KR102420417B1 - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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KR102420417B1
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히로유키 하시모토
유이치로 토쿠나가
히데유키 이노우에
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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 부품(10, 20)에 있어서, 메이팅 링(20) 및 시일 링(10) 중 적어도 어느 하나의 슬라이딩면(11, 21)에는, 메이팅 링(20)과 시일 링(10)의 상대 회전 슬라이딩에 의해 동압을 발생시키는 단(段) 형상 오목부(24)가 원주 방향으로 복수 형성되고, 단 형상 오목부(24)는, 동압 오목부(23)가 당해 동압 오목부(23)보다도 깊이가 깊은 정압 오목부(22)를 둘러싸고 당해 동압 오목부(23)와 당해 정압 오목부(22)에 의해 단면 단 형상으로 형성되어 있다.

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 단면(端面)끼리가 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 슬라이딩 부품을 사용한 것이 알려져 있다. 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 평탄한 슬라이딩면에 깊이가 상이한 2종류의 딤플이 다수 형성되고, 각각의 딤플은, 레일리 스텝을 구성하고 있다. 슬라이딩 부품이 상대 회전하면, 딤플의 반(反)회전 방향측은 부압이 되는 한편, 동(同) 회전 방향측에서는 정압이 발생하고, 딤플의 회전 방향 하류측의 단면벽에 의한 쐐기 작용에 의해 정압이 커지고, 전체적으로 정압이 작용하여, 큰 부력이 얻어진다. 또한, 깊이가 상이한 2종류의 딤플을 형성함으로써, 밀봉 조건에 의하지 않고 안정된 슬라이딩성을 발휘할 수 있게 되어 있다.
이러한 메커니컬 시일에서는, 슬라이딩면 사이에 정압이 발생하기 때문에, 유체가 정압 부분으로부터 슬라이딩면 밖으로 유출된다. 이 유체의 유출은, 시일의 경우의 피밀봉 유체의 누설에 해당한다.
일본 특허공개공보 평11-287329호(3페이지, 도 2)
그런데, 고압의 피밀봉 유체를 대상으로 하는 슬라이딩 부품에 있어서도 더 한층의 「밀봉」과 「윤활」의 향상이 요구되고 있다. 딤플의 형상·깊이를 변경함으로써, 고압의 피밀봉 유체를 밀봉할 수 있다. 깊이가 지나치게 깊으면 부력이 불충분해져 윤활성의 악화, 한편, 깊이가 지나치게 얕으면 빈(貧)윤활이 되어 윤활성의 악화가 확인되어, 누설이 많은 또는 고토크의 슬라이딩 부품이 되어 버린다는 문제가 있었다. 이들 문제는, 피밀봉 유체의 압력이 고압이 될수록 현저했다. 또한, 고압의 피밀봉 유체를 대상으로 할수록, 충분한 부력을 얻기 위해 딤플의 깊이를 얕게 하는 경향이 있어, 딤플의 체적이 작아지기 때문에 내부에 피밀봉 유체를 보지(保持)하는 기능이 저하되는 점도 생각할 수 있다.
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 및 상기 시일 링 중 적어도 어느 하나의 슬라이딩면에는, 상기 메이팅 링과 상기 시일 링의 상대 회전 슬라이딩에 의해 동압을 발생시키는 단(段) 형상 오목부가 원주 방향으로 복수 형성되고,
상기 단 형상 오목부는, 동압 오목부가 당해 동압 오목부보다도 깊이가 깊은 정압 오목부를 둘러싸고 당해 동압 오목부와 당해 정압 오목부에 의해 단면 단(段) 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 시일 링과 메이팅 링의 상대 회전시에, 단면 단 형상의 단 형상 오목부는, 동압 오목부보다도 깊이가 깊은 정압 오목부로부터 당해 정압 오목부를 둘러싸는 동압 오목부로 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 접촉 면압을 조정하는 기능을 함과 동시에, 정압 오목부는, 주로 그 내부에 보지하는 피밀봉 유체를 외경측의 동압 오목부에 공급하는 기능을 하고 있다. 이와 같이 하여, 시일 링과 메이팅 링이 서로 완전히 상대적으로 부상하지 않을 정도로 동압을 발생시킴으로써, 양(兩) 슬라이딩면이 서로 접촉 상태에 있으면서 접촉 면압이 억제되기 때문에, 고압의 피밀봉 유체의 누설이 적고 또한 저토크의 슬라이딩 부품을 얻을 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부 및 상기 정압 오목부는, 정면시(正面視) 원형이다.
