(57)【要約】  密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面の流体を積極的に取り入れ排出させ循環させることにより、摺動面における堆積物発生を防止し、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることのできる摺動部品を提供する。   一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、高圧流体側から入る入口部１０ａ、高圧流体側に抜ける出口部１０ｂ、及び、前記入口部及び前記出口部とを連通する連通部１０ｃから構成される流体循環溝１０が設けられ、前記流体循環溝１０は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれる部分に正圧発生機構１１が設けられ、前記正圧発生機構１１は前記入口部１０ａに連通され、前記出口部及び前記高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されていることを特徴としている。
2014103630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、高圧流体側から入る入口部、高圧流体側に抜ける出口部、及び、前記入口部及び前記出口部とを連通する連通部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分に正圧発生機構が設けられ、前記正圧発生機構は前記入口部に連通され、前記出口部及び前記高圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴とする摺動部品。 
【請求項２】
前記流体循環溝は、前記摺動面の周方向にランド部で隔離されて複数設けられることを特徴とする請求項１記載の摺動部品。 
【請求項３】
前記正圧発生機構は、レイリーステップ機構からな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】
前記一方側の摺動面の前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の摺動部品。 
【請求項５】
前記一方側の摺動面の前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、高圧流体側及び低圧流体側に連通されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の摺動部品。 
【請求項６】
前記一方側の摺動面の前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側には、前記流体循環溝より浅い負圧発生溝からなる負圧発生機構が設けられ、前記負圧発生溝は前記入口部に連通され、前記出口部及び前記低圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の摺動部品。 
【請求項７】
前記負圧発生機構は、逆レイリーステップ機構から構成されることを特徴とする請求項６記載の摺動部品。 
【請求項８】
一対の摺動部品の互いに相対摺動する他方側の摺動面には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴とする請求項１〜３、６又は７のいずれか１項に記載の摺動部品。 
【請求項９】
一対の摺動部品の互いに相対摺動する他方側の摺動面には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、高圧流体側及び低圧流体側に連通されていることを特徴とする請求項１〜３、６又は７のいずれか１項に記載の摺動部品。 
【請求項１０】
一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、高圧流体側から入る入口部、高圧流体側に抜ける出口部、及び、前記入口部及び前記出口部とを連通する連通部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分に正圧発生機構が設けられ、前記正圧発生機構は前記入口部に連通されており、前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側、並びに、前記正圧発生機構と前記出口部及び前記高圧流体側との間には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記スパイラル溝の設けられる面はランド部より低く、かつ、前記正圧発生機構より高く設定されることを特徴とする摺動部品。 
【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、摺動面から流体が漏洩するのを防止する必要のある密封環または軸受などの摺動部品に関する。 
【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。 
そのような中で、例えば、水冷式エンジンの冷却に用いられるウォーターポンプのメカニカルシールにおいては、時間の経過とともに不凍液の１種であるＬＬＣの添加剤、例えばシリケートやリン酸塩など（以下、「堆積物発生原因物質」という。）が、摺動面で濃縮され、堆積物が生成されメカニカルシールの機能が低下するおそれのあることが本件発明者において確認された。この堆積物の生成は薬品やオイルを扱う機器のメカニカルシールにおいても同様に発生する現象と考えられる。 【０００３】
従来のメカニカルシールにおいては、摺動面の摩擦発熱による摩耗や焼損の発生を防止するために、摺動面に流体層を形成させるべく流体導入溝を形成したものが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照。）が、漏れ及び摩耗の低減に加えて、摺動面における堆積物の生成を防止するための方策を講じたものは提案されていないのが現状である。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８０７７２号公報
【特許文献２】特開平７−２２４９４８号公報
