WO2015046343A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2015046343A1
WO2015046343A1 PCT/JP2014/075452 JP2014075452W WO2015046343A1 WO 2015046343 A1 WO2015046343 A1 WO 2015046343A1 JP 2014075452 W JP2014075452 W JP 2014075452W WO 2015046343 A1 WO2015046343 A1 WO 2015046343A1
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fluid
groove
sliding surface
sliding
fluid circulation
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PCT/JP2014/075452
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壮敏 板谷
和正 砂川
雄一郎 徳永
亮磨 山川
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イーグル工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/74—Sealings of sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities

Definitions

  • the present invention relates to a sliding part suitable for a sliding part, for example, a mechanical seal, a bearing, and the like.
  • the present invention relates to a sliding component such as a seal ring or a bearing that requires a fluid to be interposed in the sliding surface to reduce friction and prevent fluid from leaking from the sliding surface.
  • a mechanical seal which is an example of a sliding component
  • its performance is evaluated by a leakage amount, a wear amount, and a torque.
  • the performance is improved by optimizing the sliding material and sliding surface roughness of the mechanical seal, and low leakage, long life, and low torque are realized.
  • further improvement in the performance of mechanical seals is required, and technical development that exceeds the framework of conventional techniques is required.
  • Patent Documents 1, 2, and 3 have not proposed any measures that have taken measures to prevent the formation of deposits on the sliding surface in addition to reducing leakage and wear.
  • FIG. 5 illustrates the result of analyzing the flow of fluid on the sliding surface according to the prior art.
  • FIG. 5 in order to form a fluid layer on the sliding surface S of one sliding component 50.
  • the fluid introduction groove 51 includes an inlet portion 52, an outlet portion 53, and a communication portion 54.
  • the width of the fluid introduction groove 51 is constant and the inlet of the inlet portion 52 is formed.
  • the end portion 52a and the outlet end portion 53a of the outlet portion 53 intersect linearly with a certain angle with respect to the respective tangents of the annular sliding surface side wall 55.
  • the fluid introduced from the inlet portion 52 of the fluid introduction groove 51 by relative sliding with the counterpart sliding component is discharged from the outlet portion 53, but flows on the sliding surface side wall 55 side in the vicinity of the outlet end portion 53a. A stagnation point is formed. Therefore, as shown by the dotted line (thick line), the discharged fluid 56 circulates so as to adhere to the sliding surface side wall 55 and enters the fluid introduction groove from the inlet portion of the next fluid introduction groove on the downstream side. Repeat the behavior of entering.
  • the present invention actively takes in fluid to the sliding surface, discharges it from the sliding surface, prevents the concentration of substances that cause deposits on the sliding surface, and thus prevents the generation of deposits while sliding.
  • An object of the present invention is to provide a sliding component capable of maintaining the sealing function of the sliding surface over a long period of time by preventing leakage of fluid taken into the surface to the low-pressure fluid side.
  • the sliding component according to the present invention firstly has an inlet side portion into which a fluid enters from the high-pressure fluid side and a high-pressure fluid on one sliding surface of the pair of sliding components that slide relative to each other.
  • a fluid circulation groove constituted by an outlet side portion that exits to the fluid side is provided, the fluid circulation groove is separated from the low-pressure fluid side by a land portion, and the fluid circulation groove has a groove width of the outlet side portion. It is characterized by being gradually expanded toward the exit end. According to this feature, stagnation is not formed in the vicinity of the outlet end of the outlet side portion of the fluid circulation groove, and the sealed fluid has a uniform streamline shape from the vicinity of the outlet end toward the downstream side while receiving centrifugal force.
  • the sealed fluid moves away from the side wall to the downstream side without adhering to the outer side wall of the sliding surface S, and is discharged from the upstream fluid circulation groove. Circulates at a position radially away from the inlet end of the downstream fluid circulation groove and does not flow again into the downstream fluid circulation groove. For this reason, as in the prior art, the sealed fluid discharged from the upstream fluid circulation groove is again flowed into the downstream fluid circulation groove, and by repeating this, the sealed fluid is gradually concentrated, Eventually, it does not become a paste and adheres and accumulates in the fluid circulation groove. As a result, the fluid circulation groove is always maintained in a clean state, and the sliding surface can be kept in a good state of lubrication.
  • the sliding component of the present invention is secondly characterized in that, in the first feature, the fluid circulation groove has a groove width of the inlet side portion gradually expanded toward the inlet end. . According to this feature, flow stagnation is not formed in the vicinity of the inlet end of the inlet side portion of the fluid circulation groove, and the uniform flow is efficiently introduced into the inlet side portion.
  • the sliding component of the present invention is characterized in that, in the first feature, the fluid circulation groove is formed so that both side walls of the groove on the outlet side face the outlet end in a plan view of the sliding surface. It is characterized by being expanded into a streamline shape.
  • the fluid circulation groove is configured so that both side walls of the inlet side groove face the inlet end in a plan view of the sliding surface. It is characterized by being expanded into a streamline shape. According to these features, formation of stagnation is further prevented near the outlet end of the outlet side portion of the fluid circulation groove and near the inlet end of the inlet side portion, and the uniform flow of the streamline shape is further promoted. be able to.
  • the streamline shape of both side walls of the outlet side portion and the groove on the inlet side portion is a plan view of the sliding surface.
  • it is characterized in that it is generated by a circular arc in contact with an extension line of both side walls of each of the outlet side portion and the inlet side portion. According to this feature, the streamline shape of both side walls of the groove on the outlet side and the inlet side can be easily formed.
  • the outlet side portion or the bottom wall of the inlet side portion groove faces the end portion of each groove. It is characterized by being deeply formed into a streamline shape. According to this feature, the uniform flow having a streamline shape from the vicinity of the outlet end of the sealed fluid toward the downstream side and the inflow of new sealed fluid from the vicinity of the inlet end are further promoted.
  • a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the bottom wall of the groove on the outlet side portion and the inlet side portion is a groove. It is characterized in that it is formed in an arc shape formed by a single arc connected to both side walls. According to this feature, formation of stagnation of the fluid flowing in the groove is further prevented, and uniform flow can be further promoted.
  • the sliding component of the present invention is provided with a plurality of fluid circulation grooves that are separated by a land portion in the circumferential direction of the sliding surface. It is characterized by that. According to this feature, lubrication can be maintained in a good state over the entire sliding surface.
  • each of the fluid circulation grooves is formed on the sliding surface.
  • it is formed in a substantially symmetrical shape with respect to the radial line of the sliding surface, and the intersection angle on the high-pressure fluid side formed by the left and right portions of the fluid circulation groove is set in the range of 120 ° to 180 °. It is characterized by that. According to this feature, inflow of the sealed fluid to the inlet side and discharge of the sealed fluid from the outlet side can be easily performed.
