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WO2016186020A1 - 摺動部品 - Google Patents

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Publication number
WO2016186020A1
WO2016186020A1 PCT/JP2016/064249 JP2016064249W WO2016186020A1 WO 2016186020 A1 WO2016186020 A1 WO 2016186020A1 JP 2016064249 W JP2016064249 W JP 2016064249W WO 2016186020 A1 WO2016186020 A1 WO 2016186020A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sliding
fluid
dynamic pressure
leakage
groove
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2016/064249
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄一郎 徳永
井上　秀行
航 木村
井口　徹哉
啓一 千葉
壮敏 板谷
一光 香取
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eagle Industry Co Ltd
Original Assignee
Eagle Industry Co Ltd
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 Eagle Industry Co Ltd filed Critical Eagle Industry Co Ltd
Priority to EP16796413.9A priority Critical patent/EP3299686B1/en
Priority to BR112017024683-0A priority patent/BR112017024683A2/ja
Priority to JP2017519177A priority patent/JP6678170B2/ja
Priority to CN201680025427.4A priority patent/CN107532724B/zh
Priority to KR1020177035683A priority patent/KR102033410B1/ko
Priority to US15/573,118 priority patent/US10337620B2/en
Publication of WO2016186020A1 publication Critical patent/WO2016186020A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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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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    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • 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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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid

Definitions

  • the present invention relates to a sliding part suitable for a sliding part, for example, a mechanical seal, a bearing, and the like.
  • a sliding part suitable for a sliding part, for example, a mechanical seal, a bearing, and the like.
  • it is used for seal rings that need to reduce the friction by interposing fluid on the sliding surface and prevent fluid from leaking from the sliding surface, such as gearboxes for turbochargers or aero engines.
  • the present invention relates to sliding parts such as oil seals or bearings.
  • 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.
  • an oil seal device of a rotating part such as a turbocharger
  • a rotating shaft that is rotatably accommodated in a housing
  • a disk-shaped rotating body that rotates together with the rotating shaft
  • a disk-shaped fixing body that is fixed to the housing and that abuts against the end surface of the rotating body to prevent oil from leaking from the outer peripheral side to the inner peripheral side.
  • An annular groove for generating pressure is provided to prevent oil from leaking from the outer peripheral side to the inner peripheral side (see, for example, Patent Document 1).
  • the rotating ring is provided with a rotating ring and a stationary ring attached to the casing together with the rotating shaft, and the rotating ring is provided on any sliding surface of the rotating ring and the stationary ring.
  • a spiral groove that wraps the low-pressure side liquid toward the high-pressure side by rotation is provided so that the end of the high-pressure side is closed, so that the sealed fluid on the high-pressure side is prevented from leaking to the low-pressure side.
  • one of the pair of cooperating seal rings is provided in the rotating component, and the other is Provided in stationary components, these seal rings have a seal surface formed substantially radially during operation, with the outer area of the seal surface between the seal surfaces and the inner area of the seal surface.
  • a seal gap for sealing is formed, and at least one of the seal surfaces is provided with a plurality of circumferentially spaced recesses effective for feeding gas, the recesses from one peripheral edge of the seal surface to the other.
  • the inner end of the recess is provided radially away from the other periphery of the sealing surface, and the non-gas component in the gas medium containing the non-gas component is sealed. It is known in which so as to be (for example, see Patent Document 3.).
  • the sliding surfaces of a pair of sliding parts that slide relative to each other have low fluid lubrication friction during steady operation, and leakage of sealed fluid and intrusion of dust into the sliding surfaces are prevented. It is an object of the present invention to provide a sliding component that can prevent and improve both the functions of sealing and lubrication of the sliding surface.
  • the sliding component of the present invention firstly includes a pair of sliding components that slide relative to each other, one sliding component is a fixed-side sealing ring, and the other sliding component is These sealing rings have a sliding surface formed in the radial direction and seal against leakage of the sealed fluid, and are at least one of the pair of sliding parts.
  • the sliding surface of the sliding component is provided with a dynamic pressure generating groove so as to be separated from the sealed fluid side and the leakage side by the land portions of both sliding surfaces, and the leakage side of the dynamic pressure generating groove
  • a fluid introduction hole is provided between the end of the fluid introduction hole and the leakage side to communicate the dynamic pressure generation groove and the leakage side, and the dynamic pressure generation groove side opening that opens to the dynamic pressure generation groove of the fluid introduction hole
  • a leakage side opening that opens to the leakage side is set to be displaced in the axial direction. It is.
  • the sliding surface has low fluid lubrication friction during steady operation, and also prevents leakage of the sealed fluid and entry of dust present in the fluid on the leakage side into the sliding surface. It is possible to provide a sliding component capable of improving both functions of the surface sealing and the lubrication which are opposite to each other. Further, since the dynamic pressure generating groove is isolated from the sealed fluid by the land portion, no leakage occurs even when stationary.
  • the sliding component of the present invention secondly includes a pair of sliding components that slide relative to each other, one sliding component is a fixed side sealing ring, and the other sliding component is a rotation side sealing ring.
  • These sealing rings have sliding surfaces formed in the radial direction and seal against leakage of liquid or mist-like fluid to be sealed, and the pair of sliding parts
  • the sliding surface of at least one of the sliding parts is provided with a dynamic pressure generating groove so as to be separated from the sealed fluid side and the leakage side by the land portions of both sliding surfaces,
  • a fluid introduction hole is provided between the end of the groove on the leakage side and the leakage side so as to communicate the dynamic pressure generation groove and the leakage side, and the dynamic pressure that opens in the dynamic pressure generation groove of the fluid introduction hole
  • the generation groove side opening and the leakage side opening that opens to the leakage side are set to be displaced in the axial direction.
  • the sliding surface has low fluid lubrication friction during steady operation, and also prevents leakage of liquid, which is the fluid to be sealed, and entry of dust present in the fluid on the leakage side into the sliding surface.
