WO2020162351A1 - 摺動部品 - Google Patents

摺動部品 Download PDF

Info

Publication number
WO2020162351A1
WO2020162351A1 PCT/JP2020/003647 JP2020003647W WO2020162351A1 WO 2020162351 A1 WO2020162351 A1 WO 2020162351A1 JP 2020003647 W JP2020003647 W JP 2020003647W WO 2020162351 A1 WO2020162351 A1 WO 2020162351A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
groove portion
dynamic pressure
liquid
sliding
sealed
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/003647
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
啓志 鈴木
Original Assignee
イーグル工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by イーグル工業株式会社 filed Critical イーグル工業株式会社
Priority to KR1020217025876A priority Critical patent/KR102627904B1/ko
Priority to EP24157823.6A priority patent/EP4345328A2/en
Priority to JP2020571160A priority patent/JP7387239B2/ja
Priority to US17/425,678 priority patent/US20220099189A1/en
Priority to EP20752626.0A priority patent/EP3922872A4/en
Priority to CN202080010586.3A priority patent/CN113439167B/zh
Publication of WO2020162351A1 publication Critical patent/WO2020162351A1/ja

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F16J15/3408Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/045Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure, e.g. spiral groove thrust bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/1065Grooves on a bearing surface for distributing or collecting the liquid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/107Grooves for generating pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72Sealings
    • F16C33/74Sealings of sliding-contact bearings
    • F16C33/741Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F16J15/3408Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities
    • F16J15/3416Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities with at least one continuous groove
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/43Clutches, e.g. disengaging bearing