  • the present invention has the following excellent effects. (1) In the fluid circulation groove, since the groove width of the outlet side portion is gradually expanded toward the outlet end, no stagnation is formed in the vicinity of the outlet end of the outlet side portion of the fluid circulation groove. Since the fluid flows as a uniform streamline shape from the vicinity of the outlet end toward the downstream side while receiving the centrifugal force, the sealed fluid does not adhere to the outer peripheral side wall of the sliding surface S. The flow of the sealed fluid that moves to the downstream side away from the side wall and is discharged from the upstream fluid circulation groove circulates at a position radially away from the inlet end of the downstream fluid circulation groove, The fluid does not flow again into the fluid circulation groove.
  • the sealed fluid discharged from the upstream fluid circulation groove is again flowed into the downstream fluid circulation groove, and by repeating this, the sealed fluid is gradually concentrated, Eventually, it does not become a paste and adheres and accumulates in the fluid circulation groove. As a result, the fluid circulation groove is always maintained in a clean state, and the sliding surface can be kept in a good state of lubrication.
  • both side walls of the groove on the outlet side portion are expanded in a streamline shape toward the outlet end, and both side walls of the groove on the inlet side portion are in the inlet in the plan view of the sliding surface.
  • the bottom wall of the outlet side portion or the groove on the inlet side portion is formed so as to be deep in a streamline shape toward the end portion of each groove, so that the vicinity of the outlet end of the sealed fluid The uniform flow in the streamline shape toward the downstream side and the inflow of new sealed fluid from the vicinity of the inlet end are further promoted.
  • each of the fluid circulation grooves is formed in a substantially symmetric shape with respect to a radial line of the sliding surface in a plan view of the sliding surface,
  • FIG. 3A is an enlarged plan view showing a fluid circulation groove portion
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA
  • FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line BB
  • FIG. d) is a CC cross-sectional view
  • FIG. 3 (e) is a DD cross-sectional view.
  • Example 1 of this invention With reference to FIG. 1 thru
  • a mechanical seal which is an example of a sliding component will be described as an example.
  • the outer peripheral side of the sliding part which comprises a mechanical seal is demonstrated as a high pressure fluid side (sealed fluid side) and an inner peripheral side is a low pressure fluid side (atmosphere side), this invention is not limited to this The present invention can also be applied to the case where the high-pressure fluid side and the low-pressure fluid side are reversed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal, which is an inside type that seals a sealed fluid on a high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction.
  • annular ring which is one sliding component provided on the rotary shaft 1 side for driving a pump impeller (not shown) on the high pressure fluid side via a sleeve 2 so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 1.
  • a ring-shaped stationary ring 5 which is the other sliding part provided in the pump housing 4 in a non-rotating state and movable in the axial direction, and the stationary ring 5 is moved in the axial direction.
  • FIG. 1 shows a case where the width of the sliding surface of the rotating ring 3 is wider than the width of the sliding surface of the stationary ring 5, the present invention is not limited to this and the present invention can be applied to the reverse case. Of course, it can be applied.
  • FIG. 2 shows a sliding surface of the sliding component according to the first embodiment of the present invention.
  • a fluid circulation groove is formed on the sliding surface of the stationary ring 5 in FIG. An example will be described. The same applies to the case where the fluid circulation groove is formed on the sliding surface of the rotating ring 3, but in this case, the fluid circulation groove only needs to communicate with the sealed fluid side. It is not necessary to provide the outer peripheral side.
  • the outer peripheral side of the sliding surface S of the stationary ring 5 is the high-pressure fluid side (sealed fluid side), the inner peripheral side is the low-pressure fluid side, for example, the atmospheric side, and the mating sliding surface is counterclockwise.
  • Rotate to The sliding surface of the stationary ring 5 communicates with the high-pressure fluid side and is separated from the low-pressure fluid side by a smooth portion R of the sliding surface S (in the present invention, sometimes referred to as “land portion”).
  • four fluid circulation grooves 10 are provided at equal intervals in the circumferential direction.
  • the fluid circulation groove 10 includes an inlet side portion 11 through which a sealed fluid enters from the high pressure fluid side and an outlet side portion 12 through which the sealed fluid exits to the high pressure fluid side.
  • the fluid circulation groove 10 serves to positively introduce and discharge the sealed fluid from the high-pressure fluid side to the sliding surface in order to prevent the fluid containing corrosion products and the like from being concentrated on the sliding surface S. While the inlet side portion 11 and the outlet side portion 12 are formed so that the sealed fluid is taken into the sliding surface in accordance with the rotation direction of the mating sliding surface and is easily discharged, leakage occurs. Is separated from the low-pressure fluid side by a land portion R.
  • the fluid circulation groove 10 is formed in a substantially symmetric shape with respect to the radial line r of the sliding surface S in a plan view of the sliding surface S.
  • the intersection angle ⁇ on the high-pressure fluid side formed by the inlet side portion 11 and the outlet side portion 12 is set in a range of 120 ° to 180 °.
  • the shape of the fluid circulation groove 10 in a plan view is not necessarily symmetrical with respect to the radius line r, and the intersection angle ⁇ 1 of the inlet side portion 11 is made larger than the intersection angle ⁇ 2 of the outlet side portion 12. Or vice versa.
  • the intersection angle ⁇ is preferably in the range of 120 ° to 180 °, but is not necessarily limited to the range of 120 ° to 180 °.
  • the shape of the fluid circulation groove 10 in plan view may be a curved shape (arc shape or the like) as a whole without a straight portion.
  • the width and depth of the fluid circulation groove 10 may be set to be optimal according to the pressure and type (viscosity) of the sealed fluid.
  • the fluid circulation groove 10 shown in FIG. 2 is symmetrical and has a large intersection angle ⁇ of 160 °, so that it is easy to flow the sealed fluid into the inlet side portion 11 and discharge the sealed fluid from the outlet side portion 12. It is.
  • FIG. 3A is a plan view showing an enlarged portion of the fluid circulation groove 10, and the fluid circulation groove 10 will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3D.
  • the grooves on the inlet side portion 11 and the outlet side portion 12 of the fluid circulation groove 10 are composed of both side walls 11a (12a), 11a (12a) and a bottom wall 11b (12b).
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the groove of the bottom wall 11b (12b) is formed in an arc shape formed by a single arc connected to both side walls 11a (12a) and 11a (12a). That is, the bottom wall 11b (12b) has a single arc shape with a radius R1. Further, the side walls 11a (12a), 11a (12a) and the land portion R are connected in an arc shape having a radius R2.
  • the groove width of the outlet side portion 12 is gradually expanded toward the outlet end 12c.