이에 의하면, 동압 오목부에 있어서 발생하는 압력을 매끄럽게 상승시킬 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 상기 정압 오목부와 동심(同心) 형상으로 마련되어 있다.
이에 의하면, 슬라이딩면에 있어서의 동압 오목부 및 정압 오목부의 가공이 용이해진다. 또한, 시일 링과 메이팅 링의 양방향의 상대 회전에 사용할 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 상기 정압 오목부에 대하여 회전 방향으로 편심하여 마련되어 있다.
이에 의하면, 시일 링과 메이팅 링의 한 방향의 상대 회전에 대하여 동압 오목부의 회전 방향측에서 넓은 정압 영역을 생성함과 동시에, 동 반회전 방향측에서 좁은 부압 영역을 생성할 수 있기 때문에, 동압 발생 효율을 높일 수 있다.
적합하게는, 상기 정압 오목부의 둘레 방향의 길이는, 상기 동압 오목부의 둘레 방향의 길이보다도 길다.
이에 의하면, 동압에 비하여 정압의 발생 영역이 많아지기 때문에, 정압 오목부에 의한 유체 보지 기능을 높일 수 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 깊이가 상이한 단면 복수 단 형상으로 형성되어 있다.
이에 의하면, 동압 오목부에 있어서 발생하는 정압에 급준한 피크를 갖게 할 수 있기 때문에, 동압 발생 효율을 높일 수 있다.
적합하게는, 상기 단 형상 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링의 슬라이딩면의 상기 피밀봉 유체측에만 배치되어 있다.
이에 의하면, 시일 링과 메이팅 링의 상대 회전시에, 피밀봉 유체측에 있어서의 빈윤활을 방지할 수 있다.
적합하게는, 상기 단 형상 오목부와는 상이한 무단(無段) 형상 오목부가, 상기 메이팅 링 및 상기 시일 링 중 적어도 어느 하나의 슬라이딩면에 배치되어 있다.
이에 의하면, 피밀봉 유체측에 형성되는 단 형상 오목부는, 빈윤활이 되는 일 없이 확실하게 동압을 발생시킴과 동시에, 무단 형상 오목부는, 단 형상 오목부가 형성되지 않는 개소에 있어서 내부에 피밀봉 유체를 보지함으로써, 빈윤활이 되기 어렵게 되어 있다.
적합하게는, 상기 동압 오목부는, 그 깊이 치수가 그 정면시에 있어서의 개구 최대 지름 치수보다도 작고, 또한 상기 정압 오목부는, 그 깊이 치수가 10μm 이상이다.
이에 의하면, 정압 오목부는, 외경측의 동압 오목부에 피밀봉 유체를 공급하는 기능이 높아짐과 동시에, 내부에 피밀봉 유체를 보지하는 기능이 높아진다.
