KR102407098B1 - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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타다츠구 이무라
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

고압의 피밀봉 유체의 누설이 적고 또한 저토크의 슬라이딩 부품을 제공한다. 원환상의 메이팅 링(20)과, 원환상의 시일 링(10)이 대향하여 각 슬라이딩면(11, 21)을 상대 회전시킴으로써, 당해 상대 회전 슬라이딩하는 슬라이딩면(11, 21)의 지름 방향의 한쪽 측에 존재하는 피밀봉 유체를 밀봉하는 슬라이딩 부품에 있어서, 시일 링(10)의 슬라이딩면(11)에는, 메이팅 링(20)과의 상대 회전 슬라이딩에 의해 동압을 발생시키는 동압 오목부(12)가 원주 방향으로 분리되어 복수 형성되고, 메이팅 링(20)의 슬라이딩면(21)에는, 동압 오목부(12)보다도 깊이가 깊은 정압(靜壓) 오목부(22)가 동압 오목부(12)와 함께 서로 작용하는 위치에 원주 방향으로 복수 형성된다.

Description

슬라이딩 부품
본 발명은, 상대 회전하는 슬라이딩 부품에 관한 것으로, 예를 들면 자동차, 일반 산업 기계 또는 그 외의 시일 분야의 메커니컬 시일에 사용되는 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
피밀봉 유체의 누설을 방지하는 밀봉 장치로서, 상대 회전하고, 또한 평면상의 단면끼리가 슬라이딩하도록 구성된 2부품으로 이루어지는 것, 예를 들면, 메커니컬 시일에 있어서, 밀봉성을 장기적으로 유지시키기 위해서는, 「밀봉」과 「윤활」이라는 상반되는 조건을 양립시키지 않으면 안 된다. 특히, 최근에 있어서는, 환경 대책 등을 위해, 피밀봉 유체의 누설 방지를 도모하면서, 기계적 손실을 저감시키기 위해, 보다 한층, 저마찰화의 요구가 높아지고 있다. 저마찰화의 수법으로서는, 회전에 의해 슬라이딩면 사이에 동압(動壓)을 발생시키고, 액막(液膜)을 개재시킨 상태에서 슬라이딩함으로써 달성할 수 있다.
종래, 회전에 의해 슬라이딩면 사이에 동압을 발생시키도록 한 메커니컬 시일로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 밀봉 장치가 알려져 있다. 슬라이딩 부품의 한쪽인 메이팅 링의 슬라이딩면에는, 회전시에 동압을 발생시키는 동압 발생홈이 복수 마련되어 있다. 또한, 슬라이딩 부품의 다른 한쪽인 시일 링의 슬라이딩면은 평탄하게 형성되어 있다. 슬라이딩 부품이 상대 회전하면, 동압 발생홈의 회전 방향 상류측은 부압(負壓)이 되는 한편, 동(同) 하류측에서는 정압(正壓)이 발생하고, 동압 발생홈의 회전 방향 하류측의 단면벽에 의한 쐐기 작용에 의해 정압이 커져, 전체적으로 정압이 작용하여, 큰 부력이 얻어진다.
