KR20210090703A

KR20210090703A - 슬라이딩 부품

Info

Publication number: KR20210090703A
Application number: KR1020217019130A
Authority: KR
Inventors: 타다츠구 이무라; 히로시 스즈키; 유이치로 토쿠나가
Original assignee: 이구루코교 가부시기가이샤
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-07-20
Also published as: EP3901497B1; US20220056956A1; US11821521B2; JPWO2020130087A1; EP3901497C0; JP7345998B2; CN113167390A; KR102541901B1; WO2020130087A1; CN113167390B; EP4206500A1; EP3901497A4; EP3901497A1

Abstract

슬라이딩면의 윤활성을 충분히 확보하면서, 유체막을 안정적으로 보지(保持)할 수 있는 크기의 홈 미가공부를 확보할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공한다. 회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품(6)의 슬라이딩면(S)에는, 슬라이딩면(S)의 지름 방향의 한쪽 단연(端緣)으로 개방하는 시점(始点;21)을 구비하고, 둘레 방향으로 연장되면서 슬라이딩면(S) 내에서 폐색하는 종점(22)을 구비하는 복수의 동압 발생홈(G)에 의해 구성되는 동압 발생홈군(20)이 둘레 방향으로 복수군 마련되어 있고, 동압 발생홈군(20)의 양단에 위치하는 동압 발생홈(G1,17)에 비하여, 이들 양단에 위치하는 동압 발생홈의 사이에 내설된 동압 발생홈(G2~G16)이 둘레 방향으로 길게 형성되어 있다.

Description

슬라이딩 부품

본 발명은, 상대 회전하는 슬라이딩 부품에 관한 것으로, 예를 들면 자동차, 일반 산업 기계, 혹은 그 외의 시일 분야의 회전 기계의 회전축을 축봉하는 축봉 장치에 사용되는 슬라이딩 부품, 또는 자동차, 일반 산업 기계, 혹은 그 외의 베어링 분야의 회전 기계의 베어링에 사용되는 슬라이딩 부품에 관한 것이다.

종래, 펌프나 터빈 등의 회전 기계의 회전축을 축봉하고, 피밀봉 유체의 누설을 방지하는 축봉 장치에는, 상대적으로 회전하고, 또한 평면상의 단면끼리가 슬라이딩하도록 구성된 2부품으로 이루어지는 것, 예를 들면 메커니컬 시일이 있다. 메커니컬 시일은, 하우징에 고정되는 슬라이딩 부품으로서의 고정 밀봉환과, 회전축에 고정되어 회전축과 함께 회전하는 슬라이딩 부품으로서의 회전 밀봉환을 구비하고, 이들의 슬라이딩면을 상대 회전시킴으로써, 하우징과 회전축 사이의 극간을 축봉하고 있다.

이러한 메커니컬 시일은, 밀봉성을 장기적으로 유지시키기 위해서는, 「밀봉」과 「윤활」이라는 기능을 동시에 달성하지 않으면 안 된다. 특히, 최근에 있어서는, 환경 대책 등 때문에, 피밀봉 유체의 누설 방지를 도모하면서, 기계적 손실을 저감시키기 위해, 보다 한층, 저마찰화의 요구가 높아지고 있다.

예를 들면, 저마찰화의 수법으로서, 특허문헌 1과 같이 슬라이딩면에 복수의 동압 발생홈을 형성한 것이 있다. 복수의 동압 발생홈은 회전 밀봉환의 지름 방향의 한쪽 단연(端緣)으로 시점(始点)이 되는 한쪽 단이 개방하고, 타단측의 선단부가 슬라이딩면 내에 위치하고 있다. 이에 의하면, 2개의 슬라이딩 부품끼리의 상대 회전에 의해, 동압 발생홈의 시점이 되는 한쪽 단으로부터 유체(여기에서는 피밀봉 유체)가 동압 발생홈 내에 인입되어, 선단부에서 동압을 발생시킨다. 이와 같이 함으로써, 슬라이딩면 사이에 유체막을 개재시킨 상태에서 슬라이딩하는, 소위 유체 윤활 상태가 되어, 슬라이딩 부품끼리의 저마찰화가 가능하게 되어 있다. 또한, 동압 발생홈은 타단측의 선단부가 회전 밀봉환의 지름 방향의 다른 한쪽 단연으로 개방하지 않는 형상이기 때문에, 피밀봉 유체의 누출이 방지되어 있다.

일본 공개특허공보 평8-89489호(3페이지, 도 4)

이러한 슬라이딩 부품에 있어서는, 피밀봉 유체를 충분히 인입하기 위해서는 상당수의 동압 발생홈을 형성할 필요가 있다. 특허문헌 1의 동압 발생홈은, 슬라이딩면의 둘레 방향으로 등배로 배치되어 있는 점에서, 피밀봉 유체를 둘레 방향으로 균일하게 인입하여, 슬라이딩면 사이에 동압을 발생시킬 수 있는 한편, 동압 발생홈끼리의 사이에는 랜드부가 슬라이딩면의 둘레 방향으로 점재하게 되어, 각각의 랜드부를 유체막을 충분히 보지(保持)할 수 있는 크기로 형성할 수 없어, 유체막의 형상과 두께가 안정되지 않아, 유체 윤활 상태를 충분히 발휘·유지할 수 없는 우려가 있었다.

