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WO2014148316A1 - 摺動部品 - Google Patents

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Info

Publication number
WO2014148316A1
WO2014148316A1 PCT/JP2014/056321 JP2014056321W WO2014148316A1 WO 2014148316 A1 WO2014148316 A1 WO 2014148316A1 JP 2014056321 W JP2014056321 W JP 2014056321W WO 2014148316 A1 WO2014148316 A1 WO 2014148316A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
groove
pressure
pressure generating
sliding
negative pressure
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/056321
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄一郎 徳永
壮敏 板谷
和正 砂川
Original Assignee
イーグル工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by イーグル工業株式会社 filed Critical イーグル工業株式会社
Priority to JP2015506711A priority Critical patent/JP6204974B2/ja
Priority to CN201480002837.8A priority patent/CN104769340B/zh
Priority to EP14767316.4A priority patent/EP2977654B1/en
Priority to US14/439,192 priority patent/US9322436B2/en
Priority to AU2014239820A priority patent/AU2014239820B2/en
Publication of WO2014148316A1 publication Critical patent/WO2014148316A1/ja

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/74—Sealings of sliding-contact bearings
    • F16C33/741—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid
    • F16C33/748—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid flowing to or from the sealing gap, e.g. vacuum seals with differential exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Definitions

  • the present invention relates to a sliding part suitable for a sliding part, for example, a mechanical seal, a bearing, and the like.
  • the present invention relates to a sliding component such as a seal ring or a bearing that requires a fluid to be interposed in the sliding surface to reduce friction and prevent fluid from leaking from the sliding surface.
  • a mechanical seal which is an example of a sliding component
  • its performance is evaluated by a leakage amount, a wear amount, and a torque.
  • the performance is improved by optimizing the sliding material and sliding surface roughness of the mechanical seal, and low leakage, long life, and low torque are realized.
  • further improvement in the performance of mechanical seals is required, and technical development that exceeds the framework of conventional techniques is required.
  • the present applicant has patented an invention of a sliding component that does not leak when stationary, operates at the beginning of rotation, including fluid lubrication, prevents leakage, and achieves both sealing and lubrication. (Hereinafter referred to as “prior art”; see Patent Document 1).
  • the outer peripheral side of the annular sliding member 31 is the high-pressure fluid side
  • the inner peripheral side is the low-pressure fluid side
  • the high-pressure side of the sliding surface 32 is
  • the groove portion 35 of the Rayleigh step mechanism 33 constituting the positive pressure generating mechanism is provided on the low pressure side
  • the groove portion 36 of the reverse Rayleigh step mechanism 34 constituting the negative pressure generating mechanism is provided on the low pressure side.
  • the groove 35, the pressure relief groove 45, and the groove 36 are communicated to the high pressure fluid side through the radial groove 37, and are separated from the low pressure fluid side by the seal surface 38.
  • the sliding component a sliding component having a shape in which the radial groove 37 is inclined from the inner peripheral side communicating with the groove portion 36 toward the outer peripheral side in the rotational direction of the mating sliding surface has been proposed.
  • the fluid on the sliding surface 32 is discharged in the direction indicated by the arrow 46.
  • the groove depth of the groove portion 35 and the groove portion 36 is about several ⁇ m
  • the depth of the radial groove 37 and the pressure release groove 45 is about 10 ⁇ m
  • the groove of the radial groove 37 and the pressure release groove 45 is The depth is sufficiently deeper than the groove depths of the groove part 35 and the groove part 36.
  • the above-described conventional technique is extremely excellent in that it does not leak at rest, operates in fluid lubrication at the time of rotation including the initial stage of rotation, prevents leakage, and achieves both sealing and lubrication.
  • the outer peripheral side of the radial groove 37 is orthogonal to the tangent to the outer peripheral portion, and the inner peripheral side communicating with the groove portion 36 is The shape is set to be inclined only in the rotation direction of the mating sliding surface. For this reason, it is difficult to take in fluid from the radial groove. For example, when foreign matter or air bubbles are taken into the sliding surface, leakage of the sliding surface, wear or burnout due to frictional heat generation, etc. occur. It has been confirmed by the present inventor that the function of the device may be degraded.
  • the present invention was made in order to improve the problematic points while taking advantage of the advantages of the prior art.
  • the sliding surface is positively made compatible with the conflicting conditions of sealing and lubrication. Even when foreign matter or bubbles are taken into the sliding surface, the sealing function of the sliding surface is maintained over a long period of time by preventing the sliding surface from leaking and wear or burning due to frictional heat generation.
  • An object of the present invention is to provide a sliding part that can be made to move.
  • a second object of the present invention is to provide a sliding component capable of increasing the limit of the pressure that can be sealed and improving the seal pressure resistance.
  • the sliding component of the present invention is firstly provided with a positive pressure generating groove on the high pressure side of one sliding surface of the sliding component composed of a pair of annular bodies that slide relative to each other.
  • the positive pressure generating mechanism is provided with a negative pressure generating mechanism having a negative pressure generating groove on the low pressure side, and a pressure release groove and the positive pressure generating groove between the positive pressure generating groove and the negative pressure generating groove.
  • a radial groove that connects the pressure generating groove, the pressure releasing groove, and the negative pressure generating groove to the high pressure fluid side is provided, and the positive pressure generating groove, the pressure releasing groove, the negative pressure generating groove, and the radial groove are defined as the low pressure fluid side.
  • the radial groove includes an upstream side of the positive pressure generating groove and an inlet portion communicating the pressure release groove with the high pressure fluid side, and a downstream side of the negative pressure generating groove. And an outlet portion that communicates the pressure release groove to the high-pressure fluid side, the inlet portion and the outlet Is inclined in a direction of opening each toward the low pressure side to the high pressure side, the angle of intersection with respect to the tangent at the sliding surface end of the both are characterized by being set at an obtuse angle.
  • the inlet portion and the outlet portion of the radial groove are inclined to open in the direction from the low pressure side to the high pressure side, and the angle of intersection with respect to the tangent at the sliding surface end is set to an obtuse angle. Therefore, the fluid is easily taken into the inlet portion from the high-pressure fluid side, and the fluid on the sliding surface is easily discharged from the outlet portion. For this reason, the flow of fluid in the passage composed of the inlet portion, the pressure release groove and the outlet portion is generated, and foreign matter and bubbles are prevented from staying in the passage, and wear and burnout due to leakage of the sliding surface and frictional heat generation. By preventing the above, the sealing function of the sliding surface can be maintained for a long period of time.
  • the inclined outlet portion is formed as it is extended to the inner peripheral side, so that it communicates with the negative pressure generating groove. Also in the inner peripheral part, the flow of fluid is generated, and foreign matters and bubbles are prevented from staying in the inner peripheral part.
  • the sliding part of the present invention is secondly characterized in that, in the first feature, the outlet portion is formed in a spiral shape from the low pressure side to the high pressure side. According to this feature, the pressure on the low pressure side can be reduced. As a result, the sealable limit pressure can be made higher than that of the sliding component according to the prior art, and the seal pressure resistance can be improved.