특허문헌 1의 밀봉 장치는, 슬라이딩면 사이에 정압이 발생하기 때문에, 유체가 정압 부분으로부터 슬라이딩면 밖으로 유출된다. 이 유체의 유출은, 시일의 경우의 피밀봉 유체의 누설에 해당한다. 그래서, 동압 발생홈 안 또는 동압 발생홈 밖에 미소(微小) 홈 등을 형성하여 펌핑 기능을 부여하고, 슬라이딩 부품의 시동시에, 방향성을 가진 유체를 슬라이딩면 사이에 흘림으로써 누설을 저감하는 장치도 개발되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
일본 특허공보 제3066367호(3페이지, 도 1) 일본 특허공보 제5960145호(10페이지, 도 4)
그런데, 고압의 피밀봉 유체를 대상으로 하는 슬라이딩 부품에 있어서도 더 한층의 「밀봉」과 「윤활」의 향상이 요구되고 있다. 특허문헌 2의 슬라이딩 부품은, 피밀봉 유체가 고압이 됨에 따라 펌핑용의 미소 홈의 홈 형상(깊이, 폭, 길이, 각도 등)을 최적화해도 펌핑 작용을 기대할 수 없을 정도로 낮아지는 경향이 있어, 윤활성을 유지하면서 누설을 충분히 억제할 수 없을 우려가 있었다. 또한, 특허문헌1 등의 밀봉 장치와 같이 동압 발생홈에 의해 동압을 발생시키는 것도 생각할 수 있지만, 피밀봉 유체가 고압이기 때문에 큰 부력을 얻기 위해서는 동압 발생홈의 깊이를 얕게 할 필요가 있는 점에서, 이 경우에는, 동압 발생홈에 충분히 피밀봉 유체가 공급되지 않아 빈(貧)윤활이 되어 윤활성이 악화될 우려가 있었다. 이와 같이, 어느 문헌의 기술에 의해서도, 고압의 피밀봉 유체를 대상으로 하는 슬라이딩 부품에 있어서, 동압 발생홈의 기능에 의해 소위 유체 윤활 상태를 유지하는 것은 곤란하며, 누설이 많은 또는 고토크의 슬라이딩 부품이 되어 버린다는 문제가 있었다.
본 발명은, 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 고압의 피밀봉 유체의 누설이 적고 또한 저토크의 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부품은,
원환상의 메이팅 링과, 원환상의 시일 링이 대향하여 각 슬라이딩면을 상대 회전시킴으로써, 당해 상대 회전 슬라이딩하는 상기 슬라이딩면의 지름 방향의 한쪽 측에 존재하는 피밀봉 유체를 밀봉하는 슬라이딩 부품에 있어서,
상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링 중 어느 한쪽의 슬라이딩면에는, 상기 메이팅 링과 상기 시일 링의 상대 회전 슬라이딩에 의해 동압을 발생시키는 동압 오목부가 원주 방향으로 분리되어 복수 형성되고,
상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링의 다른 한쪽의 슬라이딩면에는, 상기 동압 오목부보다도 깊이가 깊은 정압(靜壓) 오목부가 상기 동압 오목부와 함께 서로 작용하는 위치에 원주 방향으로 복수 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 시일 링과 메이팅 링의 상대 회전시에, 동압 오목부는, 동압 오목부보다도 깊이가 깊은 정압 오목부의 대향부나 대향부 근방을 통과하여, 정압 오목부로부터 피밀봉 유체가 공급될 수 있게 되어 있기 때문에, 빈윤활이 되는 일 없이 확실하게 동압을 발생시킬 수 있다. 이때, 동압 오목부는, 주로 슬라이딩면 사이에 동압을 발생시켜 슬라이딩면 사이의 접촉면압을 조정하는 기능을 함과 동시에, 정압 오목부는, 주로 그 내부에 보지(保持)하는 피밀봉 유체를 동압 오목부측에 공급하는 기능을 하고 있다. 이와 같이 하여, 시일 링과 메이팅 링이 서로 완전히 상대적으로 부상(浮上)하지 않을 정도로 동압을 발생시킴으로써, 양(兩) 슬라이딩면이 서로 접촉 상태에 있으면서 접촉면압이 억제되기 때문에, 고압의 피밀봉 유체의 누설이 적고 또한 저토크의 슬라이딩 부품을 얻을 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부와 상기 정압 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링의 지름 방향에 있어서 적어도 일부가 오버랩되어 있다.
이에 의하면, 시일 링과 메이팅 링의 상대 회전시에, 동압 오목부는, 동압 오목부보다도 깊이가 깊은 정압 오목부의 대향부를 확실하게 통과하여, 정압 오목부로부터 피밀봉 유체가 공급될 수 있기 때문에, 빈윤활이 되는 일 없이 확실하게 동압을 발생시킬 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 상기 피밀봉 유체측으로 개방되어 있다.
이에 의하면, 동압 오목부에 피밀봉 유체에 의한 정압이 가해지기 때문에, 빈윤활이 되는 일 없이 확실히 동압을 발생시킬 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 띠 형상이다.
이에 의하면, 동압 오목부와 정압 오목부가 함께 서로 작용함으로써 동압 발생 효율 및 정압 발생 효율을 높일 수 있다.
