JP6776232B2 - 摺動部品 - Google Patents
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Description
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、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。)。
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は回転側密封環であり、他方の摺動部品は固定側密封環であり、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うち前記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端部と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられ、
前記他方の摺動部品の摺動面の内径は、前記動圧発生溝の前記漏れ側端部より径方向に小さく、かつ、前記一方の摺動部品の摺動面の内径より大きく設定されることにより、
前記動圧発生溝側に設けられた前記微細な凹部は前記他方の摺動部品の摺動面のランド部と摺動し、前記漏れ側に設けられた前記微細な凹部は前記漏れ側に連通す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、漏れ側の流体中に混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側とはランド部により隔離され、また、微細な凹部は動圧発生溝と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は回転側密封環であり、他方の摺動部品は固定側密封環であり、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うち前記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端部と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられ、
前記他方の摺動部品の摺動面の内径は、前記動圧発生溝の前記漏れ側端部より径方向に小さく、かつ、前記一方の摺動部品の摺動面の内径より大きく設定されることにより、
前記動圧発生溝側に設けられた前記微細な凹部は前記他方の摺動部品の摺動面のランド部と摺動し、前記漏れ側に設けられた前記微細な凹部は前記漏れ側に連通す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、また、微細な凹部は動圧発生溝と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。
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。
この特徴によれば、製作を容易にすることができる。
この特徴によれば、より大きな動圧効果を得ることができる。
この特徴によれば、グルーブ部を効率的に配置することができ、より大きな動圧効果を得ることができる。
この特徴によれば、動圧発生溝の漏れ側の端部aと漏れ側とが非連通であって、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が抑制されたものにおいて、動圧発生溝への流体供給の効果を増大することができる。
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。
(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、前記動圧発生溝と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けら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、漏れ側の流体中に混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側とはランド部により隔離され、また、微細な凹部は動圧発生溝と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、静止時においても漏れが発生することがない。
また、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。
なお、以下の実施例においては、摺動部品の一例であるメカニカルシールを例にして説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)、内周側を漏れ側(気体側)として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が漏れ側(気体側)、内周側が被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)である場合も適用可能である。また、被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)と漏れ側(気体側)との圧力の大小関係については、例えば、被密封流体側(液体側あるいはミスト状の流体側)が高圧、漏れ側(気体側)が低圧、あるいは、その逆のいずれでもよく、また、両方の圧力が同一であってもよい。
なお、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、符号10は動圧発生溝、符号11は微細な凹部を示すものであり、これらについては後記において詳細に説明する。
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。
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のランド部R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のランド部R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。
図3においては、微細な凹部11は、ほぼ円形のディンプル111から構成されている。ディンプル111は、ランダムに配設されており、その大きさ、例えば、径は同一でもよく、同一でなくてもよい。
そして、摺動面Sに形成された多数の微細な凹部11は、この摺動面Sと相対摺動する相手側摺動面との間に流体力学的な潤滑液膜として介入する液体の一部を保持して、潤滑液膜を安定化させる機能も有するものである。
図4において、回転側密封環4の摺動面S(R)には図の断面と直交する方向に延びるレイリーステップ11aが形成されており、固定側密封環7の摺動面Sは平坦に形成されている。回転側密封環4が矢印で示す方向に相対移動すると、両摺動面間に介在する流体が、その粘性によって矢印方向に追随移動しようとし、その際、レイリーステップ11aの存在によって動圧(正圧)を発生する。この動圧の発生により両摺動面の間隔がわずかに広げられ、漏れ側の流体が動圧発生溝10に吸い込まれやすくなるものである。
すなわち、 動圧発生溝10は、スパイラル形状の動圧発生溝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が存在するため、被密封流体側及び漏れ側と非連通に隔離されている。そして、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、端部10bにおいて動圧(正圧)を発生するものである。
(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と漏れ側との間の摺動面ISの動圧発生溝10と径方向において離隔された位置には、微細な凹部11を構成する、独立形状のディンプル111が複数設けら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10は被密封流体である液体側とはランド部Rにより隔離され、また、ディンプル111は動圧発生溝10と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、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)独立形状の微細な凹部11がほぼ円形のディンプル111から構成されるため、製作を容易にすることができる。
実施例2に係る摺動部品は、動圧発生溝と漏れ側との間の摺動面の動圧発生溝と径方向において離隔された位置に設けられる独立形状の微細な凹部11の構成が実施例1の摺動部品と相違するが、その他の基本構成は実施例1と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
個々の微細なヘリングボーン溝112は、図4に示すようなレイリーステップを構成し、回転側密封環4が矢印で示す方向に相対移動すると、両摺動面間に介在する流体が、その粘性によって矢印方向に追随移動しようとし、その際、ヘリングボーン溝112のレイリーステップ112aの存在によって動圧(正圧)を発生する。この動圧の発生により両摺動面の間隔がわずかに広げられ、漏れ側の流体が動圧発生溝10に吸い込まれやすくなるものである。
