WO2023223914A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2023223914A1
WO2023223914A1 PCT/JP2023/017593 JP2023017593W WO2023223914A1 WO 2023223914 A1 WO2023223914 A1 WO 2023223914A1 JP 2023017593 W JP2023017593 W JP 2023017593W WO 2023223914 A1 WO2023223914 A1 WO 2023223914A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
groove
fluid
dynamic pressure
pressure generating
reverse
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/017593
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
啓志 鈴木
啓貴 相澤
忠継 井村
雄大 根岸
信雄 中原
貴雄 菱川
啓太 梶原
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
Publication of WO2023223914A1 publication Critical patent/WO2023223914A1/ja

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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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • 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 part that rotates relative to each other, and for example, a sliding part used in a shaft sealing device for sealing a rotating shaft of a rotating machine in the field of automobiles, general industrial machinery, or other sealing fields; , or other sliding parts used in bearings of machines in the bearing field.
  • a mechanical seal for example, as a shaft seal device for preventing leakage of sealed fluid includes a pair of annular sliding parts whose sliding surfaces rotate relative to each other and slide against each other. In such mechanical seals, in recent years, it has been desired to reduce the energy lost due to sliding for environmental measures and the like.
  • a dynamic pressure generation groove and a fluid introduction groove are provided in a stationary seal ring.
  • the starting end of the dynamic pressure generating groove communicates with the internal space on the leakage side, and the hydrodynamic groove extends in an arc shape from the starting end toward the outer diameter side with an inclination in the forward rotation direction of the rotary sealing ring, and a plurality of grooves are equally spaced in the circumferential direction.
  • the fluid introduction groove includes a fluid guide groove that communicates with the outside space, and a Rayleigh step that extends circumferentially from the inner diameter side of the fluid guide groove toward the forward rotation direction of the rotating seal ring concentrically with the stationary seal ring. It is configured.
  • a sealed fluid exists in the outer space, and an atmosphere exists in the inner space.
  • the positive pressure generated at the end of the Rayleigh step of the fluid introduction groove and its vicinity causes the sliding surfaces to be slightly separated from each other and the fluid to be sealed is allowed to flow in, thereby lubricating the sliding surfaces.
  • the fluid to be sealed that has flowed between the sliding surfaces is pushed back to the outside space by the positive pressure generated at the end of the dynamic pressure generating groove, so that Leakage of the sealed fluid into the inner space is suppressed.
  • the positive pressure generating capacity of the entire dynamic pressure generating groove becomes greater than the positive pressure generating capacity of the entire Rayleigh step, and gas lubrication is achieved.
  • the sliding part in Cited Document 1 has a configuration that can increase lubricity only when the rotary seal ring rotates in the forward direction, but depending on the environment in which it is used, there are also mechanical seals in which the rotary seal ring rotates in the reverse direction. Such mechanical seals are required to have improved lubricity even when the rotating seal ring rotates in reverse. Therefore, it is conceivable to further form a reverse Rayleigh step that extends circumferentially concentrically with the stationary seal ring from the inner diameter side of the fluid guide groove portion of the fluid introduction groove toward the reverse rotation direction of the rotating seal ring (for example, Patent Document (See 2). As a result, when the rotary sealing ring rotates in reverse, the sliding surfaces are lubricated by the fluid to be sealed flowing out between the sliding surfaces from the end of the reverse Rayleigh step, thereby suppressing wear between the sliding surfaces.
  • Patent Document 2 can improve lubricity in any direction of rotation, the sealing performance during forward rotation is not sufficient. Therefore, when a fluid introduction groove having a reverse Rayleigh step as in Patent Document 2 is applied to Patent Document 1, the fluid to be sealed is pushed back by the dynamic pressure generating groove, so that leakage during forward rotation can be reduced. On the other hand, during reverse rotation, the sealed fluid in the fluid introduction groove flowing out from the end of the reverse Rayleigh step and its vicinity is immediately drawn into the dynamic pressure generation groove from the end side, and the end of the reverse Rayleigh step of the fluid introduction groove There is a possibility that the pressure of the sealed fluid flowing out from the vicinity thereof decreases, and that a gap sufficient to allow the sealed fluid to flow cannot be formed between the sliding surfaces.
  • the present invention has been made in view of these problems, and has been developed to provide a sliding component that has high sealing performance during relative forward rotation of sliding parts and can sufficiently lubricate the sliding surfaces when relative rotation is reversed.
  • the purpose is to provide moving parts.
  • the sliding component of the present invention has the following features: A sliding component in which sliding surfaces of a pair of sliding rings rotate relative to each other and partition a sealed fluid space and a leakage space, At least one of the sliding surfaces includes a forward dynamic pressure generating groove that communicates with the leakage space, and a forward fluid that is separated from the positive dynamic pressure generating groove by a land portion and that communicates with the sealed fluid space.
  • the forward direction dynamic pressure generating groove is arranged in a sparser state with respect to the reverse direction fluid introduction/exit groove than with respect to the forward direction fluid introduction/exit groove.
  • the forward dynamic pressure generation grooves are arranged in a sparse manner with respect to the reverse direction fluid lead-in/out groove, when the sliding parts rotate in relative reverse direction, the forward direction dynamic pressure generation groove flows from the reverse direction fluid lead-in/out groove to the forward direction dynamic pressure generation groove. Since it is difficult for the fluid to be sealed to flow, pressure tends to build up at the end of the reverse fluid lead-in/out groove and the lands near it, making it impossible to form a gap between the sliding surfaces that is sufficient to allow the fluid to flow in. , the sliding surfaces can be sufficiently lubricated.
  • the terminal end of the forward direction dynamic pressure generating groove may be arranged in a sparser state with respect to the terminal end of the reverse direction fluid introduction/exit groove than the terminal end of the forward direction fluid introduction/exit groove. According to this, when positive pressure is generated in the reverse direction fluid lead-in/outlet groove during relative reverse rotation, the negative pressure generated at the end side of the positive direction dynamic pressure generation groove has little effect, so the reverse direction fluid lead-in/out groove Pressure tends to build up at the end of the terminal and the lands near it.
  • the sparse state is configured such that the forward direction dynamic pressure generation grooves having a smaller total volume than those arranged with respect to the forward direction fluid lead-in/outlet grooves are arranged with respect to the reverse direction fluid lead-in/out grooves. Good too. According to this, by arranging the forward direction dynamic pressure generating groove with a small total volume in relation to the reverse direction fluid lead-in/outlet groove, positive pressure can also be generated by this forward direction dynamic pressure generating groove, thereby ensuring reliable flow. Dynamic pressure can be generated during relative forward rotation, and leakage of sealed fluid during relative forward rotation can be reliably prevented.
  • the sparse state is configured such that the forward direction dynamic pressure generation groove, which is shorter in the radial direction than the forward direction fluid lead-in/outlet groove, is arranged with respect to the reverse direction fluid lead-in/outlet groove. It's okay. According to this, by arranging a short forward dynamic pressure generation groove in the radial direction with respect to the reverse direction fluid lead-in/outlet groove, positive pressure can also be generated by this forward direction dynamic pressure generation groove, thereby ensuring reliable pressure. Dynamic pressure can be generated during relative forward rotation, and leakage of sealed fluid during relative forward rotation can be reliably prevented.
  • a plurality of sparse regions may be arranged in the circumferential direction of the sliding surface. According to this, during relative reverse rotation, pressure is likely to build up in the land portions near the reverse direction fluid introduction/exit grooves at a plurality of locations in the circumferential direction of the sliding surface, and the sliding surfaces can be sufficiently lubricated.
  • the positive direction dynamic pressure generating groove is a spiral groove extending in an arcuate manner from the starting end with an inclination in the radial direction, and the positive direction fluid introduction/exit groove has a fluid guide groove portion communicating with the sealed fluid space, and a relative positive direction groove.
  • the fluid guiding groove may have a Rayleigh step extending in the rotational direction
  • the reverse direction fluid introduction/intake groove may have a fluid guide groove communicating with the sealed fluid space, and a reverse Rayleigh step extending in the relative opposite rotational direction.
  • the Rayleigh step and the reverse Rayleigh step extend in the direction of relative forward rotation or the direction of relative reverse rotation, most of the time from the end of the Rayleigh step or the end of the reverse Rayleigh step is Since the fluid to be sealed flows out in the circumferential direction, it is difficult to be drawn in from the end of the forward dynamic pressure generating groove.
  • the forward direction fluid lead-in/out groove and the reverse direction fluid lead-in/out groove may have a substantially T-shape that shares the fluid guide groove portion. According to this, in both relative forward rotation and relative reverse rotation, in addition to the sealed fluid in the fluid guide groove, when positive pressure is built up on one side, the sealed fluid in the Rayleigh step on the other side is used. This allows positive pressure to be created efficiently using a sufficient amount of sealed fluid.
  • the forward direction fluid lead-in/out groove may be arranged on the relative reverse rotation direction side of the reverse direction fluid lead-in/out groove. According to this, a part of the fluid to be sealed that has flowed between the sliding surfaces from the end of the reverse direction fluid lead-in/out groove is sucked and collected from the end of the reverse direction fluid lead-in/out groove adjacent to the rotation direction. , It is difficult to leak into the outside space, which is a leakage space.
  • fluid to be sealed may be gas or liquid, or may be a mist-like mixture of liquid and gas.
  • FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of a mechanical seal in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 1 viewed from the axial direction.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 1, viewed from the axial direction.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the movement of fluid in the dynamic pressure generation groove and the fluid introduction groove during forward rotation, viewed from the axial direction, regarding the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 1.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 1, viewed from the axial direction, showing the movement of fluid in the dynamic pressure generation groove and the fluid introduction groove during reverse forward rotation.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 2 of the present invention, viewed from the axial direction.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 3 of the present invention, viewed from the axial direction.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 4 of the present invention, viewed from the axial direction.
  • FIG. 7 is an axial view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 5 of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram of a sliding surface of a stationary sealing ring in Example 6 of the present invention, viewed from the axial direction.
  • FIG. 7 is an axial view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 7 of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram of a sliding surface of a stationary sealing ring in a modified example of the first embodiment of the present invention, viewed from the axial direction.
  • a sliding component according to Example 1 will be explained with reference to FIGS. 1 to 5.
  • the sliding component is a mechanical seal
  • the sealed fluid exists in the inner space of the mechanical seal and the atmosphere exists in the outer space
  • the inner diameter side of the sliding parts that make up the mechanical seal is the sealed fluid side (high pressure side)
  • the outer diameter side is This will be explained as the leak side (low pressure side).
  • dots may be added to grooves and the like formed on the sliding surface in the drawings.
