WO2023027003A1 - 摺動部品 - Google Patents

Abstract

コンタミを摺動面間に排出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と相対摺動し、その摺動面１１には、被密封流体側または漏れ側の少なくとも一方の空間に連通する流体導入溝１４と、流体導入溝１４に連通して周方向に延設される動圧発生溝１５と、が設けられた摺動部品１０であって、動圧発生溝１５の両側縁１５ｅ，１５ｆと終端縁１５ｇとは、平面視で湾曲して連続している。

Description

摺動部品

　本発明は、回転機械の回転軸とケースとの間を軸封する軸封装置に用いられる摺動部品に関する。

　回転機械において回転軸周辺の被密封流体の漏れを防止する軸封装置として、例えば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からなるメカニカルシールが知られている。このようなメカニカルシールにおいては、近年、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おり、摺動部品の摺動面に被密封液体側に連通するとともに摺動面において一端が閉塞する正圧発生溝を設けているものがある。

　例えば、特許文献１に示されるメカニカルシールは、一方の摺動部品の摺動面において、径方向に延び被密封液体側に連通し漏れ側に連通しない流体導入溝と、該流体導入溝に連通して相対回転方向に延設される正圧発生溝とから構成される正圧発生機構が、ランド部を介し周方向に複数設けられている。これによれば、摺動部品の相対回転時には、被密封流体が流体導入溝を経て正圧発生溝に導入され、正圧発生溝の相対回転方向の端部の壁部に被密封流体が集中して正圧が発生して摺動面同士が離間するとともに、摺動面に被密封流体の流体膜が形成されることで潤滑性が向上し、低摩擦化を実現している。

特許第６４４４４９２号公報（第１２頁、第７図）

　特許文献１の摺動部品にあっては、被密封流体は正圧発生溝の一対の側面に沿って流れた後、終端面およびその近傍から摺動部品間に供給されることで、摺動部品間を低摩擦化することができるようになっている。しかしながら、特許文献１のような摺動部品にあっては、正圧発生溝を構成する側面と終端面との境界部分には略直角をなす角部が形成されており、被密封流体が流体導入溝から正圧発生溝の終端部に向けて移動する際にこの角部近傍で渦が生じること等により、該角部において被密封流体の流れが生じにくい部分が生じ、当該部分に被密封流体に含まれるコンタミが停滞・蓄積される虞があった。この正圧発生溝の角部に蓄積されたコンタミは、正圧発生溝の性能に影響を及ぼす、またはアブレッシブ摩耗を生じさせやすく摺動面の破損を引き起こす等の虞がある。尚、本願において、「コンタミ」とはコンタミネーション（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）の略称であり、多細粒子状の導電性異物などの「粒子状異物」を意味する。

　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、コンタミを摺動面間に排出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し、その摺動面には、被密封流体側または漏れ側の少なくとも一方の空間に連通する流体導入溝と、前記流体導入溝に連通して周方向に延設される動圧発生溝と、が設けられた摺動部品であって、
　前記動圧発生溝の両側縁と閉塞縁とは、平面視で湾曲して連続している。
　これによれば、動圧発生溝に正圧が発生すると、動圧発生溝の閉塞部において、流体が両側縁と閉塞縁とが連続する湾曲部分に沿って円滑に移動し、閉塞縁とその近傍から摺動面間に流出するため、流体に含まれるコンタミを動圧発生溝の閉塞部で蓄積させることなく、摺動面間に排出することができる。

　前記側縁から深さ方向に延びる側面と前記閉塞縁から深さ方向に延びる閉塞面が湾曲して連続していてもよい。
　これによれば、側縁から深さ方向に延びる側面と閉塞縁から深さ方向に延びる閉塞面が湾曲して連続しているため、動圧発生溝の閉塞部の深さ方向に亘って流体を円滑に移動させることができる。

　前記両側面と前記閉塞面とが平面視で曲率半径を有する曲面により連続していてもよい。
　これによれば、コンタミを１つの曲率の曲面に沿って円滑に移動させることができる。

　前記閉塞面は、曲率半径を有する曲面であってもよい。
　これによれば、コンタミを１つの曲率の閉塞面に沿って円滑に移動させることができる。

　前記動圧発生溝を構成する底面と前記閉塞面とは断面視で湾曲して連続している。
　これによれば、閉塞面の近傍では、底面により摺動面側に向けて流体の移動が案内されるため、コンタミを摺動面間に排出しやすい。

