WO2020162347A1 - 摺動部品及び摺動部品の製造方法 - Google Patents

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広行 橋本
宜昭 瀧ヶ平
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イーグル工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to sliding parts that move relative to each other, for example, sliding parts used in a shaft sealing device that seals a rotary shaft of an automobile, a general industrial machine, or a rotary machine in another sealing field, or an automobile or a general industrial machine. Or, it relates to a sliding component used for a bearing of a machine in another bearing field and a manufacturing method of the sliding component.
  • mechanical seals and plain bearings are examples of shaft sealing devices that prevent leakage of sealed fluid.
  • Mechanical seals, slide bearings, and the like are provided with a sliding component composed of a pair of sliding members so that the sliding surfaces are slid relative to each other and the sliding surfaces slide.
  • a sliding component composed of a pair of sliding members so that the sliding surfaces are slid relative to each other and the sliding surfaces slide.
  • the conditions of "sealing" and "lubrication” must be satisfied.
  • a method of lowering friction can be achieved by generating dynamic pressure between the sliding surfaces by rotation and sliding with a liquid film interposed.
  • the sliding component described in Patent Document 1 is provided with a plurality of dimples having a concave cross-sectional view in the entire region of the sliding surface of one sliding member of the pair of sliding members.
  • the sealed fluid is supplied to the dimples provided on one sliding member, a dynamic pressure is generated between the sliding surfaces, and the sliding surfaces are slightly separated from each other, and
  • the sliding surfaces can be slid with the liquid film interposed between the sliding surfaces, so the leakage of the sealed fluid is prevented and the mechanical loss is reduced. Can be reduced.
  • the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a sliding component and a method of manufacturing the sliding component that can maintain the lubricity between the sliding surfaces for a long time. ..
  • At least one sliding member of the pair of sliding members includes a group of recesses formed on a sliding surface of the one sliding member, and a group of the one of the recesses rather than the group of recesses.
  • a plurality of hollow portions provided to be displaced in the thickness direction of the sliding member, The hollow portion is arranged so as to form a recessed portion group including at least a plurality of recessed portions when the one sliding member is worn by the thickness of the deepest recessed portion of the recessed portion group.
  • the fluctuation range of the volume of the recessed portion group arranged on the sliding surface may be within 20% until the deepest recessed portion in the recessed portion group is worn down to the thickness direction. According to this, since the fluctuation range of the volume of the recessed portion group that appears even when the sliding surface is worn is as small as 20% or less, it is possible to suppress the fluctuation of the lubricity depending on the degree of wear of the sliding surface.
  • the hollow portion may be arranged so as to partially or entirely overlap with the recessed portion when viewed in a direction orthogonal to the sliding surface. According to this, it is possible to prevent the appearance position of the recessed portion on the sliding surface from largely changing depending on the degree of wear of the sliding surface.
  • the recessed portion group may include a plurality of recessed portions having different depths. According to this, no matter which position of the use area of the one sliding member the sliding surface exists, the volume of the recessed portion group appearing on the sliding surface can be brought close to a constant volume.
  • the recessed portion and the hollow portion may communicate with each other through a throttle passage extending in the thickness direction. According to this, the sealed fluid can be retained in the recessed portion and the hollow portion, and a part of the wear powder on the sliding surface can be discharged to the hollow portion side through the throttle passage, so that the wear powder is deposited in the recessed portion. Can be suppressed.
  • the throttle passage may be configured by partially overlapping the recessed portion and the hollow portion. According to this, the sealed fluid or the abrasion powder is likely to move between the recessed portion and the hollow portion.
  • the plurality of hollow portions may have the same shape. According to this, it is easy to arrange the hollow portion so that the volume of the recessed portion group appearing on the sliding surface in the use area is constant.
  • the hollow portion may have at least a flat surface. According to this, the hollow portion can be efficiently arranged.
  • the base material of the one sliding member existing between the adjacent recessed portions may continuously extend in the thickness direction from the sliding surface to a surface opposite to the sliding surface. According to this, the strength of the sliding surface can be increased.
  • the sliding component of the present invention A plurality of recesses having a flat surface are provided on at least one sliding surface of the pair of sliding members, A hollow portion having a flat surface is provided at a position deeper than the recess portion, and the hollow portion communicates with the recess portion. According to this, even if the sliding surface of one sliding member is worn and the recess disappears, the hollow portion provided at a position deeper than the recess appears on the sliding surface. Can maintain lubricity.
  • the hollow portion may be located at a position displaced from the recessed portion in the circumferential direction or the radial direction. According to this, the sealed fluid or the abrasion powder is likely to move between the recessed portion and the hollow portion.
  • the plane of the recess may be the bottom of the recess, and the plane of the hollow may be the bottom of the hollow. According to this, the hollow portion can be efficiently arranged.
  • the hollow portion is positioned so as to be circumferentially or radially displaced so as to partially overlap with the bottom surface of the recessed portion in the axial direction, and the hollow portion is communicated with the bottom surface of the recessed portion at an axially overlapping position. It may be connected. According to this, the hollow portion can be efficiently arranged, and the sealed fluid and the abrasion powder easily move between the recess portion and the hollow portion.
  • the method for manufacturing a sliding component of the present invention By stacking and connecting a predetermined material in the thickness direction except for a specific region, a group of a plurality of recesses having a concave shape in cross section formed on the sliding surface, and the most of the group of the recesses.
  • a sliding member having a plurality of hollow portions arranged so as to form a recess portion group including at least a plurality of recess portions when worn in the thickness direction of a deep recess portion.
  • the throttle passage which connects the said recessed part and the said hollow part in the said thickness direction. According to this, since the processing powder generated by the processing can be discharged to the outside from the hollow portion through the throttle passage, the sliding member can be easily manufactured with high accuracy.
  • the predetermined materials may be laminated by an additional manufacturing device. According to this, it is possible to easily and highly accurately manufacture the sliding member by using the printer in the additional manufacturing apparatus.
  • the predetermined material may be laminated and integrated on the base member. According to this, the strength of the sliding member can be secured by the base member and the manufacturing can be performed quickly.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing changes in the volume of the dimple group with respect to the sliding time.
  • A)-(c) is a schematic diagram showing a manufacturing process of a mating ring.
  • (A) (b) is a schematic diagram showing a modification of shape of a dimple and a hollow part concerning Example 1 of the present invention. 6 is a modification of the arrangement of dimples and hollow portions according to the first embodiment of the present invention.
  • (A) is a top view which shows the sliding surface of the mating ring which concerns on Example 2 of this invention
  • (b) is a schematic sectional drawing of (a).
  • (A) (b) is a figure which shows the 1st modification of the sliding component which concerns on Example 2 of this invention.
  • (A) (b) is a figure which shows the 2nd modification of the sliding component which concerns on Example 2 of this invention. It is a top view which shows the sliding surface of the mating ring which concerns on Example 3 of this invention.
  • (A) is a BB sectional view
  • (b) is a CC sectional view. It is a figure which shows the modification of the sliding component which concerns on Example 3 of this invention.
  • a sliding component and a method of manufacturing the sliding component according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • description will be given by taking an example in which the sliding component is a mechanical seal.
  • the outer peripheral side of the sliding component constituting the mechanical seal will be described as the sealed fluid side, and the inner peripheral side will be described as the atmosphere side.
  • the mechanical seal for general industrial machines shown in FIG. 1 is an inside type that seals a sealed fluid that is about to leak from the outer peripheral side of the sliding surface toward the inner peripheral side, and has a sleeve on the rotary shaft 1.
  • the mating ring 20 as one of the annular sliding parts provided in a state of being integrally rotatable with the rotary shaft 1 via 2 and the seal cover 5 fixed to the housing 4 of the mounted device are not attached to the mating ring 20.
  • the sliding surface 11 of the seal ring 10 and the sliding surface 21 of the mating ring 20 are in close contact with each other.
  • the sliding surface 11 of the seal ring 10 is a flat surface, and no recess is provided on this flat surface.
  • the seal ring 10 and the mating ring 20 are typically formed of SiC (hard material) or a combination of SiC (hard material) and carbon (soft material), but not limited to this, and a sliding material is mechanical. Any material used as a sliding material for seals can be applied.