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 단면도이고,
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 따른 시일 링의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이고,
도 3은, 도 2의 시일 링에 대향 배치되는 단 형상 오목부 및 무단 형상 오목부가 형성된 메이팅 링의 슬라이딩면을 나타내는 평면도이고,
도 4의 (a)는, 메이팅 링의 슬라이딩면에 있어서의 단 형상 오목부를 구성하는 동압 오목부 및 정압 오목부를 나타내는 확대 평면도, (b)는, 마찬가지로 확대 단면도이고,
도 5는, 도 2 및 도 3의 시일 링 및 메이팅 링을 지름 방향에서 자른 비회전시의 단면도이고,
도 6은, 도 2 및 도 3의 시일 링 및 메이팅 링에 의한 동압 발생을 설명하기 위한 둘레 방향에서 자른 회전시의 단면 모식도이고,
도 7의 (a) 및 (b)는, 실시예 1의 단 형상 오목부에 있어서의 정압 오목부의 변형예 A를 나타내는 단면도이고,
도 8은, 실시예 1의 단 형상 오목부에 있어서의 동압 오목부의 변형예 B를 나타내는 단면도이고,
도 9의 (a)~(d)는, 실시예 1의 단 형상 오목부의 변형예 C를 나타내는 평면도이고,
도 10은, 본 발명의 실시예 2에 따른 단 형상 오목부이며, (a)는, 메이팅 링의 슬라이딩면에 있어서의 단 형상 오목부를 구성하는 동압 오목부 및 정압 오목부를 나타내는 확대 평면도, (b)는, 마찬가지로 확대 단면도이고,
도 11은, 본 발명의 실시예 3에 따른 시일 링 및 메이팅 링을 지름 방향에서 자른 비회전시의 단면도이고,
도 12는, 본 발명의 실시예 4에 따른 시일 링 및 메이팅 링을 지름 방향에서 자른 비회전시의 단면도이다.
본 발명에 따른 슬라이딩 부품을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.
실시예 1
실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서는, 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 것이고, 회전축(1)측에 슬리브(2)를 통하여 회전축(1)과 일체적으로 회전 가능한 상태로 마련된 원환상의 메이팅 링(20)(슬라이딩 부품)과, 피장착 기기의 하우징(4)에 고정된 시일 커버(5)에 비회전 상태 또한 축방향 이동 가능한 상태로 마련된 원환상의 시일 링(10)(슬라이딩 부품)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 이외에서는, 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, 평탄면으로 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 단 형상 오목부(24) 및 딤플(25)(무단 형상 오목부)이 형성되어 있다. 슬라이딩면(21)의 외경측(피밀봉 유체측)에 배치되는 단 형상 오목부(24)는, 딤플(22)(정압 오목부)과, 딤플(22)의 주위에 형성되는 스폿페이싱(23)(동압 오목부)으로 구성되어 있다. 또한, 슬라이딩면(21)은, 단 형상 오목부(24) 및 딤플(25)에 대하여 랜드부라고도 말할 수 있고, 스폿페이싱(23)은 전체 둘레가 도중에 끊어지는 일 없이 슬라이딩면(21)에 둘러싸여져 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 5 참조).
단 형상 오목부(24)의 딤플(22)은, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원형(도 3 및 도 4(a) 참조), 지름 방향 단면 대략 직사각형(도 4(b) 및 도 5 참조)의 원기둥 형상으로 형성되고, 딤플(25)과 함께 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. 추가로 또한, 본 실시예의 단 형상 오목부(24)의 딤플(22) 및 딤플(25)은, 레이저 가공에 의해 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 다른 방법으로 형성되어도 좋다.
또한, 단 형상 오목부(24)의 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, 주위에 형성되는 스폿페이싱(23)에 피밀봉 유체를 공급하는 기능이 높아짐과 동시에, 내부에 피밀봉 유체를 보지하는 기능이 높아진다. 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 깊이 치수(h22)는, 쐐기 작용이 충분히 작용하지 않는 10μm 이상인 것이 바람직하다.
