KR20200036927A - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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테츠조 오카다
마사토시 이타다니
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

유체의 누설이 적은 슬라이딩 부품을 제공한다. 적어도 한쪽의 슬라이딩 부재(7)의 슬라이딩면(S7)에 정압 발생 기구(9)와 정압 발생 기구(9)보다도 저압 유체(B)측에 배치되는 부압 발생 기구(10)가 형성된 슬라이딩 부품(1)으로서, 둘레 방향으로 인접하는 부압 발생 기구(10)는 지름선 방향에 있어서 중첩하고 있다.

Description

슬라이딩 부품
본 발명은, 메커니컬 시일이나 베어링 등에 사용되는 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
종래의 메커니컬 시일이나 베어링 등에 사용되는 슬라이딩 부품은, 한 쌍의 슬라이딩 부재를 갖고, 한쪽의 슬라이딩 부재에는, 나선홈, 딤플, 레일리 스텝 등의 정압 발생 기구가 마련되어 있고, 슬라이딩시에 있어서 한 쌍의 슬라이딩 부재의 사이에 동압(정압)이 발생됨으로써, 한 쌍의 슬라이딩 부재의 사이에 유체막을 형성하여 밀봉성과 윤활성의 향상을 양립시키고 있었다.
특허문헌 1에 나타나는 한 쌍의 슬라이딩 부재는, 메커니컬 시일에 사용되는 것이며, 한쪽의 슬라이딩 부재에 있어서, 고압 유체측인 외경측에 레일리 스텝이 마련되고, 저압 유체측인 내경측에 역(逆)레일리 스텝이 마련되어 있다. 이에 따라, 슬라이딩시에는, 역레일리 스텝에서 흡입(펌핑)이 발생하기 때문에, 레일리 스텝으로부터 누출된 고압의 피밀봉 유체를 흡입할 수 있다. 이와 같이 하여, 한 쌍의 슬라이딩 부재 사이의 피밀봉 유체가 저압 유체측으로 누설되는 것을 방지하고 있었다.
국제공개공보 제2012/046749호(14-16페이지, 도 1)
그러나, 특허문헌 1에 있어서는, 역레일리 스텝의 수나 배치 등에 의해 저압 유체측으로의 누설이 근소하게 발생하는 경우가 있어 더 한층의 개선이 요구되고 있었다. 이 경향은, 고압 유체가 내경측에 위치하고, 내경측에 레일리 스텝, 외경측에 역레일리 스텝이 마련되는 아웃사이드형 메커니컬 시일인 경우에 더욱 현저했다.
본 발명은, 이러한 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 유체의 누설이 적은 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부품은,
적어도 한쪽의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면에 정압 발생 기구와 상기 정압 발생 기구보다도 저압 유체측에 배치되는 부압 발생 기구가 형성된 슬라이딩 부품으로서,
둘레 방향으로 인접하는 상기 부압 발생 기구는 지름선 방향에 있어서 중첩하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 둘레 방향으로 인접하는 부압 발생 기구끼리가 지름선 방향으로부터 보아 둘레 방향으로 연속하여 형성되기 때문에, 피밀봉 유체는 슬라이딩 부재의 둘레 방향의 어느 위치에서 누출되어도 부압 발생 기구에 의해 흡입되기 때문에, 피밀봉 유체의 저압 유체측으로의 누설을 억제할 수 있다.
적합하게는, 상기 부압 발생 기구의 부압 발생측은, 둘레 방향으로 인접하는 상기 부압 발생 기구의 유체 배출측보다도 상기 저압 유체측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이에 의하면, 피밀봉 유체의 누설이 발생하기 쉬운 부압 발생 기구의 유체 배출측으로부터 누출된 피밀봉 유체를, 흡입력이 강한 부압 발생 기구의 부압 발생측에서 흡입할 수 있기 때문에, 피밀봉 유체의 저압 유체측으로의 누설을 효과적으로 억제할 수 있다.
적합하게는, 상기 부압 발생 기구는 역레일리 스텝인 것을 특징으로 하고 있다.
이에 의하면, 역레일리 스텝은 그 자체가 둘레 방향으로 도중에 끊어지는 일 없이 연속하는 홈 형상이기 때문에, 피밀봉 유체의 저압 유체측의 누설을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
적합하게는, 상기 정압 발생 기구는 레일리 스텝으로서, 상기 슬라이딩면에는, 상기 역레일리 스텝의 유체 배출측 및 상기 레일리 스텝의 유체 유입측을 고압 유체측에 접속하는 유체 도입홈이 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이에 의하면, 역레일리 스텝 내에 부압을 확실하게 발생시킬 수 있기 때문에, 레일리 스텝으로부터 저압 유체측으로의 피밀봉 유체의 누설을 확실하게 흡인할 수 있다.
적합하게는, 상기 유체 도입홈은, 상기 고압 유체측과 연통하는 입구 및 출구를 갖는 순환홈인 것을 특징으로 하고 있다.
