JP4316956B2 - 摺動部品 - Google Patents

Description

本発明は、相対回転する摺動部品の技術分野に関する。特に、摺動面の摩擦係数を小さくすると共に、摺動面間を通って被密封流体が漏洩量するのを防止する摺動部品に関するものである。

技術背景

本発明の摺動部品として、メカニカルシールに取り付けられる密封環が存在する。この密封環はメカニカルシールに取り付けられて互いに対向した状態で一対を成している（例えば、特許文献１参照）。

この図１３に示すメカニカルシール用の密封環１１０は、特許文献１の図５に開示された類似技術である。この密封環１１０は、本発明に係わる関連技術１である。図１３はメカニカルシールの一方の密封環１１０の斜視図である。この密封環１１０は被密封流体が高圧流体の条件下で、温度変化する状態で使用されるコンプレッサ用メカニカルシールに取り付けられるものである。メカニカルシールには、一対の密封環のうち、この密封環１１０が回転密封環叉は固定密封環として配置される。そして、このメカニカルシールには、回転密封環の摺動面と固定密封環の摺動面が相対摺動して回転軸とケーシングとの間の一方側に存在する被密封流体をシールする。この密封環１１０の摺動面１１０Ａには、内周側から外周側へ向かって回転方向と反対側へ傾斜した糸条溝１１５を周方向に１１個が形成されている。この糸条溝１１５は摺動面１１０Ａの外周側へは突き抜けてなく、内周側に突き抜けた構成である。このように糸条溝１１５を構成すると被密封流体の密封効果がよくなると記載している。しかし、特許文献１に記載されているように、摺動面１１０Ａに対して糸条溝１１５が少数では、密封環１１０が低速回転しているときには、被密封流体が被膜として密封環１１０の摺動面１１０Ａに介在しないために、摺動抵抗が大きくなり、摺動に伴い摩耗する。そして、ついにはこの摩耗が被密封流体の漏洩に発展することがある。

更に、本発明の関連技術として他の密封環１５５が存在する（例えば、特許文献２参照）。図１４に示す密封環１５５は、本発明に係わる関連技術２である。この密封環１５５は、メカニカルシールに固定密封環、叉は／及び回転密封環として設けられている。この密封環１５５は被密封流体の漏れ量に関しては関連技術１よりも改善されている。

この関連技術２において、密封環１５５の摺動面１５５Ａには、凹部１５６が放射方向と周方向の交差点に点在するものである。この凹部１５６の形状は、平面状態では楕円形で狭い方の幅が３０×１０^−６mから１００×１０^−６mである。叉、長手方向の長さが６０×１０^−６ｍから５００×１０^−６mである。叉、凹部１５６の最小幅に対して最大幅の寸法比率を２倍よりやや大きくされている。

この凹部１５６は密封環１５５の摺動面１５５Ａと固定密封環の摺動面間に浸入した被密封流体を凹内に保持する役目をする。そして、密封環１５５の外周側から浸入した流体は内周端側へ至る以前に凹部１５６に補足されて蓄えられる。この蓄えられた被密封流体は、その粘性作用と密封環１５５の回転方向によって凹部１５６の回転する後方へ移動し、凹部１５６に蓄積される容量を越えると凹部１５６の周りから摺動面間へ漏洩した後に、次の凹部１５６に捕足される。このようにして、被密封流体は、摺動面１５５Aの回転後方へ流される。

そして、この摺動面１５５Aの凹部１５６は、楕円形で凹部１５６の長さと幅の寸法が小さく形成されている。叉、凹部１５６の長手方向の傾斜角度が回転方向と逆方向に傾斜している。更に、凹部１５６の個数も少ない。この為、摺動面１５５Aに被密封流体を引き込んで保持する能力が小さい。又、凹部１５６の長さが小さいために被密封流体を浸入側へ押し戻すポンピング作用も小さい。それ故、シール能力が特に優れているわけではない。叉、密封環１５５の摺動面１５５Aの摩擦係数や摺動発熱を低減する余地が残されている。更に、密封環１５５の回転速度が低速の場合には、潤滑作用も小さいから、摺動抵抗を小さくすることが困難である。

又、図示は省略するが、本発明の関連技術として図１４に類似するメカニカルシール用密封環が存在する（例えば、特許文献３参照）。
このメカニカルシール用密封環は本発明に係わる関連技術３である。このメカニカルシール用密封環の摺動面には、密封環の径方向を成す長手方向の凹部が放射方向と周方向の交差点に形成されている。その配列は、径方向と周方向に対して千鳥形に点在して配置されていると共に、凹部の長手方向が全て径方向に向いているものである。この凹部は摺動面において長手方向が径方向に向いているために、密封環が回転しているときにだんだん凹部内に被密封流体が保持されて凹部内に発生する動圧が大きくなる。それ故、動圧により凹部内から被密封流体が放出されて摺動面に被密封流体による潤滑液膜が形成されるが、放出される量が勝ると潤滑液が凹部内に蓄えられないので、長期には、更には低速時には、摺動面の摩擦係数がだんだん大きくなる。更に、回転中に潤滑液が凹部の両径方向へ流れるので、シール能力を向上させることが困難である。更に、凹部である動圧発生溝は低速回転時には接触型シールになるから、動圧発生溝の効果が発揮されない。

