JP7224745B2 - 摺動部品 - Google Patents
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Description
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。
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。）。
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。）。
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。）。
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。）。
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、相対摺動する１対の摺動部品の摺動面に設けられたスパイラル溝等の溝により流体の流れが摺動面内に集中し、摺動面内に摩耗粉やダストが堆積し、摺動面の摩耗及び漏れが発生するという問題があった。
本発明は、相対摺動する１対の摺動部品の少なくとも一方の摺動面に表面テクスチャを施し、起動時から定常運転状態において摺動面に積極的に流体を導入して潤滑性を向上させるとともに、摺動面内に摩耗粉やコンタミ等の異物が堆積するのを防止し、摺動面の摩耗及び漏れの発生を防止できる摺動部品を提供することを目的とする。
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、前記摺動面の少なくとも一方に、上流側の端部が前記漏れ側と連通され、下流側の端部が前記被密封流体側の周縁には非連通であって、上流側から下流側に向けて傾斜するように配設されたスパイラル溝、及び、上流側の端部が前記漏れ側に位置すると共に下流側の端部が前記被密封流体側に位置するように傾斜して配設された吐出し溝を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、摺動面間の流体膜を増加させ、摺動面の潤滑性能を向上させると共に、摺動面に存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができ、摺動面の摩耗及び漏れの発生を防止することができる。
この特徴によれば、摺動面間の流体膜を増加させ、摺動面の潤滑性能を向上させると共に、摺動面に存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができ、摺動面の摩耗及び漏れの発生を防止することができる。
また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記吐出し溝は、上流側の端部が前記漏れ側と非連通であって、下流側の端部が前記被密封流体側と連通された外周
吐出し溝タイプであることを特徴としている。
この特徴によれば、摺動面内部からの流体の流れが外周側まで形成され、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
吐出し溝タイプであることを特徴としている。
この特徴によれば、摺動面内部からの流体の流れが外周側まで形成され、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
また、本発明の摺動部品は、第３に、第１の特徴において、前記吐出し溝は、上流側の端部が前記漏れ側と連通され、下流側の端部が前記被密封流体側と非連通の内周吐出し溝タイプであることを特徴としている。
この特徴によれば、漏れ側の流体を積極的に摺動面Ｓにポンピングすることができ、内周から摺動面Ｓへの流体の流れを促進し、遠心力を利用して摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を外周側に排出することができる。
この特徴によれば、漏れ側の流体を積極的に摺動面Ｓにポンピングすることができ、内周から摺動面Ｓへの流体の流れを促進し、遠心力を利用して摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を外周側に排出することができる。
また、本発明の摺動部品は、第４に、第１の特徴において、前記吐出し溝は、前記外周吐出し溝タイプ及び前記内周吐出し溝タイプであることを特徴としている。
この特徴によれば、内周吐出し溝タイプの吐出し溝により漏れ側の流体を積極的に摺動面にポンピングすることができ、内周から摺動面への流体の流れを促進することができると共に、外周吐出し溝タイプの吐出し溝により摺動面内部からの流体の流れを外周側まで形成することができるので、より一層、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
この特徴によれば、内周吐出し溝タイプの吐出し溝により漏れ側の流体を積極的に摺動面にポンピングすることができ、内周から摺動面への流体の流れを促進することができると共に、外周吐出し溝タイプの吐出し溝により摺動面内部からの流体の流れを外周側まで形成することができるので、より一層、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
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、前記吐出し溝の溝深さは、前記スパイラル溝の溝深さよりも深いことを特徴としている。
この特徴によれば、摩耗粉やコンタミ等の異物の排出を確実にすると共に、負圧の発生を防止し、摺動面全体の浮上力の低下を防止することができる。