스폿페이싱(23)은, 딤플(22)의 외경측에 슬라이딩면(21)과 평행한 평면으로서 형성되는 바닥면(23A)과, 바닥면(23A)에 직교하는 벽면으로서 형성되는 내주벽(23B)에 의해 획성(劃成)되고, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원형(도 3 및 도 4(a) 참조), 또한 딤플(22)의 주위를 둘러싸는 동심 형상의 천구(淺溝)로 형성되어 있다. 이에 따라, 슬라이딩면(21)에 있어서의 스폿페이싱(23) 및 딤플(22)의 가공이 용이해짐과 동시에, 시일 링(10)과 메이팅 링(20)의 양방향의 상대 회전에 사용할 수 있다. 또한, 단 형상 오목부(24)에 있어서, 스폿페이싱(23)과 딤플(22)이 정면시 원형으로 형성되어 있기 때문에, 스폿페이싱(23)에 있어서 발생하는 압력을 매끄럽게 상승시킬 수 있다. 또한, 스폿페이싱(23)의 내주벽(23B)은, 슬라이딩면(21)에 대하여 에지 형상으로 직교하도록 형성되어 있기 때문에, 큰 정압을 발생시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 단 형상 오목부(24)의 스폿페이싱(23)은, 레이저 가공에 의해 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 다른 방법으로 형성되어도 좋다.
또한, 스폿페이싱(23)의 깊이 치수(h23)는, 정면시에 있어서의 스폿페이싱(23)의 개구 최대 지름 치수(r23)보다도 작게(h23<r23) 형성되어 있다(도 4 참조). 이에 따라, 스폿페이싱(23)은, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 충분한 동압을 발생시킬 수 있다. 또한, 스폿페이싱(23)의 축방향의 깊이는, 5μm 미만, 바람직하게는 1μm 이상으로 형성되고, 슬라이딩면(21)의 외경측에 있어서의 지름 방향의 1/2 이하, 바람직하게는 1/4 이하의 영역에 배치되는 딤플(22)(단 형상 오목부(24))에만 형성되어 있다(도 3 참조). 이에 따라, 스폿페이싱(23)에서 발생하는 각 동압의 전체의 합계의 힘(부력)이 지나치게 커지는 일이 없다. 또한, 스폿페이싱(23)은, 슬라이딩면(11)의 내경측에 배치되지 않는 것이 바람직하다. 이에 따라, 시일 링(10)과 메이팅 링(20)의 상대 회전시에, 슬라이딩면(21)의 외경측이 대향하는 슬라이딩면(11)과 직접 접촉하기 어려워져, 회전 속도가 빠른 외경측에 있어서의 빈윤활을 방지할 수 있다.
도 4(a)에 나타나는 바와 같이, 단 형상 오목부(24)에 있어서, 스폿페이싱(23)의 개구 최대 지름 치수(r23)는, 딤플(22)의 개구 최대 지름 치수(r22)보다도 크게(r22<r23) 형성되어 있다. 또한, 도 4(b)에 나타나는 바와 같이, 딤플(22)의 깊이 치수(h22)는, 스폿페이싱(23)의 깊이 치수(h23)보다도 크게(h23<h22) 형성되어 있다. 이와 같이, 단 형상 오목부(24)는, 딤플(22)과 스폿페이싱(23)에 의해 단면 단 형상으로 형성되어 있다. 또한, 딤플(22)의 둘레 방향의 길이(L1)는, 스폿페이싱(23)(바닥면(23A))의 둘레 방향의 길이(2ХL2)보다도 길게 형성되어 있다(2ХL2<L1). 이에 따라, 단 형상 오목부(24)에 있어서, 동압에 비하여 정압의 발생 영역이 많아지기 때문에, 딤플(22)에 의한 유체 보지 기능을 높일 수 있다.