  • a sliding component capable of improving both functions of the sliding surface sealing and lubrication which are contradictory to each other.
  • the dynamic pressure generating groove is isolated from the liquid side, which is the fluid to be sealed, by the land portion, no leakage occurs even when stationary.
  • the dynamic pressure generating groove has a spiral shape that sucks a fluid on a leak side and pumps it to a sealed fluid side. It is characterized by. According to this feature, the fluid on the leakage side is pumped toward the sealed fluid side during steady operation, and the sealed fluid is prevented from leaking to the leakage side.
  • the dynamic pressure generating groove side opening and the leakage side opening communicate with each other through a path bent at a right angle. It is characterized by being. According to this feature, it is possible to further prevent the dust existing in the leakage side fluid from entering the sliding surface.
  • the dynamic pressure generating groove side opening and the leakage side opening communicate with each other through a linearly inclined path. It is characterized by being. According to this feature, it is possible to prevent the dust mixed in the fluid on the leakage side from entering the dynamic pressure generating groove and to facilitate the processing for forming the fluid introduction hole 11.
  • the dynamic pressure generating groove side opening and the leakage side opening are formed by a path bent in an arc shape. It is characterized by being connected. According to this feature, it is possible to prevent the dust existing in the fluid on the leakage side from entering the sliding surface and reduce the resistance of the fluid.
  • the fluid introduction hole extends from the side of the dynamic pressure generating groove side opening in the circumferential direction to the leakage side opening. It is characterized by being arranged so as to incline toward the upstream side toward the part side. According to this feature, the fluid on the leakage side can be easily introduced into the fluid introduction hole, and the suction of the fluid in the dynamic pressure generating groove can be promoted.
  • the sliding component according to the present invention has a sliding surface of at least one sliding component of the pair of sliding components on the sealed fluid side.
  • a fluid introduction groove configured not to communicate with the communication side and the leakage side is provided.
  • the liquid present on the outer peripheral side of the sliding surface in the low-speed rotation state of the rotating side sealing ring at the time of start-up or the like can be positively introduced into the sliding surface to lubricate the sliding surface. it can.
  • the liquid introduced from the fluid introduction groove to the sliding surface is discharged by centrifugal force when the rotation side sealing ring rotates at a high speed such as steady operation, the liquid leaks to the inner peripheral side which is the leakage side. Absent.
  • the present invention has the following excellent effects. (1) Provided with a pair of sliding parts that slide relative to each other, one sliding part is a fixed side sealing ring, the other sliding part is a rotation side sealing ring, and these sealing rings are in the radial direction. A sliding surface formed to seal leakage of the sealed fluid, and the sliding surface of at least one sliding component of the pair of sliding components includes a land of both sliding surfaces.
  • the dynamic pressure generating groove is provided so as to be isolated from the sealed fluid side and the leakage side by the portion, and between the end of the dynamic pressure generating groove on the leakage side and the leakage side, A fluid introduction hole that communicates with the fluid side, and a dynamic pressure generation groove side opening that opens to the dynamic pressure generation groove of the fluid introduction hole and a leakage side opening that opens to the leakage side are displaced in the axial direction.
  • the sliding surface has low friction for fluid lubrication and is sealed during steady operation.
  • a sliding component capable of preventing both body leakage and dust existing in the fluid on the leakage side from entering the sliding surface, and improving both the functions of sealing and lubricating the sliding surface. Can do. Further, since the dynamic pressure generating groove is isolated from the sealed fluid by the land portion, no leakage occurs even when stationary.
  • one sliding part is a fixed side sealing ring
  • the other sliding part is a rotation side sealing ring
  • these sealing rings are in the radial direction. It has a formed sliding surface and seals leakage of a liquid to be sealed or a mist-like fluid, and is provided on the sliding surface of at least one sliding component of a pair of sliding components. Is provided with a dynamic pressure generating groove so as to be isolated from the sealed fluid side and the leakage side by the land portions of both sliding surfaces, and between the leaking end of the dynamic pressure generating groove and the leakage side.
  • it prevents the leakage of liquid, which is the fluid to be sealed, and prevents dust existing in the fluid on the leakage side from entering the sliding surface, improving both the functions of sealing and lubricating the sliding surface.
  • the sliding component which can be made to provide can be provided. Further, since the dynamic pressure generating groove is isolated from the liquid side, which is the fluid to be sealed, by the land portion, no leakage occurs even when stationary.
  • the dynamic pressure generating groove has a spiral shape that sucks the fluid on the leak side and pumps it to the sealed fluid side, the fluid on the leak side is pumped toward the sealed fluid side during normal operation. The sealing fluid is prevented from leaking to the leakage side.
  • the dynamic pressure generating groove side opening and the leakage side opening are communicated by a linearly inclined passage to prevent dust mixed in the leak side fluid from entering the dynamic pressure generating groove.
  • the processing for forming the fluid introduction hole 11 can be facilitated.
  • the dynamic pressure generating groove side opening and the leakage side opening are communicated with each other by a path bent in an arc shape, thereby preventing dust existing in the leakage side fluid from entering the sliding surface. And the resistance of the fluid can be reduced.
  • the fluid introduction hole is disposed so as to incline toward the upstream side from the dynamic pressure generating groove side opening side toward the leakage side opening side in the circumferential direction. It becomes easy to introduce into the fluid introduction hole, and the suction of the fluid in the dynamic pressure generating groove can be promoted.
  • a sliding surface of at least one sliding component of the pair of sliding components is provided with a fluid introduction groove configured to communicate with the sealed fluid side and not communicate with the leakage side.
  • the liquid existing on the outer peripheral side of the sliding surface in the low-speed rotation state of the rotating side sealing ring such as at the time of starting is positively introduced into the sliding surface, and the sliding surface can be lubricated.