この特徴によれば、摩耗粉やコンタミ等の異物の排出を確実にすると共に、負圧の発生を防止し、摺動面全体の浮上力の低下を防止することができる。
また、本発明の摺動部品は、第６に、第１ないし第５のいずれかの特徴において、前記摺動面のランド部には、ディンプルが設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、摺動面全体に流体を蓄積することができると共に摺動面間に正圧を発生して摺動面の潤滑性能を高めることができる。
この特徴によれば、摺動面全体に流体を蓄積することができると共に摺動面間に正圧を発生して摺動面の潤滑性能を高めることができる。
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、摺動面の少なくとも一方に、上流側の端部が漏れ側と連通され、下流側の端部が被密封流体側の周縁には非連通であって、上流側から下流側に向けて傾斜するように配設されたスパイラル溝、及び、上流側の端部が漏れ側に位置すると共に下流側の端部が被密封流体側に位置するように傾斜して配設された吐出し溝を備えることにより、摺動面間の流体膜を増加させ、摺動面の潤滑性能を向上させると共に、摺動面に存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができ、摺動面の摩耗及び漏れの発生を防止することができる。
（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、摺動面の少なくとも一方に、上流側の端部が漏れ側と連通され、下流側の端部が被密封流体側の周縁には非連通であって、上流側から下流側に向けて傾斜するように配設されたスパイラル溝、及び、上流側の端部が漏れ側に位置すると共に下流側の端部が被密封流体側に位置するように傾斜して配設された吐出し溝を備えることにより、摺動面間の流体膜を増加させ、摺動面の潤滑性能を向上させると共に、摺動面に存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができ、摺動面の摩耗及び漏れの発生を防止することができる。
（２）吐出し溝は、上流側の端部が漏れ側と非連通であって、下流側の端部が被密封流体側と連通された外周吐出し溝タイプであることにより、摺動面内部からの流体の流れが外周側まで形成され、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
（３）吐出し溝は、上流側の端部が漏れ側と連通され、下流側の端部が被密封流体側と非連通の内周吐出し溝タイプであることにより、漏れ側の流体を積極的に摺動面にポンピングすることができ、内周から摺動面への流体の流れを促進し、遠心力を利用して摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を外周側に排出することができる。
（４）吐出し溝は、外周吐出し溝タイプ及び内周吐出し溝タイプであることにより、内周吐出し溝タイプの吐出し溝により漏れ側の流体を積極的に摺動面にポンピングすることができ、内周から摺動面への流体の流れを促進することができると共に、外周吐出し溝タイプの吐出し溝により摺動面内部からの流体の流れを外周側まで形成することができるので、より一層、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
（５）吐出し溝の溝深さは、スパイラル溝の溝深さよりも深いことにより、摩耗粉やコンタミ等の異物の排出を確実にすると共に、負圧の発生を防止し、摺動面全体の浮上力の低下を防止することができる。
（６）摺動面のランド部には、ディンプルが設けられることにより、摺動面全体に流体を蓄積することができると共に摺動面間に正圧を発生して摺動面の潤滑性能を高めることができる。
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。
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、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。
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。
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、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、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。
また、固定側密封環７の外径は回転側密封環４の外径より大きい場合を示しているが、これに限定されることなく、逆であってもよい。
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、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、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。
また、固定側密封環７の外径は回転側密封環４の外径より大きい場合を示しているが、これに限定されることなく、逆であってもよい。
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。
図２は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面Ｓを示したものであって、本例では、図１の固定側密封環７の摺動面Ｓに表面テクスチャである吐出し溝１０及びスパイラル溝１１が設けられる場合について説明する。
