WO2017002646A1 - 摺動部品 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a sliding part suitable for a sliding part, for example, a mechanical seal, a bearing, and the like.
- the present invention relates to a sliding component such as a seal ring or a bearing that requires a fluid to be interposed in the sliding surface to reduce friction and prevent fluid from leaking from the sliding surface.
- a mechanical seal which is an example of a sliding component
- its performance is evaluated by a leakage amount, a wear amount, and a torque.
- the performance is improved by optimizing the sliding material and sliding surface roughness of the mechanical seal, and low leakage, long life, and low torque are realized.
- a positive pressure generating mechanism 50 for example, a Rayleigh step mechanism including a groove 50a and a Rayleigh step 50b is provided on the sliding surface on the high pressure fluid side.
- the positive pressure generating mechanisms 50 are separated from the high-pressure fluid side and the low-pressure fluid side by the land portion R, and are provided at eight equal intervals in the circumferential direction. Further, an annular pressure release groove 51 is provided continuously in the circumferential direction so as to be positioned between the positive pressure generating mechanism 50 and the low pressure fluid side. The pressure release groove 51 is separated from the groove 50a of the positive pressure generating mechanism 50 by the land portion R in the radial direction.
- a radial groove 52 is provided so that the pressure release groove 51 and the high-pressure fluid side communicate with each other.
- the radial groove 52 is a position in contact with the upstream end portion 50c of the groove portion 50a of the positive pressure generating mechanism 50 in the circumferential direction, and is 8 in the radial direction so as to communicate the pressure release groove 51 and the high pressure fluid side.
- the pressure release groove 51 and the radial groove 52 are deeper than the groove 50 a of the positive pressure generating mechanism 50.
- the radial groove 52 is formed wider than the pressure release groove 51 in this example.
- the positive pressure generating mechanism 50 is provided to generate a positive pressure (dynamic pressure) to widen the interval between sliding surfaces that slide relative to each other, form a liquid film on the sliding surfaces, and improve lubricity. Is.
- the pressure release groove 51 prevents the fluid from leaking into the low pressure fluid by releasing the positive pressure (dynamic pressure) generated by the high pressure side positive pressure generating mechanism 50 to the pressure of the high pressure side fluid.
- the fluid that is about to flow into the low-pressure fluid side by the pressure generated by the positive-pressure generating mechanism 50 on the high-pressure side guides the fluid to the pressure release groove 51 and releases it to the high-pressure fluid side via the radial groove 52. . For this reason, the sealing performance on the sliding surface is further improved.
- the generation of the negative pressure in the pressure release groove 51 is accompanied by a rapid contraction phenomenon due to the presence of the downstream corner portion 53b, and is near the center in the circumferential direction sandwiched between two adjacent radial grooves 52.
- Negative pressure is the largest.
- the depth of the pressure release groove 51 is not deep to some extent, cavitation is likely to occur in the portion 54 having the largest negative pressure near the center in the circumferential direction.
- the generation of the negative pressure in the radial groove 52 is due to a sudden change in the depth of the upstream side wall 52a, but the generation of the negative pressure is promoted by the presence of the upstream corner portion 53a.
- the negative pressure near the side wall 52a is the largest. When the depth of the radial groove 52 does not exist to some extent, cavitation tends to occur in the portion 55 where the negative pressure near the upstream side wall 52a is the largest.
- the present invention prevents the occurrence of cavitation in these grooves without setting the depths of the pressure release grooves and the radial grooves more than necessary, thereby enabling dynamic pressure (positive pressure) in the positive pressure generating mechanism. It is an object of the present invention to provide a sliding component that can stabilize the generation effect and improve the lubricity of the sliding surface.
- the sliding component of the present invention firstly includes a pair of sliding components that slide relative to each other, one sliding component is a fixed-side sealing ring, and the other sliding component is These sealing rings have a sliding surface formed in the radial direction and seal against leakage of the sealed fluid, and are at least one of the pair of sliding parts.
