特許 7313789 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】

(24)【登録日】2023-07-14

(45)【発行日】2023-07-25

(54)【発明の名称】摺動部品

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20230718BHJP

   F16C 17/04 20060101ALI20230718BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 G

F16J15/34 K

F16C17/04 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020571159

(86)(22)【出願日】2020-01-31

(86)【国際出願番号】 JP2020003646

(87)【国際公開番号】W WO2020162350

(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 2019017874

(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】100206911

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 岳彦

(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】王 岩

(72)【発明者】

【氏名】井村 忠継

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓志

(72)【発明者】

【氏名】徳永 雄一郎

【審査官】大谷 謙仁

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０２４７４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１４１９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１８６０１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０４６７４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２００８０３８３９６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５０４０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０９２７４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／３４

Ｆ１６Ｃ １７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品であって、
前記摺動部品の摺動面には、外径側もしくは内径側のうちの漏れ側に連通する深溝部と、該深溝部に連通して周方向に延設される浅溝部と、から構成される動圧発生機構が複数設けられており、前記深溝部には、該深溝部内の被密封流体の漏出を抑制するトラップ部が設けられている摺動部品。

【請求項2】

前記深溝部は、外径側に連通する請求項１に記載の摺動部品。

【請求項3】

前記トラップ部は、前記深溝部の内面から延設されたトラップ片である請求項１または２に記載の摺動部品。

【請求項4】

前記トラップ部は、被密封流体を前記浅溝部に向けて誘導する誘導面を有している請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項5】

前記トラップ部は、少なくとも前記深溝部の漏れ側に連通する開口部よりの箇所に配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項6】

前記トラップ部は、少なくとも前記深溝部の前記浅溝部との交差箇所に配置されている請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項7】

前記トラップ部は、前記深溝部の径方向に延びる中心線を基準に線対称に配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項8】

前記トラップ部は、前記摺動面を構成する基材と一体に成形されている請求項１ないし７のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項9】

前記トラップ部は、前記深溝部内を蛇行する蛇行溝を構成している請求項１ないし８のいずれかに記載の摺動部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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。

【背景技術】

【0002】

被密封液体の漏れを防止する軸封装置として例えばメカニカルシールは相対回転し摺動面同士が摺動する一対の環状の摺動部品を備えている。このようなメカニカルシールにおいて、近年においては環境対策等のために摺動により失われるエネルギーの低減が望まれており、摺動部品の摺動面に高圧の被密封液体側である外径側に連通するとともに摺動面において一端が閉塞する正圧発生溝を設けている。これによれば、摺動部品の相対回転時には、正圧発生溝に正圧が発生して摺動面同士が離間するとともに、正圧発生溝には被密封液体が外径側から導入され被密封液体を保持することで潤滑性が向上し、低摩擦化を実現している。

【0003】

さらに、メカニカルシールは、密封性を長期的に維持させるためには、「潤滑」に加えて「密封」という条件が求められている。例えば、特許文献１に示されるメカニカルシールは、一方の摺動部品において、被密封液体側に連通するレイリーステップ及び逆レイリーステップが設けられている。これによれば、摺動部品の相対回転時には、レイリーステップにより摺動面間に正圧が発生して摺動面同士が離間するとともに、レイリーステップが被密封液体を保持することで潤滑性が向上する。一方、逆レイリーステップでは相対的に負圧が生じるとともに逆レイリーステップはレイリーステップよりも漏れ側に配置されているため、レイリーステップから摺動面間に流れ出た高圧の被密封液体を逆レイリーステップに吸い込むことができる。このようにして、一対の摺動部品間の被密封液体が漏れ側に漏れることを防止して密封性を向上させていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１２／０４６７４９号（第１４－１６頁、第１図）

【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、特許文献１にあっては、逆レイリーステップで被密封液体を被密封液体側へ戻す構造であるため、摺動面間における漏れ側に被密封液体が供給されず、潤滑性に寄与していない部分が生じる虞があり、より潤滑性の高い摺動部品が求められていた。また、逆レイリーステップの開口部から被密封液体が漏れてしまいやすく、より潤滑性が乏しくなる虞があった。

【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、被密封流体を摺動面間における漏れ側まで供給して高い潤滑性を発揮するとともに被密封流体の漏れの少ない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】

前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
回転機械の相対回転する箇所に配置される環状の摺動部品であって、
前記摺動部品の摺動面には、外径側もしくは内径側に連通する深溝部と、該深溝部に連通して周方向に延設される浅溝部と、から構成される動圧発生機構が複数設けられており、前記深溝部には、該深溝部内の被密封流体の漏出を抑制するトラップ部が設けられている。
これによれば、深溝部は溝の深さが深く容積が大きいので、摺動面の漏れ側まで供給された多くの量の被密封流体を回収して浅溝部に戻すことができ、摺動面の漏れ側まで延びる広い面積を利用して潤滑性を向上させることができる。また、深溝部にトラップ部が設けられているため、深溝部内に被密封流体が保持されやすくなることで、深溝部内からの被密封流体の漏出を抑制することができる。

【0008】

前記深溝部は、外径側に連通していてもよい。
これによれば、外径側に連通する深溝部にトラップ部が設けられているため、摺動部品の相対回転により被密封流体に生じる遠心力に抗して深溝部内に被密封流体を保持することで、深溝部内から外径側への被密封流体の漏出を抑制することができる。

【0009】

前記深溝部は、漏れ側に連通していてもよい。
これによれば、漏れ側に連通する深溝部にトラップ部が設けられているため、漏れ側への被密封流体の漏出を抑制することができる。さらに、深溝部が外径側に連通するものにあっては、摺動部品の相対回転により被密封流体に生じる遠心力及び被密封流体の漏れ方向に抗して深溝部内に被密封流体を保持することで、深溝部から外径側に位置する漏れ側への被密封流体の漏出をさらに抑制することができる。

【0010】

前記トラップ部は、前記深溝部の内面から延設されたトラップ片であってもよい。
これによれば、深溝部の内面からトラップ片を延設することで、剛性の高いトラップ部を容易に構成することができる。

【0011】

前記トラップ部は、被密封流体を前記浅溝部に向けて誘導する誘導面を有していてもよい。
これによれば、トラップ片により深溝部内に保持した被密封流体を、その誘導面に沿って浅溝部に誘導することができる。

【0012】

前記トラップ部は、少なくとも前記深溝部の漏れ側に連通する開口部よりの箇所に配置されていてもよい。
これによれば、深溝部内に保持される被密封流体の量を確保することができる。

【0013】

前記トラップ部は、少なくとも前記深溝部の前記浅溝部との交差箇所に配置されていてもよい。
これによれば、深溝部から浅溝部へ移動する被密封流体を保持して、確実に動圧を発生させることができる。

【0014】

前記トラップ部は、前記深溝部の径方向に延びる中心線を基準に線対称に配置されていてもよい。
これによれば、周方向の両方に回転する摺動部品に対応して被密封流体の保持機能を発揮させることができる。

【0015】

前記トラップ部は、前記摺動面を構成する基材と一体に成形されていてもよい。
これによれば、トラップ部の成形加工を容易に行うことができる。

【0016】

前記トラップ部は、前記深溝部内を蛇行する蛇行溝を構成していてもよい。
これによれば、蛇行溝により被密封流体の保持機能を高めることができる。

【0017】

尚、本発明に係る摺動部品の浅溝部が周方向に延設されているというのは、浅溝部が少なくとも周方向の成分をもって延設していればよく、好ましくは径方向よりも周方向に沿った成分が大きくなるように延設されていればよい。また深溝部が径方向に延びているというのは、深溝部が少なくとも径方向の成分をもって延設していればよく、好ましくは周方向よりも径方向に沿った成分が大きくなるように延設されていればよい。

