特許 7520470 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】2024-07-12

(45)【発行日】2024-07-23

(54)【発明の名称】摺動部品

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20240716BHJP

   F16C 17/04 20060101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 G

F16J15/34 K

F16C17/04 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022510612

(86)(22)【出願日】2021-03-24

(86)【国際出願番号】 JP2021012316

(87)【国際公開番号】W WO2021193743

(87)【国際公開日】2021-09-30

【審査請求日】2023-09-19

(31)【優先権主張番号】P 2020055785

(32)【優先日】2020-03-26

(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】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】井村 忠継

【審査官】久米 伸一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１９９１７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１６７２６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１６２３４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１６６５８９（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他の摺動部品と相対摺動する環状の摺動部品であって、
前記摺動部品の摺動面には、漏れ側に配置され終端を有し正圧を発生させる複数の第１動圧発生溝と、被密封流体側に配置され終端を有し正圧を発生させる複数の第２動圧発生溝と、が備えられており、
前記第２動圧発生溝は、被密封流体側から漏れ側に向けて周方向に傾斜して延びており、
前記第２動圧発生溝の深さは、第１動圧発生溝の深さよりも浅い摺動部品。

【請求項2】

前記第２動圧発生溝は、被密封流体側の空間に連通している請求項１に記載の摺動部品。

【請求項3】

前記第１動圧発生溝の終端と前記第２動圧発生溝の終端との間には、周方向に連続し径方向所定以上の幅を有する環状のランド部が設けられている請求項１または２に記載の摺動部品。

【請求項4】

前記ランド部の径方向中心は、前記摺動面の径方向中心よりも被密封流体側に寄って配置されている請求項３に記載の摺動部品。

【請求項5】

前記第２動圧発生溝の終端には、底面から摺動面に向けて延びる壁部が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項6】

前記第２動圧発生溝は、前記第１動圧発生溝と比べて延在距離が短い請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項7】

前記第１動圧発生溝は、漏れ側から被密封流体側に向けて周方向に傾斜して延び、前記第２動圧発生溝は、前記第１動圧発生溝よりも周方向に沿うように傾斜している請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。

【請求項8】

前記第２動圧発生溝は、前記摺動面の外径側に配置されている請求項１ないし７のいずれかに記載の摺動部品。

【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いる。

【0003】

例えば特許文献１に示されるメカニカルシールは一対の環状の摺動部品が相対回転可能に構成され、外空間に被密封流体が存在し、内空間に低圧の流体が存在している。一方の摺動部品には、低圧の流体が存在する内空間に連通し、内径端から外径側に向けて周方向に傾斜しながら円弧状に延び、相対回転方向の下流にて終端が閉塞されているスパイラル溝が設けられている。これによれば、一対の摺動部品の相対回転時には、一方の摺動部品のスパイラル溝には低圧の流体が導入されることで、終端及びその近傍に正圧が発生して一対の摺動部品の摺動面同士を僅かに離間させることで低摩擦化を実現している。また、スパイラル溝は始端及びその近傍に負圧が発生して外空間から摺動面間に流入した被密封流体を吸い込むため、一対の摺動部品間から被密封流体が低圧の内空間に漏れることを防止できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭６２－３１７７５号公報（第２，３頁、第２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のような摺動部品にあっては、スパイラル溝は一方の摺動部品の漏れ側に配置され、低圧の流体が導入されるように内径端から外径側に延びる構成であるので、低摩耗化かつ漏れ抑制が可能であるものの、摺動部品がある一定以上の高速回転状態になるまでは、スパイラル溝に十分な動圧が発生せず、摺動面同士を離間させるまでに時間がかかってしまい、摺動面同士が摩耗してしまう虞があった。

【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、一対の摺動部品の相対回転開始時から高速回転時にかけて摺動面同士の摩耗を抑制でき、かつ被密封流体の漏れを抑制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】