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 other sliding parts used for bearings of machines in other bearing fields.
  • a mechanical seal As a shaft sealing device that prevents leakage of liquid to be sealed, for example, a mechanical seal has a pair of annular sliding parts that rotate relative to each other and the sliding surfaces slide against each other.
  • the sliding surface of sliding parts has a high pressure sealed liquid side and an outer diameter side.
  • a positive pressure generating groove is provided which is in communication with the sliding surface and has one end closed on the sliding surface. According to this, at the time of relative rotation of the sliding component, positive pressure is generated in the positive pressure generating groove to separate the sliding surfaces from each other, and the sealed liquid is introduced into the positive pressure generating groove from the outer diameter side. Retaining the sealed liquid improves lubricity and realizes low friction.
  • the mechanical seal shown in Patent Document 1 has a Rayleigh step and a reverse Rayleigh step that communicate with the sealed liquid side in one of the sliding parts.
  • a positive pressure is generated between the sliding surfaces due to the Rayleigh step, the sliding surfaces are separated from each other, and the Rayleigh step holds the liquid to be sealed, thereby improving lubricity. improves.
  • the reverse Rayleigh step a relatively negative pressure is generated and the reverse Rayleigh step is located on the leak side of the Rayleigh step. Can be sucked into. In this way, the liquid to be sealed between the pair of sliding parts was prevented from leaking to the leak side, and the sealing performance was improved.
  • Patent Document 1 since the sealed liquid is returned to the sealed liquid side in the reverse Rayleigh step, the sealed liquid is not supplied to the leak side between the sliding surfaces, which contributes to lubricity. There is a possibility that some parts will not be formed, and there has been a demand for sliding parts with higher lubricity.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and a sliding component that supplies a sealed fluid up to a leak side between sliding surfaces to exhibit high lubricity and has little leakage of the sealed fluid.
  • the purpose is to provide.
  • the sliding component of the present invention An annular sliding component arranged at a relative rotating position of a rotating machine, Dynamic pressure generation on the sliding surface of the sliding component, which includes a deep groove portion communicating with the leak side and a plurality of shallow groove portions communicating with the deep groove portion and extending in parallel in the circumferential direction.
  • a plurality of mechanisms are provided. According to this, since the deep groove has a large groove depth and a large volume, a large amount of the sealed fluid supplied up to the leak side of the sliding surface is recovered and the sealed fluid is transferred from the shallow groove to the sliding surface. Since it can flow out between them, the lubricity can be improved over a wide sliding surface area.
  • the deep groove communicating with the leak side collects the sealed fluid, and the collected sealed fluid flows out from the shallow groove between the sliding surfaces to return a part to the radial sealed fluid side. Little leaked sealed fluid.
  • the sealed fluid flowing out from the shallow groove portion on the sealed fluid side can be collected by the shallow groove portions arranged in parallel on the leak side, so that the lubricity is further improved. Therefore, the sealed fluid leaking to the leak side can be reduced.
  • the shallow groove portion may extend toward the sealed fluid side. According to this, it is possible to arrange the high-pressure portion in which the high pressure is generated by the dynamic pressure at the end of the shallow groove portion in the extending direction close to the sealed fluid side, and slide the sealed fluid from the end of the shallow groove portion in the extending direction. It can be returned to the position close to the sealed fluid side between the moving surfaces.
  • the shallow groove portion may be curved in the circumferential direction. According to this, the dynamic pressure can be adjusted according to the curvature of the shallow groove portion. Further, since the distance to the extending direction end of the shallow groove portion can be increased, a large pressure can be obtained.
  • the dynamic pressure generating mechanism may have a sub shallow groove portion that is in direct communication with the leak side and is parallel to the leak side of the shallow groove portion and that extends in the circumferential direction and is independent of the shallow groove portion. According to this, in the plurality of shallow groove portions communicating with the deep groove portion, the sealed fluid flowing out from the end portion in the extending direction can be further collected by the sub shallow groove portion on the leak side, so that the sealed fluid leaking to the leak side can be obtained. The amount of fluid can be further reduced. Further, since the amount of the sealed fluid introduced into the sub shallow groove portion that does not communicate with the deep groove portion can be increased, the effective range of the dynamic pressure generating mechanism can be expanded.
  • the shallow groove portion may extend from the deep groove portion to both sides in the circumferential direction. According to this, since the shallow groove portion arranged in one of the circumferential direction of the deep groove portion can be used as the shallow groove portion for generating the dynamic pressure, it can be used regardless of the rotating direction of the sliding component.
  • the deep groove portion may communicate with the inner diameter side. According to this, the sealed fluid supplied from the shallow groove portion between the sliding surfaces can be returned to the sealed fluid side by the centrifugal force, and the sealed fluid can be easily retained in the deep groove portion by the centrifugal force.
  • the sliding surface of the sliding component may be provided with a specific dynamic pressure generating mechanism that is arranged closer to the sealed fluid than the dynamic pressure generating mechanism and is independent of the dynamic pressure generating mechanism. According to this, at the time of relative rotation of the sliding component, the specific dynamic pressure generating mechanism separates the sliding surfaces to generate an appropriate fluid film between the sliding surfaces, and the dynamic pressure generating mechanism prevents the fluid to be sealed. Leakage to the leak side can be reduced.
  • the shallow groove portion of the sliding component according to the present invention extending in the circumferential direction means that the shallow groove portion extends at least with a component in the circumferential direction, and preferably in the circumferential direction rather than the radial direction. It suffices that they be extended so that the component along the line becomes large.
  • the deep groove portion extending in the radial direction means that the deep groove portion extends at least with a radial component, and preferably extends so that the component along the radial direction is larger than the circumferential direction. It should have been done.
  • the sealed fluid may be a liquid, or may be a mist form in which a liquid and a gas are mixed.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an operation in which the sealed liquid sucked from the inner diameter side of the liquid guide groove portion at the initial stage of relative rotation flows out between the sliding surfaces.
  • the sliding component according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • description will be given by taking an example in which the sliding component is a mechanical seal.
  • the outer diameter side of the sliding component constituting the mechanical seal will be described as the sealed liquid side (high pressure side) as the sealed fluid side, and the inner diameter side as the atmosphere side (low pressure side) as the leakage side.
  • dots may be attached to grooves or the like formed on the sliding surface in the drawings.
  • the mechanical seal for a general industrial machine shown in FIG. 1 is an inside type that seals the sealed liquid F that is about to leak from the outer diameter side of the sliding surface toward the inner diameter side.
  • the rotary seal ring 20 which is an annular sliding component provided in a rotatable state integrally with the rotary shaft 1 via the sleeve 2 and the seal cover 5 fixed to the housing 4 of the mounted device do not rotate.
  • a ring-shaped stationary seal ring 10 as a sliding component provided in a state of being movable in the axial direction, and by the bellows 7 biasing the stationary seal ring 10 in the axial direction,
  • the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 and the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 are in close contact with each other.
  • the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 is a flat surface, and no recess is provided on this flat surface.
  • the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 are typically formed of SiC (hard material) or a combination of SiC (hard material) and carbon (soft material), but the sliding material is not limited to this. Any material used as a sliding material for a mechanical seal 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.
  • a metal material, a resin material, a surface modifying material (coating material), a composite material, or the like can be applied.
  • the rotary seal ring 20 slides relative to the stationary seal ring 10 as indicated by the arrow, and a plurality of dynamic pressures are applied to the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10.
  • the generating mechanisms 14 are evenly arranged in the circumferential direction of the stationary seal ring 10.
  • a portion of the sliding surface 11 other than the dynamic pressure generating mechanism 14 is a land 12 that forms a flat end surface.
  • FIGS. 2 to 4 an outline of the dynamic pressure generating mechanism 14 will be described based on FIGS. 2 to 4.
  • the left side of FIG. 4 is set as the downstream side of the sealed liquid F flowing in spiral grooves 9A and 9B described later, and The right side of the drawing will be described as the upstream side of the sealed liquid F flowing in the spiral grooves 9A and 9B.
  • the dynamic pressure generating mechanism 14 includes a plurality of liquid guide groove portions 15 as deep groove portions communicating with the atmosphere side and extending in the outer diameter direction, and a plurality of shallow groove portions extending in parallel in the circumferential direction from the liquid guide groove portion 15 toward the downstream side.
  • a plurality of spiral grooves 9B as sub shallow groove portions independent of the spiral groove 9A communicating with the atmosphere side on the inner diameter side of the spiral groove 9A and extending in parallel with the spiral groove 9A. I have it.
  • the liquid guide groove 15 of the first embodiment extends in the radial direction so as to be orthogonal to the axis of the stationary seal ring 10.
  • the four spiral grooves 9A and the five spiral grooves 9B of the first embodiment have the same width as the radial direction width of the liquid guide groove portion 15 from the liquid guide groove portion 15 toward the downstream side, and the stationary seal ring 10 is formed. They are juxtaposed at equal intervals in a belt-shaped region that extends concentrically in the circumferential direction. Further, the liquid guide groove portion 15 and the spiral groove 9A communicate with each other, and a step 18 in the depth direction is formed in the communicating portion.
  • spiral grooves 9A, 9B are formed with tapered wall portions 9a at the ends in the extending direction, that is, the ends on the downstream side.
  • the wall portion 9a is not limited to tapering, and may be, for example, orthogonal or inclined with respect to the rotation direction, or may be formed stepwise.
  • the depth dimension L10 of the liquid guide groove portion 15 is deeper than the depth dimension L20 of the spiral groove 9A (L10>L20).
  • the depth dimension L10 of the liquid guide groove portion 15 in the first embodiment is 100 ⁇ m
  • the depth dimension L20 of the spiral groove 9A is 5 ⁇ m. That is, a step 18 in the depth direction is formed between the liquid guide groove portion 15 and the spiral groove 9A by the downstream side surface of the liquid guide groove portion 15 and the bottom surface of the spiral groove 9A. If the depth of the liquid guide groove 15 is deeper than the depth of the spiral groove 9A, the depth of the liquid guide groove 15 and the spiral groove 9A can be freely changed. It is more than 5 times the dimension L20.
