特許 7297393 摺動部品及び摺動部品の製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-06-16

(45)【発行日】2023-06-26

(54)【発明の名称】摺動部品及び摺動部品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20230619BHJP

   F16C 17/04 20060101ALI20230619BHJP

   F16C 33/14 20060101ALI20230619BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 G

F16C17/04 Z

F16C33/14 Z

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020571156

(86)(22)【出願日】2020-01-31

(86)【国際出願番号】 JP2020003641

(87)【国際公開番号】W WO2020162347

(87)【国際公開日】2020-08-13

【審査請求日】2022-07-21

(31)【優先権主張番号】P 2019018307

(32)【優先日】2019-02-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】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】橋本 広行

(72)【発明者】

【氏名】瀧ヶ平 宜昭

【審査官】山田 康孝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－６８３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２８７３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平２－１３６８６３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／３４－１５／３８

Ｆ１６Ｃ １７／０４

Ｆ１６Ｃ ３３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の摺動部材のうち少なくとも一方の摺動部材は、該一方の摺動部材の摺動面に凹設される複数の凹み部から成る凹み部群と、該凹み部群よりも該一方の摺動部材の厚み方向にずれて設けられる複数の中空部と、を備え、
前記中空部は、前記一方の摺動部材において前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み分だけ摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置されている摺動部品。

【請求項2】

前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで摩耗するまでの間において、前記摺動面に配置される前記凹み部群の体積は、変動幅が２０％以内である請求項１に記載の摺動部品。

【請求項3】

前記中空部は、前記摺動面に直交する方向から見て前記凹み部と一部または全部が重畳するように配置されている請求項１または２に記載の摺動部品。

【請求項4】

前記凹み部群は、深さの異なる複数の凹み部から構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項5】

前記凹み部と前記中空部は、前記厚み方向に延びる絞り通路により連通している請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項6】

前記絞り通路は、前記凹み部と前記中空部とが一部重畳することにより構成されている請求項５に記載の摺動部品。

【請求項7】

複数の前記中空部は、同一形状を成す請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項8】

前記中空部は、少なくとも平面を有する請求項１ないし７のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項9】

隣接する前記凹み部間に存在する前記一方の摺動部材の基材は、前記摺動面から該摺動面の反対側の面まで前記厚み方向に連続して延びている請求項１ないし８のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項10】

一対の摺動部材のうち少なくとも一方の摺動面には平面を有する複数の凹み部が設けられ、
前記凹み部より深い位置に平面を有する中空部が設けられ、前記中空部は前記凹み部と連通されている摺動部品。

【請求項11】

前記中空部は前記凹み部と周方向あるいは径方向にずれて位置している請求項１０に記載の摺動部品。

【請求項12】

前記凹み部の平面は前記凹み部の底面であり、前記中空部の平面は前記中空部の底面である請求項１０または１１に記載の摺動部品。

【請求項13】

前記中空部は前記凹み部の底面と軸方向で一部重なる状態で周方向あるいは径方向にずれて位置し、前記中空部は前記凹み部の底面と軸方向で重なる箇所にて連通するように連設された請求項１２に記載の摺動部品。

【請求項14】

特定の領域を除いて所定の材料を厚み方向に積層し連結することにより、摺動面に形成される断面視凹形状の複数の凹み部から成る凹み部群と、前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置される複数の中空部と、を有する摺動部材を製造する摺動部品の製造方法。

【請求項15】

前記凹み部と前記中空部とを前記厚み方向に連結する絞り通路を形成する請求項１４に記載の摺動部品の製造方法。

【請求項16】

前記所定の材料を付加製造装置により積層する請求項１４または１５に記載の摺動部品の製造方法。

【請求項17】

前記所定の材料をベース部材の上に積層し一体化する請求項１４ないし１６のいずれかに記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、相対移動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及び摺動部品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被密封流体の漏れを防止する軸封装置として例えばメカニカルシールやすべり軸受などがある。メカニカルシールやすべり軸受などは、相対回転し摺動面同士が摺動するように一対の摺動部材から構成された摺動部品を備えている。このような摺動部品において、密封性を長期的に維持させるためには、「密封」と「潤滑」という条件を両立させなければならない。特に、近年においては、環境対策等のために、被密封流体の漏れ防止を図りつつ、摺動に伴うエネルギー損失を低減させるべく、より一層、低摩擦化の要求が高まっている。低摩擦化の手法としては、回転により摺動面間に動圧を発生させ、液膜を介在させた状態で摺動することにより達成できる。