  • the SiC includes, for example, a sintered body using boron, aluminum, carbon or the like as a sintering aid, and a material composed of two or more kinds of phases having different components and compositions, for example, SiC in which graphite particles are dispersed, or SiC. There are reaction-sintered SiC, SiC-TiC, SiC-TiN, etc.
  • the mating ring 20 made of Si, and as the carbon, there can be used carbon including a mixture of carbon 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 method of manufacturing the mating ring 20 will be described in detail later.
  • the mating ring 20 has an annular sliding surface 21 that axially faces the sliding surface 11 of the seal ring 10.
  • the sliding surface 21 is a flat surface, and the dimples 22 as recessed portions are formed on the entire surface in the circumferential direction to form a dimple group 22A as a recessed portion group.
  • Each dimple 22 has a circular shape when viewed from a direction orthogonal to the sliding surface 21, and has a concave shape that opens to the sliding surface 21 side in a radial cross-sectional view. That is, the dimple 22 has a columnar shape having a central axis orthogonal to the sliding surface 21 (see FIGS. 3 and 4).
  • the sliding surface 21 can also be said to be a land portion with respect to the dimple 22.
  • the dimple group 22A includes four rows 23A in which the dimples 22 are spaced apart from the inner diameter side to the outer diameter side of the mating ring 20 and five dimples 22 are spaced from the inner diameter side to the outer diameter side.
  • the rows 23B are arranged alternately in the circumferential direction, and the two rows 23A and 23B are arranged radially from the center of the mating ring 20.
  • the plurality of dimples 22 are arranged in a zigzag pattern in the circumferential direction of the sliding surface 21.
  • FIG. 3 illustrates a state in which the mating ring 20 is axially cut at the position of the row 23A. Since the column 23B is the same as the column 23A except for the number, the description of the column 23B is omitted.
  • the row 23A is composed of dimples 22 having a depth dimension L1 and dimples 22' having a depth dimension L2 shallower than the dimples 22 (L1>L2).
  • the dimples 22 and the dimples 22 ′ are alternately arranged in the radial direction of the sliding surface 21.
  • a plurality of hollow portions 24a, 24b, 24c, 24d are formed in the dimple 22 in the thickness direction of the mating ring 20 (hereinafter also simply referred to as the thickness direction), and the dimple 22 and the hollow portions 24a, 24b. , 24c and 24d constitute a concave unit 25A.
  • a plurality of hollow portions 24a′, 24b′, 24c′, 24d′ are juxtaposed in the thickness direction, and the dimple 22′ and the hollow portions 24a′, 24b′, 24c′, 24d′.
  • the hollow portions 24a to 24d and the hollow portions 24a' to 24d' have the same depth dimension L3, and the depth dimension L3 of each hollow portion is the same as the depth dimension L1 of the new dimple 22. ing.
  • the difference between the depth dimension L1 of the dimple 22 and the depth dimension L2 of the dimple 22' is the dimension L4. That is, the concave unit 25A and the concave unit 25B are arranged so as to be offset from each other in the thickness direction of the mating ring 20 by the dimension L4.
  • the use area in the thickness direction that can be used as the sliding surface 21 in the mating ring 20 is an area in which any hollow portion appears due to wear or the like and can function as a dimple. It indicates a region up to the bottom of the hollow portion 24d arranged at the deepest portion of the unit 25A.
  • the hollow portion 24a is arranged so as to be displaced in the inner diameter direction of the dimple 22 and partially overlap in the thickness direction, and the dimple 22 and the hollow portion 24a communicate with each other through a passage 26a.
  • the hollow portion 24b is arranged so as to be displaced in the outer diameter direction of the hollow portion 24a and partially overlap in the thickness direction, and the hollow portion 24a and the hollow portion 24b communicate with each other through a passage 26b.
  • the hollow portion 24c is arranged so as to be displaced in the inner diameter direction of the hollow portion 24b and partially overlap in the thickness direction, and the hollow portion 24b and the hollow portion 24c communicate with each other through a passage 26c.
  • the hollow portion 24d is arranged so as to be displaced in the outer diameter direction of the hollow portion 24c and partially overlap in the thickness direction, and the hollow portion 24c and the hollow portion 24d communicate with each other through a passage 26d. That is, the dimples 22 and the hollow portions 24a to 24d are alternately arranged in the radial direction and are arranged in a zigzag shape in the thickness direction, and communicate with each other through the passages 26a to 26d.
  • the end surface 27a of the hollow portion 24a as the flat surface on the sliding surface 21 side is arranged at the same position in the thickness direction as the bottom surface 22a as the flat surface of the dimple 22, and the passage 26a has the end surface 27a and the bottom surface 22a. It is formed so as to partially overlap in the radial direction. In other words, the passage 26a is formed by overlapping the opening portion of the bottom surface 27a and the opening portion of the bottom surface 22a.
  • the end surfaces 27b to 27d on the sliding surface 21 side are arranged at the same positions in the thickness direction as the bottom surfaces 28a to 28c of the hollow portions 24a to 24c adjacent to the sliding surface 21 side,
  • the passages 26b to 26d are formed so that the end surfaces 27b to 27d and the bottom surfaces 28a to 28c partially overlap each other in the radial direction. That is, the passages 26a to 26d are throttle passages that are smaller than the radial cross-sectional area of the dimple 22 and the hollow portions 24a to 24d.
  • the dimples 22 and the hollow portions 24b and 24d are arranged so as to overlap each other when viewed from the direction orthogonal to the sliding surface 21, and the hollow portions 24a and 24c. Are arranged so as to overlap each other when viewed from the direction orthogonal to the sliding surface 21 at positions displaced toward the inner diameter side of the dimple 22 and the hollow portions 24b and 24d.
  • FIG. 5A is a view taken along the line AA in FIG. 2 and shows the seal ring 10 and the mating ring 20 in a new state.
  • a film of the sealed fluid is formed between the sliding surfaces 11 and 21 by the dimples 22 and 22' to achieve good lubrication. It can be maintained.
  • the dimple group 22A is designed to have an optimum volume to maintain the lubricity between the sliding surfaces 11 and 21 (see point P1 in FIG. 6).
  • the volume of the dimple group 22A composed of the dimples 22 and 22' gradually decreases as the sliding surface 21 wears due to aging (point P1 and point P2 in FIG. 6). See between).
  • the wall portion of the hollow portion 24a′ that constitutes the end surface 27a′ on the sliding surface 21 side is shaved and the hollow portion 24a′ is sealed. Open to side 10. That is, the hollow portion 24a' appears as a new dimple, which increases the volume of the dimple group 22A to the same level as the volume in the new state (see point P3 in FIG. 6).
  • the volume of the dimple group 22A composed of the dimples 22 and the hollow portion 24a′ becomes gradually smaller (points P3 and P4 in FIG. 6). See between).
  • the wall portion forming the end surface 27a of the hollow portion 24a is shaved and the hollow portion 24a is opened to the seal ring 10 side. That is, the hollow portion 24a appears as a new dimple, which increases the volume of the dimple group 22A to the same extent as the volume in the new state (see point P5 in FIG. 6).
  • the volume of the dimple group 22A is always within the fluctuation allowable range in the usage area of the mating ring 20, so that the sliding surfaces 11, 21 Between the sliding surfaces 11 and 21 can be prevented from being deteriorated in lubricity and sealability due to excessive buoyancy generated between the sliding surfaces 11 and 21. It can be maintained appropriately.
  • the fluctuation range of the volume of the dimple group 22A appearing on the sliding surface 21 is within 20%, and since the fluctuation range is small, it is possible to suppress the fluctuation of the lubricity depending on the wear degree of the sliding surface 21.
  • the dimple group 22A is formed by the same number of hollow portions in the usage area of the mating ring 20, but it slides in the usage area of the mating ring 20.
  • the dimple groups 22A appearing on the surface 21 may be formed by different numbers (two or more) of hollow portions.
  • the fluctuation range of the volume of the dimple group 22A appearing on the sliding surface 21 is within 20%, preferably within 5%.
  • the hollow portions 24a to 24d and the hollow portions 24a' to 24d' constituting the concave units 25A and 25B are partially or wholly with respect to the dimples 22 and 22' when viewed from a direction orthogonal to the sliding surface 21. Since they are arranged so as to overlap each other, the positions of the hollow portions 24a to 24d and the hollow portions 24a' to 24d' that appear as dimples in the radial direction and the circumferential direction of the sliding surface 21 depend on the degree of wear of the sliding surface 21. A film of the sealed fluid can be evenly generated between the sliding surfaces 11 and 21 without largely changing.