  • the spiral groove 9B is formed to have the same depth dimension L20 (5 ⁇ m) as the spiral groove 9A.
  • the bottom surfaces of the spiral grooves 9A and 9B are flat and are formed parallel to the lands 12, but the formation of fine recesses on the flat surfaces or the formation of the recesses so as to be inclined with respect to the lands 12 does not hinder. Further, the two arcuate surfaces extending in the circumferential direction of the spiral grooves 9A and 9B are orthogonal to the bottom surfaces of the spiral grooves 9A and 9B, respectively. Further, although the bottom surface of the liquid guide groove portion 15 has a flat surface and is formed in parallel with the land 12, it does not prevent formation of a fine recessed portion on the flat surface or an inclination with respect to the land 12. Further, the two planes extending in the radial direction of the liquid guide groove portion 15 are orthogonal to the bottom surface of the liquid guide groove portion 15, respectively.
  • the rotary seal ring 20 rotates relative to the stationary seal ring 10 (see the black arrow in FIG. 2). 4, the low pressure side fluid A on the atmosphere side is introduced from the liquid guide groove portion 15 as shown by the arrow L1, and the low pressure side fluid A is moved in the rotation direction of the rotary seal ring 20 by the spiral groove 9A. As shown in (4), the dynamic pressure is generated in the spiral groove 9A because it follows the movement.
  • the low-pressure side fluid A on the atmosphere side is also introduced from the low-pressure side opening of the spiral groove 9B, and the low-pressure side fluid A is moved by the spiral groove 9B to the arrow L5 in the rotation direction of the rotary seal ring 20. As shown in the drawing, the movement follows, so that dynamic pressure is also generated in the spiral groove 9B.
  • the pressure becomes highest in the vicinity of the wall 9a, which is the downstream end of the spiral grooves 9A, 9B, and the low-pressure side fluid A flows out from the vicinity of the wall 9a to its periphery as shown by arrows L3 and L6.
  • the pressure gradually decreases toward the upstream side of the spiral grooves 9A and 9B.
  • the high-pressure sealed liquid F constantly flows between the sliding surfaces 11 and 21 from their outer diameter side, so that so-called fluid lubrication is performed. It has become.
  • the sealed liquid F near the spiral grooves 9A and 9B has a high pressure in the spiral grooves 9A and 9B, especially on the downstream side as described above, the liquid to be sealed remains on the land 12 as shown by the arrow H1. , The spiral grooves 9A and 9B hardly enter.
  • the sealed liquid F near the liquid guide groove portion 15 enters the liquid guide groove portion 15 as shown by an arrow H2 because the liquid guide groove portion 15 is a deep groove portion and communicates with the low pressure side. It's getting easier.
  • the sealed liquid F is a liquid and has a large surface tension, it is easy to move along the side wall surface of the liquid guide groove 15 and enter the liquid guide groove 15.
  • the arrow H1 is shown only for the outermost spiral groove 9A.
  • the low pressure side fluid A flows out from the vicinity of the wall portion 9a, which is the downstream end portion of the high pressure side spiral groove 9A, to the periphery thereof, whereby the spiral groove 9A arranged in parallel on the low pressure side.
  • a part of the liquid to be sealed F located on the land 12 between is pushed to the spiral groove 9A on the low pressure side which is extended in parallel to the periphery of the wall 9a of the spiral groove 9A on the high pressure side. It is designed to enter.
  • the pushing of the sealed liquid F by the low-pressure side fluid A is not limited to the parallel spiral grooves 9A and 9A shown in FIG. 4, but as shown by arrows L3 and L6.
  • the same operation is performed between the spiral grooves 9A and 9B arranged in parallel or between the spiral grooves 9B and 9B by the low-pressure side fluid A flowing out from the wall portions 9a of 9A and 9B to the vicinity thereof.
  • the sealed liquid F drawn into the spiral grooves 9A, 9A' receives a large shearing force from the rotary sealing ring 20, and the pressure is increased while the spiral grooves 9A, 9A' are increased. It moves inside to the downstream side and flows out from the vicinity of the wall portion 9a to the periphery thereof as shown by an arrow H5. Further, a part of the sealed liquid F flowing out from the vicinity of the wall portion 9a to the periphery thereof is located on the land 12 between the spiral groove 9A arranged in parallel on the low pressure side as shown by an arrow H6. A part of the liquid F enters the spiral groove 9A on the low pressure side.
  • the sealed liquid F newly enters the liquid guide groove portion 15 and becomes a droplet H3′′, and the droplet H3′ is drawn into each spiral groove 9A as indicated by a symbol H4′. Further, the sealed liquid F also enters from the opening of the spiral groove 9B and becomes a droplet H7. Since the sealed liquid F entering from the opening side of the spiral groove 9B is small, the droplet H7 is a small mass as compared with the droplet H4.
  • the sealed liquid F drawn into the spiral grooves 9A, 9A′ moves to the downstream side in the spiral grooves 9A, 9A′, and from the vicinity of the wall portion 9a as shown by an arrow H5′. Spill into the surrounding area. Further, a part of the sealed liquid F flowing out from the vicinity of the wall portion 9a to the periphery of the wall portion 9a is landed between the spiral groove 9A, 9A' or the spiral groove 9B arranged in parallel on the low pressure side as shown by an arrow H6. A part of the liquid F to be sealed, which has been located at, enters the spiral groove 9A, 9A' or spiral groove 9B on the low pressure side. At the same time, the liquid F to be sealed further enters the liquid guide groove portion 15 to form a droplet H3′′′′, and the droplet H3′′ is drawn into each spiral groove 9A as indicated by the symbol H4′′.
  • the amount of the sealed liquid F that enters the liquid guide groove portion 15 is larger than that shown in FIG. 6, and the sealed liquid F continuously flows out from the spiral grooves 9A between the sliding surfaces 11 and 21 in a steady state. It becomes a state.
  • the high-pressure sealed liquid F constantly flows between the sliding surfaces 11 and 21 from the outer diameter side of the sliding surfaces 11 and 21 and the spiral grooves 9A and 9B, and the fluid lubrication is performed as described above.
  • it is a transient short time until it becomes a steady state through FIGS. 5(a), 5(b) and 5(c).
  • the amount of the sealed liquid F remaining in the dynamic pressure generation mechanism 14 causes The operation starts from any one of the state, the state of FIG. 5B, the state of FIG. 5C, and the steady state.
  • the liquid guide groove portion 15 is a deep groove portion and communicates with the low pressure side, the sealed liquid F indicated by the arrow H5 is easily drawn into the adjacent liquid guide groove portion 15, and the sliding The amount of the sealed liquid F between the moving surfaces 11 and 21 is stable, and high lubricity can be maintained.
  • the spiral groove 9B is a shallow groove having the same depth up to the opening side, the amount of the sealed liquid F entering from the opening side of the spiral groove 9B greatly increases in comparison with the liquid guiding groove portion 15 even in the steady state. There is no.
  • the sealed liquid F is easily held between the sliding surfaces 11 and 21, and the atmosphere is closer to the inner diameter side than the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20. Almost discharged.
  • the sealed liquid F that has entered the liquid guide groove portion 15 is drawn into the spiral groove 9A to generate dynamic pressure. Since the liquid guide groove portion 15 has a deep groove and a large volume, even if the sealed liquid F is supplied to the low pressure side of the sliding surface 11, the sealed liquid F is recovered and the sliding surface 11 is moved by the spiral groove 9A. , 21 between them, the lubricity can be improved in a large area of the sliding surface 11. Further, the sealed liquid F is recovered by the liquid guide groove portion 15 communicating with the low pressure side on the inner diameter side of the sliding surfaces 11 and 21, and the recovered sealed liquid F is between the spiral groove 9A and the sliding surfaces 11 and 21.
  • the sealed liquid F leaking to the low pressure side is small.
  • the downstream end of the spiral groove 9A has a tapered shape, the flow rate of the sealed liquid F returned between the wall portion 9a of the spiral groove 9A and the sliding surfaces 11 and 21 can be easily secured, so The pressure can be stably generated.
  • the sealed liquid F flowing out from the vicinity of the wall portion 9a of the spiral groove 9A on the high pressure side to the periphery can be collected by the spiral groove 9A arranged in parallel on the low pressure side. Therefore, the lubricity can be further improved, and the sealed liquid F leaking to the low pressure side can be further reduced.
  • the sealed liquid F flowing out from the vicinity of the wall 9a of the plurality of spiral grooves 9A communicating with the liquid guide groove 15 to the periphery can be further collected by the spiral groove 9B on the low pressure side, the leaked liquid on the low pressure side can be collected.
  • the sealed liquid F can be further reduced.
  • the amount of the sealed liquid F introduced into the spiral groove 9B that does not communicate with the liquid guide groove portion 15 can be increased, the effective range of the dynamic pressure generating mechanism 14 on the sliding surface 11 can be widened.
  • the sealed liquid F drawn into the spiral groove 9A can be secured, and the sealed liquid F held in the liquid guide groove portion 15 can be secured. Even if the amount of the sealing liquid F increases/decreases in a short time, the amount of the sealed liquid F drawn into the spiral groove 9A can be made substantially constant, and poor lubrication of the sliding surfaces 11, 21 can be avoided. .. Further, since the liquid guide groove portion 15 communicates with the low pressure side, the pressure in the liquid guide groove portion 15 is lower than the pressure of the sealed liquid F between the sliding surfaces 11 and 21, and the liquid guide groove portion 15 has The sealed liquid F in the vicinity is easily drawn into the liquid guide groove 15.
  • the spiral grooves 9A and 9B extend toward the high pressure side, the high pressure portion due to the dynamic pressure in the wall portion 9a of the spiral grooves 9A and 9B can be arranged close to the high pressure side, and particularly the spiral groove 9A. In, the suction ability via the liquid guide groove 15 can be enhanced. Further, since the sealed liquid F can be returned from the wall portions 9a of the spiral grooves 9A and 9B to the position close to the high pressure side between the sliding surfaces 11 and 21, the leakage of the sealed liquid F can be reduced. ..
  • the dynamic pressure can be adjusted according to the curvature of the spiral grooves 9A and 9B. Moreover, since the distance to the wall portion 9a of the spiral grooves 9A and 9B can be increased, a large pressure can be obtained.
  • the spiral grooves 9A and 9B may be formed with different curvatures.
  • the liquid guide groove 15 extends in the radial direction. Specifically, since the liquid guide groove portion 15 extends in a direction orthogonal to the central axis of the stationary seal ring 10, the liquid guide groove portion 15 can be arranged in a large number in the circumferential direction of the stationary seal ring 10 with a short width in the circumferential direction. The degree is high.
  • the liquid guide groove 15 is not limited to the direction orthogonal to the central axis of the stationary seal ring 10, and may be inclined from the position orthogonal to the central axis of the stationary seal ring 10, but the inclination is less than 45 degrees. Is preferred. Further, the shape of the liquid guide groove 15 can be freely changed such as an arc shape.
  • a step 18 is formed in the communicating portion between the spiral groove 9A and the liquid guide groove portion 15 by the downstream side surface of the liquid guide groove portion 15 and the bottom surface of the spiral groove 9A, the influence of the dynamic pressure is directly exerted.
  • the sealed liquid F can be held in the liquid guide groove portion 15 without receiving it.
  • the spiral groove 9A communicates with the liquid guide groove portion 15 over the entire width in the radial direction, an opening region of the spiral groove 9A to the liquid guide groove portion 15 can be secured, and the spiral groove 9A is retained in the liquid guide groove portion 15.