- a sliding surface of the sliding component is provided with a positive pressure generating mechanism for generating dynamic pressure, an annular pressure releasing groove, and a radial groove intersecting the pressure releasing groove, and the pressure releasing groove and the radial groove
- the corner at the intersection is formed in a curved surface shape in which the pressure release groove and the radial groove are connected by a smooth curved surface.
- the sliding component of the present invention is secondly characterized in that, in the first feature, the corner is formed in an R-shaped curved surface. According to this feature, it is possible to easily form a smooth curved surface.
- the present invention has the following excellent effects.
- (1) The corner at the intersection of the pressure release groove and the radial groove is formed in a curved surface shape in which the pressure release groove and the radial groove are connected by a smooth curved surface, whereby the pressure release groove and Without setting the depth of the radial grooves more than necessary, the generation of cavitation in these grooves can be prevented, the effect of generating dynamic pressure (positive pressure) in the positive pressure generating mechanism is stabilized, and the lubricity of the sliding surface Can be improved.
- Example 1 shows a sliding surface of a sliding component according to Example 1 of the present invention. It is a figure which shows a prior art.
- Example 1 of this invention With reference to FIG.1 and FIG.2, the sliding component which concerns on Example 1 of this invention is demonstrated.
- a mechanical seal which is an example of a sliding part will be described as an example.
- the outer peripheral side of the sliding part which comprises a mechanical seal is demonstrated as a high pressure fluid side (sealed fluid side) and an inner peripheral side is a low pressure fluid side (atmosphere side), this invention is not limited to this It is also possible to apply the case where the high pressure fluid side and the low pressure fluid side are reversed.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal, which is an inside type that seals a sealed fluid on a high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction.
- a mechanical seal which is an inside type that seals a sealed fluid on a high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction.
- annular ring which is one sliding component provided on the rotary shaft 1 side for driving a pump impeller (not shown) on the high pressure fluid side via a sleeve 2 so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 1.
- a ring-shaped stationary side sealing ring 5 which is the other sliding part provided in the pump housing 4 in a non-rotating state and capable of moving in the axial direction.
- the coiled wave spring 6 and the bellows 7 that urge the ring 5 in the axial direction are closely slid on the sliding surfaces S that are mirror-finished by lapping or the like. That is, this mechanical seal prevents the sealed fluid from flowing out from the outer periphery of the rotating shaft 1 to the atmosphere side on the sliding surfaces S of the rotating side sealing ring 3 and the stationary side sealing ring 5. .
- FIG. 2 shows a sliding surface of the sliding component according to the first embodiment of the present invention.
- the positive pressure generation according to the present invention is generated on the sliding surface S of the stationary seal ring 5 in FIG.
- a case where a mechanism, a pressure release groove and a radial groove are formed will be described as an example. The same applies to the case where the positive pressure generating mechanism, the pressure release groove, and the radial groove according to the present invention are formed on the sliding surface of the rotation-side sealing ring 3.
- the outer peripheral side of the sliding surface S of the stationary seal ring 5 is the high-pressure fluid side
- the inner peripheral side is the low-pressure fluid side, for example, the atmosphere side
- the counterpart sliding surface rotates counterclockwise.
- a sliding surface on the high-pressure fluid side of the sliding surface S is provided with a positive pressure generating mechanism 10, for example, a Rayleigh step mechanism including a groove 10a and a Rayleigh step 10b.
- the positive pressure generation mechanism 10 is separated from the high-pressure fluid side and the low-pressure fluid side by a smooth portion R (in the present invention, sometimes referred to as “land portion R”) of the sliding surface S, and the like in the circumferential direction. Eight equidistant intervals are provided.
- the positive pressure generating mechanisms 10 are arranged in eight equal parts, but the present invention is not limited to this, and one or more may be used.
- annular pressure release groove 11 is provided continuously in the circumferential direction so as to be positioned between the low pressure fluid side and the positive pressure generating mechanism 10.
- the pressure release groove 11 is separated from the groove 10a of the positive pressure generating mechanism 10 by the land portion R in the radial direction.