본 발명은, 이러한 문제점에 착목하여 이루어진 것으로, 슬라이딩면의 윤활성을 충분히 확보하면서, 유체막을 안정적으로 보지할 수 있는 크기의 홈 미가공부를 확보할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부품은,

회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품으로서,

상기 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 상기 슬라이딩면의 지름 방향의 한쪽 단연으로 개방하는 시점을 구비하고, 둘레 방향으로 연장되면서 상기 슬라이딩면 내에서 폐색하는 종점을 구비하는 복수의 동압 발생홈에 의해 구성되는 동압 발생홈군이 둘레 방향으로 복수군 마련되어 있고,

상기 동압 발생홈군의 양단에 위치하는 동압 발생홈에 비하여, 이들 양단에 위치하는 동압 발생홈 사이에 내설된 동압 발생홈이 둘레 방향으로 길게 형성되어 있다.

이에 의하면, 동압 발생홈을 복수마다 동압 발생홈군으로서 합치고, 동압 발생홈군의 양단에 위치하는 동압 발생홈에 비하여, 이들 양단에 위치하는 동압 발생홈 사이에 내설된 동압 발생홈, 즉 중앙부의 동압 발생홈이 둘레 방향으로 길게 형성되어 있기 때문에, 동압 발생홈이 둘레 방향으로 편재되게 되어, 동압 발생홈의 수를 충분히 확보하면서 동압 발생홈군끼리의 사이에 홈 미가공부를 확보할 수 있다. 게다가, 중앙부의 둘레 방향으로 긴 동압 발생홈이 깊게 유체를 인입할 수 있기 때문에, 측부의 동압 발생홈은 둘레 방향으로 짧아도 슬라이딩면에 충분히 동압을 발생시켜 슬라이딩면 사이에 유체가 공급된 상태로 윤활시킬 수 있다. 그 때문에, 슬라이딩면에 필요한 윤활성을 확보하면서, 측부에서 서로 이웃하는 동압 발생홈군의 동압 발생홈끼리를 충분히 이간시켜, 이들 동압 발생홈군끼리의 사이에 유체막을 안정적으로 보지할 수 있는 크기의 홈 미가공부를 확보할 수 있다.

적합하게는, 복수의 상기 동압 발생홈은, 상기 슬라이딩면의 지름 방향의 다른 한쪽 단연측을 향하여 만곡하여 형성되어 있다.

이에 의하면, 동압 발생홈의 둘레 방향의 길이를 충분히 확보할 수 있다.

적합하게는, 상기 동압 발생홈군의 양단에 위치하는 동압 발생홈 사이에 내설된 동압 발생홈은, 양단에 위치하는 동압 발생홈에 비하여 지름 방향의 다른 한쪽 단연측까지 연장되도록 형성되어 있다.

이에 의하면, 양단에 위치하는 동압 발생홈의 사이에 내설된 동압 발생홈이 지름 방향으로 깊은 위치까지 유체를 인입할 수 있기 때문에, 양단에 위치하는 동압 발생홈을 지름 방향으로 짧게 하여 유체막을 안정적으로 보지할 수 있는 크기의 홈 미가공부를 확보하면서도, 슬라이딩면을 지름 방향에 걸쳐 충분히 윤활시킬 수 있다.

적합하게는, 상기 동압 발생홈군을 구성하는 복수의 동압 발생홈끼리의 사이의 랜드부와, 상기 동압 발생홈군을 구성하는 측단에 위치하는 동압 발생홈끼리의 사이의 홈 미가공부가 면일하게 형성되어 있다.

이에 의하면, 중앙부의 동압 발생홈에 인입된 유체가, 측부의 동압 발생홈을 따라 슬라이딩면의 지름 방향의 한쪽 단연측으로 누설되는 것을 방지할 수 있어, 중앙부의 동압 발생홈의 종점측에서 효과적으로 동압을 발생시킬 수 있다.

적합하게는, 상기 동압 발생홈군의 측부에 위치하는 동압 발생홈은, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈으로부터 멀어짐에 따라, 당해 동압 발생홈의 종점이 중앙부에 위치하는 동압 발생홈의 종점으로부터 지름 방향에 있어서 연속적으로 멀어짐과 동시에, 그들의 연재하는 길이가 점차 짧아지도록 형성되어 있다.

이에 의하면, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈을 정점으로 하여, 동압 발생홈군의 종점이 완만한 산형을 이루어, 동압 발생홈군의 측부에 위치하는 동압 발생홈보다 지름 방향의 타단연측에 연속한 랜드부를 크게 확보할 수 있다.

적합하게는, 상기 동압 발생홈군을 구성하는 동압 발생홈의 종점은, 당해 동압 발생홈군의 둘레 방향의 한쪽 측에 편재하고 있다.

이에 의하면, 동압 발생홈군의 둘레 방향의 한쪽 측에 동압 발생홈의 종점이 편재함으로써, 동압 발생홈군의 둘레 방향의 한쪽 측에 홈 미가공부를 크게 확보할 수 있고, 또한 이 홈 미가공부에 대하여 유체를 효율 좋게 공급할 수 있다.

적합하게는, 상기 동압 발생홈군은, 상기 슬라이딩면의 중점(中点)을 대칭점으로 한 점대칭으로 배치되어 있다.

이에 의하면, 슬라이딩면의 둘레 방향으로 균일하게 동압을 발생시켜, 유체막을 홈 미가공부에 안정적으로 보지시킬 수 있다.

적합하게는, 상기 동압 발생홈군의 중앙부에 위치하는 동압 발생홈은, 측부에 위치하는 동압 발생홈에 비하여 시점이 깊게 형성되어 있다.

이에 의하면, 중앙부의 긴 동압 발생홈에 윤활 유체를 충분히 인입시켜, 종점에서 확실하게 동압을 발생시킬 수 있다.