(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と漏れ側との間の摺動面ISの動圧発生溝10と径方向において離隔された位置には、微細な凹部11を構成する、独立形状のヘリングボーン溝112が複数設けら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10は被密封流体である液体側とはランド部Rにより隔離され、また、ヘリングボーン溝112は動圧発生溝10と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、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)独立形状の微細な凹部11がヘリングボーン溝112から構成されるため、より大きな動圧効果を得ることができる。
実施例3に係る摺動部品は、動圧発生溝と漏れ側との間の摺動面の動圧発生溝と径方向において離隔された位置に設けられる独立形状の微細な凹部11の構成が実施例1の摺動部品と相違するが、その他の基本構成は実施例1と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
(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と漏れ側との間の摺動面ISの動圧発生溝10と径方向において離隔された位置には、微細な凹部11を構成する、独立形状のグルーブ部113aが複数設けら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10は被密封流体である液体側とはランド部Rにより隔離され、また、グルーブ部113aは動圧発生溝10と径方向において離隔された位置に配列され、それぞれが独立しているため、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)独立形状の微細な凹部がレイリーステップ機構113を形成する略円弧状のグルーブ部113aから構成されるため、グルーブ部113aを効率的に配置することができ、より大きな動圧効果を得ることができる。
実施例4に係る摺動部品は、動圧発生溝の形状が実施例1の摺動部品と相違するが、その他の基本構成は実施例1と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
このため、図7に示す動圧発生溝15は、漏れ側の端部15aが被密封流体側の端部15bに比較して周方向に長く延びて形成され、漏れ側の開口部が拡大された形状に形成され、動圧発生溝15へ流体供給効果が増大されている。
動圧発生溝15の漏れ側の端部15aと漏れ側とが非連通であって、漏れ側の流体中に混在するダストの動圧発生溝15への進入が抑制されたものにおいて、動圧発生溝15への流体供給の効果を増大することができる。
実施例5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の被密封流体側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。
正圧発生溝17aは、上流側が流体導入溝16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17は、上流側において流体導入溝16に連通する正圧発生溝17a及びレイリーステップ17b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8(a)において、流体導入溝16及び正圧発生機構17のなす平面形状は略L字状をなしている。
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16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。
本例では、流体導入部18a及び流体導出部18b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18の平面形状は略U字形をなしている。
正圧発生溝17aは、上流側が流体導入部18aに連通し、流体導出部18b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17は、上流側において流体導入溝18の流体導入部18aに連通する正圧発生溝17a及びレイリーステップ17b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。
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18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。
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16または18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17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16または18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。
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 固定側密封環
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 微細な凹部
111 ディンプル
112 ヘリングボーン溝(微細な凹部)
112a レイリーステップ
113 レイリーステップ機構
113a グルーブ部
113b レイリーステップ
12 半径方向深溝
15 動圧発生溝
16 流体導入溝
17 正圧発生機構
18 流体導入溝
S 摺動面
IS 動圧発生溝の漏れ側の端部と漏れ側との間の摺動面
R ランド部
Claims (8)
- 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は回転側密封環であり、他方の摺動部品は固定側密封環であり、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うち前記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端部と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられ、
前記他方の摺動部品の摺動面の内径は、前記動圧発生溝の前記漏れ側端部より径方向に小さく、かつ、前記一方の摺動部品の摺動面の内径より大きく設定されることにより、
前記動圧発生溝側に設けられた前記微細な凹部は前記他方の摺動部品の摺動面のランド部と摺動し、前記漏れ側に設けられた前記微細な凹部は前記漏れ側に連通することを特徴とする摺動部品。 - 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は回転側密封環であり、他方の摺動部品は固定側密封環であり、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うち前記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端部と前記漏れ側との間の摺動面の前記動圧発生溝と径方向において離隔された位置には独立形状の微細な凹部が複数設けられ、
前記他方の摺動部品の摺動面の内径は、前記動圧発生溝の前記漏れ側端部より径方向に小さく、かつ、前記一方の摺動部品の摺動面の内径より大きく設定されることにより、
前記動圧発生溝側に設けられた前記微細な凹部は前記他方の摺動部品の摺動面のランド部と摺動し、前記漏れ側に設けられた前記微細な凹部は前記漏れ側に連通することを特徴とする摺動部品。 - 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。
- 前記独立形状の微細な凹部は、ディンプルから構成され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。
- 前記独立形状の微細な凹部は、ヘリングボーン溝から構成され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。
- 前記独立形状の微細な凹部は、レイリーステップ機構を形成するグルーブ部から構成され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。
- 前記動圧発生溝は、漏れ側の端部が被密封流体側の端部に比較して周方向に長く延びて形成され、漏れ側の開口部が拡大された形状に形成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。
- 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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