  • the mechanical seal for automobiles shown in Fig. 1 is of an outside type in which the sealed fluid F that tends to leak from the inner diameter side of the sliding surface toward the outer diameter side is sealed, and the outer space S2 communicates with the atmosphere A.
  • the sealed fluid F is a high-pressure liquid
  • the atmosphere A is a gas with a lower pressure than the sealed fluid F.
  • the mechanical seal is mainly composed of a rotating seal ring 20 as another annular sliding part and a stationary annular sealing ring 10 as a sliding part.
  • the rotary sealing ring 20 is provided on the rotary shaft 1 via a sleeve 2 so as to be rotatable together with the rotary shaft 1.
  • the stationary sealing ring 10 is provided in a non-rotating state and in an axially movable state on a sealing cover 5 fixed to a housing 4 of an attached device.
  • the stationary sealing ring 10 is axially biased by the elastic member 7, so that the sliding surface 11 of the stationary sealing ring 10 and the sliding surface 21 of the rotating sealing ring 20 closely slide against each other.
  • the sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20 is a flat surface, and this flat surface is not provided with any recesses such as grooves.
  • the stationary sealing ring 10 and the rotating sealing ring 20 are typically formed of a combination of SiC (hard materials) or a combination of SiC (hard material) and carbon (soft material), but the sliding material is not limited to this. Any material used as a sliding material for mechanical seals is applicable.
  • SiC includes sintered bodies using boron, aluminum, carbon, etc. as sintering aids, as well as materials consisting of two or more phases with different components and compositions, such as SiC in which graphite particles are dispersed, and SiC.
  • There are reactive sintered SiC, SiC-TiC, SiC-TiN, etc. made of Si, and as carbon, carbon that is a mixture of carbonaceous and graphite, resin-molded carbon, sintered carbon, etc. can be used.
  • metal materials, resin materials, surface modification materials (coating materials), composite materials, etc. can also be used.
  • the rotating sealing ring 20 which is the other sealing ring, is relative to the stationary sealing ring 10 counterclockwise as shown by the solid line arrow or clockwise as shown by the dotted line arrow, respectively. It is designed to slide.
  • the rotation direction indicated by a solid line arrow will be described as a forward rotation direction
  • the rotation direction indicated by a dotted line arrow will be explained as a reverse rotation direction.
  • a plurality of dynamic pressure generating grooves 13 are arranged evenly in the circumferential direction on the outer diameter side, and a plurality of fluid introduction grooves 16 as fluid leading-in/outlet grooves are arranged on the inner diameter side. evenly distributed in the directions.
  • the fluid introduction groove 16 has a function of introducing fluid, but it may also be used to lead out fluid.
  • the portion of the sliding surface 11 other than the dynamic pressure generating groove 13 and the fluid introduction groove 16 is a land 12 that is a flat surface (see FIG. 2).
  • the land 12 includes a land portion 12a between the circumferentially adjacent dynamic pressure generation grooves 13, a land portion 12b between the circumferentially adjacent fluid introduction grooves 16, and a land portion 12b between the circumferentially adjacent fluid introduction grooves 16.
  • the land portion 12c has a land portion 12c and a land portion 12d, and the upper surface (that is, the end surface in the axial direction) of each land portion is arranged on the same plane and constitutes a flat surface of the land 12.
  • the starting end of the dynamic pressure generating groove 13 communicates with the outer space S2, and extends in an arc shape from the starting end toward the inner diameter side while being inclined in the normal rotation direction of the rotary sealing ring 20.
  • the dynamic pressure generating groove 13 is a forward dynamic pressure generating groove that generates positive pressure at the end when the rotary sealing ring 20 rotates in the forward direction.
  • the dynamic pressure generating groove 13 is relatively long in the radial direction, and the terminal end 131a (see FIG. 3) is closer to the fluid introduction groove 16 than the first dynamic pressure generating groove 131.
  • the second dynamic pressure generating groove 132 is relatively short in the radial direction, and the terminal end 132a (see FIG. 3) is further spaced from the fluid introduction groove 16.
  • first dynamic pressure generating grooves 131 and second dynamic pressure generating grooves 132 constitute a first dynamic pressure generating groove group and a second dynamic pressure generating groove group, respectively.
  • first dynamic pressure generating groove group is composed of six first dynamic pressure generating grooves 131 in the circumferential direction
  • second dynamic pressure generating groove is composed of three second dynamic pressure generating grooves 132 in the circumferential direction.
  • the first dynamic pressure generating groove group and the second dynamic pressure generating groove group are provided alternately.
  • first dynamic pressure generating grooves 131 and second dynamic pressure generating grooves 132 are defined by the distance in the circumferential direction between the first dynamic pressure generating grooves 131 and the distance in the circumferential direction between the second dynamic pressure generating grooves 132. are separated by the same distance.
  • first dynamic pressure generating grooves 131 and the second dynamic pressure generating grooves 132 are all arranged equally in the circumferential direction, that is, at equal pitches, but the invention is not limited to this.
  • the two dynamic pressure generating grooves 132 may be separated by a distance different from the circumferential distance between the first dynamic pressure generating grooves 131 and the circumferential distance between the second dynamic pressure generating grooves 132.
  • the dynamic pressure generating groove 13 is not limited to extending in an arc shape with an inclination in the forward rotation direction of the rotary sealing ring 20, but may, for example, extend in a straight line with an inclination in the forward rotation direction of the rotary sealing ring 20. Good too.
  • the fluid introduction groove 16 includes a fluid guide groove 17 that communicates with the inner space S1, and a fluid guide groove 17 that extends from the outer diameter side of the fluid guide groove 17 toward the forward rotation direction or reverse rotation direction of the rotary seal ring 20. It is comprised of a Rayleigh step 18 and a reverse Rayleigh step 18' as a dynamic pressure generating section extending circumferentially concentrically with the stationary sealing ring 10.
  • the fluid guiding groove portion 17 is formed deeper than the depth dimension of the dynamic pressure generating groove 13. Furthermore, the Rayleigh step 18 and the reverse Rayleigh step 18' are formed to have a depth shallower than the fluid guide groove portion 17 and approximately the same depth as the dynamic pressure generating groove 13. Note that the fluid guiding groove portion 17 may have the same depth as the dynamic pressure generating groove 13. Further, the length of the Rayleigh step 18 and the reverse Rayleigh step 18' in the circumferential direction is longer than the circumferential length of the fluid guide groove portion 17 or the circumferential length of one dynamic pressure generating groove 13.
  • the Rayleigh step 18 extends circumferentially concentrically with the stationary seal ring 10 in the forward rotational direction of the rotary seal ring 20, and together with the fluid guide groove 17 forms a forward fluid lead-in/out groove.
  • the reverse Rayleigh step 18' extends circumferentially and concentrically with the stationary seal ring 10 in the reverse rotation direction of the rotary seal ring 20, and together with the fluid guide groove 17 forms a reverse fluid lead-in/out groove.
  • the fluid introduction groove 16 is arranged so as to straddle the first dynamic pressure generating groove group and the second dynamic pressure generating groove group on the inner side in the radial direction, in other words, the fluid introducing groove 16 is arranged to face each other in the radial direction.
  • the first dynamic pressure generating groove is at the rearmost end adjacent to the second dynamic pressure generating groove 132, that is, at the upstream end in the forward rotation direction.
  • a terminal end 131a of 131Z faces the fluid guiding groove portion 17 of the fluid introducing groove 16.
  • the fluid guiding groove portion 17 is located in the extending direction of the terminal end 131a of the first dynamic pressure generating groove 131Z at the rearmost end.
  • the terminal end 131a of the first dynamic pressure generating groove 131A at the front end of the first dynamic pressure generating grooves 131 constituting the first dynamic pressure generating groove group is located at a land portion 12b between the fluid introduction grooves 16 adjacent in the circumferential direction. It is located slightly on the outer diameter side.
  • the first dynamic pressure generating grooves 131 constituting the first dynamic pressure generating groove group are all formed toward the land portion 12b, the Rayleigh step 18, and the fluid guide groove portion 17 between the circumferentially adjacent fluid introducing grooves 16. and is not opposed to the reverse Rayleigh step 18'. In other words, the reverse Rayleigh step 18' is not located in the extending direction of the terminal end 131a of the first dynamic pressure generating groove 131Z at the rearmost end.
  • the terminal end 132a of the second dynamic pressure generating groove 132A at the forefront end adjacent to the first dynamic pressure generating groove 131 among the second dynamic pressure generating grooves 132 constituting the second dynamic pressure generating groove group is It faces the reverse Rayleigh step 18' of the fluid introduction groove 16.
  • the reverse Rayleigh step 18' is located in the extending direction of the terminal end 132a of the second dynamic pressure generating groove 132A at the front end.
  • the terminal end 132a of the rearmost second dynamic pressure generating groove 132Z of the second dynamic pressure generating grooves 132 constituting the second dynamic pressure generating groove group is also spaced apart in the radial direction from the first dynamic pressure generating groove 131.
  • the land portion 12d between the reverse Rayleigh step 18' and the opposing second dynamic pressure generating groove 132 is connected to the Rayleigh step 18, the fluid guiding groove 17, and the first dynamic pressure generating groove 131 opposing them. It is longer in the radial direction than the land portion 12c between.
  • the dynamic pressure generating grooves 13 have terminal ends 131a of the four first dynamic pressure generating grooves 131 close to the Rayleigh step 18 and the fluid guiding groove part 17 via the land part 12c.
  • the terminal ends 132a of the three second dynamic pressure generating grooves 132 are spaced apart from the reverse Rayleigh step 18' via the land portion 12d, and are arranged sparsely. .
  • the sparse state here means that the ratio of the area on the sliding surface 11 where the dynamic pressure generating grooves 13 are arranged around the reverse Rayleigh step 18', especially around the terminal end 18a', is Refers to a state in which the ratio of the area around which the dynamic pressure generating grooves 13 are arranged is smaller than that of the area where the dynamic pressure generating grooves 13 are arranged.
  • the total volume of the dynamic pressure generating grooves 13, that is, the second dynamic pressure generating grooves 132, arranged around the reverse Rayleigh step 18, especially around the terminal end 18a' is It can be said that it is smaller than the total capacity of the dynamic pressure generating grooves 13, that is, the first dynamic pressure generating grooves 131.
  • the second dynamic pressure generating grooves 132 are all spaced apart from the reverse Rayleigh step 18' by a long distance, especially in the radial direction, whereas the first dynamic pressure generating grooves 131 are spaced apart from the Rayleigh step 18'. On the other hand, they are all separated by a short distance in the radial direction, that is, they are close to each other.
