(57)【要約】【課題】被密封流体としてオイル等の液体だけでなく、オイルと空気の混合物であるオイルミストを密封することができ、またオイルミスト自体の発生を低減して、さらに、摺動損失を低減できる摺動部品を提供することを目的とする。【解決手段】互いに摺動面Ｓにて相対摺動する一対の摺動部品であって、少なくとも一方の摺動面Ｓは、一端が摺動面Ｓの他方の周縁４ｂに連通する流体導入溝１２と、一端が摺動面Ｓの他方の周縁４ｂに連通するとともに他端がランド部に囲まれる動圧発生溝１１と、ランド部内に設けられるとともに流体導入溝１２と連通する開放溝１３とを備える。【選択図】図２
2019044671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに摺動面にて相対摺動する一対の摺動部品であって、
少なくとも一方の前記摺動面は、
一端が前記摺動面の他方の周縁に連通する流体導入溝と、
一端が前記摺動面の他方の周縁に連通するとともに他端がランド部に囲まれる動圧発生溝と、
前記ランド部内に設けられるとともに前記流体導入溝と連通する開放溝と、を備えることを特徴とする摺動部品。
【請求項２】
前記開放溝は、前記動圧発生溝の前記他端と前記摺動面の一方の周縁との間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
【請求項３】
前記摺動面は、前記流体導入溝と前記開放溝により囲まれる領域を備え、前記領域内に所定数の前記動圧発生溝が配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部品。
【請求項４】
前記領域が周方向に連続して配設されることを特徴とする請求項３に記載の摺動部品。
【請求項５】
前記領域が周方向に不連続に配設されることを特徴とする請求項３に記載の摺動部品。
【請求項６】
一端が前記摺動面の一方の周縁に連通する流体導入部と、
一端が前記流体導入部に連通するとともに他端にレイリーステップ機構を有する溝部と、からなる動圧発生機構をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
【請求項７】
前記摺動面の一方の周縁に開口する一対の開口部及び一対の前記開口部を連通する連通路を有する流体導入部と、
一端が前記流体導入部に連通するとともに他端にレイリーステップ機構を有する溝部と、からなる動圧発生機構をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
【請求項８】
前記動圧発生機構は、前記開放溝と前記摺動面の一方の周縁との間に設けられることを特徴とする請求項６又は７に記載の摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、メカニカルシール、軸受、その他、摺動部に適した摺動部品に関する。特に、摺動面に流体を介在させて摩擦を低減させるとともに、摺動面からの流体の漏れを防止するための密封環、例えば、ターボチャージャー用あるいは航空エンジン用のギアボックスに使用されるシール、または軸受のシールなどの摺動部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部品の一例である、メカニカルシールにおいて、その性能は、漏れ量、摩耗量、及びトルクによって評価される。従来技術ではメカニカルシールの摺動材質や摺動面粗さを最適化することにより性能を高め、低漏れ、高寿命、低トルクを実現している。しかし、近年の環境問題に対する意識の高まりから、メカニカルシールの更なる性能向上が求められており、従来技術の枠を超える技術開発が必要となっている。【０００３】
例えば、ターボチャージャーのような回転部品のオイルシール装置に利用されるものとして、ハウジングに回転可能に収納された回転軸と、回転軸とともに回転する円盤状の回転体と、ハウジングに固定され、回転体の端面に当接して外周側から内周側へオイルの漏れを防止する円盤状の固定体とを備え、固定体の当接面には流体の遠心力により正圧を発生する環状の溝が設けられ、オイルが外周側から内周側へ漏れるのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００４】
また、例えば、有毒の流体をシールする回転軸の軸封装置において、回転軸とともに回転する回転リングとケーシングに取付けられた静止リングとを備え、回転リング及び静止リングのいずれかの摺動面に、摺動面の低圧側に開口し、高圧側の端部が行止まるスパイラル形状の溝が設けられ、回転によりスパイラ溝によって低圧側から高圧側へ流体を送り込んで、高圧側の被密封流体が低圧側へ漏れるのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。【０００５】
さらに、例えば、ターボチャージャーの駆動軸用のシール構造として、一方は回転構成要素に設けられ、他方は静止構成要素に設けられる一対のシールリングは、作動中に実質的に半径方向に形成されたシール面を有して、シール面同士の間に、シール面の外側区域をシール面の内側区域に対してシールするためのシールギャップが形成され、シール面の少なくとも一方に、ガスを送り込むための周方向に離間した複数の凹部が設けられ、該凹部はシール面の一方の周縁から他方の周縁に向かって延びているとともに、凹部の内端は前記シール面の他方の周縁から半径方向に離間して設けられ、非ガス成分を含むガス媒体中の非ガス成分がシールされるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。【０００６】
