WO2021193743A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2021193743A1
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dynamic pressure
pressure generating
generating groove
sliding
groove
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忠継 井村
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イーグル工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to sliding parts that rotate relative to each other, for example, sliding parts used in a shaft sealing device for shaft-sealing the rotating shaft of a rotating machine in an automobile, a general industrial machine, or other sealing fields, or an automobile or a general industrial machine. Or other sliding parts used for bearings of machines in the bearing field.
  • a mechanical seal is provided with a pair of annular sliding parts that rotate relative to each other and slide between sliding surfaces.
  • it has been desired to reduce the energy lost due to sliding for environmental measures and the like.
  • a pair of annular sliding parts are configured to be relatively rotatable, a sealed fluid exists in the outer space, and a low-pressure fluid exists in the inner space.
  • One of the sliding parts communicates with the inner space where the low-pressure fluid exists, extends in an arc shape while inclining in the circumferential direction from the inner diameter end toward the outer diameter side, and the end is closed downstream in the relative rotation direction.
  • a spiral groove is provided. According to this, when the pair of sliding parts rotate relative to each other, a low-pressure fluid is introduced into the spiral groove of one of the sliding parts, so that a positive pressure is generated at the end and in the vicinity thereof, and the pair of sliding parts slide.
  • Low friction is achieved by slightly separating the sliding surfaces of the parts. Further, since the spiral groove generates a negative pressure at the starting end and its vicinity and sucks the sealed fluid flowing from the outer space between the sliding surfaces, the sealed fluid leaks from between the pair of sliding parts to the low pressure inner space. Can be prevented.
  • the spiral groove is arranged on the leak side of one of the sliding components, and extends from the inner diameter end to the outer diameter side so that a low-pressure fluid can be introduced. Therefore, although it is possible to reduce wear and suppress leakage, sufficient dynamic pressure is not generated in the spiral groove until the sliding parts reach a certain high-speed rotation state, and the sliding surfaces are separated from each other. It took a long time, and there was a risk that the sliding surfaces would wear out.
  • the present invention has been made by paying attention to such a problem, and it is possible to suppress wear between sliding surfaces from the start of relative rotation of a pair of sliding parts to the time of high-speed rotation, and to prevent leakage of the sealed fluid.
  • An object of the present invention is to provide a sliding component that can be suppressed.
  • the sliding parts of the present invention are An annular sliding component that is placed at a location where the rotating machine rotates relative to another and slides relative to other sliding components.
  • On the sliding surface of the sliding component there are a plurality of first dynamic pressure generating grooves arranged on the leak side and having a terminal to generate positive pressure, and a plurality of first dynamic pressure generating grooves arranged on the sealed fluid side and having a terminal to generate positive pressure. It is equipped with a plurality of second dynamic pressure generating grooves and The depth of the second dynamic pressure generating groove is shallower than the depth of the first dynamic pressure generating groove.
  • the depth of the second dynamic pressure generating groove is shallower than the depth of the first dynamic pressure generating groove, it is generated by the sealed fluid in the second dynamic pressure generating groove when the relative rotation speed of the sliding component is low.
  • the sliding surfaces are separated from each other mainly by the second force due to the positive pressure generated, and as the relative rotation speed of the sliding parts increases, the positive generated by the leak-side fluid in the first dynamic pressure generation groove.
  • the first force due to pressure increases rapidly and the relative rotation speed of the sliding parts becomes sufficiently high, the first force becomes larger than the second force, so that the sliding surfaces are separated from each other mainly by the first force.
  • the gap formed between the sliding surfaces becomes large, so that the positive pressure is less likely to be generated in the second dynamic pressure generating groove, and the positive pressure generated in the first dynamic pressure generating groove is not generated.
  • the first force due to the pressure is the main component, and the sliding surfaces can be stably separated from each other. Therefore, the sliding surfaces can be separated from each other from the start of relative rotation of the pair of sliding parts to the time of high-speed rotation to suppress wear.
  • the second dynamic pressure generation sucks the sealed fluid that has flowed from the space on the sealed fluid side between the sliding surfaces, it prevents the sealed fluid from leaking into the space on the leak side from between the pair of sliding parts. can.
  • the second dynamic pressure generating groove may communicate with the space on the sealed fluid side. According to this, it is easy to introduce the sealed fluid into the second dynamic pressure generation groove, and the positive pressure can be generated at an early stage.
  • An annular land portion that is continuous in the circumferential direction and has a width equal to or larger than a predetermined value in the radial direction may be provided between the end of the first dynamic pressure generation groove and the end of the second dynamic pressure generation groove. According to this, when the sliding surfaces are separated from each other by the second force generated by the positive pressure generated in the second dynamic pressure generation groove, the sealed fluid between the sliding surfaces flows into the space on the leak side by the land portion. Can be suppressed. In addition, it is possible to suppress leakage of the sealed fluid into the space on the leak side when the pair of sliding parts are not rotated relative to each other.
  • the radial center of the land portion may be arranged closer to the sealed fluid side than the radial center of the sliding surface. According to this, since the land portion is arranged closer to the sealed fluid side in the radial direction on the sliding surface, a plurality of first dynamic pressure generations that can secure a long extension distance of the first dynamic pressure generation groove can be secured. Since the first dynamic pressure generating groove is the main dynamic pressure generating groove rather than the second dynamic pressure generating groove, such that many grooves can be arranged side by side, it is possible to suppress leakage of the sealed fluid into the space on the leakage side.
  • a wall portion extending from the bottom surface toward the sliding surface may be formed. According to this, since the sealed fluid is concentrated on the wall portion at the end of the second dynamic pressure generating groove during the relative rotation of the sliding component, positive pressure can be reliably generated near the end.
  • the second dynamic pressure generating groove may have a shorter extension distance than the first dynamic pressure generating groove. According to this, a high positive pressure can be generated in the first dynamic pressure generating groove when the pair of sliding parts rotate at a relative high speed, and a positive pressure is generated early in the second dynamic pressure generating groove when the pair of sliding parts rotate at a relatively low speed. Can be made to.
  • the second dynamic pressure generating groove may extend from the sealed fluid side toward the leak side in a circumferential direction. According to this, it is easy to introduce the sealed fluid into the second dynamic pressure generating groove at the time of relative rotation of the pair of sliding parts, and the positive pressure can be generated at an early stage.
  • the first dynamic pressure generating groove extends in a circumferential direction from the leak side toward the sealed fluid side, and the second dynamic pressure generating groove is along the circumferential direction with respect to the first dynamic pressure generating groove. It may be inclined to. According to this, when the relative rotation of the sliding component is started, the sealed fluid can be easily introduced into the second dynamic pressure generating groove, so that the positive pressure can be generated at an early stage in the second dynamic pressure generating groove.
  • the second dynamic pressure generating groove may be arranged on the outer diameter side of the sliding surface. According to this, since the second dynamic pressure generating groove is arranged at a position where the peripheral speed of the relative rotation of the sliding component is high, the sealed fluid is applied to the second dynamic pressure generating groove at the start of the relative rotation of the sliding component. Easy to introduce.
  • the sealed fluid may be a gas or a liquid, or may be a mist in which a liquid and a gas are mixed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. It is sectional drawing which shows typically the 1st dynamic pressure generation groove and the 2nd dynamic pressure generation groove. It is explanatory drawing which saw the movement of the fluid of the 1st dynamic pressure generation groove and the 2nd dynamic pressure generation groove from the axial direction.
  • (A) to (c) are cross-sectional views schematically showing the distance between the sliding surfaces at each relative rotation speed of the pair of sliding parts.
  • the sliding parts according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • a mode in which the sliding component is a mechanical seal will be described as an example.
  • the sealed fluid exists in the outer space of the mechanical seal, and the atmosphere exists in the inner space.
  • the outer diameter side of the sliding parts constituting the mechanical seal is the sealed fluid side (high pressure side), and the inner diameter side is the inner diameter side. This will be described as the leak side (low pressure side).
  • dots may be added to the grooves and the like formed on the sliding surface in the drawings.
  • the mechanical seal for general industrial machinery shown in FIG. 1 is an inside type that seals the sealed fluid F that tends to leak from the outer diameter side to the inner diameter side of the sliding surface and allows the inner space S1 to communicate with the atmosphere A.
  • the sealed fluid F is a high-pressure liquid and the atmosphere A is a gas having a lower pressure than the sealed fluid F is illustrated.
