KR20220146576A - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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KR20220146576A
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sliding
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KR1020227033234A
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타다츠구 이무라
이와 오우
쇼고 후쿠다
켄타 우치다
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

도통홈 내에 콘타미네이션이 쌓이는 것을 억제할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공한다. 회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되어 다른 슬라이딩 부품(20)과 상대 슬라이딩하는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품(10)으로서, 슬라이딩 부품(10)의 슬라이딩면(11)에는, 외부 공간(S1)과 연통하는 도통홈(15)과, 도통홈(15)과 연통하여 둘레 방향으로 연장되고, 폐색된 종단부(16B)를 갖는 동압 발생홈(16)이 구비되어 있고, 도통홈(15)의 저부(15a)는 적어도 일부에 지름 방향으로 경사지는 경사면(15a)을 갖고 있다.

Description

슬라이딩 부품
본 발명은, 상대 회전하는 슬라이딩 부품에 관한 것으로, 예를 들면 자동차, 일반 산업 기계, 혹은 그 외의 시일 분야의 회전 기계의 회전축을 축봉하는 축봉 장치에 사용되는 슬라이딩 부품, 또는 자동차, 일반 산업 기계, 혹은 그 외의 베어링 분야의 기계의 베어링에 사용되는 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
피밀봉 유체의 누설을 방지하는 축봉 장치로서 예를 들면 메커니컬 시일은 상대 회전하고 슬라이딩면끼리가 슬라이딩하는 한 쌍의 환상(環狀)의 슬라이딩 부품을 구비하고 있다. 이러한 메커니컬 시일에 있어서, 최근에 있어서는 환경 대책 등의 이유 때문에 슬라이딩에 의해 상실되는 에너지의 저감이 요망되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 나타나는 메커니컬 시일은, 한쪽의 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 동압 발생 기구가 마련되어 있다. 이 동압 발생 기구는, 피밀봉 유체가 존재하는 바깥 공간과 연통하고 지름 방향으로 연장되는 도통(導通)홈과, 도통홈으로부터 둘레 방향으로 연장되고 종단이 폐색된 동압 발생홈을 갖고, 도통홈은 동압 발생홈에 비하여 깊게 형성되어 있다. 이에 의하면, 슬라이딩 부품의 상대 회전시에는, 바깥 공간으로부터 도통홈을 통하여 동압 발생홈에 피밀봉 유체가 도입되어, 당해 피밀봉 유체가 동압 발생홈의 종단을 향하여 이동하도록 되어 있고, 동압 발생홈의 종단에 정압이 발생하여 슬라이딩면끼리가 이간하고, 슬라이딩면 사이에 피밀봉 유체가 개재함으로써 윤활성이 향상되도록 되어 있다.
국제공개 제2012/046749호(17페이지, 도 1)
특허문헌 1과 같은 슬라이딩 부품에 있어서는, 도통홈에 유체가 채워져 있는 점에서, 슬라이딩 부품의 상대 회전시에는, 도통홈으로부터 동압 발생홈에 확실하게 유체가 공급되도록 되어 있지만, 도통홈은 동압 발생홈에 비하여 깊고 많은 유체에 의해 채워져 있어 도통홈 내에 콘타미네이션이 쌓여 버려, 콘타미네이션이 슬라이딩면 사이로 말려 들어가 어브레시브 마모를 발생시킬 우려가 있었다.
본 발명은, 이러한 문제점에 착목하여 이루어진 것으로, 도통홈 내에 콘타미네이션이 쌓이는 것을 억제할 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부품은,
회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되어 다른 슬라이딩 부품과 상대 슬라이딩하는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품으로서,
상기 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 외부 공간과 연통하는 도통홈과, 상기 도통홈과 연통하여 둘레 방향으로 연장되고, 폐색된 종단부(終端部)를 갖는 동압 발생홈이 구비되어 있고,
상기 도통홈의 저부는 적어도 일부에 지름 방향으로 경사지는 경사면을 갖고 있다.
이에 의하면, 슬라이딩 부품의 상대 회전시에는, 주로 도통홈 상면측의 유체가 전단력을 받아, 도통홈 내에서 지름 방향을 중심으로 하는 소용돌이 형상의 흐름이 발생하고, 이 소용돌이 형상의 흐름은 경사면의 영향을 받아 경사면을 따르도록 경사져, 도통홈 내의 유체에 지름 방향으로 흐르는 성분이 발생한다. 이렇게 하여 도통홈 내에 있어서 지름 방향으로 왕래하는 유체의 흐름을 유기하여 도통홈 내로 유입된 콘타미네이션을 도통홈 밖으로 배출시켜, 도통홈 내에 콘타미네이션이 쌓이는 것을 억제할 수 있다.
상기 경사면은, 상기 도통홈의 저부에 지름 방향의 전역에 걸쳐 형성되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 도통홈 내에 있어서 유체가 지름 방향으로 원활하게 흐른다.
상기 도통홈은, 상기 외부 공간측의 지름 방향 단부(端部)가 상기 외부 공간과는 지름 방향 반대측의 단부보다도 둘레 방향으로 폭이 넓게 되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 슬라이딩 부품의 지름 방향 외부 공간측의 둘레면과, 도통홈의 측벽면이 둘레 방향을 따르는 각도로, 바꿔 말하면 둔각으로 형성되기 쉬워, 유체가 그 점성에 의해 슬라이딩 부품의 지름 방향 외부 공간측의 둘레면과 도통홈의 측벽면을 따라 이동하기 쉽기 때문에, 외부 공간의 유체를 도통홈 내로 취입하기 쉽고, 또한 도통홈 내의 유체를 외부 공간으로 배출하기 쉽다.
