WO2020171102A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2020171102A1
WO2020171102A1 PCT/JP2020/006421 JP2020006421W WO2020171102A1 WO 2020171102 A1 WO2020171102 A1 WO 2020171102A1 JP 2020006421 W JP2020006421 W JP 2020006421W WO 2020171102 A1 WO2020171102 A1 WO 2020171102A1
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WO
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groove
sliding
dynamic pressure
gas
pressure generating
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PCT/JP2020/006421
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啓志 鈴木
忠継 井村
岩 王
雄一郎 徳永
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イーグル工業株式会社
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Priority to EP23216949.0A priority patent/EP4317728A3/en
Priority to EP20759684.2A priority patent/EP3929454A4/en
Priority to US17/429,896 priority patent/US20220099138A1/en
Priority to JP2021502065A priority patent/JP7374573B2/ja
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    • F16J15/3256—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports comprising two casing or support elements, one attached to each surface, e.g. cartridge or cassette seals

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 rotating 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 rotary machine in other bearing fields.
  • a shaft sealing device that seals a rotary shaft of a rotary machine such as a pump or a turbine to prevent leakage of a sealed fluid is configured to rotate relative to each other and to have planar end faces slide with each other.
  • the mechanical seal includes a stationary sealing ring as a sliding component fixed to the housing and a rotary sealing ring as a sliding component fixed to the rotating shaft and rotating with the rotating shaft, and these sliding surfaces are relatively rotated.
  • the gap between the housing and the rotary shaft is sealed.
  • the sliding component disclosed in Patent Document 1 is a mechanical seal in which the liquid to be sealed is present on the outer diameter side and gas is present on the inner diameter side, and the sliding surface of one sliding component communicates with the gas side.
  • a spiral-shaped dynamic pressure generating groove whose one end is closed on the sliding surface is provided. During relative rotation of the sliding parts, gas is taken into the dynamic pressure generation groove and the positive pressure generated at the end of the dynamic pressure generation groove separates the sliding surfaces, so-called non-contact state between the sliding surfaces. Has achieved low friction.
  • Patent Document 1 since the liquid to be sealed enters between the sliding surfaces to the gas side due to a capillary phenomenon when the rotating machine is stopped, the sealed surface between the sliding surfaces is started at the time of starting the rotating machine. It takes a lot of time to discharge the liquid to the sealed liquid side, and it takes time for the sliding surfaces to come into non-contact with each other, and the load at the start of the rotating machine is high, which adversely affects the performance of the rotating machine. There was a risk of causing.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a sliding component that can be rapidly moved to a non-contact state by gas at high speed rotation.
  • the sliding component of the present invention A pair of annular sliding parts that are arranged at positions that rotate relative to each other when the rotating machine is driven, and that have a liquid to be sealed on one side of an inner diameter or an outer diameter and a gas on the other side,
  • the sliding surface of the one sliding component is formed with a dynamic pressure generating groove that communicates with the gas side in the radial direction and generates a dynamic pressure between the sliding surfaces by the gas when the rotating machine is driven,
  • a groove extending in the circumferential direction is formed in at least one of the one or the other sliding parts.
  • the liquid to be sealed enters the groove formed on the sliding surface of one or the other sliding member, so that the surface area of the gas-liquid interface is increased, and the large gas-liquid interface
  • the surface tension can further prevent the liquid to be sealed from entering the gas side. Therefore, the amount of the sealed liquid discharged by the gas at the time of starting the rotating machine is small, and the sliding surfaces can be brought into the non-contact state in a short time.
  • the dynamic pressure generating groove may be formed on the sliding surface of one sliding component, and the groove may be formed on the sliding surface of the other sliding component. According to this, the dynamic pressure generating grooves and the grooves are provided in a distributed manner on both sliding parts, so that the strength of the sliding surface of the sliding parts is maintained.
  • the groove may be arranged on the gas side with respect to the end of the dynamic pressure generating groove. According to this, the groove does not hinder the dynamic pressure generating function of the dynamic pressure generating groove, and the dynamic pressure of the dynamic pressure generating groove can be generated on the sealed liquid side. Further, it is possible to secure a deep portion where the groove and the dynamic pressure generation groove overlap in the axial direction.
  • the groove may be formed deeper than the dynamic pressure generating groove. According to this, it is possible to deal with a liquid having a large surface area at the gas-liquid interface of the sealed liquid that has entered the groove.
  • the groove may have a wall portion that forms an angle of 90 degrees or less between the side surface of the groove on the sealed liquid side and the sliding surface of the other sliding member. According to this, the surface area of the gas-liquid interface of the liquid to be sealed that has entered the groove can be secured reliably and large.
  • the groove may extend one or more times in the circumferential direction. According to this, invasion of the sealed liquid to the gas side can be suppressed in the circumferential direction.
  • the groove may be an annular groove provided in a plurality of concentric circles. According to this, the ability to suppress the liquid to be sealed from entering the gas side is high.
  • the groove may be provided in a spiral shape. According to this, the ability to suppress the liquid to be sealed from entering the gas side is high. Further, since the length of the groove can be increased, the sealed liquid that has entered the groove has high lubricity at the time of starting the rotary machine.
  • the groove extending in the circumferential direction according to the present invention is sufficient if the groove extends at least with a component in the circumferential direction.
  • FIG. 1 It is a sectional view showing structure of a rotary machine in which a mechanical seal provided with a sliding component in Example 1 of the present invention is used. It is the figure which looked at the rotary seal ring from the sliding surface side. It is the figure which looked at the stationary seal ring from the sliding surface side.
  • (A) is the figure which looked at the rotary seal ring from the sliding surface side in the state where the slide surfaces of the rotary seal ring and the stationary seal ring were matched, and (b) is the principal part enlarged view of (a).
  • (A)-(c) is a figure explaining the process in which a to-be-sealed liquid injects into an annular groove from a dynamic pressure generation groove.
  • the sliding component according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • description will be given by taking as an example a mode in which the sliding component is a mechanical seal.
  • the inner diameter side of the sliding parts constituting the mechanical seal is the leak side and the atmosphere side (low pressure side) as the gas side, and the outer diameter side is the sealed liquid side (high pressure side).