  • the sealed liquid F can be efficiently sucked up.
  • the liquid guide groove 15 communicates with the inner diameter side of the stationary seal ring 10. That is, the sliding component is an inside mechanical seal, and when the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 are relatively rotated, the sealed liquid F in the spiral groove 9A can be returned to the high pressure side by centrifugal force. The leakage of the sealed liquid F to the low pressure side on the inner diameter side of the sliding surfaces 11 and 21 can be reduced.
  • the stationary seal ring 10 is provided with the dynamic pressure generating mechanism 14, it is easy to keep the inside of the liquid guide groove 15 close to the atmospheric pressure when the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 are relatively rotated.
  • a step may not be provided in the communicating portion between the liquid guide groove portion 15 and the spiral groove 9A, and for example, the liquid guide groove portion 15 and the spiral groove 9A communicate with each other through an inclined surface.
  • a portion having a depth dimension of 5 ⁇ m or less can be the spiral groove 9A and a portion deeper than 5 ⁇ m can be the liquid guide groove portion 15.
  • the spiral grooves 9A and 9B are formed in a strip-shaped region extending in the circumferential direction concentrically with the stationary seal ring 10 in the same width as the radial width of the liquid guide groove portion 15 from the liquid guide groove portion 15 toward the downstream side. However, it may be formed in a region having another shape such as an arc shape or a trapezoid shape. Further, the spiral grooves 9A and 9B may not be formed at equal intervals as long as they extend in parallel. The spiral grooves 9A and 9B may be linearly extended from the liquid guide groove portion 15 or may be extended in a meandering manner. Further, the spiral groove 9B may not be provided.
  • the dynamic pressure generation mechanism 141 provided in the stationary seal ring 101 is arranged in parallel in the circumferential direction from the liquid guide groove 115, the spiral grooves 109A and 109B, and the liquid guide groove 115 toward the downstream side.
  • a plurality of spiral grooves 109C as shallow groove portions extending in parallel with each other, and a plurality of sub-shallow groove portions independent of the spiral groove 109C communicating with the atmosphere side on the inner diameter side of the spiral groove 109C and extending in parallel with the spiral groove 109C in the circumferential direction.
  • Spiral groove 109D Spiral groove 109D.
  • the spiral grooves 109C and 109D are formed with the same depth of 5 ⁇ m as the spiral grooves 109A and 109B.
  • the low-pressure side fluid A moves in the order of arrows L1, L2, L3 and L4, L5, L6 to generate dynamic pressure in the spiral grooves 109A, 109B. Occurs. Further, when the rotary seal ring 20 rotates clockwise in the plane of FIG. 7, the low pressure side fluid A moves in the order of arrows L1, L2', L3' and L4', L5', L6', and the spiral groove 109C. , 109D generate dynamic pressure.
  • spiral grooves 109A and 109C are extended from the liquid guide groove 115 to both sides in the circumferential direction, either one of the spiral grooves 109A and 109C can be used as a shallow groove portion for generating a dynamic pressure, so that the static sealing is performed. It can be used regardless of the relative rotation direction between the ring 101 and the rotary seal ring 20. Further, since one of the spiral grooves 109B and 109D can be used as a sub shallow groove portion for generating a dynamic pressure, it can be used regardless of the relative rotation direction between the stationary seal ring 101 and the rotary seal ring 20.
  • the spiral groove 109B formed at the downstream end of the dynamic pressure generating mechanism 141 is circumferentially adjacent to the spiral groove 109D formed at the upstream end of the adjacent dynamic pressure generating mechanism 141'. According to this, the dynamic pressure of the sealed liquid F, which flows out from the vicinity of the wall portion 9a of the spiral groove 109B formed at the downstream end portion of the dynamic pressure generating mechanism 141 to the periphery thereof and is intended to move to the inner diameter side, is adjacent. Since it is sucked from the spiral groove 109B formed at the upstream end of the generating mechanism 141', the leakage of the sealed liquid F to the low pressure side can be reduced.
  • the spiral grooves 109A and 109B and the spiral grooves 109C and 109D have the same depth, but they may have different depths. Further, the two may have the same or different circumferential length and radial width.
  • spiral groove 109B formed at the downstream end of the dynamic pressure generating mechanism 141 and the spiral groove 109D formed at the upstream end of the adjacent dynamic pressure generating mechanism 141′ are separated from each other by a long distance in the circumferential direction.
  • the pressure for separating the sliding surfaces 11 and 21 may be further increased.
  • a plurality of dynamic pressure generating mechanisms 141 and specific dynamic pressure generating mechanisms 16 are formed on the stationary seal ring 102.
  • the specific dynamic pressure generating mechanism 16 has a liquid guide groove portion 161 communicating with the high pressure side, and a Rayleigh step 17A extending circumferentially concentrically with the stationary seal ring 102 from the outer diameter side end portion of the liquid guide groove portion 161 toward the downstream side. And a reverse Rayleigh step 17B that extends in the circumferential direction concentrically with the stationary seal ring 102 from the outer diameter side end of the liquid guide groove 161 toward the upstream side.
  • the liquid guide groove 161 and the liquid guide groove 115 are formed at positions corresponding to the circumferential direction.
  • the liquid guide groove 161 and the liquid guide groove 115 are formed along the radial direction. Further, the liquid guide groove portion 161 functions as a deep groove portion of the specific dynamic pressure generating mechanism 16, and the Rayleigh step 17A and the reverse Rayleigh step 17B function as a shallow groove portion of the specific dynamic pressure generating mechanism 16.
  • the spiral grooves 109A and 109B and the spiral grooves 109C and 109D of the dynamic pressure generating mechanism 141 are formed in a region wider in the circumferential direction than the Rayleigh step 17A and the reverse Rayleigh step 17B of the specific dynamic pressure generating mechanism 16.
  • the Rayleigh step 17A and the reverse Rayleigh step 17B are formed with the same depth of 5 ⁇ m as the spiral grooves 109A and 109B and the spiral grooves 109C and 109D.
  • the volume of the dynamic pressure generating mechanism 141 is larger than the volume of the specific dynamic pressure generating mechanism 16.
  • the sealed liquid F moves in the order of arrows L11, L12, and L13 to generate dynamic pressure in the Rayleigh step 17A. Further, when the rotary seal ring 20 rotates clockwise in the plane of FIG. 8, the sealed liquid F moves in the order of arrows L11, L12', and L13' to generate dynamic pressure in the reverse Rayleigh step 17B.
  • the dynamic pressure can be generated in the specific dynamic pressure generation mechanism 16 regardless of the relative rotation direction between the stationary seal ring 102 and the rotary seal ring 20.
  • the sealed liquid F that tends to leak from the sliding surface 11 to the low pressure side while separating the sliding surfaces 11 and 21 by the dynamic pressure generated by the specific dynamic pressure generating mechanism 16 to generate an appropriate liquid film. Can be collected by the dynamic pressure generation mechanism 141.
  • the sealed liquid F that is about to leak from the liquid guide groove portion 161 to the low pressure side between the sliding surfaces 11 and 21 Since the liquid F is easily introduced into the liquid guide groove 115, leakage of the sealed liquid F to the low pressure side can be efficiently reduced.
  • the volume of the dynamic pressure generating mechanism 141 is larger than the volume of the specific dynamic pressure generating mechanism 16, the suction force of the spiral grooves 109A and 109B and the spiral grooves 109C and 109D of the dynamic pressure generating mechanism 141 is increased to reduce the low pressure side.
  • the dynamic pressure balance between the dynamic pressure generating mechanism 141 and the high-pressure side specific dynamic pressure generating mechanism 16 can be adjusted.
  • the circumferential lengths of the spiral grooves 109A and 109B and the spiral grooves 109C and 109D are the same as the Rayleigh step 17A and the reverse Rayleigh step 17B, or shorter than the Rayleigh step 17A and the reverse Rayleigh step 17B. May be. Further, the Rayleigh step 17A and the reverse Rayleigh step 17B may be formed to have different depth dimensions from the spiral grooves 109A and 109B and the spiral grooves 109C and 109D. The radial widths of the Rayleigh step 17A and the reverse Rayleigh step 17B may be formed to be the same as the radial widths of the spiral grooves 109A and 109B and the spiral grooves 109C and 109D. The width may be larger or smaller than the radial width of 109C and 109D. It is preferable that the volume of the dynamic pressure generating mechanism 141 be larger than the volume of the specific dynamic pressure generating mechanism 16.
  • the specific dynamic pressure generating mechanism of the first modification is a concave dimple 30 that is circular when the sliding surface 11 is viewed in a direction orthogonal to each other.
  • the shape, quantity, arrangement, etc. of the dimples 30 can be freely changed.
  • the specific dynamic pressure generating mechanism of Modification 2 is arc grooves 31 and 32 extending in an arc shape while inclining in the radial direction.
  • the arcuate grooves 31, 32 have their outer diameter side ends communicating with the high pressure side, and the arcuate grooves 31 are provided in plural on the outer diameter side of the spiral grooves 109A, 109B.
  • a plurality of 32 are arranged on the outer diameter side of the spiral grooves 109C and 109D.
  • the arcuate groove 31 has a shape in which the sealed liquid F moves toward the inner diameter side when the rotary seal ring 20 rotates counterclockwise in FIG. 9B.
  • the sealed liquid F moves toward the inner diameter side.
  • the pressure on the inner diameter side of the circular arc groove 31 increases, and when it rotates clockwise, the pressure on the inner diameter side of the circular arc groove 32 increases, so that the sliding surfaces 11, 21 are An appropriate liquid film can be generated by separating them.
  • the shape, quantity, arrangement, etc. of the arcuate grooves 31, 32 can be freely changed.
  • the mechanical seal shown in FIG. 10 is an outside type that seals the sealed liquid F that is about to leak from the inner diameter side of the sliding surface toward the outer diameter side.
  • the dynamic pressure generating mechanism 141 is arranged on the outer diameter side so as to communicate with the low pressure side
  • the specific dynamic pressure generating mechanism 16 is arranged on the inner diameter side so as to communicate with the high pressure side.
  • the dynamic pressure generating mechanism may be formed so as to correspond to one rotation as in the first embodiment.
  • the specific dynamic pressure generating mechanism may not be provided, and the specific dynamic pressure generating mechanism may be another form such as the dimple or the arc groove shown in the modification of the third embodiment. It may be formed in.
  • 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, it is not limited to the mechanical seal, and sliding parts other than the mechanical seal such as a slide bearing may be used.
  • the dynamic pressure generating mechanism may be provided only in the stationary seal ring 20, and both the rotary seal ring 20 and the stationary seal ring are provided. May be provided.
  • the sliding parts are provided with a plurality of dynamic pressure generating mechanisms having the same shape, but a plurality of dynamic pressure generating mechanisms having different shapes may be provided. Further, the interval and the number of the dynamic pressure generating mechanism can be changed appropriately.
  • the sealed fluid side has been described as the high pressure side and the leak side as the low pressure side, the sealed fluid side may be the low pressure side and the leak side may be the high pressure side, and the sealed fluid side and the leak side are substantially the same. It may be the same pressure.