　前記流体導入溝は前記被密封流体側の空間に連通しており、前記摺動面には、前記漏れ側の空間に連通し、前記被密封流体側の空間に連通しないスパイラル溝が設けられていてもよい。
　これによれば、スパイラル溝により漏れ側の流体が摺動面間に供給されるため、摺動面間に排出されたコンタミが漏れ側の空間に移動することが抑制される。

本発明の実施例１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。 実施例１における静止密封環の摺動面を軸方向から見た図である。 実施例１における静止密封環の摺動面を軸方向から見た拡大図である。 実施例１における動圧発生溝の閉塞部の形状を示す平面図である。 実施例１における動圧発生溝の閉塞部の形状を示す断面図である。 本発明の実施例２における動圧発生溝の閉塞部の形状を示す平面図である。 本発明の実施例３における動圧発生溝の閉塞部の形状を示す平面図である。 本発明の実施例４における動圧発生溝の閉塞部の形状を示す平面図である。 本発明の実施例５における動圧発生溝の閉塞部の形状を示す平面図である。 本発明の実施例６における静止密封環の摺動面を軸方向から見た拡大図である。 本発明の実施例７における静止密封環の摺動面を軸方向から見た拡大図である。 本発明の実施例８における静止密封環の摺動面を軸方向から見た拡大図である。

　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、メカニカルシールの内空間Ｓ１に被密封流体Ｆが存在し、外空間Ｓ２に大気Ａ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内径側を被密封流体側（高圧側）、外径側を漏れ側（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に示される自動車用のメカニカルシールは、摺動面の内径側から外径側に向かって漏れようとする内空間Ｓ１内の被密封流体Ｆを密封し外空間Ｓ２が大気Ａに通ずるアウト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、他方の摺動部品としての回転密封環２０と、一方の摺動部品としての静止密封環１０と、から主に構成されている。回転密封環２０は円環状をなし、回転軸１にスリーブ２を介して回転軸１と共に回転可能な状態で設けられている。静止密封環１０は円環状をなし、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に移動可能な状態で設けられている。弾性部材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に対して相手側密封環である回転密封環２０が実線矢印で示すように時計回りに相対摺動するようになっている。

　静止密封環１０の摺動面１１には、内径側において複数の動圧発生機構１３が周方向に均等に配設（本実施例では８個）されている。

　また、摺動面１１における動圧発生機構１３以外の部分は平坦面を成すランド１２となっている。ランド１２の平坦面が回転密封環２０の摺動面２１と実質的に摺動する摺動面として機能している。

　図３に示されるように、動圧発生機構１３は、流体導入溝１４と、動圧発生溝としてのレイリーステップ１５と、から構成されている。流体導入溝１４は内空間Ｓ１に連通して外空間Ｓ２に連通しないように径方向に延びている。レイリーステップ１５は流体導入溝１４の外径側から時計回り方向に静止密封環１０と同心状に周方向に延びている。流体導入溝１４の深さは、レイリーステップ１５の深さよりも深く形成されている。

　流体導入溝１４は、底面１４ａと、側面１４ｂ，１４ｃと、外径側の端面１４ｄと、から構成されている。底面１４ａはランド１２の平坦面と平行に径方向に延びている。側面１４ｂ，１４ｃは底面１４ａの周方向両端縁から立ち上がっている。外径側の端面１４ｄは底面１４ａの外径端から立ち上がり側面１４ｂ，１４ｃを連結している。側面１４ｂにはレイリーステップ１５に連通する開口１４Ａが形成されている。また、流体導入溝１４の内径側には、内空間Ｓ１に連通する開口１４Ｂが形成されている。尚、底面１４ａは、外径側に向けてランド１２に近づくように、すなわち浅くなるように傾斜していてもよい。