  • the dynamic pressure generating grooves 13 arranged especially around the terminal end 18a' of the reverse Rayleigh step 18' are sparse compared to the dynamic pressure generating grooves 13 arranged especially around the terminal end 18a of the Rayleigh step 18. I can say that.
  • FIGS. 4 and 5 the operation of the stationary sealing ring 10 and the rotating sealing ring 20 during relative rotation will be explained using FIGS. 4 and 5.
  • the rotation seal ring 20 will be explained in the following order: when it is stopped, when it rotates forward, and when it rotates in reverse.
  • the sealed fluid F in the Rayleigh step 18 is transferred to the sliding surface 20.
  • the fluid F to be sealed in the inner space S1 is drawn into the fluid guiding groove portion 17 by the following movement of the rotary sealing ring 20 in the forward rotational direction due to shearing.
  • the sealed fluid F moves from the fluid guide groove portion 17 toward the downstream end 18a in the relative rotation direction of the Rayleigh step 18 as shown by the arrow H1, and is sealed in the fluid guide groove portion 17.
  • a force acts to draw the sealing fluid F as shown by arrow H1. Note that the flows of the sealed fluid F and the atmosphere A in FIG. 4 are schematically shown without specifying the relative rotational speed of the rotary sealing ring 20.
  • the pressure of the sealed fluid F that has moved toward the terminal end 18a of the Rayleigh step 18 is increased at and near the terminal end 18a of the Rayleigh step 18. That is, positive pressure is generated at and near the end 18a of the Rayleigh step 18.
  • the sliding surfaces 11 and 21 are slightly separated from each other by the force due to the positive pressure generated at and near the terminal end 18a of the Rayleigh step 18.
  • the sealed fluid F flows between the sliding surfaces 11 and 21 from the terminal end 18a of the Rayleigh step 18 and the inner space S1 side.
  • the sealed fluid F in the reverse Rayleigh step 18' is caused by shearing with the sliding surface 21.
  • the following movement of the rotary sealing ring 20 in the forward rotational direction generates a relative negative pressure at and in the vicinity of the terminal end 18a' of the reverse Rayleigh step 18'. Therefore, as shown by the arrow H2, a part of the sealed fluid F flowing out between the sliding surfaces 11 and 21 from the terminal end 18a of the Rayleigh step 18 is transferred to the adjacent downstream side via the land portion 12b as shown by the arrow H3. is sucked in from the terminal end 18a' of the reverse Rayleigh step 18' and collected. Further, the fluid to be sealed F enters the fluid guide groove portion 17 from the reverse Rayleigh step 18', and a force acts in the fluid guide groove portion 17 to push out a part of the fluid to be sealed into the inner space S1.
  • the dynamic pressure generation groove 13 when the relative rotation speed between the rotating seal ring 20 and the stationary seal ring 10 is low, the atmosphere A is not sufficiently dense in the dynamic pressure generation groove 13, and high positive pressure is not generated.
  • the force due to the positive pressure generated by the dynamic pressure generating groove 13 is relatively smaller than the force due to the positive pressure generated at the terminal end 18a of the Rayleigh step 18 and its vicinity. Therefore, when the rotary sealing ring 20 rotates at a low speed, the sliding surfaces 11 and 21 are separated from each other mainly by the force due to the positive pressure generated at and near the terminal end 18a of the Rayleigh step 18.
  • the atmosphere A within the dynamic pressure generating groove 13 follows and moves in the forward rotational direction of the rotary sealing ring 20 due to shearing with the sliding surface 21.
  • the atmospheric air A in the outside space S2 is drawn into the dynamic pressure generating groove 13. That is, within the first dynamic pressure generating groove 131 and the second dynamic pressure generating groove 132, a large amount of atmospheric air A moves from the starting ends 131b, 132b toward the terminal ends 131a, 132a as shown by the arrow L1, and Positive pressure is generated in and near the area.
  • the force due to the positive pressure generated at the terminal end 18a of the Rayleigh step 18 and the vicinity thereof is added to the force due to the positive pressure generated at the terminal end 131a, 132a of the dynamic pressure generating groove 13 and the vicinity thereof, and the sliding speed is reduced compared to when the speed is low.
  • the moving surfaces 11 and 21 are further separated from each other.
  • the atmosphere A in the dynamic pressure generating groove 13 mainly flows into the space between the sliding surfaces 11 and 21 as indicated by the arrow L2.
  • the atmosphere A mixed with the sealed fluid F shown by the arrow L3 in the dynamic pressure generation groove 13 is moved from the terminal ends 131a and 132a and their vicinity to the inner diameter side by the atmosphere A shown by the arrow L1 having high energy such as flow velocity. That is, it is pushed out to the sealed fluid F side.
  • the sliding component of this embodiment is designed so that the positive pressure generation capacity of the entire dynamic pressure generation groove 13 is sufficiently larger than the positive pressure generation capacity of the entire fluid introduction groove 16 during high speed rotation in the forward rotation direction. Therefore, the final result is a state in which only the atmosphere A exists between the sliding surfaces 11 and 21, that is, gas lubrication.
  • the sealed fluid F flowing out between the sliding surfaces 11 and 21 from the fluid introduction groove 16 causes the sliding surfaces 11 and 21 to
  • the sliding surfaces 11 and 21 are lubricated with each other, and during high-speed rotation, the sliding surfaces 11 and 21 are separated by the positive pressure generated by the atmosphere A in the dynamic pressure generating groove 13, and a seal is formed between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the fluid F and the atmosphere A are introduced to improve lubricity, and it is possible to suppress wear between the sliding surfaces 11 and 21 from the start of relative rotation to the time of high-speed rotation.
  • the dynamic pressure generating groove 13 extends to the inner space S1 side which is the sealed fluid space, and the gas-liquid interface is located on the sealed fluid space side, the sealed fluid F is difficult to leak.
  • FIG. 5 As shown in FIG. 5, when the rotating seal ring 20 rotates relative to the stationary seal ring 10 in the opposite direction, the sealed fluid F in the Rayleigh step 18 is sheared with the sliding surface 21, causing the rotating seal ring 20 to rotate. Unders the movement in the opposite direction of rotation. As a result, a force is applied that enters the fluid guide groove 17 on the downstream side in the relative rotation direction and pushes out a part of the sealed fluid F in the fluid guide groove 17 as shown by the arrow H1'. Note that the flows of the sealed fluid F and the atmosphere A in FIG. 5 are schematically shown without specifying the relative rotational speed of the rotary sealing ring 20.
  • the sealed fluid F in the reverse Rayleigh step 18' moves in the reverse rotation direction of the rotary sealing ring 20 due to shearing with the sliding surface 21, and positive pressure is generated at and near the terminal end 18a'.
  • the second dynamic pressure generating groove 132 is spaced apart from the reverse Rayleigh step 18' by a long distance in the radial direction, that is, the land 12d has a long radial length, the pressure is relatively high at the terminal end 18a' and its vicinity. Positive pressure is generated.
  • the sealed fluid F flows between the sliding surfaces 11 and 21 from the terminal end 18a' (see arrow H3') of the reverse Rayleigh step 18' and from the inner space S1 side.
  • the land 12b extends in the circumferential direction between the reverse Rayleigh step 18' and the adjacent Rayleigh step 18 on the downstream side, the sealed fluid flowing out in the circumferential direction from the reverse Rayleigh step 18' flows downstream. It flows easily to the Rayleigh step 18 on the side.
  • the sealed fluid F supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the terminal end 18a' of the reverse Rayleigh step 18' during the reverse rotation of the rotary sealing ring 20 is transmitted between the adjacent fluid introduction grooves 16.
  • Most of the water is supplied to the land portions 12b and 12d, and in the land portion 12d, the radial distance to the second dynamic pressure generation groove 132 is larger than that in the land portion 12c.
  • the second dynamic pressure generating grooves 132 are arranged in a sparse manner with respect to the reverse Rayleigh step 18', whereas they are arranged in a dense state with respect to the Rayleigh step 18.
  • the fluid F to be sealed is prevented from immediately flowing into the second dynamic pressure generating groove 132, and the pressure is relatively high at the land portion 12b and the land portion 12d, which are the terminal end 18a' of the reverse Rayleigh step 18' and the vicinity thereof.
  • a positive pressure can easily be created, a gap sufficient to allow the sealed fluid F to flow in can be formed between the sliding surfaces 11 and 21, and the sliding surfaces 11 and 21 can be sufficiently lubricated with each other.
  • the terminal end 132a of the second dynamic pressure generating groove 132 is close to the terminal end 18a' of the reverse Rayleigh step 18'. Since they are arranged in a sparse manner, when positive pressure is generated in the reverse Rayleigh step 18' during reverse rotation, there is less influence from the negative pressure generated on the terminal end 132a side of the second dynamic pressure generation groove 132. , pressure tends to build up at the land portion 12b and the land portion 12d, which are the terminal end 18a' of the reverse Rayleigh step 18' and its vicinity.
  • the Rayleigh step 18 is arranged on the reverse rotation direction side of the reverse Rayleigh step 18', the space between the sliding surfaces 11 and 21 from the terminal end 18a' of the reverse Rayleigh step 18' as shown by arrow H3' A part of the sealed fluid F that has flowed in is sucked and collected from the terminal end 18a of the adjacent downstream Rayleigh step 18 via the land portion 12b, as shown by arrow H2', and is transferred to the outside space S2, which is a leakage space. Not easy to leak.
  • the sealed fluid F in the fluid guide groove 17 in both forward rotation and reverse rotation since the Rayleigh step 18 and the reverse Rayleigh step 18' have a substantially T-shape that shares the fluid guide groove 17, the sealed fluid F in the fluid guide groove 17 in both forward rotation and reverse rotation.
  • the sealed fluid F in the Rayleigh step on the other side can be used, and a sufficient amount of sealed fluid F can be used to efficiently build up positive pressure.
  • first dynamic pressure generating groove 131 and the second dynamic pressure generating groove 132 are spiral grooves extending in an arc shape from the starting ends 131b and 132b toward the inner diameter side, the outer space S2 side, which is the leakage space, Positive pressure can be efficiently created at the terminal ends 131a and 132a using a fluid, here a gas.
  • the forward direction fluid lead-in/out groove includes a fluid guide groove portion 17 that communicates with the inner space S1, and a fluid guide groove portion 17 that extends concentrically with the stationary seal ring 10 from the outer diameter side of the fluid guide groove portion 17 toward the forward rotation direction of the rotary seal ring 20. It is composed of a Rayleigh step 18 as a dynamic pressure generating part extending in the circumferential direction, and the reverse direction fluid lead-in/out groove includes a fluid guide groove part 17 communicating with the inner space S1 and a rotating fluid guide groove part 17 from the outer diameter side of the fluid guide groove part 17.
