KR20230002688A - 슬라이딩 부품 - Google Patents

Abstract

동압 발생홈 내에 콘타미네이션이 진입하는 것을 억제할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공한다. 회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되어 다른 슬라이딩 부품(20)과 상대 슬라이딩하는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품(10)으로서, 슬라이딩 부품(10)의 슬라이딩면(11)에는, 외부 공간(S1)과 연통하는 연통부(17A)와 연통부(17A)보다도 상대 회전 하류의 폐색부(18B)를 갖는 동압 발생홈(16)이 마련되고, 슬라이딩 부품(10)은, 연통부(17A)의 상대 회전 하류로 연장되는 둘레면(15b)과 상이한 방향으로 외부 공간(S1) 내의 유체(F)를 유도하는 유도 수단(10a)을 연통부(17A)의 상대 회전 방향 상류에 구비하고 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 축봉(軸封)하는 축봉 장치에 사용되는 슬라이딩 부품, 또는 자동차, 일반 산업 기계, 혹은 그 외의 베어링 분야의 기계의 베어링에 사용되는 슬라이딩 부품에 관한 것이다.

피밀봉 유체의 누설을 방지하는 축봉 장치로서, 예를 들면 메커니컬 시일은 상대 회전하고 슬라이딩면끼리가 슬라이딩하는 한 쌍의 환상(環狀)의 슬라이딩 부품을 구비하고 있다. 이러한 메커니컬 시일에 있어서, 최근에 있어서는 환경 대책 등의 이유 때문에 슬라이딩에 의해 상실되는 에너지의 저감이 요망되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에 나타나는 메커니컬 시일은, 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 동압 발생 기구가 마련되어 있다. 이 동압 발생 기구는, 피밀봉 유체가 존재하는 바깥 공간과 연통하고 지름 방향으로 연장되는 도통홈과, 도통홈으로부터 둘레 방향으로 연장되고 종단이 폐색된 동압 발생홈을 갖고, 도통홈은 동압 발생홈에 비하여 깊게 형성되어 있다. 이에 의하면, 슬라이딩 부품의 상대 회전시에는, 바깥 공간으로부터 도통홈을 통하여 동압 발생홈에 피밀봉 유체가 도입되어, 당해 피밀봉 유체가 동압 발생홈의 종단을 향하여 이동하도록 되어 있고, 동압 발생홈의 종단에 정압이 발생하여 슬라이딩면끼리가 이간하고, 슬라이딩면 사이에 피밀봉 유체가 개재함으로써 윤활성이 향상되도록 되어 있다.

국제공개공보 제2012/046749호(17페이지, 도 1)

특허문헌 1에 있어서는, 동압 발생홈을 마련함으로써 윤활성을 향상시키고 있지만, 슬라이딩 부품의 상대 회전시에 피밀봉 유체에 혼입된 콘타미네이션도 도통홈으로부터 도입된 후, 동압 발생홈에 도입되고, 최종적으로 슬라이딩면 사이로 진입해 버려, 콘타미네이션이 슬라이딩면 사이로 말려 들어가 어브레시브 마모를 발생시킬 우려가 있었다.

본 발명은, 이러한 문제점에 착목하여 이루어진 것으로, 동압 발생홈 내에 콘타미네이션이 진입하는 것을 억제할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부품은,

회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되어 다른 슬라이딩 부품과 상대 슬라이딩하는 환상의 슬라이딩 부품으로서,

상기 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 외부 공간과 연통하는 연통부와 당해 연통부보다도 상대 회전 하류의 폐색부를 갖는 동압 발생홈이 마련되고,

상기 슬라이딩 부품은, 상기 연통부의 상대 회전 하류로 연장되는 둘레면과 상이한 방향으로 상기 외부 공간 내의 유체를 유도하는 유도 수단을 상기 연통부의 상대 회전 방향 상류에 구비하고 있다.

이에 의하면, 슬라이딩 부품의 상대 회전시에는, 연통부의 상대 회전 방향 상류의 유체는, 유도 수단에 의해, 연통부를 향하지 않고 연통부의 상대 회전 하류측으로 흐르고, 연통부에는 당해 흐름에 비하여 속도가 느린 유체가 유입되어 있고 그 유량도 적다. 비중이 큰 콘타미네이션은 유속이 비교적 빠른 당해 흐름을 따라 흐르기 때문에, 콘타미네이션은 연통부의 상대 회전 하류로 흐르게 되어 연통부에 도달하기 어려워진다. 이와 같이 하여, 콘타미네이션이 동압 발생홈 내로 진입하는 것을 억제할 수 있다.

상기 유도 수단은, 상기 상대 회전 하류의 둘레면보다도 상기 외부 공간측에 배치된 상기 상대 회전 상류의 둘레면이라도 좋다.

이에 의하면, 상대 회전 상류의 둘레면과 상대 회전 하류의 둘레면에 의해 지름 방향으로 단(段)을 갖는 단차가 형성되어, 연통부보다도 상대 회전 상류의 유체를 상대 회전 하류의 둘레면과 상이한 방향으로 유도시켜, 콘타미네이션이 동압 발생홈 내로 진입하는 것을 억제할 수 있다.

상기 유도 수단은, 상기 연통부와 지름 방향으로 중첩하는 위치까지 연장되어 있어도 좋다.

이에 의하면, 콘타미네이션이 동압 발생홈 내로 진입하는 것을 확실하게 억제할 수 있다.

상기 슬라이딩 부품은, 상기 연통부로부터 상기 외부 공간을 향하여 깊어지도록 경사지는 경사면을 구비하고 있어도 좋다.

