阅读说明：本技术 滑动部件 (Sliding component ) 是由 井村忠继 于 2019-01-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高压被密封流体泄漏少且转矩小的滑动部件。在滑动部件中,通过使圆环状的接合环(20)和圆环状的密封环(10)对向并使各滑动面(11,21)相对转动,从而对在该相对转动滑动的滑动面(11,21)的径向一侧存在的被密封流体进行密封,在密封环(10)的滑动面(11)上,沿圆周向分离形成多个通过与接合环(20)相对转动滑动来生成工作压的工作压凹部(12),在多个接合环(20)的滑动面(21)上,在与工作压凹部(12)配合动作的位置沿圆周向形成比工作压凹部(12)深度深的静压凹部(22)。(The invention provides a sliding component with less leakage of high-pressure sealed fluid and small torque. In a sliding component, an annular joint ring (20) and an annular seal ring (10) are opposite to each other, and each sliding surface (11, 21) is relatively rotated, so that sealed fluid existing on one radial side of the sliding surfaces (11, 21) which relatively rotate and slide is sealed, a plurality of working pressure concave parts (12) which generate working pressure by relatively rotating and sliding with the joint ring (20) are formed on the sliding surface (11) of the seal ring (10) along the circumferential direction separately, and a static pressure concave part (22) which is deeper than the depth of the working pressure concave part (12) is formed on the sliding surface (21) of the plurality of joint rings (20) along the circumferential direction at the position matched with the working pressure concave part (12).)

滑动部件

技术领域

本发明涉及相对转动的滑动部件，涉及例如在汽车、一般产业机械或者其他密封领域的机械密封中利用的滑动部件。

背景技术

防止被密封流体泄漏的密封装置，是由两个以相对转动且平面上的端面彼此滑动的方式构成的部件构成的，例如在机械密封中，为了长期维持密封性，必须使得“密封”和“润滑”这样的相反条件同时成立。尤其是近年来，出于环境保护等，为了实现一边防止被密封流体泄漏一边降低机械损耗，低摩擦化的要求进一步变高。作为低摩擦化的方法，其是通过转动在滑动面之间产生工作压并在隔着液膜的状态下滑动来实现的。

以往，作为通过转动在滑动面之间产生工作压而得到的机械密封，例如已知一种专利文献1所述的密封装置。在作为滑动部件一方的接合环的滑动面上，设有多个转动时产生工作压的工作压产生槽。另外，作为滑动部件另一方的密封环的滑动面被平坦地形成。当滑动部件相对转动时，工作压产生槽的转动方向上游侧变成负压，另一方面，在其下游侧产生正压，由于工作压产生槽转动方向下游侧的端面壁产生的楔效应而使得正压变大，作为整体作用正压，能够得到较大浮力。

专利文献1的密封装置因为在滑动面之间产生正压，因此流体从正压部分向滑动面外流出。该流体的流出就属于密封情况下被密封流体的泄漏。在此开发出了一种密封装置，在工作压产生槽内或者该槽外形成微小槽等来赋予泵出功能，当滑动部件启动时，通过使具有方向性的流体流到滑动面之间来降低泄漏(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利第3066367号公报(第3页，第1图)。

专利文献2日本专利第5960145号公报(第10页，第4图)。

然而，在以高压被密封流体为对象的滑动部件中，寻求进一步提高“密封”和“润滑”。专利文献2的滑动部件随着被密封流体变成高压，即便使得泵出用微小槽的槽形状(深度，宽度，长度，角度等)最佳化，也存在泵出作用会低到不能期待的程度的趋势，存在无法一边维持润滑性一边充分抑制泄漏之虞。另外，考虑过如专利文献1等的密封装置的那样，通过工作压产生槽来产生工作压，但是因为被密封流体是高压，为了获得大浮力就需要使得工作压产生槽的深度变浅，所以该情况下，存在未对工作压产生槽充分地供给被密封流体，变成润滑不够而润滑性恶化之虞。这样，根据任意一篇文献的技术，在以高压被密封流体为对象的滑动部件中，通过工作压产生槽的功能来维持所谓的流体润滑状态是困难的，存在的问题是，其会成为泄漏多或者转矩大的滑动部件。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的问题而完成的，其目的在于，提供一种高压被密封流体的泄漏少且转矩小的滑动部件。

