CN114270080A - 滑动部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减少滑动面的损坏的滑动部件。滑动部件(1)，其相对旋转地配置有一对密封环(3、5)，其中，在密封环(5)的滑动面(S1)上形成有：台肩面(9)，其沿能够与相对的滑动面(S2)接触的周向延伸；内凹部(11)，其在轴向上凹陷并向内径侧延伸且向内径侧开放；以及外凹部(12)，其在轴向上凹陷并向外径侧延伸且向外径侧开放。

Description

滑动部件
技术领域
本发明涉及一种相对旋转的滑动部件，例如涉及汽车、一般工业机械、或其他密封领域的旋转机械的对旋转轴进行轴封的轴封装置中使用的滑动部件，或者汽车、一般工业机械、或其他轴承领域的机械的轴承中使用的滑动部件。
背景技术
轴封装置、轴承中使用的滑动部件平滑地形成滑动面，由此降低耐久性、能量损失。例如，作为防止被密封流体的泄漏的轴封装置，机械密封件具备一对相对旋转且滑动面彼此滑动的环状的密封环。作为这种机械密封件的一个示例，专利文献1中公开了一种具有静密封环和旋转密封环，且在一方的密封环的滑动面上形成有多个小凹处的密封件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-207209号公报(第5页、图1)
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1那样的滑动部件在使用时，被密封流体保持于小凹处，由此，被密封流体介于滑动面之间并减少了滑动面之间产生的摩擦力，各滑动面不易磨损。另外，滑动面在微观上呈凹凸形状，凸部的一部分缺损，由此产生细小的磨损粉末，这些磨损粉末流入任一小凹处并被回收。另一方面，在微观上，滑动面形成了物理化学稳定的表层，但一部分缺损的凸部的缺损部位变为滑动部件的基部露出，并且变为比表层具有活性，且容易与其他构件、例如缺损的磨损粉末结合的状态。另外，由于回收到小凹处内的磨损粉末通过滑动部件之间的相对移动可以从该小凹处再次流出到滑动面之间，所以容易在滑动面之间残留，使其他部位的滑动面产生堆积部位，由此滑动面可能容易损坏。
本发明是着眼于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够减少滑动面的损坏的滑动部件。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的滑动部件，其相对旋转地配置有一对密封环，其中，
在所述密封环的滑动面上形成有：台肩面，其沿能够与相对的滑动面接触的周向延伸；内凹部，其在轴向上凹陷并向内径侧延伸且向内径侧开放；以及外凹部，其在轴向上凹陷并向外径侧延伸且向外径侧开放。
由此，在周向上至少配置有内凹部和外凹部，因此随着一对密封环的相对旋转而在台肩面上产生的磨损粉末随着相对旋转而移动，被内凹部或外凹部回收并迅速地排出到外部。由此，能够减少滑动面的损坏。
也可以是，所述内凹部和所述外凹部在周向上重叠。
由此，随着一对密封环的相对旋转，在台肩面上缺损的磨损粉末易于被内凹部或外凹部可靠地回收。
也可以是，所述内凹部的外端和所述外凹部的内端在周向上一致。
由此，随着一对密封环的相对旋转，在台肩面上缺损的磨损粉末易于被内凹部或外凹部可靠地回收。
也可以是，所述内凹部和所述外凹部在周向上交替且等间隔地配置。
由此，随着一对密封环的相对旋转，在台肩面上缺损的磨损粉末易于被内凹部或外凹部可靠地回收。
也可以是，所述内凹部和所述外凹部为以各自径线为基准的线对称形状。
由此，无论在哪一个旋转方向上都能可靠地回收磨损粉末。
也可以是，所述内凹部形成为宽度随着朝向内径侧而变宽，并且所述外凹部形成为宽度随着朝向外径侧而变宽。
由此，易于将回收到内凹部的磨损粉末排出到比滑动面更靠内径侧，并且容易将回收到外凹部的磨损粉末排出到比滑动面更靠外径侧。