상기 동압 발생홈은 전체가 상기 경사면보다 얕은 부분에서 연통하고 있어도 좋다.
이에 의하면, 동압 발생홈과 도통홈의 연통 영역을 크게 확보할 수 있음과 동시에, 도통홈과 동압 발생홈 사이에 단차가 형성되기 때문에, 도통홈에 존재하는 콘타미네이션이 동압 발생홈 내로 진입하기 어렵다.
상기 경사면은, 상기 슬라이딩면에 연속하고 있어도 좋다.
이에 의하면, 도통홈과 슬라이딩면간의 사이에서 유체가 배출되기 쉽다.
상기 도통홈의 측벽부는, 축방향으로부터 보아 원호 형상을 이루고 있어도 좋다.
이에 의하면, 측벽부를 따라 도통홈 내의 유체가 지름 방향으로 원활하게 흐른다.
상기 동압 발생홈은, 상기 외부 공간과 연통하고 있어도 좋다.
이에 의하면, 동압 발생홈에 콘타미네이션이 유입되어도 당해 콘타미네이션을 외부 공간으로 배출하기 쉽다.
상기 동압 발생홈과 상기 외부 공간은, 랜드부에 의해 구획되어 있어도 좋다.
이에 의하면, 동압 발생홈 내의 유체가 외부 공간으로 누설되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 동압 발생홈에서 높은 동압으로서 정압, 부압을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 외부 공간이라는 것은, 슬라이딩 부품의 외경측에 존재하는 바깥 공간이라도 좋고, 슬라이딩 부품의 내경측에 존재하는 안쪽 공간이라도 좋다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 정지 밀봉환의 슬라이딩면을 축방향으로부터 본 도면이다.
도 3은, A-A 단면도이다.
도 4는, B-B 단면도이다.
도 5는, 상대 회전시에 있어서의 도통홈 및 동압 발생홈 내의 유체의 흐름을 도시한 개략도이다.
도 6은, 상대 회전시에 있어서의 도통홈 내의 유체의 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 7은, 실시예 1의 정지 밀봉환의 변형예 1을 나타내는 설명도이다.
도 8은, 실시예 1의 정지 밀봉환의 변형예 2를 나타내는 설명도이다.
도 9는, 실시예 1의 정지 밀봉환의 변형예 3을 나타내는 설명도이다.
도 10은, 실시예 1의 정지 밀봉환의 변형예 4를 나타내는 설명도이다.
도 11은, 실시예 1의 정지 밀봉환의 변형예 5를 나타내는 설명도이다.
도 12는, 실시예 1의 정지 밀봉환의 변형예 6을 나타내는 설명도이다.
도 13은, 본 발명의 실시예 2에 있어서의 동압 발생홈 및 도통홈을 나타내는 설명도이다.
도 14는, 실시예 1 및 실시예 2의 정지 밀봉환의 변형예 7을 나타내는 설명도이다.
본 발명에 따른 슬라이딩 부품을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.
실시예 1
실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 슬라이딩 부품이 메커니컬 시일인 형태를 예로 들어 설명한다. 또한, 메커니컬 시일의 내경측의 외부 공간으로서의 안쪽 공간(S1)에 피밀봉 유체(F)가 존재하고, 외경측의 외부 공간으로서의 바깥 공간(S2)에 대기(A)가 존재하고 있는 형태를 예시하여 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 도면에 있어서, 슬라이딩면에 형성되는 홈 등에 도트를 부여하는 경우도 있다.
도 1에 나타나는 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일은, 슬라이딩면의 내경측으로부터 외경측을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 유체(F)를 밀봉하는 아웃사이드형이다. 또한, 본 실시예에서는, 피밀봉 유체(F)가 고압의 액체이며, 대기(A)가 피밀봉 유체(F)보다 저압의 기체인 형태를 예시한다.
메커니컬 시일은, 회전축(1)에 슬리브(2)를 통하여 회전축(1)과 함께 회전 가능한 상태로 마련된 원환상의 다른 슬라이딩 부품으로서의 회전 밀봉환(20)과, 피장착 기기의 하우징(4)에 고정된 케이스(5)와, 케이스(5)에 대하여 비회전 상태 또한 축방향 이동 가능한 상태로 마련된 슬라이딩 부품으로서의 원환상의 정지 밀봉환(10)과, 케이스(5)와 정지 밀봉환(10) 사이를 지름 방향으로 밀봉하는 2차 시일(9)과, 케이스(5)와 정지 밀봉환(10) 사이에 배치되는 부세(付勢) 수단(7)으로 주로 구성되고, 부세 수단(7)에 의해 정지 밀봉환(10)이 축방향으로 부세됨으로써, 정지 밀봉환(10)의 슬라이딩면(11)과 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21)이 서로 밀접 슬라이딩하도록 되어 있다. 또한, 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21)은 평탄면으로 되어 있고, 이 평탄면에는 홈 등의 오목부가 마련되어 있지 않다.