【特許文献３】米国特許第５４９８００７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面に対して流体を積極的に取り入れ、摺動面から排出させることにより、摺動面における堆積物発生原因物質の濃縮を防止し、ひいては堆積物発生を防止し、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持させることの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】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第１に、一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、高圧流体側から入る入口部、高圧流体側に抜ける出口部、及び、前記入口部及び前記出口部とを連通する連通部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分に正圧発生機構が設けられ、前記正圧発生機構は前記入口部に連通され、前記出口部及び前記高圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴としている。 
この特徴によれば、流体循環溝により摺動面に積極的に流体を取り入れ、摺動面から排出させて摺動面における流体の循環を図ることにより、摺動面における堆積物発生原因物質の濃縮を防止し、ひいては摺動面における堆積物発生を防止すると共に、正圧発生機構により摺動面間の流体膜を増加させることにより潤滑性能を向上させ、また、ランド部により密封することにより、密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面における堆積物発生を防止できる摺動部品を提供することができる。 【０００７】
また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記流体循環溝は、前記摺動面の周方向にランド部で隔離されて複数設けられることを特徴としている。 
この特徴によれば、摺動面全体に均一に流体を取り入れることができる。 【０００８】
また、本発明の摺動部品は、第３に、第１または第２の特徴において、前記正圧発生機構は、レイリーステップ機構からなることを特徴とする請求項１又は２を特徴としている。 
この特徴によれば、摺動面にレイリーステップを設けることで容易に正圧発生機構を形成することができる。 【０００９】
また、本発明の摺動部品は、第４に、第１ないし３のいずれかの特徴において、前記一方側の摺動面の前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴としている。 
この特徴によれば、正圧発生機構の設けられていないところの隣接する流体循環溝の間において高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を高圧流体側に押し戻し、密封性を向上させるもので、摺動面全体の密封性の向上を図ることができる。また、スパイラル溝は低圧流体側とはランド部により隔離されているため、静止時において漏洩が生じることもない。 【００１０】
また、本発明の摺動部品は、第５に、第１ないし３のいずれかの特徴において、前記一方側の摺動面の前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、高圧流体側及び低圧流体側に連通されていることを特徴としている。 
この特徴によれば、正圧発生機構の設けられていないところの隣接する流体循環溝の間において高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を高圧流体側に押し戻し、密封性を向上させるもので、摺動面全体の密封性の向上を図ることができる。また、スパイラル溝は、低圧流体側にも連通しているため、スパイラル溝の低圧側において蒸気性キャビテーションが発生しにくいというメリットがある。 【００１１】
また、本発明の摺動部品は、第６に、第１ないし３のいずれかの特徴において、前記一方側の摺動面の前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側には、前記流体循環溝より浅い負圧発生溝からなる負圧発生機構が設けられ、前記負圧発生溝は前記入口部に連通され、前記出口部及び前記低圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴としている。 
この特徴によれば、レイリーステップ機構の設けられていない部分であるところの隣接する流体循環溝の間において高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を負圧発生溝に取り込み、流体循環溝を介して高圧流体側に戻すことにより、密封性を向上させ、摺動面全体の密封性を向上させることができる。 【００１２】
また、本発明の摺動部品は、第７に、第６の特徴において、前記負圧発生機構は、逆レイリーステップ機構から構成されることを特徴としている。 
この特徴によれば、摺動面に逆レイリーステップを設けることで容易に負圧発生機構を形成することができる。 【００１３】
また、本発明の摺動部品は、第８に、第１〜３、６又は７のいずれかの特徴において、一対の摺動部品の互いに相対摺動する他方側の摺動面には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離されていることを特徴としている。 
この特徴によれば、特に、流体循環溝、正圧発生機構及び／又は負圧発生機構と、スパイラル溝とが別の摺動面に設けられるため、加工が容易であり、また、スパイラル溝を全周にわたり連続して設けられるので密封性をより一層向上させることができる。 【００１４】
また、本発明の摺動部品は、第９に、第１〜３、６又は７のいずれかの特徴において、一対の摺動部品の互いに相対摺動する他方側の摺動面には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、高圧流体側及び低圧流体側に連通されていることを特徴としている。 
この特徴によれば、特に、流体循環溝、正圧発生機構及び／又は負圧発生機構と、スパイラル溝とが別の摺動面に設けられるため、加工が容易であり、また、スパイラル溝を全周にわたり連続して設けられるので密封性をより一層向上させることができる。 【００１５】
また、本発明の摺動部品は、第１０に、一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、高圧流体側から入る入口部、高圧流体側に抜ける出口部、及び、前記入口部及び前記出口部とを連通する連通部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分に正圧発生機構が設けられ、前記正圧発生機構は前記入口部に連通されており、前記流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側、並びに、前記正圧発生機構と前記出口部及び前記高圧流体側との間には、前記摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝が設けられ、前記スパイラル溝は、低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記スパイラル溝の設けられる面はランド部より低く、かつ、前記正圧発生溝より高く設定されることを特徴としている。 
