WO2016042989A1 - 摺動部品 - Google Patents

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fluid circulation
fluid
interference
sliding
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壮敏 板谷
和正 砂川
雄一郎 徳永
井上　秀行
猛 細江
亮磨 山川
雄大 根岸
健二 吉柳
啓一 千葉
顯 吉野
博 久保田
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イーグル工業株式会社
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    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/062—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces characterised by the geometry of the seat

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.
  • the present invention promotes fluid circulation on the sliding surface while maintaining the contradictory conditions of sealing and lubrication, prevents deposits on the sliding surface, and maintains the sealing function of the sliding surface for a long period of time.
  • An object of the present invention is to provide a sliding part that can be made to move.
  • the sliding component of the present invention firstly includes a pair of sliding components that slide relative to each other, and the sliding surface of one sliding component is provided with an inlet portion and an outlet portion.
  • the fluid circulation groove is connected to the high-pressure fluid side and separated from the low-pressure fluid side by the land portion, and pressure fluctuation occurs with respect to the fluid in the fluid circulation groove on the sliding surface of the other sliding part.
  • the interference groove is provided so as to communicate with the high-pressure fluid side.
  • the sliding component of the present invention is secondly characterized in that, in the first feature, a plurality of the interference grooves are provided in the circumferential direction, and any one of the plurality of interference grooves is the fluid circulation groove.
  • the other interference groove is disposed so as not to be in the position facing the outlet of the fluid circulation groove. According to this feature, the pressure difference between the inlet portion and the outlet portion of the fluid circulation groove can be increased and reliably generated, and the generation of deposits in the fluid circulation groove can be further prevented. .
  • the one sliding component is a fixed side sealing ring
  • the other sliding component is a rotation side sealing ring.
  • the rotating side sealing ring has a larger outer diameter and a smaller inner diameter than the stationary side sealing ring, and the interference groove is formed with respect to the fluid in the inlet and outlet portions of the fluid circulation groove. It is characterized by being arranged at a position where pressure fluctuations occur.
  • the sliding surface width is determined by the fixed-side sealing ring, the variation in the sliding surface width can be reduced.
  • an interference groove is formed on the sliding surface of the rotary seal ring, a swirl flow with a vortex is actively generated, and the pressure difference between the inlet and outlet of the fluid circulation groove is further increased. be able to.
  • the sliding component of the present invention is fourthly characterized in that in any one of the first to third features, the inner diameter side end of the interference groove has a diameter of the inlet portion and the outlet portion of the fluid circulation groove. It extends to the position which adjoins in the direction. According to this feature, the pressure difference between the inlet portion and the outlet portion of the fluid circulation groove can be further increased.
  • an end portion on the inner diameter side of the interference groove has a diameter equal to that of the inlet portion and the outlet portion of the fluid circulation groove. It is characterized by extending to an overlapping position in the direction. According to this feature, since the pressure fluctuation action due to the interference groove is directly exerted on the inlet and outlet portions of the fluid circulation groove, the pressure difference between the inlet portion and the outlet portion of the fluid circulation groove is further increased. be able to.
  • the sliding surface of one sliding part is provided with a fluid circulation groove that communicates with the high-pressure fluid side through the inlet and outlet portions and is isolated from the low-pressure fluid side by the land portion.
  • an interference groove that causes a pressure fluctuation with respect to the fluid in the fluid circulation groove is provided so as to communicate with the high-pressure fluid side. Since there is a pressure difference and it is constantly changing alternately, the fluid in the fluid circulation groove repeatedly moves. Generation
  • production of an object can be prevented and the sealing function of a sliding surface can be maintained over a long period of time.
  • a plurality of interference grooves are provided in the circumferential direction.
  • the other interference groove is a fluid circulation groove.
  • a fluid circulation groove is formed in the fixed-side seal ring, an interference groove is formed in the rotation-side seal ring, and the rotation-side seal ring has a larger outer diameter and a smaller inner diameter than the fixed-side seal ring.
  • the interference groove is arranged at a position that causes pressure fluctuations with respect to the fluid at the inlet and outlet of the fluid circulation groove, so that the sliding surface width is determined by the fixed-side sealing ring. Variations can be reduced.
  • an interference groove is formed on the sliding surface of the rotary seal ring, a swirl flow with a vortex is actively generated, and the pressure difference between the inlet and outlet of the fluid circulation groove is further increased. be able to.
  • the end of the interference groove on the inner diameter side extends to a position close to the inlet and outlet of the fluid circulation groove in the radial direction, so that the pressure at the inlet and outlet of the fluid circulation groove is increased.
  • the difference can be further increased.
  • the end on the inner diameter side of the interference groove extends to a position overlapping with the inlet and outlet of the fluid circulation groove in the radial direction, so that the pressure fluctuation action due to the interference groove is Since the pressure is directly applied to the outlet portion, the pressure difference between the inlet portion and the outlet portion of the fluid circulation groove can be further increased.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the sliding part of FIG. 1 and is cut at a portion close to the sliding surface to explain the characteristics of the sliding surface; The entire circumference is shown. It shows the average pressure of the inlet part and the outlet part of the fluid circulation groove provided in the stationary side sealing ring when the rotation side sealing ring of Example 1 is rotated.