이어서, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 있어서의 동압 발생에 대해서 설명한다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 시일 링(10)과 메이팅 링(20)이 상대 회전(회전 방향은, 도 6에 있어서 지면(紙面) 상측으로부터 지면 하측을 향하는 흰색 화살표로 도시)하면, 단 형상 오목부(24)에 있어서의 스폿페이싱(23)의 반회전 방향측(도 6의 지면 하측:상대측의 시일 링(10)의 회전 방향을 기준으로 하여 반대의 회전 방향측)은 부압이 되는 한편, 동 회전 방향측(도 6의 지면 상측)은 정압이 발생하고, 스폿페이싱(23)의 회전 방향측의 내주벽(23B)에 의한 쐐기 작용에 의해 정압이 커지고, 전체적으로 정압이 작용하여, 큰 부력이 얻어진다. 또한, 스폿페이싱(23)은, 스폿페이싱(23)보다도 깊이가 깊은 딤플(22)로부터 피밀봉 유체가 공급되기 때문에, 빈윤활이 되는 일 없이 확실하게 동압을 발생시킬 수 있다. 이때, 스폿페이싱(23)은, 주로 슬라이딩면(11, 21) 사이에 동압을 발생시켜 슬라이딩면(11, 21) 사이의 접촉 면압을 조정하는 기능을 함과 동시에, 딤플(22)은, 주로 그 내부에 보지하는 피밀봉 유체를 스폿페이싱(23)에 공급하는 기능을 하고 있다. 또한, 스폿페이싱(23)이 형성되지 않는 무단 형상의 딤플(25)도, 슬라이딩면(21)의 내경측에 있어서 내부에 피밀봉 유체를 보지하는 기능을 하고 있기 때문에, 슬라이딩면(11, 21)에 있어서 빈윤활이 되기 어렵다. 또한, 도 5에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩면(21)의 외경측에 형성되는 단 형상 오목부(24)의 스폿페이싱(23)은, 슬라이딩면(11)이 지름 방향으로 중첩함으로써, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 있어서 외경측(피밀봉 유체측)으로 개방하고 있지 않아, 스폿페이싱(23)에 의한 동압 발생 효율이 높아져 있다. 또한, 도 6에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 슬라이딩면(11, 21)은 미시적으로는 표면의 거칠기, 굴곡, 동압에 의한 변형에 의해 물결치는 형상으로 되어 있다.
이와 같이, 단 형상 오목부(24)는, 스폿페이싱(23)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 접촉 면압이 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 딤플은 유체 윤활이 되는 유체막을 발생시키는 것이었다.
또한, 실시예 1에 있어서의 단 형상 오목부(24)의 스폿페이싱(23)의 변형예로서, 스폿페이싱(23)의 내주벽(23B)은, 바닥면(23A)에 직교하지 않아도 좋고, 예를 들면 경사진 상태에서 교차해도 좋다. 또한, 바닥면(23A)은, 슬라이딩면(21)에 대하여 평행하지 않아도 좋고, 예를 들면 경사면이라도 좋다. 또한, 바닥면(23A)은, 평면이 아니어도 좋고, 예를 들면 만곡면이라도 좋다.
또한, 실시예 1에 있어서의 단 형상 오목부(24)의 딤플(22)의 변형예 A로서, 딤플(22)의 단면 형상은, 도 7(a)에 나타나는 원추형, 도 7(b)에 나타나는 반회전 타원체 형상으로 형성되어도 좋다.
또한, 실시예 1에 있어서의 단 형상 오목부(24)의 스폿페이싱(23)의 변형예 B로서, 도 8에 나타나는 바와 같이, 스폿페이싱(23)은, 깊이 치수가 상이한 2단계 스폿페이싱으로서 형성되어도 좋다. 이에 의하면, 스폿페이싱에 있어서 발생하는 정압에 급준한 피크를 갖게 할 수 있기 때문에, 동압 발생 효율을 높일 수 있다. 또한, 스폿페이싱은, 단면 2단 형상의 것에 한정하지 않고, 깊이가 상이한 단면 복수 단 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 실시예 1의 단 형상 오목부(24)의 변형예 C로서, 도 9(a)~(d)에 나타나는 바와 같이 평면시의 형상이 상이하다. 또한, 도 9에 있어서, 좌우 방향은 슬라이딩면(21)의 둘레 방향을 따른 방향이며, 상하 방향은 슬라이딩면(21)의 반경 방향이다.
도 9(a)에 나타나는 바와 같이, 단 형상 오목부(24a)는, 정면시 반원 형상의 2개의 스폿페이싱(23a)에 정면시 직사각형의 딤플(22a)이 사이에 끼워지고 전체적으로 정면시 스타디움 형상으로 형성되어 있다.
