WO2024004657A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2024004657A1
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groove
fluid
dynamic pressure
sliding
liquid
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Inventor
翔悟 福田
忠継 井村
圭佑 西澤
Original Assignee
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
    • 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 fluid introduction groove is a deep groove that communicates with the liquid space on the outer diameter side and extends in the radial direction.
  • the Rayleigh step is a shallow groove that communicates with the fluid introduction groove and extends in the circumferential direction toward the downstream side in the rotational direction.
  • the dynamic pressure generating groove is a spiral groove that communicates with the gas space on the inner diameter side and extends toward the outer diameter side while being inclined toward the downstream side in the rotational direction.
  • the pressure in the gas space may change and become higher than the pressure in the liquid space.
  • a large amount of gas flows from the gas space between the sliding surfaces, and the liquid introduced between the sliding surfaces is pushed back into the liquid space side by the gas, causing the sliding There was a risk of poor lubrication between the surfaces.
  • the present invention was made with attention to such problems, and an object of the present invention is to provide a sliding component that can prevent poor lubrication between sliding surfaces at low relative rotation speeds.
  • the sliding component of the present invention has the following features: A sliding component in which a pair of sliding rings rotate relative to each other and partition a first fluid space and a second fluid space, The sliding surfaces of the pair of sliding rings are provided on the first fluid space side, and include specific dynamic pressure generating grooves that generate dynamic pressure by the first fluid; a dynamic pressure generating groove that is provided closer to the second fluid space than the specific dynamic pressure generating groove and generates dynamic pressure by the second fluid; a communication groove communicating with the first fluid space; a circumferential groove provided closer to the second fluid space than the specific dynamic pressure generating groove and extending circumferentially from the communication groove; A first fluid introduction groove is provided closer to the second fluid space than the circumferential groove and introduces the first fluid.
  • the amount of the first fluid supplied between the sliding surfaces can be secured in a wide range in the circumferential direction of the circumferential groove, and the amount of the first fluid can be secured between the sliding surfaces from the first fluid introduction groove.
  • the supplied first fluid can suppress the second fluid from moving toward the first fluid space. This can prevent poor lubrication between the sliding surfaces at low relative rotational speeds.
  • the circumferential groove and the first fluid introduction groove may communicate with each other. According to this, the first fluid can be introduced into the first fluid introduction groove from the circumferential groove.
  • the communication groove may extend radially from the first fluid space toward the circumferential groove. According to this, it is possible to suppress excessive introduction of the first fluid from the first fluid space into the communication groove and the circumferential groove during relative rotation of the pair of sliding rings.
  • the communication groove may extend from the first fluid space toward the circumferential groove at an angle in the rotational direction. According to this, it is easy to introduce the first fluid smoothly into the communication groove and the circumferential groove from the first fluid space when the pair of sliding rings rotate relative to each other.
  • An annular groove may be formed between the first fluid introduction groove and the dynamic pressure generation groove. According to this, since the first fluid and the second fluid move along the annular groove, the interface between the first fluid and the second fluid can be stabilized.
  • the circumferential groove may be annular. According to this, the amount of the first fluid supplied between the sliding surfaces from the circumferential groove can be ensured, and the second fluid can be prevented from moving toward the first fluid space side with respect to the circumferential groove.
  • the first fluid introduction groove may be a spiral groove. According to this, dynamic pressure can be generated at the closed end of the first fluid introduction groove. Further, since the first fluid introduction groove can be provided close to each other in the circumferential direction, there is a high degree of freedom in design.
  • the dynamic pressure generating groove may be a spiral groove, and a closed end of the dynamic pressure generating groove and a closed end of the first fluid introduction groove may be opposed to each other. According to this, it is possible to effectively prevent the second fluid from moving toward the first fluid space due to the dynamic pressure generated at the closed end of the first fluid introduction groove.
  • the first fluid may be a liquid
  • the second fluid may be a gas. According to this, liquid lubrication can be performed when the relative rotation speed is low, and gas lubrication can be performed when the relative rotation speed is high.
  • 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. Further, it is a diagram schematically illustrating an operation at a low relative rotation speed.
  • 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 axial view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 3 of the present invention.
  • 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. It is an enlarged view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 5 of this invention seen from the axial direction.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 6 of the present invention, viewed from the axial direction. It is an enlarged view of the sliding surface of the stationary sealing ring in Example 7 of this invention seen from the axial direction.
  • Example 1 A sliding component according to Example 1 will be explained with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the liquid F as the sealed fluid exists in the outer space S1 as the first fluid space of the mechanical seal
  • the gas A exists in the inner space S2 as the second fluid space. That is, in this embodiment, the first fluid is the liquid F, and the second fluid is the gas A.
  • dots may be added to grooves and the like formed on the sliding surface in the drawings.
  • the mechanical seal shown in FIG. 1 is of an inside type in which the liquid F in the outer space S1 that tends to leak from the outer diameter side of the sliding surface toward the inner diameter side is sealed, and the inner space S2 is communicated with the gas A. .
  • the mechanical seal is mainly composed of a rotating sealing ring 20 as the other sliding ring and a stationary sealing ring 10 as one sliding ring.
  • the rotary sealing ring 20 has an annular shape, is attached to the rotary shaft 1 using a sleeve 2, and is rotatable together with the rotary shaft 1.
  • the stationary sealing ring 10 has an annular shape and is provided in a non-rotating state and in an axially movable state on a seal cover 5 fixed to a housing 4 of an attached device.
  • the stationary seal ring 10 is biased in the axial direction by the elastic member 7, so that the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 and the sliding surface 21 of the rotating seal 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 seal ring 20 slides clockwise relative to the stationary seal ring 10 as shown by the solid arrow.
  • the sliding surface 11 of the stationary sealing ring 10 has a plurality of deep grooves 13 (four in this embodiment), a plurality of liquid introduction grooves 14 (60 in this embodiment) as first fluid introduction grooves, and a plurality of Dynamic pressure generating grooves 15 (60 in this example) and Rayleigh steps 16 (4 in this example) as specific dynamic pressure generating grooves are provided.
  • the portions of the sliding surface 11 other than the deep grooves 13, liquid introduction grooves 14, and dynamic pressure generation grooves 15 are lands 12 that are arranged on the same plane and form a flat surface.
