WO2023026756A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2023026756A1
WO2023026756A1 PCT/JP2022/028963 JP2022028963W WO2023026756A1 WO 2023026756 A1 WO2023026756 A1 WO 2023026756A1 JP 2022028963 W JP2022028963 W JP 2022028963W WO 2023026756 A1 WO2023026756 A1 WO 2023026756A1
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groove
spiral groove
sliding
spiral
seal ring
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PCT/JP2022/028963
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French (fr)
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崇博 塚元
涼介 内山
凱 山口
雄大 根岸
啓志 鈴木
忠継 井村
岩 王
翔悟 福田
健太 内田
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イーグル工業株式会社
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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities
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    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/107—Grooves for generating pressure
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    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member

Definitions

  • the present invention relates to sliding parts used for shaft seals and bearings of rotating machines.
  • a mechanical seal consisting of a pair of annular sliding rings that rotate relative to each other and whose sliding surfaces slide against each other is known as a sliding part that prevents leakage of the sealed fluid around the rotating shaft in a rotating machine.
  • a mechanical seal consisting of a pair of annular sliding rings that rotate relative to each other and whose sliding surfaces slide against each other is known as a sliding part that prevents leakage of the sealed fluid around the rotating shaft in a rotating machine.
  • a spiral groove which is a positive pressure generating groove that communicates with the leakage side and does not communicate with the liquid to be sealed, is formed through a land portion.
  • the fluid on the leakage side is introduced into the spiral groove, and the fluid on the leakage side concentrates on the wall portion of the end of the spiral groove in the direction of relative rotation, generating a positive pressure.
  • the sliding surfaces are spaced apart from each other, and a fluid film is formed on the sliding surfaces by the fluid on the leak side, thereby improving lubricity and realizing low friction.
  • the fluid on the leakage side pushes back the sealed fluid in the vicinity of the end of the spiral groove in the relative rotation direction, thereby reducing the amount of the sealed fluid leaking to the leakage side.
  • the present invention has been made with a focus on such problems, and an object thereof is to provide a sliding component in which fluid is easily introduced into the spiral grooves.
  • the sliding component of the present invention is Equipped with a pair of sliding rings that slide relative to each other, A sliding part provided with a spiral groove communicating with at least one of the sealed fluid side and the leakage side space on the sliding surface of the one sliding ring,
  • the one sliding ring has an edge portion on the one space side formed with a widening portion that is continuous from the sliding surface of the one sliding ring and widens toward the one space.
  • the expanded portion is provided with an inclined groove continuous with the spiral groove and extending toward the one space. According to this, the fluid smoothly moves from the one space into the spiral groove along the bottom surface of the inclined groove that is widened toward the one space, so that the fluid is easily introduced into the spiral groove.
  • the inclined groove may extend to the peripheral surface of the one sliding ring on the one space side. According to this, the fluid is easily introduced into the inclined groove from the radial direction.
  • a bottom surface of the spiral groove and a bottom surface of the inclined groove may form an obtuse angle. According to this, a vortex is less likely to occur at the boundary between the bottom surface of the spiral groove and the bottom surface of the inclined groove.
  • the inclined groove may be formed by an inclined bottom surface that is continuous with the bottom surface of the spiral groove and side surfaces rising from both circumferential ends of the inclined bottom surface. According to this, the fluid is easily introduced into the spiral groove from the inclined groove.
  • the slant groove may be formed to have a constant depth. According to this, the fluid introduced into the slanted groove is likely to move smoothly along the bottom surface of the slanted groove.
  • the inclined groove may be formed to the same depth as the spiral groove. According to this, the fluid is easily introduced into the spiral groove from the inclined groove.
  • the sliding surface of the one sliding ring may be provided with a reverse spiral groove provided on the other space side of the spiral groove and extending in a direction opposite to the spiral groove for generating dynamic pressure.
  • the fluid on the other space side that has entered the reverse spiral groove on the other space side of the spiral groove follows due to the shearing with the sliding surface of the one slide ring and moves in the reverse direction. It is returned between the sliding surfaces from the end of the spiral groove on the other space side toward the other space side.
  • lubricity can be enhanced not only during forward rotation but also during reverse rotation, and leakage of fluid from one space side to the other space side during reverse rotation can be reduced.
  • a spiral groove is one in which the extending direction of the groove has both a radial component and a circumferential component.
  • the reverse spiral groove has both a radial component and a circumferential component in the extending direction of the groove, and the direction of the circumferential direction extending from upstream to downstream during relative rotation is opposite to that of the spiral groove. I wish I had.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal in Example 1 of the present invention
  • FIG. FIG. 4 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 1 as seen from the axial direction
  • 4 is an enlarged view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 1 as seen from the axial direction
  • FIG. (a) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3
  • (b) is a view of the spiral grooves and the inclined grooves viewed from the inner diameter side.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of spiral grooves and inclined grooves in Example 2 of the present invention
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 3 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 4 of the present invention, viewed from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 5 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 6 of the present invention, viewed from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 7 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 8 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 4 of the present invention, viewed from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 5 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the
  • FIG. 12 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 9 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 20 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 10 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 11 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 20 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in Example 12 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 1 A mechanical seal as a sliding component according to Example 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. In this embodiment, the atmosphere A exists in the inner space S1 of the mechanical seal, and the sealed fluid F exists in the outer space S2. (low pressure side), and the outside diameter side will be described as the sealed fluid side (high pressure side). Also, for convenience of explanation, dots may be attached to grooves formed on the sliding surface in the drawings.
  • the mechanical seal shown in FIG. 1 is an inside type in which the sealed fluid F in the outer space S2 that is about to leak from the outer diameter side to the inner diameter side of the sliding surface is sealed and the inner space S1 communicates with the atmosphere A.
  • the sealed fluid F is a high-pressure liquid
  • the atmosphere A is a gas with a pressure lower than that of the sealed fluid F.
  • the mechanical seal is mainly composed of a rotating seal ring 20 as the other sliding ring and a stationary sealing ring 10 as one sliding ring.
  • the rotary seal ring 20 has an annular shape and is provided on the rotary shaft 1 through the sleeve 2 so as to be rotatable together with the rotary shaft 1 .
  • the stationary seal ring 10 has an annular shape and is provided in a non-rotatable and axially movable state on a seal cover 5 fixed to a housing 4 of a device to which it is attached.
  • the stationary seal ring 10 is urged in the axial direction by the elastic member 7, so that the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 and the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 closely slide against each other.
  • the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 is a flat surface, and this flat surface is not provided with recesses such as grooves.
  • the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 are typically formed of a combination of SiC (hard material) or SiC (hard material) and carbon (soft material). Any material that is used as a sliding material for mechanical seals can be applied.
  • SiC include sintered bodies using boron, aluminum, carbon, etc. as sintering aids, and materials composed of two or more phases with different components and compositions, such as SiC and SiC in which graphite particles are dispersed.
  • Metal materials, resin materials, surface modification materials (coating materials), composite materials, etc. are also applicable in addition to the sliding materials described above.
  • a plurality of spiral grooves 13 are provided on the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 .
  • the spiral grooves 13 are evenly arranged in the circumferential direction on the inner diameter side of the sliding surface 11 (24 in this embodiment).
  • the portion of the sliding surface 11 other than the spiral groove 13 is a land 12 that is arranged on the same plane and forms a flat surface.
  • the flat surface of the land 12 functions as a sliding surface that substantially slides against the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 .
  • the edge of the stationary seal ring 10 on the side of the inner space S1 forms a widened portion 17 that widens toward the inner space S1, and has a so-called chamfered shape.
  • the widening portion 17 has a plurality of inclined grooves 61 and a widening surface 17a.
  • the stationary seal ring 10 has a plurality of slanted grooves 61 and an enlarged surface 17a on the edge of the stationary seal ring 10 on the inner diameter side of the sliding surface 11 .
  • the widening surfaces 17a are provided (24 in this embodiment) between the adjacent inclined grooves 61 in the circumferential direction at the edge on the inner diameter side of the sliding surface 11 and continuous from the sliding surface 11 .
  • the inclined groove 61 extends continuously with the spiral groove 13 .
  • the expanding surface 17a is gradually deepened from the flat surface of the land 12 toward the inner peripheral surface 10g of the stationary seal ring 10, which is the peripheral surface on the inner space S1 side in this embodiment. It is an inclined tapered surface (see FIG. 4(a)).
  • the expanding surface 17a may have irregularities, but is preferably flat.
  • the spiral groove 13 extends in an arc shape from the inner diameter side toward the outer diameter side while being inclined with a counterclockwise component.
  • the spiral groove 13 communicates with the inner space S1 and does not communicate with the outer space S2.
  • the spiral groove 13 is composed of a bottom surface 13a, side surfaces 13b and 13c, and an outer diameter side end surface 13d.
  • the bottom surface 13 a extends radially parallel to the flat surface of the land 12 . That is, the spiral groove 13 is formed to have a constant depth D1 (see FIG. 4A) in the extending direction.
  • the side surfaces 13b and 13c rise from both circumferential edges of the bottom surface 13a.
  • the outer diameter side end surface 13d rises from the outer diameter end of the bottom surface 13a and is connected to the outer diameter ends of the side surfaces 13b and 13c.
  • An opening 13A communicating with the inner space S1 is formed on the inner diameter side of the spiral groove 13. As shown in FIG. Further, the spiral groove 13 is formed so that its width increases from the opening 13A on the inner diameter side toward the end surface 13d on the outer diameter side.
  • the spiral groove 13 is continuous with an inclined groove 61 extending in the thickness direction of the stationary seal ring 10 and inclined toward the inner space S1 side. More specifically, the bottom surface 13a of the spiral groove 13 has an edge 13g on the inner diameter side, and an inclined bottom surface 6 extending toward the inner diameter is continuously provided. Specifically, the inclined bottom surface 6 is the bottom surface of the inclined groove 61, and the depth increases from the inner diameter side edge 13g of the bottom surface 13a of the spiral groove 13 toward the inner peripheral surface 10g of the stationary seal ring 10. In other words, it extends linearly so as to increase the distance from the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 . Also, the inclined bottom surface 6 is parallel to the expanding surface 17a.
