WO2025239228A1 - 摺動部品 - Google Patents

摺動部品

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WO2025239228A1
WO2025239228A1 PCT/JP2025/016543 JP2025016543W WO2025239228A1 WO 2025239228 A1 WO2025239228 A1 WO 2025239228A1 JP 2025016543 W JP2025016543 W JP 2025016543W WO 2025239228 A1 WO2025239228 A1 WO 2025239228A1
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WO
WIPO (PCT)
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groove portion
tip
relative rotation
groove
dynamic pressure
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/016543
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
岩 王
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eagle Industry Co Ltd
Original Assignee
Eagle Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Eagle Industry Co Ltd filed Critical Eagle Industry Co Ltd
Publication of WO2025239228A1 publication Critical patent/WO2025239228A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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 sliding parts that rotate relative to one another, such as sliding parts used in shaft sealing devices that seal the rotating shafts of rotating machines in automobiles, general industrial machinery, or other sealing fields, or sliding parts used in bearings for machines in automobiles, general industrial machinery, or other bearing fields.
  • the sliding surface of one of the sliding rings of the mechanical seal shown in Patent Document 1 is provided with a fluid inlet groove that communicates with the outer diameter space and extends radially, and a dynamic pressure generating groove that extends circumferentially from the fluid inlet groove and is shallower than the fluid inlet groove.
  • a fluid inlet groove that communicates with the outer diameter space and extends radially
  • a dynamic pressure generating groove that extends circumferentially from the fluid inlet groove and is shallower than the fluid inlet groove.
  • the mechanical seal shown in Patent Document 2 has a fluid inlet groove with one end connected to the leakage side, and a dynamic pressure generating groove at the other end of the fluid inlet groove.
  • the sealed fluid between the sliding surfaces is recovered by the fluid inlet groove, which is at a relatively low pressure, thereby achieving both lubrication and sealing properties.
  • the fluid introduction groove extends in a radial direction that is approximately perpendicular to the relative rotation of the pair of sliding rings. This makes it difficult to introduce fluid from the outer diameter space into the fluid introduction groove, and from the fluid introduction groove to the dynamic pressure generating groove, during relative rotation of the pair of sliding rings, and there is a risk that a sufficient floating effect cannot be achieved using the dynamic pressure generated by the dynamic pressure generating groove. Furthermore, even in the mechanical seal of Patent Document 2, which aims to lubricate all the way to the leakage side, there is a risk that it is difficult to introduce the sealed fluid recovered in the fluid introduction groove into the dynamic pressure generating groove.
  • the present invention was developed to address these issues, and aims to provide a sliding component with a high floating effect.
  • the sliding component of the present invention comprises: A sliding component disposed at a location where a pair of sliding surfaces rotate relative to each other, At least one of the sliding surfaces is provided with a dynamic pressure generating groove having a deep groove portion communicating with one of the spaces and a shallow groove portion extending from the deep groove portion downstream in the direction of relative rotation,
  • the side wall of the deep groove portion on the upstream side of the relative rotation is inclined toward the downstream side of the relative rotation as it becomes farther away from the one space. This allows fluid to be smoothly introduced from one space along the side wall upstream of the deep groove portion relative to the rotation of the deep groove portion into the deep groove portion and from the deep groove portion into the shallow groove portion, thereby generating sufficient dynamic pressure in the shallow groove portion.
  • At least a portion of a side wall of the deep groove portion on the upstream side of the relative rotation may be curved so as to be convex toward the downstream side of the relative rotation. This allows the fluid to be smoothly introduced toward the shallow groove portion.
  • At least a portion of a side wall of the deep groove portion on the downstream side of the relative rotation may be inclined toward the downstream side of the relative rotation as it becomes farther away from the one space. This allows fluid to be smoothly introduced from one space into the deep groove portion and from the deep groove portion toward the shallow groove portion along the side walls on both sides of the deep groove portion that rotate relative to one another.
  • the shallow groove portion may become gradually shallower toward the downstream side in the direction of relative rotation. This allows the pressure to be increased gradually.
  • the shallow groove portion may be gradually shallower toward the other space. This allows dynamic pressure to be generated toward the other space.
  • the shallow groove may have a tapered tip. This allows dynamic pressure to be generated effectively.
  • the shallow groove portion may be curved so as to be convex toward the one space toward the downstream side of the relative rotation. This allows the fluid to be guided in both the circumferential and radial directions.
  • At least one of the sliding surfaces may be provided with another dynamic pressure generating groove that communicates with the space on the other side and generates dynamic pressure on the tip side. This allows the dynamic pressure generating groove and the other dynamic pressure generating groove to generate dynamic pressure effectively.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an example of a mechanical seal according to a first embodiment of the present invention.
  • 3 is a view of the sliding surface of the stationary seal ring in the first embodiment as viewed from the axial direction.
  • FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG. 2.
  • 3 is a schematic cross-sectional view taken along the leading end of the leading end groove in Example 1.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4A
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4 is an explanatory view of the movement of fluid in dynamic pressure generating grooves during forward rotation, as viewed from the axial direction, on the sliding surface of the stationary seal ring in the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the pressure distribution of the dynamic pressure generating groove in Example 1.
  • FIG. FIG. 10 is a view of a sliding surface of a stationary seal ring according to a second embodiment of the present invention, as viewed from the axial direction.
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing an example of a thrust bearing according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a main portion of a sliding surface of a stationary seal ring according to a third embodiment of the present invention, as viewed from the axial direction.
  • FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a main portion of a sliding surface of a stationary seal ring according to a fourth embodiment of the present invention, as viewed from the axial direction.
  • Example 1 The sliding component of Example 1 will be described with reference to Figures 1 to 7.
  • a mechanical seal will be used as an example of the sliding component.
  • a first fluid F1 such as air acting as a leakage fluid
  • a second fluid F2 such as oil acting as a sealed fluid
  • an inner space S2 which is the other space.
  • grooves formed on the sliding surface may be indicated by dots in the drawings.
  • the mechanical seal shown in Figure 1 is an outside type that seals off the second fluid F2 that attempts to leak from the inner diameter side to the outer diameter side of the sliding surface.
  • the second fluid F2 is at a higher pressure than the first fluid F1.
  • the mechanical seal is primarily composed of a stationary seal ring 10 and a rotary seal ring 20.
  • the stationary seal ring 10 is annular and is mounted on a seal cover 5 fixed to the housing 4 of the device to which it is attached, in a non-rotating state but movable in the axial direction.
  • the rotary seal ring 20 is annular and is mounted on the rotary shaft 1 via a sleeve 2, in a state that it can rotate together with the rotary shaft 1.
  • the stationary seal ring 10 is biased in the axial direction by an elastic member 7.
  • the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 and the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 slide closely against each other.
  • the sliding surface 21 of the rotary seal ring 20 is flat, and this flat surface does not have any grooves or other recesses.
  • the stationary seal ring 10 and the rotating seal ring 20 are typically formed from a combination of SiC (hard material) or SiC (hard material) and carbon (soft material), but any sliding material used for mechanical seals can be used.
  • SiC include sintered bodies using boron, aluminum, carbon, or other sintering aids, as well as materials consisting of two or more phases with different components and compositions, such as SiC with dispersed graphite particles, reaction-sintered SiC consisting of SiC and Si, SiC-TiC, and SiC-TiN.
  • Examples of carbon include a mixture of carbonaceous and graphite materials, resin-molded carbon, and sintered carbon.
  • metal materials, resin materials, surface-modified materials (coating materials), and composite materials are also applicable.
  • the sliding surface 11 of the stationary seal ring 10 has multiple dynamic pressure generating grooves 13 evenly arranged in the circumferential direction (six in this embodiment).
  • the rest of the sliding surface 11 other than the dynamic pressure generating grooves 13 forms a flat land 12.