なお、本例では、固定側密封環７の外径が回転側密封環４の外径より大きく設定されているため、吐出し溝１０及びスパイラル溝１１は固定側密封環７の摺動面Ｓの外周側端部
まで設けられる必要はなく、破線で示す回転側密封環４の外周側端部まで設けられていればよい。
また、本例においては、固定側密封環７の摺動面Ｓに吐出し溝１０及びスパイラル溝１１の加工が行われるため、固定側密封環７はカーボンから形成され、回転側密封環４は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。
なお、本例では、固定側密封環７の外径が回転側密封環４の外径より大きく設定されているため、吐出し溝１０及びスパイラル溝１１は固定側密封環７の摺動面Ｓの外周側端部
まで設けられる必要はなく、破線で示す回転側密封環４の外周側端部まで設けられていればよい。
また、本例においては、固定側密封環７の摺動面Ｓに吐出し溝１０及びスパイラル溝１１の加工が行われるため、固定側密封環７はカーボンから形成され、回転側密封環４は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。
図２において、固定側密封環７の摺動面Ｓの外周側が被密封流体側、例えば液体側であり、また、内周側が漏れ側、例えば気体側であり、相手側摺動面は矢印に示すように反時計方向に回転するものとする。
固定側密封環７の摺動面Ｓには、上流側の端部１１ａが漏れ側と連通され、下流側の端部１１ｂが被密封流体側の周縁には非連通であって、上流側から下流側に向けて傾斜するように配設されたスパイラル溝１１が設けられている。
固定側密封環７の摺動面Ｓには、上流側の端部１１ａが漏れ側と連通され、下流側の端部１１ｂが被密封流体側の周縁には非連通であって、上流側から下流側に向けて傾斜するように配設されたスパイラル溝１１が設けられている。
スパイラル溝１１は、一定の幅を有し、径方向に延びており、相対摺動により、上流側の端部１１ａから下流側の端部１１ｂに向けて流体が流れ易いように傾斜して設けられるものであって、スパイラル形状（螺旋形状）に限らず、たとえば、上流側の端部１１ａと下流側の端部１１ｂを結ぶ両側の線が直線状であってスパイラル形状と同様に傾斜して配設されたものも含む。
スパイラル溝１１は、起動時から定常運転等の回転側密封環４の高速回転状態において、上流側の端部１１ａから気体を吸い込み、下流側の端部１１ｂ付近で動圧（正圧）を発生する。このため、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓに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。同時に、スパイラル形状であるため内周側の気体が外周側に向けてポンピングされ、外周側の液体が内周側へ漏洩することが防止される。また、スパイラル溝１１は外周側とはランド部Ｒにより隔離されているため、静止時において漏れが発生することがない。
上記のように、スパイラル溝１１が配列された場合、スパイラル溝１１の下流側の端部１１ｂの付近では高い圧力値を示し、この高い圧力値を示す部分には流れが集中し、摩耗粉及びダスト等の異物も集中することが本発明者により確認されている。
このため、摺動面Ｓには、上流側の端部１０ａが漏れ側に位置すると共に下流側の端部１０ｂが被密封流体側に位置するように傾斜して配設された吐出し溝１０が設けられる。
吐出し溝１０は、一定の幅を有し、径方向に延びており、相対摺動により、上流側の端部１０ａから下流側の端部１０ｂに向けて流体が流れ易いように傾斜して設けられるものであって、たとえば、スパイラル状あるいは矩形状をなしている。
吐出し溝１０の溝深さはスパイラル溝１１の溝深さに比較して十分に深く設定され、例えば、２５μｍ～５００μｍ程度に設定される。このため、摩耗粉やコンタミ等の異物の排出を確実にすると共に、負圧の発生を防止し、摺動面全体の浮上力を低下させることがない。
吐出し溝１０は、一定の幅を有し、径方向に延びており、相対摺動により、上流側の端部１０ａから下流側の端部１０ｂに向けて流体が流れ易いように傾斜して設けられるものであって、たとえば、スパイラル状あるいは矩形状をなしている。
吐出し溝１０の溝深さはスパイラル溝１１の溝深さに比較して十分に深く設定され、例えば、２５μｍ～５００μｍ程度に設定される。このため、摩耗粉やコンタミ等の異物の排出を確実にすると共に、負圧の発生を防止し、摺動面全体の浮上力を低下させることがない。
図２の場合、吐出し溝１０は、上流側の端部１０ａが漏れ側と非連通であって、下流側の端部１０ｂが被密封流体側と連通された「外周吐出し溝タイプ」である。
吐出し溝１０は、周方向において４個を１組とするスパイラル溝１１の間に割り込むようにして１２等配に設けられており、その上流側の端部１０ａは、スパイラル溝１１の外周側の部分と径方向において一部重複するように内周側に延びており、外周側の液体と内周側の気体が集中する高圧力の部分から外周側への流れを促進することができる。
吐出し溝１０は、周方向において４個を１組とするスパイラル溝１１の間に割り込むようにして１２等配に設けられており、その上流側の端部１０ａは、スパイラル溝１１の外周側の部分と径方向において一部重複するように内周側に延びており、外周側の液体と内周側の気体が集中する高圧力の部分から外周側への流れを促進することができる。
吐出し溝１０は、摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を摺動面内から摺動面外に排出させ、摺動面Ｓにおける摩耗を抑制するものである。
図２に示す、外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０は、外周への流体の流れを促進し、遠心力を利用して摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を外周側に排出する機能を奏する。
