WO2023095905A1 - 摺動要素 - Google Patents

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WO2023095905A1
WO2023095905A1 PCT/JP2022/043746 JP2022043746W WO2023095905A1 WO 2023095905 A1 WO2023095905 A1 WO 2023095905A1 JP 2022043746 W JP2022043746 W JP 2022043746W WO 2023095905 A1 WO2023095905 A1 WO 2023095905A1
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WO
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groove
introduction
sliding
sealed fluid
grooves
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/043746
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English (en)
French (fr)
Inventor
実憲 大沼
涼介 内山
啓志 鈴木
紗和花 宮崎
雄大 根岸
一光 香取
大樹 兼澤
猛 細江
Original Assignee
イーグル工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by イーグル工業株式会社 filed Critical イーグル工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a sliding element, for example, a sliding element having a pair of sliding members used for shaft seals and bearings.
  • a mechanical seal As a sliding element for preventing leakage of the sealed fluid around the rotary shaft in a rotary machine, for example, a mechanical seal is known, in which the sliding surfaces of a pair of sliding members slide relative to each other. In recent years, it has been desired to reduce the energy lost due to sliding in such mechanical seals for environmental reasons. there is something
  • the mechanical seal disclosed in Patent Document 1 has a spiral groove as an introduction groove communicating with the sealed fluid side and a dynamic pressure generating groove communicating with the leakage side on the sliding surface of one of the sliding members.
  • the introduction groove extends radially inward from the side of the fluid to be sealed while being inclined in the other circumferential direction.
  • the spiral groove extends radially outward from the leak side while being inclined in one direction in the circumferential direction.
  • the introduction groove introduces the fluid to be sealed between the sliding surfaces.
  • a liquid film is formed between the sliding surfaces, so that the introduction groove can contribute to improving lubricity on the pair of sliding surfaces.
  • the spiral groove sucks gas slightly on the leak side. Since the gas prevents the sealed fluid from moving to the leakage side, the spiral groove can contribute to preventing leakage of the sealed fluid to the leakage side.
  • the spiral grooves can contribute to the improvement of lubricity on the pair of sliding surfaces. Further, similarly to the case where the relative rotational speed of the sliding member is low, the spiral grooves that suck gas between the sliding surfaces can contribute to the prevention of leakage of the sealed fluid to the leakage side.
  • the present invention has been made by paying attention to such problems, and is capable of preventing the sealed fluid from leaking into the space on the leakage side regardless of whether the direction of relative rotation is normal or reverse. It is an object of the present invention to provide a sliding element capable of
  • the sliding element of the present invention includes: A pair of sliding members whose sliding surfaces slide relative to each other, at least one of the sliding surfaces has a plurality of introduction grooves for low-speed rotation communicating with the space on the side of the fluid to be sealed; At least one of the sliding surfaces is a sliding element having a dynamic pressure generating groove for high-speed rotation communicating with a space on the leakage side, In the sliding surface having the introduction groove for low-speed rotation, a groove is arranged closer to the sealed fluid than the dynamic pressure generating groove and allows the sealed fluid to flow between the adjacent introduction grooves. Further means are provided. According to this, when the relative rotation is positive rotation and low speed, the introduction groove introduces the sealed fluid between the sliding surfaces.
  • the dynamic pressure generating groove introduces the fluid on the leakage side between the sliding surfaces. This improves the lubricity on the pair of sliding surfaces.
  • the introduction groove introduces the sealed fluid between the sliding surfaces. This improves the lubricity on the pair of sliding surfaces.
  • the groove means can efficiently flow the sealed fluid that has flowed into one introduction groove into the adjacent introduction groove. That is, the sealed fluid is collected in the introduction groove through the groove means.
  • the groove means can contribute to preventing leakage of the sealed fluid into the space on the leakage side through the dynamic pressure generating groove.
  • the groove means may be a first groove extending from the introduction groove and a second groove extending from the introduction groove in a direction opposite to the first groove. According to this, a positive pressure is generated in the first groove or the second groove depending on the direction of rotation. Thereby, the first groove or the second groove can contribute to the improvement of lubricity on the pair of sliding surfaces.
  • the first groove and the second groove may extend in an arc shape. According to this, in the first groove and the second groove which are formed in an arc shape, dynamic pressure, which is a positive pressure or a negative pressure in the radial direction, is less likely to occur. Therefore, the first groove and the second groove facilitate the flow of the sealed fluid from one introduction groove to the adjacent introduction groove.
  • An end portion of one of the introduction grooves in the first groove may be arranged closer to the leak side than an end portion of the adjacent introduction groove in the second groove. According to this, when the relative rotation is reverse rotation, the first groove can efficiently recover the sealed fluid that has flowed out of the second groove.
  • the first groove of one of the introduction grooves may be arranged so as to partially overlap the second groove of the adjacent introduction groove in the radial direction. According to this, when the relative rotation is reverse rotation, the first groove can more efficiently recover the sealed fluid that has flowed out of the second groove.
  • the introduction groove, the first groove, and the second groove may have the same depth. According to this, regardless of whether the relative rotation of the introduction groove, the first groove, and the second groove is forward rotation or reverse rotation, the sealed fluid between the introduction groove, the first groove, and the second groove flow is smooth.
  • One of the sliding members has the introduction groove for low-speed rotation, the hydrodynamic groove for high-speed rotation, and the groove means. According to this, since the positions of the introduction groove for low-speed rotation, the dynamic pressure generating groove for high-speed rotation, and the groove means do not change even during relative rotation, the fluid to be sealed can smoothly flow into the adjacent introduction grooves. .
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal in Example 1 of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a view of the sliding surface of the rotary seal ring in Example 1 as seen from the axial direction
  • FIG. 4 is an enlarged view of the sliding surface of the rotary seal ring as seen from the axial direction when the relative rotation is normal and low speed in Embodiment 1
  • FIG. 4 is an enlarged view of the sliding surface of the rotary seal ring as seen from the axial direction when the relative rotation is normal and high speed in Embodiment 1
  • 4 is an enlarged view of the sliding surface of the rotary seal ring when the relative rotation is reverse rotation in Embodiment 1, viewed from the axial direction.
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the rotary seal ring in Example 2 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the rotary seal ring in Example 3 of the present invention as seen from the axial direction;
  • FIG. 10 is a view of the sliding surface of the rotary 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 rotary seal ring in Example 5 of the present invention, viewed from the axial direction;
  • FIG. 11 is a view of the sliding surface of the rotary seal ring in Example 6 of the present invention, viewed from the axial direction;
  • FIG. 12 is a view of the sliding surface of the rotary seal ring in Example 7 of the present invention, viewed from the axial direction;
  • FIG. 12 is a view of the sliding surface of the rotary seal ring in Example 8 of the present invention, viewed from the axial direction;
  • FIG. 1 a mechanical seal having a pair of rotating seal rings and a stationary seal ring will be described as an example of a sliding element having a pair of sliding members.
  • dots may be added to grooves formed on the sliding surface in the drawings.
  • the mechanical seal M of this embodiment prevents the sealed fluid F existing in the outer space S2 from leaking into the inner space S1 where the atmosphere A exists. It is of the inside type.
  • the sealed fluid F is a high-pressure liquid.
  • the atmosphere A is a gas having a pressure lower than that of the fluid F to be sealed. That is, the inner diameter side of the seal ring forming the mechanical seal M is the leakage side (low pressure side). The outer diameter side is the sealed fluid side (high pressure side). In the present invention, it is preferable to use a combination that does not cause any problem even if the fluid on the leak side is mixed with the fluid to be sealed.
  • the mechanical seal M is mainly composed of a rotary seal ring 10 and a stationary seal ring 20.
  • the rotary seal ring 10 has an annular shape and is provided on the rotary shaft 1 via a sleeve 2 so as to be rotatable together with the rotary shaft 1 .
  • the stationary seal ring 20 has an annular shape and is provided in a non-rotatable and axially movable state on the seal cover 5 fixed to the housing 4 of the equipment to which it is attached.
  • the stationary seal ring 20 is axially biased by the elastic member 7 .
  • the sliding surface 11 of the rotary seal ring 10 and the sliding surface 21 of the stationary seal ring 20 slide in close contact with each other.
  • the sliding surface 21 of the stationary seal ring 20 is a flat surface, and this flat surface is not provided with grooves or the like.
  • the rotary seal ring 10 and the stationary seal ring 20 are typically made 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, 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.
  • the rotating seal ring 10 is adapted to slide relative to the stationary seal ring 20 either clockwise as indicated by the solid arrow or counterclockwise as indicated by the dashed arrow. ing.
  • the direction of the solid line arrow is the forward rotation direction of the rotary seal ring 10, which is the mating seal ring, and the direction of the broken line arrow is the reverse rotation direction.
  • the sliding surface 11 of the rotary seal ring 10 includes a plurality of spiral grooves 12 as dynamic pressure generating grooves, a plurality of introduction grooves 13, a plurality of first grooves 14 which are part of the groove means, and one of the groove means. It is composed of a plurality of second grooves 15 which are parts and lands 16 .
  • introduction grooves 13 for convenience of explanation, one introduction groove 13 is illustrated on the left side of the paper surface in FIG. In some cases, the one disposed adjacent to the introduction groove 13 in the clockwise direction is referred to as another introduction groove 13'. Also, they may be described as another first groove 14' and another second groove 15' communicating with another introduction groove 13'.
  • the spiral groove 12 extends in an arc shape from the opening end 12A toward the outer diameter side while being inclined with a component in the reverse rotation direction. Moreover, the spiral grooves 12 are evenly distributed on the inner diameter side of the sliding surface 11 .
  • the inner diameter side of the spiral groove 12 forms an open end 12A communicating with the inner space S1.
  • the outer diameter side of the spiral groove 12 is a closed closed end portion 12B.
  • the depth of the spiral groove 12 is constant in the extending direction.
  • the introduction groove 13 extends in the shape of a parallelogram from the opening end 13A toward the inner diameter side while being inclined in the reverse rotation direction. Also, the introduction grooves 13 are evenly distributed on the outer diameter side of the sliding surface 11 .