  • the mechanical seal includes a rotary seal ring 20 as another annular sliding component provided on the rotary shaft 1 so as to be integrally rotatable with the rotary shaft 1 via a sleeve 2, and a housing 4 of the attached device.
  • the seal cover 5 fixed to the seal cover 5 is mainly composed of an annular static sealing ring 10 as a sliding component provided in a non-rotating state and in a state of being movable in the axial direction, and the static sealing ring 10 is formed by a bellows 7.
  • the sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20 is a flat surface, and the flat surface is not provided with a recess such as a groove.
  • the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20 are typically formed of SiC (hard material) or a combination of SiC (hard material) and carbon (soft material), but the sliding material is not limited to this. It can be applied as long as it is used as a sliding material for mechanical seals.
  • the SiC includes a sintered body using boron, aluminum, carbon and the like as a sintering aid, and materials composed of two or more types of phases having different components and compositions, for example, SiC and SiC in which graphite particles are dispersed.
  • carbon in which carbon and graphite are mixed.
  • metal materials, resin materials, surface modification materials (coating materials), composite materials and the like can also be applied.
  • the rotary sealing ring 20 slides relative to the static sealing ring 10 counterclockwise as shown by an arrow, and the sliding surface of the static sealing ring 10 In 11, a plurality of (20 in Example 1) first dynamic pressure generating grooves 14 are evenly arranged in the circumferential direction on the inner diameter side, and a plurality of (20 in Example 1) second dynamic pressure grooves 14 are arranged on the outer diameter side.
  • the dynamic pressure generating grooves 9 are evenly arranged in the circumferential direction.
  • the portion of the sliding surface 11 other than the first dynamic pressure generating groove 14 and the second dynamic pressure generating groove 9 is a land 12 forming a flat surface.
  • the land 12 has a first radial distance from a portion between the first dynamic pressure generating grooves 14 adjacent in the circumferential direction and a portion between the second dynamic pressure generating grooves 9 adjacent in the circumferential direction. It has an annular land portion 12a between the dynamic pressure generating groove 14 and the second dynamic pressure generating groove 9, and each of these portions is a surface of the land 12 on the sliding surface 11 side (hereinafter, a flat surface of the land 12). It is also called) and is arranged in the same plane.
  • the annular land portion 12a will be described in detail later.
  • the first dynamic pressure generating groove 14 is a circle with an inner diameter side end, that is, a relative rotation start end 14A communicating with the inner space S1 and inclining from the start end 14A toward the outer diameter side toward the rotation end side of the rotary sealing ring 20. It extends in an arc shape, and the end portion on the outer diameter side, that is, the relative rotation end 14B is closed by the wall portion 14b so as not to communicate with the outer space S2.
  • the first dynamic pressure generating groove 14 has an arc shape having a protrusion toward the outer diameter side.
  • the first dynamic pressure generating groove 14 is flat from the start end 14A to the end 14B and parallel to the flat surface of the land 12, and from the edge of the end 14B of the bottom surface 14a to the sliding surface 11. It is composed of a wall portion 14b extending vertically toward the wall and side wall portions 14c and 14d extending vertically from both side edges of the bottom surface 14a toward the sliding surface 11.
  • the angle formed by the wall portion 14b and the side wall portion 14c is an obtuse angle
  • the angle formed by the wall portion 14b and the side wall portion 14d is an acute angle
  • the acute angle portion 14f on the side wall portion 14d side of the wall portion 14b is the wall. It is located on the rotation end side of the rotary sealing ring 20 with respect to the obtuse angle portion 14e on the side wall portion 14c side of the portion 14b.
  • the first dynamic pressure generating grooves 14 are arranged so that a plurality of (six in the first embodiment) first dynamic pressure generating grooves 14 are superposed in the radial direction when viewed from the axial direction.
  • the end portion on the outer diameter side that is, the relative rotation start end 9A communicates with the outer space S2, and is inclined from the start end 9A toward the inner diameter side toward the rotation end side of the rotary sealing ring 20.
  • it extends in an arc shape, and the end portion on the inner diameter side, that is, the relative rotation end 9B is closed by the wall portion 9b so as not to communicate with the inner space S1.
  • the second dynamic pressure generating groove 9 has an arc shape having a protrusion toward the outer diameter side.
  • the second dynamic pressure generating groove 9 is flat from the start end 9A to the end 9B and parallel to the flat surface of the land 12, and from the edge of the end 9B of the bottom surface 9a to the sliding surface 11. It is composed of a wall portion 9b extending vertically toward the wall and side wall portions 9c and 9d extending vertically from both side edges of the bottom surface 9a toward the sliding surface 11.
  • the angle formed by the wall portion 9b and the side wall portion 9c is an obtuse angle
  • the angle formed by the wall portion 9b and the side wall portion 9d is an acute angle
  • the acute angle portion 9f on the side wall portion 9d side of the wall portion 9b is the wall. It is located on the rotation end side of the rotary sealing ring 20 with respect to the obtuse angle portion 9e on the side wall portion 9c side of the portion 9b.
  • These second dynamic pressure generating grooves 9 are arranged so that adjacent second dynamic pressure generating grooves 9 overlap in the radial direction when viewed from the axial direction.
  • the end 9B of the second dynamic pressure generating groove 9 is arranged so as to be separated from the end 14B of the first dynamic pressure generating groove 14 on the outer diameter side. That is, between the end 14B of the first dynamic pressure generation groove 14 and the end 9B of the second dynamic pressure generation groove 9, an annular land portion 12a as a land portion that is continuous in the circumferential direction and has a constant width in the radial direction is provided. It is provided.
  • the length from the start end 9A to the end 9B of the second dynamic pressure generation groove 9, that is, the extending distance of the second dynamic pressure generation groove 9, is the length from the start end 9A to the end 9B of the first dynamic pressure generation groove 14. That is, it is shorter than the extending distance of the first dynamic pressure generating groove 14.
  • the second dynamic pressure generating groove 9 is inclined along the circumferential direction as compared with the first dynamic pressure generating groove 14.
  • the radial center of the annular land portion 12a is provided closer to the outer diameter side than the radial center of the sliding surface 11.
  • the first dynamic pressure generating groove 14 has a constant depth D1 from the start end 14A to the end end 14B.
  • the depth D1 of this example is 10 ⁇ m.
  • the second dynamic pressure generation groove 9 has a constant depth D2 from the start end 9A to the end 9B.
  • the depth D2 of this example is 0.5 ⁇ m.
  • the depth D2 of the second dynamic pressure generating groove 9 is shallower than the depth D1 of the first dynamic pressure generating groove 14 (D2 ⁇ D1), preferably the depth D2 is 1/2 to 1/20 of the depth D1. It should be doubled.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view assuming a state in which the first dynamic pressure generating groove 14 of Article 1 and the second dynamic pressure generating groove 9 of Article 1 are cut in the longitudinal direction, respectively.
  • the sealed fluid F in the second dynamic pressure generating groove 9 is shown in FIGS. 6 and 7A.
  • the sealed fluid F in the outer space S2 is drawn into the second dynamic pressure generating groove 9. That is, in the second dynamic pressure generation groove 9, the sealed fluid F moves from the start end 9A toward the end 9B as shown by an arrow H1.
  • the flow of the sealed fluid F and the atmosphere A in FIG. 6 is shown schematically without specifying the relative rotational speed of the rotary sealing ring 20.
  • the pressure of the sealed fluid F that has moved toward the end 9B is increased at the acute angle portion 9f of the wall portion 9b of the second dynamic pressure generating groove 9 and its vicinity. That is, a positive pressure is generated at the acute angle portion 9f and its vicinity.
  • the depth D2 of the second dynamic pressure generating groove 9 is shallow, the rotational speed of the rotary sealing ring 20 is low, and even if the amount of movement of the sealed fluid F is small, the sharp angle portion of the wall portion 9b of the second dynamic pressure generating groove 9 Positive pressure is generated at 9f and its vicinity.
  • the sliding surfaces 11 and 21 are slightly separated by the second force F2 due to the positive pressure generated at the acute angle portion 9f and its vicinity.
  • the sealed fluid F in the second dynamic pressure generating groove 9 shown by the arrow H2 mainly flows between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the atmosphere A is the first at the relative rotation low speed between the rotary sealing ring 20 and the static sealing ring 10. 2
  • the dynamic pressure generating groove 9 is not sufficiently dense and a high positive pressure is not generated, and the first force F1 due to the positive pressure generated by the first dynamic pressure generating groove 14 (not shown in FIG. 7A). ) Is relatively smaller than the second force F2. Therefore, when the rotary sealing ring 20 is rotated at a low speed, the second force F2 is the main component to separate the sliding surfaces 11 and 21 from each other.