  • the bottom surface 13a of the spiral groove 13 and the inclined bottom surface 6 form an obtuse angle.
  • the bottom surface 13a of the spiral groove 13 and the inclined bottom surface 6 form an obtuse angle. good.
  • a small step may be formed in a part of the vicinity of the boundary portion between the bottom surface 13a and the inclined bottom surface 6.
  • the inclined bottom surface 6 extends in the direction away from the rotary seal ring 20 toward the inner space S1, that is, in the depth direction of the inclined groove 61 (hereafter, the distance away from the rotary seal ring 20 is simply "depth", and that direction is It is sometimes called “depth direction”.).
  • the inclined bottom surface 6 may have unevenness or a curved surface, it is preferably a flat surface.
  • the inclined bottom surface 6 and the expanded surface 17a are connected by side surfaces 6b and 6c rising from both circumferential ends of the inclined bottom surface 6. As shown in FIG.
  • the side surfaces 6b and 6c are continuous with the side surfaces 13b and 13c of the spiral groove 13 in the radial direction.
  • an inclined groove 61 surrounded by the inclined bottom surface 6 and the side surfaces 6b and 6c is formed in the edge of the stationary seal ring 10 on the inner space S1 side. That is, the inclined groove 61 is continuous with the spiral groove 13 and extends inclined in the thickness direction toward the inner space S1 side. In other words, the spiral groove 13 communicates with the inner space S1 through the inclined groove 61 .
  • the inclined groove 61 is formed to have a constant depth D2 (see FIG. 4(a)) with respect to the expanded surface 17a.
  • the inclined groove 61 is formed to have the same width as the opening 13A of the spiral groove 13.
  • the inclined grooves 61 adjacent in the circumferential direction communicate with each other through the communication space S11.
  • the communication space S11 is formed between the enlarged portion 17 and the inner diameter side end portion of the rotary seal ring 20 (see FIG. 4(a)).
  • FIG. 3 It should be noted that the flow of the atmosphere A in FIG. 3 is schematically shown without specifying the relative rotational speed of the rotary seal ring 20 .
  • the atmosphere A flows into the spiral groove 13 when the rotary seal ring 20 is not rotating. Since the stationary seal ring 10 is urged toward the rotary seal ring 20 by the elastic member 7, the sliding surfaces 11 and 21 are in contact with each other, and the fluid F to be sealed between the sliding surfaces 11 and 21 is kept in contact with each other. There is almost no amount of leaking into the inner space S1.
  • the pressure of the atmosphere A that has moved toward the radially outer end surface 13d of the spiral groove 13 is increased at and near the corner 13B formed by the radially outer end surface 13d of the spiral groove 13 and the side surface 13c. That is, a positive pressure is generated at the corner portion 13B of the spiral groove 13 and its vicinity.
  • the sliding surfaces 11 and 21 are slightly separated from each other due to the positive pressure generated at the corner 13B of the spiral groove 13 and its vicinity (see the white arrow in FIG. 4(a)). As a result, between the sliding surfaces 11 and 21, mainly the atmosphere A in the spiral groove 13 indicated by the arrow H2 flows.
  • the atmosphere A in the spiral groove 13 indicated by the arrow H2 acts to push back the sealed fluid F in the vicinity of the corner 13B on the outer diameter side of the spiral groove 13 toward the outer space S2.
  • a small amount of the sealed fluid F leaks into S1.
  • an inclined groove 61 having an inclined bottom surface 6 inclined so as to widen in the depth direction is continuously provided on the inner diameter side of the spiral groove 13.
  • the air A flowing in the radial direction from a position deeper than the spiral groove 13 is smoothly supplied to the opening 13A on the inner diameter side of the spiral groove 13 along the inclined bottom surface 6 forming the inclined groove 61 . Therefore, the atmosphere A is easily introduced into the spiral groove 13, and reduction of the atmosphere A within the spiral groove 13 can be suppressed. In other words, a vortex is less likely to occur between the bottom surface 13 a of the spiral groove 13 and the inclined bottom surface 6 . That is, it is possible to avoid poor lubrication between the sliding surfaces 11 and 21 during low-speed rotation.
  • the inclined groove 61 extends to the inner peripheral surface 10g of the stationary seal ring 10 and communicates with the inner space S1, the atmosphere A is easily introduced into the inclined groove 61 from the radial direction.
  • the inclined groove 61 is provided continuously with the spiral groove 13 . That is, since the inclined groove 61 is provided in the stationary seal ring 10 in which the spiral groove 13 is provided, regardless of the relative positions of the stationary seal ring 10 and the rotary seal ring 20 in the circumferential direction and the axial direction, the inclined groove 61 and the spiral groove 13 can always be kept constant.
  • the inclined grooves 61 are connected in the radial direction (arrow in FIG. 3). H1) and the circumferential direction (see arrow H3 in FIG. 3).
  • the inclined groove 61 is formed to have a constant depth D2 (see FIG. 4A) with respect to the expanded surface 17a, the atmosphere A introduced into the inclined groove 61 reaches the bottom surface of the inclined groove 61. It is easy to move smoothly along a certain inclined bottom surface 6. - ⁇
  • the stationary seal ring 10 can be formed by forming the enlarged portion 17 by forming the enlarged portion 17a by processing the spiral groove 13 and the inclined groove 61 by laser or the like after forming the annular enlarged surface 17a on the stationary seal ring 10 by grinding or the like. is easy to manufacture.
  • the inclined groove 61 has the side surfaces 6b and 6c, the atmosphere A introduced into the inclined groove 61 is radially guided toward the spiral groove 13.
  • the enlarged surface 17a does not form an edge on the inner diameter side of the inclined groove 61, it is possible to avoid damage to the inner diameter side end of the spiral groove 13 during relative rotational sliding.
  • the expanded surface 17a extends between the adjacent inclined grooves 61 in the circumferential direction, but the expanded surface may be interrupted in the circumferential direction.
  • the bottom surface of the spiral groove extends in the radial direction parallel to the flat surface of the land.
  • the bottom surface may be formed with an inclined surface so as to be shallow.
  • the inclined groove has an inclined bottom surface extending in the radial direction parallel to the expanding surface.
  • An inclined bottom surface may be formed so as to be shallow.
  • the inclined groove and the spiral groove are formed to the same depth, but the inclined groove may be deeper than the spiral groove.
  • the spiral groove is formed so that the width increases from the opening on the inner diameter side toward the end surface on the outer diameter side. It may be formed to have the same width up to the end, or the end portion on the outer diameter side may be formed in a tapered shape.
  • the spiral grooves are all formed to the same depth. They may be arranged alternately in the circumferential direction of the sliding surface.
  • the pressure distribution during relative rotation between the stationary seal ring and the rotary seal ring may be optimized.
  • the inclined bottom surface 36 forming the inclined groove 261 extends from the inner diameter side edge of the bottom surface 13a of the spiral groove 13 to the inner diameter side. , and unlike the first embodiment, the inclined bottom surface 36 does not continue to the inner peripheral surface of the stationary seal ring 210 .
  • An end surface 36a extending parallel to the flat surface of the land 12 further extends radially inward from the inner diameter end of the inclined bottom surface 36, and the inner diameter end of the end surface 36a continues to the expanded surface 17a.
  • the atmosphere A is smoothly supplied into the spiral groove 13 along the inclined bottom surface 36 forming the inclined groove 261 .
  • the sliding surface 311 of the stationary seal ring 310 is provided with a plurality of spiral grooves 13, 315 having different lengths. Specifically, on the sliding surface 311, the same spiral grooves 13 as in the first embodiment and spiral grooves 315 longer in the extending direction than the spiral grooves 13 are regularly arranged in the circumferential direction.
  • the operation during relative rotation between the stationary seal ring 310 and the rotary seal ring 20 is substantially the same as that in the first embodiment except that the length of the spiral groove 315 in the extending direction is different, and thus the description thereof will be omitted.
  • the sliding surface 411 of the stationary seal ring 410 is provided with a plurality of spiral grooves 13, 314, 315 having different lengths.
  • the sliding surface 411 includes the same spiral groove 13 as that of the first embodiment, a spiral groove 314 whose length in the extending direction is shorter than that of the spiral groove 13, and a spiral groove 314 whose length in the extending direction is shorter than that of the spiral groove 13.
  • Long spiral grooves 315 are regularly arranged in the circumferential direction.
  • the operation during relative rotation between the stationary seal ring 410 and the rotary seal ring 20 is substantially the same as in the first embodiment, except that the lengths of the spiral grooves 314 and 315 in the extending direction are different, so the description thereof will be omitted. .
  • two types of spiral grooves 13, 315 and in the third embodiment, three types of spiral grooves 13, 314, 315 are regularly arranged in the circumferential direction.
  • Four or more types of spiral grooves may be provided, and the arrangement of each spiral groove in the circumferential direction may be freely changed.
  • the circumferential arrangement of the spiral grooves preferably has regularity from the viewpoint of optimizing the pressure distribution during relative rotation between the stationary seal ring and the rotary seal ring.
  • the sliding surface 511 of the stationary seal ring 510 is provided with a plurality of spiral grooves 513, 515 having different lengths.
  • a spiral groove 513 having the same length in the extending direction as that of the first embodiment and a spiral groove 515 having a longer length in the extending direction than the spiral groove 513 are arranged regularly in the circumferential direction. are placed in The spiral grooves 513 and 515 are composed of shallow groove portions 513a and 515a and deep groove portions 513b and 515b.