  • the sliding surface of the sliding component which concerns on Example 2 of this invention is shown in the same way as FIG.
  • the sliding surface of the sliding component which concerns on Example 3 of this invention is shown in the same way as FIG.
  • the sliding surface of the sliding component which concerns on Example 4 of this invention is shown in the same way as FIG.
  • 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.
  • a rotating body for example, pump impeller, not shown
  • the high-pressure fluid side so as to be rotatable integrally with the rotating shaft 2 via a sleeve 3 and a cup gasket 4.
  • annular rotating side sealing ring 1 as one sliding part, and an annular stationary side sealing ring 5 as the other sliding part provided in the housing 6 in a non-rotating state and movable in the axial direction Is provided, and the coiled wave spring 7 and the bellows 8 that urge the fixed-side sealing ring 5 in the axial direction are intimately slid between the sliding portions S of the sliding surface mirror-finished by lapping or the like.
  • this mechanical seal prevents the sealed fluid from flowing out from the outer periphery of the rotating shaft 2 to the atmosphere side in the sliding portion S between the rotating side sealing ring 1 and the stationary side sealing ring 5. .
  • one of the sliding surface widths is made large so that it is possible to cope with the case where the rotation centers of the rotation-side sealing ring 1 and the stationary-side sealing ring 5 do not exactly match, that is, The outer diameter is increased and the inner diameter is decreased to form the outer diameter side sliding surface allowance So and the inner diameter side sliding surface allowance Si.
  • the part where the rotating side sealing ring 1 and the stationary side sealing ring 5 are actually slid is called a sliding part Ss, and if it includes a sliding surface margin, it is called a sliding surface S. To do.
  • a sliding part Ss the part where the rotating side sealing ring 1 and the stationary side sealing ring 5 are actually slid
  • a sliding part Ss if it includes a sliding surface margin, it is called a sliding surface S.
  • the outer diameter of the rotation-side seal ring 1 is larger than the outer diameter of the fixed-side seal ring 5, and the inner diameter of the rotation-side seal ring 1 is smaller than the inner diameter of the fixed-side seal ring 5.
  • the present invention is not limited to this and can be applied to the reverse case. In the case of FIG. 1, the sliding portion Ss and the sliding surface S of the fixed-side sealing ring 5 coincide with each other.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and the sliding surfaces S of the rotation-side sealing ring 1 and the stationary-side sealing ring 5 are indicated by hatching.
  • the outer diameter side of the sliding surface S is the high-pressure fluid side
  • the inner diameter side is the low-pressure fluid side, for example, the atmosphere side
  • the rotation-side sealing ring 1 is rotated counterclockwise.
  • the sliding surface S of the stationary-side seal ring 5 communicates with the high-pressure fluid side and the low-pressure fluid side is a smooth portion R of the sliding surface (in the present invention, sometimes referred to as “land portion”).
  • the isolated fluid circulation grooves 10 are provided in four circumferential directions in the circumferential direction. Note that the number of the fluid circulation grooves 10 is not limited to four, and at least one fluid circulation groove 10 may be provided.
  • the fluid circulation groove 10 includes an inlet portion 10a that enters from the high-pressure fluid side, an outlet portion 10b that exits to the high-pressure fluid side, and a communication portion 10c that communicates the inlet portion 10a and the outlet portion 10b in the circumferential direction.
  • the fluid circulation groove 10 plays a role of positively introducing and discharging the sealed fluid from the high-pressure fluid side to the sliding portion in order to prevent the fluid containing the corrosion products and the like from being concentrated in the sliding portion Ss.
  • the inlet portion 10a and the outlet portion 10b are formed in a wide mouth as shown in the figure so that the sealed fluid is taken into the sliding portion in accordance with the rotation of the mating sliding surface and is easily discharged. In order to reduce leakage, the low pressure fluid side is isolated by the land portion R.
  • the inlet portion 10a and the outlet portion 10b are formed in a straight line and are substantially V-shaped.
  • the present invention is not particularly limited to this, and an inner angle ⁇ formed between the inlet portion 10a and the outlet portion 10b is determined. It may be larger or smaller, and may be curved (such as an arc) instead of linear.
  • the width and depth of the fluid circulation groove 10 are set to optimum values according to the pressure and type (viscosity) of the sealed fluid. An example of the depth is about 100 to 300 ⁇ m.
  • the fluid circulation groove is not limited to a substantially V shape, and may be a U shape, for example, as long as the inlet portion and the outlet portion communicate with the high pressure fluid side.
  • An interference groove 15 is provided on the sliding surface S of the rotation-side seal ring 1 to cause pressure fluctuations with respect to the fluid in the fluid circulation groove 10.