也可以是，所述内凹部和所述外凹部各自的周缘弯曲。
由此，易于将回收到内凹部或外凹部的磨损粉末顺利地向滑动面的内径侧或外径侧放出。
也可以是，所述台肩面、所述内凹部和所述外凹部形成在一方的所述密封环上。
由此，台肩面、内凹部和外凹部的相对位置未偏移，因此不仅结构简单，而且能够对内径侧和外径侧之间进行可靠地密封。
也可以是，所述台肩面在整个周向上延伸设置。
由此，能够提高密封性。
也可以是，所述内凹部和外凹部的周向尺寸比各自的轴向尺寸长。
由此，易于将回收到内凹部或外凹部的磨损粉末向滑动面的内径侧或外径侧放出。
所述台肩面可以由DLC(Diamond Like Carbon：类金刚石)膜或TiN膜形成。
由此，能够形成台肩面的高度，并且易于降低滑动面之间产生的摩擦系数。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1中的机械密封件的一个示例的纵向剖视图；
图2(a)是从轴向观察静密封环的滑动面的图，(b)是用于对在静密封环的滑动面中与旋转密封环的滑动面相对的区域进行说明的图；
图3(a)是图2(a)的α-α剖面图，(b)是图2(a)的β-β剖面图，(c)是图2(a)的γ-γ剖面图；
图4(a)至(d)是微观上示出滑动面的表面被磨削后的状态的示意图；
图5(a)至(e)是对磨损粉末的排出进行说明的示意图；
图6(a)是从轴向观察本发明的实施例2中的静密封环的滑动面的图，(b)是用于对在本发明的实施例2中的静密封环的滑动面中与旋转密封环的滑动面相对的区域进行说明的图；
图7(a)是从轴向观察本发明的实施例3中的静密封环的滑动面的图，(b)是用于对在本发明的实施例3中的静密封环的滑动面中与旋转密封环的滑动面相对的区域进行说明的图；
图8(a)是从轴向观察本发明的实施例4中的静密封环的滑动面的图，(b)是用于对在本发明的实施例4中的静密封环的滑动面中与旋转密封环的滑动面相对的区域进行说明的图。
具体实施方式
以下，基于实施例对用于实施本发明的滑动部件的方式进行说明。
实施例1
参照图1至图5对实施例1的滑动部件进行说明。此外，在本实施例中，以滑动部件为机械密封件的方式为例进行说明。另外，将构成机械密封件的密封环的外径侧设定为作为被密封流体侧的被密封液体侧(高压侧)，并将内径侧设定为作为泄漏侧的大气侧(低压侧)进行说明。另外，为了便于说明，在附图中，有时也对形成于滑动面的凹部附加点。
图1所示的一般工业机械用的机械密封件1，其为对将要从滑动面的外径侧朝向内径侧泄漏的被密封液体L进行密封的内侧形状的密封件，具有：作为圆环状的密封环的静密封环5，其为以非旋转状态且能够轴向移动的状态设置在被安装设备的壳体4上的滑动部件；以及作为圆环状的密封环的旋转密封环3，其为能够经由套筒2以与旋转轴8一体地旋转的状态设置在对高压流体侧的泵轮(省略图示)进行驱动的旋转轴8一侧的滑动部件。
在静密封环5和旋转密封环3中，静密封环5的滑动面S1和旋转密封环3的滑动面S2通过向轴向对静密封环5施力的弹簧6和波纹管7彼此紧密接触并滑动。此外，旋转密封环3的滑动面S2为平坦面，在该平坦面上未设置槽等凹部。
如图2、3所示，在静密封环5中，基材B由硬质陶瓷(氮化硅、氧化锆、氧化铝、SiC等)形成，在与平坦的旋转密封环3的相对面Ba上形成有DLC(Diamond Like Carbon：类金刚石)膜F。在本实施例中，在DLC膜F中大致相同宽度的波形形状形成为环状，在整个周向上构成滑动面S1的台肩面9。此外，并不限于DLC膜，也可以制膜形成TiN(氮化钛)膜。进一步地，也可以是，在旋转密封环3的滑动面S2上，DLC膜形成在一个面上。
如图2所示，在静密封环5的滑动面S1的除台肩面9以外的部位上周向上等间隔地配置有多个内凹部11和多个外凹部12。即，滑动面S1由台肩面9、内凹部11和外凹部12构成，台肩面9为滑动面S1的接触区域，内凹部11和外凹部12为滑动面S1的非接触区域。