  • the spiral grooves 513 and 515 are formed as two stepped grooves by shallow groove portions 513a and 515a and deep groove portions 513b and 515b.
  • the shallow groove portions 513a and 515a and the deep groove portions 513b and 515b are formed to have depths that can generate dynamic pressure.
  • the deep groove portions 513b and 515b are formed at the ends of the spiral grooves 513 and 515 on the outer diameter side.
  • the shallow groove portions 513a and 515a extend from the inner diameter side end portions of the spiral grooves 513 and 515 along both side surfaces to the outer diameter side end surfaces 513d and 515d.
  • the groove portion that mainly generates positive pressure can be changed according to the relative rotational speed between the stationary seal ring 510 and the rotary seal ring 20. Also, at this time, the pressure generated in the deep groove portions 513b and 515b becomes a negative pressure relative to the pressure generated in the shallow groove portions 513a and 515a. Therefore, the atmosphere A introduced into the spiral grooves 513 and 515 is promoted to move toward the outer diameter side ends in the order of the shallow groove portions 513a and 515a and the deep groove portions 513b and 515b. Further, by providing the deep groove portions 513b and 515b, the fluid in the spiral grooves 513 and 515 is less likely to dry up.
  • the deep groove portions 513b and 515b are formed at the outer diameter side end portions of the spiral grooves 513 and 515, but the deep groove portions are formed at the inner diameter side end portions of the spiral grooves. may have been Even in this case, the atmosphere A introduced into the spiral groove is promoted to flow toward the end on the outer diameter side in the order of the deep groove portion and the shallow groove portion.
  • the spiral groove is formed as a two-step groove with a shallow groove portion and a deep groove portion, but the spiral groove has three or more steps in the extending direction of the groove. It may be formed as a groove.
  • a plurality of spiral grooves 613 are provided on the sliding surface 611 of the stationary seal ring 610 in the mechanical seal of the sixth embodiment.
  • the spiral groove 613 extends linearly from the inner diameter side to the outer diameter side while being inclined with a counterclockwise component.
  • the spiral groove 613 is formed as a stepped groove whose depth becomes shallower from the inner diameter side to the outer diameter side.
  • the spiral groove 613 includes a substantially rectangular first groove portion 613a, a substantially L-shaped second groove portion 613b having a width larger than the first groove portion 613a, and a substantially L-shaped groove portion 613b having a width larger than the second groove portion 613b. L-shaped third groove portion 613c.
  • the depth of the first groove portion 613a formed on the inner diameter side is the deepest, and the depths of the second groove portion 613b and the third groove portion 613c become shallower in this order.
  • the spiral groove 613 is formed as a three-step groove by a first groove portion 613a, a second groove portion 613b, and a third groove portion 613c.
  • the first groove portion 613a, the second groove portion 613b, and the third groove portion 613c are each formed to have a depth capable of generating dynamic pressure.
  • a first inclined bottom surface 606a, a second inclined bottom surface 606b, and a third inclined bottom surface extending toward the inner diameter side are formed on the inner diameter side edge of each bottom surface.
  • 606c is continuously provided.
  • the first inclined bottom surface 606 a , the second inclined bottom surface 606 b , and the third inclined bottom surface 606 c are bottom surfaces of the inclined groove 661 .
  • the first inclined bottom surface 606a, the second inclined bottom surface 606b, and the third inclined bottom surface 606c are parallel to the expanding surface 17a. That is, the inclined groove 661 is formed as a stepped groove whose depth becomes shallower in the direction of relative rotation.
  • the groove portion that mainly generates positive pressure can be changed. Also, even in this case, the flow of the air A introduced into the spiral groove 613 moving toward the end on the outer diameter side in the order of the first groove 613a, the second groove 613b, and the third groove 613c is promoted. be done.
  • the first inclined groove forming the inclined groove 661 is formed on the edge on the inner diameter side of each bottom surface.
  • the spiral groove has substantially rectangular first grooves, second grooves, and the like having the same width.
  • the third groove portion is arranged continuously from the inner diameter side of the spiral groove, and the inner diameter side edge of the bottom surface of the first groove portion on the inner diameter side of the spiral groove is continuous with the inclined bottom surface of the inclined groove. may be provided. Even in this case, the flow of the atmosphere A introduced into the spiral groove moving toward the end on the outer diameter side in order of the first groove, the second groove, and the third groove is promoted.
  • the spiral groove is formed as a three-step groove by the first groove portion, the second groove portion, and the third groove portion. It may be formed as a step or a stepped groove with four or more steps.
  • the sliding surface 711 of the stationary seal ring 710 is provided with a plurality of spiral grooves 13, 715 and discharge grooves 716 having different lengths. Specifically, on the inner diameter side of the sliding surface 711, the same spiral grooves 13 as in the first embodiment and spiral grooves 715 longer in the extending direction than the spiral grooves 13 are regularly arranged in the circumferential direction. ing. Discharge grooves 716 are evenly arranged in the circumferential direction (six in the seventh embodiment) on the outer diameter side of the sliding surface 711 .
  • the discharge groove 716 is a spiral groove formed on the extension of the spiral groove 13 in the extending direction, and communicates with the outer space S2 and does not communicate with the inner space S1.
  • the shape of the discharge groove 716 is a spiral groove formed on the extension of the spiral groove 13 in the extending direction, but the discharge groove communicates with the outer space S2.
  • the shape may be freely changed as long as it does not communicate with the inner space S1.
  • a plurality of dynamic pressure generating mechanisms 813 are provided on the sliding surface 811 of the stationary seal ring 810 .
  • the dynamic pressure generating mechanisms 813 are evenly arranged in the circumferential direction on the inner diameter side of the sliding surface 811 (eight in the eighth embodiment).
  • the dynamic pressure generating mechanism 813 is composed of three spiral grooves 813a, 813b, 813c.
  • the spiral grooves 813a, 813b, and 813c extend in an arc shape from the inner diameter side toward the outer diameter side while being inclined with a counterclockwise component.
  • the spiral grooves 813a, 813b, and 813c have different radial and circumferential components in the groove extending direction, with the spiral groove 813a being the shortest, and the spiral grooves 813b and 813c becoming longer in that order. ing.
  • the outer diameter side end surface 813d of the spiral groove 813a, the outer diameter side end surface 813e of the spiral groove 813b, and the outer diameter side corner portion 813f of the spiral groove 813c are located at the same position in the circumferential direction, that is, straight in the radial direction. arranged in a row.
  • the spiral grooves 813a, 813b, and 813c forming the plurality of dynamic pressure generating mechanisms 813 are evenly arranged in the radial direction of the sliding surface 811 on the inner diameter side of the sliding surface 811. Pressure can be evenly distributed.
  • a plurality of spiral grooves 913 are provided on the sliding surface 911 of the stationary seal ring 910 .
  • the spiral grooves 913 are evenly arranged in the circumferential direction on the inner diameter side of the sliding surface 911 (12 in the ninth embodiment).
  • the spiral groove 913 extends linearly from the inner diameter side to the outer diameter side while being inclined with a counterclockwise component. More specifically, one side surface 913 c of the spiral groove 913 extends in a direction tangential to the inner peripheral surface 910 g of the stationary seal ring 910 .
  • the spiral groove 913 has the other side surface 913b extending parallel to the one side surface 913c.
  • An outer end face 913d of the spiral groove 913 is orthogonally connected to the outer diameter ends of the side surfaces 913b and 913c, respectively, so that the outer end of the spiral groove 913 has a rectangular shape.
  • the mechanical seal of Example 10 differs from the mechanical seal of Example 1 in that the spiral groove is arranged on the outer diameter side of the sliding surface. Further, as shown in FIG. 13, the sealed fluid F exists in the inner space S1 of the mechanical seal, the atmosphere A exists in the outer space S2, and the inner diameter side of the sliding ring constituting the mechanical seal is sealed. It differs from the mechanical seal of Example 1 in that the fluid side (high pressure side) and the outer diameter side are the leakage side (low pressure side). Further, it differs from the mechanical seal of the first embodiment in that the rotary seal ring 20 slides clockwise relative to the stationary seal ring 10 as indicated by the solid line arrow.
  • a plurality of spiral grooves 1013 are provided on the sliding surface 1011 of the stationary seal ring 1010 in the mechanical seal of the tenth embodiment.
  • the spiral grooves 1013 are evenly arranged in the circumferential direction (24 in this embodiment) on the outer diameter side of the sliding surface 1011 .
  • the edge of the stationary seal ring 1010 on the side of the outer space S2 serves as an enlarged portion 107, and is provided with a plurality of inclined grooves 1061 and an enlarged surface 1017a.
  • a plurality of inclined grooves 1061 and an enlarged surface 1017a are provided on the edge of the stationary seal ring 1010 on the outer diameter side of the sliding surface 1011 .
  • the atmosphere A is smoothly supplied into the spiral groove 1013 along the inclined bottom surface 1006 forming the inclined groove 1061 .
  • a plurality of dynamic pressure generating grooves 1116 are provided on the sliding surface 1111 of the stationary seal ring 1110 .
  • the dynamic pressure generating grooves 1116 are evenly arranged in the circumferential direction (24 grooves in this embodiment) on the inner diameter side of the sliding surface 1111 .
  • the dynamic pressure generating groove 1116 is composed of a spiral groove 1113 and a reverse spiral groove 1115 formed continuously on the outer diameter side of these spiral grooves 1113 and extending in a direction opposite to the spiral groove 1113 to generate dynamic pressure. and forms an L shape.
  • “extending in the opposite direction to the spiral groove” means that the spiral groove 1113 extends from the inner diameter side toward the outer diameter side while being inclined with a component in the forward rotation direction, and the reverse spiral groove 1115 extends from the inner diameter side. It means that it extends toward the outer diameter side while being inclined with a component in the reverse rotation direction.