  • dots may be attached to grooves or the like formed on the sliding surface in the drawings.
  • the mechanical seal for general industrial machinery shown in FIG. 1 is an inside type that seals the sealed liquid F that is about to leak from the outer diameter side to the inner diameter side of the sliding surface.
  • a rotary sealing ring 20 as an annular sliding component provided rotatably with the rotary shaft 1 via a sleeve 2 and a seal cover 5 fixed to a housing 4 of a device to be mounted are in a non-rotating state and a shaft.
  • a stationary seal ring 10 as an annular sliding component provided in a directionally movable state, and the static seal ring 10 is axially urged by a bellows 7 so that the static seal ring 10 is urged in the axial direction.
  • the sliding surface 11 of 10 and the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 are in close contact with each other.
  • the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 are typically formed of SiC (hard materials) or a combination of SiC (hard materials) and carbon (soft materials), but not limited to this, and sliding materials are not limited thereto. 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 is slid relative to the stationary seal ring 10 as indicated by the arrow, and the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 has a circumferential direction.
  • a plurality of dynamic pressure generating grooves 23 are formed separately from each other. Fifteen dynamic pressure generating grooves 23 are formed in total in the circumferential direction, and are formed side by side with the same spacing width in the circumferential direction.
  • the portion of the sliding surface 21 other than the dynamic pressure generating groove 23 is a land 22 that forms a flat end surface. The number of the dynamic pressure generating grooves 23 can be freely changed according to the usage environment.
  • the dynamic pressure generating groove 23 has an arc shape with a constant width when viewed from the direction orthogonal to the sliding surface 21, communicates with the atmosphere side that is the inner diameter side, and intersects in the radial direction and the circumferential direction toward the outer diameter side. Is extended.
  • the dynamic pressure generating groove 23 has a curved shape composed of a component extending in the circumferential direction and a component extending in the radial direction, and of these, the component extending in the circumferential direction is large.
  • the dynamic pressure generation groove 23 has a constant depth dimension L12 (see FIG. 5) over the entire length, and when the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 rotate relative to each other as described later, the dynamic pressure generation groove 23 is generated. A dynamic pressure is generated in the groove 23.
  • the depth dimension L12 of the dynamic pressure generating groove 23 of the first embodiment is 1 ⁇ m.
  • the width dimension and the depth dimension of the dynamic pressure generating groove 23 are such that dynamic pressure can be generated in the dynamic pressure generating groove 23 when the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 rotate relative to each other. I wish I had it.
  • the dynamic pressure generating groove 23 can be formed by performing fine processing such as laser processing or sand blasting on the mirror-finished sliding surface 21.
  • the dynamic pressure generating groove 23 has four surfaces, that is, two arc-shaped surfaces of the dynamic pressure generating groove 23, a wall portion 23 a extending to intersect the arc-shaped surfaces, and a bottom surface parallel to the sliding surface 21. It is surrounded and the outer diameter side end is closed.
  • annular groove 13 extending concentrically with the stationary seal ring 10 and continuous in the circumferential direction is formed on the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10.
  • the portion of the sliding surface 11 other than the annular groove 13 is a land 12 that forms a flat end surface.
  • the annular groove 13 has a constant depth dimension L11 (see FIG. 5) over the entire length, and has a depth such that no dynamic pressure is generated when the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 rotate relative to each other. There is.
  • the depth dimension L11 of the annular groove 13 of the first embodiment is 5 ⁇ m.
  • the wall portion 13A of the annular groove 13 on the sealed liquid side is composed of the land 12 of the sliding surface 11 and the outer surface 13a of the annular groove 13, and the land 12 and the outer surface 13a is orthogonal.
  • the bottom surface of the dynamic pressure generating groove 23 forms a flat surface and is parallel to the land 22, it does not hinder the formation of a minute concave portion on the flat surface or an inclination with respect to the land 22. .. Further, the two arc-shaped surfaces extending in the circumferential direction of the dynamic pressure generation groove 23 are orthogonal to the bottom surface of the dynamic pressure generation groove 23, respectively. Further, although the bottom surface of the annular groove 13 forms a flat surface and is parallel to the land 12, it does not prevent formation of fine recesses on the flat surface or inclining with respect to the land 12. Further, the two arcuate surfaces extending in the circumferential direction of the annular groove 13 are orthogonal to the bottom surface of the annular groove 13, respectively.
  • the annular groove 13 has a dynamic pressure. It is arranged on the inner diameter side, which is the lower pressure side than the wall portion 23a of the generation groove 23. In other words, the outer diameter side end of the dynamic pressure generating groove 23 is arranged on the outer diameter side which is the higher pressure side than the annular groove 13.
  • the sealed liquid F enters between the sliding surfaces 11 and 21 from the outer diameter side of the sliding surfaces 11 and 21, and as shown in FIG. It flows in the dynamic pressure generation groove 23 toward the inner diameter side.
  • the depth dimension L12 of the dynamic pressure generating groove 23 is constant, the flow velocity of the sealed liquid F is substantially constant.
  • the pressure on the sealed liquid F side at the gas-liquid interface ⁇ is P1 and the pressure P1 on the sealed liquid F side is higher than the pressure P2 of the low pressure side fluid A (gas) (P1). >P2).
  • the pressure loss ⁇ P due to the surface tension ⁇ is given by the following equation (Young-Laplace equation) when the flow rate ⁇ V of the sealed liquid F entering between the sliding surfaces 11 and 21 is assumed to be constant.
  • ⁇ P ⁇ S/ ⁇ V Is derived from. That is, the pressure loss ⁇ P increases as the surface area ⁇ S of the gas-liquid interface ⁇ increases.
  • the sealed liquid F reaches the annular groove 13. Since the annular groove 13 has a larger volume than the dynamic pressure generating groove 23, the sealed liquid F reaching the annular groove 13 has a surface area ⁇ S of the gas-liquid interface ⁇ between the sealed liquid F and the low pressure side fluid A. Increases to a surface area ⁇ S′ ( ⁇ S ⁇ S′). As in the above equation, the surface area ⁇ S′ of the gas-liquid interface ⁇ of the sealed liquid F at the time of FIG. 5B is larger than the surface area ⁇ S of the gas-liquid interface ⁇ at the time of FIG. 5A. 5A, a pressure loss ⁇ P′ larger than the pressure loss ⁇ P generated in the sealed liquid F is generated ( ⁇ P ⁇ P′).