이에 의하면, 외부 공간 내의 유체가 연통부에 도입될 때에, 비중이 큰 콘타미네이션은 경사면에 접촉하여 유체의 흐름으로부터 분리되기 때문에, 콘타미네이션이 동압 발생홈 내로 진입하는 것을 억제할 수 있다.

상기 유도 수단은, 상기 슬라이딩면에 마련되고 상기 외부 공간으로 개구하는 오목부라도 좋다.

이에 의하면, 오목부에 의해 외부 공간 내의 유체를 연통부의 상대 회전 하류측의 둘레면과 상이한 방향으로 유도할 수 있기 때문에, 유도 수단을 간소한 구조로 할 수 있다.

상기 오목부의 측벽은, 축방향으로부터 보았을 때 곡면을 이루고 있어도 좋다.

이에 의하면, 측벽을 따라 오목부 내의 유체가 원활하게 유도된다.

상기 오목부의 측벽은, 상기 외부 공간측의 단부로부터 상기 연통부측으로 멀어지는 방향으로 둘레 방향으로 경사져서 지름 방향으로 연장되는 경사면을 이루고 있어도 좋다.

이에 의하면, 경사면을 따라 오목부 내의 유체가 원활하게 유도된다.

도 1은, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 슬라이딩 부품(메커니컬 시일)의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 정지 밀봉환의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이다.
도 3은, 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는, 상대 회전시에 있어서의 피밀봉 유체의 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 5는, 상대 회전시에 있어서의 피밀봉 유체의 흐름을 나타내는 종단면도이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 2에 있어서의 슬라이딩 부품을 나타내는 개략도이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 3에 있어서의 슬라이딩 부품을 나타내는 개략도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 4에 있어서의 슬라이딩 부품을 나타내는 개략도이다.
도 9은, 본 발명의 실시예 5에 있어서의 슬라이딩 부품을 나타내는 개략도이다.
도 10은, 본 발명의 실시예 6에 있어서의 슬라이딩 부품을 나타내는 개략도이다.

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

실시예 1

실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 슬라이딩 부품이 메커니컬 시일인 형태를 예로 들어 설명한다. 또한, 메커니컬 시일의 내경측의 외부 공간으로서의 안쪽 공간(S1)에 피밀봉 유체(F)가 존재하고, 외경측의 외부 공간으로서의 바깥 공간(S2)에 대기(A)가 존재하고 있는 형태를 예시하여 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 도면에 있어서, 슬라이딩면에 형성되는 홈 등에 도트를 부여하는 경우도 있다.

도 1에 나타나는 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일은, 슬라이딩면의 내경측으로부터 외경측을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 유체(F)를 밀봉하는 아웃사이드형이다. 또한, 본 실시예에서는, 피밀봉 유체(F)가 고압의 액체이며, 대기(A)가 피밀봉 유체(F)보다도 저압의 기체인 형태를 예시한다.

메커니컬 시일은, 회전축(1)에 슬리브(2)를 통하여 회전축(1)과 함께 회전 가능한 상태로 마련된 원환상의 다른 슬라이딩 부품으로서의 회전 밀봉환(20)과, 피장착 기기인 하우징(4)에 고정된 케이스(5)와, 케이스(5)에 대하여 비회전 상태 또한 축방향으로 이동 가능한 상태로 마련된 슬라이딩 부품으로서의 원환상의 정지 밀봉환(10)과, 케이스(5)와 정지 밀봉환(10) 사이를 밀봉하는 2차 시일(9)과, 케이스(5)와 정지 밀봉환(10) 사이에 배치되는 부세(付勢) 수단(7)으로 주로 구성되고, 부세 수단(7)에 의해 정지 밀봉환(10)이 축방향으로 부세됨으로써, 정지 밀봉환(10)의 슬라이딩면(11)과 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21)이 서로 밀접 슬라이딩하도록 되어 있다. 또한, 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21)은 평탄면으로 되어 있고, 이 평탄면에는 홈 등의 오목부가 마련되어 있지 않다.

정지 밀봉환(10) 및 회전 밀봉환(20)은, 대표적으로는 SiC(경질 재료)끼리 또는 SiC(경질 재료)와 카본(연질 재료)의 조합으로 형성되지만, 이에 한정하지 않고, 슬라이딩 재료는 메커니컬 시일용 슬라이딩 재료로서 사용되고 있는 것이면 적용 가능하다. 또한, 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 이외로는, 금속 재료, 수지 재료, 표면 개질 재료(코팅 재료), 복합 재료 등도 적용 가능하다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(10)에 대하여 회전 밀봉환(20)이 화살표로 나타내는 바와 같이 시계 방향으로 상대 슬라이딩하도록 되어 있다. 정지 밀봉환(10)의 슬라이딩면(11)에는, 내경측에 복수(실시예 1에서는 8개)의 홈 기구(14)가 둘레 방향으로 균등하게 배설(配設)되어 있다. 또한, 슬라이딩면(11)의 홈 기구(14) 이외의 부분은 상부가 평단면을 이루는 랜드(12)로 되어 있다. 또한, 슬라이딩면(11)의 외경측에는, 예를 들면, 딤플 등의 정압 발생 기구가 형성되어 있어도 좋다.

다음으로, 홈 기구(14)의 개략에 대해서 도 2 및 도 3에 기초하여 설명한다. 또한, 이하, 설명의 편의상, 심구부(深溝部; 17)를 실제보다도 얕게 도시하고 있다.

도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 홈 기구(14)는, 안쪽 공간(S1)과 연통하여 둘레 방향으로 연장되는 오목홈(15)과, 오목홈(15)의 외경측에 마련되는 동압 발생홈(16)을 구비하고, 동압 발생홈(16)은 오목홈(15)과 연통하고 있다.