これらの関連技術１、２及び３に対する問題点は、摺動部品の摺動面に被密封流体を引き込んで被膜を形成し、摩擦抵抗を低減することが困難である。又、摺動部品の摺動面に浸入した被密封流体を摺動面に効果的に保持すると共に、侵入側へ逆流させて被密封流体の密封能力を向上させることも困難である。叉、潤滑液膜の生成が困難であることは摺動面に発熱を伴うことになる。
特に、摺動部品が低速回転しているときに、更には、被密封流体の圧力が低圧のときに、シール能力を向上させると共に、摩擦抵抗を低減することが困難である。

特開昭５４−１１７８５３号公報（図５） 特開昭５７−１６１３６８号公報（図２） 特許３０２６２５２号公報（図１）

本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものである。そして、本発明の課題は、摺動部品の回転中、摺動部品の摺動面に潤滑液を保持して摺動面の摩擦抵抗を低減することにある。同時に、摺動部品の摺動面に潤滑液膜を形成してシール能力を向上させることにある。更に、他の課題は、摺動中、摺動部品の摺動面の発熱を防止すると共に、摺動面の摩耗を防止することにある。更に叉、摺動部品が低速回転時に摩擦抵抗を低減できるようにすると共に、シール能力を向上させることにある。

本発明は上述のような課題を解決するために成されたものである。そして、本発明の課題を解決するための手段は、以下のように構成されている。
本発明に係わる摺動部品は、静止用摺動部品と回転用摺動部品とが互いに相対摺動する摺動面間の径方向一方側に存在する被密封流体をシールする摺動部品（１）であって、相対する摺動面のうちの少なくとも一方の摺動面（２）に被密封流体側に向かって回転方向へ傾斜するとともに傾斜方向へ長手のディンプル（３）を有し、このディンプル（３）が摺動面（２）に径方向へ複数個に配置されていると共に、摺動面（２）の周面に沿って環状に配列された複数輪のディンプル部（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・）と、各ディンプル部（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・）の複数輪間に環状に形成されたダム部（２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・）を有する。

本発明に係わる摺動部品（１）では、
半径方向に隣り合う前記ダム部（２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・）の間には、前記ディンプル部（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・）がそれぞれ存在し、
各ディンプル（３）が、同一幅で径方向に対して同一角度で傾斜方向へ直線状に形成され、各ディンプル（３）の傾斜方向の長さは、溝幅の２．５倍以上であり、前記摺動面の径方向幅寸法の１／２以下に形成され、
各ディンプル（３）の長手方向の端部が、円環状に形成された前記ダム部（２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・）で区切られていること、を特徴とする。

本発明に係わる摺動部品（１）は、被密封流体側のディンプル部（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・）に於けるディンプル（３）の溝一端が被密封流体に突き抜けていてもよい。

本発明に係わる摺動部品（１）は、摺動面（２）の少なくとも被密封流体側と反対側の端部摺動面（２）に第１ダム部（２Ａ１）を有してもよい。

本発明に係わる摺動部品（１）は、各ダム部（２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・）の径方向幅がディンプル（３）の径方向長さ（Ｌ）よりも短くされていてもよい。

本発明に係わる摺動部品では、摺動面に各ダム部が環状に形成されていると共に、この各ダム部の間に被密封流体側に向かって回転方向へ傾斜し、且つ、周面に沿って傾斜した配列で、しかも同列に配列されたディンプル部が形成されているから、各ディンプル部により摺動面に被密封流体を導入して各ダム部によりディンプル部に蓄積すると共に、次には、各ディンプル部により摺動面の被密封流体を被密封流体側へ押し出す機能を発揮する。この為に、摺動面の摩擦抵抗を低減できると共に、シール能力が向上する。特に、一般の機器で使用される被密封流体が低い圧力の場合及び摺動面が低速回転の場合には、多数個で同列に配列された各ディンプルにより優れた摩擦抵抗の低減が図れると共に、被密封流体のシール能力が向上できる。
更に、多数のディンプルの形成により摺動面が損傷しやすくなるのをダムにより補強して摺動面の破損を防止し、且つ、摺動面の摩耗を防止して、摺動面の耐久能力を向上させる。

本発明に係わる摺動部品では、ダム部により被密封流体を摺動面に分散して被密封流体により摩擦係数を低減する。この為に摺動面の摩耗が防止できる。

本発明に係わる摺動部品では、摺動面の被密封流体側のディンプルの溝の一端が被密封流体に開口して被密封流体を摺動面の間に流入しやすく形成してもよい。
この溝一端から流入した被密封流体により摺動面の摩擦係数が低減できる。そして、流入した被密封流体をダムにより遮断すると共に、効果的に逆流させてシール能力を発揮させる。この為に、被密封流体の圧力の範囲が低圧では、摩擦係数を低減できると共に、シール能力が向上する。

本発明に係わる摺動部品では、少なくとも、被密封流体側と反対の周面に第１ダム部が設けられてもよく、その場合には、この第１ダム部により堰き止めして摺動面の間に浸入した被密封流体を摺動面に配列されたディンプルに蓄積すると共に、全体のダムにより被密封流体をシールする。この為、摺動面の摩擦係数の低減と共に、被密封流体のシール能力が向上できる。