　図４及び図５を参照して、レイリーステップ１５は、底面１５ａと、側面１５ｂ，１５ｃと、相対回転下流側の閉塞面としての終端面１５ｄと、から主に構成されている。底面１５ａはランド１２の平坦面と平行に径方向に延びている。側面１５ｂ，１５ｃは底面１５ａの周方向両端縁からランド１２の平坦面に向けて立ち上がっている。相対回転下流側の終端面１５ｄは底面１５ａの周方向端縁から側面１５ｂ，１５ｃに連続している。以下、レイリーステップ１５における終端面１５ｄ近傍の部位を終端部１５Ａといい、終端部１５Ａは閉塞形状をなしている。すなわち終端部１５Ａは閉塞部として機能している。

　図４に示されるように、側面１５ｂ，１５ｃは、互いに平行に主に相対回転方向に延びる円弧面であり、終端面１５ｄは主に相対回転方向と交差する方向に延びる平面である。側面１５ｂ，１５ｃの離間幅、すなわちレイリーステップ１５の径方向の幅寸法Ｗは周方向に一定となっている。

　また、図５に示されるように、底面１５ａとランド１２の平坦面との離間幅、すなわちレイリーステップ１５の深さ寸法Ｄは周方向に一定となっている。

　また、図４及び図５に示されるように、レイリーステップ１５の深さ寸法Ｄはレイリーステップ１５の幅寸法Ｗよりも小さい（Ｄ＜Ｗ）。好ましくは、レイリーステップ１５の深さ寸法Ｄはレイリーステップ１５の幅寸法Ｗの１／１０以下の大きさとなっている。

　側面１５ｂ，１５ｃは、それらの上端、詳しくはランド１２の平坦面に連なる箇所に側縁１５ｅ，１５ｆを有し、終端面１５ｄは、その上端、詳しくはランド１２の平坦面に連なる箇所に閉塞縁としての終端縁１５ｇを有している。言い換えれば、側面１５ｂ，１５ｃは側縁１５ｅ，１５ｆから深さ方向に延びており、終端面１５ｄは終端縁１５ｇから深さ方向に延びている。

　特に図４に示されるように、これら側縁１５ｅ，１５ｆ及び終端縁１５ｇは平面視で湾曲して連続している。詳しくは、側縁１５ｅ，１５ｆを有する側面１５ｂ，１５ｃは、終端縁１５ｇを有する終端面１５ｄの径方向両端に対して平面視で同じ曲率半径Ｒ１を有する曲面１５ｈ，１５ｊの上縁１５ｍ、１５ｎにより連続している。尚、曲面１５ｈ，１５ｊに隣接して図示されている一点鎖線の円は、曲率半径Ｒ１を説明するための仮想線である。さらに尚、以下、曲率半径を説明するために上記のような仮想線を図示することもある。

　外径側の曲面１５ｈは、平面視で相対回転下流外径側、すなわち時計回り方向の外径側に凸をなしている。内径側の曲面１５ｊは平面視で相対回転下流内径側、すなわち時計回り方向内径側に凸をなしている。言い換えれば、曲面１５ｈ，１５ｊの曲率中心はレイリーステップ１５の内側に配置されている。

　また、特に図５に示されるように、底面１５ａと終端面１５ｄとは断面視で湾曲して連続している。詳しくは、底面１５ａと終端面１５ｄとは断面視で曲率半径Ｒ２を有する曲面１５ｋにより連続している。曲面１５ｋは、断面視で相対回転下流側深さ方向、すなわち時計回り方向且つ回転密封環２０の摺動面２１から離れる方向に向けて凸をなしている。言い換えれば、曲面１５ｋの曲率中心はレイリーステップ１５の内側に配置されている。

　また、曲面１５ｈ，１５ｊの曲率半径Ｒ１は、曲面１５ｋの曲率半径Ｒ２よりも大きい（Ｒ１＞Ｒ２）。すなわち、曲面１５ｈ，１５ｊは曲面１５ｋよりも緩やかに湾曲している。

　また、曲率半径Ｒ１は、レイリーステップ１５の深さ寸法Ｄの１／３～３倍の範囲の寸法となっている。

　また、曲率半径Ｒ１は、１０μｍ以上である（Ｒ１≧１０μｍ）。

　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３～図５を用いて説明する。尚、図３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。

　まず、回転密封環２０が回転していない停止時には、被密封流体Ｆが流体導入溝１４内に流入している。尚、弾性部材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が外空間Ｓ２に漏れ出す量はほぼない。