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他の摺動部品と相対摺動する環状の摺動部品であって、
前記摺動部品の摺動面には、漏れ側に配置され終端を有し正圧を発生させる複数の第１動圧発生溝と、被密封流体側に配置され終端を有し正圧を発生させる複数の第２動圧発生溝と、が備えられており、
前記第２動圧発生溝の深さは、第１動圧発生溝の深さよりも浅い。
これによれば、第２動圧発生溝の深さは第１動圧発生溝の深さよりも浅いため、摺動部品の相対回転低速時には、第２動圧発生溝内で被密封流体により発生される正圧による第２力が主体となって摺動面同士が離間され、さらに摺動部品の相対回転速度が高くなるにつれ、第１動圧発生溝内で漏れ側流体により発生される正圧による第１力が急速に高まり、摺動部品の相対回転速度が充分に高くなると第１力は第２力よりも大きくなるため、第１力が主体となって摺動面同士が離間されるようになり、一対の摺動部品の相対回転低速時から高速時に亘って摺動面同士の摩耗を抑制することができる。また、摺動部品の相対回転高速時には、摺動面間に形成された隙間が大きくなることによって第２動圧発生溝内で正圧が生じにくくなり、第１動圧発生溝で発生する正圧による第１力が主体となって摺動面同士を安定して離間させることができる。よって、一対の摺動部品の相対回転開始時から高速回転時にかけて摺動面同士を離間させて摩耗を抑制することができる。また、第２動圧発生は、被密封流体側の空間から摺動面間に流入した被密封流体を吸い込むため、一対の摺動部品間から被密封流体が漏れ側の空間に漏れることを防止できる。

【0008】

前記第２動圧発生溝は、被密封流体側の空間に連通していてもよい。
これによれば、第２動圧発生溝に被密封流体を導入しやすく、早期に正圧を発生させることができる。

【0009】

前記第１動圧発生溝の終端と前記第２動圧発生溝の終端との間には、周方向に連続し径方向所定以上の幅を有する環状のランド部が設けられていてもよい。
これによれば、第２動圧発生溝で発生する正圧による第２力により摺動面同士が離間されたときに、ランド部により摺動面間の被密封流体が漏れ側の空間に流れることを抑制できる。また、一対の摺動部品が相対回転されない静止時の被密封流体の漏れ側の空間への漏れを抑えることができる。

【0010】

前記ランド部の径方向中心は、前記摺動面の径方向中心よりも被密封流体側に寄って配置されていてもよい。
これによれば、ランド部は摺動面において径方向被密封流体側に寄って配置されていることから、第１動圧発生溝の延在距離を長く確保できる、複数の第１動圧発生溝を多く並べて配置できる等第１動圧発生溝が第２動圧発生溝よりも主たる動圧発生源となるので、被密封流体の漏れ側の空間への漏れを抑えることができる。

【0011】

前記第２動圧発生溝の終端には、底面から摺動面に向けて延びる壁部が形成されていてもよい。
これによれば、摺動部品の相対回転時に第２動圧発生溝の終端の壁部に被密封流体が集中するため、終端近傍で確実に正圧を発生させることができる。

【0012】

前記第２動圧発生溝は、前記第１動圧発生溝と比べて延在距離が短くてもよい。
これによれば、一対の摺動部品の相対高速回転時に第１動圧発生溝で高い正圧を発生させることができるとともに、相対低回転時に第２動圧発生溝で正圧を早期に発生させることができる。

【0013】

前記第２動圧発生溝は、被密封流体側から漏れ側に向けて周方向に傾斜して延びていてもよい。
これによれば、一対の摺動部品の相対回転時に第２動圧発生溝に被密封流体を導入しやすく、早期に正圧を発生させることができる。

【0014】

前記第１動圧発生溝は、漏れ側から被密封流体側に向けて周方向に傾斜して延び、前記第２動圧発生溝は、前記第１動圧発生溝よりも周方向に沿うように傾斜していてもよい。
これによれば、摺動部品の相対回転開始時では第２動圧発生溝に被密封流体を導入しやすくなるため第２動圧発生溝で早期に正圧を発生させることができる。

【0015】

前記第２動圧発生溝は、前記摺動面の外径側に配置されていてもよい。
これによれば、第２動圧発生溝が摺動部品の相対回転の周速度の速い位置に配置されているため、摺動部品の相対回転開始時に第２動圧発生溝に被密封流体を導入しやすい。

【0016】

尚、被密封流体は、気体また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】

【0017】

【図1】本発明の実施例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】静止密封環の摺動面を軸方向から見た拡大図である。