内凹部11向比台肩面9的上表面更靠周向凹陷，且呈以沿滑动面S1的径向延伸的点划线所示的径线D1为基准的、从轴向观察由二次曲线或双曲线包围的形状，内凹部11被分隔为：开口部11a，其向静密封环5的内径侧开放；周壁11b，其作为台肩面9的内径侧的周缘；以及底壁11c，其由与周壁11b大致正交并向内径侧延伸且与台肩面9的上表面平行的基材B(参照图3。)的上表面形成。将内凹部11的最外径侧称为作为外端的封闭端11d。另外，内凹部11的与旋转密封环3的滑动面S2相对的区域的内径侧边界的周向尺寸X1(参照图2(b)。)比从台肩面9的上表面到底壁11c的轴向尺寸Y1(参照图3(a)。)长(X1>Y1)。
外凹部12向比台肩面9的上表面更靠轴向凹陷，且呈以沿滑动面S1的径向延伸的点划线所示的径线D2为基准的、从轴向观察由二次曲线或双曲线包围的形状，外凹部12被分隔为：开口部12a，其向静密封环5的外径侧开放；周壁12b，其作为台肩面9的外径侧的周缘；以及底壁12c，其形成在与周壁12b大致正交并向外径侧延伸且与台肩面9的上表面平行的基材B(参照图3。)的上表面上。将外凹部12的最内径侧称为作为内端的封闭端12d。另外，外凹部12的与旋转密封环3的滑动面S2相对的区域的外径侧边界的周向尺寸X2(参照图2(b)。)比从台肩面9的上表面到底壁12c的轴向尺寸Y2(参照图3(b)。)长(X2>Y2)。此外，外凹部12的封闭端12d位于比内凹部11的封闭端11d更靠内径侧的位置，即，内凹部11和外凹部12在周向上重叠。
另外，参照图2(a)，静密封环5的滑动面S1的径向宽度比旋转密封环3的滑动面S2(参照图3(a)。)宽。由此，在旋转密封环3相对旋转时，即使旋转密封环3在径向上暂时产生偏移，也能够以静密封环5的滑动面S1的台肩面9、内凹部11和外凹部12位于旋转密封环3的滑动面S2的整个面上的状态滑动。
接着，对排出由滑动面S1、S2之间的磨损产生的磨损粉末10的动作进行说明。滑动面S1、S2在微观上呈凹凸形状，如图4(a)所示，当旋转密封环3相对于静密封环5向箭头的方向相对旋转时，滑动面S1的台肩面9的凸部13和滑动面S2的凸部15接触。此外，滑动面S1、S2在微观上形成了物理化学稳定的(即失活的)表层，在图4中用影线表示该表层。
接着，如图4(b)、图5(a)所示，凸部13、15接触后，一方(这里，为旋转密封环3侧。)的凸部13的一部分缺损，由此可能会产生细小的磨损粉末10。此时，凸部13的缺损部位14变为失活的表面消失，旋转密封环3的深部露出，且容易与其他材料结合的状态(即，活化状态)，例如，在旋转密封环3由SiC形成的情况下，滑动面S2的表面的凸部13缺损，由此该缺损部位的端面变为Si-那样具有所谓结合之手的状态。
另外，如图4(c)、图5(b)所示，磨损粉末10随着旋转密封环3的旋转通过被密封液体L向箭头方向流动，从滑动面S1的台肩面9向非接触区域(在图5中为外凹部12)移动后，随着被密封液体L的流动向被密封液体侧移动，并向旋转密封环3的外部排出(参照图5(c)至(e))。由此，台肩面9的磨损粉末10被外凹部12回收并迅速地排出到外部，因此能够防止磨损粉末10在缺损部位14处堆积。
此时，如图4(d)所示，凸部13的一部分缺损而露出活化层的缺损部位14在暴露于被密封液体L的状态下滑动一段时间，由此通过热、机械和化学作用，成为与该缺损部位周围的表层大致相同的结构，且失活。因此，即使磨损粉末10漂浮在台肩面9上，由于缺损部位14随着时间的经过而失活，因此磨损粉末10也难以附着在缺损部位14上。此外，在滑动面S1的台肩面9的DLC膜F中产生磨损粉末的情况下也是同样的。
如上所述，在静密封环5的滑动面S1上形成有：台肩面9，其沿能够与相对的滑动面S2接触的周向延伸；内凹部11，其在轴向上凹陷并向内径侧延伸且向内径侧开放；以及外凹部12，其在轴向上凹陷并向外径侧延伸且向外径侧开放，由此，在周向上至少配置有内凹部11和外凹部12，因此随着旋转密封环3和静密封环5的相对旋转而在台肩面9上产生的磨损粉末10随着相对旋转而移动，并被内凹部11或外凹部12回收且迅速地排出到外部。由此，能够减少滑动面S1、S2的损坏。
