KR20190108568A - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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KR20190108568A
KR20190108568A KR1020197020043A KR20197020043A KR20190108568A KR 20190108568 A KR20190108568 A KR 20190108568A KR 1020197020043 A KR1020197020043 A KR 1020197020043A KR 20197020043 A KR20197020043 A KR 20197020043A KR 20190108568 A KR20190108568 A KR 20190108568A
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유이치로 토쿠나가
유타 네기시
타케시 호소에
히데유키 이노우에
테츠야 이구치
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

슬라이딩면 내에 마모 가루나 더스트가 퇴적하는 것을 방지하여, 슬라이딩면의 마모 및 누설의 발생을 방지할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공한다. 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환(7)이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환(4)이며, 이들 밀봉환은 반경 방향으로 형성된 슬라이딩면(S)을 갖고, 피밀봉 유체인 액체 또는 미스트 상태의 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 슬라이딩면(S)의 적어도 한쪽에, 상류측의 단부(11a)가 누설측과 연통되고, 하류측의 단부(11b)가 피밀봉 유체측의 주연(周)에는 비연통이며, 상류측으로부터 하류측을 향하여 경사지도록 배열 마련된 스파이럴홈(11), 및, 상류측의 단부(10a)가 누설측에 위치함과 동시에 하류측의 단부(10b)가 피밀봉 유체측에 위치하도록 경사지게 배열 마련된 토출홈(10)을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

슬라이딩 부품
본 발명은, 예를 들면, 메커니컬 시일, 베어링, 그 외, 슬라이딩부에 적합한 슬라이딩 부품에 관한 것이다. 특히, 슬라이딩면에 유체를 개재시켜 마찰을 저감시킴과 동시에, 슬라이딩면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지할 필요가 있는 밀봉환, 예를 들면, 터보 차저용 혹은 항공 엔진용의 기어 박스에 사용되는 오일 시일, 또는 베어링 등의 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
슬라이딩 부품의 일례인, 메커니컬 시일에 있어서, 그 성능은, 누설량, 마모량, 및 토크에 의해 평가된다. 종래 기술에서는 메커니컬 시일의 슬라이딩 재질이나 슬라이딩면 거칠기를 최적화함으로써 성능을 높여, 저누설, 고수명, 저토크를 실현하고 있다. 그러나, 최근의 환경 문제에 대한 의식의 고조로부터, 메커니컬 시일의 더 한층의 성능 향상이 요구되고 있어, 종래 기술의 틀을 뛰어넘는 기술 개발이 필요하게 되고 있다. 그러한 중에서, 예를 들면, 터보 차저와 같은 회전 부품의 오일 시일 장치에 이용되는 것으로서, 하우징에 회전 가능하게 수납된 회전축과, 회전축과 함께 회전하는 원반 형상의 회전체와, 하우징에 고정되고, 회전체의 단면에 맞닿아 외주측으로부터 내주측으로 오일이 누설되는 것을 방지하는 원반 형상의 고정체를 구비하고, 고정체의 맞닿음면에는 유체의 원심력에 의해 정압을 발생시키는 환상(環狀)의 홈이 마련되어, 오일이 외주측으로부터 내주측으로 누설되는 것을 방지하도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).
또한, 예를 들면,유독(有毒)한 유체를 시일하는 회전축의 축봉 장치에 있어서, 회전축과 함께 회전링과 케이싱에 장착된 정지(靜止)링을 구비하고, 회전링 및 정지링 중 어느 하나의 슬라이딩면에 회전링의 회전에 의해 저압측의 액체를 고압측을 향하여 권입하는 스파이럴홈이 고압측의 단부가 막다름 형상이도록 마련되어, 고압측의 피밀봉 유체가 저압측으로 누설되는 것을 방지하도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조.). 또한, 예를 들면, 터보 차저의 구동축을 압축기 하우징에 대하여 시일하는데에 적합한 면 시일 구조로서, 협동(
Figure pct00001
)하는 한 쌍의 시일링 중, 그 한쪽은 회전 구성 요소에 마련되고, 다른 한쪽은 정지 구성 요소에 마련되고, 이들 시일링은, 작동 중에 실질적으로 반경 방향으로 형성된 시일면을 갖고, 시일면끼리의 사이에, 시일면의 외측 구역을 시일면의 내측 구역에 대하여 시일하기 위한 시일 갭이 형성되고, 시일면의 적어도 한쪽에, 가스를 보내는 데에 유효한 둘레 방향으로 이간한 복수의 오목부가 마련되고, 당해 오목부는 시일면의 한쪽의 주연(周緣)으로부터 다른 한쪽의 주연을 향하여 연장되어 있음과 동시에, 오목부의 내단은 상기 시일면의 다른 한쪽의 주연으로부터 반경 방향으로 이간하여 마련되고, 비가스 성분을 포함하는 가스 매체 중의 비가스 성분이 시일되도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조.).