【図4】図２におけるＡ－Ａ断面図である。

【図5】第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝を模式的に示す断面図である。

【図6】第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝の流体の動きを軸方向から見た説明図である。

【図7】（ａ）～（ｃ）は一対の摺動部品の相対回転速度毎における摺動面間の離間を模式的に示す断面図である。

【図8】本発明の実施例２におけるメカニカルシールの一例を概略的に示す説明図である。

【図9】本発明の実施例３におけるメカニカルシールの一例を概略的に示す説明図である。

【図10】本発明の実施例４におけるメカニカルシールの一例を概略的に示す説明図である。

【図11】本発明の実施例５におけるメカニカルシールの一例を概略的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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】

【0019】

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、メカニカルシールの外空間に被密封流体が存在し、内空間に大気が存在しており、メカニカルシールを構成する摺動部品の外径側を被密封流体側（高圧側）、内径側を漏れ側（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。

【0020】

図１に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封流体Ｆを密封し内空間Ｓ１が大気Ａに通ずるインサイド形のものである。尚、本実施例では、被密封流体Ｆが高圧の液体であり、大気Ａが被密封流体Ｆよりも低圧の気体である形態を例示する。

【0021】

メカニカルシールは、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他の摺動部品としての回転密封環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、この平坦面には溝等の凹み部が設けられていない。

【0022】

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。

【0023】

図２及び図３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半時計周り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、内径側に複数（実施例１では２０個）の第１動圧発生溝１４が周方向に均等に配設され、外径側に複数（実施例１では２０個）の第２動圧発生溝９が周方向に均等に配設されている。

【0024】

また、摺動面１１の第１動圧発生溝１４および第２動圧発生溝９以外の部分は平坦面を成すランド１２となっている。詳しくは、ランド１２は、周方向に隣接する第１動圧発生溝１４の間の部位と、周方向に隣接する第２動圧発生溝９の間の部位と、径方向に離間する第１動圧発生溝１４と第２動圧発生溝９との間の環状ランド部１２ａと、を有し、これら各部位は、ランド１２の摺動面１１側の面（以下、ランド１２の平坦面ともいう。）と同一平面状に配置されている。尚、環状ランド部１２ａについては後に詳述する。

【0025】

第１動圧発生溝１４は、内径側の端部、すなわち相対回転始端１４Ａが内空間Ｓ１に連通し、始端１４Ａから外径側に向けて回転密封環２０の回転終端側に傾斜しながら円弧状に延びており、外径側の端部、すなわち相対回転終端１４Ｂが壁部１４ｂにより外空間Ｓ２と非連通状態となるように閉塞されている。この第１動圧発生溝１４は、外径側に向けて凸を有する円弧状を成している。

【0026】

具体的には、第１動圧発生溝１４は、始端１４Ａから終端１４Ｂに亘って平坦かつランド１２の平坦面に平行な底面１４ａと、底面１４ａの終端１４Ｂの端縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる壁部１４ｂと、底面１４ａの両側縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる側壁部１４ｃ，１４ｄとから構成されている。尚、壁部１４ｂと側壁部１４ｃとが成す角は鈍角であり、壁部１４ｂと側壁部１４ｄとが成す角は鋭角であり、壁部１４ｂの側壁部１４ｄ側の鋭角部１４ｆの方が壁部１４ｂの側壁部１４ｃ側の鈍角部１４ｅよりも回転密封環２０の回転終端側に位置している。

【0027】

これら第１動圧発生溝１４は、軸方向から見て、複数（実施例１では６個）の第１動圧発生溝１４が径方向に重畳するように配置されている。

【0028】

また、第２動圧発生溝９は、外径側の端部、すなわち相対回転始端９Ａが外空間Ｓ２に連通し、始端９Ａから内径側に向けて回転密封環２０の回転終端側に傾斜しながら円弧状に延びており、内径側の端部、すなわち相対回転終端９Ｂが壁部９ｂにより内空間Ｓ１と非連通状態となるように閉塞されている。この第２動圧発生溝９は、外径側に向けて凸を有する円弧状を成している。