- a radial groove 12 is provided so as to communicate the pressure release groove 11 and the high-pressure fluid side.
- the radial grooves 12 are provided in eight equal positions at positions in contact with the upstream end of the groove portion 10a of the positive pressure generating mechanism 10 in the circumferential direction.
- the pressure release groove 11 and the radial groove 12 are deeper than the groove 10 a of the positive pressure generating mechanism 10.
- channel 12 is formed wider than the pressure release groove
- the positive pressure generating mechanism 10 is provided to generate a positive pressure (dynamic pressure) to widen the interval between sliding surfaces that slide relative to each other, form a liquid film on the sliding surfaces, and improve lubricity. Is.
- the pressure release groove 11 releases the positive pressure (dynamic pressure) generated by the positive pressure generation mechanism 10 on the high pressure side to the pressure of the high pressure side fluid, so that the fluid flows into the low pressure fluid side and the fluid leaks. This is to prevent the fluid that is about to flow into the low-pressure fluid side by the pressure generated by the positive-pressure generating mechanism 10 on the high-pressure side, and guides the fluid to the pressure release groove 11 and releases it to the high-pressure fluid side.
- the corners 13a and 13b to which the outer peripheral side wall 11a of the pressure release groove 11 and both side walls 12a and 12b of the radial groove 12 are connected are The outer peripheral side wall 11a of the pressure release groove 11 and both side walls 12a, 12b of the radial groove 12 are connected to the T-shaped groove 13 side by a smooth curved surface.
- the corners 13a and 13b are formed in an R-shaped curved surface convex toward the T-shaped groove 13 side. For this reason, it is possible to easily form a curved surface shape.
- the pressure release groove 11 and the radial groove 12 are adjacent to the positions indicated by cross-shaped hatching, that is, in the pressure release groove 11.
- Negative pressure is generated.
- a positive pressure is generated at a position 12d indicated by hatching in the vicinity of the downstream side wall 12 of the radial groove 12.
- the corners 13a and 13b are formed by connecting the outer peripheral side wall 11a of the pressure release groove 11 and the both side walls 12a and 12b of the radial groove 12 with a smooth curved surface convex toward the T-shaped groove 13 side. Therefore, the diameter of the sliding surface S, the width of the sliding surface S, the relative sliding speed between the pair of sliding surfaces S, and the depths of the pressure release groove 11 and the radial groove 12 are as described above. Even in the same case, as shown in the table below, it was confirmed by experiments that the occurrence of cavitation was suppressed in the negative pressure generation regions 11b and 12c.
- the diameter of the sliding surface S, the width of the sliding surface S, and the relative sliding speed between the pair of sliding surfaces S are the same.
- the generation of the negative pressure in the pressure release groove 11 is accompanied by the contraction phenomenon due to the presence of the downstream corner 13b.
- the downstream corner 13b is convex toward the T-shaped groove 13 side. Since it has a smooth curved surface shape, the sudden contraction phenomenon is alleviated, a continuous flow as shown by the arrow in FIG. 2 is generated, and the negative pressure at which cavitation occurs is not reached.
- the generation of the negative pressure in the radial groove 12 is due to a sudden change in the depth of the upstream side wall 12a, but the upstream corner 13a has a smooth curved surface shape convex toward the T-shaped groove portion 13 side. Therefore, as shown by the arrow in FIG. 2, the fluid also flows in the vicinity of the upstream side wall 12a, the generation of negative pressure is suppressed, and the negative pressure in which cavitation occurs is not reached.
- the corners 13a and 13b at the intersection 13 between the pressure release groove 11 and the radial groove 12 are formed in a curved shape in which the pressure release groove 11 and the radial groove 12 are connected by a smooth curved surface.
- the cavitation can be prevented from occurring in these grooves without setting the depth of the pressure release groove 11 and the radial groove 12 more than necessary, and the dynamic pressure (positive pressure) generation effect in the positive pressure generating mechanism can be stabilized.
- the lubricity of the sliding surface can be improved.
- the corners 13a and 13b are formed in an R-shaped curved surface, it is possible to easily form a smooth curved surface.