일본실용신안공개공보 소62-117360호 일본공개특허공보 소62-31775호 일본공개특허공보 2001-12610호
그러나, 상기의 특허문헌 1 내지 3에 기재된 종래 기술에 있어서는, 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 마련된 스파이럴홈 등의 홈에 의해 유체의 흐름이 슬라이딩면 내에 집중되어, 슬라이딩면 내에 마모 가루나 더스트가 퇴적하여, 슬라이딩면의 마모 및 누설이 발생한다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품의 적어도 한쪽의 슬라이딩면에 표면 텍스처를 실시하고, 기동시부터 정상(定常) 운전 상태에 있어서 슬라이딩면에 적극적으로 유체를 도입하여 윤활성을 향상시킴과 동시에, 슬라이딩면 내에 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물이 퇴적하는 것을 방지하여, 슬라이딩면의 마모 및 누설의 발생을 방지할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 슬라이딩 부품은, 첫 번째로, 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향으로 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체인 액체 또는 미스트 상태의 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 상기 슬라이딩면의 적어도 한쪽에, 상류측의 단부가 상기 누설측과 연통되고, 하류측의 단부가 상기 피밀봉 유체측의 주연에는 비연통이며, 상류측으로부터 하류측을 향하여 경사지도록 배열 마련된 스파이럴홈, 및, 상류측의 단부가 상기누설측에 위치함과 동시에 하류측의 단부가 상기 피밀봉 유체측에 위치하도록 경사지게 배열 마련된 토출홈을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 슬라이딩면 간의 유체막을 증가시켜, 슬라이딩면의 윤활 성능을 향상시킴과 동시에, 슬라이딩면에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있어, 슬라이딩면의 마모 및 누설의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 두 번째로, 제1 특징에 있어서, 상기 토출홈은, 상류측의 단부가 상기 누설측과 비연통이며, 하류측의 단부가 상기 피밀봉 유체측과 연통된 외주 토출홈 타입인 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 슬라이딩면 내부로부터의 유체의 흐름이 외주측까지 형성되어, 확실하게 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 세 번째로, 제1 특징에 있어서, 상기 토출홈은, 상류측의 단부가 상기 누설측과 연통되고, 하류측의 단부가 상기 피밀봉 유체측과 비연통인 내주 토출홈 타입인 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 누설측의 유체를 적극적으로 슬라이딩면(S)으로 펌핑할 수 있어, 내주로부터 슬라이딩면(S)으로의 유체의 흐름을 촉진하고, 원심력을 이용하여 슬라이딩면(S)에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 외주측으로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 네 번째로, 제1 특징에 있어서, 상기 토출홈은, 상기 외주 토출홈 타입 및 상기 내주 토출홈 타입인 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 내주 토출홈 타입의 토출홈에 의해 누설측의 유체를 적극적으로 슬라이딩면으로 펌핑할 수 있어, 내주로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흐름을 촉진할 수 있음과 동시에, 외주 토출홈 타입의 토출홈에 의해 슬라이딩면 내부로부터의 유체의 흐름을 외주측까지 형성할 수 있기 때문에, 보다 한층, 확실하게 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 다섯 번째로, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 토출홈의 홈 깊이는, 상기 스파이럴홈의 홈 깊이보다도 깊은 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물의 배출을 확실하게 함과 동시에, 부압의 발생을 방지하여, 슬라이딩면 전체의 부상력의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 여섯 번째로, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 특징에 있어서, 상기 슬라이딩면의 랜드부에는, 딤플이 마련되는 것을 특징으로 하고 있다. 이 특징에 의하면, 슬라이딩면 전체에 유체를 축적할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 간에 정압을 발생시켜 슬라이딩면의 윤활 성능을 높일 수 있다.
