WO2021230081A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2021230081A1
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relative rotation
sliding
peripheral surface
sliding component
communication portion
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PCT/JP2021/016916
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忠継 井村
綾乃 谷島
岩 王
翔悟 福田
健太 内田
Original Assignee
イーグル工業株式会社
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Priority to JP2022521825A priority patent/JPWO2021230081A1/ja
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Definitions

  • the present invention relates to sliding parts that rotate relative to each other, for example, sliding parts used in a shaft sealing device for shaft-sealing the rotating shaft of a rotating machine in an automobile, a general industrial machine, or other sealing field, or an automobile or a general industrial machine. Or other sliding parts used in the bearings of machines in the bearing field.
  • a mechanical seal is provided with a pair of annular sliding parts that rotate relative to each other and slide between sliding surfaces.
  • it has been desired to reduce the energy lost due to sliding for environmental measures and the like.
  • the mechanical seal shown in Patent Document 1 is provided with a dynamic pressure generating mechanism on the sliding surface of one of the sliding parts.
  • This dynamic pressure generation mechanism has a conduction groove that communicates with the outer space in which the sealed fluid exists and extends in the radial direction, and a dynamic pressure generation groove that extends in the circumferential direction from the conduction groove and has a closed end. Is formed deeper than the dynamic pressure generation groove. According to this, during the relative rotation of the sliding component, the sealed fluid is introduced from the outer space into the dynamic pressure generating groove through the conduction groove, and the sealed fluid moves toward the end of the dynamic pressure generating groove. Therefore, positive pressure is generated at the end of the dynamic pressure generation groove, the sliding surfaces are separated from each other, and the sealed fluid is interposed between the sliding surfaces to improve the lubricity.
  • Patent Document 1 Although the lubricity is improved by providing the dynamic pressure generation groove, the contamination mixed in the sealed fluid during the relative rotation of the sliding component is also introduced from the conduction groove and then moves. It was introduced into the pressure generation groove and eventually entered between the sliding surfaces, and there was a risk that contamination would get caught between the sliding surfaces and cause abstract wear.
  • the present invention has been made by paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a sliding component capable of suppressing contamination from entering a dynamic pressure generation groove.
  • the sliding parts of the present invention are An annular sliding part that is placed in a relative rotating part of a rotating machine and slides relative to other sliding parts.
  • the sliding surface of the sliding component is provided with a dynamic pressure generating groove having a communication portion communicating with the external space and a closing portion relative to the rotation downstream of the communication portion.
  • the sliding component is provided with a guiding means for guiding the fluid in the external space in a direction different from the peripheral surface extending downstream of the relative rotation of the communication portion upstream in the relative rotation direction of the communication portion.
  • the fluid upstream in the relative rotation direction of the communicating portion flows to the downstream side of the relative rotation of the communicating portion without facing the communicating portion by the guiding means, and the flow flows to the communicating portion.
  • a fluid with a slower speed is flowing in, and its flow rate is also small. Since the contamination having a large specific gravity flows along the flow having a relatively high flow velocity, the contamination flows downstream of the relative rotation of the communication portion, and it becomes difficult to reach the communication portion. In this way, it is possible to prevent contamination from entering the dynamic pressure generation groove.
  • the guiding means may be the peripheral surface of the relative rotation upstream arranged on the external space side with respect to the peripheral surface of the relative rotation downstream. According to this, a step having a step in the radial direction is formed by the peripheral surface of the relative rotation upstream and the peripheral surface of the relative rotation downstream, and the fluid in the relative rotation upstream from the communication portion is in a direction different from the peripheral surface in the relative rotation downstream. It is possible to prevent the contamination from entering the dynamic pressure generation groove.
  • the guiding means may extend to a position where it overlaps the communication portion in the radial direction. According to this, it is possible to surely suppress the contamination from entering the dynamic pressure generation groove.
  • An inclined surface that inclines so as to become deeper from the communication portion toward the external space may be provided. According to this, when the fluid in the external space is introduced into the communication portion, the contamination having a large specific gravity comes into contact with the inclined surface and is separated from the fluid flow, so that the contamination enters the dynamic pressure generation groove. It can be suppressed.
  • the guiding means may be a recess provided on the sliding surface and open to the external space. According to this, since the fluid in the external space can be guided in a direction different from the peripheral surface on the relative rotation downstream side of the communicating portion by the concave portion, the guiding means can be made a simple structure.
  • the side wall of the recess may be curved in the axial direction. According to this, the fluid in the recess is smoothly guided along the side wall.
  • the side wall of the recess may have an inclined surface that is inclined in the circumferential direction and extends in the radial direction in a direction away from the end portion on the external space side toward the communication portion side. According to this, the fluid in the recess is smoothly guided along the inclined surface.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. It is a schematic diagram which shows the flow of the sealed fluid at the time of relative rotation. It is a vertical sectional view which shows the flow of the sealed fluid at the time of relative rotation. It is a schematic diagram which shows the sliding component in Example 2 of this invention. It is a schematic diagram which shows the sliding component in Example 3 of this invention. It is a schematic diagram which shows the sliding component in Example 4 of this invention. It is a schematic diagram which shows the sliding component in Example 5 of this invention. It is a schematic diagram which shows the sliding component in Example 6 of this invention.
  • the sliding parts according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • a mode in which the sliding component is a mechanical seal will be described as an example.
  • a mode in which the sealed fluid F exists in the inner space S1 as the outer space on the inner diameter side of the mechanical seal and the atmosphere A exists in the outer space S2 as the outer space on the outer diameter side will be described as an example. ..
  • dots may be added to the grooves and the like formed on the sliding surface in the drawings.
  • the mechanical seal for general industrial machinery shown in FIG. 1 is an outside type that seals the sealed fluid F that tends to leak from the inner diameter side to the outer diameter side of the sliding surface.
  • a mode in which the sealed fluid F is a high-pressure liquid and the atmosphere A is a gas having a lower pressure than the sealed fluid F is illustrated.
  • the mechanical seal is fixed to the rotary seal ring 20 as another sliding component of the annular shape provided on the rotary shaft 1 so as to be rotatable together with the rotary shaft 1 via the sleeve 2, and to the housing 4 of the attached device.
  • It is mainly composed of a secondary seal 9 for sealing and an urging means 7 arranged between the case 5 and the static sealing ring 10, and the static sealing ring 10 is axially urged by the urging means 7.
  • the sliding surface 11 of the static sealing ring 10 and the sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20 slide closely with each other.
  • the sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20 is a flat surface, and the flat surface is not provided with a recess such as a groove.
  • the static sealing ring 10 and the rotary sealing 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. It can be applied as long as it is used as a sliding material for mechanical seals.
  • the SiC includes a sintered body containing boron, aluminum, carbon and the like as a sintering aid, and materials composed of two or more types of phases having different components and compositions, for example, SiC and SiC in which graphite particles are dispersed.
  • resin molded carbon, sintered carbon and the like can be used, including carbon in which carbonaceous and graphitic are mixed.
  • metal materials, resin materials, surface modification materials (coating materials), composite materials and the like can also be applied.
  • the rotary sealing ring 20 slides relative to the static sealing ring 10 in a clockwise direction as shown by an arrow.
  • a plurality of (8 in the first embodiment) groove mechanisms 14 are evenly arranged in the circumferential direction on the inner diameter side.
  • the portion of the sliding surface 11 other than the groove mechanism 14 is a land 12 whose upper portion forms a flat end surface.
  • a positive pressure generation mechanism such as a dimple may be formed on the outer diameter side of the sliding surface 11.
  • the outline of the groove mechanism 14 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the deep groove portion 17 is shown shallower than it actually is.
  • the groove mechanism 14 has a concave groove 15 communicating with the inner space S1 and extending in the circumferential direction, and a dynamic pressure generating groove 16 provided on the outer diameter side of the concave groove 15.