  • the portion communicating with the negative pressure generating groove of the outlet portion is the positive pressure generating groove or the negative pressure generating groove. It is characterized in that it is formed to have a depth greater than or equal to the depth of and less than the depth of the other portion of the radial groove.
  • the portion communicating with the negative pressure generating groove at the outlet of the radial groove functions as a negative pressure generating mechanism, and the internal pressure of the portion communicating with the negative pressure generating groove can be kept low. .
  • the limit pressure that can be sealed can be made higher than that of the sliding component according to the prior art, and the seal pressure resistance can be improved.
  • the high pressure side positive pressure generating mechanism is formed of a Rayleigh step mechanism, and the low pressure side negative pressure is
  • the generation mechanism is formed from a reverse Rayleigh step mechanism, and the pressure release groove is formed from a circumferential groove, and the Rayleigh step mechanism and the reverse Rayleigh step mechanism are parallel to the circumferential direction with the pressure release groove interposed therebetween.
  • a plurality of pairs are provided so as to form a pair, and the Rayleigh step is also provided between the upstream outlet portion and the adjacent downstream inlet portion, and the reverse Rayleigh is provided between the adjacent outlet portions.
  • the step mechanism is extended, and is characterized by claim 1 or 2. According to this feature, in the circumferential direction of the sliding surface, positive pressure is generated substantially continuously on the high pressure side, and negative pressure is generated substantially continuously on the low pressure side, thereby preventing lubrication and leakage. Can be further improved.
  • the present invention has the following excellent effects.
  • (1) The inlet portion and the outlet portion of the radial groove are inclined to open in the direction from the low pressure side to the high pressure side, and the angle of intersection with respect to the tangent at the sliding surface end is set to an obtuse angle. Fluid is easily taken into the part from the high-pressure fluid side, and fluid on the sliding surface is easily discharged from the outlet part. For this reason, the flow of fluid in the passage composed of the inlet portion, the pressure release groove and the outlet portion is generated, and foreign matter and bubbles are prevented from staying in the passage, and wear and burnout due to leakage of the sliding surface and frictional heat generation. By preventing the above, the sealing function of the sliding surface can be maintained for a long period of time.
  • the inclined outlet portion is formed as it is extended to the inner peripheral side, so that it communicates with the negative pressure generating groove. Also in the inner peripheral part, the flow of fluid is generated, and foreign matters and bubbles are prevented from staying in the inner peripheral part.
  • the portion communicating with the negative pressure generating groove at the outlet of the radial groove is greater than the depth of the positive pressure generating groove or the negative pressure generating groove and is shallower than the depth of the other portion of the radial groove.
  • the portion communicating with the negative pressure generating groove at the outlet of the radial groove functions as a negative pressure generating mechanism, and the internal pressure of the portion communicating with the negative pressure generating groove can be kept low.
  • the limit pressure that can be sealed can be made higher than that of the sliding component according to the prior art, and the seal pressure resistance can be improved.
  • the positive pressure generating mechanism on the high pressure side is formed from the Rayleigh step mechanism
  • the negative pressure generating mechanism on the low pressure side is formed from the reverse Rayleigh step mechanism
  • the pressure release groove is formed from the circumferential groove.
  • a plurality of step mechanisms and reverse Rayleigh step mechanisms are provided so as to form a pair parallel to the circumferential direction across the pressure release groove, and between the upstream outlet portion and the adjacent downstream inlet portion. Since the Rayleigh step is provided and the reverse Rayleigh step mechanism is extended between adjacent outlet portions, a positive pressure is applied so as to be substantially continuous on the high pressure side in the circumferential direction of the sliding surface. In addition, a negative pressure is generated substantially continuously on the low pressure side, so that both lubrication and leakage prevention can be further achieved.
  • FIG. 1A and 1B show a sliding surface of a sliding component according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a plan view of the sliding surface, and FIG. 2B is a partial oblique view of the sliding surface.
  • FIG. 5A is a Rayleigh step mechanism
  • FIG. 5B is a perspective view of a part of the sliding surface.
  • FIG. 5A is a plan view of the sliding surface
  • FIG. 5B is a perspective view of a part of the sliding surface.
  • Example 1 of this invention With reference to FIG. 1 thru
  • a mechanical seal which is an example of a sliding component will be described as an example.
  • the outer peripheral side of the sliding component which comprises a mechanical seal is demonstrated as a high pressure fluid side (sealed fluid side) and an inner peripheral side is a low pressure fluid side (atmosphere side), this invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to the case where the high-pressure fluid side and the low-pressure fluid side are reversed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal, which is an inside type that seals a sealed fluid on a high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction.
  • annular ring which is one sliding component provided on the rotary shaft 1 side for driving a pump impeller (not shown) on the high pressure fluid side via a sleeve 2 so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 1.
  • a ring-shaped stationary ring 5 which is the other sliding part provided in the pump housing 4 in a non-rotating state and movable in the axial direction, and the stationary ring 5 is moved in the axial direction.
  • FIG. 2 shows a sliding surface of the sliding component according to the first embodiment of the present invention.
  • the present invention is basically the same when the present invention is applied to the sliding surface of the rotating ring 3, but in that case, the radial groove only needs to communicate with the high-pressure fluid side (sealed fluid side). It does not need to be provided up to the outer peripheral side of the sliding surface.
  • a positive pressure generating mechanism 10 having a positive pressure generating groove 11 is provided on the high pressure side of the sliding surface S of the stationary ring 5, and a negative pressure generating mechanism 12 having a negative pressure generating groove 13 is provided on the low pressure side. . Further, a pressure release groove 14 is provided between the positive pressure generating groove 11 and the negative pressure generating groove 13, and the positive pressure generating groove 11, the pressure releasing groove 14 and the negative pressure generating groove 13 are communicated with the high pressure fluid side. A radial groove 15 is provided. The positive pressure generation groove 11, the pressure release groove 14, the negative pressure generation groove 13, and the radial groove 15 are separated from the low pressure fluid side by a low pressure side seal surface 16.
  • the positive pressure generating mechanism 10 on the outer peripheral side is formed of a Rayleigh step mechanism
  • the negative pressure generating mechanism 12 on the inner peripheral side is formed of a reverse Rayleigh step mechanism
  • the pressure release groove 14 has a circumferential shape.
  • a plurality of Rayleigh step mechanisms and reverse Rayleigh step mechanisms are provided so as to be paired in parallel with the circumferential direction across the pressure release groove 14. The Rayleigh step mechanism and the reverse Rayleigh step mechanism will be described in detail later.
  • the radial groove 15 includes an inlet portion 15a communicating the upstream side of the positive pressure generating groove 11 and the pressure release groove 14 to the high pressure fluid side, and the downstream side of the negative pressure generating groove 13 and the pressure release groove 14 on the high pressure fluid side.
  • the inlet portion 15a and the outlet portion 15b are inclined in the direction of opening from the low pressure side toward the high pressure side, and the angle of intersection ⁇ formed with the tangent m at the end of the sliding surface is an obtuse angle.