  • the pressure of the atmosphere A that has moved toward the end 14B is increased at the acute angle portion 14f of the wall portion 14b of the first dynamic pressure generation groove 14 and its vicinity. That is, a positive pressure is generated at the acute angle portion 14f and its vicinity.
  • the first force F1 due to the positive pressure generated at the acute angle portion 14f and its vicinity is applied, and the sliding surfaces 11 and 21 are further separated from each other as compared with FIG. 7A.
  • the atmosphere A in the first dynamic pressure generation groove 14 shown by the arrow L2 mainly flows in between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the atmosphere A in the first dynamic pressure generating groove 14 shown by the arrow L2 acts to push the sealed fluid F near the end 14B of the first dynamic pressure generating groove 14 back to the outer space S2 side, so that the first dynamic pressure is generated.
  • the amount of the sealed fluid F that leaks into the generation groove 14 or the inner space S1 is small.
  • the sealed fluid F in the second dynamic pressure generating groove 9 can easily escape between the sliding surfaces 11 and 21. Therefore, the second force F2'is smaller than that in FIG. 7A.
  • the sealed fluid F around the portion other than the acute-angled portion 14f of the first dynamic pressure generating groove 14 generates the first dynamic pressure as shown by the arrow H3 due to the negative pressure generated in the first dynamic pressure generating groove 14. It is sucked into the groove 14, and the tendency is remarkable near the starting end 14A.
  • the sealed fluid F sucked into the first dynamic pressure generating groove 14 is returned between the sliding surfaces 11 and 21 from the end 14B of the first dynamic pressure generating groove 14.
  • the sealed fluid F in the vicinity of the acute-angled portion 14f of the first dynamic pressure generating groove 14 has a high pressure as described above, as shown by the arrow H4, the first dynamic pressure stays at the land 12. It hardly enters the pressure generating groove 14.
  • the rotary sealing ring 20 is provided with respect to a certain first dynamic pressure generating groove 14.
  • the sealed fluid F moved from the sharp corner portion 14f of another first dynamic pressure generating groove 14 adjacent to the rotation start end side to the land 12 is sucked by the negative pressure generated in the first dynamic pressure generating groove 14, and the sealed fluid F is sucked. Can be prevented from leaking into the inner space S1.
  • the amount of the sealed fluid F that leaks into the pressure generating groove 14 or the inner space S1 is small.
  • the sealed fluid F in the second dynamic pressure generating groove 9 easily escapes between the sliding surfaces 11 and 21, and the second dynamic pressure is generated.
  • the positive pressure generated in the generation groove 9 becomes negligibly small. Therefore, when the rotary sealing ring 20 is rotated at high speed, the first force F1 is the main force to separate the sliding surfaces 11 and 21 from each other.
  • the second dynamic pressure generating groove 9 since the depth D2 of the second dynamic pressure generating groove 9 is shallower than the depth D1 of the first dynamic pressure generating groove 14, when the relative rotation speed of the rotary sealing ring 20 is low, the second dynamic pressure generating groove In 9, the second force F2 due to the positive pressure generated by the sealed fluid F is the main component, and the sliding surfaces 11 and 21 are separated from each other, and as the relative rotational speed of the rotary sealing ring 20 increases, the first When the first force F1 due to the positive pressure generated by the atmosphere A rapidly increases in the dynamic pressure generation groove 14 and the relative rotation speed of the rotary sealing ring 20 becomes sufficiently high, the first force F1 becomes larger than the second force F2. Therefore, the sliding surfaces 11 and 21 are separated from each other mainly by the first force F1, and the sliding surfaces of the static sealing ring 10 and the rotating sealing ring 20 are relatively rotated from low speed to high speed. It is possible to suppress wear between 11 and 21.
  • the gap formed between the sliding surfaces 11 and 21 becomes large, so that positive pressure is less likely to be generated in the second dynamic pressure generation groove 9, and the first dynamic pressure is generated.
  • the first force F1 due to the positive pressure generated in the groove 14 is the main component, and the sliding surfaces 11 and 21 can be stably separated from each other. Therefore, the sliding surfaces 11 and 21 can be separated from each other from the start of relative rotation of the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20 to the time of high-speed rotation to suppress wear.
  • the second dynamic pressure generating groove 9 communicates with the outer space S2, it is easy to introduce the sealed fluid F into the second dynamic pressure generating groove 9, and the positive pressure can be generated at an early stage.
  • annular land portion 12a which is continuous in the circumferential direction and has a constant width in the radial direction is provided. Therefore, when the sliding surfaces 11 and 21 are separated from each other by the second force F2 generated by the positive pressure generated in the second dynamic pressure generation groove 9, the sealed fluid between the sliding surfaces 11 and 21 is provided by the annular land portion 12a. It is possible to suppress the flow of F into the inner space S1. Further, it is possible to suppress leakage of the sealed fluid F into the inner space S1 when the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20 are not rotated relative to each other.
  • the extension distance of the first dynamic pressure generating groove 14 is secured long. Since the first dynamic pressure generating groove 14 becomes the main dynamic pressure generating source more than the second dynamic pressure generating groove 9, such that a large number of the plurality of first dynamic pressure generating grooves 14 can be arranged side by side, the inner space of the sealed fluid F Leakage to S1 can be suppressed.
  • the radial center of the annular land portion 12a is the radial position obtained by adding the outer diameter and the inner diameter of the annular land portion 12a and dividing by 2, and the radial center of the sliding surface 11 is the sliding surface 11. This is the radial position obtained by adding the outer diameter and the inner diameter and dividing by 2.
  • the depth of the second dynamic pressure generating groove 9 is set to such a dimension that the influence of the positive pressure generated in the second dynamic pressure generating groove 9 at the time of high-speed rotation of the rotary sealing ring 20 can be surely reduced.
  • the first force F1 due to the positive pressure generated in the first dynamic pressure generation groove 14 can surely separate the sliding surfaces 11 and 21.
  • the wall portion 9b extending from the bottom surface 9a toward the sliding surface 11 is formed at the end 9B of the second dynamic pressure generating groove 9, the relative rotation of the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20 Since the sealed fluid F is sometimes concentrated on the acute-angled portion 9f of the wall portion 9b of the end 9B of the second dynamic pressure generation groove 9, it is possible to reliably generate a positive pressure in the vicinity of the end 9B.
  • the second dynamic pressure generation groove 9 has a shorter extension distance than the first dynamic pressure generation groove 14, the first dynamic pressure generation groove 14 is rotated at a relative high speed between the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20. It is possible to generate a high positive pressure in the second dynamic pressure generating groove 9 at a relatively low rotation speed, and it is possible to generate a positive pressure at an early stage.
  • the second dynamic pressure generating groove 9 extends from the start end 9A toward the inner diameter side so as to be inclined toward the rotation end side of the rotary sealing ring 20, when the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20 rotate relative to each other, the second dynamic pressure generating groove 9 extends.
  • the sealed fluid F can be easily introduced into the second dynamic pressure generation groove 9, and positive pressure can be generated at an early stage.
  • first dynamic pressure generation groove 14 extends from the start end 14A toward the outer diameter toward the rotation end side of the rotary sealing ring 20, and the second dynamic pressure generation groove 9 extends from the first dynamic pressure generation groove 14. Since it is inclined along the circumferential direction, it becomes easy to introduce the sealed fluid F into the second dynamic pressure generating groove 9 at the start of relative rotation between the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20, so that the second motion Positive pressure can be generated at an early stage in the pressure generation groove 9.
  • the second dynamic pressure generating groove 9 is arranged on the outer diameter side of the sliding surface 11, the second dynamic pressure generating groove 9 is arranged at a position where the peripheral speed of relative rotation of the rotary sealing ring 20 is high. Therefore, it is easy to introduce the sealed fluid F into the second dynamic pressure generating groove 9 at the start of relative rotation between the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20.
  • the end 14B of the first dynamic pressure generating groove 14 and the end 9B of the second dynamic pressure generating groove 9 are arranged so as not to overlap in the radial direction, and the ends 14B and the end 9B are separated from each other. Therefore, it becomes difficult for the sealed fluid F, which generates positive pressure near the end 9B of the second dynamic pressure generating groove 9 and moves between the sliding surfaces 11 and 21, to flow into the second dynamic pressure generating groove 9. Therefore, the sealed fluid F is less likely to leak into the inner space S1. Further, the first force F1 of the first dynamic pressure generating groove 14 and the second force F2 of the second dynamic pressure generating groove 9 are generated at positions where they do not overlap in the radial direction, so that the sliding surfaces 11 and 21 are balanced. It can be separated by applying force well.