  • the liquid introduced from the fluid introduction groove to the sliding surface is discharged by centrifugal force when the rotation side sealing ring rotates at a high speed such as steady operation, the liquid leaks to the inner peripheral side which is the leakage side. Absent.
  • FIG. 2A is an enlarged view of the sliding portion of the sliding component according to the first embodiment of the present invention, and a horizontal rotation center exists below the paper surface.
  • FIG. 2B and FIG. 2C show modified examples of the fluid introduction hole.
  • FIG. 2 is an AA arrow view of FIG. 1. The sliding surface of one sliding component of the sliding component which concerns on Example 2 of this invention is shown. It is explanatory drawing for demonstrating a prior art, Comprising: (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is a BB arrow line view.
  • 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 constituting the mechanical seal will be described as the sealed fluid side (liquid side or mist-like fluid side), and the inner peripheral side will be described as the leakage side (gas side), but the present invention is limited to this.
  • the present invention can also be applied to the case where the outer peripheral side is the leakage side (gas side) and the inner peripheral side is the sealed fluid side (liquid side or mist-like fluid side).
  • the sealed fluid side liquid side or mist-like fluid side
  • the leakage side gas side
  • both pressures may be the same.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal, which seals a fluid to be sealed that leaks from an outer periphery of a sliding surface toward an inner periphery, for example, a lubricant used in a bearing portion.
  • One of the types provided inside the turbocharger is rotatably provided integrally with the rotary shaft 2 via a sleeve 3 on the side of the rotary shaft 2 that drives the impeller 1 of the compressor provided in the turbocharger.
  • An annular rotation-side sealing ring 4 that is a sliding part, and an annular shape that is the other sliding part provided in the housing 5 in a non-rotating state and movable in the axial direction via the cartridge 6.
  • the fixed-side sealing ring 7 is provided, and the coiled wave spring 8 that urges the fixed-side sealing ring 7 in the axial direction causes the sliding surfaces S that are mirror-finished by lapping or the like to slide in close contact with each other.
  • the rotation-side sealing ring 4 and the stationary-side sealing ring 7 have a sliding surface S formed in the radial direction, and a fluid to be sealed, such as a liquid or mist, is formed on each sliding surface S. Is prevented from flowing out from the outer periphery of the sliding surface S to the leaking side on the inner peripheral side (hereinafter, liquid or mist-like fluid may be simply referred to as “liquid”).
  • Reference numeral 9 denotes an O-ring that seals between the cartridge 6 and the stationary-side sealing ring 7.
  • the sleeve 3 and the rotation-side seal ring 4 are separate from each other has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the sleeve 3 and the rotation-side seal ring 4 may be integrally formed.
  • the material of the rotating side sealing ring 4 and the stationary side sealing ring 7 is selected from silicon carbide (SiC) having excellent wear resistance and carbon having excellent self-lubricating properties.
  • SiC silicon carbide
  • FIG. 2 is an enlarged view of a sliding portion of the sliding component according to the first embodiment of the present invention.
  • the sliding surface S of the rotating side sealing ring 4 is separated from the sealed fluid side and the leakage side by the land portion R of the sliding surface of the rotating side sealing ring 4 and the stationary side sealing ring 7.
  • a dynamic pressure generating groove 10 is provided as shown. That is, in this example, the dynamic pressure generating groove 10 is provided only on the sliding surface S of the rotation-side sealing ring 4, and the land portion R is provided on the leakage side and the non-sealed fluid side in the radial direction of the dynamic pressure generating groove 10.
  • the sliding surface S of the stationary seal ring 7 is in sliding contact with the land portion R of the rotary seal ring 4 so that the dynamic pressure generating groove 10 is not in communication with the sealed fluid side and the leakage side. Isolated. More specifically, the outer diameter of the sliding surface S of the fixed side sealing ring 7 on the sealed fluid side is larger in the radial direction than the end of the dynamic pressure generating groove 10 of the rotating side sealing ring 4 on the sealed fluid side, The leakage side inner diameter of the sliding surface S of the stationary seal ring 7 is set smaller in the radial direction than the end of the dynamic pressure generating groove 10 on the leakage side.
  • the dynamic pressure generating groove 10 is isolated from the sealed fluid side and the leaking side in communication with the land portions R on the inner diameter side and the outer diameter side of the dynamic pressure generating groove 10 of the sealing ring 4 in sliding contact.
  • a fluid introduction hole 11 is provided between the leak side end 10a of the dynamic pressure generation groove 10 and the leak side so as to communicate the dynamic pressure generation groove 10 with the leak side.
  • the cross-sectional shape of the fluid introduction hole 11 is not particularly limited, but is preferably, for example, a circular shape with a hole diameter of 0.5 mm or less.
  • the cross-sectional shape of the dynamic pressure generating groove 10 is substantially rectangular.
  • the fluid introduction hole 11 has a dynamic pressure generation groove side opening portion 11 a that opens to the leak side end portion 10 a of the dynamic pressure generation groove 10 and a leak side opening portion 11 b that opens to the leakage side. It is set to be displaced in the direction. That is, the fluid introduction hole 11 is not configured to directly connect the dynamic pressure generating groove 10 and the leak side to the leak side on the radial extension line of the dynamic pressure generating groove 10.
  • the dynamic pressure generating groove side opening 11a and the leakage side opening 11b are communicated with each other by a passage 11c bent at a right angle. Due to the right-angled bending, it is possible to further suppress the dust mixed in the leakage side fluid from entering the dynamic pressure generating groove 10.
  • the dynamic pressure generating groove side opening 11a and the leakage side opening 11b are communicated with each other by a linearly inclined passage 11d. Due to the linearly inclined passage, it is possible to suppress entry of dust mixed in the fluid on the leakage side into the dynamic pressure generating groove 10 and to facilitate processing for forming the fluid introduction hole 11. Further, in FIG.
  • the dynamic pressure generating groove side opening 11a and the leakage side opening 11b are communicated with each other by a passage 11e bent in an arc shape.