동압 발생홈(16)은, 오목홈(15)의 상대 회전 상류측의 단부로부터 외경 방향으로 연장되는 심구부(17)와, 심구부(17)의 외경단부로부터 상대 회전 하류를 향하여 둘레 방향으로 연장되는 천구부(淺溝部; 18)로 구성되어 있다. 또한, 나중에 상술하지만, 심구부(17)는, 천구부(18)에 피밀봉 유체(F)를 도통시키는 부위이며, 천구부(18)는 실질적으로 동압을 발생시키는 부위이다.

심구부(17)의 내경단부는, 오목홈(15)을 통하여 안쪽 공간(S1)과 연통하는 연통부(17A)로 되어 있다. 구체적으로는, 심구부(17)는, 지름 방향에 걸쳐 평탄 또한 랜드(12)의 평탄면에 평행한 바닥면(17a)과, 바닥면(17a)의 외경단으로부터 랜드(12)의 평탄면을 향하여 수직으로 연장되는 벽부(17b)와, 바닥면(17a)의 둘레 방향의 양(兩) 측연으로부터 랜드(12)의 평탄면을 향하여 수직으로 연장되는 측면(17c, 17d)으로 구성되어 있다.

이 심구부(17)는 지름 방향에 걸쳐 일정한 깊이(D1)를 갖고 있다.

천구부(18)는, 축방향으로부터 볼 때에 있어서 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)의 테두리와 평행하게 둘레 방향으로 연장되어 있고, 상대 회전 상류의 시단부(18A)가 심구부(17)와 연통하고, 상대 회전 하류의 종단부(18B)가 벽부(18a)에 의해 폐색되어 있다. 즉, 천구부(18)의 종단부(18B)는 폐색부로서 기능하고 있다.

이 천구부(18)는, 둘레 방향에 걸쳐 일정한 깊이(D2)를 갖고 있고, 깊이(D2)는 깊이(D1)보다도 얕다(D1>D2). 또한, 천구부(18)의 깊이(D2)는 자유롭게 변경할 수 있지만, 바람직하게는 깊이(D2)는 깊이(D1)의 1/10배 이하인 것이 좋다.

오목홈(15)은, 외경단부로부터 내경단부를 향하여 깊어지도록 경사지는 경사면으로서의 바닥면(15a)과, 연통부(17A)를 제외한 바닥면(15a)의 외연으로부터 랜드(12)의 평탄면을 향하여 수직으로 연장되는 둘레면(15b)과, 바닥면(15a)의 둘레 방향 양단의 측면(15c, 15d)에 의해 구획되어 있다. 즉, 둘레면(15b)은, 오목홈(15)과 천구부(18)를 지름 방향으로 구획하는 랜드(12)의 내주면(15b)이기도 하다.

둘레면(15b)은, 연통부(17A)와 동일한 지름으로 당해 연통부(17A)의 상대 회전 하류로 연장되는 곡면이다. 이 둘레면(15b)은, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)보다도 외경측에 배치되어 있다. 내주면(10a)과, 연통부(17A) 및 둘레면(15b)에 의해 지름 방향으로 단을 갖는 단차, 상세하게는, 축방향으로부터 볼 때, 내주면(10a)과, 측면(15c)과, 연통부(17A) 및 둘레면(15b)에 의해 크랭크 형상의 단차가 형성되어 있다.

또한, 오목홈(15)은, 그 내경단, 즉, 안쪽 공간(S1)과 연통하는 개구부가 가장 깊게 되어 있고, 그 깊이(D3)는, 깊이(D1)보다도 깊다(D1<D3).

이어서, 정지 밀봉환(10)과 회전 밀봉환(20)의 상대 회전시에 있어서의 피밀봉 유체(F)의 흐름에 대해서 도 4 및 도 5를 사용하여 개략적으로 설명한다. 또한, 여기에서는, 설명의 편의상, 피밀봉 유체(F)에 포함되는 콘타미네이션(C1)을 실제보다도 다량으로 도시하고 있다.

우선, 회전 밀봉환(20)이 회전하고 있지 않는 일반 산업 기계의 비가동시에는, 부세 수단(7)에 의해 정지 밀봉환(10)이 회전 밀봉환(20)측으로 부세되어 있기 때문에 슬라이딩면(11, 21)끼리는 접촉 상태로 되어 있어, 피밀봉 유체(F)가 슬라이딩면(11, 21) 사이로부터 바깥 공간(S2)으로 누출되는 양이 거의 없다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 회전 밀봉환(20)이 정지 밀봉환(10)에 대하여 상대 회전하면, 오목홈(15), 동압 발생홈(16)의 심구부(17) 및 천구부(18) 내의 피밀봉 유체(F)가 슬라이딩면(21)과의 마찰에 의해 회전 밀봉환(20)의 회전 방향으로 추종 이동한다.

구체적으로는, 화살표(F10)로 나타내는 바와 같이, 천구부(18) 내의 피밀봉 유체(F)가 시단부(18A)로부터 종단부(18B)를 향하여 이동하고, 이에 수반하여, 심구부(17) 내의 피밀봉 유체(F)가 천구부(18) 내로 유입된다.

종단부(18B)를 향하여 이동한 천구부(18) 내의 피밀봉 유체(F)는, 천구부(18)의 종단부(18B)를 구성하는 벽부(18a) 및 그 근방에서 압력이 높아진다. 즉 벽부(18a) 및 그 근방에서 정압이 발생하여, 화살표(F11)로 나타내는 바와 같이 피밀봉 유체(F)가 슬라이딩면(11, 21) 사이로 유출되고, 슬라이딩면(11, 21) 사이가 이간되어 윤활성이 향상된다.