적합하게는, 상기 정압 오목부는, 딤플이다.
이에 의하면, 동압 오목부와 정압 오목부가 함께 서로 작용함으로써 동압 발생 효율 및 정압 발생 효율을 높일 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 정면시(正面視) 원주 방향을 따른 띠 형상이며, 상기 정압 오목부는, 딤플이다.
이에 의하면, 동압 오목부와 정압 오목부가 함께 서로 작용함으로써 동압 발생 효율 및 정압 발생 효율을 높일 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링 중 어느 한쪽의 슬라이딩면의 상기 피밀봉 유체측에만 배치되어 있다.
이에 의하면, 시일 링과 메이팅 링의 상대 회전시에, 피밀봉 유체측에 있어서의 빈윤활을 방지할 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링 중 어느 한쪽의 슬라이딩면의 지름 방향에 있어서 상기 피밀봉 유체측의 1/4 이하의 영역에만 배치되어 있다.
이에 의하면, 시일 링과 메이팅 링의 상대 회전시에, 피밀봉 유체측에 있어서의 빈윤활을 방지할 수 있고, 또한 과도한 부력을 발생시키지 않고 피밀봉 유체의 누설을 적게 할 수 있다.
적합하게는, 상기 정압 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링의 다른 한쪽의 슬라이딩면의 전면(全面)에 배치되어 있다.
이에 의하면, 정압 오목부는, 대향하는 동압 오목부에 피밀봉 유체를 공급함과 동시에, 동압 오목부가 대향하지 않는 개소에 있어서 내부에 피밀봉 유체를 보지함으로써, 빈윤활이 되기 어렵게 되어 있다.
적합하게는, 상기 정압 오목부는, 그 깊이 치수가 그 정면시에 있어서의 개구 최대 지름 치수보다도 크다.
이에 의하면, 정압 오목부는, 대향하는 동압 오목부에 피밀봉 유체를 공급하는 기능을 높일 수 있음과 동시에, 동압 오목부가 대향하지 않는 개소에 있어서 내부에 피밀봉 유체를 보지하는 기능을 높일 수 있다.
적합하게는, 상기 피밀봉 유체는, 0.1MPa 이상의 고압 액체이다.
이에 의하면, 피밀봉 유체가 고압이라도 슬라이딩면의 면거칠기가 적고 또한 누설이 적다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 따른 동압 오목부가 형성된 시일 링의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
도 3은, 도 2의 시일 링에 대향 배치되는 정압 오목부가 형성된 메이팅 링의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
도 4는, 도 2 및 도 3의 시일 링 및 메이팅 링을 지름 방향으로 자른 비회전시의 단면도이다.
도 5는, 도 2 및 도 3의 시일 링 및 메이팅 링에 의한 동압 발생을 설명하기 위한, 둘레 방향으로 자른 회전시의 단면 모식도이다.
도 6의 (a) 및 (b)는, 실시예 1의 정압 오목부의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 7의 (a)~(g)는, 본 발명의 실시예 2에 따른 동압 오목부가 형성된 시일 링의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
도 8의 (a)~(f)는, 본 발명의 실시예 3에 따른 정압 오목부가 형성된 메이팅 링의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이다.
본 발명에 따른 슬라이딩 부품을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.
실시예 1
실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 슬라이딩 부품의 일례인 메커니컬 시일을 예로 하여 설명한다. 또한, 메커니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부품의 외주측을 피밀봉 유체측, 내주측을 대기측으로 하여 설명한다.
도 1에 나타나는 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일은, 슬라이딩면의 외주측으로부터 내주측을 향하여 누설되고자 하는 피밀봉 유체를 밀봉하는 인사이드형의 것이며, 회전축(1)측에 슬리브(2)를 통하여 회전축(1)과 일체적으로 회전 가능한 상태로 설치된 원환상의 슬라이딩 부품으로서의 메이팅 링(20)과, 피장착 기기인 하우징(4)에 고정된 시일 커버(5)에 비회전 상태 및 축방향 이동 가능한 상태로 설치된 원환상의 슬라이딩 부품으로서의 시일 링(10)으로 주로 구성되고, 벨로우즈(7)에 의해 시일 링(10)이 축방향으로 부세(付勢)됨으로써, 래핑 등에 의해 경면 마무리된 시일 링(10)의 슬라이딩면(11)과 메이팅 링(20)의 슬라이딩면(21)이 서로 밀접 슬라이딩하게 되어 있다. 또한, 본 실시예에 있어서의 피밀봉 유체는, 0.1MPa 이상의 고압 액체인 것으로 한다.