  • the passage 11e bent in an arc shape can suppress the entry of dust mixed in the fluid on the leakage side into the dynamic pressure generating groove 10 and reduce the resistance of the fluid.
  • the dynamic pressure generating groove 10 is for sucking the fluid on the leak side and pumping it to the sealed fluid side.
  • the dynamic pressure generating groove 10 has a spiral shape as shown in FIG.
  • the end portion 10a on the leakage side communicates with the end portion 11a on the dynamic pressure generating groove side of the fluid introduction groove 11, and the end portion 10b on the sealed fluid side does not communicate with the sealed fluid side.
  • Relative sliding of the sealing ring 4 and the stationary sealing ring 7 causes a spiral inclination so as to exert a pumping action from the leakage end 10a toward the sealed fluid end 10b. Pressure).
  • the spiral-shaped dynamic pressure generating groove 10 has a constant groove width, but the end portion on the leakage side communicates with the end portion 11 b on the dynamic pressure generating groove side of the fluid introduction groove 11.
  • the groove width of 10a may be enlarged, that is, the circumferential length of the end portion 10a may be made longer than that of other portions, and the effect of supplying the fluid into the dynamic pressure generating groove 10 may be increased.
  • the spiral-shaped dynamic pressure generating groove 10 sucks gas from the leakage side through the fluid introduction groove 11 in the high-speed rotation state of the rotating side sealing ring 4 such as in steady operation, and moves near the end 10b on the sealed fluid side. Since a pressure (positive pressure) is generated, a slight gap is formed on the sliding surface S between the rotating side sealing ring 4 and the stationary side sealing ring 7, and the sliding surface S becomes in a state of gas lubrication and has very low friction. It becomes.
  • the fluid introduction hole 11 communicates the leakage side with the dynamic pressure generation groove 10.
  • the dust mixed in the leakage side fluid is introduced into the dynamic pressure generation groove 10.
  • the dynamic pressure generating groove side opening 11a that opens to the dynamic pressure generating groove 10 and the leak side opening 11b that opens to the leak side are set so as to be displaced in the axial direction so that the ingress can be suppressed.
  • 11b is provided in the position away from the relative sliding part of the rotation side sealing ring 4 and the stationary side sealing ring 7 in the axial direction.
  • the fluid introduction hole 11 is inclined in the circumferential direction in order to facilitate the introduction of the fluid. That is, the fluid introduction hole 11 is disposed so as to incline upstream from the dynamic pressure generating groove side opening 11a toward the leakage side opening 11b.
  • the inclination angle of the fluid introduction hole 11 is determined according to the rotation speed (circumferential speed) of the rotation-side sealing ring 4, but at an angle at which the leakage-side fluid can smoothly enter the spiral-shaped dynamic pressure generating groove 10. It is desirable to set.
  • the sliding surface S (sliding surface S of the rotating side sealing ring 4) of at least one sliding component of the pair of sliding components is a fluid to be sealed by the land portion R of both sliding surfaces S.
  • a dynamic pressure generation groove 10 is provided so as to be isolated from the liquid side and the leakage side, and the dynamic pressure generation groove 10 and the leakage are between the leakage side end 10a of the dynamic pressure generation groove 10 and the leakage side.
  • a fluid introduction hole 11 communicating with the fluid side is provided, and a dynamic pressure generation groove side opening 11a that opens to the dynamic pressure generation groove 10 of the fluid introduction hole 11 and a leak side opening 11b that opens to the leak side are provided in the axial direction.
  • the sliding surface is made to have low friction of fluid lubrication during steady operation, and to the sliding surface of the fluid that is the sealed fluid and the dust that exists in the fluid on the leakage side To prevent the intrusion and improve the conflicting functions of sealing and lubrication of the sliding surface. It is possible to provide the sliding parts that. Further, since the dynamic pressure generating groove is isolated from the liquid side, which is the fluid to be sealed, by the land portion, no leakage occurs even when stationary. (2) The dynamic pressure generating groove 10 has a spiral shape that sucks the fluid on the leak side and pumps it to the liquid side that is the sealed fluid, so that the fluid on the leak side is the sealed fluid during steady operation.
  • the liquid that is the sealed fluid is prevented from leaking to the leakage side.
  • the dynamic pressure generating groove side opening 11a and the leakage side opening 11b of the fluid introduction hole 11 are communicated by a passage bent at a right angle, so that the sliding surface of the dust present in the leakage side fluid is present. Entry into the can be further prevented.
  • the dynamic pressure of the dust mixed in the fluid on the leakage side by connecting the dynamic pressure generating groove side opening 11a and the leakage side opening 11b of the fluid introduction hole 11 through a linearly inclined passage. Intrusion into the generation groove 10 can be prevented, and processing for forming the fluid introduction hole 11 can be facilitated.
  • the dynamic pressure generating groove side opening portion 11a and the leakage side opening portion 11b of the fluid introduction hole 11 communicate with each other through a path bent in an arc shape, thereby sliding dust present in the leakage side fluid.
  • the entrance to the moving surface can be prevented and the resistance of the fluid can be reduced.
  • the fluid introduction hole 11 is disposed so as to incline upstream from the dynamic pressure generation groove side opening 11a side toward the leakage side opening 11b side in the circumferential direction. The fluid is easily introduced into the fluid introduction hole 11 and the suction of the fluid in the dynamic pressure generating groove 10 can be promoted.
  • the sliding component according to the second embodiment is different from the first embodiment in that a fluid introduction groove and a positive pressure generating mechanism are provided on the sliding surface of at least one sliding component of the pair of sliding components.
  • the basic configuration is the same as that of the above embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the sliding surface S of the rotation-side seal ring 4 communicates with the sealed fluid side of the sliding surface S, that is, the outer peripheral side, and the leakage side, that is, the inner peripheral side.
  • a fluid introduction groove 12 configured not to communicate with the periphery is provided.