この特徴によれば、特に、流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝の設けられる面はランド部より低く設定されているため、この部分の液膜が厚くなり摩耗を低減することができる。 
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。 
（１）流体循環溝により摺動面に積極的に流体を取り入れ、摺動面から排出させて摺動面における流体の循環を図ることにより、摺動面における堆積物発生原因物質の濃縮を防止し、ひいては摺動面における堆積物発生を防止すると共に、正圧発生機構により摺動面間の流体膜を増加させることにより潤滑性能を向上させ、また、ランド部により密封することにより、密封と潤滑という相反する条件を両立させつつ、摺動面における堆積物発生を防止できる摺動部品を提供することができる。 【００１７】
（２）流体循環溝を摺動面の周方向にランド部で隔離されて複数設けることにより、摺動面全体に均一に流体を取り入れることができる。 【００１８】
（３）正圧発生機構をレイリーステップ機構から構成することにより、摺動面にレイリーステップを設けることで容易に正圧発生機構を形成することができる。 【００１９】
（４）流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側に摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝を設け、スパイラル溝は、高圧流体側に連通され、低圧流体側とはランド部により隔離されていることにより、正圧発生機構の設けられていないところの隣接する流体循環溝の間において高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を高圧流体側に押し戻し、密封性を向上させるもので、摺動面全体の密封性の向上を図ることができる。また、スパイラル溝は低圧流体側とはランド部により隔離されているため、静止時において漏洩が生じることもない。 【００２０】
（５）流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側に摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝を設け、スパイラル溝は、高圧流体側及び低圧流体側に連通されていることにより、正圧発生機構の設けられていないところの隣接する流体循環溝の間において高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を高圧流体側に押し戻し、密封性を向上させるもので、摺動面全体の密封性の向上を図ることができる。また、スパイラル溝は、低圧流体側にも連通しているため、スパイラル溝の低圧側において蒸気性キャビテーションが発生しにくいというメリットがある。 【００２１】
（６）流体循環溝と高圧流体側とで囲まれる部分の外側に流体循環溝より浅い負圧発生溝からなる負圧発生機構が設け、負圧発生溝は前記入口部に連通され、出口部及び低圧流体側とはランド部により隔離されていることにより、レイリーステップ機構の設けられていない部分であるところの隣接する流体循環溝の間において高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を負圧発生溝に取り込み、流体循環溝を介して高圧流体側に戻すことにより、密封性を向上させ、摺動面全体の密封性を向上させることができる。 【００２２】
（７）負圧発生機構を逆レイリーステップ機構から構成することにより、摺動面に逆レイリーステップを設けることで容易に負圧発生機構を形成することができる。 【００２３】
（８）一対の摺動部品の互いに相対摺動する他方側の摺動面に摺動部品の相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝を設けることにより、特に、流体循環溝、正圧発生機構及び／又は負圧発生機構と、スパイラル溝とが別の摺動面に設けられるため、加工が容易であり、また、スパイラル溝を全周にわたり連続して設けられるので密封性をより一層向上させることができる。 【００２４】
（９）スパイラル溝の設けられる面をランド部より低く、かつ、正圧発生溝より高く設定することにより、スパイラル溝の設けられる部分の液膜が厚くなり摩耗を低減することができる。 
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、図（ａ）は流体循環溝が周方向に独立して複数設けられた場合、図（ｂ）は流体循環溝が周方向に連通されるように設けられた場合、を示したものである。
【図３】レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構及び逆レイリーステップ機構などからなる負圧発生機構を説明するためのものであって、図（ａ）はレイリーステップ機構を、図（ｂ）は逆レイリーステップ機構を示したものである。
【図４】本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図５】本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図６】本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図７】本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図８】本発明の実施例４に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図９】本発明の実施例４に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図１０】本発明の実施例５に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図１１】本発明の実施例６に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図１２】本発明の実施例７に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図１３】本発明の実施例８に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【図１４】本発明の実施例９に係る摺動部品の摺動面を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   
【実施例１】
【００２７】