이에 의하면, 순환홈에 의해 피밀봉 유체를 레일리 스텝에 확실하게 도입할 수 있음과 동시에, 역레일리 스텝으로부터 확실하게 배출할 수 있다.
적합하게는, 상기 레일리 스텝은, 상기 순환홈에 의해 상기 저압 유체측과는 구획되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이에 의하면, 레일리 스텝의 외경측에 순환홈이 존재하기 때문에, 순환홈과 역레일리 스텝으로 레일리 스텝으로부터 저압 유체측으로 피밀봉 유체가 누설되는 것을 2중으로 방지할 수 있다.
적합하게는, 저압 유체측이 외경측 또한 고압 유체측이 내경측에 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.
이에 의하면, 원심력에 의해 고압 유체측으로부터 저압 유체측으로 피밀봉 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이고,
도 2의 (a)는 레일리 스텝을, (b)는 역레일리 스텝을 나타낸 모식도이고,
도 3은, 시일 링의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이고,
도 4는, 시일 링의 슬라이딩면에 있어서의 요부(要部) 확대도이고,
도 5는, 도 4에 있어서의 V-V 단면도이고,
도 6은, 도 4에 있어서의 VI-VI 단면도이고,
도 7은, 본 발명의 실시예 2에 있어서의 시일 링의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이고,
도 8은, 본 발명의 실시예 3에 있어서의 시일 링의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이고,
도 9는, 본 발명의 실시예 4에 있어서의 시일 링의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이고,
도 10은, 본 발명의 실시예 5에 있어서의 시일 링의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이고,
도 11은, 본 발명의 실시예 6에 있어서의 시일 링의 슬라이딩면에 있어서의 요부 확대도이다.
본 발명에 따른 슬라이딩 부품을 실시하기 위한 형태를 실시 예에 기초하여 이하에 설명한다.
실시 예 1
도 1에 나타나는 바와 같이, 메커니컬 시일(1)(슬라이딩 부품)은, 화력 발전소의 보일러 급수 펌프나 콘덴세이트 펌프 등의 열수 펌프 및 열유(熱油) 펌프 등의 하우징(2)과 당해 하우징(2)의 축 끼움 구멍(2A)에 끼워지는 회전축(3)과의 사이의 축봉부(軸封部)를 시일하기 위한 것이고, 메커니컬 시일(1)은 하우징(2)과 회전축(3) 사이에 장착된다. 도 1에 있어서, 좌측이 기내(A)측, 우측이 기외(B)측(대기측)이다.
하우징(2)의 축 끼움 구멍(2A)에는 회전축(3)이 관통하여 마련되어 있다. 하우징(2)의 축 끼움 구멍(2A)의 주위의 기외(B)측의 측면(4)에는 시일 커버(5)가 볼트(6) 등의 고정 수단에 의해 장착되어 있고, 당해 시일 커버(5)의 내측과 회전축(3)의 외측의 공간에 메커니컬 시일(1)을 구성하는 슬라이딩 부재로서의 정지(靜止)측 밀봉 요소(이하,「시일 링」이라고 함.)(7) 및 회전측 밀봉 요소(이하,「메이팅 링」이라고 함.)(8)가 배치된다.
시일 링(7)은, 플랜지(7F)를 갖고, 이 플랜지(7F)에는 축방향으로 연장되는 안내홈(도시 생략)이 형성되어 있다. 안내홈에는, 시일 커버(5)로부터 축방향으로 연장되는 고정 핀(도시 생략)이 삽입되어 끼워져 있고, 이 고정 핀에 의해 시일 링(7)은 축방향으로의 이동은 허용되고, 회전 방향의 이동은 규제되어 있다. 또한, 시일 링(7)은, 시일 링(7)과 시일 커버(5)와의 사이에 둘레면을 따라 등배(等配)로 설치된 코일 스프링(15)에 의해 메이팅 링(8)측에 부세(付勢)되어 있다. 또한, 메이팅 링(8)은, 회전축(3)에 고정되는 칼라(20)에 대하여 회전할 수 없게 고정되어 있고, 회전축(3)의 회전에 수반하여 함께 회전하도록 되어 있다.
메커니컬 시일(1)은, 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)과 메이팅 링(8)의 슬라이딩면(S8)과의 사이를 내주로부터 외주 방향으로 향하여 누설되고자 하는 피밀봉 유체(12)를 시일하는 아웃사이드형으로 형성되어 있다. 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)에는, 정압 발생 기구로서의 레일리 스텝(9) 및 부압 발생 기구로서의 역레일리 스텝(10)이 개별적으로 마련되어 있다(도 2 및 도 3 참조). 또한, 정압 발생 기구는, 레일리 스텝(9)에 한정되지 않고, 예를 들면, 나선홈이나 딤플 등이라도 좋다.
다음으로, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10)의 개략에 대해서 도 2에 기초하여 설명한다. 또한, 여기에서는, 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)에 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10)이 마련되고, 메이팅 링(8)의 슬라이딩면(S8)은 평탄하게 형성되어 있는 형태를 설명한다. 또한 이하, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)이 상대적으로 회전했을 때에, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10) 내를 흐르는 피밀봉 유체(12)의 하류측(도 2의 지면(紙面) 좌측)을 시일 링(7)의 상대적인 회전 개시점측으로 하고, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10) 내를 흐르는 피밀봉 유체(12)의 상류측(도 2의 지면 우측)을 시일 링(7)의 상대적인 회전 종점측으로 하여 설명한다.