  • One or more fluid introduction grooves 12 are arranged along the outer peripheral side periphery, the planar shape is formed in a substantially rectangular shape, communicates with the sealed fluid side at the outer peripheral side periphery of the sliding surface S, and It is isolated from the peripheral side by a land portion R.
  • a positive pressure generating mechanism 13 including a positive pressure generating groove 13 a that communicates with the fluid introduction groove 12 in the circumferential direction and is shallower than the fluid introduction groove 12 is provided.
  • the positive pressure generating mechanism 13 increases the fluid film between the sliding surfaces by generating a positive pressure (dynamic pressure), thereby improving the lubrication performance.
  • the positive pressure generating groove 13a communicates with the fluid introduction groove 12 on the upstream side and is isolated from the outer peripheral side by the land portion R.
  • the positive pressure generation mechanism 13 includes a Rayleigh step mechanism including a positive pressure generation groove 13a and a Rayleigh step 13b communicating with the fluid introduction groove 12 on the upstream side, but is not limited thereto. In short, any mechanism that generates positive pressure may be used.
  • the planar shape formed by the fluid introduction groove 12 and the positive pressure generating mechanism 13 is substantially L-shaped.
  • the rotation-side sealing ring 4 When the rotation-side sealing ring 4 is rotated counterclockwise, the liquid on the outer peripheral side is introduced into the sliding surface from the substantially rectangular fluid introduction groove 12, and the sliding surface S can be lubricated. At that time, since positive pressure (dynamic pressure) is generated by the positive pressure generating mechanism 13, the fluid film between the sliding surfaces is increased, and the lubricating performance can be further improved. Further, when the rotation-side seal ring 4 is rotated at a high speed such as steady operation, the liquid introduced from the fluid introduction groove 12 to the sliding surface is discharged by centrifugal force, so that the liquid leaks to the inner peripheral side which is the leakage side. There is nothing.
  • FIG. 4B is different from FIG. 4A in that the shape of the fluid introduction groove is different, but the other is the same as FIG. 4A.
  • the sliding surface S of the rotation-side seal ring 4 communicates with the sealed fluid side of the sliding surface S, that is, the outer peripheral side, and the leakage side, that is, the inner peripheral side.
  • a fluid introduction groove 14 configured not to communicate with the periphery is provided.
  • the fluid introduction groove 14 is disposed along the peripheral edge on the outer peripheral side, the fluid introduction part 14a and the fluid outlet part 14b communicating only with the peripheral edge on the outer peripheral side of the sliding surface S, and the fluid communicating these in the circumferential direction. It is composed of a communication portion 14c and is separated from the inner peripheral side by a land portion R.
  • the fluid introduction part 14a and the fluid lead-out part 14b are provided at a certain distance in the circumferential direction and extend linearly in the radial direction, so that the planar shape of the fluid introduction groove 14 is substantially U-shaped. ing.
  • a positive pressure generating mechanism 13 including a positive pressure generating groove 13 a shallower than the fluid introducing groove 14 is provided in a portion surrounded by the fluid introducing groove 14 and the outer peripheral side.
  • the positive pressure generating mechanism 13 increases the fluid film between the sliding surfaces by generating a positive pressure (dynamic pressure), thereby improving the lubrication performance.
  • the positive pressure generating groove 13a communicates with the fluid introducing portion 14a on the upstream side, and is separated from the fluid outlet portion 14b and the outer peripheral side by the land portion R.
  • the positive pressure generating mechanism 13 includes a Rayleigh step mechanism including a positive pressure generating groove 13a and a Rayleigh step 13b communicating with the fluid introducing portion 14a of the fluid introducing groove 14 on the upstream side, but is not limited thereto. In short, any mechanism that generates positive pressure may be used.
  • the planar shape of the fluid introduction groove 14 is substantially U-shaped.
  • the shape is not limited to this, and the shape where the fluid introduction portion 14a and the fluid lead-out portion 14b intersect on the inner diameter side, that is, It may be formed in a substantially V-shape.
  • the sliding surface S of the rotation-side sealing ring 4 communicates with the sealed fluid side of the sliding surface S, that is, the outer peripheral edge, and does not communicate with the leakage side, that is, the inner peripheral edge.
  • the liquid existing on the outer peripheral side of the sliding surface S in the low-speed rotation state of the rotating side sealing ring 4 at the time of startup or the like is positively applied to the sliding surface S.
  • the sliding surface S can be lubricated.
  • positive pressure dynamic pressure
  • the fluid film between the sliding surfaces is increased, and the lubricating performance can be further improved.
  • the liquid introduced into the sliding surface from the fluid introduction groove 12 or 14 is discharged by centrifugal force when the rotation-side seal ring 4 is rotated at high speed such as steady operation, the liquid is discharged on the inner peripheral side which is the leakage side. There is no leakage.
  • the outer peripheral side of the sliding component has been described as the sealed fluid side (liquid side or mist-like fluid side), and the inner peripheral side is described as the leak side (gas side).
  • the present invention is also applicable to the case where the outer peripheral side is the leakage side (gas side) and the inner peripheral side is the sealed fluid side (liquid side or mist-like fluid side).
  • the sealed fluid side (liquid side or mist-like fluid side) has a high pressure.
  • the leakage side (gas side) may be low pressure or vice versa, and both pressures may be the same.
  • the dynamic pressure generating groove 10 is a spiral groove.
  • the present invention is not limited to this, and a combination of a Rayleigh step and a reverse Rayleigh step may be used. Any mechanism that sucks fluid and generates dynamic pressure (positive pressure) may be used.