  • expansion of the groove width of the outlet side portion 12 toward the outlet end 12c is such that both side walls 12a and 12a of the groove are streamlined toward the outlet end 12c in a plan view of the sliding surface S. It has been done by being expanded.
  • the streamline shape is generated by arcs R3 and R4 that are in contact with the extension lines of the side walls 12a and 12a of the groove on the outlet side portion 12.
  • the arc R3 in contact with the extension line of the downstream side wall is larger than the arc R4 in contact with the extension line of the upstream side wall. It is the first characteristic part of the present invention that the groove width of the outlet side portion 12 is gradually expanded toward the outlet end 12c, and the technical significance thereof will be described in detail later.
  • the bottom wall 12b is also shaped correspondingly.
  • the bottom wall 12b of the expanded portion is larger than the radius R1, that is, the expanded both side walls 12a, 12a.
  • R5 the radius of the expanded both side walls 12a, 12a.
  • the bottom wall 12b of the groove of the outlet side portion 12 is formed so as to become deeper in a streamline shape toward the end portion 12c, and is formed on the sliding surface S of the stationary ring 5. It is formed in a shape that is smoothly connected to the outer side wall 13.
  • the planar shape of the groove on the inlet side portion 11 is formed to be substantially symmetric with the groove on the outlet side portion 12 with respect to the radial line r of the sliding surface S, and the sectional shape of the groove is the outlet side portion 12. It is the same as the groove.
  • the groove width of the inlet side portion 11 is gradually expanded toward the inlet end 11c.
  • expansion of the groove width of the inlet side portion 11 toward the inlet end 11c is such that both side walls 11a and 11a of the groove are streamlined toward the inlet end 11c in the plan view of the sliding surface S. It has been done by being expanded.
  • the streamline shape is generated by arcs R3 and R4 that are in contact with the extended lines of the side walls 11a and 11a of the groove on the inlet side portion 11.
  • the arc R3 in contact with the extension line of the upstream side wall is larger than the arc R4 in contact with the extension line of the downstream side wall.
  • the groove width of the inlet side portion 11 is gradually expanded toward the inlet end 11c. This is the second characteristic portion of the present invention, and its technical significance will be described in detail later.
  • the bottom wall 11b is also shaped correspondingly.
  • the bottom wall 11b of the expanded portion is larger than the radius R1, that is, the expanded both side walls 11a, 11a.
  • R5 the radius of the expanded both side walls 11a, 11a.
  • the bottom wall 11b of the groove on the inlet side portion 11 is formed so as to become deeper in a streamline shape toward the end portion 11c, and is formed on the sliding surface S of the stationary ring 5. It is formed in a shape that is smoothly connected to the outer side wall 13.
  • FIG. 4 illustrates the result of analyzing the flow of fluid on the sliding surface according to the first embodiment of the present invention, and referring to FIG. 4, the sliding surface of the stationary ring 5 which is one sliding component.
  • the flow of the sealed fluid on the sliding surface S in which the fluid circulation groove 10 is formed to form a fluid layer on S will be described.
  • the sliding surface S of the fixed ring 5 is shown toward the upper side of the paper surface
  • the sliding surface of the rotating ring 3 is shown toward the lower side of the paper surface.
  • the mating sliding surface rotates counterclockwise as indicated by an arrow.
  • the sealed fluid flows into the inlet side portion 11 of the fluid circulation groove 10 and is discharged from the outlet side portion 12 as shown by the solid line.
  • the groove width of the outlet side portion 12 is gradually expanded toward the outlet end 12c, stagnation is not formed in the vicinity of the outlet end 12c, and the sealed fluid receives the centrifugal force and the outlet end 12c. It flows as a uniform stream 15 having a streamline shape from the vicinity toward the downstream side. Therefore, the fluid to be sealed moves away from the side wall 13 and moves downstream without adhering to the side wall 13 on the outer peripheral side of the sliding surface S. Further, as shown in FIG.
  • the bottom wall 12b of the groove of the outlet side portion 12 is formed so as to become deeper in a streamline shape toward the end portion 12c, and is formed on the sliding surface S of the stationary ring 5. Since it is formed in a shape smoothly connected to the side wall 13 on the outer peripheral side, a uniform flow 15 having a streamline shape from the vicinity of the outlet end 12c of the sealed fluid toward the downstream side is further promoted.
  • a flow 16 indicated by a broken line indicates a flow of the sealed fluid discharged from the fluid circulation groove 10 on the upstream side.
  • the description will be made using the same fluid circulation groove 10.
  • the cover discharged from the upstream fluid circulation groove 10 is used. It is assumed that the sealing fluid flows toward the fluid circulation groove 10 on the downstream side.
  • the flow 16 of the sealed fluid discharged from the upstream fluid circulation groove 10 circulates at a position radially away from the inlet end 11 a of the downstream fluid circulation groove 10, and the downstream fluid circulation groove 10. Again, it will not flow again.
  • the sealed fluid discharged from the fluid circulation groove 10 on the upstream side moves away from the side wall 13 and moves downstream without adhering to the side wall 13 on the outer peripheral side of the sliding surface S.
  • the sealed fluid discharged from the upstream fluid circulation groove is again flowed into the downstream fluid circulation groove, and by repeating this, the sealed fluid is gradually concentrated, Eventually, it does not become a paste and adheres and accumulates in the fluid circulation groove.
  • the fluid circulation groove 10 is always kept in a clean state, and the sliding surface S can be kept in a good state of lubrication.
  • the new sealed fluid flows into the fluid circulation groove mainly from the axial direction.
  • the groove width of the inlet side portion 11 is gradually expanded toward the inlet end 11c, the stagnation of the flow is not formed in the vicinity of the inlet end 11c, and the inlet side portion 11 is formed as a uniform flow. Efficient inflow.
  • the bottom wall 11b of the groove of the inlet side portion 11 is formed so as to be deep in a streamline shape toward the end portion 11c as shown in FIG. Since it is formed in a shape smoothly connected to the side wall 13 on the outer peripheral side of S, the inflow of a new sealed fluid into the fluid circulation groove 10 is further promoted.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the bottom wall 11b (12b) of the fluid circulation groove 10 is a single arc connected to both side walls 11a (12a) and 11a (12a). Due to the arc shape formed, the stagnation of the fluid flowing in the groove is further prevented and the uniform flow is further promoted.
  • fluid is actively guided to and discharged from the sliding surface by the fluid circulation groove 10, whereby the fluid between the sliding surfaces circulates, causing deposit generation.
  • Concentration of fluids containing substances and the like, and accumulation of wear powder and foreign matters are prevented, and as a result, formation of deposits is prevented, and the sealing function of the sliding surface can be maintained for a long period of time.