도 9(b)에 나타나는 바와 같이, 단 형상 오목부(24b)는, 정면시 정방형의 스폿페이싱(23b)의 중앙에 작은 정면시 정방형의 딤플(22b)이 배치되고 전체적으로 정면시 정방형으로 형성되어 있다.
도 9(c)에 나타나는 바와 같이, 단 형상 오목부(24c)는, 정면시 대략 직사각형의 2개의 스폿페이싱(23c)에 정면시 대략 직사각형의 딤플(22c)이 사이에 끼워지고 전체적으로 둘레 방향면(24x, 24y)이 메이팅 링(20)의 외주면(20x)에 평행한 정면시 띠 형상으로 형성되어 있다.
도 9(d)에 나타나는 바와 같이, 단 형상 오목부(24d)는, 정면시 원형의 스폿페이싱(23d)의 중앙에 지름 방향으로 2개의 작은 정면시 원형의 딤플(22d, 22d)이 배치되고 전체적으로 정면시 원형으로 형성되어 있다.
또한, 변형예 A~C를 서로 조합하여 단 형상 오목부(24)를 구성할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
실시예 2
다음으로, 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 10을 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 10(a)에 나타나는 바와 같이, 단 형상 오목부(124)의 딤플(122)(정압 오목부)은, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원형, 도 10(b)에 나타나는 바와 같이, 지름 방향 단면 대략 직사각형의 원기둥 형상으로 형성되어 있다.
스폿페이싱(123)(동압 오목부)은, 딤플(122)의 외경측에 슬라이딩면(21)과 평행한 평면으로서 형성되는 바닥면(123A)과, 바닥면(123A)에 직교하는 벽면으로서 형성되는 내주벽(123B)에 의해 획성되고, 축방향으로부터 본 정면시에 있어서 원형(도 10(a) 참조), 또한 단 형상 오목부(124)의 회전 방향측(도 10의 지면 좌측)으로 편심한 천구로서 형성되어 있다.
이에 의하면, 시일 링(10)과 메이팅 링(20)의 한 방향의 상대 회전(회전 방향은, 도 10(a)에 있어서 지면 우측으로부터 지면 좌측을 향하는 흰색 화살표로 도시)에 대하여 스폿페이싱(123)의 회전 방향측(도 10의 지면 우측)에서 넓은 정압 영역을 생성함과 동시에, 동 반회전 방향측(도 10의 지면 좌측)에서 좁은 부압 영역을 생성할 수 있기 때문에, 동압 발생 효율을 높일 수 있다.
실시예 3
다음으로, 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 11을 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 11에 나타나는 바와 같이, 슬라이딩면(21)의 외경측에 형성되는 단 형상 오목부(24)의 스폿페이싱(23)은, 슬라이딩면(11, 21)의 지름 방향의 길이의 차이(w11<w21)에 의해, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 있어서 외경측(피밀봉 유체측)을 근소하게 개방시키고 있다.
이에 의하면, 단 형상 오목부(24)는, 스폿페이싱(23)의 외경측의 개방 부분으로부터 피밀봉 유체에 의한 정압을 도입함으로써, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 있어서의 동압의 발생에 기여할 수 있다.