  • An open end 13A on the outer diameter side of the introduction groove 13 communicates with the outer space S2.
  • the inner diameter side of the introduction groove 13 is an inner diameter side wall 13B.
  • a reverse rotation side wall 13C is formed on the introduction groove 13 on the reverse rotation direction side.
  • a positive rotation side wall 13D is formed on the introduction groove 13 on the forward rotation direction side.
  • the depth of the introduction groove 13 is constant in the extending direction.
  • the reverse rotation side wall 13C extends from the outer diameter side to the inner diameter side while being inclined in the reverse rotation direction. Further, the forward rotation side wall 13D is arranged to face the reverse rotation side wall 13C and extends substantially parallel thereto.
  • the first groove 14 is an arcuate groove that extends in the opposite direction of rotation concentrically with the rotary seal ring 10 from the open end 14A.
  • the first grooves 14 are evenly distributed in the radial center of the sliding surface 11 and on the outer diameter side of the spiral grooves 12 .
  • the forward rotation direction side of the first groove 14 is an open end portion 14A that communicates with the inner diameter side end portion of the reverse rotation side wall 13C of the introduction groove 13 . Further, the inner diameter side wall of the first groove 14 is continuous with the inner diameter side wall 13B of the introduction groove 13 . In other words, the first groove 14 is formed so as to allow communication between the outer space S2 and the sealed fluid F at a position most distant from the outer space S2 among the grooves 13, 14, and 15 communicating with the outer space S2. ing.
  • the reverse rotation direction side of the first groove 14 is a closed closed end portion 14B. The depth of the first groove 14 is constant in the extending direction.
  • the open end 14A of the first groove 14 is indicated by a two-dot chain line in FIGS. 3 to 6 for convenience of explanation. This also applies to the open end portion 15A of the second groove 15. As shown in FIG.
  • the second groove 15 is an arcuate groove that extends from the open end 15A concentrically with the rotary seal ring 10 in the forward rotation direction, that is, in the direction opposite to the first groove 14 . Further, the second grooves 15 are evenly distributed on the outer diameter side of the first grooves 14 .
  • the reverse rotation direction side of the second groove 15 is an open end portion 15A that communicates with the center of the outer diameter side of the forward rotation side wall 13D of the introduction groove 13 .
  • a forward rotation direction side of the second groove 15 is a closed end portion 15B.
  • the depth of the second groove 15 is constant in the extending direction.
  • the depths of the spiral groove 12, the introduction groove 13, the first groove 14 and the second groove 15 are substantially the same. Therefore, the spiral groove 12, the introduction groove 13, the first groove 14, and the second groove 15 are given dots of the same density in FIGS.
  • the closed end 15B of one second groove 15 radially overlaps with the closed end 14B of the other first groove 14' on the outer diameter side and the center of the other first groove 14' in the circumferential direction. are placed.
  • the closed end 14B of the other first groove 14' is closer to the one introduction groove 13 than the closed end 15B of the second groove 15 in the circumferential direction. Also, the closed end 15B of one second groove 15 is closer to the other introduction groove 13' than the closed end 14B of the other first groove 14' in the circumferential direction.
  • the portion of the sliding surface 11 other than the spiral groove 12, the introduction groove 13, the first groove 14, and the second groove 15 is a land 16 having a flat surface arranged on the same plane.
  • the flat surface of the land 16 functions as a sliding surface that substantially slides against the sliding surface 21 of the stationary seal ring 20 .
  • FIG. 3 the prevention of leakage of the sealed fluid F into the inner space S1 by the mechanical seal M will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
  • FIG. 3 the prevention of leakage of the sealed fluid F into the inner space S1 by the mechanical seal M will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
  • the stationary seal ring 20 is biased toward the rotating seal ring 10 by the elastic member 7 . Therefore, the sliding surfaces 11 and 21, more specifically, the land 16 of the sliding surface 11 and the sliding surface 21 are in contact with each other.
  • the mechanical seal M prevents the sealed fluid F from leaking from the outer space S2 into the inner space S1.
  • the air A flows into the spiral groove 12 from the inner space S1 through the open end 12A.
  • the sealed fluid F flows into the introduction groove 13 from the outer space S2 through the open end portion 13A. Further, the sealed fluid F flows into the first groove 14 from the introduction groove 13 through the open end portion 14A. Similarly, the sealed fluid F flows into the second groove 15 from the introduction groove 13 through the open end portion 15A.
  • a part of the sealed fluid F flowing into the introduction groove 13 is supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the introduction groove 13 .
  • the sealed fluid F in the introduction groove 13 is supplied between the sliding surfaces 11 and 21 by receiving shear force in the rotational direction.
  • the sealed fluid F flows into the introduction groove 13 even when the rotary seal ring 10 is stopped. Therefore, when the rotary seal ring 10 starts rotating, the sealed fluid F is sufficiently supplied between the sliding surfaces 11 and 21 .
  • the introduction groove 13 is supplied with the sealed fluid F from the outer space S2 through the open end portion 13A. Therefore, a sufficient amount of the sealed fluid F is retained in the introduction groove 13 .
  • the fluid F to be sealed between the sliding surfaces 11 and 21 moves toward the counterclockwise direction relative to the sliding surface 11 due to the shear force generated by the relative sliding of the sliding surfaces 11 and 21. That is, it flows in the direction opposite to the direction of rotation of the rotary seal ring 10 . Note that such a relative fluid flow is simply referred to as fluid flow in the following description.
  • the sealed fluid F flows toward the closed end 14B of the first groove 14, as indicated by the black arrow. At this time, the sealed fluid F flows along the arc-shaped first groove 14 and concentrically with the sliding surface 11 . As a result, dynamic pressure mainly in the circumferential direction is generated in the first groove 14 . In other words, in the first grooves 14, a dynamic pressure component in the radial direction is less likely to occur.
  • the sealed fluid F flowing along the first groove 14 flows out between the land 16 and the sliding surface 21 on the sliding surface 11 from the closed end portion 14B as indicated by the black arrow.
  • a positive pressure is generated at the closed end 14B.
  • the positive pressure in this embodiment refers to a relative positive pressure higher than the ambient pressure.
  • the first groove 14 is supplied with the sealed fluid F from the introduction groove 13 through the open end portion 14A, as indicated by the black arrow. Therefore, a sufficient amount of the sealed fluid F is retained in the first groove 14 .
  • part of the sealed fluid F in the first groove 14 is slightly supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the open end 14A side of the first groove 14 rather than the closed end 14B.
  • the sealed fluid F flows toward the open end 15A of the second groove 15, as indicated by the black arrow. At this time, the sealed fluid F flows along the arc-shaped second groove 15 and concentrically with the sliding surface 11 . As a result, a dynamic pressure component in the radial direction is less likely to occur within the second groove 15 .
  • the sealed fluid F flowing along the second groove 15 flows into the introduction groove 13 through the open end 15A as indicated by the black arrow.
  • negative pressure is generated at the closed end 15B of the second groove 15 .
  • part of the sealed fluid F between the land 16 and the sliding surface 21 on the sliding surface 11 flows into the second groove 15 from the closed end 15B, as indicated by the black arrow. Therefore, a sufficient amount of the sealed fluid F is retained in the second groove 15 .
  • the negative pressure in this embodiment refers to a relative negative pressure that is lower than the ambient pressure.
  • part of the sealed fluid F in the second groove 15 is slightly supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the open end 15A side of the second groove 15 rather than the closed end 15B.
  • the sealed fluid F is also supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the first groove 14 and the second groove 15 . Therefore, as compared with the structure having only the introduction groove 13 as in Patent Document 1, the efficiency of forming the liquid film is high.
  • the closed end 14B of the other first groove 14' is arranged close to the one introduction groove 13. Therefore, the amount of movement in the radial direction of the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the closed end portion 14B is small. As a result, the water flows into one of the introduction grooves 13 positioned downstream in the flow direction. As a result, the other first grooves 14 ′ can efficiently collect the sealed fluid F into the one introduction groove 13 .
  • the introduction groove 13, which is inclined in the reverse rotation direction from the outer diameter side to the inner diameter side, has a reverse rotation side wall 13C that allows the sealed fluid F, which is about to move in the reverse rotation direction from the opening end 13A side, to flow through the reverse rotation side wall 13C.
  • 1 groove 14 can be easily guided. As a result, a stable positive pressure is generated at the closed end 14B.
  • the sealed fluid F which has a higher specific gravity than the atmosphere A, is easily pushed out to the outer space S2 by centrifugal force. Therefore, the second groove 15 arranged on the outer diameter side can easily recover the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 11 and 21 .
  • the atmosphere A moves to the closed end 12B as indicated by the white arrow, and positive pressure is generated at the closed end 12B.
  • the atmosphere A flows between the sliding surfaces 11 and 21, so the sealed fluid F in the vicinity of the spiral groove 12 is returned to the outer diameter side.
  • a liquid film is formed on the outer diameter side of the circumferential region along the closed end portion 12B of each spiral groove 12, and an air film is formed on the inner diameter side. is formed.
  • the mechanical seal M prevents the sealed fluid F from leaking into the inner space S1 when the rotary seal ring 10 rotates at a low speed. Moreover, lubricity between the sliding surfaces 11 and 21 can be ensured, and wear between the sliding surfaces 11 and 21 can be suppressed.
  • the air A flows out between the land 16 and the sliding surface 21 of the sliding surface 11.
  • the atmosphere A is collected in the second groove 15 at the closed end 15B of the second groove 15 .
  • Most of the air A collected in the second groove 15 flows into the first groove 14 through the introduction groove 13 .
  • the mechanical seal M ensures lubricity between the sliding surfaces 11 and 21 by means of the air film, and suppresses wear between the sliding surfaces 11 and 21. be able to.
  • the sealed fluid F is supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the introduction groove 13, the first groove 14 and the second groove 15, as in the case of forward rotation.