【0018】

また、被密封流体は、液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。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】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。

【図2】静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。

【図3】Ａ－Ａ断面図である。

【図4】静止密封環の摺動面における部分拡大図である。

【図5】（ａ）～（ｃ）は相対回転初期に液体誘導溝部の内径側から吸い込まれた被密封液体が摺動面間に流出される動作を説明する概略図である。

【図6】静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図7】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。

【図8】静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図9】本発明の実施例３における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。

【図10】本発明の実施例４における静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図11】本発明の実施例５における静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図12】本発明の実施例６における静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図13】本発明の実施例７における静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図14】本発明の実施例８における静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図15】本発明の実施例９における静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図16】本発明の実施例１０における静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【図17】本発明の実施例１１における静止密封環の摺動面における要部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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】

【0021】

実施例１に係る摺動部品につき、図１から図６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内径側を被密封流体側としての被密封液体側（高圧側）、外径側を漏れ側としての大気側（低圧側）として説明する。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。

【0022】

図１に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする被密封液体Ｆを密封するアウト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と共に回転可能な状態で設けられた円環状の摺動部品である回転密封環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摺動部品としての円環状の静止密封環１０と、から主に構成され、ベローズ７によって静止密封環１０が軸方向に付勢されることにより、静止密封環１０の摺動面１１と回転密封環２０の摺動面２１とが互いに密接摺動するようになっている。尚、回転密封環２０の摺動面２１は平坦面となっており、この平坦面には凹み部が設けられていない。

【0023】

静止密封環１０及び回転密封環２０は、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＮ等があり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン等が利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料等も適用可能である。

【0024】

図２に示されるように、静止密封環１０に対して回転密封環２０が矢印で示すように相対摺動するようになっており、静止密封環１０の摺動面１１には当該摺動面１１を構成する基材と一体に成形された複数の動圧発生機構１４が静止密封環１０の周方向に均等に配設されている。摺動面１１の動圧発生機構１４以外の部分は平端面を成すランド１２となっている。

【0025】

次に、動圧発生機構１４の概略について図２～図４に基づいて説明する。尚、以下、静止密封環１０及び回転密封環２０が相対的に回転したときに、図４の紙面左側を後述するレイリーステップ９Ａ内を流れる被密封液体Ｆの下流側とし、図４の紙面右側をレイリーステップ９Ａ内を流れる被密封液体Ｆの上流側として説明する。

【0026】

動圧発生機構１４は、大気側に連通して内径方向に延びる深溝部としての液体誘導溝部１５と、液体誘導溝部１５の内径側端部から下流側に向けて静止密封環１０と同心状に周方向に延びる浅溝部としてのレイリーステップ９Ａと、液体誘導溝部１５の流路の幅を外径側から内径側に向かうほどに漸次狭めるトラップ部１３と、を備えている。すなわち、動圧発生機構１４は、液体誘導溝部１５、レイリーステップ９Ａにより、摺動面１１を直交する方向から見て逆Ｌ字形状を成している。尚、本実施例１の液体誘導溝部１５は、静止密封環１０の軸に直交するように径方向に延びている。また、液体誘導溝部１５とレイリーステップ９Ａとは連通しており、連通部分には深さ方向の段差１８が形成されている。

【0027】

また、レイリーステップ９Ａは、下流側の端部に回転方向に対して直交する壁部９ａが形成されている。尚、壁部９ａは、回転方向に直交することに限られるものではなく、例えば回転方向に対して傾斜していてもよいし、階段状に形成されていてもよい。

【0028】

液体誘導溝部１５は、静止密封環１０の外周に開口して大気側と連通する開口部１５ａを有している。また、液体誘導溝部１５の深さ寸法Ｌ１０は、レイリーステップ９Ａの深さ寸法Ｌ２０よりも深くなっている（Ｌ１０＞Ｌ２０）。具体的には、本実施例１における液体誘導溝部１５の深さ寸法Ｌ１０は、１００μｍに形成されており、レイリーステップ９Ａの深さ寸法Ｌ２０は、５μｍに形成されている。すなわち、液体誘導溝部１５とレイリーステップ９Ａとの間には、液体誘導溝部１５における下流側壁面１５ｂとレイリーステップ９Ａの底面とにより深さ方向の段差１８が形成されている。尚、液体誘導溝部１５の深さ寸法がレイリーステップ９Ａの深さ寸法よりも深く形成されていれば、液体誘導溝部１５及びレイリーステップ９Ａの深さ寸法は自由に変更でき、好ましくは寸法Ｌ１０は寸法Ｌ２０の５倍以上である。

【0029】

尚、レイリーステップ９Ａの底面は平坦面を成しランド１２に平行に形成されているが、平坦面に微細凹部を設けることやランド１２に対して傾斜するように形成することを妨げない。さらに、レイリーステップ９Ａの周方向に延びる２つの円弧状の面はそれぞれレイリーステップ９Ａの底面に直交している。また、液体誘導溝部１５の底面１５ｄは平坦面を成しランド１２に平行に形成されているが、平坦面に微細凹部を設けることやランド１２に対して傾斜するように形成することを妨げない。さらに、図３を参照して、液体誘導溝部１５は、径方向に延びて周方向に対向する下流側壁面１５ｂ及び上流側壁面１５ｃと、これら壁面１５ｂ，１５ｃに直交する底面１５ｄとを有している。すなわち、下流側壁面１５ｂ、上流側壁面１５ｃ及び底面１５ｄは、液体誘導溝部１５の内面を構成している。

【0030】

トラップ部１３は、レイリーステップ９Ａの外径側に位置する液体誘導溝部１５の下流側壁面１５ｂから当該液体誘導溝部１５の周方向の中央側に向かって内径側に延びるトラップ片１３Ａと、トラップ片１３Ａと対向して液体誘導溝部１５の上流側壁面１５ｃから当該液体誘導溝部１５の周方向の中央側に向かって内径側に延びるトラップ片１３Ｂと、から構成されている。これらのトラップ片１３Ａ，１３Ｂは、液体誘導溝部１５の径方向に延びる仮想の中心線を基準に線対称に配置されている。尚、以降の説明において、特に断らない限りトラップ片１３Ａについて説明し、トラップ片１３Ｂの説明については省略する。

【0031】

トラップ片１３Ａは、レイリーステップ９Ａの周方向に延びる低圧側壁面９ｃよりも外径側に位置する液体誘導溝部１５の下流側壁面１５ｂから当該液体誘導溝部１５の周方向の中央側に向かって内径側に延びる低圧側壁面１３ａと、レイリーステップ９Ａの低圧側壁面９ｃと連続して液体誘導溝部１５の下流側壁面１５ｂから液体誘導溝部１５の周方向の中央側に向かって内径側に延びる高圧側壁面１３ｃと、が形成されている。これら、トラップ片１３Ａの低圧側壁面１３ａ、高圧側壁面１３ｃは、平坦面を成しているが、平坦面に微細凹部を設けることや、その端面がラウンドしていることを妨げない。