例えば、ターボチャージャーの駆動軸用のシール構造として、回転側密封環の摺動面にスパイラル形状の動圧発生溝と、該動圧発生溝の外側に動圧発生溝より深く形成された流体導入溝を設け、流体導入溝に被密封流体を積極的に導入して摺動面に流体を供給して、起動時などの低速回転状態において摺動面の潤滑を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６２−１１７３６０号公報
【特許文献２】特開昭６２−３１７７５号公報
【特許文献３】特開２００１−１２６１０号公報
【特許文献４】国際公開第２０１６／１６７２６２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１ないし４に記載の従来技術をターボチャージャーなどの高速回転機器に適用すると、スパイラル溝等の正圧発生機構によって発生する高圧の空気が漏れ側から被密封流体側へ過剰に送り込まれ、被密封流体側の空間に空気とオイルの混合物であるオイルミストが多量に発生してしまう。その結果、被密封流体として液体のオイルは密封することはできでも、オイルミストが漏れたり、被密封流体側に大量発生したオイルミストが潤滑系統に悪影響を及ぼしたりする虞がある。【０００９】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、被密封流体としてオイル等の液体だけでなく、オイルと空気の混合物であるオイルミストを密封することができ、またオイルミスト自体の発生を低減して、さらに、摺動損失を低減できる摺動部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
互いに摺動面にて相対摺動する一対の摺動部品であって、
少なくとも一方の前記摺動面は、
一端が前記摺動面の他方の周縁に連通する流体導入溝と、
一端が前記摺動面の他方の周縁に連通するとともに他端がランド部に囲まれる動圧発生溝と、
前記ランド部内に設けられるとともに前記流体導入溝と連通する開放溝と、を備えることを特徴としている。
この特徴により、動圧発生溝によって発生する動圧によって、摺動面間を押し広げて流体潤滑できるので摺動による摩擦抵抗が極めて小さくすることができるとともに、動圧発生溝によって発生する動圧は開放溝を介して他方の周縁側に開放されるので、過度なポンピングを抑制して、オイルミストの発生を低減することができる。【００１１】
本発明の摺動部品は、
前記開放溝は、前記動圧発生溝の他端と前記摺動面の一方の周縁との間に設けられることを特徴としている。
この特徴により、動圧発生溝によって発生する動圧は、動圧発生溝の他端と摺動面の一方の周縁との間に設けられる開放溝によって漏れ側に開放されるので、動圧発生溝によって発生する動圧が摺動面の一方の周縁へ過度にポンピングされることがないので、オイルミストの発生を低減することができる。【００１２】
本発明の摺動部品は、
１つ以上の前記動圧発生溝が、前記開放流路及び前記漏れ側周縁に囲まれる領域を備え、前記領域が前記摺動面内に２つ以上設けられることを特徴としている。
この特徴により、開放流路及び漏れ側周縁に囲まれる領域内に配置される動圧発生溝を調整することで、オイルミスト抑制機能の強さを調整することができる。【００１３】
本発明の摺動部品は、
前記摺動面は、前記流体導入溝と前記開放溝により囲まれる領域を備え、前記領域内に所定数の前記動圧発生溝が配設されることを特徴としている。
この特徴により、流体導入溝と開放溝により囲まれる領域内に配設される動圧発生溝の個数を調整できるので、開放溝と動圧発生溝の個数のバランスよく調整することができる。【００１４】
本発明の摺動部品は、
前記領域が周方向に連続あるいは不連続に配設されることを特徴としている。
この特徴によれば、開放溝による動圧発生溝により発生する動圧の開放する程度を容易に調整することができる。【００１５】
一端が前記摺動面の一方の周縁に連通する流体導入部と、
一端が前記流体導入部に連通するとともに他端にレイリーステップ機構を有する溝部と、からなる動圧発生機構をさらに備えることを特徴としている。
この特徴により、流体導入部は被密封流体側の流体を導入して起動時において摺動面を潤滑できるとともに、定常回転時にレイリーステップ機構により発生する動圧によって摺動面間を押し広げて流体潤滑できるので、摺動損失を低減することができる。【００１６】
本発明の摺動部品は、
前記摺動面の一方の周縁に開口する一対の開口部及び一対の前記開口部を連通する連通路を有する流体導入部と、
一端が前記流体導入部に連通するとともに他端にレイリーステップ機構を有する溝部と、からなる動圧発生機構をさらに備えることを特徴としている。
この特徴により、一対の開口部を連通する連通路を有する流体導入部により摺動面に常に新しい流体を供給できるので、異物を排出して摺動面を確実に潤滑できる。【００１７】
