WO2020162025A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2020162025A1
WO2020162025A1 PCT/JP2019/047890 JP2019047890W WO2020162025A1 WO 2020162025 A1 WO2020162025 A1 WO 2020162025A1 JP 2019047890 W JP2019047890 W JP 2019047890W WO 2020162025 A1 WO2020162025 A1 WO 2020162025A1
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WO
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groove
dynamic pressure
fluid
sliding component
sliding
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PCT/JP2019/047890
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啓志 鈴木
雄一郎 徳永
雄大 根岸
裕貴 井上
翔悟 福田
航 木村
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イーグル工業株式会社
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    • F16C33/743—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid retained in the sealing gap

Definitions

  • the present invention relates to a relative rotating sliding component, for example, a sliding component used in a shaft sealing device that seals a rotary shaft of an automobile, a general industrial machine, or other rotary machine in a sealing field, an automobile, a general industrial machine. Or, it relates to a sliding component used for a bearing of a rotary machine in other bearing fields.
  • a shaft sealing device that seals a rotating shaft of a rotary machine such as a pump or a turbine to prevent leakage of a sealed fluid is configured to rotate relatively and to have end faces on a plane slide with each other.
  • a mechanical seal made of two parts, for example, a mechanical seal.
  • the mechanical seal is provided with a stationary sealing ring as a sliding component fixed to the housing and a rotary sealing ring as a sliding component fixed to the rotating shaft and rotating together with the rotating shaft.
  • Patent Document 1 since the plurality of fluid introduction grooves communicating with the space on the sealed fluid side are formed, it is easy to introduce the sealed fluid into the dynamic pressure generation groove. By supplying the sealed fluid whose pressure is increased from the end point of the dynamic pressure generating groove between the sliding parts, it is possible to reduce friction between the sliding parts, while at the same time the fluid introduction groove is driven when the rotating machine is driven.
  • the sealed fluid introduced from the above may leak to the leak side without being collected in the dynamic pressure generation groove, and there is a problem that the sealing performance as the sliding component cannot be secured.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a sliding component capable of ensuring hermeticity while smoothly sliding a sliding surface during rotation. To do.
  • the sliding component of the present invention It is an annular sliding component that is arranged at a location that rotates relative to a rotating machine when it is driven, in which the sealed fluid exists in the space on one side of the inner and outer diameters, and the space on the other side is the space on the leak side.
  • a communication groove having a starting point that communicates with the space on the sealed fluid side in the radial direction, a storage groove that communicates with the communication groove, and an end point when the rotary machine is driven.
  • a plurality of dynamic pressure generating grooves that generate dynamic pressure are formed, The dynamic pressure generating groove is located closer to the sealed fluid side than the storage groove in the radial direction.
  • the sealed fluid introduced from the communication groove formed in the sliding surface is supplied to the storage groove communicating with the communication groove, and the sliding surface is operated together with the dynamic pressure generating action of the dynamic pressure generating groove. It can be slid smoothly. Further, since the storage groove communicates with the space on the sealed fluid side, which is the outside of the sliding component, by the communication groove, by returning the excess sealed fluid to the sealed fluid side space, the leaked space is transferred to the sealed fluid side space. The leakage of the sealed fluid can be suppressed, and the sealing performance as a sliding component can be secured.
  • the storage groove is formed in an endless ring shape in the circumferential direction of the sliding surface.
  • the sealed fluid introduced from the storage groove can be evenly distributed in the circumferential direction of the sliding surface, and the sliding surface can be smoothly slid, and the sliding surface is sealed with the sealed fluid side. It is possible to recover the sealed fluid flowing from the space toward the leak side space.
  • a plurality of the communication grooves are formed in the circumferential direction of the sliding surface. According to this, the excess sealed fluid can be efficiently returned from the plurality of communication grooves formed in the circumferential direction of the sliding surface to the space on the sealed fluid side.
  • the communication groove and the dynamic pressure generation groove have a curved shape that is inclined in the same direction as each other. According to this, it is possible to effectively utilize the space of the sliding surface to form a large number of communication grooves and a large number of dynamic pressure generation grooves. As a result, smooth sliding can be performed evenly in the circumferential direction, and excess fluid to be sealed can be efficiently returned.
  • the communication groove is formed to discharge the fluid in the communication groove toward the starting point of the communication groove when the rotary machine is driven. According to this, the excess sealed fluid in the communication groove is easily discharged to the outside due to the rotation of the rotary machine.
  • the storage groove and the starting point of the dynamic pressure generation groove communicate with each other. According to this, since the sealed fluid introduced from the communication groove is guided to the dynamic pressure generation groove when the rotary machine is stopped, it can be slid smoothly when the rotary machine rotates at a low speed.
  • a special dynamic pressure generation groove communicates with the communication groove on a side closer to a start point of the communication groove than a start point of the dynamic pressure generation groove that generates dynamic pressure when the rotary machine is driven.
  • the special dynamic pressure generation groove is provided on the side closer to the starting point of the communication groove than the starting point of the dynamic pressure generation groove, fluid lubrication at low speed rotation of the rotary machine can be reliably realized.
  • the special dynamic pressure generation groove is communicated with the communication groove, the fluid is not additionally supplied from the dynamic pressure generation groove during high speed rotation of the rotary machine, so that high dynamic pressure is not generated.
  • the sliding component constitutes an inside mechanical seal that seals leakage of the sealed fluid in the inner diameter direction. According to this, the extra sealed fluid introduced from the communication groove can be effectively discharged to the space on the outer peripheral side by utilizing the centrifugal force generated when the rotating machine rotates at high speed.
  • the dynamic pressure generation groove, the communication groove, and the storage groove are formed on a sliding surface of the sliding component fixed to a member on the rotation side of the rotary machine. According to this, since the sliding component fixed to the member on the rotating side of the rotating machine is greatly affected by the centrifugal force, the communication groove that has entered the dynamic pressure generating groove, the communication groove, and the storage groove. Can be efficiently discharged.
  • the sealed fluid may be a liquid, or may be a mist form in which a liquid and a gas are mixed.
  • FIG. 1 It is a sectional view showing structure of a rotary machine in which a mechanical seal provided with a sliding component in Example 1 of the present invention is used. It is the figure which looked at the stationary seal ring of a mechanical seal from the sliding surface side.
  • 5 is a conceptual diagram showing movement of fluid during extremely low speed rotation of the rotary machine in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing movement of fluid during high speed rotation of the rotary machine in the first embodiment. It is the figure which looked at the stationary seal ring in Example 2 of this invention from the sliding surface side.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing movement of fluid during extremely low speed rotation of a rotating machine in a second embodiment.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing movement of fluid during low-speed rotation of a rotary machine according to a second embodiment.
  • FIG. 8 is a view of a stationary seal ring in Example 3 viewed from a sliding surface side.
  • FIG. 13 is a view of a stationary seal ring according to a modified example 1 of Example 3 as viewed from the sliding surface side.
  • FIG. 9 is a view of the stationary seal ring in Example 4 as viewed from the sliding surface side.
  • FIG. 11 is a view of a stationary seal ring according to a second modification of the fourth embodiment as viewed from the sliding surface side.
  • FIG. 9 is a view of a stationary seal ring in Modification 3 as seen from a sliding surface side.
  • FIG. 11 is a view of a stationary seal ring in Modification 4 as seen from a sliding surface side.
  • FIG. 11 is a view of a stationary seal ring in Modification 5 as seen from a sliding surface side.
