特許 6407346 摺動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6407346

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】摺動装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20181004BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/34 G

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-80804(P2017-80804)

(22)【出願日】2017年4月14日

(62)【分割の表示】特願2015-513489(P2015-513489)の分割

【原出願日】2013年12月19日

(65)【公開番号】特開2017-141962(P2017-141962A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2017年4月20日

(31)【優先権主張番号】特願2013-91026(P2013-91026)

(32)【優先日】2013年4月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100163212

【弁理士】

【氏名又は名称】溝渕 良一

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100156535

【弁理士】

【氏名又は名称】堅田 多恵子

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】板谷 壮敏

(72)【発明者】

【氏名】徳永 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】砂川 和正

(72)【発明者】

【氏名】香取 一光

【審査官】 谷口 耕之助

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０４６７４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開平０１−１３３５７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表平０９−５０３２７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

摺動面をそれぞれ有し、摺動面同士を所定の一方向に互いに相対摺動させる一対の摺動部品を備え、前記摺動面により高圧流体と低圧流体とを隔てる摺動装置において、
前記一対の摺動部品のうちの一方の摺動部品の摺動面に、流体を高圧流体側へ排出する流体排出手段を設け、
前記流体排出手段よりも高圧流体側の前記摺動面には、前記所定の一方向への前記相対摺動時に正圧を発生するためのステップを少なくとも有する正圧発生機構が高圧流体側とランド部により隔離されるようにして設けられ、
前記流体排出手段と前記正圧発生機構との間には環状の圧力開放溝が設けられ、前記圧力開放溝は、前記流体排出手段の排出側端部とは連結され、前記正圧発生機構とは径方向においてランド部により離間され、
前記圧力開放溝と高圧流体側とを連通するように、かつ径方向に対し平行又は傾斜するように半径方向溝が設けられ、
前記流体排出手段よりも低圧流体側の前記摺動面には低圧流体の高圧流体側への進入を緩和する緩衝溝が設けられることを特徴とする摺動装置。

【請求項2】

前記正圧発生機構は溝を備え、前記圧力開放溝は正圧発生機構の溝よりも深いことを特徴とする請求項１に記載の摺動装置。

【請求項3】

前記正圧発生機構は溝を備え、前記半径方向溝は正圧発生機構の溝よりも深いことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動装置。

【請求項4】

前記正圧発生機構は溝を備え、前記圧力開放溝及び前記半径方向溝は正圧発生機構の溝よりも深いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の摺動装置。

【請求項5】

前記半径方向溝は前記圧力開放溝よりも幅広であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の摺動装置。

【請求項6】

前記正圧発生機構がレイリーステップを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の摺動装置。

【請求項7】

前記流体排出手段がスパイラルグループを備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の摺動装置。

【請求項8】

前記半径方向溝は、正圧発生機構の上流側の端部に接する位置に、周方向に偶数配置され、隣接する半径方向溝は相互に傾斜方向が異なり、一方のグループの半径方向溝は入口が上流側に向けて傾斜し、他方のグループの半径方向溝は、出口が下流側に向けて傾斜するように設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の摺動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摺動装置に関し、例えば、メカニカルシール、軸受、その他、摺動部に適した摺動部品を備えた摺動装置に関する。特に、摺動面に流体を介在させて摩擦を低減させるとともに、摺動面から流体が漏洩するのを防止する必要のある密封環または軸受などの摺動部品を備えた摺動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

摺動部品の一例である、メカニカルシールにおいて、その性能は、漏れ量、摩耗量、及びトルクによって評価される。従来技術ではメカニカルシールの摺動材質や摺動面粗さを最適化することにより性能を高め、低漏れ、高寿命、低トルクを実現している。しかし、近年の環境問題に対する意識の高まりから、メカニカルシールの更なる性能向上が求められており、従来技術の枠を超える技術開発が必要となっている。メカニカルシールに関する従来技術としては、図１０に示すように、摺動部品５０の摺動面５１にスパイラル溝５２を設け、該スパイラル溝５２のポンピング作用を利用して、低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を高圧流体側に押し戻すことにより、摺動面のシール機能を向上させたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭６１−８２１７７号公報（図１、２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の従来技術は、摺動面５１に、相手側摺動面との相対摺動により、流体を高圧流体側に排出する角度をつけたスパイラル溝５２を高圧側に設け、該スパイラル溝５２の粘性ポンプ効果で流体を高圧流体側に押し戻し、漏れを防止するというものである。
しかし、この種のメカニカルシールにおいては、摺動による流体ポンピング効果によって摺動面の低圧流体側には低圧流体５３、例えば、空気が進入し、摺動面に潤滑流体として存在している被密封流体である高圧流体の脱水縮合反応を促進し、摺動面に堆積原因物質が析出、付着及び堆積し、摺動面の密封性を低下させる要因となっていることが本願発明者の研究により判明した。
また、上記の従来技術では、摺動面の潤滑が不十分であるという問題があった。

