滑动部件的制作方法

本发明涉及一种适合于例如机械密封件、轴承及其他滑动部的滑动部件。尤其，涉及一种使流体介于滑动面而减少摩擦并且需要防止流体从滑动面泄漏的密封环或轴承等的滑动部件。

背景技术：

在作为滑动部件的一例的机械密封件中，其性能根据泄漏量、磨损量及转矩来评价。在现有技术中，通过使机械密封件的滑动材质和滑动面粗糙度最优化来提高性能，实现低泄漏、高寿命及低转矩。但是，由于近年来对环境问题的意识提高，要求进一步提高机械密封件的性能，需要超越现有技术框架的技术开发。

在这种情况下，本申请人中请了一种滑动部件的发明专利，其在静止时不泄漏，在包括初始旋转的旋转过程中通过流体润滑来工作，并且能够防止泄漏且兼顾密封和润滑(以下，称为“现有技术”。参考专利文献1)。

如图7所示，作为该现有技术的一实施方式提出了一种滑动部件，由环状体构成的滑动部件31的外周侧为高压流体侧，内周侧为低压流体侧，且在滑动面32的高压侧设置有构成正压产生机构的瑞利台阶机构33的槽部35，且在低压侧设置有构成负压产生机构的逆瑞利台阶机构34的槽部36，并且槽部35与槽部36之间设置有压力释放槽45，槽部35、压力释放槽45及槽部36经由半径方向槽37而与高压流体侧连通，且通过密封面38而与低压流体侧隔离，所述滑动部件中，所述滑动部件的形状为如下：半径方向槽37从与槽部36连通的内周侧向外周侧朝向相对滑动面的旋转方向倾斜。在该实施方式的情况下，滑动面32的流体向以箭头46表示的方向排出。并且，槽部35及槽部36的槽深为约几μm，半径方向槽37及压力释放槽45的槽深为约几十μm，且半径方向槽37及压力释放槽45的槽深比槽部35及槽部36的槽深足够深。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/046749号

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

但是，关于上述现有技术，从设为在静止时不泄漏，在包括初始旋转的旋转过程中通过流体润滑来工作，并且能够防止泄漏且兼顾密封和润滑的观点考虑，非常优异，但本发明人确认到有可能存在如下问题：由于压力释放槽45设置于正压产生机构的槽部35与负压产生机构的槽部36之间，且在作为泄漏侧的低压流体侧设置有负压产生机构的槽部36，因此无法将高压流体侧的流体导入至滑动面32的低压流体侧，在低压流体侧的滑动面产生液膜中断，并产生滑动面的由摩擦发热引起的磨损和烧损等，从而降低机械密封件的功能。

本发明致力于发挥现有技术的优点且改进其问题点，其目的在于提供一种如下滑动部件：兼顾密封和润滑这种相反条件，并且在整个滑动面积极引入流体以防止滑动面的由摩擦发热引起的磨损和烧损等，并且防止泄漏，由此能够长期维持滑动面的密封功能。

用于解决技术课题的手段

为了实现上述目的，本发明的滑动部件的第1特征在于，在由一对环状体构成的滑动部件的彼此相对滑动的滑动面中的至少一侧的滑动面设置有具备正压产生槽的正压产生机构及具备负压产生槽的负压产生机构，所述正压产生槽及所述负压产生槽通过台面部而与反密封流体侧隔离，所述滑动部件中，比所述正压产生槽及所述负压产生槽的槽深深的深槽配设于至少比所述正压产生槽及所述负压产生槽靠反密封流体侧的位置，所述深槽设置成至少与密封流体侧连通。

根据该特征，能够提供如下滑动部件：在整个滑动面积极引入流体，抑制滑动面的液膜中断，并实现低转矩、低磨损及提高被密封流体熔化物的防附着性，并且防止泄漏，由此能够长期维持滑动面的密封功能。

并且，本发明的滑动部件的第2特征在于，根据第1特征，所述深槽由半径方向槽及圆周方向槽构成。

根据该特征，能够在滑动面高效地配设正压产生槽及负压产生槽，并且在整个滑动面有效地引入流体。

并且，本发明的滑动部件的第3特征在于，根据第1特征，所述正压产生槽及所述负压产生槽夹着所述半径方向槽且沿圆周方向间断地配设成圆弧状，并且所述圆周方向槽经由所述半径方向槽沿圆周方向连续地配设。