  • the area occupied by the concave units 25A, 25B in the radial direction and the circumferential direction can be reduced, so that a large number of concave units 25A, 25B are arranged on the mating ring 20. can do.
  • the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' are alternately displaced in the radial direction with respect to the respective dimples 22 and 22', and are arranged in a zigzag shape in the thickness direction.
  • the concave units 25A and 25B are displaced from each other in the thickness direction. That is, since the dimple group 22A is composed of a plurality of dimples 22 and 22′ having different depths, no matter which position in the usage area of the mating ring 20 the sliding surface 21 exists, the sliding surface 21 is present.
  • the mating ring 20 can be configured so that the volume of the dimple group 22A that appears above is made constant.
  • the dimples 22 and 22' and the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' communicate with each other through the passages 26a to 26d extending in the thickness direction, the dimples 22 and 22' and the hollow portions 24a to 24d and 24a'. Since a large amount of sealed fluid can be retained in ⁇ 24d', a part of the abrasion powder of the sliding surface 21 can be discharged/stored in the hollow parts 24a-24d, 24a'-24d' through the passages 26a-26d. It is possible to prevent the abrasion powder from being accumulated on the dimples 22 and 22′ and impairing the lubricity between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' have a labyrinth structure, it is difficult for the abrasion powder stored in the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' to return to the dimples 22 and 22'. In particular, the abrasion powder stored on the hollow portions 24, 24d' side is unlikely to return to the dimples 22, 22'.
  • passages 26a to 26d are configured by the dimples 22 and 22' and the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' partially overlapping, the dimples 22 and 22' and the hollow portions 24a to 24d. , 24a' to 24d' do not easily move the sealed fluid and wear powder, and do not form a throttle passage separate from the dimples 22 and 22' and the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d'. Therefore, the concave units 25A and 25B can be easily formed.
  • the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' have the same shape, the hollow portions 24a to 24d are formed so that the volume of the dimple group 22A appearing on the sliding surface 21 in the use area becomes constant. It is easy to arrange 24d and 24a' to 24d'.
  • each of the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' has a flat end surface 27a to 27c and a bottom surface 28a to 28c, the end surfaces 27a to 27c and the bottom surfaces 28a to 28c are brought close to each other to make the hollow portion.
  • a large number of 24a to 24d and 24a' to 24d' can be arranged, in other words, they can be arranged efficiently in a small space.
  • each of the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' is formed in a columnar shape having a central axis orthogonal to the sliding surface 21, and each of the hollow portions 24a to 24d depends on the degree of wear of the sliding surface 21. Since the opening regions of 24d and 24a' to 24d' do not change, it is easy to arrange the hollow portions 24a to 24d and 24a' to 24d' so that the volume of the dimple group 22A becomes constant.
  • the base material 20A of the mating ring 20 existing between the dimples 22 and 22' which are adjacent to each other in the radial direction or the circumferential direction has a base member 20B (which is located on the opposite side of the sliding surface 21 from the sliding surface 21). 7), the sliding surface 21 can be supported with high strength because it extends in a columnar shape continuously with a certain width to the thickness direction.
  • the mating ring 20 in the present embodiment is manufactured by a layered manufacturing method using a 3D printer, which is a type of additive manufacturing apparatus. Note that, in FIG. 7, for the sake of easy understanding, the layer of the SiC powder M as a predetermined material to be spread is shown to be thicker than it actually is.
  • a base member 20B having a predetermined thickness and having a circular plate shape when viewed from the thickness direction is arranged on the base of the 3D printer, and The SiC powder M is spread so as to cover the entire member 20B.
  • the SiC powder M is melted and solidified by a heat source (not shown) such as a laser to stack and connect the base material 20A in the mating ring 20 in the thickness direction of the base member 20B.
  • a heat source such as a laser to stack and connect the base material 20A in the mating ring 20 in the thickness direction of the base member 20B.
  • the laminated SiC powder M is melted and solidified except for the hollow portions (specific areas).
  • the step of spreading the SiC powder M and the step of melting and solidifying the SiC powder M are repeated until the mating ring 20 reaches a desired thickness.
  • the SiC powder M remaining in the hollow portions 24a to 24d, 24a' to 24d' and the dimples 22 and 22' is discharged to the outside from the openings of the dimples 22 and 22', and the manufacturing is completed. To do.
  • the SiC powder M is laminated and connected in the thickness direction of the mating ring 20 in the region (predetermined material) excluding the hollow portions 24a to 24d, 24a' to 24d' and the dimples 22 and 22', and the base material.
  • 20A it is possible to form the mating ring 20 in which the plurality of hollow portions 24a to 24d, 24a' to 24d' and the dimples 22 and 22' are arranged at desired positions.
  • the hollow portions 24a to 24d, 24a' to 24d' and the dimples 22 and 22' communicate with each other through the passages 26a to 26d, the hollow portions 24a to 24d are connected via the passages 26a to 26d. , 24a' to 24d', unnecessary SiC powder M can be discharged to the outside, and the mating ring 20 can be easily and highly accurately manufactured by using the additive manufacturing method of a 3D printer. Since it is manufactured in this manner, even if the hollow portion becomes a dimple due to wear during use of the mating ring 20, the SiC powder M at the time of manufacturing does not appear.
  • the SiC powder M is laminated and integrated on the base member 20B, the strength of the mating ring 20 can be ensured by the base member 20B and the mating ring 20 can be rapidly manufactured.
  • the mating ring 20 may be directly manufactured on the pedestal without using the base member 20B.
  • each dimple and each hollow portion are exemplified as a columnar shape having a central axis orthogonal to the sliding surface, but as shown in FIG. 8A, for example.
  • the dimple 221 and the hollow portions 241a to 241d may have a spherical shape.
  • the dimples and hollow portions may be conical or triangular pyramid-shaped, or concave grooves long in the circumferential direction or the radial direction.
  • each dimple and each hollow portion were connected by the throttle passage, but as shown in FIG. 8B, the dimples 222, 222' and each hollow portion 242 do not communicate with each other. In addition, they may be independently provided so as to overlap in the thickness direction when viewed from the circumferential direction. It should be noted that the independent dimples 222, 222' and each hollow portion 242 may be communicated with each other by a throttle channel (not shown) having a predetermined length.
  • the dimples 22 and the hollow portions 24b and 24d are arranged so as to overlap each other when viewed from the direction orthogonal to the sliding surface 21, and the hollow portions 24a and 24c are the sliding surfaces.
  • An example is shown in which 21 is overlapped when viewed from the orthogonal direction, and the dimples 22 and the hollow portions 24b and 24d are displaced from each other on the inner diameter side, but as shown in FIG. 9, the dimples 223 and the hollow portions 243a are arranged.
  • ⁇ 243d may be spirally arranged in the thickness direction.
  • the dimples 223 and the hollow portion 243c overlap each other when viewed from the direction orthogonal to the sliding surface 21, and the hollow portions 243a and 243d are displaced from the dimple 223 and the hollow portion 243c in the radial direction at the sliding surface 21. May be overlapped when viewed from the direction orthogonal to each other, and the hollow portion 243b may be disposed at a position radially offset from the dimple 223 and the hollow portions 243a, 243c, and 243d when viewed from the direction orthogonal to the sliding surface 21.
  • the concave unit 25A and the concave unit 25B are arranged so as to be displaced in the thickness direction of the mating ring 20, but the concave unit 25A and the concave unit 25B are the same in the thickness direction. It may be arranged in a position. Even in this case, since the concave units 25A and 25B communicate with each other in the thickness direction, a state in which no dimple group is formed in the usage area of the mating ring 20 can be avoided. That is, in the use area of the mating ring 20, if the sliding surfaces 11 and 21 are appropriately separated and a dimple group having a volume within a predetermined range that can appropriately hold the sealed fluid is formed. Good.
  • the concave units 25A are communicated with each other by the communication passage 12, and the concave units 25B are communicated with each other by the communication passage 13. There is.
  • the communication passage 12 communicates with the hollow portions 24d arranged at the deepest portion of each concave unit 25A.
  • the communication passage 12 is formed by connecting a plurality of hollow portions 12a in a V-shaped cross section.
  • the communication passage 13 communicates the hollow portions 24d' arranged at the deepest portion of each concave unit 25B.