  • the sealed fluid F flowing between the sliding surfaces 11 and 21 is directed clockwise with respect to the sliding surface 11, that is, in the direction opposite to the rotation direction of the rotary seal ring 10. flow to
  • the sealed fluid F flows toward the closed end 15B of the second groove 15, as indicated by the black arrow.
  • a dynamic pressure component in the radial direction is less likely to occur within the second groove 15 .
  • the sealed fluid F flowing along the second groove 15 flows out between the land 16 on the sliding surface 11 and the sliding surface 21 from the closed end 15B as indicated by the black arrow. As a result, a positive pressure is generated at the closed end 15B.
  • the second groove 15 is supplied with the sealed fluid F from the introduction groove 13 through the open end 15A, as indicated by the black arrow. Therefore, a sufficient amount of the sealed fluid F is retained in the second groove 15 .
  • the sealed fluid F flows toward the open end 14A of the first groove 14, as indicated by the black arrow.
  • a dynamic pressure component in the radial direction is less likely to occur within the first groove 14 .
  • the sealed fluid F flowing along the first groove 14 flows into the introduction groove 13 through the open end 14A as indicated by the black arrow.
  • the positive pressure generated in the second groove 15 facilitates the supply of the sealed fluid F in the introduction groove 13 to the second groove 15 .
  • the amount of the sealed fluid F that flows into the inner diameter side wall 13B side of the introduction groove 13 per unit time is reduced compared to the configuration provided with only the introduction groove 13 as in Patent Document 1.
  • the mechanical seal M makes it difficult for the sealed fluid F to leak into the inner space S1.
  • the closed end 15B of one of the second grooves 15 is arranged close to the other introduction groove 13'. Therefore, the amount of movement in the radial direction of the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the closed end 15B is small. As a result, it flows into another introduction groove 13' located downstream in the flow direction. As a result, the one second groove 15 can efficiently collect the sealed fluid F into the other introduction groove 13'.
  • the closed end 14B of the other first groove 14' is arranged in the center of the one second groove 15 in the circumferential direction. Therefore, the other first groove 14' is not only the closed end portion 15B of the one second groove 15, but also the closed end portion 15A side of the closed end portion 15B, which is supplied between the sliding surfaces 11 and 21 to be sealed. Fluid F can be collected over a wide range.
  • the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 11 and 21 on the inner diameter side of the second groove 15 in one of the introduction grooves 13 passes through the other first groove 14' disposed on the downstream side in the flow direction. is withdrawn by the negative pressure generated at the closed end 14B at .
  • the closed end 14B of the other first groove 14' is arranged close to the one introduction groove 13.
  • the other first groove 14 ′ can efficiently collect the sealed fluid F supplied directly between the sliding surfaces 11 and 21 from the one introduction groove 13 .
  • the introduction groove 13 which is inclined in the forward rotation direction from the inner diameter side toward the outer diameter side, is designed to allow the sealed fluid F, which is about to move in the forward rotation direction from the first groove 14 side, into the second direction by the forward rotation side wall 13D. It is easy to guide it to the groove 15. ⁇ This makes it easier for the sealed fluid F to flow from the vicinity of the inner diameter side wall 13B closest to the spiral groove 12 to the opening end portion 13A side in the introduction groove 13 .
  • the sealed fluid F that has flowed into the introduction groove 13 from the first groove 14 either flows into the second groove 15 or is returned to the outer space S2 from the open end 13A of the introduction groove 13 .
  • a negative pressure is stably generated at the closed end 14B.
  • the mechanical seal M prevents the sealed fluid F from leaking into the inner space S1 when the rotary seal ring 10 rotates in the reverse direction. Moreover, lubricity between the sliding surfaces 11 and 21 can be ensured, and wear between the sliding surfaces 11 and 21 can be suppressed.
  • the mechanical seal M of the present embodiment configured as described above is different from the configuration in which only the land is formed between the adjacent introduction grooves as in Patent Document 1, the second groove 15 And the sealed fluid F that has flowed into one introduction groove 13 can be efficiently flowed into the other introduction groove 13' through the other first groove 14'.
  • the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 11 and 21 when the rotary seal ring 10 is rotating in reverse is introduced into the other through one second groove 15 and the other first groove 14'. It is collected in groove 13'.
  • first grooves 14, 14', ... and the second grooves 15, 15', ... are less likely to produce radial dynamic pressure in either direction of rotation.
  • the introduction groove 13 is arranged in the extending direction of the first groove 14 and the second groove 15 . Therefore, the other first groove 14' and the one second groove 15 make it easier for the sealed fluid F that has flowed into the one introduction groove 13 to flow into the one introduction groove 13 or the other introduction groove 13'. .
  • the introduction groove 13, the first groove 14 and the second groove 15 have substantially the same depth as described above. Therefore, regardless of whether the rotational direction of the rotary seal ring 10 is forward rotation or reverse rotation, the sealed fluid F flows smoothly through the introduction groove 13, the first groove 14, and the second groove 15. there is
  • the spiral groove 12 , the introduction groove 13 , the first groove 14 and the second groove 15 are formed in the rotary seal ring 10 . Therefore, since the positions of the spiral groove 12, the introduction groove 13, the first groove 14, and the second groove 15 do not change even during relative rotation, the sealed fluid F that has flowed into the introduction groove 13 is It is possible to smoothly flow to another introduction groove 13 through 15. - ⁇
  • the spiral groove 12, the introduction groove 13, the first groove 14, and the second groove 15 have been described as having substantially the same depth. .
  • the spiral groove 12, the introduction groove 13, the first groove 14, and the second groove 15 have been described as having a constant depth in the extending direction, but the depth is not limited to this, and the depth may gradually change. It may change stepwise.
  • the sliding surface 111 of the rotary seal ring 110 of the second embodiment is composed of a plurality of spiral grooves 12, a plurality of introduction grooves 113, a plurality of first grooves 14, a plurality of second grooves 15, and a land 116. It is
  • the introduction groove 113 is a rectangular groove extending in the inner diameter direction from the open end communicating with the outer space S2.
  • the introduction groove 113 facilitates stable lubrication between the sliding surfaces 111 and 21 regardless of whether the rotary seal ring 110 rotates forward or backward.
  • the shape of the introduction groove may be changed as appropriate.
  • the sliding surface 211 of the rotary seal ring 210 of the third embodiment includes a plurality of spiral grooves 12, a plurality of first introduction grooves 217, a plurality of second introduction grooves 218, a plurality of first grooves 14, a plurality of and the land 216 .
  • the first introduction groove 217 is a rectangular groove extending in the inner diameter direction from the open end communicating with the outer space S2. Also, the first groove 14 communicates with the first introduction groove 217 .
  • the second introduction groove 218 is a rectangular groove extending in the inner diameter direction from the open end communicating with the outer space S2. Also, the second groove 15 communicates with the second introduction groove 218 .
  • the sealed fluid F is supplied to the first groove 14 through the first introduction groove 217 . Also, the sealed fluid F is returned from the second groove 15 through the first introduction groove 217 to the outer space S2.
  • the flow direction of the sealed fluid F in the first introduction groove 217 and the flow direction of the sealed fluid F in the second introduction groove 218 can be made different.
  • the introduction groove may be divided into two or more. In other words, only one of the first groove and the second groove may be arranged to communicate with one introduction groove.
  • the sliding surface 311 of the rotary seal ring 310 of the fourth embodiment is composed of a plurality of spiral grooves 12, a plurality of introduction grooves 313, a plurality of first grooves 314, a plurality of second grooves 315, and a land 316. It is
  • the first groove 314 is provided at substantially the same position in the radial direction as the second groove 315 , that is, on the extension direction of the second groove 315 . Furthermore, the first groove 314 is circumferentially separated from the second groove 315 . In other words, the first groove 314 and the second groove 315 do not radially overlap.
  • the radial positions of the first groove and the second groove may be changed as appropriate.
  • the sliding surface 411 of the rotary seal ring 410 of the fifth embodiment is composed of a plurality of spiral grooves 12, a plurality of introduction grooves 413, a plurality of second grooves 415, and a land 416.
  • the closed end 415B of the second groove 415 extends to the vicinity of the adjacent introduction groove 413 located on the forward rotation direction side.
  • the sealed fluid F is supplied between the sliding surfaces 411 and 21 from the introduction groove 413 and the second groove 415 .
  • the positive pressure generated in the second groove 415 facilitates the supply of the sealed fluid F in the introduction groove 413 to the second groove 415 .
  • the groove means may consist of only the second grooves.
  • the groove means may consist only of the first groove.
  • Example 6 a sliding element according to Example 6 will be described with reference to FIG. Note that descriptions of configurations that are the same as those of Examples 1 to 5 and overlap will be omitted.
  • the sliding surface 511 of the rotary seal ring 510 of the fifth embodiment is composed of a plurality of spiral grooves 12, a plurality of introduction grooves 513, a plurality of third grooves 519 as groove means, and lands 516.
  • the third grooves 519 are evenly distributed on the outer diameter side of the sliding surface 511 in the same manner as the second grooves 15 in the first embodiment.
  • the third groove 519 is a groove extending in the circumferential direction concentrically with the rotary seal ring 510 .
  • the third groove 519 has a closed end 519A located on the reverse rotation direction side and a closed end 519B located on the forward rotation direction side. That is, the third groove 519 does not communicate with the introduction groove 513 positioned on the reverse rotation direction side and the introduction groove 513 positioned on the forward rotation direction side adjacent in the circumferential direction.
  • the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 511 and 21 from the introduction groove 513 on the forward rotation direction side is collected in the closed end portion 519B located on the downstream side in the flow direction.
  • the sealed fluid F flowing out between the sliding surfaces 511 and 21 from the closed end portion 519A is collected in the introduction groove 513 on the reverse rotation direction side located on the downstream side in the flow direction.
  • the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 511 and 21 from the introduction groove 513 on the reverse rotation direction side is collected in the closed end portion 519A located on the downstream side in the flow direction. Further, the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 511 and 21 from the closed end 519B is collected in the introduction groove 513 on the forward rotation direction side located on the downstream side in the flow direction.