  • Is set to The intersection angle ⁇ with respect to the tangent m of the inlet portion 15a and the outlet portion 15b takes into consideration the diameter of the sliding component, the width of the sliding surface, the number of the inlet portions 15a and the outlet portions 15b, the type of fluid to be sealed, pressure, temperature, and the like.
  • the fluid is set to an optimum value so that the fluid easily enters the inlet portion 15a and is easily discharged from the outlet portion 15b.
  • the inlet portion 15a and the outlet portion 15b are opened symmetrically, and the intersection angle ⁇ with each tangent m is about 140 °.
  • the inlet portion 15a and the outlet portion 15b may be opened asymmetrically.
  • the inlet portion 15a and the outlet portion 15b are not limited to a straight line shape, and may be a curved line shape such as an arc shape. In the case of a straight line shape, each connection portion with the pressure release groove 14 is formed in a smooth arc shape. May be.
  • the positive pressure generating mechanism 10 sucks fluid from the high-pressure fluid side via the inlet portion 15a of the radial groove 15 on the upstream side, generates positive pressure, and the interval between the sliding surfaces that slide relative to each other due to the generated positive pressure. And a liquid film is formed on the sliding surface to improve lubricity.
  • the pressure release groove 14 releases the dynamic pressure (positive pressure) generated by the positive pressure generating mechanism 10 on the high pressure side, for example, the Rayleigh step mechanism, to the pressure of the high pressure side fluid, so that the fluid is negative pressure on the low pressure side. This is to prevent the negative pressure generating mechanism 12 from being weakened by flowing into the generating mechanism 12, for example, the reverse Rayleigh step mechanism, and the pressure generated by the positive pressure generating mechanism 10 on the high pressure side is reduced.
  • the fluid that is about to flow into the side is guided to the pressure release groove 14 and escapes to the high pressure fluid side through the radial groove 15.
  • the negative pressure generating mechanism 12 generates cavitation as a result of generating negative pressure, and the internal pressure of the cavitation is lower than atmospheric pressure, resulting in a negative pressure gradient at the low pressure side end, and the sliding surface
  • suction occurs on the inner peripheral side of the gas
  • the pressure inside the negative pressure generating mechanism 12 becomes lower than the low-pressure side fluid pressure (atmospheric pressure).
  • suction occurs on the inner peripheral side of the sliding surface, and leakage from the high pressure fluid side to the low pressure fluid side is prevented.
  • the fluid sucked into the negative pressure generating mechanism 12 is discharged to the high pressure fluid side via the outlet portion 15b of the radial groove 15 connected to the high pressure fluid side on the downstream side.
  • the depth and width of the positive pressure generating groove 11, the negative pressure generating groove 13, the pressure releasing groove 14 and the radial groove 15 are the diameter of the sliding component, the sliding surface width and the relative moving speed, and the sealing and lubricating conditions. It is of a nature that is appropriately determined according to the above. As an example, when the diameter of the sliding part is about 20 mm and the sliding surface width is about 2 mm, the width of the positive pressure generating groove 11 and the negative pressure generating groove 13 is 0.4 to 0.6 mm, and the depth is several The width of the inner peripheral seal surface 16 is 0.2 to 0.4 mm. The widths of the pressure release groove 14 and the radial groove 15 are sufficient to allow the high-pressure fluid to escape to the high-pressure fluid side, and the depth is several tens ⁇ m to several hundreds ⁇ m.
  • the inlet portion 15a and the outlet portion 15b of the radial groove 15 are inclined so as to open from the low pressure side to the high pressure side, respectively, and the intersecting angle ⁇ formed with the tangent m at the end portions of both sliding surfaces becomes an obtuse angle.
  • the fluid is easily taken into the inlet portion 15a from the high-pressure fluid side, and the fluid on the sliding surface is easily discharged from the outlet portion 15b.
  • channel 14, and the outlet part 15b arises, and it is prevented that a foreign material and a bubble remain in the said channel
  • the inner peripheral side portion 15c communicated with the negative pressure generating groove 13 of the outlet portion 15b of the radial groove 15 is formed in a form in which the inclined outlet portion 15b is extended to the inner peripheral side as it is. Also in the inner peripheral side portion 15c communicating with the pressure generating groove 13, as shown by the arrow 17, a fluid flow is generated, and foreign matter and bubbles are prevented from staying in the inner peripheral side portion 15c.
  • a Rayleigh step mechanism 10 ′ that is a positive pressure generating mechanism is also provided between the upstream outlet portion 15 b and the adjacent downstream inlet portion 15 a.
  • the reverse Rayleigh step mechanism which is the negative pressure generation mechanism 12 is extended over between the adjacent exit parts 15b. For this reason, in the circumferential direction of the sliding surface S, a positive pressure is generated substantially continuously on the outer peripheral side, and a negative pressure is generated substantially continuously on the inner peripheral side to prevent lubrication and leakage prevention. A better balance will be achieved.
  • the inlet portion 15a and the outlet portion 15b of the radial groove 15 are inclined in the direction of opening from the low pressure side to the high pressure side, respectively, and both sliding surface end portions are provided. Is set to an obtuse angle, the fluid is easily taken into the inlet portion 15a from the high-pressure fluid side, and the fluid on the sliding surface is easily discharged from the outlet portion 15b. For this reason, as shown by the arrow 17, the flow of the fluid in the channel
  • the inner peripheral side portion 15c communicating with the negative pressure generating groove 13 of the radial groove 15 outlet portion 15b is formed in a form in which the inclined outlet portion 15b is extended to the inner peripheral side as it is, the negative pressure Also in the inner peripheral side portion 15c communicated with the generation groove 13, as shown by the arrow 18, a fluid flow is generated, and foreign matter and bubbles are prevented from staying in the inner peripheral side portion 15c.
  • a Rayleigh step mechanism that is the positive pressure generating mechanism 10 is provided between the upstream outlet portion 15b and the adjacent downstream inlet portion 15a, and the negative pressure generating mechanism 12 extends between the adjacent outlet portions 15b.
  • FIG. 3 (a) the rotating ring 3 and the stationary ring 5 which are opposed sliding parts slide relative to each other as indicated by arrows.
  • a Rayleigh step 11a is formed on the sliding surface of the stationary ring 5 so as to be perpendicular to the relative movement direction and face the upstream side, and on the upstream side of the Rayleigh step 11a, the groove portion 11 which is a positive pressure generating groove. Is formed.
  • the sliding surfaces of the opposed rotating ring 3 and stationary ring 5 are flat.
  • the rotating ring 3 and the stationary ring 5 which are sliding parts facing each other slide relative to each other as indicated by the arrows.
  • a reverse Rayleigh step 13a is formed perpendicular to the relative movement direction and facing the downstream side, and a groove portion 13 which is a negative pressure generating groove is formed on the downstream side of the reverse Rayleigh step 13a.
  • the sliding surfaces of the opposed rotating ring 3 and stationary ring 5 are flat.
  • a negative pressure (dynamic pressure) as indicated by a broken line is generated due to the presence of the reverse Rayleigh step 13a.