  • it is as follows. (1) Since the groove width of the outlet side portion 12 is gradually expanded toward the outlet end 12c, stagnation is not formed in the vicinity of the outlet end 12c, and the sealed fluid receives the centrifugal force while the outlet end 12c. It flows as a uniform stream 15 having a streamline shape from the vicinity toward the downstream side.
  • the fluid to be sealed moves away from the side wall 13 and moves downstream without adhering to the side wall 13 on the outer peripheral side of the sliding surface S.
  • the flow 16 of the sealed fluid discharged from the upstream fluid circulation groove 10 circulates in a position away from the inlet end 11 a of the downstream fluid circulation groove 10 in the radial direction, and enters the downstream fluid circulation groove 10. It will not flow again.
  • the sealed fluid discharged from the upstream fluid circulation groove is again flowed into the downstream fluid circulation groove, and by repeating this, the sealed fluid is gradually concentrated, Eventually, it does not become a paste and adheres and accumulates in the fluid circulation groove.
  • the fluid circulation groove 10 is always kept in a clean state, and the sliding surface S can be kept in a good state of lubrication.
  • the groove width of the inlet side portion 11 is gradually expanded toward the inlet end 11c, the stagnation of the flow is not formed in the vicinity of the inlet end 11c, and the inlet side portion 11 is formed as a uniform flow 17. Efficiently flowed into.
  • the bottom wall 12b of the groove on the outlet side portion 12 is formed so as to be deep in a streamline shape toward the end portion 12c, and is smoothly connected to the side wall 13 on the outer peripheral side of the sliding surface S of the stationary ring 5.
  • the uniform flow 15 having a streamline shape from the vicinity of the outlet end 12c of the sealed fluid toward the downstream side is further promoted.
  • the bottom wall 11b of the groove on the inlet side portion 11 is formed so as to be deep in a streamline shape toward the end portion 11c, and is smoothly connected to the side wall 13 on the outer peripheral side of the sliding surface S of the stationary ring 5. Because of the formed shape, the inflow of a new sealed fluid into the fluid circulation groove 10 is further promoted.
  • the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the groove of the bottom wall 11b (12b) of the fluid circulation groove 10 has an arc shape formed by a single arc connected to both side walls 11a (12a) and 11a (12a).
  • each fluid circulation groove 10 is formed in a substantially symmetrical shape with respect to the radial line of the sliding surface S in plan view of the sliding surface S.
  • the crossing angle on the high-pressure fluid side formed by the left and right portions of the fluid circulation groove 10 is set in the range of 120 ° to 180 °, so that the fluid to be sealed flows into the inlet side and the fluid to be sealed from the outlet side. Can be easily discharged.
  • the fluid circulation groove has been described in the case where the groove width of the outlet side portion and the groove width of the inlet side portion are gradually expanded toward the respective outer peripheral end portions. It is essential that at least the groove width of the outlet side portion is gradually expanded toward the outer peripheral end portion, and that the groove width of the inlet side portion is gradually expanded toward the outer peripheral end portion is complementary. It is a matter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