【0005】

本発明は、第一に、摺動面の高圧側に高圧流体を排出する流体排出手段を備えている場合であっても、高圧流体（被密封流体）と低圧流体との摺動面上における脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止すると共に、流体排出による急激な圧力低下に伴うキャビテーションの発生を防止し、摺動面の密封性の低下を防止することにより、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供することを目的とするものである。
また、第二に、流体排出手段の負圧発生力を減殺することなく摺動面の潤滑性を向上させることができるようにした摺動部品を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

〔原理〕
本発明は、第一に、少なくとも摺動部品のいずれか一方の摺動面の高圧側に高圧流体側へ流体を排出する流体排出手段を備えた摺動部品において、前記流体排出手段よりも低圧側の前記摺動面に低圧流体の高圧流体側への進入を緩和する緩衝溝を設けるものである。流体排出手段よりも低圧側の摺動面に設けられる緩衝溝は、低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体で満たされるまでの時間を遅延することができ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制するものである。
例えば、低圧流体が空気の場合、空気により摺動面の低圧側が乾燥するのを防止できるため、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できる。
また、流体排出による急激な圧力低下に伴うキャビテーションの発生を防止できる。
本発明は、第二に、少なくとも摺動部品のいずれか一方の摺動面に高圧流体側へ流体を排出する流体排出手段を備えた摺動部品において、摺動面の高圧側に正圧発生機構を備えると共に前記正圧発生機構より低圧側に高圧流体側へ流体を排出する流体排出手段を備え、前記正圧発生機構と前記流体排出手段との間に位置して圧力開放溝を設けるものである。
前記正圧発生機構は、正圧（動圧）を発生することにより相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させ、また、圧力開放溝は、高圧側の正圧発生機構で発生した正圧（動圧）を高圧側流体の圧力まで開放し、流体が流体排出手段に流入し、流体排出手段の負圧発生能力が弱まることを防止し、摺動面のシール機能を維持する。

【0007】

〔手段〕
上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第１に、一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面の高圧側に、流体を高圧流体側へ排出する流体排出手段を備えた摺動部品において、前記流体排出手段よりも低圧側の前記摺動面には低圧流体の高圧流体側への進入を緩和する緩衝溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、流体排出手段よりも低圧側の摺動面に設けられる緩衝溝は、低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体で満たされるまでの時間を遅延することができ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制することができる。
例えば、低圧流体が空気の場合、空気により摺動面の低圧側が乾燥するのを防止できるため、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できる。
また、流体排出手段による流体排出により急激な圧力低下が生じる場合でも、緩衝溝内に存在する流体により急激な圧力低下が緩和されるため、キャビテーションの発生を防止できる。

【0008】

また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記緩衝溝は、好ましくは、断面形状が半円状、矩形状またはアリ溝状に形成されることを特徴としている。
また、本発明の摺動部品は、第３に、第１または第２の特徴において、前記緩衝溝の幅ｂは、好ましくは、１０〜５００μｍ、より好ましくは、５０〜２００μｍに設定されることを特徴としている。
また、本発明の摺動部品は、第４に、第３の特徴において、前記緩衝溝の深さｈは、前記幅ｂの１〜２倍に設定されることを特徴としている。
これらの特徴によれば、摺動面を確保しつつ緩衝溝の容積をアップさせることができる。

【0009】

また、本発明の摺動部品は、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、前記流体排出手段がスパイラル溝より構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、流体排出機能が大きく（密封効果が大きく）、急激な圧力低下を伴うスパイラル溝を流体排出手段として採用した場合でも、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できると共に、キャビテーションの発生も防止できる。

【0010】

また、本発明の摺動部品は、第６に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、前記流体排出手段が逆レイリーステップより構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、流体排出機能が大きく（密封効果が大きく）、急激な圧力低下を伴う逆レイリーステップを流体排出手段として採用した場合でも、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できると共に、キャビテーションの発生も防止できる。