  • the flat surface of the land 12 functions as a sliding surface that substantially slides on the sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20.
  • the deep groove 13 has a communication groove portion 131 as a communication groove and a circumferential groove portion 132 as a circumferential groove, and has a substantially T-shape when viewed in the axial direction.
  • the communication groove portion 131 communicates with the outer space S1 and extends from the outer edge of the sliding surface 11 in the inner diameter direction.
  • the circumferential groove portion 132 extends concentrically with the sliding surface 11 from the inner diameter end of the communication groove portion 131 on both sides in the circumferential direction.
  • the communication groove 131 and the circumferential groove 132 have the same depth.
  • each circumferential groove 132 is larger than the circumferential length L2 of the communication groove 131 (L1>L2).
  • the liquid introduction groove 14 is provided on the inner diameter side of the circumferential groove portion 132 so as to be spaced apart via the land 12a, and does not communicate with the circumferential groove portion 132.
  • the liquid introduction groove 14 extends in an arc shape from the outer diameter side toward the inner diameter side while being inclined with a counterclockwise component. That is, the liquid introduction groove 14 is a spiral groove.
  • the liquid introduction groove 14 is formed at a constant depth in the circumferential direction.
  • the depth of this liquid introduction groove 14 is shallower than the depth of the deep groove 13.
  • the liquid introduction groove 14 only needs to have a function of introducing liquid to the inner diameter side, and is not limited to extending in an arc shape while being inclined, but may be one extending in a straight line. Further, the liquid introduction groove 14 of this embodiment is designed to introduce liquid to the inner diameter side and to generate positive pressure at the closed end 14A.
  • the dynamic pressure generating groove 15 communicates with the inner space S2.
  • the dynamic pressure generating groove 15 extends in an arcuate manner from the outer diameter side toward the inner diameter side while being inclined with a counterclockwise component. That is, the dynamic pressure generating groove 15 is a spiral groove. Note that the dynamic pressure generating groove 15 may not communicate with the inner space S2.
  • the dynamic pressure generating groove 15 extends in an arc shape in the circumferential direction while being inclined with a counterclockwise component from the inner diameter side toward the outer diameter side, and is formed to a constant depth.
  • the depth of this dynamic pressure generating groove 15 is shallower than the depth of the deep groove 13. Note that the dynamic pressure generating groove 15 only needs to have the function of guiding gas toward the outer diameter side and generating positive pressure at the closed end 15A, and is not limited to extending in an arc shape while being inclined, but may be in a straight line shape. It may extend to .
  • the closed end 14A on the inner diameter side of the liquid introduction groove 14 and the closed end 15A on the outer diameter side of the dynamic pressure generating groove 15 are separated from each other in the radial direction by the land 12c and face each other.
  • the Rayleigh step 16 extends counterclockwise from the communication groove 131 concentrically with the sliding surface 11 and is disposed on the outer diameter side of the annular circumferential groove 132.
  • the Rayleigh step 16 is shallower than the deep groove 13 and has a constant depth in the circumferential direction. Note that the Rayleigh step 16 may not communicate with the communication groove 131.
  • FIG. 3 the flow of liquid F is shown as a white arrow, and the flow of gas A is shown as a black arrow.
  • the liquid F flows into the deep groove 13, the liquid introduction groove 14, and the Rayleigh step 16 provided on the side of the outer space S1 rather than the land 12c. Furthermore, gas A flows into the dynamic pressure generating groove 15 provided closer to the inner space S2 than the land 12c.
  • the liquid F in the deep groove 13, the liquid introduction groove 14, and the Rayleigh step 16 is mainly liquid.
  • the surface layer of F moves in the direction of rotation of the rotary sealing ring 20 due to shearing with the sliding surface 21.
  • the liquid F in the circumferential groove 132 moves from the relative rotation upstream end 132A (see FIG. 2) toward the relative rotation downstream end 132B, as shown by arrow D2. .
  • the liquid F that has moved toward the end 132B of the circumferential groove 132 flows out between the sliding surfaces 11 and 21 from the end 132B and its vicinity, as shown by arrow D3. Note that the deep groove 13 is deep enough to prevent positive pressure from occurring at and near the end 132B.
  • liquid F in the outer space S1 is drawn into the circumferential groove 132 and the Rayleigh step 16 through the communication groove 131.
  • the liquid F in the Rayleigh step 16 moves toward the closed end 16A of the Rayleigh step 16, as shown by arrow D8.
  • the liquid F that has moved toward the closed end 16A of the Rayleigh step 16 generates positive pressure at and near the closed end 16A, as shown by arrow D9.
  • liquid F in the liquid introduction groove 14 moves from the closed end 14B on the outer diameter side toward the closed end 14A on the inner diameter side, as shown by arrow D4. Note that the liquid F between the sliding surfaces 11 and 21 is drawn into the liquid introduction groove 14 from around the closed end 14B.
  • the liquid F that has moved toward the closed end 14A of the liquid introduction groove 14 flows out between the sliding surfaces 11 and 21 from the closed end 14A and its vicinity, as shown by arrow D5.
  • the pressure of the liquid F in the liquid introduction groove 14 is increased at and near the closed end 14A. That is, positive pressure is generated at and near the closed end 14A of the liquid introduction groove 14.
  • the sliding surfaces 11 and 21 are slightly separated by the positive pressure generated at the closed end 14A of the liquid introduction groove 14 and the vicinity thereof, and the positive pressure generated at the closed end 16A of the Rayleigh step 16 and the vicinity thereof.
  • liquid F flows between the sliding surfaces 11 and 21 from the outer space S1
  • gas A flows from the inner space S2 between the sliding surfaces 11 and 21 as shown by the arrow D11. do.
  • the gas A in the dynamic pressure generating groove 15 moves from the inner diameter closed end 15B to the inner diameter closed end 15A, as shown by arrow D6. Note that the gas A between the sliding surfaces 11 and 21 is drawn into the dynamic pressure generating groove 15 from around the closed end 15B.
  • the gas A that has moved toward the closed end 15A of the dynamic pressure generating groove 15 flows out from the vicinity of the closed end 15A between the sliding surfaces 11 and 21, as shown by arrow D7.