図１ないし図３を参照して、本発明の実施例１に係る摺動部品について説明する。 
なお、以下の実施例においては、摺動部品の一例であるメカニカルシールを例にして説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を高圧流体側（被密封流体側）、内周側を低圧流体側（大気側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。 【００２８】
図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２を介してこの回転軸１と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状の回転環３と、ポンプのハウジング４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状の固定環５とが設けられ、固定環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされた摺動面Ｓ同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転環３と固定環５との互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体が回転軸１の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。 
なお、図１では、回転環３の摺動面の幅が固定環５の摺動面の幅より広い場合を示しているが、これに限定されることなく、逆の場合においても本発明を適用出来ることはもちろんである。 【００２９】
図２は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものであって、ここでは、図２の固定環５の摺動面に流体循環溝が形成される場合を例にして説明する。 
なお、回転環３の摺動面に流体循環溝が形成される場合も基本的には同様であるが、その場合、流体循環溝は被密封流体側に連通すればよいため、摺動面の外周側まで設けられる必要はない。 【００３０】
図２（ａ）において、固定環５の摺動面の外周側が高圧流体側であり、また、内周側が低圧流体側、例えば大気側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとする。 
固定環５の摺動面には、高圧流体側に連通されると共に低圧流体側とは摺動面の平滑部Ｒ（本発明においては、「ランド部」ということがある。）により隔離された流体循環溝１０が周方向に複数設けられている。 【００３１】
流体循環溝１０は、高圧流体側から入る入口部１０ａ、高圧流体側に抜ける出口部１０ｂ、及び、入口部１０ａ及び出口部１０ｂとを周方向に連通する連通部１０ｃから構成され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。流体循環溝１０は、摺動面において腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に高圧流体側から被密封流体を摺動面上に導入し排出するという役割を担うものであり、相手摺動面の回転方向に合わせて摺動面上に被密封流体を取り入れ、かつ、排出しやすいように入口部１０ａ及び出口部１０ｂが形成される一方、漏れを低減するため、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。本例では、入口部１０ａ及び出口部１０ｂは摺動面の中心から放射方向に向けた直線状に形成されているが、特にこれに限定されるものではなく、入口部１０ａ及び出口部１０ｂの傾きをさらに大きくしてもよく、また、直線状ではなく曲線状（円弧状など）にしてもよい。また、流体循環溝１０の幅及び深さは、被密封流体の圧力、種類（粘性）などに応じて最適なものに設定される。 【００３２】
流体循環溝１０が設けられた摺動面には、流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれる部分に流体循環溝１０より浅い正圧発生溝１１ａを備える正圧発生機構１１が設けられている。正圧発生機構１１は、正圧（動圧）を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。 
正圧発生溝１１ａは流体循環溝１０の入口部に連通し、出口部１０ｂ及び高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。 
本例では、正圧発生機構１１は、流体循環溝１０の入口部１０ａに連通する正圧発生溝１１ａ及びレイリーステップ１１ｂを備えたレイリーステップ機構から構成されるが、これに限定されることなく、例えば、ダム付きフェムト溝で構成してもよく、要は、正圧を発生する機構であればよい。 
なお、レイリーステップ機構及び逆レイリーステップ機構については、後に、詳しく説明する。 【００３３】
図２（ｂ）は、主に、流体循環溝が周方向に連通するように設けられている点で図２（ａ）と相違するが、基本的には図２（ａ）と類似している。 
図２（ｂ）において、図２（ａ）と同様に、高圧流体側に連通されると共に低圧流体側とは摺動面の平滑部Ｒにより隔離された流体循環溝１５の入口部１５ａ及び出口部１５ｂが対をなすように周方向に複数設けられ、連通部１５ｃは、対をなす入口部１５ａ及び出口部１５ｂを連通すると共に、全周に延び、すべての流体循環溝１５の連通部を連通している。また、流体循環溝１５の入口部１５ａ及び出口部１５ｂは、例えば、中心線Ｏ−Ｏを基準にして高圧流体側に向けて広がると共に、対称に形成され、入口部１５ａ及び出口部１５ｂの交差角は鈍角（例えば、約１２０°）をなすように設定されている。 【００３４】
流体循環溝１５と高圧流体側とで囲まれる部分には、正圧発生溝１６ａ及びレイリーステップ１６ｂを備えたレイリーステップ機構１６が設けられている。図２（ｂ）では、流体循環溝１５の連通部１５ｃが全周に延びているため、隣接する流体循環溝１５の間においても流体循環溝１５と高圧流体側とで囲まれる部分が形成されることから、この部分にも、レイリーステップ機構１６を設けている。そのため、レイリーステップ機構１６が周方向に密に設けられることになり、正圧が周方向に連続的に発生され、摺動面間の流体膜を増加させることにより潤滑性能を向上させる面で好ましいものとなっている。   【００３５】
