KR20210045487A - 슬라이딩 부재 - Google Patents

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Abstract

[과제] 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉 기능을 향상시키면서, 소형화가 가능하고, 양(兩)회전용의 기기에 적용 가능한 슬라이딩 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[해결 수단] 슬라이딩면에서 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재로서, 적어도 한쪽의 슬라이딩면(S)은, 랜드부에 의해 둘러싸인 부압 발생 기구(41)와, 슬라이딩면(S) 내에 배설(配設)됨과 동시에 부압 발생 기구(41)로부터 분기되는 분기부(42)를 구비한다.

Description

슬라이딩 부재
본 발명은, 예를 들면, 메커니컬 시일, 베어링, 그 외, 슬라이딩부에 적합한 슬라이딩 부재에 관한 것이다. 특히, 슬라이딩면에 마찰을 저감시킴과 동시에, 슬라이딩면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지할 필요가 있는 밀봉환 또는 베어링 등의 슬라이딩 부재에 관한 것이다.
슬라이딩 부재의 일례인, 메커니컬 시일에 있어서, 밀봉성을 장기적으로 유지시키기 위해서는, 「밀봉」과 「윤활」이라는 상반되는 조건을 양립시키는 기술이 있다. 예를 들면, 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재에 있어서, 한쪽의 슬라이딩면의 피밀봉 유체측에는 정압 발생홈을, 누설측에는 부압 발생홈을 마련하고, 정압 발생홈 및 부압 발생홈은 각각 피밀봉 유체측과 연통시킴과 동시에, 누설측과는 시일면에 의해 격리되어 있는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
상기 구성의 슬라이딩 부재가 상대 슬라이딩하면, 피밀봉 유체측에 마련된 정압 발생 기구가 발생시키는 정압에 의해, 슬라이딩면이 확장되고, 슬라이딩면에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 또한, 누설측에 마련된 부압 발생 기구가 발생시키는 부압에 의해, 누설측으로부터 슬라이딩면으로 유체를 흡입하는 펌핑 작용이 발생하여, 누설량을 매우 작게 할 수 있다.
특허문헌 1: 국제공개 팸플릿 WO2012/046749
그러나, 상기 기술은, 슬라이딩면의 피밀봉 유체측에는 정압 발생홈을, 누설측에는 부압 발생홈을 마련할 필요가 있어, 슬라이딩면 부품이 대형화되어 버린다는 문제가 있었다. 또한, 상기 기술을 양(兩)회전용의 기기에 적용하는 경우에는, 정(正)회전용의 동압 발생 기구와 역(逆)회전용의 동압 발생 기구를 마련할 필요가 있어, 구조가 복잡해지는 문제가 있었다.
본 발명은, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉 기능을 향상시키면서, 소형화가 가능하고, 양회전용의 기기에 적용 가능한 슬라이딩 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부재는,
슬라이딩면에서 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재로서,
적어도 한쪽의 상기 슬라이딩면은, 랜드부에 둘러싸인 부압 발생 기구와,
상기 슬라이딩면 내에 배설(配設)됨과 동시에 상기 부압 발생 기구로부터 분기되는 제1 분기부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 부압 발생 기구 내는 압력 저하에 의해 캐비테이션이 발생하고, 유체가 기화하기 때문에, 점성이 작은 기체와의 슬라이딩이 지배적이 되어, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 또한, 부압 발생 기구 내의 부압에 의해 누설측으로부터 슬라이딩면 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용이 얻어지기 때문에, 누설을 매우 작게 할 수 있다. 또한, 제1 분기부에 있어서의 쐐기 효과에 의해 정압이 발생하여 슬라이딩면을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다. 종래 기술과 같이 정압 발생 기구와 부압 발생 기구를 별개로 마련하는 일 없이, 하나의 부압 발생 기구에 의해, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉성의 향상이라는 상반되는 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 소형화가 가능해진다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 슬라이딩면 내에 배설됨과 동시에 상기 제1 분기부로부터 분기되는 제2 분기부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 제1 분기부가 추가로 제2 분기부에 의해 분기되기 때문에, 양회전 기기에 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 제1 분기부는, 인접한 상기 제1 분기부와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 제1 분기부는, 인접한 제1 분기부와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부를 갖기 때문에, 높은 정압을 발생하는 제1 분기부로부터 부압 발생 기구로의 누설 흐름을 규제하여, 제1 분기부가 발생하는 높은 정압의 이용 효율을 높여, 슬라이딩면을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 제2 분기부는, 인접한 상기 제1 분기부와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 제2 분기부는, 인접한 제1 분기부와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부를 갖기 때문에, 높은 정압을 발생하는 제2 분기부로부터 부압 발생 기구로의 누설 흐름을 규제하여, 제2 분기부가 발생시키는 높은 정압의 이용 효율을 높여, 슬라이딩면을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
적어도 상기 부압 발생 기구는, 상기 부압 발생 기구로부터 상기 제1 분기부로 향하는 가이드 그루브를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 적어도 부압 발생 기구의 바닥부를 흐르는 유체를 가이드 그루브에 의해 소망하는 방향으로 유도할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
시계 방향으로 연설(延設)되는 상기 제1 분기부 및 반시계 방향으로 연설되는 상기 제1 분기부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 시계 방향으로 연설되는 제1 분기부 및 반시계 방향으로 연설되는 제1 분기부를 구비하기 때문에, 양회전 기기에 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 제1 분기부의 단부는 끝이 가는 홈부인 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 제1 분기부를 흐르는 액체는, 단부의 끝이 가는 홈부에 의해 좁혀져 압력이 상승하기 때문에, 슬라이딩면에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
시계 방향으로 연설되는 상기 제2 분기부 및 반시계 방향으로 연설되는 상기 제2 분기부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 시계 방향으로 연설되는 제2 분기부 및 반시계 방향으로 연설되는 제2 분기부를 구비하기 때문에, 양회전 기기에 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 제2 분기부는 끝이 가는 홈부인 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 제2 분기부를 흐르는 액체는, 끝이 가는 홈부에 의해 좁혀져 압력이 상승하기 때문에, 슬라이딩면에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향축에 대하여, 상기 제1 분기부 및 상기 제2 분기부는 대칭으로 배설되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 분기부는, 지름 방향축에 대하여 대칭으로 배설되어 있기 때문에, 정회전, 역회전에 상관없이 유체 윤활 효과 및 펌핑 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구는, 상기 슬라이딩면에 복수 배설되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면의 크기에 따라, 부압 발생 기구 및 분기부를 최적으로 배치할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
피밀봉 유체측에 연통하는 유체 도입홈과, 일단이 상기 유체 도입홈에 연통함과 동시에 타단이 랜드부에 의해 둘러싸이는 동압 발생 기구와, 랜드부 내에 마련됨과 동시에 상기 유체 도입홈에 연통하는 개방홈을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면은, 유체 도입홈으로부터 유체가 공급되기 때문에, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 유체 도입홈으로부터 공급되는 유체에 의해, 슬라이딩면(S)이 윤활할 수 있음과 동시에, 동압 발생 기구가 유체 도입홈으로부터 취입된 유체를 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생하여, 슬라이딩면을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
시계 방향으로 연설되는 상기 동압 발생 기구 및 반시계 방향으로 연설되는 상기 동압 발생 기구를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 시계 방향으로 연설되는 동압 발생 기구 및 반시계 방향으로 연설되는 동압 발생 기구에 의해, 회전 방향과 관계없이 확실하게 큰 정압이 발생하여, 슬라이딩면을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 동압 발생 기구는 상기 유체 도입홈에 대하여 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 동압 발생 기구는 유체 도입홈에 대하여 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 정회전, 역회전에 상관없이 유체 윤활 효과 및 펌핑 효과를 발휘할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 슬라이딩 부재를 구비하는 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
[도 2] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 1의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 3] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 2의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 4] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 3의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 5] 도 4의 슬라이딩면의 일부 확대도이다.
