WO2019139107A1 - 摺動部品 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a sliding component that rotates relative to one another, for example, a sliding component used for a mechanical seal in the field of automobiles, general industrial machines or other seals.
  • Sealing performance is maintained for a long time in a sealing device that prevents leakage of a fluid to be sealed, which is composed of two parts that rotate relative to each other and slide on flat end surfaces, such as a mechanical seal.
  • a sealing device that prevents leakage of a fluid to be sealed
  • the contradictory conditions of "sealing” and “lubrication” must be compatible.
  • the demand for lower friction has been further increased to reduce mechanical loss.
  • the method of reducing the friction can be achieved by generating dynamic pressure between the sliding surfaces by rotation and sliding in a state in which a liquid film is interposed.
  • a sealing device which generates dynamic pressure between sliding surfaces by rotation
  • a sealing device described in Patent Document 1
  • a plurality of dynamic pressure generation grooves for generating dynamic pressure when rotating is provided on the sliding surface of the mating ring which is one of the sliding parts. Further, the sliding surface of the seal ring, which is the other of the sliding parts, is formed flat.
  • the dynamic pressure generating groove has a negative pressure on the upstream side in the rotational direction, while a positive pressure is generated on the downstream side, and the wedge action by the end surface wall on the downstream side of the dynamic pressure generating groove The pressure is increased, a positive pressure is exerted as a whole, and a large buoyancy can be obtained.
  • Patent No. 3066367 page 3, FIG. 1
  • Patent No. 5960145 page 10, FIG. 4
  • the fluid to be sealed is not sufficiently supplied to the dynamic pressure generation groove, and there is a possibility that the lubrication becomes poor due to poor lubrication.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a low torque sliding component with low leakage of high pressure sealed fluid.
  • the sliding part of the present invention An annular mating ring and an annular seal ring face each other to relatively rotate each sliding surface, so that a sealed member exists on one side in the radial direction of the sliding surface on which the relative rotational sliding is performed.
  • the sliding part that seals the fluid On the sliding surface of either the mating ring or the seal ring, dynamic pressure recesses that generate dynamic pressure due to relative rotational sliding between the mating ring and the seal ring are circumferentially separated. Multiple formed, On the other sliding surface of the mating ring or the seal ring, a plurality of static pressure recesses deeper than the dynamic pressure recesses are circumferentially formed at positions cooperating with the dynamic pressure recesses.
  • the dynamic pressure recess when the seal ring and the mating ring rotate relative to each other, the dynamic pressure recess passes through the opposing portion and the vicinity of the opposing portion of the static pressure recess which is deeper than the dynamic pressure recess, from the static pressure recess Since the fluid to be sealed can be supplied, dynamic pressure can be reliably generated without poor lubrication.
  • the dynamic pressure recess mainly functions to generate dynamic pressure between the sliding surfaces to adjust the contact surface pressure between the sliding surfaces, and the static pressure recess is mainly to be held inside thereof. It fulfills the function of supplying the sealing fluid to the dynamic pressure recess side.
  • the dynamic pressure is generated to such an extent that the seal ring and the mating ring do not rise relative to each other completely, whereby the contact surface pressure can be suppressed while the sliding surfaces are in contact with each other. It is possible to obtain a sliding part with less leakage of high pressure sealed fluid and low torque.
  • the dynamic pressure recess and the static pressure recess overlap in the radial direction of the mating ring or the seal ring. According to this, at the time of relative rotation between the seal ring and the mating ring, the dynamic pressure depression reliably passes through the opposing portion of the static pressure depression which is deeper than the dynamic pressure depression, and the fluid to be sealed is discharged from the static pressure depression Can be supplied, so that dynamic pressure can be reliably generated without poor lubrication.
  • the dynamic pressure recess is open to the sealed fluid side. According to this, since static pressure by the sealed fluid is applied to the dynamic pressure recess, dynamic pressure can be reliably generated without becoming poor lubrication.
  • the dynamic pressure recess is band-shaped. According to this, the dynamic pressure generation efficiency and the static pressure generation efficiency can be enhanced by the cooperation of the dynamic pressure recess and the static pressure recess.
  • the static pressure recess is a dimple. According to this, the dynamic pressure generation efficiency and the static pressure generation efficiency can be enhanced by the cooperation of the dynamic pressure recess and the static pressure recess.
  • the dynamic pressure recess is in the form of a band along the circumferential direction in a front view, and the static pressure recess is a dimple. According to this, the dynamic pressure generation efficiency and the static pressure generation efficiency can be enhanced by the cooperation of the dynamic pressure recess and the static pressure recess.
  • the hydrodynamic recess is disposed only on the sealed fluid side of either the sliding surface of the mating ring or the seal ring. According to this, when the seal ring and the mating ring rotate relative to each other, it is possible to prevent poor lubrication on the sealed fluid side.
  • the dynamic pressure recess is disposed only in a region equal to or less than 1 ⁇ 4 of the sealed fluid side in the radial direction of the sliding surface of either the mating ring or the seal ring. According to this, when the seal ring and the mating ring rotate relative to each other, poor lubrication on the sealed fluid side can be prevented, and leakage of the sealed fluid can be reduced without generating excessive buoyancy.
  • the static pressure recess is disposed on the entire surface of the sliding surface of the mating ring or the seal ring. According to this, while the static pressure recess supplies the fluid to be sealed to the opposing dynamic pressure recess and holds the fluid to the inside at a location where the dynamic pressure recess does not oppose, it becomes difficult to become poor lubrication. There is.
  • the static pressure recess has a depth dimension larger than the maximum opening diameter dimension in the front view.