정지 밀봉환(10) 및 회전 밀봉환(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 상으로 이루어지는 재료, 예를 들면, 흑연 입자가 분산된 SiC, SiC와 Si로 이루어지는 반응 소결 SiC, SiC-TiC, SiC-TiN 등이 있고, 카본으로서는, 탄소질과 흑연질이 혼합된 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, 정지 밀봉환(10)에 대하여 회전 밀봉환(20)이 화살표로 나타내는 바와 같이 반시계 방향으로 상대 슬라이딩하도록 되어 있다. 정지 밀봉환(10)의 슬라이딩면(11)에는, 내경측에 복수(실시예 1에서는 8개)의 동압 발생 기구(14)가 둘레 방향으로 균등하게 배설(配設)되어 있다. 또한, 슬라이딩면(11)의 동압 발생 기구(14) 이외의 부분은 상부가 평탄면을 이루는 랜드(12)로 되어 있다. 또한, 슬라이딩면(11)의 외경측에는, 예를 들면, 딤플 등의 정압 발생 기구가 형성되어 있어도 좋다.
다음으로, 동압 발생 기구(14)의 개략에 대해서 도 2~도 4에 기초하여 설명한다. 또한, 이하, 설명의 편의상, 유체 유도홈(15)을 실제보다도 얕게 도시하고 있다.
동압 발생 기구(14)는, 안쪽 공간(S1)과 연통하는 도통홈으로서의 유체 유도홈(15)과, 유체 유도홈(15)으로부터 반시계 방향으로 둘레 방향으로 연장되는 정압 발생용의 제1 동압 발생홈(16)과, 유체 유도홈(15)으로부터 시계 방향으로 둘레 방향으로 연장되는 부압 발생용의 제2 동압 발생홈(17)을 구비하고 있다.
유체 유도홈(15)은, 축방향으로부터 보아 외경측으로 볼록함을 갖는 반원 형상을 이루는 저부로서의 저면(15a)과, 저면(15a)의 원호 형상을 이루는 측연을 따라 랜드(12)의 평탄면을 향하여 수직으로 연장되는 측벽부(15b)로 구성되어 있다. 이와 같이, 유체 유도홈(15)에 있어서의 안쪽 공간(S1)과 연통하는 연통부(15c)(즉 외부 공간측의 지름 방향 단부)는, 유체 유도홈(15)의 외경측의 꼭대기부측의 부위, 즉 최외경부(15d)보다도 둘레 방향으로 폭이 넓게 형성되어 있다.
또한, 저면(15a)은 내경측으로부터 외경측을 향하여 지름 방향으로 점차 얕아지는 평면으로 이루어지는 경사면(15a)이며, 저면(15a)의 최외경부(15d)(즉 외부 공간과는 지름 방향 반대측의 단부)는 랜드(12)의 평탄면까지 연장되어 있다. 즉, 저면(15a)의 지름 방향의 전역에 걸쳐 경사지는 면이 형성되어 있다. 또한, 유체 유도홈(15)은, 최외경부(15d)에 지름 방향의 최대의 폭(W1)을 갖고 있다.
또한, 유체 유도홈(15)의 최내경부, 즉 연통부(15c)가 가장 깊은 깊이(D1)를 갖고 있다. 본 실시예의 깊이(D1)는, 100μm이다. 또한, 유체 유도홈(15)의 가장 깊은 깊이(D1)는 자유롭게 변경할 수 있다.
또한, 유체 유도홈(15)은, 지름 방향으로 연장되는 가상선(LN)(도 5 참조)을 기준으로 하여 둘레 방향으로 대칭 형상을 이루고 있다.
제1 동압 발생홈(16)은, 상대 회전의 시단부(始端部)(16A)가 유체 유도홈(15)과 연통하고 있고, 상대 회전의 종단부(16B)가 폐색되어 있다. 구체적으로는, 제1 동압 발생홈(16)은, 시단부(16A)로부터 종단부(16B)에 걸쳐 평탄 또한 랜드(12)의 평탄면에 평행한 저면(16a)과, 저면(16a)의 종단부(16B)의 단연으로부터 랜드(12)의 평탄면을 향하여 수직으로 연장되는 벽부(16b)와, 저면(16a)의 외경측의 측연으로부터 랜드(12)의 평탄면을 향하여 수직으로 연장되는 측벽부(16c)로 구성되어 있고, 저면(16a)의 내경측의 측연은 안쪽 공간(S1)과 연통하고 있다.
이 제1 동압 발생홈(16)은, 지름 방향의 폭(W2)이 둘레 방향에 걸쳐 일정하고, 폭(W2)은, 폭(W1)보다도 작다(W1>W2).
또한, 제1 동압 발생홈(16)은 시단부(16A)로부터 종단부(16B)에 걸쳐 일정한 깊이(D2)를 갖고 있다. 본 실시예의 깊이(D2)는, 10μm이다. 또한, 제1 동압 발생홈(16)의 깊이(D2)는 자유롭게 변경할 수 있지만, 바람직하게는 깊이(D2)는 깊이(D1)의 1/10배 이하인 것이 좋다.