  • depth D1 and the depth D2 are not limited to the embodiment of the first embodiment, and may be freely changed as long as the depth D2 is formed shallower than the depth D1.
  • the bottom surface 140a of the first dynamic pressure generating groove 140 in the static sealing ring 100 of the second embodiment is inclined so that the axial dimension gradually decreases from the starting end 140A toward the ending 140B. There is.
  • the depth D2 of the second dynamic pressure generating groove 9 is deeper than the depth near the end 140B of the first dynamic pressure generating groove 140, but the deepest part (deepest part) of the first dynamic pressure generating groove 140. Depth is shallower than D3 (D2 ⁇ D3).
  • the second dynamic pressure is generated when the relative rotation speed of the rotary sealing ring 20 is low.
  • the sliding surfaces 11 and 21 can be separated from each other mainly by the second force generated by the positive pressure generated by the sealed fluid F in the generation groove 9. Further, a positive pressure is likely to be generated near the end 140B of the first dynamic pressure generation groove 140.
  • the bottom surface 240a of the first dynamic pressure generation groove 240 in the static sealing ring 101 of the third embodiment is formed in a stepped manner from the start end 240A to the end end 240B.
  • a deep bottom surface 240c having a large axial dimension is provided on the start end 240A side of the bottom surface 240a, and a shaft is provided on the end 240B side of the bottom surface 240a.
  • a shallow bottom surface 240d having a small directional dimension is provided.
  • an intermediate wall portion 240e extending vertically from the edge of the deep bottom surface 240c toward the shallow bottom surface 240d is provided, and a wall portion 240b extending vertically from the edge of the shallow bottom surface 240d toward the sliding surface 11 is provided.
  • the depth D2 of the second dynamic pressure generating groove 9 is the depth D4 of the first dynamic pressure generating groove 240 (specifically, the depth of the deepest part (deepest part) of the first dynamic pressure generating groove 240). Shallower than.
  • the structure in which the bottom surface 240a of the first dynamic pressure generating groove 240 has two steps is described, the present invention is not limited to this, and three or more steps may be used.
  • the second dynamic pressure generating groove 9 has a constant depth D2 from the start end 9A to the end point 9B, but the depth is not limited to this, and for example, from the start end to the end.
  • the bottom surface may be inclined so that the depth gradually becomes shallower, or may be formed in a stepped shape or the like. That is, the depth of the deepest portion of the second dynamic pressure generating groove may be formed shallower than the depth of the deepest portion of the first dynamic pressure generating groove.
  • the end 340B of the first dynamic pressure generation groove 340 in the static sealing ring 102 of the fourth embodiment overlaps the end 9B of the second dynamic pressure generation groove 9 in the radial direction.
  • the first force of the first dynamic pressure generating groove 340 and the second force of the second dynamic pressure generating groove 9 are generated at a position where they overlap in the radial direction, so that the sliding surfaces 11 and 21 are overlapped with each other. Since it can be separated greatly in a short time, high lubricity between the sliding surfaces 11 and 21 can be quickly exhibited.
  • the first dynamic pressure generating groove 440 in the static sealing ring 103 of the fifth embodiment extends so that the side wall portions 440c and 440d approach each other toward the end 440B, and the end 440B is tapered. doing. Further, in the second dynamic pressure generation groove 190, the side wall portions 190c and 190d extend toward the end 190B so as to approach each other, and the end 190B is tapered.
  • the mechanical seal for general industrial machines has been described as an example as the sliding component, but other mechanical seals for automobiles, water pumps, etc. may be used.
  • the present invention is not limited to the mechanical seal, and may be a sliding component other than the mechanical seal such as a slide bearing.
  • first dynamic pressure generating groove and the second dynamic pressure generating groove are provided in the static sealing ring, but the first dynamic pressure generating groove and the second dynamic pressure generating groove are formed in the rotary sealing ring. It may be provided.
  • the sealed fluid side has been described as the high pressure side and the leak side as the low pressure side, the sealed fluid side may be the low pressure side and the leak side may be the high pressure side, and the sealed fluid side and the leak side are abbreviated.
  • the pressure may be the same.
  • the present invention is not limited to this, and sliding is not limited to this. It may be an outside type that seals the sealed fluid F that leaks from the inner diameter side to the outer diameter side of the surface.
  • first dynamic pressure generating grooves and second dynamic pressure generating grooves are provided on the sliding surface 11 of the static sealing ring 10, but the number is not limited to the same. good.
  • the second dynamic pressure generating groove has a shorter extending distance than the first dynamic pressure generating groove, is inclined along the circumferential direction, and the radial center of the annular land portion 12a is from the radial center of the sliding surface 11. It was explained that the first dynamic pressure generating groove is provided closer to the outer diameter side, but the extension distance of the first dynamic pressure generating groove is shorter than that of the second dynamic pressure generating groove, or it is along the circumferential direction. It may be inclined to.
  • the first dynamic pressure generating groove communicates with the inner space, it is not limited to this, and if the dynamic pressure can be generated, it does not have to communicate.
  • the second dynamic pressure generating groove communicates with the outer space, it is not limited to this, and if the dynamic pressure can be generated, it does not have to communicate.
  • annular land portion 12a is provided between the first dynamic pressure generating groove and the second dynamic pressure generating groove, and the first dynamic pressure generating groove and the second dynamic pressure generating groove are arranged apart in the radial direction.
  • the present invention is not limited to this, for example, the end of the second dynamic pressure generating groove is arranged on the inner diameter side of the end of the first dynamic pressure generating groove, and the end of the first dynamic pressure generating groove and the second The end of the dynamic pressure generating groove may overlap in the circumferential direction.
  • the sealed fluid F has been described as a high-pressure liquid, but the sealed fluid F is not limited to this, and may be a gas or a low-pressure liquid, or may be a mist in which a liquid and a gas are mixed.
  • the fluid on the leak side is atmosphere A, which is a low-pressure gas, but the present invention is not limited to this, and it may be a liquid or a high-pressure gas, or a mist-like mixture of a liquid and a gas. It may be.
  • the depth of the dynamic pressure generating groove is set to the depth of the deepest part, but the depth of the dynamic pressure generating groove is the depth of the portion that substantially contributes to the generation of positive pressure. good.