【0029】

具体的には、第２動圧発生溝９は、始端９Ａから終端９Ｂに亘って平坦かつランド１２の平坦面に平行な底面９ａと、底面９ａの終端９Ｂの端縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる壁部９ｂと、底面９ａの両側縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる側壁部９ｃ，９ｄとから構成されている。尚、壁部９ｂと側壁部９ｃとが成す角は鈍角であり、壁部９ｂと側壁部９ｄとが成す角は鋭角であり、壁部９ｂの側壁部９ｄ側の鋭角部９ｆの方が壁部９ｂの側壁部９ｃ側の鈍角部９ｅよりも回転密封環２０の回転終端側に位置している。

【0030】

これら第２動圧発生溝９は、軸方向から見て、隣接する第２動圧発生溝９が径方向に重畳するように配置されている。

【0031】

また、第２動圧発生溝９の終端９Ｂは、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂよりも外径側に離間して配置されている。すなわち、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂと第２動圧発生溝９の終端９Ｂとの間には、周方向に連続し径方向に一定幅を有するランド部としての環状ランド部１２ａが設けられている。

【0032】

また、第２動圧発生溝９の始端９Ａから終端９Ｂまでの長さ、すなわち第２動圧発生溝９の延在距離は、第１動圧発生溝１４の始端９Ａから終端９Ｂまでの長さ、すなわち第１動圧発生溝１４の延在距離と比べて短い。

【0033】

また、第２動圧発生溝９は、第１動圧発生溝１４と比べて周方向に沿うように傾斜している。環状ランド部１２ａの径方向中心は、摺動面１１の径方向中心よりも外径側に寄せて設けられている。

【0034】

図４及び図５に示されるように、第１動圧発生溝１４は始端１４Ａから終端１４Ｂに亘って一定の深さＤ１を有している。本実施例の深さＤ１は、１０μｍである。

【0035】

第２動圧発生溝９は始端９Ａから終端９Ｂに亘って一定の深さＤ２を有する。本実施例の深さＤ２は、０．５μｍである。

【0036】

第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝１４の深さＤ１よりも浅く（Ｄ２＜Ｄ１）、好ましくは深さＤ２は深さＤ１の１／２～１／２０倍であるのがよい。

【0037】

尚、図５は１条の第１動圧発生溝１４及び１条の第２動圧発生溝９をそれぞれ長手方向で切った状態を想定した模式的な断面図である。

【0038】

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及び図７を用いて説明する。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、被密封流体Ｆが第２動圧発生溝９内に流入している。尚、ベローズ７によって静止密封環１０が回転密封環２０側に付勢されているので摺動面１１，２１同士は接触状態となっており、摺動面１１，２１間の被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れ出す量はほぼない。

【0039】

回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転し始めた直後の低速時では、図６及び図７（ａ）に示されるように、第２動圧発生溝９内の被密封流体Ｆが摺動面２１との摩擦により回転密封環２０の回転方向に追随移動するとともに、外空間Ｓ２の被密封流体Ｆが第２動圧発生溝９に引き込まれる。すなわち、第２動圧発生溝９内では、被密封流体Ｆが矢印Ｈ１に示すように始端９Ａから終端９Ｂに向かって移動する。尚、図６の被密封流体Ｆや大気Ａの流れについては、回転密封環２０の相対回転速度を特定せずに概略的に示している。

【0040】

終端９Ｂに向かって移動した被密封流体Ｆは、第２動圧発生溝９の壁部９ｂの鋭角部９ｆ及びその近傍で圧力が高められる。すなわち鋭角部９ｆ及びその近傍で正圧が発生する。

【0041】

第２動圧発生溝９の深さＤ２は浅いため、回転密封環２０の回転速度が低速につき被密封流体Ｆの移動量が少なくても第２動圧発生溝９の壁部９ｂの鋭角部９ｆ及びその近傍にて正圧が発生する。

【0042】

鋭角部９ｆ及びその近傍で発生した正圧による第２力Ｆ２により、摺動面１１，２１間が若干離間される。これにより、摺動面１１，２１間には、主に矢印Ｈ２に示す第２動圧発生溝９内の被密封流体Ｆが流入する。このように摺動面１１，２１間に被密封流体Ｆが介在することにより低速回転時においても潤滑性が向上し、摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。尚、摺動面１１，２１同士の浮上距離が僅かであるため、被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。