  • the interference groove 15 communicates with the high-pressure fluid side, and is disposed at a position that causes a pressure fluctuation in the fluid in the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 in the radial direction.
  • the interference groove 15 is provided in the sliding surface margin So on the outer diameter side, and the end portion 15a on the inner diameter side is close to the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 in the radial direction. Extends to position.
  • the proximity means that the fluid in the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 is close to the extent that pressure fluctuation is caused by a vortex or the like generated in the interference groove 15 in the radial direction. is there.
  • the fluid circulation groove 10 is formed up to the outer periphery of the sliding surface S (same as the sliding portion Ss) of the stationary seal ring 5, so that the end 15 a on the inner diameter side of the interference groove 15 is In the radial direction, it extends to a position close to the outer periphery of the sliding surface S of the stationary seal ring 5.
  • the shape of the interference groove 15 is substantially rectangular in FIG. 2, but is not limited to this, and may be, for example, a circle, an ellipse, or a rhombus. It is sufficient that the end portion 15a on the inner diameter side extends to a position close to the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10.
  • the depth of the interference groove 15 is not particularly limited, but may be set to be the same as or slightly deeper than the depth of the fluid circulation groove 10, for example.
  • the interference grooves 15 are provided in a three-way arrangement in the circumferential direction, but the plurality of interference grooves 15 are located at positions where any one of the interference grooves 15 faces the inlet portion 10 a of the fluid circulation groove 10. In some cases, the other interference groove 10 is disposed so as not to be located at a position facing the outlet 10 b of the fluid circulation groove 10. In the case of FIG.
  • the fluid circulation grooves 10 are provided in four equal parts, and the central angle ⁇ 1 formed by the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 is about 45 °, whereas the adjacent interference grooves 15 Is 120 °, the rotation-side sealing ring 1 is rotated, and when any interference groove 15 is in a position facing the inlet portion 10a of the fluid circulation groove 10, another interference groove is formed. 10 is not in a position facing the outlet 10b of the fluid circulation groove 10.
  • the number of interference grooves 15 is not limited to three in the circumferential direction, and at least one interference groove 15 may be provided.
  • FIG. 3 shows the average pressure of the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 provided in the stationary side sealing ring when the rotating side sealing ring 1 is rotated, and the solid line indicates the inlet portion 10a.
  • the average pressure and the broken line indicate the average pressure at the outlet 10b. From this figure, it can be seen that there is a pressure difference between the inlet portion 10a and the outlet portion 10b, which constantly changes alternately. In particular, it can be seen that the difference between the average pressure of the inlet portion 10a and the average pressure of the outlet portion 10b is large when the rotation angle is around 100 ° and 150 °.
  • Example 1 The sliding surface of the fixed-side seal ring 5 is provided with a fluid circulation groove 10 that communicates with the high-pressure fluid side via the inlet portion 10a and the outlet portion 10b and is separated from the low-pressure fluid side by the land portion R.
  • the interference groove 15 that causes a pressure fluctuation with respect to the fluid in the fluid circulation groove 10 is provided on the sliding surface of the rotation-side seal ring 1, in the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10, Since there is a pressure difference and it is constantly changing alternately, the fluid in the fluid circulation groove 10 repeatedly moves. Therefore, even if the sealed fluid contains a deposit-causing substance, the fluid circulation groove 10.
  • a plurality of interference grooves 15 are provided in the circumferential direction, and the plurality of interference grooves 15 are other interference grooves when any one of the interference grooves 15 is at a position facing the inlet portion 10a of the fluid circulation groove 10. 15 is disposed so as not to face the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10, so that the pressure difference between the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 is large and surely generated. And generation of deposits in the fluid circulation groove 10 can be further prevented.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the number of the interference grooves 15 is larger than that of the first embodiment.
  • the plurality of interference grooves 15 are located at positions where any one of the interference grooves 15 faces the inlet portion 10a of the fluid circulation groove 10.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment in that the other interference groove 10 is disposed so as not to face the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10.
  • the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same members, and duplicate descriptions are omitted.
  • the interference grooves 15 are provided at 12 intervals in the circumferential direction.
  • the plurality of interference grooves 15 are located at positions where any one of the interference grooves 15 faces the inlet portion 10a of the fluid circulation groove 10 and the other interference groove 10 faces the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10. It is arranged so that there is no. In the case of FIG.
  • the fluid circulation grooves 10 are arranged in four equal parts, and the central angle ⁇ 1 formed by the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 is about 45 °, whereas the adjacent interference grooves 15 Is 30 °, the rotation-side sealing ring 1 is rotated, and when any interference groove 15 is at a position facing the inlet portion 10a of the fluid circulation groove 10, another interference groove is formed. 10 is not in a position facing the outlet 10b of the fluid circulation groove 10. Note that the interference grooves 15 do not need to be equally arranged in the circumferential direction, and are not limited to twelve.
  • the other interference grooves 15 are the outlet portions of the fluid circulation groove 10. It does not have to be at a position facing 10b.