제2 동압 발생홈(17)은, 상대 회전의 시단부(17A)가 폐색되어 있고, 상대 회전의 종단부(17B)가 유체 유도홈(15)과 연통하고 있다. 구체적으로는, 제2 동압 발생홈(17)은, 시단부(17A)로부터 종단부(17B)에 걸쳐 평탄 또한 랜드(12)의 평탄면에 평행한 저면(17a)과, 저면(17a)의 종단부(17B)의 단연으로부터 랜드(12)의 평탄면을 향하여 수직으로 연장되는 벽부(17b)와, 저면(17a)의 외경측의 측연으로부터 랜드(12)의 평탄면을 향하여 수직으로 연장되는 측벽부(17c)로 구성되어 있고, 저면(17a)의 내경측의 측연은 안쪽 공간(S1)과 연통하고 있다.
이 제2 동압 발생홈(17)은, 지름 방향의 폭(W3)이 둘레 방향에 걸쳐 일정하고, 폭(W3)은, 폭(W1)보다도 작다(W3>W1). 또한, 폭(W3)은, 폭(W2)과 동일 치수이다(W2=W3). 또한, 폭(W2)과 폭(W3)은 상이한 치수라도 좋다.
또한, 제2 동압 발생홈(17)은 시단부(17A)로부터 종단부(17B)에 걸쳐 일정한 깊이(D3)를 갖고 있다. 본 실시예의 깊이(D3)는, 10μm이다(D1=D2). 또한, 제1 동압 발생홈(16)의 깊이(D2)와 제2 동압 발생홈(17)의 깊이(D3)가 상이한 치수라도 좋다. 또한, 제2 동압 발생홈(17)의 깊이(D3)는 자유롭게 변경할 수 있지만, 바람직하게는 깊이(D3)는 깊이(D1)의 1/10배 이하인 것이 좋다.
이들 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)은, 지름 방향으로 연장되는 가상선(LN)을 기준으로 하여 둘레 방향으로 대칭 형상을 이루고 있다.
또한, 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)은, 유체 유도홈(15)의 저면(15a)보다 얕은 영역에서 연통하고 있다. 즉, 유체 유도홈(15)의 저면(15a)과 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17) 사이에 개재하는 측벽부(15b)에 의해 단차가 형성되어 있다.
이어서, 정지 밀봉환(10)과 회전 밀봉환(20)의 상대 회전시에 있어서의 피밀봉 유체(F)의 흐름에 대해서 도 5를 사용하여 개략적으로 설명한다. 또한, 도 5의 피밀봉 유체(F)의 흐름에 대해서는, 회전 밀봉환(20)의 상대 회전 속도를 특정하지 않고 개략적으로 나타내고 있다.
우선, 회전 밀봉환(20)이 회전하고 있지 않는 일반 산업 기계의 비가동시에는, 부세 수단(7)에 의해 정지 밀봉환(10)이 회전 밀봉환(20)측으로 부세되어 있기 때문에 슬라이딩면(11, 21)끼리는 접촉 상태로 되어 있고, 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17) 내의 피밀봉 유체(F)가 슬라이딩면(11, 21) 사이로부터 바깥 공간(S2)으로 누출되는 양은 거의 없다.
도 5에 나타나는 바와 같이, 회전 밀봉환(20)이 정지 밀봉환(10)에 대하여 상대 회전하면, 유체 유도홈(15), 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17) 내의 피밀봉 유체(F)가 슬라이딩면(21)과의 마찰에 의해 회전 밀봉환(20)의 회전 방향으로 추종 이동한다.
구체적으로는, 화살표(L1)로 나타나는 바와 같이, 제1 동압 발생홈(16) 내의 피밀봉 유체(F)가 시단부(16A)로부터 종단부(16B)를 향하여 이동함과 동시에, 이에 수반하여 화살표(L3)로 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)가 제1 동압 발생홈(16) 내로 유입된다.
종단부(16B)를 향하여 이동한 제1 동압 발생홈(16) 내의 피밀봉 유체(F)는, 벽부(16b) 및 그 근방에서 압력이 높아진다. 즉 벽부(16b) 및 그 근방에서 정압이 발생한다.
또한, 제1 동압 발생홈(16)은, 안쪽 공간(S1)과 연통하고 있기 때문에, 화살표(L1')로 나타나는 바와 같이, 안쪽 공간(S1) 내의 피밀봉 유체(F)가 제1 동압 발생홈(16) 내로 일부 유입됨과 동시에, 화살표(L1")로 나타나는 바와 같이, 제1 동압 발생홈(16) 내의 피밀봉 유체(F)가 안쪽 공간(S1)으로 일부 유출된다.
또한, 화살표(L2)로 나타나는 바와 같이, 제2 동압 발생홈(17) 내의 피밀봉 유체(F)가 시단부(17A)로부터 종단부(17B)를 향하여 이동하고, 유체 유도홈(15) 내로 유출된다.
종단부(17B)를 향하여 피밀봉 유체(F)가 이동한 제2 동압 발생홈(17) 내에서는 부압이 발생한다. 제2 동압 발생홈(17) 내에서는 종단부(17B)의 압력보다도 시단부(17A)의 압력이 낮아져 있다.
또한, 제2 동압 발생홈(17)은, 안쪽 공간(S1)과 연통하고 있기 때문에, 화살표(L2')로 나타나는 바와 같이, 안쪽 공간(S1) 내의 피밀봉 유체(F)가 제2 동압 발생홈(17) 내로 일부 유입됨과 동시에, 화살표(L2")로 나타나는 바와 같이, 제2 동압 발생홈(17) 내의 피밀봉 유체(F)가 안쪽 공간(S1)으로 일부 유출된다.