【0043】

一方、第１動圧発生溝１４の深さＤ１は第２動圧発生溝９の深さＤ２よりも深いため、回転密封環２０と静止密封環１０との相対回転低速時には、大気Ａが第２動圧発生溝９に十分に密とならず高い正圧は発生せず、第１動圧発生溝１４によって発生される正圧による第１力Ｆ１（図７（ａ）では図示していない。）は第２力Ｆ２よりも相対的に小さい。よって、回転密封環２０の低速回転時では、第２力Ｆ２が主体となって摺動面１１，２１同士を離間するようになっている。

【0044】

回転密封環２０の相対回転速度が高まると、図６及び図７（ｂ）に示されるように、第１動圧発生溝１４内の大気Ａが摺動面２１との摩擦により回転密封環２０の回転方向に追随移動するとともに、内空間Ｓ１の大気Ａが第１動圧発生溝１４に引き込まれる。すなわち、第１動圧発生溝１４内では、多量の大気Ａが矢印Ｌ１に示すように始端１４Ａから終端１４Ｂに向かって移動する。

【0045】

終端１４Ｂに向かって移動した大気Ａは、第１動圧発生溝１４の壁部１４ｂの鋭角部１４ｆ及びその近傍で圧力が高められる。すなわち鋭角部１４ｆ及びその近傍で正圧が発生する。

【0046】

鋭角部１４ｆ及びその近傍で発生した正圧による第１力Ｆ１が加わり、図７（ａ）と比べ摺動面１１，２１間がさらに離間する。これにより、摺動面１１，２１間には、主に矢印Ｌ２に示す第１動圧発生溝１４内の大気Ａが流入する。

【0047】

矢印Ｌ２に示す第１動圧発生溝１４内の大気Ａは、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂ近傍の被密封流体Ｆを外空間Ｓ２側に押し戻すように作用するので、第１動圧発生溝１４内や内空間Ｓ１に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。

【0048】

また、図７（ａ）と比べ摺動面１１，２１間がさらに離間することにより、第２動圧発生溝９内の被密封流体Ｆは摺動面１１，２１間に逃げやすくなっているため、第２力Ｆ２’は、図７（ａ）と比べ小さくなる。

【0049】

またこのとき、第１動圧発生溝１４の鋭角部１４ｆ以外の部分の周辺の被密封流体Ｆは、第１動圧発生溝１４に生じる負圧により矢印Ｈ３に示すように第１動圧発生溝１４内に吸い込まれ、その傾向は始端１４Ａ近傍で顕著に現れる。第１動圧発生溝１４内に吸い込まれた被密封流体Ｆは、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂから摺動面１１，２１間に戻されるようになっている。

【0050】

一方、第１動圧発生溝１４の鋭角部１４ｆ近傍の被密封流体Ｆは、上述したように高圧となっているため、矢印Ｈ４に示すように、ランド１２に位置したままで、第１動圧発生溝１４にはほぼ進入しない。

【0051】

上述の通り第１動圧発生溝１４は、複数の第１動圧発生溝１４が径方向に重畳するように配置されているため、ある第１動圧発生溝１４に対して回転密封環２０の回転始端側に隣り合う別の第１動圧発生溝１４の鋭角部１４ｆからランド１２に移動した被密封流体Ｆを当該第１動圧発生溝１４に生じる負圧により吸い込み、被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れるのを防ぐことができる。

【0052】

回転密封環２０の相対回転速度がさらに上がり高速回転（すなわち、定常運転状態）に達すると、図６及び図７（ｃ）に示されるように、第１動圧発生溝１４に引き込まれる大気Ａの流入量（図７（ｃ）の矢印Ｌ１’参照）がさらに増えて高い正圧が発生し、第１力Ｆ１’が大きくなり、図７（ｂ）と比べ摺動面１１，２１間がより長い浮上距離Ｙだけ離間する。これにより、摺動面１１，２１間には、図７（ｂ）と比べ矢印Ｌ２’に示す第１動圧発生溝１４内の大気Ａがさらに多く流入される。

【0053】

矢印Ｌ２’に示す第１動圧発生溝１４内の大気Ａは、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂ近傍の被密封流体Ｆを外空間Ｓ２側に押し戻すように作用するので、第１動圧発生溝１４内や内空間Ｓ１に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。

