滑动部件的制作方法

本发明涉及适用于例如机械密封件、轴承以及其它滑动部的滑动部件。特别是涉及使流体介于滑动面来减少摩擦并且需要防止流体从滑动面泄漏的密封环或者轴承等的滑动部件。

背景技术：
在作为滑动部件的一个例子的机械密封件中，为了长期地维持密封性，必须兼顾“密封”与“润滑”这样相悖的条件。特别是，在近年，由于环境保护等，为了在谋求防止被密封流体的泄漏的同时降低机械的损失，进一步提高了对低摩擦化的要求。作为低摩擦化的方法能够这样达成：通过旋转在滑动面间产生动压，形成在介入了液膜的状态下进行滑动的所谓的流体润滑状态。可是，在这样的情况下，由于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。是轴承中所谓的侧方泄漏，相当于密封时的泄漏。在液体密封中，因为液体的粘度比气体粘度大，因此，即使是平面之间，由于面的微小的波纹或粗糙的凹凸等也能够得到动压效果。因此，多采用以密封性能为优先的构造。另一方面，为了兼顾密封与润滑，还设计了若干具有将所泄漏的液体拉回到高压侧的抽吸(pumping，泵吸)效果的机构。例如，在专利文献1中公开了这样的发明：在旋转环的轴封面上沿圆周方向设置有将流体向高压室侧输送的多个螺旋槽(以下，称作“现有技术1”。)。此外，作为与滑动部件相关的发明，本申请人之前提出了这样的发明：如图6所示，在滑动面S设置多个凹痕50，将各凹痕50的上游侧的气穴形成区域50a靠近低压流体侧配置，并且，将下游侧的正压产生区域50b靠近高压流体侧配置，在上游侧的气穴形成区域50a吸入流体，使所吸入的流体从下游侧的正压产生区域50b返回到高压侧(以下，称作“现有技术2”。参照专利文献2。)。但是，在上述专利文献1所记载的发明中，当在密封件等的滑动面的内外周存在压力差的情况下，需要克服压力的抽吸作用，存在由于压力的大小而无法将流体推回的情况下。因此，在压力差小的情况下，能够防止泄漏，但是，在压力差大的情况下，存在泄漏量增多这样的问题。此外，上述现有技术2在与滑动面的内外周的压差的大小无关地具备防漏和润滑这两个功能的方面是划时代的发明，但是存在以下问题：各凹痕50的基本形状为曲柄状，由此在流体从上游侧的气穴形成区域50a向下游侧的正压产生区域50b的移动中稍微缺少顺畅性，因此正压产生区域50b的低压流体侧X处的动压产生变得过大，可能导致泄漏，此外，从动压产生区域的压力峰值位置到低压流体侧之间的距离没有那么大，因此可能导致泄漏。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平8-193662号公报(第4页、图5、6)专利文献2：国际公开第2014/050920号

技术实现要素：
发明所要解决的问题本发明涉及上述专利文献2所述的发明的改良，其目的在于提供一种滑动部件，通过使流体从形成于滑动面的凹痕等凹陷部分(在本说明书中称作“凹痕”。)的上游侧的气穴区域向下游侧的正压产生区域的移动顺畅，与滑动面的内外周的压差的大小无关地具备更好的防漏和润滑这两个功能。其目的还在于提供一种滑动部件，通过在滑动面的低压流体侧的整周范围内配设气穴形成区域，更进一步提高防漏功能。用于解决问题的手段为了达成上述目的，本发明的滑动部件的第1特征在于：在一对滑动部件的彼此相对滑动的一方的滑动面上在周向上独立设置有多个凹痕，各凹痕的上游侧的气穴形成区域靠低压流体侧配置，并且，各凹痕的下游侧的正压产生区域靠高压流体侧配置，所述正压产生区域的所述低压流体侧的缘部呈从所述低压流体侧朝向所述高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，并且，与所述气穴形成区域的所述低压流体侧的缘部平滑地连接。