도 2(a)에 있어서, 상대하는 슬라이딩 부품인 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)이 화살표로 나타내는 바와 같이 상대 슬라이딩한다. 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)에는, 시일 링(7)의 둘레 방향을 따라 레일리 스텝(9)이 형성되어 있다. 이 레일리 스텝(9)에 있어서의 시일 링(7)의 상대적인 회전 개시점측의 단부에는, 회전 방향에 대하여 수직을 이루는 벽부(9a)가 형성되어 있다. 또한, 레일리 스텝(9)에 있어서의 시일 링(7)의 상대적인 회전 종점측은, 후술하는 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)에 연통하고 있다. 또한, 레일리 스텝(9)의 벽부(9a)보다도 상대적인 회전 개시점측에는, 슬라이딩면(S7)인 랜드부(R3)가 형성되어 있고, 랜드부(R3)보다도 더욱 상대적인 회전 개시점측에는, 후술하는 유체 순환홈(11)의 출구부(11b)가 배설(配設)되어 있다. 또한, 벽부(9a)는 회전 방향에 대하여 수직으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 회전 방향에 대하여 경사져 있어도 좋다.
시일 링(7) 및 메이팅 링(8)이 화살표로 나타내는 방향으로 상대 이동하면, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)의 슬라이딩면(S7, S8) 사이에 개재하는 유체가, 그 점성에 의해, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)의 이동 방향으로 추종 이동하고자 하기 때문에, 그때, 레일리 스텝(9) 내에 정압(동압)이 발생하게 된다. 또한, 레일리 스텝(9)의 상대적인 회전 개시점측 단부인 벽부(9a) 근방이 가장 압력이 높아지고, 시일 링(7)의 상대적인 회전 종점측을 향함에 따라 점차 압력이 낮아진다.
도 2(b)에 나타나는 바와 같이, 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)에는, 시일 링(7)의 둘레 방향을 따라 역레일리 스텝(10)이 형성되어 있다. 이 역레일리 스텝(10)에 있어서의 시일 링(7)의 상대적인 회전 종단측에는, 회전 방향에 대하여 수직을 이루는 벽부(10a)가 형성되어 있다. 또한, 역레일리 스텝(10)에 있어서의 상대적인 회전 개시점측은, 후술하는 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)에 연통하고 있다. 또한, 역레일리 스텝(10)의 벽부(10a)보다도 상대적인 회전 종점측에는, 슬라이딩면(S7)인 랜드부(R1)가 형성되어 있고, 랜드부(R1)보다도 더욱 상대적인 회전 종점측에는, 후술하는 유체 순환홈(11)의 출구부(11b)가 배설되어 있다. 또한, 벽부(10a)는 회전 방향에 대하여 수직으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 회전 방향에 대하여 경사져 있어도 좋다.
시일 링(7) 및 메이팅 링(8)이 화살표로 나타내는 방향으로 상대 이동하면, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)의 슬라이딩면(S7, S8) 사이에 개재하는 유체가, 그 점성에 의해, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)의 이동 방향으로 추종 이동하고자 하기 때문에, 그때, 역레일리 스텝(10) 내에 부압(동압)이 발생하게 된다. 또한, 역레일리 스텝(10)의 상대적인 회전 종점측 단부인 벽부(10a) 근방이 가장 압력이 낮아지고, 시일 링(7)의 상대적인 회전 개시점측을 향함에 따라 점차 압력이 높아진다.
다음으로, 시일 링(7)에 있어서의 레일리 스텝(9), 역레일리 스텝(10) 및 유체 순환홈(11)의 배치나 형상에 대해서 도 3~도 6에 기초하여 설명한다.
도 3에 있어서, 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)의 내주측이 기내(A)측(고압 유체측)이며, 외주측이 기외(B)측(저압 유체측(대기측))이다. 또한, 도 3에 있어서, 메이팅 링(8)의 슬라이딩면(S8)(상대 슬라이딩면)은 반시계 방향(검정색 화살표 방향)으로 회전하고, 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)은, 회전하지 않는 것으로 한다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)에는, 유체 순환홈(11)이 둘레 방향으로 3등배되어 있고, 유체 순환홈(11)은, 기내(A)측에 연통됨과 동시에 기외(B)측과는 슬라이딩면(S7)의 랜드부(R1, R2)에 의해 격리되어 있다.