【0011】

また、本発明の摺動部品は、第７に、第５又は第６の特徴において、前記摺動面の高圧側には、前記スパイラル溝又は前記逆レイリーステップに加えて前記高圧流体側に連通される流体循環溝を備え、前記流体循環溝と前記高圧流体側とで囲まれる部分に正圧発生機構が設けられ、前記正圧発生機構は前記流体循環溝の入口部に連通され、前記流体循環溝の出口部及び前記前記高圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴としている。
この特徴によれば、急激な圧力低下を伴うスパイラル溝又は逆レイリーステップに加えて、摺動面において腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に高圧流体側から被密封流体を摺動面上に導入し排出するという役割を担う流体循環溝を備えた場合においても、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できると共に、キャビテーションの発生も防止できる。

【0012】

また、本発明の摺動部品は、第８に、一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面に、流体を高圧流体側へ排出する流体排出手段を備えた摺動部品において、前記流体排出手段よりも高圧側の前記摺動面には正圧を発生する正圧発生機構が高圧流体側とランド部により隔離されるようにして設けられ、前記流体排出手段と前記正圧発生機構との間には環状の圧力開放溝が設けられ、前記圧力開放溝は、前記流体排出手段の排出側端部とは連結され、前記正圧発生機構とは径方向においてランド部により離間され、前記圧力開放溝と高圧流体側とを連通するように半径方向溝が設けられ、前記半径方向溝は、正圧発生機構の上流側の端部に接する位置に設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、正圧発生機構により相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させることができると共に、圧力開放溝により高圧側の正圧発生機構で発生した正圧（動圧）を高圧側流体の圧力まで開放し、流体が流体排出手段に流入して負圧発生能力が弱まることを防止し、摺動面における密封性を向上することができる。

【0013】

また、本発明の摺動部品は、第９に、第８の特徴において、前記半径方向溝は、周方向に偶数配置され、隣接する半径方向溝は相互に傾斜方向が異なり、一方のグループの半径方向溝は入口が上流側に向けて傾斜され、他方のグループの半径方向溝は、出口が下流側に向けて傾斜するように設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、圧力開放溝及び半径方向溝で構成される深溝内において緩やかな流体の流れが生成されるため、深溝内に気泡あるいは不純物などが滞留することが防止され、高圧側の正圧発生機構で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を確実に高圧流体側に逃すことができるため、密封性を向上することができる。

【0014】

また、本発明の摺動部品は、第１０に、第８又は第９の特徴において、前記流体排出手段よりも低圧側の前記摺動面には低圧流体の高圧流体側への進入を緩和する緩衝溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるために設けられる正圧発生機構、及び、高圧側の正圧発生機構で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を高圧流体側に逃す役割を果たす圧力開放溝を備えた場合においても、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できると共に、キャビテーションの発生も防止できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）流体排出手段よりも低圧側の摺動面に設けられる緩衝溝は、低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体で満たされるまでの時間を遅延することができ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制することができる。
例えば、低圧流体が空気の場合、空気により摺動面の低圧側が乾燥するのを防止できるため、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できる。
また、流体排出手段による流体排出により急激な圧力低下が生じる場合でも、緩衝溝内に存在する流体により急激な圧力低下が緩和されるため、キャビテーションの発生を防止できる。

【0016】

（２）緩衝溝の断面形状が半円状、矩形状またはアリ溝状に形成され、また、緩衝溝の幅ｂが１０〜５００μｍに設定され、また、緩衝溝の深さｈが幅ｂの１〜２倍に設定されることにより、摺動面を確保しつつ緩衝溝の容積をアップさせることができる。

【0017】

（３）流体排出機能が大きく（密封効果が大きく）、急激な圧力低下を伴うスパイラル溝又は逆レイリーステップを流体排出手段として採用した場合でも、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できると共に、キャビテーションの発生も防止できる。

【0018】

（４）急激な圧力低下を伴うスパイラル溝又は逆レイリーステップに加えて、摺動面において腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に高圧流体側から被密封流体を摺動面上に導入し排出するという役割を担う流体循環溝を備えた場合においても、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できると共に、キャビテーションの発生も防止できる。

【0019】

（５）正圧発生機構により相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させることができると共に、圧力開放溝により高圧側の正圧発生機構で発生した正圧（動圧）を高圧側流体の圧力まで開放し、流体が流体排出手段に流入して負圧発生能力が弱まることを防止し、摺動面における密封性を向上することができる。