  • the sliding component in this embodiment is, for example, a rotary seal ring 3 and a stationary seal ring 6 that form a mechanical seal that is a shaft seal device that seals the rotary shaft of a rotary machine in an automobile, a general industrial machine, or other sealing fields. Is. Further, for convenience of description, in the drawings, dots are added to grooves and the like formed on the sliding surface.
  • an annular rotary seal ring 3 is provided on the rotary shaft 1 side through a sleeve 2 so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 1, and is fixed to a housing 4 of a rotary machine.
  • the stationary seal ring 5 provided in the non-rotatable and axially movable state on the sealed seal cover 5 is slid by the urging means 7 for urging the stationary seal ring 6 in the axial direction.
  • the surfaces S are slidably in close contact with each other. That is, in this mechanical seal, in the sliding surface S between the rotary seal ring 3 and the stationary seal ring 6, the outer circumference side of the sliding surface S as the sealed fluid side has the inner circumference as the leak side.
  • the sealed fluid is a high-pressure fluid such as a liquid or mist, and a low-pressure fluid such as the atmosphere or a dry gas exists in the space on the inner peripheral side of the mechanical seal.
  • the rotary seal ring 3 and the stationary seal ring 6 are typically made of SiC (hard material) or a combination of SiC (hard material) and carbon (soft material). Those used as moving materials can be applied.
  • SiC include materials including two or more kinds of phases having different components and compositions, such as a sintered body using a sintering aid such as boron, aluminum, or carbon, for example, SiC in which graphite particles are dispersed, or SiC and Si.
  • a sintering aid such as boron, aluminum, or carbon
  • SiC in which graphite particles are dispersed, or SiC and Si There are reaction-sintered SiC, SiC-TiC, SiC-TiN, etc.
  • carbon there can be used carbon including a mixture of carbonaceous material and graphite, resin-molded carbon, sintered carbon, and the like.
  • a metal material, a resin material, a surface modifying material (coating material), a composite material, or the like can be applied.
  • the sliding surface S of the rotary seal ring 3 is formed with a plurality of dynamic pressure generating grooves 10 arranged along the circumferential direction and separated from each other in the circumferential direction.
  • the dynamic pressure generating grooves 10 are formed in total 34 in the circumferential direction, and a predetermined number (17 in this case) are formed side by side in the circumferential direction with the same spacing width.
  • the dynamic pressure generating groove 10 has a start point 11 and an end point 12 located inside the sliding surface S, and is formed in a curved shape inclined in the rotational direction.
  • the dynamic pressure generating groove 10 has a curved shape composed of a component extending in the circumferential direction and a component extending in the radial direction.
  • the dynamic pressure generating groove 10 can be formed by subjecting the mirror-finished sliding surface S to fine processing such as laser processing or sandblasting.
  • the end point 12 of the dynamic pressure generating groove 10 is a wall 12a extending along the circumferential direction in a top view and extending in a direction orthogonal to the sliding surface S, and the end surface 12 is curved in the sliding direction S while being inclined in the rotation direction in a top view. It is defined by the walls 12b and 12c extending in a direction orthogonal to each other and forms a closed end.
  • a communication groove 13 is formed between the dynamic pressure generating grooves 10 ′ at the outermost ends of the predetermined number (17 here) of the dynamic pressure generating grooves 10.
  • the communication groove 13 communicates with a storage groove 16 which will be described later on the inner peripheral side (that is, the low pressure fluid side) of the rotary seal ring 3 from a starting point 14 that opens so as to communicate with the space on the outer peripheral side (that is, the high pressure fluid side).
  • the communication groove 13 is formed side by side with the adjacent dynamic pressure generating groove 10 and the adjacent dynamic pressure generating groove 10 with the same spacing width in the circumferential direction. That is, the 34 dynamic pressure generation grooves 10 and the two communication grooves 13 are equally arranged in the circumferential direction.
  • An endless annular storage groove 16 is formed on the inner diameter side of the starting point 11 of the dynamic pressure generating groove 10, and the starting point 11 of all the dynamic pressure generating grooves 10 and the end point 15 of the communication groove 13 are formed in this storage groove 16. And are in communication with each other.
  • the storage groove 16 is formed in the same depth as the communication groove 13, and the storage groove 16 and the communication groove 13 are formed deeper than the dynamic pressure generation groove 10. The depth is the distance from the sliding surface S. Further, the storage groove 16 and the communication groove 13 may have different depths, but both are formed deeper than the dynamic pressure generating groove 10. In this way, since the communication groove 13 is deep, the sealed fluid flows between the space on the sealed fluid side and the storage groove 16 through the communication groove 13 by static pressure regardless of the driving state of the rotating machine.
  • the portion of the sliding surface S where the dynamic pressure generating groove 10, the communication groove 13, and the storage groove 16 are not formed is a land portion that forms a flat surface.
  • the dynamic pressure generating groove 10, the communication groove 13, and the storage groove 16 each have a U-shaped cross section whose both side surfaces are orthogonal to the bottom surface, and each bottom surface is parallel to the land portion. Note that these bottom surfaces may be inclined with respect to the land portion, and the cross-sectional shape thereof may be other than U-shape, for example, V-shape.
  • FIGS. 2 to 4 indicate the relative rotation directions of the stationary seal ring 6 which is a mating sliding component.
  • FIG. 3 is a diagram showing a case of extremely low speed rotation such as starting or restarting and a case of a stopped state.
  • the high pressure fluid is introduced from the communication groove 13 formed on the sliding surface S by its own fluid pressure, and further supplied to the storage groove 16 which communicates with the communication groove 13. It is supplied to the dynamic pressure generating groove 10 communicating with 16. Then, during extremely low speed rotation, the high pressure fluid in the communication groove 13, the storage groove 16 and the dynamic pressure generating groove 10 moves following the sliding surface S of the stationary seal ring 6 facing each other due to the viscosity, and mainly the dynamic pressure is generated.
  • a high-pressure fluid is supplied from the end point 12 of the groove 10 between the sliding surfaces S, and a fluid film is formed between these sliding surfaces S.
  • the lubricity of the sliding surface S can be secured during extremely low speed rotation.
  • the rotation speed since the rotation speed is low, the amount of the high-pressure fluid discharged from the starting point 14 of the storage groove 16 to the outside (that is, the discharge amount) is small, and the high-pressure fluid is a liquid and has a high viscosity. Therefore, the fluid film is maintained and the fluid is lubricated.
  • the storage groove 16 communicates with the outside of the stationary seal ring 6 (that is, the space on the outer diameter side where the sealed fluid exists) by the communication groove 13, the sealed fluid, which is an extra high-pressure fluid, is transferred to the sealed fluid.
  • the leak of the sealed fluid into the space on the leak side can be suppressed, and the sealing performance as the shaft sealing device can be secured.
  • the low-pressure fluid is drawn from the inner circumference of the rotary seal ring 3 to the starting point 11 of the storage groove 16 or the dynamic pressure generation groove 10, as indicated by the arrow L1.
  • the low-pressure fluid drawn in this way increases in pressure while flowing toward the end point 12 side of the dynamic pressure generation groove 10 as shown by an arrow L2.
  • the high-pressure fluid in the dynamic pressure generating groove 10 is pushed out from the end point 12 to the sliding surface S as shown by the arrow H1.
  • the high-pressure fluid since the high-pressure fluid has a high viscosity, the high-pressure fluid becomes a lump and is instantly pushed out from the dynamic pressure generation groove 10 to the sliding surface S by the low-pressure fluid, and then immediately leaks from the end point 12 of the dynamic pressure generation groove 10.
  • the high-pressure low-pressure fluid discharges the rotary seal ring 3 to the outside.