- the positive pressure generating mechanism 10 the pressure release groove 11, and the radial groove 12 are formed on the sliding surface S of the stationary-side sealing ring 5 is described.
- a positive pressure generating mechanism, a pressure release groove, and a radial groove may be formed on the sliding surface of the rotation-side seal ring 3.
- the corners 13a and 13b have been described as having R-shaped curved surfaces.
- the present invention is not limited to this, and the fluid flows smoothly, and the fluid does not peel from the corners 13a and 13b.
- a shape for example, a curved surface shape of an elliptical arc may be used.
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Abstract
圧力開放溝及び半径方向溝の深さを必要以上に深く設定することなく、これらの溝におけるキャビテーションの発生を防止する。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)には、動圧を発生する正圧発生機構(10)、環状の圧力開放溝(11)及び圧力開放溝(11)と交差する半径方向溝(12)が設けられ、圧力開放溝(11)と半径方向溝(12)との交差部におけるコ-ナー(13a、13b)は圧力開放溝(11)と半径方向溝(12)とが滑らかな曲面で結ばれる曲面形状に形成されることを特徴としている。
Description
本発明は、例えば、メカニカルシール、軸受、その他、摺動部に適した摺動部品に関する。特に、摺動面に流体を介在させて摩擦を低減させるとともに、摺動面から流体が漏洩するのを防止する必要のある密封環または軸受などの摺動部品に関する。
摺動部品の一例である、メカニカルシールにおいて、その性能は、漏れ量、摩耗量、及びトルクによって評価される。従来技術ではメカニカルシールの摺動材質や摺動面粗さを最適化することにより性能を高め、低漏れ、高寿命、低トルクを実現している。しかし、近年の環境問題に対する意識の高まりから、メカニカルシールの更なる性能向上が求められており、従来技術の枠を超える技術開発が必要となっている。メカニカルシールに関する従来技術としては、図3に示すように、高圧流体側の摺動面には、正圧発生機構50、例えば、グルーブ50a及びレイリーステップ50bを備えたレイリーステップ機構が設けられている(例えば、特許文献1参照。)。正圧発生機構50は、高圧流体側及び低圧流体側とランド部Rにより隔離され、周方向に等間隔で8等配に設けられている。
さらに、正圧発生機構50と低圧流体側との間に位置するように周方向に連続して環状の圧力開放溝51が設けられている。圧力開放溝51は、正圧発生機構50のグルーブ50aとは径方向においてランド部Rにより離間されている。
さらに、正圧発生機構50と低圧流体側との間に位置するように周方向に連続して環状の圧力開放溝51が設けられている。圧力開放溝51は、正圧発生機構50のグルーブ50aとは径方向においてランド部Rにより離間されている。
圧力開放溝51と高圧流体側とを連通するように半径方向溝52が設けられている。半径方向溝52は、周方向において正圧発生機構50のグルーブ部50aの上流側の端部50cに接する位置であって、圧力開放溝51と高圧流体側とを連通するように半径方向に8等配で設けられる。圧力開放溝51及び半径方向溝52は正圧発生機構50のグルーブ50aより深い。また、半径方向溝52は、本例では、圧力開放溝51より幅が広く形成されている。
正圧発生機構50は、正圧(動圧)を発生することにより相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるために設けられるものである。
圧力開放溝51は、高圧側の正圧発生機構50で発生した正圧(動圧)を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧流体に漏れることを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構50で発生した圧力により低圧流体側に流入しようとする流体を圧力開放溝51に導き、半径方向溝52を経由して高圧流体側に逃す役割を果たすものである。このため、摺動面における密封性が一層向上される。