根据该特征，即使在分别配设多个正压产生槽及负压产生槽的情况下，也能够在滑动面高效地配设正压产生槽及负压产生槽，并且能够在整个滑动面有效地引入流体。

并且，本发明的滑动部件的第4特征在于，根据第1至第3中的任一特征，所述正压产生槽由瑞利台阶槽形成，并且所述负压产生槽由逆瑞利台阶槽或抽吸槽(pumpinggroove)形成。

根据该特征，能够在滑动面上高效地产生正压及负压。

并且，本发明的滑动部件的第5特征在于，根据第1至第4中的任一特征，所述正压产生槽或所述负压产生槽在径向上分开配设成多列，所述圆周方向槽配设于比所述正压产生槽及所述负压产生槽靠反密封流体侧，且配设于径向上的所述正压产生槽与所述负压产生槽之间。

根据该特征，能够在整个滑动面有效地产生正压及负压，并且能够在整个滑动面有效地引入流体。

发明效果

本发明发挥如下优异的效果。

(1)比正压产生槽及负压产生槽的槽深深的深槽配设于至少比正压产生槽及负压产生槽靠反密封流体侧的位置，且设置成至少与密封流体侧连通，由此在整个滑动面积极引入流体，抑制滑动面的液膜中断，并实现低转矩、低磨损及提高被密封流体熔化物的防附着性，并且防止泄漏，由此能够提供一种能够长期维持滑动面的密封功能的滑动部件。

(2)深槽由半径方向槽及圆周方向槽构成，由此能够在滑动面高效地配设正压产生槽及负压产生槽，并且能够在整个滑动面有效地引入流体。

(3)正压产生槽及负压产生槽夹着半径方向槽且沿圆周方向间断地配设成圆弧状，并且圆周方向槽经由半径方向槽沿圆周方向连续地配设，由此即使在分别配设多个正压产生槽及负压产生槽的情况下，也能够在滑动面高效地配设正压产生槽及负压产生槽，并且能够在整个滑动面有效地引入流体。

(4)正压产生槽由瑞利台阶槽形成，并且负压产生槽由逆瑞利台阶槽或抽吸槽形成，由此能够在滑动面上高效地产生正压及负压。

(5)正压产生槽或负压产生槽在径向上分开配设成多列，圆周方向槽配设于比正压产生槽及负压产生槽靠反密封流体侧，且配设于径向上的正压产生槽与负压产生槽之间，由此能够在整个滑动面有效地产生正压及负压，并且能够在整个滑动面有效地引入流体。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1所涉及的机械密封件的一例的纵剖视图。

图2是示出了本发明的实施例1所涉及的滑动部件的滑动面的俯视图。

图3中，图3(a)是图2的a部放大图，图3(b)是b-b剖视图。

图4是用于说明由瑞利台阶机构等构成的正压产生机构及由逆瑞利台阶机构等构成的负压产生机构的图，图4(a)是示出了瑞利台阶机构的图，图4(b)是示出了逆瑞利台阶机构的图。

图5是示出了本发明的实施例1所涉及的滑动部件的转速与最小液膜的关系的图。

图6是示出了本发明的实施例1所涉及的滑动部件的转速与滑动面的内周侧流量的关系的图。

图7是说明现有技术的图。

具体实施方式

以下，参考附图，并根据实施例对本发明的实施方式进行例示性的说明。但是，只要没有特别明确的记载，则本发明的范围并非仅限定于该实施列中所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等。

[实施例1]

参考图1至图6，对本发明的实施例1所涉及的滑动部件进行说明。

另外，以下实施例中，以作为滑动部件的一例的机械密封件为例子进行说明。并且，将构成机械密封件的滑动部件的外周侧作为密封流体侧，且将内周侧作为反密封流体侧(空气侧)进行了说明，但本发明并不限定于此，能够适用于密封流体侧与反密封流体侧(空气侧)倒过来的情况。

图1是表示机械密封件的一例的纵剖视图，其为对欲从滑动面的外周朝向内周方向泄漏的密封流体侧的被密封流体进行密封的形式的内侧形式的密封件，在驱动密封流体侧的泵轮(省略图示)的旋转轴1侧设置有作为一个滑动部件的圆环状的旋转侧密封环3和作为另一个滑动部件的圆环状的固定侧密封环5，所述旋转侧密封环3设置成经由套筒2能够与该旋转轴1一体地旋转的状态，所述固定侧密封环5以非旋转状态且能够轴向移动的状态设置于泵的壳体4，通过对固定侧密封环5沿轴向施力的波形压缩弹簧6及波纹管7，在通过研磨等进行镜面加工的滑动面s上彼此密接滑动。即，该机械密封件防止在旋转侧密封环3与固定侧密封环5的彼此的滑动面s上，被密封流体从旋转轴1的外周向大气侧流出。