  • the dynamic pressure generating groove 10 generates a large pressure by the low-pressure fluid, and the rotary seal ring 3 and the stationary seal ring 6 are separated from each other to provide non-contact lubrication.
  • a relatively positive dynamic pressure is generated on the side of the starting point 14 of the communication groove 13, and a negative pressure is generated on the inner diameter side communicated with the storage groove 16, so that the high pressure located in the communication groove 13 is high.
  • the fluid is discharged to the outside of the rotary seal ring 3.
  • the storage groove 16 into which the high-pressure fluid is introduced is located on the inner peripheral side of the dynamic pressure generation groove 10 (that is, the low-pressure fluid side), in other words, the dynamic pressure generation groove 10 is located closer to the starting point 14 side of the communication groove 13 than the storage groove 16. Therefore, by moving the low-pressure fluid in the outer diameter direction (that is, the high-pressure fluid direction), the high-pressure fluid in the storage groove 16 can be pushed out to the space on the high-pressure fluid side through the communication groove 13, and It is possible to rapidly shift from fluid lubrication to non-contact lubrication using a low pressure fluid.
  • the storage groove 16 communicates with the starting point 11 of the dynamic pressure generation groove 10, the high-pressure fluid in the storage groove 16 passes through the dynamic pressure generation groove 10 during high speed rotation of the rotating machine. It is pushed out from the end point 15 by the low-pressure fluid drawn into 10, and effectively and quickly discharged into the space on the high-pressure fluid side. Further, by flowing the high-pressure fluid from the starting point 11 to the end point 12 in the dynamic pressure generating groove 10, the contaminants that have entered the dynamic pressure generating groove 10 having the closed end point 12 on the outer peripheral side (that is, the high-pressure fluid side) are washed away. You can
  • each dynamic pressure generating groove 10 since the walls 12a extending in the direction orthogonal to the sliding surface S of each dynamic pressure generating groove 10 are arranged along the circumferential direction, the high pressure fluid can be evenly discharged in the circumferential direction on the sliding surface S, The fluid lubrication can be changed to the non-contact lubrication in a shorter time.
  • the communication groove 13 is formed so as to generate a dynamic pressure at the starting point 14 and its vicinity when the rotary machine is driven, it is difficult for high-pressure fluid to be introduced into the communication groove 13 during high-speed rotation of the rotary machine, and It is easy to be discharged from the communication groove 13 to the space on the sealed fluid side.
  • the storage groove 16 is formed in an endless annular shape in the circumferential direction of the sliding surface S, the high-pressure fluid can be evenly distributed and lubricated in the circumferential direction of the sliding surface S during extremely low speed rotation. During high-speed rotation, the high-pressure fluid can be evenly dispersed in the circumferential direction and effectively discharged.
  • the high pressure fluid is passed from the plurality of communication grooves 13 formed in the circumferential direction of the sliding surface S to the circumferential direction of the storage groove 16. Can be supplied quickly.
  • the excess sealed fluid can be efficiently returned from the plurality of communication grooves 13 formed in the circumferential direction of the sliding surface S to the space on the sealed fluid side.
  • the communication groove 13 and the dynamic pressure generation groove 10 are curved shapes that are inclined in the same direction as each other, the communication groove 13 and the dynamic pressure generation groove 10 are respectively utilized by effectively utilizing the space of the sliding surface S. A large number can be formed, uniform lubrication can be performed in the circumferential direction at both extremely low speed rotation and high speed rotation, and excess fluid to be sealed can be efficiently returned.
  • the rotary seal ring 3 which is a sliding component, constitutes an inside mechanical seal that seals the high-pressure fluid existing on the outer peripheral side in the inner peripheral direction. According to this, the high pressure fluid can be effectively discharged to the outer peripheral side from the communication groove 13, the dynamic pressure generation groove 10 and the storage groove 16 by utilizing the centrifugal force generated when the rotating machine rotates at high speed.
  • the dynamic pressure generation groove 10 the communication groove 13 and the storage groove 16 are formed on the rotary seal ring 3 which is fixed to the rotating shaft 1 and is largely influenced by the centrifugal force, the dynamic pressure generation groove 10 and the storage groove 16 are communicated with each other.
  • the high-pressure fluid that has entered the groove 13 and the storage groove 16 can be efficiently discharged.
  • the dynamic pressure generating groove 10, the communicating groove 13, and the storage groove 16 were demonstrated as what is formed in the rotary sealing ring 3, it is not restricted to this,
  • the sliding surface of the stationary sealing ring 6 is not limited to this. S may be formed, or both the sliding surface S of the rotary seal ring 3 and the sliding surface S of the stationary seal ring 6 may be formed.
  • the dynamic pressure generating groove 10, the communication groove 13 and the storage groove 16 may be formed separately in different sliding parts (that is, the rotary sealing ring 3 and the stationary sealing ring 6).
  • the dynamic pressure generating groove 10 is not limited to the curved shape, but may be, for example, a linear shape that is inclined in the circumferential direction and the radial direction, or a shape in which a straight line is bent.
  • the communication groove 13 may be formed in a straight line extending in the radial direction, as long as the storage groove 16 side (low-pressure fluid side) does not easily generate dynamic pressure when the rotary machine is driven.
  • the sliding component constitutes a mechanical seal
  • the present invention is not limited to this, and it can be used for a thrust bearing, for example.
  • the high pressure fluid is present in the sealed fluid side space on the outer peripheral side of the sliding surface S
  • the low pressure fluid is present in the leak side space which is the inner peripheral side.
  • the fluids existing in the sealed fluid side space and the leak side space of the sliding surface S may have the same pressure, and both of them may be gas or both may be liquid. That is, as a possible mode, for example, the communication groove 13 communicates with the space on the leak side, the fluid in the space on the leak side is introduced into the sliding surface S at the time of extremely low speed rotation, and the space on the sealed fluid side at the time of high speed rotation.
  • the sealed fluid of 10 may be taken into the dynamic pressure generation groove 10 and the dynamic pressure may be generated at the end point 12 thereof.
  • the storage groove 16 on the sliding surface S is closer to the sealed fluid than the dynamic pressure generation groove 10. Will be located on the side.
  • the non-contact lubrication example described with reference to FIG. 4 when driven by the high speed rotation of the rotating machine has been described, but the present invention is not limited to the drive state and the lubrication state, and at least the motion described with reference to FIG. It suffices that the pressure generating groove 10 generate a dynamic pressure using the sealed fluid.
  • a dynamic pressure may be generated using the fluid to be sealed by the dynamic pressure generating groove 10 described with reference to FIG. 3, which results in non-contact lubrication. That is not mandatory.
  • the special dynamic pressure generation groove 20 that causes The special dynamic pressure generation groove 20 has a curved shape extending along the circumferential direction, and is formed so as to gradually narrow toward the end point 21.
  • the special dynamic pressure generating grooves 20 for the high-pressure fluid are formed in a smaller number than the dynamic pressure generating grooves 10 for the low-pressure fluid, as shown in FIG. In the case of low speed operation before reaching, fluid lubrication by the high pressure fluid and non-contact lubrication by the low pressure fluid can coexist. Further, since the special dynamic pressure generating groove 20 for high pressure fluid is formed on the outer diameter side of the sliding surface S with respect to the end point 12 of the dynamic pressure generating groove 10, the fluid film formed by the high pressure fluid is on the outer peripheral side (high pressure fluid side).
  • the high-pressure fluid is pushed out from the inner circumference side (low-pressure fluid side) to the outer circumference side when the dynamic pressure of the low-pressure fluid is sufficiently secured at high-speed rotation.
  • the transition to non-contact lubrication by fluid can be completed quickly.