본 발명은, 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다.
(1)서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향으로 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체인 액체 또는 미스트 상태의 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 슬라이딩면의 적어도 한쪽에, 상류측의 단부가 누설측과 연통되고, 하류측의 단부가 피밀봉 유체측의 주연에는 비연통이며, 상류측으로부터 하류측을 향하여 경사지도록 배열 마련된 스파이럴홈, 및, 상류측의 단부가 누설측에 위치함과 동시에 하류측의 단부가 피밀봉 유체측에 위치하도록 경사지게 배열 마련된 토출홈을 구비함으로써, 슬라이딩면 간의 유체막을 증가시켜, 슬라이딩면의 윤활 성능을 향상시킴과 동시에, 슬라이딩면에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있어, 슬라이딩면의 마모 및 누설의 발생을 방지할 수 있다.
(2)토출홈은, 상류측의 단부가 누설측과 비연통이며, 하류측의 단부가 피밀봉 유체측과 연통된 외주 토출홈 타입임으로써, 슬라이딩면 내부로부터의 유체의 흐름이 외주측까지 형성되어, 확실하게 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있다.
(3)토출홈은, 상류측의 단부가 누설측과 연통되고, 하류측의 단부가 피밀봉 유체측과 비연통인 내주 토출홈 타입임으로써, 누설측의 유체를 적극적으로 슬라이딩면으로 펌핑할 수 있어, 내주로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흐름을 촉진하고, 원심력을 이용하여 슬라이딩면(S)에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 외주측으로 배출할 수 있다.
(4)토출홈은, 외주 토출홈 타입 및 내주 토출홈 타입임으로써, 내주 토출홈 타입의 토출홈에 의해 누설측의 유체를 적극적으로 슬라이딩면으로 펌핑할 수 있어, 내주로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흐름을 촉진할 수 있음과 동시에, 외주 토출홈 타입의 토출홈에 의해 슬라이딩면 내부로부터의 유체의 흐름을 외주측까지 형성할 수 있기 때문에, 보다 한층, 확실하게 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있다.
(5)토출홈의 홈 깊이는, 스파이럴홈의 홈 깊이보다도 깊음으로써, 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물의 배출을 확실하게 함과 동시에, 부압의 발생을 방지하여, 슬라이딩면 전체의 부상력의 저하를 방지할 수 있다.
(6)슬라이딩면의 랜드부에는, 딤플이 마련됨으로써, 슬라이딩면 전체에 유체를 축적할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 간에 정압을 발생시켜 슬라이딩면의 윤활 성능을 높일 수 있다.
[도 1] 본 발명의 실시예 1에 따른 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
[도 2] 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 것이며, 고정측 밀봉환의 슬라이딩면에 표면 텍스처(스파이럴홈 및 토출홈)가 마련되어 있다.
[도 3] 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 것이며, 고정측 밀봉환의 슬라이딩면에 표면 텍스처(스파이럴홈 및 토출홈)가 마련되어 있다.
[도 4] 본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면을 나타낸 것이며, 고정측 밀봉환의 슬라이딩면에 표면 텍스처(스파이럴홈 및 토출홈)가 마련되어 있다.
이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그의 상대적 배치 등은, 특별히 명시적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그들만에 한정하는 취지의 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 있어서는, 슬라이딩 부품의 일례인 메커니컬 시일을 예로 하여 설명한다. 또한, 메커니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부품의 외주측을 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측), 내주측을 누설측(기체측)으로 하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 일 없이, 외주측이 누설측(기체측), 내주측이 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)인 경우도 적용 가능하다. 또한, 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)과 누설측(기체측)과의 압력의 대소 관계에 대해서는, 예를 들면, 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)이 고압, 누설측(기체측)이 저압, 혹은, 그 반대의 어느 것이라도 좋고, 또한, 양쪽의 압력이 동일해도 좋다.