以上説明したように、実施例１の構成によれば、流体循環溝１０、１５により摺動面に流体が積極的に導かれ排出されることにより摺動面間の流体が循環し、堆積物発生原因物質などを含む流体の濃縮および摩耗粉や異物の滞留が防止され、ひいては堆積物の形成が防止され、長期間にわたり摺動面の密封機能を維持することができる。その際、流体循環溝１０、１５はランド部Ｒにより低圧流体側と隔離されているため、流体循環溝１０、１５から低圧流体側への流体の漏洩を低減できると共に、静止時における漏洩も防止できる。また、同時に、正圧発生機構１１、１６により、摺動面間の流体膜を増加させることにより潤滑性能を向上させ、摺動面間の流体の循環をより一層促すことができる。正圧発生機構１１、１６は流体循環溝１０、１５の入口部１０ａ、１５ａを利用する形で構成されるため、正圧発生機構１１、１６の作製を簡素化できる。 【００３６】
ここで、図３を参照しながら、レイリーステップ機構などからなる正圧発生機構及び逆レイリーステップ機構などからなる負圧発生機構を説明する。 
図３（ａ）において、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動する。例えば、固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ上流側に面してレイリーステップ１１ｂが形成され、該レイリーステップ１１ｂの上流側には正圧発生溝であるグルーブ部１１ａが形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。 
回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５の移動方向に追随移動しようとするため、その際、レイリーステップ１１ｂの存在によって破線で示すような正圧（動圧）を発生する。 
なお、１０ａ、１０ｂは流体循環溝の入口部、出口部を、また、Ｒはランド部を示す。 【００３７】
図３（ｂ）においても、相対する摺動部品である回転環３、及び、固定環５が矢印で示すように相対摺動するが、回転環３及び固定環５の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ下流側に面して逆レイリーステップ１１ｂ’が形成され、該逆レイリーステップ１１ｂ’の下流側には負圧発生溝であるグルーブ部１１ａ’が形成されている。相対する回転環３及び固定環５の摺動面は平坦である。 
回転環３及び固定環５が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環３及び固定環５の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環３または固定環５の移動方向に追随移動しようとするため、その際、逆レイリーステップ１１ｂ’の存在によって破線で示すような負圧（動圧）を発生する。 
なお、１０ａ、１０ｂは流体循環溝の入口部、出口部を、また、Ｒはランド部を示す。 
【実施例２】
【００３８】
図４及び図５を参照して、本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。 
実施例２に係る摺動部品は、流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝１２を摺動面に付加的に設けた点で実施例１の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、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。 【００３９】
図４（ａ）に示す固定環５は、図２（ａ）の固定環５の摺動面にスパイラル溝１２を付加的に設けたものであり、固定環５の摺動面の流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれる部分の外側、すなわち、隣接する流体循環溝１０と１０との間には、回転環３と固定環５との相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝１２が設けられている。図４において、スパイラル溝１２は、内周側から外周側に向けて反時計方向に傾斜するように曲線状（スパイラル状）に複数本設けられ、高圧流体側には連通され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。スパイラル溝１２は、高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を高圧流体側に押し戻し、密封性を向上させる役割を果たすもので、正圧発生機構１１の設けられていないところの隣接する流体循環溝１０と１０との間における漏洩を防止し、摺動面全体の密封性の向上に寄与するものである。また、スパイラル溝１２は低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されているため、静止時において漏洩が生じることもない。 【００４０】
図４（ｂ）に示す固定環５は、流体循環溝２０の形状が図４（ａ）の流体循環溝１０と異なり、それに伴い、レイリーステップ機構２１の平面形状も若干異なるが、その他の基本構成は図４（ａ）と同じである。 
図４（ｂ）における流体循環溝２０は、出口部２０ｂ及び連通部２０ｃの溝幅が入口部２０ａに比べて狭く、また、出口部２０ｂの傾斜角度が入口部２０ａに比べて大きく、中心線Ｏ−Ｏに対して非対称をなしている。また、レイリーステップ機構２１のレイリーステップ２１ｂも出口部２０ｂに沿うようにして傾斜角度が大きく設定されている。さらに、スパイラル溝２２の傾斜角も出口部２０ｂに沿うように大きく設定されている。 【００４１】
本例における流体循環溝２０は、入口部２０ａに取り込まれた流体に対して連通部２０ｃ及び出口部２０ｂにおける絞り作用により流体を摺動面により多く分散させることができると共に、出口部２０ｂが流体を排出しやすい角度に設定されているため排出能力をアップでき、摺動面における堆積物発生原因物質などを含む流体の濃縮を防止すると共に、摺動面全体の密封性を向上させ、静止時における漏洩を防止するものである。 【００４２】
図５（ａ）に示す固定環５は、流体循環溝２５の形状が図４（ａ）及び（ｂ）と異なると共に、流体循環溝２５が周方向に４等配で設けられている点で相違するが、その他の基本構成は図４（ａ）（ｂ）と同じである。 
図５（ａ）において、流体循環溝２５は、入口部２５ａ及び出口部２５ｂの傾斜角度が大きく設定され、両者は低圧流体側（図５においては内周側）において交差するように配設され、この交叉部が連通部２５ｃを形成している。入口部２５ａと出口部２５ｂとの交叉角度は鈍角（例えば、約１５０°）である。固定環５の摺動面の流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれる部分の外側、すなわち、隣接する流体循環溝２５と２５との間には、回転環３と固定環５との相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝２８が設けられている。 