  • the negative pressure generating groove 23 communicates with the inner peripheral side of the storage groove 16 (that is, the low-pressure fluid side).
  • the negative pressure generation groove 23 is a shallow groove that is shorter and deeper than the dynamic pressure generation groove 10 and shallower than the storage groove 16, and has a curved shape with the same curvature as the dynamic pressure generation groove 10 that extends along the circumferential direction.
  • the negative pressure generation groove 23 since the excess sealed fluid that leaks to the inner peripheral side on the sliding surface S with respect to the storage groove 16 is collected in the storage groove 16 by the negative pressure generation groove 23, it is possible to move to the space on the leak side. Leakage of the sealed fluid can be suppressed, and the sealing performance of the shaft sealing device can be ensured. Further, since the negative pressure generation groove 23 is formed shorter and deeper than the dynamic pressure generation groove 10, the negative pressure generation groove 23 has a capacity to temporarily store the excess sealed fluid leaked to the inner peripheral side from the storage groove 16. While securing the negative pressure, the negative pressure generated at the end point 24 in the negative pressure generating groove 23 is not larger than necessary and does not hinder the slidability.
  • the low pressure fluid on the inner peripheral side can be positively drawn into the storage groove 16 by the negative pressure generating groove 23, so that the dynamic pressure due to the low pressure fluid can be promptly increased during high speed rotation. It is possible to secure and quickly complete the transition from fluid lubrication to non-contact lubrication in a short time and smoothly.
  • FIG. 9 is a first modification of the sliding component according to the third embodiment, in which an inner peripheral side of the storage groove 16 (that is, the low-pressure fluid side) is opened in a space on the inner peripheral side (that is, a space of the low-pressure fluid side).
  • the negative pressure generating groove 25 is formed so as to be separated from the storage groove 16.
  • the negative pressure generating groove 25 is a shallow groove which is shorter and deeper than the dynamic pressure generating groove 10 and shallower than the storage groove 16.
  • the rotary seal ring 3 which is a sliding component has a predetermined number of dynamic pressure generating grooves 100 and a communication groove formed between the dynamic pressure generating grooves 100 ′ at both ends in the circumferential direction. 130 and the storage groove 16 are formed, respectively.
  • the dynamic pressure generation groove 100 has a start point 101 that opens so as to be able to communicate with a space on the outer peripheral side (that is, the high-pressure fluid side), and an end point 102 is a closed end that is formed annularly on the inner peripheral side (that is, the low-pressure fluid side).
  • the storage groove 16 is arranged so as to be separated from the storage groove 16 on the outer peripheral side in the radial direction.
  • the communication groove 130 extends from the starting point 14 opening on the outer peripheral side (that is, the high-pressure fluid side) to the end point 15 on the inner peripheral side (that is, the low-pressure fluid side), and is formed of a groove having the same curvature as the dynamic pressure generating groove 100. ing.
  • the communication groove 130 communicates with the storage groove 16 at the end point 15.
  • the sealed fluid which is a high-pressure fluid
  • the sealed fluid in the communication groove 130, the storage groove 16, and the dynamic pressure generation groove 100 moves to the sliding surface S of the stationary seal ring 6 facing each other due to the viscosity, and mainly the dynamic pressure generation groove.
  • a high-pressure fluid is supplied between the sliding surfaces S from the end point 102 of 100, and a fluid film is formed between these sliding surfaces S.
  • the storage groove 16 communicates with the outside of the stationary seal ring 6 (that is, the space on the outer diameter side where the sealed fluid exists) by the communication groove 130, leakage of excess sealed fluid by returning to the outside It is possible to suppress the leakage of the sealed fluid to the side and ensure the sealing performance of the shaft sealing device.
  • the negative pressure generating groove 23 is communicated with the inner peripheral side (that is, the low pressure fluid side) of the storage groove 16 so that a negative pressure is generated at the end point 24 on the inner peripheral side when the rotating machine is driven. .. According to this, since the excess sealed fluid leaking to the inner peripheral side from the storage groove 16 is collected in the storage groove 16 by the negative pressure generating groove 23, the sealed fluid does not leak to the leak side space. It is possible to suppress and secure the sealing performance as the shaft sealing device.
  • the communication groove 130 and the dynamic pressure generation groove 100 are formed to be inclined in the same direction, a large number of the communication groove 130 and the dynamic pressure generation groove 100 are formed by effectively utilizing the space of the sliding surface. Therefore, smooth sliding can be performed evenly in the circumferential direction, and excess fluid to be sealed can be efficiently returned to the outside.
  • FIG. 11 is a second modification of the sliding component according to the fourth embodiment, in which the storage groove 16 is opened on the inner peripheral side (low pressure fluid side) so as to communicate with the inner peripheral side (low pressure fluid side) space.
  • a negative pressure generating groove 25 that is separated from the storage groove 16 is formed.
  • the negative pressure generating groove 25 is a shallow groove which is shorter and deeper than the dynamic pressure generating groove 100. According to this, at the time of rotation of the rotary machine, negative pressure is generated at the end point 27 of the negative pressure generation groove 25 on the storage groove 16 side and in the vicinity thereof, and the fluid in the vicinity is drawn into the negative pressure generation groove 25, and the inner circumference Since it is discharged to the space on the side, the fluid in the space on the inner peripheral side can be prevented from entering the sliding surface.
  • the storage groove is not limited to the configuration formed in an endless annular shape, but may be formed by being divided into a plurality in the circumferential direction. Good.
  • the communication groove 13 communicates with each storage groove 160.
  • each of the storage grooves 160 communicates with one or a plurality of dynamic pressure generating grooves 10. Note that, as shown in FIG. 12, the starting points 111 of the dynamic pressure generating grooves 110 between the adjacent storage grooves 160 do not have to communicate with the storage grooves 160.
  • the dynamic pressure generating groove 120 may be formed such that the starting point 112 thereof is slightly spaced from the storage groove 16 in the radial direction. .. Even in this case, at the time of high-speed rotation, the negative pressure generated at the starting point 121 of the dynamic pressure generating groove 100 causes the land portion between the storage groove 16 and the starting point 121 of the dynamic pressure generating groove 120 to get over, and the dynamic pressure generating groove 120. Low-pressure fluid can be drawn into.
  • a part of the dynamic pressure generation groove may be formed to be slightly separated from the storage groove in the radial direction, and another dynamic pressure generation groove may be formed to communicate with the storage groove.
  • the mechanical seal having the rotary sealing ring 3 which is the sliding component in each of the above-described embodiments has been described by taking the inside type as an example. It may be applied to an outside type, which is a type that seals a fluid that leaks from the outer peripheral direction.