도 1은, 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이며, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 유체, 예를 들면, 베어링부에 사용된 윤활유를 밀봉하는 형식의 인사이드 형식의 것이고, 터보 차저에 구비된 컴프레서의 임펠러(1)를 구동시키는 회전축(2)측에 슬리브(3)를 통하여 이 회전축(2)과 일체적으로 회전 가능한 상태로 마련된 한쪽의 슬라이딩 부품인 원환상의 회전측 밀봉환(4)과, 하우징(5)에 카트리지(6)를 통하여 비회전 상태에서, 또한, 축방향 이동 가능한 상태에서 마련된 다른 한쪽의 슬라이딩 부품인 원환상의 고정측 밀봉환(7)이 마련되고, 고정측 밀봉환(7)을 축방향으로 부세(付勢)하는 코일드 웨이브 스프링(8)에 의해 슬라이딩면(S)끼리 밀접 슬라이딩하게 되어 있다. 즉, 이 메커니컬 시일은, 회전측 밀봉환(4) 및 고정측 밀봉환(7)은 반경 방향으로 형성된 슬라이딩면(S)을 갖고, 서로의 슬라이딩면(S)에 있어서, 피밀봉 유체, 예를 들면, 액체 혹은 미스트 상태의 유체(이하, 단순히 「액체」라고 하는 경우가 있다.)가 슬라이딩면(S)의 외주로부터 내주측의 누설측으로 유출되는 것을 방지하는 것이다. 또한, 부호 9는 O링을 나타내고 있고, 카트리지(6)와 고정측 밀봉환(7)과의 사이를 시일하는 것이다. 또한, 본 예에서는, 슬리브(3)와 회전측 밀봉환(4)이 별체인 경우에 대해서 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 슬리브(3)와 회전측 밀봉환(4)을 일체로 형성해도 좋다. 또한, 고정측 밀봉환(7)의 외경은 회전측 밀봉환(4)의 외경보다 큰 경우를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 일 없이, 반대라도 좋다.
회전측 밀봉환(4) 및 고정측 밀봉환(7)의 재질은, 내마모성이 우수한 탄화 규소(SiC) 및 자기 윤활성이 우수한 카본 등으로부터 선정되지만, 예를 들면, 양자가 SiC, 혹은, 어느 한쪽이 SiC이며 다른 한쪽이 카본인 조합이 가능하다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것이며, 본 예에서는, 도 1의 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)에 표면 텍스처인 토출홈(10) 및 스파이럴홈(11)이 마련되는 경우에 대해서 설명한다. 또한, 본 예에서는, 고정측 밀봉환(7)의 외경이 회전측 밀봉환(4)의 외경보다 크게 설정되어 있기 때문에, 토출홈(10) 및 스파이럴홈(11)은 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)의 외주측 단부까지 마련될 필요는 없고, 파선으로 나타내는 회전측 밀봉환(4)의 외주측 단부까지 마련되어 있으면 좋다. 또한, 본 예에 있어서는, 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)에 토출홈(10) 및 스파이럴홈(11)의 가공이 행해지기 때문에, 고정측 밀봉환(7)은 카본으로 형성되고, 회전측 밀봉환(4)은 탄화 규소(SiC)로 형성되어 있다.
도 2에 있어서, 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)의 외주측이 피밀봉 유체측, 예를 들면 액체측이며, 또한, 내주측이 누설측, 예를 들면 기체측이며, 상대측 슬라이딩면은 화살표로 나타내는 바와 같이 반시계 방향으로 회전하는 것으로 한다. 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)에는, 상류측의 단부(11a)가 누설측과 연통되고, 하류측의 단부(11b)가 피밀봉 유체측의 주연에는 비연통이며, 상류측으로부터 하류측을 향하여 경사지도록 배열 마련된 스파이럴홈(11)이 마련되어 있다.
스파이럴홈(11)은, 일정한 폭을 갖고, 지름 방향으로 연장되어 있고, 상대 슬라이딩에 의해, 상류측의 단부(11a)로부터 하류측의 단부(11b)를 향하여 유체가 흐르기 쉽도록 경사지게 마련되는 것이며, 스파이럴 형상(나선 형상)에 한정하지 않고, 예를 들면, 상류측의 단부(11a)와 하류측의 단부(11b)를 연결하는 양측의 선이 직선상이며 스파이럴 형상과 동일하게 경사지게 배열 마련된 것도 포함한다.