  • a reverse Rayleigh step 18' as a dynamic pressure generating section that extends circumferentially concentrically with the stationary seal ring 10 in the reverse rotation direction of the seal ring 20. Since the Rayleigh step 18 and the reverse Rayleigh step 18' extend in a relative forward rotation direction or a relative reverse rotation direction, the terminal end 18a of the Rayleigh step 18 or the terminal end 18a of the reverse Rayleigh step 18' during forward rotation and reverse rotation. From ', most of the sealed fluid F flows out in the circumferential direction, that is, towards the land portion 12b, so that it is difficult to be drawn in from the terminal end 132a of the second dynamic pressure generating groove 132.
  • the dynamic pressure generating groove 13 is in a dense state with respect to the Rayleigh step 18.
  • the dynamic pressure generating groove is opposite to the reverse Rayleigh step 18' in the extension direction. is omitted, that is, the dynamic pressure generating groove 13 of the second embodiment does not have anything extending toward the land portion 12d in its extension direction, and the dynamic pressure generating groove 13 is spaced apart from the reverse Rayleigh step 18'. It is in a state.
  • the sealed fluid F leaks from the dynamic pressure generating groove facing in the extension direction with respect to the reverse Rayleigh step 18'. It is possible to further suppress the release.
  • the dynamic pressure generating groove 13 is in a dense state with respect to the Rayleigh step 18.
  • the first dynamic pressure generating groove 131 and the second dynamic pressure generating groove 232 are different from each other.
  • the number of first dynamic pressure generating grooves 131 having the same length in the radial direction and facing the Rayleigh step 18 in the extending direction is greater than the number of first dynamic pressure generating grooves 131 facing the reverse Rayleigh step 18' in the extending direction. Since the number of the two dynamic pressure generating grooves 232 is small, the dynamic pressure generating grooves 13 are in a sparse state with respect to the reverse Rayleigh step 18'.
  • the second dynamic pressure generating groove 232 is not covered. Since it extends to the inner space S1 side which is the sealed fluid space, the gas-liquid interface is located on the sealed fluid space side during normal rotation, so that the sealed fluid F is difficult to leak.
  • the Rayleigh step 18 and the reverse Rayleigh step 18' are integrally formed as a substantially T-shaped fluid introduction groove 16 that shares the fluid guide groove portion 17, but the slide of the fourth embodiment is
  • the Rayleigh step 18 and the fluid guide groove 17 constitute a forward fluid lead-in/out groove 26
  • the reverse Rayleigh step 18' and the fluid guide groove 17' constitute a reverse fluid lead-in/out groove 26'.
  • the fluid guiding groove portions 17 and 17' are spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • the forward direction fluid lead-in/outlet groove 26 and the reverse direction fluid lead-in/out groove 26' can be separated, so that the movement of the sealed fluid F in one side is different from the movement of the sealed fluid F in the other side in both forward rotation and reverse rotation. It is easy to design to obtain the required positive pressure.
  • Example 5 a sliding part according to Example 5 will be described with reference to FIG. 9. Note that explanations of the same and overlapping configurations as those of the first embodiment will be omitted.
  • the dynamic pressure generating groove 23 is opened and communicated with the leakage space, is inclined downstream while facing the sealed fluid space side, and is recessed in a straight line up to the terminal end 23a.
  • the radial position of each terminal end 23a of the plurality of parallel dynamic pressure generating grooves 23 gradually changes along the circumferential direction, and is arranged on a smooth and continuous virtual curve of a sinusoidal wave shape over the circumferential direction. has been done. Note that, although not limited to this embodiment and not particularly illustrated, the virtual curve on which the terminal end 23a is arranged does not have to have periodicity like a sine wave shape.
  • the dynamic pressure generating grooves 23 include the dynamic pressure generating grooves 23A to 23L as one dynamic pressure generating groove group, and the dynamic pressure generating groove groups are evenly distributed in the circumferential direction, with one dynamic pressure generating groove group being arranged in the circumferential direction.
  • a fluid introduction groove 16 is arranged.
  • the reverse Rayleigh step 18' is located in the extending direction of the dynamic pressure generating groove 23L, whose terminal end 23a is located closest to the leakage space (in this case, on the outer diameter side).
  • the dynamic pressure generating groove 23A the terminal end 23a of which is located closer to the sealed fluid space (inner diameter side in this case)
  • the land portion 12d is located in the extending direction.
  • the dynamic pressure generating grooves 23F to 23H whose terminal ends 23a are located on the sealed fluid space side (here, on the inner diameter side)
  • the Rayleigh step 18 is located in the extending direction via the land portion 12c.
  • the dynamic pressure generating groove 23 is arranged in a dense manner with the terminal end 23a close to the Rayleigh step 18 and the fluid guiding groove part 17 via the land part 12c.
  • the terminal ends 23a are arranged sparsely apart from each other via the land portions 12d.
  • the terminal end 23a of the dynamic pressure generating groove 23 is spaced apart from the reverse Rayleigh step 18' and is in a sparse state, so that pressure tends to build up at the land portion 12d.
  • the reverse Rayleigh step 18' is located in the extending direction of the dynamic pressure generating groove 23L, in which the terminal end 23a is located closest to the sealed fluid space (in this case, on the outer diameter side), and the terminal end 23a is
  • the Rayleigh step 18 is located in the extension direction of the dynamic pressure generating grooves 23F to 23H, which are relatively located on the leakage space side (here, on the inner diameter side), but the arrangement is not limited to this, and the grooves may be arranged in a close state with respect to the Rayleigh step 18.
  • the Rayleigh step 18 or the reverse Rayleigh step 18 is located in the extending direction of which dynamic pressure generating groove 23 among the dynamic pressure generating grooves 23A to 23L. ' may be located.
  • the first dynamic pressure generating groove 131 and the second dynamic pressure generating groove 133 have the same length in the radial direction, and face the Rayleigh step 18 in the extending direction. Compared to the first dynamic pressure generating groove 131, the groove width of the second dynamic pressure generating groove 133 facing the reverse Rayleigh step 18' in the extension direction is shorter. In this way, the dynamic pressure generating groove 13 is in a sparse state with respect to the reverse Rayleigh step 18'.
  • the second dynamic pressure generation groove 133 extends to the inner space S1 side, which is the sealed fluid space, the gas-liquid interface is located on the sealed fluid space side during forward rotation, so that the sealed fluid F is difficult to leak. .
  • Example 7 a sliding part according to Example 7 will be described with reference to FIG. 11. Note that explanations of the same and overlapping configurations as those of the first embodiment will be omitted.
  • the first dynamic pressure generating groove 131 and the second dynamic pressure generating groove 134 have the same length in the radial direction, and face the Rayleigh step 18 in the extending direction. Compared to the first dynamic pressure generating groove 131, the depth of the second dynamic pressure generating groove 134 facing the reverse Rayleigh step 18' in the extension direction is shorter. In this way, the dynamic pressure generating groove 13 is in a sparse state with respect to the reverse Rayleigh step 18'.
  • the second dynamic pressure generating groove 134 is Since the absolute value of the negative pressure generated at a predetermined rotation speed is small compared to the dynamic pressure generation groove 131, the influence on the positive pressure generated at and near the terminal end 18' of the reverse Rayleigh step 18' is small.
  • the second dynamic pressure generating groove 134 extends to the inner space S1 side, which is the sealed fluid space, the gas-liquid interface is located on the sealed fluid space side during forward rotation, so that the sealed fluid F is difficult to leak. .
  • mechanical seals for automobiles were used as sliding parts, but other mechanical seals for general industrial machinery and the like may be used. Moreover, it is not limited to a mechanical seal, and may be a sliding part other than a mechanical seal, such as a sliding bearing.
  • the sealed fluid side is the high pressure side and the leak side is the low pressure side, but the sealed fluid side may be the low pressure side and the leak side is the high pressure side.
  • the fluid side and the leak side may have substantially the same pressure.
  • the mechanical seals having sliding parts in Examples 1 to 7 have been explained using the outside type as an example, they are of a type that seals fluid that tends to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner periphery. May be applied to certain inside types.
  • the fluid introduction groove 36 which is provided on the inner space S11 side that is a leakage space and has a Rayleigh step 38, a reverse Rayleigh step 38', and a fluid guide groove part 37, is provided on the outer diameter side, that is, on the outer space S12 side that is a sealed fluid space. may be provided.
  • the dynamic pressure generating groove was explained as being in communication with the leakage space, but this is not limiting, and as long as dynamic pressure can be generated, the dynamic pressure generating groove does not need to be in communication.
  • the fluid introduction groove communicates with the sealed fluid space
  • the present invention is not limited to this, and as long as the sealed fluid can be stored, the fluid introduction groove does not need to communicate with the sealed fluid space, for example. It may also be dimples or the like.
  • the fluid introduction groove has a Rayleigh step, but the present invention is not limited to this, and it is sufficient that positive pressure can be generated during forward rotation and reverse rotation, for example.
  • the Rayleigh step portion may be an inclined groove that is inclined in the circumferential direction and extends in the radial direction.
  • a plurality of fluid introduction grooves are provided in the circumferential direction, but it is sufficient that at least one fluid introduction groove is provided.
  • the fluid to be sealed is described as 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-like mixture of liquid and gas. good.
  • the fluid on the leaking side was explained to be the atmosphere, which is a low-pressure gas, but it is not limited to this, and may be a liquid or a high-pressure gas, or a mixture of a liquid and a gas. It may be in the form of a mist.