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Abstract

回転時において摺動面を円滑に摺動させながら、密封性を確保することができる摺動部品を提供する。　回転機械の駆動時に相対回転する箇所に配置され、内径と外径の一方側の空間に被密封流体が存在し他方側の空間が漏れ側の空間となっている環状の摺動部品３であって、摺動部品３の摺動面Ｓには、径方向において被密封流体側に連通する始点１４を有する連通溝１３と、連通溝１３と連通する貯留溝１６と、回転機械の駆動時にその終点にて動圧を生じさせる複数の動圧発生溝１０とが形成されており、動圧発生溝１０は、径方向において貯留溝１６よりも被密封流体側に位置している。

Description

摺動部品
　本発明は、相対回転する摺動部品に関し、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封する軸封装置に用いられる摺動部品、または自動車、一般産業機械、あるいはその他の軸受分野の回転機械の軸受に用いられる摺動部品に関する。
　従来、ポンプやタービン等の回転機械の回転軸を軸封し、被密封流体の漏れを防止する軸封装置には、相対的に回転し、かつ平面上の端面同士が摺動するように構成された２部品からなるもの、例えばメカニカルシールがある。メカニカルシールは、ハウジングに固定される摺動部品としての静止密封環と、回転軸に固定され回転軸とともに回転する摺動部品としての回転密封環と備え、これらの摺動面を相対回転させることにより、ハウジングと回転軸との間の隙間を軸封している。
　このようなメカニカルシールは、密封性を長期的に維持させるためには、「密封」と「潤滑」という機能を同時に達成させなければならない。特に、近年においては、環境対策などのために、被密封流体の漏れ防止を図りつつ、摺動により失われるエネルギーを低減させるべく、より一層、低摩擦化の要求が高まっている。例えば、低摩擦化の手法として、摺動面に漏れ側に連通する複数の動圧発生溝と被密封流体側に連通する複数の流体導入溝を形成することで、２つの摺動部品同士の相対回転により被密封流体を動圧発生溝内に引き込ませ、動圧発生溝の終点にて動圧を発生させることで、摺動面間に流体膜を介在させた状態で摺動する、いわゆる流体潤滑状態とし、摺動部品同士の低摩擦化を可能にしたものがある（例えば特許文献１参照）。
特許第６４４４４９２号公報（第１２頁、第７図）
　このように、特許文献１にあっては、被密封流体側の空間に連通する複数の流体導入溝を形成していることから被密封流体を動圧発生溝に導入し易くなっており、これらの動圧発生溝の終点から圧力が高められた被密封流体を摺動部品間に供給することで、摺動部品間を低摩擦化することができる一方で、回転機械の駆動時に流体導入溝から導入された被密封流体が動圧発生溝で回収されずに漏れ側へ漏出してしまう虞があり、摺動部品としての密封性を確保できないという問題がある。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、回転時において摺動面を円滑に摺動させながら、密封性を確保することができる摺動部品を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
　回転機械の駆動時に相対回転する箇所に配置され、内径と外径の一方側の空間に被密封流体が存在し他方側の空間が漏れ側の空間となっている環状の摺動部品であって、
　前記摺動部品の摺動面には、径方向において被密封流体側の空間に連通する始点を有する連通溝と、該連通溝と連通する貯留溝と、前記回転機械の駆動時にその終点にて動圧を生じさせる複数の動圧発生溝とが形成されており、
　前記動圧発生溝は、径方向において前記貯留溝よりも被密封流体側に位置している。
　これによれば、摺動面に形成された連通溝から導入された被密封流体は、連通溝と連通する貯留溝に供給され、動圧発生溝による動圧発生作用と併せて摺動面を円滑に摺動させることができる。また、貯留溝は連通溝によって摺動部品の外部である被密封流体側の空間と連通しているため、余分な被密封流体を被密封流体側の空間に戻すことで、漏れ側の空間への被密封流体の漏出を抑制し、摺動部品としての密封性を確保することができる。
　好適には、前記貯留溝は、前記摺動面の周方向に無端環状に形成されている。
　これによれば、摺動面の周方向に貯留溝から導入された被密封流体を均等に分布させて摺動面を円滑に摺動させることができるとともに、摺動面間を被密封流体側から漏れ側の空間に向かって流れる被密封流体を回収可能となっている。
　好適には、前記連通溝は、前記摺動面の周方向に複数形成されている。
　これによれば、摺動面の周方向に複数形成された連通溝から被密封流体側の空間に、余分な被密封流体を効率よく戻すことができる。
　好適には、前記連通溝と前記動圧発生溝とは、互いに同方向に傾斜する湾曲形状である。
　これによれば、摺動面のスペースを有効活用して、連通溝と動圧発生溝とをそれぞれ多数形成することができる。これにより、周方向に均等に円滑な摺動を行うことができ、かつ余分な被密封流体を効率よく戻すことができる。
　好適には、前記連通溝は前記回転機械の駆動時において該連通溝内の流体を前記連通溝の始点に向けて排出させるように形成されている。
　これによれば、回転機械の回転により連通溝内の余分な被密封流体が外部に排出されやすい。
　好適には、前記貯留溝と前記動圧発生溝の始点とが連通している。
　これによれば、回転機械の停止時に動圧発生溝に連通溝から導入された被密封流体が導かれるため回転機械の低速回転時に円滑に摺動させることができる。
　好適には、前記連通溝には、前記回転機械の駆動時に動圧を生じさせる前記動圧発生溝の始点よりも前記連通溝の始点側に、特別動圧発生溝が連通している。
　これによれば、動圧発生溝の始点よりも連通溝の始点側に特別動圧発生溝が設けられているため回転機械の低速回転時の流体潤滑を確実に実現できる。また、特別動圧発生溝は連通溝に連通されているため、回転機械の高速回転時に追加的に動圧発生溝から流体が供給されず、高い動圧が生じないようになっている。
　好適には、前記摺動部品は、被密封流体の内径方向への漏れを密封するインサイド型のメカニカルシールを構成する。
　これによれば、回転機械の高速回転時に発生する遠心力を利用して連通溝から導入された余分な被密封流体を外周側の空間に効果的に排出することができる。
　好適には、前記動圧発生溝と前記連通溝と前記貯留溝とは、前記回転機械の回転側の部材に固定される前記摺動部品の摺動面に形成されている。
　これによれば、回転機械の回転側の部材に固定される摺動部品では遠心力の影響が大きいため、これら動圧発生溝と連通溝と貯留溝とに入り込んだ連通溝余分な被密封流体を効率よく排出することができる。
　尚、被密封流体は、液体であってもよいし、液体と気体が混合したミスト状であってもよい。
本発明の実施例１における摺動部品を備えるメカニカルシールが使用される回転機械の構造を示す断面図である。 メカニカルシールの静止密封環を摺動面側から見た図である。 実施例１における回転機械の極低速回転時の流体の移動を示す概念図である。 実施例１における回転機械の高速回転時の流体の移動を示す概念図である。 本発明の実施例２における静止密封環を摺動面側から見た図である。 実施例２における回転機械の極低速回転時の流体の移動を示す概念図である。 実施例２における回転機械の低速回転時の流体の移動を示す概念図である。 実施例３における静止密封環を摺動面側から見た図である。 実施例３の変形例１における静止密封環を摺動面側から見た図である。 実施例４における静止密封環を摺動面側から見た図である。 実施例４の変形例２における静止密封環を摺動面側から見た図である。 変形例３における静止密封環を摺動面側から見た図である。 変形例４における静止密封環を摺動面側から見た図である。 変形例５における静止密封環を摺動面側から見た図である。
　本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