圧力開放溝51は、高圧側の正圧発生機構50で発生した正圧(動圧)を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧流体に漏れることを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構50で発生した圧力により低圧流体側に流入しようとする流体を圧力開放溝51に導き、半径方向溝52を経由して高圧流体側に逃す役割を果たすものである。このため、摺動面における密封性が一層向上される。
ところで、圧力開放溝51と半径方向溝52とが交差するT字部53において、圧力開放溝51の外周側側壁51aと半径方向溝52の両側壁52a、52bとが接続されるコーナには角部53a、53bが形成されている。
今、相手側摺動面が矢印で示すように反時計方向に回転すると、圧力開放溝51及び半径方向溝52においては、角部53a、53bの存在により、クロス状のハッチングで示す位置に負圧が発生し、斜線のハッチングで示す位置に正圧が発生する。
すなわち、圧力開放溝51における負圧の発生は、下流側の角部53bの存在による急激な縮流現象に伴うものであり、隣接する2つの半径方向溝52に挟まれた周方向中央付近の負圧が最も大きい。圧力開放溝51の深さがある程度深くない場合、周方向中央付近の負圧の最も大きい部分54においてキャビテーションが発生しやすい。
また、半径方向溝52における負圧の発生は、上流側の側壁52aの急激な深さの変化によるものであるが、上流側の角部53aの存在により負圧の発生が助長され、上流側の側壁52aの付近の負圧が最も大きくなる。半径方向溝52の深さがある程度ない場合、上流側の側壁52aの付近の負圧も最も大きい部分55においてキャビテーションが発生しやすい。
今、相手側摺動面が矢印で示すように反時計方向に回転すると、圧力開放溝51及び半径方向溝52においては、角部53a、53bの存在により、クロス状のハッチングで示す位置に負圧が発生し、斜線のハッチングで示す位置に正圧が発生する。
すなわち、圧力開放溝51における負圧の発生は、下流側の角部53bの存在による急激な縮流現象に伴うものであり、隣接する2つの半径方向溝52に挟まれた周方向中央付近の負圧が最も大きい。圧力開放溝51の深さがある程度深くない場合、周方向中央付近の負圧の最も大きい部分54においてキャビテーションが発生しやすい。
また、半径方向溝52における負圧の発生は、上流側の側壁52aの急激な深さの変化によるものであるが、上流側の角部53aの存在により負圧の発生が助長され、上流側の側壁52aの付近の負圧が最も大きくなる。半径方向溝52の深さがある程度ない場合、上流側の側壁52aの付近の負圧も最も大きい部分55においてキャビテーションが発生しやすい。
上記の従来技術において、圧力開放溝51及び半径方向溝52においてキャビテーションが発生すると、正圧発生機構50のグルーブ50aに必要な流体が供給されなくなり、動圧発生効果が不安定になる。
また、圧力開放溝51及び半径方向溝52の深さをキャビテーションの発生しない深さまで深くすることが考えられるが、これらの溝の深さを深く設定すると金型で摺動部品を製作することができず、量産性が失われるという問題がある。
また、圧力開放溝51及び半径方向溝52の深さをキャビテーションの発生しない深さまで深くすることが考えられるが、これらの溝の深さを深く設定すると金型で摺動部品を製作することができず、量産性が失われるという問題がある。
本発明は、圧力開放溝及び半径方向溝の深さを必要以上に深く設定することなく、これらの溝におけるキャビテーションの発生を防止できるようにすることにより、正圧発生機構における動圧(正圧)発生効果を安定させ、摺動面の潤滑性を向上させることができるようにした摺動部品を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第1に、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、動圧を発生する正圧発生機構、環状の圧力開放溝及び前記圧力開放溝と交差する半径方向溝が設けられ、前記圧力開放溝と前記半径方向溝との交差部におけるコ-ナーは前記圧力開放溝と前記半径方向溝とが滑らかな曲面で結ばれる曲面形状に形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、圧力開放溝及び半径方向溝の深さを必要以上に深く設定することなく、これらの溝におけるキャビテーションの発生を防止でき、正圧発生機構における動圧(正圧)発生効果を安定させ、摺動面の潤滑性を向上させることができる。