  • the communication passage 13 is formed by connecting a plurality of hollow portions 13a in a V-shaped cross section. According to this, a large amount of sealed fluid can be held in the communication passages 12 and 13, and the wear powder of the sliding surface 21 can be discharged to the communication passages 12 and 13. Therefore, wear powder is accumulated on the dimples 22 and 22'. Can be suppressed.
  • the communication passages 121 and 131 extend in the radial direction so that the deepest portions thereof are orthogonal to the axial direction (thickness direction) of the mating ring 202 and have a U-shaped cross section. .. In this way, the shapes of the communication passages 121 and 131 can be freely changed.
  • the communication passages 122, 132 are formed with communication groove portions 122 a, 132 a extending from the deepest portion thereof to the outer diameter side of the mating ring 203.
  • the sealed fluid can be drawn into the communication passages 122, 132 through the communication groove portions 122a, 132a, and the abrasion powder of the sliding surface 21 can be discharged to the sealed fluid side through the communication groove portions 122a, 132a.
  • the drawing and discharge of the sealed fluid in the communication groove portions 122a and 132a change depending on the depth of the dimples appearing on the sliding surface 21.
  • the row 231A of the mating ring 204 is configured such that the dimples 224 and 224′ of the concave units 251A and 251B that are displaced in the thickness direction are alternately arranged in the radial direction. ing.
  • the dimple 224 of the concave unit 251A has an opening formed in a semicircular shape when viewed from the direction orthogonal to the sliding surface 21, and is on the side opposite to the rotating direction of the mating ring 203 (white in FIG. 13).
  • the wall portion 224a (see the arrow) is formed to extend in the thickness direction so as to be orthogonal to the rotation direction, and the curved wall portion 224b on the rotation direction side has a tapered shape that tapers in the thickness direction. Has been formed.
  • the hollow portions 244a to 244d have the same shape as the dimples 224 and are arranged so as to overlap in the thickness direction. That is, since the dimples 224 and the hollow portions 244a to 244d are tapered in the thickness direction, the overlapping portions of the dimples 224 and the hollow portions 244a to 244d are throttle channels 261a to 261d.
  • the dimples 224' of the concave unit 251B are formed to have a depth dimension shallower than that of the dimples 224, and the hollow portions 244a' to 244d' have the same shape as the dimples 224 and the hollow portions 244a to 244d. ..
  • the sealed fluid can be smoothly flowed in along the taper shape from the side of the walls 224b, 224b' of the dimples 224, 224', the dynamic pressure generating effect can be enhanced. Further, since the dimples 224 and the hollow portions 244a to 244d are linearly arranged in the plate thickness direction, a large number of concave units 251A and 251B can be arranged efficiently.
  • a hemispherical liquid holding portion 14 is formed on the opposite side of the dimple 224 in the rotating direction, with the wall portion 224a interposed therebetween.
  • the liquid holding portion 14 is also formed on the opposite side of the hollow portions 244a to 244d in the rotational direction, with the wall portions 270a to 270d of the hollow portions 244a to 244d interposed therebetween.
  • Through holes 280 are formed in the wall portion 224a and the wall portions 270a to 270d, respectively, and the dimple 224 and the liquid holding portion 14 are communicated with each other, and the wall portions 270a to 270d are connected to the liquid holding portions 14, respectively.
  • the sealed fluid can be held in the liquid holding portion 14, and the sealed fluid is passed through the through hole 280 to the dimple 224 side. Since the inflow is made possible, the dimple 224 has an improved ability to hold the sealed fluid.
  • the mechanical seal for general industrial machines has been described as an example of the sliding component, but other mechanical seals for automobiles, water pumps, etc. may be used. Further, the mechanical seal may be of the outside type.
  • the dimple and the hollow portion are provided only in the mating ring, but the dimple and the hollow portion may be provided only in the seal ring, or may be provided in both the seal ring and the mating ring. Good.
  • the number of dimples is too large, the generated dynamic pressure becomes large, and if too small, the change in the dynamic pressure acting in the circumferential direction of the sliding surface becomes large.
  • the number of dimples is too large, the generated dynamic pressure becomes large, and if too small, the change in the dynamic pressure acting in the circumferential direction of the sliding surface becomes large.