図２に示す、外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０は、外周への流体の流れを促進し、遠心力を利用して摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を外周側に排出する機能を奏する。
なお、摺動面Ｓのランド部Ｒ（摺動面の溝加工がされていない平滑部を意味する。）には、図示を省略するディンプル（円形溝等からなる溝）が適切な密度で複数設けられてもよい。このディンプルは、内部に流体を蓄積する機能、及び、摺動面間に正圧を発生する機能を有するものである。
今、コンプレッサのインペラー１が駆動され、回転軸２を介して回転側密封環４が回転されると、低速回転時においては、スパイラル溝１１の下流側の端部１１ｂ付近において正圧が発生されて摺動面がわずかに離間され、外周側の液体が徐々に摺動面Ｓに導入されて流体潤滑作用により摺動面Ｓが非接触状態に保持される一方、内周側においてはスパイラル溝１１により気体がわずかに取り込まれ、内周側への漏れは阻止される。
高速回転時においては、摺動面に導入された液体は遠心力で外周側に吹き飛ばされるため、摺動面の液体による流体潤滑作用は外周側に限定される一方、内周側においてはスパイラル溝１１により発生される動圧が大きいため気体は十分に取り込まれ、摺動面は非接触状態に維持されると共に摺動面の圧力が高められるため外周側の液体が内周側へ漏れることはない。いわゆる、ガスシールの状態にある。
このように、低速回転時及び高速回転時のいずれにおいても、外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０は、外周側の液体と内周側の気体が集中する部分から外周側への流れを促進し、摺動面Ｓに存在する摩耗粉及びダスト等の異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
高速回転時においては、摺動面に導入された液体は遠心力で外周側に吹き飛ばされるため、摺動面の液体による流体潤滑作用は外周側に限定される一方、内周側においてはスパイラル溝１１により発生される動圧が大きいため気体は十分に取り込まれ、摺動面は非接触状態に維持されると共に摺動面の圧力が高められるため外周側の液体が内周側へ漏れることはない。いわゆる、ガスシールの状態にある。
このように、低速回転時及び高速回転時のいずれにおいても、外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０は、外周側の液体と内周側の気体が集中する部分から外周側への流れを促進し、摺動面Ｓに存在する摩耗粉及びダスト等の異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
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）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７であり、他方の摺動部品は回転側密封環４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、摺動面Ｓの少なくとも一方に、上流側の端部１１ａが漏れ側と連通され、下流側の端部１１ｂが被密封流体側の周縁には非連通であって、上流側から下流側に向けて傾斜するように配設されたスパイラル溝１１、及び、上流側の端部１０ａが記漏れ側に位置すると共に下流側の端部１０ｂが被密封流体側に位置するように傾斜して配設された吐出し溝を備えることにより、摺動面Ｓ間の流体膜を増加させ、摺動面Ｓの潤滑性能を向上させると共に、摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができ、摺動面の摩耗及び漏れの発生を防止することができる。
（２）吐出し溝１０は、上流側の端部１０ａが漏れ側と非連通であって、下流側の端部１０ｂが被密封流体側と連通された外周吐出し溝タイプであることにより、摺動面Ｓ内部からの流体の流れが外周側まで形成され、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
（３）吐出し溝１０の溝深さは、スパイラル溝１１の溝深さよりも深いことにより、摩耗粉やコンタミ等の異物の排出を確実にすると共に、負圧の発生を防止し、摺動面全体の浮上力の低下を防止することができる。
（４）摺動面のランド部Ｒには、ディンプルが設けられることにより、摺動面Ｓ全体に流体を蓄積することができると共に摺動面間に正圧を発生して摺動面Ｓの潤滑性能を高めることができる。
（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７であり、他方の摺動部品は回転側密封環４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、摺動面Ｓの少なくとも一方に、上流側の端部１１ａが漏れ側と連通され、下流側の端部１１ｂが被密封流体側の周縁には非連通であって、上流側から下流側に向けて傾斜するように配設されたスパイラル溝１１、及び、上流側の端部１０ａが記漏れ側に位置すると共に下流側の端部１０ｂが被密封流体側に位置するように傾斜して配設された吐出し溝を備えることにより、摺動面Ｓ間の流体膜を増加させ、摺動面Ｓの潤滑性能を向上させると共に、摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができ、摺動面の摩耗及び漏れの発生を防止することができる。