시일 링(10) 및 메이팅 링(20)은, 대표적으로는 SiC(경질 재료)끼리 또는 SiC(경질 재료)와 카본(연질 재료)의 조합으로 형성되지만, 이에 한정하지 않고, 슬라이딩 재료는 메커니컬 시일용 슬라이딩 재료로서 사용되고 있는 것이면 적용 가능하다. 또한, SiC로서는, 보론, 알루미늄, 카본 등을 소결 조제로 한 소결체를 비롯하여, 성분, 조성이 상이한 2종류 이상의 상(相)으로 이루어지는 재료, 예를 들면, 흑연 입자가 분산한 SiC, SiC와 Si로 이루어지는 반응 소결 SiC, SiC-TiC, SiC-TiN 등이 있고, 카본으로서는, 탄소질과 흑연질을 혼합한 카본을 비롯하여, 수지 성형 카본, 소결 카본 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 슬라이딩 재료 이외로는, 금속 재료, 수지 재료, 표면 개질 재료(코팅 재료), 복합 재료 등도 적용 가능하다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 시일 링(10)은, 축방향 일단에 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 환상의 슬라이딩면(11)을 갖고 있다. 슬라이딩면(11)은, 평탄면이며, 원주 방향으로 분리되는 복수의 동압 오목부로서의 오목홈(12)이 형성되어 있다. 또한, 슬라이딩면(11)은, 오목홈(12)에 대하여 랜드부라고도 할 수 있다.
오목홈(12)은, 슬라이딩면(11)과 평행한 평면으로서 형성되는 바닥면(12A)과, 바닥면(12A)에 직교하는 벽면으로서 형성되는 지름 방향벽(12B, 12C)과, 바닥면(12A) 및 지름 방향벽(12B, 12C)에 직교하는 벽면으로서 형성되는 둘레 방향벽(12D)에 의해 획성(劃成)되고, 피밀봉 유체측으로서의 외경 방향으로 개방하는 측면시(側面視) 대략 직사각형의 개구(12E)를 갖고, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 슬라이딩면(11)의 원주 방향을 따른 띠 형상의 홈으로서 형성되어 있다. 또한, 본 실시예의 오목홈(12)은, 레이저 가공에 의해 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 다른 방법으로 형성되어도 좋다.
또한, 오목홈(12)은, 슬라이딩면(11)의 둘레 방향으로 12등배(等配)되어 있다. 또한, 오목홈(12)의 수나 간격은 이에 한정되는 것은 아니지만, 오목홈(12)의 수는, 지나치게 많으면 발생하는 동압이 커지고, 지나치게 적으면 슬라이딩면(11)의 둘레 방향에 걸쳐 작용하는 동압의 변화가 커지기 때문에, 6~24등배되는 것이 바람직하다.