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Abstract

定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体の漏れ及び摺動面へのダストの進入を防止する。　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Ｓを有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、一対の摺動部品４、７の少なくとも一方の摺動部品の摺動面Ｓには、両摺動面のランド部Ｒにより被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝１０が設けられ、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと漏れ側との間には動圧発生溝１０と漏れ側とを連通する流体導入孔１１が設けられ、流体導入孔１１の動圧発生溝１０に開口する動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側に開口する漏れ側開口部１１ｂとが軸方向において変位するよう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、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。）。
　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。）。
実開昭６２－１１７３６０号公報 特開昭６２－３１７７５号公報 特開２００１－１２６１０号公報
　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、例えば図５に示すように、静止リング５１の摺動面５１ａに回転リング５２の回転により低圧流体側（以下、「漏れ側」ということがある。）の流体を被密封流体側（高圧流体側）に向かって巻き込むスパイラル溝５３の漏れ側の端部５３ａが漏れ側に直接開口しているため、開口部近傍において、静止リング５１の摺動面と回転リング５２の摺動面との相対摺動によりダストが強制的に摺動面に引きずり込まれる場合がある。また、引きずり込まれたダストは両摺動面の相対摺動により粉砕され、微細化され、両摺動面の間にさらに進入しやすくなり、両摺動面の摩耗等の表面損傷を促進するという問題があった。
　本発明は、相対摺動する一対の摺動部品の摺動面において、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体の漏れ及び摺動面へのダストの進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機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、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、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、前記動圧発生溝の漏れ側の端部と前記漏れ側との間には前記動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位するように設定されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。　また、動圧発生溝は被密封流体とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。
　また、本発明の摺動部品は、第２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、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、前記動圧発生溝の漏れ側の端部と前記漏れ側との間には前記動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位するように設定されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体である液体側とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。
　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、前記動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることを特徴としている。
　この特徴によれば、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体側に向けてポンピングされ、被密封流体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
　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、前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは直角に曲げられた通路により連通されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を、より一層、防止することができる。
　また、本発明の摺動部品は、第５に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは直線的に傾斜した通路により連通されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝への進入を防止できると共に流体導入孔１１の形成のための加工を容易にすることができる。
　また、本発明の摺動部品は、第６に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは円弧状に曲げられた通路により連通されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止することができると共に流体の抵抗を小さくすることができる。
　また、本発明の摺動部品は、第７に、第１ないし第６のいずれかの特徴において、前記流体導入孔は、周方向において前記動圧発生溝側開口部の側から前記漏れ側開口部の側に向けて上流側に傾斜するように配設されることを特徴としている。
　この特徴によれば、漏れ側の流体が流体導入孔内に導入されやすくなり、動圧発生溝の流体の吸入を促進することができる。
　また、本発明の摺動部品は、第８に、第１ないし７のいずれかの特徴において、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることを特徴としている。
　この特徴によれば、起動時などの回転側密封環の低速回転状態において摺動面の外周側に存在する液体が、積極的に摺動面に導入され、摺動面の潤滑を行うことができる。
　また、回転側密封環が定常運転等の高速回転時において流体導入溝から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
　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、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、動圧発生溝の漏れ側の端部と漏れ側との間には動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位するように設定されていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。
（２）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、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、動圧発生溝の漏れ側の端部と漏れ側との間には動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位するように設定されていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体である液体側とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。
（３）動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体側に向けてポンピングされ、被密封流体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
（４）動圧発生溝側開口部と漏れ側開口部とは直角に曲げられた通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を、より一層、防止することができる。
（５）動圧発生溝側開口部と漏れ側開口部とは直線的に傾斜した通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝への進入を防止できると共に流体導入孔１１の形成のための加工を容易にすることができる。
（６）動圧発生溝側開口部と漏れ側開口部とは円弧状に曲げられた通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止することができると共に流体の抵抗を小さくすることができる。
（７）流体導入孔は、周方向において動圧発生溝側開口部の側から前記漏れ側開口部の側に向けて上流側に傾斜するように配設されることにより、漏れ側の流体が流体導入孔内に導入されやすくなり、動圧発生溝の流体の吸入を促進することができる。
（８）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることにより、起動時などの回転側密封環の低速回転状態において摺動面の外周側に存在する液体が、積極的に摺動面に導入され、摺動面の潤滑を行うことができる。
　また、回転側密封環が定常運転等の高速回転時において流体導入溝から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