  • the mechanical seal has been described as an example of the sliding component, but sliding components other than the mechanical seal such as a slide bearing may be used.
  • the form in which the sliding member is formed by using the 3D printer that ejects and deposits the material as the additional manufacturing device has been illustrated, but the additional manufacturing method does not matter, for example, a sheet laminating device is used.
  • a sliding member having a plurality of hollow portions in the thickness direction may be formed by stacking and connecting uneven plate members.
  • the depth of the recesses forming the recessed portion group is two types (dimples 22 and 22′), but the recessed portion group is formed by the recessed portions having three or more depths. You may comprise. According to this, the permissible variation range of the volume of the recessed portion group can be narrowed. Although the hollow portions have the same shape, they may have different shapes.
  • Seal ring (other sliding member) 11 sliding surface 20 mating ring (one sliding member) 20A Base material 20B Base member 21 Sliding surface 22, 22' Dimple (recessed portion) 22A Dimple group (recessed group) 24a to 24d hollow portions 25A and 25B concave units 26a to 26d passage (throttle passage) 201-204 mating ring (one sliding member) 221 to 224 dimples (recessed part) M SiC powder (specified material)

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Abstract

摺動面間の潤滑性を長く持続させることができる摺動部品及び摺動部品の製造方法を提供する。　一対の摺動部材１０，２０のうち少なくとも一方の摺動部材２０は、一方の摺動部材２０の摺動面２１に凹設される複数の凹み部２２，２２'から成る凹み部群２２Ａと、凹み部群２２Ａよりも一方の摺動部材２０の厚み方向にずれて設けられる複数の中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ'～２４ｄ'と、を備え、中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ'～２４ｄ'は、一方の摺動部材２０において凹み部群２２Ａのうち最も深い凹み部２２の厚み分だけ摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置されている。

Description

摺動部品及び摺動部品の製造方法
　本発明は、相対移動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機械の軸受に用いられる摺動部品及び摺動部品の製造方法に関する。
　被密封流体の漏れを防止する軸封装置として例えばメカニカルシールやすべり軸受などがある。メカニカルシールやすべり軸受などは、相対回転し摺動面同士が摺動するように一対の摺動部材から構成された摺動部品を備えている。このような摺動部品において、密封性を長期的に維持させるためには、「密封」と「潤滑」という条件を両立させなければならない。特に、近年においては、環境対策等のために、被密封流体の漏れ防止を図りつつ、摺動に伴うエネルギー損失を低減させるべく、より一層、低摩擦化の要求が高まっている。低摩擦化の手法としては、回転により摺動面間に動圧を発生させ、液膜を介在させた状態で摺動することにより達成できる。
　例えば、特許文献１に記載された摺動部品は、一対の摺動部材のうち一方の摺動部材の摺動面の全領域に断面視凹状のディンプルが複数設けられている。一対の摺動部材が相対回転すると、一方の摺動部材に設けられたディンプルに被密封流体が供給され、摺動面間に動圧が発生して摺動面間がわずかに離間し、且つ被密封流体をディンプルが保持することで、摺動面間に液膜を介在させた状態で摺動面同士を摺動させることができるため、被密封流体の漏れ防止を図りつつ、機械的損失を低減できるようになっている。
特開２０１５－６８３３０号公報（第５頁、第３図）
　特許文献１の摺動部品は、ディンプルを設けることにより摺動面間の潤滑性が高められているが、経年等による摺動面の摩耗によりディンプルの深さが徐々に浅くなり、被密封流体を十分に保持することができなくなるため、摺動面間の潤滑性が低下する虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、摺動面間の潤滑性を長く持続させることができる摺動部品及び摺動部品の製造方法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、
　一対の摺動部材のうち少なくとも一方の摺動部材は、該一方の摺動部材の摺動面に凹設される複数の凹み部から成る凹み部群と、該凹み部群よりも該一方の摺動部材の厚み方向にずれて設けられる複数の中空部と、を備え、
　前記中空部は、前記一方の摺動部材において前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み分だけ摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置されている。
　これによれば、凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで一方の摺動部材の摺動面が摩耗しても複数の凹み部から成る凹み部群が摺動面上に出現するため、摺動面間の潤滑性を持続できる。
　前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで摩耗するまでの間において、前記摺動面に配置される前記凹み部群の体積は、変動幅が２０％以内であってもよい。
　これによれば、摺動面が摩耗しても出現する凹み部群の体積の変動幅が２０％以内と小さいので摺動面の摩耗度合いによって潤滑性が変動することを抑制できる。
　前記中空部は、前記摺動面に直交する方向から見て前記凹み部と一部または全部が重畳するように配置されていてもよい。
　これによれば、摺動面の摩耗度合いによって摺動面における凹み部の出現位置が大きく変動することを抑制できる。
　前記凹み部群は、深さの異なる複数の凹み部から構成されていてもよい。
　これによれば、一方の摺動部材の使用領域のどの位置に摺動面が存在しても、該摺動面上に出現する凹み部群の体積を一定に近付けることができる。
　前記凹み部と前記中空部は、前記厚み方向に延びる絞り通路により連通してもよい。
　これによれば、凹み部と中空部に被密封流体を保持できるとともに、絞り通路を介して摺動面の摩耗粉の一部を中空部側に排出できるため、凹み部に摩耗粉が堆積することを抑制できる。
　前記絞り通路は、前記凹み部と前記中空部とが一部重畳することにより構成されていてもよい。
　これによれば、凹み部と中空部との間を被密封流体や摩耗粉が移動しやすい。
　複数の前記中空部は、同一形状を成していてもよい。
　これによれば、使用領域の中で摺動面上に出現する凹み部群の体積が一定となるように中空部を配置しやすい。
　前記中空部は、少なくとも平面を有していてもよい。
　これによれば、中空部を効率よく配置することができる。
　隣接する前記凹み部間に存在する前記一方の摺動部材の基材は、前記摺動面から該摺動面の反対側の面まで前記厚み方向に連続して延びていてもよい。
　これによれば、摺動面の強度を高めることができる。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
　一対の摺動部材のうち少なくとも一方の摺動面には平面を有する複数の凹み部が設けられ、
　前記凹み部より深い位置に平面を有する中空部が設けられ、前記中空部は前記凹み部と連通されている。
　これによれば、一方の摺動部材の摺動面が摩耗して凹み部が消滅しても凹み部より深い位置に設けられる中空部が摺動面上に出現するため、摺動面間の潤滑性を持続できる。
　前記中空部は前記凹み部と周方向あるいは径方向にずれて位置していてもよい。
　これによれば、凹み部と中空部との間を被密封流体や摩耗粉が移動しやすい。
　前記凹み部の平面は前記凹み部の底面であり、前記中空部の平面は前記中空部の底面であってもよい。
　これによれば、中空部を効率よく配置することができる。
　前記中空部は前記凹み部の底面と軸方向で一部重なる状態で周方向あるいは径方向にずれて位置し、前記中空部は前記凹み部の底面と軸方向で重なる箇所にて連通するように連設されていてもよい。
　これによれば、中空部を効率よく配置できるとともに、凹み部と中空部との間を被密封流体や摩耗粉が移動しやすい。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品の製造方法は、
　特定の領域を除いて所定の材料を厚み方向に積層し連結することにより、摺動面に形成される断面視凹形状の複数の凹み部から成る凹み部群と、前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置される複数の中空部と、を有する摺動部材を製造するものである。
　これによれば、凹み部群のうち最も深い凹みの厚み方向まで一方の摺動部材の摺動面が摩耗しても複数の凹み部から成る凹み部群が摺動面上に出現するため、摺動面間の潤滑性を持続できる。また、所定の材料を一方の摺動部材の厚み方向に積層させながら形成することで複数の中空部を一方の摺動部材における所望の位置に配置することができる。
　前記凹み部と前記中空部とを前記厚み方向に連結する絞り通路を形成してもよい。
　これによれば、加工により生じる加工紛を絞り通路を介して中空部から外部に排出できるため、摺動部材を簡便にかつ高精度に製造することができる。
　前記所定の材料を付加製造装置により積層してもよい。
　これによれば、付加製造装置にプリンタを用いて摺動部材を簡便にかつ高精度に製造することができる。
　前記所定の材料をベース部材の上に積層し一体化してもよい。
