써, 부압 발생홈(13) 내에 침입한 이물이나 기포의 배출 효과를 높일 수 있다.

(3) 심구(14)는 반경 방향 심구(14a) 및 원주 방향 심구(14b)로 구성됨으로써, 슬라이딩면(S)의 밀봉 유체측으로부터 반밀봉 유체측으로 누설되려고 하는 유체를 유도하여, 밀봉 유체측으로 놓아주는 역할을 할 수 있고, 또한, 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 있어서의 정압 발생홈(11, 11') 및 부압 발생홈(13)의 배열을 낭비없는 합리적인 것으로 할 수 있다.

(4) 정압 발생홈(11, 11')은, 반경 방향 심구(14a)의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선 O-O에 대하여 대칭이 되도록 반경 방향 심구(14a)의 양측에 배열 형성됨으로써, 슬라이딩면에 있어서의 정압 발생홈(11, 11')의 배열을 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 적합한 합리적인 것으로 할 수 있다.

(5) 부압 발생홈(13)은, 그 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선 O-O에 대하여 대칭이 되도록 배열 형성됨으로써, 슬라이딩면에 있어서의 부압 발생홈(13)의 배열을 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 적합한 합리적인 것으로 할 수 있다.

(6) 원주 방향 심구(14b)는 정압 발생홈(11, 11')과 부압 발생홈(13)의 지름 방향의 사이에 배열 형성되고, 반경 방향 심구(14a)를 통하여 원주 방향으로 연속하여 배열 형성됨으로써, 정압 발생 기구(10)에서 발생한 동압(정압)을 고압측 유체의 압력까지 개방함으로써, 유체가 저압측의 부압 발생 기구(12)로 유입되어, 부압 발생 기구(12)의 부압 발생 능력이 약해지는 것을 방지할 수 있다.

실시예 2

도 5를 참조하면서, 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다.

또한, 실시예 1과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.

도 5에 나타내는 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 있어서는, 부압 발생홈의 평면 형상이 실시예 1과 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 1과 동일하다.

도 5에 있어서, 부압 발생홈(13)의 입구부(13a) 및 출구부(13)와 원주 방향 심구(14b)의 접속부에는, 각각, 원주 방향 심구(14b) 내의 유체의 흐름 방향에 대하여, 교차함과 동시에 반밀봉 유체측으로 넓어짐을 갖는 정체부(13f, 13g)가 형성되어 있다.

도 5에 나타내는 부압 발생홈(13)에 있어서는, 정체부(13f, 13g)는 원주 방향 심구(14b) 내의 유체의 흐름 방향에 대하여 직교하도록 교차함과 동시에 반밀봉 유체측으로 넓어짐을 갖고 있다.

입구부(13a)에 원주 방향 심구(14b) 내의 유체의 흐름 방향에 대하여 직교하도록 교차함과 동시에 반밀봉 유체측으로 넓어짐을 갖는 정체부(13f)가 형성됨으로써, 부압 발생홈(13)으로의 유체의 유입양은 한층 적어지고, 또한, 정체부(13g)의 존재에 의해 출구부(13b)에 있어서는 유체의 배출이 약간 억제되기는 하지만, 출구부(13b)에 있어서의 동압(정압)의 발생은 한층 작아지기 때문에, 흐름에 의한 펌핑 효과를 높일 수 있어, 중간부(13c)로부터 출구부(13b) 부근에 걸쳐 유체를 흡입하는 작용을 한층 크게 할 수 있다.

실시예 3

도 6을 참조하면서, 본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다.

또한, 실시예 1과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.

도 6에 나타내는 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 있어서는, 부압 발생홈의 평면 형상이 실시예 1과 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 1과 동일하다.

도 6에 있어서, 부압 발생홈(13)의 입구부(13a)와 원주 방향 심구(14b)의 접속부에는, 원주 방향 심구(14b) 내의 유체의 흐름 방향에 대하여, 교차함과 동시에 반밀봉 유체측이며 상류측으로 넓어지는 정체부(13h)가 형성되고, 또한, 상기 출구부(13b)와 원주 방향 심구(14b)의 접속부에는, 원주 방향 심구(14b) 내의 유체의 흐름 방향에 대하여, 교차함과 동시에 반밀봉 유체측이며 하류측으로 넓어지는 정체부(13i)가 형성되어 있다.