　実施例１に係る摺動部品につき、図１から図４を参照して説明する。
　本実施例における摺動部品は、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封する軸封装置であるメカニカルシールを構成する回転密封環３と静止密封環６である。また、説明の便宜上、図面において、摺動面に形成される溝等にドットを付している。
　図１に示されるように、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円環状の回転密封環３と、回転機械のハウジング４に固定されたシールカバー５に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた円環状の静止密封環６とが、この静止密封環６を軸方向に付勢する付勢手段７によって、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、回転密封環３と静止密封環６との互いの摺動面Ｓにおいて、摺動面Ｓの被密封流体側としての外周側の被密封流体が漏れ側としての内周側へ流出するのを防止するインサイド形式のものである。本実施例において、被密封流体は液体やミスト等の高圧流体であり、メカニカルシールの内周側の空間には大気やドライガス等の気体の低圧流体が存在する。
　回転密封環３及び静止密封環６は、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、摺動材料にはメカニカルシール用摺動材料として使用されているものは適用可能である。ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボンなどを焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＮなどがあり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン、などが利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料なども適用できる。
　図２に示されるように、回転密封環３の摺動面Ｓには、周方向に沿って配置され互いに周方向に分離された複数の動圧発生溝１０が形成されている。動圧発生溝１０は、周方向に全部で３４本形成され、所定の数（ここでは１７本）が周方向に同じ離間幅で並んで形成されている。動圧発生溝１０は始点１１と終点１２とがそれぞれ摺動面Ｓ内に位置しており、回転方向に傾斜して湾曲形状に形成されている。詳しくは、動圧発生溝１０は周方向に延びる成分と径方向に延びる成分とからなる湾曲形状であり、このうち周方向に延びる成分が大きく、静止密封環６の外周縁側に向けて凸となるように形成されている。動圧発生溝１０は、鏡面加工された摺動面Ｓに、レーザ加工やサンドブラスト等による微細加工を施すことにより形成することができる。また、動圧発生溝１０の終点１２は、上面視円周方向に沿うとともに摺動面Ｓに直交する方向に延びる壁１２ａと、上面視回転方向に傾斜して湾曲するとともに摺動面Ｓに直交する方向に延びる壁１２ｂ，１２ｃとによって画成され、閉塞端となっている。
　所定の数（ここでは１７本）の動圧発生溝１０の最両端の動圧発生溝１０’同士の間には、連通溝１３がそれぞれ形成されている。連通溝１３は、外周側（すなわち高圧流体側）の空間に連通可能に開口する始点１４から回転密封環３の内周側（すなわち低圧流体側）にて後述する貯留溝１６と連通する終点１５に亘って延び、動圧発生溝１０と同曲率の溝で形成されている。また、連通溝１３は隣接する動圧発生溝１０とその隣の動圧発生溝１０と同じ周方向の離間幅で並んで形成されている。つまり、３４本の動圧発生溝１０と２本の連通溝１３とが周方向に等配されている。
　動圧発生溝１０の始点１１よりも内径側には、無端環状の貯留溝１６が形成されており、この貯留溝１６には全ての動圧発生溝１０の始点１１と連通溝１３の終点１５とがそれぞれ連通している。貯留溝１６は連通溝１３と同じ深さに形成されており、これら貯留溝１６と連通溝１３は動圧発生溝１０に比べて深く形成されている。なお、深さは摺動面Ｓからの距離である。また、貯留溝１６と連通溝１３の深さは異なっていてもよいが、いずれも動圧発生溝１０よりも深く形成されている。このように、連通溝１３が深いことから、回転機械の駆動状態によらず静的な圧力によって被密封流体は連通溝１３を通って被密封流体側の空間と貯留溝１６との間を行き来可能となっている。これにより、後述するように、回転機械の駆動時に摺動面間に多くの被密封流体が導入された際に、貯留溝１６に蓄えることが可能な量よりも余分な被密封流体は連通溝１３から被密封流体側の空間すなわち外部に排出される。
　摺動面Ｓにおける、動圧発生溝１０、連通溝１３、貯留溝１６が形成されていない部分は、平坦面をなすランド部となっている。また、動圧発生溝１０、連通溝１３、貯留溝１６は、それぞれ底面に両側面が直交する断面形状はＵ字を成しており、それぞれの底面はランド部に平行となっている。尚、これら底面はランド部に対して傾斜してもよく、さらに、これらの断面形状はＵ字以外、例えばＶ字であってもよい。
　続いて、図３と図４を用いて回転機械の駆動時における動作を説明する。尚、図２から図４における矢印は、相手の摺動部品である静止密封環６の相対的な回転方向を指す。
　図３は、始動時や再始動時等の極低速回転時の場合及び停止状態の場合を示す図である。極低速回転時や停止状態においては、高圧流体は自身の流体圧によって摺動面Ｓに形成された連通溝１３から導入され、さらに連通溝１３と連通する貯留溝１６に供給され、さらに貯留溝１６と連通する動圧発生溝１０に供給される。そして、極低速回転時には、これら連通溝１３と貯留溝１６と動圧発生溝１０内の高圧流体は、対向する静止密封環６の摺動面Ｓに粘性により追随移動し、主に動圧発生溝１０の終点１２から摺動面Ｓ間に高圧流体が供給され、これらの摺動面Ｓ間に流体膜が形成される。これにより、極低速回転時において摺動面Ｓの潤滑性を確保できる。この極低速回転時においては、回転数が低いため、貯留溝１６の始点１４から外部に排出される高圧流体の量（すなわち排出量）が少なく、かつ、高圧流体は液体であって粘性が高いため、流体膜が維持され、流体潤滑となっている。また、貯留溝１６は連通溝１３によって静止密封環６の外部（すなわち被密封流体が存在する外径側の空間）と連通しているため、余分な高圧流体である被密封流体を被密封流体側の空間へ戻すことで、漏れ側の空間への被密封流体の漏出を抑制し、軸封装置としての密封性を確保することができる。
　図４に示されるように、回転機械が低圧流体による非接触潤滑が適した高速回転に移行すると、動圧発生溝１０の終点１２に発生する正の動圧が大きくなり、摺動面Ｓ間の隙間が僅かに大きくなるとともに、相対的に動圧発生溝１０の始点１１に負圧が生じる。この負圧により、矢印Ｌ１のように、低圧流体が回転密封環３の内周から貯留溝１６や動圧発生溝１０の始点１１に引き込まれる。このようにして引き込まれた低圧流体は、矢印Ｌ２のように、動圧発生溝１０の終点１２側に流動しつつ圧力が高められる。また、動圧発生溝１０内の高圧流体は、矢印Ｈ１に示すように、終点１２から摺動面Ｓ間に押し出される。ここで、高圧流体は粘性が高いので、一塊となって低圧流体により瞬時に動圧発生溝１０から摺動面Ｓ間に押し出され、その後、直ちに、動圧発生溝１０の終点１２から漏れ出る高圧の低圧流体によって、回転密封環３の外部に排出される。その後、動圧発生溝１０は低圧流体によって大きな圧力を発生させ、回転密封環３と静止密封環６とは離間して非接触潤滑となる。
　また、高速回転時には、連通溝１３の始点１４側で相対的に正の動圧が、貯留溝１６に連通された内径側に負圧が発生するから、連通溝１３内に位置していた高圧流体は回転密封環３の外部に排出される。
　このようにして、極低速回転時から高速回転となると高圧流体が排出され、流体潤滑から非接触潤滑に、短時間かつ円滑に移行する。