  • the static pressure recess has the function of supplying the fluid to be sealed to the opposing dynamic pressure recess as well as the function of holding the fluid to be sealed inside at the location where the dynamic pressure recess is not opposite.
  • the sealed fluid is a high pressure liquid of 0.1 MPa or more. According to this, even if the fluid to be sealed is high in pressure, the sliding surface is less rough and leakage is less.
  • FIG. 3 is a non-rotating, cross-sectional view of the seal ring and mating ring of FIGS. 2 and 3 radially cut; It is a cross-sectional schematic diagram at the time of the rotation cut by the circumferential direction for demonstrating the dynamic pressure generation
  • FIG. (A)-(g) is a top view which shows the sliding face of the seal ring in which the dynamic-pressure recessed part based on Example 2 of this invention was formed.
  • (A)-(f) is a top view which shows the sliding face of the mating ring in which the static-pressure recessed part based on Example 3 of this invention was formed.
  • the sliding component according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • a mechanical seal which is an example of a sliding component, will be described as an example.
  • the outer peripheral side of the sliding component constituting the mechanical seal will be described as the sealed fluid side, and the inner peripheral side as the atmosphere side.
  • the mechanical seal for a general industrial machine shown in FIG. 1 is an inside type that seals a fluid to be sealed which tends to leak from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the sliding surface, and on the rotating shaft 1 side.
  • a mating ring 20 as an annular sliding part provided rotatably integrally with the rotary shaft 1 via the sleeve 2 and a seal cover 5 fixed to the housing 4 of the mounted device.
  • Mainly comprising a seal ring 10 as an annular sliding component provided in a state and capable of axial movement, and the bellows 7 urges the seal ring 10 in the axial direction, whereby The sliding surface 11 of the seal ring 10 mirror-finished and the sliding surface 21 of the mating ring 20 are in close sliding contact with each other.
  • the sealed fluid in this embodiment is a high pressure liquid of 0.1 MPa or more.
  • Seal ring 10 and mating ring 20 are typically formed of SiC (hard material) one another or a combination of SiC (hard material) and carbon (soft material), but the invention is not limited thereto, and the sliding material is mechanical It is applicable if it is used as a sliding material for sealing.
  • SiC a material comprising two or more types of phases different in composition and composition, including sintered bodies containing boron, aluminum, carbon etc. as a sintering aid, for example, SiC in which graphite particles are dispersed, SiC There are reactive sintered SiC, SiC-TiC, SiC-TiN, etc. made of Si, and as carbon, resin-mixed carbon, sintered carbon, etc. can be used, as well as carbon in which carbonaceous and graphitic materials are mixed.
  • metal materials, resin materials, surface modifying materials (coating materials), composite materials and the like are also applicable.
  • the seal ring 10 has an annular sliding surface 11 at one end in the axial direction as viewed from the axial direction.
  • the sliding surface 11 is a flat surface, and is formed with recessed grooves 12 as a plurality of dynamic pressure recesses separated in the circumferential direction.
  • the sliding surface 11 can also be referred to as a land portion with respect to the recessed groove 12.
  • the recessed groove 12 is orthogonal to the bottom surface 12A formed as a flat surface parallel to the sliding surface 11, the radial wall 12B, 12C formed as a wall surface orthogonal to the bottom surface 12A, and the bottom surface 12A and the radial wall 12B, 12C. It has a substantially rectangular opening 12E in a side view substantially rectangular shape opened by an outer diameter direction as a sealed fluid side, which is defined by a circumferential wall 12D formed as a wall surface to be sealed, and a sliding surface as viewed from the axial direction 11 is formed as a band-shaped groove along the circumferential direction.
  • groove 12 of a present Example is formed by laser processing, it may not be restricted to this and may be formed by another method.
  • the recessed grooves 12 are equally distributed in the circumferential direction of the sliding surface 11. Although the number and intervals of the grooves 12 are not limited to this, when the number of grooves 12 is too large, the dynamic pressure generated becomes large, and when it is too small, the grooves 12 extend in the circumferential direction of the sliding surface 11 It is preferable to distribute 6 to 24 equally because the change in dynamic pressure acting is large.
  • the length in the circumferential direction of the recessed groove 12 and the length (interval) between the recessed grooves 12 adjacent to each other in the circumferential direction are formed substantially the same.
  • groove 12 in the sliding face 11 are not limited to this.
  • the axial depth of the concave groove 12 is less than 5 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m or more, and the radial length R12 of the concave groove 12 is 1/1 of the radial length R11 of the sliding surface 11. It is formed at 2 or less, preferably at 1 ⁇ 4 or less (see FIG. 2). As a result, the total force (the buoyancy) of the total dynamic pressure generated in the recessed groove 12 does not become too large. Further, the recessed groove 12 is disposed only in the region on the outer diameter side in the radial direction of the sliding surface 11. Preferably, the recessed groove 12 is not disposed on the inner diameter side of the sliding surface 11.
  • the circumferential length c12 (see FIG. 5) of the recessed groove 12 is formed longer than the radial length R12 (see FIG. 2) of the recessed groove 12.
  • the mating ring 20 has an annular sliding surface 21 axially opposed to the sliding surface 11 of the seal ring 10.
  • the sliding surface 21 is a flat surface, and dimples 22 as a plurality of static pressure recesses are formed on the entire surface in the circumferential direction.
  • the sliding surface 21 can also be referred to as a land portion with respect to the dimple 22.
  • the radial length w21 of the sliding surface 21 of the mating ring 20 is longer than the radial length w11 of the sliding surface 11 of the seal ring 10 (w11 ⁇ w21) (FIG. 4). reference).
  • the maximum radial length r12 of the recessed groove 12 disposed on the outer diameter side of the sliding surface 11 of the seal ring 10 is suppressed.