【0003】

例えば、特許文献１に記載された摺動部品は、一対の摺動部材のうち一方の摺動部材の摺動面の全領域に断面視凹状のディンプルが複数設けられている。一対の摺動部材が相対回転すると、一方の摺動部材に設けられたディンプルに被密封流体が供給され、摺動面間に動圧が発生して摺動面間がわずかに離間し、且つ被密封流体をディンプルが保持することで、摺動面間に液膜を介在させた状態で摺動面同士を摺動させることができるため、被密封流体の漏れ防止を図りつつ、機械的損失を低減できるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－６８３３０号公報（第５頁、第３図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の摺動部品は、ディンプルを設けることにより摺動面間の潤滑性が高められているが、経年等による摺動面の摩耗によりディンプルの深さが徐々に浅くなり、被密封流体を十分に保持することができなくなるため、摺動面間の潤滑性が低下する虞があった。

【0006】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、摺動面間の潤滑性を長く持続させることができる摺動部品及び摺動部品の製造方法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】

前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
一対の摺動部材のうち少なくとも一方の摺動部材は、該一方の摺動部材の摺動面に凹設される複数の凹み部から成る凹み部群と、該凹み部群よりも該一方の摺動部材の厚み方向にずれて設けられる複数の中空部と、を備え、
前記中空部は、前記一方の摺動部材において前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み分だけ摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置されている。
これによれば、凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで一方の摺動部材の摺動面が摩耗しても複数の凹み部から成る凹み部群が摺動面上に出現するため、摺動面間の潤滑性を持続できる。

【0008】

前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで摩耗するまでの間において、前記摺動面に配置される前記凹み部群の体積は、変動幅が２０％以内であってもよい。
これによれば、摺動面が摩耗しても出現する凹み部群の体積の変動幅が２０％以内と小さいので摺動面の摩耗度合いによって潤滑性が変動することを抑制できる。

【0009】

前記中空部は、前記摺動面に直交する方向から見て前記凹み部と一部または全部が重畳するように配置されていてもよい。
これによれば、摺動面の摩耗度合いによって摺動面における凹み部の出現位置が大きく変動することを抑制できる。

【0010】

前記凹み部群は、深さの異なる複数の凹み部から構成されていてもよい。
これによれば、一方の摺動部材の使用領域のどの位置に摺動面が存在しても、該摺動面上に出現する凹み部群の体積を一定に近付けることができる。

【0011】

前記凹み部と前記中空部は、前記厚み方向に延びる絞り通路により連通してもよい。
これによれば、凹み部と中空部に被密封流体を保持できるとともに、絞り通路を介して摺動面の摩耗粉の一部を中空部側に排出できるため、凹み部に摩耗粉が堆積することを抑制できる。

【0012】

前記絞り通路は、前記凹み部と前記中空部とが一部重畳することにより構成されていてもよい。
これによれば、凹み部と中空部との間を被密封流体や摩耗粉が移動しやすい。

【0013】

複数の前記中空部は、同一形状を成していてもよい。
これによれば、使用領域の中で摺動面上に出現する凹み部群の体積が一定となるように中空部を配置しやすい。

【0014】

前記中空部は、少なくとも平面を有していてもよい。
これによれば、中空部を効率よく配置することができる。

【0015】

隣接する前記凹み部間に存在する前記一方の摺動部材の基材は、前記摺動面から該摺動面の反対側の面まで前記厚み方向に連続して延びていてもよい。
これによれば、摺動面の強度を高めることができる。

【0016】

前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
一対の摺動部材のうち少なくとも一方の摺動面には平面を有する複数の凹み部が設けられ、
前記凹み部より深い位置に平面を有する中空部が設けられ、前記中空部は前記凹み部と連通されている。
これによれば、一方の摺動部材の摺動面が摩耗して凹み部が消滅しても凹み部より深い位置に設けられる中空部が摺動面上に出現するため、摺動面間の潤滑性を持続できる。

【0017】

前記中空部は前記凹み部と周方向あるいは径方向にずれて位置していてもよい。
これによれば、凹み部と中空部との間を被密封流体や摩耗粉が移動しやすい。

【0018】

前記凹み部の平面は前記凹み部の底面であり、前記中空部の平面は前記中空部の底面であってもよい。
これによれば、中空部を効率よく配置することができる。

【0019】

前記中空部は前記凹み部の底面と軸方向で一部重なる状態で周方向あるいは径方向にずれて位置し、前記中空部は前記凹み部の底面と軸方向で重なる箇所にて連通するように連設されていてもよい。
これによれば、中空部を効率よく配置できるとともに、凹み部と中空部との間を被密封流体や摩耗粉が移動しやすい。