  • the reverse spiral groove 1115 extends linearly from the inner diameter side end toward the outer diameter side while being inclined in the reverse rotation direction of the rotary seal ring 20 . is closed so as to be out of communication with the outer space S2.
  • the reverse spiral groove 1115 is not limited to extending linearly while being inclined, and may extend in an arc shape.
  • the length of extension of the reverse spiral groove 1115 is shorter than the length of extension of the spiral groove 1113 .
  • the depth of the reverse spiral groove 1115 is the same as the depth of the spiral groove 1113 . That is, the bottom surface of the reverse spiral groove 1115 is arranged flush with the bottom surface of the continuous spiral groove 1113 to form a flat surface.
  • the bottom surface of the spiral groove 1113 and the bottom surface of the reverse spiral groove 1115 are not limited to flat surfaces, and may be inclined or uneven.
  • the positive pressure generated mainly in the spiral groove 1113 of the dynamic pressure generating groove 1116 causes the air A flowing from the inner space S1 between the sliding surfaces 1111 and 21 to flow. Since the fluid to be sealed F is sucked and pushed back toward the outer space S2, leakage of the fluid to be sealed F from between the sliding surfaces 1111 and 21 to the inner space S1 is suppressed.
  • the rotary seal ring 20 rotates in the reverse direction, the sealed fluid F, which has entered the reverse spiral groove 1115 on the outer diameter side of the spiral groove 1113, is sheared with the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 and moves accordingly.
  • the dynamic pressure generating groove 1116 includes the spiral groove 1113 and the reverse spiral groove 1115 which rotate in different directions mainly for generating dynamic pressure, the sliding surfaces 1111 and 21 are kept in contact with each other during both rotations. Wear can be suppressed by separating them, and leakage of the sealed fluid F into the inner space S1 from between the sliding surfaces 1111 and 21 can be suppressed.
  • the dynamic pressure generating groove 1116 has an L-shape formed by the spiral groove 1113 and the reverse spiral groove 1115, during normal rotation, air A is sucked into the spiral groove 1113 from the inner space S1, and the outer diameter end A positive pressure can be generated by collecting the sealed fluid F sucked into the reverse spiral groove 1115 from the acute angle portion 1116C. Further, during reverse rotation, the fluid to be sealed F can be pushed back toward the outer space S2 by the dynamic pressure generated in the reverse spiral groove 1115, so that the intrusion of the fluid to be sealed F into the spiral groove 1113 can be suppressed. Thus, leakage of the sealed fluid F into the inner space S1 through the spiral groove 1113 can be suppressed.
  • the dynamic pressure generating groove 1216 in the sliding surface 1211 of the stationary seal ring 1210 extends from the inner diameter side toward the outer diameter side and is a spiral groove that generates dynamic pressure. It is composed of a groove 1213 and a reverse spiral groove 1215 which is radially separated from the spiral groove 1213 and extends in the opposite direction to the spiral groove 1213 to generate dynamic pressure. That is, the dynamic pressure generating groove 1216 has a configuration in which the spiral groove 1213 and the reverse spiral groove 1215 are separated in the radial direction by the annular land portion 1212d.
  • the inner diameter end of the spiral groove 1213 communicates with the inner space S1, and extends in an arc shape from the inner diameter end toward the outer diameter side while being inclined in the forward rotation direction of the rotary seal ring 20.
  • the linear outer diameter end is closed so as to be in a non-communicating state with the reverse spiral groove 1215 .
  • the reverse spiral groove 1215 has a substantially parallelogram shape, and extends linearly from the inner diameter end toward the outer diameter side while being inclined in the reverse rotation direction of the rotary seal ring 20 . It is blocked so as to be in a non-communication state with S2.
  • the rotary seal ring 20 rotates forward, the positive pressure generated in the spiral groove 1213 and the reverse spiral groove 1215 of the dynamic pressure generating groove 1216 flows from the outer space S2 into the sliding surfaces 1211 and 21. Since the sealed fluid F is sucked and pushed back toward the outer space S2, leakage of the sealed fluid F from between the sliding surfaces 1211 and 21 to the inner space S1 is suppressed.
  • the rotary seal ring 20 rotates in the reverse direction, the sealed fluid F, which has entered the reverse spiral groove 1215 on the outer diameter side of the spiral groove 1213, is sheared with the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 and moves accordingly.
  • Leakage of the sealed fluid F into the internal space S1 can be reduced by returning the fluid F from the end of the reverse spiral groove 1215 toward the outer diameter side between the sliding surfaces 1211 and 21 .
  • the dynamic pressure generating groove 1216 includes the spiral groove 1213 and the reverse spiral groove 1215 that rotate in different directions for main dynamic pressure generation. Wear can be suppressed by separating them, and leakage of the sealed fluid F into the inner space S1 from between the sliding surfaces 1211 and 21 can be suppressed.