  • Reference numerals 15a and 15b denote inlet and outlet portions of the radial groove 15, and R denotes a land portion constituting the seal surface S.
  • the outlet 15b of the radial groove 15 is formed in a spiral shape from the low pressure side (inner peripheral side in FIG. 4) to the high pressure side (outer peripheral side in FIG. 4) in order to lower the pressure on the low pressure side. .
  • the portion 15 c that communicates with the negative pressure generating groove of the outlet portion 15 b of the radial groove 15 is not less than the depth of the positive pressure generating groove 11 or the negative pressure generating groove 13 and is the other portion of the radial groove 15. It is formed shallower than the depth.
  • the depth of the portion 15c communicated with the negative pressure generating groove is 1 to 5 times the depth of the positive pressure generating groove 11 or the negative pressure generating groove 13.
  • the depth of the portion 15c communicating with the negative pressure generating groove is 2 ⁇ m and the depth of the outlet portion 15b of the radial groove 15 is 100 ⁇ m
  • the depth of the portion 15c communicating with the negative pressure generating groove is It can be considered to be about 2 to 10 ⁇ m.
  • the portion 15 c communicating with the negative pressure generating groove is formed to the same depth as the negative pressure generating groove 13.
  • the portion 15c communicating with the negative pressure generating groove of the outlet portion 15b of the radial groove 15 is formed to have a depth 1 to 5 times the depth of the negative pressure generating groove 13, the portion 15c communicates with the negative pressure generating groove.
  • the portion 15c to be operated functions as a negative pressure generating mechanism, and the internal pressure of the portion 15c communicated with the negative pressure generating groove can be kept low.
  • the outlet portion 15b is formed in a spiral shape from the low pressure side to the high pressure side, it is possible to further increase the limit pressure that can be sealed as compared with the sliding component according to the prior art.
  • the seal pressure resistance performance can be improved.
  • the present invention can also be applied to a case where the inner peripheral side is a high-pressure fluid.
  • the positive pressure generating mechanism, the negative pressure generating mechanism, the pressure release groove, and the radial groove are provided in the stationary ring of the mechanical seal constituting the sliding part.
  • it may be provided on the rotating ring.
  • a positive pressure generating mechanism may be provided in one sliding ring
  • a negative pressure generating mechanism may be provided in the other sliding ring
  • a pressure release groove and a radial groove may be provided in any of the sliding rings.
  • inlet portions and outlet portions of the radial groove there are six inlet portions and outlet portions of the radial groove, and 6 Rayleigh steps are provided as a positive pressure generating mechanism provided in a portion surrounded by the radial groove and the pressure release groove.
  • 6 Rayleigh steps are provided as a positive pressure generating mechanism provided in a portion surrounded by the radial groove and the pressure release groove.
  • the present invention is not limited to this, and there may be fewer, for example four, and more, for example, eight. It may be 12 or 12 sheets.
  • the positive pressure generating mechanism is configured by the Rayleigh step mechanism.
  • the present invention is not limited thereto, and may be configured by, for example, a spiral groove or dimple. Any mechanism that generates positive pressure may be used.
  • the negative pressure generating mechanism is configured by a reverse Rayleigh step has been described, the present invention is not limited thereto, and may be configured by, for example, a reverse spiral groove.

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Abstract

　密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面に積極的に流体を取り入れ、摺動面に異物や気泡が取り込まれた場合でも、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等を防止する。　一対の環状体からなる摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面の高圧側には正圧発生溝１１を備えた正圧発生機構１０が、低圧側には負圧発生溝１３を備えた負圧発生機構１２が設けられるとともに、正圧発生溝１０と負圧発生溝１２との間に圧力開放溝１４、及び、正圧発生溝１１、圧力開放溝１４及び負圧発生溝１３を高圧流体側に連通する半径方向溝１５が設けられ、半径方向溝１５は、正圧発生溝１１の上流側及び圧力開放溝１４を高圧流体側に連通する入口部１５ａと、負圧発生溝１３の下流側及び圧力開放溝１４を高圧流体側に連通する出口部１５ｂとから構成され、入口部１５ａ及び出口部１５ｂは低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線ｍとなす交角θが鈍角に設定されていることを特徴としている。

Description

摺動部品
　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、本出願人は、静止時に漏れず、回転初期を含み回転時には流体潤滑で作動するとともに漏れを防止し、密封と潤滑とを両立させることのできる摺動部品の発明を特許出願している（以下、「従来技術」という。特許文献１参照）。 