  • the dynamic pressure generating groove 16 communicates with the concave groove 15.
  • the dynamic pressure generating groove 16 includes a deep groove portion 17 extending in the outer diameter direction from the end portion on the upstream side of the relative rotation of the concave groove 15, and a shallow groove portion extending in the circumferential direction from the outer diameter end portion of the deep groove portion 17 toward the downstream side of the relative rotation. It is composed of 18.
  • the deep groove portion 17 is a portion where the sealed fluid F is conducted to the shallow groove portion 18, and the shallow groove portion 18 is a portion where dynamic pressure is substantially generated.
  • the inner diameter end of the deep groove portion 17 is a communication portion 17A that communicates with the inner space S1 through the concave groove 15.
  • the deep groove portion 17 has a bottom surface 17a that is flat in the radial direction and parallel to the flat surface of the land 12, and a wall portion 17b that extends vertically from the outer diameter end of the bottom surface 17a toward the flat surface of the land 12.
  • the side surfaces 17c and 17d extending vertically from both side edges of the bottom surface 17a in the circumferential direction toward the flat surface of the land 12.
  • the deep groove portion 17 has a constant depth D1 over the radial direction.
  • the shallow groove portion 18 extends in the circumferential direction in the circumferential direction in parallel with the inner peripheral surface 10a edge of the static sealing ring 10 in the axial direction, and the start end portion 18A of the relative rotation upstream communicates with the deep groove portion 17 and the end portion of the relative rotation downstream. 18B is blocked by the wall portion 18a. That is, the end portion 18B of the shallow groove portion 18 functions as a closing portion.
  • the shallow groove portion 18 has a constant depth D2 over the circumferential direction, and the depth D2 is shallower than the depth D1 (D1> D2).
  • the depth D2 of the shallow groove portion 18 can be freely changed, but the depth D2 is preferably 1/10 times or less of the depth D1.
  • the concave groove 15 is perpendicular to the flat surface of the land 12 from the outer edge of the bottom surface 15a as an inclined surface that is inclined so as to be deeper from the outer diameter end portion to the inner diameter end portion and the bottom surface 15a excluding the communication portion 17A. It is partitioned by an extending peripheral surface 15b and side surfaces 15c and 15d at both ends of the bottom surface 15a in the circumferential direction. That is, the peripheral surface 15b is also the inner peripheral surface 15b of the land 12 that radially partitions the concave groove 15 and the shallow groove portion 18.
  • the peripheral surface 15b is a curved surface having the same diameter as the communication portion 17A and extending downstream of the relative rotation of the communication portion 17A.
  • the peripheral surface 15b is arranged on the outer diameter side of the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10.
  • a step having a step in the radial direction due to the inner peripheral surface 10a, the communication portion 17A and the peripheral surface 15b, specifically, axially viewed, the inner peripheral surface 10a, the side surface 15c, and the communication portion 17A and the peripheral surface 15b are used for cranking.
  • a step is formed.
  • the concave groove 15 has the deepest inner diameter end, that is, the opening communicating with the inner space S1, and the depth D3 is deeper than the depth D1 (D1 ⁇ D3).
  • the sealed fluid F in the shallow groove portion 18 moves from the start end portion 18A toward the end portion 18B, and along with this, the sealed fluid F in the deep groove portion 17 Flows into the shallow groove portion 18.
  • the pressure of the sealed fluid F in the shallow groove portion 18 that has moved toward the end portion 18B is increased in the wall portion 18a constituting the end portion 18B of the shallow groove portion 18 and its vicinity. That is, a positive pressure is generated in and near the wall portion 18a, the sealed fluid F flows out between the sliding surfaces 11 and 21 as shown by the arrow F11, and the sliding surfaces 11 and 21 are separated from each other to improve lubricity. improves.
  • the sealed fluid F in the inner space S1 passes through the concave groove 15 from the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10 located upstream of the relative rotation of the concave groove 15, and the relative rotation of the concave groove 15. It is roughly classified into a flow F1 flowing toward the inner peripheral surface 10a'of the static sealing ring 10 located downstream and a flow F2 sucked into the deep groove portion 17.
  • This flow F1 is a flow generated by a shearing force accompanying the rotation of the sliding surface 21 (see FIG. 1) of the rotary sealing ring 20, flows along the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10, and has a concave groove 15. At the point, it meanders in the outer diameter direction and flows.
  • the flow F2 is a flow in which the flow of the sealed fluid F (see arrows F10 and F11) is generated in the shallow groove portion 18 having a volume smaller than that of the concave groove 15, and is sucked into the communication portion 17A from the concave groove 15. As described above, the flow F2 has a slower speed than the flow F1.
  • the flow F1 reaches the peripheral surface 15b beyond the communication portion 17A from the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10 located on the inner diameter side of the communication portion 17A and the peripheral surface 15b, and flows to the relative rotation downstream side. ing. That is, the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10 functions as a guiding means for guiding the sealed fluid F in a direction different from that of the communication portion 17A and the peripheral surface 15b.
  • the contamination C1 having a large specific gravity contained in the sealed fluid F flows along the flow F1 having a relatively high flow velocity, most of the contamination C1 flows to the peripheral surface 15b downstream of the relative rotation of the communication portion 17A. It is difficult to reach 17A. That is, it is difficult for the contamination C1 having a large specific gravity to enter the dynamic pressure generation groove 16.
  • the contamination C1 introduced into the concave groove 15 comes into contact with the bottom surface 15a of the concave groove 15 and is separated from the flow F1, so that the contamination C1 enters the dynamic pressure generation groove 16. It's getting harder to do.
  • the side surface 15c (see FIG. 4) upstream of the relative rotation in the concave groove 15 is provided on an extension of the side surface 17c upstream of the relative rotation in the deep groove portion 17. According to this, since the end portion 10b downstream of the relative rotation of the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10 can be brought closer to the communicating portion 17A in the circumferential direction, a flow F1 that surely exceeds the communicating portion 17A can be formed. ..
  • the corners formed by the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10 and the side surface 15c of the concave groove 15 form a substantially right angle, the direction of the flow F1 and the direction of the flow F2 of the sealed fluid F are significantly different. Since the inertia due to the flow F1 greatly acts on the contamination C1 having a large specific gravity, it is difficult to follow the flow F2 and it is easy to flow along the flow F1.
  • the sealed fluid F upstream in the relative rotation direction of the communication portion 17A has the communication portion 17A due to the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10.
  • the flow F2 flows into the peripheral surface 15b extending to the downstream side of the relative rotation of the communication portion 17A, and the flow F2 having a slower speed than the flow F1 flows into the communication portion 17A. Further, the flow rate of the flow F2 is smaller than the flow rate of the flow F1. Since the contamination C1 having a large specific gravity flows along the flow F1 having a relatively high flow velocity, the contamination C1 flows downstream of the relative rotation of the communication portion 17A, and it becomes difficult to reach the communication portion 17A. In this way, since the contamination C1 can be prevented from entering the dynamic pressure generation groove 16, it is possible to prevent the contamination C1 from flowing out between the sliding surfaces 11 and 21 and causing abstract wear.
  • a part of the contamination (not shown) having a smaller specific gravity than the contamination C1 may enter the dynamic pressure generation groove 16 along the flow F2, but such a contamination having a small specific density is fragile or soft. In most cases, there is no risk of causing abbreviated wear between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the embodiment in which the end portion 10b downstream of the relative rotation of the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10 is provided on the extension line of the side surface 17c of the deep groove portion 17, is not limited to this, and is stationary.
  • the end portion of the inner peripheral surface 10a of the sealing ring 10 on the downstream side of the relative rotation may be located upstream of the side surface 17c of the deep groove portion 17. That is, the side surface 15c of the concave groove 15 may have a divergent shape so as to incline toward the upstream of the relative rotation toward the inner diameter side.