前記動圧発生機構は、前記開放溝と前記摺動面の一方の周縁との間に設けられることを特徴としている。
この特徴により、動圧発生溝によって発生する動圧が開放溝を介して他方の周縁側に開放されたとしても、開放溝と摺動面の一方の周縁との間に設けられる動圧発生機構が発生する動圧によって、摺動面を確実に潤滑できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１における摺動部品を示す縦断面図である。
【図２】図１のＷ−Ｗ矢視図であり、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示す図である。
【図３】図２における各部断面図である。
【図４】図１のＷ−Ｗ矢視図であり、本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を示す図である。
【図５】図１のＷ−Ｗ矢視図であり、本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動面を示す図である。
【図６】図１のＷ−Ｗ矢視図であり、本発明の実施例４に係る摺動部品の摺動面を示す図である。
【図７】（ａ）は動圧発生機構を示す図で、（ｂ）は動圧発生機構の変形例を示す図、（ｃ）は動圧発生機構の別の変形例を示す図である。
【図８】実施例５における摺動部品を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る摺動部品を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態において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するが、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、改良を加えうるものである。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施形態１に係る摺動部品について図１ないし図３を参照しながら説明する。【００２１】
図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものである。回転軸２側にスリーブ３を介して、この回転軸２と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状の回転側密封環４と、ハウジング５にカートリッジ６を介して非回転状態で、かつ、軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状の固定側密封環７とが設けられ、固定側密封環７を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング８によって、摺動面Ｓ同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転側密封環４及び固定側密封環７は半径方向に形成された摺動面Ｓを有し、互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体、例えば、液体あるいはミスト状の流体が摺動面Ｓの外周から内周側の漏れ側へ径方向に流出するのを防止するものである。なお、符号９はＯリングを示しており、カートリッジ６と固定側密封環７との間をシールするものである。
また、本例では、スリーブ３を使用する例を示すが、これに限らず、スリーブ３を使用しなくてもよい。【００２２】
回転側密封環４及び固定側密封環７の材質は、耐摩耗性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び自己潤滑性に優れたカーボンなどから選定されるが、例えば、両者がＳｉＣ、あるいは、いずれか一方がＳｉＣであって他方がカーボンの組合せが可能である。【００２３】
図２は、図１のＷ−Ｗ矢視図であり、回転側密封環４の摺動面Ｓを示したものである。回転側密封環４の摺動面Ｓの外周側が被密封流体側（摺動面の一方の側）、内周側が漏れ側（摺動面の他方の側）であり、回転側密封環４は矢印に示すように時計方向に回転する場合について説明する。被密封流体側はオイルなどの液体、気体又はオイルなどの液体と気体の混合物（オイルミスト）により満たされている。また、漏れ側は、空気などの気体により満たされている。【００２４】
回転側密封環４の摺動面Ｓは、摺動面Ｓの全周に亘って設けられた複数の動圧発生溝１１及び複数の動圧発生溝１１を取り囲んで漏れ側周縁４ｂ（本発明に係る摺動面の他方の周縁）に開放する開放流路１５を備えている。【００２５】
図２、図３に示すように、動圧発生溝１１は、ランド部Ｒ内に設けられたスパイラル形状を有する帯状の極浅い溝であり、漏れ側周縁４ｂにて開口する開口部１１ａを有している。動圧発生溝１１は、底部壁１１ｅ、底部壁１１ｅに立設される一対の径方向壁１１ｃ、１１ｄを有し、摺動面Ｓ側が開放された径方向に延びる溝である。そして動圧発生溝１１の一端が開口部１１ａによって漏れ側に連通するとともに、他端の止端部１１ｂはランド部に囲まれ閉塞している。【００２６】