为了解决所述课题，在本发明的滑动部件中，通过使圆环状的接合环和圆环状的密封环对向并使各滑动面相对转动，来对在该相对转动滑动的所述滑动面的径向一侧存在的被密封流体进行密封，其特征在于，在所述接合环或者所述密封环的任意一方的滑动面上，在所述接合环或者所述密封环的任意一方的滑动面上，沿圆周向分离形成多个通过所述接合环和所述密封环的相对转动滑动而生成工作压的工作压凹部，在所述接合环或者所述密封环的另一个滑动面上，在与所述工作压凹部配合动作的位置沿圆周向形成多个比所述工作压凹部深度深的静压凹部。

根据该特征，在密封环和接合环相对转动时，工作压凹部通过比工作压凹部深度深的静压凹部的对向部或对向部附近，使得能够从静压凹部供给被密封流体，因此能够可靠地产生工作压，而不会润滑不够。此时，工作压凹部主要发挥在滑动面之间产生工作压来调整滑动面之间的接触面压的功能，并且静压凹部主要发挥将在其内部保持的被密封流体供给工作压凹部侧的功能。这样，密封环和接合环产生相互完全不相对浮起的程度的工作压，由此两滑动面一边处于相互接触状态一边抑制了接触面压，能够得到高压被密封流体的泄漏少且转矩小的滑动部件。

优选地，所述工作压凹部和所述静压凹部在所述接合环或者所述密封环的径向至少一部分重叠。

由此，在密封环和接合环相对转动时，工作压凹部可靠地通过比工作压凹部深度深的静压凹部的对向部，能够从静压凹部供给被密封流体，因此能够可靠地产生工作压，而不会润滑不够。

优选地，所述工作压凹部在所述被密封流体侧开放。

由此，因为对工作压凹部施加由被密封流体产生的静压，因此能够可靠地产生工作压，而不会润滑不够。

优选地，所述工作压凹部是带状。

由此，通过工作压凹部和静压凹部的配合动作，能够提高工作压产生效率以及静压产生效率。

优选地，所述静压凹部是凹痕。

由此，通过工作压凹部和静压凹部的配合动作，能够提高工作压产生效率以及静压产生效率。

优选地，所述工作压凹部是沿着主视图圆周向的带状，所述静压凹部是凹痕。

由此，通过工作压凹部和静压凹部的配合动作，能够得到工作压产生效率以及静压产生效率。

优选地，所述工作压凹部仅配置在，所述接合环或者所述密封环中的任意一方的滑动面的所述被密封流体侧。

由此，密封环和接合环相对转动时，能够防止被密封流体侧的润滑不够。

优选地，所述工作压凹部仅配置在，所述接合环或者所述密封环中的任意一方的滑动面的径向所述被密封流体侧1/4以下的区域。

由此，密封环和接合环相对转动时，能够防止被密封流体侧的润滑不够，且不产生过度浮力，能够减小被密封流体的泄漏。

优选地，所述静压凹部配置在，所述接合环或者所述密封环的另一个滑动面的整个面。

由此，静压凹部对对向的工作压凹部供给被密封流体，并且在工作压凹部未对向的部位，在内部保持被密封流体，由此难以润滑不够。

优选地，所述静压凹部的深度尺寸大于其主视图开口最大直径尺寸。

由此，静压凹部提高了对对向的工作压凹部供给被密封流体的功能，并且提高了在工作压凹部未对向的部位在内部保持被密封流体的功能。

优选地，所述被密封流体是0.1MPa以上的高压液体。

由此，即便被密封流体是高压，滑动面表面不平整(surface roughness)也少，且泄漏也少。

附图说明

图1是表示本发明实施例1所涉及的一般产业机械用的机械密封的一示例的截面图。

图2是表示形成本发明实施例1所涉及的工作压凹部的密封环的滑动面的平面图。

图3是表示形成与图2的密封环对向配置的静压凹部的接合环的滑动面的平面图。

图4是在径向切开图2以及图3的密封环以及接合环的未转动时的截面图。

图5是用于说明图2以及图3的密封环以及接合环的工作压产生的在周向切开的转动时的截面示意图。

图6中，(a)以及(b)是表示实施例1的静压凹部的变形例的截面图。

图7中，(a)-(g)是表示形成本发明实施例2所涉及的工作压凹部的密封环的滑动面的平面图。

图8中，(a)-(f)是表示形成本发明实施例3所涉及的静压凹部的接合环的滑动面的平面图。

具体实施方式

基于实施例，在以下说明用于实施本发明所涉及的滑动部件的方式。

实施例1

对于实施例1所涉及的滑动部件，参照从图1到图5进行说明。其中，在本实施例中，以作为滑动部件的一示例的机械密封为例，进行说明。另外，将构成机械密封的滑动部件的外周侧作为被密封流体侧，将内周侧作为大气侧，来进行说明。