  • annular land portion 1212d is formed which is continuous in the circumferential direction and has a width of at least a predetermined width in the radial direction. Since the spiral groove 1215 is separated from the spiral groove 1215, when the rotary seal ring 20 rotates in the reverse direction, the sealed fluid F is sucked into the reverse spiral groove 1215 from the acute angle portion 1215C on the outer diameter side of the annular land portion 1212d and captured. Therefore, the sealed fluid F is suppressed from entering the spiral groove 1213 beyond the annular land portion 1212d, and the sealed fluid F leaking into the inner space S1 through the spiral groove 1213 can be further reduced. .
  • spiral groove 1213 and the reverse spiral groove 1215 are separated by the annular land portion 1212d, the spiral groove 1213 and the reverse spiral groove 1215 do not interfere with each other's generation of dynamic pressure during both rotations. Easy to exert dynamic pressure effect.
  • a mechanical seal was used as a sliding component, but the sliding component may be a shaft sealing component other than a mechanical seal. Furthermore, the sliding component may be other than the shaft sealing component, such as a bearing component.
  • the spiral groove and the reverse spiral groove are provided in the stationary seal ring, but the spiral groove and the reverse spiral groove may be provided in the rotary seal ring.
  • one sliding ring of the present invention may be either a stationary seal ring or a rotating seal ring.
  • the sealed fluid side has been described as the high pressure side
  • the leak side has been described as the low pressure side, but the sealed fluid side and the leak side may have substantially the same pressure.
  • the sealed fluid F is a high-pressure liquid, but it is not limited to this, and may be a gas or a low-pressure liquid, or may be a mist mixture of liquid and gas. good too.
  • the fluid on the leak side is explained to be the atmosphere A, which is a low-pressure gas. It may be in the form of a mist.

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Abstract

スパイラル溝内に流体が導入されやすい摺動部品を提供する。　互いに相対摺動する一対の摺動環１０，２０を備え、一方の摺動環１０の摺動面１１には、漏れ側の空間Ｓ１に連通するスパイラル溝１３が設けられた摺動部品であって、一方の摺動環１０における一方の空間Ｓ１側の縁部には、一方の摺動環１０の摺動面１１から連続する一方の空間Ｓ１に向けて拡開された拡開部１７が形成されており、拡開部１７には、スパイラル溝１３と連続し一方の空間に向けて延びる傾斜溝６１が設けられている。

Description

摺動部品
　本発明は、回転機械の軸封や軸受に用いられる摺動部品に関する。
　回転機械において回転軸周辺の被密封流体の漏れを防止する摺動部品として、例えば相対回転し摺動面同士が摺動する一対の環状の摺動環からなるメカニカルシールが知られている。このようなメカニカルシールにおいては、近年、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、摺動環の摺動面に被密封液体側に連通するとともに摺動面において一端が閉塞する正圧発生溝を設けているものがある。
　例えば、特許文献１に示されるメカニカルシールは、一方の摺動環の摺動面において、漏れ側に連通し被密封液体側に連通しない正圧発生溝であるスパイラル溝が、ランド部を介し周方向に複数設けられている。これによれば、摺動環の相対回転時には、漏れ側の流体がスパイラル溝に導入され、スパイラル溝の相対回転方向の端部の壁部に漏れ側の流体が集中して正圧が発生して摺動面同士が離間するとともに、摺動面に漏れ側の流体による流体膜が形成されることで潤滑性が向上し、低摩擦化を実現している。また、漏れ側の流体がスパイラル溝の相対回転方向の端部の近傍における被密封流体を被密封流体側に押し戻すように作用することにより、漏れ側に漏れ出す被密封流体を少なくしている。
特開昭６２－３１７７５号公報（第２頁、第２図）
　特許文献１のメカニカルシールにあっては、一対の摺動環の相対回転摺動に追従してスパイラル溝内の漏れ側の流体が相対回転方向の端部に向けて移動することにより、漏れ側の空間からスパイラル溝内に漏れ側の流体が連続的に供給されるようになっている。しかしながら、特許文献１のようなメカニカルシールにあっては、スパイラル溝の底面と摺動環における漏れ側の周面とで形成される角部が直角に形成されているため、漏れ側の空間からスパイラル溝内に漏れ側の流体が導入される際にこの角部近傍で渦が生じやすく、漏れ側の流体がスパイラル溝内に有効に導入されず、スパイラル溝内の漏れ側の流体が減少する虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、スパイラル溝内に流体が導入されやすい摺動部品を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
　互いに相対摺動する一対の摺動環を備え、
　前記一方の摺動環の摺動面には、被密封流体側または漏れ側の少なくとも一方の空間に連通するスパイラル溝が設けられた摺動部品であって、
　前記一方の摺動環における前記一方の空間側の縁部には、前記一方の摺動環の摺動面から連続し前記一方の空間に向けて拡開された拡開部が形成されており、
　前記拡開部には、前記スパイラル溝と連続し前記一方の空間に向けて延びる傾斜溝が設けられている。
　これによれば、一方の空間に向けて拡開された傾斜溝の底面に沿って流体が、一方の空間からスパイラル溝内にスムーズに移動するため、スパイラル溝内に流体が導入されやすい。
　前記傾斜溝は、前記一方の摺動環における前記一方の空間側の周面まで延びていてもよい。
　これによれば、傾斜溝に対して径方向から流体が導入されやすい。
　前記スパイラル溝の底面と前記傾斜溝の底面とが鈍角を成していてもよい。
　これによれば、スパイラル溝の底面と傾斜溝の底面との境界部分で渦が生じにくい。
　前記傾斜溝は、前記スパイラル溝の底面と連続する傾斜底面と、前記傾斜底面の周方向両端縁から立ち上がる側面と、により形成されていてもよい。
　これによれば、傾斜溝からスパイラル溝内に流体が導入されやすい。
　前記傾斜溝は、一定の深さに形成されてもよい。
　これによれば、傾斜溝に導入された流体が傾斜溝の底面に沿ってスムーズに移動しやすい。
　前記傾斜溝は、前記スパイラル溝と同じ深さに形成されていてもよい。
　これによれば、傾斜溝からスパイラル溝内に流体が導入されやすい。
　前記一方の摺動環の摺動面には、前記スパイラル溝の前記他方の空間側に設けられ前記スパイラル溝に対して逆方向に延び動圧を発生させる逆スパイラル溝が備えられていてもよい。
　これによれば、逆回転時において、スパイラル溝よりも他方の空間側で逆スパイラル溝内に進入した他方の空間側の流体が一方の摺動環の摺動面とのせん断により追随移動し逆スパイラル溝の他方の空間側の端部から他方の空間側に向けて摺動面間に戻される。これにより、正回転時に加えて逆回転時にも潤滑性を高めることができるとともに、逆回転時において一方の空間側への他方の空間側の流体の漏れを減らすことができる。
　ここで、本明細書において、スパイラル溝とは、溝の延在方向が径方向の成分と周方向の成分の両方を有しているものである。同様に、逆スパイラル溝は、溝の延在方向が径方向の成分と周方向の成分の両方を有し、相対回転時における上流から下流に向けて延びる周方向の向きがスパイラル溝と逆であればよい。
本発明の実施例１におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 実施例１における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 実施例１における静止密封環の摺動面を軸方向から見た拡大図である。 （ａ）は、図３のＡ－Ａ断面図、（ｂ）は、スパイラル溝及び傾斜溝を内径側から見た図である。 本発明の実施例２におけるスパイラル溝及び傾斜溝の断面図である。 本発明の実施例３における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例４における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例５における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例６における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例７における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例８における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例９における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例１０における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例１１における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例１２における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。