【0032】

また、トラップ片１３Ａは、回転密封環２０の摺動面２１と対向する端面がランド１２と同一平面を成して連続している。また、トラップ片１３Ａは、ランド１２と同一平面を成す、回転密封環２０の摺動面２１と対向する端面から液体誘導溝部１５の底面１５ｄに亘って連続している。

【0033】

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説明する。まず、回転密封環２０が回転していない一般産業機械の非稼動時には、摺動面１１，２１間には摺動面１１，２１よりも外径側の被密封液体Ｆが毛細管現象によって僅かに進入しているとともに、動圧発生機構１４には一般産業機械の停止時に残っていた被密封液体Ｆと摺動面１１，２１よりも内径側から進入した大気とが混在した状態となっている。尚、被密封液体Ｆは気体と比べ粘度が高いため、一般産業機械の停止時に動圧発生機構１４から低圧側に漏れ出す量は少ない。

【0034】

一般産業機械の停止時に動圧発生機構１４に被密封液体Ｆがほぼ残っていない場合には、回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転（図２の黒矢印参照）すると、図４に示されるように、大気側の低圧側流体Ａが矢印Ｌ１に示すように液体誘導溝部１５から導入されるとともに、レイリーステップ９Ａによって低圧側流体Ａが回転密封環２０の回転方向に矢印Ｌ２に示すように追随移動するため、レイリーステップ９Ａ内に動圧が発生するようになる。

【0035】

レイリーステップ９Ａの下流側端部である壁部９ａ近傍が最も圧力が高くなり、低圧側流体Ａは矢印Ｌ３に示すように壁部９ａ近傍からその周辺に流出する。尚、レイリーステップ９Ａの上流側に向かうにつれて漸次圧力が低くなっている。

【0036】

また、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時には、摺動面１１，２１間にそれらの内径側から高圧の被密封液体Ｆが随時流入しており、いわゆる流体潤滑を成すようになっている。このとき、レイリーステップ９Ａ近傍の被密封液体Ｆは、上述したようにレイリーステップ９Ａの特に下流側は高圧となっているため、矢印Ｈ１に示すように、ランド１２に位置したままで、レイリーステップ９Ａにはほぼ進入しない。一方、液体誘導溝部１５の近傍の被密封液体Ｆは、液体誘導溝部１５が深溝部であってかつ低圧側に連通していることから、矢印Ｈ２に示すように、液体誘導溝部１５に進入しやすくなっている。加えて、被密封液体Ｆは液体であって表面張力が大きいことから、液体誘導溝部１５の側壁面に沿って移動して液体誘導溝部１５に進入しやすくなっている。

【0037】

次いで、液体誘導溝部１５に吸い込まれた被密封液体Ｆが摺動面１１，２１間に流出される動作を説明する。

【0038】

動圧発生機構１４に被密封液体Ｆがほぼ残っていない場合に、回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転（図２の黒矢印参照）すると、図５（ａ）に示されるように、液体誘導溝部１５に侵入した被密封液体Ｆは、符号Ｈ３に示すように、塊状の液滴となる。その後、図５（ｂ）に示されるように、液滴がある程度の体積となると、レイリーステップ９Ａの上流側に形成された相対的に低い圧力によってトラップ部１３の間を通過して、符号Ｈ４に示すように、レイリーステップ９Ａに引き込まれる。同時に、新たに液体誘導溝部１５に被密封液体Ｆが進入し、液滴Ｈ３’となる。このとき、液体誘導溝部１５には、図５（ａ）における相対回転の初期状態よりも多くの被密封液体Ｆが進入する。

【0039】

その後、図５（ｃ）に示されるように、レイリーステップ９Ａに引き込まれた被密封液体Ｆは回転密封環２０から大きなせん断力を受け、圧力が高められながらレイリーステップ９Ａ内を下流側に移動し、矢印Ｈ５に示すように壁部９ａ近傍からその周部に流出する。同時に、新たに液体誘導溝部１５により多くの被密封液体Ｆが進入し、液滴Ｈ３’’となるとともに、液滴Ｈ３’が符号Ｈ４’に示すように、レイリーステップ９Ａに引き込まれる。

【0040】

その後、図５（ｃ）に示される状態よりも液体誘導溝部１５に進入する被密封液体Ｆの量が増え、レイリーステップ９Ａから連続的に被密封液体Ｆが摺動面１１，２１間に流出する定常状態となる。定常状態では、摺動面１１，２１間にそれらの外径側やレイリーステップ９Ａから高圧の被密封液体Ｆが随時流入しており、上述したように流体潤滑となっている。尚、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を経て定常状態となるまでは過渡的な短い時間である。また、一般産業機械の停止時に動圧発生機構１４に被密封液体Ｆが残っている場合には、動圧発生機構１４に被密封液体Ｆが残存している量によって、図５（ａ）の状態、図５（ｂ）の状態、図５（ｃ）の状態、定常状態のいずれかから動作が開始することとなる。

【0041】

ここで、液体誘導溝部１５が深溝部であってかつ低圧側に連通していることから、矢印Ｈ５で示す被密封液体Ｆは、隣接する液体誘導溝部１５内に引き込まれやすくなっており、摺動面１１，２１間の被密封液体Ｆの量が安定し、高い潤滑性を維持できるようになっている。また、固体に対する界面張力は気体よりも液体の方が大きいので、摺動面１１，２１間には被密封液体Ｆが保持されやすく大気は静止密封環１０、回転密封環２０よりも外径側に排出されやすい。

【0042】

また、図５を参照して、液滴Ｈ３，Ｈ３’，Ｈ３’’によって例示されるように、トラップ部１３は、被密封液体Ｆの流入方向である内径側に向かって壁面１５ｂ，１５ｃから液体誘導溝部１５の周方向の中央側に傾斜するトラップ片１３Ａ，１３Ｂの低圧側壁面１３ａ，１３ａが被密封液体Ｆをレイリーステップ９Ａ側に誘導する誘導面として機能するため、トラップ部１３によって液体誘導溝部１５の流路が狭められていても、被密封液体Ｆの移動を妨げ難くなっている。

【0043】

また、図６を参照して、矢印Ｈ６に示すように、トラップ片１３Ａの高圧側壁面１３ｃは、レイリーステップ９Ａの低圧側壁面９ｃと連続していることから、高圧側壁面１３ｃから直接レイリーステップ９Ａの低圧側壁面９ｃに被密封液体Ｆを誘導することができる。このため、レイリーステップ９Ａ内への被密封液体Ｆの引き込み効率がよい。

【0044】

また、図６に示されるように、本実施例のメカニカルシールはアウトサイド形であることから、矢印Ｃで示すように、回転密封環２０の回転によって生じる遠心力が被密封液体Ｆに作用するため、液体誘導溝部１５内の被密封液体Ｆが外径側である大気側に向かって漏出方向に付勢される。しかしながら、被密封液体Ｆは液体であって気体よりも粘性が高く、かつトラップ部１３は、被密封液体Ｆの漏出方向である外径側に向かって液体誘導溝部１５の周方向の中央部から壁面１５ｂ，１５ｃに傾斜するトラップ片１３Ａ，１３Ｂの高圧側壁面１３ｃ，１３ｃによって被密封液体Ｆに作用する遠心力に対抗できるため、大気側への漏出を抑制することができる。さらに、トラップ片１３Ａの高圧側壁面１３ｃは、上述したように、被密封液体Ｆを直接レイリーステップ９Ａに誘導することができるため、液体誘導溝部１５内からレイリーステップ９Ａ内への被密封液体Ｆの引き込み効率を、遠心力を利用して高めることができる。