스파이럴홈(11)은, 기동시부터 정상 운전 등의 회전측 밀봉환(4)의 고속 회전 상태에 있어서, 상류측의 단부(11a)로부터 기체를 흡입하고, 하류측의 단부(11b) 부근에서 동압(정압)을 발생시킨다. 이 때문에, 회전측 밀봉환(4)과 고정측 밀봉환(7)의 슬라이딩면(S)에 근소한 간극이 형성되어, 슬라이딩면(S)은 기체 윤활의 상태가 되어 매우 저마찰이 된다. 동시에, 스파이럴 형상이기 때문에 내주측의 기체가 외주측을 향하여 펌핑되어, 외주측의 액체가 내주측으로 누설되는 것이 방지된다. 또한, 스파이럴홈(11)은 외주측과는 랜드부(R)에 의해 격리되어 있기 때문에, 정지시에 있어서 누설이 발생하는 일이 없다.
상기한 바와 같이, 스파이럴홈(11)이 배열된 경우, 스파이럴홈(11)의 하류측의 단부(11b)의 부근에서는 높은 압력값을 나타내고, 이 높은 압력값을 나타내는 부분에는 흐름이 집중되어, 마모 가루 및 더스트 등의 이물도 집중되는 것이 본 발명자에 의해 확인되고 있다.
이 때문에, 슬라이딩면(S)에는, 상류측의 단부(10a)가 누설측에 위치함과 동시에 하류측의 단부(10b)가 피밀봉 유체측에 위치하도록 경사지게 배열 마련된 토출홈(10)이 마련된다. 토출홈(10)은, 일정한 폭을 갖고, 지름 방향으로 연장되어 있고, 상대 슬라이딩에 의해, 상류측의 단부(10a)로부터 하류측의 단부(10b)를 향하여 유체가 흐르기 쉽도록 경사지게 마련되는 것이며, 예를 들면, 스파이럴 형상 혹은 직사각 형상을 이루고 있다. 토출홈(10)의 홈 깊이는 스파이럴홈(11)의 홈 깊이에 비교하여 충분히 깊게 설정되고, 예를 들면, 25μm*μm 정도로 설정된다. 이 때문에, 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물의 배출을 확실하게 함과 동시에, 부압의 발생을 방지하여, 슬라이딩면 전체의 부상력을 저하시키는 일이 없다.
도 2의 경우, 토출홈(10)은, 상류측의 단부(10a)가 누설측과 비연통이며, 하류측의 단부(10b)가 피밀봉 유체측과 연통된 「외주 토출홈 타입」이다. 토출홈(10)은, 둘레 방향에 있어서 4개를 1조로 하는 스파이럴홈(11)의 사이에 끼어들도록 하여 12등배(等配)로 마련되어 있고, 그 상류측의 단부(10a)는, 스파이럴홈(11)의 외주측의 부분과 지름 방향에 있어서 일부 겹치도록 내주측으로 연장되어 있어, 외주측의 액체와 내주측의 기체가 집중되는 고압력의 부분으로부터 외주측으로의 흐름을 촉진할 수 있다.
토출홈(10)은, 슬라이딩면(S)에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 슬라이딩면 내로부터 슬라이딩면 밖으로 배출시켜, 슬라이딩면(S)에 있어서의 마모를 억제하는 것이다. 도 2에 나타내는, 외주 토출홈 타입의 토출홈(10)은, 외주로의 유체의 흐름을 촉진하고, 원심력을 이용하여 슬라이딩면(S)에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 외주측으로 배출하는 기능을 한다.
또한, 슬라이딩면(S)의 랜드부(R)(슬라이딩면의 홈 가공이 되어 있지 않은 평활부를 의미한다.)에는, 도시를 생략하는 딤플(원형 홈 등으로 이루어지는 홈)이 적절한 밀도로 복수 마련되어도 좋다. 이 딤플은, 내부에 유체를 축적하는 기능, 및, 슬라이딩면 간에 정압을 발생시키는 기능을 갖는다.