도 3 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 유체 순환홈(11)은, 기내(A)측으로부터 피밀봉 유체(12)가 들어가는 입구부(11a)와, 대략 V자 형상의 통로부(11c)와, 기내(A)측으로 피밀봉 유체(12)가 빠지는 출구부(11b)로 구성되어 있다. 입구부(11a)와 출구부(11b)에 접속되는 통로부(11c)는, 외경측에 가까워짐에 따라 서로 근접하도록 둘레 방향으로 경사져 있다. 즉, 유체 순환홈(11)은, 축방향으로부터 보아 시일 링(7)의 내경측으로 개방하는 대략 V자 형상을 이루고 있다. 또한, 통로부(11c)의 입구부(11a)측 및 출구부(11b)측은, 예를 들면, 통로부(11c)의 굴곡부를 기준으로 하여 기내(A)측을 향하여 넓어짐과 동시에, 대칭으로 형성되고, 통로부(11c)의 입구부(11a)측 및 출구부(11b)측의 교차각은 둔각(예를 들면, 약 120°)을 이루도록 설정되어 있다.
이 유체 순환홈(11)은, 기외(B)측과 랜드부(R1, R2)의 일부에 의해 격리되어 있다. 유체 순환홈(11)은, 슬라이딩면(S7, S8) 사이에 있어서 부식 생성물 등을 포함하는 유체가 농축되는 것을 방지하기 위해, 적극적으로 기내(A)측으로부터 피밀봉 유체(12)를 슬라이딩면(S7, S8) 사이에 도입하여 배출하는 역할을 담당하는 것이며, 메이팅 링(8)의 회전 방향에 맞추어 슬라이딩면(S7, S8) 사이에 피밀봉 유체(12)를 받아들이고, 또한, 배출하기 쉽도록 입구부(11a) 및 출구부(11b)가 형성되는 한편, 누설을 저감하기 위해, 기외(B)측과는 랜드부(R1, R2)의 일부에 의해 격리되어 있다. 또한, 입구부(11a) 및 출구부(11b)의 내경측 단부는, 피밀봉 유체(12)의 들어가고 나옴을 원활하게 하기 위해, 다른 부분보다도 둘레 방향으로 길게 형성되어 있다.
레일리 스텝(9)은, 유체 순환홈(11)과 기내(A)측으로 둘러싸이는 부분에 형성되어 있다. 즉, 레일리 스텝(9)은, 시일 링(7)의 둘레 방향으로 3등배되어 있다.
구체적으로는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 레일리 스텝(9)은, 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)로부터 시일 링(7)의 상대적인 회전 개시점측을 향하여 직선 형상으로 연장되어 있고, 레일리 스텝(9)에 있어서의 시일 링(7)의 상대적인 회전 개시점측의 단부인 벽부(9a)는, 랜드부(R3)에 의해 유체 순환홈(11)의 출구부(11b)측의 통로부(11c)와 격리되어 있다. 레일리 스텝(9)은, 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)에 연통하고 있는 점에서, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)이 상대 이동하면, 입구부(11a)측의 통로부(11c)로부터 레일리 스텝(9) 내로 피밀봉 유체(12)가 인입되어, 레일리 스텝(9) 내에 정압이 발생하게 된다(도 4의 검정색 화살표 참조). 이와 같이, 레일리 스텝(9) 내에 정압이 발생함으로써, 시일 링(7)과 메이팅 링(8)이 이간하고, 이에 따라 슬라이딩면(S)(S7, S8) 사이에 유체막이 형성되기 때문에, 윤활성능이 향상되게 된다.
또한, 레일리 스텝(9)에 있어서의 기내(A)측의 측벽은, 레일리 스텝(9)에 있어서의 기외(B)측의 측벽보다도 시일 링(7)의 상대적인 회전 개시점측에 길게 연장되어 있다. 즉, 레일리 스텝(9)에 있어서의 기내(A)측의 측벽과 기외(B)측의 측벽을 잇는 벽부(9a)는, 기내(A)측을 향하여 끝이 가늘어지도록 형성되어 있다.
도 3 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 역레일리 스텝(10)은, 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)의 둘레 방향으로 3등배되어 있다. 구체적으로는, 역레일리 스텝(10)은, 시일 링(7)의 둘레 방향으로 연장되는 원호 형상을 이루고 있다. 특히 도 4에 나타나는 바와 같이, 역레일리 스텝(10)의 벽부(10a)측(부압 발생측)은, 둘레 방향으로 인접하는 역레일리 스텝(10')의 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)에 연통하는 측(유체 배출측)보다도 랜드부(R1)를 개재하여 기외(B)측(외경측)에 배치되어 있음과 동시에, 역레일리 스텝(10)의 벽부(10a)측의 부위와, 역레일리 스텝(10')의 유체 배출측의 부위와는 지름선 방향으로부터 보아 중첩하고 있다. 즉, 3개의 역레일리 스텝(10)은, 시일 링(7)을 지름선 방향으로부터 보아 둘레 방향으로 도중에 끊어지는 일 없이 연속하도록 배치되어 있다. 또한, 역레일리 스텝(10)의 유체 배출측은 대략 둘레 방향을 따른 원호로 형성되어 있고, 부압 발생측은 유체 배출측보다도 외경측에 위치하도록 되어 있다.