  • the dimples 22 are formed in a semi-spheroid shape having a circular shape (see FIG. 3), an approximately elliptical radial cross section (see FIG. 4), and a circumferential elliptical cross section (see FIG. 5) in front view as viewed from the axial direction And six are arranged in a staggered manner in the radial direction on the entire surface of the sliding surface 21. Note that the entire surface of the sliding surface 21 indicates a region that slides substantially with the sliding surface 11.
  • the dimples 22 of this embodiment are formed by laser processing, the invention is not limited to this, and the dimples 22 may be formed by another method.
  • the depth dimension h22 of the dimple 22 is formed larger (r22 ⁇ h22) than the opening maximum diameter dimension r22 of the dimple 22 in a front view (see FIG. 4).
  • the dimples 22 have an enhanced function of supplying the fluid to be sealed to the opposing recessed groove 12 and an enhanced function of retaining the fluid to be sealed inside at a location where the recessed groove 12 is not opposed.
  • the depth dimension h22 of the dimple 22 may be smaller than or approximately the same as the opening maximum diameter dimension r22 of the dimple 22 in a front view.
  • the axial depth of the dimple 22 is preferably 10 ⁇ m or more at which the wedge action does not sufficiently act.
  • the depth dimension h22 of the dimple 22 is formed larger (h12 ⁇ h22) than the depth dimension h12 of the recessed groove 12.
  • the maximum radial direction length r12 of the recessed groove 12 is formed longer than the maximum radial direction length r22 of the dimples 22 (r22 ⁇ r12).
  • the maximum circumferential length c12 of the recessed groove 12 is formed longer (c22 ⁇ c12) than the maximum circumferential length c22 of the dimples 22.
  • at least a part of the concave groove 12 and the dimple 22 overlap in the radial direction between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the concave groove 12 mainly functions to generate a dynamic pressure between the sliding surfaces 11 and 21 to adjust the contact surface pressure between the sliding surfaces 11 and 21, and the dimples 22 mainly It has a function of supplying the fluid to be sealed which is held inside to the concave groove 12 side and a function of introducing static pressure from the side of the fluid to be sealed on the inner diameter side of the sliding surface 11 where the concave groove 12 is not formed.
  • the concave groove 12 is provided between the sliding surfaces 11 and 21 by introducing static pressure by the sealed fluid into the concave groove 12 from the opening 12E having a substantially rectangular shape in a side view opened in the outer diameter direction which is the sealed fluid side. Contributes to the generation of dynamic pressure in
  • the sliding surfaces 11 and 21 are formed into a corrugated shape by deformation due to surface roughness, waviness, and dynamic pressure microscopically.
  • the sliding surfaces 11 and 21 can be formed by generating dynamic pressure to the extent that the seal ring 10 and the mating ring 20 do not rise relative to each other completely by the action of the concave groove 12 and the dimple 22
  • the contact surface pressure can be suppressed while both sliding surfaces 11 and 21 are in contact with each other. It is possible to obtain a sliding part with less leakage of sealed fluid and low torque. Furthermore, surface roughness of the sliding surfaces 11 and 21 can be suppressed by the low torque.
  • the conventional dynamic pressure generating groove generates a fluid film to be fluid lubricated.
  • radial direction wall 12B, 12C does not need to be orthogonal to the bottom face 12A, for example, may cross in the inclined state.
  • the bottom surface 12A may not be parallel to the sliding surface 11, and may be, for example, an inclined surface.
  • the bottom surface 12A may not be flat, and may be, for example, a curved surface.
  • the cross-sectional shape of the dimples 22 may be formed into a rectangular shape shown in FIG. 6A or a conical shape shown in FIG.
  • a concave groove 212 as a semicircular dynamic pressure concave portion is formed on the sliding surface 211 of the seal ring 210 as a sliding part as viewed from the axial direction. ing.
  • the recessed groove 212 is open in the outer diameter direction which is the sealed fluid side.
  • a spiral groove 312 as a dynamic pressure concave portion is formed on the sliding surface 311 of the seal ring 310 as a sliding component.
  • the spiral groove 312 opens in the outer diameter direction which is the sealed fluid side, and the inner diameter side is closed.
  • a concave groove 412 as a substantially rectangular dynamic pressure concave portion in a front view seen from the axial direction It is formed.
  • the recessed groove 412 is not open in the radially outward direction, which is the sealed fluid side, by being surrounded by the land portion.
  • a Rayleigh step 512 as a substantially L-shaped dynamic pressure recess in a front view seen from the axial direction Is formed.
  • the Rayleigh step 512 is formed such that the depths of the radially and circumferentially extending grooves are the same, and the radially extending grooves are open in the radially outward direction which is the sealed fluid side.
  • a Rayleigh step 612 as a substantially L-shaped dynamic pressure recess in a front view seen from the axial direction Is formed.
  • a deep groove 631 extending in a radial direction is continuously formed in a circumferentially extending groove 630, and the deep groove 631 is opened in an outer diameter direction which is a sealed fluid side.
  • a substantially rectangular concave groove 712 as a dynamic pressure concave portion is seen in a front view seen from the axial direction. It is formed.
  • the recessed groove 712 is formed by continuously forming the grooves 731 and 732 inclined on both sides in the circumferential direction of the deep groove 730 formed substantially at the center in the circumferential direction, and the entire recessed groove 712 opens in the outer diameter direction which is the sealed fluid side doing.
  • dimples 812 are formed as circular dynamic pressure depressions in a front view seen from the axial direction There is.
  • the dimple 812 is disposed only on the outer diameter side of the sliding surface 811.
  • the maximum radial direction length of the dimple 812 is formed larger than the maximum radial direction length of the dimple 22 formed on the sliding surface 21 of the mating ring 20.