　また、高圧流体が導入される貯留溝１６は動圧発生溝１０より内周側（すなわち低圧流体側）、換言すると動圧発生溝１０が貯留溝１６よりも連通溝１３の始点１４側に位置していることから、低圧流体の外径方向（すなわち高圧流体方向）への移動により、貯留溝１６内の高圧流体を、連通溝１３を通して高圧流体側の空間に押し出すことができ、高圧流体による流体潤滑から低圧流体による非接触潤滑へ迅速に移行させることができる。
　また、貯留溝１６は動圧発生溝１０の始点１１と連通していることから、回転機械の高速回転時には、貯留溝１６内の高圧流体は動圧発生溝１０内を通り、動圧発生溝１０に引き込まれる低圧流体により終点１５から押し出され、効果的かつ迅速に高圧流体側の空間に排出される。また、動圧発生溝１０内を高圧流体が始点１１から終点１２まで流れることで、外周側（すなわち高圧流体側）の終点１２が閉塞された動圧発生溝１０内に侵入したコンタミを洗い流すことができる。
　また、各動圧発生溝１０の摺動面Ｓに直交する方向に延びる壁１２ａが円周方向に沿って配置されているので、摺動面Ｓにおいて周方向に均等に高圧流体を排出でき、より短時間で流体潤滑から非接触潤滑に移行することができる。
　また、連通溝１３は回転機械の駆動時において始点１４及びその近傍で動圧を生じさせるように形成されているため、回転機械の高速回転時において高圧流体は連通溝１３に導入され難く、かつ連通溝１３から被密封流体側の空間に排出されやすい。
　また、貯留溝１６は、摺動面Ｓの周方向に無端環状に形成されているため、極低速回転時には摺動面Ｓの周方向に高圧流体を均等に分布させて潤滑させることができ、高速回転時には高圧流体を周方向に均等に分散させて効果的に排出させることができる。
　また、連通溝１３は、摺動面Ｓの周方向に複数形成されているため、摺動面Ｓの周方向に複数形成された連通溝１３から貯留溝１６の周方向に渡って高圧流体を迅速に供給することができる。加えて、摺動面Ｓの周方向に複数形成された連通溝１３から被密封流体側の空間に、余分な被密封流体を効率よく戻すことができる。
　また、連通溝１３と動圧発生溝１０とは、互いに同方向に傾斜する湾曲形状であるため、摺動面Ｓのスペースを有効活用して、連通溝１３と動圧発生溝１０とをそれぞれ多数形成することができ、極低速回転時と高速回転時との両方で周方向に均等な潤滑を行うことができ、かつ余分な被密封流体を効率よく戻すことができる。
　また、摺動部品である回転密封環３は、外周側に存在する高圧流体を内周方向に密封するインサイド型のメカニカルシールを構成している。これによれば、回転機械の高速回転時に発生する遠心力を利用して、連通溝１３と動圧発生溝１０及び貯留溝１６から高圧流体を外周側に効果的に排出することができる。
　また、動圧発生溝１０と連通溝１３と貯留溝１６とは、回転軸１に固定されて遠心力の影響が大きい回転密封環３に形成されているため、これら動圧発生溝１０と連通溝１３と貯留溝１６とに入り込んだ高圧流体を効率よく排出することができる。
　なお、前記実施例では、動圧発生溝１０と連通溝１３と貯留溝１６とは、回転密封環３に形成されるものとして説明したが、これに限らず、静止密封環６の摺動面Ｓに形成されてもよく、回転密封環３の摺動面Ｓと静止密封環６の摺動面Ｓの両方に形成されてもよい。
　なお、動圧発生溝１０と、連通溝１３及び貯留溝１６とを、それぞれ別の摺動部品（すなわち回転密封環３と静止密封環６）にそれぞれ分けて形成してもよい。
　なお、動圧発生溝１０は湾曲形状に限らず、例えば周方向と径方向に向けて傾斜する直線形状であってもよいし、直線が屈曲した形状でもよい。
　なお、連通溝１３は回転機械の駆動時に貯留溝１６側（低圧流体側）で動圧が立ち難い形状であればよいため、半径方向に延びる直線状に形成されていてもよい。
　なお、摺動部品はメカニカルシールを構成する場合を例に説明したが、これに限らず、例えばスラスト軸受に用いることができる。
　なお、摺動面Ｓの外周側である被密封流体側の空間には高圧流体が、内周側の空間である漏れ側の空間には低圧流体が、それぞれ存在する態様を例に説明したが、これに限らず、摺動面Ｓの被密封流体側の空間と漏れ側の空間とに存在する流体は、同じ圧力でもよく、これらがいずれも気体、もしくはいずれも液体であってもよい。つまり、考えられる態様としては、例えば連通溝１３が漏れ側の空間に連通し、極低速回転時は漏れ側の空間の流体を摺動面Ｓに導入し、高速回転時には被密封流体側の空間の被密封流体を動圧発生溝１０に取り込み、その終点１２にて動圧を発生させる構成としてもよく、この場合には貯留溝１６は摺動面Ｓにおいて動圧発生溝１０より被密封流体側に位置することになる。
　なお、本実施例では、回転機械の高速回転による駆動時に図４を用いて説明した非接触潤滑となる例について説明したが駆動状態や潤滑状態に限られず、少なくとも図３を用いて説明した動圧発生溝１０によって被密封流体を用いて動圧を発生させる状態が生じるものであればよい。例えば、回転機械の高速回転による駆動時に図３を用いて説明した動圧発生溝１０によって被密封流体を用いて動圧を発生される状態が生じるものであってもよく、非接触潤滑となることは必須ではない。
　次に、実施例２に係る摺動部品につき、図５から図７を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。
　図５に示されるように、摺動面Ｓにおいて連通溝１３における動圧発生溝１０の終点１２より外周側（高圧流体側）には、回転機械の駆動時に高圧流体に終点２１にて動圧を生じさせる特別動圧発生溝２０が連通している。特別動圧発生溝２０は、周方向に沿って延びる湾曲形状であり、終点２１に向けて漸次幅狭となるように形成されている。
　これによれば、高圧流体自身の流体圧が摺動面Ｓ間に適当な流体膜を形成するのに十分でない場合であっても、図６に示されるように、回転機械の低速回転時にあっては、連通溝１３から導入された高圧流体は特別動圧発生溝２０の終点に移動させられ、流体膜を形成するのに十分な動圧を生むことができる。
　また、この高圧流体用の特別動圧発生溝２０は、低圧流体用の動圧発生溝１０に比べて少ない数で形成されているため、図７に示されるように、回転機械の高速回転に至る前の低速運転の場合は、高圧流体による流体潤滑と低圧流体による非接触潤滑とを共存させることができる。さらに、高圧流体用の特別動圧発生溝２０は動圧発生溝１０の終点１２よりも摺動面Ｓにおいて外径側に形成されているため、高圧流体による流体膜は外周側（高圧流体側）に集中するため、高速回転時において低圧流体の動圧が十分に確保できた場合には、高圧流体は内周側（低圧流体側）から外周側に押し出され、高圧流体による流体潤滑から低圧流体による非接触潤滑への移行を迅速に完了させることができる。
　次に、実施例３に係る摺動部品につき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。
　図８に示されるように、摺動面Ｓにおいて貯留溝１６の内周側（すなわち低圧流体側）には、負圧発生溝２３が連通している。負圧発生溝２３は、動圧発生溝１０よりも短くかつ深いとともに貯留溝１６よりも浅く形成された浅溝であり、周方向に沿って延びる動圧発生溝１０と同曲率の湾曲形状に形成され、回転機械の駆動時にその内周側の終点２４にて負圧を生じさせるようになっている。
　これによれば、貯留溝１６よりも摺動面Ｓにおいて内周側に漏れ出た余分な被密封流体は、負圧発生溝２３により貯留溝１６に回収されるため、漏れ側の空間への被密封流体の漏出を抑制し、軸封装置としての密封性を確保することができる。また、負圧発生溝２３は、動圧発生溝１０よりも短く、かつ深く形成されているため、貯留溝１６より内周側に漏れ出た余分な被密封流体を一時的に貯留する容量を確保しながら、負圧発生溝２３内で終点２４にて生じる負圧は必要以上に大きくなく、摺動性を阻害することがない。
　加えて、回転機械の高速回転時にあっては、負圧発生溝２３により内周側の低圧流体を貯留溝１６に積極的に引き込むことができ、高速回転時において低圧流体による動圧を迅速に確保し、流体潤滑から非接触潤滑に、短時間かつ円滑に移行を迅速に完了させることができる。