  • the groove means may have a structure that can assist recovery of the sealed fluid F by the introduction groove, and does not have to communicate with the introduction groove.
  • the sliding surface 611 of the rotary seal ring 610 of the seventh embodiment includes a plurality of deep grooves 612 that are part of the dynamic pressure generating grooves, Rayleigh steps 632 that are part of the dynamic pressure generating grooves, and a plurality of introduction grooves. 13 , a plurality of first grooves 14 that are part of the groove means, a plurality of second grooves 15 that are part of the groove means, and lands 616 .
  • the deep groove 612 is a rectangular groove whose inner diameter side opening end communicates with the inner space S1 and extends in the outer diameter direction from the opening end.
  • the deep grooves 612 are evenly distributed on the inner diameter side of the sliding surface 611 .
  • the depth of the deep groove 612 is constant in the extending direction. Moreover, the depth of the deep groove 612 is deeper than the introduction groove 13 , the first groove 14 and the second groove 15 . Therefore, in FIG. 11, the deep grooves 612 are marked with high-density dots.
  • the Rayleigh step 632 is an arc-shaped groove that extends in the opposite direction of rotation concentrically with the rotary seal ring 610 from the open end.
  • the Rayleigh steps 632 are evenly distributed in the center of the sliding surface 611 in the radial direction and on the inner diameter side of the first groove 14 .
  • the forward rotation direction side of the Rayleigh step 632 is an open end communicating with the reverse rotation direction side of the radial outer diameter end of the deep groove 612 . Further, the reverse rotation direction side of the Rayleigh step 632 is a closed closed end.
  • the depth of the Rayleigh step 632 is constant in the stretching direction. Also, the depth of the Rayleigh step 632 is shallower than that of the introduction groove 13 , the first groove 14 and the second groove 15 . Therefore, the Rayleigh step 632 in FIG. 11 is marked with a low density dot.
  • the atmosphere A is always stored in the deep groove 612 .
  • the atmosphere A stably flows into the Rayleigh step 632 . Therefore, the Rayleigh step 632 can stably generate positive pressure.
  • the dynamic pressure generating groove is not limited to the spiral groove 12, and may be changed as appropriate.
  • depths of the deep groove 612 and the Rayleigh step 632 may be changed as appropriate.
  • the mechanical seal of the eighth embodiment is a so-called outside type in which the sealed fluid F exists in the inner space S11 and the atmosphere A exists in the outer space S12.
  • the sliding surface 711 of the rotary seal ring 710 is composed of a plurality of spiral grooves 712, a plurality of introduction grooves 713, a plurality of first grooves 714, a plurality of second grooves 715, and a land 716.
  • the spiral grooves 712 are evenly distributed on the outer diameter side of the sliding surface 711 .
  • the spiral groove 712 communicates with the outer space S12 at its open end on the outer diameter side, and extends in the reverse rotation direction with respect to the communicating point.
  • the introduction grooves 713 are evenly distributed on the inner diameter side of the sliding surface 711 .
  • the introduction groove 713 communicates with the inner space S11 at the opening end on the inner diameter side thereof, and extends in the reverse rotation direction and the outer diameter direction with reference to the communication point.
  • the first grooves 714 are evenly distributed in the center of the sliding surface 711 in the radial direction and on the inner diameter side of the spiral grooves 712 .
  • the opening end of the first groove 714 on the forward rotation direction side communicates with the inner diameter end of the reverse rotation side wall of the introduction groove 713 , and extends in the reverse rotation direction based on the communication point.
  • the second grooves 715 are evenly distributed on the inner diameter side of the sliding surface 711 .
  • the second groove 715 has an open end located on the reverse rotation direction side that communicates with the center of the inner diameter side of the forward rotation side wall of the introduction groove 713 and extends in the forward rotation direction with respect to the communicating point.
  • a positive pressure is generated at the closed end of the spiral groove 712 when the rotary seal ring 710 rotates forward.
  • the introduction groove 713 introduces the sealed fluid F between the sliding surfaces 711 and 21 . Also, a positive pressure is generated at the closed end of the first groove 714 . Furthermore, a negative pressure is generated at the closed end of the second groove 715 .
  • the lubricity on the pair of sliding surfaces 711 and 21 is improved regardless of whether the relative rotation is normal and low speed or when the relative rotation is normal and high speed.
  • the sealed fluid F is collected into the introduction groove 713 through the first groove 714 and the second groove 715 .
  • a pair of sliding surfaces having dynamic pressure generating grooves, introduction grooves and groove means may be applied to outside type mechanical seals.
  • the dynamic pressure generating groove, the introduction groove, the first groove and the second groove are formed in the rotary seal ring. may be formed. Further, the dynamic pressure generating groove is formed in one of the rotary seal ring and the stationary seal ring, and the introduction groove, the first groove and the second groove are formed in the other of the rotary seal ring and the stationary seal ring. good.