또한, 화살표(L3)로 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F), 특히 유체 유도홈(15) 내 상방의 피밀봉 유체(F)가 제2 동압 발생홈(17)측으로부터 제1 동압 발생홈(16)측을 향하여 둘레 방향으로 이동한다.
유체 유도홈(15)은, 안쪽 공간(S1)과 연통하고 있기 때문에, 화살표(L4)로 나타나는 바와 같이, 안쪽 공간(S1) 내의 피밀봉 유체(F)가 유체 유도홈(15) 내로 일부 유입됨과 동시에, 화살표(L5)로 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)가 안쪽 공간(S1)으로 일부 유출된다.
또한, 정지 밀봉환(10)과 회전 밀봉환(20)의 상대 회전 속도가 일정 이상이 되면, 제1 동압 발생홈(16)의 벽부(16b) 및 그 근방에서 정압이 커지고, 화살표(L6)로 나타나는 바와 같이, 제1 동압 발생홈(16)의 피밀봉 유체(F)가 종단부(16B)로부터 슬라이딩면(11, 21) 사이로 유출된다. 이에 따라 슬라이딩면(11, 21) 사이가 이간된다. 제1 동압 발생홈(16)의 피밀봉 유체(F)는, 벽부(16b)와 측벽부(16c)로 구성되는 모서리부로부터 외경 방향을 향하여 슬라이딩면(11, 21) 사이로 유출된다.
한편, 제2 동압 발생홈(17)에서는, 시단부(17A)에서 발생하는 부압이 커져, 시단부(17A)의 근방에 존재하는 슬라이딩면(11, 21) 사이의 피밀봉 유체(F)를 제2 동압 발생홈(17) 내로 인입할 수 있고, 유체 유도홈(15) 내로 되돌릴 수 있기 때문에, 슬라이딩면(11, 21) 사이의 피밀봉 유체(F)가 바깥 공간(S2)으로 누설되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 유체 유도홈(15)의 측벽부(15b)에 있어서의 제1 동압 발생홈(16)측의 부위에서는, 전단력에 의해 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)의 압력이 높아져 정압이 발생하고, 이에 따라 화살표(L7)로 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)가 근소하게 슬라이딩면(11, 21) 사이로 유출된다.
이어서, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)의 흐름에 대해서 도 6을 사용하여 설명한다.
도 6에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(10)과 회전 밀봉환(20)의 상대 회전시에는, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F), 특히 유체 유도홈(15) 내 상방의 피밀봉 유체(F)가 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21)으로부터 전단력을 받는다. 유체 유도홈(15)의 저면(15a)은 내경측으로부터 외경측으로 경사져 있는 점에서, 유체 유도홈(15) 내에서는, 지름 방향 또한 저면(15a)의 경사를 따른 방향을 대략 선회 중심으로 하는 소용돌이 형상의 흐름 소용돌이 형상류(F1)(즉, 지름 방향으로 흐르는 성분과, 둘레 방향으로 선회하는 성분을 갖는 소용돌이 형상류(F1))가 발생한다. 도 6에 있어서는, 설명의 편의상, 지름 방향으로 복수의 소용돌이 형상류를 예시적으로 나타내고 있다.
이 소용돌이 형상류(F1)는, 유체 유도홈(15)을 안쪽 공간(S1)측으로부터 지름 방향으로 보아, 회전 밀봉환(20)의 슬라이딩면(21), 측벽부(15b)에 있어서의 제1 동압 발생홈(16)측의 부위, 저면(15a), 측벽부(15b)에 있어서의 제2 동압 발생홈(17)측의 부위의 순으로 선회하고 있다.
또한, 유체 유도홈(15)의 저면(15a)은, 외경측을 향하여 점차 얕아지도록 지름 방향으로 경사져 있는 점에서, 유체 유도홈(15)의 지름 방향 위치에 따라 흐르는 것이 가능한 유체의 체적이 상이하고, 그에 따라, 지름 방향 위치에 따라 속도의 차이가 발생하고, 소용돌이 형상류(F1)는 지름 방향으로 흐르는 성분을 갖는다. 또한, 저면(15a)이 경사져 있는 점에서 유체가 지름 방향으로 원활하게 흐른다.
이와 같이, 정지 밀봉환(10)과 회전 밀봉환(20)의 상대 회전시에는, 지름 방향으로 흐르는 성분을 갖는 소용돌이 형상류(F1)가 발생하는 점에서, 화살표(L4)로 나타나는 바와 같이 안쪽 공간(S1)의 피밀봉 유체(F)의 일부가 유체 유도홈(15) 내로 유입됨과 동시에, 화살표(L5)로 나타나는 바와 같이 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)의 일부가 안쪽 공간(S1)으로 유출된다.
특히, 유체 유도홈(15)은 최외경부(15d)측이 얕아져 있기 때문에, 정지 밀봉환(10)과 회전 밀봉환(20)의 상대 회전 속도가 일정 이상이 되었을 때에는, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)의 압력이 연통부(15c)측에 비하여 최외경부(15d)측이 높아지기 때문에, 화살표(L4)로 나타나는 안쪽 공간(S1)의 피밀봉 유체(F)는, 유체 유도홈(15)의 최외경부(15d)까지 흐르기 어려워, 예를 들면, 화살표(L4)의 피밀봉 유체(F)의 대부분은, 유체 유도홈(15)의 지름 방향 중앙부까지 흐르고, 거기에서 안쪽 공간(S1)을 향하여 꺾어지도록 흐른다(즉, 화살표(L5)의 흐름).