  • the dynamic pressure generating groove 13 is composed of an outer diameter side inlet groove portion 14 as a deep groove portion, and a tip side groove portion 17 as a shallow groove portion shallower than the outer diameter side inlet groove portion 14.
  • the outer diameter side inlet groove 14 extends from the outer diameter end 14b, which is connected to the external space S1, to the inner diameter end 14a, sloping toward the circumferential downstream side in the relative rotation direction and toward the radially inner diameter side.
  • the extension direction of the outer diameter side inlet groove 14 includes a circumferential component and a radial component.
  • the outer diameter side inlet groove 14 is composed of a side wall 14c on the upstream side in the relative rotation direction, a side wall 14d on the downstream side in the relative rotation direction, and a bottom surface 14e.
  • the inner diameter end 14a of the outer diameter side inlet groove 14 is wider than the outer diameter end 14b.
  • the outer diameter end 14b can also be considered the upstream end in the relative rotation direction
  • the inner diameter end 14a can also be considered the downstream end in the relative rotation direction.
  • the side wall 14c is inclined toward the downstream side of the relative rotation as it approaches the inner diameter side. Specifically, the side wall 14c is curved so that the inner diameter side is convex toward the downstream side of the relative rotation, and the outer diameter side is approximately straight. In this way, it is sufficient for at least a portion of the side wall 14c to be curved. Note that while this embodiment illustrates a configuration in which the inner diameter side of the side wall 14c is curved, the entire side wall 14c may also be curved.
  • the side wall 14d is inclined toward the downstream side of the relative rotation as it moves toward the inner diameter. Specifically, the side wall 14d is curved so as to convex toward the upstream side of the relative rotation.
  • curvature of side wall 14d is greater than the curvature of side wall 14c. Note that the curvature here refers to the average curvature. The same applies below.
  • the tip groove portion 17 extends from the inner diameter end 14a of the outer diameter introduction groove portion 14 to the tip 17Ba, sloping toward the circumferentially downstream relative rotation and radially inward.
  • the extension direction of the tip groove portion 17 includes a circumferential component and a radial component.
  • the tip groove portion 17 comprises a junction portion 17A that communicates with the inner diameter end 14a of the outer diameter introduction groove portion 14, and a tip portion 17B that extends from the junction portion 17A downstream relative rotation.
  • the tip portion 17B is a positive pressure generating region, as described below, and the junction portion 17A is a non-positive pressure generating region upstream relative rotation of the tip portion 17B.
  • the tip groove portion 17 tapers in the forward rotation direction from the confluence portion 17A to the tip portion 17B.
  • the tip 17Ba of the tip portion 17B is located near the radial center of the sliding surface 11.
  • the tip side groove portion 17 has a larger circumferential component in the extension direction than the radial component than the outer diameter side inlet groove portion 14, and the outer diameter side inlet groove portion 14 has a larger radial component in the extension direction than the tip side groove portion 17.
  • the outer diameter side inlet groove portion 14 is positioned more radially than the tip side groove portion 17, and the tip side groove portion 17 is positioned more circumferentially than the outer diameter side inlet groove portion 14. Therefore, the circumferential dimension of the outer diameter side inlet groove portion 14 can be reduced, and the circumferential dimension of the tip side groove portion 17 can be made longer in the circumferential direction than the circumferential dimension of the outer diameter side inlet groove portion 14. This allows for more dynamic pressure generating grooves 13 to be arranged in the circumferential direction.
  • the outer diameter side wall 17a of the tip groove portion 17 is generally arc-shaped and convex toward the outer diameter side, with a curvature that is smaller and gentler than the curvature of the side wall 14c of the outer diameter side introduction groove portion 14 and the curvature of the side wall 14d of the outer diameter side introduction groove portion 14.
  • the inner diameter side wall 17b of the tip groove portion 17 is generally arc-shaped and convex toward the outer diameter side, with a curvature that is smaller and gentler than the curvature of the outer diameter side wall 17a of the tip groove portion 17.
  • Figure 4 shows a cross section of the area from the outer diameter side inlet groove portion 14 to the tip end 17B of the tip side groove portion 17 along the extension direction.
  • the dynamic pressure generating groove 13 is shallower on the tip end 17B side than the outer diameter side introduction groove portion 14.
  • the bottom surface 14e of the outer diameter side introduction groove portion 14 is inclined so that it gradually becomes shallower toward the bottom surface 17c of the tip side groove portion 17.
  • the outer diameter side introduction groove portion 14 is deepest at the outer diameter end 14b.
  • This bottom surface 14e is flat.
  • the bottom surface 17c of the tip groove portion 17 is inclined so that it gradually becomes shallower in the circumferential direction toward the land 12.
  • This bottom surface 17c is a smooth, flat surface with no steps.
  • the bottom surface 17c of the tip groove portion 17 is smoothly connected to the land 12 in the circumferential direction. In other words, no rising surface in the depth direction is formed between the tip groove portion 17 and the land 12 located downstream of the tip groove portion 17 in terms of relative rotation.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the bottom surface 14e of the outer diameter side inlet groove portion 14 is greater than the inclination angle ⁇ 2 of the bottom surface 17c of the tip side groove portion 17.
  • the depth of the tip side groove portion 17 can be made shallower, ensuring a wider positive pressure generation area, as described below.
  • the cross section of the outer diameter side introduction groove portion 14 in the width direction is approximately rectangular.
  • the widthwise cross section of the tip groove portion 17 is approximately triangular. Specifically, as shown in Figures 3 and 5(b), the bottom surface 17c of the tip groove portion 17 gradually becomes shallower from the outer diameter side toward the inner diameter side. In other words, the tip groove portion 17 gradually becomes shallower from the outer diameter side of the confluence portion 17A toward the inner diameter side of the tip portion 17B (see Figure 3).
  • the fluid in the tip groove 17 moves from the confluence 17A toward the tip 17Ba of the tip 17B, and the fluid in the outer diameter introduction groove 14 moves toward the confluence 17A.
  • fluid is introduced from the outer space S1 into the outer diameter side inlet groove 14.
  • the side wall 14c on the upstream side of the relative rotation of the outer diameter side inlet groove 14 is inclined downstream in the relative rotation direction as it approaches the inner diameter, so that during relative rotation, fluid is smoothly introduced along the side wall 14c from the outer space S1 into the outer diameter side inlet groove 14 and from the outer diameter side inlet groove 14 toward the tip side groove 17, allowing sufficient dynamic pressure to be generated in the tip side groove 17.
  • the fluid is more easily introduced from the outer diameter side introduction groove portion 14 toward the tip side groove portion 17, and dynamic pressure can be generated more effectively.
  • the pressure is highest near the tip 17Ba and gradually decreases toward the outer diameter side introduction groove portion 14.
  • the pressure is high near the tip 17Ba, so the second fluid F2 near the tip 17Ba remains in the land 12 and barely enters the tip groove portion 17, as shown by the arrow H1 in Figure 6.
  • the second fluid F2 near the confluence 17A and near the outer diameter side inlet groove 14 easily enters the confluence 17A and the outer diameter side inlet groove 14.
  • the second fluid F2 that enters the confluence 17A and the outer diameter side inlet groove 14 flows out from the tip 17Ba between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the side wall 14d on the downstream side of the outer diameter introduction groove 14 in the relative rotation direction also slopes downstream in the relative rotation direction as it approaches the inner diameter, so that during relative rotation, fluid is smoothly introduced from inside the outer diameter introduction groove 14 toward the tip side groove 17 along the side wall 14c.
  • the depth of the tip side groove 17 can be made shallow over a wide range in the circumferential direction, ensuring a wide positive pressure generation area in the circumferential direction (see Figure 4). Furthermore, because the outer diameter side inlet groove 14 can be made deep, a large amount of fluid can be stored in the outer diameter side inlet groove 14.