本発明に係わる摺動部品では、摺動面に形成されたディンプルが細長い溝形状になるので、摺動面に被膜として被密封流体を効果的に保存することができる。この為に、保存された被密封流体により摺動面の摩擦係数を低減できる効果を奏する。同時に、この介在された被密封流体は、次の被密封流体の浸入を防止すると共に、シール能力が向上する。

以下、本発明の実施の態様に係わる摺動部品を図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係わる好ましい第１実施の態様である摺動部品１の摺動面２を示す。又、図２は、図１に示す摺動部品１の摺動面２に於けるディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃとダム部の一部を拡大して示す。

図１は、摺動面２の外周側に被密封流体が存在する場合の摺動部品１である。例えば、図９に示すようなメカニカルシール装置において、摺動部品１を回転密封環として取り付ける。これに対し、対向密接する位置にディンプルのない平面な摺動面を設けた摺動部品を固定密封環として取り付ける。そして、回転密封環と固定密封環の外周側（一方側）に存在する被密封流体をシールするものである。
又、この摺動部品１は、潤滑油を摺動面間に介在させて回転軸と摺動する、又は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、軸受等に設けることもできる。

「摺動部品１の摺動面２には、各ディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃと各ダム２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３を形成する。この摺動部品１は、摺動面２を端部に設けた図９に示すようなリング体の摺動部品１に形成されている。そして、摺動部品１は、摺動面２において時計の針と同じ方向へ（矢印Ｎ方向へ）回転する。この摺動部品１の摺動面２には、第１ダム部２Ａ１の外周面に円弧状に傾斜すると共に、外周に突き抜けるように形成した径方向の一列溝４を周方向に沿って配列した形に構成する。そして、この各一列溝４の途中を径の異なる円環状の第２ダム部２Ａ２と、第３ダム部２Ａ３によりリング状に横断する形にして第１ディンプル部３Ａと、第２ディンプル部３Ｂと、第３ディンプル部３Ｃを形成する。つまり、この摺動面２には、内径をR１で外径をＲ２に形成された環状の第１ダム部２Ａ１、内径をＲ３で外径をＲ４に形成された環状の第２ダム部２Ａ２、内径をＲ５で外径をＲ６に形成された環状の第３ダム部２Ａ３とに仕切られた間に、環状の第１ディンプル部３Ａと、第２ディンプル部３Ｂと、第３ディンプル部３Ｃを同心にして径方向へ順々に拡大した径の輪になるように配列する。このディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの各ディンプル３は溝の幅Ｗよりも傾斜方向の長さＬが長い溝に形成する（Ｗ、Ｌの符号は図５参照）。

第１ディンプル部３Ａと、第２ディンプル部３Ｂと、第３ディンプル部３Ｃに於ける各ディンプル３の傾斜方向の配列は、傾斜方向のディンプル３が全て一列溝４に形成しなくとも同様な効果を奏することが認められる。つまり、各ディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃに於けるディンプル３の傾斜方向の列が同１列（１列溝４）ではなく、ディンプル３の列が各ディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃごとにずれた配列にされていても、各ディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの多数のディンプル３と各ディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃを仕切る各ダム部２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３によりシール能力を向上させると共に、摩擦抵抗を低減できることが認められる。
この径方向へ順次拡大した複数輪を成す第１ディンプル部３Ａ、第２ディンプル部３Ｂ、第３ディンプル部３Ｃは、第２ダム部２Ａ２と、第３ダム部２Ａ３とにより仕切られた間に被密封流体側に向かって回転方向へ傾斜した傾斜方向へ長い各長手溝のディンプル３を形成することにより構成される。

この第１ディンプル部３Ａの領域の径方向幅寸法は、半径Ｒ３−半径Ｒ２である。又、第２ディンプル部３Ｂの領域の径方向の幅寸法は、半径Ｒ５−半径Ｒ４となる。更に、第３ディンプル部３Ｃの領域の径方向の幅寸法は、半径Ｒ７−半径Ｒ６となる。
この第１ディンプル部３Ａ、第２ディンプル部３Ｂ、第３ディンプル部３Ｃに於ける各ディンプル３の溝形状は、外周側の幅がやや広く形成することもできる。つまり、図２に示すように、螺旋状に形成された一列溝４（各ディンプル３の傾斜方向の一列）は外周側が徐々に広くなる溝幅Ｗ（図５の符号Ｗを参照）に形成されている。この一列溝４の途中を横断して環状を成す第２ダム部２Ａ２と、第３ダム部２Ｂ３とで仕切る形にして第１ディンプル部３Ａと、第２ディンプル部３Ｂと、第３ディンプル部３Ｃに形成する。尚、各ディンプル３の溝幅Ｗは、図２とは異なり、他の実施例として摺動面２に於ける内外周方向とも同一幅に形成しても良い。

この径方向へ傾斜して傾斜方向へ１列の各ディンプル３の傾斜角度は、外周側を対象にして測定すると、円の接線に対して約β＝３０°に回転方向へ傾斜して形成する。又、各ディンプル３の内周側に於ける各ディンプル３を配列した配列間隔Ｂはディンプル３の周方向幅Ａと略同一幅寸法に形成されている（図２参照）。このβ角度は５°から８０°好ましくは１０°から５５°にするとよい。
この各ディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの領域の径方向の幅寸法Ｔは、各一列溝４を横断する第２ダム部２Ａ２及び第３ダム２Ａ３の同方向の幅寸法（Ｒ６−Ｒ５、Ｒ４−Ｒ３）より大きく形成されている。尚、第１ダム部２Ａ１の径方向幅は設計に応じて第２ダム部２Ａ２及び第３ダム部２Ａ３の幅寸法より大きく形成する。又、第２ダム部２Ａ２及び第３ダム部２Ａ３は、強度的に各ディンプル３の破損を防止することができる。

