特許 6776232 摺動部品

(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】6776232

(24)【登録日】2020年10月9日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】摺動部品

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20201019BHJP

   F16C 17/04 20060101ALI20201019BHJP

   F16C 33/10 20060101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/34 G

   F16C17/04 A

   F16C33/10 Z

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-524731(P2017-524731)

(86)(22)【出願日】2016年5月13日

(86)【国際出願番号】JP2016064251

(87)【国際公開番号】WO2016203878

(87)【国際公開日】20161222

【審査請求日】2018年11月21日

(31)【優先権主張番号】特願2015-119942(P2015-119942)

(32)【優先日】2015年6月15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】100201259

【弁理士】

【氏名又は名称】天坂 康種

(74)【代理人】

【識別番号】100116506

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻井 義宏

(72)【発明者】

【氏名】徳永 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】井上 秀行

(72)【発明者】

【氏名】木村 航

(72)【発明者】

【氏名】井口 徹哉

(72)【発明者】

【氏名】細江 猛

(72)【発明者】

【氏名】笠原 英俊

(72)【発明者】

【氏名】大田 崇史

(72)【発明者】

【氏名】千葉 啓一

(72)【発明者】

【氏名】板谷 壮敏

(72)【発明者】

【氏名】香取 一光

【審査官】 羽鳥 公一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１３３４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１０３６３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１７４７２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６１５２４５２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０５０９２０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／３４−１５／３８

Ｆ１６Ｃ １７／０４

Ｆ１６Ｃ ３３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は回転側密封環であり、他方の摺動部品は固定側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記一対の摺動部品のうち前記一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、
前記動圧発生溝の漏れ側端部と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられ、
前記他方の摺動部品の摺動面の内径は、前記動圧発生溝の前記漏れ側端部より径方向に小さく、かつ、前記一方の摺動部品の摺動面の内径より大きく設定されることにより、
前記動圧発生溝側に設けられた前記微細な凹部は前記他方の摺動部品の摺動面のランド部と摺動し、前記漏れ側に設けられた前記微細な凹部は前記漏れ側に連通することを特徴とする摺動部品。

【請求項2】

互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は回転側密封環であり、他方の摺動部品は固定側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体である液体又はミスト状の流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記一対の摺動部品のうち前記一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、
前記動圧発生溝の漏れ側端部と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられ、
前記他方の摺動部品の摺動面の内径は、前記動圧発生溝の前記漏れ側端部より径方向に小さく、かつ、前記一方の摺動部品の摺動面の内径より大きく設定されることにより、
前記動圧発生溝側に設けられた前記微細な凹部は前記他方の摺動部品の摺動面のランド部と摺動し、前記漏れ側に設けられた前記微細な凹部は前記漏れ側に連通することを特徴とする摺動部品。

【請求項3】

前記動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部品。

【請求項4】

前記独立形状の微細な凹部は、ディンプルから構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摺動部品。

【請求項5】

前記独立形状の微細な凹部は、ヘリングボーン溝から構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摺動部品。

【請求項6】

前記独立形状の微細な凹部は、レイリーステップ機構を形成するグルーブ部から構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摺動部品。

【請求項7】

前記動圧発生溝は、漏れ側の端部が被密封流体側の端部に比較して周方向に長く延びて形成され、漏れ側の開口部が拡大された形状に形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の摺動部品。

【請求項8】

前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の摺動部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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、例えば、ターボチャージャー用あるいは航空エンジン用のギアボックスに使用されるオイルシール、または軸受などの摺動部品に関する。

【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。
そのような中で、例えば、ターボチャージャーのような回転部品のオイルシール装置に利用されるものとして、ハウジングに回転可能に収納された回転軸と、回転軸とともに回転する円盤状の回転体と、ハウジングに固定され、回転体の端面に当接して外周側から内周側へオイルの漏れるのを防止する円盤状の固定体とを備え、固定体の当接面には流体の遠心力により正圧を発生する環状の溝が設けられ、オイルが外周側から内周側へ漏れるのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