動圧発生溝１１は、回転状態において、開口部１１ａから漏れ側の流体（気体）を吸い込み、外周に向かって昇圧し、止端部１１ｂにて堰き止められて高い動圧（正圧）を発生する。この動圧により回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓに僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり摺動による摩擦抵抗が極めて小さくなる。同時に、動圧発生溝１１の開口部１１ａから吸込まれた漏れ側の気体が被密封流体側に向けてポンピングされるため、外周側の液体が内周側へ漏洩することが防止される。また、スパイラル形状の動圧発生溝１１はランド部Ｒにより被密封流体側と隔離されているため、静止時において漏れが発生することがない。【００２７】
図２、図３に示すように開放流路１５の断面積は、動圧発生溝１１の断面積より十分大きく形成された溝である。開放流路１５は、ランド部Ｒ内に設けられる環状の開放溝１３と、一端が漏れ側周縁４ｂにて開口する連通部１２ａによって漏れ側周縁４ｂと連通するとともに、他端が開放溝１３に連通する流体導入溝１２と、から主に構成される。開放溝１３及び流体導入溝１２からなる開放流路１５はランド部Ｒによって動圧発生溝１１と分離して設けられている。開放溝１３は底部壁１３ｃ、底部壁１３ｃに立設される一対の周壁１３ａ、１３ｂを有し、摺動面Ｓ側が開放された円環状の溝であり、開放溝１３により摺動面Ｓは被密封側ランド部Ｒと漏れ側ランド部Ｒに分離される。流体導入溝１２は、底部壁１２ｅ、底部壁１２ｅに立設される一対の径方向壁１２ｂ、１２ｃを有し、摺動面Ｓ側が開放された径方向に延びる溝である。そして、流体導入溝１２の一端が開放溝１３に連通するとともに他端が連通部１２ａによって漏れ側に連通することにより、開放流路１５全体が漏れ側に連通している。【００２８】
図２に示すように、開放溝１３と漏れ側周縁４ｂとの間は、所定数の流体導入溝１２によって、所定数（図２の実施例では４個）の区画に分割される。各区画には、所定数の動圧発生溝１１（図２の実施例では８個）が配置される。動圧発生溝１１は、開放流路１５と漏れ側周縁４ｂとによって囲まれる領域内に配置されることによって被密封流体側と隔離される。これにより、動圧発生溝１１によって高い動圧が発生しても、高い動圧は開放流路１５によって漏れ側へ解放され、動圧発生溝１１による漏れ側から被密封流体側への過度のポンピングが制限されるので、漏れ側から被密封流体側に過度に気体が供給されるのを防止することができる。なお、図２においては、摺動面Ｓは４つの流体導入溝１２によって４つの区画に分割されているが、動圧発生溝１１によって発生する動圧を開放できれば流体導入溝１２の個数は１以上の自然数で決定することができる。また、流体導入溝１２によって区画される領域に配置される動圧発生溝１１の個数も図２の８個に限らず、１以上の自然数で決定することができる。【００２９】
なお、動圧発生溝１１は底部壁１１ｅ、底部壁１１ｅに立設される一対の径方向壁１１ｃ、１１ｄ、及びランド部Ｒによって区画される流路断面積Ｓ１１を有し、動圧発生溝１１の流路断面積の総和Ｓｔ１１は、Ｓｔ１１＝Ｓ１１×動圧発生溝１１の個数となる。また、開放溝１３は、底部壁１３ｃ、底部壁１３ｃに立設される一対の周壁１３ａ、１３ｂ、及び、ランド部Ｒによって区画される流路断面積Ｓ１３を有し、流体導入溝１２は、底部壁１２ｅ、底部壁１２ｅに立設される一対の径方向壁１２ｂ、１２ｃ、及びランド部Ｒによって区画される流路断面積Ｓ１２を有する。開放溝１３の流路断面積Ｓ１３と流体導入溝１２の流路断面積Ｓ１２はそれぞれ、動圧発生溝１１の流路断面積Ｓ１１の総和Ｓｔ１１より大きく形成されている。これにより、動圧発生溝１１によりポンピングされる高圧の気体は、開放流路１５によって確実に低減されるとともに漏れ側に容易に排出されるので、漏れ側から被密封流体側への過度のポンピングが制限され、延いては漏れ側から被密封流体側に過度に気体が供給されるのを防止することができる。【００３０】
以上説明した実施例１の構成によれば、以下のような効果を奏する。動圧発生溝１１により発生する高い動圧によって、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓに僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり、摺動摩擦を非常に低くすることができるとともに、摺動面の摩耗を低減できる。同時に、動圧発生溝１１によって漏れ側から被密封流体側へ、漏れ側の気体がポンピングされるので外周側の被密封流体が内周側の漏れ側へ漏洩するのを防止することができる。また、動圧発生溝１１はランド部Ｒにより被密封流体側と隔離されているため、静止時において漏れが発生することがない。【００３１】
また、動圧発生溝１１は開放流路１５と漏れ側周縁４ｂによって囲まれ、被密封側ランド部Ｒとは隔離されるので、動圧発生溝１１により発生した高い動圧は開放流路１５によって漏れ側へ解放され、動圧発生溝１１による漏れ側から被密封流体側への過度のポンピングが制限される。これにより、漏れ側から被密封流体側に過度に気体が供給されるのを防止でき、オイルミストが多量に発生するのを防止できる。【００３２】