  • the inner peripheral end portion of the sliding surface 11 is cut out to form the concave groove 15, so that the inner peripheral surface 10a of the static sealing ring 10 and the communication portion 17A and the peripheral surface 15b have a diameter.
  • the form of forming a step having a step in the direction is exemplified, but the present invention is not limited to this, and the communication portion of the dynamic pressure generating groove is provided at a position having the same diameter as the inner peripheral surface of the sliding component, and the inner circumference of the sliding component is provided.
  • a protruding portion protruding toward the inner diameter side from the surface is provided upstream of the relative rotation of the communicating portion, and a step having a step in the radial direction is formed by the inner peripheral surface of the protruding portion and the inner peripheral surface of the communicating portion and the sliding component. You may.
  • the inner peripheral surface of the protrusion functions as a guiding means.
  • the end portion 200b of the inner peripheral surface 200a of the static sealing ring 200 on the relative rotation downstream is located on the relative rotation downstream of the side surface 17c of the deep groove portion 17.
  • the land 212 has an eaves portion 212a extending downstream from the inner diameter end of the side surface 15c of the concave groove 15 so as to cover the communication portion 17A. That is, the eaves portion 212a overlaps with the communication portion 17A in the radial direction.
  • the flow F20 of the sealed fluid F sucked into the deep groove portion 17 is separated from the flow F1 by the eaves portion 212a, so that the contamination C1 flowing along the flow F1 becomes extremely difficult to follow the flow F20. Therefore, it is possible to reliably prevent the contamination C1 (see FIGS. 4 and 5) from entering the dynamic pressure generation groove 16.
  • the sliding component of the third embodiment is a so-called bi-rotation type that can handle both clockwise and counterclockwise directions.
  • the static sealing ring 300 includes a deep groove portion 17, a shallow groove portion 18 extending in the clockwise direction from the deep groove portion 17, and a shallow groove portion 18 ′ extending in the counterclockwise direction from the deep groove portion 17.
  • a dynamic pressure generation groove 316 having a T-shape in the axial direction is provided.
  • the concave groove 315A provided on the inner diameter side of the deep groove portion 17 is formed by being cut out to have the same width as the circumferential width of the deep groove portion 17, and lands 312 remain on both sides of the concave groove portion 315A in the circumferential direction. doing.
  • the counterclockwise side of the concave groove 315A in FIG. 7 is referred to as a land 312a
  • the clockwise side of the concave groove 315A is referred to as a land 312b.
  • Concave grooves 315B and 315B'extending in the circumferential direction are formed adjacent to the lands 312 on both sides of the concave groove 315A in the circumferential direction.
  • the concave grooves 315B, 315B' have a peripheral surface 315b, 315b' that extends in the circumferential direction with the same diameter as the communication portion 17A across the lands 312a, 312b, and the side surfaces 315c on the land 312a, 312b side of the peripheral surfaces 315b, 315b'. It is partitioned by 315d. As will be described later, the side surfaces 315c and 315d function as guiding means.
  • the sealed fluid F upstream of the relative rotation of the communication portion 17A moves along the peripheral surface 315b'of the concave groove 315B', and the direction is changed in the inner diameter direction, that is, in the inner space S1 direction by the side surface 315c. After that, it becomes a flow F30 that flows downstream of the relative rotation beyond the communication portion 17A. As described above, the flow F30 is guided by the side surface 315c in a direction different from the peripheral surface 315b of the communication portion 17A and the concave groove 315B, that is, in the inner diameter direction, so that it is difficult to reach the communication portion 17A.
  • the sealed fluid F upstream of the relative rotation of the communication portion 17A moves along the peripheral surface 315b of the concave groove 315B, and is directed in the inner diameter direction, that is, in the inner space S1 direction by the side surface 315d. After being changed, it becomes a flow that flows downstream of the relative rotation beyond the communication portion 17A. As described above, the flow is guided by the side surface 315d in a direction different from the peripheral surface 315b'of the communication portion 17A and the concave groove 315B', that is, in the inner diameter direction, so that it is difficult to reach the communication portion 17A.
  • the deep groove portion 17 may extend to the inner peripheral surface 300a of the static sealing ring 300.
  • an axially visible L-shaped dynamic pressure generating groove 416 having a deep groove portion 417 and a shallow groove portion 418, and a relative rotation upstream of the deep groove portion 417.
  • a recess 420 as a guiding means provided apart from the above is provided. The separation width between the deep groove portion 417 and the recess 420 can be freely changed.
  • the communication portion 417A of the deep groove portion 417 is formed to have the same diameter as the inner peripheral surface 400a of the static sealing ring 400, and communicates with the inner space S1.
  • the recess 420 has a half-moon shape when viewed in the axial direction, and has a communication portion 420A communicating with the inner space S1. That is, the side wall 420a of the recess 420 forms a semicircular curved surface in the axial direction. Further, the communication portion 420A is formed along the inner peripheral surface 400a of the static sealing ring 400.
  • the sealed fluid flows from the inner peripheral surface 400a upstream of the relative rotation of the recess 420 to the downstream of the relative rotation through the recess 420 in the vicinity of the sliding surfaces 411,21.
  • a flow F40 of F and a flow F41 of the sealed fluid F sucked into the communication portion 417A from the vicinity of the communication portion 417A are generated.
  • the speed of this flow F40 is higher than that of the flow F41.
  • the flow F40 moves along the side wall 420a of the recess 420, is changed in the inner diameter direction from the end of the side wall 420a downstream of the relative rotation, that is, to the inner space S1, and then crosses the communication portion 417A to the communication portion 417A. It reaches the inner peripheral surface 400a'as a peripheral surface extending to the downstream side of the relative rotation, and flows to the downstream side of the relative rotation.
  • the contaminant C1 having a large specific gravity contained in the sealed fluid F flows along the flow F40 having a relatively high flow velocity, most of the contaminant C1 flows to the inner peripheral surface 400a'on the relative rotation downstream of the communication portion 417A. It is difficult to reach the communication portion 417A. That is, it is difficult for the contamination C1 having a large specific gravity to enter the dynamic pressure generation groove 416.
  • the guiding means can be made a simple structure.
  • the side wall 420a of the recess 420 has a curved surface in the axial direction, the sealed fluid F in the recess 420 can be smoothly guided along the side wall 420a.
  • the sliding surface 511 of the static sealing ring 500 is provided with a dynamic pressure generating groove 416 similar to that of the fourth embodiment and a guiding means provided apart from each other upstream of the relative rotation of the deep groove portion 417.
  • a plurality of recesses 520 and the like are provided. The separation width between the deep groove portion 417 and the recess 520 and the separation width between the recesses 520 can be freely changed.
  • the recess 520 has a triangular shape when viewed in the axial direction, and has a communication portion 520A that communicates with the inner space S1.
  • the recess 520 extends from the outer diameter end of the first side wall 520a while inclining toward the downstream side of relative rotation from the inner peripheral surface 500a of the static sealing ring 500. It is provided with a second side wall 520b as an inclined surface extending in the inner diameter direction while being inclined toward the downstream side of relative rotation.
  • a sealed fluid flows from the inner peripheral surface 500a upstream of the relative rotation of the recess 520 to the downstream of the relative rotation through each recess 520 in the vicinity of the sliding surfaces 511,21.
  • a flow F50 of the fluid F and a flow F51 of the sealed fluid F sucked into the communication portion 417A from the vicinity of the communication portion 417A are generated.
  • the speed of this flow F50 is higher than that of the flow F51.
  • the flow F50 moves along the second side wall 520b of the recess 520, is changed in the inner diameter direction from the end of the second side wall 520b downstream of the relative rotation, that is, in the inner space S1 direction, and then crosses the communication portion 417A.