또한, 오목홈(12)의 둘레 방향의 길이와, 둘레 방향으로 인접하는 오목홈(12,12) 사이의 길이(간격)는, 대략 동일하게 형성되어 있다. 또한, 슬라이딩면(11)에 있어서의 오목홈(12)의 둘레 방향의 길이와 간격은, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 오목홈(12)의 축방향의 깊이는, 5μm 미만, 바람직하게는 1μm 이상으로 형성되고, 오목홈(12)의 지름 방향의 길이(R12)는, 슬라이딩면(11)의 지름 방향의 길이(R11)의 1/2 이하, 바람직하게는 1/4 이하로 형성되어 있다(도 2 참조). 이에 따라, 오목홈(12)에서 발생하는 각 동압의 전체의 합계의 힘(부력)이 지나치게 커지는 일이 없다. 또한, 오목홈(12)은, 슬라이딩면(11)의 지름 방향에 있어서 외경측의 영역에만 배치되어 있다. 또한, 오목홈(12)은, 슬라이딩면(11)의 내경측에 배치되지 않는 것이 바람직하다. 이에 따라, 시일 링(10)과 메이팅 링(20)의 상대 회전시에, 슬라이딩면(11)의 외경측이 대향하는 슬라이딩면(21)과 직접 접촉하기 어려워져, 회전 속도가 빠른 외경측에 있어서의 빈윤활을 방지할 수 있다. 또한, 오목홈(12)의 둘레 방향의 길이(c12)(도 5 참조)는, 오목홈(12)의 지름 방향의 길이(R12)(도 2 참조)보다도 길게 형성되어 있다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 메이팅 링(20)은, 시일 링(10)의 슬라이딩면(11)과 축방향으로 대향하는 환상의 슬라이딩면(21)을 갖고 있다. 슬라이딩면(21)은, 평탄면이며, 원주 방향으로 복수의 정압 오목부로서의 딤플(22)이 전면에 형성되어 있다. 또한, 슬라이딩면(21)은, 딤플(22)에 대하여 랜드부라고도 할 수 있다.
또한, 메이팅 링(20)의 슬라이딩면(21)의 지름 방향의 길이(w21)는, 시일 링(10)의 슬라이딩면(11)의 지름 방향의 길이(w11)보다도 길게(w11<w21) 형성되어 있다(도 4 참조). 이에 따라, 시일 링(10)의 슬라이딩면(11)의 외경측에 배치되는 오목홈(12)의 최대 지름 방향 길이(r12)가 억제되어 있다.
딤플(22)은, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원형(도 3 참조), 지름 방향 단면 대략 타원형(도 4 참조), 둘레 방향 단면 대략 타원형(도 5 참조)의 반회전 타원체 형상으로 형성되고, 슬라이딩면(21)의 전면에 지름 방향으로 6개씩 지그재그 배치되어 있다. 또한, 슬라이딩면(21)의 전면(全面)이란, 슬라이딩면(11)과 실질적으로 슬라이딩하는 영역을 나타내고 있다. 또한, 본 실시예의 딤플(22)은, 레이저 가공에 의해 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 다른 방법으로 형성되어도 좋다.
또한, 딤플(22)의 깊이 치수(h22)는, 정면시에 있어서의 딤플(22)의 개구 최대 지름 치수(r22)보다도 크게(r22<h22) 형성되어 있다(도 4 참조). 이에 따라, 딤플(22)은, 대향하는 오목홈(12)에 피밀봉 유체를 공급하는 기능을 높일 수 있음과 동시에, 오목홈(12)이 대향하지 않는 개소에 있어서 내부에 피밀봉 유체를 보지하는 기능을 높일 수 있다. 또한, 딤플(22)의 깊이 치수(h22)는, 정면시에 있어서의 딤플(22)의 개구 최대 지름 치수(r22)보다도 작고, 또는, 대략 동일하게 형성되어 있어도 좋다. 또한, 딤플(22)의 축방향의 깊이는, 쐐기 작용이 충분히 작용하지 않는 10μm 이상인 것이 바람직하다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 딤플(22)의 깊이 치수(h22)는, 오목홈(12)의 깊이 치수(h12)보다도 크게(h12<h22) 형성되어 있다. 또한, 오목홈(12)의 최대 지름 방향 길이(r12)는, 딤플(22)의 최대 지름 방향 길이(r22)보다도 길게(r22<r12) 형성되어 있다. 또한, 도 5에 나타나는 바와 같이, 오목홈(12)의 최대 둘레 방향 길이(c12)는, 딤플(22)의 최대 둘레 방향 길이(c22)보다도 길게(c22<c12) 형성되어 있다. 이와 같이, 오목홈(12)과 딤플(22)은, 슬라이딩면(11, 21) 사이의 지름 방향에 있어서 적어도 일부가 오버랩되어 있다.