[도 6] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 4의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 7] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 5의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 7의 슬라이딩면의 일부 확대도이다.
[도 9] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 6의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
실시예 1
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.
도 1 및 2를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 또한, 실시예 1에 있어서는, 슬라이딩 부재의 일례인 메커니컬 시일에 대해서 설명한다. 실시예 1에 있어서는, 메커니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부재의 외주측을 피밀봉 유체측, 내주측을 누설측으로 하여 설명한다.
도 1은, 메커니컬 시일(1)의 일례를 나타내는 종단면도로서, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되려 하는 피밀봉 유체를 밀봉하는 형식인 인사이드 형식의 것이고, 회전측 카트리지와 고정측 카트리지로 이루어진다. 회전측 카트리지는, 회전축(10)에 감합된 슬리브(2)와, 한쪽의 슬라이딩 부재인 원환상(圓環狀)의 회전측 밀봉환(3)과, 슬리브(2)와 회전측 밀봉환(3) 사이를 시일하는 패킹(8)을 구비하고, 회전측 카트리지는 회전축(10)과 일체로 회전한다.
고정측 카트리지는, 케이싱(9)에 장착된 하우징(4)과, 다른 한쪽의 슬라이딩 부재인 원환상의 고정측 밀봉환(5)과, 고정측 밀봉환(5)과 하우징을 시일하는 벨로우즈(7)와, 고정측 밀봉환(5)을 벨로우즈(7)를 개재하여 회전측 밀봉환(3)측으로 부세(付勢)하는 코일드 웨이브 스프링(6)을 구비하고, 고정측 카트리지는 케이싱(9)에 대하여 회전 방향 및 축방향으로 고정된다.
이상의 구성을 구비한 메커니컬 시일(1)은, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)과 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)이, 서로 슬라이딩하여 피밀봉 유체가 외주측으로부터 내주측으로 유출되는 것을 방지한다. 또한, 도 1에서는, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면의 폭이 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면의 폭보다 넓은 경우를 나타내고 있지만, 이에 한정되는 일 없이, 반대의 경우에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.
회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 재질은, 내마모성이 우수한 탄화 규소(SiC) 및 자기 윤활성이 우수한 카본 등으로부터 선정되지만, 예를 들면, 양자가 SiC, 혹은, 회전측 밀봉환(3)이 SiC이며 고정측 밀봉환(5)이 카본인 조합도 가능하다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 누설측에는 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)(본 발명에 따른 제1 분기부)를 구비한다. 부압 발생 기구(41)는, 환상이고 바닥이 있는 형상의 홈부이다. 또한, 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)는, 피밀봉 유체측 랜드부(R1) 및 누설측 랜드부(R2)에 의해 둘러싸여, 누설측 및 피밀봉 유체측과 격리되어 있다.
분기부(42)는, 부압 발생 기구(41)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 지름 방향으로 분기되는 분기 기부(基部)(43) 및 분기 기부(43)의 단부로부터 상대 슬라이딩면의 회전 방향(반시계 방향)으로 연장되는 분기 단부(44)(본 발명에 따른 단부)로 이루어진다. 분기 단부(44)는, 지름 방향 폭이 하류측을 향하여 서서히 끝이 가늘어지는 바닥이 있는 형상의 홈부이며, 또한, 랜드부에 의해 둘러싸이고, 깊이가 계단 형상으로 좁아지는 좁아짐 단차(44a)를 구비하고 있다. 분기 단부(44)는 인접한 분기부(42)와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부(Lp)를 갖는다.
부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)는 0.1μm∼10μm의 깊이를 갖는 홈이다. 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)의 깊이는 일정한 깊이라도 좋고, 분기 단부(44)의 좁아짐 단차(44a)를 향하여 서서히 얕아지도록 해도 좋다. 또한, 부압 발생 기구(41)는 환상의 일체로 형성되어 있지만, 둘레 방향으로 랜드부를 사이에 끼워 복수로 분할되어 있어도 좋다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 소정 방향(도 2에서는 반시계 방향)으로 회전하면, 부압 발생 기구(41) 내의 유체는, 그 점성에 의해 회전측 밀봉환(3)의 이동 방향으로 추종하여 이동하고, 원심력에 의해 분기부(42)로 유입된다. 이때, 부압 발생 기구(41)로 유입되는 유체보다도 부압 발생 기구(41)로부터 유출되는 유체가 많아지고, 부압 발생 기구(41) 내는 부압이 되어 캐비테이션이 발생한다.