  • Gas A flowing out between the sliding surfaces 11 and 21 from the closed end 15A and its vicinity is guided to move toward the outer diameter side, but is generated at the closed end 14A of the liquid introduction groove 14 and its vicinity. It is pushed back in the inner diameter direction by positive pressure.
  • the positive pressure generated at the closed end 15A of the dynamic pressure generation groove 15 and its vicinity is larger than the positive pressure generated at the closed end 14A of the liquid introduction groove 14 and its vicinity, compared to when the relative rotation speed is low.
  • the sliding surfaces 11 and 21 are further spaced apart.
  • the sliding surfaces 11 and 21 are spaced apart to such an extent that the liquid F in the deep groove 13 and the liquid introduction groove 14 hardly acts on the sliding surface 21 during high-speed rotation. Therefore, gas lubrication by the gas A is finally performed between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the liquid F is supplied between the sliding surfaces 11 and 21 in a wide range in the circumferential direction of the circumferential groove portion 132 in the deep groove 13. amount can be secured.
  • gas A is supplied between the sliding surfaces 11 and 21 from the inner space S2 or the closed end 15A of the dynamic pressure generating groove 15. is pushed back in the inner diameter direction.
  • the pressure of the liquid F in the outer space S1 is higher than the pressure of the gas A in the inner space S2, but the pressure of the gas A may be higher than the pressure of the liquid F.
  • the liquid introduction groove 14 is provided apart from the closed end 15A of the dynamic pressure generating groove 15 on the outer diameter side, and this liquid introduction groove 14 directs the liquid F toward the outer diameter side. Since the liquid F is drawn in from between the sliding surfaces 11 and 21, the gas A is suppressed from pushing out the liquid F from between the sliding surfaces 11 and 21. This can prevent poor lubrication between the sliding surfaces 11 and 21 at low relative rotational speeds.
  • the communication groove portion 131 extends in the radial direction from the outer space S1 toward the circumferential groove portion 132. According to this, when the relative rotation between the stationary seal ring 10 and the rotating seal ring 20 is high, it is possible to suppress excessive introduction of liquid F from the outer space S1 into the deep groove 13, and to prevent gas lubrication from being inhibited. It can be prevented.
  • liquid introduction groove 14 is a spiral groove, dynamic pressure can be generated at the closed end 14A of the liquid introduction groove 14. Therefore, even if the gas A has a higher pressure than the liquid F, the gas A can be effectively pushed back toward the inner diameter side.
  • liquid introduction groove 14 can be provided close to each other in the circumferential direction, there is a high degree of freedom in design.
  • the dynamic pressure generating groove 15 is a spiral groove, and the closed end 15A of the dynamic pressure generating groove 15 and the closed end 14A of the liquid introduction groove 14 are opposed to each other. According to this, it is possible to effectively suppress the movement of the gas A toward the outside space S1 due to the positive pressure generated at the closed end 14A of the liquid introduction groove 14.
  • liquid lubrication can be performed using liquid F when the relative rotation speed is low
  • gas lubrication can be performed using gas A when the relative rotation speed is high.
  • the deep groove 13 has a substantially T-shape when viewed in the axial direction by the communication groove part 131 and the circumferential groove part 132, but the circumferential groove extends from the inner diameter end of the communication groove to one side in the circumferential direction. It may be formed in an L-shape when viewed in the axial direction that extends to the side. Further, the communication groove portion may extend radially more inward than the circumferential groove portion.
  • circumferential groove portion 132 is not limited to extending in an arc shape, but may extend in a straight line.
  • the liquid introduction groove 14 and the dynamic pressure generation groove 15 are spiral grooves having a radial direction component and a circumferential direction component, but are not limited to this.
  • the dimples may be rectangular or circular in shape, or may be Rayleigh steps extending in the circumferential direction.
  • liquid introduction groove 14 may be a deep groove that does not generate positive pressure.
  • the closed end 14A of the liquid introduction groove 14 and the closed end 15A of the dynamic pressure generation groove 15 are arranged radially apart and radially opposed to each other.
  • the closed ends of the liquid introduction groove and the dynamic pressure generation groove do not need to be on the meridian as long as they are separated in the radial direction.
  • the outer diameter end of the liquid introduction groove 24 communicates with the circumferential groove portion 232 of the deep groove 23. According to this, since a large amount of liquid F can be introduced from the circumferential groove portion 232 of the deep groove 23 into the liquid introduction groove 24, the liquid F can be reliably supplied between the sliding surfaces at low relative rotation speeds, and liquid lubrication can be performed. can. Further, even if the gas A has a higher pressure than the liquid F, the gas A can be reliably pushed back toward the inner diameter side.
  • the inner diameter end of the dynamic pressure generating groove 25 communicates with the inner space S2. According to this, since the gas A can be supplied from the inner space S2 to the dynamic pressure generating groove 25, positive pressure can be generated reliably at high relative rotation speeds, the sliding surfaces can be spaced apart, and gas lubrication can be performed. Can be done.
  • the circumferential groove portion 332 of the deep groove 33 has an annular shape.
  • the communication groove portion 331 communicates with the circumferential groove portion 332.
  • the circumferential groove portion 332 has an annular shape, the liquid F can be supplied between the sliding surfaces over the entire circumference of the sliding surface 310 during low relative rotation speed, and The supply amount of liquid F can be secured.
  • the gas A moves to the outer diameter side beyond the liquid introduction groove 34 at a low relative rotation speed, the gas A is collected in the circumferential groove portion 332, so that the gas A is collected in the circumferential direction between the sliding surfaces. A state in which the liquid F exists on the outer diameter side of the groove portion 332 can be maintained.
  • the four communication grooves 331 are connected to the annular circumferential groove 332, but the communication grooves communicating with the annular circumferential groove 332 can be freely changed.
  • one or more communication grooves may communicate with the annular circumferential groove.
  • annular groove 47 is formed between the liquid introduction groove 44 and the dynamic pressure generation groove 45. According to this, the liquid F introduced between the sliding surfaces from the liquid introduction groove 44 and the gas A introduced between the sliding surfaces from the dynamic pressure generation groove 45 move along the annular groove 47. Therefore, the interface between liquid F and gas A can be stabilized.
  • the groove provided between the liquid introduction groove 44 and the dynamic pressure generation groove 45 is not limited to the annular groove 47, but may be a substantially C-shaped groove or an arc-shaped groove. Furthermore, a plurality of concentric grooves may be provided.