  • the fluid to be sealed relatively flows in the same direction as the relative rotation direction with respect to the sliding surface of the stationary seal ring.
  • the first groove extends in the forward rotation direction from the introduction groove and is formed in the stationary seal ring.
  • the second groove extends in the counter-rotating direction from the introduction groove. That is, in the case of positive relative rotation, the first groove is the groove on the side into which the fluid to be sealed flows from the introduction groove, and the second groove is the groove on the side into which the fluid to be sealed flows into the introduction groove.
  • 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 was explained to be air, which is a low-pressure gas. It may be mist-like.
  • the first groove and the second groove are configured to generate a positive pressure or a negative pressure at the respective closed end portions. It may be a configuration that occurs little or not at all.
  • the first groove and the second groove have been described as having an arc shape, but the shape is not limited to this, and may be linear or polygonal. may be changed as appropriate.

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Abstract

正回転、逆回転いずれの相対回転方向であっても、被密封流体が漏れ側の空間に漏出することを防止することができる摺動要素を提供する。　摺動面１１，２１同士が相対回転して摺動する一対の摺動部材１０，２０を備え、摺動面１０は、被密封流体Ｆ側の空間Ｓ２に連通している複数の低速回転用の導入溝１３，１３'を有し、摺動面１０は、漏れ側の空間Ｓ１に連通している高速回転用の動圧発生溝１２を有する摺動要素Ｍであって、低速回転用の導入溝１３，１３'を有する摺動面１１には、動圧発生溝１２よりも被密封流体Ｆ側に配置され、隣り合う導入溝１３，１３'間にて被密封流体Ｆを流通可能とする溝手段１４，１５'がさらに設けられている。

Description

摺動要素
　本発明は、摺動要素、例えば軸封や軸受に用いられる一対の摺動部材を有する摺動要素に関する。
　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要素として、例えば一対の摺動部材の摺動面同士を相対摺動させ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の低減が望まれており、摺動面同士を離間させるための動圧発生溝が摺動面に設けられているものがある。
　例えば、特許文献１に示されるメカニカルシールは、一方の摺動部材における摺動面に、被密封流体側に連通している導入溝と、漏れ側に連通している動圧発生溝としてのスパイラル溝と、が複数個ずつ設けられている。導入溝は被密封流体側から周方向他方に傾斜しながら内径方向に延びている。また、スパイラル溝は漏れ側から周方向一方に傾斜しながら外径方向に延びている。
　摺動部材の相対回転速度が低速である場合に、導入溝は、摺動面間に被密封流体を導入する。これにより摺動面間に液膜が形成されるため、導入溝は、一対の摺動面における潤滑性の向上に寄与することができる。また、スパイラル溝は、わずかに漏れ側の気体を吸い込む。この気体によって被密封流体が漏れ側に移動することが防止されるため、スパイラル溝は、被密封流体の漏れ側への漏出防止に寄与することができる。
　一方、摺動部材の相対回転速度が高速である場合に、漏れ側の気体を吸込むスパイラル溝では、摺動面の外径側に位置する閉塞端部において正圧が発生じる。この正圧により僅かに摺動面同士が離間されるため、スパイラル溝は、一対の摺動面における潤滑性の向上に寄与することができる。また、摺動部材の相対回転速度が低速である場合と同様に、摺動面間に気体を吸引するスパイラル溝は、被密封流体の漏れ側への漏出防止に寄与することができる。
国際公開２０１８／０５１８６７号（第１０頁、第３図）
　ところで、回転機械の種類によっては、回転方向を状況に応じて切り換えるものもある。そこで、摺動部材同士の相対回転が正回転に限らず、逆回転であっても対応できるメカニカルシールが望まれている。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、摺動部材の相対回転が逆回転である場合に、導入溝から被密封流体が摺動面間に供給されて潤滑性が確保されるものの、摺動面間に供給された被密封流体がスパイラル溝に流入し漏れ側の空間に漏出する虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、正回転、逆回転いずれの相対回転方向であっても、被密封流体が漏れ側の空間に漏出することを防止することができる摺動要素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、本発明の摺動要素は、
　摺動面同士が相対回転して摺動する一対の摺動部材を備え、
　少なくとも一つの前記摺動面は、被密封流体側の空間に連通している複数の低速回転用の導入溝を有し、
　少なくとも一つの前記摺動面は、漏れ側の空間に連通している高速回転用の動圧発生溝を有する摺動要素であって、
　前記低速回転用の導入溝を有する前記摺動面には、前記動圧発生溝よりも前記被密封流体側に配置され、隣り合う前記導入溝間にて前記被密封流体を流通可能とする溝手段がさらに設けられている。
　これによれば、相対回転が正回転かつ低速である場合に、導入溝は被密封流体を摺動面間に導入する。これにより一対の摺動面における潤滑性は向上する。また、相対回転が正回転かつ高速である場合に、動圧発生溝は漏れ側の流体を摺動面間に導入する。これにより一対の摺動面における潤滑性は向上する。一方、相対回転が逆回転の場合に、導入溝は被密封流体を摺動面間に導入する。これにより一対の摺動面における潤滑性は向上する。また、溝手段は、一の導入溝に流入した被密封流体を、隣りの導入溝に効率よく流入させることができる。すなわち、被密封流体は溝手段を通じて導入溝に回収される。このように、溝手段は、被密封流体の動圧発生溝を通じた漏れ側の空間への漏出防止に寄与することができる。
　前記溝手段は、前記導入溝から延びる第１溝および前記導入溝から前記第１溝とは反対方向に延びる第２溝であってもよい。
　これによれば、回転方向に応じて、第１溝または第２溝では正圧が生じる。これにより、第１溝または第２溝は、一対の摺動面における潤滑性の向上に寄与することができる。
　前記第１溝および前記第２溝は、円弧状に延びていてもよい。
　これによれば、円弧状に形成されている第１溝および第２溝では、径方向成分の正圧や負圧である動圧が生じにくくなっている。そのため、第１溝および第２溝は、被密封流体を一の導入溝から隣の導入溝に流入させやすくなっている。
　一の前記導入溝の前記第１溝における端部は、隣接する前記導入溝の前記第２溝における端部よりも前記漏れ側に配置されていてもよい。
　これによれば、相対回転が逆回転である場合に、第１溝は第２溝から流出した被密封流体を効率よく回収することができる。
　一の前記導入溝の前記第１溝は、隣接する前記導入溝の前記第２溝と径方向に一部重なって配置されていてもよい。
　これによれば、相対回転が逆回転である場合に、第１溝は第２溝から流出した被密封流体をより効率よく被密封流体を回収することができる。
　前記導入溝、前記第１溝、および前記第２溝は、深さが同一であってもよい。
　これによれば、導入溝、第１溝、および第２溝は、相対回転が正回転であっても、逆回転であっても、導入溝と第１溝および第２溝との被密封流体の流れが円滑となっている。
　一方の前記摺動部材は、前記低速回転用の導入溝と、前記高速回転用の動圧発生溝と、前記溝手段を有している。
　これによれば、低速回転用の導入溝、高速回転用の動圧発生溝、および溝手段の位置が相対回転時にも変わらないため、被密封流体を隣接する導入溝にスムーズに流すことができる。
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における回転密封環における摺動面を軸方向から見た図である。 実施例１において相対回転が正回転かつ低速である場合における回転密封環における摺動面を軸方向から見た拡大図である。 実施例１において相対回転が正回転かつ高速である場合における回転密封環における摺動面を軸方向から見た拡大図である。 実施例１において相対回転が逆回転である場合における回転密封環における摺動面を軸方向から見た拡大図である。 本発明の実施例２における回転密封環における摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例３における回転密封環における摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例４における回転密封環における摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例５における回転密封環における摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例６における回転密封環における摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例７における回転密封環における摺動面を軸方向から見た図である。 本発明の実施例８における回転密封環における摺動面を軸方向から見た図である。
　本発明に係る摺動要素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に係る摺動要素につき、図１から図５を参照して説明する。なお、本実施例においては、一対の摺動部材を有する摺動要素として一対の回転密封環および静止密封環を有するメカニカルシールを例に挙げ説明する。なお、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に示されるように、本実施例のメカニカルシールＭは、大気Ａが存在している内空間Ｓ１に、外空間Ｓ２に存在している被密封流体Ｆが漏出することを防止する、いわゆるインサイド型のものである。
　本実施例において、被密封流体Ｆは高圧の液体である。また、大気Ａは被密封流体Ｆよりも低圧の気体である。すなわち、メカニカルシールＭを構成する密封環の内径側は漏れ側（低圧側）である。また、外径側は被密封流体側（高圧側）である。なお、本発明では、被密封流体に漏れ側の流体が混在しても問題のない組み合わせとすることが好ましい。
　メカニカルシールＭは、回転密封環１０と、静止密封環２０と、から主に構成されている。回転密封環１０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２０は、円環状をなし、被取付機器におけるハウジング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。
　静止密封環２０は弾性部材７によって軸方向に付勢されている。これにより、回転密封環１０における摺動面１１および静止密封環２０における摺動面２１は、互いに密接摺動するようになっている。なお、静止密封環２０における摺動面２１は平坦面となっており、この平坦面には溝等が設けられていない。