【0020】

前記課題を解決するために、本発明の摺動部品の製造方法は、
特定の領域を除いて所定の材料を厚み方向に積層し連結することにより、摺動面に形成される断面視凹形状の複数の凹み部から成る凹み部群と、前記凹み部群のうち最も深い凹み部の厚み方向まで摩耗した際に、少なくとも複数の凹み部から成る凹み部群をなすように配置される複数の中空部と、を有する摺動部材を製造するものである。
これによれば、凹み部群のうち最も深い凹みの厚み方向まで一方の摺動部材の摺動面が摩耗しても複数の凹み部から成る凹み部群が摺動面上に出現するため、摺動面間の潤滑性を持続できる。また、所定の材料を一方の摺動部材の厚み方向に積層させながら形成することで複数の中空部を一方の摺動部材における所望の位置に配置することができる。

【0021】

前記凹み部と前記中空部とを前記厚み方向に連結する絞り通路を形成してもよい。
これによれば、加工により生じる加工紛を絞り通路を介して中空部から外部に排出できるため、摺動部材を簡便にかつ高精度に製造することができる。

【0022】

前記所定の材料を付加製造装置により積層してもよい。
これによれば、付加製造装置にプリンタを用いて摺動部材を簡便にかつ高精度に製造することができる。

【0023】

前記所定の材料をベース部材の上に積層し一体化してもよい。
これによれば、ベース部材により摺動部材の強度を確保できるとともに迅速に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施例１に係る摺動部品としてメカニカルシールの一例を示す断面図である。

【図2】本発明の実施例１に係るメイティングリングの摺動面を示す平面図である。

【図3】Ａ－Ａ断面図である。

【図4】（ａ）は本発明の実施例１に係る厚み方向に配置されるディンプル及び中空部を示す概略断面図、（ｂ）は（ａ）を摺動面側から見た概略図である。

【図5】（ａ）～（ｃ）は摺動面の摩耗度合いの変化を示す概略図である。

【図6】摺動時間に対するディンプル群の体積の変化を示す概略図である。

【図7】（ａ）～（ｃ）はメイティングリングの製造工程を示す概略図である。

【図8】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例１に係るディンプル及び中空部の形状の変形例を示す概略図である。

【図9】本発明の実施例１に係るディンプル及び中空部の配置の変形例である。

【図10】（ａ）は本発明の実施例２に係るメイティングリングの摺動面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図である。

【図11】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例２に係る摺動部品の１つ目の変形例を示す図である。

【図12】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例２に係る摺動部品の２つ目の変形例を示す図である。

【図13】本発明の実施例３に係るメイティングリングの摺動面を示す平面図である。

【図14】（ａ）はＢ－Ｂ断面図、（ｂ）はＣ－Ｃ断面図である。

【図15】本発明の実施例３に係る摺動部品の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明に係る摺動部品及び摺動部品の製造方法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】

【0026】

実施例１に係る摺動部品及び摺動部品の製造方法につき、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、摺動部品がメカニカルシールである形態を例に挙げ説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を被密封流体側、内周側を大気側として説明する。

【0027】

図１に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面の外周側から内周側に向かって漏れようとする被密封流体を密封するインサイド形のものであって、回転軸１にスリーブ２を介して回転軸１と一体的に回転可能な状態で設けられた円環状の一方の摺動部品としてのメイティングリング２０と、被取付機器のハウジング４に固定されたシールカバー５に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品としての円環状のシールリング１０と、から主に構成され、ベローズ７によってシールリング１０が軸方向に付勢されることにより、シールリング１０の摺動面１１とメイティングリング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、シールリング１０の摺動面１１は平坦面となっており、この平坦面には凹み部が設けられていない。

【0028】

シールリング１０およびメイティングリング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。尚、メイティングリング２０の製造方法については、後に詳述する。

【0029】

図２に示されるように、メイティングリング２０は、シールリング１０の摺動面１１と軸方向に対向する環状の摺動面２１を有している。摺動面２１は、平坦面であって、円周方向に凹み部としてのディンプル２２が全面に形成されて凹み部群としてのディンプル群２２Ａを構成している。各ディンプル２２は、摺動面２１に直交する方向から見て円形状を成し、且つ径方向断面視において摺動面２１側に開口する凹形状を成している。すなわち、ディンプル２２は、摺動面２１に対して直交する中心軸を有する円柱形状を成している（図３，図４参照）。尚、摺動面２１は、ディンプル２２に対してランド部とも言える。

【0030】

具体的には、ディンプル群２２Ａは、ディンプル２２がメイティングリング２０の内径側から外径側に離間して４つ配置される列２３Ａと、内径側から外径側に離間して５つ配置される列２３Ｂと、が周方向に交互に配置されて構成されており、上記２つの列２３Ａ，２３Ｂは、メイティングリング２０の中心から放射状に沿って配置されている。尚、複数のディンプル２２は、摺動面２１の周方向に千鳥状に配置されている。