また、図５（ｂ）に示す固定環５は、流体循環溝２５の形状が略直線状をなしている点で図４（ａ）及び（ｂ）と異なると共に、流体循環溝２５が周方向に３等配で設けられている点で相違するが、その他の基本構成は図４（ａ）（ｂ）と同じである。 
図５（ａ）に示す流体循環溝２５は、入口部２５ａ及び出口部２５ｂの傾斜角度が大きいため、入口部２５ａへの流体の流入及び出口部２５ｂからの流体の排出が容易であり、また、低圧流体側に近い連通部２５ｃの長さが短いことから、連通部２５ｃから低圧流体側への漏洩をより一層防止することができる。 
また、図５（ｂ）に示す流体循環溝２５は、入口部２５ａ、連通部２５ｃ及び出口部２５ｂが略直線状をなしているため、入口部２５ａから出口部２５ｂへの流体の流通が容易であり、さらに、連通部２５ｃから低圧流体側への漏洩もない。 
【実施例３】
【００４３】
図６及び図７を参照して、本発明の実施例３に係る摺動部品について説明する。 
実施例３に係る摺動部品は、流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝１３が低圧流体側に連通するように設けられている点で、図４及び図５の実施例２と相違するが、その他の基本構成は図４及び図５の実施例２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。 【００４４】
図６（ａ）に示す固定環５は、図４（ａ）と同じ流体循環溝１０及びレイリーステップ機構１１を備えるものであるが、流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれた部分の外側に設けられるスパイラル溝１３は低圧流体側にも連通されている。 
また、図６（ｂ）に示す固定環５は、流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれた部分であってレイリーステップ機構１１を除く部分にもスパイラル溝１３’が高圧流体側に連通するように設けられている。 
さらに、図７（ａ）に示す固定環５は、レイリーステップ機構１１部分にもスパイラル溝１３’が高圧流体側に連通するように設けられている。 
図６及び図７に示す流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれた部分の外側に設けられるスパイラル溝１３は、低圧流体側にも連通しているため、スパイラル溝１３の低圧側において蒸気性キャビテーションが発生しにくいというメリットがある。また、図６（ｂ）に示す固定環５は、流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれた部分であってレイリーステップ機構１１を除く部分にもスパイラル溝１３’が設けられているため、スパイラル溝１３’の部分においても流体を高圧流体側に排出するため、漏れを一層低減できる。また、図７（ａ）に示す固定環５は、スパイラル溝加工を簡単にできる。しかし、レイリーステップ機構１１の正圧発生量が減少するデメリットもある。 【００４５】
図７（ｂ）に示す固定環５は、図５（ａ）と同じ流体循環溝２５及びレイリーステップ機構２６を備えるものであるが、流体循環溝２５の外側に設けられるスパイラル溝２９は低圧流体側に連通されている。また、流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれた部分であってレイリーステップ機構２６を除く部分にはスパイラル溝２９’が高圧流体側に連通するように設けられている。この場合、スパイラル溝加工を簡単にするために流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれた部分およびレイリーステップ機構２６部分のスパイラル溝２９’が高圧流体側に連通するように設けられてもよい。しかし、レイリーステップ機構の正圧発生量が減少するデメリットもある。 
本例における流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれた部分の外側に設けられるスパイラル溝２９は、低圧流体側に連通されているため、スパイラル溝２９の低圧側において蒸気性キャビテーションが発生しにくいというメリットがある。 
一方、流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれた部分のスパイラル溝２９’は、高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする流体を高圧流体側に排出するため、漏洩をさらに低減する効果がある。 
【実施例４】
【００４６】
図８及び図９を参照して、本発明の実施例４に係る摺動部品について説明する。 
実施例４に係る摺動部品は、スパイラル溝の代わりに逆レイリーステップ機構２７を設ける点で図５（ａ）に示す実施例２と相違するが、その他の基本構成は図５（ａ）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。 【００４７】
図８（ａ）において、固定環５の摺動面には、周方向に６等配に配設された流体循環溝２５及びレイリーステップ機構２６が設けられ、さらに、流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれた部分の外側、すなわち、隣接する流体循環溝２５、２５の間には、流体循環溝２５より浅い負圧発生溝を構成するグルーブ２７ａ及び逆レイリーステップ２７ｂからなる負圧発生機構を構成する逆レイリーステップ機構２７が設けられている。グルーブ２７ａは入口部２５ａに連通し、出口部２５ｂ及び低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。 【００４８】
図８（ｂ）は、流体循環溝２５が周方向に４等配に配設され、隣接する流体循環溝２５、２５の間に設けられる逆レイリーステップ機構２７のグルーブ２７ａが図６（ａ）のグルーブ２７ａより周方向に長く形成される点で図８（ａ）と相違するが、その他の構成は図８（ａ）と同じである。 
また、図９は、図８（ｂ）に示す摺動面において、逆レイリーステップ機構２７のグルーブ２７ａにスパイラル溝２８’が付加的に設けられる点で図８（ｂ）と相違するが、その他の構成は図８（ｂ）と同じである。図９に示す摺動面においては、逆レイリーステップ機構２７のグルーブ２７ａに吸入された流体はスパイラル溝２８’で効率よく排出される。 【００４９】
本実施例４において、負圧発生機構を構成する逆レイリーステップ機構２７は、負圧の発生により高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体をグルーブ２７ａに取り込み、流体循環溝２５を介して高圧流体側に戻し、密封性を向上させる役割を果たすもので、レイリーステップ機構２６の設けられていない部分であるところの隣接する流体循環溝２５と２５との間における漏洩を防止し、摺動面全体の密封性を向上させるものである。 