캐비테이션 영역에서는, 점성이 작은 기체와의 마찰에 의한 슬라이딩 토크가 지배적이 되어, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 또한, 부압 발생 기구(41) 내는 부압으로 되어 있기 때문에, 누설측으로부터 부압 발생 기구(41) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용이 발생하기 때문에, 누설을 매우 작게 할 수 있다.
또한, 부압 발생 기구(41) 내는 캐비테이션 상태가 되어도, 모두가 기체가 되는 것은 아니고, 액체의 흐름도 존재한다. 이 액체는 기체보다 무거워 부압 발생 기구(41)의 바닥부에 모이고, 원심력의 영향에 의해 분기부(42)로 유입된다. 분기부(42)로 유입된 유체는 하류측의 분기 단부(44)로 흐르고, 분기 단부(44)의 끝이 가는 홈부에 의한 좁힘 효과와, 좁아짐 단차(44a)에 의한 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생한다. 이 정압에 의해 슬라이딩면(S) 사이는 확장되고, 슬라이딩면에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 한층 저감할 수 있다.
또한, 분기부(42)의 분기 단부(44)는 인접한 분기부(42)와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부(Lp)를 갖는다. 회전측 밀봉환(3)의 회전에 의한 원심력과 겹침부(Lp)에 의해, 분기부(42)의 분기 단부(44)에서 발생하는 높은 압력이 부압 발생 기구(41)로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 분기부가 발생하는 높은 압력을 효율 좋게 이용하여, 확실하게 슬라이딩면(S)을 확장하고 유체 윤활 상태를 유지할 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 실시예 1의 슬라이딩 부재는 이하의 효과를 나타낸다.
1. 부압 발생 기구(41)는 그 내부에 캐비테이션이 발생하기 때문에, 부압 발생 기구(41) 내에서는 점성이 작은 기체에 의한 마찰이 지배적이 되어, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
2. 부압 발생 기구(41) 내는 부압이 되기 때문에, 누설측으로부터 부압 발생 기구(41) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용이 발생하여, 누설을 매우 작게 할 수 있다.
3. 부압 발생 기구(41)로부터 분기 기부(43)를 통과하여 분기 단부(44)로 유입된 유체는, 분기 단부(44)의 끝이 가는 홈부에 의한 좁힘 효과와, 좁아짐 단차(44a)에 의한 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생한다. 이 정압에 의해 슬라이딩면(S) 사이는 확장되고, 슬라이딩면에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 한층 저감할 수 있다.
4. 분기부(42)의 분기 단부(44)는 인접한 분기 기부(43)와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부(Lp)를 갖기 때문에, 높은 압력을 발생하는 분기 단부(44)로부터 부압 발생 기구(41)로의 누설 흐름을 규제할 수 있다. 이에 따라, 분기부(42)가 발생시키는 높은 압력을 효율 좋게 이용하여, 확실하게 슬라이딩면(S)의 유체 윤활 상태를 유지할 수 있다.
5. 종래 기술과 같이 정압 발생 기구와 부압 발생 기구를 별개로 마련하는 일 없이, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉성의 향상이라는 상반되는 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 소형화가 가능해진다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 3은 실시예 2에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것으로, 부압 발생 기구(41), 분기부(42)의 바닥부에 가이드 그루브(45)를 마련한 점에서 실시예 1과 상위하다. 이하, 실시예 1과 동일한 부재, 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 누설측에는 부압 발생 기구(41), 분기부(42), 및 가이드 그루브(45)가 배설되어 있다. 또한, 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)는, 피밀봉 유체측 랜드부(R1) 및 누설측 랜드부(R2)에 의해 둘러싸여, 누설측 및 피밀봉 유체측과 격리되어 있고, 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)의 구성은 실시예 1과 동일하다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 부압 발생 기구(41), 분기부(42) 및 분기 단부(44)의 바닥부에 가이드 그루브(45)를 구비한다. 가이드 그루브(45)는, 부압 발생 기구(41), 분기부(42) 및 분기 단부(44)의 바닥부에, 줄무늬 형상의 홈이 소정 간격으로 소정수 나란히 배치되고, 전체적으로, 부압 발생 기구(41)로부터 분기부(42)를 통과하여 분기 단부(44)를 향하는 방향성을 갖고 배치되어 있다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 소정 방향(도 3에서는 반시계 방향)으로 회전하면, 부압 발생 기구(41) 내의 유체는, 그 점성에 의해 회전측 밀봉환(3)의 이동 방향으로 추종하여 이동하고, 분기부(42)로 유입된다. 이때, 부압 발생 기구(41) 내로 공급되는 유체보다도 분기부(42)로 유입되는 유체가 많아지고, 부압 발생 기구(41) 내는 부압이 되어 캐비테이션이 발생한다.
캐비테이션 상태가 된 부압 발생 기구(41)의 내부에는, 통상 액체의 흐름도 존재한다. 이 액체는 기체보다 무거워 부압 발생 기구(41)의 바닥부에 모이기 때문에, 가이드 그루브(45)를 부압 발생 기구(41)의 바닥부에 마련함으로써, 부압 발생 기구(41)로부터 분기부(42)로 액체를 효율 좋게 유도할 수 있다. 부압 발생 기구(41)로부터 분기부(42)를 통과하여, 분기부(42)의 하류측의 분기 단부(44)에 집중된 유체는, 분기 단부(44)의 끝이 가는 홈부에 의한 좁힘 효과와, 좁아짐 단차(44a)에 의한 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생한다. 이 정압에 의해 슬라이딩면(S) 사이는 확장되고, 슬라이딩면에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
여기에서, 가이드 그루브(45)는, 부압 발생 기구(41)로부터 분기부, 분기 단부(44)로 흐름을 유도하는 바와 같이, 연속한 줄무늬 형상의 홈을 소정 간격으로 소정수 나란히 배치하고 있지만, 이에 한정하지 않는다. 가이드 그루브(45)는, 부압 발생 기구(41), 분기 기부(43), 분기 단부(44)마다 독립적으로 배치해도 좋다. 예를 들면, 부압 발생 기구(41), 분기 기부(43), 분기 단부(44)의 각각에 있어서, 흐름이 집중하는 개소에, 가이드 그루브(45)를 집중 배치하여 부압 발생 기구(41)로부터 분기 기부(43) 및 분기 단부(44)로 효율적으로 흐름을 유도하도록 해도 좋다. 또한, 가이드 그루브의 깊이는 부압 발생 기구(41)의 깊이보다도 깊고, 부압 발생 기구(41)의 깊이 0.1μm∼10μm에 대하여, 추가로 약 1μm 이상 깊게 형성되어 있다.