적합하게는, 복수의 상기 동압 발생홈은, 시점으로부터 종점을 향하여 깊이가 서서히 얕아지도록 형성되어 있다.

이에 의하면, 동압 발생홈의 깊이가 변화함으로써 폭넓은 범위의 회전 속도에 대응할 수 있어 로버스트성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 슬라이딩 부품을 구비하는 메커니컬 시일이 사용되는 회전 기계의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 메커니컬 시일의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.
도 3은 고정 밀봉환의 슬라이딩면에 있어서의 동압 발생홈의 깊이를 색의 농담으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.
도 5는 변형예 1에 있어서의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.
도 6은 변형예 2에 있어서의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.
도 7은 변형예 3에 있어서의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.
도 8은 변형예 4에 있어서의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.
도 9는 변형예 5에 있어서의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.
도 10은 변형예 6에 있어서의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.
도 11은 변형예 7에 있어서의 고정 밀봉환을 슬라이딩면측으로부터 본 도면이다.

본 발명에 따른 슬라이딩 부품을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.

실시예 1

실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

본 실시예에 있어서의 슬라이딩 부품은, 예를 들면 자동차, 일반 산업 기계, 혹은 그 외의 시일 분야의 회전 기계의 회전축을 축봉하는 축봉 장치인 메커니컬 시일을 구성하는 회전 밀봉환(3)과 고정 밀봉환(6)이다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 메커니컬 시일은, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되고자 하는 피밀봉 유체를 밀봉하는 형식인 인사이드 형식의 것이고, 회전축(1)측에 슬리브(2)를 통하여 이 회전축(1)과 일체적으로 회전 가능한 상태에서 마련된 원환상의 회전 밀봉환(3)과, 회전 기계의 하우징(4)에 고정된 시일 커버(5)에 비회전 상태 또한 축방향 이동 가능한 상태로 마련된 원환상의 고정 밀봉환(6)이, 이 고정 밀봉환(6)을 축방향으로 부세(付勢)하는 부세 수단(7)에 의해, 슬라이딩면(S)끼리 밀접 슬라이딩하게 되어 있다. 즉, 이 메커니컬 시일은, 회전 밀봉환(3)과 고정 밀봉환(6)의 서로의 슬라이딩면(S)에 있어서, 슬라이딩면(S)의 외주의 피밀봉 유체가 내주측으로 유출되는 것을 방지하는 것이다. 본 실시예에 있어서, 피밀봉 유체는 대기나 드라이 가스 등의 기체이다.

회전 밀봉환(3) 및 고정 밀봉환(6)은, 대표적으로는 SiC(경질 재료)끼리 또는 SiC(경질 재료)와 카본(연질 재료)의 조합으로 형성되지만, 슬라이딩 재료에는 메커니컬 시일용 슬라이딩 재료로서 사용되고 있는 것은 적용 가능하다. SiC로서는, 보론, 알루미늄, 카본 등을 소결 조제로 한 소결체를 비롯하여, 성분, 조성이 상이한 2종류 이상의 상으로 이루어지는 재료, 예를 들면, 흑연 입자가 분산된 SiC, SiC와 Si로 이루어지는 반응 소결 SiC, SiC-TiC, SiC-TiN 등이 있고, 카본으로서는, 탄소질과 흑연질이 혼합된 카본을 비롯하여, 수지 성형 카본, 소결 카본 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 슬라이딩 재료 이외에서는, 금속 재료, 수지 재료, 표면 개질 재료(코팅 재료), 복합 재료 등도 적용할 수 있다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 고정 밀봉환(6)의 슬라이딩면(S)에는, 둘레 방향을 따라 배치되고 서로 둘레 방향으로 분리된 복수의 동압 발생홈(G)이 형성되어 있다. 동압 발생홈(G)은, 둘레 방향으로 모두 34개 형성되고, 소정의 수(여기에서는 17개)가 둘레 방향으로 동일한 이간폭으로 나열되어 있고, 이들 17개를 하나로 합쳐 구성되는 동압 발생홈군(20)이 둘레 방향으로 점대칭으로 소정의 이간폭으로 2개 형성되어 있다. 동압 발생홈군(20)이란, 슬라이딩면(S)에 둘레 방향으로 동일한 패턴으로 복수 구성되는 것을 가리킨다.

이어서, 동압 발생홈(G)에 대해서, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 17개의 동압 발생홈(G) 중, 후단으로부터 6번째의 동압 발생홈(G6)을 예로 들어 설명한다. 동압 발생홈(G)은, 외주연측으로 개방하고, 이 외주연으로 개방하는 시점(21)과, 둘레 방향 또한 내경 방향으로 연장되면서 슬라이딩면(S) 내에서 폐색하는 종점(22)을 구비하여 구성되어 있다. 상세하게는, 동압 발생홈(G)은 둘레 방향으로 연장되는 성분과 지름 방향으로 연장되는 성분으로 이루어지는 만곡 형상이며, 이 중 둘레 방향으로 연장되는 성분이 크게 형성되어 있다. 동압 발생홈(G)은, 경면 가공된 슬라이딩면(S)에, 레이저 가공이나 샌드블라스트 등에 의한 미세 가공을 시행함으로써 형성할 수 있다.