　この従来技術の一実施形態として、図５に示すような、環状体からなる摺動部品３１の外周側が高圧流体側、内周側が低圧流体側であって、摺動面３２の高圧側には正圧発生機構を構成するレイリーステップ機構３３のグルーブ部３５が、低圧側には負圧発生機構を構成する逆レイリーステップ機構３４のグルーブ部３６が設けられるとともに、グルーブ部３５とグルーブ部３６との間に圧力開放溝４５が設けられ、グルーブ部３５、圧力開放溝４５及びグルーブ部３６は半径方向溝３７を介して高圧流体側に連通され、低圧流体側とはシール面３８により隔離されている摺動部品において、半径方向溝３７がグルーブ部３６に連通する内周側から外周側に向けて相手摺動面の回転方向に向かって傾斜する形状の摺動部品が提案されている。この実施形態の場合、摺動面３２の流体は矢印４６で示す方向に排出される。また、グルーブ部３５及びグルーブ部３６の溝深さは約数μｍ、半径方向溝３７及び圧力開放溝４５の溝深さは約十μｍであって、半径方向溝３７及び圧力開放溝４５の溝深さはグルーブ部３５及びグルーブ部３６の溝深さより十分に深いものとされている。 
国際公開第２０１２／０４６７４９号
　しかし、上記の従来技術は、静止時に漏れず、回転初期を含み回転時には流体潤滑で作動するとともに漏れを防止し、密封と潤滑とを両立させることのできるようにした点できわめて優れたものであるが、摺動面に取り込まれた異物や気泡の排出について考慮されていないため、半径方向溝３７の外周側は外周部の接線に対して直交し、グルーブ部３６に連通する内周側は相手摺動面の回転方向に向かってのみ傾斜する形状に設定されている。このため、半径方向溝からの流体の取り入れに難があり、例えば、摺動面に異物や気泡が取り込まれた場合、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等が発生し、メカニカルシールの機能が低下するおそれのあることが本発明者において確認された。 
　本発明は、従来技術の長所を生かしつつ、その問題となる点を改良するために行われたものであり、第１に、密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面に積極的に流体を取り入れ、摺動面に異物や気泡が取り込まれた場合でも、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等を防止することにより、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持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。 
　また、本発明は、第２に、密封可能な圧力の限界を高め、耐シール圧力性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。 
　上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第１に、一対の環状体からなる摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面の高圧側には正圧発生溝を備えた正圧発生機構が、低圧側には負圧発生溝を備えた負圧発生機構が設けられるとともに、前記正圧発生溝と前記負圧発生溝との間に圧力開放溝、及び、前記正圧発生溝、圧力開放溝及び負圧発生溝を高圧流体側に連通する半径方向溝が設けられ、前記正圧発生溝、圧力開放溝、負圧発生溝及び半径方向溝は低圧流体側とはシール面により隔離されている摺動部品において、前記半径方向溝は、前記正圧発生溝の上流側及び前記圧力開放溝を高圧流体側に連通する入口部と、前記負圧発生溝の下流側及び圧力開放溝を高圧流体側に連通する出口部とから構成され、前記入口部及び前記出口部は低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線に対する交角が鈍角に設定されることを特徴としている。 
　この特徴によれば、半径方向溝の入口部と出口部とが低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線に対する交角が鈍角に設定されることにより、入口部には高圧流体側から流体が取り込まれ易く、また、出口部からは摺動面の流体が吐き出され易い。このため、入口部、圧力開放溝及び出口部から構成される通路における流体の流れが生じ、当該通路内部に異物や気泡が留まることが防止され、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等を防止することにより、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることができる。 
　また、半径方向溝出口部の負圧発生溝に連通される内周側部分においても、傾斜された出口部がそのまま内周側に延長された形で形成されるため、負圧発生溝に連通される内周側部分においても、流体の流れが生じ、当該内周側部分に異物や気泡が留まることが防止される。 
　また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記出口部は前記低圧側から前記高圧側にかけてスパイラル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、低圧側の圧力を降下させることができる。その結果、従来技術に係る摺動部品よりも、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。 
　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、前記出口部の前記負圧発生溝に連通される部分が、前記正圧発生溝又は前記負圧発生溝の深さ以上であって前記半径方向溝の他の部分の深さより浅くより形成されることを特徴としている。 
　この特徴によれば、半径方向溝の出口部の負圧発生溝に連通される部分が負圧発生機構として機能し、該負圧発生溝に連通される部分の内部圧力を低く保つことができる。その結果、上記第２の特徴と併せて、より一層、従来技術に係る摺動部品よりも、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。 
　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、前記高圧側の正圧発生機構がレイリーステップ機構から形成され、また、前記低圧側の負圧発生機構が逆レイリーステップ機構から形成されるとともに、前記圧力開放溝が円周溝から形成され、前記レイリーステップ機構及び前記逆レイリーステップ機構は前記圧力開放溝を挟んで円周方向に平行して対をなすように複数設けられるとともに、上流側の前記出口部と隣接する下流側の前記入口部との間にも前記レイリーステップが設けられ、また、隣接する前記出口部の間にわたって前記逆レイリーステップ機構が延設されてなることを特徴とする請求項１又は２を特徴としている。 
　この特徴によれば、摺動面の周方向において、高圧側にはほぼ連続するように正圧が発生され、また、低圧側にはほぼ連続するように負圧が発生され、潤滑及び漏れ防止の両立を一層図ることができる。 
　本発明は、以下のような優れた効果を奏する。 
（１）半径方向溝の入口部と出口部とが低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線に対する交角が鈍角に設定されることにより、入口部には高圧流体側から流体が取り込まれ易く、また、出口部からは摺動面の流体が吐き出され易い。このため、入口部、圧力開放溝及び出口部から構成される通路における流体の流れが生じ、当該通路内部に異物や気泡が留まることが防止され、摺動面の漏れ及び摩擦発熱による摩耗や焼損等を防止することにより、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることができる。 
　また、半径方向溝出口部の負圧発生溝に連通される内周側部分においても、傾斜された出口部がそのまま内周側に延長された形で形成されるため、負圧発生溝に連通される内周側部分においても、流体の流れが生じ、当該内周側部分に異物や気泡が留まることが防止される。 
（２）半径方向溝の出口部が低圧側から高圧側にかけてスパイラル状に形成されることにより、低圧側の圧力をより降下させることができる。その結果、従来技術に係る摺動部品よりも、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。 
（３）半径方向溝の出口部の負圧発生溝に連通される部分が、正圧発生溝又は負圧発生溝の深さ以上であって半径方向溝の他の部分の深さより浅くより形成されることにより、半径方向溝の出口部の負圧発生溝に連通される部分が負圧発生機構として機能し、該負圧発生溝に連通される部分の内部圧力を低く保つことができる。その結果、上記第２の特徴と併せて、より一層、従来技術に係る摺動部品よりも、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。 
（４）高圧側の正圧発生機構がレイリーステップ機構から形成され、また、低圧側の負圧発生機構が逆レイリーステップ機構から形成されるとともに、圧力開放溝が円周溝から形成され、レイリーステップ機構及び前記逆レイリーステップ機構は圧力開放溝を挟んで円周方向に平行して対をなすように複数設けられるとともに、上流側の出口部と隣接する下流側の入口部との間にも前記レイリーステップが設けられ、また、隣接する出口部の間にわたって前記逆レイリーステップ機構が延設されていることにより、摺動面の周方向において、高圧側にはほぼ連続するように正圧が発生され、また、低圧側にはほぼ連続するように負圧が発生され、潤滑及び漏れ防止の両立を一層図ることができる。 
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。 本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、（ａ）は摺動面の平面図、（ｂ）は摺動面の一部の斜見図である。 レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構及び逆レイリーステップ機構などからなる負圧発生機構を説明するためのものであって、図（ａ）はレイリーステップ機構を、図（ｂ）は逆レイリーステップ機構を示したものである。 本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、（ａ）は摺動面の平面図、（ｂ）は摺動面の一部の斜見図である。 従来技術を説明する図である。
　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ないし図３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高圧流体側（被密封流体側）、内周側を低圧流体側（大気側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。 
　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高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２を介してこの回転軸１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環３と、ポンプのハウジング４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である円環状の固定環５とが設けられ、固定環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７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、回転環３と固定環５との互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体が回転軸１の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。 