  • each dynamic pressure recess in FIGS. 7 (a) to 7 (g) is assumed to be shallow so as to generate a sufficient dynamic pressure.
  • the sliding component in the third embodiment will be described.
  • dimples as a plurality of circular static pressure recesses in the circumferential direction in a front view seen from the axial direction 222 are formed.
  • the dimples 222 are radially disposed on the entire surface of the sliding surface 221 in the radial direction.
  • the sliding surface 421 of the mating ring 320 as a sliding component has a plurality of rectangular static pressure recesses in the circumferential direction in a front view viewed from the axial direction.
  • Dimples 322 are formed. The dimples 322 are arranged in a zigzag in the radial direction on the entire surface of the sliding surface 321.
  • a spiral groove 422 as a dynamic pressure recess is formed on the sliding surface 421 of the mating ring 420 as a sliding component.
  • the spiral groove 422 is disposed on the entire surface of the sliding surface 421, and is open in the outer diameter direction and the inner diameter direction which is the sealed fluid side.
  • a plurality of rectangular static pressures adjacent in the circumferential direction in a front view seen from the axial direction A concave groove 522 as a concave portion is formed.
  • the recessed groove 522 is disposed only on the outer diameter side of the sliding surface 521 and is open in the outer diameter direction which is the sealed fluid side.
  • a concave groove 622 as a semicircular static pressure concave portion in a front view seen from the axial direction Is formed.
  • the recessed groove 622 is open in the outer diameter direction which is the sealed fluid side.
  • a concave groove 722 as a rectangular static pressure concave portion in a front view seen from the axial direction. It is formed.
  • the recessed groove 722 is open in the outer diameter direction which is the sealed fluid side.
  • each static pressure recess in FIGS. 8 (a) to 8 (f) is formed deep enough not to generate a sufficient dynamic pressure, so that the sealed fluid can be supplied and held. ing.
  • the mechanical seal for general industrial machines was explained to the example, other mechanical seals, such as for water pumps, may be used. Also, the mechanical seal may be of the outside type.
  • the dynamic pressure recess is provided on the seal ring and the static pressure recess is provided on the mating ring.
  • the static pressure recess may be provided on the seal ring and the dynamic pressure recess may be provided on the mating ring .

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Abstract

高圧の被密封流体の漏れが少なくかつ低トルクの摺動部品を提供する。　円環状のメイティングリング２０と、円環状のシールリング１０とが対向して各摺動面１１，２１を相対回転させることにより、当該相対回転摺動する摺動面１１，２１の径方向の一方側に存在する被密封流体を密封する摺動部品において、シールリング１０の摺動面１１には、メイティングリング２０との相対回転摺動により動圧を生起する動圧凹部１２が円周方向に分離されて複数形成され、メイティングリング２０の摺動面２１には、動圧凹部１２よりも深さの深い静圧凹部２２が動圧凹部１２と協働する位置に円周方向に複数形成される。