【0045】

また、トラップ部１３では、トラップ片１３Ａ，１３Ｂの間の幅が狭められていることから、トラップ片１３Ａ，１３Ｂの間に存在する被密封液体Ｆに作用する表面張力によって被密封液体Ｆに作用する遠心力に対抗するようになっている。これにより、図６内の網点部で示すように、被密封液体Ｆをトラップ部１３の内径側に保持する保持能力が高められている。

【0046】

以上のように、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時において、レイリーステップ９Ａには、液体誘導溝部１５を介して大気側にある低圧側流体Ａを引き込んで動圧が発生している。液体誘導溝部１５は溝の深さが深く容積が大きいので、摺動面１１の大気側まで供給された多くの量の被密封液体Ｆを回収してレイリーステップ９Ａに戻すことができ、摺動面１１の低圧側まで延びる広い面積を利用して潤滑性を向上させることができる。また、液体誘導溝部１５にトラップ部１３が設けられているため、静止密封環１０の相対回転により被密封液体Ｆに生じる遠心力に抗して液体誘導溝部１５内に被密封液体Ｆを保持することで、外径側に位置する大気側への被密封液体Ｆの漏出を抑制することができる。

【0047】

また、多くの量の被密封液体Ｆが液体誘導溝部１５に保持されるため、レイリーステップ９Ａ内に引き込まれる被密封液体Ｆの量を十分に確保できるとともに、液体誘導溝部１５に保持される被密封液体Ｆの量が短い時間において増減しても、レイリーステップ９Ａ内に引き込まれる被密封液体Ｆの量を略一定とすることができ、摺動面１１，２１が貧潤滑となることを回避できる。また、液体誘導溝部１５が低圧側に連通しているので、摺動面１１，２１間の被密封液体Ｆの圧力に比べ液体誘導溝部１５内の圧力は低くなっており、液体誘導溝部１５近傍の被密封液体Ｆは液体誘導溝部１５内に引き込まれやすくなっている。

【0048】

また、液体誘導溝部１５は、径方向に延びている。具体的には、液体誘導溝部１５は、静止密封環１０の中心軸と直交する方向に延びており、その外径側端部からレイリーステップ９Ａが交差するように周方向に配置されているため、レイリーステップ９Ａ内で生じる被密封液体Ｆの流れの慣性や、動圧の影響を受けにくくなっている。このことから、静止密封環１０の内側面に付着した被密封液体Ｆや低圧側流体Ａが液体誘導溝部１５の内径側から直接レイリーステップ９Ａに吸い込まれ難くなっている。また、動圧の影響を直接的に受けずに、被密封液体Ｆを液体誘導溝部１５に保持できる。

【0049】

また、トラップ片１３Ａ，１３Ｂは、回転密封環２０の摺動面２１と対向する端面から液体誘導溝部１５の底面１５ｄまで軸方向に亘って連続しており、軸方向に作用する外力に対する剛性が高められている。加えて、トラップ片１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ液体誘導溝部１５の下流側壁面１５ｂ，上流側壁面１５ｃに連続していることから、周方向に対する剛性も高められている。すなわち、液体誘導溝部１５の下流側壁面１５ｂ、上流側壁面１５ｃ、底面１５ｄからトラップ片１３Ａ，１３Ｂを延設することで、剛性の高いトラップ部１３を容易に構成することができる。

【0050】

また、トラップ部１３は、液体誘導溝部１５とレイリーステップ９Ａとの交差箇所に配置されていることから、液体誘導溝部１５からレイリーステップ９Ａへ移動する被密封液体Ｆを保持して、確実に動圧を発生させることができる。

【0051】

また、トラップ部１３は、摺動面１１を構成する基材と一体に成形されていることから、トラップ部１３の成形加工を容易に行うことができる。

【0052】

また、液体誘導溝部１５の周方向の幅を短くして静止密封環１０の周方向に多く配置できるので設計自由度が高い。尚、液体誘導溝部１５は、静止密封環１０の中心軸と直交する方向に限られず、静止密封環１０の中心軸と直交する位置から傾いていてもよいが、４５度未満の傾きであることが好ましい。さらに、液体誘導溝部１５の形状は円弧状など自由に変更できる。

【0053】

また、レイリーステップ９Ａと液体誘導溝部１５との連通部分には、液体誘導溝部１５における下流側の側面とレイリーステップ９Ａの底面とにより段差１８が形成されているので、動圧の影響を直接的に受けずに被密封液体Ｆを液体誘導溝部１５に保持できる。

【0054】

また、レイリーステップ９Ａは、径方向の全幅に亘って液体誘導溝部１５に連通しているため、レイリーステップ９Ａの液体誘導溝部１５への開口領域を確保でき、液体誘導溝部１５に保持された被密封液体Ｆを効率的に吸い上げることができる。

【0055】

また、静止密封環１０に動圧発生機構１４が設けられているため、静止密封環１０及び回転密封環２０の相対回転時に、液体誘導溝部１５内を大気圧に近い状態に保ちやすい。

【0056】

尚、本実施例１では、液体誘導溝部１５とレイリーステップ９Ａとが摺動面１１を直交する方向から見て逆Ｌ字形状を成している形態を例示したが、例えば、液体誘導溝部１５とレイリーステップ９Ａとが交差することなく滑らかに、例えば直線状、円弧状を成すように連通していてもよい。

【0057】

また、液体誘導溝部１５とレイリーステップ９Ａとの連通部分に段差１８が設けられていなくてもよく、例えば、液体誘導溝部１５とレイリーステップ９Ａとが傾斜面で連通していてもよい。この場合、例えば、５μｍ以下の深さ寸法を有する部分が浅溝部としてのレイリーステップ９Ａとなり、５μｍよりも深い部分を深溝部としての液体誘導溝部１５とすることができる。

【0058】

また、浅溝部は、静止密封環と同心状に周方向に延びる形態に限られず、例えば、下流側端部が高圧側に向くように円弧状に形成されていてもよい。また、浅溝部は、深溝部から直線状に延設されるようになっていてもよいし、蛇行して延設されていてもよい。

【0059】

また、トラップ部１３は、動圧発生溝であるレイリーステップ９Ａ側に配置されたトラップ片１３Ａのみで構成されていてもよく、トラップ片１３Ａの寸法が適宜変更されてもよく、レイリーステップ９Ａの低圧側壁面９ｃに対して径方向に離間して配置されている態様であってもよい。同様にトラップ部１３は、レイリーステップ９Ａに対向する側に配置されたトラップ片１３Ｂのみで構成されていてもよい。

【0060】

また、トラップ片１３Ａは、ランド１２と同一平面を成している形態を例示したが、例えば、ランド１２よりも軸方向に凹んでいてもよい。また、トラップ片１３Ａは、液体誘導溝部１５の底面１５ｄまで軸方向に亘って連続している形態を例示したが、例えば、トラップ片１３Ａの下端部が液体誘導溝部１５の底面１５ｄと離間していてもよく、トラップ片１３Ａの軸方向の一部が途中で分断していてもよい。すなわち、トラップ片１３Ａは、遠心力により被密封液体Ｆが液体誘導溝部１５内から大気側への漏出することを抑制可能であればよく、その形状は適宜変更されてもよい。

【0061】

また、トラップ片１３Ａは、摺動面１１を構成する基材と一体に成形されている態様として説明したが、これに限らず、摺動面１１を構成する基材とは別体に形成されたトラップ片が液体誘導溝部１５の内面に固定されていてもよい。