  • bottom surface 14e of the outer diameter side inlet groove portion 14 is a flat surface, which allows for smooth fluid flow through the outer diameter side inlet groove portion 14.
  • the side wall 14c of the outer diameter side inlet groove 14 is curved so as to convexly extend downstream in the relative rotation direction, and is a flat surface without any steps or other irregularities, allowing the fluid in the outer diameter side inlet groove 14 to be smoothly introduced along the side wall 14c toward the tip side groove 17. Furthermore, because the side wall 14c is located near the junction 17A, when the pressure near the junction 17A becomes high, the side wall 14c prevents backflow from the junction 17A toward the outer diameter side inlet groove 14. In other words, it is easier for the fluid to flow from the outer diameter side inlet groove 14 toward the tip side groove 17.
  • the side wall 14d of the outer diameter side introduction groove portion 14 is curved so as to convexly protrude toward the upstream side of the relative rotation, and the radial length L10 (see Figure 3) of the side wall 14c is longer than the radial length L11 (see Figure 3) of the side wall 14d. This ensures a large communication section (i.e., junction 17A) between the outer diameter side introduction groove portion 14 and the tip side groove portion 17, allowing for smooth introduction toward the tip side groove portion 17.
  • the side wall 14d is a flat surface with no steps or other irregularities, allowing for smooth introduction toward the tip groove portion 17.
  • the tip groove portion 17 gradually becomes shallower from the confluence portion 17A toward the tip portion 17B, so the pressure of the fluid in the tip groove portion 17 gradually increases toward the tip portion 17B.
  • the tip groove portion 17 gradually becomes shallower from the outer diameter side of the confluence portion 17A toward the inner diameter side of the tip portion 17B, dynamic pressure can be generated toward the inner diameter side.
  • fluid attempting to leak from the inner space S2 toward the outer diameter side can be pushed back by the dynamic pressure of the tip groove portion 17.
  • fluid that suddenly leaks from the inner space S2 toward the outer space S1 can be sucked in.
  • the bottom surface 17c of the tip groove portion 17 smoothly connects to the land 12 in the circumferential direction, making it easy to guide fluid from the tip 17Ba of the tip portion 17B of the tip groove portion 17 in the circumferential direction, i.e., from the tip portion 17B toward the adjacent land 12 in the circumferential direction.
  • the tip groove portion 17 is curved so as to form a convex shape toward the external space S1 on the downstream side of the relative rotation, allowing fluid to be guided in both the circumferential and radial directions.
  • tip portion 17B tapers in the forward rotation direction, a large positive pressure can be generated at tip 17Ba of tip portion 17B.
  • the greatest positive pressure is generated near the tip 17Ba of the tip portion 17B of the dynamic pressure generating groove 13, and the positive pressure gradually decreases as it spreads around that periphery.
  • the range in which positive pressure is generated is larger upstream of the tip 17Ba of the tip portion 17B of the tip side groove portion 17 in the relative rotation than downstream of the tip 17Ba.
  • almost no positive pressure is generated near the confluence portion 17A. This prevents the flow of fluid from the outer diameter side introduction groove portion 14 to the confluence portion 17A from being obstructed, generating positive pressure over a wide circumferential range.
  • the force of the positive pressure generated at and near the tip 17B of the dynamic pressure generating groove 13 causes a slight separation between the sliding surfaces 11 and 21, and fluid is introduced between the sliding surfaces 11 and 21, improving lubrication.
  • the side wall 14c of the outer diameter introduction groove portion 14 is curved so that the inner diameter side is convex downstream in the relative rotation direction, and this curved portion is positioned so that it overlaps circumferentially with the tip end 17B of the dynamic pressure generating groove 13 upstream in the relative rotation direction (see Figure 3). This ensures that the land 12 upstream in the relative rotation direction of the curved portion of the side wall 14c is secured, ensuring that dynamic pressure is generated reliably at the tip end 17B of the dynamic pressure generating groove 13.
  • the bottom surface 14e of the outer diameter side introduction groove 14 and the bottom surface 17c of the tip side groove 17 are not limited to being flat, and may be convex or concave on one axial side in cross section so that they become shallower towards the tip, or they may be curved so that they become shallower towards the tip, or they may be stepped so that they become shallower towards the tip. Furthermore, a step extending from bottom surface 14e to bottom surface 17c may be formed between bottom surface 14e and bottom surface 17c. In this case, it is not necessary for bottom surface 14e and bottom surface 17c to become shallower towards the tip.
  • the tip 17Ba of the tip portion 17B is illustrated as being positioned near the radial center of the sliding surface 11, but it may also be positioned closer to one radial side.
  • the outer space may be the sealed fluid side
  • the inner space may be the leakage side
  • the dynamic pressure generating groove may be connected to the inner diameter side
  • the present invention is not limited to mechanical seals, and may also be applied to thrust bearings or radial bearings as shown in Example 3.
  • Example 2 the sliding component of Example 2 will be described with reference to Figure 8. Note that a description of the same configuration as Example 1 will be omitted.
  • the circumferential dimension of the outer diameter side introduction groove portion 214 is smaller than the circumferential dimension of the outer diameter side introduction groove portion 14 of this embodiment.
  • This configuration is useful when the relative rotation speed is low and there is little lift between the sliding surfaces. Because the circumferential dimension of the outer diameter side introduction groove portion 214 is small in this way, it is possible to ensure a large circumferential land 212 on the downstream side of the relative rotation of the tip 217Ba of the tip side groove portion 217, or to arrange more dynamic pressure generating grooves 213 in the circumferential direction. In other words, design freedom is increased.
  • the first fluid F1 which is the leakage fluid, is less likely to leak into the internal space S2. In other words, this is useful when you want to prevent the leakage fluid from flowing into the sealed fluid space.
  • the outer space may be the sealed fluid side
  • the inner space may be the leakage side
  • the dynamic pressure generating groove may be connected to the inner diameter side
  • the present invention is not limited to mechanical seals, and may also be applied to thrust bearings or radial bearings as shown in Example 3.
  • Example 3 the sliding component of Example 3 will be described with reference to Figures 9 and 10. Note that descriptions of components that are identical to those of Example 1 will be omitted.
  • the sliding component is a thrust bearing 300.
  • the dynamic pressure generating groove 313 in this embodiment 3 is connected to the inner space S2, which is the sealed fluid side.
  • This dynamic pressure generating groove 313 is provided on the sliding surface 311 of the stationary ring 310 of the thrust bearing 300, where the stationary ring 310 and the rotating ring 320 slide relative to each other.
  • the outer space S1 is the leakage side space and is the low-pressure side
  • the inner space S2 is the sealed fluid space and is the high-pressure side.
  • the second fluid F2 is at a higher pressure than the first fluid F1.
  • the dynamic pressure generating groove 313 has an inner diameter side introduction groove portion 314 as a deep groove portion.
  • the inner diameter side introduction groove portion 314 has a side wall 314c on the upstream side of the relative rotation that slopes toward the downstream side of the relative rotation as it approaches the outer diameter side, and is curved so as to form a convex shape on the downstream side of the relative rotation.
  • the side wall 314d on the downstream side of the relative rotation that slopes toward the downstream side of the relative rotation as it approaches the outer diameter side, and is curved so as to form a convex shape on the upstream side of the relative rotation.
  • the tip groove 317 communicates with the outer diameter end 314a of the inner diameter introduction groove 314 and extends circumferentially toward the downstream side of the relative rotation.
  • the tip groove 317 gradually becomes shallower from the inner diameter side of the confluence portion 317A toward the outer diameter side of the tip portion 317B.
  • the dynamic pressure generating groove 313 may be applied to a mechanical seal, but from the perspective of sealing performance, it is preferable to apply it to a bearing that is not affected by fluid leakage.