  • the circumferential length L10 of the circumferential groove portion 532 in the deep groove 53 is smaller than the circumferential length L20 of the communicating groove portion 531 ( L10 ⁇ L20). In other words, a large area of the deep groove 53 is ensured. According to this, it is possible to ensure the amount of liquid F supplied from the deep groove 53 to between the sliding surfaces and to the liquid introduction groove 54 when the relative rotation speed is low.
  • the communication groove portion 631 of the deep groove 63 extends from the outer space S1 toward the inner diameter direction at an angle counterclockwise. According to this, liquid can be smoothly introduced from the outer space S1 toward the circumferential groove portion 632 when the relative rotation speed is low.
  • the stationary sealing ring 600 includes a spiral groove 640 as a specific dynamic pressure generating groove.
  • This spiral groove 640 extends substantially parallel to the communication groove portion 631. According to this, since the liquid F in the outer space S1 can be introduced into the inner diameter side by the spiral groove 640, a large amount of liquid F can be secured between the sliding surfaces, and sliding performance can be improved.
  • liquid F exists in the inner space S2, and gas A exists in the outer space S1.
  • a communication groove portion 731 of the deep groove 73 communicates with the inner space S2.
  • the liquid introduction groove 74 extends in an arc shape from the circumferential groove portion 732 of the deep groove 73 toward the outer diameter side while being inclined with a counterclockwise component.
  • the dynamic pressure generating groove 75 extends in an arc shape from the outer diameter side toward the inner diameter side while being inclined with a counterclockwise component.
  • the outer diameter end of this dynamic pressure generating groove 75 communicates with the outer space S1.
  • the Rayleigh step 76 extends counterclockwise from the communication groove 731 and concentrically with the sliding surface.
  • a mechanical seal was used as an example of a sliding component, but the sliding component may be a shaft seal component other than a mechanical seal. Further, the sliding component may be other than a shaft seal component, for example, a bearing component.
  • one sliding ring of the present invention may be a stationary sealing ring or a rotating sealing ring. Further, it may be provided on both the stationary sealing ring and the rotating sealing ring. Further, it is sufficient that the sliding surfaces of a pair of sliding rings are provided with these grooves, for example, deep grooves and liquid introduction grooves are provided on the sliding surface of one sliding ring, and the sliding surface of the other sliding ring is provided with deep grooves and liquid introduction grooves.
  • a dynamic pressure generating groove may be provided on the dynamic surface.
  • liquid F exists in one of the outer space and the inner space, and the gas A exists in the other, but the liquid F may exist in both spaces. However, gas A may exist in both spaces.
  • the gas A may be in the form of a mist that is a mixture of liquid and gas.