【0020】

（６）圧力開放溝及び半径方向溝で構成される深溝内において緩やかな流体の流れが生成されるため、深溝内に気泡あるいは不純物などが滞留することが防止され、高圧側の正圧発生機構で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を確実に高圧流体側に逃すことができるため、密封性を向上することができる。

【0021】

（７）摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるために設けられる正圧発生機構、及び、高圧側の正圧発生機構で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を高圧流体側に逃す役割を果たす圧力開放溝を備えた場合においても、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できると共に、キャビテーションの発生も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施例１に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。

【図2】（ａ）は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものであり、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図3】本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を示したものである。

【図4】本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動面を示したものである。

【図5】本発明の実施例４に係る摺動部品の摺動面を示したものである。

【図6】本発明の実施例５に係る摺動部品の摺動面を示したものである。

【図7】本発明の実施例６に係る摺動部品の摺動面を示したものである。

【図8】本発明の実施例７に係る摺動部品の摺動面を示したものである。

【図9】レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構及び逆レイリーステップ機構などからなる負圧発生機構を説明するためのものであって、図（ａ）はレイリーステップ機構を、図（ｂ）は逆レイリーステップ機構を示したものである。

【図10】従来技術を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【実施例1】

【0024】

図１及び図２を参照して、本発明の実施例１に係る摺動部品について説明する。
なお、本実施例においては、摺動部品の一例であるメカニカルシールを例にして説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を高圧流体側（被密封流体側）、内周側を低圧流体側（大気側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。

【0025】

図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２を介してこの回転軸１と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状の回転環３と、ポンプのハウジング４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状の固定環５とが設けられ、固定環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされた摺動面Ｓ同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転環３と固定環５との互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体が回転軸１の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。

【0026】

図２（ａ）は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したもので、例えば、図１の固定環５の摺動面Ｓに本発明に係る流体排出手段及び緩衝溝が形成された場合を例にして説明する。
なお、回転環３の摺動面に本発明に係る流体排出手段及び緩衝溝が形成される場合も同様である。

【0027】

図２（ａ）において、固定環５の摺動面Ｓの外周側が高圧流体側であり、また、内周側が低圧流体側、例えば大気側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとする。
摺動面Ｓには、高圧流体側に連通されると共に低圧流体側とは摺動面Ｓの平滑部Ｒ（本発明においては、「ランド部Ｒ」ということがある。）により隔離され、かつ、相手摺動面との相対摺動により流体を高圧流体側に排出する流体排出手段としてのポンピング溝１０が設けられている。ポンピング溝１０は、相手摺動面との相対摺動により流体を高圧流体側に排出する角度を有するように直線状、あるいは曲線状に形成される。本実施例では、振動及び騒音などを考慮して、相手摺動面の回転方向に沿うようにスパイラル形状に形成されている。
なお、本明細書においては、スパイラル形状のポンピング溝を「スパイラル溝」といい、以下では、ポンピング溝がスパイラル溝１０である場合について説明する。

【0028】

スパイラル溝１０よりも低圧側の平滑部Ｒには緩衝溝１１が設けられる。図２において、緩衝溝１１はスパイラル溝１０の低圧側端部に沿うように円環状に設けられている。
緩衝溝１１の摺動面Ｓにおける半径方向の位置については、スパイラル溝１０よりも低圧側であって、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。

【0029】

また、緩衝溝１１の断面形状は、特に限定されないが、例えば、図２（ｂ）に示すような半円状、同（ｃ）に示すような矩形、同（ｄ）に示すようなアリ溝状に形成される。さらに、緩衝溝１１の大きさは、流体排出手段としてのスパイラル溝１０の能力等に応じて設定されるものであり、流体をある程度貯留できる容積を持つ大きさに設定される。一例を示すと、緩衝溝１１の幅ｂは、好ましくは、１０〜５００μｍ、より好ましくは、５０〜２００μｍに設定される。また、緩衝溝１１の深さｈは、好ましくは、幅ｂの１〜２倍に設定される。