図３は、本発明の第２実施の態様に係わる摺動部品１の摺動面２を示すものである。図３の摺動面２には、摺動面２内に形成された螺旋状を成す一列溝４の中間を横断して円環状に配置された第２ダム部２Ａ２を設けた形状である。図４は、図３に示す第１及び第２ディンプル部３Ａ、３Ｂとダム２Ａ（第１ダム部２Ａ１、第２ダム部２Ａ２、第０ダム部２Ａ０の総称）の一部拡大図である。
この摺動面２には、第１ディンプル部３Ａの内周に第１ダム部２Ａ１が形成さ
れている。この第１ダム部２Ａ１は摺動面２と同一平面のものである。又、第２
ディンプル部３Ｂの外周に第０ダム部２Ａ０が形成されている。この第０ダム部
２Ａ０は、必ず必要とするものではなく、摺動部品１の摩擦係数の向上及びシール能力の機能設計に応じて設定する。更には、第０ダム部２Ａ０の幅を任意に設計する。又、図１に示すように設けない場合もある。

この第１ディンプル部３Ａの領域の径方向幅寸法は、半径Ｒ３−半径Ｒ２である。又、第２ディンプル部３Ｂの領域の径方向幅寸法は、半径Ｒ５−半径Ｒ４となる。
この第１ディンプル部３Ａ、第２ディンプル３Ｂの各ディンプル３の形状は、外周側がやや広く形成されている。つまり、図４に示すように、螺旋状に形成された一列溝４は外周側が徐々に広くなる溝幅に形成されている。この一列溝４の途中を横断するように円環状を成す第２ダム部２Ａ２を形成し、この第２ダム２Ａ２の径方向両側に傾斜方向が長手になる溝の領域の第１ディンプル部３Ａと、第２ディンプル部３Ｂとを形成する。尚、ディンプル３の傾斜角度βは３５°である。
その他の構成は、図１及び図２に示す同一符号の部品と略同一形状であるので説明は省略する。

各一列溝４を横断して仕切る各第２ダム部２Ａ２、第３ダム部２Ａ３・・の個数は、摺動面２の径方向の全体幅（Ｒ６−Ｒ１）により設計される。摺動面２の全体幅が大きい場合には、各第１、第２ダム部２Ａ２、２Ａ３・・の個数を多くすると効果的である。このとき、ディンプル３の溝の寸法関係は、ディンプル３を形成する溝幅Ｗに対して傾斜方向の溝の長さＬは、１．５倍から１２倍の範囲にするとよい。更に好ましくは、溝幅Ｗに対して傾斜方向の溝の長さＬが２倍から１０倍が好ましい。
又、各ディンプル３の形状を決定するための一列溝４は、摺動面２に傾斜させて螺旋状（円弧状）に形成したもの、直線状に形成したもの、Ｓ形状に形成したもの、千鳥足状に形成したもの等が本発明では実施している。そして、この一列溝４を横断する第２ダム部２Ａ２、第０ダム部２Ａ０によりディンプル部３Ａ、３Ｂを形成する形にすると良い。但し、ディンプル３が１列溝４ではなく、傾斜方向に千鳥足形に位置をずらしても同様な効果が奏することが認められる。
この複数条から成る円形のダム２Ａは、被密封流体のシール効果と共に、ディンプル３を形成する溝により摺動時に摺動面２が破損しやすくなるのを効果的に防止する。

この摺動部品１は、超硬合金、炭化珪素、セラミックなどの硬質材料から製作することができる。特に、この摺動部品１を炭化珪素などにすると適材である。つまり、炭化硅素材にすると摺動部品１としての強度が向上すると共に、摺動面２の耐摩耗性が向上する。
一方、関連技術１のように摺動面の内外径方向へ各々螺旋溝を形成したものは、被密封流体を摺動面に保持する効果が小さい。更に、被密封流体を摺動面に引き込んでも被密封流体側へ押し戻す能力に欠ける。叉、摺動部品１を炭化珪素などにすると、摺動時に摺動面１１０Ａに螺旋溝から損傷が惹起しやすくなる。この破損が摺動面１１０Ａに惹起すると、次々に各螺旋溝から摺動面１１０Ａの破損が拡大する。しかし、本発明の摺動部品１では、このダム２Ａにより被密封流体の侵入を堰き止めてシール能力を向上させる。叉、この摺動面２に惹起するディンプル３溝が原因の破損をダム２Ａにより効果的に改善する。