　これによれば、ベース部材により摺動部材の強度を確保できるとともに迅速に製造することができる。
本発明の実施例１に係る摺動部品としてメカニカルシールの一例を示す断面図である。 本発明の実施例１に係るメイティングリングの摺動面を示す平面図である。 Ａ－Ａ断面図である。 （ａ）は本発明の実施例１に係る厚み方向に配置されるディンプル及び中空部を示す概略断面図、（ｂ）は（ａ）を摺動面側から見た概略図である。 （ａ）～（ｃ）は摺動面の摩耗度合いの変化を示す概略図である。 摺動時間に対するディンプル群の体積の変化を示す概略図である。 （ａ）～（ｃ）はメイティングリングの製造工程を示す概略図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の実施例１に係るディンプル及び中空部の形状の変形例を示す概略図である。 本発明の実施例１に係るディンプル及び中空部の配置の変形例である。 （ａ）は本発明の実施例２に係るメイティングリングの摺動面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の実施例２に係る摺動部品の１つ目の変形例を示す図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の実施例２に係る摺動部品の２つ目の変形例を示す図である。 本発明の実施例３に係るメイティングリングの摺動面を示す平面図である。 （ａ）はＢ－Ｂ断面図、（ｂ）はＣ－Ｃ断面図である。 本発明の実施例３に係る摺動部品の変形例を示す図である。
　本発明に係る摺動部品及び摺動部品の製造方法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に係る摺動部品及び摺動部品の製造方法につき、図１から図７を参照して説明する。尚、本実施例においては、摺動部品がメカニカルシールである形態を例に挙げ説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を被密封流体側、内周側を大気側として説明する。
　図１に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面の外周側から内周側に向かって漏れようとする被密封流体を密封するインサイド形のものであって、回転軸１にスリーブ２を介して回転軸１と一体的に回転可能な状態で設けられた円環状の一方の摺動部品としてのメイティングリング２０と、被取付機器のハウジング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他方の摺動部品としての円環状のシールリング１０と、から主に構成され、ベローズ７によってシールリング１０が軸方向に付勢されることにより、シールリング１０の摺動面１１とメイティングリング２０の摺動面２１とが互いに密接摺動するようになっている。尚、シールリング１０の摺動面１１は平坦面となっており、この平坦面には凹み部が設けられていない。
　シールリング１０およびメイティングリング２０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、これに限らず、摺動材料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であれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等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等があり、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、焼結カーボン等が利用できる。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）、複合材料等も適用可能である。尚、メイティングリング２０の製造方法については、後に詳述する。
　図２に示されるように、メイティングリング２０は、シールリング１０の摺動面１１と軸方向に対向する環状の摺動面２１を有している。摺動面２１は、平坦面であって、円周方向に凹み部としてのディンプル２２が全面に形成されて凹み部群としてのディンプル群２２Ａを構成している。各ディンプル２２は、摺動面２１に直交する方向から見て円形状を成し、且つ径方向断面視において摺動面２１側に開口する凹形状を成している。すなわち、ディンプル２２は、摺動面２１に対して直交する中心軸を有する円柱形状を成している（図３，図４参照）。尚、摺動面２１は、ディンプル２２に対してランド部とも言える。
　具体的には、ディンプル群２２Ａは、ディンプル２２がメイティングリング２０の内径側から外径側に離間して４つ配置される列２３Ａと、内径側から外径側に離間して５つ配置される列２３Ｂと、が周方向に交互に配置されて構成されており、上記２つの列２３Ａ，２３Ｂは、メイティングリング２０の中心から放射状に沿って配置されている。尚、複数のディンプル２２は、摺動面２１の周方向に千鳥状に配置されている。
　図３は、メイティングリング２０を列２３Ａの位置で軸方向に切断した状態を図示している。尚、列２３Ｂは、列２３Ａと数以外同一であることから、列２３Ｂの説明を省略する。
　列２３Ａは、深さ寸法Ｌ１のディンプル２２と、ディンプル２２よりも浅い深さ寸法Ｌ２のディンプル２２’と、から構成されている（Ｌ１＞Ｌ２）。ディンプル２２及びディンプル２２’は、摺動面２１の径方向に交互に配設されている。
　ディンプル２２には、複数の中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄがメイティングリング２０の厚み方向（以下、単に厚み方向ということもある。）に形成されており、ディンプル２２及び中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄにより凹状ユニット２５Ａを構成している。同様に、ディンプル２２’には、複数の中空部２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’，２４ｄ’が厚み方向に並列されており、ディンプル２２’及び中空部２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’，２４ｄ’により凹状ユニット２５Ｂを構成している。
　中空部２４ａ～２４ｄ及び中空部２４ａ’～２４ｄ’は、同一の深さ寸法Ｌ３となっており、各中空部の深さ寸法Ｌ３は、新品状態のディンプル２２の深さ寸法Ｌ１と同一となっている。また、ディンプル２２の深さ寸法Ｌ１とディンプル２２’の深さ寸法Ｌ２との差は寸法Ｌ４となっている。すなわち、凹状ユニット２５Ａと凹状ユニット２５Ｂとは、寸法Ｌ４分メイティングリング２０の厚み方向にずれて配置されている。尚、メイティングリング２０において摺動面２１として使用され得る厚み方向の使用領域は、摩耗等によってもいずれかの中空部が出現しディンプルとして機能し得る領域であって、摺動面２１から凹状ユニット２５Ａの最深部に配置される中空部２４ｄの底部までの領域を指す。
　次いで、凹状ユニット２５Ａにおけるディンプル２２と中空部２４ａ～２４ｄとの配列について図４に基づいて説明する。尚、凹状ユニット２５Ｂは、凹状ユニット２５Ａと同一構成であるため、その説明を省略する。
　図４（ａ）に示されるように、中空部２４ａは、ディンプル２２の内径方向にずれかつ厚み方向に一部重畳して配置されており、ディンプル２２と中空部２４ａとは通路２６ａにより連通している。同様に、中空部２４ｂは、中空部２４ａの外径方向にずれかつ厚み方向に一部重畳して配置されており、中空部２４ａと中空部２４ｂとは通路２６ｂにより連通している。また、中空部２４ｃは、中空部２４ｂの内径方向にずれかつ厚み方向に一部重畳して配置されており、中空部２４ｂと中空部２４ｃとは通路２６ｃにより連通している。また、中空部２４ｄは、中空部２４ｃの外径方向にずれかつ厚み方向に一部重畳して配置されており、中空部２４ｃと中空部２４ｄとは通路２６ｄにより連通している。すなわち、ディンプル２２及び中空部２４ａ～２４ｄは、径方向に交互にずれて厚み方向にジグザグ状に配置されているとともに、通路２６ａ～２６ｄを通じて互いに連通している。
　また、中空部２４ａにおける摺動面２１側の平面としての端面２７ａは、ディンプル２２の平面としての底面２２ａと厚み方向の同一位置に配置されており、通路２６ａは、端面２７ａと底面２２ａとが径方向に一部重畳して形成されている。言い換えると、通路２６ａは底面２７ａの開口箇所と底面２２ａの開口箇所が重なって形成されている。中空部２４ｂ～２４ｄも同様に、摺動面２１側の端面２７ｂ～２７ｄが摺動面２１側に隣接する中空部２４ａ～２４ｃの底面２８ａ～２８ｃと厚み方向の同一位置に配置されており、通路２６ｂ～２６ｄは、端面２７ｂ～２７ｄと底面２８ａ～２８ｃとが径方向に一部重畳して形成されている。つまり、通路２６ａ～２６ｄは、ディンプル２２及び中空部２４ａ～２４ｄの径方向の断面積よりも小さい絞り通路となっている。
　より詳細には、図４（ｂ）に示されるように、ディンプル２２及び中空部２４ｂ，２４ｄは、摺動面２１に直交する方向から見て重畳して配置されており、中空部２４ａ，２４ｃは、ディンプル２２及び中空部２４ｂ，２４ｄの内径側にずれた位置において摺動面２１を直交する方向から見て重畳して配置されている。
　次いで、メイティングリング２０の摩耗度合いの変化について図５及び図６に基づいて説明する。図５（ａ）は、図２のＡ－Ａの位置で切断した図であり、シールリング１０とメイティングリング２０とが新品の状態を示している。図５（ａ）の状態からシールリング１０とメイティングリング２０とが相対回転すると、ディンプル２２，２２’により摺動面１１，２１の間に被密封流体の膜を形成して良好な潤滑を維持できるようになっている。これは、ディンプル群２２Ａが摺動面１１，２１間の潤滑性を保つために最適な体積に設計されているためである（図６の点Ｐ１参照）。
　図５（ｂ）に示すように、経年などにより摺動面２１が摩耗するにしたがって、ディンプル２２，２２’で構成されるディンプル群２２Ａの体積が漸次小さくなる（図６の点Ｐ１と点Ｐ２との間を参照）。しかしながら、ディンプル２２’が消滅した際（図６の点Ｐ２参照）には、中空部２４ａ’における摺動面２１側の端面２７ａ’を構成する壁部が削られて中空部２４ａ’がシールリング１０側に開放する。すなわち、中空部２４ａ’が新たなディンプルとして出現し、これによりディンプル群２２Ａの体積が新品状態時の体積と同程度に増加する（図６の点Ｐ３参照）。
　そして、図５（ｃ）に示すように、摺動面２１がさらに摩耗すると、ディンプル２２及び中空部２４ａ’で構成されるディンプル群２２Ａの体積が漸次小さくなる（図６の点Ｐ３と点Ｐ４との間を参照）。しかしながら、ディンプル２２が消滅した際には、中空部２４ａの端面２７ａを構成する壁部が削られて中空部２４ａがシールリング１０側に開放する。すなわち、中空部２４ａが新たなディンプルとして出現し、これによりディンプル群２２Ａの体積が新品状態時の体積と同程度に増加する（図６の点Ｐ５参照）。
　このように、メイティングリング２０の摺動面２１が摩耗してもメイティングリング２０の使用領域の中で、ディンプル群２２Ａの体積が常に変動許容範囲内に収まるため、摺動面１１，２１の間が貧潤滑となることなく、且つ摺動面１１，２１間に過剰な浮力が発生して潤滑性や密封性が低下することを防止でき、摺動面１１，２１間の潤滑性を好適に持続できる。