이상 서술한 바와 같이, 실시예 2의 슬라이딩 부재는, 실시예 1의 효과 1∼5 외에, 이하의 효과를 나타낸다.
부압 발생 기구(41), 분기 기부(43) 및 분기 단부(44)의 바닥부에 배설된 가이드 그루브(45)에 의해, 유체는, 부압 발생 기구(41)로부터 분기 기부(43) 및 분기 단부(44)로 효율적으로 유도된다. 분기 단부(44)로 유도된 유체는, 분기 단부(44)의 끝이 가는 홈부에 의한 좁힘 효과와, 좁아짐 단차(44a)에 의한 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생한다. 이 정압에 의해 슬라이딩면(S) 사이는 확장되고, 슬라이딩면에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
실시예 3
본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 4는 실시예 3에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것으로, 피밀봉 유체측의 랜드부(R1) 내에 유체 도입홈(33), 동압 발생 기구(31) 및 개방홈(35)을 마련한 점에서 실시예 1과 상위하다. 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)의 구성은 실시예 1과 동일하다. 이하, 실시예 1과 동일한 부재, 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은, 부압 발생 기구(41), 분기부(42), 가이드 그루브(45), 피밀봉 유체측의 랜드부(R1) 내에 유체 도입홈(33), 동압 발생 기구(31)와, 개방홈(35)을 구비하고 있다.
랜드부(R1) 내에는, 환상의 개방홈(35)과, 일단이 피밀봉 유체측에 연통함과 동시에, 타단이 개방홈(35)에 연통하는 유체 도입홈(33)이 마련되어 있다. 유체 도입홈(33)은, 소정수(도 4의 실시예에서는 16개), 대략 등간격으로 마련되어 있다. 또한, 랜드부(R1) 내에는 홈부로 이루어지는 동압 발생 기구(31)가 배설된다. 동압 발생 기구(31)는, 그 일단(상류측 단부)에 유체 도입홈(33)에 연통하는 개구부(31a)를 갖고, 타단(하류측 단부)에 랜드부(R1)로 둘러싸인 지단부(止端部; 31b)를 갖는다. 또한, 동압 발생 기구(31)는, 0.1μm∼10μm의 깊이를 갖는 홈이다. 유체 도입홈(33) 및 개방홈(35)의 홈 깊이는 동압 발생 기구(31)의 10배∼50배 정도로 형성되어 있다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 소정 방향(도 4에서는 반시계 방향)으로 회전하면, 부압 발생 기구(41) 내는 부압이 되어 캐비테이션이 발생하고, 캐비테이션 영역에서는, 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 토크는 기체에 의한 마찰이 지배적이 되어, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 또한, 부압 발생 기구(41) 내는 부압으로 되어 있기 때문에, 부압에 의해 누설측으로부터 부압 발생 기구(41) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용을 발휘하기 때문에, 누설을 저감할 수 있다(도 5 참조).
또한, 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)에 마련된 가이드 그루브(45)에 의해, 캐비테이션 내의 액체는 분기부(42)로 유도된다. 분기부(42)로 유도된 액체는, 분기부(42)의 분기 단부(44)의 끝이 가는 형상에 의한 좁힘 효과, 및, 좁아짐 단차(44a)에 있어서의 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생하여, 슬라이딩면(S)은 확장되고, 슬라이딩면(S)을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
또한, 유체 도입홈(33)으로부터 동압 발생 기구(31)로 취입된 유체는 지단부(31b)에 있어서의 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생한다. 이에 따라, 슬라이딩면(S)은 확장되고, 슬라이딩면(S)의 유체 윤활 효과를 한층 높일 수 있다. 또한 유체 도입홈(33)이 복수 마련됨으로써, 슬라이딩면(S)은 복수 개소에서 피밀봉 유체측으로부터 유체가 공급되기 때문에, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 유체 도입홈(33)으로부터 공급되는 유체에 의해, 슬라이딩면(S)을 윤활할 수 있다.
게다가, 동압 발생 기구(31)와, 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42) 사이에는 개방홈(35)이 마련되어 있다. 개방홈(35)은, 동압 발생 기구(31)에서 발생한 동압(정압)을 피밀봉 유체측의 압력과 동일 레벨까지 개방하는 역할과, 분기 단부(44)의 좁아짐 단차(44a)에 있어서의 쐐기 효과에 의해 발생한 정압을 개방하는 역할을 갖는다. 이에 따라, 동압 발생 기구(31)로부터의 고압의 유체가 부압 발생 기구(41)로 유입되어, 부압 발생 기구(41)의 펌핑 효과가 약해지는 것을 방지함과 동시에, 동압 발생 기구(31)의 정압 발생 기능과 분기부(42)의 정압 발생 기능이 간섭하는 것을 방지할 수 있다(도 5 참조).
이상 서술한 바와 같이, 실시예 3의 슬라이딩 부재는, 실시예 1의 효과 1∼4 및 실시예 2의 효과 외에, 이하의 효과를 나타낸다.
1. 동압 발생 기구(31)는, 유체 도입홈(33)으로부터 취입된 유체가 지단부(31b)에 있어서의 쐐기 효과에 의해 큰 정압을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 슬라이딩면(S)은 확장되고, 슬라이딩면(S)의 유체 윤활 효과를 한층 높일 수 있다.
2. 유체 도입홈(33)이 복수 마련됨으로써, 슬라이딩면(S)은 복수 개소에서 피밀봉 유체측으로부터 유체가 공급되기 때문에, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 유체 도입홈(33)으로부터 공급되는 유체에 의해, 슬라이딩면(S)의 윤활에 기여할 수 있다.