　摺動面に対して流体を積極的に取り入れ、摺動面から排出させ、摺動面における堆積物発生原因物質の濃縮を防止し、ひいては堆積物発生を防止しつつ、摺動面に取り入れられた流体の低圧流体側への漏洩を防止することにより、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させる。　一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面（Ｓ）には、流体が高圧流体側から入る入口側部（１１）及び高圧流体側に抜ける出口側部（１２）から構成される流体循環溝（１０）が設けられ、流体循環溝（１０）は低圧流体側とはランド部（Ｒ）により隔離されており、流体循環溝（１０）は、出口側部（１２）の溝幅が出口端に向けて徐々に拡張されていることを特徴としている。

Description

摺動部品
　本発明は、例えば、メカニカルシール、軸受、その他、摺動部に適した摺動部品に関する。特に、摺動面に流体を介在させて摩擦を低減させるとともに、摺動面から流体が漏洩するのを防止する必要のある密封環または軸受などの摺動部品に関する。 
　摺動部品の一例である、メカニカルシールにおいて、その性能は、漏れ量、摩耗量、及びトルクによって評価される。従来技術ではメカニカルシールの摺動材質や摺動面粗さを最適化することにより性能を高め、低漏れ、高寿命、低トルクを実現している。しかし、近年の環境問題に対する意識の高まりから、メカニカルシールの更なる性能向上が求められており、従来技術の枠を超える技術開発が必要となっている。 
　そのような中で、例えば、水冷式エンジンの冷却に用いられるウォーターポンプのメカニカルシールにおいては、時間の経過とともに不凍液の１種であるＬＬＣの添加剤、例えばシリケートやリン酸塩など（以下、「堆積物発生原因物質」という。）が、摺動面で濃縮され、堆積物が生成されメカニカルシールの機能が低下するおそれのあることが本件発明者において確認された。この堆積物の生成は薬品やオイルを扱う機器のメカニカルシールにおいても同様に発生する現象と考えられる。 
　従来のメカニカルシールにおいては、摺動面の摩擦発熱による摩耗や焼損の発生を防止するために、摺動面に流体層を形成させるべく流体導入溝を形成したものが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照。）が、漏れ及び摩耗の低減に加えて、摺動面における堆積物の生成を防止するための方策を講じたものは提案されていないのが現状である。 
特開平７－１８０７７２号公報 特開平７－２２４９４８号公報 米国特許第５４９８００７号明細書
　図５は従来技術に係る摺動面における流体の流れを解析した結果を図示したものであり、図５を参照しながら、一方の摺動部品５０の摺動面Ｓに流体層を形成させるべく流体導入溝５１を形成した従来技術の問題点を説明する。 
　図５において、一方の摺動部品５０は、摺動面Ｓが紙面の上方に向けて示されており、相手側摺動部品６０の摺動面は紙面の下方に向けて示されている。相手側摺動部品６０の摺動面は矢印で示すように反時計回りに回動するものとする。 
　流体導入溝５１は、入口部５２、出口部５３及び連通部５４より構成されており、摺動面Ｓの平面視において、流体導入溝５１の幅は一定であり、かつ、入口部５２の入口端部５２ａ及び出口部５３の出口端部５３ａは、円環状の摺動面側壁５５のそれぞれの接線に対して一定の角度を有して直線的に交差している。 
　相手側摺動部品との相対摺動により流体導入溝５１の入口部５２から導入された流体は、出口部５３から排出されるが、出口端部５３ａの近傍の摺動面側壁５５側において流れのよどみ点が形成される。このため、排出された流体５６は、点線（太線）で示すように、摺動面側壁５５に付着するようにして周回し、下流側の次の流体導入溝の入口部から流体導入溝内に入るという挙動を繰り返す。このような挙動を繰り返すうち、流体は次第に濃縮され、やがて糊状になり、流体導入溝内に付着して堆積するようになる。この結果、流体導入溝内への新たな流体の進入が阻害され、摺動面Ｓの潤滑ができなくなる。 
　なお、入口部５２には点線で示す再導入される流体５６の他に実線（細線）で示す新たな流体５７も導入される。本解析結果によれば、この新たな流体５７は、主として、摺動面側壁５５に沿って摺動面Ｓに略直交する方向（軸方向）から導入されていることが判明した。 
　本発明は、摺動面に対して流体を積極的に取り入れ、摺動面から排出させ、摺動面における堆積物発生原因物質の濃縮を防止し、ひいては堆積物発生を防止しつつ、摺動面に取り入れられた流体の低圧流体側への漏洩を防止することにより、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることのできる摺動部品を提供することを目的とする。 
　上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第１に、一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、流体が高圧流体側から入る入口側部及び高圧流体側に抜ける出口側部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記流体循環溝は、前記出口側部の溝幅が出口端に向けて徐々に拡張されていることを特徴としている。 
　この特徴によれば、流体循環溝の出口側部の出口端近傍においてよどみは形成されず、被密封流体は、遠心力を受けながら、出口端近傍から下流側に向けて流線形状の一様な流れとなって流れるため、被密封流体は摺動面Ｓの外周側の側壁に付着することなく、側壁から離れて下流側に移動し、上流側の流体循環溝から排出された被密封流体の流れは、下流側の流体循環溝の入口端から径方向に離れた位置を周回し、下流側の流体循環溝に、再度、流入することはない。 
　このため、従来技術のように、上流側の流体循環溝から排出された被密封流体が、再度、下流側の流体循環溝に流入され、これを繰り返すことで、被密封流体が次第に濃縮され、やがて糊状になり、流体循環溝内に付着して堆積するという現象は発生しない。この結果、流体循環溝は、常に、清浄な状態に保たれ、摺動面の潤滑を良好な状態に維持することができる。 
　また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記流体循環溝は、前記入口側部の溝幅が入口端に向けて徐々に拡張されていることを特徴としている。 
　この特徴によれば、流体循環溝の入口側部の入口端近傍において流れのよどみが形成されることなく、一様な流れとして入口側部に効率よく流入される。 
　また、本発明の摺動部品は、第３に、第１の特徴において、前記流体循環溝は、前記出口側部の溝の両側壁が、前記摺動面の平面視において、出口端に向けて流線形状に拡張されていることを特徴としている。 
　また、本発明の摺動部品は、第４に、第１の特徴において、前記流体循環溝は、前記入口側部の溝の両側壁が、前記摺動面の平面視において、入口端に向けて流線形状に拡張されていることを特徴としている。 
　これらの特徴によれば、流体循環溝の出口側部の出口端近傍及び入口側部の入口端近傍における、よどみの形成が一層防止されるとともに、流線形状の一様な流れを一層促進させることができる。 
　また、本発明の摺動部品は、第５に、第３又は第４の特徴において、前記出口側部及び前記入口側部の溝の両側壁の流線形状は、前記摺動面の平面視において、前記出口側部及び前記入口側部のそれぞれの溝の両側壁の延長線と接する円弧により生成されることを特徴としている。 
　この特徴によれば、出口側部及び入口側部の溝の両側壁の流線形状を容易に形成することができる。 
　また、本発明の摺動部品は、第６に、第１ないし第５のいずれかの特徴において、前記出口側部又は前記入口側部の溝の底壁は、それぞれの溝の端部に向けて流線形状に深くなるように形成されていることを特徴としている。 
　この特徴によれば、被密封流体の出口端近傍から下流側に向けて流線形状の一様な流れ、及び、入口端近傍からの新たな被密封流体の流入が、一層、促進される。 