동압 발생홈(G6)은 슬라이딩면(S)의 외주연측을 향하여 볼록해지는 만곡한 형상으로 형성되어 있다. 또한, 하나의 동압 발생홈군(20) 내의 각 동압 발생홈(G)은 곡률 중심이 동일한 가상의 원주상을 따르는 동(同) 곡률로 형성되어 있다. 또한, 동압 발생홈(G6)은, 종점(22)측의 선단부(23)를 제외하고 동압 발생홈(G6)을 구성하는 측벽(24)과 측벽(25)이 등간격이 되도록, 대략 동일한 폭으로 형성되어 있고, 종점(22)측에서는, 측벽(24)과 측벽(25)에 교차하는 경계(26)가 둘레 방향을 따르도록 배치되어 선단부(23)가 형성되고, 선단부(23)는 슬라이딩 방향을 따라 종점(22)을 향하여 폭이 점차 오므라지도록 예각으로 형성되어 있다. 또한, 각 동압 발생홈(G)에 설정된 깊이에 따라서는, 선단부(23)를 구성하는 경계(26)는, 깊이를 갖는 벽인 경우와, 후술하는 랜드부(40)의 경계선인 경우가 있다.

또한, 동압 발생홈군(20)은, 슬라이딩면(S)의 중점을 대칭점으로 한 점대칭으로 2등배로 형성되어 있다. 동압 발생홈군(20)은, 둘레 방향으로 등간격으로 배치된 17개의 동압 발생홈(G1~G17)으로 구성되어 있다. 또한, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G) 중, 동압 발생홈군(20)의 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G)은, 측부에 위치하는 동압 발생홈(G)에 비하여 둘레 방향으로 길게 형성되어 있다. 예를 들면, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)은, 측부에 위치하는 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)에 비하여 길게 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 동압 발생홈군(20)의 중앙부에 위치하는 후단으로부터 9번째의 동압 발생홈(G9)은 둘레 방향으로 가장 길게 형성되어 있다.

2개의 동압 발생홈군(20)끼리의 사이와, 동압 발생홈군(20)의 내경측은, 동압 발생홈(G)이 형성되어 있지 않은 평탄면을 이루는 랜드부(40)로 되어 있다. 또한, 동압 발생홈(G)끼리의 사이도, 둘레 방향이나 지름 방향의 폭이 작지만, 동압 발생홈(G)이 형성되어 있지 않은 평탄면을 이루는 랜드부(30)로 되어 있다. 또한, 랜드부(30)와 랜드부(40)는 동일면을 이루고 있다.

또한, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)은, 측부에 위치하는 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)에 비하여 지름 방향의 내주연측에 길게 형성되어 있다. 상세하게는, 동압 발생홈군(20)의 측부에 위치하는 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)의 종점(22)은, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)으로부터 멀어짐에 따라, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)의 종점(22)으로부터 연속적으로 지름 방향의 위치가 멀어지는, 즉 지름 방향으로 얕고, 또한 그 둘레 방향의 길이가 점차 짧아지도록 형성되어 있다. 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)은, 시점(21)에서 종점(22)까지가 슬라이딩면(S)의 둘레 방향으로 45도 이상에 걸쳐 형성되어 있다. 특히, 동압을 확실히 발생시키기 위해서는, 동압 발생홈(G) 중 가장 길이 방향으로 긴 것은, 시점(21)에서 종점(22)까지가 슬라이딩면(S)의 둘레 방향으로 45도 이상에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)의 종점(22)은, 동압 발생홈군(20)의 선단측(20A)에 편재하고 있다. 상세하게는, 가장 둘레 방향으로 긴 동압 발생홈(G9)의 종점은 동압 발생홈군(20)의 전체 형상을 파악한 경우의 선단측(20A), 즉 동압 발생홈군(20) 중 회전 밀봉환(3)의 회전 방향과 동일한 측에 위치하고, 동압 발생홈(G9)보다 선단측에 위치하는 동압 발생홈(G10~G17)은, 그 종점이 슬라이딩면(S)의 반지름상에 근접하여 존재하고 있다. 이에 대하여, 동압 발생홈(G9)보다 후단측에 위치하는 동압 발생홈(G1~G8)은, 그 종점이 슬라이딩면(S)의 둘레 방향에 있어서 긴 범위에 점재하고 있다. 이와 같이, 동압 발생홈(G)에 의해 구성되는 동압 발생홈군(20)의 선단측(20A)은, 지름 방향으로 넓은 면적에 배치되고 후단측(20B)을 향함에 따라 지름 방향으로 좁은 면적 또한 후단측(20B)이 둘레 방향을 기준으로 외경측으로 치우쳐 배치되는 형상, 소위 콤마 문자 형상을 이루고 있다. 또한, 실시예 1에 있어서는, 동압 발생홈군(20)의 각 동압 발생홈(G)의 둘레 방향의 길이는, 각각의 동압 발생홈(G)의 길이 방향의 길이와 비례하는 관계에 있다.

또한, 도 3(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 동압 발생홈(G)의 깊이는, 시점(21)으로부터 종점(22)을 향하여 점차 얕아지도록 형성되어 있다. 도 3(a)에서는, 색의 농담으로 깊이를 표현하고 있고, 색이 짙은 부분이 깊고, 색이 옅은 부분이 얕은 것을 나타내고 있다. 도 3(b)의 단면도에 있어서, 부호 27은, 동압 발생홈(G)의 바닥면을 나타내고 있다.

그 때문에, 동압 발생홈(G)과 이에 대향하는 회전 밀봉환(3)의 슬라이딩면의 사이의 스페이스는, 피밀봉 유체측으로부터 홈 내에 인입된 피밀봉 유체의 진로에서, 지름 방향의 내측으로 진행됨에 따라 좁아져, 피밀봉 유체의 흐름이 좁혀지게 된다. 피밀봉 유체가 서서히 좁혀짐으로써, 회전 밀봉환(3)과 고정 밀봉환(6)을 서로 떨어뜨리도록 작용하는 동압이 발생된다. 이에 따라, 회전 밀봉환(3)과 고정 밀봉환(6)의 슬라이딩면(S) 사이에 피밀봉 유체에 의한 유체막이 형성되기 쉬워져, 슬라이딩 특성이 향상된다.