【0030】

緩衝溝１１は、スパイラル溝１０の流体排出作用（密封作用）に伴い、摺動面の低圧側に低圧流体が一気に進入するのを緩和する緩衝作用を有するものであり、低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体で満たされるまでの時間を遅延することができ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制するものである。
例えば、低圧流体が空気の場合、空気により摺動面の低圧側が乾燥するのを防止できるため、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できる。
図２の場合、緩衝溝１１の緩衝（バッファー）効果により、低圧流体１２の進入は摺動面の低圧側のごく一部に限定され、緩衝溝１１の近傍から高圧側にかけては高圧流体が残存している。
また、スパイラル溝１０による流体排出により急激な圧力低下が生じる場合でも、緩衝溝１１内に存在する流体により急激な圧力低下が緩和されるため、キャビテーションの発生が防止される。

【実施例2】

【0031】

図３を参照して、本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。
なお、図３において、図２の符号と同じ符号は図２と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

【0032】

図３に示す摺動部品５においては、摺動面の高圧側に流体排出手段としての逆レイリーステップ機構１５が周方向に複数設けられている。
この逆レイリーステップ機構１５については後で詳しく説明するが、高圧流体側とランド部Ｒにより隔離された淺溝からなる負圧発生溝を構成するグルーブ１５ａ及び逆レイリーステップ１５ｂで流体を吸い込み、高圧流体側に連通された深溝からなる半径溝１５ｃから高圧流体側に流体を排出するものである。

【0033】

逆レイリーステップ機構１５よりも低圧側の平滑部Ｒには緩衝溝１１が設けられる。図３において、緩衝溝１１は逆レイリーステップ機構１５から低圧流体側に離間して円環状に設けられている。
また、緩衝溝１１の摺動面における半径方向の位置については、逆レイリーステップ機構１５よりも低圧側であって、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。
なお、逆レイリーステップ機構については、後に、詳しく説明する。

【0034】

緩衝溝１１の断面形状、大きさなどは実施例１と同じである。

【0035】

緩衝溝１１は、逆レイリーステップ機構１５の流体排出作用（密封作用）に伴い、摺動面の低圧側に低圧流体が一気に進入するのを緩和する緩衝作用を有するものであり、低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体で満たされるまでの時間を遅延することができ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制するものである。
例えば、低圧流体が空気の場合、空気により摺動面の低圧側が乾燥するのを防止できるため、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できる。
図３の場合、緩衝溝１１の緩衝（バッファー）効果により、低圧流体１２の進入は摺動面の低圧側のごく一部に限定され、緩衝溝１１の近傍から高圧側にかけては高圧流体が残存している。
また、逆レイリーステップ機構１５による流体排出により急激な圧力低下が生じる場合でも、緩衝溝１１内に存在する流体により急激な圧力低下が緩和されるため、キャビテーションの発生が防止される。

【実施例3】

【0036】

図４を参照して、本発明の実施例３に係る摺動部品について説明する。
なお、図４において、図２の符号と同じ符号は図２と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

【0037】

図４において、固定環５の摺動面には、高圧流体側に連通されると共に低圧流体側とは摺動面のランド部Ｒにより隔離された流体循環手段としての流体循環溝２０が周方向に複数設けられている。
流体循環溝２０は、高圧流体側から入る入口部２０ａ、高圧流体側に抜ける出口部２０ｂ、及び、入口部２０ａ及び出口部２０ｂとを周方向に連通する連通部２０ｃから構成され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。流体循環溝２０は、摺動面において腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に高圧流体側から被密封流体を摺動面上に導入し排出するという役割を担うものであり、相手摺動面の回転方向に合わせて摺動面上に被密封流体を取り入れ、かつ、排出しやすいように入口部２０ａ及び出口部２０ｂの傾斜角度が大きく設定され、両者は低圧流体側（図４においては内周側）において交差するように配設され、この交叉部が連通部２０ｃを形成している。入口部２０ａと出口部２０ｂとの交叉角度は鈍角（例えば、約１５０°）である。

【0038】

固定環５の摺動面の流体循環溝２０と高圧流体側とで囲まれる部分の外側、すなわち、隣接する流体循環溝２０と２０との間には、回転環３と固定環５との相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝１０が設けられている。

【0039】

流体循環溝２０が設けられた摺動面には、流体循環溝２０と高圧流体側とで囲まれる部分に流体循環溝２０より浅いグルーブ２１ａを備える正圧発生機構２１が設けられている。正圧発生機構２１は、正圧（動圧）を発生することにより相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるために設けられるものである。
グルーブ２１ａは流体循環溝２０の入口部２０ａに連通し、出口部２０ｂ及び高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。
本例では、正圧発生機構２１は、流体循環溝２０の入口部２０ａに連通するグルーブ２１ａ及びレイリーステップ２１ｂを備えたレイリーステップ機構から構成されるが、これに限定されることなく、例えば、ダム付きフェムト溝で構成してもよく、要は、正圧を発生する機構であればよい。
なお、レイリーステップ機構については、後に、詳しく説明する。