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。 図２（ａ）は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものであって、紙面下方に水平方向の回転中心が存在する。図２（ｂ）及び図２（ｃ）は流体導入孔の変形例を示したものである。 図１のＡ－Ａ矢視図である。 本発明の実施例２に係る摺動部品の一方の摺動部品の摺動面を示したものである。 従来技術を説明するための説明図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＢ－Ｂ矢視図である。
　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、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、液体あるいはミスト状の流体を、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。
　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部分を拡大して示したものである。
　図２において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、回転側密封環４及び固定側密封環７の摺動面のランド部Ｒにより被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝１０が設けられている。すなわち、本例においては、動圧発生溝１０は、回転側密封環４の摺動面Ｓにのみ設けられ、動圧発生溝１０の径方向における漏れ側及び非密封流体側にはランド部Ｒが存在し、この回転側密封環４のランド部Ｒに対して固定側密封環７の摺動面Ｓが摺接することにより、動圧発生溝１０を被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離している。詳述すると、固定側密封環７の摺動面Ｓの被密封流体側の外径は、回転側密封環４の動圧発生溝１０の被密封流体側の端部より径方向に大きく、また、固定側密封環７の摺動面Ｓの漏れ側の内径は、動圧発生溝１０の漏れ側の端部より径方向に小さく設定され、固定側密封環７の摺動面Ｓと回転側密封環４の動圧発生溝１０の内径側及び外径側のランド部Ｒとが摺接することにより動圧発生溝１０が被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されているのである。
　動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと漏れ側との間には動圧発生溝１０を漏れ側と連通させる流体導入孔１１が設けられている。
　流体導入孔１１の断面形状は、特に限定されないが、例えば、円形であり、孔径は０．５ｍｍ以下が望ましい。また、動圧発生溝１０の断面形状は、略矩形である。
　図２に示すように、流体導入孔１１は、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａに開口する動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側に開口する漏れ側開口部１１ｂとが軸方向において変位するように設定されている。
　すなわち、流体導入孔１１は、動圧発生溝１０と漏れ側とを動圧発生溝１０の径方向の延長線上において最短で直接漏れ側と連通させるような構成ではなく、動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側開口部１１ｂとが軸方向に変位するように設定され、漏れ側開口部１１ｂが回転側密封環４と固定側密封環７の相対摺動する部分から軸方向に離れた位置に設けられるため、ダストが回転側密封環４と固定側密封環７の相対摺動に伴って引きずり込まれるようなことがなく、面漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１０への進入を抑制できる。
　図２（ａ）においては、動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側開口部１１ｂとは直角に曲げられた通路１１ｃにより連通されている。直角の曲がりにより、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１０への進入を、一層、抑制できる。
　また、図２（ｂ）においては、動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側開口部１１ｂとは直線的に傾斜した通路１１ｄにより連通されている。直線的に傾斜した通路により、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１０への進入を抑制できると共に流体導入孔１１の形成のための加工を容易にすることができる。
　さらに、図２（ｃ）においては、動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側開口部１１ｂとは
円弧状に曲げられた通路１１ｅにより連通されている。円弧状に曲げられた通路１１ｅにより、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１０への進入を抑制できると共に流体の抵抗を小さくすることができる。
　一方、動圧発生溝１０は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするためのものであり、例えば、図３に示すようにスパイラル形状をなしている
　スパイラル形状の動圧発生溝１０は、漏れ側の端部１０ａが流体導入溝１１の動圧発生溝側の端部１１ａと連通され、被密封流体側の端部１０ｂは被密封流体側には連通されておらず、回転側密封環４と固定側密封環７の相対摺動により、漏れ側の端部１０ａから被密封流体側の端部１０ｂに向けてポンピング作用を発揮するようにスパイラル状に傾斜され、動圧（正圧）を発生する。
　スパイラル形状の動圧発生溝１０は、図３においては、溝幅が一定に形成されているが、流体導入溝１１の動圧発生溝側の端部１１ｂと連通されている漏れ側の端部１０ａの溝幅を拡大、すなわち、端部１０ａの周方向長さを他の部分より長くし、動圧発生溝１０内への流体の供給効果を増大してもよい。
　スパイラル形状の動圧発生溝１０は、定常運転等の回転側密封環４の高速回転状態において、漏れ側から流体導入溝１１を介して気体を吸い込み、被密封流体側の端部１０ｂ付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓには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。
　上記したように、流体導入孔１１は、漏れ側と動圧発生溝１０とを連通させるものであるが、本発明においては、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１０への進入を抑制できるように、動圧発生溝１０に開口する動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側に開口する漏れ側開口部１１ｂとが軸方向において変位するように設定され、漏れ側開口部１１ｂが回転側密封環４と固定側密封環７の相対摺動する部分から軸方向に離れた位置に設けられている。
　また、本発明においては、図３に示すように、流体導入孔１１は、流体の導入を容易にするため周方向において傾斜されている。すなわち、流体導入孔１１は動圧発生溝側開口部１１ａの側から漏れ側開口部１１ｂの側に向けて上流側に傾斜するように配設されている。この場合の流体導入孔１１の傾斜角度は回転側密封環４の回転速度（周速度）に応じて決められるが、漏れ側の流体がスパイラル形状の動圧発生溝１０にスムースに進入できる角度に設定されるのが望ましい。
　このように動圧発生溝側開口部１１ａの側から漏れ側開口部１１ｂの側に向けて上流側に傾斜するように配設されると、回転側密封環４が回転された場合、漏れ側の流体が流体導入孔１１内に導入されやすくなり、動圧発生溝１０の流体の吸入を促進することができる。
　以上説明した実施例の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面Ｓ（回転側密封環４の摺動面Ｓ）には、両摺動面Ｓのランド部Ｒにより被密封流体である液体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝１０が設けられ、動圧発生溝１０の漏れ側の端部１０ａと漏れ側との間には動圧発生溝１０と漏れ側とを連通する流体導入孔１１が設けられ、流体導入孔１１の動圧発生溝１０に開口する動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側に開口する漏れ側開口部１１ｂとが軸方向において変位するように設定されていることにより、定常運転時には摺動面を流体潤滑の低摩擦とすると共に、被密封流体である液体の漏れ及び漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上させることのできる摺動部品を提供することができる。また、動圧発生溝は被密封流体である液体側とはランド部により隔離されているため、静止時においても漏れが発生することがない。
（２）動圧発生溝１０は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体である液体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、定常運転時には漏れ側の流体が被密封流体である液体側に向けてポンピングされ、被密封流体である液体が漏れ側へ漏洩することが防止される。
（３）流体導入孔１１の動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側開口部１１ｂとは直角に曲げられた通路により連通されているより、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を、より一層、防止することができる。
（４）流体導入孔１１の動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側開口部１１ｂとは直線的に傾斜した通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝１０への進入を防止できると共に流体導入孔１１の形成のための加工を容易にすることができる。