上記実施例において、ランド部Ｒ内に設けられる開放溝１３は円環状に形成されているが円環状に限らない。たとえば、流体導入溝１２を直線状、折れ線状又は曲線状の開放溝１３で互いに連通させて、多角形の環状に形成してもよい。
【実施例２】
【００３３】
次に、実施例２に係る摺動部品につき、図１、図４を参照して説明する。実施例１に係る摺動部品は、複数の動圧発生溝１１のすべてが開放流路１５と漏れ側周縁４ｂによって囲まれるのに対し、実施例２に係る摺動部品は、１つ以上の動圧発生溝１１が開放流路２５と漏れ側周縁４ｂによって囲まれる点で相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。【００３４】
回転側密封環４の摺動面Ｓは、摺動面Ｓの全周に亘って配置された複数の動圧発生溝１１を有し、開放流路２５内に動圧発生溝１１を複数配置してなる第１溝群２１と、被密封流体側周縁４ａ（本発明に係る摺動面の一方の周縁）と漏れ側周縁４ｂ（本発明に係る摺動面の他方の周縁）の間に動圧発生溝１１を複数配置してなる第２溝群２２と、を備え、第１溝群２１と第２溝群２２とがそれぞれ２個、対向して配置される。【００３５】
図１、図４に示すように、開放流路２５は、ランド部Ｒ内に配設され周方向に延びる弧状の開放溝２５ｃ及び開放溝２５ｃに連通する径方向にのびる流体導入溝２５ｂ、２５ｄからなる。流体導入溝２５ｂ、２５ｄの一端はそれぞれ開口部２５ａ、２５ｅにより漏れ側周縁４ｂと連通し、他端はそれぞれ開放溝２５ｃの端部に連通している。第１溝群２１は、複数の動圧発生溝１１（図４の例では８個）が開放流路２５内に配置して構成され、開放流路２５によって被密封流体側と分離されている。【００３６】
また、第２溝群２２は、複数の動圧発生溝１１（図４の例では８個）が開放流路２５の外側に配置して構成される。そして、摺動面Ｓには、第１溝群２１と第２溝群２２が周方向に交互に配置される。なお、図４において、第１溝群２１と第２溝群２２はそれぞれ２個ずつ配置されているが、これに限らない。たとえば、第１溝群２１と第２溝群２２はそれぞれ１個ずつ配置してもよいし、それぞれ３以上配置してもよい。また、第１溝群２１と第２溝群２２を交互に配列したが、第１溝群２１を２以上連続して配置したり、第２溝群２２を連続して２以上配置して第１溝群２１を不連続に配置したりしてもよい。【００３７】
以上説明した実施例２の摺動部材は、以下のような作用効果を奏する。高速回転により、第１溝群２１と第２溝群２２により発生する高い動圧によって、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面間に僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり、摺動摩擦を非常に低くすることができるとともに、摺動面の摩耗を低減できる。同時に、第１溝群２１と第２溝群２２によって漏れ側から被密封流体側へ、漏れ側の気体がポンピングされるので外周側の被密封流体が内周側の漏れ側へ漏洩するのを防止することができる。また、第１溝群２１と第２溝群２２はランド部Ｒにより被密封流体側と隔離されているため、静止時において漏れが発生することがない。【００３８】
第１溝群２１は、開放流路２５と漏れ側周縁４ｂとによって囲まれる領域内に配置されることによって、被密封流体側とは隔離されるので、第１溝群２１により発生した高い動圧は開放流路２５によって漏れ側へ解放され、漏れ側から被密封流体側への気体の供給が制限される。すなわち第１溝群２１はオイルミスト抑制機能に優れる。一方、第２溝群２２はランド部Ｒのみによって囲まれるので、第２溝群２２から被密封流体側へ積極的にポンピングされ、被密封流体が漏れ側へ漏洩するのを積極的に防止することができる。すなわち、第２溝群２２は密封機能に優れる。【００３９】
実施例１の摺動部品は、複数の動圧発生溝１１のすべてが開放流路１５によって囲まれ、すべての動圧発生溝１１により発生した高い動圧は開放流路１５によって漏れ側へ解放されるので、漏れ側から被密封流体側へのポンピングされる気体の量が不足し、密封機能が低下する場合がある。これに対し、実施例２の摺動部品はオイルミスト抑制機能に優れる第１溝群２１と、密封機能に優れる第２溝群２２との割合を調整できるので、ポンピング機能をオイルミスト抑制機能より優勢にして密封機能を高めたり、反対に、オイルミスト抑制機能をポンピング機能より優勢にしてオイルミストの発生を減少させたりすることができる。【００４０】
上記実施例において、開放流路２５と漏れ側周縁４ｂとによって囲まれる領域に動圧発生溝１１を８個配置して構成したが、領域内に配置される動圧発生溝１１の個数はこれに限らない。たとえば、１個の動圧発生溝１１を領域内に配置してもよいし、９以上の自然数個の動圧発生溝１１を領域内に配置してもよい。また、領域内に１個の動圧発生溝１１を配置する場合には、開放溝２５ｃの長さを零として流体導入溝２５ｂ、２５ｄを直接接続し、流体導入溝２５ｂ、２５ｄのそれぞれの端部を漏れ側周縁４ｂに開放してもよい。
【実施例３】
【００４１】
次に、実施例３に係る摺動部品につき、図１、図５、図７を参照して説明する。実施例３に係る摺動部品は、摺動面Ｓの被密封流体側に動圧発生機構３６を備える点で実施例１に係る摺動部品と相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、実施例１と同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。【００４２】