　図２は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、ここでは、図２の固定環５の摺動面に本発明が適用された場合を例にして説明する。 
　なお、回転環３の摺動面に本発明が適用された場合も基本的には同様であるが、その場合、半径方向溝は高圧流体側（被密封流体側）に連通すればよいため、摺動面の外周側まで設けられる必要はない。 
　図２において、固定環５の摺動面の外周側が高圧流体側であり、また、内周側が低圧流体側、例えば大気側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとして説明する。 
　固定環５の摺動面Ｓの高圧側には正圧発生溝１１を備えた正圧発生機構１０が、低圧側には負圧発生溝１３を備えた負圧発生機構１２が設けられている。また、正圧発生溝１１と負圧発生溝１３との間に圧力開放溝１４が設けられ、さらに、正圧発生溝１１、圧力開放溝１４及び負圧発生溝１３を高圧流体側に連通する半径方向溝１５が設けられている。正圧発生溝１１、圧力開放溝１４、負圧発生溝１３及び半径方向溝１５は低圧流体側とは低圧側シール面１６により隔離されている。 
　図２の例では、外周側の正圧発生機構１０はレイリーステップ機構から形成され、また内周側の負圧発生機構１２は逆レイリーステップ機構から形成されるとともに、圧力開放溝１４が円周溝から形成され、レイリーステップ機構及び逆レイリーステップ機構は圧力開放溝１４を挟んで円周方向に平行して対をなすように複数設けられている。 
　なお、レイリーステップ機構及び逆レイリーステップ機構については、後に、詳しく説明する。 
　また、半径方向溝１５は、正圧発生溝１１の上流側及び圧力開放溝１４を高圧流体側に連通する入口部１５ａと、負圧発生溝１３の下流側及び圧力開放溝１４を高圧流体側に連通する出口部１５ｂとから構成され、入口部１５ａ及び出口部１５ｂは低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線ｍとなす交角θが鈍角に設定されている。この入口部１５ａ及び出口部１５ｂの接線ｍに対する交角θは、摺動部品の径、摺動面幅、入口部１５ａ及び出口部１５ｂの数、被密封流体の種類、圧力及び温度などを考慮して、流体が入口部１５ａに進入しやすく、かつ、出口部１５ｂから排出され易いように最適な値に設定される。図２の場合、入口部１５ａ及び出口部１５ｂは対称に開かれ、それぞれの接線ｍとの交角θは約１４０°である。入口部１５ａ及び出口部１５ｂは非対称に開かれてもよい。また、開き角度θは、θ＝１５０°±３０°の範囲に設定されるのが好ましい。 
　また、入口部１５ａ及び出口部１５ｂは直線状に限らず、円弧状などの曲線状でもよく、また、直線状の場合、圧力開放溝１４とのそれぞれの接続部は滑らかな円弧状に形成されてもよい。 
　正圧発生機構１０は、その上流側において半径方向溝１５の入口部１５ａを介して高圧流体側から流体を吸い込み、正圧を発生し、発生した正圧により相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるものである。 
　また、圧力開放溝１４は、高圧側の正圧発生機構１０、例えば、レイリーステップ機構で発生した動圧（正圧）を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧側の負圧発生機構１２、たとえば、逆レイリーステップ機構に流入し、負圧発生機構１２の負圧発生能力が弱まることを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構１０で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を圧力開放溝１４に導き、半径方向溝１５を介して高圧流体側に逃す役割を果たすものである。 
　さらに、負圧発生機構１２は、負圧を発生させる結果、キャビテーションが発生し、キャビテーション内部圧力は、大気圧より低く負圧となるため、低圧側端部において圧力勾配が負となり、摺動面の内周側において吸い込み（ポンピング）が発生し、低圧側流体圧力（大気圧）よりも、負圧発生機構１２内部の圧力が低くなる結果、流体は低圧流体側から低圧側シール面１６を介して、負圧発生機構１２へ流入する結果、摺動面の内周側において吸い込みが発生し、高圧流体側から低圧流体側への漏れを防止するものである。そして負圧発生機構１２に吸い込まれた流体はその下流側において高圧流体側に接続された半径方向溝１５の出口部１５ｂを介して高圧流体側に排出される。 
　正圧発生溝１１、負圧発生溝１３、圧力開放溝１４及び半径方向溝１５の深さ及び幅は、摺動部品の径、摺動面幅及び相対移動速度、並びに、密封及び潤滑の条件等に応じて適宜決定される性質のものである。 
　一例として示すと、摺動部品の径が約２０ｍｍ、摺動面幅が約２ｍｍの場合、正圧発生溝１１及び負圧発生溝１３の幅は０．４～０．６ｍｍ、深さは数μｍであり、内周側のシール面１６の幅は０．２～０．４ｍｍである。また、圧力開放溝１４及び半径方向溝１５の幅は高圧の流体を高圧流体側に逃がすために十分の幅であり、深さは数十μｍ～数百μｍである。 
　上記したように、半径方向溝１５の入口部１５ａ及び出口部１５ｂは低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線ｍとなす交角θが鈍角に設定されていることにより、入口部１５ａには高圧流体側から流体が取り込まれ易く、また、出口部１５ｂからは摺動面の流体が吐き出され易い。このため、矢印１６で示すように、入口部１５ａ、圧力開放溝１４及び出口部１５ｂから構成される通路における流体の流れが生じ、当該通路内部に異物や気泡が留まることが防止される。 
　また、半径方向溝１５の出口部１５ｂの負圧発生溝１３に連通される内周側部分１５ｃは、傾斜された出口部１５ｂがそのまま内周側に延長された形で形成されるため、負圧発生溝１３に連通される内周側部分１５ｃにおいても、矢印１７で示すように、流体の流れが生じ、当該内周側部分１５ｃに異物や気泡が留まることが防止される。 
　図２の例では、上流側の出口部１５ｂと隣接する下流側の入口部１５ａとの間にも正圧発生機構であるレイリーステップ機構１０’が設けられている。また、隣接する出口部１５ｂ間にわたって負圧発生機構１２である逆レイリーステップ機構が延設されている。 
　このため、摺動面Ｓの周方向において、外周側にはほぼ連続するように正圧が発生され、また、内周側にはほぼ連続するように負圧が発生され、潤滑及び漏れ防止の両立が一層図られることになる。 
　以上説明したように、実施例１の構成によれば、半径方向溝１５の入口部１５ａ及び出口部１５ｂは低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線ｍとなす交角θが鈍角に設定されていることにより、入口部１５ａには高圧流体側から流体が取り込まれ易く、また、出口部１５ｂからは摺動面の流体が吐き出され易い。このため、矢印１７で示すように、入口部１５ａ、圧力開放溝１４及び出口部１５ｂから構成される通路における流体の流れが生じ、当該通路内部に異物や気泡が留まることが防止される。 
　また、半径方向溝１５出口部１５ｂの負圧発生溝１３に連通される内周側部分１５ｃが、傾斜された出口部１５ｂがそのまま内周側に延長された形で形成されるため、負圧発生溝１３に連通される内周側部分１５ｃにおいても、矢印１８で示すように、流体の流れが生じ、当該内周側部分１５ｃに異物や気泡が留まることが防止される。 
　さらに、上流側の出口部１５ｂと隣接する下流側の入口部１５ａとの間にも正圧発生機構１０であるレイリーステップ機構が設けられ、また、隣接する出口部１５ｂ間にわたって負圧発生機構１２である逆レイリーステップ機構が延設されているため、摺動面Ｓ周方向において、外周側にはほぼ連続するように正圧が発生され、また、内周側にはほぼ連続するように負圧が発生され、潤滑及び漏れ防止の両立が一層図られることになる。 
　ここで、図３を参照しながら、レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構及び逆レイリーステップ機構などからなる負圧発生機構を説明する。 
　図３（ａ）において、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動する。例えば、固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ上流側に面してレイリーステップ１１ａが形成され、該レイリーステップ１１ａの上流側には正圧発生溝であるグルーブ部１１が形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。 
　回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５の移動方向に追随移動しようとするため、その際、レイリーステップ１１ａの存在によって破線で示すような正圧（動圧）を発生する。 
　なお、１５ａ、１５ｂは半径方向溝１５の入口部、出口部を、また、Ｒはシール面Ｓを構成するランド部を示す。 
　図３（ｂ）においても、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動するが、回転環３及び固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ下流側に面して逆レイリーステップ１３ａが形成され、該逆レイリーステップ１３ａの下流側には負圧発生溝であるグルーブ部１３が形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。 
　回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５の移動方向に追随移動しようとするため、その際、逆レイリーステップ１３ａの存在によって破線で示すような負圧（動圧）を発生する。 
　なお、１５ａ、１５ｂは半径方向溝１５の入口部、出口部を、また、Ｒはシール面Ｓを構成するランド部を示す。 
　図４を参照しながら、本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。 
　なお、実施例１と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、半径方向溝１５の出口部１５ｂは、低圧側の圧力を降下させるため、低圧側（図４では内周側）から高圧側（図４では外周側）にかけてスパイラル状に形成される。 
　また、半径方向溝１５の出口部１５ｂの負圧発生溝に連通される部分１５ｃは、正圧発生溝１１又は負圧発生溝１３の深さ以上であって半径方向溝１５の他の部分の深さより浅く形成されている。好ましくは、負圧発生溝に連通される部分１５ｃの深さは、正圧発生溝１１又は負圧発生溝１３の深さの１～５倍の深さに形成される。 