なお、レイリーステップ機構２６及び逆レイリーステップ機構２７の等配数やレイリーステップ機構２６と逆レイリーステップ機構２７の長さの比は、適宜最適なものを選定できる。 
【実施例５】
【００５０】
図１０を参照して、本発明の実施例５に係る摺動部品について説明する。 
実施例５に係る摺動部品は、スパイラル溝１２を他方の摺動面に設ける点で図４（ａ）に示す実施例２と相違するが、その他の基本構成は図４（ａ）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。 【００５１】
図１０において、図（ａ）は一方の摺動環である固定環５を示しており、図（ｂ）は他方の摺動環である回転環３を示している。 
固定環５の摺動面には、流体循環溝１０及び正圧発生機構１１が設けられている。 
回転環３の摺動面には、回転環３と固定環５との相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝１２が全周にわたり設けられている。図７（ｂ）では、スパイラル溝１２は、内周側から外周側に向けて時計方向に傾斜するように曲線状（スパイラル状）に複数本設けられ、高圧流体側には連通され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。スパイラル溝１２は、高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を高圧流体側に押し戻し、密封性を向上させる役割を果たすもので、周方向に連続して設けられるため摺動面全体の密封性を一層向上させることができる。 【００５２】
本実施例５においては、流体循環溝１０及び正圧発生機構１１と、スパイラル溝１２とが別の摺動面に設けられるため、加工が容易であり、また、スパイラル溝１２を全周にわたり連続して設けられるので密封性能を向上させる効果がある。さらに、スパイラル溝１２がランド部Ｒにより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もない。 
【実施例６】
【００５３】
図１１を参照して、本発明の実施例６に係る摺動部品について説明する。 
実施例６に係る摺動部品は、スパイラル溝１３を他方の摺動面に設ける点で図１０に示す実施例５と共通するが、スパイラル溝１３が低圧流体側に連通されている点で図７に示す実施例５と相違する。 【００５４】
図１１において、図（ａ）は一方の摺動環である固定環５を示しており、図（ｂ）は他方の摺動環である回転環３を示している。 
固定環５の摺動面には、流体循環溝１０及び正圧発生機構１１が設けられている。 
回転環３の摺動面には、回転環３と固定環５との相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝１３が全周にわたり設けられている。図１１（ｂ）では、スパイラル溝１３は、内周側から外周側に向けて時計方向に傾斜するように曲線状（スパイラル状）に複数本設けられ、高圧流体側及び低圧流体側に連通されている。 
本例におけるスパイラル溝１３は、低圧流体側に連通しているため、スパイラル溝１３の低圧側において蒸気性キャビテーションが発生しにくいというメリットがある。しかし、静止時の漏洩を防止できないというデメリットもある。 【００５５】
本実施例６においては、特に、流体循環溝１０及び正圧発生機構１１と、スパイラル溝１３とが別の摺動面に設けられるため、加工が容易であり、また、スパイラル溝１３を全周にわたり連続して設けられるので密封性能を一層向上させる効果がある。 
【実施例７】
【００５６】
図１２を参照して、本発明の実施例７に係る摺動部品について説明する。 
実施例７に係る摺動部品は、流体循環溝２５を設ける側の一方の摺動面は図８（ａ）に示す実施例４と同じであり、他方の摺動面には、図１０に示す実施例５と同様のスパイラル溝１２を設けたものである。 【００５７】
図１２において、図（ａ）は一方の摺動環である固定環５を示しており、図（ｂ）は他方の摺動環である回転環３を示している。 
図１２（ａ）において、固定環５の摺動面には、周方向に６等配に配設された流体循環溝２５及び正圧発生機構２６が設けられ、さらに、流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれた部分の外側、すなわち、隣接する流体循環溝２５、２５の間には、流体循環溝２５より浅い負圧発生溝を構成するグルーブ２７ａからなる負圧発生機構を構成する逆レイリーステップ機構２７が設けられている。グルーブ２７ａは入口部２５ａに連通し、出口部２５ｂ及び低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。 
また、図１２（ｂ）において、回転環３の摺動面には、回転環３と固定環５との相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝１２が全周にわたり設けられている。本例においてスパイラル溝１２は、図１２（ｂ）では内周側から外周側に向けて時計方向に傾斜するように曲線状（スパイラル状）に複数本設けられ、高圧流体側には連通され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。スパイラル溝１２は、高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体を高圧流体側に押し戻し、密封性を向上させる役割を果たすもので、摺動面全体の密封を向上させるものである。 【００５８】
本実施例７においては、特に、流体循環溝２５及び正圧発生機構２６と、スパイラル溝１２とが別の摺動面に設けられるため、加工が容易であり、また、スパイラル溝１２を全周にわたり連続して設けられるので密封性能を向上させる効果がある。さらに、スパイラル溝１２がランド部Ｒにより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もない。 
【実施例８】
【００５９】
図１３を参照して、本発明の実施例８に係る摺動部品について説明する。 
実施例８に係る摺動部品は、スパイラル溝１３を他方の摺動面に設ける点で図１２に示す実施例７と共通するが、スパイラル溝１３が低圧流体側に連通されている点で図１２に示す実施例７と相違する。 【００６０】
図１３において、図（ａ）は一方の摺動環である固定環５を示しており、図（ｂ）は他方の摺動環である回転環３を示している。 
固定環５の摺動面には、周方向に６等配に配設された流体循環溝２５及び正圧発生機構２６が設けられ、さらに、流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれた部分の外側、すなわち、隣接する流体循環溝２５、２５の間には、流体循環溝２５より浅い負圧発生溝を構成するグルーブ２７ａからなる負圧発生機構を構成する逆レイリーステップ機構２７が設けられている。グルーブ２７ａは入口部２５ａに連通し、出口部２５ｂ及び低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。 