図５は、本発明の第３実施の態様に係わる摺動面２の顕微鏡写真を投射した摺動面２の一部である。この摺動面２に於ける一方向の一列溝４を第２ダム部２Ａ２と、第３ダム部２Ａ３により分断した形が各ディンプル３から成る第１ディンプル部３Ａ、第２ディンプル部３Ｂ、第３ディンプル部３Ｃである。この各ディンプル３は略同一溝幅Ｗで径方向に対して傾斜すると共に、傾斜方向へ直線条に形成されている。
又、摺動面２の第３ディンプル部３Ｃの外周には、第０ダム部２Ａ０を形成する。そして、摺動面２に於ける全体の形状は、図１と略同様に、第１ダム部２Ａ１、第２ダム部２Ａ２及び第３ダム部２Ａ３を設けている。この全体のダム２Ａにより形成される多数のディンプル３の形状は、例えば、長方形の両端が半円状に形成されたものも一実施の態様である。

このディンプル３に於ける長方形状の溝幅Ｗは、１５０×１０^−６mから１０００×１０^−６mの範囲に形成されている。更に、この溝幅Ｗの一実施例として１５０×１０^−６ｍ、２５０×１０^−６ｍにしたものがある。又、ディンプル３の傾斜方向の長さＬは、溝幅Ｗの２．５倍以上であり、摺動面２の径方向幅寸法（図１ではＲ７−Ｒ１の幅）の１／２以下に形成されている。具体的には、各ディンプル３の長さＬを１０００×１０^−６ｍ、叉は１６００×１０^−６ｍにした一実施例がある。そして、各ディンプル３の深さは、１×１０^−６mから２５×１０^−６mの寸法範囲に形成されている。尚、ディンプル３の傾斜角度βは４２°である

図６は、本発明の第４実施の態様に係わる摺動部品１の一部の摺動面２を示すものである。図６において、摺動面２に第１ディンプル部３Ａ、第２ディンプル部３Ｂ及び第３ディンプル部３Ｃと第１ダム部２Ａ１、第２ダム部２Ａ２及び第３ダム部２Ａ３が図２に示すように各３条の輪に形成されている。図６において、図２に示す構成と相違する点は、各ディンプル３が傾斜方向へ千鳥足形に互いに第１ディンプル部３Ａ、第２ディンプル部３Ｂ及び第３ディンプル部３Ｃに沿って第２ディンプル３Ｂが直線からずれた配置にされている。尚、傾斜角度βは４０°である。そして、この摺動部品１に於いても、第１実施の態様の摺動部品１と同様な効果を奏する。

図７は本発明の第５実施の態様に係わる摺動部品１の一部の摺動面２を示すものである。図７において、摺動面２に第１ディンプル部３Ａ及び第２ディンプル部３Ｂと、第１ダム部２Ａ１、第２ダム部２Ａ２及び第０ダム部２Ａ０が図４と類似に構成されている。図７に示す摺動部品１において、図４に示す摺動部品１の摺動面２と相違する点は、図７に示すように第１ディンプル部３Ａと第２ディンプル部３Ｂの各ディンプル３を傾斜方向へ位置を左右にずらして配置する。叉、各ディンプル３は、傾斜方向へ同一幅で直線上に形成する。そして、ディンプル３の傾斜方向の角度βは５５度に形成されている。その他の構成は、図４と略同様である。この図７の摺動部品１も図１の摺動部品１と同様な効果を奏する。

図８は、本発明の第６実施の態様に係わる摺動部品１の一部の摺動面２を示すものである。図８において、摺動面２に第１ディンプル部３Ａ、第２ディンプル部３Ｂ及び第３ディンプル部３Ｃと、第１ダム部２Ａ１、第２ダム部２Ａ２及び第３ダム部２Ａ３が図２と類似に構成されている。図８に示す摺動部品１において、図２に示す摺動部品１の摺動面２と相違する点は、図８に示すように第１ディンプル部３Ａと第２ディンプル部３Ｂと第３ディンプル部３Ｃの各ディンプル３を傾斜方向へ千鳥足形に配置する。叉、各ディンプル３は、傾斜方向へ同一幅で直線条に形成する。そして、ディンプル３の傾斜方向の角度βは６８度に形成されている。その他の構成は、図２と略同様である。この図８の摺動部品１も図１の摺動部品１と同様な効果を奏する。特に、図８の摺動部品１はディンプル３の傾斜角度βが大きいからシール能力に優れる。

上述した各実施の態様において、この硬質材料の摺動面２にディンプル３を形成する加工方法の１つは、サンドブラスト用感光性フィルムを摺動面に貼り付けて加工するサンドブラスト方法による。
このサンドブラスト方法は、摺動面２にサンドブラスト用感光性フィルムを貼り付けて、ディンプル３の形状を焼き付けたポジフィルムを密着させてサンドブラスト用感光性フィルムを露光する。その後、サンドブラスト用感光性フィルムを現像し、その面にサンドブラストを行うことによりポジフィルムのパターンと一致したディンプル３に加工して形成する。

図９は、本発明の摺動部品１をメカニカルシール２０に取り付けた一実施の態様である。
メカニカルシール２０は、本発明の摺動部品１を回転密封環として取り付けた
ものである。この摺動面２を設けた摺動部品１はＯリング２５を介して回転軸５０に取り付けられる。一方、この摺動部品１に対し、研磨により平面にされた摺動面１０Ａを対向して密接した炭化珪素材製の固定密封環１０をハウジング６０に取り付けている。このハウジング６０と固定密封環１０との間にはＯリング２５が配置されており、Ｏリング２５によりハウジング６０と固定密封環１０との間を密封する。