【実施例2】

【0062】

次に、実施例２に係る摺動部品につき、図７，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。

【0063】

図７，図８に示されるように、静止密封環１０１に設けられる動圧発生機構１４１は、液体誘導溝部１５と、レイリーステップ９Ａと、液体誘導溝部１５の内径側端部から上流側に向けて静止密封環１０１と同心状に周方向に延びる浅溝部としての逆レイリーステップ９Ｂと、トラップ部１３と、を備えている。すなわち、動圧発生機構１４１は、摺動面１１を直交する方向から見てＴ字形状を成している。また、逆レイリーステップ９Ｂは、レイリーステップ９Ａと同じ５μｍの深さ寸法で形成されている。

【0064】

トラップ片１３Ｂは、逆レイリーステップ９Ｂの周方向に延びる低圧側壁面９ｃよりも外径側に位置する液体誘導溝部１５の上流側壁面１５ｃから当該液体誘導溝部１５の周方向の中央側に向かって内径側に延びる低圧側壁面１３ａと、逆レイリーステップ９Ｂの低圧側壁面９ｃと連続して液体誘導溝部１５の上流側壁面１５ｃから液体誘導溝部１５の周方向の中央側に向かって内径側に延びる高圧側壁面１３ｃと、が形成されている。

【0065】

図７の実線矢印で示す紙面反時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、低圧側流体Ａが矢印Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の順に移動してレイリーステップ９Ａ内に動圧が発生する。また、図７の点線矢印で示す紙面時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、低圧側流体Ａが矢印Ｌ１，Ｌ２’，Ｌ３’の順に移動して逆レイリーステップ９Ｂ内に動圧が発生する。すなわち、図７の紙面時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、逆レイリーステップ９Ｂがレイリーステップとして機能し、レイリーステップ９Ａが逆レイリーステップとして機能する。

【0066】

このように、液体誘導溝部１５から周方向両側にレイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂが延設されており、レイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂのいずれか一方を動圧発生用の浅溝部として利用できるため、静止密封環１０１と回転密封環２０との相対回転方向に関わらず使用できる。

【0067】

また、動圧発生機構１４１におけるレイリーステップ９Ａは、隣接する動圧発生機構１４１’の逆レイリーステップ９Ｂと周方向に隣接している。これによれば、動圧発生機構１４１におけるレイリーステップ９Ａの壁部９ａ近傍からその周部に流出し、内径側に移動しようとする被密封液体Ｆが隣接する動圧発生機構１４１’における逆レイリーステップ９Ｂから吸い込まれるため、被密封液体Ｆの低圧側への漏れを低減できる。

【0068】

また、トラップ部１３は、図８の実線矢印で示す紙面反時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、前記実施例１と同様に、外径側に位置する大気側への被密封液体Ｆの漏出を抑制することができる。また、図８の点線矢印で示す紙面時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、トラップ部１３が大気側から被密封液体Ｆ側への被密封液体Ｆの移動を妨げることがなく、矢印Ｈ７で示すように、低圧側壁面９ｃと連続しているトラップ片１３Ｂの高圧側壁面１３ｃにより逆レイリーステップ９Ｂへの被密封液体Ｆの引き込み効率が良く、トラップ片１３Ａ，１３Ｂの間の幅が狭められていることから、トラップ片１３Ａ，１３Ｂの間に存在する被密封液体Ｆに表面張力が発生し、この表面張力によって被密封液体Ｆに作用する遠心力に対抗するようになっており、網点部で示すように、被密封液体Ｆをトラップ部１３の内径側に保持する保持能力が高められている。すなわち、周方向の両方に回転する静止密封環１０１に対応して被密封液体Ｆの保持機能を発揮させることができる。

【0069】

尚、本実施例２では、レイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂが同一の深さ寸法である場合を例示したが、異なる深さ寸法に形成されていてもよい。また、両者は周方向長さ、径方向幅についても同じであっても異なっていてもよい。

【0070】

また、動圧発生機構１４１におけるレイリーステップ９Ａと隣接する動圧発生機構１４１’の逆レイリーステップ９Ｂとを周方向に長い距離離間させ、摺動面１１，２１間を離間させる圧力をより高めるようにしてもよい。

【実施例3】

【0071】

次に、実施例３に係る摺動部品につき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0072】

図９に示されるように、静止密封環１０２には、動圧発生機構１４１と、特定動圧発生機構１６と、が複数形成されている。特定動圧発生機構１６は、高圧側に連通する液体誘導溝部１６１と、液体誘導溝部１６１の外径側端部から下流側に向けて静止密封環１０２と同心状に周方向に延びるレイリーステップ１７Ａと、液体誘導溝部１６１の外径側端部から上流側に向けて静止密封環１０２と同心状に周方向に延びる逆レイリーステップ１７Ｂと、を備えている。液体誘導溝部１６１と液体誘導溝部１５とは、周方向に対応する位置に形成されている。また、液体誘導溝部１６１は、特定動圧発生機構１６の深溝部として機能しており、レイリーステップ１７Ａ及び逆レイリーステップ１７Ｂは、特定動圧発生機構１６の浅溝部として機能している。

【0073】

動圧発生機構１４１のレイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂは、特定動圧発生機構１６のレイリーステップ１７Ａ及び逆レイリーステップ１７Ｂよりも周方向に長く形成されている。また、レイリーステップ１７Ａ及び逆レイリーステップ１７Ｂの深さ寸法は、レイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂと同じ５μｍに形成されている。また、レイリーステップ１７Ａ及び逆レイリーステップ１７Ｂの径方向の幅は、レイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂの径方向の幅よりも小幅に形成されている。すなわち、動圧発生機構１４１の容積は、特定動圧発生機構１６の容積よりも大きくなっている。

【0074】

図９の実線矢印で示す紙面反時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、被密封液体Ｆが矢印Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３の順に移動してレイリーステップ１７Ａ内に動圧が発生する。また、図９の点線矢印で示す紙面時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、被密封液体Ｆが矢印Ｌ１１，Ｌ１２’，Ｌ１３’の順に移動して逆レイリーステップ１７Ｂ内に動圧が発生する。このよに、静止密封環１０２と回転密封環２０との相対回転方向に関わらず特定動圧発生機構１６内に動圧を発生させることができる。

【0075】

また、特定動圧発生機構１６で発生する動圧により摺動面１１，２１間を離間させて適当な液膜を生成しつつ、摺動面１１から低圧側に漏れようとする被密封液体Ｆを動圧発生機構１４１によって回収できる。

【0076】

また、動圧発生機構１４１の容積が特定動圧発生機構１６の容積よりも大きいので、動圧発生機構１４１のレイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂの吸い込み力を大きくして、低圧側の動圧発生機構１４１と高圧側の特定動圧発生機構１６との動圧のバランスを調整できる。

【0077】

また、動圧発生機構１４１の終端である壁部９ａと、特定動圧発生機構１６の終端である壁部１７ａとが周方向にずれているため、摺動面１１，２１の周方向に圧力を分散できバランスがよい。

【0078】

尚、レイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂの周方向の長さは、レイリーステップ１７Ａ及び逆レイリーステップ１７Ｂと同一、またはレイリーステップ１７Ａ及び逆レイリーステップ１７Ｂよりも短く形成されていてもよい。また、レイリーステップ１７Ａ及び逆レイリーステップ１７Ｂは、レイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂと異なる深さ寸法に形成されていてもよい。また、レイリーステップ１７Ａ及び逆レイリーステップ１７Ｂの径方向の幅は、レイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂの径方向の幅よりも大幅に形成されていてもよい。好ましくは、動圧発生機構１４１の容積が特定動圧発生機構１６の容積よりも大きくなっていればよい。