또한, 동압 발생홈군(20)의 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)은, 측부에 위치하는 동압 발생홈(G1~G7,G11∼G17)에 비하여 시점이 깊게 형성되어 있다.

이상 설명한 바와 같이, 동압 발생홈(G)을 복수마다 동압 발생홈군(20)으로서 합치고, 둘레 방향으로 편재시킴으로써 동압 발생홈(G)의 수를 충분히 확보하면서 동압 발생홈군(20)끼리의 사이에 랜드부(40)를 확보할 수 있다. 게다가, 중앙부의 둘레 방향으로 긴 동압 발생홈(G8~G10)이 깊게 윤활 유체를 인입할 수 있기 때문에, 측부의 동압 발생홈(G1~G7,G11∼G17)을 둘레 방향으로 짧게 해도 슬라이딩면(S)을 충분히 윤활시킬 수 있다. 그 때문에, 슬라이딩면(S)에 필요한 윤활성을 확보하면서, 측부에서 서로 이웃하는 동압 발생홈군(20)의 동압 발생홈(G1과 G17)끼리를 충분히 이간시켜, 이들 동압 발생홈군(20)끼리의 사이에 유체막을 안정적으로 보지할 수 있는 크기의 랜드부를 확보할 수 있다.

또한, 동압 발생홈(G)은 만곡한 형상으로 형성되어 있기 때문에, 동압 발생홈(G)은 그 둘레 방향의 길이에 대하여 전체의 길이를 확보할 수 있어, 효과적으로 동압을 발생시킬 수 있다. 또한, 동압 발생홈(G)의 선단부(23)는 슬라이딩 방향을 따라 종점(22)을 향하여 폭이 점차 오므라지도록 예각으로 형성되어 있기 때문에, 동압 발생홈(G)과 이에 대향하는 회전 밀봉환(3)의 슬라이딩면 사이의 스페이스가 종점(22)으로 진행됨에 따라 좁아지고, 피밀봉 유체의 흐름이 좁혀져 효과적으로 동압이 발생된다.

동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G) 중, 동압 발생홈군(20)의 측부에 위치하는 동압 발생홈(G1~G7, G11~G17)의 종점(22)은, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)으로부터 멀어짐에 따라, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)의 종점(22)으로부터 연속적으로 지름 방향의 위치가 멀어지는, 즉 지름 방향으로 얕고, 또한 그 둘레 방향의 길이가 점차 짧아지도록 형성되어 있다. 이에 의하면, 중앙부의 동압 발생홈(G8~G10)이 지름 방향으로 깊게 피밀봉 유체를 인입할 수 있기 때문에, 측부의 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)을 중앙부의 동압 발생홈(G8~G10)과 비교하여 지름 방향으로 얕게 형성하고, 유체막을 안정적으로 보지할 수 있는 크기의 랜드부(40)를 확보하면서도, 슬라이딩면(S)을 지름 방향에 걸쳐 충분히 윤활시킬 수 있다.

또한, 동압 발생홈군(20)의 측부에 위치하는 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)의 종점(22)은, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)으로부터 멀어짐에 따라, 이들 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)의 종점(22)이, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)의 종점(22)으로부터 지름 방향에 있어서 연속적으로 멀어지도록 형성되어 있다. 이에 의하면, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)을 정점으로 하여, 동압 발생홈군(20)의 종점(22)을 연결하는 곡선이 완만한 산형을 이루어, 동압 발생홈군(20)의 측부에 위치하는 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)보다 내경연측에, 연속한 랜드부(40)를 크게 확보할 수 있다. 또한, 동압 발생홈군(20)의 종점(22)을 연결하는 곡선의 sin 파형은 14.2도이다.

또한, 동압 발생홈(G9)보다 선단측에 위치하는 동압 발생홈(G10~G17)은, 그 종점이 동압 발생홈군(20)의 선단측에 있어서, 슬라이딩면(S)의 중심에 대한 직각선상에 근접하여 존재하고 있고, 동압 발생홈(G9)보다 후단측에 위치하는 동압 발생홈(G1~G8)은, 그 종점이 슬라이딩면(S)의 둘레 방향에 있어서 긴 범위에 점재하고 있다. 이에 의하면, 동압 발생홈군(20)은 선단측에 둥그스름함을 갖고, 후단측에 끝이 가는, 소위 콤마 문자 형상이 되어, 동압 발생홈군(20)끼리의 사이에 랜드부(40)를 크게 확보할 수 있다. 게다가, 동압 발생홈(G1~G8)의 종점이 편재함으로써, 랜드부(40)에 대하여 유체를 효율 좋게 공급할 수 있다.

또한, 동압 발생홈군(20)의 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)은, 측부에 위치하는 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)에 비하여 시점이 깊게 형성되어 있고, 중앙부의 긴 동압 발생홈(G8~G10)에 윤활 유체를 충분히 인입시켜, 종점(22)에서 확실히 동압을 발생시킬 수 있다.