  • the communication portion 417A reaches the inner peripheral surface 500a'as a peripheral surface extending to the downstream side of the relative rotation, and flows to the downstream side of the relative rotation.
  • the contaminant C1 having a large specific gravity contained in the sealed fluid F flows along the flow F50 having a relatively high flow velocity, most of the contaminant C1 flows to the inner peripheral surface 500a'on the relative rotation downstream of the communication portion 417A. It is difficult to reach the communication portion 417A. That is, it is difficult for the contamination C1 having a large specific gravity to enter the dynamic pressure generation groove 416.
  • the recess 520 Since the inner diameter end of the second side wall 520b of the recess 520 forms an inclined surface located on the relative rotation downstream side of the outer diameter end of the second side wall 520b, the recess 520 is formed along the second side wall 520b.
  • the sealed fluid F inside can be smoothly guided.
  • the guiding means may be an inclined surface having a curved surface in which the second side wall 520b has a protrusion on the outer diameter side instead of the concave portion 520.
  • the sliding surface 611 of the static sealing ring 600 is provided with a dynamic pressure generating groove 616 composed of a deep groove portion 617 and a shallow groove portion 618.
  • the deep groove portion 617 communicates with the inner space S1 and extends in the circumferential direction, and the wall portion 617c and the wall portion 617d of the deep groove portion 617 are inclined upstream from the inner diameter end toward the outer diameter end and substantially thereof. It extends in parallel.
  • the wall portion 617d and the inner peripheral surface 600a of the static sealing ring 600 function as guiding means.
  • the shallow groove portion 618 extends in the outer diameter direction from the end portion upstream of the relative rotation of the deep groove portion 617. Specifically, the wall portion 618c and the wall portion 618d of the shallow groove portion 618 are inclined in the downstream of the relative rotation from the inner diameter end to the outer diameter end and extend in parallel.
  • the starting end portion 618A of the shallow groove portion 618 functions as a communication portion that communicates with the inner space S1 through the deep groove portion 617.
  • the sealed fluid F in the deep groove portion 617'adjacent to the relative rotation upstream of the arbitrary deep groove portion 617 is the peripheral surface 617b'of the deep groove portion 617'.
  • the flow F60a flows downstream of the relative rotation beyond the starting end portion 618A, that is, to the peripheral surface 617b.
  • the sealed fluid F flowing along the inner peripheral surface 600a of the statically sealed ring 600 upstream of the relative rotation of the starting end portion 618A exceeds the starting end portion 618A and meanders in the outer diameter direction at a position where the deep groove portion 617 exists.
  • the flow is F60b.
  • the speeds of these flows F60a and F60b are higher than those of the flow F61.
  • the contamination C1 having a large specific gravity contained in the sealed fluid F flows along the flows F60a and F60b having a relatively high flow velocity, most of the contamination C1 is the peripheral surface of the peripheral rotation downstream of the starting portion 618A. Since it flows to 617b, it is difficult to reach the starting end portion 618A.
  • end portion 600b on the inner peripheral surface 600a of the static sealing ring 600 located downstream of the relative rotation is located downstream of the inner diameter end of the wall portion 618c of the shallow groove portion 618, and the flows F60a and F60b are separated from the flow F61. Therefore, it becomes extremely difficult for the contamination C1 flowing along the flows F60a and F60b to follow the flow F61.
  • a dynamic pressure generating groove including a deep groove portion having a communication portion with an inner space and a shallow groove portion having a closed portion has been described as an example, but the dynamic pressure generating groove is a communicating portion. It may be a spiral groove or the like that is inclined in the circumferential direction and extends in the radial direction and has a constant depth in the longitudinal direction.