また、例えば、有毒の流体をシールする回転軸の軸封装置において、回転軸とともに回転リングとケーシングに取付けられた静止リングとを備え、回転リング及び静止リングのいずれかの摺動面に回転リングの回転により低圧側の液体を高圧側に向かって巻き込むスパイラル溝が高圧側の端部が行止まり形状であるように設けられ、高圧側の被密封流体が低圧側へ漏れるのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、例えば、ターボチャージャーの駆動軸を圧縮機ハウジングに対してシールするのに適した面シール構造として、協働する１対のシールリングのうち、その一方は回転構成要素に設けられ、他方は静止構成要素に設けられ、これらのシールリングは、作動中に実質的に半径方向に形成されたシール面を有して、シール面同士の間に、シール面の外側区域をシール面の内側区域に対してシールするためのシールギャップが形成され、シール面の少なくとも一方に、ガスを送り込むのに有効な周方向に離間した複数の凹部が設けられ、該凹部はシール面の一方の周縁から他方の周縁に向かって延びているとともに、凹部の内端は前記シール面の他方の周縁から半径方向に離間して設けられ、非ガス成分を含むガス媒体中の非ガス成分がシールされるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開昭６２−１１７３６０号公報

【特許文献2】特開昭６２−３１７７５号公報

【特許文献3】特開２００１−１２６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記の特許文献１ないし３に記載の従来技術においては、例えば図９に示すように、静止リング５１の摺動面５１ａに回転リング５２の回転により低圧流体側（以下、「漏れ側」ということがある。）の流体を被密封流体側（高圧流体側）に向かって巻き込むスパイラル溝５３の漏れ側の端部５３ａが漏れ側に直接開口しているため、開口部近傍において、静止リング５１の摺動面と回転リング５２の摺動面との相対摺動によりダストが強制的に摺動面に引きずり込まれる場合がある。また、引きずり込まれたダストは両摺動面の相対摺動により粉砕され、微細化され、両摺動面の間にさらに進入しやすくなり、両摺動面の摩耗等の表面損傷を促進するという問題があった。

【0006】

本発明は、相対摺動する一対の摺動部品の摺動面において、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体の漏れ及び摺動面へのダストの進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第１に、
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は回転側密封環であり、他方の摺動部品は固定側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記一対の摺動部品のうち前記一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、
前記動圧発生溝の漏れ側端部と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられ、
前記他方の摺動部品の摺動面の内径は、前記動圧発生溝の前記漏れ側端部より径方向に小さく、かつ、前記一方の摺動部品の摺動面の内径より大きく設定されることにより、
前記動圧発生溝側に設けられた前記微細な凹部は前記他方の摺動部品の摺動面のランド部と摺動し、前記漏れ側に設けられた前記微細な凹部は前記漏れ側に連通することを特徴としている。
この特徴によれば、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、漏れ側の流体中に混在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体側とはランド部により隔離され、また、微細な凹部は動圧発生溝と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。

【0008】

また、本発明の摺動部品は、第２に、
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は回転側密封環であり、他方の摺動部品は固定側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体である液体又はミスト状の流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記一対の摺動部品のうち前記一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、
前記動圧発生溝の漏れ側端部と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられ、
前記他方の摺動部品の摺動面の内径は、前記動圧発生溝の前記漏れ側端部より径方向に小さく、かつ、前記一方の摺動部品の摺動面の内径より大きく設定されることにより、
前記動圧発生溝側に設けられた前記微細な凹部は前記他方の摺動部品の摺動面のランド部と摺動し、前記漏れ側に設けられた前記微細な凹部は前記漏れ側に連通することを特徴としている。
この特徴によれば、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体である液体側とはランド部により隔離され、また、微細な凹部は動圧発生溝と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。

【0009】

また、本発明の摺動部品は、第３に、第１又は第２の特徴において、前記動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることを特徴としている。
この特徴によれば、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体側に向けてポンピングされ、被密封流体が漏れ側へ漏洩することが防止される。

【0010】

また、本発明の摺動部品は、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、前記独立形状の微細な凹部は、ディンプルから構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、製作を容易にすることができる。

【0011】

また、本発明の摺動部品は、第５に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、前記独立形状の微細な凹部は、ヘリングボーン溝から構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、より大きな動圧効果を得ることができる。

【0012】

また、本発明の摺動部品は、第６に、第１ないし３のいずれかの特徴において、前記独立形状の微細な凹部は、レイリーステップ機構を形成するグルーブ部から構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、グルーブ部を効率的に配置することができ、より大きな動圧効果を得ることができる。

【0013】

また、本発明の摺動部品は、第７に、第１ないし６のいずれかの特徴において、前記動圧発生溝は、漏れ側の端部が被密封流体側の端部に比較して周方向に長く延びて形成され、漏れ側の開口部が拡大された形状に形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、動圧発生溝の漏れ側の端部ａと漏れ側とが非連通であって、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝への進入が抑制されたものにおいて、動圧発生溝への流体供給の効果を増大することができる。