　一例として、正圧発生溝１１又は負圧発生溝１３の深さが２μｍ、半径方向溝１５の出口部１５ｂの深さが１００μｍに対し、負圧発生溝に連通される部分１５ｃの深さは２～１０μｍ程度とすることがで考えられる。 
　図４の場合、負圧発生溝に連通される部分１５ｃは負圧発生溝１３の深さと同じ深さに形成されている。 
　半径方向溝１５の出口部１５ｂの負圧発生溝に連通される部分１５ｃが負圧発生溝１３の深さの１～５倍の深さに形成されているため、該負圧発生溝に連通される部分１５ｃが負圧発生機構として機能し、該負圧発生溝に連通される部分１５ｃの内部圧力を低く保つことができる。その結果、出口部１５ｂが低圧側から高圧側にかけてスパイラル状に形成されていることと併せて、従来技術に係る摺動部品よりも、より一層、密封可能な限界の圧力を高くすることができ、耐シール圧力性能を向上させることができる。 
　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、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用できる。 
　また、例えば、前記実施例では、摺動部品を構成するメカニカルシールの固定環に正圧発生機構、負圧発生機構、圧力開放溝及び半径方向溝を設ける場合について説明したが、これとは逆に、回転環に設けてもよい。 
　また、例えば、一方の摺動環に正圧発生機構を、他方の摺動環に負圧発生機構を設け、圧力開放溝及び半径方向溝をいずれかの摺動環に設けるようにしてもよい。 
　また、例えば、前記実施例では、半径方向溝の入口部及び出口部が各６個、この半径方向溝及び圧力開放溝で囲まれた部分に設けられて正圧発生機構であるレイリーステップが６枚設けられ、負圧発生機構である逆レイリースップが６枚設けられた例が説明されているが、これに限定されることなく、これより少ない例えば４枚でもよく、また、これより多い例えば８枚、１２枚等でもよい。 
　また、例えば、前記実施例では、正圧発生機構がレイリーステップ機構から構成される場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、スパイラルグルーブ又はディンプルで構成してもよく、要は、正圧を発生する機構であればよい。また、同様に、負圧発生機構が逆レイリーステップから構成される場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、逆スパイラルグルーブで構成してもよい。 
　 １　　　　　　　回転軸 
　 ２　　　　　　　スリーブ 
　 ３　　　　　　　回転環 
　 ４　　　　　　　ハウジング 
　 ５　　　　　　　固定環 
　 ６　　　　　　　コイルドウェーブスプリング 
　 ７　　　　　　　ベローズ 
　１０　 　　　　　正圧発生機構 
　１１　 　　　　　正圧発生溝 
　１２　 　　　　　負圧発生機構 
　１３　　　　　　 負圧発生溝 
　１４　　　　　　 圧力開放溝 
　１５　 　　　　　半径方向溝 
　１５ａ　　　　　 半径方向溝の入口部 
　１５ｂ　　　　　 半径方向溝の出口部 
　１５ｃ　　　　　 負圧発生溝に連通される部分 
　１６　　　 　　　低圧側シール面 
　Ｓ　　　　　　　 シール面 
　Ｒ　　　　　　　 ランド部 
　θ　　　　　　　 入口部及び出口部の摺動面端部における接線との交角 
　ｍ　　　　　　　 接線 

Claims (4)

  1. 　一対の環状体からなる摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面の高圧側には正圧発生溝を備えた正圧発生機構が、低圧側には負圧発生溝を備えた負圧発生機構が設けられるとともに、前記正圧発生溝と前記負圧発生溝との間に圧力開放溝、及び、前記正圧発生溝、圧力開放溝及び負圧発生溝を高圧流体側に連通する半径方向溝が設けられ、前記正圧発生溝、圧力開放溝、負圧発生溝及び半径方向溝は低圧流体側とはシール面により隔離されている摺動部品において、前記半径方向溝は、前記正圧発生溝の上流側及び前記圧力開放溝を高圧流体側に連通する入口部と、前記負圧発生溝の下流側及び圧力開放溝を高圧流体側に連通する出口部とから構成され、前記入口部及び前記出口部は低圧側から高圧側に向かってそれぞれ開く方向に傾斜され、両者の摺動面端部における接線に対する交角が鈍角に設定されることを特徴とする摺動部品。 
  2. 　前記出口部は前記低圧側から前記高圧側にかけてスパイラル状に形成されることを特徴とする請求項１記載の摺動部品。 
  3. 　前記出口部の前記負圧発生溝に連通される部分が、前記正圧発生溝又は前記負圧発生溝の深さ以上であって前記半径方向溝の他の部分の深さより浅く形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部品。 
  4. 　前記高圧側の正圧発生機構がレイリーステップ機構から形成され、また、前記低圧側の負圧発生機構が逆レイリーステップ機構から形成されるとともに、前記圧力開放溝が円周溝から形成され、前記レイリーステップ機構及び前記逆レイリーステップ機構は前記圧力開放溝を挟んで円周方向に平行して対をなすように複数設けられるとともに、上流側の前記出口部と隣接する下流側の前記入口部との間にも前記レイリーステップが設けられ、また、隣接する前記出口部の間にわたって前記逆レイリーステップ機構が延設されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の摺動部品。　 
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Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018088350A1 (ja) * 2016-11-14 2018-05-17 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
WO2018088353A1 (ja) * 2016-11-14 2018-05-17 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
WO2018092742A1 (ja) 2016-11-16 2018-05-24 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
EP3284981A4 (en) * 2015-04-15 2019-03-20 Eagle Industry Co., Ltd. sliding
WO2020162025A1 (ja) * 2019-02-04 2020-08-13 イーグル工業株式会社 摺動部品
US11603934B2 (en) 2018-01-12 2023-03-14 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11608897B2 (en) 2018-08-01 2023-03-21 Eagle Industry Co., Ltd. Slide component
US11619308B2 (en) 2018-02-01 2023-04-04 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding components
US11815184B2 (en) 2018-11-30 2023-11-14 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11821521B2 (en) 2018-12-21 2023-11-21 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11821462B2 (en) 2018-08-24 2023-11-21 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding member
US11852244B2 (en) 2019-02-04 2023-12-26 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component and method of manufacturing sliding member
US11852241B2 (en) 2019-02-04 2023-12-26 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11892081B2 (en) 2019-07-26 2024-02-06 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11913454B2 (en) 2020-07-06 2024-02-27 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11933303B2 (en) 2020-07-06 2024-03-19 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11933405B2 (en) 2019-02-14 2024-03-19 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US12007027B2 (en) 2019-04-24 2024-06-11 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US12013040B2 (en) 2019-02-21 2024-06-18 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding components
US12104598B2 (en) 2020-07-06 2024-10-01 Eagle Industry Co., Ltd. Eccentric sliding assembly with a plurality of dynamic pressure generation mechanisms
US12135030B2 (en) 2020-07-06 2024-11-05 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015199172A1 (ja) * 2014-06-26 2015-12-30 イーグル工業株式会社 摺動部品
JP6640121B2 (ja) 2015-01-31 2020-02-05 イーグル工業株式会社 摺動部品
CN105952899B (zh) * 2016-06-29 2018-08-28 上海电气凯士比核电泵阀有限公司 流体动压型机械密封面结构
EP3677802B1 (en) * 2017-08-28 2023-03-15 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding part
US11221071B2 (en) 2017-09-05 2022-01-11 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11283395B2 (en) 2018-03-23 2022-03-22 Nextracker Inc. Multiple actuator system for solar tracker