　図３に示されるように、回転密封環２０が静止密封環１０に対して相対回転した状態においては、レイリーステップ１５内の被密封流体Ｆが摺動面２１とのせん断により回転密封環２０の回転方向に追随移動することにより、内空間Ｓ１の被密封流体Ｆが流体導入溝１４に引き込まれる。すなわち、流体導入溝１４内では、被密封流体Ｆが矢印Ｈ１に示すように流体導入溝１４からレイリーステップ１５における相対回転方向の下流側の終端部１５Ａに向かって移動する。

　レイリーステップ１５の終端部１５Ａに向かって移動した被密封流体Ｆは、レイリーステップ１５の終端部１５Ａ及びその近傍で圧力が高められる。すなわちレイリーステップ１５の終端部１５Ａ及びその近傍で正圧が発生する。

　レイリーステップ１５の深さは浅いため、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レイリーステップ１５の終端部１５Ａ及びその近傍にて正圧が発生する。

　また、レイリーステップ１５の終端部１５Ａ及びその近傍で発生した正圧による力により、摺動面１１，２１間が若干離間される（図５参照）。これにより、摺動面１１，２１間には、主に矢印Ｈ２に示す動圧発生機構１３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、外空間Ｓ２に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。また、流体導入溝１４が設けられているため、被密封流体Ｆを多量に保持することができる。

　図４に示されるように、レイリーステップ１５の終端部１５Ａにおいて側面１５ｂ，１５ｃに沿って移動する被密封流体Ｆは、平面視で湾曲する曲面１５ｈ，１５ｊに沿って移動し、一部が曲面１５ｈ，１５ｊを越えて摺動面１１，２１間に流入するとともに、その他の一部がレイリーステップ１５の幅方向中央部に集められ、終端面１５ｄを越えて摺動面１１，２１間に流入する。

　また、ミクロ的には平面視で終端部１５Ａにおいて被密封流体Ｆが最も高い圧力となる点が時間と共に幅方向に変化する。被密封流体Ｆは曲面１５ｈ，１５ｊ、終端面１５ｄに沿って移動し、曲面１５ｈ，１５ｊ、終端面１５ｄは滑らかに連なっているため、コンタミが滞ることなく、摺動面１１，２１間に排出されやすくなっている。

　また、図５に示されるように、底面１５ａと終端面１５ｄとは曲面１５ｋにより連続しているため、被密封流体Ｆは、摺動面１１，２１間に向けて円滑に移動することができる。

　以上説明したように、レイリーステップ１５の側縁１５ｅ，１５ｆと終端縁１５ｇとは、平面視で湾曲する曲面１５ｈ，１５ｊにより連続している。これによれば、レイリーステップ１５の終端部１５Ａにおいて、側縁１５ｅ，１５ｆと終端縁１５ｇとに連続する曲面１５ｈ，１５ｊに沿って被密封流体Ｆが円滑に移動するため、被密封流体Ｆに含まれるコンタミがレイリーステップ１５の終端部１５Ａで蓄積されることなく、レイリーステップ１５内から摺動面１１，２１間に排出することができる。

　言い換えれば、側縁１５ｅ，１５ｆと終端縁１５ｇとの間で平面視において角部が形成されないため、レイリーステップ１５の終端部１５Ａにおける側縁１５ｅ，１５ｆと終端縁１５ｇとの間で渦が生じにくく、レイリーステップ１５の終端部１５Ａにおいてコンタミが蓄積されやすい領域が形成されることを抑制できる。

　また、側縁１５ｅ，１５ｆから底面１５ａに向けて深さ方向に延びる側面１５ｂ，１５ｃと、終端縁１５ｇから底面１５ａに向けて深さ方向に延びる終端面１５ｄと、が湾曲して連続しているため、レイリーステップ１５の終端部１５Ａの深さ方向に亘って被密封流体Ｆを円滑に移動させることができる。

　また、両側面１５ｂ，１５ｃと終端面１５ｄとが平面視で１つの曲率半径Ｒ１を有する曲面１５ｈ，１５ｊにより連続している。これによれば、コンタミを１つの曲率の曲面１５ｈ，１５ｊに沿って円滑に移動させ、一部を側面１５ｂ，１５ｃから摺動面１１，２１間に排出させながらレイリーステップ１５の幅方向中央部に集め、残りの一部を終端面１５ｄから摺動面１１，２１間に排出させることができる。