  • the pressure difference between the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 is alternately changed more frequently than in the first embodiment. And generation of deposits in the fluid circulation groove 10 can be further prevented.
  • Example 3 of this invention With reference to FIG. 5, the sliding component which concerns on Example 3 of this invention is demonstrated.
  • the third embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 2 in that the end on the inner diameter side of the interference groove extends into the sliding portion Ss of the rotary seal ring 1, but the other points are the first embodiment. Is the same.
  • FIG. 4 the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same members, and duplicate descriptions are omitted.
  • the interference grooves 20 are provided on the sliding surface S of the rotary side sealing ring 1 in a three-way arrangement in the circumferential direction.
  • the interference groove 20 communicates with the high-pressure fluid side, and the end 20a on the inner diameter side of the interference groove 20 extends to a position overlapping with the inlet 10a and the outlet 10b of the fluid circulation groove 10 in the radial direction, as indicated by a broken line. ing. That is, the interference groove 20 is formed so as to extend not only to the outer diameter side sliding surface margin allowance So but also to the sliding portion Ss of the rotation side sealing ring 1 in the radial direction.
  • the end portion 20a on the inner diameter side of the interference groove 20 extends to a position overlapping with the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 in the radial direction. Since the action is directly exerted on the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10, the pressure difference between the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 can be further increased. There is a remarkable effect.
  • the fourth embodiment is the same as the third embodiment shown in FIG. 5 in that the end on the inner diameter side of the interference groove extends into the sliding portion Ss of the rotary seal ring 1.
  • symbol has shown the same member, and the overlapping description is abbreviate
  • the interference grooves 20 are provided at 12 intervals in the circumferential direction.
  • the other interference groove 10 is located at a position opposed to the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10. It is arranged so that there is no.
  • the fluid circulation grooves 10 are provided in three equal parts, and the central angle ⁇ 1 formed between the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 is about 45 °, whereas the adjacent interference grooves 20 are arranged.
  • the rotation-side sealing ring 1 is rotated, and when any interference groove 20 is at a position facing the inlet portion 10a of the fluid circulation groove 10, another interference groove is formed. 10 is not in a position facing the outlet 10b of the fluid circulation groove 10.
  • the interference grooves 20 do not need to be provided at equal intervals in the circumferential direction, and are not limited to twelve. In short, when the rotation-side sealing ring 1 is rotated and any one of the interference grooves 20 is at a position facing the inlet portion 10 a of the fluid circulation groove 10, the other interference grooves 20 are the outlet portions of the fluid circulation groove 10. It does not have to be at a position facing 10b.
  • the interference groove 20 communicates with the high-pressure fluid side, and the end 20a on the inner diameter side of the interference groove 20 extends to a position overlapping with the inlet 10a and the outlet 10b of the fluid circulation groove 10 in the radial direction, as indicated by a broken line. ing. That is, the interference groove 20 is formed so as to extend not only to the outer diameter side sliding surface margin allowance So but also to the sliding portion Ss of the rotation side sealing ring 1 in the radial direction.
  • the pressure difference between the inlet portion 10a and the outlet portion 10b of the fluid circulation groove 10 is alternately changed more frequently than in the third embodiment. And generation of deposits in the fluid circulation groove 10 can be further prevented.
  • a fluid circulation groove may be provided in the rotating side sealing ring, and an interference groove may be provided in the stationary side sealing ring.
  • the inner diameter side end of the interference groove is disposed in the vicinity of the inlet portion and the outlet portion of the fluid circulation groove in the radial direction
  • the inner diameter of the interference groove is set.