3. 개방홈(35)은, 동압 발생 기구(31)에서 발생한 동압(정압)을 개방한다. 이에 따라, 동압 발생 기구(31)로부터 부압 발생 기구(41)로 고압 유체가 유입되고, 부압 발생 기구(41)의 펌핑 효과가 약해지는 것을 방지함과 동시에, 동압 발생 기구(31)의 정압 발생 기능과 분기부(42)의 정압 발생 기능이 간섭하는 것을 방지할 수 있다.
실시예 1∼실시예 3에 있어서, 분기부(42)의 형상은 전부 동일하다고 했지만, 이에 한정하지 않고, 분기부(42)의 크기, 형상 또는 깊이를 전부 상이하게 해도 좋고, 분기부(42) 중 일부의 크기, 형상 또는 깊이를 상이하게 해도 좋다.
실시예 4
본 발명의 실시예 4에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 6은 실시예 1에서 3이 한 방향 회전에 적합한 슬라이딩 부재였던 것에 대하여, 실시예 4에 따른 슬라이딩 부재는 양방향 회전에 적합한 슬라이딩 부재이다. 이하, 실시예 1∼3과 동일한 부재, 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 누설측에는 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)를 구비한다. 부압 발생 기구(21)는, 환상이고 바닥이 있는 형상의 홈부이다. 또한, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)로 이루어지는 구성이, 랜드부를 사이에 끼워, 소정수(도 6의 실시예에서는 4개) 배설된다. 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)는, 피밀봉 유체측 랜드부(R1) 및 누설측 랜드부(R2)에 의해 둘러싸여, 누설측 및 피밀봉 유체측과 격리되어 있다. 또한, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에는, 가이드 그루브(55, 65)가 마련되어 있다.
제1 분기부(52)는, 부압 발생 기구(21)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 지름 방향으로 분기되는 분기 기부(53), 및, 분기 기부(53)의 단부로부터 반시계 방향으로 연장되는 분기 단부(54)(본 발명에 따른 단부)로 이루어진다. 또한, 제1 분기부(62)는, 부압 발생 기구(21)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 지름 방향으로 분기되는 분기 기부(63), 및, 분기 기부(63)의 단부로부터 시계 방향으로 연장되는 분기 단부(64)(본 발명에 따른 단부)로 이루어진다. 분기 단부(54, 64)는, 지름 방향 폭이 서서히 끝이 가늘어지는 홈부이며, 또한, 랜드부에 의해 둘러싸이고, 깊이가 계단 형상으로 좁아지는 좁아짐 단차(54a, 64a)를 구비하고 있다. 1개의 부압 발생 기구(21)에 제1 분기부(52, 62)는, 각각 소정수(도 6의 실시예에서는 각 3개) 마련되어 있다.
또한, 제1 분기부(52)와 제1 분기부(62)의 사이에, 부압 발생 기구(21)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 지름 방향으로 분기되는 제1 분기부(72)가 배설된다. 제1 분기부(72)의 단부로부터 반시계 방향으로 분기되는 제2 분기부(74), 및, 제1 분기부(72)의 단부로부터 시계 방향으로 분기되는 제2 분기부(84)를 구비한다. 제2 분기부(74, 84)는, 지름 방향 폭이 서서히 끝이 가늘어지는, 바닥이 있는 좁아짐 형상의 홈부이며, 그 단부에, 랜드부에 의해 둘러싸이고, 깊이가 계단 형상으로 좁아지는 좁아짐 단차(74a, 84a)를 구비하고 있다.
부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)는 0.1μm∼10μm의 깊이를 갖는 홈이다. 부압 발생 기구(41) 및 분기부(42)의 깊이는 일정한 깊이라도 좋고, 분기 단부(54, 64), 제2 분기부(74, 84)는 좁아짐 단차를 향하여 서서히 얕아지도록 해도 좋다.
제1 분기부(52, 62)는, 각각 인접한 제1 분기부(52, 62)와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부(Lp)를 갖는다. 또한, 제2 분기부(74, 84)는 각각 인접한 제1 분기부(52, 62)와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부(Lp)를 갖는다.
부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에는 가이드 그루브(55, 65)가 마련되어 있다. 가이드 그루브(55, 65)는 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에 소정수 마련되고, 전체적으로, 부압 발생 기구(21)로부터 분기 단부(54, 64), 제2 분기부(74, 84)의 선단부를 향하도록 방향성을 갖고 있다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 반시계 방향으로 회전하면, 부압 발생 기구(21) 내의 유체는, 그 점성에 의해 회전측 밀봉환(3)의 이동 방향으로 추종하여 이동하고, 제1 분기부(52)로 유입된다. 이때, 제1 분기부(62)로부터 부압 발생 기구(21)로의 흐름은, 회전측 밀봉환(3)의 회전에 의한 원심력의 영향이 크기 때문에 매우 적다. 이 때문에, 부압 발생 기구(21) 내로 공급되는 유체보다도 제1 분기부(52)로 유입되는 유체가 많아지고, 부압 발생 기구(21) 내는 부압이 되어 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션 영역에서는, 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 토크는 기체에 의한 마찰이 지배적이 되어, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
캐비테이션 상태가 된 부압 발생 기구(21)의 내부에는, 통상 액체의 흐름도 존재한다. 이 액체는 기체보다 무거워 부압 발생 기구(21)의 바닥부에 모이기 때문에, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에 마련된 가이드 그루브(55, 65)에 의해, 부압 발생 기구(21)로부터 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)로 액체를 효율 좋게 유도할 수 있다. 부압 발생 기구(21)로부터 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)로 유도된 액체는, 분기 단부(54, 64), 제2 분기부(74, 84)의 끝이 가는 형상에 의한 좁힘 효과와, 좁아짐 단차(54a, 64a, 74a, 84a)에 의한 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생한다. 이 정압에 의해 슬라이딩면(S)은 확장되고, 슬라이딩면(S)을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
또한, 제1 분기부(52, 62)는, 각각 인접한 제1 분기부(52, 62)와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부(Lp), 또한, 제2 분기부(74, 84)는 각각 인접한 제1 분기부(52, 62)와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부(Lp)에 의해, 높은 압력을 갖는 분기 단부(54, 64) 및 제2 분기부(74, 84)가 부압 발생 기구(21)와 직접적으로 마주하는 일이 없어지기 때문에, 고압의 유체가 부압 발생 기구(21)로 직접 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 분기부가 발생하는 높은 정압을 효율 좋게 이용하여, 확실하게 슬라이딩면(S)의 유체 윤활 상태를 유지할 수 있다.