또한, 회전 밀봉환(20)과 정지 밀봉환(10)의 상대 회전시에는, 슬라이딩면(11, 21)의 내경측 근방에서도 피밀봉 유체(F)의 흐름이 발생한다.

구체적으로는, 안쪽 공간(S1)의 피밀봉 유체(F)는, 오목홈(15)의 상대 회전 상류에 위치하는 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)으로부터 당해 오목홈(15) 내를 통과하여 당해 오목홈(15)의 상대 회전 하류에 위치하는 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a')을 향하여 흐르는 흐름(F1)과, 심구부(17)로 흡입되는 흐름(F2)으로 대별된다.

이 흐름(F1)은, 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21)(도 1 참조)의 회전에 수반하는 전단력에 의해 발생하는 흐름이며, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)을 따라 흐르고, 오목홈(15)이 있는 개소에서는 외경 방향으로 사행하여 흐른다. 한편, 흐름(F2)은, 오목홈(15)보다도 용적이 작은 천구부(18) 내에서 피밀봉 유체(F)의 흐름(화살표(F10, F11) 참조)이 발생함으로써 오목홈(15)으로부터 연통부(17A)로 흡입되는 흐름이다. 이와 같이, 흐름(F2)은, 흐름(F1)에 비하여 속도가 늦게 되어 있다.

흐름(F1)은, 연통부(17A) 및 둘레면(15b)보다도 내경측에 위치하는 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)으로부터 연통부(17A)를 넘어 둘레면(15b)에 도달하여, 상대 회전 하류측으로 흐르도록 되어 있다. 즉, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)은, 연통부(17A) 및 둘레면(15b)과는 상이한 방향으로 피밀봉 유체(F)를 유도하는 유도 수단으로서 기능하고 있다.

피밀봉 유체(F)에 포함되는 비중이 큰 콘타미네이션(C1)은, 유속이 비교적 빠른 흐름(F1)을 따라 흐르기 때문에, 콘타미네이션(C1)의 대부분은 연통부(17A)의 상대 회전 하류의 둘레면(15b)으로 흐르게 되어 연통부(17A)에 도달하기 어렵게 되어 있다. 즉, 동압 발생홈(16) 내에 비중이 큰 콘타미네이션(C1)이 진입하기 어렵게 되어 있다.

또한, 도 5에 나타나는 바와 같이, 오목홈(15)에 도입된 콘타미네이션(C1)은, 오목홈(15)의 바닥면(15a)에 접촉하여 흐름(F1)으로부터 분리되기 때문에, 콘타미네이션(C1)이 동압 발생홈(16) 내로 진입하기 어렵게 되어 있다.

또한, 오목홈(15)에 있어서의 상대 회전 상류의 측면(15c)(도 4 참조)은, 심구부(17)에 있어서의 상대 회전 상류의 측면(17c)의 연장선상에 마련되어 있다. 이에 의하면, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)의 상대 회전 하류의 단부(10b)를 연통부(17A)에 대하여 둘레 방향으로 가깝게 할 수 있기 때문에, 연통부(17A)를 확실하게 넘는 흐름(F1)을 형성할 수 있다.

또한, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)과 오목홈(15)의 측면(15c)이 이루는 모서리부가 대략 직각을 이루는 점에서, 피밀봉 유체(F)의 흐름(F1)의 방향과 흐름(F2)의 방향은 크게 상이하다. 비중이 큰 콘타미네이션(C1)에는 흐름(F1)에 의한 관성이 크게 작용하기 때문에 흐름(F2)에 추종하기 어렵고, 흐름(F1)을 따라 흐르기 쉽다.

이상 설명한 바와 같이, 회전 밀봉환(20)과 정지 밀봉환(10)의 상대 회전시에는, 연통부(17A)의 상대 회전 방향 상류의 피밀봉 유체(F)는, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)에 의해, 연통부(17A)를 향하지 않고 연통부(17A)의 상대 회전 하류측으로 연장되는 둘레면(15b)으로 흐르고, 연통부(17A)에는 흐름(F1)에 비하여 속도가 느린 흐름(F2)이 유입된다. 또한, 흐름(F2)의 유량은 흐름(F1)의 유량보다도 적다. 비중이 큰 콘타미네이션(C1)은 유속이 비교적 빠른 흐름(F1)을 따라 흐르기 때문에, 콘타미네이션(C1)은 연통부(17A)의 상대 회전 하류로 흐르게 되어 연통부(17A)에 도달하기 어려워진다. 이와 같이 하여, 콘타미네이션(C1)이 동압 발생홈(16) 내로 진입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 콘타미네이션(C1)이 슬라이딩면(11, 21) 사이로 유출되어 어브레시브 마모를 발생시키는 것을 저지할 수 있다.

또한, 콘타미네이션(C1)에 비하여 비중이 작은 콘타미네이션(도시생략)의 일부는 흐름(F2)을 따라 동압 발생홈(16) 내로 진입하는 경우가 있지만, 이러한 비중이 작은 콘타미네이션은 무른 것이나 딱딱하지 않은 것이 대부분이어서, 슬라이딩면(11, 21) 사이에서 어브레시브 마모를 발생시킬 우려가 없다.

또한, 본 실시예 1에서는, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)의 상대 회전 하류의 단부(10b)가 심구부(17)의 측면(17c)의 연장선상에 마련되는 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)의 상대 회전 하류의 단부가 심구부(17)의 측면(17c)보다도 상대 회전 상류에 위치하고 있어도 좋다. 즉, 오목홈(15)의 측면(15c)이 내경측을 향함에 따라 상대 회전 상류로 경사지도록 끝으로 갈수록 넓어지는 형상으로 되어 있어도 좋다.