　また、摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａの体積の変動幅は２０％以内となっており、変動幅が小さいので摺動面２１の摩耗度合いによって潤滑性が変動することを抑制できる。尚、本実施例１では、メイティングリング２０の使用領域の中で、ディンプル群２２Ａが同一個数の中空部により形成される形態を例示するが、メイティングリング２０の使用領域の中で摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａが異なる個数（２つ以上）の中空部により形成されていてもよい。好ましくは、メイティングリング２０の使用領域の中で、摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａの体積の変動幅が２０％以内、好ましくは５％以内となっていればよい。
　また、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂを構成する中空部２４ａ～２４ｄ及び中空部２４ａ’～２４ｄ’は、摺動面２１に直交する方向から見て、ディンプル２２，２２’に対して一部または全部が重畳して配置されているので、摺動面２１の摩耗度合いによって、ディンプルとして出現する中空部２４ａ～２４ｄ及び中空部２４ａ’～２４ｄ’の位置が、摺動面２１の径方向や周方向に大きく変動せず、摺動面１１，２１間に均等に被密封流体の膜を生成できる。
　さらに、摺動面２１に直交する方向から見て、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂの径方向及び周方向への専有面積を小さくすることができるので、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂをメイティングリング２０に多数配置することができる。
　また、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂは、それぞれのディンプル２２，２２’に対して中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’が径方向に交互にずれて厚み方向にジグザグ状に配置されているとともに、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂ同士が厚み方向にずれている。すなわち、ディンプル群２２Ａは、深さの異なる複数のディンプル２２，２２’で構成されるので、メイティングリング２０の使用領域のどの位置に摺動面２１が存在しても、該摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａの体積を一定に近付けるようにメイティングリング２０を構成できる。
　また、ディンプル２２，２２’と中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’は、厚み方向に延びる通路２６ａ～２６ｄにより連通しているので、ディンプル２２，２２’と中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’に被密封流体を多く保持できるとともに、通路２６ａ～２６ｄを介して摺動面２１の摩耗粉の一部を中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’側に排出・貯留できるため、ディンプル２２，２２’に摩耗粉が堆積して摺動面１１，２１間の潤滑性が阻害されることを抑制できる。また、中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’はラビリンス構造となっているため、中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’内に貯留された摩耗粉はディンプル２２，２２’に戻り難い。特に、中空部２４，２４ｄ’側に貯留された摩耗粉は、ディンプル２２，２２’に戻り難い。
　さらに、通路２６ａ～２６ｄは、ディンプル２２，２２’と中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’とが一部重畳することにより構成されているので、ディンプル２２，２２’と中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’との間を被密封流体や摩耗粉が移動しやすいばかりか、ディンプル２２，２２’及び中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’とは別段の絞り通路を形成しなくてよいため、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂを形成しやすい。
　また、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’は、同一形状を成すため、使用領域の中で摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａの体積が一定となるように中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’を配置しやすい。
　さらに、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’は、平面である端面２７ａ～２７ｃと、底面２８ａ～２８ｃと、を有するため、端面２７ａ～２７ｃ及び底面２８ａ～２８ｃ同士を近付けて中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’を多数配置することができる、言い換えると少ないスペースで効率よく配置できる。
　また、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’は、摺動面２１に対して直交する中心軸を有する円柱形状に形成されており、摺動面２１の摩耗度合いによって各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’の開口領域が変化しないため、ディンプル群２２Ａの体積が一定となるように中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’を配置しやすい。
　また、径方向または周方向に隣接するディンプル２２，２２’間に存在するメイティングリング２０の基材２０Ａは、摺動面２１から後述する摺動面２１の反対側に位置するベース部材２０Ｂ（図７参照）まである程度の幅を持って柱状に厚み方向に連続して延びているため、摺動面２１を高い強度で支持することができる。
　次いで、メイティングリング２０の製造方法について図７に基づいて説明する。本実施例におけるメイティングリング２０は、付加製造（Additive Manufacturing）装置の一種である３Ｄプリンタを用いた積層造形法により製造される。尚、図７では、わかりやすく説明するために、敷き詰められる所定の材料としてのＳｉＣ粉末Ｍの層の厚みを実際よりも厚くなるように示している。
　具体的には、図７（ａ）に示されるように、３Ｄプリンタの台座の上に、所定の厚みを有し該厚み方向から見て円形板状を成すベース部材２０Ｂを配置するとともに、ベース部材２０Ｂを全体的に覆うようにＳｉＣ粉末Ｍを敷き詰める。
　そして、図７（ｂ）に示されるように、レーザ等の図示しない熱源によりＳｉＣ粉末Ｍを溶融・凝固させてメイティングリング２０における基材２０Ａをベース部材２０Ｂの厚み方向に積層・連結させる。このとき、積層されたＳｉＣ粉末Ｍにおいて、各中空部となる部分（特定の領域）を除いた部分を溶融・凝固させる。
　図７（ｃ）に示されるように、メイティングリング２０が所望の厚みに達するまで、ＳｉＣ粉末Ｍを敷き詰める工程と、ＳｉＣ粉末Ｍを溶融・凝固させる工程と、を繰り返し、メイティングリング２０が所望の厚みに達すると、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’及びディンプル２２，２２’内に残存するＳｉＣ粉末Ｍをディンプル２２，２２’の開口部から外部に排出して製造が完了する。
　このように、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’及びディンプル２２，２２’を除く領域（所定の材料）にＳｉＣ粉末Ｍをメイティングリング２０の厚み方向に積層・連結して基材２０Ａを形成することで、複数の中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’及びディンプル２２，２２’を所望の位置に配置したメイティングリング２０を形成することができる。
　また、前述のように、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’及びディンプル２２，２２’は、通路２６ａ～２６ｄにより連通しているので、通路２６ａ～２６ｄを介して中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’内の不要なＳｉＣ粉末Ｍを外部に排出でき、メイティングリング２０を３Ｄプリンタの積層造形法を用いて簡便にかつ高精度に製造することができる。このようにして製造しているので、メイティングリング２０の使用中に摩耗によって中空部がディンプルとなっても製造時のＳｉＣ粉末Ｍが出現しないようになっている。
　また、ＳｉＣ粉末Ｍをベース部材２０Ｂの上に積層し一体化するため、ベース部材２０Ｂによりメイティングリング２０の強度を確保できるとともに迅速に製造することができる。尚、ベース部材２０Ｂの上にＳｉＣ粉末Ｍを積層・連結する形態を例示したが、ベース部材２０Ｂを用いず、台座上に直接メイティングリング２０を製造してもよい。
　また、前記実施例１では、各ディンプル及び各中空部が摺動面に対して直交する中心軸を有する円柱状に形成される形態を例示したが、例えば、図８（ａ）に示されるように、ディンプル２２１及び中空部２４１ａ～２４１ｄが球形状を成していてもよい。尚、ディンプル及び中空部は、円錐状や三角錐状、周方向や径方向に長い凹状溝等であってもよい。
　また、前記実施例１では、各ディンプル及び各中空部が絞り通路により連結されていたが、図８（ｂ）に示されるように、ディンプル２２２，２２２’と各中空部２４２とが連通せず且つ周方向から見て厚み方向に重畳するように独立して設けられていてもよい。尚、独立するディンプル２２２，２２２’と各中空部２４２とが、所定の長さを有する図示しない絞り流路により連通されていてもよい。
　また、前記実施例１では、凹状ユニット２５Ａにおいて、ディンプル２２及び中空部２４ｂ，２４ｄが摺動面２１を直交する方向から見て重畳して配置されており、中空部２４ａ，２４ｃが摺動面２１を直交する方向から見て重畳し、且つディンプル２２及び中空部２４ｂ，２４ｄの内径側にずれて配置されている形態を例示したが、図９に示されるように、ディンプル２２３及び中空部２４３ａ～２４３ｄが厚み方向に向けて螺旋状に配置されていてもよい。具体的には、ディンプル２２３及び中空部２４３ｃが摺動面２１を直交する方向から見て重畳し、中空部２４３ａ，２４３ｄがディンプル２２３及び中空部２４３ｃと径方向にずれた位置において摺動面２１を直交する方向から見て重畳し、中空部２４３ｂが摺動面２１を直交する方向から見てディンプル２２３及び中空部２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄと径方向にずれた位置に配置されていてもよい。