또한, 반시계 방향으로 연설되는 분기 단부(54)를 갖는 제1 분기부(52)와 시계 방향으로 연설되는 분기 단부(64)를 갖는 제1 분기부(62)는, 부압 발생 기구(21)의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향축에 대하여, 대칭으로 배설되어 있다. 마찬가지로, 반시계 방향으로 연설되는 제2 분기부(74)와 시계 방향으로 연설되는 제2 분기부(84)도 부압 발생 기구(21)의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향축에 대하여, 대칭으로 배설되어 있다. 이에 따라, 회전측 밀봉환(3)이 반시계 방향으로 회전한 경우뿐만 아니라, 시계 방향으로 회전한 경우라도, 부압 발생 기구(21)는 부압에 의해 누설측으로부터 부압 발생 기구(21) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용을 발휘하고, 제1 분기부(52) 및 제1 분기부(62), 그리고, 제2 분기부(74) 및 제2 분기부(84)는 고압을 발생하여 유체 윤활 효과를 발휘할 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 실시예 4의 슬라이딩 부재는 이하의 효과를 나타낸다.
1. 부압 발생 기구(21)에 부압을 발생시켜, 부압 발생 기구(21)의 내부를 캐비테이션 영역으로 함으로써, 부압 발생 기구(21)에 있어서는 기체에 의한 마찰이 지배적이 되기 때문에, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
2. 부압 발생 기구(21) 내는 부압이 되기 때문에, 누설측으로부터 부압 발생 기구(21) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용을 발휘하기 때문에, 누설을 저감할 수 있다.
3. 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에 마련된 가이드 그루브(55, 65)에 의해, 부압 발생 기구(21)로부터 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)로 액체를 효율 좋게 유도할 수 있다.
4. 부압 발생 기구(21)로부터 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)로 유도된 액체는, 분기 단부(54, 64), 제2 분기부(74, 84)의 끝이 가는 형상에 의한 좁힘 효과와, 좁아짐 단차(54a, 64a, 74a, 84a)에 의한 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생한다. 이 정압에 의해 슬라이딩면(S)은 확장되고, 슬라이딩면(S)을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
5. 제1 분기부(52, 62), 제2 분기부(74, 84)는, 각각 인접한 제1 분기부(52, 62)와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부(Lp)를 갖는다. 겹침부(Lp)에 의해, 높은 압력을 발생하는 분기 단부(54, 64) 및 제2 분기부(74, 84)는, 부압 발생 기구(21)와 직접적으로 마주하는 일이 없어지기 때문에, 높은 압력을 갖는 유체가 부압 발생 기구(21)로 직접 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 분기부가 발생시키는 높은 정압을 효율 좋게 이용하여, 확실하게 슬라이딩면(S)의 유체 윤활 상태를 유지할 수 있다.
6. 제1 분기부(52) 및 제1 분기부(62), 및, 제2 분기부(74)와 제2 분기부(84)는, 부압 발생 기구(21)의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향축에 대하여, 대칭으로 배설되어 있다. 이에 따라, 회전 방향과 관계없이, 상기 1∼5 의 효과를 발휘할 수 있다.
7. 종래 기술과 같이 정압 발생 기구와 부압 발생 기구를 별개로 마련하는 일 없이, 하나의 부압 발생 기구에 의해, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉성의 향상이라는 상반되는 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 소형화가 가능해진다.
또한, 실시예 4에서는, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에 가이드 그루브를 배치한 예를 나타내지만, 실시예 1과 동일하게, 가이드 그루브는 마련하지 않아도 좋다.
실시예 5
본 발명의 실시예 5에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 7은 실시예 5에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것으로, 피밀봉 유체측의 랜드부(R1) 내에 유체 도입홈(33, 34), 동압 발생 기구(31, 32) 및 개방홈(35)을 마련한 점에서 실시예 4와 상위하다. 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72), 제2 분기부(74, 84) 및 가이드 그루브(55, 65)의 구성은 실시예 4와 동일하다. 이하, 실시예 4와 동일한 부재, 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은, 누설측의 랜드부(R2) 내에 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72), 제2 분기부(74, 84) 및 가이드 그루브(55, 65), 및, 피밀봉 유체측의 랜드부(R1) 내에 유체 도입홈(33, 34), 동압 발생 기구(31, 32) 및 개방홈(35)을 구비하고 있다. 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72), 제2 분기부(74, 84) 및 가이드 그루브(55, 65)는 누설측의 랜드부(R2)에 의해 둘러싸여, 피밀봉 유체측 및 누설측과 격리되어 있다. 또한, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72), 제2 분기부(74, 84) 및 가이드 그루브(55, 65)의 구성은 실시예 4와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
피밀봉 유체측의 랜드부(R1) 내에는, 환상의 개방홈(35)과, 일단이 피밀봉 유체측에 연통함과 동시에, 타단이 개방홈(35)에 연통하는 유체 도입홈(33, 34)이 마련되어 있다. 유체 도입홈(33, 34)은, 각각 소정수(도 7의 실시예에서는 각각 8개), 대략 등간격으로 번갈아 마련되어 있다. 또한, 랜드부(R1) 내에는 동압 발생 기구(31, 32)가 마련되고, 동압 발생 기구(31, 32)의 일단은 각각 개구부(31a, 32a)에 의해 유체 도입홈(33)에 연통하고, 타단은 랜드부(R1)로 둘러싸인 지단부(31b, 32b)를 갖는 홈부로 이루어진다. 유체 도입홈(33)은 피밀봉 유체측 및 개방홈(35)에 연통함과 동시에 동압 발생 기구(31, 32)에 연통하고 있다. 한편, 유체 도입홈(34)은 피밀봉 유체측 및 개방홈(35)에 연통할 뿐이며, 동압 발생 기구(31, 32)에는 연통하고 있지 않다.