역레일리 스텝(10)은, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)이 상대 이동하면, 역레일리 스텝(10) 내에 부압이 발생하게 되기 때문에, 역레일리 스텝(10) 부근의 피밀봉 유체(12)를 흡입할 수 있고, 이에 따라, 슬라이딩면(S7, S8) 사이로부터 기외(B)측으로 피밀봉 유체(12)가 누출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 역레일리 스텝(10) 내에 흡입된 피밀봉 유체(12)는, 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)로 배출된다(도 4의 하얀색 화살표 참조).
또한, 역레일리 스텝(10)에 있어서의 기외(B)측의 측벽은, 역레일리 스텝(10)에 있어서의 기내(A)측의 측벽보다도 역레일리 스텝(10')측에 길게 연장되어 있다. 즉, 역레일리 스텝(10)에 있어서의 기내(A)측의 측벽과 기외(B)측의 측벽을 잇는 벽부(10a)는, 기외(B)측을 향하여 끝이 가늘어 지도록 형성되어 있다.
도 5 및 도 6에 나타나는 바와 같이, 유체 순환홈(11)은, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10)보다도 깊게 형성되어 있고, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10)은, 대략 동일한 깊이로 형성되어 있다. 이들 레일리 스텝(9), 역레일리 스텝(10) 및 유체 순환홈(11)은, 피코초 레이저 또는 펨토초 레이저 등의 조사에 의해 형성되어 있고, 본 실시예에 있어서는, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10)의 깊이는 수 μm로 형성되고, 유체 순환홈(11)의 깊이는 수십 μm로 형성되어 있다. 또한, 레일리 스텝(9)의 폭은 0.02~0.03mm, 역레일리 스텝(10)의 폭은 0.2~0.3mm로 형성되고, 유체 순환홈(11)의 폭은 0.1~0.15mm로 형성되어 있다.
또한, 도 5에 있어서는, 알기 쉽게 설명하기 위해 레일리 스텝(9), 역레일리 스텝(10) 및 유체 순환홈(11)의 깊이를 강조하여 기재하고 있다. 추가로 또한, 레일리 스텝(9), 역레일리 스텝(10) 및 유체 순환홈(11)의 깊이 및 폭은, 피밀봉 유체의 압력, 종류(점성) 등에 따라 최적의 것으로 적절히 설정할 수 있다.
또한, 도 3~도 6에 나타나는 바와 같이, 전술한 랜드부(R1)는, 역레일리 스텝(10)의 내경측에 위치하는 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)이며, 랜드부(R2)는, 역레일리 스텝(10)의 외경측에 위치하는 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)이며, 랜드부(R3)는, 유체 순환홈(11)의 내경측(유체 순환홈(11)으로 둘러싸이는 부분)에 위치하는 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)이다. 이들 랜드부(R1, R2, R3)는, 메이팅 링(8)의 슬라이딩면(S8)과 대략 평행해지도록 평탄하게 형성되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 역레일리 스텝(10)의 부압 발생측(벽부(10a)측)은, 둘레 방향으로 인접하는 역레일리 스텝(10')의 유체 배출측에 지름선 방향으로 중첩하고 있는 점에서, 3개의 역레일리 스텝(10)은, 시일 링(7)을 지름선 방향으로부터 보아 둘레 방향으로 연속하도록 배치되기 때문에, 피밀봉 유체(12)가 시일 링(7)의 둘레 방향의 어느 위치에서 누출되어도 역레일리 스텝(10)에 의해 흡입되기 때문에, 고압의 피밀봉 유체(12)의 기외(B)측으로의 누설을 억제할 수 있다.
또한, 역레일리 스텝(10)의 부압 발생측은, 둘레 방향으로 인접하는 역레일리 스텝(10')의 유체 배출측보다도 기외(B)측에 배치되어 있는 점에서, 피밀봉 유체(12)가 역레일리 스텝(10)의 유체 배출측으로부터 누출되었을 때에, 흡입력이 강한 역레일리 스텝(10)의 부압 발생측에서 흡입할 수 있기 때문에, 고압의 피밀봉 유체(12)의 기외(B)측으로의 누설을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 레일리 스텝(9)의 기외(B)측에 역레일리 스텝(10)의 부압 발생측이 배설되어 있기 때문에, 흡입력이 강한 역레일리 스텝(10)의 부압 발생측에서 레일리 스텝(9)으로부터 기외(B)측으로 누출되는 피밀봉 유체(12)를 흡입할 수 있기 때문에, 고압의 피밀봉 유체(12)의 기외(B)측으로의 누설을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 역레일리 스텝(10)의 유체 배출측 및 레일리 스텝(9)의 유체 유입측은, 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)에 접속되어 있는 점에서, 시일 링(7)과 메이팅 링(8)이 상대적으로 슬라이딩했을 때에, 역레일리 스텝(10) 내에 부압을 확실하게 발생시킬 수 있기 때문에, 레일리 스텝(9)으로부터 기외(B)측으로의 고압의 피밀봉 유체(12)의 누설을 확실하게 흡인할 수 있다.