この特徴によれば、圧力開放溝及び半径方向溝の深さを必要以上に深く設定することなく、これらの溝におけるキャビテーションの発生を防止でき、正圧発生機構における動圧(正圧)発生効果を安定させ、摺動面の潤滑性を向上させることができる。
また、本発明の摺動部品は、第2に、第1の特徴において、前記コーナーは、R状の曲面形状に形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、滑らかな曲面形状の形成を容易に行うことができる。
この特徴によれば、滑らかな曲面形状の形成を容易に行うことができる。
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
(1)圧力開放溝と前記半径方向溝との交差部におけるコ-ナーは前記圧力開放溝と前記半径方向溝とが滑らかな曲面で結ばれる曲面形状に形成されることにより、圧力開放溝及び半径方向溝の深さを必要以上に深く設定することなく、これらの溝におけるキャビテーションの発生を防止でき、正圧発生機構における動圧(正圧)発生効果を安定させ、摺動面の潤滑性を向上させることができる。
(1)圧力開放溝と前記半径方向溝との交差部におけるコ-ナーは前記圧力開放溝と前記半径方向溝とが滑らかな曲面で結ばれる曲面形状に形成されることにより、圧力開放溝及び半径方向溝の深さを必要以上に深く設定することなく、これらの溝におけるキャビテーションの発生を防止でき、正圧発生機構における動圧(正圧)発生効果を安定させ、摺動面の潤滑性を向上させることができる。
(2)コーナーは、R状の曲面形状に形成されることにより、滑らかな曲面形状の形成を容易に行うことができる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図1及び図2を参照して、本発明の実施例1に係る摺動部品について説明する。
なお、本実施例においては、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高圧流体側(被密封流体側)、内周側を低圧流体側(大気側)として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。
なお、本実施例においては、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高圧流体側(被密封流体側)、内周側を低圧流体側(大気側)として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。
図1は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ(図示省略)を駆動させる回転軸1側にスリーブ2を介してこの回転軸1と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状の回転側密封環3と、ポンプのハウジング4に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状の固定側密封環5とが設けられ、固定側密封環5を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング6及びベローズ7によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされた摺動面S同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転側密封環3と固定側密封環5との互いの摺動面Sにおいて、被密封流体が回転軸1の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。
図2は、本発明の実施例1に係る摺動部品の摺動面を示したもので、本例では、図1の固定側密封環5の摺動面Sに本発明に係る正圧発生機構、圧力開放溝及び半径方向溝が形成された場合を例にして説明する。
なお、回転側密封環3の摺動面に本発明に係る正圧発生機構、圧力開放溝及び半径方向溝が形成される場合も同様である。
なお、回転側密封環3の摺動面に本発明に係る正圧発生機構、圧力開放溝及び半径方向溝が形成される場合も同様である。
図2において、固定側密封環5の摺動面Sの外周側が高圧流体側であり、また、内周側が低圧流体側、例えば大気側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとする。
摺動面Sの高圧流体側の摺動面には、正圧発生機構10、例えば、グルーブ10a及びレイリーステップ10bを備えたレイリーステップ機構が設けられている。正圧発生機構10は、高圧流体側及び低圧流体側とは、摺動面Sの平滑部R(本発明においては、「ランド部R」ということがある。)により隔離され、周方向に等間隔で8等配に設けられている。