  • the pressure P1′ on the sealed liquid F side at the gas-liquid interface ⁇ at the time of FIG. 5B is smaller than the pressure P1 on the sealed liquid F side at the time of FIG. 5A (P1>P1′). .. Since the pressure P1′ on the sealed liquid F side at the gas-liquid interface ⁇ at the time of FIG. 5B is slightly higher than the pressure P2 of the low-pressure side fluid A, the sealed liquid F slides on the sliding surfaces 11, 21. It slightly enters the low pressure side between (P1'>P2).
  • the gap between the lands 12 and 22 on the sliding surfaces 11 and 21 is extremely smaller than the depth dimension L12 of the dynamic pressure generating groove 23, and the land 22 and the annular groove 13 are overlapped with each other in the axial direction. Since the sealed liquid F hardly flows in, the illustration and description thereof will be omitted, but the sealed liquid F that has entered the annular groove 13 in this portion as well as the above is prevented from further entering the leak side. ..
  • FIG. 6 is a diagram showing a case of extremely low speed rotation such as starting and a case of a stopped state.
  • the low-pressure side fluid A on the leak side is introduced into the dynamic pressure generating groove 23 from the inner diameter side and moves to the outer diameter side as shown by an arrow L1, so that the fluid moves in the dynamic pressure generating groove 23. Pressure will be generated.
  • the pressure becomes highest in the vicinity of the wall portion 23a, which is the downstream end of the dynamic pressure generation groove 23, and the low-pressure side fluid A flows out from the vicinity of the wall portion 23a to the periphery thereof as indicated by arrow L2.
  • the rotation speed is low, so the pressure in the vicinity of the wall portion 23a of the dynamic pressure generating groove 23 is low, and the annular groove 13 between the sliding surfaces 11 and 21 is low.
  • the sealed liquid F is present on the higher pressure side than that, and a liquid film is formed so that so-called fluid lubrication is performed.
  • the sealed liquid F between the sliding surfaces 11 and 21 enters the annular groove 13 to increase the surface area ⁇ S of the gas-liquid interface ⁇ .
  • the surface tension ⁇ acting on the wide gas-liquid interface ⁇ can prevent the sealed liquid F from further entering the low pressure side fluid A side, and the sealed liquid F is retained only on the outer diameter side between the sliding surfaces 11 and 21. Has been done. Therefore, when the general industrial machine is started, the amount of the sealed liquid F discharged by the low-pressure side fluid A is small, and the sliding surfaces 11 and 21 can be transferred to the non-contact state in a short time.
  • the pressure loss ⁇ P due to the surface tension ⁇ also increases. Due to this increase in pressure loss ⁇ P, the pressure P1 on the sealed liquid F side at the gas-liquid interface ⁇ decreases, and the pressure P1 on the sealed liquid F side at the gas-liquid interface ⁇ and the pressure P2 on the low-pressure side fluid A balance. It is possible to prevent the sealed liquid F from entering the low pressure side. As a result, the fluid lubrication by the sealed liquid F can be rapidly changed to the non-contact lubrication by the low-pressure side fluid A, and the rotation resistance at the time of high speed rotation can be suppressed to improve the rotation performance of general industrial machines. You can
  • the dynamic pressure generating groove 23 is formed on the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 and the circular groove 13 is formed on the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10, the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 10 are formed.
  • the strength of the sliding surface 11 and the sliding surface 21 can be ensured as compared with the configuration in which the dynamic pressure generating groove 23 and the annular groove 13 are formed in either one of the 20.
  • the annular groove 13 is arranged on the lower pressure side than the wall portion 23a as the end of the dynamic pressure generating groove 23. According to this, when the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 rotate relative to each other, the low pressure side fluid A flowing between the sliding surfaces 11 and 21 from the vicinity of the wall portion 23a of the dynamic pressure generating groove 23 flows into the annular groove 13. It is possible to avoid the entry and to prevent the dynamic pressure for separating the sliding surfaces 11 and 21 from decreasing. Further, the low pressure side fluid A can be made to flow from the vicinity of the wall portion 23a of the dynamic pressure generating groove 23 to the high pressure side of the annular groove 13 between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the low-pressure side fluid A introduced into the dynamic pressure generating groove 23 from the low pressure side once flows into the annular groove 13 and the pressure in the annular groove 13 increases, and then the wall portion of the dynamic pressure generating groove 23. Since it moves to the vicinity of 23a, the pressure of the low-pressure side fluid A flowing between the sliding surfaces 11 and 21 from the vicinity of the wall 23a of the dynamic pressure generation groove 23 can be made uniform in the circumferential direction.
  • the depth dimension L11 of the annular groove 13 is formed deeper than the depth dimension L12 of the dynamic pressure generating groove 23, the surface area of the gas-liquid interface ⁇ of the sealed liquid F that has entered the annular groove 13 Even if it is wide, we can handle it.
  • the wall portion 13A of the annular groove 13 on the sealed liquid side is composed of the land 12 of the sliding surface 11 and the outer surface 13a of the annular groove 13, and the land 12 and the outer surface Since 13a are orthogonal to each other, the surface area of the gas-liquid interface ⁇ of the sealed liquid F that has entered the annular groove 13 can be secured reliably and large.
  • annular groove 13 continuously extends in the circumferential direction, it is possible to prevent the sealed liquid F from entering the low pressure side in the circumferential direction.
  • the dynamic pressure generating groove 23 is provided in the rotary seal ring 20, and the annular groove 13 is provided in the stationary seal ring 10.
  • the dynamic pressure generating groove 23 is provided in the stationary seal ring 10.
  • the annular groove 13 may be provided in the rotary seal ring 20, or both the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 may be provided with the dynamic pressure generating groove 23 and the annular groove 13.