또한, 본 실시예 1에서는, 슬라이딩면(11)의 내경단부를 절결하여 오목홈(15)을 형성함으로써, 정지 밀봉환(10)의 내주면(10a)과, 연통부(17A) 및 둘레면(15b)에 의해 지름 방향으로 단을 갖는 단차를 형성하는 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 슬라이딩 부품의 내주면과 동일한 지름의 위치에 동압 발생홈의 연통부를 마련함과 동시에, 슬라이딩 부품의 내주면보다도 내경측으로 돌출되는 돌출부를 연통부의 상대 회전 상류에 마련하여, 당해 돌출부의 내주면과 연통부 및 슬라이딩 부품의 내주면에 의해 지름 방향으로 단을 갖는 단차를 형성해도 좋다. 이 경우, 돌출부의 내주면이 유도 수단으로서 기능한다.

실시예 2

다음으로, 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 6을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일한 구성, 중복하는 구성의 설명은 생략한다.

도 6에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(200)의 내주면(200a)에 있어서의 상대 회전 하류의 단부(200b)가 심구부(17)의 측면(17c)보다도 상대 회전 하류에 위치하고 있다. 구체적으로는, 랜드(212)는, 오목홈(15)의 측면(15c)의 내경단부로부터 연통부(17A)를 덮도록 상대 회전 하류로 연장되는 처마부(212a)를 갖고 있다. 즉, 처마부(212a)는 연통부(17A)와 지름 방향으로 중첩하고 있다.

이에 의하면, 심구부(17)로 흡입되는 피밀봉 유체(F)의 흐름(F20)은, 처마부(212a)에 의해 흐름(F1)과 분단되기 때문에, 흐름(F1)을 따라 흐르는 콘타미네이션(C1)이 흐름(F20)에 추종하기가 매우 어려워진다. 이 때문에, 콘타미네이션(C1)(도 4, 도 5 참조)이 동압 발생홈(16) 내로 진입하는 것을 확실하게 억제할 수 있다.

실시예 3

다음으로, 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일한 구성, 중복하는 구성의 설명은 생략한다. 실시예 3의 슬라이딩 부품은 시계 방향, 반시계 방향의 양 방향으로 대응 가능한 소위 양 회전형이다.

도 7에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(300)에는, 심구부(17)와, 심구부(17)로부터 시계 방향으로 연장되는 천구부(18)와, 심구부(17)로부터 반시계 방향으로 연장되는 천구부(18')를 구비하는 축방향으로부터 볼 때 T자 형상을 이루는 동압 발생홈(316)이 마련되어 있다.

또한, 심구부(17)의 내경측에 마련되는 오목홈(315A)은, 심구부(17)의 둘레 방향의 폭과 동일한 폭으로 절결되어 형성되어 있고, 오목홈(315A)의 둘레 방향 양측에는 랜드(312)가 잔존하고 있다. 또한, 이하, 오목홈(315A)의 둘레 방향 양측에 잔존하는 랜드(312) 중, 오목홈(315A)의 도 7에 있어서의 반시계 방향측을 랜드(312a), 오목홈(315A)의 시계 방향측을 랜드(312b)라고 칭한다.

오목홈(315A)의 둘레 방향 양측의 랜드(312)의 둘레 방향으로, 각각 인접하고, 둘레 방향으로 연장되는 오목홈(315B, 315B')이 형성되어 있다. 오목홈(315B, 315B')은, 랜드(312a, 312b)를 사이에 끼워 연통부(17A)와 동일한 지름으로 둘레 방향으로 연장되는 둘레면(315b, 315b')과, 둘레면(315b, 315b')에 있어서의 랜드(312a, 312b)측의 측면(315c, 315d)에 의해 구획되어 있다. 후술하는 바와 같이, 측면(315c, 315d)은 유도 수단으로서 기능하고 있다.

정지 밀봉환(300)에 대하여 회전 밀봉환(20)이 시계 방향으로 상대 회전했을 때에는, 천구부(18)에서 정압이 발생함과 동시에, 천구부(18')에서 부압이 발생한다. 천구부(18')에서 발생하는 부압에 의해 천구부(18') 근방의 피밀봉 유체(F)를 회수할 수 있기 때문에, 바깥 공간(S2)으로 피밀봉 유체(F)가 누설되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 이때, 연통부(17A)의 상대 회전 상류의 피밀봉 유체(F)는, 오목홈(315B')의 둘레면(315b')을 따라 이동하여, 측면(315c)에 의해 내경 방향, 즉 안쪽 공간(S1) 방향으로 방향이 바뀐 후, 연통부(17A)를 넘어 상대 회전 하류로 흐르는 흐름(F30)이 된다. 이와 같이, 흐름(F30)은, 측면(315c)에 의해, 연통부(17A) 및 오목홈(315B)의 둘레면(315b)과 상이한 방향, 즉 내경 방향으로 유도되기 때문에, 연통부(17A)에 도달하기 어렵다.

또한, 연통부(17A)로 흡입되는 흐름(F31)은, 랜드(312a,312b)에 의해 흐름(F30)과 둘레 방향으로 실질적으로 분단되어 있기 때문에, 콘타미네이션(C1)(도 4, 도 5 참조)이 흐름(F31)에 추종하기 어렵다.