【0014】

また、本発明の摺動部品は、第８に、第１ないし７のいずれかの特徴において、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることにより、起動時などの回転側密封環の低速回転状態において摺動面の外周側に存在する液体が、積極的に摺動面に導入され、摺動面の潤滑を行うことができる。
また、回転側密封環が定常運転等の高速回転時において流体導入溝から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

【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）互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、前記動圧発生溝と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、漏れ側の流体中に混在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体側とはランド部により隔離され、また、微細な凹部は動圧発生溝と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。

【0016】

（２）互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体である液体又はミスト状の流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、前記動圧発生溝と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体である液体側とはランド部により隔離され、また、微細な凹部は動圧発生溝と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。

【0017】

（３）動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体側に向けてポンピングされ、被密封流体が漏れ側へ漏洩することが防止される。

【0018】

（４）独立形状の微細な凹部は、ディンプルから構成されることにより、製作を容易にすることができる。

【0019】

（５）独立形状の微細な凹部は、ヘリングボーン溝から構成されることにより、より大きな動圧効果を得ることができる。

【0020】

（６）独立形状の微細な凹部は、レイリーステップ機構を形成するグルーブ部から構成されることにより、グルーブ部を効率的に配置することができ、より大きな動圧効果を得ることができる。

【0021】

（７）動圧発生溝は、漏れ側の端部が被密封流体側の端部に比較して周方向に長く延びて形成され、漏れ側の開口部が拡大された形状に形成されることにより、動圧発生溝の漏れ側の端部ａと漏れ側とが非連通であって、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝への進入が抑制されたものにおいて、動圧発生溝への流体供給の効果を増大することができる。

【0022】

（８）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることにより、起動時などの回転側密封環の低速回転状態において摺動面の外周側に存在する液体が、積極的に摺動面に導入され、摺動面の潤滑を行うことができる。
また、回転側密封環が定常運転等の高速回転時において流体導入溝から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【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】本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものであって、紙面下方の水平方向に回転中心が存在する。

【図3】図１のＡ−Ａ矢視図である

【図4】微細な凹部の有する機能を説明する説明図である。

【図5】本発明の実施例２に係る摺動部品の一方の摺動面を示すもので、実施例１の図３に対応する図である。

【図6】本発明の実施例３に係る摺動部品の一方の摺動面を示すもので、実施例１の図３に対応する図である。

【図7】本発明の実施例４に係る摺動部品の一方の摺動面を示すもので、実施例１の図３に対応する図である。

【図8】本発明の実施例５に係る摺動部品の一方の摺動面を示すもので、実施例１の図３に対応する図である。

【図9】従来技術を説明するための説明図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

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】

【0025】

図１ないし図４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、以下の実施例においては、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被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）、内周側を漏れ側（気体側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が漏れ側（気体側）、内周側が被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）である場合も適用可能である。また、被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）と漏れ側（気体側）との圧力の大小関係については、例えば、被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）が高圧、漏れ側（気体側）が低圧、あるいは、その逆のいずれでもよく、また、両方の圧力が同一であってもよい。

【0026】

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被密封流体、例えば、軸受部に使用された潤滑油を密封する形式のインサイド形式のものであり、ターボチャージャに備えられたコンプレッサのインペラー１を駆動させる回転軸２側にスリーブ３を介してこの回転軸２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側密封環４と、ハウジング５にカートリッジ６を介して非回転状態で、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側密封環７とが設けられ、固定側密封環７を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング８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、回転側密封環４及び固定側密封環７は半径方向に形成された摺動面Ｓを有し、互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体、例えば、液体あるいはミスト状の流体（以下、液体あるいはミスト状の流体を、単に「液体」ということがある。）が摺動面Ｓの外周から内周側の漏れ側へ流出するのを防止するものである。
なお、符号９はＯリングを示しており、カートリッジ６と固定側密封環７との間をシールするものである。
また、符号１０は動圧発生溝、符号１１は微細な凹部を示すものであり、これらについては後記において詳細に説明する。
また、本例では、スリーブ３と回転側密封環４とは別体の場合について説明しているが、これに限らず、スリーブ３と回転側密封環４とを一体に形成してもよい。