この摺動部品１は、ばね９により摺動面２を対向する摺動面１０Ａに押圧している。そして、摺動部品１の摺動面２を他方の摺動面１０Ａに密接させて被密封流体をシールする。この摺動部品１には、第１ディンプル３Ａと第２ディンプル３Ｂが設けられている。更に、第１ダム部２Ａ１と第２ダム部２Ａ２を設けている。この第１ディンプル３Ａと第２ディンプル３Ｂ、並びに第１ダム部２Ａ１と第２ダム部２Ａ２の構成は、シール能力を向上できると共に、摩擦係数を低減できる。特に、回転軸５０が低速回転するときの被密封流体のシール能力に優れた効果を発揮する。

以上に述べた各ディンプル３の形状は、単にディンプル３を構成する溝を多数個に配置したものではなく、摺動面２に設けられた長手に傾斜した、又は円弧状の多数のディンプル３の間に幅の狭い環状を成す各第１ダム部２Ａ１、第２ダム部２Ａ２、・・を設けた点にある。この為に、各円環状を成す各ダム部２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・により傾斜したディンプル３の個数を多くすることができるようになる。更に、ダム２Ａ（各ダム部２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・の総称）は、このディンプル３を設けることによって破損しやすくなった摺動面２の強度を補強する役目もする。そして、摺動面２の回転方向はディンプル３の傾斜方向に向かって矢印Ｎで示す方向へ回転する。その結果、摺動面２のシール能力の向上と共に、摩擦係数を低減することができる。
本発明の摺動部品１は、被密封流体が内周側に存在する場合にも利用できる。被密封流体が摺動部品１の内周に存在する場合には、図示省略するが、図１から図８において矢印Ｎとは逆に回転する形になる。

本発明に係わる摺動部品１がメカニカルシール装置、又は軸受、更には摺動リング等にも利用することが可能であることは前述した通りである。特に、メカニカルシール装置等に利用するときには、摺動部品１を静止用密封環又は回転用密封環の一方又は両方に利用することが可能である。つまり、一対の密封環のうちの一方を摺動部品１とする場合には、他方の密封環の摺動面を平坦な摺動面にすることができる。
更に、軸受として利用する場合には、軸を受ける摺動部品１のラジアル又はス
ラスト等の摺動面に利用できる。特に、摺動面の軸方向内方に潤滑油がある場合には潤滑油を潤滑側へポンピングするように、ディンプル３の傾斜角度βを設定
すれば良い。例えば、ディンプル３の傾斜角度βを４５°にするとよい。

図１０は、本発明の摺動部品１をテストした試験機１０の断面図である。
図１０に於いて、摺動部品１の試験機１０には、中心部に回転可能な円筒状のハウジング２０が設けられている。このハウジング２０内の被密封流体室２０Ａに設けられた取付面には静止用密封環１１がゴム材製のＯリングを介して密封に嵌着されている。又、回転軸１５に固着された保持装置１３には、回転用密封環１２が軸方向へ移動自在にスプリングにより弾発に保持されている。そして、回転用密封環１２のシール面が静止用密封環１１の対向シール面に密接して被密封流体室２０Ａ内の被密封流体が外部へ漏洩しないようにシールしている。

又、モータ１６により回転する回転軸１５が設けられており、この回転軸１５の軸心には流通路１５Ａが設けられている。この流通路１５Ａには通路管１４が貫通した状態に配置されている。この通路管１４から導入される被密封流体、例えば油（出光興産製のスーパーマルチオイル１０）が被密封流体室２０Ａ内に矢印で示すように流入する。更に、この油を流通路１５Ａから流出するように構成されている。
図示省略の流通路１５Ａと通路管１４の端部は、図示省略の循環パイプに連通し、このパイプに接続したポンプ装置により設定温度と設定圧力に制御された被密封流体を循環するように成されている。尚、モータ１６は、図示されていないインバータにより、回転数が制御されている。

静止用密封環１１を保持したハウジング２０は、ベアリング１８を介して回転可能に保持された軸１９に固着されている。そして、このハウジング２０は、静止用密封環１１と回転用密封環１２との回転時の摺動抵抗により回動するように構成されている。

一方、静止用密封環１１の対向シール面の近傍で１mmの位置には直径２mmの穴が設けられている。この孔には、図示省略の熱電温度計に結線した白金ロジウム−白金又はアルメル−クロメル等の導線１７の他端が結線されている。そして、この熱電温度計により静止用密封環１１の摺動面の温度を測定する。

又、軸１９を支持する支持台にはロードセル２１が設けられており、カンチレバー２２を介して摺動トルクMを検出できるようにしている。尚、この摺動トルクMの値から摩擦係数Fを算出する。算出する式は、Ｆ=M／（Ｗ×Ｒｍ）である。
但し、Ｗ＝荷重
Ｒｍ＝摺動面平均半径である。

本試験機１０は、内流・アンバランス型である。そして、被密封流体の圧力とスプリングの弾発力によりシールする摺動面２を押圧する。又、被密封流体の圧力が０の時は、保持装置１３のスプリングのみにより摺動面２が押圧される。このようにして測定した試験中の測定項目は、摺動部品１の摺動トルクＭ、摺動面２の温度、被密封流体の温度、更に、摺動面２から漏洩する被密封流体の量である。