Abstract

被密封流体を摺動面間における漏れ側まで供給して高い潤滑性を発揮するとともに被密封流体の漏れの少ない摺動部品を提供する。 回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品10であって、摺動部品10の摺動面11には、漏れ側に連通する深溝部15と、該深溝部15に連通して周方向に並列して延設される複数の浅溝部9Aと、から構成される動圧発生機構14が複数設けられている。

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機械の軸受に用いられる摺動部品に関する。
 被密封液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は相対回転し摺動面同士が摺動する一対の環状の摺動部品を備えている。このようなメカニカルシールにおいて、近年においては環境対策等のために摺動により失われるエネルギーの低減が望まれており、摺動部品の摺動面に高圧の被密封液体側である外径側に連通するとともに摺動面において一端が閉塞する正圧発生溝を設けている。これによれば、摺動部品の相対回転時には、正圧発生溝に正圧が発生して摺動面同士が離間するとともに、正圧発生溝には被密封液体が外径側から導入され被密封液体を保持することで潤滑性が向上し、低摩擦化を実現している。
 さらに、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、「潤滑」に加えて「密封」という条件が求められている。例えば、特許文献1に示されるメカニカルシールは、一方の摺動部品において、被密封液体側に連通するレイリーステップ及び逆レイリーステップが設けられている。これによれば、摺動部品の相対回転時には、レイリーステップにより摺動面間に正圧が発生して摺動面同士が離間するとともに、レイリーステップが被密封液体を保持することで潤滑性が向上する。一方、逆レイリーステップでは相対的に負圧が生じるとともに逆レイリーステップはレイリーステップよりも漏れ側に配置されているため、レイリーステップから摺動面間に流れ出た高圧の被密封液体を逆レイリーステップに吸い込むことができる。このようにして、一対の摺動部品間の被密封液体が漏れ側に漏れることを防止して密封性を向上させていた。
国際公開第2012/046749号(第14-16頁、第1図)
 しかしながら、特許文献1にあっては、逆レイリーステップで被密封液体を被密封液体側へ戻す構造であるため、摺動面間における漏れ側に被密封液体が供給されず、潤滑性に寄与していない部分が生じる虞があり、より潤滑性の高い摺動部品が求められていた。
 本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、被密封流体を摺動面間における漏れ側まで供給して高い潤滑性を発揮するとともに被密封流体の漏れの少ない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、
 回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品であって、
 前記摺動部品の摺動面には、漏れ側に連通する深溝部と、該深溝部に連通して周方向に並列して延設される複数の浅溝部と、から構成される動圧発生機構が複数設けられている。
 これによれば、深溝部は溝の深さが深く容積が大きいので、摺動面の漏れ側まで供給された多くの量の被密封流体を回収して浅溝部から被密封流体を摺動面間に流出させることができるため、摺動面の広い面積で潤滑性を向上させることができる。また、漏れ側に連通する深溝部によって被密封流体を回収し、回収した被密封流体を浅溝部から摺動面間に流出させて一部を径方向被密封流体側に戻すので、漏れ側に漏れる被密封流体が少ない。加えて、並列する複数の浅溝部において、被密封流体側の浅溝部から流出する被密封流体を漏れ側に並列配置される浅溝部により捕集することができるため、潤滑性をより向上させるとともに、漏れ側に漏れる被密封流体をより少なくできる。
 前記浅溝部が被密封流体側に向かって延びていてもよい。
 これによれば、浅溝部の延設方向端部における動圧により高圧が生じる高圧部を被密封流体側に近付けて配置することができ、浅溝部の延設方向端部から被密封流体を摺動面間の被密封流体側に近づけた位置に戻すことができる。
 前記浅溝部は、周方向に湾曲していてもよい。
 これによれば、浅溝部の曲率に応じて動圧を調整することができる。また、浅溝部の延設方向端部までの距離を長くできるため、大きな圧力を得ることができる。
 前記動圧発生機構は、漏れ側に直接連通し前記浅溝部の漏れ側で並列して周方向に延びる前記浅溝部とは独立したサブ浅溝部を有していてもよい。
 これによれば、深溝部と連通する複数の浅溝部において、延設方向端部から流出する被密封流体を漏れ側のサブ浅溝部によりさらに捕集することができるため、漏れ側に漏れる被密封流体をさらに少なくできる。また、深溝部と連通しないサブ浅溝部に対する被密封流体の導入量を増やすことができるため、動圧発生機構の有効範囲を広げることができる。
 前記浅溝部は、前記深溝部から周方向両側に延びていてもよい。
 これによれば、深溝部の周方向のいずれか一方に配置される浅溝部を動圧発生用の浅溝部として利用できるため、摺動部品の回転方向に限られず使用できる。
 前記深溝部は内径側に連通していてもよい。
 これによれば、浅溝部から摺動面間に供給された被密封流体を遠心力により被密封流体側に戻すことができるとともに、遠心力により深溝部内に被密封流体を保持しやすい。
 前記摺動部品の摺動面には、前記動圧発生機構よりも被密封流体側に配置され前記動圧発生機構とは独立する特定動圧発生機構を備えていてもよい。
 これによれば、摺動部品の相対回転時に、特定動圧発生機構により摺動面間を離間させて摺動面間に適当な流体膜を生成しつつ、動圧発生機構によって被密封流体の漏れ側への漏れを低減できる。
 尚、本発明に係る摺動部品の浅溝部が周方向に延設されているというのは、浅溝部が少なくとも周方向の成分をもって延設していればよく、好ましくは径方向よりも周方向に沿った成分が大きくなるように延設されていればよい。また深溝部が径方向に延びているというのは、深溝部が少なくとも径方向の成分をもって延設していればよく、好ましくは周方向よりも径方向に沿った成分が大きくなるように延設されていればよい。
 また、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におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 A-A断面図である。 静止密封環の摺動面における要部拡大図である。 (a)~(c)は相対回転初期に液体誘導溝部の内径側から吸い込まれた被密封液体が摺動面間に流出される動作を説明する概略図である。 相対回転初期に液体誘導溝部の内径側から吸い込まれた被密封液体が摺動面間に流出される動作を説明する概略図である。 本発明の実施例2における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例3における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 (a)は本発明の変形例1を示す説明図、(b)は本発明の変形例2を示す説明図である。 本発明の実施例4における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。
 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6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径側を被密封流体側としての被密封液体側(高圧側)、内径側を漏れ側としての大気側(低圧側)として説明する。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すこともある。
 図1に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封液体F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摺動部品である回転密封環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摺動部品としての円環状の静止密封環10と、から主に構成され、ベローズ7によって静止密封環10が軸方向に付勢されることにより、静止密封環10の摺動面11と回転密封環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、回転密封環20の摺動面21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。
 静止密封環10及び回転密封環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。
 図2に示されるように、静止密封環10に対して回転密封環20が矢印で示すように相対摺動するようになっており、静止密封環10の摺動面11には複数の動圧発生機構14が静止密封環10の周方向に均等に配設されている。摺動面11の動圧発生機構14以外の部分は平端面をなすランド12となっている。
 次に、動圧発生機構14の概略について図2~図4に基づいて説明する。尚、以下、静止密封環10及び回転密封環20が相対的に回転したときに、図4の紙面左側を後述するスパイラル溝9A,9B内を流れる被密封液体Fの下流側とし、図4の紙面右側をスパイラル溝9A,9B内を流れる被密封液体Fの上流側として説明する。
 動圧発生機構14は、大気側に連通して外径方向に延びる深溝部としての液体誘導溝部15と、液体誘導溝部15から下流側に向けて周方向に並列して延びる浅溝部としての複数のスパイラル溝9Aと、スパイラル溝9Aの内径側において大気側に連通してスパイラル溝9Aと周方向に並列して延びるスパイラル溝9Aとは独立したサブ浅溝部としての複数のスパイラル溝9Bと、を備えている。尚、本実施例1の液体誘導溝部15は、静止密封環10の軸に直交するように径方向に延びている。また、本実施例1の4本のスパイラル溝9Aと5本のスパイラル溝9Bは、液体誘導溝部15から下流側に向けて液体誘導溝部15の径方向の幅と同じ幅で静止密封環10と同心状に周方向に延びる帯状の領域内において等間隔に並列している。また、液体誘導溝部15とスパイラル溝9Aとは連通しており、連通部分には深さ方向の段差18が形成されている。
 また、スパイラル溝9A,9Bは、延設方向端部、すなわち下流側の端部に先細り形状を成す壁部9aが形成されている。尚、壁部9aは、先細りすることに限られるものではなく、例えば回転方向に対して直交または傾斜していてもよいし、階段状に形成されていてもよい。
 また、液体誘導溝部15の深さ寸法L10は、スパイラル溝9Aの深さ寸法L20よりも深くなっている(L10>L20)。具体的には、本実施例1における液体誘導溝部15の深さ寸法L10は、100μmに形成されており、スパイラル溝9Aの深さ寸法L20は、5μmに形成されている。すなわち、液体誘導溝部15とスパイラル溝9Aとの間には、液体誘導溝部15における下流側の側面とスパイラル溝9Aの底面とにより深さ方向の段差18が形成されている。尚、液体誘導溝部15の深さ寸法がスパイラル溝9Aの深さ寸法よりも深く形成されていれば、液体誘導溝部15及びスパイラル溝9Aの深さ寸法は自由に変更でき、好ましくは寸法L10は寸法L20の5倍以上である。また、説明の便宜上、図示を省略するが、スパイラル溝9Bは、スパイラル溝9Aと同一の深さ寸法L20(5μm)に形成されている。
 尚、スパイラル溝9A,9Bの底面は平坦面をなしランド12に平行に形成されているが、平坦面に微細凹部を設けることやランド12に対して傾斜するように形成することを妨げない。さらに、スパイラル溝9A,9Bの周方向に延びる2つの円弧状の面はそれぞれスパイラル溝9A,9Bの底面に直交している。また、液体誘導溝部15の底面は平坦面をなしランド12に平行に形成されているが、平坦面に微細凹部を設けることやランド12に対して傾斜するように形成することを妨げない。さらに、液体誘導溝部15の径方向に延びる2つの平面はそれぞれ液体誘導溝部15の底面に直交している。
 次いで、静止密封環10と回転密封環20との相対回転時の動作について説明する。まず、回転密封環20が回転していない一般産業機械の非稼動時には、摺動面11,21間には摺動面11,21よりも外径側の被密封液体Fが毛細管現象によって僅かに進入しているとともに、動圧発生機構14には一般産業機械の停止時に残っていた被密封液体Fと摺動面11,21よりも内径側から進入した大気とが混在した状態となっている。尚、被密封液体Fは気体と比べ粘度が高いため、一般産業機械の停止時に動圧発生機構14から低圧側に漏れ出す量は少ない。
 一般産業機械の停止時に動圧発生機構14に被密封液体Fがほぼ残っていない場合には、回転密封環20が静止密封環10に対して相対回転(図2の黒矢印参照)すると、図4に示されるように、大気側の低圧側流体Aが矢印L1に示すように液体誘導溝部15から導入されるとともに、スパイラル溝9Aによって低圧側流体Aが回転密封環20の回転方向に矢印L2に示すように追随移動するため、スパイラル溝9A内に動圧が発生するようになる。また、矢印L4に示すように、スパイラル溝9Bの低圧側の開口からも大気側の低圧側流体Aが導入され、スパイラル溝9Bによって低圧側流体Aが回転密封環20の回転方向に矢印L5に示すように追随移動するため、スパイラル溝9B内にも動圧が発生するようになる。
 スパイラル溝9A,9Bの下流側端部である壁部9a近傍が最も圧力が高くなり、低圧側流体Aは矢印L3,L6に示すように壁部9a近傍からその周辺に流出する。尚、スパイラル溝9A,9Bの上流側に向かうにつれて漸次圧力が低くなっている。
 また、静止密封環10と回転密封環20との相対回転時には、摺動面11,21間にそれらの外径側から高圧の被密封液体Fが随時流入しており、いわゆる流体潤滑をなすようになっている。このとき、スパイラル溝9A,9B近傍の被密封液体Fは、上述したようにスパイラル溝9A,9B特に下流側は高圧となっているため、矢印H1に示すように、ランド12に位置したままで、スパイラル溝9A,9Bにはほぼ進入しない。一方、液体誘導溝部15の近傍の被密封液体Fは、液体誘導溝部15が深溝部であってかつ低圧側に連通していることから、矢印H2に示すように、液体誘導溝部15に進入しやすくなっている。加えて、被密封液体Fは液体であって表面張力が大きいことから、液体誘導溝部15の側壁面に沿って移動して液体誘導溝部15に進入しやすくなっている。尚、説明の便宜上、矢印H1は最外径のスパイラル溝9Aに対してのみ図示している。
 また、矢印L3に示すように、低圧側流体Aが高圧側のスパイラル溝9Aの下流側端部である壁部9a近傍からその周辺に流出することにより、低圧側に並列配置されるスパイラル溝9Aとの間でランド12に位置していた被密封液体Fの一部が押されて、高圧側のスパイラル溝9Aの壁部9aの周辺まで並列して延設される低圧側のスパイラル溝9Aに進入するようになっている。尚、このような低圧側流体Aによる被密封液体Fの押し込みは、図4に示される並列するスパイラル溝9A,9A間に限られるものではなく、矢印L3,L6に示すように、各スパイラル溝9A,9Bの壁部9aからその近傍に流出する低圧側流体Aにより他の並列するスパイラル溝9A,9B間またはスパイラル溝9B,9B間においても同様に行われる。
 次いで、液体誘導溝部15に吸い込まれた被密封液体Fが摺動面11,21間に流出される動作を説明する。
 動圧発生機構14に被密封液体Fがほぼ残っていない場合に、回転密封環20が静止密封環10に対して相対回転(図2の黒矢印参照)すると、図5(a)に示されるように、液体誘導溝部15に進入した被密封液体Fは、符号H3に示すように、塊状の液滴となる。その後、図5(b)に示されるように、液滴がある程度の体積となると、符号H4に示すように、スパイラル溝9A,9A’の上流側に形成された相対的に低い圧力によってスパイラル溝9A,9A’に引き込まれる。同時に、新たに液体誘導溝部15に被密封液体Fが進入し、液滴H3’となる。このとき、液体誘導溝部15には、図5(a)における相対回転の初期状態よりも多くの被密封液体Fが進入する。
 その後、図5(c)に示されるように、スパイラル溝9A,9A’に引き込まれた被密封液体Fは回転密封環20から大きなせん断力を受け、圧力が高められながらスパイラル溝9A,9A’内を下流側に移動し、矢印H5に示すように壁部9a近傍からその周辺に流出する。また、壁部9a近傍からその周辺に流出した被密封液体Fの一部は、矢印H6に示すように低圧側に並列配置されるスパイラル溝9Aとの間でランド12に位置していた被密封液体Fの一部と共に低圧側のスパイラル溝9Aに進入する。同時に、新たに液体誘導溝部15に被密封液体Fが進入し、液滴H3’’となるとともに、液滴H3’が符号H4’に示すように、各スパイラル溝9Aに引き込まれる。また、スパイラル溝9Bの開口からも被密封液体Fが進入し、液滴H7となる。尚、スパイラル溝9Bの開口側から進入する被密封液体Fは少量であるため、液滴H7は液滴H4と比べると小さな塊である。
 図6に示されるように、スパイラル溝9A,9A’に引き込まれた被密封液体Fはスパイラル溝9A,9A’内を下流側に移動し、矢印H5’に示すように壁部9a近傍からその周辺に流出する。また、壁部9a近傍からその周辺に流出した被密封液体Fの一部は、矢印H6に示すように低圧側に並列配置されるスパイラル溝9A,9A’またはスパイラル溝9Bとの間でランド12に位置していた被密封液体Fの一部と共に低圧側のスパイラル溝9A,9A’またはスパイラル溝9Bに進入する。同時に、液体誘導溝部15に被密封液体Fがさらに進入し、液滴H3’’’となるとともに、液滴H3’’が符号H4’’に示すように、各スパイラル溝9Aに引き込まれる。