图2是示出了本发明的实施例1所涉及的滑动部件的滑动面的图，在此，以在图2的固定侧密封环5的滑动面应用本发明的情况为例进行说明。

另外，在旋转侧密封环3的滑动面应用本发明的情况也基本相同，但在该情况下，只要半径方向槽与密封流体侧连通即可，因此不需要将半径方向槽设置到滑动面的外周侧。

在图2中，固定侧密封环5的滑动面的外周侧为密封流体侧，并且，内周侧为反密封流体侧(空气侧)，以相对滑动面沿逆时针方向旋转的情况进行说明。

固定侧密封环5的滑动面s排列有具备正压产生槽11的正压产生机构10及具备负压产生槽13的负压产生机构12，且这些设置成通过台面部r(密封面)而与反密封流体侧隔离。

另外，台面部r是指滑动面s的平滑部分。

而且，在至少比正压产生槽11及负压产生槽13靠反密封流体侧，以通过台面部r而与反密封流体侧隔离的方式设置有深槽14。

如图3(b)所示，深槽14的槽深比正压产生槽11及负压产生槽13的槽深深。

并且，如图2所示，深槽14由半径方向槽14a及圆周方向槽14b构成。

在本例中，圆周方向槽14b经由8个半径方向槽14a而沿圆周方向连续地配设。

此外，正压产生槽11的上游侧及负压产生槽13的下游侧设置成经由半径方向槽14a而与密封流体侧连通。

图2的例子中，在滑动面的密封流体侧，正压产生槽11在下游侧且负压产生槽13在上游侧以夹着1个半径方向槽14a-1且与该半径方向槽14a-1连通的方式，在上游侧沿圆周方向以8等分间断地配设成圆弧状。并且，在滑动面的反密封流体侧，正压产生槽11在下游侧且负压产生槽13在上游侧以夹着下一个径向槽14a-2且与该半径方向槽14a-2连通的方式在沿圆周方向以8等分间断地配设成圆弧状。

即，由于正压产生槽11的上游侧及负压产生槽13的下游侧需要分别与半径方向槽14a连通，因此圆周方向的排列被相互交替。

例如，以a部为起点进行说明，则在a部的密封流体侧配设正压产生槽11且在反密封流体侧配设负压产生槽13，并朝向下游侧排列成正压产生槽11与负压产生槽13依次在圆周方向的位置上交替。

如图2所示，正压产生槽11及负压产生槽13及深槽14的排列方式依次沿圆周方向交替排列的情况下，即使相对滑动面的旋转方向为与以箭头表示的逆时针方向相反的顺时针方向时，作为滑动部件也能够发挥相同的功能，因此，适用于双向旋转的设备。

另外，如图2所示，在滑动面的径向上，将正压产生槽11及负压产生槽13在圆周方向排列为相互交替的排列方式，但并不限于此，也可以在密封流体侧(外径侧)配设正压产生槽11且在其反密封流体侧(内径侧)配设负压产生槽13。

在该情况下，在外径侧遍及整周产生正压，在内径侧遍及整周产生负压，因此，能够减少泄漏，但只能适用于沿一个方向旋转的设备。

并且，在滑动面具有至少1个正压产生槽11及负压产生槽13即可，并且，半径方向槽14a也根据正压产生槽11及负压产生槽13的数量而适当地设置。

并且，图2的例子中，圆周方向槽14b具备比正压产生槽11及负压产生槽13靠反密封流体侧配设的反密封流体侧圆周方向槽14ba，并且还具备配设于径向上的正压产生槽11与负压产生槽13之间的中间圆周方向槽14bb。

此外，图2的例子中，正压产生机构10由瑞利台阶机构形成，并且负压产生机构12由逆瑞利台阶机构形成。瑞利台阶机构具备瑞利台阶槽11(正压产生槽11)，并且逆瑞利台阶机构具备逆瑞利台阶槽13(负压产生槽13)。