  • the bottom surfaces of the deep grooves, liquid introduction grooves, and dynamic pressure generation grooves extend parallel to the flat surface of the land, but the present invention is not limited to this.
  • the bottom surface may be inclined so that it becomes shallower toward the downstream side of relative rotation.
  • the specific dynamic pressure generating groove communicates with the liquid space, but it may not communicate with the liquid space. Further, the specific dynamic pressure generating groove is not limited to a Rayleigh step or a spiral groove, and may be freely changed.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

相対回転低速時に摺動面間の貧潤滑を防止できる摺動部品を提供する。　一対の摺動環１０，２０が互いに相対回転するとともに第１流体空間Ｓ１及び第２流体空間Ｓ２を区画する摺動部品であって、一対の摺動環の摺動面１０，２０は、第１流体空間Ｓ１側に設けられ、第１流体Ｆにより動圧を発生する特定動圧発生溝１６と、特定動圧発生溝１６よりも第２流体空間Ｓ２側に設けられ、第２流体Ａにより動圧を発生する動圧発生溝１５と、第１流体空間Ｓ１に連通する連通溝１３１と、特定動圧発生溝１６よりも第２流体空間Ｓ１側に設けられ、連通溝１３１から周方向に延びる周方向溝１３２と、周方向溝１３２よりも第２流体空間Ｓ２側に設けられ、第１流体Ｆを導入する第１流体導入溝１４と、を有する。

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、流体導入溝と、レイリーステップと、動圧発生溝と、が回転側密封環の摺動面に設けられている。流体導入溝は、外径側の液体空間に連通し径方向に延びる深溝である。レイリーステップは、流体導入溝に連通し、回転方向下流側に向けて周方向に延びる浅溝である。動圧発生溝は、内径側の気体空間に連通し回転方向下流側に傾斜しながら外径側に向けて延びるスパイラル溝である。
　このメカニカルシールは、回転側密封環の低速回転時には、流体導入溝から摺動面間に液体が導入され、摺動面間が液体潤滑されることで摺動性が高められている。また、回転側密封環の定常運転等の高速回転時には、動圧発生溝の内径端部から気体が導入され閉塞端部近傍で動圧が生じ、これにより摺動面間が僅かに離間し摺動面間が気体潤滑されることで摺動性が高められるようになっている。
国際公開第２０１６／１６７２６２号（第１３頁、第７図）
　特許文献１のようなメカニカルシールにあっては、気体空間内の圧力が変化して液体空間内の圧力よりも高くなることがある。このような場合、回転側密封環の低速回転時に気体空間から摺動面間に流入する気体が多くなり、該気体により摺動面間に導入される液体が液体空間側に押し戻され、摺動面間が貧潤滑となる虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、相対回転低速時に摺動面間の貧潤滑を防止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、
　一対の摺動環が互いに相対回転するとともに第１流体空間及び第２流体空間を区画する摺動部品であって、
　一対の前記摺動環の摺動面は、前記第１流体空間側に設けられ、第１流体により動圧を発生する特定動圧発生溝と、
　前記特定動圧発生溝よりも前記第２流体空間側に設けられ、第２流体により動圧を発生する動圧発生溝と、
　前記第１流体空間に連通する連通溝と、
　前記特定動圧発生溝よりも前記第２流体空間側に設けられ、前記連通溝から周方向に延びる周方向溝と、
　前記周方向溝よりも前記第２流体空間側に設けられ、前記第１流体を導入する第１流体導入溝と、を有する。
　これによれば、相対回転低速時において、周方向溝の周方向の広い範囲で摺動面間に供給される第１流体の量を確保できるとともに、第１流体導入溝から摺動面間に供給される第１流体により第２流体が第１流体空間側に移動することを抑制できる。これにより、相対回転低速時の摺動面間の貧潤滑を防止できる。
　前記周方向溝と前記第１流体導入溝とは連通していてもよい。
　これによれば、第１流体導入溝に周方向溝から第１流体を導入できる。
　前記連通溝は、前記第１流体空間から前記周方向溝に向けて径方向に延びていてもよい。
　これによれば、一対の摺動環の相対回転時に第１流体空間から連通溝および周方向溝内に第１流体が過剰に導入されることを抑制できる。
　前記連通溝は、前記第１流体空間から前記周方向溝に向けて回転方向に傾斜して延びていてもよい。
　これによれば、一対の摺動環の相対回転時に第１流体空間から連通溝および周方向溝内に第１流体を円滑に導入しやすい。
　前記第１流体導入溝と前記動圧発生溝との間に円環溝が形成されていてもよい。
　これによれば、第１流体と第２流体とが円環溝に沿って移動するため、第１流体と第２流体との界面を安定させることができる。
　前記周方向溝は環状をなしていてもよい。
　これによれば、周方向溝から摺動面間に供給される第１流体の量を確保できるとともに、周方向溝よりも第１流体空間側に第２流体が移動することを防止できる。
　前記第１流体導入溝はスパイラル溝であってもよい。
　これによれば、第１流体導入溝における閉塞端部で動圧を発生させることができる。また第１流体導入溝を周方向に近付けて設けることができるので設計自由度が高い。
　前記動圧発生溝はスパイラル溝であり、該動圧発生溝の閉塞端部と前記第１流体導入溝の閉塞端部とは対向していてもよい。
　これによれば、第１流体導入溝における閉塞端部で発生する動圧により第２流体が第１流体空間側に移動することを効果的に抑制できる。
　前記第１流体は液体で、前記第２流体は気体であってもよい。
　これによれば、相対回転低速時には液体潤滑を行うことができ、相対回転高速時には気体潤滑を行うことができる。
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。また、相対回転低速時の動作を模式的に説明する図である。 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拡大図である。 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拡大図である。 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拡大図である。
　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３を参照して説明する。尚、本実施例においては、メカニカルシールの第１流体空間としての外空間Ｓ１に被密封流体としての液体Ｆが存在し、第２流体空間としての内空間Ｓ２に気体Ａが存在している。つまり、本実施例では、第１流体が液体Ｆで、第２流体が気体Ａとなる。また、説明の便宜上、図面において、摺動面に形成される溝等にドットを付すこともある。