【0031】

図３は、メイティングリング２０を列２３Ａの位置で軸方向に切断した状態を図示している。尚、列２３Ｂは、列２３Ａと数以外同一であることから、列２３Ｂの説明を省略する。

【0032】

列２３Ａは、深さ寸法Ｌ１のディンプル２２と、ディンプル２２よりも浅い深さ寸法Ｌ２のディンプル２２’と、から構成されている（Ｌ１＞Ｌ２）。ディンプル２２及びディンプル２２’は、摺動面２１の径方向に交互に配設されている。

【0033】

ディンプル２２には、複数の中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄがメイティングリング２０の厚み方向（以下、単に厚み方向ということもある。）に形成されており、ディンプル２２及び中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄにより凹状ユニット２５Ａを構成している。同様に、ディンプル２２’には、複数の中空部２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’，２４ｄ’が厚み方向に並列されており、ディンプル２２’及び中空部２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’，２４ｄ’により凹状ユニット２５Ｂを構成している。

【0034】

中空部２４ａ～２４ｄ及び中空部２４ａ’～２４ｄ’は、同一の深さ寸法Ｌ３となっており、各中空部の深さ寸法Ｌ３は、新品状態のディンプル２２の深さ寸法Ｌ１と同一となっている。また、ディンプル２２の深さ寸法Ｌ１とディンプル２２’の深さ寸法Ｌ２との差は寸法Ｌ４となっている。すなわち、凹状ユニット２５Ａと凹状ユニット２５Ｂとは、寸法Ｌ４分メイティングリング２０の厚み方向にずれて配置されている。尚、メイティングリング２０において摺動面２１として使用され得る厚み方向の使用領域は、摩耗等によってもいずれかの中空部が出現しディンプルとして機能し得る領域であって、摺動面２１から凹状ユニット２５Ａの最深部に配置される中空部２４ｄの底部までの領域を指す。

【0035】

次いで、凹状ユニット２５Ａにおけるディンプル２２と中空部２４ａ～２４ｄとの配列について図４に基づいて説明する。尚、凹状ユニット２５Ｂは、凹状ユニット２５Ａと同一構成であるため、その説明を省略する。

【0036】

図４（ａ）に示されるように、中空部２４ａは、ディンプル２２の内径方向にずれかつ厚み方向に一部重畳して配置されており、ディンプル２２と中空部２４ａとは通路２６ａにより連通している。同様に、中空部２４ｂは、中空部２４ａの外径方向にずれかつ厚み方向に一部重畳して配置されており、中空部２４ａと中空部２４ｂとは通路２６ｂにより連通している。また、中空部２４ｃは、中空部２４ｂの内径方向にずれかつ厚み方向に一部重畳して配置されており、中空部２４ｂと中空部２４ｃとは通路２６ｃにより連通している。また、中空部２４ｄは、中空部２４ｃの外径方向にずれかつ厚み方向に一部重畳して配置されており、中空部２４ｃと中空部２４ｄとは通路２６ｄにより連通している。すなわち、ディンプル２２及び中空部２４ａ～２４ｄは、径方向に交互にずれて厚み方向にジグザグ状に配置されているとともに、通路２６ａ～２６ｄを通じて互いに連通している。

【0037】

また、中空部２４ａにおける摺動面２１側の平面としての端面２７ａは、ディンプル２２の平面としての底面２２ａと厚み方向の同一位置に配置されており、通路２６ａは、端面２７ａと底面２２ａとが径方向に一部重畳して形成されている。言い換えると、通路２６ａは底面２７ａの開口箇所と底面２２ａの開口箇所が重なって形成されている。中空部２４ｂ～２４ｄも同様に、摺動面２１側の端面２７ｂ～２７ｄが摺動面２１側に隣接する中空部２４ａ～２４ｃの底面２８ａ～２８ｃと厚み方向の同一位置に配置されており、通路２６ｂ～２６ｄは、端面２７ｂ～２７ｄと底面２８ａ～２８ｃとが径方向に一部重畳して形成されている。つまり、通路２６ａ～２６ｄは、ディンプル２２及び中空部２４ａ～２４ｄの径方向の断面積よりも小さい絞り通路となっている。

【0038】

より詳細には、図４（ｂ）に示されるように、ディンプル２２及び中空部２４ｂ，２４ｄは、摺動面２１に直交する方向から見て重畳して配置されており、中空部２４ａ，２４ｃは、ディンプル２２及び中空部２４ｂ，２４ｄの内径側にずれた位置において摺動面２１を直交する方向から見て重畳して配置されている。