  • the side walls of the tip groove portion 317 are shown as being convex toward the outer space S1, which is the leakage side, but they may also be convex toward the inner space S2, which is the sealed fluid side.
  • the outer space may be the sealed fluid side
  • the inner space may be the leakage side
  • the dynamic pressure generating groove may be connected to the inner diameter side
  • the dynamic pressure generating groove 313' may be provided on the inner circumferential surface 8a of the radial bearing 8 (see Figure 9), with one of the spaces to which the dynamic pressure generating groove 313' communicates being on the sealed fluid side.
  • the inner space S2 is a leakage space in which a low-pressure first fluid F1 exists
  • the outer space S1 is a sealed fluid space in which a high-pressure second fluid F2 exists, i.e., the inner space S2 is the low-pressure side and the outer space S1 is the high-pressure side.
  • the sliding surface 511 of the stationary seal ring 510 has multiple dynamic pressure generating grooves 513 and multiple second dynamic pressure generating grooves 515 arranged alternately and evenly in the circumferential direction (only one groove is shown here).
  • the dynamic pressure generating groove 513 has the same shape as the dynamic pressure generating groove 313 of Example 3, except for the shape of the side wall 514c on the upstream side of the relative rotation.
  • the side wall 514c has, in order from the inner diameter side when viewed in the axial direction, a first curved surface portion 518, a second curved surface portion 519, and a third curved surface portion 520.
  • the first curved surface portion 518 and the third curved surface portion 520 are convex toward the downstream side in the direction of relative rotation.
  • the second curved surface portion 519 is convex toward the upstream side in the direction of relative rotation.
  • the second dynamic pressure generating groove 515 comprises an outer diameter side inlet groove portion 515A and a tip side groove portion 515B.
  • the outer diameter side inlet groove portion 515A is connected to the external space S1.
  • the side wall 515Aa on the upstream side of the relative rotation of the outer diameter side inlet groove portion 515A slopes toward the downstream side of the relative rotation as it approaches the inner diameter side, and is curved so as to be convex toward the downstream side of the relative rotation.
  • the side wall 515Ab on the downstream side of the relative rotation slopes toward the downstream side of the relative rotation as it approaches the inner diameter side, and is curved so as to be convex toward the upstream side of the relative rotation.
  • the tip groove 515B is connected to the outer diameter side of the outer diameter introduction groove 515A and extends circumferentially toward the downstream side of the relative rotation.
  • the tip groove 515B is shallower than the outer diameter introduction groove 515A, and gradually becomes shallower from the outer diameter side of the confluence portion 515Ba toward the inner diameter side of the tip portion 515Bb.
  • the volume of the second dynamic pressure generating groove 515 is approximately 1/20 of the volume of the dynamic pressure generating groove 513.
  • the second fluid F2 which is the sealed fluid in the outer space S1
  • the second dynamic pressure generating groove 515 the dynamic pressure generated at the tip 515Bb separates the sliding surfaces and provides fluid lubrication.
  • the pumping function of the dynamic pressure generating groove 513 improves, recovering the second fluid F2 that has been guided between the sliding surfaces from the second dynamic pressure generating groove 515 and generating dynamic pressure at the tip 517B of the tip groove portion 517, further improving lubricity and suppressing leakage of the second fluid F2 into the internal space S2.
  • the second curved surface portion 519 increases the volume of the inner diameter side inlet groove portion 514, a large amount of the second fluid F2 (i.e., the sealed fluid) can be recovered between the sliding surfaces, effectively preventing leakage into the internal space S2. Furthermore, because the first curved surface portion 518, second curved surface portion 519, and third curved surface portion 520 are smoothly connected, the fluid in the inner diameter side inlet groove portion 514 can be smoothly introduced into the tip side groove portion 517. In other words, both lubricity and sealing performance can be achieved.
  • the outer space may be the leakage side and the inner space may be the sealed fluid side.
  • the dynamic pressure generating groove may be connected to the outer diameter side, and the second dynamic pressure generating groove may be connected to the inner diameter side.
  • the hydrodynamic grooves gradually become shallower from the introduction portion toward the tip portion.
  • the introduction portion may be a deep groove with a constant depth
  • the tip portion may be a shallow groove with a constant depth.
  • the hydrodynamic groove may have at least one portion with a different depth, as long as the tip portion is shallower than the introduction portion.
  • the tip of the dynamic pressure generating groove and the land are shown to be smoothly connected in the circumferential direction, but a surface that rises in the depth direction may also be formed between the tip of the dynamic pressure generating groove and the land.
  • the outer diameter side introduction portion and the inner diameter side introduction portion were generally arc-shaped when viewed in the axial direction.
  • the outer diameter side introduction portion and the inner diameter side introduction portion may extend linearly in the radial direction while tilting in the relative rotation direction, or one may be linear and the other arc-shaped.
  • the sliding member is described as being annular, but this is not limited thereto and may be, for example, a disk-shaped sliding member.
  • the static seal ring or static ring is provided with the dynamic pressure generating grooves, but the rotating seal ring or rotating ring may also be provided with the dynamic pressure generating grooves.
  • the sliding components may also be used in thrust bearings, radial bearings, plain bearings, etc., as in Example 3.
  • Example 3 described sliding components used in thrust bearings, sliding components may also be used in radial bearings, plain bearings, mechanical seals such as those described in Examples 1, 2, and 4.
  • the fluid used for lubrication may be liquid or gas, or may be a mist-like mixture of liquid and gas.
  • the outer space is the leakage side and the inner space is the sealed fluid side, but the outer space may be the sealed fluid side and the inner space may be the leakage side.
  • Example 4 an example was given in which the dynamic pressure generating groove communicates with the leakage side space and the second dynamic pressure generating groove communicates with the sealed fluid space, but the dynamic pressure generating groove and the second dynamic pressure generating groove may communicate with the leakage side space and the sealed fluid space, respectively. Furthermore, the dynamic pressure generating grooves and the second dynamic pressure generating grooves do not need to be arranged alternately in the circumferential direction, and the number of dynamic pressure generating grooves and second dynamic pressure generating grooves can also be freely changed.