  • the circular groove 13 that forms a perfect circle when viewed in the axial direction is illustrated as the groove, but it may be an elliptical shape when viewed in the axial direction or an annular shape formed by a wavy line. Further, the groove is not limited to be formed in an annular shape, and may have any shape such as an arc shape having a component that extends at least in the circumferential direction. When the groove has an arc shape, the circumferential end portion is in the radial direction. It is preferable that a plurality of them be provided so as to overlap with each other.
  • the annular groove 13 is arranged so as to overlap with the wall portion 23a side of the dynamic pressure generating groove 23, but is arranged so as to overlap with the central portion or the leak side of the dynamic pressure generating groove 23. May be.
  • the annular groove 13 is arranged on the leak side of the wall portion 23a of the dynamic pressure generating groove 23.
  • the annular groove 13 has the wall portion 23a of the dynamic pressure generating groove 23. It may be arranged on the liquid side to be sealed.
  • the depth dimension of the annular groove 13 may be equal to or greater than the depth dimension of the dynamic pressure generating groove 23, and preferably, it may be formed deeper than the depth dimension of the dynamic pressure generating groove 23. ..
  • the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 has an annular groove 13 and an annular ring that is concentric with the annular groove 13 and has a smaller diameter than the annular groove 13.
  • a groove 131 is provided. According to this, even if the liquid F to be sealed enters the low pressure side slightly beyond the annular groove 13, the liquid F to be sealed enters the annular groove 131 on the inner diameter side. The entry to the low pressure side can be reliably suppressed.
  • the annular grooves 13 and 131 are not limited to being formed in concentric circles, and a plurality of annular grooves having different shapes may be provided in the radial direction.
  • a spiral groove 132 is provided on the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 in the third embodiment.
  • the groove 132 extends in a radial triple manner. According to this, even if the sealed liquid F slightly enters the low pressure side beyond the groove 132 on the outer diameter side, the sealed liquid F enters the groove 132 on the inner diameter side. The entry to the low pressure side can be reliably suppressed. Further, since the length of the groove 132 can be increased, a large amount of the sealed liquid F enters the groove 132, and the sealed liquid F has high lubricity at the time of starting the general industrial machine.
  • the separation width of the portion of the groove 132 that overlaps in the radial direction can be freely changed, and preferably, it may extend one or more rounds in the circumferential direction.
  • the dynamic pressure generating groove 231 of the rotary seal ring 20 according to the fourth embodiment is arranged in communication with the outer diameter side of the rotary seal ring 20. That is, the mechanical seal of the fourth embodiment is an outside mechanical seal that seals the sealed liquid F that is about to leak from the inner diameter side of the sliding surfaces 11 and 21 toward the outer diameter side.
  • the annular groove 13 may be provided as in the first embodiment, or the grooves as in the second and third embodiments may be applied. Further, the specific dynamic pressure generating mechanism may not be provided as in the first to third embodiments, or may be provided as in the fourth embodiment.
  • the wall portion 133A on the sealed liquid side, that is, the outer diameter side, of the annular groove 133 in the fifth embodiment includes the land 12 of the sliding surface 11 and the outer surface 133a of the annular groove 133.
  • the angle ⁇ formed by the land 12 and the outer side surface 133a is 45 degrees. That is, since the wall portion 133A forms an acute angle, the surface area of the gas-liquid interface ⁇ of the sealed liquid F that has entered the annular groove 133 can be secured reliably and large.
  • the angle ⁇ formed by the land 12 and the outer side surface 133a is not limited to 45 degrees, and can be freely changed, and is preferably 90 degrees or less.
  • the annular groove 134 in the sixth embodiment is formed on the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20. That is, the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 is formed with the dynamic pressure generating groove 23 and the annular groove 134, and the dynamic pressure generating groove 23 and the annular groove 134 are communicated with each other. Further, in the sixth embodiment, the sliding surface 11 (land 12) of the stationary seal ring 10 is formed as a flat surface.
  • the dynamic pressure generating groove 23 and the annular groove 134 are formed on the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20, the dynamic pressure generating groove is generated when the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 rotate relative to each other. Since the positional relationship between 23 and the annular groove 134 does not change, the dynamic pressure generated by the dynamic pressure generating groove 23 becomes stable.
  • the form in which the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 is formed as a flat surface has been described, but the stationary seal ring 10 is formed with the same annular groove as in the first embodiment. May be.
  • the dynamic pressure generating groove 23 and the annular groove 134 are formed on the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20, but the dynamic pressure generating groove and the annular groove are statically sealed. It may be formed on the sliding surface 11 of the ring 10.
  • the mechanical seal for general industrial machinery 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 sliding parts are provided with a plurality of dynamic pressure generating grooves having the same shape, but a plurality of dynamic pressure generating grooves having different shapes and depths may be provided. Further, the interval and the number of the dynamic pressure generating grooves can be changed appropriately.
  • the dynamic pressure generating groove may correspond to both rotations of the rotary seal ring by, for example, mixing a T-shape in the axial direction, an L-shape in the axial direction, or an inverted L-shape in the axial direction. Good.
  • the sealed liquid side has been described as the high pressure side and the gas side which is the leak side as the low pressure side, the sealed liquid side may be the low pressure side and the gas side may be the high pressure side, or the sealed liquid side and the gas side The pressure on the side may be substantially the same.