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Abstract

摺動部品の相対正回転時の密封性が高く、かつ相対逆回転時に摺動面同士を十分に潤滑させることができる摺動部品を提供する。　少なくとも一方の摺動部品における摺動面には、漏れ空間Ｓ２に連通する正方向動圧発生溝１３と、正方向動圧発生溝１３とランド部で隔離されると共に被密封流体空間Ｓ１に連通する正方向流体導出入溝１８と、正方向動圧発生溝１３とランド部で隔離されると共に被密封流体空間Ｓ１に連通する逆方向流体導出入溝１８'とを備え、正方向動圧発生溝１３が正方向流体導出入溝１８に対してよりも、逆方向流体導出入溝１８'に対して疎状態で配置されている。

Description

摺動部品
　本発明は、相対回転する摺動部品に関し、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封する軸封装置に用いられる摺動部品、または自動車、一般産業機械、あるいはその他の軸受分野の機械の軸受に用いられる摺動部品に関する。
　被密封流体の漏れを防止する軸封装置として例えばメカニカルシールは相対回転し摺動面同士が摺動する一対の環状の摺動部品を備えている。このようなメカニカルシールにおいて、近年においては環境対策等のために摺動により失われるエネルギーの低減が望まれている。
　例えば特許文献１に示されるメカニカルシールは、動圧発生溝と流体導入溝とが静止密封環に設けられている。動圧発生溝は、始端が漏れ側の内空間に連通し、始端から外径側に向けて回転密封環の正回転方向に傾斜して円弧状に延びており、周方向に複数等配されている。また、流体導入溝は、外空間に連通する流体誘導溝部と、流体誘導溝部の内径側から回転密封環の正回転方向に向けて静止密封環と同心状に周方向に延びるレイリーステップと、から構成されている。外空間には被密封流体が存在し、内空間には大気が存在している。
　回転密封環の正回転低速時には、流体導入溝のレイリーステップの終端及びその近傍で発生する正圧により摺動面同士を若干離間させ被密封流体を流入させることで摺動面同士が潤滑され摺動面同士の摩耗を抑制することができるとともに、動圧発生溝の終端側で発生する正圧により摺動面間に流入した被密封流体が外空間側に押し戻されるため、摺動面間から被密封流体が内空間に漏れることが抑制されるようになっている。また回転密封環の正回転高速時には、動圧発生溝全体による正圧発生能力が、レイリーステップ全体による正圧発生能力よりも大きくなり、気体潤滑されるようになっている。
　引用文献１の摺動部品にあっては、回転密封環の正回転時にのみ潤滑性を高められる構成であるが、利用される環境によっては、回転密封環が逆回転されるメカニカルシールもあり、このようなメカニカルシールでは、回転密封環の逆回転時にも潤滑性を高められることが求められる。そこで、流体導入溝の流体誘導溝部の内径側から回転密封環の逆回転方向に向けて静止密封環と同心状に周方向に延びる逆レイリーステップを更に形成することが考えられる（例えば、特許文献２参照。）。これにより回転密封環の逆回転時には、逆レイリーステップの終端から摺動面間に流出する被密封流体により摺動面同士が潤滑され摺動面同士の摩耗の抑制を図ることができる。
国際公開第２０１６／１６７２６２号（第１３頁、第７図） 国際公開第２０２０／１６２３４８号（第８頁、第６図）
　しかしながら、特許文献２はいずれの回転方向に対しても潤滑性を高めることができるものの、正回転時の密封性が十分ではない。そこで、特許文献２のような逆レイリーステップを有する流体導入溝を特許文献１に適用した場合、動圧発生溝による被密封流体の押し戻し作用があるため、正回転時における漏れは少なくできる。一方、逆回転時には、逆レイリーステップの終端及びその近傍から流出する流体導入溝内の被密封流体が動圧発生溝に終端側から即座に引き込まれてしまい、流体導入溝の逆レイリーステップの終端及びその近傍から流出された被密封流体の圧力が低下し、被密封流体を流入させるのに十分な隙間を摺動面間に形成することができない虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、摺動部品の相対正回転時の密封性が高く、かつ相対逆回転時に摺動面同士を十分に潤滑させることができる摺動部品を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
　一対の摺動環の摺動面が互いに相対回転し、被密封流体空間と漏れ空間との間を区画する摺動部品であって、
　少なくとも一方の前記摺動面には、前記漏れ空間に連通する正方向動圧発生溝と、前記正方向動圧発生溝とランド部で隔離されると共に前記被密封流体空間に連通する正方向流体導出入溝と、前記正方向動圧発生溝とランド部で隔離されると共に前記被密封流体空間に連通する逆方向流体導出入溝とを備え、
　前記正方向動圧発生溝が前記正方向流体導出入溝に対してよりも、前記逆方向流体導出入溝に対して疎状態で配置されている。
　これによれば、摺動部品の相対正回転時には、被密封流体と漏れ空間の流体との界面例えば気液界面が被密封流体空間側に位置することから密封性が高い。また逆方向流体導出入溝に対して正方向動圧発生溝が疎状態で配置されていることから、摺動部品の相対逆回転時には、逆方向流体導出入溝から正方向動圧発生溝へ被密封流体が流れにくいため、逆方向流体導出入溝の終端及びその近傍のランド部で圧が立ちやすく、被密封流体を流入させるのに十分な隙間を摺動面間に形成することができ、摺動面同士を十分に潤滑させることができる。
　前記正方向動圧発生溝の終端が前記正方向流体導出入溝の終端に対してよりも、前記逆方向流体導出入溝の終端に対して疎状態で配置されていてもよい。
　これによれば、相対逆回転時に逆方向流体導出入溝で正圧が発生する際に、正方向動圧発生溝の終端側で発生する負圧による影響が少ないため、逆方向流体導出入溝の終端及びその近傍のランドで圧が立ちやすい。
　前記疎状態は、前記正方向流体導出入溝に対して配置されるより合計容積が小さい前記正方向動圧発生溝が前記逆方向流体導出入溝に対して配置されることで構成されていてもよい。
　これによれば、逆方向流体導出入溝に対して、合計容積が小さい正方向動圧発生溝が配置されることで、この正方向動圧発生溝によっても正圧を発生させることで確実に相対正回転時の動圧を発生させるとともに、相対正回転時における被密封流体の漏れを確実に防ぐことができる。
　前記疎状態は、前記正方向流体導出入溝に対して配置されるよりも径方向に短い前記正方向動圧発生溝が前記逆方向流体導出入溝に対して配置されることで構成されていてもよい。
　これによれば、逆方向流体導出入溝に対して、径方向に短い正方向動圧発生溝が配置されることで、この正方向動圧発生溝によっても正圧を発生させることで確実に相対正回転時の動圧を発生させるとともに、相対正回転時における被密封流体の漏れを確実に防ぐことができる。
　前記疎状態となる領域が、摺動面の周方向に複数配置されていてもよい。
　これによれば、相対逆回転時に摺動面の周方向の複数の箇所の逆方向流体導出入溝の近傍のランド部で圧が立ちやすく、摺動面同士を十分に潤滑させることができる。
　前記正方向動圧発生溝は始端から径方向に対して傾斜して円弧状に延びるスパイラル溝であり、前記正方向流体導出入溝は前記被密封流体空間に連通する流体誘導溝部と、相対正回転方向に延びるレイリーステップを有し、前記逆方向流体導出入溝は前記被密封流体空間に連通する流体誘導溝部と、相対逆回転方向に延びる逆レイリーステップを有してもよい。
　これによれば、正方向動圧発生溝がスパイラル溝であるため、漏れ空間側の流体例えば気体を用いて効率よく終端で正圧を立てることができる。また、レイリーステップ及び逆レイリーステップは相対正回転方向または相対逆回転方向に延びていることから、相対正回転時及び相対逆回転時にはレイリーステップの終端または逆レイリーステップの終端からは、大部分は周方向に向けて被密封流体が流出されるため、正方向動圧発生溝の終端から引き込まれにくい。
　前記正方向流体導出入溝と前記逆方向流体導出入溝とは、前記流体誘導溝部を共有する略Ｔ字の形状でもよい。
　これによれば、相対正回転と相対逆回転のいずれにおいても、流体誘導溝部内の被密封流体に加えて、一方側で正圧が立つ際の他方側のレイリーステップ内の被密封流体を利用でき、十分な量の被密封流体を用いて効率よく正圧を立たせることができる。
　前記逆方向流体導出入溝の相対逆回転方向側に前記正方向流体導出入溝が配置されていてもよい。
　これによれば、逆方向流体導出入溝の終端から摺動面同士の間に流入した被密封流体の一部は、回転方向に隣接する逆方向流体導出入溝の終端から吸い込まれて回収され、漏れ空間である外空間に漏れにくい。
　尚、被密封流体は、気体または液体であってもよいし、液体と気体が混合したミスト状であってもよい。
本発明の実施例１におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 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。 実施例１における静止密封環の摺動面について、正回転時における動圧発生溝及び流体導入溝の流体の動きを軸方向から見た説明図である 実施例１における静止密封環の摺動面について、逆正回転時における動圧発生溝及び流体導入溝の流体の動きを軸方向から見た説明図である。 本発明の実施例２における静止密封環の摺動面を軸方向から見た拡大図である。 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拡大図である。 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拡大図である。 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１の変形例における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。
　本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
　実施例１に係る摺動部品につき、図１から図５を参照して説明する。尚、本実施例においては、摺動部品がメカニカルシールである形態を例に挙げ説明する。また、メカニカルシールの内空間に被密封流体が存在し、外空間に大気が存在しており、メカニカルシールを構成する摺動部品の内径側を被密封流体側（高圧側）、外径側を漏れ側（低圧側）として説明する。また、説明の便宜上、図面において、摺動面に形成される溝等にドットを付すこともある。
　図１に示される自動車用のメカニカルシールは、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする被密封流体Ｆを密封し外空間Ｓ２が大気Ａに通ずるアウトサイド形のものである。尚、本実施例では、被密封流体Ｆが高圧の液体であり、大気Ａが被密封流体Ｆよりも低圧の気体である形態を例示する。