【0040】

流体循環溝２０及びスパイラル溝１０よりも低圧側の平滑部Ｒには緩衝溝１１が設けられる。図４において、緩衝溝１１は流体循環溝２０から低圧流体側に離間すると共にスパイラル溝１０の低圧側端部に沿うようにして円環状に設けられている。
また、緩衝溝１１の摺動面における半径方向の位置については、流体循環溝２０及びスパイラル溝１０よりも低圧側であって、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。

【0041】

緩衝溝１１の断面形状、大きさなどは実施例１と同じである。

【0042】

緩衝溝１１は、スパイラル溝１０の流体排出作用（密封作用）に伴い、摺動面の低圧側に低圧流体が一気に進入するのを緩和する緩衝作用を有するものであり、低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体で満たされるまでの時間を遅延することができ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制するものである。
例えば、低圧流体が空気の場合、空気により摺動面の低圧側が乾燥するのを防止できるため、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できる。
図４の場合、緩衝溝１１の緩衝（バッファー）効果により、低圧流体１２の進入は摺動面の低圧側のごく一部に限定され、緩衝溝１１の近傍から高圧側にかけては高圧流体が残存している。
また、スパイラル溝１０による流体排出により急激な圧力低下が生じる場合でも、緩衝溝１１内に存在する流体により急激な圧力低下が緩和されるため、キャビテーションの発生が防止される。

【実施例4】

【0043】

図５を参照して、本発明の実施例４に係る摺動部品について説明する。
なお、図５において、図２及び図４の符号と同じ符号は図２及び図４と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

【0044】

図５において、固定環５の摺動面には、高圧流体側に連通されると共に低圧流体側とは摺動面のランド部Ｒにより隔離された流体循環手段としての流体循環溝２０が周方向に複数設けられている。

【0045】

固定環５の摺動面の流体循環溝２０と高圧流体側とで囲まれる部分の外側、すなわち、隣接する流体循環溝２０と２０との間には、回転環３と固定環５との相対摺動により流体を高圧流体側に排出する逆レイリーステップ機構１５が周方向に複数設けられている。

【0046】

流体循環溝２０が設けられた摺動面には、流体循環溝２０と高圧流体側とで囲まれる部分に流体循環溝２０より浅いグルーブ２１ａを備える正圧発生機構２１が設けられている。

【0047】

流体循環溝２０及び逆レイリーステップ機構１５よりも低圧側の平滑部Ｒには緩衝溝１１が設けられる。図５において、緩衝溝１１は流体循環溝２０及び逆レイリーステップ機構１５から低圧流体側に離間して円環状に設けられている。
また、緩衝溝１１の摺動面における半径方向の位置については、流体循環溝２０及び逆レイリーステップ機構１５よりも低圧側であって、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。

【0048】

緩衝溝１１の断面形状、大きさなどは実施例１と同じである。

【0049】

緩衝溝１１は、逆レイリーステップ機構１５の流体排出作用（密封作用）に伴い、摺動面の低圧側に低圧流体が一気に進入するのを緩和する緩衝作用を有するものであり、低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体で満たされるまでの時間を遅延することができ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制するものである。
例えば、低圧流体が空気の場合、空気により摺動面の低圧側が乾燥するのを防止できるため、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できる。
図３の場合、緩衝溝１１の緩衝（バッファー）効果により、低圧流体１２の進入は摺動面の低圧側のごく一部に限定され、緩衝溝１１の近傍から高圧側にかけては高圧流体が残存している。
また、逆レイリーステップ機構１５による流体排出により急激な圧力低下が生じる場合でも、緩衝溝１１内に存在する流体により急激な圧力低下が緩和されるため、キャビテーションの発生が防止される。

【実施例5】

【0050】

図６を参照して、本発明の実施例５に係る摺動部品について説明する。
なお、図６において、図２及び図４の符号と同じ符号は図２及び図４と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