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、一般産業機械またはその他のシール分野のメカニカルシール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密封装置として、相対回転し、かつ平面上の端面同士が摺動するように構成された２部品からなるもの、例えば、メカニカルシールにおいて、密封性を長期的に維持させるためには、「密封」と「潤滑」という相反する条件を両立させなければならない。特に、近年においては、環境対策等のために、被密封流体の漏れ防止を図りつつ、機械的損失を低減させるべく、より一層、低摩擦化の要求が高まっている。低摩擦化の手法としては、回転により摺動面間に動圧を発生させ、液膜を介在させた状態で摺動することにより達成できる。
　従来、回転により摺動面間に動圧を発生させるようにしたメカニカルシールとして、例えば特許文献１に記載された密封装置が知られている。摺動部品の一方であるメイティングリングの摺動面には、回転時に動圧を発生させる動圧発生溝が複数設けられている。また、摺動部品の他方であるシールリングの摺動面は平坦に形成されている。摺動部品が相対回転すると、動圧発生溝の回転方向上流側は負圧となる一方、同下流側では正圧が生じ、動圧発生溝の回転方向下流側の端面壁によるくさび作用によって正圧が大きくなり、全体として正圧が作用し、大きな浮力が得られるというものである。
　特許文献１の密封装置は、摺動面間に正圧が発生するため、流体が正圧部分から摺動面外へ流出する。この流体の流出は、シールの場合の被密封流体の漏れに該当する。そこで、動圧発生溝内または同溝外に微小溝等を形成してポンピング機能を付与し、摺動部品の始動時に、方向性を持った流体を摺動面間に流すことで漏れを低減するものも開発されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３０６６３６７号公報（第３頁、第１図） 特許第５９６０１４５号公報（第１０頁、第４図）
　ところで、高圧の被密封流体を対象とする摺動部品においても更なる「密封」と「潤滑」の向上が求められている。特許文献２の摺動部品は、被密封流体が高圧になるにつれてポンピング用の微小溝の溝形状（深さ、幅、長さ、角度等）を最適化してもポンピング作用が期待できない程低くなる傾向にあり、潤滑性を維持しつつ漏れを十分に抑制できない虞があった。また、特許文献１等の密封装置のように動圧発生溝により動圧を発生させることが考えられるが、被密封流体が高圧であるため大きな浮力を得るためには動圧発生溝の深さを浅くする必要があることから、この場合には、動圧発生溝に十分に被密封流体が供給されず貧潤滑となって潤滑性が悪化する虞があった。このように、いずれの文献の技術によっても、高圧の被密封流体を対象とする摺動部品において、動圧発生溝の機能によっていわゆる流体潤滑状態を維持することは困難であって、漏れが多いまたは高トルクの摺動部品となってしまうという問題があった。
　本発明は、従来技術の問題を解決するためになされたもので、高圧の被密封流体の漏れが少なくかつ低トルクの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、
　円環状のメイティングリングと、円環状のシールリングとが対向して各摺動面を相対回転させることにより、当該相対回転摺動する前記摺動面の径方向の一方側に存在する被密封流体を密封する摺動部品において、
　前記メイティングリングまたは前記シールリングのいずれか一方の摺動面には、前記メイティングリングと前記シールリングとの相対回転摺動により動圧を生起する動圧凹部が円周方向に分離されて複数形成され、
　前記メイティングリングまたは前記シールリングの他方の摺動面には、前記動圧凹部よりも深さの深い静圧凹部が前記動圧凹部と協働する位置に円周方向に複数形成されることを特徴としている。
　この特徴によれば、シールリングとメイティングリングとの相対回転時に、動圧凹部は、動圧凹部よりも深さの深い静圧凹部の対向部や対向部近傍を通過し、静圧凹部から被密封流体が供給され得るようになっているため、貧潤滑となることなく確実に動圧を生じさせることができる。このとき、動圧凹部は、主に摺動面間に動圧を発生させて摺動面間の接触面圧を調整する機能を果たすとともに、静圧凹部は、主にその内部に保持する被密封流体を動圧凹部側に供給する機能を果たしている。このようにして、シールリングとメイティングリングとが互いに完全に相対的に浮上しない程度に動圧を発生させることにより、両摺動面が互いに接触状態にありながら接触面圧が抑えられるため、高圧の被密封流体の漏れが少なくかつ低トルクの摺動部品を得ることができる。
　好適には、前記動圧凹部と前記静圧凹部とは、前記メイティングリングまたは前記シールリングの径方向において少なくとも一部がオーバーラップしている。
　これによれば、シールリングとメイティングリングとの相対回転時に、動圧凹部は、動圧凹部よりも深さの深い静圧凹部の対向部を確実に通過し、静圧凹部から被密封流体が供給され得るため、貧潤滑となることなく確実に動圧を生じさせることができる。
　好適には、前記動圧凹部は、前記被密封流体側に開放されている。
　これによれば、動圧凹部に被密封流体による静圧が加わるため、貧潤滑となることなく確実に動圧を生じさせることができる。
　好適には、前記動圧凹部は、帯形状である。
　これによれば、動圧凹部と静圧凹部とが協働することによって動圧発生効率および静圧発生効率を高めることができる。
　好適には、前記静圧凹部は、ディンプルである。
　これによれば、動圧凹部と静圧凹部とが協働することによって動圧発生効率および静圧発生効率を高めることができる。
　好適には、前記動圧凹部は、正面視円周方向に沿った帯形状であり、前記静圧凹部は、ディンプルである。
　これによれば、動圧凹部と静圧凹部とが協働することによって動圧発生効率および静圧発生効率を高めることができる。
　好適には、前記動圧凹部は、前記メイティングリングまたは前記シールリングのいずれか一方の摺動面の前記被密封流体側のみに配置されている。
　これによれば、シールリングとメイティングリングとの相対回転時に、被密封流体側における貧潤滑を防止できる。
　好適には、前記動圧凹部は、前記メイティングリングまたは前記シールリングのいずれか一方の摺動面の径方向において前記被密封流体側の１／４以下の領域にのみ配置されている。
　これによれば、シールリングとメイティングリングとの相対回転時に、被密封流体側における貧潤滑を防止でき、かつ過度な浮力を発生させずに被密封流体の漏れを少なくできる。
　好適には、前記静圧凹部は、前記メイティングリングまたは前記シールリングの他方の摺動面の全面に配置されている。