　図１に示されるメカニカルシールは、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする外空間Ｓ１内の液体Ｆを密封し内空間Ｓ２が気体Ａに通ずるインサイド形のものである。
　メカニカルシールは、他方の摺動環としての回転密封環２０と、一方の摺動環としての静止密封環１０と、から主に構成されている。回転密封環２０は円環状をなし、回転軸１にスリーブ２を用いて取り付けられており回転軸１と共に回転可能となっている。
　静止密封環１０は円環状をなし、被取付機器のハウジング４に固定されたシールカバー５に非回転状態かつ軸方向に移動可能な状態で設けられている。弾性部材７によって静止密封環１０が軸方向に付勢されることにより、静止密封環１０の摺動面１１と回転密封環２０の摺動面２１とが互いに密接摺動するようになっている。尚、回転密封環２０の摺動面２１は平坦面となっており、この平坦面には溝等の凹み部が設けられていない。
　静止密封環１０及び回転密封環２０は、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＮ等があり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン等が利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料等も適用可能である。
　図２および図３に示されるように、静止密封環１０に対して回転密封環２０が実線矢印で示すように時計周りに相対摺動するようになっている。
　静止密封環１０の摺動面１１には、複数の深溝１３（本実施例では４個）と、第１流体導入溝としての複数の液体導入溝１４（本実施例では６０個）と、複数の動圧発生溝１５（本実施例では６０個）と、特定動圧発生溝としてのレイリーステップ１６（本実施例では４個）と、が設けられている。
　また、摺動面１１における深溝１３、液体導入溝１４、動圧発生溝１５以外の部分は同一平面上に配置された平坦面を成すランド１２となっている。ランド１２の平坦面が回転密封環２０の摺動面２１と実質的に摺動する摺動面として機能している。
　深溝１３は、連通溝としての連通溝部１３１と周方向溝としての周方向溝部１３２とを有し、軸方向視略Ｔ字状をなしている。連通溝部１３１は、外空間Ｓ１に連通し、摺動面１１の外縁から内径方向に延びている。
　周方向溝部１３２は、連通溝部１３１の内径端から周方向両側に摺動面１１と同心円状に延びている。連通溝部１３１および周方向溝部１３２は同じ深さとなっている。
　各周方向溝部１３２の周方向長さＬ１は、連通溝部１３１の周方向長さＬ２よりも大きくなっている（Ｌ１＞Ｌ２）。
　液体導入溝１４は、周方向溝部１３２の内径側にランド１２ａを介して離間して設けられており、周方向溝部１３２と非連通となっている。この液体導入溝１４は、外径側から内径側に向けて反時計回りの成分を持って傾斜しながら円弧状に延びている。すなわち、液体導入溝１４は、スパイラル溝である。
　液体導入溝１４は、周方向に一定の深さに形成されている。この液体導入溝１４の深さは、深溝１３の深さよりも浅くなっている。尚、液体導入溝１４は、内径側に液体を導入する機能を有しておればよく、傾斜しながら円弧状に延びるものに限らず、直線状に延びるものであってもよい。また、本実施例の液体導入溝１４は内径側に液体を導入するとともに閉塞端部１４Ａで正圧を生じさせるようになっている。
　動圧発生溝１５は、内空間Ｓ２と連通している。この動圧発生溝１５は、外径側から内径側に向けて反時計回りの成分を持って傾斜しながら円弧状に延びている。すなわち、動圧発生溝１５は、スパイラル溝である。尚、動圧発生溝１５は、内空間Ｓ２と非連通となっていてもよい。
　動圧発生溝１５は、内径側から外径側に向けて反時計回りの成分を持って傾斜しながら周方向に円弧状に延びており、一定の深さに形成されている。この動圧発生溝１５の深さは、深溝１３の深さよりも浅くなっている。尚、動圧発生溝１５は、外径側に気体を導いて閉塞端部１５Ａで正圧を生じさせる機能を有しておればよく、傾斜しながら円弧状に延びるものに限らず、直線状に延びるものであってもよい。
　液体導入溝１４の内径側の閉塞端部１４Ａと、動圧発生溝１５の外径側の閉塞端部１５Ａとは、ランド１２ｃにより径方向に離間し且つ対向している。
　レイリーステップ１６は、連通溝部１３１から反時計回りに摺動面１１と同心円状に延び、環状の周方向溝部１３２の外径側に配置されている。レイリーステップ１６は、深溝１３よりも浅く、周方向に一定の深さとなっている。尚、レイリーステップ１６は、連通溝部１３１と非連通であってもよい。
　次いで、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時の動作について図３を用いて説明する。尚、図３では液体Ｆの流れを白矢印、気体Ａの流れを黒矢印として図示する。
　まず、回転密封環２０が回転していない停止時には、ランド１２ｃよりも外空間Ｓ１側に設けられる深溝１３、液体導入溝１４、レイリーステップ１６内に液体Ｆが流入している。また、ランド１２ｃよりも内空間Ｓ２側に設けられる動圧発生溝１５内には気体Ａが流入している。
　尚、非回転時には、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間の液体Ｆが内空間Ｓ２に漏れ出す量はほぼない。
　図３に示されるように、回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転し始めた低速回転時においては、深溝１３、液体導入溝１４、レイリーステップ１６内の液体Ｆ、主に液体Ｆの表層が摺動面２１とのせん断により回転密封環２０の回転方向に追随移動する。
　これによれば、周方向溝部１３２内の液体Ｆは、矢印Ｄ２に示されるように、相対回転上流側の端部１３２Ａ（図２参照）から相対回転下流側の端部１３２Ｂに向かって移動する。
　周方向溝部１３２の端部１３２Ｂに向かって移動した液体Ｆは、矢印Ｄ３に示されるように、端部１３２Ｂ及びその近傍から摺動面１１，２１間に流出する。尚、深溝１３は、端部１３２Ｂ及びその近傍で正圧が発生しない程度の深さとなっている。
　また、矢印Ｄ１に示されるように、外空間Ｓ１の液体Ｆが連通溝部１３１を通じて周方向溝部１３２およびレイリーステップ１６内に引き込まれる。
　また、レイリーステップ１６内の液体Ｆは、矢印Ｄ８に示されるように、レイリーステップ１６の閉塞端部１６Ａに向かって移動する。レイリーステップ１６の閉塞端部１６Ａに向かって移動した液体Ｆは、矢印Ｄ９に示されるように、閉塞端部１６Ａ及びその近傍で正圧が発生する。
　また、液体導入溝１４内の液体Ｆは、矢印Ｄ４に示されるように、外径側の閉塞端部１４Ｂから内径側の閉塞端部１４Ａに向かって移動する。尚、摺動面１１，２１間の液体Ｆは、閉塞端部１４Ｂの周辺から液体導入溝１４内に引き込まれる。
　液体導入溝１４の閉塞端部１４Ａに向かって移動した液体Ｆは、矢印Ｄ５に示されるように、閉塞端部１４Ａ及びその近傍から摺動面１１，２１間に流出する。
　また、液体導入溝１４内の液体Ｆは、閉塞端部１４Ａ及びその近傍で圧力が高められる。すなわち、液体導入溝１４の閉塞端部１４Ａ及びその近傍で正圧が発生する。
　液体導入溝１４の閉塞端部１４Ａ及びその近傍で発生する正圧と、レイリーステップ１６の閉塞端部１６Ａ及びその近傍で発生する正圧と、により摺動面１１，２１間が僅かに離間され、矢印Ｄ１０に示されるように外空間Ｓ１から摺動面１１，２１間に液体Ｆが流入するとともに、矢印Ｄ１１に示されるように内空間Ｓ２から摺動面１１，２１間に気体Ａが流入する。