１．本発明の実施例と比較例に係わる摺動部品の被密封流体の圧力と摩擦係数との関係を示すデータ。

Ａ．本発明の第１摺動部品１を試験した実施例１（Ｐ１）。
１）回転密封環である第１摺動部品１の摺動面２は図１叉は図５に示す形状である。叉、対向する固定密封環は炭化珪素材製で一端に平坦な摺動面を設けている。
この摺動部品１は、図１０に示す試験機１０により試験した。
２）摺動部品１の形状に関して、
ａ． 回転用密封環は、炭化珪素材製の摺動部品（内径２５mm×外径４４mm×長さ１２mm）
ｂ． 静止用密封環は、炭化珪素材製の摺動部品（内径２８mm×外径５０mm×長さ１４mm）
ｃ．摺動面の大きさは、内径３２mm×外径４０mm
ｄ．ディンプル３の配置及び形状は、図１及び図５に示す通りである。
ｅ．ディンプル３の幅は、２５０×１０^−６m、
長さは、１６００×１０^−６m、
深さは、８×１０^−６mである。
ｆ．ディンプル３の傾斜角度βは、３０°と４２°にしたものである。
３）摺動面２の表面粗さは、Ｒｚ０．２×１０^−６mである。
４）平坦度は、１バンド（ヘリウムライト）以下である。
５）試験時間は、３０分である。
６）被密封流体の温度は、３０°Ｃである。
７）被密封流体の圧力は、０．３MPa 、０．５MPa、１．０MPaの３点である。
８）周速度は、０．３ｍ／ｓである。
９）スプリングの荷重は、２０Nである。
１０）被密封流体は、出光興産製スーパーマルチオイル１０を使用した。

Ｂ．本発明の第２摺動部品１を試験した実施例２（Ｐ２） １）回転密封環である第２摺動部品１の摺動面２は図６及び図８に示す形状である。対向する固定密封環は炭化珪素材製で一端に平坦な摺動面を設けている。
この第２摺動部品１は、図１０に示す試験機１０により試験をした。
２）第２摺動部品１のその他の試験条件
第２摺動部品１の試験条件は、上述の実施例１と同様である。

Ｃ．比較する摺動部品を試験した比較例１（Ｓ）
１）比較する摺動部品は、本発明の両摺動部品１と同一形状で、同一材質であるが、両摺動面のみは研磨した平坦面である。
２）比較する摺動部品の試験条件は上述の実施例１と同様である。

以上の条件で試験をした本発明の第１摺動部品１及び第２摺動部品１と、比較する摺動部品について被密封流体の各圧力に於ける摩擦係数の比較は図１１に示す通りである。
図１１では、Ｐ１の棒グラフが第１摺動部品１の摩擦係数のデータ、Ｐ２の棒グラフが第２摺動部品１の摩擦係数のデータ、Ｓの棒グラフが比較する摺動部品の摩擦係数のデータである。この図１１において、第１摺動部品１と第２摺動部品１の摩擦係数は略同一である。尚、説明は省略した他の実験の結果から、第１実施の態様から第６実施の態様の各摺動部品１も略同じ摩擦係数のデータが得られる。

２．本発明と比較例２に係わる摺動部品の被密封流体の圧力と漏れ量との関係を示すデータ。

Ａ．本発明の第１摺動部品１を試験した実施例１（Ｐ１）
１）本発明の第１摺動部品１は摩擦係数の試験をした実施例１と全て同一である。
２）その他の試験条件は摩擦係数の試験をした実施例１と全て同一である。

Ｂ．本発明の第２摺動部品１を試験した実施例２（Ｐ２）
１）本発明の第２摺動部品１は摩擦係数の試験をした実施例２と全て同一である。
２）その他の試験条件は摩擦係数の試験をした実施例２と全て同一である。

Ｃ．比較する摺動部品を試験した比較例２（Ｓ）
１）本発明の両摺動部品１と外形は同一形状で、同一材質あるが、両摺動面は研磨した平坦面に多数の螺旋状溝のみを付けたものである。摺動面に螺旋状溝を横断するダム２Ａは設けられていない。
２）その他の試験条件は上述の試験をした比較例１と同一である。

以上の条件で被密封流体の漏れ量を試験した。そして、本発明の摺動部品１と比較例２の摺動部品との被密封流体の漏れ量（ｇ／ｈ）は、図１２に示す通りである。
図１２では、Ｐ１の棒グラフが本発明の第１摺動部品１の漏れ量のデータ、Ｐ２の棒グラフが本発明の第２摺動部品１の漏れ量のデータ、Ｓの棒グラフが比較例２の漏れ量のデータである。この図１２において、第１摺動部品１と第２摺動部品１の漏れ量は略同一である。尚、説明は省略した他の実験の結果から、第１実施の態様から第６実施の態様の各摺動部品１も略同じ漏れ量のデータが得られる。