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Abstract

高速回転時に気体による非接触状態へ迅速に移行させることができる摺動部品を提供する。　回転機械の駆動時に相対回転する箇所に配置され、内径または外径の一方側に被密封液体Ｆが存在し他方側に気体Ａが存在する環状をなす一対の摺動部品であって、摺動部品２０の摺動面２１には、径方向の気体Ａ側に連通し回転機械の駆動時に気体Ａにより摺動面２１間に動圧を生じさせる動圧発生溝２３が形成されており、摺動部品１０には周方向に延びる溝１３が形成されている。

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回転機械の軸受に用いられる摺動部品に関する。
　従来、ポンプやタービン等の回転機械の回転軸を軸封し、被密封流体の漏れを防止する軸封装置には、相対的に回転し、かつ平面上の端面同士が摺動するように構成された２部品からなるもの、例えばメカニカルシールがある。メカニカルシールは、ハウジングに固定される摺動部品としての静止密封環と、回転軸に固定され回転軸とともに回転する摺動部品としての回転密封環と備え、これらの摺動面を相対回転させることにより、ハウジングと回転軸との間の隙間を軸封している。
　このようなメカニカルシールにおいて、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、摺動による摩擦を低減させることにより摺動により失われるエネルギーの低減を図る特許文献１のような摺動部品が開発されている。
　例えば、特許文献１に示される摺動部品は、外径側に被密封液体が存在し、内径側に気体が存在するメカニカルシールであり、一方の摺動部品の摺動面に気体側に連通するとともに摺動面において一端が閉塞されたスパイラル形状の動圧発生溝が設けられている。摺動部品の相対回転時には、気体が動圧発生溝内に取り込まれ、動圧発生溝の終端で発生する正圧により摺動面間が離間された状態、いわゆる摺動面間を非接触状態として低摩擦化を実現している。
国際公開第２０１７／００２７７４号公報（第８頁、第２図）
　特許文献１にあっては、回転機械を停止させた状態において摺動面間に被密封液体が毛細管現象によって気体側まで進入していることから、回転機械の始動時には摺動面間の被密封液体を被密封液体側に排出するのに多くの時間を要し、摺動面間が非接触状態となるまでに時間がかかり、回転機械の始動時の負荷が高く、回転機械の性能に悪影響を及ぼす虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、高速回転時に気体による非接触状態へ迅速に移行させることができる摺動部品を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
　回転機械の駆動時に相対回転する箇所に配置され、内径または外径の一方側に被密封液体が存在し他方側に気体が存在する環状をなす一対の摺動部品であって、
　前記一方の摺動部品の摺動面には、径方向の気体側に連通し前記回転機械の駆動時に前記気体により摺動面間に動圧を生じさせる動圧発生溝が形成されており、前記一方または他の摺動部品の少なくともいずれか一方には周方向に延びる溝が形成されている。
　これによれば、回転機械の停止時に一方または他の摺動部材の摺動面に形成された溝に被密封液体が進入することにより、気液界面の表面積が増え、その広い気液界面の表面張力により被密封液体の気体側への更なる進入を抑制できる。そのため、回転機械の始動時に気体により排出する被密封液体の量が少なく摺動面間を短時間で非接触状態に移行させることができる。
　前記動圧発生溝は一方の摺動部品の摺動面に形成され、前記溝は他方の摺動部品の摺動面に形成されていてもよい。
　これによれば、両方の摺動部品に動圧発生溝及び溝が分散して設けられるので、摺動部品の摺動面の強度が保たれる。
　前記溝は前記動圧発生溝の終端よりも気体側に配置されていてもよい。
　これによれば、溝が動圧発生溝による動圧発生機能を阻害せず、動圧発生溝による動圧を被密封液体側に発生させることができる。また、溝と動圧発生溝とが軸方向に重なる部分を深く確保することができる。
　前記溝は前記動圧発生溝よりも深く形成されていてもよい。
　これによれば、溝内に進入した被密封液体の気液界面の表面積が広いものにも対応できる。
　前記溝は、該溝における前記被密封液体側の側面と前記他方の摺動部材の摺動面とで成す角度が９０度以下の壁部を有していてもよい。
　これによれば、溝内に進入した被密封液体の気液界面の表面積を確実に且つ大きく確保することができる。
　前記溝は周方向に一周以上延びていてもよい。
　これによれば、被密封液体の気体側への進入を周方向に亘って抑制できる。
　前記溝は同心円に複数設けられる円環溝であってもよい。
　これによれば、被密封液体の気体側への進入の抑制する能力が高い。
　前記溝は渦巻状に設けられていてもよい。
　これによれば、被密封液体の気体側への進入の抑制する能力が高い。また、溝の長さを長くとれるので、溝内に進入した被密封液体により回転機械の始動時の潤滑性が高い。
　尚、本発明に係る周方向に延びる溝というのは、溝が少なくとも周方向の成分をもって延びていればよい。
本発明の実施例１における摺動部品を備えるメカニカルシールが使用される回転機械の構造を示す断面図である。 回転密封環を摺動面側から見た図である。 静止密封環を摺動面側から見た図である。 （ａ）は回転密封環及び静止密封環の摺動面同士を合わせた状態で回転密封環を摺動面側から見た図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。 （ａ）～（ｃ）は被密封液体が動圧発生溝から円環溝内に進入する過程を説明する図である。 回転機械の極低速回転時の流体の移動を示す概念図である。 回転機械の高速回転時の流体の移動を示す概念図である。 本発明の実施例２における静止密封環を摺動面側から見た図である。 本発明の実施例３における静止密封環を摺動面側から見た図である。 本発明の実施例４における回転密封環を摺動面側から見た要部拡大図である。 本発明の実施例５における溝を説明する断面図である。 本発明の実施例６における回転密封環を摺動面側から見た図である。
　本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
　実施例１に係る摺動部品につき、図１から図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内径側を漏れ側であり気体側としての大気側（低圧側）、外径側を被密封液体側（高圧側）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と共に回転可能な状態で設けられた円環状の摺動部品としての回転密封環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円環状の摺動部品としての静止密封環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。