【0027】

回転側密封環４及び固定側密封環７の材質は、耐摩耗性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び自己潤滑性に優れたカーボンなどから選定されるが、例えば、両者がＳｉＣ、あるいは、いずれか一方がＳｉＣであって他方がカーボンの組合せが可能である。

【0028】

図２は、本発明の実施例に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものである。
図２において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、回転側密封環４及び固定側密封環７の摺動面のランド部Ｒにより被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝１０が設けられている。すなわち、本例においては、動圧発生溝１０は、回転側密封環４の摺動面Ｓにのみ設けられ、動圧発生溝１０の径方向における漏れ側及び非密封流体側にはランド部Ｒが存在し、この回転側密封環４のランド部Ｒに対して固定側密封環７の摺動面Ｓのランド部Ｒが摺接することにより、動圧発生溝１０を被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離している。詳述すると、固定側密封環７の摺動面Ｓの被密封流体側の外径は、回転側密封環４の動圧発生溝１０の被密封流体側の端部より径方向に大きく、また、固定側密封環７の摺動面Ｓの漏れ側の内径は、動圧発生溝１０の漏れ側の端部より径方向に小さく設定され、固定側密封環７の摺動面Ｓのランド部Ｒと回転側密封環４の動圧発生溝１０の内径側及び外径側のランド部Ｒとが摺接することにより動圧発生溝１０が被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されているのである。

【0029】

図３にも示すように、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと漏れ側との間の摺動面ＩＳには独立形状の微細な凹部１１が複数設けられている。微細な凹部１１は、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと径方向において離隔された位置に配設され、動圧発生溝１０とは非連通である。
図３においては、微細な凹部１１は、ほぼ円形のディンプル１１１から構成されている。ディンプル１１１は、ランダムに配設されており、その大きさ、例えば、径は同一でもよく、同一でなくてもよい。

【0030】

本発明において、「微細な凹部」とは、平坦な摺動面Ｓに形成されるくぼみのことであり、その形状は特に限定されるものではない。例えば、くぼみの平面形状は円形、楕円形、長円形、もしくは多角形など種々の形が包含され、くぼみの断面形状もお椀状、または、方形など種々の形が包含される。
そして、摺動面Ｓに形成された多数の微細な凹部１１は、この摺動面Ｓと相対摺動する相手側摺動面との間に流体力学的な潤滑液膜として介入する液体の一部を保持して、潤滑液膜を安定化させる機能も有するものである。

【0031】

個々の微細な凹部１１は、図４に示すようなレイリーステップを構成するものとみなすことができる。
図４において、回転側密封環４の摺動面Ｓ（Ｒ）には図の断面と直交する方向に延びるレイリーステップ１１ａが形成されており、固定側密封環７の摺動面Ｓは平坦に形成されている。回転側密封環４が矢印で示す方向に相対移動すると、両摺動面間に介在する流体が、その粘性によって矢印方向に追随移動しようとし、その際、レイリーステップ１１ａの存在によって動圧（正圧）を発生する。この動圧の発生により両摺動面の間隔がわずかに広げられ、漏れ側の流体が動圧発生溝１０に吸い込まれやすくなるものである。

【0032】

図３に示すように、動圧発生溝１０は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするためのものであり、例えば、スパイラル形状をなしている。
すなわち、 動圧発生溝１０は、スパイラル形状の動圧発生溝１０の径方向における漏れ側及び非密封流体側にはランド部Ｒが存在するため、被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されている。そして、回転側密封環４と固定側密封環７の相対摺動により、漏れ側の端部１０ａから被密封流体側の端部１０ｂに向けてポンピング作用を発揮するようにスパイラル状に傾斜され、端部１０ｂにおいて動圧（正圧）を発生するものである。

【0033】

スパイラル形状の動圧発生溝１０は、定常運転等の回転側密封環４の高速回転状態において、ディンプル１１１の作用に助けられながら、漏れ側から気体を吸い込み、被密封流体側の端部１０ｂ付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓには僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。

【0034】

上記したように、ほぼ円形のディンプル１１１は、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと漏れ側との間の摺動面ＩＳの動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと径方向において離隔された位置に配設され、それぞれが独立した形状であるため、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと漏れ側との間が直接連通されることはない。このため、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１０への進入を抑制することができる。