이상 설명한 바와 같이, 정지 밀봉환(10)과 회전 밀봉환(20)의 상대 회전시에는, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)가 경사지는 저면(15a)의 영향을 받아 지름 방향으로 경사지는 바와 같이 소용돌이 형상류(F1)가 발생한다. 따라서, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)에 지름 방향으로 흐르는 성분이 발생하기 때문에, 유체 유도홈(15) 내로 유입된 콘타미네이션을 유체 유도홈(15) 외부로 배출할 수 있어, 유체 유도홈(15) 내에 콘타미네이션이 쌓이는 것을 억제할 수 있다. 또한, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)의 일부는, 측벽부(15b)에 있어서의 제1 동압 발생홈(16)측의 부위에서 압력이 높아져 슬라이딩면(11, 21) 사이로 유출되기 때문에, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)의 지름 방향으로의 흐름이 촉진된다(도 5 및 도 6의 화살표(L7) 참조).
구체적으로는, 유체 유도홈(15) 내로 유입된 콘타미네이션은, 주로 유체 유도홈(15)으로부터 안쪽 공간(S1)으로 유출되는 피밀봉 유체(F)의 흐름과 함께 안쪽 공간(S1)으로 배출된다(도 5 및 도 6의 화살표(L5) 참조). 또한, 콘타미네이션의 일부는, 유체 유도홈(15)으로부터 슬라이딩면(11, 21) 사이로 유출되는 피밀봉 유체(F)의 흐름과 함께 슬라이딩면(11, 21) 사이로 배출된다(도 5 및 도 6의 화살표(L7) 참조). 또한, 슬라이딩면(11, 21) 사이로 배출되는 콘타미네이션의 양은, 안쪽 공간(S1)으로 배출되는 콘타미네이션의 양에 비하여 근소하다.
또한, 유체 유도홈(15) 내에 발생하는 소용돌이 형상류(F1)에 의해, 유체 유도홈(15)의 저면(15a)에 쌓이는 콘타미네이션을 휩쓸어 올려 피밀봉 유체(F)와 함께 지름 방향으로 이동시킬 수 있기 때문에, 콘타미네이션을 유체 유도홈(15) 밖으로 배출하기 쉽다.
또한, 유체 유도홈(15)의 저면(15a)은, 연통부(15c)로부터 저면(15a)의 최외경부(15d)까지 경사져서 연장되는 평탄면이다. 즉, 유체 유도홈(15)의 피밀봉 유체(F)가 지름 방향으로 원활하게 흐른다. 또한, 평탄면이란, 피밀봉 유체(F)가 지름 방향으로 흐르면 좋고, 지름 방향의 흐름을 저해하지 않는 단부(段部)나 제조상 불가피한 요철이 형성되어 있어도 좋다.
또한, 유체 유도홈(15)에 있어서의 안쪽 공간(S1)과 연통하는 연통부(15c)는, 유체 유도홈(15)의 외경측의 꼭대기부측의 부위보다도 둘레 방향으로 폭이 넓게 형성되어 있기 때문에, 정지 밀봉환(10)의 내주면과, 유체 유도홈(15)의 측벽부(15b)가 둘레 방향을 따르는 각도(둔각)로 형성되고, 유체가 그 점성에 의해 정지 밀봉환(10)의 내주면과, 유체 유도홈(15)의 측벽부(15b)를 따라 이동하기 쉽기 때문에, 안쪽 공간(S1)의 피밀봉 유체(F)를 유체 유도홈(15) 내로 취입하기 쉽고, 또한 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)를 안쪽 공간(S1)으로 배출하기 쉽다.
또한, 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)은, 유체 유도홈(15)의 저면(15a)보다 얕은 영역에서 연통하고 있다. 이에 의하면, 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)과 유체 유도홈(15)의 연통 영역을 크게 확보할 수 있음과 동시에, 유체 유도홈(15)의 저면(15a)과 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17) 사이에 측벽부(15b)에 의해 단차가 형성되어 있기 때문에, 유체 유도홈(15)에 존재하는 콘타미네이션이 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17) 내로 진입하기 어렵다. 또한, 측벽부(15b)의 높이를 확보할 수 있기 때문에, 소용돌이 형상류(F1)를 지름 방향에 걸쳐 형성하기 쉽다.
또한, 유체 유도홈(15)의 저면(15a)의 최외경부(15d)는 랜드(12)의 평탄면까지 연장되어 연속하고 있기 때문에, 유체 유도홈(15)과 슬라이딩면(11, 21)간의 사이에서 유체의 배출을 행할 수 있어, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)의 지름 방향의 흐름을 촉진할 수 있다.
또한, 유체 유도홈(15)의 측벽부(15b)는, 축방향으로부터 보아 원호 형상을 이루고 있다. 이에 의하면, 측벽부(15b)에 모서리부가 형성되지 않기 때문에, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)를 체류시키는 일 없이, 측벽부(15b)를 따라 지름 방향으로 원활하게 흐른다.