　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、回転密封環２０の摺動面２１には、周方向に離間して複数の動圧発生溝２３が形成されている。動圧発生溝２３は、周方向に全部で１５本形成され、周方向に同じ離間幅で並んで形成されている。摺動面２１の動圧発生溝２３以外の部分は平端面を成すランド２２となっている。尚、動圧発生溝２３の個数は使用環境に合わせて自由に変更することができる。
　動圧発生溝２３は、摺動面２１を直交する方向から見て一定幅の弧状を成し、内径側である大気側に連通し、外径側に向けて径方向及び周方向に交差するように延びている。詳しくは、動圧発生溝２３は周方向に延びる成分と径方向に延びる成分とからなる湾曲形状であり、このうち周方向に延びる成分が大きい。
　動圧発生溝２３は、全長に亘って一定の深さ寸法Ｌ１２（図５参照）を有し、後述のように静止密封環１０と回転密封環２０とが相対回転したときに、動圧発生溝２３内に動圧を発生させるようになっている。尚、本実施例１の動圧発生溝２３の深さ寸法Ｌ１２は１μｍとなっている。さらに尚、動圧発生溝２３の幅寸法及び深さ寸法は、静止密封環１０と回転密封環２０とが相対回転したときに動圧発生溝２３内に動圧を発生させることができる寸法であればよい。
　動圧発生溝２３は鏡面加工された摺動面２１にレーザ加工やサンドブラスト等による微細加工を施すことにより形成することができる。また動圧発生溝２３は、動圧発生溝２３の２つの円弧状の面と、円弧状の面同士に交差して延びる壁部２３ａと、摺動面２１に平行な底面との４面で囲まれており、外径側端部は閉塞されている。
　図３に示されるように、静止密封環１０の摺動面１１には、静止密封環１０と同心状に延び周方向に連続する円環溝１３が形成されている。摺動面１１の円環溝１３以外の部分は平端面を成すランド１２となっている。
　円環溝１３は、全長に亘って一定の深さ寸法Ｌ１１（図５参照）を有し、静止密封環１０と回転密封環２０とが相対回転したときに動圧が発生しない深さとなっている。本実施例１の円環溝１３の深さ寸法Ｌ１１は５μｍとなっている。
　また、円環溝１３の被密封液体側、すなわち外径側の壁部１３Ａは、摺動面１１のランド１２と円環溝１３の外側面１３ａとで構成されており、ランド１２及び外側面１３ａは直交している。
　尚、動圧発生溝２３の底面は平坦面を成しランド２２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２２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、動圧発生溝２３の周方向に延びる２つの円弧状の面はそれぞれ動圧発生溝２３の底面に直交している。また、円環溝１３の底面は平坦面を成しランド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、円環溝１３の周方向に延びる２つの円弧状の面はそれぞれ円環溝１３の底面に直交している。
　図４（ａ），（ｂ）に示されるように、静止密封環１０の摺動面１１と回転密封環２０の摺動面２１とを重ね合わせた状態において、円環溝１３は、動圧発生溝２３の壁部２３ａよりも低圧側である内径側に配置されている。言い換えれば、動圧発生溝２３の外径側端部は、円環溝１３よりも高圧側である外径側に配置されている。
　続いて、一般産業機械の非稼動状態の場合について説明する。図４（ｂ）に示されるように、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、本実施例のメカニカルシールにあっては、円環溝１３よりも内径側への被密封液体Ｆの進入が抑制されている。
　具体的には、一般産業機械の停止時に被密封液体Ｆが摺動面１１，２１よりも外径側から摺動面１１，２１間に進入し、図５（ａ）に示されるように、動圧発生溝２３内を内径側に向けて流れる。このとき、動圧発生溝２３の深さ寸法Ｌ１２は一定であるので被密封液体Ｆの流速は略一定である。また、気液界面αにおける被密封液体Ｆ側の圧力は圧力Ｐ１となっているとともに、被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１は低圧側流体Ａ（気体）の圧力Ｐ２よりも大きくなっている（Ｐ１＞Ｐ２）。
　ここで、表面張力γによる圧力損失ΔＰは、摺動面１１，２１間に進入する被密封液体Ｆの流量ΔＶを一定と仮定した場合、以下の式（Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅの式）の通り、
ΔＰ＝γΔＳ／ΔＶ
で導き出される。すなわち、気液界面αの表面積ΔＳが増加するほど圧力損失ΔＰが増加する。
　図５（ｂ）に示されるように、被密封液体Ｆは円環溝１３に到達する。円環溝１３は、動圧発生溝２３よりも容積が大きいので、円環溝１３に到達した被密封液体Ｆは、該被密封液体Ｆと低圧側流体Ａとの気液界面αの表面積ΔＳが増加して表面積ΔＳ’となる（ΔＳ＜ΔＳ’）。上記式のように、図５（ｂ）の時点の被密封液体Ｆは、気液界面αの表面積ΔＳ’が図５（ａ）時点の気液界面αの表面積ΔＳよりも大きくなっているため、図５（ａ）時点において被密封液体Ｆに生じる圧力損失ΔＰよりも大きな圧力損失ΔＰ’が生じるようになっている（ΔＰ＜ΔＰ’）。したがって、図５（ｂ）の時点の気液界面αにおける被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１’は、図５（ａ）時点の被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１よりも小さい（Ｐ１＞Ｐ１’）。尚、図５（ｂ）の時点の気液界面αにおける被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１’は、低圧側流体Ａの圧力Ｐ２よりも若干大きいので、被密封液体Ｆは摺動面１１，２１間の低圧側に僅かに進入する（Ｐ１’＞Ｐ２）。
　そして、図５（ｃ）に示されるように、円環溝１３に到達する被密封液体Ｆの量が図５（ｂ）の状態よりも増加すると、気液界面αの表面積ΔＳ’よりもさらに増加した表面積ΔＳ’’となる（ΔＳ’＜ΔＳ’’）。すなわち、図５（ｃ）の時点においては、上記式から図５（ｂ）時点において被密封液体Ｆに生じる圧力損失ΔＰ’よりも大きな圧力損失ΔＰ’’が生じる（ΔＰ’＜ΔＰ’’）。したがって、図５（ｃ）の時点の気液界面αにおける被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１’’は、図５（ｂ）時点の被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１’よりも小さい（Ｐ１’＞Ｐ１’’）。また、図５（ｃ）の時点の気液界面αにおける被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１’’は、低圧側流体Ａの圧力Ｐ２とほぼ同一なので、被密封液体Ｆは摺動面１１，２１間の低圧側への進入が抑制される（Ｐ１’’＝Ｐ２）。