【0039】

次いで、メイティングリング２０の摩耗度合いの変化について図５及び図６に基づいて説明する。図５（ａ）は、図２のＡ－Ａの位置で切断した図であり、シールリング１０とメイティングリング２０とが新品の状態を示している。図５（ａ）の状態からシールリング１０とメイティングリング２０とが相対回転すると、ディンプル２２，２２’により摺動面１１，２１の間に被密封流体の膜を形成して良好な潤滑を維持できるようになっている。これは、ディンプル群２２Ａが摺動面１１，２１間の潤滑性を保つために最適な体積に設計されているためである（図６の点Ｐ１参照）。

【0040】

図５（ｂ）に示すように、経年などにより摺動面２１が摩耗するにしたがって、ディンプル２２，２２’で構成されるディンプル群２２Ａの体積が漸次小さくなる（図６の点Ｐ１と点Ｐ２との間を参照）。しかしながら、ディンプル２２’が消滅した際（図６の点Ｐ２参照）には、中空部２４ａ’における摺動面２１側の端面２７ａ’を構成する壁部が削られて中空部２４ａ’がシールリング１０側に開放する。すなわち、中空部２４ａ’が新たなディンプルとして出現し、これによりディンプル群２２Ａの体積が新品状態時の体積と同程度に増加する（図６の点Ｐ３参照）。

【0041】

そして、図５（ｃ）に示すように、摺動面２１がさらに摩耗すると、ディンプル２２及び中空部２４ａ’で構成されるディンプル群２２Ａの体積が漸次小さくなる（図６の点Ｐ３と点Ｐ４との間を参照）。しかしながら、ディンプル２２が消滅した際には、中空部２４ａの端面２７ａを構成する壁部が削られて中空部２４ａがシールリング１０側に開放する。すなわち、中空部２４ａが新たなディンプルとして出現し、これによりディンプル群２２Ａの体積が新品状態時の体積と同程度に増加する（図６の点Ｐ５参照）。

【0042】

このように、メイティングリング２０の摺動面２１が摩耗してもメイティングリング２０の使用領域の中で、ディンプル群２２Ａの体積が常に変動許容範囲内に収まるため、摺動面１１，２１の間が貧潤滑となることなく、且つ摺動面１１，２１間に過剰な浮力が発生して潤滑性や密封性が低下することを防止でき、摺動面１１，２１間の潤滑性を好適に持続できる。

【0043】

また、摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａの体積の変動幅は２０％以内となっており、変動幅が小さいので摺動面２１の摩耗度合いによって潤滑性が変動することを抑制できる。尚、本実施例１では、メイティングリング２０の使用領域の中で、ディンプル群２２Ａが同一個数の中空部により形成される形態を例示するが、メイティングリング２０の使用領域の中で摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａが異なる個数（２つ以上）の中空部により形成されていてもよい。好ましくは、メイティングリング２０の使用領域の中で、摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａの体積の変動幅が２０％以内、好ましくは５％以内となっていればよい。

【0044】

また、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂを構成する中空部２４ａ～２４ｄ及び中空部２４ａ’～２４ｄ’は、摺動面２１に直交する方向から見て、ディンプル２２，２２’に対して一部または全部が重畳して配置されているので、摺動面２１の摩耗度合いによって、ディンプルとして出現する中空部２４ａ～２４ｄ及び中空部２４ａ’～２４ｄ’の位置が、摺動面２１の径方向や周方向に大きく変動せず、摺動面１１，２１間に均等に被密封流体の膜を生成できる。

【0045】

さらに、摺動面２１に直交する方向から見て、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂの径方向及び周方向への専有面積を小さくすることができるので、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂをメイティングリング２０に多数配置することができる。

【0046】

また、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂは、それぞれのディンプル２２，２２’に対して中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’が径方向に交互にずれて厚み方向にジグザグ状に配置されているとともに、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂ同士が厚み方向にずれている。すなわち、ディンプル群２２Ａは、深さの異なる複数のディンプル２２，２２’で構成されるので、メイティングリング２０の使用領域のどの位置に摺動面２１が存在しても、該摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａの体積を一定に近付けるようにメイティングリング２０を構成できる。

【0047】

また、ディンプル２２，２２’と中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’は、厚み方向に延びる通路２６ａ～２６ｄにより連通しているので、ディンプル２２，２２’と中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’に被密封流体を多く保持できるとともに、通路２６ａ～２６ｄを介して摺動面２１の摩耗粉の一部を中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’側に排出・貯留できるため、ディンプル２２，２２’に摩耗粉が堆積して摺動面１１，２１間の潤滑性が阻害されることを抑制できる。また、中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’はラビリンス構造となっているため、中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’内に貯留された摩耗粉はディンプル２２，２２’に戻り難い。特に、中空部２４，２４ｄ’側に貯留された摩耗粉は、ディンプル２２，２２’に戻り難い。