根据该特征，能够使流体从形成于滑动面的上游侧的气穴区域向下游侧的正压产生区域的移动顺畅，且由于碰撞到低压流体侧的缘部的流体的流动不产生正压，因此能够抑制在正压产生区域的前端侧的低压流体侧产生动压，能够降低泄漏到低压流体侧的流体的量。此外，在正压产生区域中产生正压的正压产生部为接近高压流体侧的部分，因此从正压产生区域的压力峰值位置到低压流体侧的距离增大，其结果是，压力梯度减小，能够削减泄漏量。此外，本发明的滑动部件的第2特征在于，在第1特征中，所述气穴形成区域的上游侧的起始端呈从所述低压流体侧朝向所述高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，并且被配设成与配置在上游侧的凹痕的正压产生区域在径向上重叠。根据该特征，欲从上游侧的凹痕的正压产生区域向低压流体侧泄漏的流体流入到下游侧的凹痕的气穴形成区域的上游侧，阻止向低压流体侧的泄漏并提高密封性。此外，能够提高滑动面上的凹痕的配置效率。另外，本发明的滑动部件的第3特征在于，在第1或第2特征中，在设置有所述凹痕的所述滑动面的所述高压流体侧或者另一方的滑动面的所述高压流体侧，配设有由瑞利台阶构成的正压产生机构，该正压产生机构经由半径方向槽与所述高压流体侧连通，在所述正压产生机构与所述凹痕之间设置有压力释放槽，所述压力释放槽经由所述半径方向槽与高压流体侧连通。根据该特征，滑动部件能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，并能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，能够可靠地实现基于凹痕的密封作用。此外，本发明的滑动部件的第4特征在于，在第1或第2特征中，在设置有所述凹痕的所述滑动面的所述高压流体侧或者另一方的滑动面的所述高压流体侧，配设有由瑞利台阶构成的正压产生机构，该正压产生机构与所述高压流体侧连通。根据该特征，滑动部件利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，并利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，由于无需设置如半径方向槽和压力释放槽这样的深槽，因此具有加工容易的优点。发明效果本发明可以起到下面这样的优异效果。(1)正压产生区域的低压流体侧的缘部呈从低压流体侧朝向高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，并且，与气穴形成区域的低压流体侧的缘部平滑地连接，由此能够使流体从形成于滑动面的凹痕的上游侧的气穴区域向下游侧的正压产生区域的移动顺畅，且由于碰撞到低压流体侧的缘部的流体的流动不产生正压，因此能够抑制正压产生区域的前端侧的低压流体侧产生动压，能够降低泄漏到低压流体侧的流体的量。此外，在正压产生区域中产生正压的正压产生部为接近高压流体侧的部分，因此从正压产生区域的压力峰值位置到低压流体侧的距离增大，其结果是，压力梯度减小，能够削减泄漏量。(2)气穴形成区域的上游侧的起始端呈从低压流体侧朝向高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，并且被配设成与配置在上游侧的凹痕的正压产生区域在径向上重叠，由此，欲从上游侧的凹痕的正压产生区域向低压流体侧泄漏的流体流入到下游侧的凹痕的气穴形成区域的上游侧，阻止向低压流体侧的泄漏并提高密封性。此外，能够提高滑动面上的凹痕的配置效率。(3)在设置有凹痕的滑动面的高压流体侧或者另一方的滑动面的高压流体侧，配设有由瑞利台阶构成的正压产生机构，该正压产生机构经由半径方向槽与高压流体侧连通，在正压产生机构与凹痕之间设置有压力释放槽，压力释放槽经由半径方向槽与高压流体侧连通，由此，能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，并能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，能够可靠地实现基于凹痕的密封作用。