  • Rotating shaft 10 Stationary seal ring (sliding part) 11: sliding surface 12: land 13: dynamic pressure generating groove 14: outer diameter side introduction groove portion (deep groove portion) 14c Side wall (side wall on the upstream side of relative rotation) 14d Side wall (side wall downstream of relative rotation) 17 Tip groove section (shallow groove section) 20
  • Rotary seal ring 21 Sliding surface 415 Second dynamic pressure generating groove (another dynamic pressure generating groove) F1 First fluid
  • Second fluid S1 Outer space (one space)
  • S2 Inner space other space

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Abstract

浮上効果が高い摺動部品を提供する。　一対の摺動面１１，２１が互いに相対回転する箇所に配置される摺動部品１０，２０であって、少なくともいずれか一方の摺動面１１は、一方の空間Ｓ１に連通する深溝部１４と、深溝部１４の端部から相対回転下流側に延びる浅溝部１７と、を有する動圧発生溝１３を備え、深溝部１４の相対回転上流側の側壁１４ｃは、一方の空間Ｓ１から離れるにつれて相対回転下流側に向けて傾斜している。

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。
　回転機械において回転軸周辺の被密封流体の漏れを防止する摺動部品として、例えば相対回転し摺動面同士が摺動する一対の環状の摺動環からなるメカニカルシールが知られている。このようなメカニカルシールにおいては、近年、環境対策等のために摺動により失われるエネルギの低減が望まれており、摺動環の摺動面に動圧発生溝が設けられているものがある。
　例えば、特許文献１に示されるメカニカルシールの一方の摺動環の摺動面には、外径側空間に連通し径方向に延びる流体導入溝と、流体導入溝から周方向に延び、流体導入溝よりも浅い動圧発生溝と、が設けられている。一対の摺動環の相対回転時には、外径側空間の高圧流体が流体導入溝から動圧発生溝に流入し、動圧発生溝の閉塞端で動圧を発生させることができる。これにより摺動面同士が僅かに離間し、摺動面同士の潤滑性が向上する。
　また、特許文献２に示されるメカニカルシールは、流体導入溝の一端が漏れ側に連通しており、流体導入溝の他端に動圧発生溝が設けられている。相対回転時には、比較的低圧となる流体導入溝で摺動面間の被密封流体を回収するため、潤滑性と密封性を両立できるようになっている。
特開平５－６０２４７号公報（第３頁、第２図） 国際公開第２０２０／１６２３４８号（第８頁、第４図）
　しかしながら、特許文献１のメカニカルシールにあっては、流体導入溝が一対の摺動環の相対回転と略直交する径方向に延びているので、一対の摺動環の相対回転時に外径側空間から流体導入溝内に、また流体導入溝から動圧発生溝に流体を導入しにくく、動圧発生溝による動圧で十分な浮上効果を得ることができない虞があった。また、漏れ側まで潤滑させることを目的とした特許文献２のメカニカルシールでも、流体導入溝で回収された被密封流体を動圧発生溝に導入しにくい虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、浮上効果が高い摺動部品を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
　一対の摺動面が互いに相対回転する箇所に配置される摺動部品であって、
　少なくともいずれか一方の摺動面は、一方の空間に連通する深溝部と、該深溝部から相対回転下流側に延びる浅溝部と、を有する動圧発生溝を備え、
　前記深溝部の相対回転上流側の側壁は、前記一方の空間から離れるにつれて相対回転下流側に向けて傾斜している。
　これによれば、深溝部の相対回転上流側の側壁に沿って一方の空間から深溝部内および深溝部内から浅溝部に向けて流体が円滑に導入されるので、浅溝部で十分な動圧を発生させることができる。
　前記深溝部の相対回転上流側の側壁の少なくとも一部は、相対回転下流側に向けて凸をなすように湾曲していてもよい。
　これによれば、浅溝部に向けて流体を円滑に導入できる。
　前記深溝部の相対回転下流側の側壁の少なくとも一部は、前記一方の空間から離れるにつれて相対回転下流側に向けて傾斜していてもよい。
　これによれば、深溝部の相対回転両側の側壁に沿って一方の空間から深溝部内および深溝部内から浅溝部に向けて流体を円滑に導入できる。
　前記浅溝部は相対回転下流側に向けて徐々に浅くなっていてもよい。
　これによれば、徐々に圧力を高められる。
　前記浅溝部は他方の空間に向けて徐々に浅くなっていてもよい。
　これによれば、他方の空間側に向けて動圧を発生させることができる。
　前記浅溝部は先端が先細りしていてもよい。
　これによれば、効果的に動圧を発生させることができる。
　前記浅溝部は相対回転下流側に向けて前記一方の空間側に向けて凸をなすように湾曲していてもよい。
　これによれば、周方向と径方向に向けて流体を導くことができる。
　少なくともいずれか一方の摺動面は、他方の空間に連通し先端側で動圧を発生させる別の動圧発生溝を備えていてもよい。
　これによれば、動圧発生溝と別の動圧発生溝とで効果的に動圧を発生させることができる。
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。 図２の要部拡大図である。 実施例１における導入溝部から先端側溝部の先端部に沿って切断した概略断面図である。 （ａ）は図４のＡ－Ａ断面図、（ｂ）は同じくＢ－Ｂ断面図である。 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内の流体の動きを軸方向から見た説明図である。 実施例１における動圧発生溝の圧力分布を示す説明図である。 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図である。 本発明の実施例３におけるスラスト軸受の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施例３における静止密封環の摺動面を軸方向から見た要部拡大図である。 本発明の実施例３の変形例を示す図である。 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要部拡大図である。
　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７を参照して説明する。尚、本実施例においては、摺動部品としてメカニカルシールを例に挙げ説明する。本実施例のメカニカルシールは一方の空間としての外空間Ｓ１に例えば漏れ側流体としての空気などの第１流体Ｆ１が存在し、他方の空間としての内空間Ｓ２に例えば被密封流体としての油などの第２流体Ｆ２が存在している。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、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする第２流体Ｆ２を密封するアウトサイド形のものである。すなわち、第２流体Ｆ２が第１流体Ｆ１よりも高圧となっている例を説明する。
　メカニカルシールは、静止密封環１０と、回転密封環２０と、から主に構成されている。静止密封環１０は、円環状をなし、被取付機器のハウジング４に固定されたシールカバー５に非回転状態かつ軸方向に移動可能な状態で設けられている。回転密封環２０は、円環状をなし、回転軸１にスリーブ２を介して回転軸１と共に回転可能な状態で設けられている。弾性部材７によって静止密封環１０が軸方向に付勢されている。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および回転密封環２０は、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＮ等があり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン等が利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料等も適用可能である。