　また、レイリーステップ１５を構成する底面１５ａと終端面１５ｄとは断面視で湾曲して連続している。これによれば、終端面１５ｄの近傍では、底面１５ａと終端面１５ｄとの間の曲面１５ｋにより摺動面１１，２１間に向けて被密封流体Ｆの移動が案内されるため、コンタミを摺動面１１，２１間に排出しやすい。言い換えれば、底面１５ａと終端面１５ｄとの境界部分にコンタミが蓄積されることを抑制できる。

　また、レイリーステップ１５は、内空間Ｓ１に連通して外空間Ｓ２に連通しない流体導入溝１４から周方向に延びている。これによれば、レイリーステップ１５よりも深い溝である流体導入溝１４から被密封流体Ｆをレイリーステップ１５に安定して流すことができるようになっている。

　尚、本実施例１では、曲面１５ｈ，１５ｊが平面視で１つの曲率半径Ｒ１を有する円弧状に形成されている形態を例示したが、平面視で放物線の一部、楕円の一部、正弦波の一部等の形状をなしていてもよい。

　尚、本実施例１では、曲面１５ｋが断面視で１つの曲率半径Ｒ２を有する円弧状に形成されている形態を例示したが、断面視で放物線の一部、楕円の一部、正弦波の一部等の形状をなしていてもよい。

　次に、実施例２に係る摺動部品につき、図６を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例２のレイリーステップ２１５の終端面２１５ｄは、平面視で略半円形状となっている。詳しくは、終端面２１５ｄは、１つの曲率半径Ｒ３を有しており、側面２１５ｂ，２１５ｃと連続している。

　これによれば、レイリーステップ２１５の側面２１５ｂ，２１５ｃに沿って移動する被密封流体Ｆは、終端面２１５ｄによりレイリーステップ２１５の幅方向中央部に向けて円滑に移動しながら終端面２１５ｄを越えて摺動面１１，２１間（図５参照）に排出される。

　次に、実施例３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１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例３のレイリーステップ３１５の終端面３１５ｄは、平面視で略半楕円形状となっており、側面３１５ｂ，３１５ｃと連続している。これによれば、レイリーステップ３１５の側面３１５ｂ，３１５ｃに沿って移動する被密封流体Ｆは、終端面３１５ｄによりレイリーステップ３１５の幅方向中央部に向けて円滑に移動しながら終端面３１５ｄを越えて摺動面１１，２１間（図５参照）に排出される。また、実施例２のレイリーステップ２１５に比べて最も相対回転下流側に配置される最終端部位の曲率半径が小さいため、該最終端部位で正圧を発生させやすい形状となっている。

　次に、実施例４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１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例４のレイリーステップ４１５は、外径側の側面４１５ｂが内径側の側面４１５ｃよりも相対回転方向下流側に延びている。終端面４１５ｄは、傾斜面部４１５ｅと、曲面部４１５ｈと、曲面部４１５ｊと、から構成されている。傾斜面部４１５ｅは側面４１５ｂ，４１５ｃを繋ぐように周方向に傾斜して径方向に直線状に延びている。曲面部４１５ｈは側面４１５ｂと傾斜面部４１５ｅを繋いでいる。曲面部４１５ｊは側面４１５ｃと傾斜面部４１５ｅを繋いでいる。

　外径側の曲面部４１５ｈは、１つの曲率半径Ｒ４を有し、内径側の曲面部４１５ｊは、曲率半径Ｒ４よりも大きな１つの曲率半径Ｒ５を有している（Ｒ４＜Ｒ５）。

　レイリーステップ４１５内の被密封流体Ｆは、相対回転時において終端面４１５ｄの傾斜面部４１５ｅにより外径側に誘導され、主に曲面部４１５ｈ近傍から摺動面１１，２１間（図５参照）に排出される。