한편, 정지 밀봉환(300)에 대하여 회전 밀봉환(20)이 반시계 방향으로 상대 회전했을 때에는, 천구부(18')에서 정압이 발생함과 동시에, 천구부(18)에서 부압이 발생한다. 천구부(18)에서 발생하는 부압에 의해 천구부(18) 근방의 피밀봉 유체(F)를 회수할 수 있기 때문에, 바깥 공간(S2)으로 피밀봉 유체(F)가 누설되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 도시하지 않지만, 이때, 연통부(17A)의 상대 회전 상류의 피밀봉 유체(F)는, 오목홈(315B)의 둘레면(315b)을 따라 이동하여, 측면(315d)에 의해 내경 방향, 즉 안쪽 공간(S1) 방향으로 방향이 바뀐 후, 연통부(17A)를 넘어 상대 회전 하류로 흐르는 흐름이 된다. 이와 같이, 당해 흐름은, 측면(315d)에 의해, 연통부(17A) 및 오목홈(315B')의 둘레면(315b')과 상이한 방향, 즉 내경 방향으로 유도되기 때문에, 연통부(17A)에 도달하기 어렵다.

또한, 본 실시예 3에서는, 심구부(17)의 내경측에 오목홈(315A)이 마련되어 있는 형태를 예시했지만, 심구부(17)가 정지 밀봉환(300)의 내주면(300a)까지 연장되어 있어도 좋다.

실시예 4

다음으로, 실시예 4에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일한 구성, 중복하는 구성의 설명은 생략한다. 또한, 여기에서는, 설명의 편의상, 피밀봉 유체(F)에 포함되는 콘타미네이션(C1)을 실제보다도 다량으로 도시하고 있다.

도 8에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(400)의 슬라이딩면(411)에는, 심구부(417) 및 천구부(418)를 갖는 축방향으로부터 볼 때 L자 형상의 동압 발생홈(416)과, 심구부(417)의 상대 회전 상류에 이간하여 마련되는 유도 수단으로서의 오목부(420)가 마련되어 있다. 또한, 심구부(417)와 오목부(420)의 이간폭은 자유롭게 변경할 수 있다.

심구부(417)의 연통부(417A)는 정지 밀봉환(400)의 내주면(400a)과 동일한 지름으로 형성되어 있고, 안쪽 공간(S1)과 연통하고 있다.

오목부(420)는, 축방향으로부터 보았을 때 반달 형상을 이루고 있고, 안쪽 공간(S1)과 연통하는 연통부(420A)를 갖고 있다. 즉, 오목부(420)의 측벽(420a)은 축방향으로부터 보았을 때 반원 형상의 곡면을 이루고 있다. 또한, 연통부(420A)는, 정지 밀봉환(400)의 내주면(400a)을 따라 형성되어 있다.

회전 밀봉환(20)과 정지 밀봉환(400)의 상대 회전시에는, 슬라이딩면(411, 21)의 근방에 있어서, 오목부(420)의 상대 회전 상류의 내주면(400a)으로부터 오목부(420)를 통과하여 상대 회전 하류로 흐르는 피밀봉 유체(F)의 흐름(F40)과, 연통부(417A)의 근방으로부터 연통부(417A)로 흡입되는 피밀봉 유체(F)의 흐름(F41)이 발생한다. 이 흐름(F40)은, 흐름(F41)에 비하여 속도가 빠르게 되어 있다.

흐름(F40)은, 오목부(420)의 측벽(420a)을 따라 이동하여, 측벽(420a)의 상대 회전 하류의 단부로부터 내경 방향, 즉 안쪽 공간(S1)으로 방향이 바뀐 후, 연통부(417A)를 넘어 당해 연통부(417A)의 상대 회전 하류측으로 연장되는 둘레면으로서의 내주면(400a')에 도달하여, 상대 회전 하류측으로 흐르도록 되어 있다.

피밀봉 유체(F)에 포함되는 비중이 큰 콘타미네이션(C1)은, 유속이 비교적 빠른 흐름(F40)을 따라 흐르기 때문에, 콘타미네이션(C1)의 대부분은 연통부(417A)의 상대 회전 하류의 내주면(400a')으로 흐르게 되어 연통부(417A)에 도달하기 어렵게 되어 있다. 즉, 동압 발생홈(416) 내에 비중이 큰 콘타미네이션(C1)이 진입하기 어렵게 되어 있다.

이와 같이, 오목부(420)를 사용하여 피밀봉 유체(F)를 연통부(417A) 및 내주면(400a')과 상이한 방향으로 유도할 수 있기 때문에, 유도 수단을 간소한 구조로 할 수 있다.

또한, 오목부(420)의 측벽(420a)은 축방향으로부터 보았을 때 곡면을 이루고 있기 때문에, 측벽(420a)을 따라 오목부(420) 내의 피밀봉 유체(F)를 원활하게 유도할 수 있다.

실시예 5

다음으로, 실시예 5에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일한 구성, 중복하는 구성의 설명은 생략한다. 또한, 여기에서는, 설명의 편의상, 피밀봉 유체(F)에 포함되는 콘타미네이션(C1)을 실제보다도 다량으로 도시하고 있다.

도 9에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(500)의 슬라이딩면(511)에는, 상기 실시예 4와 동일한 동압 발생홈(416)과, 심구부(417)의 상대 회전 상류에 이간하여 마련되는 유도 수단으로서의 복수의 오목부(520)가 마련되어 있다. 또한, 심구부(417)와 오목부(520)의 이간폭, 및 오목부(520)끼리의 이간폭은 자유롭게 변경할 수 있다.

오목부(520)는, 축방향으로부터 보았을 때 삼각 형상을 이루고 있고, 안쪽 공간(S1)과 연통하는 연통부(520A)를 갖고 있다.