图1所示的一般产业机械用的机械密封是对要从滑动面的外周侧向内周侧泄漏的被密封流体进行密封的插入(Inside)形密封件，构成为主要包括：接合环20，作为圆环状滑动部件，以在转动轴1侧经由套筒2与转动轴1能够一体转动的状态下设置；和密封环10，作为圆环状滑动部件，在固定于被安装设备的壳体4的密封罩5上以非转动状态且在轴向能够移动的状态设置，通过波纹管7在轴向对密封环10施力，能够使得通过抛光等而镜面精加工的密封环10的滑动面11与接合环20的滑动面21相互贴紧滑动。其中，本实施的被密封流体采用0.1MPa以上的高压液体。

密封环10以及接合环20代表性地以SiC(硬质材料)彼此或者SiC(硬质材料)和碳(软质材料)的组合来形成，但是不限于此，滑动材料只要能够作为机械密封用滑动材料使用就可以。其中，作为SiC，以硼、铝、碳等为烧结助料的烧结体为代表，存在成分、组分不同的2种以上相所构成的材料，例如存在分散了石墨(graphite)颗粒的SiC、SiCSi构成的反应烧结SiC、SiC-TiC、SiC-TiN等，作为碳，以碳和石墨混合而成的碳为代表，能够利用树脂成形碳、烧结碳等。另外，除了上述滑动材料以外，还能够适用金属材料、树脂材料、表面改质材料(涂覆材料)或复合材料等。

如图2所示，密封环10具有在轴向一端从轴向观察的主视图呈环状的滑动面11。滑动面11是平坦面，形成在圆周向分离的多个作为工作压凹部的凹槽12。其中，滑动面11相对于凹槽12也可以是平台部。

凹槽12由作为与滑动面11平行的平面形成的底面12A、作为与底面12A正交的壁面而形成的径向壁12B、12C以及作为与底面12A以及径向壁12B、12C正交的壁面而形成的周向壁12D划分而成，具有向作为被密封流体侧的外径向开放的侧视图呈大致矩形的开口12E，形成为在从轴向观察的主视图中沿着滑动面11的圆周向的带状槽。其中，本实施例的凹槽12通过激光加工而形成，但是不限于此，也可以以其他方法形成。

另外，凹槽12以12等份配置在滑动面11的周向上。其中，凹槽12的数量或间隔不限于此，但是凹槽12的数量如果过多则产生的工作压变大，如果过少则绕滑动面11的周向作用的工作压的变化变大，优选是6～24等分配置。

另外，凹槽12的周向长度和在周向隣接的凹槽12、12之间的长度(间隔)大致相同地形成。其中，滑动面11的凹槽12的周向长度和间隔不限于此。

另外，凹槽12的轴向深度不足5μm地形成，优选1μm以上地形成，凹槽12的径向长度R12形成为在滑动面11的径向长度R11的1/2以下，优选形成为其1/4以下(参照图2)。由此，在凹槽12产生的各工作压的整体合计力(浮力)不会变得过大。另外，凹槽12在滑动面11的径向仅配置在外径侧区域。其中，优选凹槽12不配置在滑动面11的内径侧。由此，当密封环10和接合环20相对转动时，滑动面11的外径侧难以与对向的滑动面21直接接触，能够防止转动速度快的外径侧润滑不够。并且，凹槽12的周向长度c12(参照图5)形成得大于凹槽12的径向长度R12(参照图2)。

如图3所示，接合环20具有与密封环10的滑动面11在轴向对向的环状滑动面21。滑动面21是平坦面，在整个面上形成沿圆周向多个作为静压凹部的凹痕22。其中，滑动面21相对于凹痕22也可以说是平台部。

另外，接合环20的滑动面21的径向长度w21形成得长于密封环10的滑动面11的径向长度w11(w11<w21)(参照图4)。由此，能够抑制在密封环10的滑动面11的外径侧配置的凹槽12的最大径向长度r12。

凹痕22形成从轴向观察的主视图圆形(参照图3)、径向截面大致椭圆形(参照图4)、周向截面大致椭圆形(参照图5)的半转动椭圆体状，在滑动面21的整个面上径向每六个六个锯齿状地配置。其中，滑动面21的整个面表示与滑动面11实质滑动的区域。其中，本实施例的凹痕22通过激光加工形成，但是不限于此，也可以用其他方法形成。