【0048】

さらに、通路２６ａ～２６ｄは、ディンプル２２，２２’と中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’とが一部重畳することにより構成されているので、ディンプル２２，２２’と中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’との間を被密封流体や摩耗粉が移動しやすいばかりか、ディンプル２２，２２’及び中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’とは別段の絞り通路を形成しなくてよいため、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂを形成しやすい。

【0049】

また、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’は、同一形状を成すため、使用領域の中で摺動面２１上に出現するディンプル群２２Ａの体積が一定となるように中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’を配置しやすい。

【0050】

さらに、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’は、平面である端面２７ａ～２７ｃと、底面２８ａ～２８ｃと、を有するため、端面２７ａ～２７ｃ及び底面２８ａ～２８ｃ同士を近付けて中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’を多数配置することができる、言い換えると少ないスペースで効率よく配置できる。

【0051】

また、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’は、摺動面２１に対して直交する中心軸を有する円柱形状に形成されており、摺動面２１の摩耗度合いによって各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’の開口領域が変化しないため、ディンプル群２２Ａの体積が一定となるように中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’を配置しやすい。

【0052】

また、径方向または周方向に隣接するディンプル２２，２２’間に存在するメイティングリング２０の基材２０Ａは、摺動面２１から後述する摺動面２１の反対側に位置するベース部材２０Ｂ（図７参照）まである程度の幅を持って柱状に厚み方向に連続して延びているため、摺動面２１を高い強度で支持することができる。

【0053】

次いで、メイティングリング２０の製造方法について図７に基づいて説明する。本実施例におけるメイティングリング２０は、付加製造（Additive Manufacturing）装置の一種である３Ｄプリンタを用いた積層造形法により製造される。尚、図７では、わかりやすく説明するために、敷き詰められる所定の材料としてのＳｉＣ粉末Ｍの層の厚みを実際よりも厚くなるように示している。

【0054】

具体的には、図７（ａ）に示されるように、３Ｄプリンタの台座の上に、所定の厚みを有し該厚み方向から見て円形板状を成すベース部材２０Ｂを配置するとともに、ベース部材２０Ｂを全体的に覆うようにＳｉＣ粉末Ｍを敷き詰める。

【0055】

そして、図７（ｂ）に示されるように、レーザ等の図示しない熱源によりＳｉＣ粉末Ｍを溶融・凝固させてメイティングリング２０における基材２０Ａをベース部材２０Ｂの厚み方向に積層・連結させる。このとき、積層されたＳｉＣ粉末Ｍにおいて、各中空部となる部分（特定の領域）を除いた部分を溶融・凝固させる。

【0056】

図７（ｃ）に示されるように、メイティングリング２０が所望の厚みに達するまで、ＳｉＣ粉末Ｍを敷き詰める工程と、ＳｉＣ粉末Ｍを溶融・凝固させる工程と、を繰り返し、メイティングリング２０が所望の厚みに達すると、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’及びディンプル２２，２２’内に残存するＳｉＣ粉末Ｍをディンプル２２，２２’の開口部から外部に排出して製造が完了する。

【0057】

このように、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’及びディンプル２２，２２’を除く領域（所定の材料）にＳｉＣ粉末Ｍをメイティングリング２０の厚み方向に積層・連結して基材２０Ａを形成することで、複数の中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’及びディンプル２２，２２’を所望の位置に配置したメイティングリング２０を形成することができる。

【0058】

また、前述のように、各中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’及びディンプル２２，２２’は、通路２６ａ～２６ｄにより連通しているので、通路２６ａ～２６ｄを介して中空部２４ａ～２４ｄ，２４ａ’～２４ｄ’内の不要なＳｉＣ粉末Ｍを外部に排出でき、メイティングリング２０を３Ｄプリンタの積層造形法を用いて簡便にかつ高精度に製造することができる。このようにして製造しているので、メイティングリング２０の使用中に摩耗によって中空部がディンプルとなっても製造時のＳｉＣ粉末Ｍが出現しないようになっている。

【0059】

また、ＳｉＣ粉末Ｍをベース部材２０Ｂの上に積層し一体化するため、ベース部材２０Ｂによりメイティングリング２０の強度を確保できるとともに迅速に製造することができる。尚、ベース部材２０Ｂの上にＳｉＣ粉末Ｍを積層・連結する形態を例示したが、ベース部材２０Ｂを用いず、台座上に直接メイティングリング２０を製造してもよい。

【0060】

また、前記実施例１では、各ディンプル及び各中空部が摺動面に対して直交する中心軸を有する円柱状に形成される形態を例示したが、例えば、図８（ａ）に示されるように、ディンプル２２１及び中空部２４１ａ～２４１ｄが球形状を成していてもよい。尚、ディンプル及び中空部は、円錐状や三角錐状、周方向や径方向に長い凹状溝等であってもよい。