（５）流体導入孔１１の動圧発生溝側開口部１１ａと漏れ側開口部１１ｂとは円弧状に曲げられた通路により連通されていることにより、漏れ側の流体中に存在するダストの摺動面への進入を防止することができると共に流体の抵抗を小さくすることができる。
（６）流体導入孔１１は、周方向において動圧発生溝側開口部１１ａの側から漏れ側開口部１１ｂの側に向けて上流側に傾斜するように配設されることにより、漏れ側の流体が流体導入孔１１内に導入されやすくなり、動圧発生溝１０の流体の吸入を促進することができる。
　次に、図４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、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面に流体導入溝及び正圧発生機構が設けられる点で前記実施例と相違するが、その他の基本構成は前記実施例と同じであり、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（ａ）において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１２が設けられている。
　流体導入溝１２は、外周側の周縁に沿うように１個以上配設され、平面形状は略矩形状に形成され、摺動面Ｓの外周側の周縁において被密封流体側と連通し、内周側とはランド部Ｒにより隔離されている。
　また、流体導入溝１２の円周方向の下流側に連通して流体導入溝１２より浅い正圧発生溝１３ａを備える正圧発生機構１３が設けられている。正圧発生機構１３は、正圧（動圧）を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。
　正圧発生溝１３ａは、上流側が流体導入溝１２に連通し、外周側とはランド部Ｒにより隔離されている。
　本例では、正圧発生機構１３は、上流側において流体導入溝１２に連通する正圧発生溝１３ａ及びレイリーステップ１３ｂを備えたレイリーステップ機構から構成されるが、これに限定されることなく、要は、正圧を発生する機構であればよい。
　図４（ａ）において、流体導入溝１２及び正圧発生機構１３のなす平面形状は略Ｌ字状をなしている。
　今、回転側密封環４が反時計方向に回転するとした場合、外周側の液体は略矩形状の流体導入溝１２から摺動面に導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１３により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
　また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１２から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
　図４（ｂ）は、流体導入溝の形状が異なる点で図４（ａ）と相違するが、その他は図４（ａ）と同じである。
　図４（ｂ）において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１４が設けられている。
　流体導入溝１４は、外周側の周縁に沿うように配設され、摺動面Ｓの外周側の周縁にのみ連通する流体導入部１４ａ及び流体導出部１４ｂ、並びにこれらを周方向に連通する流体連通部１４ｃから構成され、内周側とはランド部Ｒにより隔離されている。
　本例では、流体導入部１４ａ及び流体導出部１４ｂは周方向において一定距離隔てて設けられ、それぞれ、径方向に直線状に延びているため、流体導入溝１４の平面形状は略Ｕ字形をなしている。
　また、流体導入溝１４と外周側とで囲まれる部分に流体導入溝１４より浅い正圧発生溝１３ａを備える正圧発生機構１３が設けられている。正圧発生機構１３は、正圧（動圧）を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。
　正圧発生溝１３ａは、上流側が流体導入部１４ａに連通し、流体導出部１４ｂ及び外周側とはランド部Ｒにより隔離されている。
　本例では、正圧発生機構１３は、上流側において流体導入溝１４の流体導入部１４ａに連通する正圧発生溝１３ａ及びレイリーステップ１３ｂを備えたレイリーステップ機構から構成されるが、これに限定されることなく、要は、正圧を発生する機構であればよい。
　今、回転側密封環４が時計方向に回転するとした場合、外周側の液体は略Ｕ字形の流体導入溝１４の流体導入部１４ａから摺動面に導入され、流体導出部１４ｂから外周側に排出されるが、その際、起動時などの回転側密封環４の低速回転状態において摺動面Ｓの外周側に存在する液体が、積極的に摺動面Ｓに導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１３により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
　また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１４から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
　 図４（ｂ）では、流体導入溝１４の平面形状は略Ｕ字形に形成されているが、これに限らず、流体導入部１４ａと流体導出部１４ｂとが内径側において交叉する形状、すなわち、略Ｖ字でに形成されてもよい。
　以上説明した実施例２の構成によれば、実施例１の効果に加えて以下のような効果を奏する。
　 回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１２または１４が設けられることにより、起動時などの回転側密封環４の低速回転状態において摺動面Ｓの外周側に存在する液体が、積極的に摺動面Ｓに導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１３により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
　また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１２または１４から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。
　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、動圧発生溝１０がスパイラルグルーブである場合について説明したが、これに限定されることなく、レイリーステップと逆レイリーステップの組み合わせでもよく、要は、漏れ側の流体を吸い込んで動圧（正圧）を発生する機構であればよい。
　また、例えば、前記実施例では、動圧発生溝１０及び流体導入孔１１が回転側密封環４に設けられる場合について説明したが、これに限らず、固定側密封環７に設けられてもよい。
　 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　　　　　　　　　　　 動圧発生溝
　１０ａ　　　　　　　　　　 漏れ側の端部
　１０ｂ　　　　　　　　　　 被密封流体側の端部
　１１　 　　　　　　　　　　流体導入孔
　１１ａ　　　　　 　　　　　動圧発生溝側開口部
　１１ｂ　　　　　 　　　　　漏れ側開口部
　１２　　　　　　　　　　　 流体導入溝
　１３　　　　　　　　　　　 正圧発生機構
　１４　　　　　　　　　　　 流体導入溝
　Ｓ　　　　　　　　　　 　　摺動面
　Ｒ　　　　　　　　　　　 　ランド部
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　

Claims (8)

  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、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、前記動圧発生溝の漏れ側の端部と前記漏れ側との間には前記動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位するように設定されていることを特徴とする摺動部品。
  2. 　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、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、両摺動面のランド部により被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されるように動圧発生溝が設けられ、前記動圧発生溝の漏れ側の端部と前記漏れ側との間には前記動圧発生溝と漏れ側とを連通する流体導入孔が設けられ、前記流体導入孔の前記動圧発生溝に開口する動圧発生溝側開口部と前記漏れ側に開口する漏れ側開口部とが軸方向において変位するように設定されていることを特徴とする摺動部品。
  3. 　前記動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部品。
  4. 　前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは直角に曲げられた通路により連通されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摺動部品。
  5. 　前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは直線的に傾斜した通路により連通されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摺動部品。
  6. 　前記動圧発生溝側開口部と前記漏れ側開口部とは円弧状に曲げられた通路により連通されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摺動部品。
  7. 　前記流体導入孔は、周方向において前記動圧発生溝側開口部の側から前記漏れ側開口部の側に向けて上流側に傾斜するように配設されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の摺動部品。
  8. 　前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の摺動部品。
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
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