또한, 동압 발생 기구(31, 32)는, 각각 0.1μm∼10μm의 깊이를 갖는 홈이다. 유체 도입홈(33, 34) 및 개방홈(35)의 홈의 깊이는 동압 발생 기구(31, 32)의 10배∼50배 정도로 형성되어 있다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 반시계 방향으로 회전하면, 유체 도입홈(33)으로부터 동압 발생 기구(31)로 취입된 유체는 지단부(31b)에 있어서의 쐐기 효과에 의해 큰 정압이 발생한다. 이에 따라, 슬라이딩면(S)은 확장되고, 슬라이딩면(S)의 유체 윤활 효과를 한층 높일 수 있다. 또한 유체 도입홈(33, 34)이 복수 마련됨으로써, 슬라이딩면(S)은 복수 개소에서 피밀봉 유체측으로부터 유체가 공급되기 때문에, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 유체 도입홈(33, 34)으로부터 공급되는 유체에 의해, 슬라이딩면(S)의 윤활에 기여할 수 있다.
반시계 방향으로 연설되는 동압 발생 기구(31)와 시계 방향으로 연설되는 동압 발생 기구(32)는, 유체 도입홈(33)에 대하여 대칭으로 형성되기 때문에, 회전측 밀봉환(3)이 시계 방향, 반시계 방향의 어느 쪽으로 회전해도, 슬라이딩면(S)이 확장되고, 슬라이딩면(S)에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
게다가, 동압 발생 기구(31, 32)와, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72), 및 제2 분기부(74, 84)의 사이에는 개방홈(35)이 마련되어 있다. 개방홈(35)은, 동압 발생 기구(31, 32)에서 발생한 동압(정압)을 피밀봉 유체측의 압력과 동일 레벨까지 개방하는 역할과, 제1 분기부(52, 62, 72), 및 제2 분기부(74, 84)에 있어서의 쐐기 효과에 의해 발생한 큰 정압을 개방홈(35)에 유도하여, 고압 유체측으로 빠져나가게 하는 역할을 갖는다. 이에 따라, 동압 발생 기구(31, 32)로부터의 고압의 유체가 부압 발생 기구(21)로 유입되어, 부압 발생 기구(21)의 펌핑 효과가 약해지는 것을 방지함과 동시에, 동압 발생 기구(31, 32)의 정압 발생 기능과 제1 분기부(52)의 정압 발생 기능이 간섭하는 것을 방지할 수 있다(도 8 참조).
이상 서술한 바와 같이, 실시예 5의 슬라이딩 부재는, 실시예 4의 효과 1∼6 외에, 이하의 효과를 나타낸다.
1. 유체 도입홈(33, 34)이 복수 마련됨으로써, 슬라이딩면(S)은 복수 개소에서 피밀봉 유체측으로부터 유체가 공급되기 때문에, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 유체 도입홈(33, 34)으로부터 공급되는 유체에 의해, 슬라이딩면(S)의 윤활에 기여할 수 있다.
2. 동압 발생 기구(31, 32)는, 유체 도입홈(33)으로부터 취입된 유체가 지단부(31b)에 있어서의 쐐기 효과에 의해 큰 정압을 발생시키기 때문에, 슬라이딩면(S)이 확장되고, 슬라이딩면(S)에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
3. 동압 발생 기구(31, 32)는, 유체 도입홈(33)에 대하여 대칭으로 형성되기 때문에, 회전측 밀봉환(3)이 정역(正逆) 어느 쪽으로 회전해도 확실하게 큰 정압을 발생시킬 수 있다.
4. 개방홈(35)은, 동압 발생 기구(31, 32)에서 발생한 정압 및 제1 분기부(52, 62, 72), 및 제2 분기부(74, 84)에서 발생한 큰 정압을 고압 유체측으로 빠져나가게 하기 때문에, 동압 발생 기구(31, 32)로부터의 고압의 유체가 부압 발생 기구(21)로 유입되고, 부압 발생 기구(21)의 펌핑 효과가 약해지는 것을 방지함과 동시에, 동압 발생 기구(31, 32)의 정압 발생 기능과 제1 분기부(52, 62, 72), 및 제2 분기부(74, 84)의 정압 발생 기능이 간섭하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에 가이드 그루브를 배설한 예를 나타내지만, 실시예 1과 동일하게, 가이드 그루브는 마련하지 않아도 좋다.
또한, 반시계 방향으로 연설되는 동압 발생 기구(31)와 시계 방향으로 연설되는 동압 발생 기구(32)는, 유체 도입홈(33)에 대하여 대칭으로 배치되어 있었지만, 이에 한정하지 않는다. 동압 발생 기구(31)와 동압 발생 기구(32)은, 형상, 크기, 깊이를 상이하게 해도 좋다. 또한, 동압 발생 기구(31)와 동압 발생 기구(32)는, 유체 도입홈(33)에 대하여 지름 방향으로 어긋나게 배치해도 좋다.
실시예 6
본 발명의 실시예 6에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 9는 실시예 6에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예 4 및 실시예 5에 따른 슬라이딩 부재는, 반시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(52)와 시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(62)가 동수(同數) 배설되어 있었지만, 실시예 6은 제1 분기부(52)와 제1 분기부(62)의 개수가 상이한 점에서 상위하다. 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72), 제2 분기부(74, 84) 및 가이드 그루브(55, 65)의 구성은 실시예 4와 동일하다. 이하, 실시예 4와 동일한 부재, 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 누설측에는 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)를 구비한다. 부압 발생 기구(21)는, 환상이고 바닥이 있는 형상의 홈부이다. 또한, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)로 이루어지는 구성이, 랜드부를 사이에 끼워, 소정수(도 9의 실시예에서는 4개) 슬라이딩면(S)에 배설된다. 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)는, 피밀봉 유체측 랜드부(R1) 및 누설측 랜드부(R2)에 의해 둘러싸여, 누설측 및 피밀봉 유체측과 격리되어 있다. 또한, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에는, 가이드 그루브(55, 65)가 마련되어 있다.