  • the closed portion of the dynamic pressure generating groove may be configured to generate dynamic pressure.
  • the cross-sectional area of the end portion of the dynamic pressure generating groove downstream of the relative rotation may gradually decrease in the extending direction.
  • the sealed fluid has been described as a high-pressure liquid, the sealed fluid is not limited to this, and may be a gas or a low-pressure liquid, or may be a mist in which a liquid and a gas are mixed.
  • the fluid on the leak side is an atmosphere which is a low-pressure gas
  • the present invention is not limited to this and may be a liquid or a high-pressure gas, or may be a mist in which a liquid and a gas are mixed.
  • 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 abbreviated. It may be the same pressure.
  • an example is an example of an outside type that seals the sealed fluid F that leaks from the inner diameter side to the outer diameter side of the sliding surface, but the present invention is not limited to this, and the outer diameter of the sliding surface is not limited to this. It may be an inside type that seals the sealed fluid F that leaks from the side toward the inner diameter side.
  • the mechanical seal for general industrial machines has been described as an example, but other mechanical seals for automobiles and water pumps may be used.
  • the present invention is not limited to the mechanical seal, and may be a sliding component other than the mechanical seal such as a slide bearing.
  • the dynamic pressure generating groove may be provided in the rotary sealing ring.
  • the concave groove and the concave portion both have a bottom surface, but the present invention is not limited to this, and the concave portion formed in the radial direction of the sliding component along the concave axial direction, in other words, does not have a bottom surface. It may be a recess.
  • Static sealing ring (sliding parts) 10a Inner peripheral surface (guidance means) 11 Sliding surface 12 Land 15 Concave groove 15a Bottom surface (inclined surface) 15b Peripheral surface 16 Dynamic pressure generation groove 17A Communication part 18B Termination part (closed part) 20 Rotating sealed ring (other sliding parts) 21 Sliding surface 200 Static sealing ring (sliding parts) 200a Inner peripheral surface (guidance means) 212a Eaves 300 Static Sealed Ring (Sliding Parts) 315b, 315b'Peripheral surface 315c, 315d Side surface 316 Dynamic pressure generation groove 400 Static sealing ring (sliding part) 400a'Inner peripheral surface (peripheral surface) 416 Dynamic pressure generation groove 420 Recess (induction means) 420a Side wall 500 Static sealing ring (sliding part) 500a'Inner peripheral surface (peripheral surface) 520 Recess (guidance means) 520b Second side wall A Atmosphere

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Abstract

動圧発生溝内にコンタミが進入することを抑制できる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他の摺動部品２０と相対摺動する環状の摺動部品１０であって、摺動部品１０の摺動面１１には、外部空間Ｓ１に連通する連通部１７Ａと連通部１７Ａよりも相対回転下流の閉塞部１８Ｂとを有する動圧発生溝１６が設けられ、摺動部品１０は、連通部１７Ａの相対回転下流に延びる周面１５ｂと異なる方向に外部空間Ｓ１内の流体Ｆを誘導する誘導手段１０ａを連通部１７Ａの相対回転方向上流に備えている。

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。
　被密封流体の漏れを防止する軸封装置として例えばメカニカルシール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、一方の摺動部品の摺動面に動圧発生機構が設けられている。この動圧発生機構は、被密封流体が存在する外空間に連通し径方向に延びる導通溝と、導通溝から周方向に延び終端が閉塞された動圧発生溝と、を有し、導通溝は動圧発生溝に比べて深く形成されている。これによれば、摺動部品の相対回転時には、外空間から導通溝を通じて動圧発生溝に被密封流体が導入され、該被密封流体が動圧発生溝の終端に向かって移動するようになっており、動圧発生溝の終端に正圧が発生して摺動面同士が離間し、摺動面間に被密封流体が介在することで潤滑性が向上するようになっている。
国際公開第２０１２／０４６７４９号（第１７頁、第１図）
　特許文献１にあっては、動圧発生溝を設けることで潤滑性を向上させているものの、摺動部品の相対回転時に被密封流体に混入されたコンタミも導通溝から導入された後、動圧発生溝に導入され、最終的に摺動面間に進入してしまい、コンタミが摺動面間に噛み込んでアブレッシブ摩耗を引き起こす虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、動圧発生溝内にコンタミが進入することを抑制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、
　回転機械の相対回転する箇所に配置され他の摺動部品と相対摺動する環状の摺動部品であって、
　前記摺動部品の摺動面には、外部空間に連通する連通部と該連通部よりも相対回転下流の閉塞部とを有する動圧発生溝が設けられ、
　前記摺動部品は、前記連通部の相対回転下流に延びる周面と異なる方向に前記外部空間内の流体を誘導する誘導手段を前記連通部の相対回転方向上流に備えている。
　これによれば、摺動部品の相対回転時には、連通部の相対回転方向上流の流体は、誘導手段により、連通部に向かわず連通部の相対回転下流側に流れ、連通部には当該流れに比べ速度の遅い流体が流れ込んでおりその流量も少ない。比重が大きいコンタミは流速の比較的速い当該流れに沿って流れるため、コンタミは連通部の相対回転下流に流れることとなり連通部に到達しにくくなる。このようにして、コンタミが動圧発生溝内に進入することを抑制できる。