　メカニカルシールは、円環状の他の摺動部品としての回転密封環２０と、摺動部品としての円環状の静止密封環１０と、から主に構成されている。回転密封環２０は、回転軸１にスリーブ２を介して回転軸１と共に回転可能な状態で設けられている。静止密封環１０は、被取付機器のハウジング４に固定されたシールカバー５に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられている。静止密封環１０は弾性部材７によって軸方向に付勢されており、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、これに限られず、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に対して相手側密封環である回転密封環２０が実線矢印で示すように反時計周りまたは点線矢印で示すように時計周りにそれぞれ相対摺動するようになっている。以下、実線矢印の回転方向を正回転方向、点線矢印の回転方向を逆回転方向として説明する。
　静止密封環１０の摺動面１１には、外径側に複数の動圧発生溝１３が周方向に均等に配設され、内径側に複数の流体導出入溝としての流体導入溝１６が周方向に均等に配設されている。本実施例では、流体導入溝１６は流体を導入する機能を有するものであるが、流体を導出するように用いても良い。
　また、摺動面１１の動圧発生溝１３及び流体導入溝１６以外の部分は平坦面を成すランド１２となっている（図２参照）。詳しくは図３に示されるように、ランド１２は、周方向に隣接する動圧発生溝１３の間のランド部１２ａと、周方向に隣接する流体導入溝１６の間のランド部１２ｂと、後述するランド部１２ｃと、ランド部１２ｄを有し、これら各ランド部の上面（すなわち軸方向端面）は、同一平面状に配置されランド１２の平坦面を構成している。
　図２に示されるように、動圧発生溝１３は、始端が外空間Ｓ２に連通し、始端から内径側に向けて回転密封環２０の正回転方向に傾斜して円弧状に延びている。動圧発生溝１３は回転密封環２０の正回転時に終端に正圧を発生する正方向動圧発生溝である。
　動圧発生溝１３は、径方向に比較的長く、終端１３１ａ（図３参照）がより流体導入溝１６に近接する第１動圧発生溝１３１と、この第１動圧発生溝１３１と比較して径方向に比較的短く、終端１３２ａ（図３参照）がより流体導入溝１６から離間する第２動圧発生溝１３２とを備えている。
　第１動圧発生溝１３１と第２動圧発生溝１３２とは所定の本数でそれぞれ第１動圧発生溝群と第２動圧発生溝群とを構成している。本実施例では、周方向に６本の第１動圧発生溝１３１で第１動圧発生溝群が構成され、周方向に３本の第２動圧発生溝１３２で第２動圧発生溝群が構成されており、これら第１動圧発生溝群と第２動圧発生溝群とが交互に設けられている。
　尚、隣接する第１動圧発生溝１３１と第２動圧発生溝１３２とは、第１動圧発生溝１３１同士の周方向の離間距離及び第２動圧発生溝１３２同士の周方向の離間距離と同じ距離で離間している。つまり第１動圧発生溝１３１と第２動圧発生溝１３２とは全て周方向に等配すなわち等ピッチで配置されているが、これに限らず、隣接する第１動圧発生溝１３１と第２動圧発生溝１３２とは第１動圧発生溝１３１同士の周方向の離間距離及び第２動圧発生溝１３２同士の周方向の離間距離とは異なる距離で離間してもよい。
　尚、動圧発生溝１３は、回転密封環２０の正回転方向に傾斜して円弧状に延びることに限られず、例えば、回転密封環２０の正回転方向に傾斜して直線状に延びていてもよい。
　図３に示されるように、流体導入溝１６は、内空間Ｓ１に連通する流体誘導溝部１７と、流体誘導溝部１７の外径側から回転密封環２０の正回転方向または逆回転方向に向けて静止密封環１０と同心状に周方向に延びる動圧発生部としてのレイリーステップ１８と逆レイリーステップ１８’と、から構成されている。
　尚、流体誘導溝部１７は、動圧発生溝１３の深さ寸法よりも深く形成されている。また、レイリーステップ１８と逆レイリーステップ１８’は、流体誘導溝部１７の深さ寸法よりも浅く、動圧発生溝１３の深さ寸法と略同一の深さに形成されている。尚、流体誘導溝部１７は動圧発生溝１３と同じ深さ寸法であってもよい。また、レイリーステップ１８と逆レイリーステップ１８’は周方向の長さが、流体誘導溝部１７の周方向の長さや一つの動圧発生溝１３の周方向の長さよりも長く形成されている。
　レイリーステップ１８は、回転密封環２０の正回転方向に向けて静止密封環１０と同心状に周方向に延び、流体誘導溝部１７と合わせて正方向流体導出入溝を構成している。逆レイリーステップ１８’は、回転密封環２０の逆回転方向に向けて静止密封環１０と同心状に周方向に延び、流体誘導溝部１７と合わせて逆方向流体導出入溝を構成している。
　また、流体導入溝１６は、第１動圧発生溝群と第２動圧発生溝群よりも径方向内側にてこれらに跨るように配置、言い換えると径方向に対向配置されている。詳しくは、第１動圧発生溝群を構成する第１動圧発生溝１３１のうちの第２動圧発生溝１３２と隣接する最後端、すなわち正回転方向における上流端の第１動圧発生溝１３１Ｚの終端１３１ａが流体導入溝１６の流体誘導溝部１７に対向している。言い換えると最後端の第１動圧発生溝１３１Ｚの終端１３１ａの延長方向に流体誘導溝部１７が位置している。
　第１動圧発生溝群を構成する第１動圧発生溝１３１のうちの最前端の第１動圧発生溝１３１Ａの終端１３１ａは、周方向に隣接する流体導入溝１６の間のランド部１２ｂよりもやや外径側に位置している。そして、第１動圧発生溝群を構成する第１動圧発生溝１３１は全て、周方向に隣接する流体導入溝１６の間のランド部１２ｂ、レイリーステップ１８、流体誘導溝部１７に向けて形成され、逆レイリーステップ１８’に対向していない。言い換えると最後端の第１動圧発生溝１３１Ｚの終端１３１ａの延長方向に逆レイリーステップ１８’が位置していない。
　これに対して、第２動圧発生溝群を構成する第２動圧発生溝１３２のうちの第１動圧発生溝１３１と隣接する最前端の第２動圧発生溝１３２Ａの終端１３２ａは、流体導入溝１６の逆レイリーステップ１８’に対向している。言い換えると最前端の第２動圧発生溝１３２Ａの終端１３２ａの延長方向に逆レイリーステップ１８’が位置している。また、第２動圧発生溝群を構成する第２動圧発生溝１３２のうちの最後端の第２動圧発生溝１３２Ｚの終端１３２ａも、第１動圧発生溝１３１よりも径方向に離間して流体導入溝１６の逆レイリーステップ１８’に対向している。つまり第２動圧発生溝群を構成する第２動圧発生溝１３２は全て、逆レイリーステップ１８’にのみ対向している。言い換えると、第２動圧発生溝１３２の全ては、これらの延長方向に逆レイリーステップ１８’のみが位置している。
　このように、逆レイリーステップ１８’に対向する第２動圧発生溝１３２との間のランド部１２ｄは、レイリーステップ１８と流体誘導溝部１７と、これらに対向する第１動圧発生溝１３１との間のランド部１２ｃに比べて、径方向に長い。
　図３に示されるように、動圧発生溝１３は、４本の第１動圧発生溝１３１の終端１３１ａがレイリーステップ１８と流体誘導溝部１７に対してランド部１２ｃを介して近接して密状態で配置されており、これに比較して３本の第２動圧発生溝１３２の終端１３２ａが逆レイリーステップ１８’に対してランド部１２ｄを介して離間して疎状態で配置されている。
　尚、ここでいう疎状態とは、摺動面１１における、逆レイリーステップ１８’の特に終端１８ａ’の周囲において動圧発生溝１３が配置される領域の割合が、レイリーステップ１８の特に終端１８ａの周囲において動圧発生溝１３が配置される領域の割合に比べて少ない状態を指す。また、逆レイリーステップ１８’の特に終端１８ａ’の周囲において配置される動圧発生溝１３、すなわち第２動圧発生溝１３２の合計容積は、レイリーステップ１８の特に終端１８ａの周囲において配置される動圧発生溝１３、すなわち第１動圧発生溝１３１の合計容量に比べて少ないともいえる。本実施例では、第２動圧発生溝１３２が逆レイリーステップ１８’に対して特に径方向に全て長い距離離間しているのに比較して、第１動圧発生溝１３１がレイリーステップ１８に対して径方向に全て短い距離離間、すなわち近接している。尚、後に別の実施例を用いて詳述するが、逆レイリーステップ１８’の特に終端１８ａ’の周囲において配置される第２動圧発生溝１３２が全く無い、図６のようなものについても、逆レイリーステップ１８’の特に終端１８ａ’の周囲において配置される動圧発生溝１３がレイリーステップ１８の特に終端１８ａの周囲において配置される動圧発生溝１３に比較して疎状態であるといえる。
　次いで、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時の動作について図４及び図５を用いて説明する。尚、本実施例においては、回転密封環２０の停止時、正回転時、逆回転時の順に説明する。
　まず、回転密封環２０が回転していない停止時には、被密封流体Ｆが流体導入溝１６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が外空間Ｓ２に漏れ出す量はほぼない。
　図４に示されるように、回転密封環２０が静止密封環１０に対して正回転方向に相対回転し始めた直後の低速時においては、レイリーステップ１８内の被密封流体Ｆが摺動面２１とのせん断により回転密封環２０の正回転方向に追随移動することにより、内空間Ｓ１の被密封流体Ｆが流体誘導溝部１７に引き込まれる。
　すなわち、流体導入溝１６内では、被密封流体Ｆが矢印Ｈ１に示すように流体誘導溝部１７からレイリーステップ１８における相対回転方向の下流側の終端１８ａに向かって移動し、流体誘導溝部１７において被密封流体Ｆを矢印Ｈ１に示すように引き込む力が作用する。尚、図４の被密封流体Ｆや大気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。
　レイリーステップ１８の終端１８ａに向かって移動した被密封流体Ｆは、レイリーステップ１８の終端１８ａ及びその近傍で圧力が高められる。すなわちレイリーステップ１８の終端１８ａ及びその近傍で正圧が発生する。
　レイリーステップ１８の深さは浅いため、回転密封環２０の回転速度が低速につき被密封流体Ｆの移動量が少なくてもレイリーステップ１８の終端１８ａ及びその近傍にて正圧が発生する。
　また、レイリーステップ１８の終端１８ａ及びその近傍で発生した正圧による力により、摺動面１１，２１同士が若干離間される。これにより、摺動面１１，２１間には、レイリーステップ１８の終端１８ａ及び内空間Ｓ１側から被密封流体Ｆが流入する。このように摺動面１１，２１間に被密封流体Ｆが介在することにより低速回転時においても潤滑性が向上し、摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。
　また、回転密封環２０が静止密封環１０に対して正回転方向に相対回転し始めた直後の低速時においては、逆レイリーステップ１８’内の被密封流体Ｆが摺動面２１とのせん断により回転密封環２０の正回転方向に追随移動することにより、逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’及びその近傍で相対的な負圧が生じる。そのため、矢印Ｈ２に示すようにレイリーステップ１８の終端１８ａから摺動面１１，２１間に流出した被密封流体Ｆの一部は、矢印Ｈ３に示すようにランド部１２ｂを介して隣接する下流側の逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’から吸い込まれて回収される。また、被密封流体Ｆは逆レイリーステップ１８’から流体誘導溝部１７に進入し、流体誘導溝部１７において被密封流体Ｆの一部を内空間Ｓ１へ押し出す力が作用する。
　一方、動圧発生溝１３においては、回転密封環２０と静止密封環１０との相対回転低速時には、大気Ａが動圧発生溝１３内において十分に密とならず高い正圧は発生せず、動圧発生溝１３によって発生される正圧による力は、レイリーステップ１８の終端１８ａ及びその近傍で発生した正圧による力よりも相対的に小さい。よって、回転密封環２０の低速回転時では、レイリーステップ１８の終端１８ａ及びその近傍で発生した正圧による力が主体となって摺動面１１，２１同士を離間させるようになっている。