　回転密封環１０および静止密封環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。なお、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、回転密封環１０は、実線矢印で示されるように時計回り、または破線矢印で示されるように反時計回りに静止密封環２０に対して相対摺動するようになっている。以下、実線矢印の方向を相手側密封環である回転密封環１０の正回転方向、破線矢印の方向を逆回転方向側として説明する。
　回転密封環１０における摺動面１１は、動圧発生溝としての複数のスパイラル溝１２と、複数の導入溝１３と、溝手段の一部である複数の第１溝１４と、溝手段の一部である複数の第２溝１５と、ランド１６によって構成されている。
　以降において、複数のスパイラル溝１２は同じ形状であるので必要がなければ一つのスパイラル溝１２について説明を行う。これは導入溝１３、第１溝１４、第２溝１５についても同様である。
　また、導入溝１３については、説明の便宜上、図３において紙面左側に図示されているものを一の導入溝１３、一の導入溝１３よりも同紙面右側に図示されているもの、言い換えれば一の導入溝１３よりも時計回り方向隣に配置されているものを他の導入溝１３’と記載する場合もある。また、他の導入溝１３’に連通している他の第１溝１４’、他の第２溝１５’と記載する場合もある。
　図２，３に示されるように、スパイラル溝１２は、開口端部１２Ａ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円弧状に延びている。また、スパイラル溝１２は、摺動面１１の内径側において等配されている。
　スパイラル溝１２における内径側は、内空間Ｓ１に連通している開口端部１２Ａとなっている。スパイラル溝１２における外径側は、閉塞された閉塞端部１２Ｂとなっている。スパイラル溝１２の深さは、延伸方向に一定となっている。
　導入溝１３は、開口端部１３Ａから内径側に向けて逆回転方向に傾斜して平行四辺形状に延びている。また、導入溝１３は、摺動面１１の外径側において等配されている。
　導入溝１３における外径側の開口端部１３Ａは、外空間Ｓ２に連通している。導入溝１３における内径側は、内径側壁１３Ｂとなっている。導入溝１３における逆回転方向側は、逆回転側壁１３Ｃとなっている。導入溝１３における正回転方向側は、正回転側壁１３Ｄとなっている。導入溝１３の深さは、延伸方向に一定となっている。
　逆回転側壁１３Ｃは、外径側から内径側に向けて逆回転方向に傾斜して延びている。また、正回転側壁１３Ｄは、逆回転側壁１３Ｃに対向配置されて略平行に延びている。
　第１溝１４は、開口端部１４Ａから回転密封環１０と同心円状に逆回転方向に延びる円弧状の溝である。また、第１溝１４は、摺動面１１の径方向中央かつスパイラル溝１２よりも外径側において等配されている。
　第１溝１４において正回転方向側は、導入溝１３における逆回転側壁１３Ｃの内径側端部に連通している開口端部１４Ａとなっている。また、第１溝１４における内径側壁は、導入溝１３における内径側壁１３Ｂと連続している。言い換えれば、第１溝１４は、外空間Ｓ２に連通している各溝１３，１４，１５のうち外空間Ｓ２から最も離間した位置にて外空間Ｓ２と被密封流体Ｆを流通可能に形成されている。第１溝１４における逆回転方向側は、閉塞された閉塞端部１４Ｂとなっている。第１溝１４の深さは、延伸方向に一定となっている。
　なお、導入溝１３および第１溝１４は連続しているため、図３～図６においては、説明の便宜上、第１溝１４における開口端部１４Ａを二点鎖線で示している。これは、第２溝１５における開口端部１５Ａについても同様である。
　第２溝１５は、開口端部１５Ａから回転密封環１０と同心円状に正回転方向、すなわち第１溝１４とは反対方向に延びる円弧状の溝である。また、第２溝１５は、第１溝１４よりも外径側に等配されている。
　第２溝１５において逆回転方向側は、導入溝１３における正回転側壁１３Ｄの外径側中央寄りに連通している開口端部１５Ａとなっている。第２溝１５における正回転方向側は、閉塞された閉塞端部１５Ｂとなっている。第２溝１５の深さは、延伸方向に一定となっている。
　また、スパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５の深さは、略同一である。そのため、スパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５には、図２～図５において同じ密度のドットを付している。
　また、一の第２溝１５における閉塞端部１５Ｂは、他の第１溝１４’における閉塞端部１４Ｂよりも外径側、かつ他の第１溝１４’における周方向中央と径方向に重なって配置されている。
　これにより、他の第１溝１４’における閉塞端部１４Ｂは、周方向において、第２溝１５における閉塞端部１５Ｂよりも一の導入溝１３に近接している。また、一の第２溝１５における閉塞端部１５Ｂは、周方向において、他の第１溝１４’における閉塞端部１４Ｂよりも他の導入溝１３’に近接している。
　また、摺動面１１におけるスパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４、第２溝１５以外の部分は同一平面状に配置された平坦面を有するランド１６となっている。このランド１６における平坦面は静止密封環２０における摺動面２１と実質的に摺動する摺動面として機能している。
　次に、メカニカルシールＭによる被密封流体Ｆの内空間Ｓ１への漏出防止について、図３～図５を参照して説明する。
　まず、回転密封環１０の回転が停止している場合について説明する。静止密封環２０は、弾性部材７によって回転密封環１０側に付勢されている。そのため、摺動面１１，２１同士、より詳しくは摺動面１１におけるランド１６と摺動面２１は接触状態となっている。
　これにより、メカニカルシールＭは、外空間Ｓ２より内空間Ｓ１に被密封流体Ｆが漏出することを防止している。
　一方、スパイラル溝１２には、開口端部１２Ａを通じて内空間Ｓ１より大気Ａが流入している。
　他方、導入溝１３には、開口端部１３Ａを通じて外空間Ｓ２より被密封流体Ｆが流入している。また、第１溝１４には、開口端部１４Ａを通じて導入溝１３から被密封流体Ｆが流入している。同様に、第２溝１５には、開口端部１５Ａを通じて導入溝１３から被密封流体Ｆが流入している。
　次いで、回転密封環１０が低速で正回転している場合における、メカニカルシールＭの動作について説明する。
　導入溝１３に流入している被密封流体Ｆの一部は、導入溝１３から摺動面１１，２１間に供給される。詳しくは導入溝１３内の被密封流体Ｆは回転方向のせん断力を受けることで摺動面１１，２１間に供給される。上述したように、回転密封環１０が停止している場合にも導入溝１３に被密封流体Ｆは流入している。そのため、回転密封環１０が回転し始めると、被密封流体Ｆは摺動面１１，２１間に十分に供給されていく。一方で導入溝１３には、開口端部１３Ａを通じて外空間Ｓ２より被密封流体Ｆが供給されていく。そのため、導入溝１３には十分な量の被密封流体Ｆが保たれる。
　ここで、摺動面１１，２１間の被密封流体Ｆは、摺動面１１，２１同士の相対摺動により生じるせん断力により、摺動面１１に対して相対的に反時計回り方向側、すなわち回転密封環１０の回転方向とは逆方向に流れる。なお、このような相対的な流体の流れについて、以降の説明において単に流体の流れと記載する。
　第１溝１４（図３における第１溝１４’も参照）では、黒塗り矢印で示すように、被密封流体Ｆが第１溝１４における閉塞端部１４Ｂに向かって流れる。このとき、被密封流体Ｆは、円弧状に形成されている第１溝１４に沿って、摺動面１１と同心円弧に沿って流れる。これにより、第１溝１４内では、主に周方向成分の動圧が生じる。言い換えれば、第１溝１４では、径方向成分の動圧が生じにくくなっている。
　そして、第１溝１４に沿って流れる被密封流体Ｆは、黒塗り矢印で示すように、閉塞端部１４Ｂより摺動面１１におけるランド１６と摺動面２１間に流出する。これにより、閉塞端部１４Ｂでは正圧が発生する。なお、本実施例における正圧とは、周囲の圧力よりも高い相対的な正圧を指す。
　一方で第１溝１４には、黒塗り矢印で示すように、開口端部１４Ａを通じて導入溝１３より被密封流体Ｆが供給されていく。そのため、第１溝１４には十分な量の被密封流体Ｆが保たれる。
　また、第１溝１４内の被密封流体Ｆの一部は、第１溝１４における閉塞端部１４Ｂよりも開口端部１４Ａ側からも僅かに摺動面１１，２１間に供給される。
　第２溝１５（図３における第２溝１５’も参照）では、黒塗り矢印で示すように、被密封流体Ｆが第２溝１５における開口端部１５Ａに向かって流れる。このとき、被密封流体Ｆは、円弧状に形成されている第２溝１５に沿って、摺動面１１と同心円弧に沿って流れる。これにより、第２溝１５内では、径方向成分の動圧が生じにくくなっている。
　そして、第２溝１５に沿って流れる被密封流体Ｆは、黒塗り矢印で示すように、開口端部１５Ａを通じて導入溝１３に流入する。
　一方で第２溝１５における閉塞端部１５Ｂでは負圧が発生する。これにより、黒塗り矢印で示すように、摺動面１１におけるランド１６と摺動面２１間の被密封流体Ｆの一部は閉塞端部１５Ｂより第２溝１５に流入する。そのため、第２溝１５には十分な量の被密封流体Ｆが保たれる。なお、本実施例における負圧とは、周囲の圧力よりも低い相対的な負圧を指す。
　また、第２溝１５内の被密封流体Ｆの一部は、第２溝１５における閉塞端部１５Ｂよりも開口端部１５Ａ側からも僅かに摺動面１１，２１間に供給される。
　これらのように、導入溝１３からの被密封流体Ｆの供給に加え、第１溝１４および第２溝１５からも被密封流体Ｆは摺動面１１，２１間に供給される。そのため、特許文献１のように導入溝１３だけを備える構成と比較して、液膜を形成する効率が良い。
　また、第１溝１４における閉塞端部１４Ｂにおいて正圧が生じるため、メカニカルシールＭは摺動面１１，２１間に被密封流体Ｆをさらに導入しやすくなっている。その一方で、第２溝１５における閉塞端部１５Ｂにおいて負圧が生じるため、メカニカルシールＭは摺動面１１，２１が過度に離間することを防止している。
　また、他の第１溝１４’における閉塞端部１４Ｂは、一の導入溝１３に近接配置されている。そのため、閉塞端部１４Ｂより摺動面１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは、径方向への移動量が小さい。このことから、流れ方向下流側に位置する一の導入溝１３に流れる。これにより、他の第１溝１４’は、一の導入溝１３に被密封流体Ｆを効率よく回収させることができる。
　また、外径側から内径側に向けて逆回転方向に傾斜している導入溝１３は、その開口端部１３Ａ側から逆回転方向に移動しようとする被密封流体Ｆを逆回転側壁１３Ｃによって第１溝１４に導きやすくなっている。このことから、閉塞端部１４Ｂでは正圧が安定して生じる。
　さらに、第２溝１５における開口端部１５Ａを通じて導入溝１３に流入した被密封流体Ｆの大半は、第１溝１４に流入するか導入溝１３の開口端部１３Ａから外空間Ｓ２に戻されることとなる。これにより、第２溝１５において被密封流体Ｆは停滞しにくくなっている。このことから、閉塞端部１５Ｂでは負圧が安定して生じる。
　加えて、インサイド型では、大気Ａよりも比重の大きい被密封流体Ｆは、遠心力によって外空間Ｓ２へと押し出されやすくなっている。そのため、外径側に配置されている第２溝１５は、摺動面１１，２１間に供給された被密封流体Ｆを回収しやすくなっている。
　一方、スパイラル溝１２では、白抜き矢印で示すように、閉塞端部１２Ｂに大気Ａが移動して、閉塞端部１２Ｂで正圧が発生する。これに伴って、摺動面１１，２１間に大気Ａが流入するため、スパイラル溝１２近傍の被密封流体Ｆは外径側に戻される。
　これにより、図３にて二点鎖線で概略的に示すように、各スパイラル溝１２における閉塞端部１２Ｂに沿った周方向の領域の外径側に液膜が形成され、内径側に気膜が形成される。
　以上のように、回転密封環１０が低速で回転する場合においてメカニカルシールＭは、被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏出することを防止している。また、摺動面１１，２１間の潤滑性を確保し、摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。
　次いで、回転密封環１０が高速で正回転している場合における、メカニカルシールＭによる被密封流体Ｆの内空間Ｓ１への漏出防止について説明する。なお、低速回転と重複する説明については省略または簡略化する。