또한, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 복수의 동압 발생홈(G)끼리의 사이의 랜드부(30)와, 2개의 동압 발생홈군(20)끼리의 사이와 동압 발생홈군(20)의 내경측으로 이어지는 랜드부(40)가 면일하게 형성되어 있다. 이에 의하면, 중앙부의 동압 발생홈(G8~G10)에 인입된 유체가 측부의 동압 발생홈(G1~G7,G11~G17)을 따라 슬라이딩면(S)의 내경연측으로 누출되는 것을 방지할 수 있어, 중앙부의 동압 발생홈(G8~G10)의 종점(22)측에서 효과적으로 동압을 발생시킬 수 있다. 게다가, 복수의 동압 발생홈(G)의 각각의 내부끼리를 시점으로부터 종점에 걸쳐 서로 영향을 주지 않도록 독립시킬 수 있기 때문에, 각각의 동압 발생홈(G)에 상이한 길이나 깊이 및 종점(22)의 지름 방향에 있어서의 위치를 설정하여, 각각의 특성을 발휘시킬 수 있다.

또한, 동압 발생홈군(20)은, 가장 둘레 방향으로 긴 동압 발생홈(G9)이 가장 시점이 깊고, 종점이 가장 얕게 형성되어 있고, 이 동압 발생홈(G9)을 정점으로 하여, 이것을 사이에 끼워 배치되는 동압 발생홈(G1~G8,G10~G17)은, 점차 시점이 얕고, 종점이 깊어지도록 형성되어 있다. 이에 의하면, 동압 발생홈(G1~G17)의 깊이에 따른 특성이 각각 상이하고, 또한 점차 변화하기 때문에, 회전 기계의 폭넓은 범위의 회전 속도에 대응할 수 있어, 로버스트성이 향상된다.

실시예 2

다음으로, 실시예 2에 따른 메커니컬 시일에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.

2개의 동압 발생홈군(20)끼리의 사이와 동압 발생홈군(20)의 내경측으로 이어지는 랜드부(40)에는, 윤활성의 향상 등의 기능을 갖는 구조를 추가할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 나타나는 바와 같이, 동압 발생홈군(20), 동압 발생홈군(20)이 형성되어 있지 않은 홈 미가공부, 즉, 실시예 1의 랜드부(40)에 상당하는 영역에 다른 홈(35)을 추가해도 좋다.

다른 홈(35)은, 내경연측에 시점(38)과 종점(39)이 함께 개방하는 보조용 유체 순환홈(36)과, 보조용 유체 순환홈(36)에 연통하는 레일리 스텝으로 이루어지는 보조용 동압 발생홈(37)을 구비하여 구성되어 있다. 다른 홈(35)에서는, 보조용 유체 순환홈(36)에 시점(38)으로부터 회전 밀봉환(3)의 내주연측에 채워진 냉각액 등의 피밀봉 유체가 들어가고, 회전 밀봉환(3)의 회전에 수반하여 종점(39)으로부터 배출되는 순환이 행해져, 회전 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)과 고정 밀봉환(6)의 슬라이딩면의 사이가 윤활된다. 또한, 보조용 유체 순환홈(36)에 들어간 유체의 일부는, 보조용 동압 발생홈(37)으로 유입되어, 보조용 동압 발생홈(37)의 종점(41)에서 동압을 발생시킨다.

이와 같이, 2개의 동압 발생홈군(20)끼리의 사이와 동압 발생홈군(20)의 내경측으로 이어지는 큰 홈 미가공부를 확보할 수 있음으로써, 이 홈 미가공부에 회전 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)과 고정 밀봉환(6)의 슬라이딩면의 윤활성을 향상시키는 구조를 추가할 수 있다. 또한, 보조용 유체 순환홈(36)에서 회전 밀봉환(3)의 내주연측의 피밀봉 유체가 순환됨으로써, 회전 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)과 고정 밀봉환(6)의 슬라이딩면 사이의 오염을 제거하는 효과도 나타낸다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명했지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 상기 실시예에 있어서 동압 발생홈군(20)은, 슬라이딩면(S)에 2개 점대칭으로 마련되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 도 5의 변형예 1과 같은 둘레 방향으로 3등배되는 구성, 도 6의 변형예 2와 같은 둘레 방향으로 4등배되는 구성이라도 좋다. 또한, 이들의 동압 발생홈군을 구성하는 동압 발생홈(G)의 수는 임의이며, 설계적으로 계산되어, 최적의 수라고 여겨지는 것이다. 또한, 동압 발생홈군(20)은, 그 둘레 방향의 양단의 동압 발생홈(G)(도 6에서는 G1,G9)과 인접하는 동압 발생홈군(20)의 양단의 동압 발생홈(G)의 둘레 방향의 이간폭은, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)끼리의 이간폭과 동일해도 좋고, 그 이간폭은 한정되지 않는다. 즉, 도 6에 있어서의 동압 발생홈군(20)은, G1에서 G9까지의 9개로 구성되어 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서의 슬라이딩 부품인 고정 밀봉환(6)을 갖는 메커니컬 시일은, 인사이드형을 예로 설명했지만, 슬라이딩면(S)의 내주로부터 외주 방향으로 향하여 누설되고자 하는 유체를 시일하는 형식인 아웃사이드형으로 적용되어도 좋다. 이 경우, 도 7에 나타나는 변형예 3과 같이, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)은, 시점(21)이 슬라이딩면(S)의 내주연측으로 개방하고, 슬라이딩면(S) 내에서 폐색하는 종점(22)에서 내주연측의 피밀봉 유체에 의한 동압이 발생하여, 유체 윤활로 하는 구성이 된다. 또한, 이 구성인 경우, 2개의 동압 발생홈군(20)끼리의 사이와 동압 발생홈군(20)의 외경측으로 이어져 큰 랜드부(40)가 확보된다.