(4)在设置有凹痕的滑动面的高压流体侧或者另一方的滑动面的高压流体侧，配设有由瑞利台阶构成的正压产生机构，该正压产生机构与高压流体侧连通，由此，利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，且利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，由于无需设置如半径方向槽和压力释放槽的深槽，因此具有加工容易的优点。附图说明图1是示出本发明的实施例的机械密封件的一个例子的纵剖视图。图2是示出本发明的实施例1的滑动部件的滑动面的图。图3中，(a)是用于说明凹痕的下游侧的由变窄的间隙(阶梯差)构成的正压产生机构的图，(b)是用于说明凹痕的上游侧的由变宽的间隙(阶梯差)构成的负压产生机构的图。图4是示出本发明的实施例2的滑动部件的滑动面的图。图5是示出本发明的实施例3的滑动部件的滑动面的图。图6是示出现有技术2的滑动面的图。具体实施方式以下，参照附图并基于实施例对用于实施本发明的方式例示性地进行说明。但是，关于该实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对的配置等，只要没有特别明示的记载，则本发明的范围不仅限定于这些。实施例1参照图1至图3，对本发明的实施例1的滑动部件进行说明。并且，在本实施例中，以构成机械密封件的部件是滑动部件的情况为例进行说明。图1是示出机械密封件的一个例子的纵剖视图，并且是对欲从滑动面的外周朝向内周方向泄漏的高压流体侧的被密封流体进行密封的形式的内侧形式的机械密封件，圆环状的旋转环3和圆环状的固定环5借助于沿轴方向对该固定环5施力的螺旋波浪形弹簧6和波纹管7，在通过研磨等被镜面加工成的滑动面S之间压紧滑动，所述旋转环3经由套筒2以能够与旋转轴1一体地旋转的状态设在对高压流体侧的泵叶轮(省略图示)进行驱动的旋转轴1侧，所述固定环5以非旋转状态且能够轴方向移动的状态设置于泵的壳体4。即，该机械密封件在旋转环3与固定环5彼此的滑动面S中防止被密封流体从旋转轴1的外周向大气侧流出。并且，本发明并不限于内侧形式的机械密封件，当然也能够应用于对欲从滑动面的内周向外周方向泄漏的高压流体侧的被密封流体进行密封的外侧形式的机械密封件。图2是示出本发明的实施例1的滑动部件的滑动面的图，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。另外，在旋转环3的滑动面上形成有凹痕的情况也相同。在图2中，在滑动面S上沿周向设置有多个凹痕10。凹痕10不与高压流体侧及低压流体侧连通，此外，各凹痕10被设置成相互独立而在周向上分离。凹痕10的数量、面积和深度具有根据滑动部件的直径、滑动面的宽度及相对移动速度、和密封及润滑的条件等来适当确定这样的性质，但是，面积大、深度浅的凹痕在流体润滑作用和液膜形成的方面是优选的。在图2的情况下，凹痕10以六等分配设。各凹痕10的上游侧的气穴形成区域10a靠近低压流体侧配置，下游侧的正压产生区域10b靠近高压流体侧配置，各凹痕10形成为使这2个区域连通的形状，在各凹痕10的气穴形成区域10a处被吸入的流体在该凹痕内通过而在正压产生区域10b处产生动压(正压)，并返回沿径向较近的高压流体侧。图2所示的各凹痕10的上游侧的气穴形成区域10a被配设成借助于一定宽度的滑动面S1与低压流体侧隔离开，呈圆弧状地以一定宽度沿周向延伸，下游侧的正压产生区域10b从气穴形成区域10a朝向高压流体侧以沿对方滑动面的旋转方向倾斜的方式延伸，其前端10c被配设成，接近高压流体侧，但借助于一定宽度的滑动面S2与高压流体侧隔离开。