【0035】

以上説明した実施例１の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面Ｓ（回転側密封環４の摺動面Ｓ）には、両摺動面Ｓのランド部Ｒにより被密封流体である液体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝１０が設けられ、動圧発生溝１０と漏れ側との間の摺動面ＩＳの動圧発生溝１０と径方向において離隔された位置には、微細な凹部１１を構成する、独立形状のディンプル１１１が複数設けられていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝１０は被密封流体である液体側とはランド部Ｒにより隔離され、また、ディンプル１１１は動圧発生溝１０と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。
（２）動圧発生溝１０は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体である液体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体である液体側に向けてポンピングされ、被密封流体である液体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
（３）独立形状の微細な凹部１１がほぼ円形のディンプル１１１から構成されるため、製作を容易にすることができる。

【実施例2】

【0036】

図５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。
実施例２に係る摺動部品は、動圧発生溝と漏れ側との間の摺動面の動圧発生溝と径方向において離隔された位置に設けられる独立形状の微細な凹部１１の構成が実施例１の摺動部品と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

【0037】

図５において、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと漏れ側との間の摺動面ＩＳには独立形状の微細な凹部１１を構成するヘリングボーン溝１１２が複数設けられている。ヘリングボーン溝１１２は、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと径方向において離隔された位置に配設される。

【0038】

ヘリングボーン溝１１２は、平面形状が直角に曲げられた略Ｌ字状をなしており、摺動面の上流側に向けて開くように配列され、周方向に複数設けられている。
個々の微細なヘリングボーン溝１１２は、図４に示すようなレイリーステップを構成し、回転側密封環４が矢印で示す方向に相対移動すると、両摺動面間に介在する流体が、その粘性によって矢印方向に追随移動しようとし、その際、ヘリングボーン溝１１２のレイリーステップ１１２ａの存在によって動圧（正圧）を発生する。この動圧の発生により両摺動面の間隔がわずかに広げられ、漏れ側の流体が動圧発生溝１０に吸い込まれやすくなるものである。

【0039】

以上説明した実施例２の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面Ｓ（回転側密封環４の摺動面Ｓ）には、両摺動面Ｓのランド部Ｒにより被密封流体である液体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝１０が設けられ、動圧発生溝１０と漏れ側との間の摺動面ＩＳの動圧発生溝１０と径方向において離隔された位置には、微細な凹部１１を構成する、独立形状のヘリングボーン溝１１２が複数設けられていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝１０は被密封流体である液体側とはランド部Ｒにより隔離され、また、ヘリングボーン溝１１２は動圧発生溝１０と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。
（２）動圧発生溝１０は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体である液体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体である液体側に向けてポンピングされ、被密封流体である液体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
（３）独立形状の微細な凹部１１がヘリングボーン溝１１２から構成されるため、より大きな動圧効果を得ることができる。

【実施例3】

【0040】

図６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。
実施例３に係る摺動部品は、動圧発生溝と漏れ側との間の摺動面の動圧発生溝と径方向において離隔された位置に設けられる独立形状の微細な凹部１１の構成が実施例１の摺動部品と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

【0041】

図６において、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと漏れ側との間の摺動面ＩＳには独立形状の微細な凹部を構成するグルーブ部１１３ａが複数設けられている。グルーブ部１１３ａは、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと径方向において離隔された位置に配設される。また、グルーブ部１１３ａは、半径方向に一定の幅を有し、周方向に延びた円弧状をなしており、半径方向深溝１２とともにレイリーステップ機構１１３を形成する。グルーブ部１１３ａの深さは半径方向深溝１２の深さに比べて浅い。

【0042】

個々の微細なグルーブ部１１３ａは、図４に示すようなレイリーステップを構成し、回転側密封環４が矢印で示す方向に相対移動すると、半径方向深溝１２を介して漏れ側から流体を吸い込み、吸い込まれた流体が、その粘性によって矢印方向に追随移動しようとし、その際、レイリーステップ機構１１３のレイリーステップ１１３ｂの存在によって動圧（正圧）を発生する。この動圧の発生により両摺動面の間隔がわずかに広げられ、漏れ側の流体が動圧発生溝１０に吸い込まれやすくなるものである。