구체적으로는, 오목부(520)는, 정지 밀봉환(500)의 내주면(500a)으로부터 상대 회전 하류측을 향하여 경사지면서 외경 방향으로 연장되는 제1 측벽(520a)과, 제1 측벽(520a)의 외경단부로부터 상대 회전 하류측을 향하여 경사지면서 내경 방향으로 연장되는 경사면으로서의 제2 측벽(520b)을 구비하고 있다.

회전 밀봉환(20)과 정지 밀봉환(500)의 상대 회전시에는, 슬라이딩면(511, 21)의 근방에 있어서, 오목부(520)의 상대 회전 상류의 내주면(500a)으로부터 각 오목부(520)를 통과하여 상대 회전 하류로 흐르는 피밀봉 유체(F)의 흐름(F50)과, 연통부(417A)의 근방으로부터 연통부(417A)로 흡입되는 피밀봉 유체(F)의 흐름(F51)이 발생한다. 이 흐름(F50)은, 흐름(F51)에 비하여 속도가 빠르게 되어 있다.

흐름(F50)은, 오목부(520)의 제2 측벽(520b)을 따라 이동하여, 제2 측벽(520b)의 상대 회전 하류의 단부로부터 내경 방향, 즉 안쪽 공간(S1) 방향으로 방향이 바뀐 후, 연통부(417A)를 넘어 당해 연통부(417A)의 상대 회전 하류측으로 연장되는 둘레면으로서의 내주면(500a')에 도달하여, 상대 회전 하류측으로 흐르도록 되어 있다.

피밀봉 유체(F)에 포함되는 비중이 큰 콘타미네이션(C1)은, 유속이 비교적 빠른 흐름(F50)을 따라 흐르기 때문에, 콘타미네이션(C1)의 대부분은 연통부(417A)의 상대 회전 하류의 내주면(500a')으로 흐르게 되어 연통부(417A)에 도달하기 어렵게 되어 있다. 즉, 동압 발생홈(416) 내에 비중이 큰 콘타미네이션(C1)이 진입하기 어렵게 되어 있다.

오목부(520)의 제2 측벽(520b)은, 그 내경단부가 당해 제2 측벽(520b)의 외경단부보다도 상대 회전 하류측에 위치하는 경사면을 이루고 있기 때문에, 제2 측벽(520b)을 따라 오목부(520) 내의 피밀봉 유체(F)를 원활하게 유도할 수 있다.

또한, 유도 수단은, 오목부(520)를 대신하여, 제2 측벽(520b)이 외경측으로 볼록함을 갖는 곡면 형상을 이루는 경사면이라도 좋다.

실시예 6

다음으로, 실시예 6에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 10을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일한 구성, 중복하는 구성의 설명은 생략한다.

도 10에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(600)의 슬라이딩면(611)에는, 심구부(617)와 천구부(618)로 이루어지는 동압 발생홈(616)이 마련되어 있다. 심구부(617)는, 안쪽 공간(S1)과 연통하여 둘레 방향으로 연장되어 있고, 심구부(617)의 벽부(617c) 및 벽부(617d)는, 내경단으로부터 외경단을 향하여 상대 회전 상류로 경사져서 서로 대략 평행하게 연장되어 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 벽부(617d) 및 정지 밀봉환(600)의 내주면(600a)은, 유도 수단으로서 기능하고 있다.

또한, 천구부(618)는, 심구부(617)의 상대 회전 상류의 단부로부터 외경 방향으로 연장되어 있다. 구체적으로는, 천구부(618)의 벽부(618c) 및 벽부(618d)는, 내경단으로부터 외경단을 향하여 상대 회전 하류로 경사져서 평행하게 연장되어 있다. 또한, 천구부(618)의 시단부(618A)는, 심구부(617)를 통하여 안쪽 공간(S1)과 연통하는 연통부로서 기능하고 있다.

정지 밀봉환(600)에 대하여 회전 밀봉환(20)이 상대 회전했을 때에는, 임의의 심구부(617)의 상대 회전 상류에 인접하는 심구부(617') 내의 피밀봉 유체(F)는, 심구부(617')의 둘레면(617b')을 따라 이동하여, 벽부(617d')에 의해 내경 방향, 즉 안쪽 공간(S1) 방향으로 방향이 바뀐 후, 시단부(618A)를 넘어 상대 회전 하류, 즉, 둘레면(617b)으로 흐르는 흐름(F60a)이 된다.

또한, 시단부(618A)의 상대 회전 상류의 정지 밀봉환(600)의 내주면(600a)을 따라 흐르는 피밀봉 유체(F)는, 시단부(618A)를 넘어, 심구부(617)가 있는 개소에서는 외경 방향으로 사행하여 흐르는 흐름(F60b)이 된다. 이들 흐름(F60a, F60b)은, 흐름(F61)에 비하여 속도가 빠르게 되어 있다.

이와 같이, 피밀봉 유체(F)에 포함되는 비중이 큰 콘타미네이션(C1)은, 유속이 비교적 빠른 흐름(F60a, F60b)을 따라 흐르기 때문에, 콘타미네이션(C1)의 대부분은 시단부(618A)보다도 상대 회전 하류의 둘레면(617b)으로 흐르게 되어 시단부(618A)에 도달하기 어렵다.

또한, 정지 밀봉환(600)의 내주면(600a)에 있어서의 상대 회전 하류의 단부(600b)가 천구부(618)의 벽부(618c)의 내경단보다도 상대 회전 하류에 위치하고 있어, 흐름(F60a, F60b)이 흐름(F61)과 분단되기 때문에, 흐름(F60a, F60b)을 따라 흐르는 콘타미네이션(C1)이 흐름(F61)에 추종하기가 매우 어려워진다.