　図２に示されるように、回転密封環２０は、静止密封環１０に対して実線矢印で示されるように反時計回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、複数の動圧発生溝１３が周方向に均等に配設されている（本実施例では６個）。尚、摺動面１１における動圧発生溝１３以外の部分は平坦面を成すランド１２となっている。
　動圧発生溝１３は、深溝部としての外径側導入溝部１４と、外径側導入溝部１４より浅い浅溝部としての先端側溝部１７と、から構成されている。
　図３に示されるように、外径側導入溝部１４は、外空間Ｓ１に連通している外径端１４ｂから周方向相対回転下流側かつ径方向内径側に傾斜して内径端１４ａまで延びている。つまり、外径側導入溝部１４の延設方向は、周方向成分と径方向成分を含んでいる。外径側導入溝部１４は、相対回転上流側の側壁１４ｃと、相対回転下流側の側壁１４ｄと、底面１４ｅと、から構成されている。外径側導入溝部１４は、内径端１４ａが外径端１４ｂよりも幅広となっている。尚、外径端１４ｂは相対回転上流端、内径端１４ａは相対回転下流端ともいえる。
　側壁１４ｃは、内径側に向かうにつれて相対回転下流側に向けて傾斜している。具体的には、側壁１４ｃは、内径側が相対回転下流側に凸をなすように湾曲しており、外径側が略直線状となっている。このように、側壁１４ｃは、少なくとも一部が湾曲していればよい。尚、本実施例では、側壁１４ｃの内径側が湾曲する形態を例示したが、側壁１４ｃ全体が湾曲していてもよい。
　側壁１４ｄは、内径側に向かうにつれて相対回転下流側に向けて傾斜している。具体的には、側壁１４ｄは、相対回転上流側に凸をなすように湾曲している。
　また、側壁１４ｄの曲率は、側壁１４ｃの曲率よりも大きい。尚、ここでいう曲率とは平均曲率を指す。以下同様である。
　先端側溝部１７は、外径側導入溝部１４における内径端１４ａから周方向相対回転下流側かつ径方向内径側に傾斜して先端１７Ｂａまで延びている。つまり、先端側溝部１７の延設方向は、周方向成分と径方向成分を含んでいる。先端側溝部１７は、外径側導入溝部１４の内径端１４ａに連通する合流部１７Ａと、該合流部１７Ａから相対回転下流側に延びる先端部１７Ｂと、を備えている。尚、本実施例の先端部１７Ｂは、後述のように正圧発生領域であり、合流部１７Ａは先端部１７Ｂよりも相対回転上流側の非正圧発生領域である。
　先端側溝部１７は、軸方向視で合流部１７Ａから先端部１７Ｂに向けて正回転方向に先細りしている。先端部１７Ｂの先端１７Ｂａは、摺動面１１の径方向中央部近傍に配置されている。
　先端側溝部１７は、外径側導入溝部１４よりも延設方向における周方向の成分が径方向の成分よりも大きく、外径側導入溝部１４は、先端側溝部１７よりも延設方向における径方向の成分が周方向の成分よりも大きい。言い換えれば、外径側導入溝部１４は、先端側溝部１７に比べ径方向に沿って配置され、先端側溝部１７は、外径側導入溝部１４に比べ周方向に沿って配置されている。そのため、外径側導入溝部１４の周方向寸法を抑えて、先端側溝部１７の周方向寸法を外径側導入溝部１４の周方向寸法よりも周方向に長く形成することができる。これにより、動圧発生溝１３を周方向に多く配置することができる。
　先端側溝部１７の外径側の側壁１７ａは、外径側に凸を成す略円弧状であり、その曲率は外径側導入溝部１４の側壁１４ｃの曲率および外径側導入溝部１４の側壁１４ｄの曲率よりも小さく緩やかである。
　先端側溝部１７の内径側の側壁１７ｂは、外径側に凸を成す略円弧状であり、その曲率は先端側溝部１７の外径側の側壁１７ａの曲率よりも小さく緩やかである。
　図４は、外径側導入溝部１４から先端側溝部１７の先端部１７Ｂまでの部位を延設方向に沿って切断した図である。
　図４に示されるように、動圧発生溝１３は、外径側導入溝部１４よりも先端部１７Ｂ側が浅くなっている。
　具体的には、外径側導入溝部１４の底面１４ｅは、先端側溝部１７の底面１７ｃに向けて徐々に浅くなるように傾斜している。すなわち、外径側導入溝部１４は、外径端１４ｂが最も深くなっている。この底面１４ｅは、平坦面をなしている。
　また、先端側溝部１７の底面１７ｃは、ランド１２に向けて周方向に徐々に浅くなるように傾斜している。この底面１７ｃは、段部を有さない滑らかな平坦面をなしている。
　先端側溝部１７の底面１７ｃは、ランド１２に対して周方向に滑らかに連なっている。すなわち、先端側溝部１７と該先端側溝部１７の相対回転下流側に位置するランド１２との間に深さ方向に立ち上がる面が形成されていない。
　外径側導入溝部１４の底面１４ｅの傾斜角θ１は、先端側溝部１７の底面１７ｃの傾斜角θ２よりも大きくなっている。すなわち、先端側溝部１７の深さを浅くでき、後述のように正圧発生領域が広く確保されている。
　図５（ａ）に示されるように、外径側導入溝部１４の幅方向の断面は、略矩形状を成している。
　また、図５（ｂ）に示されるように、先端側溝部１７の幅方向の断面は、略三角形状を成している。具体的には、図３および図５（ｂ）に示されるように、先端側溝部１７の底面１７ｃは、外径側から内径側に向けて漸次浅くなっている。すなわち、先端側溝部１７は、合流部１７Ａの外径側から先端部１７Ｂの内径側に向けて漸次浅くなっている（図３参照）。
　次いで、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時の動作について図６および図７を用いて説明する。
　図６に示されるように、回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転すると、動圧発生溝１３内の流体が摺動面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。
　これにより、先端側溝部１７内の流体は、合流部１７Ａから先端部１７Ｂの先端１７Ｂａに向かって移動し、外径側導入溝部１４内の流体が合流部１７Ａに向かって移動する。
　これに伴って、外径側導入溝部１４内には外空間Ｓ１から流体が導入される。外径側導入溝部１４の相対回転上流側の側壁１４ｃは、内径方向に向かうにつれて相対回転方向下流側に傾いているので、相対回転時には側壁１４ｃに沿って外空間Ｓ１から外径側導入溝部１４内および外径側導入溝部１４内から先端側溝部１７に向けて流体が円滑に導入され、先端側溝部１７で十分な動圧を発生させることができる。
　具体的には、従来公知のレイリーステップのように、深溝部から浅溝部に向かう流体の流れが略９０度変化するものに比べ、外径側導入溝部１４内から先端側溝部１７に向けて流体が円滑に導入されやすく、効果的に動圧を発生させることができる。
　図６および図７を参照して、先端側溝部１７では、先端１７Ｂａ近傍が最も圧力が高く、外径側導入溝部１４側に向かうにつれて漸次圧力が低くなっている。
　回転密封環２０と静止密封環１０との相対回転時には、動圧発生溝１３で生じる動圧により摺動面１１，２１間が離間し、内空間Ｓ２から第２流体Ｆ２が随時流入し、いわゆる流体潤滑を成すようになっている。
　上述のように、先端１７Ｂａ近傍は高圧となっているので、先端１７Ｂａ近傍の第２流体Ｆ２は、図６の矢印Ｈ１に示されるように、ランド１２に位置したままで先端側溝部１７にはほぼ進入しない。
　一方、合流部１７Ａ近傍および外径側導入溝部１４近傍は先端１７Ｂａ近傍と比べて低圧であることから、図６の矢印Ｈ２に示されるように、合流部１７Ａ近傍および外径側導入溝部１４近傍の第２流体Ｆ２は、合流部１７Ａおよび外径側導入溝部１４に進入しやすくなっている。合流部１７Ａおよび外径側導入溝部１４に進入した第２流体Ｆ２は、先端１７Ｂａから摺動面１１，２１間に流出する。
　回転密封環２０と静止密封環１０との高速回転時、すなわち定常状態時には、動圧発生溝１３内に進入する第２流体Ｆ２の量が増え、先端側溝部１７から第２流体Ｆ２が連続的に摺動面１１，２１間に流出する。