而且，正压产生区域10b的低压流体侧的缘部10d呈从低压流体侧朝向高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，并且，与气穴形成区域10a的低压流体侧的缘部10e平滑地连接。正压产生区域10b的低压流体侧的缘部10d不限于直线，也可以为向低压流体侧凸出或凹入的曲线。在为直线的情况下，优选单根的直线，此外，在为曲线的情况下，优选曲率相同。如上所述，正压产生区域10b的低压流体侧的缘部10d呈从低压流体侧朝向高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，与气穴形成区域10a的低压流体侧的缘部10e平滑地连接，由此流入到气穴形成区域10a的流体顺畅地流至正压产生区域10b，碰撞到低压流体侧的缘部10d的流体的流动不产生正压，因此与上述现有技术2的滑动部件相比，能够抑制在正压产生区域10b的前端侧的低压流体侧处产生动压，能够降低泄漏到低压流体侧的流体的量。此外，在正压产生区域10b中产生正压的正压产生部为图2的用阴影线所示的大致三角形的区域P的部分，因此从前端侧的压力峰值位置到低压流体侧的距离增大，其结果是，压力梯度减小，能够削减泄漏量。此时，从使碰撞到低压流体侧的缘部10d的流体顺畅地流过且不产生正压的观点出发，正压产生区域10b的低压流体侧的缘部10d的锥角θ优选为较小。锥角θ例如被设定为0°＜θ≤45°。另一方面，各凹痕10的气穴形成区域10a的上游侧的起始端10f呈从低压流体侧朝向高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，并且被配设成，与配置在上游侧的凹痕10的正压产生区域10b在径向上重叠。详细来说，气穴形成区域10a的上游侧的起始端10f形成为以与配置在上游侧的凹痕10的正压产生区域10b的低压流体侧的缘部10d大致平行的方式倾斜的楔形，并且，被配设成与配置在上游侧的凹痕10的正压产生区域10b在径向上重叠。因此，欲从上游侧的凹痕10的正压产生区域10b向低压流体侧泄漏的用箭头R表示的流体流入到下游侧的凹痕10的气穴形成区域10a的上游侧，阻止向低压流体侧的泄漏并提高密封性。此外，能够提高滑动面S上的凹痕的配置效率(凹痕的总面积相对于滑动面的总面积所占的比率)。另外，上游侧的起始端10f和低压流体侧的缘部10d“大致平行”是指两者的交角在0°～30°的范围内。图2所示的凹痕10的形状只是一个例子，总之，在靠近低压流体侧配置上游侧的气穴形成区域10a且靠近高压流体侧配置下游侧的正压产生区域10b的滑动部件中，关于正压产生区域10b，正压产生区域10b的低压流体侧的缘部10d呈从低压流体侧朝向高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，并且，与气穴形成区域10a的低压流体侧的缘部10e平滑地连接即可，例如可以举出如滑雪板的前端侧的侧面形状那样前端侧相对于主体部以钝角弯曲且平滑地连接的形状。此外，关于气穴形成区域10a，起始端10f形成为从低压流体侧朝向高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形，并且被配设成与在上游侧配置的凹痕10的正压产生区域10b在径向上重叠即可，楔形的角度以及与上游侧的凹痕10的正压产生区域10b在径向上重叠的程度等设计性地确定即可。在此，参照图3，对本发明中的设有凹痕的情况下的正压产生机构和负压产生机构进行说明。在图3(a)中，如箭头所示，旋转环3相对于固定环5绕逆时针方向旋转移动，但是，当在固定环5的滑动面S上形成有凹痕10时，在该凹痕10的下游侧存在变窄的间隙(阶梯差)11。相对的旋转环3的滑动面平坦。