【0043】

以上説明した実施例３の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面Ｓ（回転側密封環４の摺動面Ｓ）には、両摺動面Ｓのランド部Ｒにより被密封流体である液体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝１０が設けられ、動圧発生溝１０と漏れ側との間の摺動面ＩＳの動圧発生溝１０と径方向において離隔された位置には、微細な凹部１１を構成する、独立形状のグルーブ部１１３ａが複数設けられていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝１０は被密封流体である液体側とはランド部Ｒにより隔離され、また、グルーブ部１１３ａは動圧発生溝１０と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。
（２）動圧発生溝１０は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体である液体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体である液体側に向けてポンピングされ、被密封流体である液体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
（３）独立形状の微細な凹部がレイリーステップ機構１１３を形成する略円弧状のグルーブ部１１３ａから構成されるため、グルーブ部１１３ａを効率的に配置することができ、より大きな動圧効果を得ることができる。

【実施例4】

【0044】

図７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。
実施例４に係る摺動部品は、動圧発生溝の形状が実施例１の摺動部品と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

【0045】

図７において、動圧発生溝１５は、実施例１の動圧発生溝１０と同じく、動圧発生溝１５の径方向における漏れ側及び非密封流体側にはランド部Ｒが存在するため、被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されている。そして、回転側密封環４と固定側密封環７の相対摺動により、漏れ側の端部１５ａから被密封流体側の端部１５ｂに向けてポンピング作用を発揮するようにスパイラル状に傾斜され、端部１５ｂにおいて動圧（正圧）を発生するものである。その際、スパイラル形状の動圧発生溝１５は、定常運転等の回転側密封環４の高速回転状態において、ディンプル１１１の作用に助けられながら、漏れ側から気体を吸い込み、被密封流体側の端部１５ｂ付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓには僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。

【0046】

動圧発生溝１５の漏れ側の端部１５ａと漏れ側との間には、独立した形状のほぼ円形のディンプル１１１が端部１５ａと漏れ側と離間しては配設されているため、端部１５ａと漏れ側と直接連通されることはなく、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１５への進入を抑制することができるものであるが、同時に、動圧発生溝１５への漏れ側の流体供給も抑制されたものとなっている。
このため、図７に示す動圧発生溝１５は、漏れ側の端部１５ａが被密封流体側の端部１５ｂに比較して周方向に長く延びて形成され、漏れ側の開口部が拡大された形状に形成され、動圧発生溝１５へ流体供給効果が増大されている。

【0047】

動圧発生溝１５の漏れ側の端部１５ａは、流体供給効果を増大する意味では上流側に延びて形成される方が好ましい。また、漏れ側の端部１５ａの径方向の幅は被密封流体側の端部１５ｂの幅と同程度でよい。

【0048】

以上説明した実施例４の構成によれば、前記した実施例の効果に加えて以下のような効果を奏する。
動圧発生溝１５の漏れ側の端部１５ａと漏れ側とが非連通であって、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１５への進入が抑制されたものにおいて、動圧発生溝１５への流体供給の効果を増大することができる。

【実施例5】

【0049】

次に、図８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。
実施例５に係る摺動部品は、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面の被密封流体側に流体導入溝及び正圧発生機構が設けられる点で前記実施例と相違するが、その他の基本構成は前記実施例と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

【0050】

図８（ａ）において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１６が設けられている。

【0051】

流体導入溝１６は、外周側の周縁に沿うように１個以上配設され、平面形状は略矩形状に形成され、摺動面Ｓの外周側の周縁において被密封流体側と連通し、内周側とはランド部Ｒにより隔離されている。

【0052】

また、流体導入溝１６の円周方向の下流側に連通して流体導入溝１６より浅い正圧発生溝１７ａを備える正圧発生機構１７が設けられている。正圧発生機構１７は、正圧（動圧）を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。
正圧発生溝１７ａは、上流側が流体導入溝１６に連通し、外周側とはランド部Ｒにより隔離されている。
本例では、正圧発生機構１７は、上流側において流体導入溝１６に連通する正圧発生溝１７ａ及びレイリーステップ１７ｂ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、要は、正圧を発生する機構であればよい。
図８（ａ）において、流体導入溝１６及び正圧発生機構１７のなす平面形状は略Ｌ字状をなしている。

【0053】

今、回転側密封環４が反時計方向に回転するとした場合、外周側の液体は略矩形状の流体導入溝１６から摺動面に導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１７により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１６から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

【0054】

図８（ｂ）は、流体導入溝の形状が異なる点で図８（ａ）と相違するが、その他は図８（ａ）と同じである。

【0055】

図８（ｂ）において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１８が設けられている。

【0056】

流体導入溝１８は、外周側の周縁に沿うように配設され、摺動面Ｓの外周側の周縁にのみ連通する流体導入部１８ａ及び流体導出部１８ｂ、並びにこれらを周方向に連通する流体連通部１８ｃから構成され、内周側とはランド部Ｒにより隔離されている。
本例では、流体導入部１８ａ及び流体導出部１８ｂは周方向において一定距離隔てて設けられ、それぞれ、径方向に直線状に延びているため、流体導入溝１８の平面形状は略Ｕ字形をなしている。