　尚、摺動面１１，２１におけるランド１２，２２間の隙間は、動圧発生溝２３の深さ寸法Ｌ１２に比べて極めて小さく、ランド２２と円環溝１３とが軸方向に重なった部分においては被密封液体Ｆがほとんど流れ込まないので図示と説明を省略するが、当該部分においても上記と同様に円環溝１３内に進入した被密封液体Ｆは漏れ側への更なる進入が抑制される。
　続いて、図６と図７を用いて一般産業機械の駆動時における動作を説明する。
　図６は、始動時等の極低速回転時の場合及び停止状態の場合を示す図である。極低速回転時においては、漏れ側の低圧側流体Ａが矢印Ｌ１に示すように内径側から動圧発生溝２３内に導入されて外径側に移動するため、動圧発生溝２３内に動圧が発生するようになる。動圧発生溝２３の下流側端部である壁部２３ａ近傍が最も圧力が高くなり、低圧側流体Ａは矢印Ｌ２に示すように壁部２３ａ近傍からその周辺に流出する。
　また、静止密封環１０に対する回転密封環２０の極低速回転時には、回転数が低いため、動圧発生溝２３の壁部２３ａ近傍の圧力が低く、摺動面１１，２１間において円環溝１３よりも高圧側に被密封液体Ｆが存在し液体膜が形成され、いわゆる流体潤滑を成すようになっている。
　図７に示されるように、一般産業機械が高速回転に移行すると、矢印Ｌ１に示す低圧側流体Ａの流量が増え、動圧発生溝２３の壁部２３ａ近傍に発生する動圧が大きくなり、摺動面１１，２１間の離間幅が僅かに大きくなる。また、被密封液体Ｆは矢印Ｈ１に示すように動圧発生溝２３の壁部２３ａ近傍から摺動面１１，２１間に流出する高圧の低圧側流体Ａによって、摺動面１１，２１よりも外径側に排出される。このようにして回転密封環２０と静止密封環１０とは離間して非接触潤滑となる。
　以上説明したように、一般産業機械の停止時において、摺動面１１，２１間の被密封液体Ｆが円環溝１３内に進入することにより、気液界面αの表面積ΔＳが増加し、その広い気液界面αに作用する表面張力γにより被密封液体Ｆの低圧側流体Ａ側への更なる進入を抑制でき、被密封液体Ｆは摺動面１１，２１間の外径側にのみ保持されている。そのため、一般産業機械の始動時に低圧側流体Ａにより排出する被密封液体Ｆの量が少なく摺動面１１，２１間を短時間で非接触状態に移行させることができる。
　具体的には、気液界面αの表面積ΔＳが増加することに伴って表面張力γによる圧力損失ΔＰも増加する。この圧力損失ΔＰの増加により気液界面αにおける被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１が低下し、気液界面αにおける被密封液体Ｆ側の圧力Ｐ１と低圧側流体Ａの圧力Ｐ２とが釣り合うことにより、被密封液体Ｆの低圧側への進入を抑制できる。これによって、被密封液体Ｆによる流体潤滑から低圧側流体Ａによる非接触潤滑への移行を迅速に行うことができ、高速回転時における回転抵抗を抑制して一般産業機械の回転性能を向上させることができる。
　また、回転密封環２０の摺動面２１に動圧発生溝２３が形成され、静止密封環１０の摺動面１１に円環溝１３が形成されているため、静止密封環１０及び回転密封環２０のいずれか一方に動圧発生溝２３及び円環溝１３が形成される形態に比べて摺動面１１及び摺動面２１の強度を確保できる。
　また、円環溝１３は動圧発生溝２３の終端としての壁部２３ａよりも低圧側に配置されている。これによれば、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時に動圧発生溝２３の壁部２３ａ近傍から摺動面１１，２１間に流出する低圧側流体Ａが円環溝１３に入り込むことを回避でき、摺動面１１，２１を離間させる動圧が低下することを抑制できる。また、低圧側流体Ａを動圧発生溝２３の壁部２３ａ近傍から摺動面１１，２１間における円環溝１３よりも高圧側に流出させることができる。
　また、低圧側から動圧発生溝２３内に導入される低圧側流体Ａは一旦円環溝１３内に流入し、円環溝１３内の圧力が高まった後、動圧発生溝２３の壁部２３ａ近傍側に移動するため、動圧発生溝２３の壁部２３ａ近傍から摺動面１１，２１間に流出する低圧側流体Ａの圧力を周方向に均等にすることができる。
　また、円環溝１３の深さ寸法Ｌ１１は動圧発生溝２３の深さ寸法Ｌ１２よりも深く形成されているので、円環溝１３内に進入した被密封液体Ｆの気液界面αの表面積が広い場合であっても対応することができる。
　また、円環溝１３の被密封液体側、すなわち外径側の壁部１３Ａは、摺動面１１のランド１２と円環溝１３の外側面１３ａとで構成されており、ランド１２及び外側面１３ａは直交しているので、円環溝１３に進入した被密封液体Ｆの気液界面αの表面積を確実に且つ大きく確保することができる。
　また、円環溝１３は周方向に連続して延びているので、被密封液体Ｆの低圧側への進入を周方向に亘って抑制できる。
　尚、本実施例１では、動圧発生溝２３を回転密封環２０に設け、円環溝１３を静止密封環１０に設ける例について説明したが、動圧発生溝２３を静止密封環１０に、円環溝１３を回転密封環２０に設けてもよく、静止密封環１０と回転密封環２０の両方に動圧発生溝２３及び円環溝１３を設けてもよい。
　また、本実施例１では、溝として軸方向視で真円を成す円環溝１３を例示したが、軸方向視で楕円状や波線により形成される環状などであってもよい。また、溝は、環状に形成されることに限られず、少なくとも周方向に延びる成分を有する弧状などの形状を成していればよく、溝が弧状を成す場合、周方向の端部が径方向に重畳するように複数設けられることが好ましい。
　また、本実施例１では、円環溝１３が動圧発生溝２３における壁部２３ａ側に重なるように配置されていたが、動圧発生溝２３の中央部または漏れ側に重なるように配置されていてもよい。
　また、本実施例１では、円環溝１３は動圧発生溝２３の壁部２３ａよりも漏れ側に配置される形態を例示したが、円環溝１３は動圧発生溝２３の壁部２３ａよりも被密封液体側に配置されていてもよい。
　さらに尚、円環溝１３の深さ寸法は、動圧発生溝２３の深さ寸法と同等以上であればよく、好ましくは動圧発生溝２３の深さ寸法よりも深く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８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８に示されるように、本実施例２における静止密封環１０の摺動面１１には、円環溝１３と、円環溝１３と同心円であり該円環溝１３よりも小径の円環溝１３１と、が設けられている。これによれば、被密封液体Ｆが円環溝１３を越えて低圧側に僅かに進入したとしても、該被密封液体Ｆが内径側の円環溝１３１に進入するため、被密封液体Ｆの低圧側への進入を確実に抑制できる。