　曲面部４１５ｈの曲率半径Ｒ４は曲面部４１５ｊの曲率半径Ｒ５よりも小さいため、曲面部４１５ｊに比べ曲面部４１５ｈ近傍で正圧を発生させやすい。また、曲面部４１５ｊは、曲面部４１５ｈよりも緩やかに湾曲しているため、曲面部４１５ｊで正圧が発生することを抑えつつ、傾斜面部４１５ｅに向けて円滑に被密封流体Ｆを移動させることができる。

　次に、実施例５に係る摺動部品につき、図９を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例５のレイリーステップ５１５の終端面５１５ｄは、第１傾斜面部５１５ｅと、第２傾斜面部５１５ｆと、曲面部５１５ｈと、から構成されている。第１傾斜面部５１５ｅは側面５１５ｂから相対回転下流内径側に傾斜して直線状に延びている。第２傾斜面部５１５ｆは側面５１５ｃから相対回転下流外径側に傾斜して直線状に延びている。曲面部５１５ｈは第１傾斜面部５１５ｅ及び第２傾斜面部５１５ｆの周方向下流側の端部に連続している。

　レイリーステップ５１５内の被密封流体Ｆは、相対回転時において側面５１５ｂ及び第２傾斜面部５１５ｆにより、終端面５１５ｄにおける第１傾斜面部５１５ｅと曲面部５１５ｈとに向けて誘導され、主に第１傾斜面部５１５ｅ及び曲面部５１５ｈを越えて摺動面１１，２１間（図５参照）に排出される。

　また、側面５１５ｂと第１傾斜面部５１５ｅとの境界部分、側面５１５ｃと第２傾斜面部５１５ｆとの境界部分は湾曲しており、被密封流体Ｆは当該境界部分を円滑に移動するため、コンタミが蓄積されることを抑制できる。尚、側面５１５ｂと第１傾斜面部５１５ｅとの境界部分、側面５１５ｃと第２傾斜面部５１５ｆとの境界部分は鈍角に連続していてもよい。

　次に、実施例６に係る摺動部品につき、図１０を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例６の静止密封環１０’の摺動面１１には、複数の動圧発生機構１３と、複数のスパイラル溝１６と、が設けられている。動圧発生機構１３は実施例１のメカニカルシールと同一構成である。

　スパイラル１６は摺動面１１の外径側において周方向に均等に配設されている。摺動面１１における動圧発生機構１３及びスパイラル溝１６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、周方向に隣接する動圧発生機構１３の間のランド部と、周方向に隣接するスパイラル溝１６の間のランド部と、径方向に離間する動圧発生機構１３とスパイラル溝１６との間のランド部と、を有し、これら各ランド部は、同一平面状に配置されランド１２の平坦面を構成している。

　スパイラル溝１６は、外径側から内径側に向けて時計回りの成分を持って傾斜しながら円弧状に延びている。このスパイラル溝１６は、外空間Ｓ２に連通して内空間Ｓ１に連通しないようになっている。

　スパイラル溝１６は、周方向に一定の深さに形成されている。尚、スパイラル溝１６は、傾斜しながら円弧状に延びるものに限らず、直線状に延びるものであってもよい。

　スパイラル溝１６は、底面１６ａと、側面１６ｂ，１６ｃと、端面１６ｄと、から構成されている。底面１６ａはランド１２の平坦面と平行に径方向に延びている。側面１６ｂ，１６ｃは底面１６ａの周方向両端縁から立ち上がっている。端面１６ｄは底面１６ａと側面１６ｂ，１６ｃとの内径端同士を連結している。スパイラル溝１６の外径側には、外空間Ｓ２に連通する開口１６Ａが形成されている。

　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説明する。

　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においては、前述のようにレイリーステップ１５の端部１５Ａ及びその近傍で正圧が発生する。

　一方、スパイラル溝１６においては、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がスパイラル溝１６内において十分に密とならず高い正圧は発生せず、スパイラル溝１６によって発生される正圧による力は、レイリーステップ１５の終端部１５Ａ及びその近傍で発生した正圧による力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、レイリーステップ１５の終端部１５Ａ及びその近傍で発生した正圧による力が主体となって摺動面１１，２１同士を離間させ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１０に示されるように、スパイラル溝１６内の大気Ａが摺動面２１とのせん断により回転密封環２０の回転方向に追随移動するとともに、外空間Ｓ２の大気Ａがスパイラル溝１６に引き込まれる。すなわち、スパイラル溝１６内では、多量の大気Ａが矢印Ｌ１に示すように外径側の開口１６Ａから内径側の端部１６Ｂに向かって移動する。