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Abstract

　密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面における流体の循環を促進させると共に、摺動面における堆積物発生を防止し、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。　互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品の摺動面には、入口部及び出口部を介して高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離された流体循環溝１０が設けられ、他方の摺動部品の摺動面には前記流体循環溝１０の流体に対して圧力変動を生起させる干渉溝１５が高圧流体側に連通するように設けられ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、これらの発明は摺動面に流体を導入するというものに留まり、摺動面における堆積物の生成を防止するという方策は講じられていない。
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
　本発明は、密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面における流体の循環を促進させると共に、摺動面における堆積物発生を防止し、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、互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品の摺動面には、入口部及び出口部を介して高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離された流体循環溝が設けられ、他方の摺動部品の摺動面には前記流体循環溝の流体に対して圧力変動を生起させる干渉溝が高圧流体側に連通するように設けられることを特徴としている。
　この特徴によれば、流体循環溝の入口部と出口部とにおいて、圧力差が存在し、それが絶えず交互に変動している状態になり、流体循環溝内おける流体は移動を繰り返すため、被密封流体が堆積物発生原因物質を含む場合でも、流体循環溝における堆積物の発生を防止することができ、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることができる。
　また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記干渉溝は、周方向に複数設けられ、これら複数の干渉溝は、いずれかの干渉溝が前記流体循環溝の前記入口部に対向する位置にあるとき、他の干渉溝が前記流体循環溝の前記出口部に対向する位置にないように配設されることを特徴としている。
　この特徴によれば、流体循環溝の入口部と出口部との圧力差を大きく、かつ、確実に生じさせることができ、流体循環溝における堆積物の発生を、より一層、防止することができる。
　また、本発明の摺動部品は、第３に、第１または第２の特徴において、前記一方の摺動部品は固定側密封環であり、前記他方の摺動部品は回転側密封環であって、前記回転側密封環は前記固定側密封環に対して外径を大きく、かつ、内径を小さく形成され、前記干渉溝は、前記流体循環溝の前記入口部と前記出口部の流体に対して圧力変動を生起させる位置に配設されることを特徴としている。
　この特徴によれば、摺動面幅が固定側密封環により決まるため摺動面幅のバラツキを小さくすることができる。また、回転側密封環の摺動面に干渉溝が形成されるため渦を伴った旋回流が積極的に生成され、流体循環溝の入口部と出口部との圧力差を、一層、大きくすることができる。
　また、本発明の摺動部品は、第４に、第１ないし３のいずれかの特徴において、前記干渉溝の内径側の端部は、前記流体循環溝の前記入口部と前記出口部と径方向において近接する位置まで延びていることを特徴としている。
　この特徴によれば、流体循環溝の入口部と出口部との圧力差を、より一層、大きくすることができる。
　また、本発明の摺動部品は、第５に、第１ないし３のいずれかの特徴において、前記干渉溝の内径側の端部は、前記流体循環溝の前記入口部及び前記出口部と径方向において重複する位置まで延びていることを特徴としている。
　この特徴によれば、干渉溝による圧力変動作用が直に流体循環溝の入口部及び出口部に及ぼされるため、流体循環溝の入口部と出口部との圧力差を、さらにより一層、大きくすることができる。
　本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）一方の摺動部品の摺動面には、入口部及び出口部を介して高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離された流体循環溝が設けられ、他方の摺動部品の摺動面には流体循環溝の流体に対して圧力変動を生起させる干渉溝が高圧流体側に連通するように設けられることにより、流体循環溝の入口部と出口部とにおいて、圧力差が存在し、それが絶えず交互に変動している状態になり、流体循環溝内おける流体は移動を繰り返すため、被密封流体が堆積物発生原因物質を含む場合でも、流体循環溝における堆積物の発生を防止することができ、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることができる。
（２）干渉溝は、周方向に複数設けられ、これら複数の干渉溝は、いずれかの干渉溝が流体循環溝の入口部に対向する位置にあるとき、他の干渉溝が流体循環溝の出口部に対向する位置にないように配設されることにより、流体循環溝の入口部と出口部との圧力差を大きく、かつ、確実に生じさせることができ、流体循環溝における堆積物の発生を、より一層、防止することができる。
（３）固定側密封環に流体循環溝が形成され、回転側密封環に干渉溝が形成され、回転側密封環は固定側密封環に対して外径を大きく、かつ、内径を小さく形成され、干渉溝は、流体循環溝の入口部と出口部の流体に対して圧力変動を生起させる位置に配設されることにより、摺動面幅が固定側密封環により決まるため摺動面幅のバラツキを小さくすることができる。また、回転側密封環の摺動面に干渉溝が形成されるため渦を伴った旋回流が積極的に生成され、流体循環溝の入口部と出口部との圧力差を、一層、大きくすることができる。
（４）干渉溝の内径側の端部は、流体循環溝の前記入口部と前記出口部と径方向において近接する位置まで延びていることにより、流体循環溝の入口部と出口部との圧力差を、より一層、大きくすることができる。
（５）干渉溝の内径側の端部は、流体循環溝の入口部及び出口部と径方向において重複する位置まで延びていることにより、干渉溝による圧力変動作用が流体循環溝の入口部及び出口部に、直に、及ぼされるため、流体循環溝の入口部と出口部との圧力差を、さらにより一層、大きくすることができる。