또한, 유체 유도홈(15)은, 지름 방향으로 연장되는 가상선(LN)(도 5 참조)을 기준으로 하여 둘레 방향으로 대칭 형상을 이루고 있기 때문에, 유체 유도홈(15) 내의 피밀봉 유체(F)가 측벽부(15b)를 따라 밸런스 좋게 흐른다.
또한, 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)은 안쪽 공간(S1)과 연통하고 있기 때문에, 콘타미네이션이 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)으로 유입되어도 화살표(L1") 및 화살표(L2")와 함께 안쪽 공간(S1)으로 배출할 수 있어, 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)에 콘타미네이션이 쌓이는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 유체 유도홈(15)의 측벽부(15b)가 축방향으로부터 보아 원호 형상을 이루는 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 도 7에 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(151)은, 축방향으로부터 보아 대략 장방형, 상세하게는 안쪽 공간(S1)측은 원호, 바깥 공간(S2)측은 직선 및 지름 방향 양측은 각각 바깥 공간(S2)측의 직선과 직교하는 직선에 의해 둘러싸인 모양을 이루고 있어도 좋다.
또한, 도 8에 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(152)은, 축방향으로부터 보아 안쪽 공간(S1)측이 폭이 넓은 대략 사다리꼴, 상세하게는 안쪽 공간(S1)측은 원호, 바깥 공간(S2)측은 직선 및 지름 방향 양측은 각각 바깥 공간(S2)측의 직선에 둔각으로 이어지는 직선에 의해 둘러싸인 모양을 이루고 있어도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 유체 유도홈(15)이 지름 방향으로 연장되는 가상선(LN)을 기준으로 하여 둘레 방향으로 대칭 형상을 이루고 있는 형태를 예시했지만, 예를 들면, 도 9에 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(153)은, 지름 방향으로 연장되는 가상선(LN)을 기준으로 하여 둘레 방향으로 비대칭 형상을 이루는 타원 형상을 이루고 있어도 좋다. 또한, 유체 유도홈(153)은, 가상선(LN)을 기준으로 하여 둘레 방향으로 비대칭 형상을 이루는 직사각 형상이나 그 외의 다각 형상을 이루고 있어도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)의 안쪽 공간(S1)측의 단부가 유체 유도홈(15)의 둘레 방향 단부보다도 둘레 방향으로 떨어진 위치에 마련되는 형태를 예시했지만, 도 10에 나타나는 바와 같이, 제1 동압 발생홈(161) 및 제2 동압 발생홈(171)의 안쪽 공간(S1)측의 단부(161a) 및 단부(171a)가 유체 유도홈(15)의 둘레 방향 단부와 둘레 방향의 동일한 위치에 마련되어 있어도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 유체 유도홈(15)의 둘레 방향 양측에 제1 동압 발생홈(16) 및 제2 동압 발생홈(17)이 연설(延設)되는 형태를 예시했지만, 도 11에 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(15)에 대하여 제1 동압 발생홈(162)(즉, 정압 발생홈)만이 둘레 방향으로 연설되어 있어도 좋다.
또한, 도 12에 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(15)에 대하여 제2 동압 발생홈(172)(즉, 부압 발생홈)만이 둘레 방향으로 연설되어 있어도 좋다.
실시예 2
다음으로, 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 13을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 실시예와 동일한 구성, 중복하는 구성의 설명은 생략한다.
도 13에 나타나는 바와 같이, 정지 밀봉환(100)의 슬라이딩면(110)에는, 유체 유도홈(15)과, 제1 동압 발생홈(163)과, 제2 동압 발생홈(173)이 형성되어 있다. 제1 동압 발생홈(163) 및 제2 동압 발생홈(173)과 안쪽 공간(S1)은, 랜드(120)에 의해 구획되어 있다.
이에 의하면, 제1 동압 발생홈(163) 및 제2 동압 발생홈(173)의 피밀봉 유체(F)가 안쪽 공간(S1)으로 누설되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 제1 동압 발생홈(163) 및 제2 동압 발생홈(173) 내에서 확실하게 동압을 발생시킬 수 있음과 동시에, 안쪽 공간(S1)으로부터 제1 동압 발생홈(163) 및 제2 동압 발생홈(173) 내로 콘타미네이션이 유입되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예 2의 슬라이딩 부품에도 전술한 변형예 1~6 의 형상을 적용해도 좋다.
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 실시예 1, 2 및 변형예 1~6 에서는, 도통홈의 저부가 지름 방향에 걸쳐 경사져서 슬라이딩면까지 연장되어 있는 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 도통홈의 저부의 적어도 일부에 지름 방향으로 경사지는 경사면을 갖고 있으면 좋다. 예를 들면, 도 14에 나타나는 바와 같이, 유체 유도홈(154)의 저부(154e)는, 내경측의 단부로부터 외경측을 향하여 랜드(12)의 평탄면과 평행하게 연장되는 평탄면(154f)과, 평탄면(154f)의 외경측 단부로부터 랜드(12)의 평탄면을 향하여 경사지는 경사면(154g)으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 상기 실시예 1, 2 및 변형예 1~6 에서는, 도통홈의 저부가 평탄한 경사면인 형태를 예시했지만, 예를 들면, 저부는 단면에서 보았을 경우 곡면 형상을 이루는 경사면을 갖고 있어도 좋다.