【0054】

本実施例において、回転密封環２０の高速回転により浮上距離Ｙが大きくなると、第２動圧発生溝９内の被密封流体Ｆは摺動面１１，２１間に逃げやすくなり、第２動圧発生溝９で発生する正圧は無視できるほど小さくなる。よって、回転密封環２０の高速回転時では、第１力Ｆ１が主体となって摺動面１１，２１同士を離間するようになっている。

【0055】

以上説明したように、第２動圧発生溝９の深さＤ２は第１動圧発生溝１４の深さＤ１よりも浅いため、回転密封環２０の相対回転低速時には、第２動圧発生溝９内で被密封流体Ｆにより発生される正圧による第２力Ｆ２が主体となって摺動面１１，２１同士が離間され、さらに回転密封環２０の相対回転速度が高くなるにつれ、第１動圧発生溝１４内で大気Ａにより発生される正圧による第１力Ｆ１が急速に高まり、回転密封環２０の相対回転速度が充分に高くなると第１力Ｆ１は第２力Ｆ２よりも大きくなるため、第１力Ｆ１が主体となって摺動面１１，２１同士が離間されるようになり、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転低速時から高速時に亘って摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。

【0056】

また、回転密封環２０の相対回転高速時には、摺動面１１，２１間に形成された隙間が大きくなることによって第２動圧発生溝９内で正圧が生じにくくなり、第１動圧発生溝１４で発生する正圧による第１力Ｆ１が主体となって摺動面１１，２１同士を安定して離間させることができる。したがって、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転開始時から高速回転時にかけて摺動面１１，２１同士を離間させて摩耗を抑制することができる。

【0057】

また、第２動圧発生溝９は、外空間Ｓ２に連通しているため、第２動圧発生溝９に被密封流体Ｆを導入しやすく、早期に正圧を発生させることができる。

【0058】

また、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂと第２動圧発生溝９の終端９Ｂとの間には、周方向に連続し径方向に一定幅を有する環状ランド部１２ａが設けられているため、第２動圧発生溝９で発生する正圧による第２力Ｆ２により摺動面１１，２１同士が離間されたときに、環状ランド部１２ａにより摺動面１１，２１間の被密封流体Ｆを内空間Ｓ１に流れることを抑制できる。また、静止密封環１０と回転密封環２０とが相対回転されない静止時の被密封流体Ｆの内空間Ｓ１への漏れを抑えることができる。

【0059】

また、環状ランド部１２ａの径方向中心は、摺動面１１の径方向中心よりも被密封流体側に寄って配置されていることから、第１動圧発生溝１４の延在距離を長く確保できる、複数の第１動圧発生溝１４を多く並べて配置できる等第１動圧発生溝１４が第２動圧発生溝９よりも主たる動圧発生源となるので、被密封流体Ｆの内空間Ｓ１への漏れを抑えることができる。尚、環状ランド部１２ａの径方向中心は、環状ランド部１２ａの外径と内径とを足して２で除した径方向位置であり、摺動面１１の径方向中心は、摺動面１１の外径と内径とを足して２で除した径方向位置である。

【0060】

また、第２動圧発生溝９の深さは、回転密封環２０の高速回転時における第２動圧発生溝９で発生する正圧の影響を確実に小さくできるほどの寸法に設定されるため、第１動圧発生溝１４で発生する正圧による第１力Ｆ１により確実に摺動面１１，２１間を離間させることができる。

【0061】

また、第２動圧発生溝９の終端９Ｂには、底面９ａから摺動面１１に向けて延びる壁部９ｂが形成されていることから、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時に第２動圧発生溝９の終端９Ｂの壁部９ｂの鋭角部９ｆに被密封流体Ｆが集中するため、終端９Ｂ近傍で確実に正圧を発生させることができる。

【0062】

また、第２動圧発生溝９は、第１動圧発生溝１４と比べて延在距離が短いため、静止密封環１０と回転密封環２０との相対高速回転時に第１動圧発生溝１４で高い正圧を発生させることができるとともに、相対低回転時に第２動圧発生溝９で正圧を早期に発生させることができる。