なお、本例では、正圧発生機構10は8等配に設けられているが、これに限らず、1つ以上であればよい。
摺動面Sの高圧流体側の摺動面には、正圧発生機構10、例えば、グルーブ10a及びレイリーステップ10bを備えたレイリーステップ機構が設けられている。正圧発生機構10は、高圧流体側及び低圧流体側とは、摺動面Sの平滑部R(本発明においては、「ランド部R」ということがある。)により隔離され、周方向に等間隔で8等配に設けられている。
なお、本例では、正圧発生機構10は8等配に設けられているが、これに限らず、1つ以上であればよい。
さらに、低圧流体側と正圧発生機構10との間に位置するように周方向に連続して環状の圧力開放溝11が設けられている。圧力開放溝11は、正圧発生機構10のグルーブ10aとは径方向においてランド部Rにより離間されている。
圧力開放溝11と高圧流体側とを連通するように半径方向溝12が設けられている。半径方向溝12は、周方向において正圧発生機構10のグルーブ部10aの上流側の端部に接する位置に8等配で設けられる。圧力開放溝11及び半径方向溝12は正圧発生機構10のグルーブ10aより深い。また、半径方向溝12は、本例では、圧力開放溝11より幅が広く形成されている。
正圧発生機構10は、正圧(動圧)を発生することにより相対摺動する摺動面の間隔を広げ、該摺動面に液膜を形成し、潤滑性を向上させるために設けられるものである。
圧力開放溝11は、高圧側の正圧発生機構10で発生した正圧(動圧)を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧流体側に流入し、流体が漏洩することを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構10で発生した圧力により低圧流体側に流入しようとする流体を圧力開放溝11に導き、高圧流体側に逃す役割を果たすものである。
圧力開放溝11は、高圧側の正圧発生機構10で発生した正圧(動圧)を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧流体側に流入し、流体が漏洩することを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構10で発生した圧力により低圧流体側に流入しようとする流体を圧力開放溝11に導き、高圧流体側に逃す役割を果たすものである。
圧力開放溝11と半径方向溝12とが交差するT字溝部13において、圧力開放溝11の外周側側壁11aと半径方向溝12の両側壁12a、12bとが接続されるコーナ13a、13bは、圧力開放溝11の外周側側壁11aと半径方向溝12の両側壁12a、12bとがT字溝部13側に凸の滑らかな曲面で結ばれている。
本例では、コーナ13a、13bはT字溝部13側に凸のR状の曲面形状に形成されている。このため、曲面形状の形成を容易に行うことができる。
本例では、コーナ13a、13bはT字溝部13側に凸のR状の曲面形状に形成されている。このため、曲面形状の形成を容易に行うことができる。
今、相手側摺動面が矢印で示すように反時計方向に回転するとすると、圧力開放溝11及び半径方向溝12においては、クロス状のハッチングで示す位置、すなわち、圧力開放溝11においては隣接する半径方向溝12、12に挟まれた周方向の中間の付近11b、また、半径方向溝12においては上流側のコーナ13aから上流側の側壁12aに沿って径方向外側に向けた付近12cに負圧が発生する。
なお、半径方向溝12の下流側側壁12の付近の斜線のハッチングで示す位置12dにには正圧が発生する。
なお、半径方向溝12の下流側側壁12の付近の斜線のハッチングで示す位置12dにには正圧が発生する。
しかしながら、本発明においては、コーナ13a、13bは、圧力開放溝11の外周側側壁11aと半径方向溝12の両側壁12a、12bとがT字溝部13側に凸の滑らかな曲面で結ばれているため、摺動面Sの直径、摺動面Sの幅、一対の摺動面S間の相対摺動速度、並びに、圧力開放溝11及び半径方向溝12の深さが、上記の従来技術と同じ場合であっても、下表に示すように、上記の負圧発生領域11b及び12cにおいてキャビテーションの発生が抑制されることが実験により確認された。
すなわち、圧力開放溝11における負圧の発生は、下流側のコーナ13bの存在による縮流現象に伴うものであるが、本発明においては、下流側のコーナ13bがT字溝部13側に凸の滑らかな曲面形状であるため、急激な縮流現象が緩和され、図2の矢印で示すような連続した流れが生成され、キャビテーションの発生する負圧には至らないものである。
また、半径方向溝12における負圧の発生は、上流側の側壁12aの急激な深さの変化によるものであるが、上流側のコーナ13aがT字溝部13側に凸の滑らかな曲面形状であるため、図2の矢印で示すように上流側の側壁12a付近にも流体が回り込み、負圧の発生が抑制され、キャビテーションの発生する負圧には至らないものである。