 その後、図6に示される状態よりも液体誘導溝部15に進入する被密封液体Fの量が増え、各スパイラル溝9Aから連続的に被密封液体Fが摺動面11,21間に流出する定常状態となる。定常状態では、摺動面11,21間にそれらの外径側やスパイラル溝9A,9Bから高圧の被密封液体Fが随時流入しており、上述したように流体潤滑となっている。尚、図5(a),(b),(c)を経て定常状態となるまでは過渡的な短い時間である。また、一般産業機械の停止時に動圧発生機構14に被密封液体Fが残っている場合には、動圧発生機構14に被密封液体Fが残存している量によって、図5(a)の状態、図5(b)の状態、図5(c)の状態、定常状態のいずれかから動作が開始することとなる。
 ここで、液体誘導溝部15が深溝部であってかつ低圧側に連通していることから、矢印H5で示す被密封液体Fは、隣接する液体誘導溝部15内に引き込まれやすくなっており、摺動面11,21間の被密封液体Fの量が安定し、高い潤滑性を維持できるようになっている。尚、スパイラル溝9Bは開口側まで同じ深さの浅い溝であるから、定常状態においても、液体誘導溝部15に比べてスパイラル溝9Bの開口側から進入する被密封液体Fの量が大きく増えることはない。また、固体に対する界面張力は気体よりも液体の方が大きいので、摺動面11,21間には被密封液体Fが保持されやすく大気は静止密封環10、回転密封環20よりも内径側に排出されやすい。
 以上のように、静止密封環10と回転密封環20との相対回転時において、スパイラル溝9Aには、液体誘導溝部15に進入した被密封液体Fを引き込んで動圧が発生している。液体誘導溝部15は溝の深さが深く容積が大きいので、摺動面11の低圧側まで被密封液体Fを供給しても、被密封液体Fを回収してスパイラル溝9Aにより摺動面11,21間に戻すことができるため、摺動面11の広い面積で潤滑性を向上させることができる。また、摺動面11,21よりも内径側の低圧側に連通する液体誘導溝部15によって被密封液体Fを回収し、回収した被密封液体Fをスパイラル溝9Aから摺動面11,21間に流出させて一部を高圧側に戻すので、低圧側に漏れる被密封液体Fが少ない。また、スパイラル溝9Aの下流側端部が先細り形状であることにより、スパイラル溝9Aの壁部9aから摺動面11,21間に戻される被密封液体Fの流量が確保されやすくなるため、動圧を安定して発生させることができる。加えて、並列する複数のスパイラル溝9Aにおいて、高圧側のスパイラル溝9Aの壁部9a近傍から周辺に流出する被密封液体Fを低圧側に並列配置されるスパイラル溝9Aにより捕集することができるため、潤滑性をより向上させるとともに、低圧側に漏れる被密封液体Fをより少なくできる。
 さらに、液体誘導溝部15と連通する複数のスパイラル溝9Aの壁部9a近傍から周辺に流出する被密封液体Fを低圧側のスパイラル溝9Bによりさらに捕集することができるため、低圧側に漏れる被密封液体Fをさらに少なくできる。また、液体誘導溝部15と連通しないスパイラル溝9Bに対する被密封液体Fの導入量を増やすことができるため、摺動面11における動圧発生機構14の有効範囲を広げることができる。
 また、多くの量の被密封液体Fが液体誘導溝部15に保持されるため、スパイラル溝9A内に引き込まれる被密封液体Fの量を十分に確保できるとともに、液体誘導溝部15に保持される被密封液体Fの量が短い時間において増減してもスパイラル溝9A内に引き込まれる被密封液体Fの量を略一定とすることができ、摺動面11,21が貧潤滑となることを回避できる。また、液体誘導溝部15が低圧側に連通しているので、摺動面11,21間の被密封液体Fの圧力に比べ液体誘導溝部15内の圧力は低くなっており、液体誘導溝部15の近傍の被密封液体Fは液体誘導溝部15内に引き込まれやすくなっている。
 また、スパイラル溝9A,9Bは、高圧側に向かって延びているため、スパイラル溝9A,9Bの壁部9aにおける動圧による高圧部を高圧側に近付けて配置することができ、特にスパイラル溝9Aにおいては、液体誘導溝部15を介した吸い込み能力を高めることができる。また、スパイラル溝9A,9Bの壁部9aから被密封液体Fを摺動面11,21間の高圧側に近づけた位置に戻すことができるから、被密封液体Fの漏れを少なくすることができる。
 また、スパイラル溝9A,9Bは、周方向に湾曲しているため、スパイラル溝9A,9Bの曲率に応じて動圧を調整することができる。また、スパイラル溝9A,9Bの壁部9aまでの距離を長くできるため、大きな圧力を得ることができる。尚、スパイラル溝9A,9Bは、異なる曲率で形成されていてもよい。
 また、液体誘導溝部15は、径方向に延びている。具体的には、液体誘導溝部15は、静止密封環10の中心軸と直交する方向に延びているため、周方向の幅を短くして静止密封環10の周方向に多く配置できるので設計自由度が高い。尚、液体誘導溝部15は、静止密封環10の中心軸と直交する方向に限られず、静止密封環10の中心軸と直交する位置から傾いていてもよいが、45度未満の傾きであることが好ましい。さらに、液体誘導溝部15の形状は円弧状など自由に変更できる。
 また、スパイラル溝9Aと液体誘導溝部15との連通部分には、液体誘導溝部15における下流側の側面とスパイラル溝9Aの底面とにより段差18が形成されているので、動圧の影響を直接的に受けずに被密封液体Fを液体誘導溝部15に保持できる。
 また、スパイラル溝9Aは、それぞれ径方向の全幅に亘って液体誘導溝部15に連通しているため、スパイラル溝9Aの液体誘導溝部15への開口領域を確保でき、液体誘導溝部15に保持された被密封液体Fを効率的に吸い上げることができる。
 また、液体誘導溝部15は、静止密封環10の内径側に連通している。すなわち、摺動部品は、インサイド型のメカニカルシールであり、静止密封環10及び回転密封環20の相対回転時には、遠心力によりスパイラル溝9A内の被密封液体Fを高圧側に戻すことができるとともに、被密封液体Fの摺動面11,21よりも内径側の低圧側への漏れを低減できる。
 また、静止密封環10に動圧発生機構14が設けられているため、静止密封環10及び回転密封環20の相対回転時に、液体誘導溝部15内を大気圧に近い状態に保ちやすい。
 尚、本実施例1では、液体誘導溝部15とスパイラル溝9Aとの連通部分に段差が設けられていなくてもよく、例えば、液体誘導溝部15とスパイラル溝9Aとが傾斜面で連通していてもよい。この場合、例えば、5μm以下の深さ寸法を有する部分がスパイラル溝9Aとなり、5μmよりも深い部分を液体誘導溝部15とすることができる。
 また、スパイラル溝9A,9Bは、液体誘導溝部15から下流側に向けて液体誘導溝部15の径方向の幅と同じ幅で静止密封環10と同心状に周方向に延びる帯状の領域内に形成される形態に限られず、例えば、円弧状または台形状など他の形状の領域内に形成されていてもよい。また、スパイラル溝9A,9Bは、並列に延びるものであれば等間隔に形成されなくてもよい。また、スパイラル溝9A,9Bは、液体誘導溝部15から直線状に延設されるようになっていてもよいし、蛇行して延設されていてもよい。また、スパイラル溝9Bは設けなくてもよい。
 次に、実施例2に係る摺動部品につき、図7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7に示されるように、静止密封環101に設けられる動圧発生機構141は、液体誘導溝部115と、スパイラル溝109A,109Bと、液体誘導溝部115から下流側に向けて周方向に並列して延びる浅溝部としての複数のスパイラル溝109Cと、スパイラル溝109Cの内径側において大気側に連通してスパイラル溝109Cと周方向に並列して延びるスパイラル溝109Cとは独立したサブ浅溝部としての複数のスパイラル溝109Dと、を備えている。また、スパイラル溝109C,109Dは、スパイラル溝109A,109Bと同じ5μmの深さ寸法で形成されている。
 図7の紙面反時計回りに回転密封環20が回転する場合には、低圧側流体Aが矢印L1,L2,L3及びL4,L5,L6の順に移動してスパイラル溝109A,109B内に動圧が発生する。また、図7の紙面時計回りに回転密封環20が回転する場合には、低圧側流体Aが矢印L1,L2’,L3’及びL4’,L5’,L6’の順に移動してスパイラル溝109C,109D内に動圧が発生する。
 このように、液体誘導溝部115から周方向両側にスパイラル溝109A,109Cが延設されているので、スパイラル溝109A,109Cのいずれか一方を動圧発生用の浅溝部として利用できるため、静止密封環101と回転密封環20との相対回転方向に関わらず使用できる。また、スパイラル溝109B,109Dについても、いずれか一方を動圧発生用のサブ浅溝部として利用できるため、静止密封環101と回転密封環20との相対回転方向に関わらず使用できる。
 また、動圧発生機構141における下流側端部に形成されるスパイラル溝109Bは、隣接する動圧発生機構141’における上流側端部に形成されるスパイラル溝109Dと周方向に隣接している。これによれば、動圧発生機構141における下流側端部に形成されるスパイラル溝109Bの壁部9a近傍からその周辺に流出し、内径側に移動しようとする被密封液体Fが隣接する動圧発生機構141’における上流側端部に形成されるスパイラル溝109Bから吸い込まれるため、被密封液体Fの低圧側への漏れを低減できる。
 尚、本実施例2では、スパイラル溝109A,109B及びスパイラル溝109C,109Dが同一の深さ寸法である場合を例示したが、異なる深さ寸法に形成されていてもよい。また、両者は周方向長さ、径方向幅についても同じであっても異なっていてもよい。
 また、動圧発生機構141における下流側端部に形成されるスパイラル溝109Bと隣接する動圧発生機構141’における上流側端部に形成されるスパイラル溝109Dとを周方向に長い距離離間させ、摺動面11,21間を離間させる圧力をより高めるようにしてもよい。
 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2と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
 図8に示されるように、静止密封環102には、動圧発生機構141と、特定動圧発生機構16と、が複数形成されている。特定動圧発生機構16は、高圧側に連通する液体誘導溝部161と、液体誘導溝部161の外径側端部から下流側に向けて静止密封環102と同心状に周方向に延びるレイリーステップ17Aと、液体誘導溝部161の外径側端部から上流側に向けて静止密封環102と同心状に周方向に延びる逆レイリーステップ17Bと、を備えている。液体誘導溝部161と液体誘導溝部115とは、周方向に対応する位置に形成されている。すなわち、液体誘導溝部161と液体誘導溝部115とは、径方向に沿って形成されている。また、液体誘導溝部161は、特定動圧発生機構16の深溝部として機能しており、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bは、特定動圧発生機構16の浅溝部として機能している。
 動圧発生機構141のスパイラル溝109A,109B及びスパイラル溝109C,109Dは、特定動圧発生機構16のレイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bよりも周方向に広い領域内に形成されている。また、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bは、スパイラル溝109A,109B及びスパイラル溝109C,109Dと同じ5μmの深さ寸法で形成されている。また、動圧発生機構141の容積は、特定動圧発生機構16の容積よりも大きくなっている。
 図8の紙面反時計回りに回転密封環20が回転する場合には、被密封液体Fが矢印L11,L12,L13の順に移動してレイリーステップ17A内に動圧が発生する。また、図8の紙面時計回りに回転密封環20が回転する場合には、被密封液体Fが矢印L11,L12’,L13’の順に移動して逆レイリーステップ17B内に動圧が発生する。このように、静止密封環102と回転密封環20との相対回転方向に関わらず特定動圧発生機構16内に動圧を発生させることができる。
 また、特定動圧発生機構16で発生する動圧により摺動面11,21間を離間させて適当な液膜を生成しつつ、摺動面11から低圧側に漏れようとする被密封液体Fを動圧発生機構141によって回収できる。
 また、液体誘導溝部161と液体誘導溝部115とは、径方向に沿って形成されているため、摺動面11,21間において液体誘導溝部161から低圧側に漏れようとする被密封液体Fが液体誘導溝部115に導入されやすくなるため、被密封液体Fの低圧側への漏れを効率よく低減できる。
 また、動圧発生機構141の容積が特定動圧発生機構16の容積よりも大きいので、動圧発生機構141のスパイラル溝109A,109B及びスパイラル溝109C,109Dの吸い込み力を大きくして、低圧側の動圧発生機構141と高圧側の特定動圧発生機構16との動圧のバランスを調整できる。
 尚、スパイラル溝109A,109B及びスパイラル溝109C,109Dの周方向の長さは、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bと同一の長さ、またはレイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bよりも短く形成されていてもよい。また、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bは、スパイラル溝109A,109B及びスパイラル溝109C,109Dと異なる深さ寸法に形成されていてもよい。また、レイリーステップ17A及び逆レイリーステップ17Bの径方向の幅は、スパイラル溝109A,109B及びスパイラル溝109C,109Dの径方向の幅と同一に形成されてもよく、スパイラル溝109A,109B及びスパイラル溝109C,109Dの径方向の幅よりも大幅または小幅に形成されていてもよい。好ましくは、動圧発生機構141の容積が特定動圧発生機構16の容積よりも大きくなっていればよい。
 次いで、特定動圧発生機構の変形例を説明する。図9(a)に示すように、変形例1の特定動圧発生機構は、摺動面11を直交する方向から見て円形を成す凹形状のディンプル30である。尚、ディンプル30の形状、数量、配置などは自由に変更することができる。
 また、図9(b)に示すように、変形例2の特定動圧発生機構は、径方向に向けて傾斜しながら円弧状に延びる円弧溝31,32である。具体的には、円弧溝31,32は外径側の端部が高圧側に連通しており、円弧溝31は、スパイラル溝109A,109Bの外径側に複数配設されており、円弧溝32は、スパイラル溝109C,109Dの外径側に複数配設されている。
 また、円弧溝31は、回転密封環20が図9(b)の紙面反時計回りに回転したときに内径側に向けて被密封液体Fが移動する形状となっており、円弧溝32は、回転密封環20が図9(b)の紙面時計回りに回転したときに内径側に向けて被密封液体Fが移動する形状となっている。回転密封環20が反時計回りに回転したときには円弧溝31の内径側の圧力が高くなり、時計回りに回転したときには円弧溝32の内径側の圧力が高くなるため、摺動面11,21を離間させて適当な液膜を生成できるようになっている。尚、円弧溝31,32の形状、数量、配置などは自由に変更することができる。
 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3と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
 図10に示されるメカニカルシールは、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする被密封液体Fを密封するアウトサイド形のものである。動圧発生機構141は低圧側に連通するように外径側に配置されており、特定動圧発生機構16は、高圧側に連通するように内径側に配置されている。尚、アウトサイド形のメカニカルシールであっても、前記実施例1のように、動圧発生機構が片回転に対応するように形成されていてもよい。また、前記実施例1のように、特定動圧発生機構が設けられていなくてもよいし、特定動圧発生機構が前記実施例3の変形例に示したディンプルや円弧溝等の他の形態に形成されていてもよい。
 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、メカニカルシールに限られず、すべり軸受など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、動圧発生機構を静止密封環にのみ設ける例について説明したが、動圧発生機構を回転密封環20にのみ設けてもよく、回転密封環20と静止密封環の両方に設けてもよい。
 また、前記実施例では、摺動部品に同一形状の動圧発生機構が複数設けられる形態を例示したが、形状の異なる動圧発生機構が複数設けられていてもよい。また、動圧発生機構の間隔や数量などは適宜変更できる。
 また、被密封流体側を高圧側、漏れ側を低圧側として説明してきたが、被密封流体側が低圧側、漏れ側が高圧側となっていてもよいし、被密封流体側と漏れ側とは略同じ圧力であってもよい。
9A        スパイラル溝(浅溝部)
9B        スパイラル溝(サブ浅溝部)
10        静止密封環(摺動部品)
11        摺動面
14        動圧発生機構
15        液体誘導溝部(深溝部)
16        特定動圧発生機構
17A       レイリーステップ(浅溝部)
17B       逆レイリーステップ(浅溝部)
18        段差
20        回転密封環(摺動部品)
21        摺動面
109A,109C スパイラル溝(浅溝部)
109B,109D スパイラル溝(サブ浅溝部)
115       液体誘導溝部(深溝部)
141       動圧発生機構