【0051】

図６において、摺動面の高圧流体側の摺動面には、正圧発生機構２１、例えば、グルーブ２１ａ及びレイリーステップ２１ｂを備えたレイリーステップ機構が設けられている。正圧発生機構２１は、高圧流体側及び低圧流体側とランド部Ｒにより隔離され、周方向に等間隔で４等配に設けられている。
また、正圧発生機構２１より低圧流体側の摺動面には、正圧発生機構２１と径方向において離間するようにしてスパイラル溝１０が環状に配設されている。
さらに、スパイラル溝１０と正圧発生機構２１との間に位置するように周方向に連続して環状の圧力開放溝２５が設けられている。圧力開放溝２５は、正圧発生機構２１のグルーブ２１ａとは径方向においてランド部Ｒにより離間され、スパイラル溝１０の排出側端部（下流側端部）とは連結されている。
なお、本例では、正圧発生機構２１は４等配に設けられているが、これに限らず、１つ以上であればよい。

【0052】

圧力開放溝２５と高圧流体側とを連通するように半径方向溝２６が設けられている。半径方向溝２６は、周方向において正圧発生機構２１のグルーブ部２１ａの上流側の端部に接する位置であって、圧力開放溝２５の接線に直交する方向に４等配で設けられる。圧力開放溝２５及び半径方向溝２６は正圧発生機構２１のグルーブ２１ａより深い。また、半径方向溝２６は、本例では、圧力開放溝２５より幅が広く形成されている。

【0053】

正圧発生機構２１は、正圧（動圧）を発生することにより相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるために設けられるものである。
圧力開放溝２５は、高圧側の正圧発生機構２１で発生した正圧（動圧）を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧側のスパイラル溝１０に流入し、スパイラル溝１０の負圧発生能力が弱まることを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構２１で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を圧力開放溝２５に導き、高圧流体側に逃す役割を果たすものである。このため、摺動面における密封性が一層向上される。

【実施例6】

【0054】

図７を参照して、本発明の実施例６に係る摺動部品について説明する。
本実施例は、半径方向溝の向きにおいて図６の実施例５と相違するがその他の構成は実施例５と同じであり、図６の符号と同じ符号は図６と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

【0055】

図７においては、半径方向溝２７は、正圧発生機構２１のグルーブ２１ａの上流側の端部に接する位置に４等配で設けられる点では、実施例５と同じであるが、配設される方向において若干相違する。
すなわち、半径方向溝２７は、４つの半径方向溝２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄを２対に分け、１対の半径方向溝２７ａ及び２７ｂ、あるいは、他の対の半径方向溝２７ｃ及び２７ｄにおいて、上流側である入口側の半径方向溝２７ａ（２７ｃ）には流体が入りやすいように入口が上流側に向けて傾斜され、また、出口側の半径方向溝２７ｂ（２７ｄ）では流体が排出されやすいに出口が下流側に向けて傾斜するように設けられている。

【0056】

換言すれば、半径方向溝２７は周方向に偶数配置され、隣接する半径方向溝２７は相互に傾斜方向が異なり、一方のグループの半径方向溝２７ａ、２７ｃは入口が上流側に向けて傾斜され、他方のグループの半径方向溝２７ｂ、２７ｄは、出口が下流側に向けて傾斜するように設けられるものである。
このように半径方向溝２７が設けられると、圧力開放溝２５及び半径方向溝２７で構成される深溝内において緩やかな流体の流れが生成される。このため、深溝内に気泡あるいは不純物などが滞留することが防止され、高圧側の正圧発生機構２１で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を確実に高圧流体側に逃すことができるため、密封性を向上することができる。
なお、本例では、正圧発生機構２１は４等配に設けられているが、これに限らず、偶数であればよい。

【実施例7】

【0057】

図８を参照して、本発明の実施例７に係る摺動部品について説明する。
本実施例は、正圧発生機構が８等配に設けられる点及び緩衝溝が設けらる点で図６の実施例５と相違するがその他の基本構成は実施例５と同じであり、図６の符号と同じ符号は図６と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。

【0058】

図８において、摺動面の径方向の中央には、スパイラル溝１０が環状に配設され、スパイラル溝１０より高圧流体側の摺動面には、正圧発生機構２１、例えば、レイリーステップ機構が設けられると共に、スパイラル溝１０と正圧発生機構２１との間に位置するように圧力開放溝２５が設けられている。また、正圧発生機構２１及び圧力開放溝２５は半径方向溝２６を介して高圧流体側と連通されている。
正圧発生機構２１は、正圧（動圧）を発生することにより相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるために設けられるものである。
圧力開放溝２５は、高圧側の正圧発生機構２１で発生した正圧（動圧）を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧側のスパイラル溝１０に流入し、スパイラル溝１０の負圧発生能力が弱まることを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構２１で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を圧力開放溝２５に導き、高圧流体側に逃す役割を果たすものである。