当旋转环3沿箭头所示的方向相对移动时，介于旋转环3和固定环5的滑动面之间的流体由于其粘性而欲沿着旋转环3的移动方向追随移动，因此，此时，由于变窄的间隙(阶梯差)11的存在而产生如虚线所示的动压(正压)。在图3(b)中，如箭头所示，旋转环3相对于固定环5绕逆时针方向旋转移动，但是，当在固定环5的滑动面S上形成有凹痕10时，在凹痕10的上游侧存在变宽的间隙(阶梯差)12。相对的旋转环3的滑动面平坦。当旋转环3沿箭头所示的方向相对移动时，介于旋转环3和固定环5的滑动面之间的流体由于其粘性而欲沿着旋转环3的移动方向追随移动，因此，此时，由于变宽的间隙(阶梯差)12的存在而产生如虚线所示的动压(负压)。因此，在凹痕10内的上游侧产生负压，在下游侧产生正压。而且，在上游侧的负压产生区域产生气穴。实施例2图4是示出本发明的实施例2的滑动部件的滑动面的图，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例2在下述这一方面与图2所示的实施例1不同：在设置有凹痕的滑动面的高压流体侧配设有由瑞利台阶构成的正压产生机构，但其他方面与实施例1基本相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重复的说明。在图4中，在滑动面S上，在低压流体侧配设有凹痕10，在高压流体侧配设有由瑞利台阶20构成的正压产生机构。瑞利台阶20由变窄的阶梯差21、沟槽部22以及与高压流体侧连通的半径方向槽23构成，在瑞利台阶20与凹痕10之间设有压力释放槽24，该压力释放槽24经由半径方向槽23与高压流体侧连通。沟槽部22被配设成借助于一定宽度的滑动面S3与高压流体侧隔离开，呈圆弧状地以一定宽度沿周向延伸。沟槽部22的深度为凹痕10的深度的几倍。压力释放槽24是用于通过将在瑞利台阶20中产生的动压(正压)释放至高压侧流体的压力来防止流体流入到低压流体侧的凹痕10而导致凹痕10的负压产生能力变弱的结构，压力释放槽24起到了下述作用：将由于在高压流体侧的瑞利台阶20中产生的正压而欲向低压流体侧流入的流体引导至压力释放槽24，并使该流体退回高压流体侧。在图4的情况下，凹痕10以六等分配设，瑞利台阶20以八等分配设。沟槽部22、半径方向槽23和压力释放槽24的深度及宽度具有根据滑动部件的直径、滑动面的宽度及相对移动速度、和密封及润滑的条件等来适当地确定的性质。例如，沟槽部22的深度约为凹痕10的深度的1/2～几倍，并且，半径方向槽23和压力释放槽24的深度为凹痕10的深度的十倍以上。在实施例2中，利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶20构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，并利用在低压流体侧配设的凹痕10进行密封和润滑，在凹痕10的气穴形成区域10a处被吸入的流体被从正压产生区域10b被引导至压力释放槽24，并经由半径方向槽23返回至高压流体侧。这样，在本例中，滑动部件能够利用在高压流体侧配设的由瑞利台阶构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，并能够利用在低压流体侧配设的凹痕进行密封和润滑，在这样的滑动部件中，能够可靠地实现基于凹痕的密封作用。实施例3图5是示出本发明的实施例3的滑动部件的滑动面的图，以在图1的固定环5的滑动面上形成有凹痕的情况为例进行说明。实施例3在下述这一方面与图2所示的实施例1不同：在设置有凹痕的滑动面的高压流体侧配设有由瑞利台阶构成的正压产生机构，但其他方面与实施例1基本相同，对相同的部件标记相同的标号，并省略重复的说明。在图5中，在滑动面S上，在低压流体侧配设有凹痕10，在高压流体侧配设有由瑞利台阶30构成的正压产生机构。