【0063】

また、第２動圧発生溝９は、始端９Ａから内径側に向けて回転密封環２０の回転終端側に傾斜して延びているため、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時に第２動圧発生溝９に被密封流体Ｆを導入しやすく、早期に正圧を発生させることができる。

【0064】

また、第１動圧発生溝１４は、始端１４Ａから外径に向けて回転密封環２０の回転終端側に傾斜して延び、第２動圧発生溝９は、第１動圧発生溝１４よりも周方向に沿うように傾斜しているため、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転開始時では第２動圧発生溝９に被密封流体Ｆを導入しやすくなるため第２動圧発生溝９で早期に正圧を発生させることができる。

【0065】

また、第２動圧発生溝９は、摺動面１１の外径側に配置されていることから、第２動圧発生溝９が回転密封環２０の相対回転の周速度の速い位置に配置されているため、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転開始時に第２動圧発生溝９に被密封流体Ｆを導入しやすい。

【0066】

また、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂと、第２動圧発生溝９の終端９Ｂとは、径方向に重畳しないように配置されており、終端１４Ｂと終端９Ｂとの距離が離れているため、第２動圧発生溝９の終端９Ｂ近傍で正圧が発生して摺動面１１，２１間に移動する被密封流体Ｆが第２動圧発生溝９内に流入しにくくなっており、被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れにくくなっている。さらに、第１動圧発生溝１４の第１力Ｆ１と第２動圧発生溝９の第２力Ｆ２とが径方向に重畳しない位置で発生することにより、摺動面１１，２１間でバランスよく力を加えて離間させることができる。

【0067】

尚、深さＤ１、深さＤ２は実施例１の形態に限られず、深さＤ２が深さＤ１よりも浅く形成されていれば、自由に変更されていてもよい。

【実施例2】

【0068】

次に、実施例２に係るメカニカルシールにつき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、図８では第１動圧発生溝の始端から終端までの長さを実際よりも短く図示している。

【0069】

図８に示されるように、本実施例２の静止密封環１００における第１動圧発生溝１４０の底面１４０ａは、軸方向寸法が始端１４０Ａから終端１４０Ｂに向けて漸次小さくなるように傾斜している。

【0070】

第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝１４０の終端１４０Ｂ近傍の深さよりも深くなっているが、第１動圧発生溝１４０の一番深い箇所（最深部）の深さＤ３よりも浅い（Ｄ２＜Ｄ３）。

【0071】

このように、第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝１４０の最深部の深さＤ３よりも浅いので、回転密封環２０の相対回転低速時には、第２動圧発生溝９内で被密封流体Ｆにより発生される正圧による第２力が主体となって摺動面１１，２１同士を離間されることができる。また、第１動圧発生溝１４０の終端１４０Ｂ近傍で正圧が発生しやすい。

【実施例3】

【0072】

次に、実施例３に係るメカニカルシールにつき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、図９では第１動圧発生溝の始端から終端までの長さを実際よりも短く図示している。

【0073】

図９に示されるように、本実施例３の静止密封環１０１における第１動圧発生溝２４０の底面２４０ａは、始端２４０Ａから終端２４０Ｂにかけて段状に構成されている。

【0074】

具体的には、第１動圧発生溝２４０の長手方向の中央を境に、底面２４０ａの始端２４０Ａ側には軸方向寸法の大きい深底面２４０ｃが備えられ、底面２４０ａの終端２４０Ｂ側には軸方向寸法の小さい浅底面２４０ｄが備えられている。また、深底面２４０ｃの端縁から浅底面２４０ｄに向けて垂直に延びる中間壁部２４０ｅが設けられ、浅底面２４０ｄの端縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる壁部２４０ｂが設けられている。

【0075】

第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝２４０の深さＤ４（具体的には、第１動圧発生溝２４０の一番深い箇所（最深部）の深さ）よりも浅い。尚、第１動圧発生溝２４０の底面２４０ａが２段の段状の構成について説明したが、これに限らず３段以上でもよい。