또한, 유체 순환홈(11)은, 기내(A)측과 연통하는 입구부(11a), 출구부(11b), 및 통로부(11c)를 갖는 점에서, 시일 링(7)과 메이팅 링(8)이 상대적으로 슬라이딩했을 때에, 유체 순환홈(11)과 기내(A)측에서 피밀봉 유체(12)를 순환시킬 수 있다. 이에 따라, 고압의 피밀봉 유체(12)를 레일리 스텝(9)에 확실하게 도입할 수 있음과 동시에, 역레일리 스텝(10)으로부터 확실하게 배출할 수 있다.
또한, 레일리 스텝(9)은, 유체 순환홈(11)에 의해 기외(B)측과는 구획되어 있다. 즉, 레일리 스텝(9)의 외경측에 유체 순환홈(11)이 존재하기 때문에, 유체 순환홈(11)과 역레일리 스텝(10)으로 레일리 스텝(9)으로부터 기외(B)측으로 고압의 피밀봉 유체(12)가 누설되는 것을 2중으로 방지할 수 있다.
또한, 시일 링(7)과 메이팅 링(8)의 슬라이딩면(S7, S8)의 내경측으로부터 외경 방향을 향하여 누설되고자 하는 고압의 피밀봉 유체(12)를 시일하는 아웃사이드형의 메커니컬 시일(1)이며, 시일 링(7)과 메이팅 링(8)의 슬라이딩시에는, 슬라이딩면(S7, S8) 사이의 피밀봉 유체(12)에 원심력이 가해지지만, 상기와 같은 구성인 점에서, 기내(A)측으로부터 기외(B)측으로 고압의 피밀봉 유체(12)가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 역레일리 스텝(10)에 있어서의 기내(A)측의 측벽과 기외(B)측의 측벽을 잇는 벽부(10a)(부압 발생측의 단부)는, 기외(B)측을 향하여 끝이 가늘어지도록(기외(B)측이 예각을 이룸) 형성되어 있기 때문에, 끝이 가늘어진 부분의 부압을 높게 할 수 있다.
또한, 역레일리 스텝(10)의 부압 발생측의 단부는, 기내(A)측의 측벽이 기외(B)측의 측벽보다도 인접하는 역레일리 스텝(10')으로부터 둘레 방향으로 떨어진 위치에 형성되어 있기 때문에, 역레일리 스텝(10)의 부압 발생측의 단부를 인접하는 역레일리 스텝(10')에 가깝게 배치할 수 있다. 이에 의하면, 역레일리 스텝(10)의 흡입력을, 인접하는 역레일리 스텝(10')의 유체 배출측으로부터 누출되는 피밀봉 유체(12)에 유효하게 전달할 수 있다.
또한, 역레일리 스텝(10)의 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)에 연통하는 측의 단부(유체 배출측의 단부)는, 입구부(11a)측의 통로부(11c)를 따라 경사져 있는 점에서, 역레일리 스텝(10)의 액체 배출 영역을 크게 취할 수 있기 때문에, 역레일리 스텝(10) 내에 부압을 발생시키기 쉽다.
또한, 역레일리 스텝(10)의 유체 배출측의 단부는, 유체 순환홈(11)에 있어서의 통로부(11c)의 굴곡부와 지름선 방향으로 동일한 위치(대략 동일 지름)에 형성되어 있다. 이에 의하면, 역레일리 스텝(10)으로부터 유체 순환홈(11)으로 배출되는 피밀봉 유체(12)의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
또한, 유체 순환홈(11)에 있어서의 통로부(11c)의 굴곡부는, 역레일리 스텝(10)과 둘레 방향으로 연속하도록 대략 원호 형상으로 라운드하고 있기 때문에, 역레일리 스텝(10)으로부터 유체 순환홈(11)으로 배출되는 피밀봉 유체(12)의 흐름을 보다 원활하게 할 수 있다.
또한, 레일리 스텝(9)에 있어서의 기내(A)측의 측벽과 기외(B)측의 측벽을 잇는 벽부(9a)(정압 발생측)는, 기내(A)측을 향하여 끝이 가늘어지도록 형성되어 있기 때문에, 기내(A)측을 향하여 피밀봉 유체(12)를 배출하기 쉬워지고, 기외(B)측으로 피밀봉 유체(12)가 배출되기 어렵게 할 수 있다.
또한, 레일리 스텝(9)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)측의 단부는, 역레일리 스텝(10)의 유체 배출측의 단부와 지름선 방향으로 동일한 위치(대략 동일 지름)에 형성되어 있기 때문에, 레일리 스텝(9) 내에 피밀봉 유체(12)를 원활하게 도입할 수 있다.
또한, 레일리 스텝(9)은, 역레일리 스텝(10)의 내경측을 따라 배치되어 있고, 유체 순환홈(11)에 있어서의 통로부(11c)의 굴곡부보다도 내경측(기내(A)측)에 배치되기 때문에, 레일리 스텝(9)의 둘레 방향의 길이를 확보할 수 있다.