　回転密封環２０の相対回転速度が高まると、図４に示されるように、動圧発生溝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の正回転方向に追随移動するとともに、外空間Ｓ２の大気Ａが動圧発生溝１３に引き込まれる。すなわち、第１動圧発生溝１３１及び第２動圧発生溝１３２内では、多量の大気Ａが矢印Ｌ１に示すように始端１３１ｂ，１３２ｂから終端１３１ａ，１３２ａに向かって移動し、終端１３１ａ，１３２ａ及びその近傍で正圧が発生する。
　このように、レイリーステップ１８の終端１８ａ及びその近傍で発生した正圧による力に、動圧発生溝１３の終端１３１ａ，１３２ａ及びその近傍で発生した正圧による力が加わり、低速時と比べ摺動面１１，２１同士がさらに離間する。これにより、摺動面１１，２１間には、主に矢印Ｌ２に示す動圧発生溝１３内の大気Ａが流入する。
　このとき、動圧発生溝１３内において矢印Ｌ３に示す被密封流体Ｆが混在した大気Ａは、流速等のエネルギーが大きい矢印Ｌ１に示す大気Ａによって、終端１３１ａ，１３２ａ及びその近傍から内径側、すなわち被密封流体Ｆ側に押し出される。
　本実施例の摺動部品は、正回転方向への高速回転時において、動圧発生溝１３全体による正圧発生能力が、流体導入溝１６全体による正圧発生能力よりも十分に大きく設計されているため、最終的には、摺動面１１，２１間には大気Ａのみが存在した状態、すなわち気体潤滑となる。
　このように、回転密封環２０の静止密封環１０に対する正回転方向への相対回転開始時には、流体導入溝１６から摺動面１１，２１間に流出する被密封流体Ｆにより摺動面１１，２１同士が潤滑され、高速回転時には、動圧発生溝１３内で大気Ａにより発生される正圧により摺動面１１，２１同士が離間されるようになり、摺動面１１，２１間に被密封流体Ｆ、大気Ａが導入され潤滑性が高められ、相対回転開始時から高速回転時に亘って摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。また、動圧発生溝１３が被密封流体空間である内空間Ｓ１側まで延びており、気液界面が被密封流体空間側に位置することから被密封流体Ｆが漏れにくい。
　次いで、回転密封環２０の逆回転時について図５を用いて説明する。図５に示されるように、回転密封環２０が静止密封環１０に対して逆回転方向に相対回転すると、レイリーステップ１８内の被密封流体Ｆが摺動面２１とのせん断により回転密封環２０の逆回転方向に追随移動する。これにより、相対回転方向の下流側の流体誘導溝部１７に進入し、流体誘導溝部１７において被密封流体Ｆの一部を矢印Ｈ１’に示すように押し出す力が作用する。尚、図５の被密封流体Ｆや大気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。
　一方、逆レイリーステップ１８’内の被密封流体Ｆは摺動面２１とのせん断により回転密封環２０の逆回転方向に追随移動し、その終端１８ａ’及びその近傍で正圧が発生する。このとき、第２動圧発生溝１３２が逆レイリーステップ１８’に対して径方向に長い距離離間、すなわちランド１２ｄの径方向長さが長いことから、その終端１８ａ’及びその近傍で比較的高い正圧が発生する。これにより、摺動面１１，２１間には、逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’（矢印Ｈ３’参照）及び内空間Ｓ１側から被密封流体Ｆが流入する。
　このように、静止密封環１０に対して回転密封環２０が相対的に反時計回りに逆回転する場合には、流体導入溝１６内に吸い込まれた被密封流体Ｆは、逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’から摺動面１１，２１間に供給されるため、貧潤滑となることを回避できる。また、流体誘導溝部１７が設けられているため、被密封流体Ｆを多量に保持することができる。
　また、逆レイリーステップ１８’と隣接する下流側のレイリーステップ１８との間には周方向にランド１２ｂが延びているため、逆レイリーステップ１８’から周方向に向かって流出した被密封流体は下流側のレイリーステップ１８まで流れやすくなっている。
　以上説明したように、回転密封環２０の逆回転時に逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’から摺動面１１，２１間に供給される被密封流体Ｆは、隣接する流体導入溝１６の間のランド部１２ｂやランド部１２ｄに大部分が供給され、ランド部１２ｄでは第２動圧発生溝１３２までの径方向の距離がランド部１２ｃと比較して大きく、つまり第１動圧発生溝１３１がレイリーステップ１８に対して密状態なのに比べて、第２動圧発生溝１３２は逆レイリーステップ１８’に対して疎状態で配置されている。そのため、第２動圧発生溝１３２に被密封流体Ｆが即座に流れることが抑制され、逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’及びその近傍である、ランド部１２ｂとランド部１２ｄとで比較的高い正圧が立ちやすく、被密封流体Ｆを流入させるのに十分な隙間を摺動面１１，２１間に形成することができ、摺動面１１，２１同士を十分に潤滑させることができる。
　また、特に第１動圧発生溝１３１の終端１３１ａがレイリーステップ１８の終端１８ａに対して密状態なのに比べて、第２動圧発生溝１３２の終端１３２ａは逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’に対して疎状態で配置されていることから、逆回転時に逆レイリーステップ１８’で正圧が発生する際に、第２動圧発生溝１３２の終端１３２ａ側で発生する負圧による影響が少ないため、逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’及びその近傍である、ランド部１２ｂとランド部１２ｄとで圧が立ちやすい。
　また、逆レイリーステップ１８’と第２動圧発生溝１３２が疎となる領域、つまりランド部１２ｂとランド部１２ｄとが、摺動面１１の周方向に複数配置されているため、逆回転時に摺動面１１の周方向に亘っての複数の箇所の逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’で圧が立ちやすく、摺動面１１，２１同士を十分に潤滑させることができる。
　また、逆レイリーステップ１８’の逆回転方向側にレイリーステップ１８が配置されているため、矢印Ｈ３’に示すように逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’から摺動面１１，２１同士の間に流入した被密封流体Ｆの一部は、矢印Ｈ２’に示すようにランド部１２ｂを介して隣接する下流側のレイリーステップ１８の終端１８ａから吸い込まれて回収され、漏れ空間である外空間Ｓ２に漏れにくい。
　また、レイリーステップ１８と逆レイリーステップ１８’とは、流体誘導溝部１７を共有する略Ｔ字の形状であるため、正回転と逆回転のいずれにおいても、流体誘導溝部１７内の被密封流体Ｆに加えて、一方側で正圧が立つ際の他方側のレイリーステップ内の被密封流体Ｆを利用でき、十分な量の被密封流体Ｆを用いて効率よく正圧を立たせることができる。
　また、第１動圧発生溝１３１、第２動圧発生溝１３２は始端１３１ｂ、１３２ｂから内径側に向けて傾斜して円弧状に延びるスパイラル溝であるため、漏れ空間である外空間Ｓ２側の流体、ここでは気体を用いて効率よく終端１３１ａ、１３２ａで正圧を立てることができる。
　また、正方向流体導出入溝は、内空間Ｓ１に連通する流体誘導溝部１７と、流体誘導溝部１７の外径側から回転密封環２０の正回転方向に向けて静止密封環１０と同心状に周方向に延びる動圧発生部としてのレイリーステップ１８とで構成されており、逆方向流体導出入溝は、内空間Ｓ１に連通する流体誘導溝部１７と、流体誘導溝部１７の外径側から回転密封環２０の逆回転方向に向けて静止密封環１０と同心状に周方向に延びる動圧発生部としての逆レイリーステップ１８’とで構成されている。そして、レイリーステップ１８及び逆レイリーステップ１８’は相対正回転方向または相対逆回転方向に延びていることから、正回転時及び逆回転時にはレイリーステップ１８の終端１８ａまたは逆レイリーステップ１８’の終端１８ａ’からは、大部分は周方向に向けて、つまりランド部１２ｂに向けて被密封流体Ｆが流出されるため、第２動圧発生溝１３２の終端１３２ａから引き込まれにくい。
　次に、実施例２に係る摺動部品つき、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。
　前記実施例１において、第１動圧発生溝１３１に比べて第２動圧発生溝１３２の径方向の長さを短くすることで、動圧発生溝１３はレイリーステップ１８に対して密状態なのに比べて、逆レイリーステップ１８’に対して疎状態となるような構成で説明したが、本実施例２の摺動部品では、逆レイリーステップ１８’に対して延長方向に対向する動圧発生溝が省略されており、つまり本実施例２の動圧発生溝１３には、その延長方向でランド部１２ｄに向かって延びるものがなく、動圧発生溝１３が逆レイリーステップ１８’に対して疎状態となっている。
　これによれば、正回転時の動圧発生溝１３全体による正圧発生能力が若干低下するものの、逆レイリーステップ１８’に対して延長方向に対向する動圧発生溝から被密封流体Ｆが漏れ出るのをより抑制することができる。
　次に、実施例３に係る摺動部品つき、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。
　前記実施例１において、第１動圧発生溝１３１に比べて第２動圧発生溝１３２の径方向の長さを短くすることで、動圧発生溝１３はレイリーステップ１８に対して密状態なのに比べて、逆レイリーステップ１８’に対して疎状態となるような構成で説明したが、本実施例３の摺動部品では、第１動圧発生溝１３１と第２動圧発生溝２３２とは、径方向の長さが同長であり、レイリーステップ１８に対して延長方向に対向する第１動圧発生溝１３１の本数に比べて、逆レイリーステップ１８’に対して延長方向に対向する第２動圧発生溝２３２の本数が少ないことで、動圧発生溝１３が逆レイリーステップ１８’に対して疎状態となっている。
　これによれば、逆回転時には逆レイリーステップ１８’に対して延長方向に対向する第２動圧発生溝２３２から被密封流体Ｆが一部吸い込まれやすいものの、第２動圧発生溝２３２が被密封流体空間である内空間Ｓ１側まで延びていることから、正回転時には気液界面が被密封流体空間側に位置して被密封流体Ｆが漏れにくい。
　次に、実施例４に係る摺動部品つき、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。
　前記実施例１において、レイリーステップ１８と逆レイリーステップ１８’とは、流体誘導溝部１７を共有する略Ｔ字の形状の流体導入溝１６として一体に形成されているが、本実施例４の摺動部品では、レイリーステップ１８と流体誘導溝部１７で正方向流体導出入溝２６が構成され、逆レイリーステップ１８’と流体誘導溝部１７’で逆方向流体導出入溝２６’が構成され、これらが周方向に流体誘導溝部１７，１７’同士を離間させて配置されている。
　これによれば、正方向流体導出入溝２６と逆方向流体導出入溝２６’とを縁切りすることができるため、正回転と逆回転のいずれにおいても、一方における被密封流体Ｆの移動が他方に影響を与えにくく、それぞれ必要な正圧を得るための設計を行い易い。