　また、本発明の摺動部品は、第７に、第１ないし第６のいずれかの特徴において、前記出口側部及び前記入口側部の溝の底壁の長手方向と直交する断面は、溝の両側壁に繋がる単一の円弧でもって形成された円弧形状に形成されていることを特徴としている。 
　この特徴によれば、溝内を流れる流体のよどみの形成が一層防止されるとともに、一様な流れを一層促進させることができる。 
　また、本発明の摺動部品は、第８に、第１ないし第６のいずれかの特徴において、前記流体循環溝が摺動面の周方向にランド部で隔離されて等配に複数設けられることを特徴としている。 
　この特徴によれば、摺動面全体にわたって潤滑を良好な状態に維持することができる。 
　また、本発明の摺動部品は、第９に、第１ないし８のいずれかの特徴において、前記摺動面が円環状である場合において、それぞれの前記流体循環溝は、前記摺動面の平面視において、前記摺動面の半径線を基準にして略対称の形状に形成され、前記流体循環溝の左右の部分のなす高圧流体側における交角が１２０°～１８０°の範囲に設定されることを特徴としている。 
　この特徴によれば、入口側部への被密封流体の流入及び出口側部からの被密封流体の排出を容易に行うことができる。 
　本発明は、以下のような優れた効果を奏する。 
（１）流体循環溝は、前記出口側部の溝幅が出口端に向けて徐々に拡張されていることにより、流体循環溝の出口側部の出口端近傍においてよどみは形成されず、被密封流体は、遠心力を受けながら、出口端近傍から下流側に向けて流線形状の一様な流れとなって流れるため、被密封流体は摺動面Ｓの外周側の側壁に付着することなく、側壁から離れて下流側に移動し、上流側の流体循環溝から排出された被密封流体の流れは、下流側の流体循環溝の入口端から径方向に離れた位置を周回し、下流側の流体循環溝に、再度、流入することはない。 
　このため、従来技術のように、上流側の流体循環溝から排出された被密封流体が、再度、下流側の流体循環溝に流入され、これを繰り返すことで、被密封流体が次第に濃縮され、やがて糊状になり、流体循環溝内に付着して堆積するという現象は発生しない。この結果、流体循環溝は、常に、清浄な状態に保たれ、摺動面の潤滑を良好な状態に維持することができる。 
（２）流体循環溝は、入口側部の溝幅が入口端に向けて徐々に拡張されていることにより、流体循環溝の入口側部の入口端近傍において流れのよどみが形成されることなく、一様な流れとして入口側部に効率よく流入される。 
（３）流体循環溝は、出口側部の溝の両側壁が出口端に向けて流線形状に拡張され、及び、入口側部の溝の両側壁が、摺動面の平面視において、入口端に向けて流線形状に拡張されていることにより、流体循環溝の出口側部の出口端近傍及び入口側部の入口端近傍における、よどみの形成が一層防止されるとともに、流線形状の一様な流れを一層促進させることができる。 
（４）出口側部及び入口側部の溝の両側壁の流線形状が、出口側部及び入口側部のそれぞれの溝の両側壁の延長線と接する円弧により生成されることにより、出口側部及び入口側部の溝の両側壁の流線形状を容易に形成することができる。 
（５）出口側部又は前記入口側部の溝の底壁は、それぞれの溝の端部に向けて流線形状に深くなるように形成されていることにより、被密封流体の出口端近傍から下流側に向けて流線形状の一様な流れ、及び、入口端近傍からの新たな被密封流体の流入が、一層、促進される。 
（６）出口側部及び入口側部の溝の底壁の長手方向と直交する断面は、溝の両側壁に繋がる単一の円弧でもって形成された円弧形状に形成されていることにより、溝内を流れる流体のよどみの形成が一層防止されるとともに、一様な流れを一層促進させることができる。 
（７）流体循環溝が摺動面の周方向にランド部で隔離されて等配に複数設けられることにより、摺動面全体にわたって潤滑を良好な状態に維持することができる。 
（８）摺動面が円環状である場合において、それぞれの前記流体循環溝は、前記摺動面の平面視において、前記摺動面の半径線を基準にして略対称の形状に形成され、前記流体循環溝の左右の部分のなす高圧流体側における交角が１２０°～１８０°の範囲に設定されることにより、入口側部への被密封流体の流入及び出口側部からの被密封流体の排出を容易に行うことができる。 
本発明の実施例１に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面の一例を示した平面図である。 図３（ａ）は、流体循環溝の部分を拡大して示した平面図であり、図３（ｂ）はＡ－Ａ断面図、図３（ｃ）はＢ－Ｂ断面図、図３（ｄ）はＣ－Ｃ断面図、図３（ｅ）はＤ－Ｄ断面図である。 本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面における流体（被密封流体）の流れを解析した結果を図示した斜視図である。 従来技術に係る摺動面における流体の流れを解析した結果を図示した斜視図である。
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。　 
　図１ないし図４を参照して、本発明の実施例１に係る摺動部品について説明する。 
　なお、以下の実施例においては、摺動部品の一例であるメカニカルシールを例にして説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を高圧流体側（被密封流体側）、内周側を低圧流体側（大気側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。 
　図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２を介してこの回転軸１と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状の回転環３と、ポンプのハウジング４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状の固定環５とが設けられ、固定環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされた摺動面Ｓ同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転環３と固定環５との互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体が回転軸１の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。 
　なお、図１では、回転環３の摺動面の幅が固定環５の摺動面の幅より広い場合を示しているが、これに限定されることなく、逆の場合においても本発明を適用出来ることはもちろんである。 
　図２は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、ここでは、図１の固定環５の摺動面に流体循環溝が形成される場合を例にして説明する。 
　なお、回転環３の摺動面に流体循環溝が形成される場合も基本的には同様であるが、その場合、流体循環溝は被密封流体側に連通すればよいため、摺動面の外周側まで設けられる必要はない。 
　図２において、固定環５の摺動面Ｓの外周側が高圧流体側（被密封流体側）であり、また、内周側が低圧流体側、例えば大気側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとする。 
　固定環５の摺動面には、高圧流体側に連通されると共に低圧流体側とは摺動面Ｓの平滑部Ｒ（本発明においては、「ランド部」ということがある。）により隔離された流体循環溝１０が周方向に等配で４個設けられている。 
　流体循環溝１０は、被密封流体が高圧流体側から入る入口側部１１及び高圧流体側に抜ける出口側部１２から構成されている。 
　流体循環溝１０は、摺動面Ｓにおいて腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に高圧流体側から被密封流体を摺動面上に導入し排出するという役割を担うものであり、相手摺動面の回転方向に合わせて摺動面上に被密封流体を取り入れ、かつ、排出しやすいように入口側部１１及び出口側部１２が形成される一方、漏れを低減するため、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。 