US11387771B2 (en) 2018-06-07 2022-07-12 Nextracker Llc Helical actuator system for solar tracker
KR102627903B1 (ko) 2019-02-04 2024-01-23 이구루코교 가부시기가이샤 슬라이딩 부품
EP3926187B1 (en) 2019-02-14 2024-08-21 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding components
WO2020166588A1 (ja) 2019-02-15 2020-08-20 イーグル工業株式会社 摺動部品
US20220145992A1 (en) * 2019-03-22 2022-05-12 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11050383B2 (en) 2019-05-21 2021-06-29 Nextracker Inc Radial cam helix with 0 degree stow for solar tracker
TWI748556B (zh) * 2020-07-13 2021-12-01 祥景精機股份有限公司 軸封裝置
JPWO2022190944A1 (ja) * 2021-03-12 2022-09-15

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1221865B (de) * 1961-08-31 1966-07-28 Ehrhard Mayer Dr Ing Gleitringdichtung
JPH01133572U (ja) * 1988-03-08 1989-09-12
JPH0666374A (ja) * 1992-04-02 1994-03-08 John Crane Inc 二重螺旋溝を有する面シール
JPH0735242A (ja) * 1993-07-22 1995-02-07 Nippon Pillar Packing Co Ltd 非接触形軸封装置
US5498007A (en) * 1994-02-01 1996-03-12 Durametallic Corporation Double gas barrier seal
WO2012046749A1 (ja) 2010-10-06 2012-04-12 イーグル工業株式会社 摺動部品

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01133572A (ja) 1987-11-16 1989-05-25 Sanyo Electric Co Ltd 単相周波数変換回路
US5501470A (en) 1992-12-11 1996-03-26 Nippon Pillar Packing Co., Ltd. Non-contacting shaft sealing device with grooved face pattern
US6655693B2 (en) * 2001-04-26 2003-12-02 John Crane Inc. Non-contacting gas compressor seal
CN1272563C (zh) * 2002-11-07 2006-08-30 约翰克兰鼎名密封(天津)有限公司 双螺旋角三维螺旋槽端面密封装置
CN101881333B (zh) * 2010-06-23 2013-11-20 西峡县金方圆密封材料有限责任公司 一种无接口编织密封环及其生产方法、专用设备
WO2013035503A1 (ja) * 2011-09-10 2013-03-14 イーグル工業株式会社 摺動部品
WO2014050920A1 (ja) * 2012-09-29 2014-04-03 イーグル工業株式会社 摺動部品
EP2940354B1 (en) * 2012-12-25 2018-06-13 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1221865B (de) * 1961-08-31 1966-07-28 Ehrhard Mayer Dr Ing Gleitringdichtung
JPH01133572U (ja) * 1988-03-08 1989-09-12
JPH0666374A (ja) * 1992-04-02 1994-03-08 John Crane Inc 二重螺旋溝を有する面シール
JPH0735242A (ja) * 1993-07-22 1995-02-07 Nippon Pillar Packing Co Ltd 非接触形軸封装置
US5498007A (en) * 1994-02-01 1996-03-12 Durametallic Corporation Double gas barrier seal
WO2012046749A1 (ja) 2010-10-06 2012-04-12 イーグル工業株式会社 摺動部品

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3284981A4 (en) * 2015-04-15 2019-03-20 Eagle Industry Co., Ltd. sliding
US10941863B2 (en) 2016-11-14 2021-03-09 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
WO2018088353A1 (ja) * 2016-11-14 2018-05-17 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
WO2018088350A1 (ja) * 2016-11-14 2018-05-17 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
US10989249B2 (en) 2016-11-14 2021-04-27 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
JPWO2018088353A1 (ja) * 2016-11-14 2019-10-03 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
US11143232B2 (en) 2016-11-16 2021-10-12 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
KR20190064639A (ko) 2016-11-16 2019-06-10 이구루코교 가부시기가이샤 슬라이딩 부품
WO2018092742A1 (ja) 2016-11-16 2018-05-24 イーグル工業株式会社 しゅう動部品
KR102426460B1 (ko) 2016-11-16 2022-07-28 이구루코교 가부시기가이샤 슬라이딩 부품
US11603934B2 (en) 2018-01-12 2023-03-14 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11619308B2 (en) 2018-02-01 2023-04-04 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding components
US11608897B2 (en) 2018-08-01 2023-03-21 Eagle Industry Co., Ltd. Slide component
US11821462B2 (en) 2018-08-24 2023-11-21 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding member
US11815184B2 (en) 2018-11-30 2023-11-14 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11821521B2 (en) 2018-12-21 2023-11-21 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
WO2020162025A1 (ja) * 2019-02-04 2020-08-13 イーグル工業株式会社 摺動部品
US11852244B2 (en) 2019-02-04 2023-12-26 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component and method of manufacturing sliding member
US11852241B2 (en) 2019-02-04 2023-12-26 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US12018757B2 (en) 2019-02-04 2024-06-25 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding components
US11933405B2 (en) 2019-02-14 2024-03-19 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US12013040B2 (en) 2019-02-21 2024-06-18 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding components
US12007027B2 (en) 2019-04-24 2024-06-11 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11892081B2 (en) 2019-07-26 2024-02-06 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11933303B2 (en) 2020-07-06 2024-03-19 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US11913454B2 (en) 2020-07-06 2024-02-27 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
US12104598B2 (en) 2020-07-06 2024-10-01 Eagle Industry Co., Ltd. Eccentric sliding assembly with a plurality of dynamic pressure generation mechanisms
US12135030B2 (en) 2020-07-06 2024-11-05 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component

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