또한, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10)은, 유체 순환홈(11)을 개재하여 기내(A)측에 연통하고 있다. 바꾸어 말하면, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10)은, 직접 기내(A)측에 연통하고 있지 않기 때문에, 레일리 스텝(9)의 정압 및 역레일리 스텝(10)의 부압을 안정적으로 발생시킬 수 있다.
실시 예 2
다음으로, 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일 구성의 설명을 생략한다.
도 7에 나타나는 바와 같이, 메커니컬 시일(120)은, 슬라이딩면(S7)에 있어서, 둘레 방향으로 인접하는 유체 순환홈(11)의 사이에 2개의 유체 순환홈(11')이 형성되어 있다. 각 유체 순환홈(11')에는, 레일리 스텝(9')이 마련되어 있다. 즉, 메커니컬 시일(120)에 있어서는, 유체 순환홈(11, 11') 및 레일리 스텝(9, 9')이 슬라이딩면(S7)의 둘레 방향으로 9등배되어 있다. 이와 같이, 유체 순환홈(11, 11') 및 레일리 스텝(9, 9')의 수량을 늘림으로써, 레일리 스텝(9, 9')에 의한 밀봉성 및 윤활성을 향상시키는 기능을 높일 수 있다. 또한, 유체 순환홈(11')은, 역레일리 스텝(10)에 간섭하지 않도록, 유체 순환홈(11)보다도 작게 형성되어 있다. 이와 같이, 유체 순환홈(11, 11')이나 레일리 스텝(9, 9')의 수량은 적절히 변경할 수 있다.
실시 예 3
다음으로, 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일 구성의 설명을 생략한다.
도 8에 나타나는 바와 같이, 메커니컬 시일(130)은, 슬라이딩면(S7)에 있어서, 레일리 스텝(90), 역레일리 스텝(100), 유체 순환홈(110)이 둘레 방향으로 8등배되어 있다. 이와 같이, 레일리 스텝(90), 역레일리 스텝(100), 유체 순환홈(110)의 수량은 적절히 변경할 수 있다.
또한, 유체 순환홈(110)은, 축선 방향으로부터 보아 대략 원호 형상을 이루고 있다. 이에 의하면, 유체 순환홈(110)에 모서리부가 형성되지 않기 때문에, 유체 순환홈(110)으로부터 피밀봉 유체(12)의 누설을 억제할 수 있다. 이와 같이, 유체 순환홈의 형상은 자유롭게 변경할 수 있다.
실시예 4
다음으로, 실시예 4에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일 구성의 설명을 생략한다.
도 9에 나타나는 바와 같이, 메커니컬 시일(140)은, 슬라이딩면(S7)에 있어서, 실시예 1과 동일 구성의 레일리 스텝(9) 및 유체 순환홈(11)이 둘레 방향으로 8등배되어 있다. 역레일리 스텝(101)은, 유체 순환홈(11)에 있어서의 통로부(11c)의 굴곡부로부터 인접하는 유체 순환홈(11)에 있어서의 통로부(11c)의 굴곡부보다도 외경측의 위치까지 직선적으로 연설(延設)되어 있다. 이와 같이, 외경 방향으로부터 보아 역레일리 스텝이 둘레 방향에 걸쳐 연속하도록 중첩하여 형성되어 있으면, 역레일리 스텝의 형상은 자유롭게 변경할 수 있다.
실시예 5
다음으로, 실시예 5에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 10을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일 구성의 설명을 생략한다.
도 10에 나타나는 바와 같이, 메커니컬 시일(150)은, 슬라이딩면(S7)에 있어서, 실시예 1과 동일하게 유체 순환홈(11)이 둘레 방향으로 3등배되어 있다. 또한, 레일리 스텝(91)은, 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)에 대하여 지름선 방향으로 어긋나게 3개씩 설치되어 있고, 역레일리 스텝(102)은, 유체 순환홈(11)의 입구부(11a)측의 통로부(11c)에 대하여 지름선 방향으로 어긋나게 2개씩 설치되어 있다. 즉, 레일리 스텝(91)은, 합계 9개 마련되고, 역레일리 스텝(102)은, 합계 6개 설치되어 있다. 이와 같이, 역레일리 스텝(102)을 지름선 방향으로 복수 배설하고, 역레일리 스텝(102)에 의한 피밀봉 유체(12)의 인입량을 늘리도록 해도 좋다. 또한, 적어도 외경측의 역레일리 스텝(102)끼리가 지름선 방향으로부터 보아 둘레 방향에 걸쳐 연속하도록 중첩하여 형성되어 있으면 좋다.
실시 예 6
다음으로, 실시예 6에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 11을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일 구성의 설명을 생략한다.
도 11에 나타나는 바와 같이, 메커니컬 시일(160)은, 기내(A)측으로부터 방사선 방향으로 연장되는 유체 도입홈(111)이 형성되어 있다. 이 유체 도입홈(111)의 둘레 방향 양측에는, 레일리 스텝(92)의 유체 유입측과 인접하는 역레일리 스텝(103')의 유체 배출측이 접속되어 있고, 유체 도입홈(111)의 외경측에는, 랜드부(R1)를 개재하여 역레일리 스텝(103)의 부압 발생측의 단부가 배설되어 있다. 이와 같이, 유체 도입홈(111)은, 레일리 스텝의 유체 유입측과, 역레일리 스텝(103)의 유체 배출측이 접속되어 있으면, 순환하지 않아도 좋다.