　図９は、実施例３に係る摺動部品の変形例１であり、貯留溝１６より内周側（すなわち低圧流体側）には、内周側の空間（すなわち低圧流体側の空間）に開口し、貯留溝１６と離間する負圧発生溝２５が形成されている。負圧発生溝２５は動圧発生溝１０よりも短くかつ深いとともに貯留溝１６よりも浅く形成された浅溝である。これによれば、回転機械の高速回転時には、負圧発生溝２５の貯留溝１６側である終点２７及びその近傍に負圧が発生し、近傍の流体が負圧発生溝２５に引き込まれ、内周側の空間に排出されるため、内周側の空間の流体が摺動面に入り込むことを防止することができる。
　次に、実施例４に係る摺動部品につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。
　図１０に示されるように、摺動部品である回転密封環３には、所定の数の動圧発生溝１００と、周方向両端の動圧発生溝１００’同士の間に形成される連通溝１３０と、貯留溝１６とがそれぞれ形成されている。動圧発生溝１００は、外周側（すなわち高圧流体側）の空間に連通可能に開口する始点１０１を有し、終点１０２は閉塞端であって内周側（すなわち低圧流体側）に環状に形成された貯留溝１６より径方向で外周側に離間して配置されている。
　連通溝１３０は、外周側（すなわち高圧流体側）に開口する始点１４から内周側（すなわち低圧流体側）にて終点１５に亘って延び、動圧発生溝１００と同曲率の溝で形成されている。連通溝１３０は、終点１５にて貯留溝１６と連通している。
　停止状態においては、高圧流体である被密封流体は自身の流体圧によって摺動面Ｓに形成された連通溝１３０と動圧発生溝１００から導入され、さらに連通溝１３０と連通する貯留溝１６に供給される。回転機械の回転時には、連通溝１３０と貯留溝１６と動圧発生溝１００内の被密封流体は、対向する静止密封環６の摺動面Ｓに粘性により追随移動し、主に動圧発生溝１００の終点１０２から摺動面Ｓ間に高圧流体が供給され、これらの摺動面Ｓ間に流体膜が形成される。また、貯留溝１６は連通溝１３０によって静止密封環６の外部（すなわち被密封流体の存在する外径側の空間）と連通しているため、余分な被密封流体を外部に戻すことで、漏れ側への被密封流体の漏出を抑制し、軸封装置としての密封性を確保することができる。
　また、貯留溝１６の内周側（すなわち低圧流体側）には、負圧発生溝２３が連通し、回転機械の駆動時に内周側の終点２４にて負圧を生じさせるようになっている。これによれば、貯留溝１６より内周側に漏れ出た余分な被密封流体は、負圧発生溝２３により貯留溝１６に回収されるため、漏れ側の空間への被密封流体の漏出を抑制し、軸封装置としての密封性を確保することができる。
　また、連通溝１３０と動圧発生溝１００とが同方向に傾斜して形成されているため、摺動面のスペースを有効活用して、連通溝１３０と動圧発生溝１００とをそれぞれ多数形成することができ、周方向に均等に円滑な摺動を行うことができ、かつ余分な被密封流体を外部に効率よく戻すことができる。
　図１１は、実施例４に係る摺動部品の変形例２であり、貯留溝１６より内周側（低圧流体側）には、内周側（低圧流体側）の空間に連通可能に開口し、貯留溝１６と離間する負圧発生溝２５が形成されている。負圧発生溝２５は動圧発生溝１００よりも短く、かつ深く形成された浅溝である。これによれば、回転機械の回転時には、負圧発生溝２５の貯留溝１６側である終点２７及びその近傍に負圧が発生し、近傍の流体が負圧発生溝２５に引き込まれ、内周側の空間に排出されるため、内周側の空間の流体が摺動面に入り込むことを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い。
　また、図１２に示される変形例３のように、前記各実施例、変形例において、貯留溝は無端環状に形成される構成に限らず、周方向に複数に分割して形成されていてもよい。この場合、それぞれの貯留溝１６０には連通溝１３が連通していることが好ましい。また、それぞれの貯留溝１６０には一つないし複数の動圧発生溝１０と連通していることが好ましい。なお、図１２に示されるように、隣接する貯留溝１６０の間の動圧発生溝１１０の始点１１１が貯留溝１６０に連通していなくてもよい。
　また、図１３に示される前記各実施例、変形例において、変形例４のように、動圧発生溝１２０はその始点１１２が貯留溝１６と径方向に若干離間して形成されていても良い。この場合でも、高速回転時には、動圧発生溝１００の始点１２１に発生する負圧により、貯留溝１６と動圧発生溝１２０の始点１２１との間のランド部を乗り越えさせて動圧発生溝１２０に低圧流体を引き込むことができる。なお、動圧発生溝の一部が貯留溝と径方向に若干離間して形成されており、他の動圧発生溝が貯留溝に連通して形成されていてもよい。
　また、図１４で示される変形例５のように、前記各実施例における摺動部品である回転密封環３を有するメカニカルシールは、インサイド型を例に説明したが、摺動面Ｓの内周から外周方向へ向かって漏れようとする流体をシールする形式であるアウトサイド型に適用されてもよい。
１　　　　　　　　回転軸
２　　　　　　　　スリーブ
３　　　　　　　　回転密封環
４　　　　　　　　ハウジング
５　　　　　　　　シールカバー
６　　　　　　　　静止密封環
６　　　　　　　　静止密封環
７　　　　　　　　付勢手段
１０　　　　　　　動圧発生溝
１１　　　　　　　始点
１２　　　　　　　終点
１３　　　　　　　連通溝
１４　　　　　　　始点
１５　　　　　　　終点
１６　　　　　　　貯留溝
２０　　　　　　　特別動圧発生溝
２１　　　　　　　終点
２３　　　　　　　負圧発生溝
２５　　　　　　　負圧発生溝
１００　　　　　　動圧発生溝
１１０　　　　　　動圧発生溝
１２０　　　　　　動圧発生溝
１１１　　　　　　始点
１３０　　　　　　連通溝
１６０　　　　　　貯留溝
Ｓ　　　　　　　　摺動面

Claims (9)

  1. 　回転機械の駆動時に相対回転する箇所に配置され、内径と外径の一方側の空間に被密封流体が存在し他方側の空間が漏れ側の空間となっている環状の摺動部品であって、
    　前記摺動部品の摺動面には、径方向において被密封流体側の空間に連通する始点を有する連通溝と、該連通溝と連通する貯留溝と、前記回転機械の駆動時にその終点にて動圧を生じさせる複数の動圧発生溝とが形成されており、
    　前記動圧発生溝は、径方向において前記貯留溝よりも被密封流体側に位置している摺動部品。
  2. 　前記貯留溝は、前記摺動面の周方向に無端環状に形成されている請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記連通溝は、前記摺動面の周方向に複数形成されている請求項１または２に記載の摺動部品。
  4. 　前記連通溝と前記動圧発生溝とは、互いに同方向に傾斜する湾曲形状である請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部品。
  5. 　前記連通溝は前記回転機械の駆動時において該連通溝内の流体を前記連通溝の始点に向けて排出させるように形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
  6. 　前記貯留溝と前記動圧発生溝の始点とが連通している請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
  7. 　前記連通溝には、前記回転機械の駆動時に動圧を生じさせる前記動圧発生溝の始点よりも前記連通溝の始点側に、特別動圧発生溝が連通している請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。
  8. 　前記摺動部品は、被密封流体の内径方向への漏れを密封するインサイド型のメカニカルシールを構成する請求項１ないし７のいずれかに記載の摺動部品。
  9. 　前記動圧発生溝と前記連通溝と前記貯留溝とは、前記回転機械の回転側の部材に固定される前記摺動部品の摺動面に形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の摺動部品。
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