另外，凹痕22的深度尺寸h22形成得大于主视图中的凹痕22的开口最大直径尺寸r22(r22<h22)(参照图4)。由此，凹痕22提高了对对向的凹槽12供给被密封流体的功能，并且提高了在凹槽12未对向的部位在内部保持被密封流体的功能。其中，凹痕22的深度尺寸h22也可以小于主视图的凹痕22的开口最大直径尺寸r22，或者大致相同地形成。另外，优选凹痕22的轴向深度未充分作用楔效应的10μm以上。

如图4所示，凹痕22的深度尺寸h22形成得大于凹槽12的深度尺寸h12(h12<h22)。另外，凹槽12的最大径向长度r12形成得长于凹痕22的最大径向长度r22(r22<r12)。并且，如图5所示，凹槽12的最大周向长度c12形成得长于凹痕22的最大周向长度c22(c22<c12)。这样，凹槽12和凹痕22在滑动面11、21之间的径向至少一部分重叠。

接着，说明滑动面11、21之间的工作压产生。图5所示，密封环10和接合环20相对转动(转动方向是在图5中从中径向壁12B侧朝向径向壁12C侧的白箭头所示的方向)时，凹槽12的转动方向侧(即图5的径向壁12C侧)成为负压，另一方面，反转动方向侧(即图5的径向壁12B侧)产生正压，凹槽12的反转动方向侧的径向壁12B产生楔效应，从而导致正压变大，作为整体作用正压，得到大浮力。另外，凹槽12因为通过比凹槽12深度深的凹痕22的对向部、对向部附近而从凹痕22供给被密封流体，因此能够可靠地产生工作压，而不会润滑不够。此时，凹槽12发挥使主滑动面11、21之间产生工作压来调整滑动面11、21之间的接触面压的功能，并且凹痕22主要发挥将在其内部保持的被密封流体供给凹槽12侧的功能以及在未形成凹槽12的滑动面11的内径侧从被密封流体侧导入静压的功能。并且，凹槽12从被密封流体侧即向外径向开放的侧视图呈大致矩形的开口12E对凹槽12导入基于被密封流体的静压，由此有助于滑动面11、21之间工作压的产生。其中，如图5示意地所示，滑动面11、21成为在微观下表面粗糙、波浪或由于工作压导致的变形而波动的形状。

这样，通过凹槽12与凹痕22的配合动作，密封环10和接合环20产生相互完全不相对浮起的程度的工作压，滑动面11、21彼此成为流体润滑和边界润滑混合的混合润滑，成为相互一部分接触的状态，由此能够使得两滑动面11、21一边成为相互接触状态一边抑制接触面压，因此能够得到高压被密封流体的泄漏少且转矩小的滑动部件。并且，通过成为小转矩，能够抑制滑动面11、21的表面不平整。其中，与实施例1不同，以往的工作压产生槽产生了成为流体润滑的流体膜。

其中，作为实施例1的凹槽12的变形例，径向壁12B、12C可以不与底面12A正交，而例如可以在倾斜的状态下交叉。另外，底面12A可以不与滑动面11平行，而例如可以是倾斜面。并且，底面12A可以不是平面，而例如是弯曲面。

另外，作为实施例1的凹痕22的变形例，凹痕22的截面形状可以形成图6(a)所示的矩形或图6(b)所示的圆锥形。

实施例2

下面，对于实施例2所涉及的滑动部件，参照图7进行说明。其中，对于与所述实施例所示的构成部分相同的构成部分，赋予同一附图标记而省略重复说明。

说明实施例2滑动部件。如图7(a)所示，在作为滑动部件的密封环210的滑动面211上，形成从轴向观察的主视图中呈半圆形状的工作压凹部的凹槽212。凹槽212向作为被密封流体侧的外径向开放。

另外，如图7(b)所示，在作为滑动部件的密封环310的滑动面311上，形成作为工作压凹部的螺纹槽312。螺纹槽312向作为被密封流体侧的外径向开放，内径侧堵塞。

另外，如图7(c)所示，在作为滑动部件的密封环410的滑动面411上，形成从轴向观察的主视图呈大致矩形状的作为工作压凹部的凹槽412。凹槽412由于周围被平台部包围，因此作为被密封流体侧的外径向未开放。

另外，如图7(d)所示，在作为滑动部件的密封环510的滑动面511上，形成从轴向观察的主视图呈大致L字状的作为工作压凹部的瑞利台阶512。瑞利台阶512形成相同的向径向以及周向延伸的槽的深度，向径向延伸的槽向作为被密封流体侧的外径向开放。

另外，如图7(e)所示，在作为滑动部件的密封环610的滑动面611上，形成在从轴向观察的主视图呈大致L字状的作为工作压凹部的瑞利台阶612。瑞利台阶612连续形成在沿着周向延伸的槽630在径向延伸的深槽631，深槽631向作为被密封流体侧的外径向开放。