　本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
　実施例１に係る摺動部品としてのメカニカルシールにつき、図１から図４を参照して説明する。尚、本実施例においては、メカニカルシールの内空間Ｓ１に大気Ａが存在し、外空間Ｓ２に被密封流体Ｆが存在しており、メカニカルシールを構成する摺動環の内径側を漏れ側（低圧側）、外径側を被密封流体側（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外空間Ｓ２内の被密封流体Ｆを密封し内空間Ｓ１が大気Ａに通ずるイン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、他方の摺動環としての回転密封環２０と、一方の摺動環としての静止密封環１０と、から主に構成されている。回転密封環２０は円環状をなし、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ている。静止密封環１０は円環状をなし、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に移動可能な状態で設けられている。弾性部材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及び図３に示されるように、静止密封環１０に対して回転密封環２０が実線矢印で示すように反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、複数のスパイラル溝１３が設けられている。スパイラル溝１３は、摺動面１１の内径側において周方向に均等に配設（本実施例では２４個）されている。
　また、摺動面１１におけるスパイラル溝１３以外の部分は同一平面上に配置された平坦面を成すランド１２となっている。ランド１２の平坦面が回転密封環２０の摺動面２１と実質的に摺動する摺動面として機能している。
　また、静止密封環１０における内空間Ｓ１側の縁部は、内空間Ｓ１に向けて拡がる拡開部１７となっており、いわゆる面取りされた形状をなしている。拡開部１７は、複数の傾斜溝６１及び拡開面１７ａを有している。言い換えれば、静止密封環１０の摺動面１１よりも内径側の縁部には、複数の傾斜溝６１及び拡開面１７ａが設けられている。拡開面１７ａは、摺動面１１から連続し摺動面１１よりも内径側の縁部において周方向に隣り合う傾斜溝６１同士の間に配設（本実施例では２４個）されている。また、傾斜溝６１は、スパイラル溝１３と連続して延びている。
　また、拡開面１７ａは、ランド１２の平坦面から一方の空間側、すなわち本実施例では内空間Ｓ１側の周面としての静止密封環１０の内周面１０ｇに向けて漸次深くなるように傾斜するテーパ面である（図４（ａ）参照）。尚、拡開面１７ａは、凹凸を有していてもよいが、平坦面であることが好ましい。
　図３に示されるように、スパイラル溝１３は、内径側から外径側に向けて反時計回りの成分を持って傾斜しながら円弧状に延びている。このスパイラル溝１３は、内空間Ｓ１に連通して外空間Ｓ２に連通しないようになっている。
　図３及び図４に示されるように、スパイラル溝１３は、底面１３ａと、側面１３ｂ，１３ｃと、外径側の端面１３ｄと、から構成されている。底面１３ａはランド１２の平坦面と平行に径方向に延びている。すなわち、スパイラル溝１３は、延在方向に一定の深さＤ１（図４（ａ）参照）に形成されている。側面１３ｂ，１３ｃは、底面１３ａの周方向両端縁から立ち上がっている。外径側の端面１３ｄは、底面１３ａの外径端から立ち上がり、側面１３ｂ，１３ｃの外径端にそれぞれ連結している。また、スパイラル溝１３の内径側には、内空間Ｓ１に連通する開口１３Ａが形成されている。また、スパイラル溝１３は、内径側の開口１３Ａから外径側の端面１３ｄに向けて幅が広がるように形成されている。
　スパイラル溝１３には、静止密封環１０の厚み方向かつ内空間Ｓ１側に傾斜して延びる傾斜溝６１が連続している。詳しくは、スパイラル溝１３の底面１３ａの内径側の端縁１３ｇには、内径側に延びる傾斜底面６が連続して設けられている。詳しくは、傾斜底面６は、傾斜溝６１の底面であり、スパイラル溝１３の底面１３ａの内径側の端縁１３ｇから静止密封環１０の内周面１０ｇに向かうにつれて深さが深くなるように、言い換えると回転密封環２０の摺動面２１との距離が遠ざかるように、傾斜して直線状に延びている。また、傾斜底面６は、拡開面１７ａと平行である。
　スパイラル溝１３の底面１３ａと傾斜底面６とは鈍角を成している。尚、本実施例では、スパイラル溝１３の底面１３ａと傾斜底面６とが鈍角を成す形態を例示するが、これに限られず、底面１３ａと傾斜底面６との境界は曲面によって連続していてもよい。また、底面１３ａと傾斜底面６との境界部分近傍の一部に小さな段差が形成されていてもよい。
　すなわち、傾斜底面６は、内空間Ｓ１側に向けて回転密封環２０から離れる方向、すなわち傾斜溝６１の深さ方向（以降、回転密封環２０から離れる距離を単に「深さ」、その方向を「深さ方向」ということもある。）に拡開している。尚、傾斜底面６は、凹凸や曲面を有していてもよいが、平坦面であることが好ましい。
　傾斜底面６と拡開面１７ａとの間は、傾斜底面６の周方向両端縁から立ち上がる側面６ｂ，６ｃにより連結されている。側面６ｂ，６ｃは、スパイラル溝１３の側面１３ｂ，１３ｃと径方向に連続している。
　すなわち、静止密封環１０における内空間Ｓ１側の縁部には、傾斜底面６、側面６ｂ，６ｃで囲まれた傾斜溝６１が形成されている。すなわち、傾斜溝６１は、スパイラル溝１３と連続し、内空間Ｓ１側に向けて厚み方向に傾斜して延びている。言い換えれば、スパイラル溝１３は、傾斜溝６１を通じて内空間Ｓ１に連通されている。
　また、傾斜溝６１は、拡開面１７ａに対して一定の深さＤ２（図４（ａ）参照）に形成されている。
　また、傾斜溝６１は、スパイラル溝１３と同じ深さ（Ｄ１＝Ｄ２）に形成されている。
　また、傾斜溝６１は、スパイラル溝１３の開口１３Ａと同じ幅に形成されている。
　また、周方向に隣接する傾斜溝６１は、連通空間Ｓ１１により連通している。連通空間Ｓ１１は、拡開部１７と回転密封環２０の内径側端部との間に形成されている（図４（ａ）参照）。
　次いで、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時の動作について図３及び図４を用いて説明する。尚、図３の大気Ａの流れについては、回転密封環２０の相対回転速度を特定せずに概略的に示している。
　まず、回転密封環２０が回転していない停止時には、大気Ａがスパイラル溝１３内に流入している。尚、弾性部材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、摺動面１１，２１間の被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れ出す量はほぼない。
　図３に示されるように、回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転した状態においては、スパイラル溝１３内の大気Ａが摺動面２１とのせん断により回転密封環２０の回転方向に追随移動することにより、内空間Ｓ１の大気Ａが傾斜溝６１を通じてスパイラル溝１３に引き込まれる。すなわち、大気Ａが矢印Ｈ１に示すように傾斜溝６１からスパイラル溝１３の内径側の開口１３Ａに向かって移動する。
　スパイラル溝１３の外径側の端面１３ｄに向かって移動した大気Ａは、スパイラル溝１３の外径側の端面１３ｄと側面１３ｃとにより形成される角部１３Ｂ及びその近傍で圧力が高められる。すなわち、スパイラル溝１３の角部１３Ｂ及びその近傍で正圧が発生する。
　また、スパイラル溝１３の角部１３Ｂ及びその近傍で発生した正圧による力（図４（ａ）の白抜き矢印参照）により、摺動面１１，２１間が若干離間される。これにより、摺動面１１，２１間には、主に矢印Ｈ２に示すスパイラル溝１３内の大気Ａが流入する。
　矢印Ｈ２に示すスパイラル溝１３内の大気Ａは、スパイラル溝１３の外径側の角部１３Ｂ近傍の被密封流体Ｆを外空間Ｓ２側に押し戻すように作用するので、スパイラル溝１３内や内空間Ｓ１に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。尚、本実施例のメカニカルシールは、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転速度が高まることにより、最終的には、摺動面１１，２１間に大気Ａのみが存在した状態、すなわち気体潤滑となる。
　また、図４（ａ）に示されるように、スパイラル溝１３の内径側には、深さ方向に拡開するように傾斜する傾斜底面６を有する傾斜溝６１が連続して設けられている。これにより、スパイラル溝１３よりも深い位置から径方向に流れ込んだ大気Ａは傾斜溝６１を構成する傾斜底面６に沿ってスパイラル溝１３の内径側の開口１３Ａにスムーズに供給される。そのため、スパイラル溝１３内に大気Ａが導入されやすく、スパイラル溝１３内の大気Ａが減少することを抑制できる。言い換えれば、スパイラル溝１３の底面１３ａと傾斜底面６との間で渦が発生しにくくなっている。すなわち、低速回転時に摺動面１１，２１間が貧潤滑となることを回避できる。
　また、傾斜溝６１は、静止密封環１０の内周面１０ｇまで延びて内空間Ｓ１に連通しているため、傾斜溝６１に対して径方向から大気Ａが導入されやすくなっている。
　また、スパイラル溝１３の底面１３ａと傾斜底面６とは鈍角を成しているため、底面１３ａと傾斜底面６との境界部分、すなわち端縁１３ｇの近傍で渦が生じにくく、大気Ａは傾斜底面６からスパイラル溝１３内にスムーズに供給される。
　また、傾斜溝６１は、スパイラル溝１３と連続して設けられている。すなわち、傾斜溝６１は、スパイラル溝１３が設けられた静止密封環１０に設けられているため、静止密封環１０と回転密封環２０の周方向や軸方向の相対位置に関わらず、傾斜溝６１とスパイラル溝１３との連通状態を常に一定に維持できる。
　また、傾斜溝６１は周方向に離間して複数設けられており、隣り合う傾斜溝６１は連通空間Ｓ１１により周方向に連通されているため、傾斜溝６１に対して径方向（図３の矢印Ｈ１参照）と周方向（図３の矢印Ｈ３参照）から大気Ａを導入できる。
　また、傾斜溝６１は、拡開面１７ａに対して一定の深さＤ２（図４（ａ）参照）に形成されているため、傾斜溝６１に導入された大気Ａが傾斜溝６１の底面である傾斜底面６に沿ってスムーズに移動しやすい。
　また、傾斜溝６１は、スパイラル溝１３と同じ深さ（Ｄ１＝Ｄ２）に形成されているため、傾斜溝６１からスパイラル溝１３内に流体が導入されやすい。
　また、静止密封環１０に拡開面１７ａを研磨等により環状に形成した後、スパイラル溝１３及び傾斜溝６１をレーザ等により加工して拡開部１７を形成すればよいため、静止密封環１０の製造が簡便である。
　また、傾斜溝６１は、側面６ｂ，６ｃを有しているため、傾斜溝６１内に導入された大気Ａはスパイラル溝１３に向けて径方向に誘導される。
　また、拡開面１７ａにより傾斜溝６１の内径側にエッジが形成されないため、相対回転摺動時にスパイラル溝１３の内径側の端部が破損することを回避できる。
　尚、本実施例では、拡開面１７ａが周方向に隣接する傾斜溝６１間に亘って延びている形態を例示したが、拡開面は周方向の途中で途切れていてもよい。
　また、本実施例では、スパイラル溝は、底面がランドの平坦面と平行に径方向に延びている形態を例示したが、例えばスパイラル溝の深さが外径側または内径側の端面に向かうにつれて浅くなるように底面が傾斜面により形成されていてもよい。
　また、本実施例では、傾斜溝は、傾斜底面が拡開面と平行に径方向に延びている形態を例示したが、例えば傾斜溝の深さが外径側または内径側の端面に向かうにつれて浅くなるように傾斜底面が形成されていてもよい。
　また、本実施例では、傾斜溝とスパイラル溝は同じ深さに形成されている形態を例示したが、傾斜溝がスパイラル溝よりも深くなっていてもよい。
　また、本実施例では、スパイラル溝は、内径側の開口から外径側の端面に向けて幅が広がるように形成されている形態を例示したが、例えば内径側の開口から外径側の端面まで同じ幅に形成されてもよいし、外径側の端部が先細り形状に形成されていてもよい。
　また、本実施例では、スパイラル溝は、すべて同じ深さに形成されている形態を例示したが、例えば深さが浅い低速回転用のスパイラル溝と、深さが深い高速回転用のスパイラル溝を摺動面の周方向に交互に配設されていてもよい。