　前記誘導手段は、前記相対回転下流の周面よりも前記外部空間側に配置された前記相対回転上流の周面であってもよい。
　これによれば、相対回転上流の周面と相対回転下流の周面とにより径方向に段を有する段差が形成され、連通部よりも相対回転上流の流体を相対回転下流の周面と異なる方向に誘導させ、コンタミが動圧発生溝内に進入することを抑制できる。
　前記誘導手段は前記連通部と径方向に重畳する位置まで延びていてもよい。
　これによれば、コンタミが動圧発生溝内に進入することを確実に抑制できる。
　前記連通部から前記外部空間に向けて深くなるように傾斜する傾斜面を備えていてもよい。
　これによれば、外部空間内の流体が連通部に導入されるときに、比重が大きいコンタミは傾斜面に接触して流体の流れから分離されるので、コンタミが動圧発生溝内に進入することを抑制できる。
　前記誘導手段は、前記摺動面に設けられ前記外部空間に開口する凹部であってもよい。
　これによれば、凹部により外部空間内の流体を連通部の相対回転下流側の周面と異なる方向に誘導できるので、誘導手段を簡素な構造とすることができる。
　前記凹部の側壁は、軸方向視で曲面をなしていてもよい。
　これによれば、側壁に沿って凹部内の流体が円滑に誘導される。
　前記凹部の側壁は、前記外部空間側の端部から前記連通部側に離れる方向に周方向に傾斜して径方向に延びる傾斜面をなしていてもよい。
　これによれば、傾斜面に沿って凹部内の流体が円滑に誘導される。
本発明の実施例１における摺動部品（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。 図２のＡ－Ａ断面図である。 相対回転時における被密封流体の流れを示す概略図である。 相対回転時における被密封流体の流れを示す縦断面図である。 本発明の実施例２における摺動部品を示す概略図である。 本発明の実施例３における摺動部品を示す概略図である。 本発明の実施例４における摺動部品を示す概略図である。 本発明の実施例５における摺動部品を示す概略図である。 本発明の実施例６における摺動部品を示す概略図である。
　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５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、メカニカルシールの内径側の外部空間としての内空間Ｓ１に被密封流体Ｆが存在し、外径側の外部空間としての外空間Ｓ２に大気Ａが存在している形態を例示して説明する。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、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする被密封流体Ｆを密封するアウトサイド形のものである。尚、本実施例では、被密封流体Ｆが高圧の液体であり、大気Ａが被密封流体Ｆよりも低圧の気体である形態を例示する。
　メカニカルシールは、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他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に固定されたケース５と、ケース５に対して非回転状態かつ軸方向に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、ケース５と静止密封環１０との間を密封する二次シール９と、ケース５と静止密封環１０との間に配置される付勢手段７と、から主に構成され、付勢手段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、この平坦面には溝等の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時計周りに相対摺動するようになっている。静止密封環１０の摺動面１１には、内径側に複数（実施例１では８個）の溝機構１４が周方向に均等に配設されている。尚、摺動面１１の溝機構１４以外の部分は上部が平端面を成すランド１２となっている。また、摺動面１１の外径側には、例えば、ディンプル等の正圧発生機構が形成されていてもよい。
　次に、溝機構１４の概略について図２及び図３に基づいて説明する。尚、以下、説明の便宜上、深溝部１７を実際よりも浅く図示している。
　図２及び図３に示されるように、溝機構１４は、内空間Ｓ１に連通して周方向に延びる凹溝１５と、凹溝１５の外径側に設けられる動圧発生溝１６と、を備え、動圧発生溝１６は凹溝１５に連通している。
　動圧発生溝１６は、凹溝１５の相対回転上流側の端部から外径方向に延びる深溝部１７と、深溝部１７の外径端部から相対回転下流に向けて周方向に延びる浅溝部１８と、から構成されている。尚、後に詳述するが、深溝部１７は、浅溝部１８に被密封流体Ｆを導通させる部位であり、浅溝部１８は実質的に動圧を発生させる部位である。
　深溝部１７の内径端部は、凹溝１５を通じて内空間Ｓ１に連通する連通部１７Ａとなっている。具体的には、深溝部１７は、径方向に亘って平坦かつランド１２の平坦面に平行な底面１７ａと、底面１７ａの外径端からランド１２の平坦面に向けて垂直に延びる壁部１７ｂと、底面１７ａの周方向の両側縁からランド１２の平坦面に向けて垂直に延びる側面１７ｃ，１７ｄとから構成されている。
　この深溝部１７は径方向に亘って一定の深さＤ１を有している。
　浅溝部１８は、軸方向視において静止密封環１０の内周面１０ａ縁と平行に周方向に延びており、相対回転上流の始端部１８Ａが深溝部１７に連通し、相対回転下流の終端部１８Ｂが壁部１８ａにより閉塞されている。すなわち、浅溝部１８の終端部１８Ｂは閉塞部として機能している。
　この浅溝部１８は、周方向に亘って一定の深さＤ２を有しており、深さＤ２は深さＤ１よりも浅い（Ｄ１＞Ｄ２）。尚、浅溝部１８の深さＤ２は自由に変更できるが、好ましくは深さＤ２は深さＤ１の１／１０倍以下であるのがよい。
　凹溝１５は、外径端部から内径端部に向けて深くなるように傾斜する傾斜面としての底面１５ａと、連通部１７Ａを除く底面１５ａの外縁からランド１２の平坦面に向けて垂直に延びる周面１５ｂと、底面１５ａの周方向両端の側面１５ｃ，１５ｄとにより区画されている。すなわち、周面１５ｂは、凹溝１５と浅溝部１８とを径方向に区画するランド１２の内周面１５ｂでもある。
　周面１５ｂは、連通部１７Ａと同径で該連通部１７Ａの相対回転下流に延びる曲面である。この周面１５ｂは、静止密封環１０の内周面１０ａよりも外径側に配置されている。内周面１０ａと、連通部１７Ａ及び周面１５ｂとにより径方向に段を有する段差、詳しくは、軸方向視、内周面１０ａと、側面１５ｃと、連通部１７Ａ及び周面１５ｂとによりクランク状の段差が形成されている。
　また、凹溝１５は、その内径端、すなわち、内空間Ｓ１に連通する開口部が最も深くなっており、その深さＤ３は、深さＤ１よりも深い（Ｄ１＜Ｄ３）。
　次いで、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時における被密封流体Ｆの流れについて図４及び図５を用いて概略的に説明する。尚、ここでは、説明の便宜上、被密封流体Ｆに含まれるコンタミＣ１を実際よりも多量に図示している。
　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、付勢手段７によって静止密封環１０が回転密封環２０側に付勢されているので摺動面１１，２１同士は接触状態となっており、被密封流体Ｆが摺動面１１，２１間から外空間Ｓ２に漏れ出す量はほぼない。
　図４に示されるように、回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転すると、凹溝１５、動圧発生溝１６の深溝部１７及び浅溝部１８内の被密封流体Ｆが摺動面２１との摩擦により回転密封環２０の回転方向に追随移動する。
　具体的には、矢印Ｆ１０に示されるように、浅溝部１８内の被密封流体Ｆが始端部１８Ａから終端部１８Ｂに向かって移動し、これに伴って、深溝部１７内の被密封流体Ｆが浅溝部１８内に流入する。
　終端部１８Ｂに向かって移動した浅溝部１８内の被密封流体Ｆは、浅溝部１８の終端部１８Ｂを構成する壁部１８ａ及びその近傍で圧力が高められる。すなわち壁部１８ａ及びその近傍で正圧が発生し、矢印Ｆ１１に示されるように被密封流体Ｆが摺動面１１，２１間に流出し、摺動面１１，２１間が離間され潤滑性が向上する。
　また、回転密封環２０と静止密封環１０との相対回転時には、摺動面１１，２１の内径側近傍でも被密封流体Ｆの流れが生じる。
　具体的には、内空間Ｓ１の被密封流体Ｆは、凹溝１５の相対回転上流に位置する静止密封環１０の内周面１０ａから該凹溝１５内を通って該凹溝１５の相対回転下流に位置する静止密封環１０の内周面１０ａ’に向けて流れる流れＦ１と、深溝部１７に吸い込まれる流れＦ２と、に大別される。
　この流れＦ１は、回転密封環２０の摺動面２１（図１参照）の回転に伴うせん断力により生じる流れであり、静止密封環１０の内周面１０ａに沿って流れ、凹溝１５のある箇所では外径方向に蛇行して流れる。一方、流れＦ２は、凹溝１５よりも容積の小さい浅溝部１８内で被密封流体Ｆの流れ（矢印Ｆ１０、Ｆ１１参照）が生じることにより凹溝１５から連通部１７Ａに吸い込まれる流れである。このように、流れＦ２は、流れＦ１に比べて速度が遅くなっている。
　流れＦ１は、連通部１７Ａ及び周面１５ｂよりも内径側に位置する静止密封環１０の内周面１０ａから連通部１７Ａを越えて周面１５ｂに到達し、相対回転下流側に流れるようになっている。すなわち、静止密封環１０の内周面１０ａは、連通部１７Ａ及び周面１５ｂとは異なる方向に被密封流体Ｆを誘導する誘導手段として機能している。