另外，内凹部11和外凹部12在周向上重叠，因此在台肩面9上缺损的磨损粉末10随着旋转密封环3和静密封环5的相对旋转易于被内凹部11或外凹部12可靠地回收。
另外，内凹部11和外凹部12在周向上交替且等间隔地配置，因此在台肩面9上缺损的磨损粉末10随着旋转密封环3和静密封环5的相对旋转易于被内凹部11或外凹部12可靠地回收。
另外，内凹部11和外凹部12为以各自径线D1、D2为基准的线对称形状，因此无论在哪一个旋转方向上都能可靠地回收磨损粉末10。
另外，内凹部11形成为宽度随着朝向内径侧而变宽，并且外凹部12形成为宽度随着朝向外径侧而变宽，因此易于将回收到内凹部11的磨损粉末10排出到比滑动面S1更靠内径侧，并且易于将回收到外凹部12的磨损粉末10排出到比滑动面S2更靠外径侧。
另外，内凹部11和外凹部12各自的周壁11b、12b弯曲，因此易于将回收到内凹部11或外凹部12的磨损粉末10顺利地向滑动面S1的内径侧或外径侧放出。
另外，台肩面9在整个周向上延伸设置，因此能够提高密封性。
另外，内凹部11和外凹部12各自的与旋转密封环3的滑动面S2相对的区域的边界的周向尺寸X1、X2比各自的轴向尺寸Y1、Y2长(X1>Y1、X2>Y2)，因此易于将回收到内凹部11或外凹部12的磨损粉末10向滑动面S1的内径侧或外径侧放出。
另外，台肩面9由DLC膜F或TiN膜形成，因此能够极低地形成台肩面9的高度，并且易于降低旋转密封环3和静密封环5之间产生的摩擦系数。另外，滑动面S1的内凹部11和外凹部12形成得较浅，因此能够抑制异物从外部混入。
实施例2
接着，参照图6对实施例2的机械密封件进行说明。另外，省略了与上述实施例1相同结构的重复结构的说明。
在本实施例2的机械密封件101中，如图6所示，在静密封环105的滑动面S3的除台肩面109以外的部位上周向上等间隔地配置有多个内凹部111和多个外凹部112。内凹部111呈以沿滑动面S3的径向延伸的点划线所示的径线D3为基准的、从轴向观察由大致半圆包围的形状，内凹部111被分隔为：开口部111a，其向静密封环105的内径侧开放；圆弧状的周壁111b，其形成台肩面109的内径侧的周缘；以及底壁111c，其由与周壁111b大致正交并向内径侧延伸且与台肩面109的上表面平行的基材B的上表面形成。将内凹部111的最外径侧称为封闭端111d。
外凹部112呈以沿滑动面S3的径向延伸的点划线所示的径线D4为基准的、从轴向观察由半圆包围的形状，外凹部112被分隔为：开口部112a，其向静密封环105的外径侧开放；周壁112b，其形成台肩面109的外径侧周缘；以及底壁112c，其由与周壁112b大致正交并向外径侧延伸且与台肩面109的上表面平行的基材B的上表面形成。将外凹部112的最外径侧称为封闭端112d。
与实施例1相同，由滑动面S3、S2之间的磨损产生的磨损粉末10随着旋转密封环3的旋转通过被密封液体L向旋转方向流动，从滑动面S3的台肩面109向内凹部111或外凹部112移动后，随着被密封液体L的流动向旋转密封环3的外部排出。
另外，内凹部111的封闭端111d和外凹部112的封闭端112d配置在大致同心圆上。由此，内凹部111的封闭端111d和外凹部112的封闭端112d在周向上一致，因此在台肩面109上缺损的磨损粉末10随着旋转密封环3和静密封环105的相对旋转易于被内凹部111或外凹部112可靠地回收。
实施例3
接着，参照图7对实施例3的机械密封件进行说明。此外，省略了与上述实施例1相同结构的重复结构的说明。