　また、摺動面に設けられるスパイラル溝の数と幅をそれぞれ変更することにより、静止密封環と回転密封環との相対回転時における圧力分布を最適化してもよい。
　次に、実施例２に係るメカニカルシールにつき、図５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５に示されるように、本実施例２のメカニカルシールにおける静止密封環２１０は、傾斜溝２６１を構成する傾斜底面３６がスパイラル溝１３の底面１３ａの内径側の端縁から内径側に延びており、実施例１とは異なり傾斜底面３６は静止密封環２１０の内周面まで連続してはいない。また、傾斜底面３６の内径端からランド１２の平坦面と平行に延びる端面３６ａがさらに内径側に延びており、端面３６ａの内径端は拡開面１７ａに連続している。
　この場合であっても、大気Ａは、傾斜溝２６１を構成する傾斜底面３６に沿ってスパイラル溝１３内にスムーズに供給される。
　次に、実施例３に係るメカニカルシールにつき、図６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６に示されるように、本実施例３のメカニカルシールにおいて、静止密封環３１０の摺動面３１１には、長さの異なる複数のスパイラル溝１３，３１５が設けられている。詳しくは、摺動面３１１には、実施例１と同じスパイラル溝１３と、スパイラル溝１３よりも延在方向の長さが長いスパイラル溝３１５とが周方向に規則的に配設されている。静止密封環３１０と回転密封環２０との相対回転時の動作は、実施例１とスパイラル溝３１５の延在方向の長さが変わった以外は略同様であるため、その説明を省略する。
　次に、実施例４に係るメカニカルシールにつき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図７に示されるように、本実施例４のメカニカルシールにおいて、静止密封環４１０の摺動面４１１には、長さの異なる複数のスパイラル溝１３，３１４，３１５が設けられている。詳しくは、摺動面４１１には、実施例１と同じスパイラル溝１３と、スパイラル溝１３よりも延在方向の長さが短いスパイラル溝３１４と、スパイラル溝１３よりも延在方向の長さが長いスパイラル溝３１５とが周方向に規則的に配設されている。静止密封環４１０と回転密封環２０との相対回転時の動作は、実施例１とスパイラル溝３１４，３１５の延在方向の長さが変わった以外は略同様であるため、その説明を省略する。
　尚、前記実施例２では２種類のスパイラル溝１３，３１５、本実施例３では３種類のスパイラル溝１３，３１４，３１５がそれぞれ周方向に規則的に配置されている形態を例示したが、例えば４種類以上のスパイラル溝が設けられていてもよく、各スパイラル溝の周方向における配置も自由に変更されてよい。尚、各スパイラル溝の周方向における配置は、静止密封環と回転密封環との相対回転時における圧力分布を最適化する観点から規則性を有していることが好ましい。
　次に、実施例５に係るメカニカルシールにつき、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５のメカニカルシールにおいて、静止密封環５１０の摺動面５１１には、長さの異なる複数のスパイラル溝５１３，５１５が設けられている。詳しくは、摺動面５１１には、実施例１と延在方向の長さが同じスパイラル溝５１３と、スパイラル溝５１３よりも延在方向の長さが長いスパイラル溝５１５とが周方向に規則的に配設されている。また、スパイラル溝５１３，５１５は、浅溝部５１３ａ，５１５ａと、深溝部５１３ｂ，５１５ｂとから構成されている。すなわち、スパイラル溝５１３，５１５は、浅溝部５１３ａ，５１５ａと、深溝部５１３ｂ，５１５ｂにより２段の段付き溝として形成されている。尚、浅溝部５１３ａ，５１５ａ及び深溝部５１３ｂ，５１５ｂは、それぞれ動圧を発生可能な深さに形成されている。
　深溝部５１３ｂ，５１５ｂは、スパイラル溝５１３，５１５の外径側の端部に形成されている。浅溝部５１３ａ，５１５ａは、スパイラル溝５１３，５１５の内径側の端部から両側面に沿って外径側の端面５１３ｄ，５１５ｄまで延びている。
　これによれば、静止密封環５１０と回転密封環２０との相対回転速度に応じて、スパイラル溝５１３，５１５において、主に正圧を発生させる溝部を変化させることができる。また、このとき、深溝部５１３ｂ，５１５ｂで発生する圧力が浅溝部５１３ａ，５１５ａで発生する圧力に対して相対的に負圧となる。そのため、スパイラル溝５１３，５１５内に導入された大気Ａが外径側の端部に向かって浅溝部５１３ａ，５１５ａ、深溝部５１３ｂ，５１５ｂの順に移動する流れが促進される。また、深溝部５１３ｂ，５１５ｂを設けていることにより、スパイラル溝５１３，５１５において流体が枯渇しにくくなっている。
　尚、本実施例５では、深溝部５１３ｂ，５１５ｂがスパイラル溝５１３，５１５の外径側の端部に形成されている形態を例示したが、深溝部がスパイラル溝の内径側の端部に形成されていてもよい。この場合であっても、スパイラル溝内に導入された大気Ａが外径側の端部に向かって深溝部、浅溝部の順に移動する流れが促進される。
　また、本実施例５では、スパイラル溝が浅溝部と深溝部により２段の段付き溝として形成されている形態を例示したが、スパイラル溝は、溝の延在方向に３段以上の段付き溝として形成されていてもよい。
　次に、実施例６に係るメカニカルシールにつき、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６のメカニカルシールにおける静止密封環６１０の摺動面６１１には、複数のスパイラル溝６１３が設けられている。スパイラル溝６１３は、内径側から外径側に向けて反時計回りの成分を持って傾斜しながら直線状に延びている。
　スパイラル溝６１３は、内径側から外径側に向けて深さが浅くなる段付き溝として形成されている。詳しくは、スパイラル溝６１３は、略矩形状の第１溝部６１３ａと、該第１溝部６１３ａよりも幅が大きい略Ｌ字形状の第２溝部６１３ｂと、該第２溝部６１３ｂよりも幅が大きい略Ｌ字形状の第３溝部６１３ｃとから構成されている。スパイラル溝６１３において、内径側に形成される第１溝部６１３ａの深さが最も深く、第２溝部６１３ｂ、第３溝部６１３ｃの順に深さが浅くなっている。すなわち、スパイラル溝６１３は、第１溝部６１３ａ、第２溝部６１３ｂ、第３溝部６１３ｃにより３段の段付き溝として形成されている。尚、第１溝部６１３ａ、第２溝部６１３ｂ、第３溝部６１３ｃは、それぞれ動圧を発生可能な深さに形成されている。
　また、第１溝部６１３ａ、第２溝部６１３ｂ、第３溝部６１３ｃにおいて、各底面の内径側の端縁には、それぞれ内径側に延びる第１傾斜底面６０６ａ、第２傾斜底面６０６ｂ、第３傾斜底面６０６ｃが連続して設けられている。詳しくは、第１傾斜底面６０６ａ、第２傾斜底面６０６ｂ、第３傾斜底面６０６ｃは、傾斜溝６６１の底面である。また、第１傾斜底面６０６ａ、第２傾斜底面６０６ｂ、第３傾斜底面６０６ｃは、拡開面１７ａとそれぞれ平行である。すなわち、傾斜溝６６１は、相対回転方向に深さが浅くなる段付き溝として形成されている。
　これによれば、静止密封環６１０と回転密封環２０との相対回転速度に応じて、スパイラル溝６１３において、主に正圧を発生させる溝部を変化させることができる。また、この場合であっても、スパイラル溝６１３内に導入された大気Ａが外径側の端部に向かって第１溝部６１３ａ、第２溝部６１３ｂ、第３溝部６１３ｃの順に移動する流れが促進される。
　尚、本実施例６では、スパイラル溝６１３を構成する第１溝部６１３ａ、第２溝部６１３ｂ、第３溝部６１３ｃにおいて、各底面の内径側の端縁には、傾斜溝６６１を構成する第１傾斜底面６０６ａ、第２傾斜底面６０６ｂ、第３傾斜底面６０６ｃがそれぞれ連続して設けられている形態を例示したが、例えばスパイラル溝は、同じ幅を有する略矩形状の第１溝部、第２溝部、第３溝部がスパイラル溝の内径側から順に連続して配設されることにより構成され、スパイラル溝の内径側における第１溝部の底面の内径側の端縁が傾斜溝の傾斜底面と連続して設けられていてもよい。この場合であっても、スパイラル溝内に導入された大気Ａが外径側の端部に向かって第１溝部、第２溝部、第３溝部の順に移動する流れが促進される。
　また、本実施例６では、スパイラル溝が第１溝部、第２溝部、第３溝部により３段の段付き溝として形成されている形態を例示したが、スパイラル溝は、溝の幅方向に２段または４段以上の段付き溝として形成されていてもよい。
　次に、実施例７に係るメカニカルシールにつき、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７のメカニカルシールにおいて、静止密封環７１０の摺動面７１１には、長さの異なる複数のスパイラル溝１３，７１５及び排出溝７１６が設けられている。詳しくは、摺動面７１１の内径側には、実施例１と同じスパイラル溝１３と、スパイラル溝１３よりも延在方向の長さが長いスパイラル溝７１５とが周方向に規則的に配設されている。また、摺動面７１１の外径側には、排出溝７１６が周方向に均等に配設（本実施例７では６個）されている。
　排出溝７１６は、スパイラル溝１３の延在方向の延長上に形成されるスパイラル溝であり、外空間Ｓ２に連通して内空間Ｓ１に連通しないようになっている。
　これによれば、静止密封環７１０と回転密封環２０との相対回転により、スパイラル溝１３内の大気Ａが摺動面１１，２１間に流入する際にコンタミが混入した場合にも、当該コンタミを摺動面１１，２１間から排出溝７１６内に被密封流体Ｆや大気Ａと共に捕集し、外空間Ｓ２に排出できる。そのため、コンタミの噛み込みによる摺動面１１，２１の摩耗を抑制することができる。
　尚、本実施例７では、排出溝７１６の形状は、スパイラル溝１３の延在方向の延長上に形成されるスパイラル溝である形態を例示したが、排出溝は、外空間Ｓ２に連通して内空間Ｓ１に連通しないものであれば、形状は自由に変更されてよい。
　次に、実施例８に係るメカニカルシールにつき、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８のメカニカルシールにおいて、静止密封環８１０の摺動面８１１には、複数の動圧発生機構８１３が設けられている。動圧発生機構８１３は、摺動面８１１の内径側において周方向に均等に配設（本実施例８では８個）されている。
　動圧発生機構８１３は、３つのスパイラル溝８１３ａ，８１３ｂ，８１３ｃから構成されている。スパイラル溝８１３ａ，８１３ｂ，８１３ｃは、内径側から外径側に向けて反時計回りの成分を持って傾斜しながら円弧状に延びている。また、スパイラル溝８１３ａ，８１３ｂ，８１３ｃは、溝の延在方向における径方向の成分と周方向の成分がそれぞれ異なっており、スパイラル溝８１３ａが最も短く、スパイラル溝８１３ｂ、スパイラル溝８１３ｃの順に長くなっている。尚、スパイラル溝８１３ａの外径側の端面８１３ｄと、スパイラル溝８１３ｂの外径側の端面８１３ｅと、スパイラル溝８１３ｃの外径側の角部８１３ｆは、周方向の同じ位置、すなわち径方向に直線状に並んで配置されている。
　これによれば、摺動面８１１の内径側において周方向に均等に配設された複数の動圧発生機構８１３を構成するスパイラル溝８１３ａ，８１３ｂ，８１３ｃにより、摺動面８１１の径方向に正圧を均一に分布させることができる。
　次に、実施例９に係るメカニカルシールにつき、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９のメカニカルシールにおいて、静止密封環９１０の摺動面９１１には、複数のスパイラル溝９１３が設けられている。スパイラル溝９１３は、摺動面９１１の内径側において周方向に均等に配設（本実施例９では１２個）されている。
　スパイラル溝９１３は、内径側から外径側に向けて反時計回りの成分を持って傾斜しながら直線状に延びている。詳しくは、スパイラル溝９１３は、一方の側面９１３ｃが静止密封環９１０の内周面９１０ｇとの接線方向に延びている。また、スパイラル溝９１３は、他方の側面９１３ｂが一方の側面９１３ｃと平行に延びている。また、スパイラル溝９１３の外径側の端面９１３ｄは、側面９１３ｂ，９１３ｃの外径端にそれぞれ直交して連結することにより、スパイラル溝９１３の外径側の端部は矩形状をなしている。
　次に、実施例１０に係るメカニカルシールにつき、図１３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。