【0061】

また、前記実施例１では、各ディンプル及び各中空部が絞り通路により連結されていたが、図８（ｂ）に示されるように、ディンプル２２２，２２２’と各中空部２４２とが連通せず且つ周方向から見て厚み方向に重畳するように独立して設けられていてもよい。尚、独立するディンプル２２２，２２２’と各中空部２４２とが、所定の長さを有する図示しない絞り流路により連通されていてもよい。

【0062】

また、前記実施例１では、凹状ユニット２５Ａにおいて、ディンプル２２及び中空部２４ｂ，２４ｄが摺動面２１を直交する方向から見て重畳して配置されており、中空部２４ａ，２４ｃが摺動面２１を直交する方向から見て重畳し、且つディンプル２２及び中空部２４ｂ，２４ｄの内径側にずれて配置されている形態を例示したが、図９に示されるように、ディンプル２２３及び中空部２４３ａ～２４３ｄが厚み方向に向けて螺旋状に配置されていてもよい。具体的には、ディンプル２２３及び中空部２４３ｃが摺動面２１を直交する方向から見て重畳し、中空部２４３ａ，２４３ｄがディンプル２２３及び中空部２４３ｃと径方向にずれた位置において摺動面２１を直交する方向から見て重畳し、中空部２４３ｂが摺動面２１を直交する方向から見てディンプル２２３及び中空部２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄと径方向にずれた位置に配置されていてもよい。

【0063】

また、前記実施例１では、凹状ユニット２５Ａと凹状ユニット２５Ｂとがメイティングリング２０の厚み方向にずれて配置されている形態を例示したが、凹状ユニット２５Ａと凹状ユニット２５Ｂとが厚み方向の同一位置に配置されていてもよい。この場合であっても、凹状ユニット２５Ａ，２５Ｂは厚み方向にそれぞれ連通しているため、メイティングリング２０の使用領域の中でディンプル群が形成されない状態を回避できる。すなわち、メイティングリング２０の使用領域の中で、摺動面１１，２１間を適度に離間させ、且つ適度に被密封流体を保持できる所定範囲内の体積を有するディンプル群が形成されていればよい。

【実施例2】

【0064】

次に、実施例２に係る摺動部品につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。尚、ここでは、列２３Ａの形態のみ説明する。

【0065】

図１０（ａ）に示されるように、実施例２のメイティングリング２０１の列２３Ａにおいて、凹状ユニット２５Ａ同士が連通路１２により連通されており、凹状ユニット２５Ｂ同士が連通路１３により連通されている。

【0066】

連通路１２は、各凹状ユニット２５Ａの最深部に配置される中空部２４ｄ同士を連通している。この連通路１２は、複数の中空部１２ａが断面Ｖ字状に連なることで形成されている。また、連通路１３は、各凹状ユニット２５Ｂの最深部に配置される中空部２４ｄ’同士を連通している。この連通路１３は、複数の中空部１３ａが断面Ｖ字状に連なることで形成されている。これによれば、連通路１２，１３に被密封流体を多量に保持できるとともに、摺動面２１の摩耗紛を連通路１２，１３に排出できるため、ディンプル２２，２２’に摩耗粉が堆積することを抑制できる。

【0067】

次に、実施例２に係る摺動部品の１つ目の変形例について説明する。図１１に示されるように、連通路１２１，１３１は、その最深部がメイティングリング２０２の軸方向（厚み方向）と直交するように径方向に延びており断面Ｕ字状を成している。このように、連通路１２１，１３１の形状は自由に変更することができる。

【0068】

次いで、実施例２に係る摺動部品の２つ目の変形例について説明する。図１２に示されるように、連通路１２２，１３２は、その最深部からメイティングリング２０３の外径側まで延びる連通溝部１２２ａ，１３２ａが形成されている。これによれば、連通溝部１２２ａ，１３２ａを通じて連通路１２２，１３２に被密封流体を引き込むことができるとともに、連通溝部１２２ａ，１３２ａを通じて被密封流体側に摺動面２１の摩耗紛を排出できる。連通溝部１２２ａ，１３２ａの被密封流体の引き込み及び排出は、摺動面２１に出現するディンプルの深さによって変化する。

【実施例3】

【0069】

次に、実施例３に係る摺動部品につき、図１３及び図１４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。

【0070】

図１３及び図１４に示されるように、メイティングリング２０４の列２３１Ａは、厚み方向にずれて配置される凹状ユニット２５１Ａ，２５１Ｂのディンプル２２４，２２４’が径方向に交互に配置されて構成されている。