Claims (7)

  1.  回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品であって、
     前記摺動部品の摺動面には、漏れ側に連通する深溝部と、該深溝部に連通して周方向に並列して延設される複数の浅溝部と、から構成される動圧発生機構が複数設けられている摺動部品。
  2.  前記浅溝部が被密封流体側に向かって延びている請求項1に記載の摺動部品。
  3.  前記浅溝部は、周方向に湾曲している請求項1または2に記載の摺動部品。
  4.  前記動圧発生機構は、漏れ側に直接連通し前記浅溝部の漏れ側で並列して周方向に延びる前記浅溝部とは独立したサブ浅溝部を有している請求項1ないし3のいずれかに記載の摺動部品。
  5.  前記浅溝部は、前記深溝部から周方向両側に延びている請求項1ないし4のいずれかに記載の摺動部品。
  6.  前記深溝部は内径側に連通する請求項1ないし5のいずれかに記載の摺動部品。
  7.  前記摺動部品の摺動面には、前記動圧発生機構よりも被密封流体側に配置され前記動圧発生機構とは独立する特定動圧発生機構を備えている請求項1ないし6のいずれかに記載の摺動部品。
PCT/JP2020/003647 2019-02-04 2020-01-31 摺動部品 WO2020162351A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020217025876A KR102627904B1 (ko) 2019-02-04 2020-01-31 슬라이딩 부품
EP24157823.6A EP4345328A2 (en) 2019-02-04 2020-01-31 Sliding component
JP2020571160A JP7387239B2 (ja) 2019-02-04 2020-01-31 摺動部品
US17/425,678 US20220099189A1 (en) 2019-02-04 2020-01-31 Sliding component
EP20752626.0A EP3922872A4 (en) 2019-02-04 2020-01-31 SLIDE COMPONENT
CN202080010586.3A CN113439167B (zh) 2019-02-04 2020-01-31 滑动部件