（２）吐出し溝１０は、上流側の端部１０ａが漏れ側と非連通であって、下流側の端部１０ｂが被密封流体側と連通された外周吐出し溝タイプであることにより、摺動面Ｓ内部からの流体の流れが外周側まで形成され、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
（３）吐出し溝１０の溝深さは、スパイラル溝１１の溝深さよりも深いことにより、摩耗粉やコンタミ等の異物の排出を確実にすると共に、負圧の発生を防止し、摺動面全体の浮上力の低下を防止することができる。
（４）摺動面のランド部Ｒには、ディンプルが設けられることにより、摺動面Ｓ全体に流体を蓄積することができると共に摺動面間に正圧を発生して摺動面Ｓの潤滑性能を高めることができる。
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。
実施例２に係る摺動部品は、吐出し溝が内周吐出し溝である点で実施例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。
実施例２に係る摺動部品は、吐出し溝が内周吐出し溝である点で実施例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。
図３において、摺動面Ｓには、上流側の端部１２ａが漏れ側に位置すると共に下流側の端部１２ｂが被密封流体側に位置するように傾斜して配設された吐出し溝１２が設けられる。
吐出し溝１２は、一定の幅を有し、径方向に延びており、相対摺動により、上流側の端部１２ａから下流側の端部１２ｂに向けて流体が流れ易いように傾斜して設けられるものであって、たとえば、スパイラル状あるいは矩形状をなしている。
吐出し溝１２の溝深さはスパイラル溝１１の溝深さに比べて深く設定される。
吐出し溝１２は、一定の幅を有し、径方向に延びており、相対摺動により、上流側の端部１２ａから下流側の端部１２ｂに向けて流体が流れ易いように傾斜して設けられるものであって、たとえば、スパイラル状あるいは矩形状をなしている。
吐出し溝１２の溝深さはスパイラル溝１１の溝深さに比べて深く設定される。
図３の場合、吐出し溝１２は、上流側の端部１２ａが漏れ側と連通され、下流側の端部１２ｂが被密封流体側と非連通の「内周吐出し溝タイプ」である。
吐出し溝１２はスパイラル溝１１の周方向の間に配設され、その下流側の端部１２ｂは、スパイラル溝１１より外周側まで延びている。
吐出し溝１２はスパイラル溝１１の周方向の間に配設され、その下流側の端部１２ｂは、スパイラル溝１１より外周側まで延びている。
図３に示す、内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２は、上流側の端部１２ａが漏れ側と連通されているため、漏れ側の流体を積極的に摺動面Ｓにポンピングすることができ、内周から摺動面Ｓへの流体の流れを促進し、遠心力を利用して摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を外周側に排出する機能を奏することができる。
また、吐出し溝１２の下流側の端部１４ｂがスパイラル溝１１より外周側まで延びているため、外周側の液体と内周側の気体が集中する高圧力の部分から外周側への流れを促進することができる。
また、吐出し溝１２の下流側の端部１４ｂがスパイラル溝１１より外周側まで延びているため、外周側の液体と内周側の気体が集中する高圧力の部分から外周側への流れを促進することができる。
以上説明した実施例２の構成によれば、特に、以下のような効果を奏する。
（１）吐出し溝１２は、上流側の端部１２ａが漏れ側と連通され、下流側の端部１２ｂが被密封流体側と非連通の内周吐出し溝タイプであることにより、漏れ側の流体を積極的に摺動面Ｓにポンピングすることができ、内周から摺動面Ｓへの流体の流れを促進し、遠心力を利用して摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を外周側に排出することができる。
（２）吐出し溝１２の下流側の端部１２ｂがスパイラル溝１１より外周側まで延びているため、外周側の液体と内周側の気体が集中する高圧力の部分から外周側への流れを促進す
ることができる。
（１）吐出し溝１２は、上流側の端部１２ａが漏れ側と連通され、下流側の端部１２ｂが被密封流体側と非連通の内周吐出し溝タイプであることにより、漏れ側の流体を積極的に摺動面Ｓにポンピングすることができ、内周から摺動面Ｓへの流体の流れを促進し、遠心力を利用して摺動面Ｓに存在する摩耗粉やコンタミ等の異物を外周側に排出することができる。
（２）吐出し溝１２の下流側の端部１２ｂがスパイラル溝１１より外周側まで延びているため、外周側の液体と内周側の気体が集中する高圧力の部分から外周側への流れを促進す
ることができる。
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。
実施例３に係る摺動部品は、吐出し溝として外周吐出し溝タイプと内周吐出し溝タイプとの両者を備える点で実施例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。
実施例３に係る摺動部品は、吐出し溝として外周吐出し溝タイプと内周吐出し溝タイプとの両者を備える点で実施例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。
図４において、摺動面Ｓには、外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０と、内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２との両者が設けられている。