【0079】

また、摺動面１１は、摺動面１１の外径側端縁から動圧発生機構１４１のレイリーステップ９Ａの外径側端縁までの径方向の寸法と、動圧発生機構１４１のレイリーステップ９Ａの内径側端縁から特定動圧発生機構１６のレイリーステップ１７Ａの外径側端縁までの径方向の寸法と、特定動圧発生機構１６のレイリーステップ１７Ａの内径側端縁から摺動面１１の内径側端縁までの径方向の寸法と、を適宜変更してもよく、これにより、回転密封環２０の回転速度や被密封液体Ｆの圧力に応じて、摺動面１１，２１間から大気側に漏出する被密封液体Ｆの量と動圧発生機構に回収される被密封液体Ｆの量とを、より好適にバランスさせることができる。すなわち、被密封液体Ｆの大気側への漏出を抑制することができる。

【実施例4】

【0080】

次に、実施例４に係る静止密封環につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、ここでは、動圧発生機構１４２の形態のみ説明する。

【0081】

動圧発生機構１４２は、液体誘導溝部１５１と、液体誘導溝部１５１の径方向中央から周方向下流側（図示左側）に延びるレイリーステップ９１Ａと、このレイリーステップ９１Ａよりも内径側である液体誘導溝部１５１の径方向内径側端部から周方向上流側（図示右側）に延びる逆レイリーステップ９１Ｂと、トラップ部１３１と、を備えている。トラップ部１３１は、径方向に互い違いに配置されたトラップ片１３１Ａ，１３１Ｂによって構成されている。

【0082】

これにより、回転密封環２０が反時計回りに回転した際に、トラップ部１３１では、液体誘導溝部１５１内の被密封液体Ｆに対し大気側に向かって遠心力が作用し、トラップ片１３１Ｂよりも内径側の被密封液体Ｆが内径側壁部１３１ｃにより下流側に誘導され、トラップ片１３１Ａの内径側壁部１３１ｃによりさらに下流側のレイリーステップ９１Ａに誘導されるため、トラップ部１３１よりも大気側へ移動し難くなっている。言い換えれば、トラップ部１３１は、被密封液体Ｆを径方向に向かって直線状に移動させ難くしているため、液体誘導溝部１５１内における被密封液体Ｆの保持機能を高めることができる。

【0083】

また、トラップ部１３１では、トラップ片１３１Ａ，１３１Ｂの間の幅が狭められていることから、トラップ片１３１Ａ，１３１Ｂの間に存在する被密封液体Ｆに表面張力が発生し、この表面張力によって被密封液体Ｆに作用する遠心力に対抗するようになっており、網点部で示すように、被密封液体Ｆをトラップ部１３１の内径側に保持する保持能力が高められている。

【実施例5】

【0084】

次に、実施例５に係る静止密封環につき、図１１を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、ここでは、動圧発生機構１４３の形態のみ説明する。

【0085】

動圧発生機構１４３は、レイリーステップ９Ａと、逆レイリーステップ９Ｂと、液体誘導溝部１５２と、トラップ部１３２と、を備えている。トラップ部１３２は、液体誘導溝部１５２の開口部１５２ａ近傍からレイリーステップ９Ａと交差する内径側端部近傍に亘って所定間隔置きに配置された複数のトラップ片１３２Ａと、液体誘導溝部１５２の径方向に延びる仮想の中心線を基準にトラップ片１３２Ａと線対称に配置された複数のトラップ片１３２Ｂと、液体誘導溝部１５２の周方向中央部にて隣り合う四方のトラップ片１３２Ａ，１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｂに囲まれた箇所に配置された複数のトラップ片１３２Ｃと、から構成されている。

【0086】

トラップ片１３２Ａは、液体誘導溝部１５２の下流側から当該液体誘導溝部１５２の周方向の中央側に向かって外径側に延びている。また、トラップ片１３２Ａは、液体誘導溝部１５２の下流側から上流側に向かって外径側に延びる低圧側壁面１３２ａと、低圧側壁面１３２ａの上流側の端部に直交して当該端部から上流側に向かって内径側に延びる中央側壁面１３２ｂと、中央側壁面１３２ｂの内径側の端部に直交して当該端部から下流側に向かって内径側に延びる下流側壁面１３２ｃと、が形成されている。

【0087】

トラップ片１３２Ｃは、液体誘導溝部１５２の径方向に延びる仮想の中心線を基準に線対称に形成されており、液体誘導溝部１５２の周方向の中央部から下流の内径側及び上流の内径側へ延びている。また、トラップ片１３２Ｃは、液体誘導溝部１５２の周方向の中央部から下流の内径側及び上流の内径側に延びる低圧側壁面１３２ｄ，１３２ｄと、低圧側壁面１３２ｄ，１３２ｄの下流側の端部及び上流側の端部に直交して当該端部から上流側または下流側に向かって内径側に延びる中央側壁面１３２ｅ，１３２ｅと、中央側壁面１３２ｅ，１３２ｅの内径側の端部に直交して当該端部から上流側または下流側に向かって外径側に延びる内径側壁部１３２ｆ，１３２ｆと、が形成されている。トラップ片１３２Ｃは、回転密封環２０の摺動面２１と対向する端面がランド１２と同一平面を成すとともに、液体誘導溝部１５２の底面１５２ｄまで軸方向に亘って連続している。

【0088】

また、トラップ片１３２Ｃの下流側端部は、隣り合うトラップ片１３２Ａの上流側端部と周方向に重なって互い違いとなるように配置されており、トラップ片１３２Ｃの上流側端部は、隣り合うトラップ片１３２Ｂの下流側端部と周方向に重なって互い違いとなるように配置されている。

【0089】

これにより、トラップ部１３２は、被密封液体Ｆの流入方向に向かって内径側に傾斜するトラップ片１３２Ａ，１３２Ｂの中央側壁面１３２ｂ，１３２ｂ、トラップ片１３２Ｃの低圧側壁面１３２ｄ，１３２ｄ及び中央側壁面１３２ｅ，１３２ｅが被密封液体Ｆをレイリーステップ９Ａ側へ誘導する誘導面として機能するため、トラップ部１３２によって流路が狭められていても、被密封液体Ｆの液体誘導溝部１５２内への進入を妨げ難くなっている。

【0090】

また、トラップ部１３２では、トラップ片１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃの間の幅が狭められていることから、トラップ片１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃの間に存在する被密封液体Ｆに表面張力が発生し、この表面張力によって被密封液体Ｆに作用する遠心力に対抗するようになっており、網点部で示すように、被密封液体Ｆをトラップ部１３２の内径側に保持する保持能力が高められている。

【0091】

また、トラップ片１３２Ｃは、内径側壁部１３２ｆ，１３２ｆによって、液体誘導溝部１５２内から大気側に漏出しようとする被密封液体Ｆを捕集することができるため、好適に被密封液体Ｆの大気側への漏出を抑制することができる。

【0092】

また、トラップ片１３２Ｃは、液体誘導溝部１５２の底面１５２ｄまで軸方向に亘って連続しており、軸方向に作用する外力に対する剛性が高められている。すなわち、液体誘導溝部１５２の底面１５２ｄからトラップ片１３２Ｃを延設することで、剛性の高いトラップ部１３２を容易に構成することができる。