　本実施例１０のメカニカルシールは、スパイラル溝が摺動面の外径側に配設されている点で実施例１のメカニカルシールと異なる。また、図１３に示されるように、メカニカルシールの内空間Ｓ１に被密封流体Ｆが存在し、外空間Ｓ２に大気Ａが存在しており、メカニカルシールを構成する摺動環の内径側が被密封流体側（高圧側）、外径側が漏れ側（低圧側）となっている点で実施例１のメカニカルシールと異なる。また、静止密封環１０に対して回転密封環２０が実線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点で実施例１のメカニカルシールと異なる。
　図１３に示されるように、本実施例１０のメカニカルシールにおける静止密封環１０１０の摺動面１０１１には、複数のスパイラル溝１０１３が設けられている。スパイラル溝１０１３は、摺動面１０１１の外径側において周方向に均等に配設（本実施例では２４個）されている。
　また、静止密封環１０１０における外空間Ｓ２側の縁部は拡開部１０７となっており、複数の傾斜溝１０６１及び拡開面１０１７ａが設けられている。言い換えれば、静止密封環１０１０の摺動面１０１１よりも外径側の縁部には、複数の傾斜溝１０６１及び拡開面１０１７ａが設けられている。
　この場合であっても、大気Ａは傾斜溝１０６１を構成する傾斜底面１００６に沿ってスパイラル溝１０１３内にスムーズに供給される。
　次に、実施例１１に係るメカニカルシールにつき、図１４を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図１４に示されるように、本実施例１１のメカニカルシールにおいて、静止密封環１１１０の摺動面１１１１には、複数の動圧発生溝１１１６が設けられている。動圧発生溝１１１６は、摺動面１１１１の内径側において周方向に均等に配設（本実施例では２４個）されている。
　動圧発生溝１１１６は、スパイラル溝１１１３と、これらのスパイラル溝１１１３の外径側に連続形成されスパイラル溝１１１３に対して逆方向に延び動圧を発生させる逆スパイラル溝１１１５と、から構成されており、Ｌ字状を成している。尚、スパイラル溝に対して逆方向に延びるとは、内径側から外径側に向けて正回転方向の成分を持って傾斜しながら延びるスパイラル溝１１１３に対して、逆スパイラル溝１１１５が内径側から外径側に向けて逆回転方向の成分を持って傾斜しながら延びることを意味している。
　逆スパイラル溝１１１５は、内径側の端部から外径側に向けて回転密封環２０の逆回転方向に傾斜しながら直線状に延びており、外径側の端部、すなわち動圧発生溝１１１６の外径端が外空間Ｓ２と非連通状態となるように閉塞されている。尚、逆スパイラル溝１１１５は、傾斜しながら直線状に延びるものに限らず、円弧状に延びるものであってもよい。
　また、逆スパイラル溝１１１５の延在距離は、スパイラル溝１１１３の延在距離と比べて短い。
　また、逆スパイラル溝１１１５の深さは、スパイラル溝１１１３の深さと同一である。すなわち、逆スパイラル溝１１１５の底面は、連続するスパイラル溝１１１３の底面と同一平面状に配置され平坦面を成している。尚、スパイラル溝１１１３の底面及び逆スパイラル溝１１１５の底面は、平坦面を成すものに限らず、傾斜や凹凸を有していてもよい。
　これによれば、回転密封環２０の正回転時においては、動圧発生溝１１１６の主にスパイラル溝１１１３で発生する正圧により内空間Ｓ１から摺動面１１１１，２１間に流入した大気Ａが吸い込まれ、外空間Ｓ２側に被密封流体Ｆが押し戻されるため、摺動面１１１１，２１間から被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れることが抑制される。一方、回転密封環２０の逆回転時においては、スパイラル溝１１１３の外径側で逆スパイラル溝１１１５内に進入した被密封流体Ｆが回転密封環２０の摺動面２１とのせん断により追随移動し逆スパイラル溝１１１５の外径側の端部から外空間Ｓ２側に向けて摺動面１１１１，２１間に戻されることにより内空間Ｓ１への被密封流体Ｆの漏れを減らすことができる。このように、動圧発生溝１１１６は、主となる動圧発生のための回転方向が異なるスパイラル溝１１１３及び逆スパイラル溝１１１５を備えているため、両回転時において摺動面１１１１，２１同士を離間させて摩耗を抑制することができ、かつ摺動面１１１１，２１間から被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れることを抑制できる。
　また、動圧発生溝１１１６は、スパイラル溝１１１３と逆スパイラル溝１１１５によりＬ字状を成しているため、正回転時において、内空間Ｓ１からスパイラル溝１１１３に吸い込まれる大気Ａと共に、外径端から逆スパイラル溝１１１５に吸い込まれる被密封流体Ｆを鋭角部１１１６Ｃに集めて正圧を発生させることができる。また、逆回転時において、被密封流体Ｆを逆スパイラル溝１１１５内で発生する動圧により外空間Ｓ２側に押し戻すことができるため、スパイラル溝１１１３への被密封流体Ｆの侵入を抑制することができ、スパイラル溝１１１３を通した内空間Ｓ１への被密封流体Ｆの漏れを抑えることができる。
　次に、実施例１２に係るメカニカルシールにつき、図１５を参照して説明する。尚、前記実施例１１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図１５に示されるように、本実施例１２のメカニカルシールにおいて、静止密封環１２１０の摺動面１２１１における動圧発生溝１２１６は、内径側から外径側に向けて延び動圧を発生させるスパイラル溝１２１３と、このスパイラル溝１２１３の外径側において径方向に離間してスパイラル溝１２１３に対して逆方向に延び動圧を発生させる逆スパイラル溝１２１５と、から構成されている。すなわち、動圧発生溝１２１６は、スパイラル溝１２１３と逆スパイラル溝１２１５が環状ランド部１２１２ｄにより径方向に分離された構成となっている。
　詳しくは、スパイラル溝１２１３は、内径端が内空間Ｓ１に連通し、内径端から外径側に向けて回転密封環２０の正回転方向に傾斜しながら円弧状に延びており、スパイラル溝１２１３の直線状の外径端が逆スパイラル溝１２１５と非連通状態となるように閉塞されている。
　逆スパイラル溝１２１５は、略平行四辺形を成しており、内径端から外径側に向けて回転密封環２０の逆回転方向に傾斜しながら直線状に延びており、外径端が外空間Ｓ２と非連通状態となるように閉塞されている。
　これによれば、回転密封環２０の正回転時においては、動圧発生溝１２１６のスパイラル溝１２１３及び逆スパイラル溝１２１５でそれぞれ発生する正圧により外空間Ｓ２から摺動面１２１１，２１間に流入した被密封流体Ｆが吸い込まれ、外空間Ｓ２側に押し戻されるため、摺動面１２１１，２１間から被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れることが抑制される。一方、回転密封環２０の逆回転時においては、スパイラル溝１２１３の外径側で逆スパイラル溝１２１５内に進入した被密封流体Ｆが回転密封環２０の摺動面２１とのせん断により追随移動し逆スパイラル溝１２１５の被密封流体Ｆ側の端部から外径側に向けて摺動面１２１１，２１間に戻されることにより内空間Ｓ１への被密封流体Ｆの漏れを減らすことができる。このように、動圧発生溝１２１６は、主となる動圧発生のための回転方向が異なるスパイラル溝１２１３及び逆スパイラル溝１２１５を備えているため、両回転時において摺動面１２１１，２１同士を離間させて摩耗を抑制することができ、かつ摺動面１２１１，２１間から被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れることを抑制できる。
　また、スパイラル溝１２１３と逆スパイラル溝１２１５との間には、周方向に連続し径方向所定以上の幅を有する環状ランド部１２１２ｄが形成されており、この環状ランド部４１２ｄによりスパイラル溝１２１３と逆スパイラル溝１２１５とが分離されていることにより、回転密封環２０の逆回転時において、被密封流体Ｆが環状ランド部１２１２ｄの外径側において鋭角部１２１５Ｃから逆スパイラル溝１２１５に吸い込まれて捕捉されるため、環状ランド部１２１２ｄを越えてスパイラル溝１２１３に被密封流体Ｆが進入することが抑制されており、スパイラル溝１２１３を通って内空間Ｓ１に漏れ出す被密封流体Ｆをさらに減らすことができる。
　また、環状ランド部１２１２ｄによりスパイラル溝１２１３と逆スパイラル溝１２１５が分離されていることにより、両回転時において、スパイラル溝１２１３と逆スパイラル溝１２１５が互いの動圧発生に干渉することがないため、動圧効果を発揮しやすい。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例では、摺動部品として、メカニカルシールを例に説明したが、摺動部品はメカニカルシール以外の軸封部品であってもよい。さらに、摺動部品は軸封部品以外、例えば軸受部品であってもよい。
　また、前記実施例１～１２では、スパイラル溝や逆スパイラル溝を静止密封環に設ける例について説明したが、スパイラル溝や逆スパイラル溝を回転密封環に設けてもよい。言い換えると、本発明の一方の摺動環は静止密封環でもあっても回転密封環であってもよい。
　また、前記実施例１～１２では、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、被密封流体側と漏れ側とは略同じ圧力であってもよい。
　また、前記実施例１～１２では、被密封流体Ｆ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、前記実施例１～１２では、漏れ側の流体は低圧の気体である大気Ａ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。
１　　　　　　　　回転軸
２　　　　　　　　スリーブ
４　　　　　　　　ハウジング
６　　　　　　　　傾斜底面
１０　　　　　　　静止密封環（一方の摺動環）
１０ｇ　　　　　　内周面（一方の空間側の周面）
１１　　　　　　　摺動面
１２　　　　　　　ランド
１３　　　　　　　スパイラル溝
１３Ａ　　　　　　開口
１３Ｂ　　　　　　角部
１３ａ　　　　　　底面
１３ｂ，１３ｃ　　側面
１３ｄ　　　　　　端面
１３ｇ　　　　　　端縁
１７　　　　　　　拡開部
２０　　　　　　　回転密封環（他方の摺動環）
２１　　　　　　　摺動面
６１　　　　　　　傾斜溝
Ａ　　　　　　　　大気
Ｆ　　　　　　　　被密封流体
Ｓ１　　　　　　　内空間（漏れ側の空間）
Ｓ２　　　　　　　外空間（被密封流体側の空間）
Ｓ１１　　　　　　連通空間

Claims (7)

  1. 　互いに相対摺動する一対の摺動環を備え、
    　前記一方の摺動環の摺動面には、被密封流体側または漏れ側の少なくとも一方の空間に連通するスパイラル溝が設けられた摺動部品であって、
    　前記一方の摺動環における前記一方の空間側の縁部には、前記一方の摺動環の摺動面から連続し前記一方の空間に向けて拡開された拡開部が形成されており、
    　前記拡開部には、前記スパイラル溝と連続し前記一方の空間に向けて延びる傾斜溝が設けられている摺動部品。
  2. 　前記傾斜溝は、前記一方の摺動環における前記一方の空間側の周面まで延びている請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記スパイラル溝の底面と前記傾斜溝の底面とが鈍角を成している請求項１に記載の摺動部品。
  4. 　前記傾斜溝は、前記スパイラル溝の底面と連続する傾斜底面と、前記傾斜底面の周方向両端縁から立ち上がる側面と、により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. 　前記傾斜溝は、一定の深さに形成されている請求項１に記載の摺動部品。
  6. 　前記傾斜溝は、前記スパイラル溝と同じ深さに形成されている請求項５に記載の摺動部品。
  7. 　前記一方の摺動環の摺動面には、前記スパイラル溝の前記他方の空間側に設けられ前記スパイラル溝に対して逆方向に延び動圧を発生させる逆スパイラル溝が備えられている請求項１に記載の摺動部品。
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