또한, 도 8에 나타나는 변형예 4에서는, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)은, 둘레 방향의 단부 G1에서 G5까지의 5개와, G6에서 G10까지의 5개가 선대칭이 되도록, 둘레 방향에 있어서 서로 이간하는 방향으로 종점이 위치하고 있다. 또한, 2개의 동압 발생홈군(20)끼리의 사이와 동압 발생홈군(20)의 내경측으로 이어지는 랜드부(40)에는, 다른 홈으로서, 내경연측에 시점과 종점이 함께 개방하는 선대칭 형상의 보조용 유체 순환홈(136)이 마련되어 있다. 이에 의하면, 양방향의 슬라이딩 방향에 대응할 수 있고, 또한 전술한 동압 발생홈군(20)끼리의 사이에 유체막을 안정적으로 보지할 수 있는 크기의 홈 미가공부를 확보할 수 있는 효과를 나타낸다. 또한, 동압 발생홈(G1에서 G5까지)의 동 방향에 형성되는 서브홈군과 동압 발생홈(G6에서 G10까지)의 동 방향에 형성되는 서브홈군을 합친 것을 동압 발생홈군으로서 정의하는 경우에 한정하지 않고, 2개의 서브홈군을 각각 다른 동압 발생홈군으로서 정의해도 좋다.

또한, 도 9에 나타나는 변형예 5와 같이, 랜드부(40)에 마련되는 다른 홈(135)을, 보조용 유체 순환홈(136)과, 이 보조용 유체 순환홈(136)의 내측에 마련되는 선대칭 형상의 보조용 동압 발생홈(137)과, 내경연측으로 개방하는 시점을 갖고 보조용 동압 발생홈(137)에 연통하는 도입홈(138)을 구비하여 구성해도 좋다. 이에 의하면, 보조용 동압 발생홈(137)에 의해 윤활성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 10에 나타나는 변형예 6에서는, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)은, 둘레 방향의 단부 G1에서 G10까지의 10개와, G11에서 G20까지의 10개가 선대칭이 되도록, 둘레 방향에 있어서 서로 이간하는 방향으로 종점이 위치하고 있다. 또한, 동압 발생홈군(20)의 둘레 방향에 있어서의 범위 내에서 동압 발생홈군(20)의 내경측으로 이어지는 랜드부(40)에는, 다른 홈으로서, 선대칭 형상의 보조용 동압 발생홈(139)과, 지름 방향으로 연장되고 내경연측으로 개방하는 시점을 갖고 보조용 동압 발생홈(139)에 연통하는 도입홈(140)이 마련되어 있다. 이에 의하면, 양방향의 슬라이딩 방향에 대응할 수 있고, 또한 보조용 동압 발생홈(139)에 의해 윤활성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 11에 나타나는 변형예 7은, 슬라이딩면(S)의 내주로부터 외주 방향으로 향하여 누설되고자 하는 유체를 시일하는 형식인 아웃사이드형이며, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)은, 둘레 방향의 단부 G1에서 G5까지의 5개와, G6에서 G10까지의 5개가 선대칭이 되도록, 둘레 방향에 있어서 서로 이간하는 방향으로 종점이 위치하고 있다. 또한, 동압 발생홈군(20)의 둘레 방향에 있어서의 범위 내에서 동압 발생홈군(20)의 외경측으로 이어지는 랜드부(40)에는, 다른 홈으로서, 선대칭 형상의 보조용 동압 발생홈(141)과, 지름 방향으로 연장되고 외경연측으로 개방하는 시점을 갖고 보조용 동압 발생홈(141)에 연통하는 도입홈(142)과, 랜드부(40)의 동압 발생홈군(20)과 보조용 동압 발생홈(141)의 지름 방향의 사이에서 내경연측에 시점과 종점이 함께 개방하는 선대칭 형상의 보조용 유체 순환홈(143)이 마련되고, 양방향의 슬라이딩 방향에 대응할 수 있음과 동시에, 이들 보조용 동압 발생홈(141)과 보조용 유체 순환홈(143)에 의해 윤활성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 동압 발생홈(G) 및 동압 발생홈군(20)은, 고정 밀봉환(6)의 슬라이딩면(S)에 형성되는 것으로서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 회전 밀봉환(3)의 슬라이딩면에 형성되어도 좋다.

또한, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)끼리의 사이의 랜드부(30)와, 2개의 동압 발생홈군(20)끼리의 사이와 동압 발생홈군(20)의 내경(외경)측으로 이어지는 랜드부(40)는, 면일하지 않아도 좋다. 예를 들면, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)끼리의 사이의 랜드부(30)를 랜드부(40)보다 낮게 형성하여 동압 발생홈군(20)을 구성하는 동압 발생홈(G)끼리의 사이에서 유체를 이동하기 쉽게 하여, 동압 발생홈군(20)의 선단측에서 발생하는 동압을 지름 방향으로 균일하게 가까이 할 수 있다.

또한, 동압 발생홈(G)은 만곡 형상에 한정하지 않고, 예를 들면 둘레 방향과 지름 방향을 향하여 경사지는 직선 형상이라도 좋고, 직선이 굴곡진 형상도 좋다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 둘레 방향으로 긴 동압 발생홈으로서, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G8~G10)을 들어 예시했지만, 양측단의 동압 발생홈(G1, G17)을 측부에 위치하는 동압 발생홈으로 한 경우, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈은 동압 발생홈(G2~G16)이고, 반대로 동압 발생홈(G9)을 중앙부에 위치하는 동압 발생홈으로 한 경우에는, 측부에 위치하는 동압 발생홈은, 동압 발생홈(G1~G8, G10~G17)이 된다. 즉, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈과 측부에 위치하는 동압 발생홈은, 상대적인 둘레 방향의 길이의 차로부터 정의, 해석할 수 있는 것이다.