　また、外径側導入溝部１４の相対回転下流側の側壁１４ｄも内径方向に向かうにつれて相対回転方向下流側に傾いているので、相対回転時には側壁１４ｃに沿って外径側導入溝部１４内から先端側溝部１７に向けて流体が円滑に導入される。
　また、外径側導入溝部１４の底面１４ｅの傾斜角θ１は、先端側溝部１７の底面１７ｃの傾斜角θ２よりも大きいので、先端側溝部１７の深さを周方向に広い範囲で浅く構成でき、正圧発生領域を周方向に広く確保することができる（図４参照）。また、外径側導入溝部１４を深く形成できるので、外径側導入溝部１４に流体を多く貯留することができる。
　また、外径側導入溝部１４の底面１４ｅは、平坦面であることから、外径側導入溝部１４の流体の流れを円滑にできる。
　また、外径側導入溝部１４の側壁１４ｃは、相対回転下流側に凸をなすように湾曲しており、段部などが形成されていない平坦面であるため、側壁１４ｃに沿って外径側導入溝部１４内の流体を先端側溝部１７に向けて円滑に導入することができる。さらに、合流部１７Ａの近くに側壁１４ｃが配置されるので、合流部１７Ａ付近の圧力が高くなったときに、側壁１４ｃにより合流部１７Ａから外径側導入溝部１４側に逆流することが抑制される。言い換えれば、外径側導入溝部１４から先端側溝部１７に向けて流体が流れやすくなっている。
　また、外径側導入溝部１４の側壁１４ｄは、相対回転上流側に向けて凸をなすように湾曲しており、側壁１４ｃの径方向長さＬ１０（図３参照）は、側壁１４ｄの径方向長さＬ１１（図３参照）より長いため、外径側導入溝部１４と先端側溝部１７との連通部（すなわち、合流部１７Ａ）を大きく確保でき、先端側溝部１７に向けて円滑に導入することができる。
　また、側壁１４ｄは、段部などが形成されていない平坦面であるため、先端側溝部１７に向けて円滑に導入することができる。
　先端側溝部１７は、合流部１７Ａから先端部１７Ｂに向かって徐々に浅くなっているため、先端側溝部１７内の流体は先端部１７Ｂに向かって徐々に圧力が高められる。
　また、先端側溝部１７は、合流部１７Ａの外径側から先端部１７Ｂの内径側に向けて漸次浅くなっているため、内径側に向けて動圧を発生させることができる。すなわち、内空間Ｓ２から外径側に漏れようとする流体を先端側溝部１７の動圧により押し返すことができる。また、突発的に内空間Ｓ２から外空間Ｓ１側に漏れた流体を吸い込むことができる。
　また、先端側溝部１７の底面１７ｃは、ランド１２に対して周方向に滑らかに連なっているため、先端側溝部１７の先端部１７Ｂの先端１７Ｂａから周方向、すなわち先端部１７Ｂから周方向に隣り合うランド１２に向けて流体を導きやすい。
　また、先端側溝部１７は相対回転下流側に向けて外空間Ｓ１側に向けて凸をなすように湾曲しているため、周方向と径方向に向けて流体を導くことができる。
　また、先端部１７Ｂは、正回転方向に先細りしているため、先端部１７Ｂの先端１７Ｂａで大きな正圧を生じさせることができる。
　これにより、動圧発生溝１３の先端部１７Ｂおよびその近傍の周方向に広い範囲で正圧を生じさせることができる。
　具体的には、図７に示されるように、動圧発生溝１３の先端部１７Ｂの先端１７Ｂａ近傍で最も大きな正圧が生じ、その周囲に拡がるにつれて正圧が徐々に小さくなっている。特に、先端側溝部１７の先端部１７Ｂの先端１７Ｂａから相対回転下流側よりも、先端１７Ｂａから相対回転上流側に正圧が生じる範囲が大きくなっている。尚、合流部１７Ａ近傍ではほぼ正圧が生じていない。これにより、周方向の広い範囲で正圧を生じさせながら外径側導入溝部１４から合流部１７Ａに流れる流体の流れが妨げられることが回避される。
　動圧発生溝１３の先端部１７Ｂおよびその近傍で生じる正圧による力により、摺動面１１，２１間が若干離間され、摺動面１１，２１間に流体が導入されることで潤滑性が向上する。
　また、正圧発生領域が広く確保されているため、摺動面１１，２１間の周方向の広い範囲で正圧を発生させることができる。そのため、摺動面１１，２１間が浮上した際の揺れが小さく、摺動面１１，２１間の摺動が安定する。
　また、外径側導入溝部１４の側壁１４ｃは、内径側が相対回転下流側に凸をなすように湾曲しており、この湾曲部位は相対回転上流側の動圧発生溝１３の先端部１７Ｂと周方向に重なる位置に配置されている（図３参照）。これによれば、側壁１４ｃの湾曲部位の相対回転上流側のランド１２が周方向に確保されるので、動圧発生溝１３の先端部１７Ｂで確実に動圧を発生させることができる。
　尚、外径側導入溝部１４の底面１４ｅおよび先端側溝部１７の底面１７ｃは、平坦面に限られず、先端部に向けて浅くなるように断面視で軸方向一方側に凸または凹を成してもよいし、先端部に向けて浅くなるように曲線状をなしてもよいし、先端部に向けて浅くなるように階段状をなしてもよい。また、底面１４ｅおよび底面１７ｃとの間に、底面１４ｅから底面１７ｃにかけて延びる段部が形成される形状でもよい。この場合、底面１４ｅおよび底面１７ｃは先端部に向けて浅くなるようにしなくとも問題ない。
　また、本実施例では、先端部１７Ｂの先端１７Ｂａが摺動面１１の径方向中央近傍に配置されている形態を例示したが、径方向一方側に寄せて配置されていてもよい。
　尚、外空間が被密封流体側、内空間が漏れ側で、動圧発生溝が内径側に連通する形態でもよい。
　また、メカニカルシールに限られず、実施例３で示すようなスラスト軸受やラジアル軸受などであってもよい。
　次に、実施例２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１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図８に示されるように、本実施例２の動圧発生溝２１３は、外径側導入溝部２１４の周方向寸法が、実施例１の外径側導入溝部１４の周方向寸法よりも小さい。この形態は、摺動面間の浮上が小さい相対回転速度が低速である場合に有用である。このように外径側導入溝部２１４の周方向寸法が小さいことにより、先端側溝部２１７の先端２１７Ｂａの相対回転下流側のランド２１２を周方向に大きく確保できる、または動圧発生溝２１３を周方向に多く配置することができる。すなわち、設計自由度が高まる。
　また、実施例１に比べ動圧発生溝２１３の容積が小さいので漏れ側流体である第１流体Ｆ１が内空間Ｓ２に漏れにくい。すなわち、被密封流体空間側への漏れ側流体の流入を防ぎたいときに有用である。
　尚、外空間が被密封流体側、内空間が漏れ側で、動圧発生溝が内径側に連通する形態でもよい。
　また、メカニカルシールに限られず、実施例３で示すようなスラスト軸受やラジアル軸受であってもよい。
　次に、実施例３に係る摺動部品につき、図９，図１０を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図９に示されるように、摺動部品がスラスト軸受３００である形態を例に挙げ説明する。
　図１０に示されるように、本実施例３の動圧発生溝３１３は、被密封流体側である内空間Ｓ２に連通している。この動圧発生溝３１３は、静止環３１０と回転環３２０が相対摺動するスラスト軸受３００の静止環３１０の摺動面３１１に設けられている。実施例１同様、外空間Ｓ１が漏れ側空間で低圧側であり、内空間Ｓ２が被密封流体空間で高圧側である。すなわち、第２流体Ｆ２が第１流体Ｆ１よりも高圧となっている。
　具体的には、動圧発生溝３１３は、深溝部としての内径側導入溝部３１４を有している。内径側導入溝部３１４は、相対回転上流側の側壁３１４ｃが外径側に向かうにつれて相対回転下流側に傾斜し、相対回転下流側に凸をなすように湾曲している。相対回転下流側の側壁３１４ｄは、外径側に向かうにつれて相対回転下流側に傾斜し、相対回転上流側に凸をなすように湾曲している。
　先端側溝部３１７は、内径側導入溝部３１４の外径端３１４ａに連通し、相対回転下流側に向けて周方向に延びている。先端側溝部３１７は、合流部３１７Ａの内径側から先端部３１７Ｂの外径側に向けて漸次浅くなっている。
　これにより、内径側導入溝部３１４に貯留された第２流体Ｆ２をスムーズに先端側溝部３１７に導入でき、先端側溝部３１７の先端部３１７Ｂから外径側に向けて第２流体Ｆ２を摺動面間に導出できるので、潤滑性が向上する。尚、動圧発生溝３１３は、メカニカルシールに適用されてもよいが、密封性の観点から流体漏れの影響がない軸受に適用されることが好ましい。
　また、本実施例３では、先端側溝部３１７の両側壁が漏れ側である外空間Ｓ１に向かって凸をなす形態を例示したが、被密封流体側である内空間Ｓ２に向かって凸をなしていてもよい。