【実施例6】

【0093】

次に、実施例６に係る静止密封環につき、図１２を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、ここでは、動圧発生機構１４４の形態のみ説明する。

【0094】

動圧発生機構１４４は、レイリーステップ９Ａと、逆レイリーステップ９Ｂと、液体誘導溝部１５３と、トラップ部１３３と、を備えている。トラップ部１３３は、液体誘導溝部１５３の開口部１５３ａ近傍からレイリーステップ９Ａと交差する内径側端部近傍に亘って所定間隔置きに配置された複数のトラップ片１３３Ａと、液体誘導溝部１５３の径方向の仮想の中心線を基準にトラップ片１３３Ａと線対称に配置された複数のトラップ片１３３Ｂと、液体誘導溝部１５３の周方向中央部にて隣り合う四方のトラップ片１３３Ａ，１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｂに囲まれた箇所に配置された複数のトラップ片１３３Ｃと、から構成されている。

【0095】

トラップ片１３３Ａは、液体誘導溝部１５３の下流側壁面１５３ｂに直交して当該液体誘導溝部１５３の径方向の中央部側に延びている。またトラップ片１３３Ｃは、トラップ片１３３Ａ，１３３Ｂと平行に延びている。

【0096】

これにより、トラップ部１３３では、トラップ片１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｃの間の幅が狭められていることから、トラップ片１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｃの間に存在する被密封液体Ｆに表面張力が発生し、この表面張力によって被密封液体Ｆに作用する遠心力に対抗するようになっており、網点部で示すように、被密封液体Ｆをトラップ部１３３の内径側に保持する保持能力が高められている。

【実施例7】

【0097】

次に、実施例７に係る静止密封環につき、図１３を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、ここでは、動圧発生機構１４５の形態のみ説明する。

【0098】

動圧発生機構１４５は、レイリーステップ９Ａと、逆レイリーステップ９Ｂと、液体誘導溝部１５４と、トラップ部１３４と、を備えている。トラップ部１３４は、液体誘導溝部１５４の開口部１５４ａに配置されており、液体誘導溝部１５４の下流側壁面１５４ｂから当該液体誘導溝部１５４の周方向中央側に延びているトラップ片１３４Ａと、液体誘導溝部１５４の径方向に延びる仮想の中心線を基準にトラップ片１３４Ａと線対称に配置されたトラップ片１３４Ｂと、から構成されている。

【0099】

これにより、トラップ部１３４では、トラップ片１３４Ａ，１３４Ｂの間の幅が狭められていることから、トラップ片１３４Ａ，１３４Ｂの間に存在する被密封液体Ｆに表面張力が発生し、この表面張力によって被密封液体Ｆに作用する遠心力に対抗するようになっており、網点部で示すように、被密封液体Ｆをトラップ部１３３の内径側に保持する保持能力が高められている。

【0100】

また、トラップ部１３４は、液体誘導溝部１５４の開口部１５４ａに配置されていることから、トラップ部１３４よりも内径側の液体誘導溝部１５４の容積を好適に確保することができる。すなわち、液体誘導溝部１５４内に保持される被密封液体Ｆの量を確保することができる。尚、トラップ部は、開口部を含めた液体誘導溝部の高圧側よりも低圧側に連通する開口部よりの箇所に配置されていることにより、液体誘導溝部内に保持される被密封液体Ｆの量を確保することができるものであるが、ここでいう開口部よりの箇所とは、開口部から、液体誘導溝部の径方向の寸法の３分の１以内に配置されていればよく、好ましくは、液体誘導溝部の径方向の寸法の４分の１以内に配置されていればよい。

【実施例8】

【0101】

次に、実施例８に係る静止密封環につき、図１４を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、ここでは、動圧発生機構１４６の形態のみ説明する。

【0102】

動圧発生機構１４６は、レイリーステップ９２Ａと、逆レイリーステップ９２Ｂと、レイリーステップ９２Ａ及び逆レイリーステップ９２Ｂの間の径方向中央部から外径方向に延びる液体誘導溝部１５５と、トラップ部１３５と、を備えている。トラップ部１３５は、液体誘導溝部１５５の内径側端部のレイリーステップ９２Ａ，逆レイリーステップ９２Ｂと交差する箇所に形成されており、その深さ寸法がレイリーステップ９２Ａ及び逆レイリーステップ９２Ｂの深さ寸法と同一である浅溝であり、レイリーステップ９２Ａ、逆レイリーステップ９２Ｂ及び液体誘導溝部１５５と連通している。

【0103】

これにより、実線矢印で示す紙面反時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、トラップ部１３５では、矢印Ｈ１０に示すように、トラップ部１３５や逆レイリーステップ９２Ｂの内径側から流入する被密封液体Ｆの大半は、矢印Ｈ１１に示すように、レイリーステップ９２Ａに吸引されるため、矢印Ｈ１２に示すように、遠心力によって液体誘導溝部１５５に流入する被密封液体Ｆの流入量が低減されている。これにより、相対的に液体誘導溝部１５５から大気側への漏出を抑制することができる。尚、直接の図示は省略するが、紙面時計回りに回転密封環２０が回転する場合にも、矢印Ｈ１１の向きが反対向きとなる点以外、同様である。

【実施例9】

【0104】

次に、実施例９に係る静止密封環につき、図１５を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、ここでは、動圧発生機構１４７の形態のみ説明する。

【0105】

動圧発生機構１４７は、レイリーステップ９３Ａと、逆レイリーステップ９３Ｂと、液体誘導溝部１５６と、トラップ部１３６Ａ，１３６Ｂと、を備えている。トラップ部１３６Ａ，１３６Ｂは、その深さ寸法が液体誘導溝部１５６の深さ寸法と同一である深溝であり、液体誘導溝部１５６の径方向に延びる仮想の中心線を基準に線対称に配置されている。トラップ部１３６Ａは、液体誘導溝部１５６の内径側端部からレイリーステップ９３Ａと同一曲率で周方向に延びる周部１３６ａと、この周部１３６ａに連通して径方向に延びる径部１３６ｂと、から構成されている。トラップ部１３６Ａの周部１３６ａは、レイリーステップ９３Ａ及び液体誘導溝部１５６と連通しており、トラップ部１３６Ｂの周部１３６ａは、液体誘導溝部１５６及び逆レイリーステップ９３Ｂと連通している。

【0106】

これにより、実線矢印で示す紙面反時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、トラップ部１３６Ａ，１３６Ｂでは、実線矢印Ｈ２２に示すように、逆レイリーステップ９３Ｂから遠心力によって外径側に漏出した被密封液体Ｆがトラップ部１３６Ｂの径部１３６ｂに流入し、実線矢印Ｈ２３に示すように、液体誘導溝部１５６の下流側壁面１５６ｂから周方向下流側（紙面左側）に漏出した被密封液体Ｆがトラップ部１３６Ａの径部１３６ｂに流入するため、動圧発生機構１４７から大気側への漏出を抑制することができる。

【0107】

また、点線矢印で示す紙面時計回りに回転密封環２０が回転する場合には、トラップ部１３６Ａ，１３６Ｂでは、点線矢印Ｈ２０に示すように、逆レイリーステップ９３Ｂから遠心力によって外径側に漏出した被密封液体Ｆがトラップ部１３６Ａの径部１３６ｂに流入し、点線矢印Ｈ２１に示すように、液体誘導溝部１５６の下流側壁面１５６ｂから周方向下流側（紙面右側）に漏出した被密封液体Ｆがトラップ部１３６Ｂの径部１３６ｂに流入するため、動圧発生機構１４７から大気側への漏出を抑制することができる。