【0057】

また、流体導入溝１８と外周側とで囲まれる部分に流体導入溝１８より浅い正圧発生溝１７ａを備える正圧発生機構１７が設けられている。正圧発生機構１７は、正圧（動圧）を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。
正圧発生溝１７ａは、上流側が流体導入部１８ａに連通し、流体導出部１８ｂ及び外周側とはランド部Ｒにより隔離されている。
本例では、正圧発生機構１７は、上流側において流体導入溝１８の流体導入部１８ａに連通する正圧発生溝１７ａ及びレイリーステップ１７ｂ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、要は、正圧を発生する機構であればよい。

【0058】

今、回転側密封環４が時計方向に回転するとした場合、外周側の液体は略Ｕ字形の流体導入溝１８の流体導入部１８ａから摺動面に導入され、流体導出部１８ｂから外周側に排出されるが、その際、起動時などの回転側密封環４の低速回転状態において摺動面Ｓの外周側に存在する液体が、積極的に摺動面Ｓに導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１７により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１８から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

【0059】

図８（ｂ）では、流体導入溝１８の平面形状は略Ｕ字形に形成されているが、これに限らず、流体導入部１８ａと流体導出部１８ｂとが内径側において交叉する形状、すなわち、略Ｖ字でに形成されてもよい。

【0060】

以上説明した実施例５の構成によれば、実施例１の効果に加えて以下のような効果を奏する。
回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１６または１８が設けられることにより、起動時などの回転側密封環４の低速回転状態において摺動面Ｓの外周側に存在する液体が、積極的に摺動面Ｓに導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１７により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１６または１８から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

また、例えば、前記実施例では、摺動部品の外周側を被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）、内周側を漏れ側（気体側）として説明したが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が漏れ側（気体側）、内周側が被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）である場合も適用可能である。また、被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）と漏れ側（気体側）との圧力の大小関係については、例えば、被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）が高圧、漏れ側（気体側）が低圧、あるいは、その逆のいずれでもよく、また、両方の圧力が同一であってもよい。

【0064】

また、例えば、前記実施例では、動圧発生溝１０がスパイラルグルーブである場合について説明したが、これに限定されることなく、レイリーステップと逆レイリーステップの組み合わせでもよく、要は、漏れ側の流体を吸い込んで動圧（正圧）を発生する機構であればよい。

【0065】

また、例えば、前記実施例では、微細な凹部１１について、ディンプル１１１、ヘリングボーン溝１１２及びレイリーステップ機構１１３のレイリーステップ１１３ｂを説明したが、これに限定されることなく、例えば、平行溝、直交溝でもよい。また、前記実施例では、ディンプル１１１の形状についてほぼ円形である場合について説明したが、これに限らず、例えば、楕円形、長円形あるいは矩形状でもよい。

【0066】

また、例えば、前記実施例４では、漏れ側の開口部が拡大された動圧発生溝１５について実施例１に適用する場合について説明したが、これに限定されることなく、実施例２及び３にも適用できることはいうまでもない。

【0067】

また、例えば、前記実施例５では、摺動面の被密封流体側に設けられる流体導入溝及び正圧発生機構について実施例１に適用する場合について説明したが、これに限定されることなく、実施例２、３及び４にも適用できることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0068】

１ インペラー
２ 回転軸
３ スリーブ
４ 回転側密封環
５ ハウジング
６ カートリッジ
７ 固定側密封環
８ コイルドウェーブスプリング
１０ 動圧発生溝
１０ａ 漏れ側の端部
１０ｂ 被密封流体側の端部
１１ 微細な凹部
１１１ ディンプル
１１２ ヘリングボーン溝（微細な凹部）
１１２ａ レイリーステップ
１１３ レイリーステップ機構
１１３ａ グルーブ部
１１３ｂ レイリーステップ
１２ 半径方向深溝
１５ 動圧発生溝
１６ 流体導入溝
１７ 正圧発生機構
１８ 流体導入溝
Ｓ 摺動面
ＩＳ 動圧発生溝の漏れ側の端部と漏れ側との間の摺動面
Ｒ ランド部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】