제1 분기부(52)는, 부압 발생 기구(21)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 지름 방향으로 분기되는 분기 기부(53), 및, 분기 기부(53)의 단부로부터 반시계 방향으로 연장되는 분기 단부(54)(본 발명에 따른 단부)로 이루어진다. 또한, 제1 분기부(62)는, 부압 발생 기구(21)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 지름 방향으로 분기되는 분기 기부(63), 및, 분기 기부(63)의 단부로부터 시계 방향으로 연장되는 분기 단부(64)(본 발명에 따른 단부)로 이루어진다. 1개의 부압 발생 기구(21)에 제1 분기부(52)가 소정수(도 9의 실시예에서는 5개), 제1 분기부(62)는, 소정수(도 9의 실시예에서는 1개) 배설되어 있다.
또한, 제1 분기부(52)와 제1 분기부(62) 사이에, 부압 발생 기구(21)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 지름 방향으로 분기되는 제1 분기부(72)가 배설된다. 제1 분기부(72)의 단부로부터 반시계 방향으로 분기되는 제2 분기부(74), 및, 제1 분기부(72)의 단부로부터 시계 방향으로 분기되는 제2 분기부(84)가 각각 1개씩 마련되어 있다.
본 실시예에서는, 반시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(52)의 개수가, 시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(62)의 개수보다 많이 마련되어 있다. 이에 따라, 반시계 방향의 사용 빈도가 높고, 시계 방향의 사용 빈도가 낮은 기기에 적합한 슬라이딩 부재로 할 수 있다. 반시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(52)의 개수와, 시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(62)의 개수의 비율은, 구체적인 사용 조건에 따라 결정할 수 있다.
또한, 회전 방향의 사용 빈도에 따라, 반시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(52)와, 시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(62)의 크기, 형상, 깊이는 상이하게 해도 좋고, 제1 분기부(52)끼리 또는 제1 분기부(62)끼리의 형상, 크기, 깊이를 서로 상이하게 해도 좋다.
마찬가지로, 회전 방향의 사용 빈도에 따라, 반시계 방향으로 연설되는 제2 분기부(74)와 시계 방향으로 연설되는 제2 분기부(84)도, 개수, 크기, 형상, 깊이를 상이하게 해도 좋다.
또한, 회전 방향에 의해 유체 윤활 기능의 강도를 바꿀 수도 있다. 예를 들면, 반시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(52), 제2 분기부(74)의 개수를 시계 방향으로 연설되는 제1 분기부(62), 제2 분기부(84)보다 많게 하면, 시계 방향 회전시보다도 반시계 방향 회전시의 유체 윤활 기능을 높일 수 있다.
또한, 실시예 6에서는, 부압 발생 기구(21), 제1 분기부(52, 62, 72) 및 제2 분기부(74, 84)의 바닥부에 가이드 그루브를 배설한 예를 나타내지만, 실시예 1과 마찬가지로, 가이드 그루브는 마련하지 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.
상기 실시예에 있어서, 외주측이 피밀봉 유체측, 내주측을 누설측이라고 하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 내주측이 피밀봉 유체측, 외주측이 누설측인 경우도 적용 가능하다.
부압 발생 기구, 랜드부 및 가이드 그루브를 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에 마련했지만, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면에 마련해도 좋다.
1 메커니컬 시일
2 슬리브
3 회전측 밀봉환
4 하우징
5 고정측 밀봉환
6 코일드 웨이브 스프링
7 벨로우즈
8 패킹
9 케이싱
10 회전축
21 부압 발생 기구
31 동압 발생 기구
31a 개구부
31b 지단부
32 동압 발생 기구
32a 개구부
32b 지단부
33 유체 도입홈
34 유체 도입홈
35 개방홈
37 제2 분기부
41 부압 발생 기구
42 분기부(제1 분기부)
43 분기 기부
44 분기 단부(단부)
44a 좁아짐 단차
45 가이드 그루브
52 제1 분기부
53 분기 기부
54 분기 단부(단부)
54a 좁아짐 단차
55 가이드 그루브
62 제1 분기부
63 분기 기부
64 분기 단부(단부)
64a 좁아짐 단차
65 가이드 그루브
72 제1 분기부
74 제2 분기부
74a 좁아짐 단차
84 제2 분기부
84a 좁아짐 단차
Lp 겹침부
R1 피밀봉 유체측 랜드부
R2 누설측 랜드부
S 슬라이딩면

Claims (14)

  1. 슬라이딩면에서 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재로서,
    적어도 한쪽의 상기 슬라이딩면은, 랜드부에 둘러싸인 부압 발생 기구와,
    상기 슬라이딩면 내에 배설(配設)됨과 동시에 상기 부압 발생 기구로부터 분기되는 제1 분기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩면 내에 배설됨과 동시에 상기 제1 분기부로부터 분기되는 제2 분기부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분기부는, 인접한 상기 제1 분기부와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 분기부는, 인접한 상기 제1 분기부와 둘레 방향으로 겹치는 겹침부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 부압 발생 기구는, 상기 부압 발생 기구로부터 상기 제1 분기부로 향하는 가이드 그루브를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    시계 방향으로 연설(延設)되는 상기 제1 분기부 및 반시계 방향으로 연설되는 상기 제1 분기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 분기부의 단부는 끝이 가는 홈부인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    시계 방향으로 연설되는 상기 제2 분기부 및 반시계 방향으로 연설되는 상기 제2 분기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 분기부는 끝이 가는 홈부인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부압 발생 기구의 둘레 방향의 중심과 회전 중심을 연결하는 지름 방향축에 대하여, 상기 제1 분기부 및 상기 제2 분기부는 대칭으로 배설되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부압 발생 기구는, 상기 슬라이딩면에 복수 배설되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    피밀봉 유체측에 연통하는 유체 도입홈과, 일단이 상기 유체 도입홈에 연통함과 동시에 타단이 랜드부에 의해 둘러싸이는 동압 발생 기구와, 랜드부 내에 마련됨과 동시에 상기 유체 도입홈에 연통하는 개방홈을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  13. 제12항에 있어서,
    시계 방향으로 연설되는 상기 동압 발생 기구 및 반시계 방향으로 연설되는 상기 동압 발생 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 동압 발생 기구는 상기 유체 도입홈에 대하여 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
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