이어서, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 있어서의 동압 발생에 대해서 설명한다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 시일 링(10)과 메이팅 링(20)이 상대 회전(회전 방향은, 도 5에 있어서 지름 방향벽(12B)측으로부터 지름 방향벽(12C)측을 향하는 흰색 화살표로 도시하는 방향)하면, 오목홈(12)의 회전 방향측(즉, 도 5의 지름 방향벽(12C)측)은 부압이 되는 한편, 반회전 방향측(즉 도 5의 지름 방향벽(12B)측)은 정압이 발생하고, 오목홈(12)의 반회전 방향측의 지름 방향벽(12B)에 의한 쐐기 작용에 의해 정압이 커져, 전체적으로 정압이 작용하여, 큰 부력이 얻어진다. 또한, 오목홈(12)은, 오목홈(12)보다도 깊이가 깊은 딤플(22)의 대향부나 대향부 근방을 통과하여, 딤플(22)로부터 피밀봉 유체가 공급되기 때문에, 빈윤활이 되는 일 없이 확실히 동압을 발생시킬 수 있다. 이때, 오목홈(12)은, 주로 슬라이딩면(11, 21) 사이에 동압을 발생시켜 슬라이딩면(11, 21) 사이의 접촉면압을 조정하는 기능을 함과 동시에, 딤플(22)은, 주로 그 내부에 보지하는 피밀봉 유체를 오목홈(12)측에 공급하는 기능 및 오목홈(12)이 형성되지 않는 슬라이딩면(11)의 내경측에 있어서 정압을 피밀봉 유체측으로부터 도입하는 기능을 하고 있다. 또한, 오목홈(12)은, 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하는 측면시 대략 직사각형의 개구(12E)로부터 오목홈(12)으로 피밀봉 유체에 의한 정압을 도입함으로써, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 있어서의 동압의 발생에 기여하고 있다. 또한, 도 5에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 슬라이딩면(11, 21)은 미시적으로는 표면의 거칠기, 굴곡, 동압에 의한 변형에 의해 물결치는 형상으로 되어 있다.
이와 같이, 오목홈(12)과 딤플(22)이 함께 서로 작용함에 따라, 시일 링(10)과 메이팅 링(20)이 서로 완전히 상대적으로 부상하지 않을 정도로 동압을 발생시킴으로써, 슬라이딩면(11, 21)끼리는, 유체 윤활과 경계 윤활이 혼합된 혼합 윤활이 되고, 서로 일부가 접촉한 상태가 됨으로써, 양 슬라이딩면(11, 21)이 서로 접촉 상태에 있으면서 접촉면압이 억제되기 때문에, 고압의 피밀봉 유체의 누설이 적고 또한 저토크의 슬라이딩 부품을 얻을 수 있다. 또한, 저토크가 됨으로써, 슬라이딩면(11, 21)의 면거칠기를 억제할 수 있다. 또한, 실시예 1과는 달리, 종래의 동압 발생홈은 유체 윤활이 되는 유체막을 발생시키는 것이었다.
또한, 실시예 1에 있어서의 오목홈(12)의 변형예로서, 지름 방향벽(12B, 12C)은, 바닥면(12A)과 직교하지 않아도 좋고, 예를 들면 경사진 상태에서 교차해도 좋다. 또한, 바닥면(12A)은, 슬라이딩면(11)에 대하여 평행하지 않아도 좋고, 예를 들면 경사면이라도 좋다. 또한, 바닥면(12A)은, 평면이 아니라도 좋고, 예를 들면 만곡면이라도 좋다.
또한, 실시예 1에 있어서의 딤플(22)의 변형예로서, 딤플(22)의 단면 형상은, 도 6(a)에 나타나는 직사각형, 도 6(b)에 나타나는 원추형으로 형성되어도 좋다.
실시예 2
다음으로, 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
실시예 2에 있어서의 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 도 7(a)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 시일 링(210)의 슬라이딩면(211)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 반원 형상의 동압 오목부로서의 오목홈(212)이 형성되어 있다. 오목홈(212)은, 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고 있다.
또한, 도 7(b)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 시일 링(310)의 슬라이딩면(311)에는, 동압 오목부로서의 스파이럴 홈(312)이 형성되어 있다. 스파이럴 홈(312)은, 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고, 내경측은 폐색하고 있다.
또한, 도 7(c)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 시일 링(410)의 슬라이딩면(411)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 대략 직사각 형상인 동압 오목부로서의 오목홈(412)이 형성되어 있다. 오목홈(412)은, 주위를 랜드부에 둘러싸임으로써, 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고 있지 않다.