【0059】

流体排出手段としてのスパイラル溝１０よりも低圧側の平滑部Ｒには緩衝溝１１が設けられる。図８において、緩衝溝１１はスパイラル溝１０の低圧側端部に沿うようにして円環状に設けられている。
また、緩衝溝１１の摺動面における半径方向の位置については、スパイラル溝１０よりも低圧側であって、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。

【0060】

緩衝溝１１の断面形状、大きさなどは実施例１と同じである。

【0061】

緩衝溝１１は、スパイラル溝１０の流体排出作用（密封作用）に伴い、摺動面の低圧側に低圧流体が一気に進入するのを緩和する緩衝作用を有するものであり、低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体で満たされるまでの時間を遅延することができ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制するものである。
例えば、低圧流体が空気の場合、空気により摺動面の低圧側が乾燥するのを防止できるため、高圧流体の脱水縮合反応による堆積原因物質の析出、付着及び堆積を防止できる。
図３の場合、緩衝溝１１の緩衝（バッファー）効果により、低圧流体１２の進入は摺動面の低圧側のごく一部に限定され、緩衝溝１１の近傍から高圧側にかけては高圧流体が残存している。
また、スパイラル溝１０による流体排出により急激な圧力低下が生じる場合でも、緩衝溝１１内に存在する流体により急激な圧力低下が緩和されるため、キャビテーションの発生が防止される。

【0062】

次に、図９を参照しながら、レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構及び逆レイリーステップ機構などからなる負圧発生機構を説明する。
図９（ａ）において、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動する。例えば、固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ上流側に面してレイリーステップ２１ｂが形成され、該レイリーステップ２１ｂの上流側には正圧発生溝であるグルーブ部２１ａが形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。
回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５の移動方向に追随移動しようとするため、その際、レイリーステップ２１ｂの存在によって破線で示すような正圧（動圧）を発生する。
なお、２０ａ、２０ｂは、それぞれ、流体循環溝の入口部、出口部を、また、Ｒはランド部を、さらに、２６は半径方向溝を示す。

【0063】

図９（ｂ）においても、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動するが、回転環３及び固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ下流側に面して逆レイリーステップ１５ｂが形成され、該逆レイリーステップ１５ｂの下流側には負圧発生溝であるグルーブ部１５ａが形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。
回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５の移動方向に追随移動しようとするため、その際、逆レイリーステップ１５ｂの存在によって破線で示すような負圧（動圧）を発生する。
なお、１５ｃは半径溝を、また、２０ａ、２０ｂは、それぞれ、流体循環溝の入口部、出口部を、さらに、Ｒはランド部を示す。

【0064】

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。

【0065】

例えば、前記実施例では、摺動部品をメカニカルシール装置における一対の回転用密封環及び固定用密封環のいずれかに用いる例について説明したが、円筒状摺動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸と摺動する軸受の摺動部品として利用することも可能である。

【0066】

また、例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用できる。

【0067】

また、例えば、前記実施例では、流体排出手段がスパイラル溝１０及び逆レイリーステップ機構１５の場合について説明したが、これらに限らず、ディンプルであってもよい。

【0068】

また、例えば、前記実施例では、緩衝溝１１が環状に連続して形成される場合について説明したが、必ずしも、連続して形成される必要はなく、断続して形成されても、要は、緩衝作用を有する容量を有していればよい。

【符号の説明】

【0069】

１ 回転軸
２ スリーブ
３ 回転環
４ ハウジング
５ 固定環
６ コイルドウェーブスプリング
７ ベローズ
１０ ポンピング溝（スパイラル溝）
１１ 緩衝溝
１２ 低圧流体
１５ 逆レイリーステップ機構
１５ａ グルーブ
１５ｂ 逆レイリーステップ（負圧発生機構）
１５ｃ 半径溝
２０ 流体循環溝
２０ａ 入口部
２０ｂ 出口部
２０ｃ 連通部
２１ レイリーステップ（正圧発生機構）
２１ａ グルーブ
２１ｂ レイリーステップ
２５ 圧力開放溝
２６ 半径方向溝
２７ 半径方向溝
Ｓ 摺動面
Ｒ ランド部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】