　これによれば、静圧凹部は、対向する動圧凹部に被密封流体を供給するとともに、動圧凹部が対向しない箇所において内部に被密封流体を保持することにより、貧潤滑になり難くなっている。
　好適には、前記静圧凹部は、その深さ寸法がその正面視における開口最大径寸法よりも大きい。
　これによれば、静圧凹部は、対向する動圧凹部に被密封流体を供給する機能が高められるとともに、動圧凹部が対向しない箇所において内部に被密封流体を保持する機能が高められる。
　好適には、前記被密封流体は、０．１ＭＰａ以上の高圧液体である。
　これによれば、被密封流体が高圧でも摺動面の面荒れが少なくかつ漏れが少ない。
本発明の実施例１に係る一般産業機械用のメカニカルシールの一例を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る動圧凹部が形成されたシールリングの摺動面を示す平面図である。 図２のシールリングに対向配置される静圧凹部が形成されたメイティングリングの摺動面を示す平面図である。 図２および図３のシールリングおよびメイティングリングを径方向で切った非回転時の断面図である。 図２および図３のシールリングおよびメイティングリングによる動圧発生を説明するための周方向で切った回転時の断面模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施例１の静圧凹部の変形例を示す断面図である。 （ａ）～（ｇ）は、本発明の実施例２に係る動圧凹部が形成されたシールリングの摺動面を示す平面図である。 （ａ）～（ｆ）は、本発明の実施例３に係る静圧凹部が形成されたメイティングリングの摺動面を示す平面図である。
　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５を参照して説明する。尚、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被密封流体側、内周側を大気側として説明する。
　図１に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面の外周側から内周側に向かって漏れようとする被密封流体を密封するインサイド形のものであって、回転軸１側にスリーブ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摺動部品としてのメイティングリング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円環状の摺動部品としてのシールリング１０と、から主に構成され、ベローズ７によってシールリング１０が軸方向に付勢されることにより、ラッピング等により鏡面仕上げされたシールリング１０の摺動面１１とメイティングリング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、本実施における被密封流体は、０．１ＭＰａ以上の高圧液体であるものとする。
　シールリング１０およびメイティングリング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に示されるように、シールリング１０は、軸方向一端に軸方向から見た正面視において環状の摺動面１１を有している。摺動面１１は、平坦面であって、円周方向に分離される複数の動圧凹部としての凹溝１２が形成されている。尚、摺動面１１は、凹溝１２に対してランド部とも言える。
　凹溝１２は、摺動面１１と平行な平面として形成される底面１２Ａと、底面１２Ａに直交する壁面として形成される径方向壁１２Ｂ，１２Ｃと、底面１２Ａおよび径方向壁１２Ｂ，１２Ｃに直交する壁面として形成される周方向壁１２Ｄとにより画成され、被密封流体側としての外径方向に開放する側面視略矩形の開口１２Ｅを有し、軸方向から見た正面視において摺動面１１の円周方向に沿った帯形状の溝として形成されている。尚、本実施例の凹溝１２は、レーザ加工により形成されているが、これに限らず、他の方法で形成されてもよい。
　また、凹溝１２は、摺動面１１の周方向に１２等配されている。尚、凹溝１２の数や間隔はこれに限定されるものではないが、凹溝１２の数は、多すぎると発生する動圧が大きくなり、少なすぎると摺動面１１の周方向に亘って作用する動圧の変化が大きくなるため、６～２４等配されることが好ましい。
　また、凹溝１２の周方向の長さと、周方向に隣接する凹溝１２，１２間の長さ（間隔）は、略同一に形成されている。尚、摺動面１１における凹溝１２の周方向の長さと間隔は、これに限定されるものではない。
　また、凹溝１２の軸方向の深さは、５μｍ未満、好ましくは１μｍ以上に形成され、凹溝１２の径方向の長さＲ１２は、摺動面１１の径方向の長さＲ１１の１／２以下、好ましくは１／４以下に形成されている（図２参照）。これにより、凹溝１２で発生する各動圧の全体の合計の力（浮力）が大きくなり過ぎることがない。また、凹溝１２は、摺動面１１の径方向において外径側の領域にのみ配置されている。尚、凹溝１２は、摺動面１１の内径側に配置されないことが好ましい。これにより、シールリング１０とメイティングリング２０との相対回転時に、摺動面１１の外径側が対向する摺動面２１と直接接触し難くなり、回転速度の速い外径側における貧潤滑を防止できる。さらに、凹溝１２の周方向の長さｃ１２（図５参照）は、凹溝１２の径方向の長さＲ１２（図２参照）よりも長く形成されている。
　図３に示されるように、メイティングリング２０は、シールリング１０の摺動面１１と軸方向に対向する環状の摺動面２１を有している。摺動面２１は、平坦面であって、円周方向に複数の静圧凹部としてのディンプル２２が全面に形成されている。尚、摺動面２１は、ディンプル２２に対してランド部とも言える。
　また、メイティングリング２０の摺動面２１の径方向の長さｗ２１は、シールリング１０の摺動面１１の径方向の長さｗ１１よりも長く（ｗ１１＜ｗ２１）形成されている（図４参照）。これにより、シールリング１０の摺動面１１の外径側に配置される凹溝１２の最大径方向長さｒ１２が抑えられている。
　ディンプル２２は、軸方向から見た正面視において円形（図３参照）、径方向断面略楕円形（図４参照）、周方向断面略楕円形（図５参照）の半回転楕円体状に形成され、摺動面２１の全面に径方向に６個ずつ千鳥配置されている。尚、摺動面２１の全面とは、摺動面１１との実質的に摺動する領域のことを示している。尚、本実施例のディンプル２２は、レーザ加工により形成されているが、これに限らず、他の方法で形成されてもよい。
　また、ディンプル２２の深さ寸法ｈ２２は、正面視におけるディンプル２２の開口最大径寸法ｒ２２よりも大きく（ｒ２２＜ｈ２２）形成されている（図４参照）。これにより、ディンプル２２は、対向する凹溝１２に被密封流体を供給する機能が高められるとともに、凹溝１２が対向しない箇所において内部に被密封流体を保持する機能が高められる。尚、ディンプル２２の深さ寸法ｈ２２は、正面視におけるディンプル２２の開口最大径寸法ｒ２２よりも小さく、または略同一に形成されていてもよい。また、ディンプル２２の軸方向の深さは、くさび作用が十分に作用しない１０μｍ以上であることが好ましい。