　スパイラル溝１６の内径側の端部１６Ｂに向かって移動した大気Ａは、スパイラル溝１６の内径側の端部１６Ｂ及びその近傍で圧力が高められる。すなわちスパイラル溝１６の内径側の端部１６Ｂ及びその近傍で正圧が発生する。

　このように、レイリーステップ１５の終端部１５Ａ及びその近傍で発生した正圧による力に、スパイラル溝１６の内径側の端部１６Ｂ及びその近傍で発生した正圧による力が加わり、低速時と比べ摺動面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に示すスパイラル溝１６内の大気Ａが流入する。

　矢印Ｌ２に示すスパイラル溝１６内の大気Ａは、スパイラル溝１６の内径側の端部１６Ｂ近傍の被密封流体Ｆを内空間Ｓ１側に押し戻すように作用するので、スパイラル溝１６内や外空間Ｓ２に漏れ出す被密封流体Ｆは少ない。

　本実施例のメカニカルシールは、高速回転時において、スパイラル溝１６全体による正圧発生能力が、動圧発生機構１３全体による正圧発生能力よりも十分に大きく設計されているため、最終的には、摺動面１１，２１間には大気Ａのみが存在した状態、すなわち気体潤滑となる。

　また、内空間Ｓ１の被密封流体Ｆは液体であり、漏れ側である外空間Ｓ２の流体は大気Ａ、すなわち気体であり、低速回転時には、液体により摺動面１１，２１間の潤滑を行い、高速回転時には気体により摺動面１１，２１間の潤滑を行うことができる。言い換えれば、静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転速度に応じて摺動面１１，２１間の潤滑を適切に行うことができるようになっている。

　次に、実施例７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１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例７のメカニカルシールは、静止密封環の摺動面の外径側に流体導入溝１４０及び動圧発生溝１５０を有する動圧発生機構１３０が形成されている。静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時の動作は、実施例１と内外径が変わった以外は略同様であるため、その説明を省略する。

　次に、実施例８に係るメカニカルシールにつき、図１２を参照して説明する。尚、前記実施例６と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例８のメカニカルシールは、静止密封環の摺動面の外径側に流体導入溝１４０及び動圧発生溝１５０を有する動圧発生機構１３０が形成され、内径側にスパイル溝１６０が形成されている。静止密封環１０と回転密封環２０との相対回転時の動作は、実施例６と内外径が変わった以外は略同様であるため、その説明を省略する。

　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、摺動部品として、自動車用のメカニカルシールを例に説明したが、一般産業機械等の他のメカニカルシールであってもよい。

　また、前記実施例１～８では、動圧発生溝及び流体導入溝を静止密封環に設ける例について説明したが、動圧発生溝及び流体導入溝を回転密封環に設けてもよい。言い換えると、本発明の摺動部品は静止密封環でもあっても回転密封環であってもよい。

　また、前記実施例１～８では、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、被密封流体側と漏れ側とは略同じ圧力であってもよい。被密封流体側と漏れ側とが略同じ圧力である場合、漏れ側の動圧発生溝を被密封流体側の動圧発生溝よりも深く形成し、低速回転時に動圧発生溝で正圧を発生させ、高速回転時に動圧発生溝で正圧を発生させることが好ましい。

　また、前記実施例１～８では、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、前記実施例１～８では、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、前記実施例１～８では、流体導入溝および動圧発生溝は被密封流体Ｆ側の空間Ｓ１に連通するように設けられる形態を説明したが、これに限らず漏れ側の空間Ｓ２に連通するように設けられてもよい。

　また、前記実施例１～８では、レイリーステップが円弧状に延びる形態を例示したが、直線状に延びるものであってもよい。またレイリーステップは、静止密封環と同心状に設けられるものに限られず、周方向に傾斜していてもよい。すなわち、側面は主に相対回転方向に延び、閉塞面は主に相対回転方向と交差する方向に延びていればよい。

　また、前記実施例１～８では、レイリーステップの両側面が両側縁から垂直に深さ方向に延びる形態を例示したが、例えば、両側面の幅が両側縁から深さ方向に幅狭になるように傾斜してもよい。