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 각 실시예에서는, 안쪽 공간과의 연통부를 갖는 심구부와, 폐색부를 갖는 천구부를 구비한 동압 발생홈을 예로 들어 설명했지만, 동압 발생홈은 연통부와 폐색부를 갖고 있으면 되며, 예를 들면, 둘레 방향으로 경사져서 지름 방향으로 연장되고, 길이 방향에 걸쳐 깊이가 일정한 스파이럴 홈 등이라도 좋다.

또한, 동압 발생홈의 폐색부가 천구부의 연설(延設) 방향과 직교하는 벽부인 형태를 예시했지만, 동압 발생홈의 폐색부는, 동압을 발생시키는 구성으로 되어 있으면 되며, 예를 들면, 동압 발생홈의 상대 회전 하류의 단부가 연설 방향을 향하여 단면적이 점차 작아져 있어도 좋다.

또한, 피밀봉 유체는 고압의 액체라고 설명했지만, 이에 한정하지 않고 기체 또는 저압의 액체라도 좋고, 액체와 기체가 혼합된 미스트 상태라도 좋다.

또한, 누설측의 유체는 저압의 기체인 대기라고 설명했지만, 이에 한정하지 않고 액체 또는 고압의 기체라도 좋고, 액체와 기체가 혼합된 미스트 상태라도 좋다.

또한, 피밀봉 유체측을 고압측, 누설측을 저압측으로 하여 설명했지만, 피밀봉 유체측이 저압측, 누설측이 고압측으로 되어 있어도 좋고, 피밀봉 유체측과 누설측이 대략 동일한 압력이라도 좋다.

또한, 슬라이딩면의 내경측으로부터 외경측을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 유체(F)를 밀봉하는 아웃사이드형의 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 슬라이딩면의 외경측으로부터 내경측을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 유체(F)를 밀봉하는 인사이드형이라도 좋다.

또한, 슬라이딩 부품으로서, 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일을 예로 설명했지만, 자동차나 워터 펌프용 등의 다른 메커니컬 시일이라도 좋다. 또한, 메커니컬 시일에 한정되지 않고, 미끄럼 베어링 등 메커니컬 시일 이외의 슬라이딩 부품이라도 좋다.

또한, 동압 발생홈을 정지 밀봉환에 마련하는 예에 대해서 설명했지만, 동압 발생홈을 회전 밀봉환에 마련해도 좋다.

또한, 동압 발생홈은, 슬라이딩면에 8개 마련되는 형태를 예시했지만, 그 수량은 자유롭게 변경해도 좋다. 또한, 동압 발생홈의 형상도 자유롭게 변경해도 좋다.

또한, 유도 수단으로서 오목홈, 오목부는 모두 바닥면을 갖는 것을 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 슬라이딩 부품의 지름 방향으로 오목하고 축방향에 걸쳐 형성된 오목부, 바꿔 말하면 바닥면을 갖지 않는 오목부라도 좋다.

10; 정지 밀봉환(슬라이딩 부품)
10a; 내주면(유도 수단)
11; 슬라이딩면
12; 랜드
15; 오목홈
15a; 바닥면(경사면)
15b; 둘레면
16; 동압 발생홈
17A; 연통부
18B; 종단부(폐색부)
20; 회전 밀봉환(다른 슬라이딩 부품)
21; 슬라이딩면
200; 정지 밀봉환(슬라이딩 부품)
200a; 내주면(유도 수단)
212a; 처마부
300; 정지 밀봉환(슬라이딩 부품)
315b,315b'; 둘레면
315c, 315d; 측면
316; 동압 발생홈
400; 정지 밀봉환(슬라이딩 부품)
400a'; 내주면(둘레면)
416; 동압 발생홈
420; 오목부(유도 수단)
420a; 측벽
500; 정지 밀봉환(슬라이딩 부품)
500a'; 내주면(둘레면)
520; 오목부(유도 수단)
520b; 제2 측벽
A; 대기
C1; 콘타미네이션
F; 피밀봉 유체
S1; 안쪽 공간(외부 공간)
S2; 바깥 공간(외부 공간)

Claims (7)

1. 회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되어 다른 슬라이딩 부품과 상대 슬라이딩하는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품으로서,
   상기 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 외부 공간과 연통하는 연통부와 당해 연통부보다도 상대 회전 하류의 폐색부를 갖는 동압 발생홈이 마련되고,
   상기 슬라이딩 부품은, 상기 연통부의 상대 회전 하류로 연장되는 둘레면과 상이한 방향으로 상기 외부 공간 내의 유체를 유도하는 유도 수단을 상기 연통부의 상대 회전 방향 상류에 구비하고 있는 슬라이딩 부품.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유도 수단은, 상기 상대 회전 하류의 둘레면보다도 상기 외부 공간측에 배치된 상기 상대 회전 상류의 둘레면인 슬라이딩 부품.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 유도 수단은 상기 연통부와 지름 방향으로 중첩하는 위치까지 연장되어 있는 슬라이딩 부품.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 연통부로부터 상기 외부 공간을 향하여 깊어지도록 경사지는 경사면을 구비하고 있는 슬라이딩 부품.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 유도 수단은, 상기 슬라이딩면에 마련되고 상기 외부 공간으로 개구하는 오목부인 슬라이딩 부품.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 오목부의 측벽은, 축방향으로부터 보았을 때 곡면을 이루고 있는 슬라이딩 부품.
   
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 오목부의 측벽은, 상기 외부 공간측의 단부로부터 상기 연통부측으로 멀어지는 방향으로 둘레 방향으로 경사져서 지름 방향으로 연장되는 경사면을 이루고 있는 슬라이딩 부품.

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