　図４に示されるように、ディンプル２２の深さ寸法ｈ２２は、凹溝１２の深さ寸法ｈ１２よりも大きく（ｈ１２＜ｈ２２）形成されている。また、凹溝１２の最大径方向長さｒ１２は、ディンプル２２の最大径方向長さｒ２２よりも長く（ｒ２２＜ｒ１２）形成されている。さらに、図５に示されるように、凹溝１２の最大周方向長さｃ１２は、ディンプル２２の最大周方向長さｃ２２よりも長く（ｃ２２＜ｃ１２）形成されている。このように、凹溝１２とディンプル２２とは、摺動面１１，２１間の径方向において少なくとも一部がオーバーラップしている。
　次いで、摺動面１１，２１間における動圧発生について説明する。図５に示されるように、シールリング１０とメイティングリング２０とが相対回転（回転方向は、図５において径方向壁１２Ｂ側から径方向壁１２Ｃ側に向かう白矢印で図示する方向）すると、凹溝１２の回転方向側（すなわち図５の径方向壁１２Ｃ側）は負圧となる一方、反回転方向側（すなわち図５の径方向壁１２Ｂ側）は正圧が生じ、凹溝１２の反回転方向側の径方向壁１２Ｂによるくさび作用によって正圧が大きくなり、全体として正圧が作用し、大きな浮力が得られる。また、凹溝１２は、凹溝１２よりも深さの深いディンプル２２の対向部や対向部近傍を通過し、ディンプル２２から被密封流体が供給されるため、貧潤滑となることなく確実に動圧を発生させることができる。このとき、凹溝１２は、主に摺動面１１，２１間に動圧を発生させて摺動面１１，２１間の接触面圧を調整する機能を果たすとともに、ディンプル２２は、主にその内部に保持する被密封流体を凹溝１２側に供給する機能および凹溝１２が形成されない摺動面１１の内径側において静圧を被密封流体側から導入する機能を果たしている。さらに、凹溝１２は、被密封流体側である外径方向に開放する側面視略矩形の開口１２Ｅから凹溝１２に被密封流体による静圧を導入することにより、摺動面１１，２１間における動圧の発生に寄与している。尚、図５に模式的に示すように、摺動面１１，２１は微視的には表面の粗さ、うねり、動圧による変形によって波打つ形状となっている。
　このように、凹溝１２とディンプル２２の恊働によって、シールリング１０とメイティングリング２０とが互いに完全に相対的に浮上しない程度に動圧を発生させることにより、摺動面１１、２１同士は、流体潤滑と境界潤滑とが混合した混合潤滑となり、互いに一部が接触した状態となることで、両摺動面１１、２１が互いに接触状態にありながら接触面圧が抑えられるため、高圧の被密封流体の漏れが少なくかつ低トルクの摺動部品を得ることができる。さらに、低トルクとなることにより、摺動面１１、２１の面荒れを抑えることができる。尚、実施例１とは異なり、従来の動圧発生溝は流体潤滑となる流体膜を発生させるものであった。
　尚、実施例１における凹溝１２の変形例として、径方向壁１２Ｂ，１２Ｃは、底面１２Ａに直交しなくてもよく、例えば傾斜した状態で交差してもよい。また、底面１２Ａは、摺動面１１に対して平行でなくともよく、例えば傾斜面であってもよい。さらに、底面１２Ａは、平面でなくてもよく、例えば湾曲面であってもよい。
　また、実施例１におけるディンプル２２の変形例として、ディンプル２２の断面形状は、図６（ａ）に示される矩形、図６（ｂ）に示される円錐形に形成されてもよい。
　次に、実施例２に係る摺動部品につき、図７を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
　実施例２における摺動部品について説明する。図７（ａ）に示されるように、摺動部品としてのシールリング２１０の摺動面２１１には、軸方向から見た正面視において半円形状の動圧凹部としての凹溝２１２が形成されている。凹溝２１２は、被密封流体側である外径方向に開放している。
　また、図７（ｂ）に示されるように、摺動部品としてのシールリング３１０摺動面３１１には、動圧凹部としてのスパイラル溝３１２が形成されている。スパイラル溝３１２は、被密封流体側である外径方向に開放し、内径側は閉塞している。
　また、図７（ｃ）に示されるように、摺動部品としてのシールリング４１０の摺動面４１１には、軸方向から見た正面視において略矩形状の動圧凹部としての凹溝４１２が形成されている。凹溝４１２は、周囲をランド部に囲われることにより、被密封流体側である外径方向に開放していない。
　また、図７（ｄ）に示されるように、摺動部品としてのシールリング５１０の摺動面５１１には、軸方向から見た正面視において略Ｌ字状の動圧凹部としてのレイリーステップ５１２が形成されている。レイリーステップ５１２は、径方向および周方向に延びる溝の深さが同一に形成され、径方向に延びる溝が被密封流体側である外径方向に開放している。
　また、図７（ｅ）に示されるように、摺動部品としてのシールリング６１０の摺動面６１１には、軸方向から見た正面視において略Ｌ字状の動圧凹部としてのレイリーステップ６１２が形成されている。レイリーステップ６１２は、周方向に延びる溝６３０に径方向に延びる深溝６３１が連続して形成され、深溝６３１が被密封流体側である外径方向に開放している。
　また、図７（ｆ）に示されるように、摺動部品としてのシールリング７１０の摺動面７１１には、軸方向から見た正面視において動圧凹部としての略矩形状の凹溝７１２が形成されている。凹溝７１２は、周方向略中央に形成される深溝７３０の周方向両側に傾斜する溝７３１，７３２がそれぞれ連続して形成され、凹溝７１２全体が被密封流体側である外径方向に開放している。
　また、図７（ｇ）に示されるように、摺動部品としてのシールリング８１０の摺動面８１１には、軸方向から見た正面視において円形の動圧凹部としてのディンプル８１２が形成されている。ディンプル８１２は、摺動面８１１の外径側にのみ配置されている。尚、説明の便宜上、図示を省略するが、ディンプル８１２の最大径方向長さは、メイティングリング２０の摺動面２１に形成されるディンプル２２の最大径方向長さよりも大きく形成されている。
　尚、図７（ａ）～図７（ｇ）における各動圧凹部の軸方向の深さは、動圧を十分に発生させることができるように浅く形成されるものとする。
　次に、実施例３に係る摺動部品につき、図８を参照して説明する。尚、前記実施例に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
　実施例３における摺動部品について説明する。図８（ａ）に示されるように、摺動部品としてのメイティングリング２２０の摺動面２２１には、軸方向から見た正面視において円周方向に複数の円形の静圧凹部としてのディンプル２２２が形成されている。ディンプル２２２は、摺動面２２１の全面に径方向に放射状に配置されている。