　図４に示されるように、スパイラル溝１２における閉塞端部１２Ｂでは、上述した低速で回転している場合よりも高い正圧が生じる。これにより、白抜き矢印で示すように、摺動面１１，２１間に供給された大気Ａは、低速で回転している場合よりも外径側に供給される。そして、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５に流入する。
　その一方で、低速で正回転している場合に、摺動面１１，２１間に供給された被密封流体Ｆの大半は、大気Ａに押されて外空間Ｓ２へと排出される。
　そのため、第１溝１４における閉塞端部１４Ｂでは、大気Ａが摺動面１１におけるランド１６と摺動面２１間に流出する。同様に、第２溝１５における閉塞端部１５Ｂでは、大気Ａが第２溝１５内に回収される。そして、第２溝１５に回収された大気Ａの大半は、導入溝１３を通じて、第１溝１４に流入する。
　これらにより、図４にて二点鎖線で概略的に示すように、各第２溝１５における外径端に沿った周方向の領域を境として、液膜と気膜とが形成される。
　以上のように、回転密封環１０が高速回転する場合においてメカニカルシールＭは、気膜により、摺動面１１，２１間の潤滑性を確保し、摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。
　次いで、回転密封環１０が逆回転している場合の動作、特に被密封流体Ｆの内空間Ｓ１への漏出防止について説明する。なお、正回転している場合と重複する説明については省略または簡略化する。
　正回転の場合と同様に、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５から被密封流体Ｆは摺動面１１，２１間に供給される。
　図５に示されるように、摺動面１１，２１間に流入している被密封流体Ｆは、摺動面１１に対して時計回り方向側、すなわち回転密封環１０の回転方向とは逆方向に流れる。
　第２溝１５（図５における第２溝１５’も参照）では、黒塗り矢印で示すように、被密封流体Ｆが第２溝１５における閉塞端部１５Ｂに向かって流れる。これにより、第２溝１５内では、径方向成分の動圧が生じにくくなっている。
　そして、第２溝１５に沿って流れる被密封流体Ｆは、黒塗り矢印で示すように、閉塞端部１５Ｂより摺動面１１におけるランド１６と摺動面２１間に流出する。これにより、閉塞端部１５Ｂでは正圧が発生する。
　一方で第２溝１５には、黒塗り矢印で示すように、開口端部１５Ａを通じて導入溝１３より被密封流体Ｆが供給されていく。そのため、第２溝１５には十分な量の被密封流体Ｆが保たれる。
　第１溝１４（図５における第１溝１４’も参照）では、黒塗り矢印で示すように、被密封流体Ｆが第１溝１４における開口端部１４Ａに向かって流れる。これにより、第１溝１４内では、径方向成分の動圧が生じにくくなっている。
　そして、第１溝１４に沿って流れる被密封流体Ｆは、黒塗り矢印で示すように、開口端部１４Ａを通じて導入溝１３に流入する。
　一方で第１溝１４における閉塞端部１４Ｂでは負圧が発生する。これにより、黒塗り矢印で示すように、摺動面１１におけるランド１６と摺動面２１間の被密封流体Ｆの一部は閉塞端部１４Ｂより第１溝１４に流入する。そのため、第１溝１４には十分な量の被密封流体Ｆが保たれる。
　また、第２溝１５において生じる正圧により、導入溝１３内の被密封流体Ｆは第２溝１５に供給されやすくなっている。
　そのため、特許文献１のように導入溝１３だけを備える構成と比較して、単時間あたり導入溝１３における内径側壁１３Ｂ側に流入する被密封流体Ｆの量は少なくなる。これにより、メカニカルシールＭでは、内空間Ｓ１に被密封流体Ｆが漏出しにくくなっている。
　また、一の第２溝１５における閉塞端部１５Ｂは、他の導入溝１３’に近接配置されている。そのため、閉塞端部１５Ｂより摺動面１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは、径方向への移動量が小さい。このことから、流れ方向下流側に位置する他の導入溝１３’に流れる。これにより、一の第２溝１５は、他の導入溝１３’に被密封流体Ｆを効率よく回収させることができる。
　また、一の第２溝１５における閉塞端部１５Ｂより摺動面１１，２１間に流出した被密封流体Ｆは内径側に流れても、他の第１溝１４’に流れる。これにより、他の第１溝１４’内を流れ、他の導入溝１３’へと回収される。
　同様に、他の第１溝１４’における閉塞端部１４Ｂは、一の第２溝１５における周方向中央に配置されている。そのため、他の第１溝１４’は一の第２溝１５における閉塞端部１５Ｂばかりでなく、閉塞端部１５Ｂよりも開口端部１５Ａ側から摺動面１１，２１間に供給された被密封流体Ｆを広い範囲で回収することができる。
　一の導入溝１３における第２溝１５よりも内径側にて摺動面１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは、その流れ方向下流側に配置されている他の第１溝１４’における閉塞端部１４Ｂにて生じる負圧により回収される。
　また、他の第１溝１４’における閉塞端部１４Ｂは、一の導入溝１３に近接配置されている。これにより、他の第１溝１４’は、一の導入溝１３から直接摺動面１１，２１間に供給された被密封流体Ｆを効率よく回収することができる。
　また、内径側から外径側に向けて正回転方向に傾斜している導入溝１３は、第１溝１４側から正回転方向に移動しようとする被密封流体Ｆを正回転側壁１３Ｄによって第２溝１５に導きやすくなっている。これにより、導入溝１３内においてスパイラル溝１２に最も近い内径側壁１３Ｂ近傍より開口端部１３Ａ側に被密封流体Ｆを流しやすくなっている。
　さらに、第１溝１４から導入溝１３に流入した被密封流体Ｆは第２溝１５に流入するか導入溝１３における開口端部１３Ａから外空間Ｓ２に戻される。これにより、第１溝１４において被密封流体Ｆは停滞しにくくなっている。このことから、閉塞端部１４Ｂでは負圧が安定して生じる。
　これらのように、回転密封環１０が逆回転する場合においてメカニカルシールＭは、被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏出することを防止している。また、摺動面１１，２１間の潤滑性を確保し、摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。
　以上説明してきたように構成されている本実施例のメカニカルシールＭは、特許文献１のように、隣り合う導入溝の間にランドだけが形成されている構成と比較して、第２溝１５および他の第１溝１４’を通じて、一の導入溝１３に流入した被密封流体Ｆを他の導入溝１３’に効率よく流入させることができる。
　これにより、回転密封環１０が逆回転している場合に摺動面１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは、一の第２溝１５および他の第１溝１４’を通じて他の導入溝１３’に回収される。このように、第１溝１４，１４’，…および第２溝１５，１５’，…は、被密封流体Ｆのスパイラル溝１２を通じた内空間Ｓ１への漏出防止に寄与することができる。
　また、第１溝１４，１４’，…および第２溝１５，１５’，…は、どちらの回転方向であっても径方向成分の動圧が生じにくくなっている。また、導入溝１３は、第１溝１４および第２溝１５の延伸方向に配置されている。そのため、他の第１溝１４’および一の第２溝１５は、一の導入溝１３に流入した被密封流体Ｆを一の導入溝１３または他の導入溝１３’に流入させやすくなっている。
　また、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５は、上述したように深さが略同一である。そのため、回転密封環１０の回転方向が正回転であっても、逆回転であっても、導入溝１３と第１溝１４および第２溝１５とにおける被密封流体Ｆの流れは円滑となっている。
　また、スパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５は、回転密封環１０に形成されている。そのため、スパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５の位置が相対回転時にも変わらないため、導入溝１３に流入した被密封流体Ｆを、第１溝１４および第２溝１５を通じて他の導入溝１３にスムーズに流すことができる。
　静止密封環２０にスパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５が形成されている構成と比較して、スパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５に流入している被密封流体Ｆに直接回転密封環１０の回転力が及ぶことから、動圧が生じやすくなっている。
　なお、本実施例において、スパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５は、深さが略同一である構成として説明したが、これに限らず、適宜変更されてもよい。
　また、スパイラル溝１２、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５は、延伸方向に一定の深さであるとして説明したが、これに限らず、深さが漸次変化してもよく、段状に変化してもよい。
　次に、実施例２に係る摺動要素につき、図６を参照して説明する。なお、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２の回転密封環１１０における摺動面１１１は、複数のスパイラル溝１２と、複数の導入溝１１３と、複数の第１溝１４と、複数の第２溝１５と、ランド１１６によって構成されている。
　導入溝１１３は、外空間Ｓ２に連通している開口端部から内径方向に延びている矩形状の溝である。
　これにより、回転密封環１１０が正回転する場合にも、逆回転する場合にも、導入溝１１３には外空間Ｓ２より略同量の被密封流体Ｆが供給される。そのため、回転密封環１１０が正回転する場合にも、逆回転する場合にも、導入溝１１３は摺動面１１１，２１間の潤滑性を安定して確保しやすくなっている。
　このように、導入溝の形状は、適宜変更されてもよい。
　次に、実施例３に係る摺動要素につき、図７を参照して説明する。なお、前記実施例１，２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　本実施例３の回転密封環２１０における摺動面２１１は、複数のスパイラル溝１２と、複数の第１導入溝２１７と、複数の第２導入溝２１８と、複数の第１溝１４と、複数の第２溝１５と、ランド２１６によって構成されている。
　第１導入溝２１７は、外空間Ｓ２に連通している開口端部から内径方向に延びている矩形状の溝である。また、第１導入溝２１７には第１溝１４が連通している。
　第２導入溝２１８は、外空間Ｓ２に連通している開口端部から内径方向に延びている矩形状の溝である。また、第２導入溝２１８には第２溝１５が連通している。
　これにより、回転密封環１０が正回転している場合に、被密封流体Ｆは第１導入溝２１７を通じて第１溝１４に供給される。また、被密封流体Ｆは第２溝１５から第１導入溝２１７を通じて外空間Ｓ２に戻される。
　このように、第１導入溝２１７における被密封流体Ｆの流れ方向と、第２導入溝２１８における被密封流体Ｆの流れ方向とを異ならせることができる。
　そのため、互いに非連通である第１導入溝２１７および第２導入溝２１８は、第１溝１４および第２溝１５の一方で生じた動圧が、他方の被密封流体Ｆに干渉することを抑止することができる。
　このように、導入溝は、２つ以上に分割されていてもよい。言い換えると、一つの導入溝に第１溝および第２溝の一方のみが連通するように配置されていてもよい。
　次に、実施例４に係る摺動要素につき、図８を参照して説明する。なお、前記実施例１～３と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　本実施例４の回転密封環３１０における摺動面３１１は、複数のスパイラル溝１２と、複数の導入溝３１３と、複数の第１溝３１４と、複数の第２溝３１５と、ランド３１６によって構成されている。
　第１溝３１４は、第２溝３１５と径方向略同一位置、すなわち第２溝３１５の延伸方向上に設けられている。さらに、第１溝３１４は、第２溝３１５とは周方向に離間している。言い換えれば、第１溝３１４および第２溝３１５は径方向に重なっていない。
　これにより、回転密封環１０が正回転している場合に、第１溝３１４では正圧が生じる。そのため、導入溝３１３内の被密封流体Ｆは第１溝３１４に供給されやすくなっている。
　また、第２溝３１５では負圧が生じる。そのため、第１溝３１４から摺動面３１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは、第２溝３１５に回収される。
　また、回転密封環１０が逆回転している場合に、第２溝３１５では正圧が生じる。そのため、導入溝３１３内の被密封流体Ｆは第２溝３１５に供給されやすくなっている。