　また、前記実施例１～８では、レイリーステップの閉塞面が閉塞縁から底面側の曲面まで垂直に延びる形態を例示したが、例えば、閉塞縁から相対回転上流側に向けて浅くなるように傾斜して底面側の曲面まで延びていてもよい。

　また、前記実施例１～８では、レイリーステップの底面がランドの平坦面と平行に延びている形態を例示したが、これに限られず、例えば、閉塞面に向けて浅くなるように傾斜していてもよい。

　また、前記実施例１～８において、回転密封環２０が反時計回りに回転し相対的に負圧が発生する場合であっても、ランドからレイリーステップ１５の閉塞部に流入する被密封流体Ｆは、曲面に沿って移動する閉塞部にコンタミが蓄積しにくくなっている。また、ミクロ的には平面視で閉塞部において被密封流体Ｆが最も低い圧力となる点が時間と共に幅方向に変化し、かつ、閉塞部は滑らかに連なっているため、コンタミが滞りにくくなっている。

１　　　　　　　　回転軸
２　　　　　　　　スリーブ
４　　　　　　　　ハウジング
１０　　　　　　　静止密封環（摺動部品）
１１　　　　　　　摺動面
１２　　　　　　　ランド
１３　　　　　　　動圧発生機構
１４　　　　　　　流体導入溝
１５　　　　　　　レイリーステップ（動圧発生溝）
１５Ａ　　　　　　終端部（閉塞部）
１５ａ　　　　　　底面
１５ｂ，１５ｃ　　側面
１５ｄ　　　　　　終端面（閉塞面）
１５ｅ，１５ｆ　　側縁
１５ｇ　　　　　　終端縁（閉塞縁）
１５ｈ～１５ｋ　　曲面
１６　　　　　　　動圧発生溝（スパイラル溝）
２０　　　　　　　回転密封環（他の摺動部品）
２１　　　　　　　摺動面
１３０　　　　　　動圧発生機構
１４０　　　　　　流体導入溝
１５０　　　　　　動圧発生溝
１６０　　　　　　動圧発生溝（スパイラル溝）
２１５　　　　　　レイリーステップ（動圧発生溝）
２１５ｂ，２１５ｃ　　側面
２１５ｄ　　　　　終端面（閉塞面）
３１５　　　　　　レイリーステップ（動圧発生溝）
３１５ｂ，３１５ｃ　　側面
３１５ｄ　　　　　終端面（閉塞面）
４１５　　　　　　レイリーステップ（動圧発生溝）
４１５ｂ，４１５ｃ　　側面
４１５ｄ　　　　　終端面（閉塞面）
５１５　　　　　　レイリーステップ（動圧発生溝）
５１５ｂ，５１５ｃ　　側面
５１５ｄ　　　　　終端面（閉塞面）
Ａ　　　　　　　　大気
Ｆ　　　　　　　　被密封流体
Ｒ１～Ｒ５　　　　曲率半径
Ｓ１　　　　　　　内空間（被密封流体側の空間）
Ｓ２　　　　　　　外空間（漏れ側の空間）

Claims (6)

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し、その摺動面には、被密封流体側または漏れ側の少なくとも一方の空間に連通する流体導入溝と、前記流体導入溝に連通して周方向に延設される動圧発生溝と、が設けられた摺動部品であって、
   　前記動圧発生溝の両側縁と閉塞縁とは、平面視で湾曲して連続している摺動部品。
2. 　前記側縁から深さ方向に延びる側面と前記閉塞縁から深さ方向に延びる閉塞面が湾曲して連続している請求項１に記載の摺動部品。
3. 　前記両側面と前記閉塞面とが平面視で曲率半径を有する曲面により連続している請求項２に記載の摺動部品。
4. 　前記閉塞面は、曲率半径を有する曲面である請求項２に記載の摺動部品。
5. 　前記動圧発生溝を構成する底面と前記閉塞面とは断面視で湾曲して連続している請求項２ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
6. 　前記流体導入溝は前記被密封流体側の空間に連通しており、前記摺動面には、前記漏れ側の空間に連通し、前記被密封流体側の空間に連通しないスパイラル溝が設けられている請求項１に記載の摺動部品。

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