　また、図８（ｂ）に示されるように、摺動部品としてのメイティングリング３２０の摺動面４２１には、軸方向から見た正面視において円周方向に複数の矩形の静圧凹部としてのディンプル３２２が形成されている。ディンプル３２２は、摺動面３２１の全面に径方向に千鳥状に配置されている。
　また、図８（ｃ）に示されるように、摺動部品としてのメイティングリング４２０の摺動面４２１には、動圧凹部としてのスパイラル溝４２２が形成されている。スパイラル溝４２２は、摺動面４２１の全面に配置され、被密封流体側である外径方向および内径方向に開放している。
　また、図８（ｄ）に示されるように、摺動部品としてのメイティングリング５２０の摺動面５２１には、軸方向から見た正面視において円周方向に隣接する複数の矩形の静圧凹部としての凹溝５２２が形成されている。凹溝５２２は、摺動面５２１の外径側にのみ配置され、被密封流体側である外径方向に開放している。
　また、図８（ｅ）に示されるように、摺動部品としてのメイティングリング６２０の摺動面６２１には、軸方向から見た正面視において半円形状の静圧凹部としての凹溝６２２が形成されている。凹溝６２２は、被密封流体側である外径方向に開放している。
　また、図８（ｆ）に示されるように、摺動部品としてのメイティングリング７２０の摺動面７２１には、軸方向から見た正面視において矩形状の静圧凹部としての凹溝７２２が形成されている。凹溝７２２は、被密封流体側である外径方向に開放している。
　尚、図８（ａ）～図８（ｆ）における各静圧凹部の軸方向の深さは、動圧を十分に発生させない程度に深く形成され、被密封流体を供給・保持できるようになっている。
　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。
　また、前記実施例では、メカニカルシールを構成する部品が摺動部品である場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
　例えば、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、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、メカニカルシールは、アウトサイド形のものであってもよい。
　また、前記実施例では、動圧凹部をシールリングに、静圧凹部をメイティングリングに設ける例について説明したが、静圧凹部をシールリングに、動圧凹部をメイティングリングに設けてもよい。
　また、摺動部品として、メカニカルシールを例について説明したが、すべり軸受等メカニカルシール以外の摺動部品であってもよい。
１　　　　　　　　回転軸
２　　　　　　　　スリーブ
４　　　　　　　　ハウジング
５　　　　　　　　シールカバー
７　　　　　　　　ベローズ
１０　　　　　　　シールリング（摺動部品）
１１　　　　　　　摺動面
１２　　　　　　　凹溝（動圧凹部）
１２Ａ　　　　　　底面
１２Ｂ，１２Ｃ　　径方向壁
１２Ｄ　　　　　　周方向壁
１２Ｅ　　　　　　開口
２０　　　　　　　メイティングリング（摺動部品）
２１　　　　　　　摺動面
２２　　　　　　　ディンプル（静圧凹部）
２１０～８１０　　シールリング（摺動部品）
２１１～８１１　　摺動面
２１２　　　　　　凹溝（動圧凹部）
２２０～７１０　　メイティングリング（摺動部品）
２２１～７２１　　摺動面
２２２　　　　　　ディンプル（静圧凹部）
３１２　　　　　　スパイラル溝（動圧凹部）
３２２　　　　　　ディンプル（静圧凹部）
４１２　　　　　　凹溝（動圧凹部）
４２２　　　　　　スパイラル溝（静圧凹部）
５１２　　　　　　レイリーステップ（動圧凹部）
５２２　　　　　　凹溝（静圧凹部）
６１２　　　　　　レイリーステップ（動圧凹部）
６２２　　　　　　凹溝（静圧凹部）
７１２　　　　　　凹溝（動圧凹部）
７２２　　　　　　凹溝（静圧凹部）
８１２　　　　　　ディンプル（動圧凹部）

Claims (11)

  1. 　円環状のメイティングリングと、円環状のシールリングとが対向して各摺動面を相対回転させることにより、当該相対回転摺動する前記摺動面の径方向の一方側に存在する被密封流体を密封する摺動部品において、
    　前記メイティングリングまたは前記シールリングのいずれか一方の摺動面には、前記メイティングリングと前記シールリングとの相対回転摺動により動圧を生起する動圧凹部が円周方向に分離されて複数形成され、
    　前記メイティングリングまたは前記シールリングの他方の摺動面には、前記動圧凹部よりも深さの深い静圧凹部が前記動圧凹部と協働する位置に円周方向に複数形成されることを特徴とする摺動部品。
  2. 　前記動圧凹部と前記静圧凹部とは、前記メイティングリングまたは前記シールリングの径方向において少なくとも一部がオーバーラップしている請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記動圧凹部は、前記被密封流体側に開放されている請求項１または２に記載の摺動部品。
  4. 　前記動圧凹部は、帯形状である請求項３に記載の摺動部品。
  5. 　前記静圧凹部は、ディンプルである請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
  6. 　前記動圧凹部は、正面視円周方向に沿った帯形状であり、前記静圧凹部は、ディンプルである請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部品。
  7. 　前記動圧凹部は、前記メイティングリングまたは前記シールリングのいずれか一方の摺動面の前記被密封流体側のみに配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。
  8. 　前記動圧凹部は、前記メイティングリングまたは前記シールリングのいずれか一方の摺動面の径方向において前記被密封流体側の１／４以下の領域にのみ配置されている請求項７に記載の摺動部品。
  9. 　前記静圧凹部は、前記メイティングリングまたは前記シールリングの他方の摺動面の全面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。
  10. 　前記静圧凹部は、その深さ寸法がその正面視における開口最大径寸法よりも大きい請求項１ないし９のいずれかに記載の摺動部品。
  11. 　前記被密封流体は、０．１ＭＰａ以上の高圧液体である請求項１ないし１０のいずれかに記載の摺動部品。
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