　また、前記実施例１では、凹状ユニット２５Ａと凹状ユニット２５Ｂとがメイティングリング２０の厚み方向にずれて配置されている形態を例示したが、凹状ユニット２５Ａと凹状ユニット２５Ｂとが厚み方向の同一位置に配置されていてもよい。この場合であっても、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂは厚み方向にそれぞれ連通しているため、メイティングリング２０の使用領域の中でディンプル群が形成されない状態を回避できる。すなわち、メイティングリング２０の使用領域の中で、摺動面１１，２１間を適度に離間させ、且つ適度に被密封流体を保持できる所定範囲内の体積を有するディンプル群が形成されていればよい。
　次に、実施例２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１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。尚、ここでは、列２３Ａの形態のみ説明する。
　図１０（ａ）に示されるように、実施例２のメイティングリング２０１の列２３Ａにおいて、凹状ユニット２５Ａ同士が連通路１２により連通されており、凹状ユニット２５Ｂ同士が連通路１３により連通されている。
　連通路１２は、各凹状ユニット２５Ａの最深部に配置される中空部２４ｄ同士を連通している。この連通路１２は、複数の中空部１２ａが断面Ｖ字状に連なることで形成されている。また、連通路１３は、各凹状ユニット２５Ｂの最深部に配置される中空部２４ｄ’同士を連通している。この連通路１３は、複数の中空部１３ａが断面Ｖ字状に連なることで形成されている。これによれば、連通路１２，１３に被密封流体を多量に保持できるとともに、摺動面２１の摩耗紛を連通路１２，１３に排出できるため、ディンプル２２，２２’に摩耗粉が堆積することを抑制できる。
　次に、実施例２に係る摺動部品の１つ目の変形例について説明する。図１１に示されるように、連通路１２１，１３１は、その最深部がメイティングリング２０２の軸方向（厚み方向）と直交するように径方向に延びており断面Ｕ字状を成している。このように、連通路１２１，１３１の形状は自由に変更することができる。
　次いで、実施例２に係る摺動部品の２つ目の変形例について説明する。図１２に示されるように、連通路１２２，１３２は、その最深部からメイティングリング２０３の外径側まで延びる連通溝部１２２ａ，１３２ａが形成されている。これによれば、連通溝部１２２ａ，１３２ａを通じて連通路１２２，１３２に被密封流体を引き込むことができるとともに、連通溝部１２２ａ，１３２ａを通じて被密封流体側に摺動面２１の摩耗紛を排出できる。連通溝部１２２ａ，１３２ａの被密封流体の引き込み及び排出は、摺動面２１に出現するディンプルの深さによって変化する。
　次に、実施例３に係る摺動部品につき、図１３及び図１４を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図１３及び図１４に示されるように、メイティングリング２０４の列２３１Ａは、厚み方向にずれて配置される凹状ユニット２５１Ａ，２５１Ｂのディンプル２２４，２２４’が径方向に交互に配置されて構成されている。
　凹状ユニット２５１Ａのディンプル２２４は、摺動面２１を直交する方向から見て、その開口部が半円形状に形成されており、メイティングリング２０３の回動方向と反対側（図１３の白抜き矢印参照）の壁部２２４ａが該回転方向に対して直交するように厚み方向に延びて形成されているとともに、回動方向側の湾曲する壁部２２４ｂが厚み方向に向かって先細りするテーパ形状に形成されている。
　また、中空部２４４ａ～２４４ｄは、ディンプル２２４と同一形状を成し、厚み方向に重畳するように配置されている。すなわち、ディンプル２２４及び中空部２４４ａ～２４４ｄは、厚み方向に向けてそれぞれ先細りしているので、ディンプル２２４及び中空部２４４ａ～２４４ｄの重畳する部分は、絞り流路２６１ａ～２６１ｄとなっている。
　また、凹状ユニット２５１Ｂのディンプル２２４’は、深さ寸法がディンプル２２４よりも浅く形成されており、中空部２４４ａ’～２４４ｄ’は、ディンプル２２４及び中空部２４４ａ～２４４ｄと同一形状を成している。
　これによれば、ディンプル２２４，２２４’の壁部２２４ｂ，２２４ｂ’側からそのテーパ形状に沿って円滑に被密封流体を流入させることができるため、動圧発生効果を高めることができる。また、ディンプル２２４及び中空部２４４ａ～２４４ｄを板厚方向に直線状に配置したため、凹状ユニット２５１Ａ，２５１Ｂを効率よく多数配置できる。
　また、実施例３の摺動部品の変形例として次のようなものもある。図１５に示されるように、ディンプル２２４の回動方向の反対側には、壁部２２４ａを挟んで半球形状の液保持部１４が形成されている。また、液保持部１４は、中空部２４４ａ～２４４ｄの壁部２７０ａ～２７０ｄを挟んで中空部２４４ａ～２４４ｄの回転方向の反対側にもそれぞれ形成されている。壁部２２４ａ及び壁部２７０ａ～２７０ｄには、貫通孔２８０がそれぞれ形成されており、ディンプル２２４と液保持部１４、及び壁部２７０ａ～２７０ｄと各液保持部１４を連通している。
　これによれば、摺動面２１が摩耗して液保持部１４が開口したときに、液保持部１４内に被密封流体を保持できるとともに、その被密封流体を貫通孔２８０を通してディンプル２２４側へ流入させることができるようになっているので、ディンプル２２４の被密封流体の保持能力が向上する。
　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、摺動部品として、一般産業機械用のメカニカルシールを例に説明したが、自動車やウォータポンプ用等の他のメカニカルシールであってもよい。また、メカニカルシールは、アウトサイド形のものであってもよい。
　また、前記実施例では、ディンプル及び中空部をメイティングリングにのみ設ける例について説明したが、ディンプル及び中空部をシールリングにのみ設けてもよく、シールリングとメイティングリングの両方に設けてもよい。
　また、ディンプルの数は、多すぎると発生する動圧が大きくなり、少なすぎると摺動面の周方向に亘って作用する動圧の変化が大きくなるため、使用環境等に応じて適宜設定されることが好ましい。
　また、摺動部品として、メカニカルシールを例について説明したが、すべり軸受等メカニカルシール以外の摺動部品であってもよい。
　また、前記実施例では、付加製造装置として材料を噴出させて堆積させる３Ｄプリンタを用いて摺動部材を形成する形態を例示したが、付加製造方法は問わず例えばシート積層（sheet Lamination）装置を用いて、凹凸形状の板材を積層して連結することで厚み方向に複数の中空部を有する摺動部材を形成してもよい。
　また、前記実施例では、凹み部群を構成する凹み部の深さが２種類（ディンプル２２，２２’）である形態を例示したが、３種類以上の深さの凹み部により凹み部群を構成してもよい。これによれば、凹み部群の体積の変動許容範囲を狭めることができる。尚、中空部が同一形状である形態を例示したが、それぞれ異なる形状で構成されていてもよい。
１０　　　　　　　シールリング（他方の摺動部材）
１１　　　　　　　摺動面
２０　　　　　　　メイティングリング（一方の摺動部材）
２０Ａ　　　　　　基材
２０Ｂ　　　　　　ベース部材
２１　　　　　　　摺動面
２２，２２’　　　ディンプル（凹み部）
２２Ａ　　　　　　ディンプル群（凹み部群）
２４ａ～２４ｄ　　中空部
２５Ａ，２５Ｂ　　凹状ユニット
２６ａ～２６ｄ　　通路（絞り通路）
２０１～２０４　　メイティングリング（一方の摺動部材）
２２１～２２４　　ディンプル（凹み部）
Ｍ　　　　　　　　ＳｉＣ粉末（所定の材料）

Claims (17)

  1. 　一対の摺動部材のうち少なくとも一方の摺動部材は、該一方の摺動部材の摺動面に凹設される複数の凹み部から成る凹み部群と、該凹み部群よりも該一方の摺動部材の厚み方向にずれて設けられる複数の中空部と、を備え、
    　前記中空部は、前記一方の摺動部材において前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み分だけ摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置されている摺動部品。
  2. 　前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで摩耗するまでの間において、前記摺動面に配置される前記凹み部群の体積は、変動幅が２０％以内である請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記中空部は、前記摺動面に直交する方向から見て前記凹み部と一部または全部が重畳するように配置されている請求項１または２に記載の摺動部品。
  4. 　前記凹み部群は、深さの異なる複数の凹み部から構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部品。
  5. 　前記凹み部と前記中空部は、前記厚み方向に延びる絞り通路により連通している請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
  6. 　前記絞り通路は、前記凹み部と前記中空部とが一部重畳することにより構成されている請求項５に記載の摺動部品。
  7. 　複数の前記中空部は、同一形状を成す請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。
  8. 　前記中空部は、少なくとも平面を有する請求項１ないし７のいずれかに記載の摺動部品。
  9. 　隣接する前記凹み部間に存在する前記一方の摺動部材の基材は、前記摺動面から該摺動面の反対側の面まで前記厚み方向に連続して延びている請求項１ないし８のいずれかに記載の摺動部品。
  10. 　一対の摺動部材のうち少なくとも一方の摺動面には平面を有する複数の凹み部が設けられ、
    　前記凹み部より深い位置に平面を有する中空部が設けられ、前記中空部は前記凹み部と連通されている摺動部品。
  11. 　前記中空部は前記凹み部と周方向あるいは径方向にずれて位置している請求項１０に記載の摺動部品。
  12. 　前記凹み部の平面は前記凹み部の底面であり、前記中空部の平面は前記中空部の底面である請求項１０または１１に記載の摺動部品。
  13. 　前記中空部は前記凹み部の底面と軸方向で一部重なる状態で周方向あるいは径方向にずれて位置し、前記中空部は前記凹み部の底面と軸方向で重なる箇所にて連通するように連設された請求項１２に記載の摺動部品。
  14. 　特定の領域を除いて所定の材料を厚み方向に積層し連結することにより、摺動面に形成される断面視凹形状の複数の凹み部から成る凹み部群と、前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置される複数の中空部と、を有する摺動部材を製造する摺動部品の製造方法。
  15. 　前記凹み部と前記中空部とを前記厚み方向に連結する絞り通路を形成する請求項１４に記載の摺動部品の製造方法。
  16. 　前記所定の材料を付加製造装置により積層する請求項１４または１５に記載の摺動部品の製造方法。
  17. 　前記所定の材料をベース部材の上に積層し一体化する請求項１４ないし１６のいずれかに記載の製造方法。
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