　被密封流体Ｆに含まれる比重の大きいコンタミＣ１は、流速の比較的速い流れＦ１に沿って流れるため、コンタミＣ１の大部分は連通部１７Ａの相対回転下流の周面１５ｂに流れることとなり連通部１７Ａに到達しにくくなっている。すなわち、動圧発生溝１６内に比重の大きいコンタミＣ１が進入しにくくなっている。
　また、図５に示されるように、凹溝１５に導入されたコンタミＣ１は、凹溝１５の底面１５ａに接触して流れＦ１から分離されるので、コンタミＣ１が動圧発生溝１６内に進入しにくくなっている。
　また、凹溝１５における相対回転上流の側面１５ｃ（図４参照）は、深溝部１７における相対回転上流の側面１７ｃの延長線上に設けられている。これによれば、静止密封環１０の内周面１０ａの相対回転下流の端部１０ｂを連通部１７Ａに対して周方向に近付けることができるので、連通部１７Ａを確実に越える流れＦ１を形成できる。
　また、静止密封環１０の内周面１０ａと凹溝１５の側面１５ｃとで成す角部がほぼ直角を成すことから、被密封流体Ｆの流れＦ１の向きと流れＦ２の向きとは大きく異なる。比重の大きいコンタミＣ１には流れＦ１による慣性が大きく作用するので流れＦ２に追従しにくく、流れＦ１に沿って流れやすい。
　以上説明したように、回転密封環２０と静止密封環１０との相対回転時には、連通部１７Ａの相対回転方向上流の被密封流体Ｆは、静止密封環１０の内周面１０ａにより、連通部１７Ａに向かわず連通部１７Ａの相対回転下流側に延びる周面１５ｂに流れ、連通部１７Ａには流れＦ１に比べ速度の遅い流れＦ２が流れ込む。また、流れＦ２の流量は流れＦ１の流量よりも少ない。比重が大きいコンタミＣ１は流速の比較的速い流れＦ１に沿って流れるため、コンタミＣ１は連通部１７Ａの相対回転下流に流れることとなり連通部１７Ａに到達しにくくなる。このようにして、コンタミＣ１が動圧発生溝１６内に進入することを抑制できるので、コンタミＣ１が摺動面１１，２１間に流出してアブレッシブ摩耗を引き起こすことを阻止することができる。
　また、コンタミＣ１に比べ比重の小さいコンタミ（図示略）の一部は流れＦ２に沿って動圧発生溝１６内に進入することがあるが、このような比重の小さいコンタミは脆いものや軟らかいものがほとんどであり摺動面１１，２１間でアブレッシブ摩耗を引き起こす虞がない。
　尚、本実施例１では、静止密封環１０の内周面１０ａの相対回転下流の端部１０ｂが深溝部１７の側面１７ｃの延長線上に設けられる形態を例示したが、これに限られず、静止密封環１０の内周面１０ａの相対回転下流の端部が深溝部１７の側面１７ｃよりも相対回転上流に位置していてもよい。すなわち、凹溝１５の側面１５ｃが内径側に向かうにつれ相対回転上流に傾くように末広がり形状となっていてもよい。
　また、本実施例１では、摺動面１１の内径端部を切り欠いて凹溝１５を形成することで、静止密封環１０の内周面１０ａと、連通部１７Ａ及び周面１５ｂとにより径方向に段を有する段差を形成する形態を例示したが、これに限られず、摺動部品の内周面と同径の位置に動圧発生溝の連通部を設けるとともに、摺動部品の内周面よりも内径側に突出する突出部を連通部の相対回転上流に設け、該突出部の内周面と連通部及び摺動部品の内周面とにより径方向に段を有する段差を形成してもよい。この場合、突出部の内周面が誘導手段として機能する。
　次に、実施例２に係る摺動部品につき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図６に示されるように、静止密封環２００の内周面２００ａにおける相対回転下流の端部２００ｂが深溝部１７の側面１７ｃよりも相対回転下流に位置している。具体的には、ランド２１２は、凹溝１５の側面１５ｃの内径端部から連通部１７Ａを覆うように相対回転下流に延びる庇部２１２ａを有している。すなわち、庇部２１２ａは連通部１７Ａと径方向に重畳している。
　これによれば、深溝部１７に吸い込まれる被密封流体Ｆの流れＦ２０は、庇部２１２ａにより流れＦ１と分断されるので、流れＦ１に沿って流れるコンタミＣ１が流れＦ２０に極めて追従しにくくなる。そのため、コンタミＣ１（図４，図５参照）が動圧発生溝１６内に進入することを確実に抑制できる。
　次に、実施例３に係る摺動部品につき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。実施例３の摺動部品は時計回り，反時計回りの両方向に対応可能ないわゆる両回転型である。
　図７に示されるように、静止密封環３００には、深溝部１７と、深溝部１７から時計回りの方向に延びる浅溝部１８と、深溝部１７から反時計回りの方向に延びる浅溝部１８’と、を備える軸方向視Ｔ字状を成す動圧発生溝３１６が設けられている。
　また、深溝部１７の内径側に設けられる凹溝３１５Ａは、深溝部１７の周方向の幅と同一幅に切り欠かれて形成されており、凹溝３１５Ａの周方向両側にはランド３１２が残存している。尚、以下、凹溝３１５Ａの周方向両側に残存するランド３１２のうち、凹溝３１５Ａの図７における反時計回り方向側をランド３１２ａ、凹溝３１５Ａの時計回り方向側をランド３１２ｂと称する。
　凹溝３１５Ａの周方向両側のランド３１２の周方向にそれぞれ隣接して、周方向に延びる凹溝３１５Ｂ，３１５Ｂ’が形成されている。凹溝３１５Ｂ，３１５Ｂ’は、ランド３１２ａ，３１２ｂを挟んで連通部１７Ａと同径で周方向に延びる周面３１５ｂ，３１５ｂ’と、周面３１５ｂ，３１５ｂ’におけるランド３１２ａ，３１２ｂ側の側面３１５ｃ，３１５ｄと、により区画されている。後述のように、側面３１５ｃ，３１５ｄは誘導手段として機能している。
　静止密封環３００に対して回転密封環２０が時計回りに相対回転したときには、浅溝部１８で正圧が発生するとともに、浅溝部１８’で負圧が発生する。浅溝部１８’で発生する負圧により浅溝部１８’近傍の被密封流体Ｆを回収することができるので、外空間Ｓ２に被密封流体Ｆが漏れることを抑制できる。
　また、このとき、連通部１７Ａの相対回転上流の被密封流体Ｆは、凹溝３１５Ｂ’の周面３１５ｂ’に沿って移動し、側面３１５ｃにより内径方向、すなわち内空間Ｓ１方向に方向が変えられた後、連通部１７Ａを越えて相対回転下流に流れる流れＦ３０となる。このように、流れＦ３０は、側面３１５ｃにより、連通部１７Ａ及び凹溝３１５Ｂの周面３１５ｂと異なる方向、すなわち内径方向に誘導されるので、連通部１７Ａに到達しにくい。
　また、連通部１７Ａに吸い込まれる流れＦ３１は、ランド３１２ａ，３１２ｂにより流れＦ３０と周方向に実質的に分断されているため、コンタミＣ１（図４，図５参照）が流れＦ３１に追従しにくい。
　一方、静止密封環３００に対して回転密封環２０が反時計回りに相対回転したときには、浅溝部１８’で正圧が発生するとともに、浅溝部１８で負圧が発生する。浅溝部１８で発生する負圧により浅溝部１８近傍の被密封流体Ｆを回収することができるので、外空間Ｓ２に被密封流体Ｆが漏れることを抑制できる。
　また、図示しないが、このとき、連通部１７Ａの相対回転上流の被密封流体Ｆは、凹溝３１５Ｂの周面３１５ｂに沿って移動し、側面３１５ｄにより内径方向、すなわち内空間Ｓ１方向に方向が変えられた後、連通部１７Ａを越えて相対回転下流に流れる流れとなる。このように、当該流れは、側面３１５ｄにより、連通部１７Ａ及び凹溝３１５Ｂ’の周面３１５ｂ’と異なる方向、すなわち内径方向に誘導されるので、連通部１７Ａに到達しにくい。
　尚、本実施例３では、深溝部１７の内径側に凹溝３１５Ａが設けられている形態を例示したが、深溝部１７が静止密封環３００の内周面３００ａまで延びていてもよい。
　次に、実施例４に係る摺動部品につき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。尚、ここでは、説明の便宜上、被密封流体Ｆに含まれるコンタミＣ１を実際よりも多量に図示している。
　図８に示されるように、静止密封環４００の摺動面４１１には、深溝部４１７及び浅溝部４１８を有する軸方向視Ｌ字状の動圧発生溝４１６と、深溝部４１７の相対回転上流に離間して設けられる誘導手段としての凹部４２０と、が設けられている。尚、深溝部４１７と凹部４２０との離間幅は自由に変更できる。
　深溝部４１７の連通部４１７Ａは静止密封環４００の内周面４００ａと同径に形成されており、内空間Ｓ１に連通している。
　凹部４２０は、軸方向視で半月状をなしており、内空間Ｓ１に連通する連通部４２０Ａを有している。すなわち、凹部４２０の側壁４２０ａは軸方向視で半円状の曲面を成している。また、連通部４２０Ａは、静止密封環４００の内周面４００ａに沿って形成されている。
　回転密封環２０と静止密封環４００との相対回転時には、摺動面４１１，２１の近傍において、凹部４２０の相対回転上流の内周面４００ａから凹部４２０を通って相対回転下流に流れる被密封流体Ｆの流れＦ４０と、連通部４１７Ａの近傍から連通部４１７Ａに吸い込まれる被密封流体Ｆの流れＦ４１と、が生じる。この流れＦ４０は、流れＦ４１に比べて速度が速くなっている。
　流れＦ４０は、凹部４２０の側壁４２０ａに沿って移動し、側壁４２０ａの相対回転下流の端部から内径方向、すなわち内空間Ｓ１に方向が変えられた後、連通部４１７Ａを越えて該連通部４１７Ａの相対回転下流側に延びる周面としての内周面４００ａ’に到達し、相対回転下流側に流れるようになっている。
　被密封流体Ｆに含まれる比重の大きいコンタミＣ１は、流速の比較的速い流れＦ４０に沿って流れるため、コンタミＣ１の大部分は連通部４１７Ａの相対回転下流の内周面４００ａ’に流れることとなり連通部４１７Ａに到達しにくくなっている。すなわち、動圧発生溝４１６内に比重の大きいコンタミＣ１が進入しにくくなっている。
　このように、凹部４２０を用いて被密封流体Ｆを連通部４１７Ａ及び内周面４００ａ’と異なる方向に誘導できるので、誘導手段を簡素な構造とすることができる。