実施例１の摺動部品は、複数の動圧発生溝１１のすべてが開放流路１５によって囲まれ、すべての動圧発生溝１１により発生した高い動圧は開放流路１５によって漏れ側へ解放される。このため、開放流路１５の外側の領域において潤滑機能が不足したり、あるいは起動時などの回転側密封環４の低速回転状態において、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓを気体潤滑の状態に保つための動圧が不足する場合がある。そこで、実施例３に係る摺動部品は、被密封流体側のランド部Ｒに動圧発生機構３６を複数設け、摺動面Ｓを流体潤滑状態に保ち、摺動による摩擦損失を低減するものである。【００４３】
図５に示すように、回転側密封環４の摺動面Ｓは、摺動面Ｓの全周に亘って設けられた複数の動圧発生溝１１と、複数の動圧発生溝１１を取り囲む開放流路１５、開放流路１５と被密封流体側周縁４ａとの間のランド部Ｒに動圧発生機構３６を備えている。【００４４】
図７（ａ）に示すように、動圧発生機構３６は、摺動面Ｓの被密封流体側に開口する流体導入部３４と、流体導入部３４に連通しレイリーステップ機構を構成する極浅溝３５（本発明に係る溝部）とから主に構成される。流体導入部３４は、被密封流体側周縁４ａのみが被密封流体側開口部３４ａによって開口し、流体導入部３４の断面積は極浅溝３５の断面積より十分大きく形成されている。極浅溝３５は周方向に延びる帯状の極浅溝３５で、極浅溝３５の上流側の一端に流体導入部３４に連通する開口部３５ｂ、他端に周縁がランド部Ｒにより囲まれた止端部３５ｃを有する。図５に示す回転方向に回転すると、極浅溝３５の止端部３５ｃは正圧を発生するレイリーステップ機構として機能する。【００４５】
動圧発生機構３６は、起動時において摺動面が流体潤滑状態になるまでの間、被密封流体側開口部３４ａから流体導入部３４内に流れ込んだ流体が摺動面に供給されるので、開放流路１５の外側の領域においても潤滑性を向上させることができる。また、高速回転状態において、極浅溝３５は開口部３５ｂから流体を取り込み、取り込まれた流体が止端部３５ｃで堰き止められて動圧（正圧）を発生するので、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面に僅かな間隙が形成され、摺動面は流体潤滑の状態となり非常に低摩擦とすることができる。【００４６】
また、図７（ａ）に示す動圧発生機構３６に換えて、図７（ｂ）に示す動圧発生機構４６としてもよい。動圧発生機構４６は、摺動面Ｓの被密封流体側に開口する流体導入部４４と、流体導入部４４に連通するともに、ランド部を介して流体導入部４４によって囲まれた極浅溝４５（本発明に係る溝部）とから主に構成される。流体導入部４４は、摺動面の一方の周縁４ａに開口する一対の被密封流体側開口部４４ａ、４４ｄと、ランド部Ｒにより囲まれたＶ字状の連通路４４ｂ、４４ｃとからなり、被密封流体側開口部４４ａ、４４ｄは連通路４４ｂ、４４ｃにより連通している。極浅溝４５は周方向に延びる帯状の溝で、一端が開口部４５ｂにより流体導入部４４の上流側の連通路４４ｂに連通し、他端はランド部Ｒにより囲まれた止端部４５ｃを有する。図５に示す回転方向に回転すると、極浅溝４５の止端部４５ｃは正圧を発生するレイリーステップ機構として機能する。【００４７】
流体導入部４４は一方の被密封流体側開口部４４ａから流体を取り込んで、他方の被密封流体側開口部４４ｄから流体を排出して、連通路４４ｂ、４４ｃに沿って被密封側の流体を摺動面Ｓに循環することができる。これにより、流体導入部４４の連通路４４ｂ、４４ｃの全面から摺動面Ｓへ常に新しい流体が供給されるので、起動時などの低速回転状態においても摺動面Ｓを流体潤滑状態に保つことができる。また、流体導入部４４は一方の被密封流体側開口部４４ａから流体を取り込んで、他方の被密封流体側開口部４４ｄから流体を排出して、常に新しい流体を取り込むので、異物を排出できる。さらに、回転時において、極浅溝４５は、その開口部４５ｂから流体を取り込み、取り込まれ流体が止端部４５ｃで堰き止められて高い動圧（正圧）を発生するので、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面に僅かな間隙が形成され、摺動面は流体潤滑の状態となり非常に低摩擦とすることができる。【００４８】
また、図７（ａ）、（ｂ）に示す動圧発生機構３６、４６に換えて、図７（ｃ）に示す動圧発生機構５６としてもよい。動圧発生機構５６は、摺動面Ｓの被密封流体側に開口する流体導入部５４と、流体導入部５４に連通するともに、流体導入部５４によって囲まれた極浅溝５５（本発明に係る溝部）とから主に構成される。流体導入部５４は、摺動面の一方の周縁４ａに開口する一対の被密封流体側開口部５４ａ、５４ｅと、ランド部Ｒにより囲まれた周方向流路５４ｃと、周方向流路５４ｃの端部にそれぞれ連通し径方向に延びる径方向流路５４ｂ、５４ｄとからなる。周方向流路５４ｃ及び径方向流路５４ｂ、５４ｄは、被密封流体側開口部５４ａ、５４ｅにより被密封流体側と連通している。極浅溝５５は周方向に延びる帯状の溝５５ａからなり、一端が開口部５５ｂにより流体導入部５４の上流側の径方向流路５４ｂに連通し、他端はランド部Ｒにより囲まれた止端部５５ｃを有する。図５に示す回転方向に回転すると、極浅溝５５の止端部５５ｃは正圧を発生するレイリーステップ機構として機能する。【００４９】