　尚、外空間が被密封流体側、内空間が漏れ側で、動圧発生溝が内径側に連通する形態でもよい。
　また、図１１に示されるように、動圧発生溝３１３’は、ラジアル軸受８（図９参照）の内周面８ａに設けられ、動圧発生溝３１３’が連通する一方の空間が被密封流体側である形態でもよい。
　次に、実施例４に係る摺動部品につき、図１２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。さらに尚、本実施例では、内空間Ｓ２が低圧の第１流体Ｆ１が存在する漏れ空間であり、外空間Ｓ１が高圧の第２流体Ｆ２が存在する被密封流体空間、すなわち内空間Ｓ２が低圧側であり、外空間Ｓ１が高圧側である形態を例に説明する。
　図１２に示されるように、静止密封環５１０の摺動面５１１には、複数の動圧発生溝５１３と、複数の第２動圧発生溝５１５と、が周方向に交互に、かつ均等に配設されている（ここでは１つずつ図示）。
　動圧発生溝５１３は、相対回転上流側の側壁５１４ｃの形状以外前記実施例３の動圧発生溝３１３と同一形状をなしている。
　側壁５１４ｃは、軸方向視で内径側から順に第１曲面部５１８、第２曲面部５１９、第３曲面部５２０を有している。
　第１曲面部５１８および第３曲面部５２０は、相対回転下流側に向けて凸を成している。第２曲面部５１９は、相対回転上流側に向けて凸を成している。
　第２動圧発生溝５１５は、外径側導入溝部５１５Ａと、先端側溝部５１５Ｂと、を備えている。外径側導入溝部５１５Ａは、外空間Ｓ１に連通している。外径側導入溝部５１５Ａの相対回転上流側の側壁５１５Ａａは、内径側に向かうにつれて相対回転下流側に傾斜し、相対回転下流側に凸をなすように湾曲している。相対回転下流側の側壁５１５Ａｂは、内径側に向かうにつれて相対回転下流側に傾斜し、相対回転上流側に凸をなすように湾曲している。
　先端側溝部５１５Ｂは、外径側導入溝部５１５Ａの外径側に連通し、相対回転下流側に向けて周方向に延びている。先端側溝部５１５Ｂは、外径側導入溝部５１５Ａよりも浅く、合流部５１５Ｂａの外径側から先端部５１５Ｂｂの内径側に向けて漸次浅くなっている。
　尚、第２動圧発生溝５１５の容積は、動圧発生溝５１３の容積の１／２０程度の大きさとなっている。
　相対低速回転時には、外空間Ｓ１の被密封流体である第２流体Ｆ２が第２動圧発生溝５１５に導入され、先端部５１５Ｂｂで生じる動圧により、摺動面間を離間させるとともに、流体潤滑を行うことができる。
　相対回転速度が高まるにつれて、動圧発生溝５１３でのポンピング機能が高まり、第２動圧発生溝５１５から摺動面間に導出された第２流体Ｆ２を回収し、先端側溝部５１７の先端部５１７Ｂで動圧を生じさせ、さらに潤滑性が高まるとともに、内空間Ｓ２への第２流体Ｆ２の漏れを抑制できる。
　第２曲面部５１９により内径側導入溝部５１４の容積が大きくなっているため、摺動面間の第２流体Ｆ２（すなわち、被密封流体）を大量に回収でき、内空間Ｓ２への漏れを効果的に抑制できる。さらに、第１曲面部５１８、第２曲面部５１９、第３曲面部５２０は滑らかに連続しているため、内径側導入溝部５１４内の流体を先端側溝部５１７に円滑に導入できる。すなわち、潤滑性と密封性を両立することができる。
　尚、外空間が漏れ側、内空間が被密封流体側であってもよい。また、動圧発生溝が外径側に連通、第２動圧発生溝が内径側に連通していてもよい。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例１～４では、動圧発生溝は導入部から先端部に向けて徐々に浅くなる形態を例示したが、導入部を深さ一定の深溝、先端部を深さ一定の浅溝としてもよい。すなわち、動圧発生溝は深さが異なる部分を少なくとも１つ有し、導入部よりも先端部が浅くなっていればよい。
　また、前記実施例１～４では、動圧発生溝の先端部とランドとが周方向に滑らかに連なっている形態を例示したが、動圧発生溝の先端部とランドとの間に深さ方向に立ち上がる面が形成されていてもよい。
　また、前記実施例１～４では、外径側導入部および内径側導入部が軸方向視略円弧状をなしていたが、例えば、外径側導入部および内径側導入部が相対回転方向に傾斜しながら径方向に直線状に延びていてもよいし、一方が直線状をなし、他方が円弧状をなしていてもよい。
　また、前記実施例１～４では、動圧発生溝が周方向に６等配されている形態を例示したが、使用環境などに応じて自由に変更してもよい。
　また、前記実施例１～４では、摺動部材が環状である形態を例に説明したが、これに限られず、例えば、円板状の摺動部材などであってもよい。
　また、前記実施例１～４では、静止密封環または静止環に動圧発生溝が設けられる形態を例示したが、回転密封環または回転環に動圧発生溝が設けられてもよい。
　また、前記実施例１，２，４では、自動車用や一般産業機械用等のメカニカルシールに利用される摺動部品について説明したが、摺動部品は、前記実施例３のようなスラスト軸受やラジアル軸受やすべり軸受などに用いられてもよい。
　また、前記実施例３では、スラスト軸受に利用される摺動部品について説明したが、摺動部品は、ラジアル軸受やすべり軸受や前記実施例１，２，４のようなメカニカルシールなどに用いられてもよい。
　また、潤滑用に用いられる流体は、液体または気体であってもよいし、液体と気体が混合したミスト状であってもよい。
　また、前記実施例１～３では、外空間が漏れ側、内空間が被密封流体側として説明したが、外空間が被密封流体側、内空間が漏れ側となっていてもよい。
　また、前記実施例１～４では、外空間と内空間に異なる流体が存在する形態を例示したが、同一の流体であってもよい。また、流体の圧力が同一でもよいし異なっていてもよい。
　また、前記実施例１～４では、先端側溝部の合流部では正圧が生じない形態を例示したが、合流部でも正圧が生じるようになっていてもよい。
　また、実施例４では、動圧発生溝が漏れ側空間に連通し、第２動圧発生溝が被密封流体空間に連通する形態を例示したが、動圧発生溝および第２動圧発生溝が漏れ側空間および被密封流体空間にそれぞれ連通してもよい。また、動圧発生溝および第２動圧発生溝は周方向に交互に配置される必要はなく、動圧発生溝および第２動圧発生溝の数も自由に変更できる。
１　　　　　　　　回転軸
１０　　　　　　　静止密封環（摺動部品）
１１　　　　　　　摺動面
１２　　　　　　　ランド
１３　　　　　　　動圧発生溝
１４　　　　　　　外径側導入溝部（深溝部）
１４ｃ　　　　　　側壁（相対回転上流側の側壁）
１４ｄ　　　　　　側壁（相対回転下流側の側壁）
１７　　　　　　　先端側溝部（浅溝部）
２０　　　　　　　回転密封環
２１　　　　　　　摺動面
４１５　　　　　　第２動圧発生溝（別の動圧発生溝）
Ｆ１　　　　　　　第１流体
Ｆ２　　　　　　　第２流体
Ｓ１　　　　　　　外空間（一方の空間）
Ｓ２　　　　　　　内空間（他方の空間）

Claims (8)

  1. 　一対の摺動面が互いに相対回転する箇所に配置される摺動部品であって、
    　少なくともいずれか一方の摺動面は、一方の空間に連通する深溝部と、該深溝部から相対回転下流側に延びる浅溝部と、を有する動圧発生溝を備え、
    　前記深溝部の相対回転上流側の側壁は、前記一方の空間から離れるにつれて相対回転下流側に向けて傾斜している摺動部品。
  2. 　前記深溝部の相対回転上流側の側壁の少なくとも一部は、相対回転下流側に向けて凸をなすように湾曲している請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記深溝部の相対回転下流側の側壁の少なくとも一部は、前記一方の空間から離れるにつれて相対回転下流側に向けて傾斜している請求項１に記載の摺動部品。
  4. 　前記浅溝部は相対回転下流側に向けて徐々に浅くなっている請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部品。
  5. 　前記浅溝部は他方の空間に向けて徐々に浅くなっている請求項４に記載の摺動部品。
  6. 　前記浅溝部は先端が先細りしている請求項４に記載の摺動部品。
  7. 　前記浅溝部は相対回転下流側に向けて前記一方の空間側に向けて凸をなすように湾曲している請求項１に記載の摺動部品。
  8. 　少なくともいずれか一方の摺動面は、他方の空間に連通し先端側で動圧を発生させる別の動圧発生溝を備えている請求項１に記載の摺動部品。
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