지금, 컴프레서의 임펠러(1)가 구동되어, 회전축(2)을 통하여 회전측 밀봉환(4)이 회전되면, 저속 회전시에 있어서는, 스파이럴홈(11)의 하류측의 단부(11b) 부근에 있어서 정압이 발생되어 슬라이딩면이 근소하게 이간되고, 외주측의 액체가 서서히 슬라이딩면(S)에 도입되어 유체 윤활 작용에 의해 슬라이딩면(S)이 비접촉 상태로 보지(保持)되는 한편, 내주측에 있어서는 스파이럴홈(11)에 의해 기체가 근소하게 취입되어, 내주측으로의 누설은 저지된다. 고속 회전시에 있어서는, 슬라이딩면에 도입된 액체는 원심력으로 외주측으로 날려 버려지기 때문에, 슬라이딩면의 액체에 의한 유체 윤활 작용은 외주측에 한정되는 한편, 내주측에 있어서는 스파이럴홈(11)에 의해 발생되는 동압이 크기 때문에 기체는 충분히 취입되어, 슬라이딩면은 비접촉 상태로 유지됨과 동시에 슬라이딩면의 압력을 높일 수 있기 때문에 외주측의 액체가 내주측으로 누설되는 일은 없다. 소위, 가스 시일의 상태에 있다. 이와 같이, 저속 회전시 및 고속 회전시 중 어느 것에 있어서도, 외주 토출홈 타입의 토출홈(10)은, 외주측의 액체와 내주측의 기체가 집중되는 부분으로부터 외주측으로의 흐름을 촉진하여, 슬라이딩면(S)에 존재하는 마모 가루 및 더스트 등의 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있다.
이상 설명한 실시예 1의 구성에 의하면, 이하와 같은 효과를 나타낸다.
(1)서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환(7)이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환(4)이며, 이들 밀봉환은 반경 방향으로 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체인 액체 또는 미스트 상태의 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 슬라이딩면(S)의 적어도 한쪽에, 상류측의 단부(11a)가 누설측과 연통되고, 하류측의 단부(11b)가 피밀봉 유체측의 주연에는 비연통이며, 상류측으로부터 하류측을 향하여 경사지도록 배열 마련된 스파이럴홈(11), 및, 상류측의 단부(10a)가 상기 누설측에 위치함과 동시에 하류측의 단부(10b)가 피밀봉 유체측에 위치하도록 경사지게 배열 마련된 토출홈을 구비함으로써, 슬라이딩면(S) 간의 유체막을 증가시켜, 슬라이딩면(S)의 윤활 성능을 향상시킴과 동시에, 슬라이딩면(S)에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있어, 슬라이딩면의 마모 및 누설의 발생을 방지할 수 있다.
(2)토출홈(10)은, 상류측의 단부(10a)가 누설측과 비연통이며, 하류측의 단부(10b)가 피밀봉 유체측과 연통된 외주 토출홈 타입임으로써, 슬라이딩면(S) 내부로부터의 유체의 흐름이 외주측까지 형성되어, 확실하게 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 있다.
(3)토출홈(10)의 홈 깊이는, 스파이럴홈(11)의 홈 깊이보다도 깊음으로써, 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물의 배출을 확실하게 함과 동시에, 부압의 발생을 방지하여, 슬라이딩면 전체의 부상력의 저하를 방지할 수 있다.
(4)슬라이딩면의 랜드부(R)에는, 딤플이 마련됨으로써, 슬라이딩면(S) 전체에 유체를 축적할 수 있음과 동시에 슬라이딩면 간에 정압을 발생시켜 슬라이딩면(S)의 윤활 성능을 높일 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품은, 토출홈이 내주 토출홈인 점에서 실시예 1의 슬라이딩 부품과 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 1과 동일하며, 동일 부재에는 동일한 부호를 붙여, 중복하는 설명은 생략한다.