以上の本発明に係わる各被密封流体圧力に於ける第１摺動部品１の摩擦係数の試験をした実施例１及び第２摺動部品１の摩擦係数の試験をした実施例２と、比較例１との結果を対比する。叉、第１摺動部品１の漏れ量の試験をした実施例１及び第２摺動部品１の漏れ量の試験をした実施例２と、比較例２との結果を対比する。
本発明の第１摺動部品１及び第２摺動部品１と比較例１の摺動部品との被密封流体圧力と摩擦係数とに於ける結果を比較すると、図１１から明らかなように、被密封流体の圧力が低い範囲では、特に、本発明の摺動部品１は優れた低摩擦係数を示すことが認められる。又、本発明の第１摺動部品１及び第２摺動部品１と比較例２の摺動部品との各被密封流体圧力に於ける漏洩量を比較すると、図１２から明らかなように、被密封流体の圧力が低い範囲では、本発明の各摺動部品１は優れたシール能力を示すことが認められる。尚、一般機械・機器は、この低い圧力範囲で広く使用されている。

上述したように、本発明に係わる摺動部品１によれば、摩擦抵抗の低減と共に、シール能力の向上に優れた作用効果が発揮される。特に、摺動面２に配列されたディンプル３に被密封流体を均一に蓄積すると共に、整列された多数個のディンプル３により、被密封流体を被密封流体側へ押し出す能力を発揮する。又、ディンプル部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・間を仕切るダム部２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・が被密封流体をシールする能力を向上させる。このために、被密封流体のシール能力に優れる。又、一般の機器で使用されている圧力範囲では、この摺動部品１が被密封流体を効果的にシールする。
更に、摺動部品１の回転数が低速の場合、或いは被密封流体の圧力が低圧の場合には、被密封流体のシール能力と共に、摩擦係数が低減できる。
更に又、多数のディンプル３を配置した摺動面２が損傷しやすくなるのをダム２Ａにより防止すると共に、摺動面２の摩耗を効果的に防止する。

以上に説明した通り、本発明の摺動部品１は、メカニカルシール、軸受け、等の回転する摺動面として産業上の各分野において有用である。特に、一般機械の速度範囲である低速回転領域において、回転軸の摺動面として優れた低摩擦抵抗を呈すと共に、摺動面に潤滑液膜を保存して潤滑する有用な摺動部品１である。

本発明に係わる第１実施の態様を示す摺動部品に於ける摺動面の正面図である。

図１の摺動面を拡大した一部の正面図である。

本発明に係わる第２実施の態様を示す摺動部品に於ける摺動面の正面図である。

図３の摺動面を拡大した一部の正面図である。

本発明に係わる第３実施の態様を示す摺動部品に於ける摺動面の一部の正面図である。

本発明に係わる第４実施の態様を示す摺動部品に於ける摺動面の正面図である。

本発明に係わる第５実施の態様を示す摺動部品に於ける摺動面の正面図である。

本発明に係わる第６実施の態様を示す摺動部品に於ける摺動面の正面図である。

本発明の摺動部品を取り付けたメカニカルシールの半断面図である。

本発明に係わる摺動部品を試験した試験機の断面図である。

本発明に係わる各摺動部品と比較例１の摺動部品とを試験した結果の摺動面における被密封流体の圧力と摩擦係数との関係を示す棒グラフである。

本発明に係わる各摺動部品と比較例２の摺動部品とを試験した結果のシール面間における被密封流体の圧力と被密封流体の漏洩量との関係を示す棒グラフである。

関連技術１に係わる一方の摺動部品の摺動面を示す斜視図である。そして、

関連技術２に係わる一方の摺動部品の摺動面を示す平面図である。

符号の説明

１ 摺動部品
２ 摺動面
２Ａ ダム
２Ａ１ 第１ダム部
２Ａ２ 第２ダム部
２Ａ３ 第３ダム部
２Ａ０ 第０ダム部
３ ディンプル
３Ａ 第１ディンプル部
３Ｂ 第２ディンプル部
３Ｃ 第３ディンプル部
４ 一列溝
Ｎ 回転方向

Claims (4)

1. 静止用摺動部品と回転用摺動部品とが互いに相対摺動する摺動面間の径方向内外周側の一方側に存在する被密封流体をシールする摺動部品であって、
   前記摺動面（２、２）のうちの少なくとも一方の摺動面（２）に径方向側の被密封流体に向かって回転方向へ傾斜するとともに傾斜方向へ長手に形成されたディンプル（３）と、
   前記ディンプル（３）が前記摺動面（２）に径の異なる複数の環状に沿って配列された複数輪のディンプル部（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・）とを有し、
   前記ディンプル部（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・）の複数輪の間に同心で円環状に形成されたダム部（２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・）をそれぞれ有し、
   半径方向に隣り合う前記ダム部（２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・）の間には、前記ディンプル部（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・）がそれぞれ存在し、
   各ディンプル（３）が、同一幅で径方向に対して同一角度で傾斜方向へ直線状に形成され、各ディンプル（３）の傾斜方向の長さは、溝幅の２．５倍以上であり、前記摺動面の径方向幅寸法の１／２以下に形成され、
   各ディンプル（３）の長手方向の端部が、円環状に形成された前記ダム部（２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３、・・）で区切られていること、を特徴とする摺動部品。
2. 前記被密封流体側の前記ディンプル部（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、・・）の前記ディンプル（３）の溝端が被密封流体に突き抜けていることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
3. 前記摺動面（２）の少なくとも被密封流体側と反対側の端部側摺動面に第１ダム部（２Ａ１）を有す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. 前記各ダム部（２Ａ１，２Ａ２、２Ａ３・・）の径方向幅が前記ディンプル（３）の傾斜方向の長さよりも小さくされていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の摺動部品。

Images