【0076】

尚、前記実施例１～実施例３では、第２動圧発生溝９が始端９Ａから終端９Ｂに亘って一定の深さＤ２となっていたが、これに限られず、例えば、始端から終端に向けて深さが漸次浅くなるように底面が傾斜していてもよいし、段状等に形成されていてもよい。すなわち、第２動圧発生溝の最深部の深さが第１動圧発生溝の最深部の深さよりも浅く形成さていればよい。

【実施例4】

【0077】

次に、実施例４に係るメカニカルシールにつき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0078】

図１０に示されるように、本実施例４の静止密封環１０２における第１動圧発生溝３４０の終端３４０Ｂが、第２動圧発生溝９の終端９Ｂと径方向に重畳している。

【0079】

これによれば、第１動圧発生溝３４０の第１力と第２動圧発生溝９の第２力とが径方向に重畳する位置で発生することにより、摺動面１１，２１同士を短時間で大きく離間させることができるので、摺動面１１，２１同士の高い潤滑性を早く発揮させることができる。

【実施例5】

【0080】

次に、実施例５に係るメカニカルシールにつき、図１１を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0081】

図１１に示されるように、本実施例５の静止密封環１０３における第１動圧発生溝４４０は、側壁部４４０ｃ，４４０ｄが終端４４０Ｂに向けて互いに近づくように延びており、終端４４０Ｂは先細りしている。また、第２動圧発生溝１９０は、側壁部１９０ｃ，１９０ｄが終端１９０Ｂに向けて互いに近づくように延びており、終端１９０Ｂは先細りしている。

【0082】

これによれば、回転密封環２０の相対回転時に第１動圧発生溝４４０の終端４４０Ｂ近傍と第２動圧発生溝１９０の終端１９０Ｂ近傍で正圧が発生しやすい。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

また、前記実施例では、第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝を静止密封環に設ける例について説明したが、第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝を回転密封環に設けてもよい。

【0086】

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。

【0087】

また、前記実施例では、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流体Ｆを密封するインサイド形のものである形態を例示したが、これに限られず、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流体Ｆを密封するアウトサイド形のものであってもよい。

【0088】

また、図２に示されるように、第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝が静止密封環１０の摺動面１１に同数設けられているが、これに限らず同数でなくてもよい。

【0089】

また、第２動圧発生溝は第１動圧発生溝よりも延在距離が短く、周方向に沿うように傾斜し、環状ランド部１２ａの径方向中心が摺動面１１の径方向中心よりも外径側に寄せて設けられていると説明したが、これに限らず、第１動圧発生溝の方が第２動圧発生溝よりも延在距離が短く、または周方向に沿うように傾斜していてもよい。

【0090】

また、第１動圧発生溝は内空間に連通していると説明したが、これに限らず動圧を発生させることができれば、連通していなくてもよい。

【0091】

また、第２動圧発生溝は外空間に連通していると説明したが、これに限らず動圧を発生させることができれば、連通していなくてもよい。

【0092】

また、第１動圧発生溝と第２動圧発生溝との間には環状ランド部１２ａが設けられ、第１動圧発生溝と第２動圧発生溝とは径方向に離間して配置されていると説明したが、これに限らず、例えば第２動圧発生溝の終端が第１動圧発生溝の終端よりも内径側に配置され、第１動圧発生溝の終端と第２動圧発生溝の終端とが周方向に重畳していてもよい。

【0093】

また、本実施例において、被密封流体Ｆは高圧の液体と説明したが、これに限らず気体または低圧の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。

【0094】

また、本実施例において、漏れ側の流体は低圧の気体である大気Ａであると説明したが、これに限らず液体または高圧の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。

【0095】

また、実施例２，３では、動圧発生溝の深さを最深部の深さとしたが、動圧発生溝の深さは実質的に正圧の発生に寄与する箇所の深さであればよい。

【符号の説明】

【0096】

９ 第２動圧発生溝
１０ 静止密封環（摺動部品）
１１ 摺動面
１２ａ 環状ランド部（ランド部）
１４ 第１動圧発生溝
１４ａ 底面
１４ｂ 壁部
２０ 回転密封環（他の摺動部品）
２１ 摺動面
Ａ 大気
Ｄ１，Ｄ２ 深さ
Ｆ 被密封流体
Ｆ１ 第１力
Ｆ２ 第２力
Ｓ１ 内空間
Ｓ２ 外空間
Ｙ 浮上距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】