　また、凹部４２０の側壁４２０ａは軸方向視で曲面をなしているので、側壁４２０ａに沿って凹部４２０内の被密封流体Ｆを円滑に誘導することができる。
　次に、実施例５に係る摺動部品につき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。尚、ここでは、説明の便宜上、被密封流体Ｆに含まれるコンタミＣ１を実際よりも多量に図示している。
　図９に示されるように、静止密封環５００の摺動面５１１には、前記実施例４と同様の動圧発生溝４１６と、深溝部４１７の相対回転上流に離間して設けられる誘導手段としての複数の凹部５２０と、が設けられている。尚、深溝部４１７と凹部５２０との離間幅、及び凹部５２０同士の離間幅は自由に変更できる。
　凹部５２０は、軸方向視で三角形状を成しており、内空間Ｓ１に連通する連通部５２０Ａを有している。
　具体的には、凹部５２０は、静止密封環５００の内周面５００ａから相対回転下流側に向けて傾斜しながら外径方向に延びる第１側壁５２０ａと、第１側壁５２０ａの外径端部から相対回転下流側に向けて傾斜しながら内径方向に延びる傾斜面としての第２側壁５２０ｂと、を備えている。
　回転密封環２０と静止密封環５００との相対回転時には、摺動面５１１，２１の近傍において、凹部５２０の相対回転上流の内周面５００ａから各凹部５２０を通って相対回転下流に流れる被密封流体Ｆの流れＦ５０と、連通部４１７Ａの近傍から連通部４１７Ａに吸い込まれる被密封流体Ｆの流れＦ５１と、が生じる。この流れＦ５０は、流れＦ５１に比べて速度が速くなっている。
　流れＦ５０は、凹部５２０の第２側壁５２０ｂに沿って移動し、第２側壁５２０ｂの相対回転下流の端部から内径方向、すなわち内空間Ｓ１方向に方向が変えられた後、連通部４１７Ａを越えて該連通部４１７Ａの相対回転下流側に延びる周面としての内周面５００ａ’に到達し、相対回転下流側に流れるようになっている。
　被密封流体Ｆに含まれる比重の大きいコンタミＣ１は、流速の比較的速い流れＦ５０に沿って流れるため、コンタミＣ１の大部分は連通部４１７Ａの相対回転下流の内周面５００ａ’に流れることとなり連通部４１７Ａに到達しにくくなっている。すなわち、動圧発生溝４１６内に比重の大きいコンタミＣ１が進入しにくくなっている。
　凹部５２０の第２側壁５２０ｂは、その内径端部が該第２側壁５２０ｂの外径端部よりも相対回転下流側に位置する傾斜面をなしているので、第２側壁５２０ｂに沿って凹部５２０内の被密封流体Ｆを円滑に誘導することができる。
　尚、誘導手段は、凹部５２０に代えて、第２側壁５２０ｂが外径側に凸を有する曲面状を成す傾斜面であってもよい。
　次に、実施例６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、静止密封環６００の摺動面６１１には、深溝部６１７と浅溝部６１８とから成る動圧発生溝６１６が設けられている。深溝部６１７は、内空間Ｓ１に連通して周方向に延びており、深溝部６１７の壁部６１７ｃ及び壁部６１７ｄは、内径端から外径端に向けて相対回転上流に傾斜して互いに略平行に延びている。尚、後述のように、壁部６１７ｄ及び静止密封環６００の内周面６００ａは、誘導手段として機能している。
　また、浅溝部６１８は、深溝部６１７の相対回転上流の端部から外径方向に延びている。具体的には、浅溝部６１８の壁部６１８ｃ及び壁部６１８ｄは、内径端から外径端に向けて相対回転下流に傾斜して平行に延びている。尚、浅溝部６１８の始端部６１８Ａは、深溝部６１７を通じて内空間Ｓ１に連通する連通部として機能している。
　静止密封環６００に対して回転密封環２０が相対回転したときには、任意の深溝部６１７の相対回転上流に隣接する深溝部６１７’内の被密封流体Ｆは、深溝部６１７’の周面６１７ｂ’に沿って移動し、壁部６１７ｄ’により内径方向、すなわち内空間Ｓ１方向に方向が変えられた後、始端部６１８Ａを越えて相対回転下流、すなわち、周面６１７ｂに流れる流れＦ６０ａとなる。
　また、始端部６１８Ａの相対回転上流の静止密封環６００の内周面６００ａに沿って流れる被密封流体Ｆは、始端部６１８Ａを越え、深溝部６１７のある箇所では外径方向に蛇行して流れる流れＦ６０ｂとなる。これら流れＦ６０ａ，Ｆ６０ｂは、流れＦ６１に比べて速度が速くなっている。
　このように、被密封流体Ｆに含まれる比重の大きいコンタミＣ１は、流速の比較的速い流れＦ６０ａ，Ｆ６０ｂに沿って流れるため、コンタミＣ１の大部分は始端部６１８Ａよりも相対回転下流の周面６１７ｂに流れることとなり始端部６１８Ａに到達しにくい。
　また、静止密封環６００の内周面６００ａにおける相対回転下流の端部６００ｂが浅溝部６１８の壁部６１８ｃの内径端よりも相対回転下流に位置しており、流れＦ６０ａ，Ｆ６０ｂが流れＦ６１と分断されるので、流れＦ６０ａ，Ｆ６０ｂに沿って流れるコンタミＣ１が流れＦ６１に極めて追従しにくくなる。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記各実施例では、内空間との連通部を有する深溝部と、閉塞部を有する浅溝部と、を備えた動圧発生溝を例に挙げ説明したが、動圧発生溝は連通部と閉塞部を有していればよく、例えば、周方向に傾斜して径方向に延び、長手方向に亘って深さが一定なスパイラル溝等であってもよい。
　また、動圧発生溝の閉塞部が浅溝部の延設方向と直交する壁部である形態を例示したが、動圧発生溝の閉塞部は、動圧を発生させる構成となっていればよく、例えば、動圧発生溝の相対回転下流の端部が延設方向に向かって断面積が漸次小さくなっていてもよい。
　また、被密封流体は高圧の液体と説明したが、これに限らず気体または低圧の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。
　また、漏れ側の流体は低圧の気体である大気であると説明したが、これに限らず液体または高圧の気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。
　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。
　また、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流体Ｆを密封するアウトサイド形のものである形態を例示したが、これに限られず、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流体Ｆを密封するインサイド形のものであってもよい。
　また、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、動圧発生溝を静止密封環に設ける例について説明したが、動圧発生溝を回転密封環に設けてもよい。
　また、動圧発生溝は、摺動面に８つ設けられる形態を例示したが、その数量は自由に変更してもよい。また、動圧発生溝の形状も自由に変更してもよい。
　また、誘導手段として凹溝、凹部はいずれも底面を有するものを例示したが、この限りではなく、摺動部品の径方向に凹み軸方向に亘って形成された凹部、言い換えると底面を有しない凹部であってもよい。
１０　　　　　　　静止密封環（摺動部品）
１０ａ　　　　　　内周面（誘導手段）
１１　　　　　　　摺動面
１２　　　　　　　ランド
１５　　　　　　　凹溝
１５ａ　　　　　　底面（傾斜面）
１５ｂ　　　　　　周面
１６　　　　　　　動圧発生溝
１７Ａ　　　　　　連通部
１８Ｂ　　　　　　終端部（閉塞部）
２０　　　　　　　回転密封環（他の摺動部品）
２１　　　　　　　摺動面
２００　　　　　　静止密封環（摺動部品）
２００ａ　　　　　内周面（誘導手段）
２１２ａ　　　　　庇部
３００　　　　　　静止密封環（摺動部品）
３１５ｂ，３１５ｂ’　　周面
３１５ｃ，３１５ｄ　　側面
３１６　　　　　　動圧発生溝
４００　　　　　　静止密封環（摺動部品）
４００ａ’　　　　内周面（周面）
４１６　　　　　　動圧発生溝
４２０　　　　　　凹部（誘導手段）
４２０ａ　　　　　側壁
５００　　　　　　静止密封環（摺動部品）
５００ａ’　　　　内周面（周面）
５２０　　　　　　凹部（誘導手段）
５２０ｂ　　　　　第２側壁
Ａ　　　　　　　　大気
Ｃ１　　　　　　　コンタミ
Ｆ　　　　　　　　被密封流体
Ｓ１　　　　　　　内空間（外部空間）
Ｓ２　　　　　　　外空間（外部空間）

Claims (7)

  1. 　回転機械の相対回転する箇所に配置され他の摺動部品と相対摺動する環状の摺動部品であって、
    　前記摺動部品の摺動面には、外部空間に連通する連通部と該連通部よりも相対回転下流の閉塞部とを有する動圧発生溝が設けられ、
    　前記摺動部品は、前記連通部の相対回転下流に延びる周面と異なる方向に前記外部空間内の流体を誘導する誘導手段を前記連通部の相対回転方向上流に備えている摺動部品。
  2. 　前記誘導手段は、前記相対回転下流の周面よりも前記外部空間側に配置された前記相対回転上流の周面である請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記誘導手段は前記連通部と径方向に重畳する位置まで延びている請求項２に記載の摺動部品。
  4. 　前記連通部から前記外部空間に向けて深くなるように傾斜する傾斜面を備えている請求項２または３に記載の摺動部品。
  5. 　前記誘導手段は、前記摺動面に設けられ前記外部空間に開口する凹部である請求項１に記載の摺動部品。
  6. 　前記凹部の側壁は、軸方向視で曲面をなしている請求項５に記載の摺動部品。
  7. 　前記凹部の側壁は、前記外部空間側の端部から前記連通部側に離れる方向に周方向に傾斜して径方向に延びる傾斜面をなしている請求項５または６に記載の摺動部品。
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