　また、第１溝３１４では負圧が生じる。そのため、第２溝３１５から摺動面３１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは、第１溝３１４に回収される。
　このように、第１溝および第２溝の径方向の位置は、適宜変更されてもよい。
　次に、実施例５に係る摺動要素につき、図９を参照して説明する。なお、前記実施例１～４と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　本実施例５の回転密封環４１０における摺動面４１１は、複数のスパイラル溝１２と、複数の導入溝４１３と、複数の第２溝４１５と、ランド４１６によって構成されている。
　第２溝４１５は、その閉塞端部４１５Ｂが正回転方向側に位置する隣の導入溝４１３の近傍まで延びている。
　これにより、回転密封環４１０が正回転している場合、導入溝４１３および第２溝４１５から被密封流体Ｆは摺動面４１１，２１間に供給される。
　また、回転密封環４１０が逆回転している場合に、第２溝４１５より摺動面４１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは、流れ方向下流側に位置する隣の導入溝４１３に回収される。
　さらに、第２溝４１５で生じる正圧により、導入溝４１３内の被密封流体Ｆは第２溝４１５に供給されやすくなっている。
　このように、溝手段は、第２溝だけで構成されていてもよい。同様に、溝手段は、第１溝だけで構成されていてもよい。
　次に、実施例６に係る摺動要素につき、図１０を参照して説明する。なお、前記実施例１～５と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　本実施例５の回転密封環５１０における摺動面５１１は、複数のスパイラル溝１２と、複数の導入溝５１３と、溝手段としての複数の第３溝５１９と、ランド５１６によって構成されている。
　第３溝５１９は、前記実施例１における第２溝１５と同様に、摺動面５１１の外径側において等配されている。
　第３溝５１９は、回転密封環５１０と同心円状に周方向に延びる溝である。また、第３溝５１９は、逆回転方向側に位置する閉塞端部５１９Ａと、正回転方向側に位置する閉塞端部５１９Ｂを有している。すなわち、第３溝５１９は、周方向に隣り合う逆回転方向側に位置する導入溝５１３および正回転方向側に位置する導入溝５１３に対して非連通となっている。
　回転密封環５１０が正回転している場合には、閉塞端部５１９Ａにて正圧が生じ、閉塞端部５１９Ｂにて負圧が発生する。
　これにより、正回転方向側の導入溝５１３より摺動面５１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは流れ方向下流側に位置する閉塞端部５１９Ｂに回収される。また、閉塞端部５１９Ａより摺動面５１１，２１間に流出した被密封流体Ｆは、流れ方向下流側に位置する逆回転方向側の導入溝５１３に回収される。
　また、回転密封環５１０が逆回転している場合には、閉塞端部５１９Ａにて負圧が生じ、閉塞端部５１９Ｂにて正圧が発生する。
　これにより、逆回転方向側の導入溝５１３より摺動面５１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは流れ方向下流側に位置する閉塞端部５１９Ａに回収される。また、閉塞端部５１９Ｂより摺動面５１１，２１間に供給された被密封流体Ｆは、流れ方向下流側に位置する正回転方向側の導入溝５１３に回収される。
　このように、溝手段は、導入溝による被密封流体Ｆの回収を補助できる構成であればよく、導入溝に連通していなくてもよい。
　次に、実施例７に係る摺動要素につき、図１１を参照して説明する。なお、前記実施例１～６と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　本実施例７の回転密封環６１０における摺動面６１１には、動圧発生溝の一部である複数の深溝６１２と、動圧発生溝の一部であるレイリーステップ６３２と、複数の導入溝１３と、溝手段の一部である複数の第１溝１４と、溝手段の一部である複数の第２溝１５と、ランド６１６によって構成されている。
　深溝６１２は、その内径側の開口端部が内空間Ｓ１に連通し、その開口端部から外径方向に延びている矩形状の溝である。深溝６１２は、摺動面６１１の内径側において等配されている。
　深溝６１２の深さは、延伸方向に一定の深さとなっている。また、深溝６１２の深さは、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５よりも深い。そのため、図１１において深溝６１２には高い密度のドットを付している。
　レイリーステップ６３２は、開口端部から回転密封環６１０と同心円状に逆回転方向に延びる円弧状の溝である。レイリーステップ６３２は、摺動面６１１の径方向中央かつ第１溝１４よりも内径側において等配されている。
　レイリーステップ６３２の正回転方向側は、深溝６１２における径方向外径端の逆回転方向側に連通している開口端部となっている。さらに、レイリーステップ６３２における逆回転方向側は、閉塞された閉塞端部となっている。
　レイリーステップ６３２の深さは、延伸方向に一定の深さとなっている。また、レイリーステップ６３２の深さは、導入溝１３、第１溝１４および第２溝１５よりも浅くなっている。そのため、図１１においてレイリーステップ６３２には低い密度のドットを付している。
　これにより、回転密封環６１０が正回転することで、レイリーステップ６３２内の大気Ａが閉塞端部に向かって移動し、閉塞端部より摺動面６１１，２１間に流出することで正圧が発生する。
　また、深溝６１２は、常に大気Ａが貯留されている。これにより、レイリーステップ６３２には安定して大気Ａが流入する。そのため、レイリーステップ６３２は正圧を安定して発生させることができる。
　このように、動圧発生溝は、スパイラル溝１２に限定されるものではなく、適宜変更されてもよい。
　なお、深溝６１２およびレイリーステップ６３２の深さは、適宜変更されてもよい。
　次に、実施例８に係る摺動要素につき、図１２を参照して説明する。なお、前記実施例１～７と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　本実施例８のメカニカルシールは、内空間Ｓ１１に被密封流体Ｆが存在し、外空間Ｓ１２に大気Ａが存在している、いわゆるアウトサイド形のものである。
　回転密封環７１０における摺動面７１１は、複数のスパイラル溝７１２と、複数の導入溝７１３と、複数の第１溝７１４と、複数の第２溝７１５と、ランド７１６によって構成されている。
　スパイラル溝７１２は、摺動面７１１の外径側において等配されている。スパイラル溝７１２は、その外径側の開口端部が外空間Ｓ１２に連通し、その連通箇所を基準に逆回転方向側に延びている。
　導入溝７１３は、摺動面７１１の内径側において等配されている。導入溝７１３は、その内径側の開口端部が内空間Ｓ１１に連通し、その連通箇所を基準に逆回転方向側かつ外径方向に延びている。
　第１溝７１４は、摺動面７１１の径方向中央かつスパイラル溝７１２よりも内径側において等配されている。第１溝７１４は、正回転方向側の開口端部が、導入溝７１３における逆回転側壁の内径端部に連通し、その連通箇所を基準に逆回転方向に延びている。
　第２溝７１５は、摺動面７１１の内径側において等配されている。第２溝７１５は、逆回転方向側に位置する開口端部が、導入溝７１３における正回転側壁の内径側中央寄りに連通し、その連通箇所を基準に正回転方向側に延びている。
　回転密封環７１０が正回転している場合において、スパイラル溝７１２の閉塞端部では正圧が生じる。
　導入溝７１３は、被密封流体Ｆを摺動面７１１，２１間に導入する。また、第１溝７１４の閉塞端部では正圧が生じる。さらに、第２溝７１５の閉塞端部では負圧が生じる。
　これにより、相対回転が正回転かつ低速である場合にであっても、相対回転が正回転かつ高速である場合であっても、一対の摺動面７１１，２１における潤滑性は向上する。
　また、回転密封環７１０が逆回転している場合において、第１溝７１４の閉塞端部では負圧が生じる。さらに、第２溝７１５の閉塞端部では正圧が生じる。
　これにより、被密封流体Ｆは第１溝７１４および第２溝７１５を通じて導入溝７１３に回収される。
　このように、動圧発生溝、導入溝および溝手段を有する一対の摺動面は、アウトサイド型のメカニカルシールに適用されてもよい。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例１～８では、摺動要素として、メカニカルシールを例に説明したが、一般産業機械や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要素であってもよい。
　また、前記実施例１～８では、動圧発生溝、導入溝、第１溝および第２溝は、回転密封環に形成されている構成として説明したが、これに限らず、静止密封環に形成されていてもよい。また、動圧発生溝は、回転密封環および静止密封環の一方に形成されており、導入溝、第１溝および第２溝は、回転密封環および静止密封環の他方に形成されていてもよい。
　なお、静止密封環における摺動面に対して被密封流体は相対回転方向と同方向に相対的に流れる。このことから、静止密封環に形成されている導入溝、第１溝および第２溝が形成されている構成では、第１溝は導入溝より正回転方向に延び、静止密封環に形成されている第２溝は導入溝より逆回転方向に延びる。すなわち、相対回転正回転の場合に、第１溝は導入溝より被密封流体が流入する側の溝であり、第２溝は導入溝に被密封流体が流入する側の溝である。
　また、前記実施例１～８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１～８において、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、前記実施例１～８において、第１溝および第２溝は、それぞれの閉塞端部にて正圧または負圧が生じる構成として説明したが、これに限らず、正圧および負圧がほとんどまたは全く生じない構成であってもよい。
　また、前記実施例１～８において、第１溝および第２溝は円弧状を例に説明したが、これに限らず、直線状であってもよく、折れ線状であってもよく、その形状は適宜変更されてもよい。
１０　　　　　　　　回転密封環
１１　　　　　　　　摺動面
１２　　　　　　　　スパイラル溝（動圧発生溝）
１３，１３’　　　　導入溝
１４，１４’　　　　第１溝（溝手段）
１５，１５’　　　　第２溝（溝手段）
２０　　　　　　　　静止密封環
２１　　　　　　　　摺動面
１１０～７１０　　　回転密封環
１１１～７１１　　　摺動面
１１３～７１３　　　導入溝
２１７　　　　　　　第１導入溝
２１８　　　　　　　第２導入溝
３１４，７１４　　　第１溝（溝手段）
４１５，７１５　　　第２溝（溝手段）
５１９　　　　　　　第３溝（溝手段）
６１２　　　　　　　深溝（動圧発生溝）
６３２　　　　　　　レイリーステップ（動圧発生溝）
７１２　　　　　　　スパイラル溝（動圧発生溝）
Ａ　　　　　　　　　大気
Ｆ　　　　　　　　　被密封流体
Ｍ　　　　　　　　　メカニカルシール
Ｓ１，Ｓ１１　　　　内空間（漏れ側の空間）
Ｓ２，Ｓ１２　　　　外空間（被密封流体側の空間）

Claims (7)

  1. 　摺動面同士が相対回転して摺動する一対の摺動部材を備え、
    　少なくとも一つの前記摺動面は、被密封流体側の空間に連通している複数の低速回転用の導入溝を有し、
    　少なくとも一つの前記摺動面は、漏れ側の空間に連通している高速回転用の動圧発生溝を有する摺動要素であって、
    　前記低速回転用の導入溝を有する前記摺動面には、前記動圧発生溝よりも前記被密封流体側に配置され、隣り合う前記導入溝間にて前記被密封流体を流通可能とする溝手段がさらに設けられている摺動要素。
  2. 　前記溝手段は、前記導入溝から延びる第１溝および前記導入溝から前記第１溝とは反対方向に延びる第２溝である請求項１に記載の摺動要素。
  3. 　前記第１溝および前記第２溝は、円弧状に延びている請求項２に記載の摺動要素。
  4. 　一の前記導入溝の前記第１溝における端部は、隣接する前記導入溝の前記第２溝における端部よりも前記漏れ側に配置されている請求項２または３に記載の摺動要素。
  5. 　一の前記導入溝の前記第１溝は、隣接する前記導入溝の前記第２溝と径方向に一部重なって配置されている請求項２または３に記載の摺動要素。
  6. 　前記導入溝、前記第１溝、および前記第２溝は、深さが同一である請求項２または３に記載の摺動要素。
  7. 　一方の前記摺動部材は、前記低速回転用の導入溝と、前記高速回転用の動圧発生溝と、前記溝手段を有している請求項１に記載の摺動要素。
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