このように構成することにより、図７（ｃ）の流体導入部５４の径方向寸法は、図７（ｂ）の流体導入部４４の径方向寸法より小さくでき、小型化することができる。また、起動時などの低速回転状態において、流体導入部５４に取り込まれた流体が摺動面Ｓへ積極的に供給され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。さらに、高速回転状態において、極浅溝５５は、開口部５５ｂから取り込まれた流体が止端部５５ｃで堰き止められて高い動圧（正圧）を発生するので、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面に僅かな間隙が形成され、摺動面は流体潤滑の状態となり非常に低摩擦とすることができる。
【実施例４】
【００５０】
次に、実施例４に係る摺動部品につき、図１、図６、図７を参照して説明する。実施例４に係る摺動部品は、被密封流体側に動圧発生機構３６を備える点で実施例２に係る摺動部品と相違するが、その他の基本構成は実施例２と同じであり、実施例２と同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。【００５１】
実施例２に係る摺動部品においても、開放流路２５の外側の領域において、あるいは、起動時などの回転側密封環４の低速回転状態において、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓを気体潤滑の状態に保つための動圧が不足する場合がある。そこで、実施例４に係る摺動部品は、被密封流体側に動圧発生機構３６を周方向に複数設け、摺動面Ｓを流体潤滑状態に保ち摺動による摩擦損失を低減するものである。【００５２】
実施例４に係る摺動部品においても実施例３と同様に効果を発揮することができる。すなわち、起動時してから摺動面が流体潤滑状態になるまでの間、動圧発生機構３６は、流体導入部３４内に被密封側の流体を積極的に導入して摺動面を潤滑するので、開放流路２５の外側の領域においても潤滑性を向上させることができる。また、高速回転状態において、極浅溝３５は高い動圧（正圧）を発生するので、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面に僅かな間隙が形成され、摺動面は流体潤滑の状態となり非常に低摩擦とすることができる。また、図７（ａ）に示す動圧発生機構３６に換えて、図７（ｂ）の動圧発生機構４６、あるいは、図７（ｃ）の動圧発生機構５６としてもよい。
【実施例５】
【００５３】
次に、実施例５に係る摺動部品につき、図８を参照して説明する。実施例１ないし実施例４に係る摺動部品は、被密封流体側から漏れ側へ径方向に漏洩する流体を制限するものであったが、実施例５に係る摺動部品は、被密封流体側から漏れ側へ摺動面の軸方向に漏洩する流体を制限するものである。【００５４】
図８に示すように、摺動部品６０は、回転軸２と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円筒状の回転側密封環６４と、ハウジング５に非回転状態で設けられた他方の摺動部品である円筒状の固定側密封環６７と、を備え、摺動面Ｓ同士で相対摺動して、摺動面の軸方向に漏洩する流体を制限するものである。【００５５】
回転側密封環６４及び固定側密封環６７の材質は、耐摩耗性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び自己潤滑性に優れたカーボンなどから選定されるが、例えば、両者がＳｉＣ、あるいは、いずれか一方がＳｉＣであって他方がカーボンの組合せが可能である。【００５６】
図８において、回転側密封環６４の右側が被密封流体側、左側が漏れ側であり、回転側密封環６４は矢印に示す回転する場合について説明する。ここで、被密封流体側はオイルなどの液体、空気など気体又はオイルなどの液体と気体の混合物（オイルミスト）により満たされている。また、漏れ側は、空気などの気体により満たされている。【００５７】
回転側密封環６４の摺動面Ｓは、摺動面Ｓの全周に亘って設けられた複数の動圧発生溝６１及び複数の動圧発生溝６１を取り囲む開放流路６５を備えている。【００５８】
動圧発生溝６１は、その周縁が摺動面Ｓにより囲まれたスパイラル形状を有する帯状の極浅い溝であり、一端が漏れ側周縁６４ｂにて開口する開口部６１ａ、他端が止端部６１ｂにより閉塞している。回転状態において、動圧発生溝６１は、開口部６１ａから漏れ側の流体（気体）を吸い込み、動圧発生溝６１に沿って昇圧し、止端部６１ｂにて堰き止められて高い動圧（正圧）を発生する。これにより、動圧発生溝６１の開口部６１ａから吸込まれた漏れ側の気体が被密封流体側に向けてポンピングされるため、被密封流体側のオイルミストが漏れ側へ漏洩することが防止される。【００５９】