또한, 상기 실시예 1, 2 및 변형예 1~6 에서는, 도통홈의 저부가 내경측, 즉 외부 공간과 연통하는 측으로부터 바깥 공간측, 즉 도통홈의 지름 방향 폐색측을 향하여 얕아지도록 경사져 있는 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 지름 방향 폐색측으로부터 외부 공간과 연통하는 측을 향하여 얕아지는 바와 같은 경사면이라도 좋다.
또한, 상기 실시예 1, 2 및 변형예 1~6 에서는, 동압 발생홈의 전부가 도통홈의 저면보다도 얕은 영역에서만 연통하고 있는 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 동압 발생홈의 일부가 도통홈과 동일한 깊이의 영역에서 도통홈과 연통하고 있어도 좋다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 피밀봉 유체는 고압의 액체라고 설명했지만, 이에 한정하지 않고 기체 또는 저압의 액체라도 좋고, 액체와 기체가 혼합된 미스트 상태라도 좋다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 누설측의 유체는 저압의 기체인 대기(A)라고 설명했지만, 이에 한정하지 않고 액체 또는 고압의 기체라도 좋고, 액체와 기체가 혼합된 미스트 상태라도 좋다.
또한, 피밀봉 유체측을 고압측, 누설측을 저압측으로 하여 설명했지만, 피밀봉 유체측이 저압측, 누설측이 고압측으로 되어 있어도 좋고, 피밀봉 유체측과 누설측이 대략 동일한 압력이라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 슬라이딩면의 내경측으로부터 외경측을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 유체(F)를 밀봉하는 아웃사이드형의 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 슬라이딩면의 외경측으로부터 내경측을 향하여 누설되려고 하는 피밀봉 유체(F)를 밀봉하는 인사이드형이라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 슬라이딩 부품으로서, 일반 산업 기계용의 메커니컬 시일을 예로 설명했지만, 자동차나 워터 펌프용 등의 다른 메커니컬 시일이라도 좋다. 또한, 메커니컬 시일에 한정되지 않고, 미끄럼 베어링 등 메커니컬 시일 이외의 슬라이딩 부품이라도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 도통홈 및 동압 발생홈을 정지 밀봉환에 마련하는 예에 대해서 설명했지만, 도통홈 및 동압 발생홈을 회전 밀봉환에 마련해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 도통홈 및 동압 발생홈을 갖는 동압 발생 기구가, 슬라이딩면에 8개 마련되는 형태를 예시했지만, 그 수량은 자유롭게 변경해도 좋다. 또한, 도통홈 및 동압 발생홈의 형상도 자유롭게 변경해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 도통홈의 경사면은 지름 방향으로 경사지는 형태를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 경사면은, 지름 방향으로 경사지는 성분에 더하여, 둘레 방향으로 경사지는 성분을 갖고 있어도 좋다.
10; 정지 밀봉환(슬라이딩 부품)
11; 슬라이딩면
12; 랜드(랜드부)
14; 동압 발생 기구
15; 유체 유도홈(도통홈)
15a; 저면(저부)
15b; 측벽부
15c; 연통부(외부 공간측의 지름 방향 단부)
15d; 최외경부(외부 공간과는 반대측의 지름 방향 단부)
16; 제1 동압 발생홈(동압 발생홈)
17; 제2 동압 발생홈(동압 발생홈)
20; 회전 밀봉환(다른 슬라이딩 부품)
21; 슬라이딩면
100; 정지 밀봉환(슬라이딩 부품)
110; 슬라이딩면
120; 랜드
151~153; 유체 유도홈(도통홈)
161~163; 동압 발생홈(동압 발생홈)
171~173; 제2 동압 발생홈(동압 발생홈)
A; 대기
F; 피밀봉 유체
F1; 소용돌이 형상류
S1; 안쪽 공간(외부 공간)
S2; 바깥 공간(외부 공간)

Claims (8)

  1. 회전 기계의 상대 회전하는 개소에 배치되어 다른 슬라이딩 부품과 상대 슬라이딩하는 환상(環狀)의 슬라이딩 부품으로서,
    상기 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에는, 외부 공간과 연통하는 도통(導通)홈과, 상기 도통홈과 연통하여 둘레 방향으로 연장되고, 폐색된 종단부(終端部)를 갖는 동압 발생홈이 구비되어 있고,
    상기 도통홈의 저부는 적어도 일부에 지름 방향으로 경사지는 경사면을 갖고 있는 슬라이딩 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사면은, 상기 도통홈의 저부에 지름 방향의 전역에 걸쳐 형성되어 있는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도통홈은, 상기 외부 공간측의 지름 방향 단부(端部)가 상기 외부 공간과는 지름 방향 반대측의 단부보다도 둘레 방향으로 폭이 넓게 되어 있는 슬라이딩 부품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동압 발생홈은 전체가 상기 경사면보다도 얕은 부분에서 연통하고 있는 슬라이딩 부품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사면은, 상기 슬라이딩면에 연속하고 있는 슬라이딩 부품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도통홈의 측벽부는, 축방향으로부터 보아 원호 형상을 이루고 있는 슬라이딩 부품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동압 발생홈은, 상기 외부 공간과 연통하고 있는 슬라이딩 부품.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동압 발생홈과 상기 외부 공간은, 랜드부에 의해 구획되어 있는 슬라이딩 부품.
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