입구부(13a)에 원주 방향 심구(14b) 내의 유체의 흐름 방향에 대하여 교차함과 동시에 반밀봉 유체측이며 상류측으로 넓어지는 정체부(13h)가 형성됨으로써, 부압 발생홈(13)으로의 유체의 유입양은 보다 한층 적어지고, 또한, 정체부(13i)의 존재에 의해 출구부(13b)에 있어서는 유체의 배출이 약간 억제되기는 하지만, 출구부(13b)에 있어서의 동압(정압)의 발생은 보다 한층 작아지기 때문에, 흐름에 의한 펌핑 효과를 한층 높일 수 있고, 중간부(13c)로부터 출구부(13b) 부근에 걸쳐 유체를 흡입하는 작용을 보다 한층 크게 할 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, 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 한쪽측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.

또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 외주측에 피밀봉 유체가 존재하는 경우에 대해서 설명했지만, 내주측에 피밀봉 유체가 존재하는 경우에도 적용 가능하다.

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 하나의 슬라이딩환에 설치해도 좋다.

또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 반경 방향홈이 8등배로 형성되고, 이에 대응하여, 정압 발생 기구인 정압 발생홈이 4매 형성되고(역회전용으로 4매 형성되고, 합계로 8매), 부압 발생 기구인 부압 발생홈이 4매 형성된 예가 설명되어 있지만, 이것에 한정되는 일은 없고, 이보다 적은 예를 들면 반경 방향홈이 4등배라도 좋고, 또한, 이보다 많은 예를 들면 12매 등이라도 좋다.

또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 정압 발생 기구가 레일리 스텝 기구로 구성되는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되는 일은 없고, 예를 들면, 딤플로 구성해도 좋고, 요컨대, 정압을 발생하는 기구이면 좋다.

또한, 정압 발생 기구가 딤플인 경우, 심구는 딤플의 상류측으로 연통될 필요는 없다.

1 회전축
2 슬리브
3 회전측 밀봉환
4 하우징
5 고정측 밀봉환
6 코일드 웨이브 스프링
7 벨로우즈
10, 10' 정압 발생 기구
11, 11' 정압 발생홈(그루브)
11a 상류측의 단부
1lb 하류측의 단부(좁아짐 단차)
12 부압 발생 기구
13 부압 발생홈
13a 상류측의 입구부
13b 하류측의 출구부
13c 중간부
13d 넓어짐 극간(단차)
13e 좁아짐 극간(단차)
13f∼13i 정체부
14 심구
14a 반경 방향 심구
14b 원주 방향 심구
S 시일면
R 랜드부

Claims (8)

1. 한 쌍의 슬라이딩 부품 중, 회전측의 슬라이딩 부품이 정역 양방향으로 회전하는 슬라이딩 부품에 있어서,
   적어도 한쪽측의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 밀봉 유체측에 위치하여 정압 발생홈이 형성되고, 또한, 반밀봉 유체측에 위치하여 반밀봉 유체측과는 랜드부에 의해 격리된 부압 발생홈이 형성됨과 동시에, 상기 부압 발생홈으로부터 밀봉 유체측에는 밀봉 유체측과 연통된 심구(深溝)가 형성되어 있고,
   상기 정압 발생홈의 상류측의 단부는 상기 심구에 연통되고, 상기 부압 발생홈의 상류측의 입구부 및 하류측의 출구부는 상기 심구에 연통되고, 상기 입구부와 출구부와의 사이의 중간부는 상기 입구부 및 출구부로부터 반밀봉 유체측에 위치하도록 배열 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
2. 제1항에 있어서,
   상기 입구부 및 출구부는, 각각, 상기 심구측으로부터 상기 중간부를 향하여 끝이 가는 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
3. 제1항에 있어서,
   상기 입구부 및 출구부와 상기 심구의 접속부는, 각각, 상기 심구 내의 유체의 흐름 방향에 대하여, 교차함과 동시에 반밀봉 유체측으로 넓어짐을 갖는 정체부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
4. 제3항에 있어서,
   상기 입구부의 상기 정체부는 상류측으로 넓어지고, 또한, 상기 출구부의 상기 정체부는 하류측을 향하는 넓어짐을 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 심구는 반경 방향 심구 및 원주 방향 심구로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 정압 발생홈은, 상기 반경 방향 심구의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선에 대하여 대칭이 되도록 상기 반경 방향 심구의 양측에 배열 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부압 발생홈은, 그 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향의 선에 대하여 대칭이 되도록 배열 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 원주 방향 심구는 상기 정압 발생홈과 상기 부압 발생홈의 지름 방향의 사이에 배열 형성되고, 상기 반경 방향 심구를 통하여 원주 방향으로 연속하여 배열 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.

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