  • Second dynamic pressure generation groove 10 Static sealing ring (sliding part) 11 Sliding surface 12a Circular land portion (land portion) 14 1st dynamic pressure generating groove 14a Bottom surface 14b Wall part 20 Rotating sealing ring (other sliding parts) 21 Sliding surface A Atmosphere D1, D2 Depth F Sealed fluid F1 First force F2 Second force S1 Inner space S2 Outer space Y Ascent distance

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Abstract

一対の摺動部品の相対回転開始時から高速回転時にかけて摺動面同士の摩耗を抑制でき、かつ被密封流体の漏れを抑制できる摺動部品を提供する。　回転機械の相対回転する箇所に配置され他の摺動部品２０と相対摺動する環状の摺動部品１０であって、摺動部品１０の摺動面１１には、漏れ側Ｓ１に配置され終端１４Ｂを有し正圧を発生させる複数の第１動圧発生溝１４と、被密封流体側Ｓ２に配置され終端９Ｂを有し正圧を発生させる複数の第２動圧発生溝９と、が備えられており、第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝１４の深さＤ１よりも浅い。

Description

摺動部品
　本発明は、相対回転する摺動部品に関し、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封する軸封装置に用いられる摺動部品、または自動車、一般産業機械、あるいはその他の軸受分野の機械の軸受に用いられる摺動部品に関する。
　被密封流体の漏れを防止する軸封装置として例えばメカニカルシールは相対回転し摺動面同士が摺動する一対の環状の摺動部品を備えている。このようなメカニカルシールにおいて、近年においては環境対策等のために摺動により失われるエネルギーの低減が望まれている。
　例えば特許文献１に示されるメカニカルシールは一対の環状の摺動部品が相対回転可能に構成され、外空間に被密封流体が存在し、内空間に低圧の流体が存在している。一方の摺動部品には、低圧の流体が存在する内空間に連通し、内径端から外径側に向けて周方向に傾斜しながら円弧状に延び、相対回転方向の下流にて終端が閉塞されているスパイラル溝が設けられている。これによれば、一対の摺動部品の相対回転時には、一方の摺動部品のスパイラル溝には低圧の流体が導入されることで、終端及びその近傍に正圧が発生して一対の摺動部品の摺動面同士を僅かに離間させることで低摩擦化を実現している。また、スパイラル溝は始端及びその近傍に負圧が発生して外空間から摺動面間に流入した被密封流体を吸い込むため、一対の摺動部品間から被密封流体が低圧の内空間に漏れることを防止できる。
特開昭６２－３１７７５号公報（第２，３頁、第２図）
　しかしながら、特許文献１のような摺動部品にあっては、スパイラル溝は一方の摺動部品の漏れ側に配置され、低圧の流体が導入されるように内径端から外径側に延びる構成であるので、低摩耗化かつ漏れ抑制が可能であるものの、摺動部品がある一定以上の高速回転状態になるまでは、スパイラル溝に十分な動圧が発生せず、摺動面同士を離間させるまでに時間がかかってしまい、摺動面同士が摩耗してしまう虞があった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、一対の摺動部品の相対回転開始時から高速回転時にかけて摺動面同士の摩耗を抑制でき、かつ被密封流体の漏れを抑制できる摺動部品を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
　回転機械の相対回転する箇所に配置され他の摺動部品と相対摺動する環状の摺動部品であって、
　前記摺動部品の摺動面には、漏れ側に配置され終端を有し正圧を発生させる複数の第１動圧発生溝と、被密封流体側に配置され終端を有し正圧を発生させる複数の第２動圧発生溝と、が備えられており、
　前記第２動圧発生溝の深さは、第１動圧発生溝の深さよりも浅い。
　これによれば、第２動圧発生溝の深さは第１動圧発生溝の深さよりも浅いため、摺動部品の相対回転低速時には、第２動圧発生溝内で被密封流体により発生される正圧による第２力が主体となって摺動面同士が離間され、さらに摺動部品の相対回転速度が高くなるにつれ、第１動圧発生溝内で漏れ側流体により発生される正圧による第１力が急速に高まり、摺動部品の相対回転速度が充分に高くなると第１力は第２力よりも大きくなるため、第１力が主体となって摺動面同士が離間されるようになり、一対の摺動部品の相対回転低速時から高速時に亘って摺動面同士の摩耗を抑制することができる。また、摺動部品の相対回転高速時には、摺動面間に形成された隙間が大きくなることによって第２動圧発生溝内で正圧が生じにくくなり、第１動圧発生溝で発生する正圧による第１力が主体となって摺動面同士を安定して離間させることができる。よって、一対の摺動部品の相対回転開始時から高速回転時にかけて摺動面同士を離間させて摩耗を抑制することができる。また、第２動圧発生は、被密封流体側の空間から摺動面間に流入した被密封流体を吸い込むため、一対の摺動部品間から被密封流体が漏れ側の空間に漏れることを防止できる。
　前記第２動圧発生溝は、被密封流体側の空間に連通していてもよい。
　これによれば、第２動圧発生溝に被密封流体を導入しやすく、早期に正圧を発生させることができる。
　前記第１動圧発生溝の終端と前記第２動圧発生溝の終端との間には、周方向に連続し径方向所定以上の幅を有する環状のランド部が設けられていてもよい。
　これによれば、第２動圧発生溝で発生する正圧による第２力により摺動面同士が離間されたときに、ランド部により摺動面間の被密封流体が漏れ側の空間に流れることを抑制できる。また、一対の摺動部品が相対回転されない静止時の被密封流体の漏れ側の空間への漏れを抑えることができる。
　前記ランド部の径方向中心は、前記摺動面の径方向中心よりも被密封流体側に寄って配置されていてもよい。
　これによれば、ランド部は摺動面において径方向被密封流体側に寄って配置されていることから、第１動圧発生溝の延在距離を長く確保できる、複数の第１動圧発生溝を多く並べて配置できる等第１動圧発生溝が第２動圧発生溝よりも主たる動圧発生源となるので、被密封流体の漏れ側の空間への漏れを抑えることができる。
　前記第２動圧発生溝の終端には、底面から摺動面に向けて延びる壁部が形成されていてもよい。
　これによれば、摺動部品の相対回転時に第２動圧発生溝の終端の壁部に被密封流体が集中するため、終端近傍で確実に正圧を発生させることができる。
　前記第２動圧発生溝は、前記第１動圧発生溝と比べて延在距離が短くてもよい。
　これによれば、一対の摺動部品の相対高速回転時に第１動圧発生溝で高い正圧を発生させることができるとともに、相対低回転時に第２動圧発生溝で正圧を早期に発生させることができる。
　前記第２動圧発生溝は、被密封流体側から漏れ側に向けて周方向に傾斜して延びていてもよい。
　これによれば、一対の摺動部品の相対回転時に第２動圧発生溝に被密封流体を導入しやすく、早期に正圧を発生させることができる。
　前記第１動圧発生溝は、漏れ側から被密封流体側に向けて周方向に傾斜して延び、前記第２動圧発生溝は、前記第１動圧発生溝よりも周方向に沿うように傾斜していてもよい。
　これによれば、摺動部品の相対回転開始時では第２動圧発生溝に被密封流体を導入しやすくなるため第２動圧発生溝で早期に正圧を発生させることができる。
　前記第２動圧発生溝は、前記摺動面の外径側に配置されていてもよい。
　これによれば、第２動圧発生溝が摺動部品の相対回転の周速度の速い位置に配置されているため、摺動部品の相対回転開始時に第２動圧発生溝に被密封流体を導入しやすい。
　尚、被密封流体は、気体または液体であってもよいし、液体と気体が混合したミスト状であってもよい。
本発明の実施例におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 静止密封環の摺動面を軸方向から見た拡大図である。 図２におけるＡ－Ａ断面図である。 第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝を模式的に示す断面図である。 第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝の流体の動きを軸方向から見た説明図である。 （ａ）～（ｃ）は一対の摺動部品の相対回転速度毎における摺動面間の離間を模式的に示す断面図である。 本発明の実施例２におけるメカニカルシールの一例を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例３におけるメカニカルシールの一例を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例４におけるメカニカルシールの一例を概略的に示す説明図である。 本発明の実施例５におけるメカニカルシールの一例を概略的に示す説明図である。
　本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