在本实施例3的机械密封件201中，如图7所示，在静密封环205的滑动面S4的除台肩面209以外的部位上周向上等间隔地配置有多个内凹部211和多个外凹部212。内凹部211呈以沿滑动面S4的径向延伸的点划线所示的径线D5为基准的、包围成轴向大致矩形形状的形状，内凹部211被分隔为：开口部211a，其向静密封环205的内径侧开放；周壁211b、211b’、211b”，其形成台肩面209的内径侧周缘；以及底壁211c，其由与周壁211b、211b’、211b”大致正交并向内径侧延伸且与台肩面209的上表面平行的基材B的上表面形成。将内凹部211的最外径侧称为封闭端211d。
外凹部212呈以沿滑动面S4的径向延伸的点划线所示的径线D6为基准的、包围成轴向矩形形状的形状，外凹部212被分隔为：开口部212a，其向静密封环205的外径侧开放；周壁212b、212b’、212b”，其形成台肩面209的外径侧周缘；以及底壁212c，其由与周壁212b、212b’、212b”大致正交并向外径侧延伸且与台肩面209的上表面平行的基材B的上表面形成。将外凹部212的最内径侧称为封闭端212d。
与实施例1相同，由滑动面S4、S2之间的磨损产生的磨损粉末10随着旋转密封环3的旋转通过被密封液体L向旋转方向流动，从滑动面S4的台肩面209向内凹部211或外凹部212移动后，随着被密封液体L的流动向旋转密封环3的外部排出。
另外，内凹部211的封闭端211d和外凹部212的封闭端212d配置在大致同心圆上。由此，内凹部211的封闭端211d和外凹部212的封闭端212d在周向上一致，因此在台肩面209上缺损的磨损粉末10随着旋转密封环3和静密封环205的相对旋转易于被内凹部211或外凹部212可靠地回收。
实施例4
接着，参照图8对实施例4的机械密封件进行说明。另外，省略了与上述实施例1相同结构的重复结构的说明。
在本实施例4的机械密封件301中，如图8所示，静密封环305的滑动面S5的径向宽度与旋转密封环3的滑动面S2的径向宽度大致相同，滑动面S5的除台肩面309以外的部位上周向上等间隔地配置有多个内凹部311和多个外凹部312。内凹部311呈以沿滑动面S5的径向延伸的点划线所示的径线D7为基准的、包围成轴向大致矩形形状的形状，内凹部311被分隔为：开口部311a，其向静密封环305的内径侧开放；周壁311b、311b’、311b”，其形成台肩面309的内径侧周缘；以及底壁311c，其由与周壁311b、311b’、311b”大致正交并向内径侧延伸且与台肩面309的上表面平行的基材B的上表面形成。将内凹部311的最外径侧称为封闭端311d。
外凹部312呈以沿滑动面S5的径向延伸的点划线所示的径线D8为基准的、包围成轴向矩形形状的形状，外凹部312被分隔为：开口部312a，其向静密封环305的外径侧开放；周壁312b、312b’、312b”，其形成台肩面309的外径侧周缘；以及底壁312c，其由与周壁312b、312b’、312b”大致正交并向外径侧延伸且与台肩面309的上表面平行的基材B的上表面形成。将外凹部312的最内径侧称为封闭端312d。
与实施例1相同，由滑动面S5、S2之间的磨损产生的磨损粉末10随着旋转密封环3的旋转通过被密封液体L向旋转方向流动，从滑动面S5的台肩面309向内凹部311或外凹部312移动后，随着被密封液体L的流动向旋转密封环3的外部排出。
另外，内凹部311的封闭端311d和外凹部312的封闭端312d配置在大致同心圆上。由此，内凹部311的封闭端311d和外凹部312的封闭端312d在周向上一致，因此在台肩面309上缺损的磨损粉末10随着旋转密封环3和静密封环305的相对旋转易于被内凹部311或外凹部312可靠地回收。
以上，通过附图对本发明的实施例进行了说明，但是具体的结构不限于这些实施例，即便有在不脱离本发明主旨的范围内进行变更、追加，也包含在本发明中。
例如，对通过在滑动面上设置DLC膜F构成台肩面的情况进行了说明，但并不限于此，也可以对滑动面实施切削加工形成凹部来构成台肩面。