　本例では、流体循環溝１０は、摺動面Ｓの平面視において、摺動面Ｓの半径線ｒを基準にして左右略対称の形状に形成され、流体循環溝１０の左右の部分、すなわち、入口側部１１と出口側部１２とのなす高圧流体側における交角αが１２０°～１８０°の範囲に設定されている。 
　なお、流体循環溝１０の平面視における形状において、半径線ｒを基準にして必ずしも左右対称の形状である必要はなく、入口側部１１の交角α１を出口側部１２の交角α２より大きくしてもよく、また、その逆であってもよい。 
　本明細書において、左右略対称という場合、α１＝α２±５゜の範囲を意味する。 
　また、交角αとしては、１２０°～１８０°の範囲が好ましい範囲ではあるが、必ずしも、１２０°～１８０°の範囲に限定されるものではない。 
　さらに、流体循環溝１０の平面視における形状において、直線部分のない、全体として曲線状（円弧状など）にしてもよい。 
　また、流体循環溝１０の幅及び深さは、被密封流体の圧力、種類（粘性）などに応じて最適なものに設定されればよい。 
　図２に示す流体循環溝１０は、左右対称であって、交角αが１６０°と大きいため、入口側部１１への被密封流体の流入及び出口側部１２からの被密封流体の排出が容易である。 
　図３（ａ）は、流体循環溝１０の部分を拡大して示した平面図であり、図３（ａ）～図３（ｄ）を参照しながら、流体循環溝１０について詳述する。 
　流体循環溝１０の入口側部１１及び出口側部１２の溝は、図３（ｂ）に示すように、両側壁１１ａ（１２ａ）、１１ａ（１２ａ）と底壁１１ｂ（１２ｂ）から構成され、底壁１１ｂ（１２ｂ）の溝の長手方向と直交する断面は、両側壁１１ａ（１２ａ）、１１ａ（１２ａ）に繋がる単一の円弧でもって形成された円弧形状に形成されている。すなわち、底壁１１ｂ（１２ｂ）は、半径Ｒ１の単一の円弧形状をなしている。また、両側壁１１ａ（１２ａ）、１１ａ（１２ａ）とランド部Ｒとは半径Ｒ２の円弧形状で接続されている。 
　図３（ａ）に示すように、出口側部１２の溝幅は出口端１２ｃに向けて徐々に拡張されている。 
　本例においては、出口側部１２の溝幅の出口端１２ｃに向けての拡張は、溝の両側壁１２ａ、１２ａが、摺動面Ｓの平面視において、出口端１２ｃに向けて流線形状に拡張されることにより行われている。 
　また、流線形状は、出口側部１２の溝の両側壁１２ａ、１２ａの延長線と接する円弧Ｒ３、Ｒ４により生成されている。下流側の側壁の延長線と接する円弧Ｒ３は、上流側の側壁の延長線と接する円弧Ｒ４より大きい。 
　出口側部１２の溝幅が出口端１２ｃに向けて徐々に拡張されていることが、本発明の第一の特徴部分であり、その技術的意義については後に詳述する。 
　出口側部１２の溝の両側壁１２ａ、１２ａが出口端１２ｃに向けて流線形状に拡張されることに伴い、底壁１２ｂもそれに対応した形状とされる。 
　具体的には、出口端１２ｃの近傍の断面図である図３（ｃ）に示すように、拡張された部分の底壁１２ｂは、半径Ｒ１より大きい、すなわち、拡張された両側壁１２ａ、１２ａを結ぶことのできる半径Ｒ５の円弧形状に形成されている。 
　また、出口側部１２の溝の底壁１２ｂは、図３（ｄ）に示すように、端部１２ｃに向けて流線形状に深くなるように形成され、固定環５の摺動面Ｓの外周側の側壁１３に滑らかに接続された形状に形成されている。 
　次に、入口側部１１の溝の形状について説明する。 
　入口側部１１の溝の平面形状は、摺動面Ｓの半径線ｒを基準にして出口側部１２の溝と略対称の形状に形成され、また、溝の断面形状については出口側部１２の溝と同じである。 
　図３（ａ）に示すように、入口側部１１の溝幅は入口端１１ｃに向けて徐々に拡張されている。 
　本例においては、入口側部１１の溝幅の入口端１１ｃに向けての拡張は、溝の両側壁１１ａ、１１ａが、摺動面Ｓの平面視において、入口端１１ｃに向けて流線形状に拡張されることにより行われている。 
　また、流線形状は、入口側部１１の溝の両側壁１１ａ、１１ａの延長線と接する円弧Ｒ３、Ｒ４により生成されている。上流側の側壁の延長線と接する円弧Ｒ３は、下流側の側壁の延長線と接する円弧Ｒ４より大きい。 
　入口側部１１の溝幅が入口端１１ｃに向けて徐々に拡張されているが、本発明の第二の特徴部分であり、その技術的意義については後に詳述する。 
　入口側部１１の溝の両側壁１１ａ、１１ａが入口端１１ｃに向けて流線形状に拡張されることに伴い、底壁１１ｂもそれに対応した形状とされる。 
　具体的には、入口端１１ｃの近傍の断面図である図３（ｃ）に示すように、拡張された部分の底壁１１ｂは、半径Ｒ１より大きい、すなわち、拡張された両側壁１１ａ、１１ａを結ぶことのできる半径Ｒ５の円弧形状に形成されている。 
　また、入口側部１１の溝の底壁１１ｂは、図３（ｅ）に示すように、端部１１ｃに向けて流線形状に深くなるように形成され、固定環５の摺動面Ｓの外周側の側壁１３に滑らかに接続された形状に形成されている。 
　図４は本発明の実施例１に係る摺動面における流体の流れを解析した結果を図示したものであり、図４を参照しながら、一方の摺動部品である固定環５の摺動面Ｓに流体層を形成させるべく流体循環溝１０を形成した摺動面Ｓにおける被密封流体の流れを説明する。図４において、固定環５の摺動面Ｓが紙面の上方に向けて示されており、回転環３の摺動面は紙面の下方に向けて示されている。相手摺動面は矢印で示すように反時計回りに回動するものとする。 
　相手摺動面との相対摺動により、流体循環溝１０の入口側部１１には、実線で示すように、被密封流体が流入するとともに、出口側部１２から排出される。その際、出口側部１２の溝幅が出口端１２ｃに向けて徐々に拡張されているため、出口端１２ｃ近傍においてよどみは形成されず、被密封流体は、遠心力を受けながら、出口端１２ｃ近傍から下流側に向けて流線形状の一様な流れ１５となって流れる。そのため、被密封流体は摺動面Ｓの外周側の側壁１３に付着することなく、側壁１３から離れて下流側に移動する。 
　また、出口側部１２の溝の底壁１２ｂは、図３（ｄ）に示すように、端部１２ｃに向けて流線形状に深くなるように形成され、固定環５の摺動面Ｓの外周側の側壁１３に滑らかに接続された形状に形成されているため、被密封流体の出口端１２ｃ近傍から下流側に向けて流線形状の一様な流れ１５が、一層、促進される。 
　図４において、破線で示す流れ１６は、上流側の流体循環溝１０から排出された被密封流体の流れを示したものである。図４では、便宜的に、同じ流体循環溝１０を用いて説明するが、複数の流体循環溝１０が周方向に複数配列される場合には、上流側の流体循環溝１０から排出された被密封流体が下流側の流体循環溝１０の方に流れるものとする。 
　今、上流側の流体循環溝１０から排出された被密封流体の流れ１６は、下流側の流体循環溝１０の入口端１１ａから径方向に離れた位置を周回し、下流側の流体循環溝１０に、再度、流入することはない。これは、上流側の流体循環溝１０から排出された被密封流体が摺動面Ｓの外周側の側壁１３に付着することなく、側壁１３から離れて下流側に移動するためである。 
　このため、従来技術のように、上流側の流体循環溝から排出された被密封流体が、再度、下流側の流体循環溝に流入され、これを繰り返すことで、被密封流体が次第に濃縮され、やがて糊状になり、流体循環溝内に付着して堆積するという現象は発生しない。この結果、流体循環溝１０は、常に、清浄な状態に保たれ、摺動面Ｓの潤滑を良好な状態に維持することができる。 
　また、図４の入口端１１ｃ近傍において、側壁１３の軸方向に沿う流れ１７で示されるように、新たな被密封流体の流体循環溝への流入は、主として、軸方向から行われているのがわかる。その際、入口側部１１の溝幅が入口端１１ｃに向けて徐々に拡張されているため、入口端１１ｃ近傍において流れのよどみが形成されることなく、一様な流れとして入口側部１１に効率よく流入される。 