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-017875 2019-02-04
JP2019017875 2019-02-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020162351A1 true WO2020162351A1 (ja) 2020-08-13

Family

ID=71947476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/003647 WO2020162351A1 (ja) 2019-02-04 2020-01-31 摺動部品

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220099189A1 (ja)
EP (2) EP4345328A2 (ja)
JP (1) JP7387239B2 (ja)
KR (1) KR102627904B1 (ja)
CN (1) CN113439167B (ja)
WO (1) WO2020162351A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023095905A1 (ja) * 2021-11-29 2023-06-01 イーグル工業株式会社 摺動要素
WO2023223914A1 (ja) * 2022-05-19 2023-11-23 イーグル工業株式会社 摺動部品

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11125334B2 (en) * 2016-12-21 2021-09-21 Eaton Intelligent Power Limited Hydrodynamic sealing component and assembly
EP3832178B1 (en) 2018-08-01 2024-05-01 Eagle Industry Co., Ltd. Slide component
EP3842673A4 (en) 2018-08-24 2022-05-04 Eagle Industry Co., Ltd. SLIDING ELEMENT
KR102589959B1 (ko) 2018-11-30 2023-10-17 이구루코교 가부시기가이샤 슬라이딩 부품
JP7345998B2 (ja) 2018-12-21 2023-09-19 イーグル工業株式会社 摺動部品
US11933405B2 (en) 2019-02-14 2024-03-19 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
EP4006368A4 (en) 2019-07-26 2023-08-16 Eagle Industry Co., Ltd. SLIDING ELEMENT

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005337503A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 John Crane Inc 流体力学的ポンプ機構を有するメカニカルシールリング組立体
WO2012046749A1 (ja) 2010-10-06 2012-04-12 イーグル工業株式会社 摺動部品
WO2016186015A1 (ja) * 2015-05-20 2016-11-24 イーグル工業株式会社 摺動部品
WO2016186019A1 (ja) * 2015-05-19 2016-11-24 イーグル工業株式会社 摺動部品
WO2018092742A1 (ja) * 2016-11-16 2018-05-24 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
WO2018105505A1 (ja) * 2016-12-07 2018-06-14 イーグル工業株式会社 しゅう動部品

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3695789A (en) * 1970-04-13 1972-10-03 Case Co J I Balancing mechanism for fluid translating device
NL7213192A (ja) * 1972-09-29 1974-04-02
DE2504204C3 (de) * 1975-02-01 1981-11-12 Skf Kugellagerfabriken Gmbh, 8720 Schweinfurt Selbstdruckerzeugendes Axialgleitlager
DE2624849C3 (de) * 1976-06-03 1981-12-03 Skf Kugellagerfabriken Gmbh, 8720 Schweinfurt Selbstdruckerzeugendes Radialgleitlager
US5066026A (en) * 1990-06-11 1991-11-19 Kaydon Corporation Gas face seal
US5492341A (en) * 1990-07-17 1996-02-20 John Crane Inc. Non-contacting, gap-type seal having a ring with a patterned seal face
JPH0560247A (ja) * 1991-08-26 1993-03-09 Nippon Pillar Packing Co Ltd 非接触形メカニカルシール
CA2170746C (en) * 1993-09-01 2005-01-25 Josef Sedy Face seal with angled and annular grooves
DE69525562T2 (de) * 1994-03-22 2002-11-21 Nippon Pillar Packing Kontaktlose Wellendichtungsvorrichtung
JP2563081B2 (ja) * 1994-03-22 1996-12-11 日本ピラー工業株式会社 非接触形軸封装置
JP2700865B2 (ja) * 1994-12-07 1998-01-21 日本ピラー工業株式会社 非接触形メカニカルシール
US7044470B2 (en) * 2000-07-12 2006-05-16 Perkinelmer, Inc. Rotary face seal assembly
CN2460801Y (zh) * 2001-01-18 2001-11-21 王玉明 可双向旋转的螺旋槽端面密封装置
US6454268B1 (en) * 2001-02-09 2002-09-24 Eagle Industry Co., Ltd. Shaft seal device
JP4072721B2 (ja) * 2003-02-13 2008-04-09 三菱重工業株式会社 人工心臓ポンプ
CN101057093B (zh) * 2004-11-09 2013-02-13 伊格尔工业股份有限公司 机械密封装置
WO2011105513A1 (ja) * 2010-02-26 2011-09-01 Nok株式会社 シールリング
JP5122607B2 (ja) * 2010-06-17 2013-01-16 キヤノンマシナリー株式会社 平面摺動機構
EP2726763B8 (en) * 2011-07-01 2018-01-03 Eaton Corporation Scooping hydrodynamic seal
US9151390B2 (en) * 2011-09-10 2015-10-06 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding parts
CN103732958B (zh) * 2011-09-10 2016-09-21 伊格尔工业股份有限公司 滑动部件
EP2853789B1 (en) * 2012-10-18 2019-03-06 Eagle Industry Co., Ltd. Slide part
CN103104707B (zh) * 2013-01-30 2015-10-28 浙江工业大学 似蘑菇型槽双向旋转流体动压型机械密封结构
US9353865B2 (en) * 2014-06-03 2016-05-31 Thermo King Corporation Mechanical face seal
US10487944B2 (en) * 2015-01-31 2019-11-26 Eagle Industry Co., Ltd. Slide component
EP3273115B1 (en) * 2015-03-16 2019-11-06 Nok Corporation Seal ring
JP6678170B2 (ja) * 2015-05-21 2020-04-08 イーグル工業株式会社 摺動部品
CN104896099A (zh) * 2015-05-25 2015-09-09 浙江工业大学 一种气体润滑集束螺旋槽端面机械密封结构
CN205639618U (zh) * 2016-03-22 2016-10-12 中国石油大学(华东) 具有双旋向动压效应的机械密封端面槽型结构
CN105987175B (zh) * 2016-08-05 2019-04-12 江西省科学院应用物理研究所 具有各种孔型与三维似雪花状槽型相结合的机械密封结构
CN206958248U (zh) * 2017-06-21 2018-02-02 浙江工业大学 一种低泄漏螺旋槽液膜机械密封端面结构
CN108506494B (zh) * 2018-04-23 2020-03-17 西安交通大学 一种仿鱼骨型干气密封结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005337503A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 John Crane Inc 流体力学的ポンプ機構を有するメカニカルシールリング組立体
WO2012046749A1 (ja) 2010-10-06 2012-04-12 イーグル工業株式会社 摺動部品
WO2016186019A1 (ja) * 2015-05-19 2016-11-24 イーグル工業株式会社 摺動部品
WO2016186015A1 (ja) * 2015-05-20 2016-11-24 イーグル工業株式会社 摺動部品
WO2018092742A1 (ja) * 2016-11-16 2018-05-24 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
WO2018105505A1 (ja) * 2016-12-07 2018-06-14 イーグル工業株式会社 しゅう動部品

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023095905A1 (ja) * 2021-11-29 2023-06-01 イーグル工業株式会社 摺動要素
WO2023223914A1 (ja) * 2022-05-19 2023-11-23 イーグル工業株式会社 摺動部品

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020162351A1 (ja) 2021-12-09
KR102627904B1 (ko) 2024-01-23
CN113439167A (zh) 2021-09-24
JP7387239B2 (ja) 2023-11-28
EP3922872A1 (en) 2021-12-15
EP3922872A4 (en) 2022-11-02
US20220099189A1 (en) 2022-03-31
CN113439167B (zh) 2023-06-02
KR20210113364A (ko) 2021-09-15
EP4345328A2 (en) 2024-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020162351A1 (ja) 摺動部品
KR102646386B1 (ko) 슬라이딩 부품
KR102655679B1 (ko) 슬라이딩 부품
KR20210126113A (ko) 슬라이딩 부품
WO2020162352A1 (ja) 摺動部品
WO2020171102A1 (ja) 摺動部品
CN113348308B (zh) 滑动部件
KR102627903B1 (ko) 슬라이딩 부품
JP2020153468A (ja) 摺動部品

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20752626

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020571160

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217025876

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020752626

Country of ref document: EP

Effective date: 20210906