　尚、円環溝１３，１３１は、同心円に形成されることに限られず、異なる形状の円環溝が径方向に複数設けられていてもよい。
　次に、実施例３に係る摺動部品につき、図９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９に示されるように、本実施例３における静止密封環１０の摺動面１１には、渦巻状の溝１３２が設けられている。溝１３２は径方向に３重を成すように延びている。これによれば、被密封液体Ｆが外径側の溝１３２を越えて低圧側に僅かに進入したとしても、該被密封液体Ｆが内径側の溝１３２に進入するため、被密封液体Ｆの低圧側への進入を確実に抑制できる。また、溝１３２の長さを長くとれるので、溝１３２内に進入する被密封液体Ｆが多く、この被密封液体Ｆにより一般産業機械の始動時の潤滑性が高い。
　尚、溝１３２における径方向に重なる部分の離間幅は、自由に変更することができ、好ましくは、周方向に１周以上延びていればよい。
　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１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図１０に示されるように、本実施例４における回転密封環２０の動圧発生溝２３１は、回転密封環２０の外径側に連通して配置されている。すなわち、本実施例４のメカニカルシールは、摺動面１１，２１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メカニカルシールである。
　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のように円環溝１３が設けられていてもよいし、前記実施例２，３のような溝を適用してもよい。また、特定動圧発生機構が前記実施例１～３のように設けられていなくてもよいし、前記実施例４のように設けられていてもよい。
　次に、実施例５に係る摺動部品につき、図１１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１１に示されるように、本実施例５における円環溝１３３の被密封液体側、すなわち外径側の壁部１３３Ａは、摺動面１１のランド１２と円環溝１３３の外側面１３３ａとで構成されており、ランド１２及び外側面１３３ａで成す角度θは４５度となっている。すなわち、壁部１３３Ａは鋭角を成しているので、円環溝１３３に進入した被密封液体Ｆの気液界面αの表面積を確実に且つ大きく確保することができる。尚、ランド１２及び外側面１３３ａで成す角度θは４５度に限られず自由に変更することができ、好ましくは９０度以下に形成されていればよい。
　次に、実施例６に係る摺動部品につき、図１２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１２に示されるように、本実施例６における円環溝１３４は、回転密封環２０の摺動面２１に形成されている。すなわち、回転密封環２０の摺動面２１には、動圧発生溝２３と円環溝１３４とが形成されており、動圧発生溝２３と円環溝１３４とは連通している。また、本実施例６では、静止密封環１０における摺動面１１（ランド１２）は平坦面に形成されている。
　このように、回転密封環２０の摺動面２１に動圧発生溝２３と円環溝１３４とが形成されることにより、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時に動圧発生溝２３と円環溝１３４との位置関係が変化しないため、動圧発生溝２３により発生する動圧が安定する。尚、また、実施例６では、静止密封環１０の摺動面１１が平坦面に形成されている形態について説明したが、静止密封環１０に実施例１と同様の円環溝が形成されていてもよい。さらに、実施例６では、動圧発生溝２３と円環溝１３４とが回転密封環２０の摺動面２１に形成される形態を例示したが、動圧発生溝と円環溝とが静止密封環１０の摺動面１１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い。
　例えば、前記実施例１～５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１～５では、摺動部品に同一形状の動圧発生溝が複数設けられる形態を例示したが、形状や深さの異なる動圧発生溝が複数設けられていてもよい。また、動圧発生溝の間隔や数量などは適宜変更できる。
　また、動圧発生溝は、例えば軸方向視Ｔ字状、または軸方向視Ｌ字状、逆Ｌ字状を混在させる等して、回転密封環の両回転に対応するようになっていてもよい。
　また、被密封液体側を高圧側、漏れ側である気体側を低圧側として説明してきたが、被密封液体側が低圧側、気体側が高圧側となっていてもよいし、被密封液体側と気体側とは略同じ圧力であってもよい。
１　　　　　　　　回転軸
１０　　　　　　　静止密封環
１１　　　　　　　摺動面
１３　　　　　　　円環溝（溝）
２０　　　　　　　回転密封環
２１　　　　　　　摺動面
２３　　　　　　　動圧発生溝
２３ａ　　　　　　壁部
１３１　　　　　　円環溝（溝）
１３２　　　　　　溝
１３３　　　　　　円環溝（溝）
１３４　　　　　　円環溝（溝）
２３１　　　　　　動圧発生溝

Claims (8)

  1. 　回転機械の駆動時に相対回転する箇所に配置され、内径または外径の一方側に被密封液体が存在し他方側に気体が存在する環状をなす一対の摺動部品であって、
    　前記一方の摺動部品の摺動面には、径方向の気体側に連通し前記回転機械の駆動時に前記気体により摺動面間に動圧を生じさせる動圧発生溝が形成されており、前記一方または他の摺動部品の少なくともいずれか一方には周方向に延びる溝が形成されている摺動部品。
  2. 　前記溝は他方の摺動部品の摺動面に形成されている請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記溝は前記動圧発生溝の終端よりも気体側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. 　前記溝は前記動圧発生溝よりも深く形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. 　前記溝は、該溝における前記被密封液体側の側面と前記他方の摺動部材の摺動面とで成す角度が９０度以下の壁部を有している請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
  6. 　前記溝は周方向に一周以上延びている請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
  7. 　前記溝は同心円に複数設けられる円環溝である請求項６に記載の摺動部品。
  8. 　前記溝は渦巻状に設けられている請求項６に記載の摺動部品。
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