　本例では、入口側部１１の溝の底壁１１ｂは、図３（ｅ）に示すように、端部１１ｃに向けて流線形状に深くなるように形成され、固定環５の摺動面Ｓの外周側の側壁１３に滑らかに接続された形状に形成されているため、流体循環溝１０に対する新たな被密封流体の流入が、一層、促進される。 
　また、図４に示されるように、流体循環溝１０の底壁１１ｂ（１２ｂ）の溝の長手方向と直交する断面が、両側壁１１ａ（１２ａ）、１１ａ（１２ａ）に繋がる単一の円弧でもって形成された円弧形状に形成されていることにより、溝内を流れる流体のよどみの形成が一層防止されるとともに、一様な流れが一層促進される。 
　以上説明したように、実施例１の構成によれば、流体循環溝１０により摺動面に流体が積極的に導かれ排出されることにより摺動面間の流体が循環し、堆積物発生原因物質などを含む流体の濃縮および摩耗粉や異物の滞留が防止され、ひいては堆積物の形成が防止され、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持することができる。 
　具体的には、以下のとおりである。 
（１）出口側部１２の溝幅が出口端１２ｃに向けて徐々に拡張されているため、出口端１２ｃ近傍においてよどみは形成されず、被密封流体は、遠心力を受けながら、出口端１２ｃ近傍から下流側に向けて流線形状の一様な流れ１５となって流れる。そのため、被密封流体は摺動面Ｓの外周側の側壁１３に付着することなく、側壁１３から離れて下流側に移動する。上流側の流体循環溝１０から排出された被密封流体の流れ１６は、下流側の流体循環溝１０の入口端１１ａから径方向に離れた位置を周回し、下流側の流体循環溝１０に、再度、流入することはない。 
　このため、従来技術のように、上流側の流体循環溝から排出された被密封流体が、再度、下流側の流体循環溝に流入され、これを繰り返すことで、被密封流体が次第に濃縮され、やがて糊状になり、流体循環溝内に付着して堆積するという現象は発生しない。この結果、流体循環溝１０は、常に、清浄な状態に保たれ、摺動面Ｓの潤滑を良好な状態に維持することができる。 
（２）入口側部１１の溝幅が入口端１１ｃに向けて徐々に拡張されているため、入口端１１ｃ近傍において流れのよどみが形成されることなく、一様な流れ１７として入口側部１１に効率よく流入される。 
（３）出口側部１２の溝の底壁１２ｂが、端部１２ｃに向けて流線形状に深くなるように形成され、固定環５の摺動面Ｓの外周側の側壁１３に滑らかに接続された形状に形成されているため、被密封流体の出口端１２ｃ近傍から下流側に向けて流線形状の一様な流れ１５が、一層、促進される。 
（４）入口側部１１の溝の底壁１１ｂが、端部１１ｃに向けて流線形状に深くなるように形成され、固定環５の摺動面Ｓの外周側の側壁１３に滑らかに接続された形状に形成されているため、流体循環溝１０に対する新たな被密封流体の流入が、一層、促進される。 
（５）流体循環溝１０の底壁１１ｂ（１２ｂ）の溝の長手方向と直交する断面が、両側壁１１ａ（１２ａ）、１１ａ（１２ａ）に繋がる単一の円弧でもって形成された円弧形状に形成されていることにより、溝内を流れる流体のよどみの形成が一層防止されるとともに、一様な流れが一層促進される。 
（６）流体循環溝１０が摺動面の周方向にランド部Ｒで隔離されて等配に複数設けられることにより、摺動面全体にわたって潤滑を良好な状態に維持することができる。 
（７）摺動面Ｓが円環状である場合において、それぞれの流体循環溝１０は、摺動面Ｓの平面視において、摺動面Ｓの半径線を基準にして略対称の形状に形成され、流体循環溝１０の左右の部分のなす高圧流体側における交角が１２０°～１８０°の範囲に設定されることにより、入口側部への被密封流体の流入及び出口側部からの被密封流体の排出を容易に行うことができる。 
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。 
　例えば、前記実施例では、摺動部品をメカニカルシール装置における一対の回転用密封環及び固定用密封環のいずれかに用いる例について説明したが、円筒状摺動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸と摺動する軸受の摺動部品として利用することも可能である。 
　また、例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用できる。 
　また、例えば、前記実施例では、流体循環溝は、出口側部の溝幅、及び、入口側部の溝幅がそれぞれの外周側端部に向けて徐々に拡張されている場合を説明したが、少なくとも、出口側部の溝幅が外周側端部に向けて徐々に拡張されることが必須であり、入口側部の溝幅が外周側端部に向けて徐々に拡張されることは補完的な事項である。 
　また、例えば、前記実施例では、流体循環溝が周方向に４等配で設けられる場合を説明したが、これに限ることなく、流体循環溝は１個以上設けられるものであればよい。 
　 １　　　　　　　回転軸 
　 ２　　　　　　　スリーブ 
　 ３　　　　　　　回転環 
　 ４　　　　　　　ハウジング 
　 ５　　　　　　　固定環 
　 ６　　　　　　　コイルドウェーブスプリング 
　 ７　　　　　　　ベローズ 
　１０　 　　　　　流体循環溝 
　１１　 　　　　　入口側部 
　１２　 　　　　　出口側部 
　１３　　　　　　 側壁 
　１５　　　　　　 出口端近傍の一様な流れ 
　１６　　　　　　 流体循環溝から排出された被密封流体の流れ 
　１７　　　　　　 入口端近傍の一様な流れ 
　Ｒ　　　　　　　 ランド部 
　Ｓ　　　　　　　 摺動面 

Claims (9)

  1. 　一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、流体が高圧流体側から入る入口側部及び高圧流体側に抜ける出口側部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記流体循環溝は、前記出口側部の溝幅が出口端に向けて徐々に拡張されていることを特徴とする摺動部品。 
  2. 　前記流体循環溝は、前記入口側部の溝幅が入口端に向けて徐々に拡張されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。 
  3. 　前記流体循環溝は、前記出口側部の溝の両側壁が、前記摺動面の平面視において、出口端に向けて流線形状に拡張されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。 
  4. 　前記流体循環溝は、前記入口側部の溝の両側壁が、前記摺動面の平面視において、入口端に向けて流線形状に拡張されていることを特徴とする請求項２に記載の摺動部品。 
  5. 　前記出口側部及び前記入口側部の溝の両側壁の流線形状は、前記摺動面の平面視において、前記出口側部及び前記入口側部のそれぞれの溝の両側壁の延長線と接する円弧により生成されることを特徴とする請求項３又は４に記載の摺動部品。 
  6. 　前記出口側部又は前記入口側部の溝の底壁は、それぞれの溝の端部に向けて流線形状に深くなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の摺動部品。 
  7. 　前記出口側部及び前記入口側部の溝の底壁の長手方向と直交する断面は、溝の両側壁に繋がる単一の円弧でもって形成された円弧形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の摺動部品。 
  8. 　前記流体循環溝が摺動面の周方向にランド部で隔離されて等配に複数設けられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の摺動部品。 
  9. 　前記摺動面が円環状である場合において、それぞれの前記流体循環溝は、前記摺動面の平面視において、前記摺動面の半径線を基準にして略対称の形状に形成され、前記流体循環溝の左右の部分のなす高圧流体側における交角が１２０°～１８０°の範囲に設定されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の摺動部品。 
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