回転環３の摺動面には、回転環３と固定環５との相対摺動により流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝１３が全周にわたり設けられている。本例においてスパイラル溝１３は、図１３（ｂ）では内周側から外周側に向けて時計方向に傾斜するように曲線状（スパイラル状）に複数本設けられ、高圧流体側及び低圧流体側に連通されている。 
本例におけるスパイラル溝１３は、低圧流体側に連通しているため、スパイラル溝１３の低圧側において蒸気性キャビテーションが発生しにくいというメリットがある。しかし、静止時の漏洩を防止できないというデメリットもある。 【００６１】
本実施例８においては、特に、流体循環溝２５、正圧発生機構２６及び負圧発生機構２７と、スパイラル溝１３とが別の摺動面に設けられるため、加工が容易であり、また、スパイラル溝１３を全周にわたり連続して設けられるので密封性能を向上させる効果がある。 
【実施例９】
【００６２】
図１４を参照して、本発明の実施例９に係る摺動部品について説明する。 
実施例９に係る摺動部品は、流体循環溝と高圧流体側とで囲まれた部分であってレイリーステップ機構２６を除く部分にもスパイラル溝２８’が設けられている点、並びに、該スパイラル溝２８’及び流体循環溝と高圧流体側とで囲まれた部分の外側に設けられるスパイラル溝２８の面がランド部Ｒより低く、レイリーステップ機構２６のグルーブ２６ａより高い位置に設定される点で、図５（ａ）に示す実施例２と相違するが、その他の基本構成は図５（ａ）に示す実施例２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。 【００６３】
図１４において、固定環５の摺動面には、流体循環溝２５及びレイリーステップ機構２６が周方向に４等配で設けられ、流体循環溝２５の入口部２５ａ及び出口部２５ｂの傾斜角度が大きく設定され、両者は低圧流体側（図１４においては内周側）において交差するように配設され、この交点が連通部２５ｃを形成している。入口部２５ａと出口部２５ｂとの交叉角度は鈍角（例えば、約１５０°）をなしている。 
また、流体循環溝２５と高圧流体側とで囲まれた部分であってレイリーステップ機構２６を除く部分にもスパイラル溝２８’が設けられている。また、流体循環溝と高圧流体側とで囲まれた部分の外側には流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝２８が設けられている。そして、これらのスパイラル溝２８、２８’の設けられる面は、ランド部Ｒより低く、レイリーステップ機構２６のグルーブ２６ａより高い位置に設定されている。 
なお、スパイラル溝加工を簡単にするため、レイリーステップ機構２６部分にもスパイラル溝２９’が高圧流体側に連通するように設けられてもよい。 【００６４】
本実施例９においては、特に、流体を高圧流体側に排出するスパイラル溝２８、２８’の設けられる面はランド部Ｒより低く設定されているため、この部分の液膜が厚くなり摩耗を低減することができる。 【００６５】
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。 【００６６】
例えば、前記実施例では、摺動部品をメカニカルシール装置における一対の回転用密封環及び固定用密封環のいずれかに用いる例について説明したが、円筒状摺動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸と摺動する軸受の摺動部品として利用することも可能である。 【００６７】
また、例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用できる。 【００６８】
また、例えば、前記実施例では、摺動部品を構成するメカニカルシールの固定環に流体循環溝、正圧発生機構及び負圧発生機構又はスパイラル溝を設ける場合、について説明したが、これとは逆に、回転環に流体循環溝、正圧発生機構及び負圧発生機構又はスパイラル溝を設けてもよい。その場合、流体循環溝及びスパイラル溝は回転環の外周側まで設けられる必要はなく、被密封流体側と連通すればよい。 
【符号の説明】
【００６９】
１              回転軸 
２              スリーブ 
３              回転環 
４              ハウジング 
５              固定環 
６              コイルドウェーブスプリング 
７              ベローズ 
１０             流体循環溝 
１１             正圧発生機構（レイリーステップ機構） 
１２             スパイラル溝 
１３、１３’     スパイラル溝 
１５             流体循環溝 
１６             正圧発生機構（レイリーステップ機構） 
２０             流体循環溝 
２１             正圧発生機構（レイリーステップ機構） 
２２             スパイラル溝 
２５             流体循環溝 
２６             正圧発生機構（レイリーステップ機構） 
２７             負圧発生機構（逆レイリーステップ機構） 
２８、２８’     スパイラル溝 
２９、２９’     スパイラル溝 
Ｒ               ランド部 
【図１】
2014103630.tif 000003
【図２】
2014103630.tif 000004
【図３】
2014103630.tif 000005
【図４】
2014103630.tif 000006
【図５】
2014103630.tif 000007
【図６】
2014103630.tif 000008
【図７】
2014103630.tif 000009
【図８】
2014103630.tif 000010
【図９】
2014103630.tif 000011
【図１０】
2014103630.tif 000012
【図１１】
2014103630.tif 000013
【図１２】
2014103630.tif 000014
【図１３】
2014103630.tif 000015
【図１４】
2014103630.tif 000016
【国際調査報告】
2014103630.tif 000017
2014103630.tif 000018
2014103630.tif 000019
2014103630.tif 000020