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, 시일 링과 메이팅 링과의 슬라이딩면의 내주로부터 외주 방향을 향하여 누설되고자 하는 피밀봉 유체를 시일하는 아웃사이드형의 메커니컬 시일에 대해서 설명했지만, 시일 링과 메이팅 링과의 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되고자 하는 피밀봉 유체를 시일하는 인사이드형의 메커니컬 시일에 적용해도 좋다. 이 경우에는, 외주측에 정압 발생 기구, 내경측에 부압 발생 기구를 설치하면 좋다.
또한, 인접하는 역레일리 스텝은, 폭, 깊이, 둘레 방향 길이가 상이해도 좋고, 예를 들면, 상기 실시예에서는 역레일리 스텝의 저면(底面)이 슬라이딩면에 대략 평행한 평면인 경우에 대해서 설명했지만, 슬라이딩면에 교차하도록 되어 있어도 좋고, 저면이 곡면이라도 좋다. 또한, 레일리 스텝에 대해서도 동일하다.
또한, 레일리 스텝(9) 및 역레일리 스텝(10)은, 시일 링(7)의 슬라이딩면(S7)에 마련되는 것에 한정되지 않고, 메이팅 링(8)의 슬라이딩면(S8)에 형성되어 있어도 좋고, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)의 양쪽의 슬라이딩면(S7, S8)에 형성되어 있어도 좋다.
또한, 부압 발생 기구는, 역레일리 스텝(10)에 한정되지 않고, 예를 들면, 부압을 발생시키는 홈 형상이면, 그 형상은 문제 삼지 않는다. 또한, 부압 발생 기구가 대략 둘레 방향을 따른 복수의 홈(예를 들면 나선홈)에 의해 형성되어 있어도 좋고, 이 경우에는, 둘레 방향을 대략 따른 영역에 배치되는 홈의 군을 하나의 부압 발생 기구라고 간주한다. 상기 실시예에서 예시한, 역레일리 스텝(10)은 그 자체가 둘레 방향으로 도중에 끊어지는 일 없이 연속하는 홈 형상인 점에서 특히 바람직하다.
또한, 상기 실시예에서는, 시일 링(7) 및 메이팅 링(8)에 의해 구성되는 메커니컬 시일(1)을 슬라이딩 부품으로 하여 설명했지만, 하우징측에 고정되는 슬라이딩 부재와, 회전축측에 고정되는 슬라이딩 부재로 구성되는 베어링 등을 슬라이딩 부품으로 해도 좋다.
1; 메커니컬 시일(슬라이딩 부품)
2; 하우징
3; 회전축
7; 시일 링(한쪽의 슬라이딩 부재)
8; 메이팅 링(다른 한쪽의 슬라이딩 부재)
9, 9'; 레일리 스텝(정압 발생 기구)
9a; 벽부(레일리 스텝의 정압 발생측)
10, 10'; 역레일리 스텝(부압 발생 기구)
10a; 벽부(역레일리 스텝의 부압 발생측)
11, 11'; 유체 순환홈(유체 도입홈)
11a; 입구부
11b; 출구부
11c; 통로부
12; 피밀봉 유체
90, 91, 92; 레일리 스텝(정압 발생 기구)
100, 101, 102; 역레일리 스텝(부압 발생 기구)
103, 103'; 역레일리 스텝(부압 발생 기구)
110; 유체 순환홈(유체 도입홈)
111; 유체 도입홈
120~160; 메커니컬 시일(슬라이딩 부품)
A; 기내
B; 기외
R1, R2, R3; 랜드부
S, S7, S8; 슬라이딩면

Claims (7)

  1. 적어도 한쪽의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면에 정압 발생 기구와 상기 정압 발생 기구보다도 저압 유체측에 배치되는 부압 발생 기구가 형성된 슬라이딩 부품으로서,
    둘레 방향으로 인접하는 상기 부압 발생 기구는 지름선 방향에 있어서 중첩하고 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부압 발생 기구의 부압 발생측은, 둘레 방향으로 인접하는 상기 부압 발생 기구의 유체 배출측보다도 상기 저압 유체측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부압 발생 기구는 역(逆)레일리 스텝인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정압 발생 기구는 레일리 스텝으로서, 상기 슬라이딩면에는, 상기 역레일리 스텝의 유체 배출측 및 상기 레일리 스텝의 유체 유입측을 고압 유체측에 접속하는 유체 도입홈이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유체 도입홈은, 상기 고압 유체측과 연통하는 입구 및 출구를 갖는 순환홈인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레일리 스텝은, 상기 순환홈에 의해 상기 저압 유체측과는 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    저압 유체측이 외경측 또한 고압 유체측이 내경측에 배치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
KR1020207006713A 2017-09-05 2018-09-04 슬라이딩 부품 KR102352197B1 (ko)

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