【0108】

また、動圧発生機構１４７は、液体誘導溝部１５６ばかりでなく、トラップ部１３６Ａ，１３６Ｂにおいても、被密封液体Ｆを保持可能であるとともに、周部１３６ａ，１３６ａを通じて、レイリーステップ９３Ａ、逆レイリーステップ９３Ｂに被密封液体Ｆが流入可能であることから、より多くの量の被密封液体Ｆを保持することが可能となっている。

【実施例10】

【0109】

次に、実施例１０に係る静止密封環につき、図１６を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、ここでは、動圧発生機構１４８の形態のみ説明する。

【0110】

動圧発生機構１４８は、レイリーステップ９Ａと、逆レイリーステップ９Ｂと、液体誘導溝部１５７と、トラップ部１３７と、を備え、トラップ部１３７は、液体誘導溝部１５７の下流側壁面１５７ｂ及び上流側壁面１５７ｃから対向する上流側または下流側に突出する凸部を複数有するトラップ壁部１３７Ａ，１３７Ｂから構成されている。尚、図中の破線は仮想的な壁面を示している。

【0111】

トラップ壁部１３７Ａ，１３７Ｂは、互いに所定間隔離間して互い違いに配置されており、トラップ壁部１３７Ａ，１３７Ｂの間には、下流側壁面１５７ｂ側及び上流側壁面１５７ｃ側にて屈曲しながら連続して蛇行する蛇行溝３０が構成されている。また、トラップ壁部１３７Ａ，１３７Ｂは、回転密封環２０の摺動面２１と対向する端面が位置する深さ寸法がレイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂよりも深い１０μｍの位置に配置されており、トラップ壁部１３７Ａ，１３７Ｂの回転密封環２０の摺動面２１と対向する端面から液体誘導溝部１５７の底面１５７ｄまで軸方向に亘って連続している。尚、トラップ壁部１３７Ａ，１３７Ｂの回転密封環２０の摺動面２１と対向する端面が位置する深さ寸法は、例えばレイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂと同じ寸法、レイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂよりも浅い寸法、または１０μｍに限定されないレイリーステップ９Ａ及び逆レイリーステップ９Ｂよりも深い寸法であってもよい。

【0112】

これにより、トラップ部１３７は、蛇行溝３０により被密封液体Ｆを被密封液体Ｆ側から大気側に向かって直線状に移動させ難くしているため、液体誘導溝部１５７内における被密封液体Ｆの保持機能を高めることができる。

【0113】

また、トラップ部１３７では、トラップ壁部１３７Ａ，１３７Ｂによって蛇行溝３０の幅が狭められていることから、蛇行溝３０内に存在する被密封液体Ｆに表面張力が発生し、この表面張力によって被密封液体Ｆに作用する遠心力に対抗するようになっており、網点部で示すように、被密封液体Ｆをトラップ部１３７の内径側に保持する保持能力が高められている。

【実施例11】

【0114】

次に、実施例１１に係る静止密封環につき、図１７を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、ここでは、動圧発生機構１４９の形態のみ説明する。

【0115】

動圧発生機構１４９は、レイリーステップ９４Ａと、逆レイリーステップ９４Ｂと、液体誘導溝部１５８と、トラップ部１３８と、を備えている。トラップ部１３８は、外径側から内径側に向かって下流側壁面１５８ｂまたは上流側壁面１５８ｃの液体誘導溝部１５８の径方向の中央部側に傾斜する直角三角形状の凸部１９が径方向に連続配置されたトラップ壁部１３８Ａ，１３８Ｂから構成されている。尚、凸部１９の外径側から内径側に向かって液体誘導溝部１５８の径方向の中央部側に傾斜する端面を外径側端面１９ａとし、外径側端面１９ａの液体誘導溝部１５８の径方向中央部側の端部から液体誘導溝部１５８に向かって延びる端面を内径側端面１９ｂとする。

【0116】

トラップ壁部１３８Ａ，１３８Ｂは、互いに所定間隔離間して液体誘導溝部１５８の径方向の中心線を基準に線対称に配置されている。また、トラップ壁部１３８Ａは、トラップ壁部１３８Ａの回転密封環２０の摺動面２１と対向する端面がランド１２と同一平面を成している。

【0117】

これにより、トラップ部１３８は、被密封液体Ｆが液体誘導溝部１５８内を大気側から被密封液体Ｆ側へ流入する際に、凸部１９の外径側端面１９ａが被密封液体Ｆをレイリーステップ９４Ａ側に誘導する誘導面として機能するため、レイリーステップ９４Ａ内への被密封液体Ｆの回収を妨げ難くなっている。

【0118】

また、トラップ部１３８は、被密封液体Ｆが液体誘導溝部１５８内を被密封液体Ｆ側から大気側へ流入する際に、網点部で示すように、凸部１９の内径側端面１９ｂによって被密封液体Ｆを捕集可能であるため、液体誘導溝部１５８内における被密封液体Ｆの保持機能を高めることができる。

【0119】

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。

【0120】

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、メカニカルシールに限られず、すべり軸受などメカニカルシール以外の摺動部品であってもよい。

【0121】

また、前記実施例では、動圧発生機構を静止密封環にのみ設ける例について説明したが、動圧発生機構を回転密封環２０にのみ設けてもよく、静止密封環と回転密封環の両方に設けてもよい。

【0122】

また、前記実施例では、摺動部品に同一形状の動圧発生機構が複数設けられる形態を例示したが、形状の異なる動圧発生機構が複数設けられていてもよい。また、動圧発生機構の間隔や数量などは適宜変更できる。

【0123】

また、トラップ部は、前記実施例１，４～１１それぞれのトラップ部を適宜組み合わせて構成されていてもよく、低圧側への漏出を抑制することができる構成のものであればその構成が適宜変更されていてもよい。

【0124】

また、前記実施例では、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被密封液体Ｆを密封するアウトサイド形のものとして説明したが、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封液体Ｆを密封するインサイド形のものであってもよい。

【0125】

また、被密封流体側を高圧側、漏れ側を低圧側として説明してきたが、被密封流体側が低圧側、漏れ側が高圧側となっていてもよいし、被密封流体側と漏れ側とは略同じ圧力であってもよい。

【符号の説明】

【0126】

９Ａ レイリーステップ（浅溝部）
９Ｂ 逆レイリーステップ（浅溝部）
１０ 静止密封環（摺動部品）
１１ 摺動面
１３ トラップ部
１３Ａ，１３Ｂ トラップ片
１３ａ 低圧側壁面（誘導面）
１４ 動圧発生機構
１５ 液体誘導溝部（深溝部）
１５ａ 開口部
１５ｂ 下流側壁面（内面）
１５ｃ 上流側壁面（内面）
１５ｄ 底面（内面）
１９ａ 外径側端面（誘導面）
２０ 回転密封環（摺動部品）
２１ 摺動面
３０ 蛇行溝
９１Ａ～９４Ａ レイリーステップ（浅溝部）
９１Ｂ～９４Ｂ 逆レイリーステップ（浅溝部）
１３１～１３８ トラップ部
１４１～１４９ 動圧発生機構
１５１～１５８ 液体誘導溝部（深溝部）

【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】

【図16】

【図17】