　実施例１に係る摺動部品につき、図１から図７を参照して説明する。尚、本実施例においては、摺動部品がメカニカルシールである形態を例に挙げ説明する。また、メカニカルシールの外空間に被密封流体が存在し、内空間に大気が存在しており、メカニカルシールを構成する摺動部品の外径側を被密封流体側（高圧側）、内径側を漏れ側（低圧側）として説明する。また、説明の便宜上、図面において、摺動面に形成される溝等にドットを付すこともある。
　図１に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封流体Ｆを密封し内空間Ｓ１が大気Ａに通ずるインサイド形のものである。尚、本実施例では、被密封流体Ｆが高圧の液体であり、大気Ａが被密封流体Ｆよりも低圧の気体である形態を例示する。
　メカニカルシールは、回転軸１にスリーブ２を介して回転軸１と一体的に回転可能な状態で設けられた円環状の他の摺動部品としての回転密封環２０と、被取付機器のハウジング４に固定されたシールカバー５に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた摺動部品としての円環状の静止密封環１０と、から主に構成され、ベローズ７によって静止密封環１０が軸方向に付勢されることにより、静止密封環１０の摺動面１１と回転密封環２０の摺動面２１とが互いに密接摺動するようになっている。尚、回転密封環２０の摺動面２１は平坦面となっており、この平坦面には溝等の凹み部が設けられていない。
　静止密封環１０及び回転密封環２０は、代表的にはＳｉＣ（硬質材料）同士またはＳｉＣ（硬質材料）とカーボン（軟質材料）の組み合わせで形成されるが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＣ、ＳｉＣ－ＴｉＮ等があり、カーボンとしては、炭素質と黒鉛質の混合したカーボンをはじめ、樹脂成形カーボン、焼結カーボン等が利用できる。また、上記摺動材料以外では、金属材料、樹脂材料、表面改質材料（コーティング材料）、複合材料等も適用可能である。
　図２及び図３に示されるように、静止密封環１０に対して回転密封環２０が矢印で示すように半時計周りに相対摺動するようになっており、静止密封環１０の摺動面１１には、内径側に複数（実施例１では２０個）の第１動圧発生溝１４が周方向に均等に配設され、外径側に複数（実施例１では２０個）の第２動圧発生溝９が周方向に均等に配設されている。
　また、摺動面１１の第１動圧発生溝１４および第２動圧発生溝９以外の部分は平坦面を成すランド１２となっている。詳しくは、ランド１２は、周方向に隣接する第１動圧発生溝１４の間の部位と、周方向に隣接する第２動圧発生溝９の間の部位と、径方向に離間する第１動圧発生溝１４と第２動圧発生溝９との間の環状ランド部１２ａと、を有し、これら各部位は、ランド１２の摺動面１１側の面（以下、ランド１２の平坦面ともいう。）と同一平面状に配置されている。尚、環状ランド部１２ａについては後に詳述する。
　第１動圧発生溝１４は、内径側の端部、すなわち相対回転始端１４Ａが内空間Ｓ１に連通し、始端１４Ａから外径側に向けて回転密封環２０の回転終端側に傾斜しながら円弧状に延びており、外径側の端部、すなわち相対回転終端１４Ｂが壁部１４ｂにより外空間Ｓ２と非連通状態となるように閉塞されている。この第１動圧発生溝１４は、外径側に向けて凸を有する円弧状を成している。
　具体的には、第１動圧発生溝１４は、始端１４Ａから終端１４Ｂに亘って平坦かつランド１２の平坦面に平行な底面１４ａと、底面１４ａの終端１４Ｂの端縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる壁部１４ｂと、底面１４ａの両側縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる側壁部１４ｃ，１４ｄとから構成されている。尚、壁部１４ｂと側壁部１４ｃとが成す角は鈍角であり、壁部１４ｂと側壁部１４ｄとが成す角は鋭角であり、壁部１４ｂの側壁部１４ｄ側の鋭角部１４ｆの方が壁部１４ｂの側壁部１４ｃ側の鈍角部１４ｅよりも回転密封環２０の回転終端側に位置している。
　これら第１動圧発生溝１４は、軸方向から見て、複数（実施例１では６個）の第１動圧発生溝１４が径方向に重畳するように配置されている。
　また、第２動圧発生溝９は、外径側の端部、すなわち相対回転始端９Ａが外空間Ｓ２に連通し、始端９Ａから内径側に向けて回転密封環２０の回転終端側に傾斜しながら円弧状に延びており、内径側の端部、すなわち相対回転終端９Ｂが壁部９ｂにより内空間Ｓ１と非連通状態となるように閉塞されている。この第２動圧発生溝９は、外径側に向けて凸を有する円弧状を成している。
　具体的には、第２動圧発生溝９は、始端９Ａから終端９Ｂに亘って平坦かつランド１２の平坦面に平行な底面９ａと、底面９ａの終端９Ｂの端縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる壁部９ｂと、底面９ａの両側縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる側壁部９ｃ，９ｄとから構成されている。尚、壁部９ｂと側壁部９ｃとが成す角は鈍角であり、壁部９ｂと側壁部９ｄとが成す角は鋭角であり、壁部９ｂの側壁部９ｄ側の鋭角部９ｆの方が壁部９ｂの側壁部９ｃ側の鈍角部９ｅよりも回転密封環２０の回転終端側に位置している。
　これら第２動圧発生溝９は、軸方向から見て、隣接する第２動圧発生溝９が径方向に重畳するように配置されている。
　また、第２動圧発生溝９の終端９Ｂは、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂよりも外径側に離間して配置されている。すなわち、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂと第２動圧発生溝９の終端９Ｂとの間には、周方向に連続し径方向に一定幅を有するランド部としての環状ランド部１２ａが設けられている。
　また、第２動圧発生溝９の始端９Ａから終端９Ｂまでの長さ、すなわち第２動圧発生溝９の延在距離は、第１動圧発生溝１４の始端９Ａから終端９Ｂまでの長さ、すなわち第１動圧発生溝１４の延在距離と比べて短い。
　また、第２動圧発生溝９は、第１動圧発生溝１４と比べて周方向に沿うように傾斜している。環状ランド部１２ａの径方向中心は、摺動面１１の径方向中心よりも外径側に寄せて設けられている。
　図４及び図５に示されるように、第１動圧発生溝１４は始端１４Ａから終端１４Ｂに亘って一定の深さＤ１を有している。本実施例の深さＤ１は、１０μｍである。
　第２動圧発生溝９は始端９Ａから終端９Ｂに亘って一定の深さＤ２を有する。本実施例の深さＤ２は、０．５μｍである。
　第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝１４の深さＤ１よりも浅く（Ｄ２＜Ｄ１）、好ましくは深さＤ２は深さＤ１の１／２～１／２０倍であるのがよい。
　尚、図５は１条の第１動圧発生溝１４及び１条の第２動圧発生溝９をそれぞれ長手方向で切った状態を想定した模式的な断面図である。
　次いで、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時の動作について図６及び図７を用いて説明する。まず、回転密封環２０が回転していない一般産業機械の非稼動時には、被密封流体Ｆが第２動圧発生溝９内に流入している。尚、ベローズ７によって静止密封環１０が回転密封環２０側に付勢されているので摺動面１１，２１同士は接触状態となっており、摺動面１１，２１間の被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れ出す量はほぼない。
　回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転し始めた直後の低速時では、図６及び図７（ａ）に示されるように、第２動圧発生溝９内の被密封流体Ｆが摺動面２１との摩擦により回転密封環２０の回転方向に追随移動するとともに、外空間Ｓ２の被密封流体Ｆが第２動圧発生溝９に引き込まれる。すなわち、第２動圧発生溝９内では、被密封流体Ｆが矢印Ｈ１に示すように始端９Ａから終端９Ｂに向かって移動する。尚、図６の被密封流体Ｆや大気Ａの流れについては、回転密封環２０の相対回転速度を特定せずに概略的に示している。
　終端９Ｂに向かって移動した被密封流体Ｆは、第２動圧発生溝９の壁部９ｂの鋭角部９ｆ及びその近傍で圧力が高められる。すなわち鋭角部９ｆ及びその近傍で正圧が発生する。
　第２動圧発生溝９の深さＤ２は浅いため、回転密封環２０の回転速度が低速につき被密封流体Ｆの移動量が少なくても第２動圧発生溝９の壁部９ｂの鋭角部９ｆ及びその近傍にて正圧が発生する。
　鋭角部９ｆ及びその近傍で発生した正圧による第２力Ｆ２により、摺動面１１，２１間が若干離間される。これにより、摺動面１１，２１間には、主に矢印Ｈ２に示す第２動圧発生溝９内の被密封流体Ｆが流入する。このように摺動面１１，２１間に被密封流体Ｆが介在することにより低速回転時においても潤滑性が向上し、摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。尚、摺動面１１，２１同士の浮上距離が僅かであるため、被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。
　一方、第１動圧発生溝１４の深さＤ１は第２動圧発生溝９の深さＤ２よりも深いため、回転密封環２０と静止密封環１０との相対回転低速時には、大気Ａが第２動圧発生溝９に十分に密とならず高い正圧は発生せず、第１動圧発生溝１４によって発生される正圧による第１力Ｆ１（図７（ａ）では図示していない。）は第２力Ｆ２よりも相対的に小さい。よって、回転密封環２０の低速回転時では、第２力Ｆ２が主体となって摺動面１１，２１同士を離間するようになっている。