또한, 도 7(d)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 시일 링(510)의 슬라이딩면(511)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 대략 L자 형상인 동압 오목부로서의 레일리 스텝(512)이 형성되어 있다. 레일리 스텝(512)은, 지름 방향 및 둘레 방향으로 연장되는 홈의 깊이가 동일하게 형성되고, 지름 방향으로 연장되는 홈이 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고 있다.
또한, 도 7(e)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 시일 링(610)의 슬라이딩면(611)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 대략 L자 형상의 동압 오목부로서의 레일리 스텝(612)이 형성되어 있다. 레일리 스텝(612)은, 둘레 방향으로 연장되는 홈(630)에 지름 방향으로 연장되는 심구(深溝;631)가 연속하여 형성되고, 심구(631)가 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고 있다.
또한, 도 7(f)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 시일 링(710)의 슬라이딩면(711)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 동압 오목부로서의 대략 직사각 형상의 오목홈(712)이 형성되어 있다. 오목홈(712)은, 둘레 방향 대략 중앙에 형성되는 심구(730)의 둘레 방향 양측에 경사지는 홈(731, 732)이 각각 연속하여 형성되고, 오목홈(712) 전체가 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고 있다.
또한, 도 7(g)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 시일 링(810)의 슬라이딩면(811)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원형의 동압 오목부로서의 딤플(812)이 형성되어 있다. 딤플(812)은, 슬라이딩면(811)의 외경측에만 배치되어 있다. 또한, 설명의 편의상, 도시를 생략하지만, 딤플(812)의 최대 지름 방향 길이는, 메이팅 링(20)의 슬라이딩면(21)에 형성되는 딤플(22)의 최대 지름 방향 길이보다도 크게 형성되어 있다.
또한, 도 7(a)~도 7(g)에 있어서의 각 동압 오목부의 축방향의 깊이는, 동압을 충분히 발생시킬 수 있도록 얕게 형성되는 것으로 한다.
실시예 3
다음으로, 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
실시예 3에 있어서의 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 도 8(a)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 메이팅 링(220)의 슬라이딩면(221)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원주 방향으로 복수의 원형의 정압 오목부로서의 딤플(222)이 형성되어 있다. 딤플(222)은, 슬라이딩면(221)의 전면에 지름 방향으로 방사상으로 배치되어 있다.
또한, 도 8(b)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 메이팅 링(320)의 슬라이딩면(321)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원주 방향으로 복수의 직사각형의 정압 오목부로서의 딤플(322)이 형성되어 있다. 딤플(322)은, 슬라이딩면(321)의 전면에 지름 방향으로 지그재그 형상으로 배치되어 있다.
또한, 도 8(c)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 메이팅 링(420)의 슬라이딩면(421)에는, 동압 오목부로서의 스파이럴 홈(422)이 형성되어 있다. 스파이럴 홈(422)은, 슬라이딩면(421)의 전면에 배치되고, 피밀봉 유체측인 외경 방향 및 내경 방향으로 개방하고 있다.
또한, 도 8(d)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 메이팅 링(520)의 슬라이딩면(521)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원주 방향으로 인접하는 복수의 대략 직사각 정압 오목부로서의 오목홈(522)이 형성되어 있다. 오목홈(522)은, 슬라이딩면(521)의 외경측에만 배치되고, 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고 있다.
또한, 도 8(e)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 메이팅 링(620)의 슬라이딩면(621)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 반원 형상의 정압 오목부로서의 오목홈(622)이 형성되어 있다. 오목홈(622)은, 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고 있다.
또한, 도 8(f)에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩 부품으로서의 메이팅 링(720)의 슬라이딩면(721)에는, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 대략 직사각 형상의 정압 오목부로서의 오목홈(722)이 형성되어 있다. 오목홈(722)은, 피밀봉 유체측인 외경 방향으로 개방하고 있다.
또한, 도 8(a)~도 8(f)에 있어서의 각 정압 오목부의 축방향의 깊이는, 동압을 충분히 발생시키지 않을 정도로 깊게 형성되고, 피밀봉 유체를 공급·보지할 수 있게 되어 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명했지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.