　次に、実施例５に係る摺動部品つき、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。
　動圧発生溝２３は、漏れ空間に開放して連通し、被密封流体空間側に向かいながら下流側に傾斜して、終端２３ａまで直線状に凹設されている。複数並設された動圧発生溝２３の各終端２３ａは、周方向に沿って径方向の位置が漸次変化しており、周方向に亘り正弦波形状の滑らかで且つ連続した仮想曲線上に配置されている。尚、本実施例に限られず、特に図示しないが、終端２３ａが配置される仮想曲線は正弦波形状のように周期性を有していなくてもよい。
　動圧発生溝２３は、動圧発生溝２３Ａ～２３Ｌを１つの動圧発生溝群として、この動圧発生溝群が周方向に等配されており、１つの動圧発生溝群につき１つの流体導入溝１６が配置されている。
　図９に示されるように、終端２３ａが最も漏れ空間側（ここでは外径側）に位置する動圧発生溝２３Ｌの延長方向に逆レイリーステップ１８’が位置しており、動圧発生溝２３Ｌよりも終端２３ａが被密封流体空間側（ここでは内径側）に位置する動圧発生溝２３Ａは延長方向にランド部１２ｄが位置している。そして終端２３ａが被密封流体空間側（ここでは内径側）に位置する動圧発生溝２３Ｆ～２３Ｈは、延長方向にランド部１２ｃを介してレイリーステップ１８が位置している。このように、動圧発生溝２３は、レイリーステップ１８と流体誘導溝部１７に対して終端２３ａがランド部１２ｃを介して近接して密状態で配置されており、これに比較して逆レイリーステップ１８’側では、終端２３ａがランド部１２ｄを介して離間して疎状態で配置されている。
　これによれば、複数の終端２３ａは正弦波形状の仮想曲線上に配置されていることから、回転密封環２０の正回転時に摺動面２１１においては、正圧は周方向に沿って径方向の異なる位置で発生し、摺動面２１１における径方向の圧力勾配が小さくなるため、摺動面２１１の広い領域で均一に流体膜が形成され易い。そのため、摺動面２１１，２１同士の潤滑性が良好となる。加えて、逆回転時には、動圧発生溝２３の終端２３ａが逆レイリーステップ１８’に対して離間して疎状態であることから、ランド部１２ｄにて圧が立ちやすい。
　尚、本実施例５では、終端２３ａが最も被密封流体空間側（ここでは外径側）に位置する動圧発生溝２３Ｌの延長方向に逆レイリーステップ１８’が位置しており、終端２３ａが比較的漏れ空間側（ここでは内径側）に位置する動圧発生溝２３Ｆ～２３Ｈは延長方向にレイリーステップ１８が位置しているが、これに限らず、レイリーステップ１８に対して密状態で配置され、これに比較して逆レイリーステップ１８’に対して疎状態で配置されていれば、動圧発生溝２３Ａ～２３Ｌにおけるどの動圧発生溝２３の延長方向にレイリーステップ１８または逆レイリーステップ１８’が位置していてもよい。
　次に、実施例６に係る摺動部品つき、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。
　本実施例６の摺動部品では、第１動圧発生溝１３１と第２動圧発生溝１３３とは、径方向の長さが同長であり、レイリーステップ１８に対して延長方向に対向する第１動圧発生溝１３１に比べて、逆レイリーステップ１８’に対して延長方向に対向する第２動圧発生溝１３３の溝幅が短い。このように、動圧発生溝１３が逆レイリーステップ１８’に対して疎状態となっている。
　これによれば、逆回転時には逆レイリーステップ１８’に対して延長方向に対向する第２動圧発生溝１３３から被密封流体Ｆが一部吸い込まれるものの、その吸い込まれる量は少ない。また、第２動圧発生溝１３３が被密封流体空間である内空間Ｓ１側まで延びていることから、正回転時には気液界面が被密封流体空間側に位置して被密封流体Ｆが漏れにくい。
　次に、実施例７に係る摺動部品つき、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。
　本実施例７の摺動部品では、第１動圧発生溝１３１と第２動圧発生溝１３４とは、径方向の長さが同長であり、レイリーステップ１８に対して延長方向に対向する第１動圧発生溝１３１に比べて、逆レイリーステップ１８’に対して延長方向に対向する第２動圧発生溝１３４の深さ寸法が短い。このように、動圧発生溝１３が逆レイリーステップ１８’に対して疎状態となっている。
　これによれば、逆回転時には逆レイリーステップ１８’に対して延長方向に対向する第２動圧発生溝１３４から被密封流体Ｆが一部吸い込まれるものの、第２動圧発生溝１３４は第１動圧発生溝１３１と比較して所定の回転数において生じる負圧の絶対値が小さいため、逆レイリーステップ１８’の終端１８’及び近傍で発生する正圧への影響は小さい。また、第２動圧発生溝１３４が被密封流体空間である内空間Ｓ１側まで延びていることから、正回転時には気液界面が被密封流体空間側に位置して被密封流体Ｆが漏れにくい。
　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１～７では、摺動部品として、自動車用のメカニカルシールを例に説明したが、一般産業機械等の他のメカニカルシールであってもよい。また、メカニカルシールに限られず、すべり軸受などメカニカルシール以外の摺動部品であってもよい。
　また、前記実施例１～７では、動圧発生溝及び流体導入溝を静止密封環に設ける例について説明したが、動圧発生溝及び流体導入溝を回転密封環に設けてもよい。
　また、前記実施例１～７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、被密封流体側が低圧側、漏れ側が高圧側となっていてもよいし、被密封流体側と漏れ側とは略同じ圧力であってもよい。
　また、前記実施例１～７における摺動部品を有するメカニカルシールは、アウトサイド型を例に説明したが、摺動面の外周から内周方向へ向かって漏れようとする流体をシールする形式であるインサイド型に適用されてもよい。インサイド型を採用する場合には、例えば図１２に示される摺動部品３０のように、動圧発生溝３３である第１動圧発生溝３３１と第２動圧発生溝３３２が内径側、すなわち漏れ空間である内空間Ｓ１１側に設けられ、レイリーステップ３８、逆レイリーステップ３８’と流体誘導溝部３７とを有する流体導入溝３６が外径側、すなわち被密封流体空間である外空間Ｓ１２側に設けられていてもよい。
　また、前記実施例１～７では、動圧発生溝は漏れ空間に連通していると説明したが、これに限られず動圧を発生させることができれば、連通していなくてもよい。
　また、前記実施例１～７では、流体導入溝は被密封流体空間に連通していると説明したが、これに限られず被密封流体を貯留可能であれば連通していなくてもよく、例えばディンプルなどであってもよい。
　また、前記実施例１～７では、流体導入溝がレイリーステップを有している形態を例示したが、これに限られず、正回転時と逆回転時に正圧を発生させることができればよく、例えば、レイリーステップの部分は周方向に傾斜して径方向に延びる傾斜溝であってもよい。
　また、前記実施例１～７では、流体導入溝は周方向に複数設けられる形態を例示したが、少なくとも１つ設けられていればよい。
　また、前記実施例１～７では、被密封流体は高圧の液体と説明したが、これに限られ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１～７では、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、これに限られ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。
１０　　　　　　　静止密封環
１１，２１　　　　摺動面
１２ａ～１２ｄ　　ランド部
１３　　　　　　　動圧発生溝（正方向動圧発生溝）
１６　　　　　　　流体導入溝
１７　　　　　　　流体誘導溝部（正方向流体導出入溝・逆方向流体導出入溝）
１８　　　　　　　レイリーステップ（正方向流体導出入溝）
１８’　　　　　　逆レイリーステップ（逆方向流体導出入溝）
１８ａ，１８ａ’　終端
２０　　　　　　　回転密封環
２３　　　　　　　動圧発生溝
２３Ａ～２３Ｌ　　動圧発生溝
２３ａ　　　　　　終端
２６　　　　　　　逆方向流体導出入溝
２６　　　　　　　正方向流体導出入溝
１３１　　　　　　第１動圧発生溝
１３１ａ　　　　　終端
１３１　　　　　　第２動圧発生溝
１３２ａ　　　　　終端
１３３　　　　　　第２動圧発生溝
１３４　　　　　　第２動圧発生溝
２３２　　　　　　第２動圧発生溝
Ｆ　　　　　　　　被密封流体
Ｓ１　　　　　　　内空間（被密封流体空間）
Ｓ２　　　　　　　外空間（漏れ空間）
Ｓ１１　　　　　　内空間（漏れ空間）
Ｓ１２　　　　　　外空間（被密封流体空間）

Claims (8)

  1. 　一対の摺動環の摺動面が互いに相対回転し、被密封流体空間と漏れ空間との間を区画する摺動部品であって、
    　少なくとも一方の前記摺動面には、前記漏れ空間に連通する正方向動圧発生溝と、前記正方向動圧発生溝とランド部で隔離されると共に前記被密封流体空間に連通する正方向流体導出入溝と、前記正方向動圧発生溝とランド部で隔離されると共に前記被密封流体空間に連通する逆方向流体導出入溝とを備え、
    　前記正方向動圧発生溝が前記正方向流体導出入溝に対してよりも、前記逆方向流体導出入溝に対して疎状態で配置されている摺動部品。
  2. 　前記正方向動圧発生溝の終端が前記正方向流体導出入溝の終端に対してよりも、前記逆方向流体導出入溝の終端に対して疎状態で配置されている請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記疎状態は、前記正方向流体導出入溝に対して配置されるより合計容積が小さい前記正方向動圧発生溝が前記逆方向流体導出入溝に対して配置されることで構成されている請求項１に記載の摺動部品。
  4. 　前記疎状態は、前記正方向流体導出入溝に対して配置されるよりも径方向に短い前記正方向動圧発生溝が前記逆方向流体導出入溝に対して配置されることで構成されている請求項１に記載の摺動部品。
  5. 　前記疎状態となる領域が、摺動面の周方向に複数配置されている請求項１に記載の摺動部品。
  6. 　前記正方向動圧発生溝は始端から径方向に対して傾斜して円弧状に延びるスパイラル溝であり、前記正方向流体導出入溝は前記被密封流体空間に連通する流体誘導溝部と、相対正回転方向に延びるレイリーステップを有し、前記逆方向流体導出入溝は前記被密封流体空間に連通する流体誘導溝部と、相対逆回転方向に延びる逆レイリーステップを有している請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
  7. 　前記正方向流体導出入溝と前記逆方向流体導出入溝とは、前記流体誘導溝部を共有する略Ｔ字の形状である請求項６に記載の摺動部品。
  8. 　前記逆方向流体導出入溝の相対逆回転方向側に前記正方向流体導出入溝が配置されている請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
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WO2020130087A1 (ja) * 2018-12-21 2020-06-25 イーグル工業株式会社 摺動部品
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