도 3에 있어서, 슬라이딩면(S)에는, 상류측의 단부(12a)가 누설측에 위치함과 동시에 하류측의 단부(12b)가 피밀봉 유체측에 위치하도록 경사지게 배열 마련된 토출홈(12)이 마련된다. 토출홈(12)은, 일정한 폭을 갖고, 지름 방향으로 연장되어 있고, 상대 슬라이딩에 의해, 상류측의 단부(12a)로부터 하류측의 단부(12b)를 향하여 유체가 흐르기 쉽도록 경사지게 마련되는 것이며, 예를 들면, 스파이럴 형상 혹은 직사각 형상을 이루고 있다. 토출홈(12)의 홈 깊이는 스파이럴홈(11)의 홈 깊이에 비하여 깊게 설정된다.
도 3의 경우, 토출홈(12)은, 상류측의 단부(12a)가 누설측과 연통되고, 하류측의 단부(12b)가 피밀봉 유체측과 비연통인 「내주 토출홈 타입」이다. 토출홈(12)은 스파이럴홈(11)의 둘레 방향의 사이에 배열 마련되고, 그 하류측의 단부(12b)는, 스파이럴홈(11)보다 외주측까지 연장되어 있다.
도 3에 나타내는, 내주 토출홈 타입의 토출홈(12)은, 상류측의 단부(12a)가 누설측과 연통되어 있기 때문에, 누설측의 유체를 적극적으로 슬라이딩면(S)으로 펌핑할 수 있어, 내주로부터 슬라이딩면(S)으로의 유체의 흐름을 촉진하고, 원심력을 이용하여 슬라이딩면(S)에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 외주측으로 배출하는 기능을 나타낼 수 있다. 또한, 토출홈(12)의 하류측의 단부(14b)가 스파이럴홈(11)보다 외주측까지 연장되어 있기 때문에, 외주측의 액체와 내주측의 기체가 집중되는 고압력의 부분으로부터 외주측으로의 흐름을 촉진할 수 있다.
이상 설명한 실시예 2의 구성에 의하면, 특히, 이하와 같은 효과를 나타낸다.
(1)토출홈(12)은, 상류측의 단부(12a)가 누설측과 연통되고, 하류측의 단부(12b)가 피밀봉 유체측과 비연통인 내주 토출홈 타입임으로써, 누설측의 유체를 적극적으로 슬라이딩면(S)으로 펌핑할 수 있어, 내주로부터 슬라이딩면(S)으로의 유체의 흐름을 촉진하고, 원심력을 이용하여 슬라이딩면(S)에 존재하는 마모 가루나 콘타미네이션 등의 이물을 외주측으로 배출할 수 있다.
(2)토출홈(12)의 하류측의 단부(12b)가 스파이럴홈(11)보다 외주측까지 연장되어 있기 때문에, 외주측의 액체와 내주측의 기체가 집중되는 고압력의 부분으로부터 외주측으로의 흐름을 촉진할 수 있다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품은, 토출홈으로서 외주 토출홈 타입과 내주 토출홈 타입의 양자를 구비하는 점에서 실시예 1의 슬라이딩 부품과 상위하지만, 그 외의 기본 구성은 실시예 1과 동일하며, 동일 부재에는 동일한 부호를 붙여, 중복하는 설명은 생략한다.
도 4에 있어서, 슬라이딩면(S)에는, 외주 토출홈 타입의 토출홈(10)과, 내주 토출홈 타입의 토출홈(12)의 양자가 마련되어 있다.
도 4의 경우, 상류측의 외주 토출홈 타입의 토출홈(10)과 하류측의 내주 토출홈 타입의 토출홈(12)과의 사이에 1개의 스파이럴홈(11)을 사이에 끼우고, 당해 내주 토출홈 타입의 토출홈(12)과 그 하류측의 외주 토출홈 타입의 토출홈(10)과의 사이에 2개의 스파이럴홈(11)을 사이에 끼우도록 하여 12등배로 배열 마련되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상류측의 외주 토출홈 타입의 토출홈(10)과 하류측의 내주 토출홈 타입의 토출홈(12)과의 사이에 2개의 스파이럴홈(11)을 사이에 끼우고, 당해 내주 토출홈 타입의 토출홈(12)과 그 하류측의 외주 토출홈 타입의 토출홈(10)과의 사이에 1개의 스파이럴홈(11)을 사이에 끼우도록 해도 좋고, 또한, 12등배 이상 혹은 이하라도 좋고, 요컨대, 둘레 방향에 있어서 적당히 분산하여 배열 마련되어 있으면 좋다.