또한, 상기 실시예에서는, 메커니컬 시일을 구성하는 부품이 슬라이딩 부품인 경우를 예로 하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되어 해석되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서, 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 더할 수 있는 것이다.
예를 들면, 슬라이딩 부품으로서, 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일을 예로 설명했지만, 워터펌프용 등의 다른 메커니컬 시일이라도 좋다. 또한, 메커니컬 시일은, 아웃사이드형의 것이라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 동압 오목부를 시일 링에, 정압 오목부를 메이팅 링에 설치하는 예에 대해서 설명했지만, 정압 오목부를 시일 링에, 동압 오목부를 메이팅 링에 설치해도 좋다.
또한, 슬라이딩 부품으로서, 메커니컬 시일을 예로서 설명했지만, 미끄럼 베어링 등 메커니컬 시일 이외의 슬라이딩 부품이라도 좋다.
1; 회전축
2; 슬리브
4; 하우징
5; 시일 커버
7; 벨로우즈
10; 시일 링(슬라이딩 부품)
11; 슬라이딩면
12; 오목홈(동압 오목부)
12A; 바닥면
12B, 12C; 지름 방향벽
12D; 둘레 방향벽
12E; 개구
20; 메이팅 링(슬라이딩 부품)
21; 슬라이딩면
22; 딤플(정압 오목부)
210~810; 시일 링(슬라이딩 부품)
211~811; 슬라이딩면
212; 오목홈(동압 오목부)
220~710; 메이팅 링(슬라이딩 부품)
221~721; 슬라이딩면
222; 딤플(정압 오목부)
312; 스파이럴 홈(동압 오목부)
322; 딤플(정압 오목부)
412; 오목홈(동압 오목부)
422; 스파이럴 홈(정압 오목부)
512; 레일리 스텝(동압 오목부)
522; 오목홈(정압 오목부)
612; 레일리 스텝(동압 오목부)
622; 오목홈(정압 오목부)
712; 오목홈(동압 오목부)
722; 오목홈(정압 오목부)
812; 딤플(동압 오목부)

Claims (11)

  1. 원환상의 메이팅 링과, 원환상의 시일 링이 대향하여 각 슬라이딩면을 상대 회전시킴으로써, 당해 상대 회전 슬라이딩하는 상기 슬라이딩면의 지름 방향의 한쪽 측에 존재하는 피밀봉 유체를 밀봉하는 슬라이딩 부품에 있어서,
    상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링 중 어느 한쪽의 슬라이딩면에는, 상기 메이팅 링과 상기 시일 링의 상대 회전 슬라이딩에 의해 동압(動壓)을 발생시키는 동압 오목부가 원주 방향으로 분리되어 복수 형성되고,
    상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링의 다른 한쪽의 슬라이딩면에는, 상기 동압 오목부보다도 깊이가 깊은 정압(靜壓) 오목부가 상기 동압 오목부와 함께 서로 작용하는 위치에 원주 방향으로 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동압 오목부와 상기 정압 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링의 지름 방향에 있어서 적어도 일부가 오버랩되어 있는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동압 오목부는, 상기 피밀봉 유체측으로 개방되어 있는 슬라이딩 부품.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 동압 오목부는, 띠 형상인 슬라이딩 부품.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정압 오목부는, 딤플인 슬라이딩 부품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동압 오목부는, 정면시(正面視) 원주 방향을 따른 띠 형상이며, 상기 정압 오목부는, 딤플인 슬라이딩 부품.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동압 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링 중 어느 한쪽의 슬라이딩면의 상기 피밀봉 유체측에만 배치되어 있는 슬라이딩 부품
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동압 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링 중 어느 한쪽의 슬라이딩면의 지름 방향에 있어서 상기 피밀봉 유체측의 1/4 이하의 영역에만 배치되어 있는 슬라이딩 부품.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정압 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링의 다른 한쪽의 슬라이딩면의 전면(全面)에 배치되어 있는 슬라이딩 부품.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정압 오목부는, 그 깊이 치수가 그 정면시에 있어서의 개구 최대 지름 치수보다도 큰 슬라이딩 부품.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피밀봉 유체는, 0.1MPa 이상의 고압 액체인 슬라이딩 부품.
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