開放流路６５の断面積は、動圧発生溝６１の断面積より十分大きく形成される。開放流路６５は、被密封流体側周縁６４ａと動圧発生溝６１の止端部６１ｂとの間に設けられた開放溝６３と、一端が開放溝６３に連通するとともに他端が漏れ側周縁６４ｂにて開口する連通部６２ａを有する流体導入溝６２と、から主に構成され、開放流路６５全体が漏れ側に連通している。【００６０】
図８に示すように、開放溝６３と漏れ側周縁６４ｂとの間の漏れ側ランド部Ｒは、複数の流体導入溝６２によって複数の区画に分割され、各区画に所定数の動圧発生溝６１（図８の実施例では３個）が配置される。動圧発生溝６１は開放流路６５と漏れ側周縁６４ｂとによって囲まれる領域内に配置されることにより、被密封流体側とは隔離される。これにより、動圧発生溝６１によって高い動圧が発生しても、高い動圧は開放流路６５によって漏れ側へ解放され、動圧発生溝６１による漏れ側から被密封流体側への過度のポンピングが制限されるので、漏れ側から被密封流体側に過度に気体が供給されるのを防止することができる。【００６１】
また、開放流路６５の各流路断面積は、動圧発生溝６１の流路断面積の総和より大きく形成されている。これにより、動圧発生溝６１によりポンピングされる高圧の気体は、開放流路６５によって確実に低減されるとともに漏れ側に容易に排出されるので、漏れ側から被密封流体側への過度のポンピングが制限され、延いては漏れ側から被密封流体側に過度に気体が供給されるのを防止することができる。【００６２】
さらに、被密封流体側周縁６４ａと開放溝６３との間のランド部Ｒに図７（ａ）の動圧発生機構３６、図７（ｂ）の動圧発生機構４６、あるいは、図７（ｃ）の動圧発生機構５６を設け、摺動面Ｓを流体潤滑状態に保ち、摩擦損失を低減することができる。【００６３】
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。【００６４】
例えば、上記実施例１ないし実施例４において、摺動部品の外周側を高圧流体側（被密封流体側）、内周側を低圧流体側（漏れ側）として説明しているが、本発明はこれに限定されることなく、摺動部品の外周側を低圧流体側（漏れ側）、内周側を高圧流体側（被密封流体側）の場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
２                回転軸
４                回転側密封環
４ａ              被密封流体側周縁（摺動面の一方の周縁）
４ｂ              漏れ側周縁（摺動面の他方の周縁）
７                固定側密封環
１１              動圧発生溝
１１ａ            開口部
１１ｂ            止端部
１２              流体導入溝
１３              開放溝
１５              開放流路
２１              第１溝群
２２              第２溝群
２５              開放流路
２５ａ            開口部
３４              流体導入部
３４ａ            被密封流体側開口部
３５              極浅溝（溝部）
３６              動圧発生機構
４４              流体導入部
４４ａ            被密封流体側開口部
４４ｄ            被密封流体側開口部
４５              極浅溝（溝部）
４５ｂ            開口部
４５ｃ            止端部
４６              動圧発生機構
５４              流体導入部
５４ａ            被密封流体側開口部
５４ｅ            被密封流体側開口部
５５              極浅溝（溝部）
５５ｂ            開口部
５５ｃ            止端部
５６              動圧発生機構
６１              動圧発生溝
６１ａ            開口部
６１ｂ            止端部
６２              連通路
６２ａ            連通部
６３              開放部
６４              回転側密封環
６４ａ            被密封流体側周縁（一方の周縁）
６４ｂ            漏れ側周縁（他方の周縁）
６５              開放流路
６７              固定側密封環
Ｒ                ランド部
Ｓ                摺動面
【図１】
2019044671.tif 000003
【図２】
2019044671.tif 000004
【図３】
2019044671.tif 000005
【図４】
2019044671.tif 000006
【図５】
2019044671.tif 000007
【図６】
2019044671.tif 000008
【図７】
2019044671.tif 000009
【図８】
2019044671.tif 000010
【国際調査報告】
2019044671.tif 000011
2019044671.tif 000012
2019044671.tif 000013