负压产生槽并不限定于逆瑞利台阶槽13，也可以是抽吸槽(沿圆周方向延伸的凹部)，在该情况下，抽吸槽不需要与深槽14连通。

另外，对瑞利台阶机构及逆瑞利台阶机构在后面进行详细说明。

半径方向槽14a由与密封流体侧连通的入口部14aa及与瑞利台阶槽11的上游侧、逆瑞利台阶槽13的下游侧、中间圆周方向槽14bb及反密封流体侧圆周方向槽14ba连通的连通部14ab构成，图2的例子中平面形状呈大致矩形形状。

另外，半径方向槽14a的平面形状并不限定于大致矩形形状，例如也可以是入口部14aa大且反密封流体侧小的大致扇形，以使流体容易从密封流体侧进入。

正压产生机构10在其上游侧经由半径方向槽14a的连通部14ab从密封流体侧吸入流体，并产生正压，通过所产生的正压，扩大相对滑动的滑动面的间隔，并在该滑动面形成液膜，以提高润滑性。

并且，负压产生机构12在上游侧产生负压，其结果产生气蚀，气蚀内部压力成为比大气压低的负压，因此，如图3(a)的箭头所示，流体流入负压产生机构12，其结果在滑动面的反密封流体侧产生吸入，以防止从密封流体侧向反密封流体侧泄漏。并且，吸入至负压产生机构12的流体在其下游侧，经由与密封流体侧连接的半径方向槽14a向密封流体侧排出。

此外，深槽14将密封流体侧的被密封流体引导至还包括滑动面s的反密封流体侧部分在内的大致整个面，以防止滑动面的由摩擦发热引起的磨损和烧损等。

即，深槽14的反密封流体侧圆周方向槽14ba发挥引导从滑动面s的密封流体侧欲向反密封流体侧泄漏的流体，并经由半径方向槽14而向密封流体侧溢出的作用。

此外，深槽14的中间圆周方向槽14bb发挥如下作用：将在正压产生机构10，例如在瑞利台阶机构所产生的动压(正压)开放至高压侧流体的压力，由此，防止流体向低压侧的负压产生机构12，例如逆瑞利台阶机构流入而负压产生机构12的负压产生能力减弱，且发挥如下作用：通过在高压侧的正压产生机构10所产生的压力来将欲向反密封流体侧流入的流体引导至中间圆周方向槽14bb，并经由半径方向槽14向密封流体侧溢出。

瑞利台阶槽11、逆瑞利台阶槽13及深槽具有深度和宽度根据滑动部件的直径、滑动面的宽度及相对移动速度，以及密封及润滑的条件等而适当确定的性质。

作为一例，在滑动部件的直径为约20mm、滑动面的宽度为约2mm的情况下，正压产生槽11及负压产生槽13的宽度为0.4～0.6mm、深度为几μm、内周侧的台面部r的宽度为0.2～0.4mm。并且，深槽14的深度为几十μm～几百μm。

在此，参考图4对由瑞利台阶机构等构成的正压产生机构及由逆瑞利台阶机构等构成的负压产生机构进行说明。

在图4(a)中，相对的滑动部件即旋转侧密封环3及固定侧密封环5如以箭头表示般进行相对滑动。例如，在固定侧密封环5的滑动面形成有垂直于相对移动方向且面向上游侧的瑞利台阶11a，在该瑞利台阶11a的上游侧形成有正压产生槽即槽部11。相对的旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面平坦。

若旋转侧密封环3及固定侧密封环5向以箭头表示的方向进行相对移动，则介于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面之间的流体由于其粘性而欲追随旋转侧密封环3或固定侧密封环5的移动方向移动，因此，此时，由于瑞利台阶11a的存在而产生如以虚线表示的正压(动压)。

另外，15a表示半径方向槽15的入口部，15b表示半径方向槽15的出口部，并且r表示构成密封面s的台面部。

在图4(b)中，相对的滑动部件即旋转侧密封环3及固定侧密封环5如箭头表示般进行相对滑动，在旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面形成有垂直于相对的移动方向且面向下游侧的逆瑞利台阶13a，在该逆瑞利台阶13a的下游侧形成有负压产生槽即槽部13。相对的旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面平坦。

若旋转侧密封环3及固定侧密封环5如箭头表示的方向进行相对移动，则介于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面之间的流体由于其粘性而欲追随旋转侧密封环3或固定侧密封环5的移动方向移动，因此，此时，由于逆瑞利台阶13a的存在而产生如以虚线表示的负压(动压)。