　回転密封環２０の相対回転速度が高まると、図６及び図７（ｂ）に示されるように、第１動圧発生溝１４内の大気Ａが摺動面２１との摩擦により回転密封環２０の回転方向に追随移動するとともに、内空間Ｓ１の大気Ａが第１動圧発生溝１４に引き込まれる。すなわち、第１動圧発生溝１４内では、多量の大気Ａが矢印Ｌ１に示すように始端１４Ａから終端１４Ｂに向かって移動する。
　終端１４Ｂに向かって移動した大気Ａは、第１動圧発生溝１４の壁部１４ｂの鋭角部１４ｆ及びその近傍で圧力が高められる。すなわち鋭角部１４ｆ及びその近傍で正圧が発生する。
　鋭角部１４ｆ及びその近傍で発生した正圧による第１力Ｆ１が加わり、図７（ａ）と比べ摺動面１１，２１間がさらに離間する。これにより、摺動面１１，２１間には、主に矢印Ｌ２に示す第１動圧発生溝１４内の大気Ａが流入する。
　矢印Ｌ２に示す第１動圧発生溝１４内の大気Ａは、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂ近傍の被密封流体Ｆを外空間Ｓ２側に押し戻すように作用するので、第１動圧発生溝１４内や内空間Ｓ１に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。
　また、図７（ａ）と比べ摺動面１１，２１間がさらに離間することにより、第２動圧発生溝９内の被密封流体Ｆは摺動面１１，２１間に逃げやすくなっているため、第２力Ｆ２’は、図７（ａ）と比べ小さくなる。
　またこのとき、第１動圧発生溝１４の鋭角部１４ｆ以外の部分の周辺の被密封流体Ｆは、第１動圧発生溝１４に生じる負圧により矢印Ｈ３に示すように第１動圧発生溝１４内に吸い込まれ、その傾向は始端１４Ａ近傍で顕著に現れる。第１動圧発生溝１４内に吸い込まれた被密封流体Ｆは、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂから摺動面１１，２１間に戻されるようになっている。
　一方、第１動圧発生溝１４の鋭角部１４ｆ近傍の被密封流体Ｆは、上述したように高圧となっているため、矢印Ｈ４に示すように、ランド１２に位置したままで、第１動圧発生溝１４にはほぼ進入しない。
　上述の通り第１動圧発生溝１４は、複数の第１動圧発生溝１４が径方向に重畳するように配置されているため、ある第１動圧発生溝１４に対して回転密封環２０の回転始端側に隣り合う別の第１動圧発生溝１４の鋭角部１４ｆからランド１２に移動した被密封流体Ｆを当該第１動圧発生溝１４に生じる負圧により吸い込み、被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れるのを防ぐことができる。
　回転密封環２０の相対回転速度がさらに上がり高速回転（すなわち、定常運転状態）に達すると、図６及び図７（ｃ）に示されるように、第１動圧発生溝１４に引き込まれる大気Ａの流入量（図７（ｃ）の矢印Ｌ１’参照）がさらに増えて高い正圧が発生し、第１力Ｆ１’が大きくなり、図７（ｂ）と比べ摺動面１１，２１間がより長い浮上距離Ｙだけ離間する。これにより、摺動面１１，２１間には、図７（ｂ）と比べ矢印Ｌ２’に示す第１動圧発生溝１４内の大気Ａがさらに多く流入される。
　矢印Ｌ２’に示す第１動圧発生溝１４内の大気Ａは、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂ近傍の被密封流体Ｆを外空間Ｓ２側に押し戻すように作用するので、第１動圧発生溝１４内や内空間Ｓ１に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。
　本実施例において、回転密封環２０の高速回転により浮上距離Ｙが大きくなると、第２動圧発生溝９内の被密封流体Ｆは摺動面１１，２１間に逃げやすくなり、第２動圧発生溝９で発生する正圧は無視できるほど小さくなる。よって、回転密封環２０の高速回転時では、第１力Ｆ１が主体となって摺動面１１，２１同士を離間するようになっている。
　以上説明したように、第２動圧発生溝９の深さＤ２は第１動圧発生溝１４の深さＤ１よりも浅いため、回転密封環２０の相対回転低速時には、第２動圧発生溝９内で被密封流体Ｆにより発生される正圧による第２力Ｆ２が主体となって摺動面１１，２１同士が離間され、さらに回転密封環２０の相対回転速度が高くなるにつれ、第１動圧発生溝１４内で大気Ａにより発生される正圧による第１力Ｆ１が急速に高まり、回転密封環２０の相対回転速度が充分に高くなると第１力Ｆ１は第２力Ｆ２よりも大きくなるため、第１力Ｆ１が主体となって摺動面１１，２１同士が離間されるようになり、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転低速時から高速時に亘って摺動面１１，２１同士の摩耗を抑制することができる。
　また、回転密封環２０の相対回転高速時には、摺動面１１，２１間に形成された隙間が大きくなることによって第２動圧発生溝９内で正圧が生じにくくなり、第１動圧発生溝１４で発生する正圧による第１力Ｆ１が主体となって摺動面１１，２１同士を安定して離間させることができる。したがって、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転開始時から高速回転時にかけて摺動面１１，２１同士を離間させて摩耗を抑制することができる。
　また、第２動圧発生溝９は、外空間Ｓ２に連通しているため、第２動圧発生溝９に被密封流体Ｆを導入しやすく、早期に正圧を発生させることができる。
　また、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂと第２動圧発生溝９の終端９Ｂとの間には、周方向に連続し径方向に一定幅を有する環状ランド部１２ａが設けられているため、第２動圧発生溝９で発生する正圧による第２力Ｆ２により摺動面１１，２１同士が離間されたときに、環状ランド部１２ａにより摺動面１１，２１間の被密封流体Ｆを内空間Ｓ１に流れることを抑制できる。また、静止密封環１０と回転密封環２０とが相対回転されない静止時の被密封流体Ｆの内空間Ｓ１への漏れを抑えることができる。
　また、環状ランド部１２ａの径方向中心は、摺動面１１の径方向中心よりも被密封流体側に寄って配置されていることから、第１動圧発生溝１４の延在距離を長く確保できる、複数の第１動圧発生溝１４を多く並べて配置できる等第１動圧発生溝１４が第２動圧発生溝９よりも主たる動圧発生源となるので、被密封流体Ｆの内空間Ｓ１への漏れを抑えることができる。尚、環状ランド部１２ａの径方向中心は、環状ランド部１２ａの外径と内径とを足して２で除した径方向位置であり、摺動面１１の径方向中心は、摺動面１１の外径と内径とを足して２で除した径方向位置である。
　また、第２動圧発生溝９の深さは、回転密封環２０の高速回転時における第２動圧発生溝９で発生する正圧の影響を確実に小さくできるほどの寸法に設定されるため、第１動圧発生溝１４で発生する正圧による第１力Ｆ１により確実に摺動面１１，２１間を離間させることができる。
　また、第２動圧発生溝９の終端９Ｂには、底面９ａから摺動面１１に向けて延びる壁部９ｂが形成されていることから、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時に第２動圧発生溝９の終端９Ｂの壁部９ｂの鋭角部９ｆに被密封流体Ｆが集中するため、終端９Ｂ近傍で確実に正圧を発生させることができる。
　また、第２動圧発生溝９は、第１動圧発生溝１４と比べて延在距離が短いため、静止密封環１０と回転密封環２０との相対高速回転時に第１動圧発生溝１４で高い正圧を発生させることができるとともに、相対低回転時に第２動圧発生溝９で正圧を早期に発生させることができる。
　また、第２動圧発生溝９は、始端９Ａから内径側に向けて回転密封環２０の回転終端側に傾斜して延びているため、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時に第２動圧発生溝９に被密封流体Ｆを導入しやすく、早期に正圧を発生させることができる。
　また、第１動圧発生溝１４は、始端１４Ａから外径に向けて回転密封環２０の回転終端側に傾斜して延び、第２動圧発生溝９は、第１動圧発生溝１４よりも周方向に沿うように傾斜しているため、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転開始時では第２動圧発生溝９に被密封流体Ｆを導入しやすくなるため第２動圧発生溝９で早期に正圧を発生させることができる。
　また、第２動圧発生溝９は、摺動面１１の外径側に配置されていることから、第２動圧発生溝９が回転密封環２０の相対回転の周速度の速い位置に配置されているため、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転開始時に第２動圧発生溝９に被密封流体Ｆを導入しやすい。
　また、第１動圧発生溝１４の終端１４Ｂと、第２動圧発生溝９の終端９Ｂとは、径方向に重畳しないように配置されており、終端１４Ｂと終端９Ｂとの距離が離れているため、第２動圧発生溝９の終端９Ｂ近傍で正圧が発生して摺動面１１，２１間に移動する被密封流体Ｆが第２動圧発生溝９内に流入しにくくなっており、被密封流体Ｆが内空間Ｓ１に漏れにくくなっている。さらに、第１動圧発生溝１４の第１力Ｆ１と第２動圧発生溝９の第２力Ｆ２とが径方向に重畳しない位置で発生することにより、摺動面１１，２１間でバランスよく力を加えて離間させることができる。
　尚、深さＤ１、深さＤ２は実施例１の形態に限られず、深さＤ２が深さＤ１よりも浅く形成されていれば、自由に変更されていてもよい。
　次に、実施例２に係るメカニカルシールにつき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、図８では第１動圧発生溝の始端から終端までの長さを実際よりも短く図示している。