瑞利台阶30由变窄的阶梯差31、沟槽部32以及在沟槽部32的上游侧与高压流体侧连通的半径方向槽33构成，在瑞利台阶30与凹痕10之间存在有滑动面S。沟槽部32被配设成借助于一定宽度的滑动面S3与高压流体侧隔离开，呈圆弧状地以一定宽度沿周向延伸。沟槽部22的深度约为凹痕10的深度的1/2～几倍。变窄的阶梯差31呈从低压流体侧朝向高压流体侧沿对方滑动面的旋转方向倾斜的楔形。当这样形成有变窄的阶梯差31时，在变窄的阶梯差31附近产生的正压的峰值靠近高压流体侧，因此高压的流体主要被排放到高压流体侧，朝向凹痕10侧的流动减少。半径方向槽33具有与沟槽部32的宽度相等或更宽的宽度。半径方向槽33的深度与沟槽部32的深度相等，为凹痕10的深度的几倍。因此，高压流体容易流入到沟槽部32中，能够充分进行滑动面S的润滑。在实施例3中，通过在高压流体侧配设的由瑞利台阶30构成的正压产生机构形成流体膜来进行润滑，通过在低压流体侧配设的凹痕10来进行密封和润滑，在凹痕10的气穴形成区域10a中被吸入的流体从正压产生区域10b一边润滑滑动面S一边返回至高压流体侧。在实施例3中，由于无需如实施例2那样设置如半径方向槽23和压力释放槽24这样的深槽，因此具有加工容易的优点。以上，根据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的结构并不限定于这些实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内的变更或追加也包含于本发明。例如，在所述实施例中，对将滑动部件应用于机械密封装置中的一对旋转用密封环和固定用密封环中的任一个的例子进行了说明，但是，也可以作为这样的轴承的滑动部件来利用：在圆筒状滑动面的轴向一侧密封有润滑油，并且与旋转轴一起滑动。另外，例如，在所述实施例中，对在外周侧存在高压的被密封流体的情况进行了说明，但是也能够应用于内周侧为高压流体的情况，在这种情况下，只要配设成凹痕的气穴形成区域位于外周侧且正压产生区域位于内周侧即可。另外，例如，在所述实施例中，对于凹痕的形状，示出了上游侧的气穴形成区域10a呈圆弧状地以一定宽度沿周向延伸，下游侧的正压产生区域10b呈从气穴形成区域10a朝向高压流体侧具有与气穴形成区域10a的宽度大致相同的宽度并以沿对方滑动面的旋转方向倾斜的方式延伸的形状，但并不限于此，总之，例如也可以配设成气穴形成区域10a和正压产生区域10b的宽度不同。此外，在所述实施例2和3中，对在旋转环3和固定环5中的固定环5的滑动面上配设了凹痕10和由瑞利台阶20、30构成的正压产生机构的情况进行了说明，但并不限于此，也可以配设在旋转环3的滑动面上，此外，也可以在旋转环3和固定环5中的任一个滑动面上配设凹痕10，且在另一个滑动面上配设由瑞利台阶20、30构成的正压产生机构。例如，可以在旋转环3的滑动面上配设凹痕10，且在固定环5的滑动面上配设由瑞利台阶20、30构成的正压产生机构，在这种情况下，能够实现密封功能和润滑功能的进一步提高。另外，半径方向槽23和压力释放槽24被配设在设置有由瑞利台阶20构成的正压产生机构的一侧。标号说明1：旋转轴；2：套筒；3：旋转环；4：壳体；5：固定环；6：螺旋波浪形弹簧；7：波纹管；10：凹痕；10a：气穴形成区域；10b：正压产生区域；10c：正压产生区域的前端；10d：正压产生区域的低压流体侧的缘部；10e：气穴形成区域的低压流体侧的缘部；10f：气穴形成区域的上游侧的起始端；11：变窄的间隙(阶梯差)；12：变宽的间隙(阶梯差)；20：瑞利台阶(正压产生机构)；21：变窄的阶梯差；22：沟槽部瑞利台阶；23：半径方向槽；24：压力释放槽；30：瑞利台阶；31：变窄的阶梯差；32：沟槽部；33：半径方向槽；S：滑动面；P：正压产生部；θ：锥角；R：欲从正压产生区域泄漏到低压流体侧的流体。