　一方、動圧発生溝１５内の気体Ａは、矢印Ｄ６に示されるように、内径側の閉塞端部１５Ｂから内径側の閉塞端部１５Ａに向かって移動する。尚、摺動面１１，２１間の気体Ａは、閉塞端部１５Ｂの周辺から動圧発生溝１５内に引き込まれる。
　動圧発生溝１５の閉塞端部１５Ａに向かって移動した気体Ａは、矢印Ｄ７に示されるように、閉塞端部１５Ａその近傍から摺動面１１，２１間に流出する。
　尚、回転密封環２０と静止密封環１０との相対回転低速時には、気体Ａが動圧発生溝１５内において十分に密とならず高い正圧は発生せず、摺動面１１，２１間を離間させる力はほとんど作用しない。
　閉塞端部１５Ａおよびその近傍から摺動面１１，２１間に流出した気体Ａは、外径側に移動するように誘導されるが、液体導入溝１４の閉塞端部１４Ａ及びその近傍で発生する正圧により内径方向に押し戻されるようになっている。
　また図示しないが、回転密封環２０の相対回転速度が高まると、動圧発生溝１５の閉塞端部１５Ｂから閉塞端部１５Ａに向かって多量の気体Ａが移動し、閉塞端部１５Ａおよびその近傍で圧力が高められる。すなわち、動圧発生溝１５の閉塞端部１５Ａおよびその近傍で正圧が発生する。
　このとき動圧発生溝１５の閉塞端部１５Ａおよびその近傍で発生する正圧は、液体導入溝１４の閉塞端部１４Ａ及びその近傍で発生する正圧よりも大きくなり、相対回転低速時と比べて摺動面１１，２１間がさらに離間する。
　本実施例のメカニカルシールは、高速回転時において、深溝１３および液体導入溝１４内の液体Ｆが摺動面２１にほとんど作用しない程度に摺動面１１，２１間が離間する。したがって、最終的には、摺動面１１，２１間は気体Ａによる気体潤滑が行われる。
　以上説明したように、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転低速時において、深溝１３における周方向溝部１３２の周方向の広い範囲で摺動面１１，２１間に供給される液体Ｆの量を確保できる。また、液体導入溝１４から摺動面１１，２１間に供給される液体Ｆにより、内空間Ｓ２または動圧発生溝１５の閉塞端部１５Ａから摺動面１１，２１間に供給される気体Ａが内径方向に押し戻される。
　例えば、通常は、外空間Ｓ１の液体Ｆの圧力が内空間Ｓ２の気体Ａの圧力よりも高くなっているが、気体Ａの圧力が液体Ｆの圧力よりも高くなることがある。このような場合であっても、動圧発生溝１５の閉塞端部１５Ａよりも外径側に離間して液体導入溝１４が設けられており、この液体導入溝１４が液体Ｆを外径側から引き込むため、気体Ａが摺動面１１，２１間から液体Ｆを押し出すことが抑制される。これにより、相対回転低速時の摺動面１１、２１間の貧潤滑を防止できる。
　また、連通溝部１３１は、外空間Ｓ１から周方向溝部１３２に向けて径方向に延びている。これによれば、静止密封環１０と回転密封環２０とのの相対回転高速時に外空間Ｓ１から深溝１３内に液体Ｆが過剰に導入されることを抑制でき、気体潤滑が阻害されることを防止できる。
　また、液体導入溝１４はスパイラル溝であるため、液体導入溝１４における閉塞端部１４Ａで動圧を発生させることができる。そのため、液体Ｆよりも高圧の気体Ａであっても、気体Ａを内径側に効果的に押し戻すことができる。
　さらに、液体導入溝１４を周方向に近付けて設けることができるので設計自由度が高い。
　また、動圧発生溝１５はスパイラル溝であり、動圧発生溝１５の閉塞端部１５Ａと液体導入溝１４の閉塞端部１４Ａとは対向している。これによれば、液体導入溝１４における閉塞端部１４Ａで発生する正圧により気体Ａが外空間Ｓ１側に移動することを効果的に抑制できる。
　また、相対回転低速時には液体Ｆにより液体潤滑を行うことができ、相対回転高速時には気体Ａにより気体潤滑を行うことができる。
　尚、本実施例では、深溝１３は、連通溝部１３１と周方向溝部１３２により軸方向視略Ｔ字状をなしている形態を例示したが、周方向溝が連通溝の内径端から周方向一方側に延びる軸方向視Ｌ字状に形成されていてもよい。また、連通溝部は周方向溝部よりも内径側に延びていてもよい。
　また、周方向溝部１３２は円弧状に延びるものに限られず、直線状に延びるものであってもよい。
　また、本実施例では、液体導入溝１４および動圧発生溝１５が径方向の成分および周方向の成分を有して傾斜するスパイラル溝である形態を例示したが、これに限られず、軸方向視矩形状や円形状などのディンプルであってもよいし、周方向に延びるレイリーステップ等であってもよい。
　また、液体導入溝１４は正圧を発生させない程度の深溝であってもよい。
　また、本実施例では、液体導入溝１４の閉塞端部１４Ａと動圧発生溝１５の閉塞端部１５Ａは、径方向に離間して径線状に対向して配置されている形態を例示したが、液体導入溝と動圧発生溝との閉塞端部同士が経線上にはなくても径方向に離れていればよい。
　次に、実施例２に係る摺動部品につき、図４を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図４に示されるように、本実施例２の静止密封環２００は、液体導入溝２４の外径端が深溝２３の周方向溝部２３２と連通している。これによれば、深溝２３の周方向溝部２３２から液体導入溝２４に多くの液体Ｆを導入できるため、相対回転低速時に確実に摺動面間に液体Ｆを供給でき、液体潤滑を行うことができる。また、液体Ｆよりも高圧の気体Ａであっても、気体Ａを内径側に確実に押し戻すことができる。
　また、動圧発生溝２５は、その内径端が内空間Ｓ２に連通している。これによれば、内空間Ｓ２から動圧発生溝２５に気体Ａを供給できるため、相対回転高速時に確実に正圧を発生させ、摺動面間を離間させることができ、気体潤滑を行うことができる。
　次に、実施例３に係る摺動部品につき、図５を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図５に示されるように、本実施例３の静止密封環３００は、深溝３３の周方向溝部３３２が円環状を成している。連通溝部３３１は、周方向溝部３３２に連通している。
　このように、周方向溝部３３２が円環状を成しているため、相対回転低速時に摺動面３１０の全周に亘って摺動面間に液体Ｆを供給することができ、摺動面間への液体Ｆの供給量を確保できる。
　また、相対回転低速時において気体Ａが液体導入溝３４を越えて外径側に移動した場合であっても、該気体Ａは周方向溝部３３２に回収されるため、摺動面間における周方向溝部３３２よりも外径側に液体Ｆが存在する状態を維持できる。
　尚、本実施例３では、環状の周方向溝部３３２に４つの連通溝部３３１が連通している形態を例示したが、環状の周方向溝部に連通する連通溝部は自由に変更できる。例えば、環状の周方向溝部に１つ以上の連通溝部が連通していればよい。
　次に、実施例４に係る摺動部品につき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例３と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図６に示されるように、本実施例４の静止密封環４００は、液体導入溝４４と動圧発生溝４５との間に円環溝４７が形成されている。これによれば、液体導入溝４４から摺動面間に導入される液体Ｆと、動圧発生溝４５から摺動面間に導入される気体Ａと、は、円環溝４７に沿って移動するため、液体Ｆと気体Ａとの界面を安定させることができる。
　尚、液体導入溝４４と動圧発生溝４５との間に設けられる溝は、円環溝４７に限られず、略Ｃ字状や円弧状の溝であってもよい。さらに尚、当該溝は同心状のものが複数設けられていてもよい。