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って、回転軸の中心より上側の半分を示している。 図１の摺動部品の摺動面をＡ－Ａで断面した図であって、摺動面の特徴を説明するため摺動面に近接した部分で切断しており、また、摺動面の全周を示している。 実施例１の回転側密封環が回動された場合の固定側密封環に設けられた流体循環溝の入口部及び出口部の平均圧力を示したものである。 本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を、図２と同じ要領で、示したものである。 本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動面を、図２と同じ要領で、示したものである。 本発明の実施例４に係る摺動部品の摺動面を、図２と同じ要領で、示したものである。
　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３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、高圧流体側の回転体（例えば、ポンプインペラ。図示省略）を駆動させる回転軸２側にスリーブ３及びカップガスケット４を介してこの回転軸２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側密封環１と、ハウジング６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側密封環５とが設けられ、固定側密封環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング７及びベローズ８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の摺動部分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、回転側密封環１と固定側密封環５との互いの摺動部分Ｓにおいて、被密封流体が回転軸２の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。
　メカニカルシールにおいては、通常、回転側密封環１及び固定側密封環５の回転中心が厳密に一致していない場合にも対応可能であるように、いずれか一方の摺動面幅を大きく、すなわち、外径を大きく、かつ、内径を小さくして、外径側の摺動面余裕代Ｓｏ及び内径側の摺動面余裕代Ｓｉが形成されている。本発明において、回転側密封環１と固定側密封環５とが、現に摺動している部分を摺動部分Ｓｓと呼び、摺動面余裕代を含む場合は摺動面Ｓと呼ぶことにする。
　図１においては、回転側密封環１の外径が固定側密封環５の外径より大きく、また、回転側密封環１の内径が固定側密封環５の内径より小さく、摺動面余裕代が回転側密封環１に形成されている場合を示しているが、本発明はこれに限定されることなく、逆の場合においても適用出来ることはもちろんである。
　図１の場合、固定側密封環５の摺動部分Ｓｓと摺動面Ｓとは一致している。
　図２は、図１のＡ－Ａ断面図であり、回転側密封環１及び固定側密封環５の摺動面Ｓがハッチングで示されている。
　図２において、摺動面Ｓの外径側が高圧流体側であり、また、内径側が低圧流体側、例えば大気側であり、回転側密封環１は反時計方向に回転するものとする。
　固定側密封環５の摺動面Ｓ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４等配で設けられている。
　なお、流体循環溝１０は４個に限らず、少なくとも１個設けられればよく、また、等配である必要もない。
　流体循環溝１０は、高圧流体側から入る入口部１０ａ、高圧流体側に抜ける出口部１０ｂ、及び、入口部１０ａ及び出口部１０ｂとを周方向に連通する連通部１０ｃから構成されている。流体循環溝１０は、摺動部分Ｓｓ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部分に導入し排出するという役割を担うものであり、相手摺動面の回転に合わせて摺動部分に被密封流体を取り入れ、かつ、排出しやすいように入口部１０ａ及び出口部１０ｂが図示のように広口に形成される一方、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、入口部１０ａ及び出口部１０ｂは直線状に形成され、略Ｖ字状をなしているが、特にこれに限定されるものではなく、入口部１０ａと出口部１０ｂとなす内角αをさらに大きく、又は、小さくしてもよく、また、直線状ではなく曲線状（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る。深さの一例をあげると、１００～３００μｍ程度である。
　流体循環溝は、略Ｖ字状に限らず、例えば、Ｕ字状でもよく、要は、入口部及び出口部が高圧流体側に連通されたものであればよい。
　回転側密封環１の摺動面Ｓには流体循環溝１０の流体に対して圧力変動を生起させる干渉溝１５が設けられている。
　干渉溝１５は、高圧流体側に連通され、径方向において流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂの流体に対して圧力変動を生起させる位置に配設されるものである。
　図２の場合、干渉溝１５は外径側の摺動面余裕代Ｓｏ内に設けられ、その内径側の端部１５ａは径方向において流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂに近接する位置まで延びている。
　なお、ここでいう、近接とは、径方向において干渉溝１５で生成される渦等により流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂの流体が圧力変動を生起される程度に近いという意味である。 
　 図２においては、流体循環溝１０が固定側密封環５の摺動面Ｓ（摺動部分Ｓｓに同じ。）の外周まで形成されていることから、干渉溝１５の内径側の端部１５ａは、径方向において固定側密封環５の摺動面Ｓの外周に近接する位置まで延びている。
　干渉溝１５の形状は、図２においては略矩形状のものが示されているが、これに限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、菱形などもよく、要は、高圧流体側に連通され、内径側の端部１５ａが流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂに近接する位置まで延びていればよい。
　また、干渉溝１５の深さは、特に限定されるものではないが、例えば、流体循環溝１０の深さと同程度、あるいは、少し深く設定されてもよい。
　図２において、干渉溝１５は、周方向に３等配で設けられているが、これら複数の干渉溝１５は、いずれかの干渉溝１５が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１０が流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置にないように配設されるものである。図２の場合、流体循環溝１０は４等配で設けられ、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとのなす中心角θ１は約４５°であるのに対し、隣接する干渉溝１５のなす中心角θは１２０°であるから、回転側密封環１が回動して、いずれかの干渉溝１５が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１０は流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置にはない。