또한, 상기 실시예에서는, 동압 발생홈군(20)의 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G)은, 측부에 위치하는 동압 발생홈(G)에 비하여 둘레 방향으로 길게 형성되어 있다고 설명했지만, 동압 발생홈(G)은 둘레 방향으로 연장되는 성분과 지름 방향으로 연장되는 성분으로 이루어지기 때문에, 동압 발생홈군(20)의 중앙부에 위치하는 동압 발생홈(G)은, 측부에 위치하는 동압 발생홈(G)에 비하여 그 길이 방향의 전장(全長)이 길게 형성되어 있다고 바꿔 말할 수 있다.

또한, 중앙부에 있어서 복수의 동압 발생홈을 가장 길게 형성해도 좋고, 측부에 위치하는 복수의 동압 발생홈 안에 동일한 길이의 것이 있어도 좋다.

또한, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 복수의 동압 발생홈(G)의 둘레 방향의 성분과 지름 방향의 성분으로 이루어지는 입사각은 각각 상이해도 좋다. 이 경우, 둘레 방향으로 가장 긴 것이 아닌 동압 발생홈(G)이 내주연에 가장 가까이에 종점(22)을 구비하는 구성이라도 좋다.

또한, 동압 발생홈군(20)을 구성하는 복수의 동압 발생홈(G)의 폭은, 선단부(23)를 제외하고 동 폭으로 형성되는 구성에 한정하지 않고, 예를 들면 시점(21)에서 종점(22)을 향하여 점차 폭이 좁아지는 형상으로 해도 좋고, 복수의 동압 발생홈(G)끼리의 폭이 각각 상이해도 좋다.

또한, 홈 미가공부에 마련되는 기능 구조로서는, 상기한 다른 홈(35)의 구성에 한정하지 않고, 예를 들면 내주 또는 외주로부터 취입한 유체를 일시적으로 저류하기 위한 홈이나 딤플 등이라도 좋다.

또한, 동압 발생홈(G)이 슬라이딩면(S)에 형성된 회전 밀봉환(3) 또는 고정 밀봉환(6)의 한쪽과 상대적으로 슬라이딩하는 회전 밀봉환(3) 또는 고정 밀봉환(6)의 다른 한쪽의 슬라이딩면(S)에는, 홈이 없이 평탄해도 좋고, 동일한 동압 발생홈군(20)이 형성되어 있어도 좋고, 예를 들면 상기한 바와 같은 다른 홈과 같은 기능 구조가 형성되어 있어도 좋다.

또한, 상기 실시예에 있어서의 슬라이딩 부품은 메커니컬 시일을 구성하는 경우를 예로 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 스러스트 베어링에 사용할 수 있다.

1; 회전축
2; 슬리브
3; 회전 밀봉환
4; 하우징
5; 시일 커버
6; 고정 밀봉환
7; 부세 수단
20; 동압 발생홈군
21; 시점
22; 종점
23; 선단부
30,40; 랜드부
35; 다른 홈
36; 보조용 유체 순환홈
37; 보조용 동압 발생홈
G(G1~G17); 동압 발생홈
S; 슬라이딩면

Claims

회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품으로서,
상기 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 상기 슬라이딩면의 지름 방향의 한쪽 단연(端緣)으로 개방하는 시점(始点)을 구비하고, 둘레 방향으로 연장되면서 상기 슬라이딩면 내에서 폐색하는 종점을 구비하는 복수의 동압 발생홈에 의해 구성되는 동압 발생홈군이 둘레 방향으로 복수군 마련되어 있고,
상기 동압 발생홈군의 양단에 위치하는 동압 발생홈에 비하여, 이들 양단에 위치하는 동압 발생홈의 사이에 내설된 동압 발생홈이 둘레 방향으로 길게 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
제1항에 있어서,
복수의 상기 동압 발생홈은, 상기 슬라이딩면의 지름 방향의 다른 한쪽 단연측을 향하여 만곡하여 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동압 발생홈군의 양단에 위치하는 동압 발생홈의 사이에 내설된 동압 발생홈은, 양단에 위치하는 동압 발생홈에 비하여 지름 방향의 다른 한쪽 단연측까지 연장되도록 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동압 발생홈군을 구성하는 복수의 동압 발생홈끼리의 사이의 랜드부와, 상기 동압 발생홈군을 구성하는 측단에 위치하는 동압 발생홈끼리의 사이의 홈 미가공부가 면일하게 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동압 발생홈군의 측부에 위치하는 동압 발생홈은, 중앙부에 위치하는 동압 발생홈으로부터 멀어짐에 따라, 당해 동압 발생홈의 종점이 중앙부에 위치하는 동압 발생홈의 종점으로부터 지름 방향에 있어서 연속적으로 멀어짐과 동시에, 그 둘레 방향의 길이가 점차 짧아지도록 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동압 발생홈군을 구성하는 동압 발생홈의 종점은, 당해 동압 발생홈군의 둘레 방향의 한쪽 측에 편재하고 있는 슬라이딩 부품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동압 발생홈군은, 상기 슬라이딩면의 중점(中点)을 대칭점으로 한 점대칭으로 배치되어 있는 슬라이딩 부품.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동압 발생홈군의 중앙부에 위치하는 동압 발생홈은, 측부에 위치하는 동압 발생홈에 비하여 시점이 깊게 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 상기 동압 발생홈은, 시점으로부터 종점을 향하여 깊이가 얕아지도록 형성되어 있는 슬라이딩 부품.