실시예 4
다음으로, 실시예 4에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 12를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
실시예 4에 있어서의 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 도 12에 나타나는 바와 같이, 메이팅 링(20)의 외경측에는 축쪽으로 움푹 패인 단부(26)가 형성되어 있고, 슬라이딩면(21)의 외경측에 형성되는 단 형상 오목부(24)의 스폿페이싱(23)은, 슬라이딩면(11, 21) 사이에 있어서 외경측(피밀봉 유체측)을 근소하게 개방시키고 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, 워터 펌프용 등의 다른 메커니컬 시일이라도 좋다. 또한, 메커니컬 시일은, 아웃사이드형인 것이라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 단 형상 오목부와 무단 형상의 딤플을 메이팅 링에만 마련하는 예에 대해서 설명했지만, 단 형상 오목부와 무단 형상의 딤플을 시일 링에만 마련해도 좋고, 시일 링과 메이팅 링의 양쪽에 마련해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 단 형상 오목부는, 슬라이딩면의 외경측으로 둘레 방향에 걸쳐 배치되고, 내경측에 무단 형상의 딤플이 배치되는 것으로 하여 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면, 무단 형상 딤플이 배치되는 일 없이 슬라이딩면의 외경측에 단 형상 오목부만 배치되는 것이라도 좋고, 또한, 무단 형상 딤플이 배치되는 일 없이 슬라이딩면의 전면에 단 형상 오목부가 배치되는 것이라도 좋고, 또한, 슬라이딩면의 외경측에는, 단 형상 오목부와 무단 형상의 딤플이 둘레 방향으로 번갈아 배치되어 있어도 좋다. 또한, 단 형상 오목부의 수는, 지나치게 많으면 발생하는 동압이 커지고, 지나치게 적으면 슬라이딩면의 둘레 방향에 걸쳐 작용하는 동압의 변화가 커지기 때문에, 사용 환경 등에 따라 적절히 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 슬라이딩 부품으로서, 메커니컬 시일을 예로 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
20; 메이팅 링(슬라이딩 부품)
21; 슬라이딩면
22; 딤플(정압 오목부)
23; 스폿페이싱(동압 오목부)
23A; 바닥면
23B; 내주벽
24; 단(段) 형상 오목부
25; 딤플(무단 형상 오목부)
122; 딤플(정압 오목부)
123; 스폿페이싱(동압 오목부)
123A; 바닥면
123B; 내주벽
124; 단 형상 오목부

Claims (10)

  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 및 상기 시일 링 중 적어도 어느 하나의 슬라이딩면에는, 상기 메이팅 링과 상기 시일 링의 상대 회전 슬라이딩에 의해 동압을 발생시키는 단(段) 형상 오목부가 원주 방향으로 복수 형성되고,
    상기 단 형상 오목부는, 동압 오목부가 당해 동압 오목부보다도 깊이가 깊은 정압 오목부를 둘러싸고 당해 동압 오목부와 당해 정압 오목부에 의해 단면 단 형상으로 형성되어 있고,
    상기 동압 오목부 및 상기 정압 오목부는, 정면시(正面視) 원형인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  2. 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 및 상기 시일 링 중 적어도 어느 하나의 슬라이딩면에는, 상기 메이팅 링과 상기 시일 링의 상대 회전 슬라이딩에 의해 동압을 발생시키는 단(段) 형상 오목부가 원주 방향으로 복수 형성되고,
    상기 단 형상 오목부는, 동압 오목부가 당해 동압 오목부보다도 깊이가 깊은 정압 오목부를 둘러싸고 당해 동압 오목부와 당해 정압 오목부에 의해 단면 단 형상으로 형성되어 있고,
    상기 동압 오목부는, 상기 정압 오목부와 동심(同心) 형상으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동압 오목부는, 상기 정압 오목부에 대하여 회전 방향으로 편심하여 마련되어 있는 슬라이딩 부품.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정압 오목부의 둘레 방향의 길이는, 상기 동압 오목부의 둘레 방향의 길이보다도 긴 슬라이딩 부품.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동압 오목부는, 깊이가 상이한 단면 복수 단 형상으로 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단 형상 오목부는, 상기 메이팅 링 또는 상기 시일 링의 슬라이딩면의 상기 피밀봉 유체측에만 배치되어 있는 슬라이딩 부품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단 형상 오목부와는 상이한 무단(無段) 형상 오목부가, 상기 메이팅 링 및 상기 시일 링 중 적어도 어느 하나의 슬라이딩면에 배치되어 있는 슬라이딩 부품.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 동압 오목부는, 그 깊이 치수가 그 정면시에 있어서의 개구 최대 지름 치수보다도 작고, 또한 상기 정압 오목부는, 그 깊이 치수가 10μm 이상인 슬라이딩 부품.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피밀봉 유체는, 0.1MPa 이상의 고압 액체인 슬라이딩 부품.
  10. 삭제
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