　図８に示されるように、本実施例２の静止密封環１００における第１動圧発生溝１４０の底面１４０ａは、軸方向寸法が始端１４０Ａから終端１４０Ｂに向けて漸次小さくなるように傾斜している。
　第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝１４０の終端１４０Ｂ近傍の深さよりも深くなっているが、第１動圧発生溝１４０の一番深い箇所（最深部）の深さＤ３よりも浅い（Ｄ２＜Ｄ３）。
　このように、第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝１４０の最深部の深さＤ３よりも浅いので、回転密封環２０の相対回転低速時には、第２動圧発生溝９内で被密封流体Ｆにより発生される正圧による第２力が主体となって摺動面１１，２１同士を離間されることができる。また、第１動圧発生溝１４０の終端１４０Ｂ近傍で正圧が発生しやすい。
　次に、実施例３に係るメカニカルシールにつき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。また、図９では第１動圧発生溝の始端から終端までの長さを実際よりも短く図示している。
　図９に示されるように、本実施例３の静止密封環１０１における第１動圧発生溝２４０の底面２４０ａは、始端２４０Ａから終端２４０Ｂにかけて段状に構成されている。
　具体的には、第１動圧発生溝２４０の長手方向の中央を境に、底面２４０ａの始端２４０Ａ側には軸方向寸法の大きい深底面２４０ｃが備えられ、底面２４０ａの終端２４０Ｂ側には軸方向寸法の小さい浅底面２４０ｄが備えられている。また、深底面２４０ｃの端縁から浅底面２４０ｄに向けて垂直に延びる中間壁部２４０ｅが設けられ、浅底面２４０ｄの端縁から摺動面１１に向けて垂直に延びる壁部２４０ｂが設けられている。
　第２動圧発生溝９の深さＤ２は、第１動圧発生溝２４０の深さＤ４（具体的には、第１動圧発生溝２４０の一番深い箇所（最深部）の深さ）よりも浅い。尚、第１動圧発生溝２４０の底面２４０ａが２段の段状の構成について説明したが、これに限らず３段以上でもよい。
　尚、前記実施例１～実施例３では、第２動圧発生溝９が始端９Ａから終端９Ｂに亘って一定の深さＤ２となっていたが、これに限られず、例えば、始端から終端に向けて深さが漸次浅くなるように底面が傾斜していてもよいし、段状等に形成されていてもよい。すなわち、第２動圧発生溝の最深部の深さが第１動圧発生溝の最深部の深さよりも浅く形成さていればよい。
　次に、実施例４に係るメカニカルシールにつき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図１０に示されるように、本実施例４の静止密封環１０２における第１動圧発生溝３４０の終端３４０Ｂが、第２動圧発生溝９の終端９Ｂと径方向に重畳している。
　これによれば、第１動圧発生溝３４０の第１力と第２動圧発生溝９の第２力とが径方向に重畳する位置で発生することにより、摺動面１１，２１同士を短時間で大きく離間させることができるので、摺動面１１，２１同士の高い潤滑性を早く発揮させることができる。
　次に、実施例５に係るメカニカルシールにつき、図１１を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
　図１１に示されるように、本実施例５の静止密封環１０３における第１動圧発生溝４４０は、側壁部４４０ｃ，４４０ｄが終端４４０Ｂに向けて互いに近づくように延びており、終端４４０Ｂは先細りしている。また、第２動圧発生溝１９０は、側壁部１９０ｃ，１９０ｄが終端１９０Ｂに向けて互いに近づくように延びており、終端１９０Ｂは先細りしている。
　これによれば、回転密封環２０の相対回転時に第１動圧発生溝４４０の終端４４０Ｂ近傍と第２動圧発生溝１９０の終端１９０Ｂ近傍で正圧が発生しやすい。
　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、摺動部品として、一般産業機械用のメカニカルシールを例に説明したが、自動車やウォータポンプ用等の他のメカニカルシールであってもよい。また、メカニカルシールに限られず、すべり軸受などメカニカルシール以外の摺動部品であってもよい。
　また、前記実施例では、第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝を静止密封環に設ける例について説明したが、第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝を回転密封環に設けてもよい。
　また、被密封流体側を高圧側、漏れ側を低圧側として説明してきたが、被密封流体側が低圧側、漏れ側が高圧側となっていてもよいし、被密封流体側と漏れ側とは略同じ圧力であってもよい。
　また、前記実施例では、摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封流体Ｆを密封するインサイド形のものである形態を例示したが、これに限られず、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする被密封流体Ｆを密封するアウトサイド形のものであってもよい。
　また、図２に示されるように、第１動圧発生溝及び第２動圧発生溝が静止密封環１０の摺動面１１に同数設けられているが、これに限らず同数でなくてもよい。
　また、第２動圧発生溝は第１動圧発生溝よりも延在距離が短く、周方向に沿うように傾斜し、環状ランド部１２ａの径方向中心が摺動面１１の径方向中心よりも外径側に寄せて設けられていると説明したが、これに限らず、第１動圧発生溝の方が第２動圧発生溝よりも延在距離が短く、または周方向に沿うように傾斜していてもよい。
　また、第１動圧発生溝は内空間に連通していると説明したが、これに限らず動圧を発生させることができれば、連通していなくてもよい。
　また、第２動圧発生溝は外空間に連通していると説明したが、これに限らず動圧を発生させることができれば、連通していなくてもよい。
　また、第１動圧発生溝と第２動圧発生溝との間には環状ランド部１２ａが設けられ、第１動圧発生溝と第２動圧発生溝とは径方向に離間して配置されていると説明したが、これに限らず、例えば第２動圧発生溝の終端が第１動圧発生溝の終端よりも内径側に配置され、第１動圧発生溝の終端と第２動圧発生溝の終端とが周方向に重畳していてもよい。
　また、本実施例において、被密封流体Ｆは高圧の液体と説明したが、これに限らず気体または低圧の液体であってもよいし、液体と気体が混合したミスト状であってもよい。
　また、本実施例において、漏れ側の流体は低圧の気体である大気Ａであると説明したが、これに限らず液体または高圧の気体であってもよいし、液体と気体が混合したミスト状であってもよい。
　また、実施例２，３では、動圧発生溝の深さを最深部の深さとしたが、動圧発生溝の深さは実質的に正圧の発生に寄与する箇所の深さであればよい。
９　　　　　　　　第２動圧発生溝
１０　　　　　　　静止密封環（摺動部品）
１１　　　　　　　摺動面
１２ａ　　　　　　環状ランド部（ランド部）
１４　　　　　　　第１動圧発生溝
１４ａ　　　　　　底面
１４ｂ　　　　　　壁部
２０　　　　　　　回転密封環（他の摺動部品）
２１　　　　　　　摺動面
Ａ　　　　　　　　大気
Ｄ１，Ｄ２　　　　深さ
Ｆ　　　　　　　　被密封流体
Ｆ１　　　　　　　第１力
Ｆ２　　　　　　　第２力
Ｓ１　　　　　　　内空間
Ｓ２　　　　　　　外空間
Ｙ　　　　　　　　浮上距離

Claims (9)

  1. 　回転機械の相対回転する箇所に配置され他の摺動部品と相対摺動する環状の摺動部品であって、
    　前記摺動部品の摺動面には、漏れ側に配置され終端を有し正圧を発生させる複数の第１動圧発生溝と、被密封流体側に配置され終端を有し正圧を発生させる複数の第２動圧発生溝と、が備えられており、
    　前記第２動圧発生溝の深さは、第１動圧発生溝の深さよりも浅い摺動部品。
  2. 　前記第２動圧発生溝は、被密封流体側の空間に連通している請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記第１動圧発生溝の終端と前記第２動圧発生溝の終端との間には、周方向に連続し径方向所定以上の幅を有する環状のランド部が設けられている請求項１または２に記載の摺動部品。
  4. 　前記ランド部の径方向中心は、前記摺動面の径方向中心よりも被密封流体側に寄って配置されている請求項３に記載の摺動部品。
  5. 　前記第２動圧発生溝の終端には、底面から摺動面に向けて延びる壁部が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
  6. 　前記第２動圧発生溝は、前記第１動圧発生溝と比べて延在距離が短い請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
  7. 　前記第２動圧発生溝は、被密封流体側から漏れ側に向けて周方向に傾斜して延びている請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。
  8. 　前記第１動圧発生溝は、漏れ側から被密封流体側に向けて周方向に傾斜して延び、前記第２動圧発生溝は、前記第１動圧発生溝よりも周方向に沿うように傾斜している請求項７に記載の摺動部品。
  9. 　前記第２動圧発生溝は、前記摺動面の外径側に配置されている請求項１ないし８のいずれかに記載の摺動部品。
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