另外，对台肩面、内凹部和外凹部形成在静密封环上的情况进行了说明，但并不限于此，也可以是，台肩面、内凹部和外凹部形成在旋转密封环或静密封环中的一方，优选地，形成在旋转密封环或静密封环中的一方。在该情况下，台肩面、内凹部和外凹部的相对位置未偏移，因此不仅结构简单，而且能够对内径侧和外径侧之间进行可靠地密封。
另外，对在实施例1中内凹部11和外凹部12在周向上重叠，在实施例2至实施例4中内凹部的封闭端和外凹部的封闭端在周向上一致的情况进行了说明，但并不限于此，也可以是，在实施例1中内凹部的封闭端和外凹部的封闭端在周向上一致，在实施例2至实施例4中内凹部的封闭端和外凹部的封闭端在周向上重叠。进一步地，在实施例1至实施例4中，也可以是内凹部和外凹部在周向上不重叠，且封闭端彼此也不一致的结构。
另外，内凹部和外凹部的形状并不限于各实施例中列举的形状，例如，也可以是从轴向观察呈大致三角形。
另外，内凹部和外凹部的数量并不限于图2、图6至图8所示的数量，可以为任意数量。
另外，对多个内凹部和多个外凹部在周向上等间隔地配置的情况进行了说明，但并不限于此，也可以不在周向上等间隔地配置。
另外，对多个内凹部和多个外凹部在周向上交替配置的情况进行了说明，但并不限于此，例如也可以在周向上依次配置内凹部、内凹部、外凹部、外凹部...。
另外，也可以在台肩面上设置用于产生正压、负压的槽，用于改善润滑性的小凹处。
符号说明
1：机械密封件；2：套筒；3：旋转密封环(密封环)；4：壳体；5：静密封环(密封环)；6：弹簧；7：波纹管；8：旋转轴；9：台肩面；10：磨损粉末；11：内凹部；11b：周壁(周缘)；11d：封闭端(外端)；12：外凹部；12b：周壁(周缘)；12d：封闭端(内端)；14：缺损部位；101：机械密封件；105：静密封环；109：台肩面；111：内凹部；112：外凹部；201：机械密封件；205：静密封环；309：台肩面；311：内凹部；312：外凹部；401：机械密封件；405：静密封环；409：台肩面；411：内凹部；412：外凹部；A：大气侧(低压侧)；B：基板；Ba：相对面；D1-D8：径线；F：DLC膜；L：被密封液体；M：被密封液体侧(高压侧)；S1-S5：滑动面；X1、X2：周向尺寸；Y1、Y2：轴向尺寸。

Claims (8)

1.一种滑动部件，其相对旋转地配置有一对密封环，其中，
在所述密封环的滑动面上形成有：台肩面，其沿能够与相对的滑动面接触的周向延伸；内凹部，其在轴向上凹陷并向内径侧延伸且向内径侧开放；以及外凹部，其在轴向上凹陷并向外径侧延伸且向外径侧开放。
2.根据权利要求1所述的滑动部件，其中，
所述内凹部和所述外凹部在周向上重叠。
3.根据权利要求1所述的滑动部件，其中，
所述内凹部的外端和所述外凹部的内端在周向上一致。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滑动部件，其中，
所述内凹部和所述外凹部在周向上交替且等间隔地配置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的滑动部件，其中，
所述内凹部和所述外凹部为以各自径线为基准的线对称形状。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的滑动部件，其中，
所述内凹部形成为宽度随着朝向内径侧而变宽，并且所述外凹部形成为宽度随着朝向外径侧而变宽。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的滑动部件，其中，
所述内凹部和所述外凹部各自的周缘弯曲。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的滑动部件，其中，
所述台肩面、所述内凹部和所述外凹部形成在一方的所述密封环上。
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