また、半径方向溝12における負圧の発生は、上流側の側壁12aの急激な深さの変化によるものであるが、上流側のコーナ13aがT字溝部13側に凸の滑らかな曲面形状であるため、図2の矢印で示すように上流側の側壁12a付近にも流体が回り込み、負圧の発生が抑制され、キャビテーションの発生する負圧には至らないものである。
以上説明した実施例1の構成によれば、以下のような効果を奏する。
(1)圧力開放溝11と半径方向溝12との交差部13におけるコ-ナー13a、13bは圧力開放溝11と半径方向溝12とが滑らかな曲面で結ばれる曲面形状に形成されることにより、圧力開放溝11及び半径方向溝12の深さを必要以上に深く設定することなく、これらの溝におけるキャビテーションの発生を防止でき、正圧発生機構における動圧(正圧)発生効果を安定させ、摺動面の潤滑性を向上させることができる。
(2)コーナー13a、13bがR状の曲面形状に形成されることにより、滑らかな曲面形状の形成を容易に行うことができる。
(1)圧力開放溝11と半径方向溝12との交差部13におけるコ-ナー13a、13bは圧力開放溝11と半径方向溝12とが滑らかな曲面で結ばれる曲面形状に形成されることにより、圧力開放溝11及び半径方向溝12の深さを必要以上に深く設定することなく、これらの溝におけるキャビテーションの発生を防止でき、正圧発生機構における動圧(正圧)発生効果を安定させ、摺動面の潤滑性を向上させることができる。
(2)コーナー13a、13bがR状の曲面形状に形成されることにより、滑らかな曲面形状の形成を容易に行うことができる。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では、摺動部品をメカニカルシール装置における一対の回転用密封環及び固定用密封環のいずれかに用いる例について説明したが、円筒状摺動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸と摺動する軸受の摺動部品として利用することも可能である。
また、例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用できる。
また、例えば、前記実施例では、固定側密封環5の摺動面Sに正圧発生機構10、圧力開放溝11及び半径方向溝12が形成される場合について説明したが、これに限らず、回転側密封環3の摺動面に正圧発生機構、圧力開放溝及び半径方向溝が形成されてもよい。
また、例えば、前記実施例では、正圧発生機構10及び半径方向溝12が8等配に設けられる場合について説明したが、これに限らず、1以上であればよい。
また、例えば、前記実施例では、コーナ13a、13bはR状の曲面形状に形成されている場合について説明したが、これに限らず、流体がスムーズに流れ、コーナ13a、13bから流体が剥離しないような形状、例えば、楕円弧の曲面形状でもよい。
1 回転軸
2 スリーブ
3 回転側密封環
4 ハウジング
5 回転側密封環
6 コイルドウェーブスプリング
7 ベローズ
10 正圧発生機構
10a グルーブ
10b レイリーステップ
11 圧力開放溝
11a 外周側側壁
11b 周方向の中間の付近
12 半径方向溝
12a 上流側の側壁
12b 下流側の側壁
12c 上流側のコーナから径方向外側に向けた付近
12d 下流側側壁の付近の斜線のハッチングで示す位置
13 T字溝部
13a 上流側のコーナ
13b 下流側のコーナ
S 摺動面
R ランド部
2 スリーブ
3 回転側密封環
4 ハウジング
5 回転側密封環
6 コイルドウェーブスプリング
7 ベローズ
10 正圧発生機構
10a グルーブ
10b レイリーステップ
11 圧力開放溝
11a 外周側側壁
11b 周方向の中間の付近
12 半径方向溝
12a 上流側の側壁
12b 下流側の側壁
12c 上流側のコーナから径方向外側に向けた付近
12d 下流側側壁の付近の斜線のハッチングで示す位置
13 T字溝部
13a 上流側のコーナ
13b 下流側のコーナ
S 摺動面
R ランド部
Claims (2)
- 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、動圧を発生する正圧発生機構、環状の圧力開放溝及び前記圧力開放溝と交差する半径方向溝が設けられ、前記圧力開放溝と前記半径方向溝との交差部におけるコ-ナーは前記圧力開放溝と前記半径方向溝とが滑らかな曲面で結ばれる曲面形状に形成されることを特徴とする摺動部品。
- 前記コーナーは、R状の曲面形状に形成されることを特徴とする請求項1記載の摺動部品。
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