【0071】

凹状ユニット２５１Ａのディンプル２２４は、摺動面２１を直交する方向から見て、その開口部が半円形状に形成されており、メイティングリング２０３の回動方向と反対側（図１３の白抜き矢印参照）の壁部２２４ａが該回転方向に対して直交するように厚み方向に延びて形成されているとともに、回動方向側の湾曲する壁部２２４ｂが厚み方向に向かって先細りするテーパ形状に形成されている。

【0072】

また、中空部２４４ａ～２４４ｄは、ディンプル２２４と同一形状を成し、厚み方向に重畳するように配置されている。すなわち、ディンプル２２４及び中空部２４４ａ～２４４ｄは、厚み方向に向けてそれぞれ先細りしているので、ディンプル２２４及び中空部２４４ａ～２４４ｄの重畳する部分は、絞り流路２６１ａ～２６１ｄとなっている。

【0073】

また、凹状ユニット２５１Ｂのディンプル２２４’は、深さ寸法がディンプル２２４よりも浅く形成されており、中空部２４４ａ’～２４４ｄ’は、ディンプル２２４及び中空部２４４ａ～２４４ｄと同一形状を成している。

【0074】

これによれば、ディンプル２２４，２２４’の壁部２２４ｂ，２２４ｂ’側からそのテーパ形状に沿って円滑に被密封流体を流入させることができるため、動圧発生効果を高めることができる。また、ディンプル２２４及び中空部２４４ａ～２４４ｄを板厚方向に直線状に配置したため、凹状ユニット２５１Ａ，２５１Ｂを効率よく多数配置できる。

【0075】

また、実施例３の摺動部品の変形例として次のようなものもある。図１５に示されるように、ディンプル２２４の回動方向の反対側には、壁部２２４ａを挟んで半球形状の液保持部１４が形成されている。また、液保持部１４は、中空部２４４ａ～２４４ｄの壁部２７０ａ～２７０ｄを挟んで中空部２４４ａ～２４４ｄの回転方向の反対側にもそれぞれ形成されている。壁部２２４ａ及び壁部２７０ａ～２７０ｄには、貫通孔２８０がそれぞれ形成されており、ディンプル２２４と液保持部１４、及び壁部２７０ａ～２７０ｄと各液保持部１４を連通している。

【0076】

これによれば、摺動面２１が摩耗して液保持部１４が開口したときに、液保持部１４内に被密封流体を保持できるとともに、その被密封流体を貫通孔２８０を通してディンプル２２４側へ流入させることができるようになっているので、ディンプル２２４の被密封流体の保持能力が向上する。

【0077】

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。

【0078】

例えば、前記実施例では、摺動部品として、一般産業機械用のメカニカルシールを例に説明したが、自動車やウォータポンプ用等の他のメカニカルシールであってもよい。また、メカニカルシールは、アウトサイド形のものであってもよい。

【0079】

また、前記実施例では、ディンプル及び中空部をメイティングリングにのみ設ける例について説明したが、ディンプル及び中空部をシールリングにのみ設けてもよく、シールリングとメイティングリングの両方に設けてもよい。

【0080】

また、ディンプルの数は、多すぎると発生する動圧が大きくなり、少なすぎると摺動面の周方向に亘って作用する動圧の変化が大きくなるため、使用環境等に応じて適宜設定されることが好ましい。

【0081】

また、摺動部品として、メカニカルシールを例について説明したが、すべり軸受等メカニカルシール以外の摺動部品であってもよい。

【0082】

また、前記実施例では、付加製造装置として材料を噴出させて堆積させる３Ｄプリンタを用いて摺動部材を形成する形態を例示したが、付加製造方法は問わず例えばシート積層（sheet Lamination）装置を用いて、凹凸形状の板材を積層して連結することで厚み方向に複数の中空部を有する摺動部材を形成してもよい。

【0083】

また、前記実施例では、凹み部群を構成する凹み部の深さが２種類（ディンプル２２，２２’）である形態を例示したが、３種類以上の深さの凹み部により凹み部群を構成してもよい。これによれば、凹み部群の体積の変動許容範囲を狭めることができる。尚、中空部が同一形状である形態を例示したが、それぞれ異なる形状で構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0084】

１０ シールリング（他方の摺動部材）
１１ 摺動面
２０ メイティングリング（一方の摺動部材）
２０Ａ 基材
２０Ｂ ベース部材
２１ 摺動面
２２，２２’ ディンプル（凹み部）
２２Ａ ディンプル群（凹み部群）
２４ａ～２４ｄ 中空部
２５Ａ，２５Ｂ 凹状ユニット
２６ａ～２６ｄ 通路（絞り通路）
２０１～２０４ メイティングリング（一方の摺動部材）
２２１～２２４ ディンプル（凹み部）
Ｍ ＳｉＣ粉末（所定の材料）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】