另外，如图7(f)所示，在作为滑动部件的密封环710的滑动面711上，形成在从轴向观察的主视图作为工作压凹部的呈大致矩形状的凹槽712。凹槽712分别在形成于周向大致中央的深槽730的周向两侧，连续形成倾斜的槽731、732，凹槽712整体向作为被密封流体侧的外径向开放。

另外，如图7(g)所示，在作为滑动部件的密封环810的滑动面811上，形成从轴向观察的主视图呈圆形的作为工作压凹部的凹痕812。凹痕812仅配置在滑动面811的外径侧。其中，为了便于说明，省略图示，但是凹痕812的最大径向长度形成得大于在接合环20的滑动面21形成的凹痕22的最大径向长度。

其中，图7(a)～图7(g)中的各工作压凹部的轴向深度形成得较浅，以便能够产生充分的工作压。

实施例3

下面，参照图8说明实施例3所涉及的滑动部件。其中，对于与所述实施例所示的构成部分相同构成部分，赋予同一符号而省略重复说明。

对实施例3滑动部件的说明。如图8(a)所示，在作为滑动部件的接合环220的滑动面221上，形成从轴向观察的主视图在圆周向多个作为圆形静压凹部的凹痕222。凹痕222在滑动面221的整个面径向放射状地配置。

另外，如图8(b)所示，在作为滑动部件的接合环320的滑动面421上，形成从轴向观察的主视图在圆周向多个作为矩形静压凹部的凹痕322。凹痕322在滑动面321的整个面径向错开配置。

另外，如图8(c)所示，在作为滑动部件的接合环420的滑动面421上，形成作为工作压凹部的螺纹槽422。螺纹槽422配置在滑动面421的整个面上，向作为被密封流体侧的外径向以及内径向开放。

另外，如图8(d)所示，在作为滑动部件的接合环520的滑动面521上，形成在从轴向观察的主视图在圆周向相邻的多个呈大致矩形的作为静压凹部的凹槽522。凹槽522仅配置在滑动面521的外径侧，向作为被密封流体侧的外径向开放。

另外，如图8(e)所示，在作为滑动部件的接合环620的滑动面621上，形成从轴向观察的主视图呈半圆形状的作为静压凹部的凹槽622。凹槽622向作为被密封流体侧的外径向开放。

另外，如图8(f)所示，在作为滑动部件的接合环720的滑动面721上，形成从轴向观察的主视图呈大致矩形状的作为静压凹部的凹槽722。凹槽722向作为被密封流体侧的外径向开放。

其中，图8(a)图8(f)中各静压凹部的轴向深度形成得深到不充分产生工作压的程度，以便能够供给并保持被密封流体。

以上，通过附图说明了本发明的实施例，但是具体构成不受这些实施例的限制，不脱离本发明要旨范围的变更、追加也包括在本发明中。

另外，在所述实施例中，以构成机械密封的部件是滑动部件的情况为例进行了说明，但是本发明不限解释于此，只要不脱离本发明范围，基于本领域技术人员的常识，能够得到各种变更、修正或改良。

例如，作为滑动部件，以一般产业机械用的机械密封为例进行了说明，但是也可以是水泵用等其他机械密封。另外，机械密封也可以是外置形的。

另外，在所述实施例中，以工作压凹部设置在密封环而静压凹部设置在接合环为例进行了说明，但是也可以将静压凹部设置在密封环而将工作压凹部设置在接合环。

另外，作为滑动部件以机械密封为例进行了说明，但是也可以是滑动轴承等机械密封以外的滑动部件。

符号说明：

1转动轴；2套筒；4壳体；5密封罩；7波纹管；10密封环(滑动部件)；11滑动面；12凹槽(工作压凹部)；12A底面；12B，12C径向壁；12D周向壁；12E开口；20接合环(滑动部件)；21滑动面；22凹痕(静压凹部)；210-810密封环(滑动部件)；211-811滑动面；212凹槽(工作压凹部)；220-710接合环(滑动部件)；221-721滑动面；222凹痕(静压凹部)；312螺纹槽(工作压凹部)；322凹痕(静压凹部)；412凹槽(工作压凹部)；422螺纹槽(静压凹部)；512瑞利台阶(工作压凹部)；522凹槽(静压凹部)；612瑞利台阶(工作压凹部)；622凹槽(静压凹部)；712凹槽(工作压凹部)；722凹槽(静压凹部)；812凹痕(工作压凹部)。