　なお、干渉溝１５は、周方向に３個に限らず、少なくとも１個設けられればよく、また、等配である必要もない。
　回転側密封環１が回動されると、干渉溝１５の付近において渦が生成され、渦を伴った干渉溝１５が周方向に移動する。
　いま、干渉溝１５の１つが、ある流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置に達すると、入口部１０ａ内の流体の圧力が上昇する。この際、出口部１０ｂに対向する位置には他の干渉溝１５がないように設定されているため、該出口部１０ｂ内の流体の圧力上昇はなく、入口部１０ａの圧力＞出口部１０ｂ、の圧力の状態になる。
　次に、該干渉溝１５が、その流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置に達すると、出口部１０ｂ内の流体の圧力が上昇する。この際、入口部１０ａに対向する位置には他の干渉溝１５がないように設定されているため、該入口部１０ｂ内の流体の圧力上昇はなく、入口部１０ａの圧力＜出口部１０ｂの圧力、の状態になる。
　すなわち、１つの流体循環溝１０に着目すると、干渉溝１５の作用により、入口部１０ａと出口部１０ｂとの圧力差が存在し、それが絶えず交互に変動している状態になる。
　図３は、回転側密封環１が回動された場合の固定側密封環に設けられた流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂの平均圧力を示したもので、実線が入口部１０ａの平均圧力、破線が出口部１０ｂの平均圧力を示している。この図から、入口部１０ａと出口部１０ｂとにおいては、圧力差が存在し、それが絶えず交互に変動しているのがわかる。特に、回転角度が１００°及び１５０°付近では、入口部１０ａの平均圧力と出口部１０ｂの平均圧力との差が大きくなっていることがわかる。
　入口部１０ａと出口部１０ｂとにおいて、圧力差が存在し、それが絶えず交互に変動している状態になると、流体循環溝１０内おける流体は移動を繰り返すため、たとえ、被密封流体が堆積物発生原因物質を含む場合でも、流体循環溝１０内における堆積物の発生は防止されることになる。
　実施例１においては、以下のような顕著な効果を奏する。
（１）固定側密封環５の摺動面には、入口部１０ａ及び出口部１０ｂを介して高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離された流体循環溝１０が設けられ、回転側密封環１の摺動面には流体循環溝１０の流体に対して圧力変動を生起させる干渉溝１５が設けられるため、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとにおいて、圧力差が存在し、それが絶えず交互に変動している状態になり、流体循環溝１０内おける流体は移動を繰り返すため、被密封流体が堆積物発生原因物質を含む場合でも、流体循環溝１０における堆積物の発生を防止することができ、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることができる。また、摺動面幅が固定側密封環５により決まるため摺動面幅のバラツキを小さくすることができる。
（２）干渉溝１５は、周方向に複数設けられ、これら複数の干渉溝１５は、いずれかの干渉溝１５が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１５が流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置にないように配設されるため、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとの圧力差を大きく、かつ、確実に生じさせることができ、流体循環溝１０における堆積物の発生を、より一層、防止することができる。
（３）干渉溝１５の内径側の端部１５ａは、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂに近接する位置まで延びているため、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとの圧力差を、より一層、大きくすることができる。
　図４を参照して、本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。
　実施例２は、干渉溝１５の数が実施例１より多い点で相違するが、複数の干渉溝１５は、いずれかの干渉溝１５が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１０が流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置にないように配設される点で実施例１と同じである。
　なお、図４において、図２と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
　図４において、干渉溝１５は、周方向に１２等配で設けられている。これら複数の干渉溝１５は、いずれかの干渉溝１５が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１０が流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置にないように配設されるものである。図４の場合、流体循環溝１０は４等配で設けられ、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとのなす中心角θ１は約４５°であるのに対し、隣接する干渉溝１５のなす中心角θは３０°であるから、回転側密封環１が回動して、いずれかの干渉溝１５が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１０は流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置にはない。
　なお、干渉溝１５は、周方向に等配で設けられる必要はなく、また、１２個に限定されない。要は、回転側密封環１が回動して、いずれかの干渉溝１５が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１５は流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置になければよい。
　実施例２においては、干渉溝１５が周方向に多数設けられるため、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとの圧力差を、実施例１の場合より頻繁に、交互に変動させることができ、流体循環溝１０における堆積物の発生を、より一層、防止することができる。
　図５を参照して、本発明の実施例３に係る摺動部品について説明する。
　実施例３は、干渉溝の内径側の端部が回転側密封環１の摺動部分Ｓｓ内まで延びている点で図２に示す実施例１と相違するが、その他の点は実施例１と同じである。
　なお、図４において、図２と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
　図５において、回転側密封環１の摺動面Ｓには、干渉溝２０が周方向に３等配で設けられている。干渉溝２０は高圧流体側に連通され、干渉溝２０の内径側の端部２０ａは、破線で示すように、流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂと径方向において重複する位置まで延びている。すなわち、干渉溝２０は、径方向において外径側の摺動面余裕代Ｓｏにとどまらず、回転側密封環１の摺動部分Ｓｓまで延びるように形成されている。