　次に、実施例５に係る摺動部品につき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例４と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図７に示されるように、本実施例５の静止密封環５００は、深溝５３における周方向溝部５３２の周方向長さＬ１０は、連通溝部５３１の周方向長さＬ２０よりも小さくなっている（Ｌ１０＜Ｌ２０）。言い換えれば、深溝５３の領域が大きく確保されている。これによれば、相対回転低速時に深溝５３から摺動面間や液体導入溝５４に供給される液体Ｆの量を確保できる。
　次に、実施例６に係る摺動部品につき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例５と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図８に示されるように、本実施例５の静止密封環６００は、深溝６３の連通溝部６３１が外空間Ｓ１から内径方向に向けて反時計回りに傾斜して延びている。これによれば、相対回転低速時に外空間Ｓ１から周方向溝部６３２に向けて円滑に液体を導入することができる。
　また、静止密封環６００は、特定動圧発生溝としてのスパイラル溝６４０を備えている。このスパイラル溝６４０は、連通溝部６３１と略平行に延びている。これによれば、スパイラル溝６４０により外空間Ｓ１の液体Ｆを内径側に導入できるので、摺動面間に多く液体Ｆを確保でき、摺動性を高めることができる。
　次に、実施例７に係る摺動部品につき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図９に示されるように、本実施例７のメカニカルシールは、内空間Ｓ２に液体Ｆが存在し、外空間Ｓ１に気体Ａが存在している。静止密封環７００は、深溝７３の連通溝部７３１が内空間Ｓ２に連通している。
　液体導入溝７４は、深溝７３の周方向溝部７３２から反時計回りの成分を持って傾斜しながら外径側に円弧状に延びている。
　動圧発生溝７５は、外径側から内径側に向けて反時計回りの成分を持って傾斜しながら円弧状に延びている。この動圧発生溝７５の外径端は、外空間Ｓ１に連通している。
　レイリーステップ７６は、連通溝部７３１から反時計回りに摺動面と同心円状に延びている。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例１～７では、摺動部品として、メカニカルシールを例に説明したが、摺動部品はメカニカルシール以外の軸封部品であってもよい。さらに、摺動部品は軸封部品以外、例えば軸受部品であってもよい。
　また、前記実施例１～７では、深溝、液体導入溝、動圧発生溝を静止密封環に設ける例について説明したが、各溝を回転密封環に設けてもよい。言い換えると、本発明の一方の摺動環は静止密封環でもあっても回転密封環であってもよい。また、静止密封環と回転密封環の両方に設けてもよい。また、一対の摺動環の摺動面がこれらの溝を備えていればよく、例えば、一方の摺動環の摺動面に深溝、液体導入溝が設けられ、他方の摺動環の摺動面に動圧発生溝が設けられたものであってもよい。
　また、前記実施例１～７では、外空間と内空間のうち一方に液体Ｆが存在し、他方に気体Ａが存在する形態を例示したが、両空間に液体Ｆが存在していてもよいし、両空間に気体Ａが存在していてもよい。
　また、前記実施例１～７では、気体Ａは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、深溝、液体導入溝、動圧発生溝の各底面がランドの平坦面と平行に延びている形態を例示したが、これに限られず、例えば、各溝の底面が相対回転下流側に向けて浅くなるように傾斜していてもよい。
　前記実施例４～６では、特定動圧発生溝が液体空間に連通する形態を例示したが、液体空間と非連通であってもよい。また、特定動圧発生溝は、レイリーステップやスパイラル溝に限られず、自由に変更してもよい。
１　　　　　　　　回転軸
２　　　　　　　　スリーブ
４　　　　　　　　ハウジング
１０　　　　　　　静止密封環（一方の摺動環）
１１　　　　　　　摺動面
１２ｃ　　　　　　ランド
１３　　　　　　　深溝
１４　　　　　　　液体導入溝
１４Ａ　　　　　　閉塞端部
１５　　　　　　　動圧発生溝
１５Ａ　　　　　　閉塞端部
１６　　　　　　　レイリーステップ（特定動圧発生溝）
２０　　　　　　　回転密封環
２１　　　　　　　摺動面
２３　　　　　　　深溝
２４　　　　　　　液体導入溝
２５　　　　　　　動圧発生溝
３３　　　　　　　深溝
３４　　　　　　　液体導入溝
４３　　　　　　　深溝
４４　　　　　　　液体導入溝
５３　　　　　　　深溝
６３　　　　　　　深溝
７３　　　　　　　深溝
７４　　　　　　　液体導入溝
７５　　　　　　　動圧発生溝
１３１　　　　　　連通溝部（連通溝）
１３２　　　　　　周方向溝部（周方向溝）
２００～７００　　静止密封環
６４０　　　　　　スパイラル溝（特定動圧発生溝）
Ａ　　　　　　　　気体（第２流体）
Ｆ　　　　　　　　液体（第１流体）
Ｓ１　　　　　　　外空間（第１流体空間）
Ｓ２　　　　　　　内空間（第２流体空間）

Claims (9)

  1. 　一対の摺動環が互いに相対回転するとともに第１流体空間及び第２流体空間を区画する摺動部品であって、
    　一対の前記摺動環の摺動面は、前記第１流体空間側に設けられ、第１流体により動圧を発生する特定動圧発生溝と、
    　前記特定動圧発生溝よりも前記第２流体空間側に設けられ、第２流体により動圧を発生する動圧発生溝と、
    　前記第１流体空間に連通する連通溝と、
    　前記特定動圧発生溝よりも前記第２流体空間側に設けられ、前記連通溝から周方向に延びる周方向溝と、
    　前記周方向溝よりも前記第２流体空間側に設けられ、前記第１流体を導入する第１流体導入溝と、を有する摺動部品。
  2. 　前記周方向溝と前記第１流体導入溝とは連通している請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記連通溝は、前記第１流体空間から前記周方向溝に向けて径方向に延びている請求項１に記載の摺動部品。
  4. 　前記連通溝は、前記第１流体空間から前記周方向溝に向けて回転方向に傾斜して延びている請求項１に記載の摺動部品。
  5. 　前記第１流体導入溝と前記動圧発生溝との間に円環溝が形成されている請求項１に記載の摺動部品。
  6. 　前記周方向溝は環状をなしている請求項１に記載の摺動部品。
  7. 　前記第１流体導入溝はスパイラル溝である請求項１に記載の摺動部品。
  8. 　前記動圧発生溝はスパイラル溝であり、該動圧発生溝の閉塞端部と前記第１流体導入溝の閉塞端部とは対向している請求項７に記載の摺動部品。
  9. 　前記第１流体は液体で、前記第２流体は気体である請求項１ないし8いずれかに記載の摺動部品。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206958248U (zh) * 2017-06-21 2018-02-02 浙江工业大学 一种低泄漏螺旋槽液膜机械密封端面结构
WO2018092742A1 (ja) * 2016-11-16 2018-05-24 イーグル工業株式会社 しゅう動部品

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