図４の場合、上流側の外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０と下流側の内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２との間に１個のスパイラル溝１１を挟み、当該内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２とその下流側の外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０との間に２個のスパイラル溝１１を挟むようにして１２等配で配設されているが、これに限定されるものではない。
たとえば、上流側の外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０と下流側の内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２との間に２個のスパイラル溝１１を挟み、当該内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２とその下流側の外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０との間に１個のスパイラル溝１１を挟むようにしてもよく、また、１２等配以上あるいは以下でもよく、要は、周方向において適度に分散して配設されてもいればよい。
たとえば、上流側の外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０と下流側の内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２との間に２個のスパイラル溝１１を挟み、当該内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２とその下流側の外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０との間に１個のスパイラル溝１１を挟むようにしてもよく、また、１２等配以上あるいは以下でもよく、要は、周方向において適度に分散して配設されてもいればよい。
以上説明した実施例３の構成によれば、特に、内周吐出し溝タイプの吐出し溝１２により漏れ側の流体を積極的に摺動面Ｓにポンピングすることができ、内周から摺動面Ｓへの流体の流れを促進することができると共に、外周吐出し溝タイプの吐出し溝１０により摺動面Ｓ内部からの流体の流れを外周側まで形成することができるので、より一層、確実に異物を摺動面内から被密封流体側に排出することができる。
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。
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。
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。
また、例えば、前記実施例では、吐出し溝１０、１２及びスパイラル溝１１の形状がスパイラル形状（螺旋形状）である場合について説明したが、これに限らず、たとえば、上流側の端部と下流側の端部を結ぶ両側の線が直線状であってスパイラル形状と同様に傾斜して配設されたものもでもよい。
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 回転側密封環
８ コイルドウェーブスプリング
１０ 吐出し溝（外周吐出し溝タイプ）
１０ａ 上流側の端部
１０ｂ 下流側の端部
１１ スパイラル溝
１１ａ 上流側の端部
１１ｂ 下流側の端部
１２ 吐出し溝（内周吐出し溝タイプ）
１２ａ 上流側の端部
１２ｂ 下流側の端部
Ｓ 摺動面
Ｒ ランド部
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 回転側密封環
８ コイルドウェーブスプリング
１０ 吐出し溝（外周吐出し溝タイプ）
１０ａ 上流側の端部
１０ｂ 下流側の端部
１１ スパイラル溝
１１ａ 上流側の端部
１１ｂ 下流側の端部
１２ 吐出し溝（内周吐出し溝タイプ）
１２ａ 上流側の端部
１２ｂ 下流側の端部
Ｓ 摺動面
Ｒ ランド部
Claims (3)
- 互いに相対摺動する摺動面を有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、前記摺動部品の被密封流体側の液体又はミスト状の流体が前記摺動部品の漏れ側へ漏洩するのをシールするものであって、
前記摺動面の少なくとも一方に、上流側の端部が前記漏れ側と連通され、下流側の端部が前記被密封流体側の周縁には非連通であって、上流側から下流側に向けて傾斜するように配設されたスパイラル溝、及び、上流側の端部が前記漏れ側に位置すると共に下流側の端部が前記被密封流体側に位置するように傾斜して配設された吐出し溝を備え、
前記吐出し溝は、上流側の端部が前記漏れ側と非連通であって、下流側の端部が前記被密封流体側と連通された外周吐出し溝タイプであり、
前記吐出し溝は、前記摺動面のランド部に囲まれており、前記摺動部品の外周側面と前記ランド部により隔離されていることを特徴とする摺動部品。 - 前記吐出し溝の溝深さは、前記スパイラル溝の溝深さよりも深いことを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
- 前記ランド部には、ディンプルが設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部品。
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