　回転側密封環１が回動されると、干渉溝２０の付近において渦が生成され、渦を伴った干渉溝２０が周方向に移動するが、その際、干渉溝２０は流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂの上を通過する。このため、流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂに対する干渉溝２０の影響が大きくなり、入口部１０ａ及び出口部１０ｂの圧力の変動も大きくなる。
　入口部１０ａと出口部１０ｂとの圧力差が大きくなり、それが絶えず交互に変動するため、流体循環溝１０内における堆積物の発生は、より一層、防止されることになる。
　実施例３においては、干渉溝２０の内径側の端部２０ａが、流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂと径方向において重複する位置まで延びていることにより、干渉溝２０による圧力変動作用が流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂに、直に、及ぼされるため、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとの圧力差を、さらにより一層、大きくすることができるという顕著な効果を奏する。
　図６を参照して、本発明の実施例４に係る摺動部品について説明する。
　実施例４は、干渉溝の内径側の端部が回転側密封環１の摺動部分Ｓｓ内まで延びている点で図５に示す実施例３と同じであり、図６において、図５と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
　図６において、干渉溝２０は、周方向に１２等配で設けられている。これら複数の干渉溝２０は、いずれかの干渉溝２０が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１０が流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置にないように配設されるものである。図６の場合、流体循環溝１０は３等配で設けられ、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとのなす中心角θ１は約４５°であるのに対し、隣接する干渉溝２０のなす中心角θは３０°であるから、回転側密封環１が回動して、いずれかの干渉溝２０が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝１０は流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置にはない。
　なお、干渉溝２０は、周方向に等配で設けられる必要はなく、また、１２個に限定されない。要は、回転側密封環１が回動して、いずれかの干渉溝２０が流体循環溝１０の入口部１０ａに対向する位置にあるとき、他の干渉溝２０は流体循環溝１０の出口部１０ｂに対向する位置になければよい。
　干渉溝２０は高圧流体側に連通され、干渉溝２０の内径側の端部２０ａは、破線で示すように、流体循環溝１０の入口部１０ａ及び出口部１０ｂと径方向において重複する位置まで延びている。すなわち、干渉溝２０は、径方向において外径側の摺動面余裕代Ｓｏにとどまらず、回転側密封環１の摺動部分Ｓｓまで延びるように形成されている。
　実施例４においては、干渉溝１５が周方向に多数設けられるため、流体循環溝１０の入口部１０ａと出口部１０ｂとの圧力差を、実施例３の場合より頻繁に、交互に変動させることができ、流体循環溝１０における堆積物の発生を、より一層、防止することができる。
　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、摺動部品を構成するメカニカルシールの固定側密封環に流体循環溝を設け、回転側密封環に干渉溝を設ける場合について説明したが、これとは逆に、回転側密封環に流体循環溝、固定側密封環に干渉溝を設けてもよい。
　また、例えば、前記実施例１及び２では、干渉溝の内径側端部が径方向において流体循環溝の入口部及び出口部の近傍に配設し、実施例３及び４では、干渉溝の内径側端部が径方向において流体循環溝の入口部及び出口部に重複するように配設する場合について説明したが、これらに限らず、これらの形態をミックスさせてもよい。
　 １　　　　　　　回転側密封環
　 ２　　　　　　　回転軸
　 ３　　　　　　　スリーブ
　 ４　　　　　　　カップガスケット
　 ５　　　　　　　固定側密封環
　 ６　　　　　　　ハウジング
　 ７　　　　　　　コイルドウェーブスプリング
　 ８　　　　　　　ベローズ
　 １０　 　　　　 流体循環溝
　 １０ａ　　　　　入口部
　 １０ｂ　　　　　出口部
　 １０ｃ　　　　　連通部
　 １５　　　　　　干渉溝
　 １５ａ　　　　　干渉溝の内径側端部
　 ２０　　　　　　干渉溝
 　２０ａ　　　　　干渉溝の内径側端部
 　Ｒ　　　　　　　ランド部
　 Ｓ　　　　　　　摺動面
　 Ｓｓ　　　　　　摺動部分
　
　
　
　
　
　
　
　
　

Claims (5)

  1. 　互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品の摺動面には、入口部及び出口部を介して高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離された流体循環溝が設けられ、他方の摺動部品の摺動面には前記流体循環溝の流体に対して圧力変動を生起させる干渉溝が高圧流体側に連通するように設けられることを特徴とする摺動部品。
  2. 　前記干渉溝は、周方向に複数設けられ、これら複数の干渉溝は、いずれかの干渉溝が前記流体循環溝の前記入口部に対向する位置にあるとき、他の干渉溝が前記流体循環溝の前記出口部に対向する位置にないように配設されることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記一方の摺動部品は固定側密封環であり、前記他方の摺動部品は回転側密封環であって、前記回転側密封環は前記固定側密封環に対して外径を大きく、かつ、内径を小さく形成され、前記干渉溝は、前記流体循環溝の前記入口部と前記出口部の流体に対して圧力変動を生起させる位置に配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部品。
  4. 　前記干渉溝の内径側の端部は、前記流体循環溝の前記入口部と前記出口部と径方向において近接する位置まで延びていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の摺動部品。
  5. 　前記干渉溝の内径側の端部は、前記流体循環溝の前記入口部及び前記出口部と径方向において重複する位置まで延びていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の摺動部品。
    　
    　
    　
    　
    　
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