이상 설명한 실시예 3의 구성에 의하면, 특히, 내주 토출홈 타입의 토출홈(12)에 의해 누설측의 유체를 적극적으로 슬라이딩면(S)으로 펌핑할 수 있어, 내주로부터 슬라이딩면(S)으로의 유체의 흐름을 촉진할 수 있음과 동시에, 외주 토출홈 타입의 토출홈(10)에 의해 슬라이딩면(S) 내부로부터의 유체의 흐름을 외주측까지 형성할 수 있기 때문에, 보다 한층, 확실하게 이물을 슬라이딩면 내로부터 피밀봉 유체측으로 배출할 수 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.
예를 들면, 상기 실시예에서는, 슬라이딩 부품을 메커니컬 시일 장치에 있어서의 한 쌍의 회전용 밀봉환 및 고정용 밀봉환 중 어느 하나에 사용하는 예에 대해서 설명했지만, 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 한쪽측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 슬라이딩 부품의 외주측을 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측), 내주측을 누설측(기체측)으로 하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 일 없이, 외주측이 누설측(기체측), 내주측이 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)인 경우도 적용 가능하다. 또한, 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)과 누설측(기체측)과의 압력의 대소 관계에 대해서는, 예를 들면, 피밀봉 유체측(액체측 혹은 미스트 상태의 유체측)이 고압, 누설측(기체측)이 저압, 혹은, 그 반대의 어느 것이라도 좋고, 또한, 양쪽의 압력이 동일해도 좋다.
또한, 예를 들면, 상기 실시예에서는, 토출홈(10, 12) 및 스파이럴홈(11)의 형상이 스파이럴 형상(나선 형상)인 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면, 상류측의 단부와 하류측의 단부를 연결하는 양측의 선이 직선상이며 스파이럴 형상과 동일하게 경사지게 배열 마련된 것이라도 좋다.
1 임펠러
2 회전축
3 슬리브
4 회전측 밀봉환
5 하우징
6 카트리지
7 회전측 밀봉환
8 코일드 웨이브 스프링
10 토출홈(외주 토출홈 타입)
10a 상류측의 단부
10b 하류측의 단부
11 스파이럴홈
11a 상류측의 단부
11b 하류측의 단부
12 토출홈(내주 토출홈 타입)
12a 상류측의 단부
12b 하류측의 단부
S 슬라이딩면
R 랜드부

Claims (6)

  1. 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부품을 구비하고, 한쪽의 슬라이딩 부품은 고정측 밀봉환이며, 다른 한쪽의 슬라이딩 부품은 회전측 밀봉환이며, 이들 밀봉환은 반경 방향으로 형성된 슬라이딩면을 갖고, 피밀봉 유체인 액체 또는 미스트 상태의 유체가 누설되는 것을 시일하는 것으로서, 상기 슬라이딩면의 적어도 한쪽에, 상류측의 단부가 상기 누설측과 연통되고, 하류측의 단부가 상기 피밀봉 유체측의 주연(周)에는 비연통이며, 상류측으로부터 하류측을 향하여 경사지도록 배열 마련된 스파이럴홈, 및, 상류측의 단부가 상기 누설측에 위치함과 동시에 하류측의 단부가 상기 피밀봉 유체측에 위치하도록 경사지게 배열 마련된 토출홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토출홈은, 상류측의 단부가 상기 누설측과 비연통이며, 하류측의 단부가 상기 피밀봉 유체측과 연통된 외주 토출홈 타입인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토출홈은, 상류측의 단부가 상기 누설측과 연통되고, 하류측의 단부가 상기 피밀봉 유체측과 비연통인 내주 토출홈 타입인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토출홈은, 상기 외주 토출홈 타입 및 상기 내주 토출홈 타입인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토출홈의 홈 깊이는, 상기 스파이럴홈의 홈 깊이보다도 깊은 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라이딩면의 랜드부에는, 딤플이 마련되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
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