另外，14a表示半径方向槽，并且r表示构成密封面s的台面部。

接着，根据图5对本发明的实施例1所涉及的滑动部件的转速与最小液膜的关系进行说明。最小液膜是指在整个滑动面所形成的液膜中，其厚度最小的部分的液膜，反密封流体侧的滑动面的液膜相当于最小液膜。

在图5中，转速为约50rpm时，最小液膜的厚度为0.1μm，存在直至转速为300rpm为止随着转速的增加而急速增加，之后缓慢增加的倾向，转速为约800rpm时，最小液膜的厚度成为约0.38μm。

根据图5的结果可知，关于本发明的实施例1所涉及的滑动部件，在形成最小液膜的反密封流体侧的滑动面上，从转速较小的阶段起形成液膜，在转速为约500rpm～约800rpm时，增加的程度小。即，显示如下：即使在初始旋转时，在反密封流体侧的滑动面也形成液膜，并在整个滑动面生成润滑状态，以及即使转速增大液膜的厚度也保持大致恒定，向反密封流体侧的泄漏少。

接着，根据图6对本发明的实施例1所涉及的滑动部件的转速与反密封流体侧的滑动面上的流量的关系进行说明。

在图6中，在转速小于约100rpm时，反密封流体侧的流量少。

若转速大于约100rpm，则反密封流体侧的流量增加，直至800rpm为止大致线性增加。

反密封流体侧的滑动面上的流体的流量与从密封流体侧经由深槽14供给的流体的流量具有密切关系，尤其，由于在反密封流体侧的滑动面存在负压产生机构12，从而如图3(a)所示，在滑动面的反密封流体侧产生吸入(抽吸)，因此当负压产生机构12的吸入(抽吸)增加时流量增加。

根据图6的结果，关于本发明的实施例1所涉及的滑动部件，反密封流体侧的流量随着转速的增加而增加，因此可知，从密封流体侧经由深槽14向反密封流体侧供给流体及通过设置于反密封流体侧的滑动面的负压产生机构12的吸入(抽吸)有效地发挥作用。因此，能够使滑动面的润滑状态变得良好，并且防止泄漏。

本发明的实施例1所涉及的滑动部件的内容为如上所述，并发挥如下优异的效果。

(1)能够提供如下滑动部件：比正压产生槽11及负压产生槽13的槽深深的深槽14配设于至少比正压产生槽11及负压产生槽13靠反密封流体侧的位置，深槽14设置成与正压产生槽11的上游侧、负压产生槽13的下游侧及密封流体侧连通，由此，在整个滑动面积极引入流体，抑制滑动面的液膜中断，并实现低转矩、低磨损及提高被密封流体熔化物的防附着性，并且防止泄漏，由此能够长期维持滑动面的密封功能。

(2)深槽14由半径方向槽14a及圆周方向槽14b构成，由此能够在滑动面高效地配设正压产生槽11及负压产生槽13，并且能够在整个滑动面有效地引入流体。

(3)正压产生槽11及负压产生槽13夹着半径方向槽14a且沿圆周方向间断地配设成圆弧状，并且圆周方向槽14b经由半径方向槽14a沿圆周方向连续地配设，从而即使在分别配设多个正压产生槽11及负压产生槽13的情况下，也能够在滑动面高效地配设正压产生槽11及负压产生槽13，并且能够在整个滑动面有效地引入流体。

(4)正压产生槽11由瑞利台阶槽形成，并且负压产生槽13由逆瑞利台阶槽或抽吸槽形成，由此能够在滑动面上高效地产生正压及负压。

(5)正压产生槽11或负压产生槽13在径向上分开配设成多列，圆周方向槽14b配设于比正压产生槽11或负压产生槽13靠反密封流体侧及配设于径向上的正压产生槽11与负压产生槽13之间，由此能够在整个滑动面有效地产生正压及负压，并且能够在整个滑动面有效地引入流体。

以上，通过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，即使存在不脱离本发明的主旨的范围内的变更和追加，也包含在本发明中。

例如，所述实施例中，对于将滑动部件用于机械密封装置中的一对旋转用密封环及固定用密封环中的任一个的例子进行了说明，但也能够作为一边沿圆筒状滑动面的轴向一侧密封润滑油，一边与旋转轴滑动的轴承的滑动部件来利用。

并且，例如所述实施例中，对于在外周侧存在高压被密封流体的情况进行了说明，但也能够适用于内周侧为高压流体的情况。

并且，例如所述实施例中，对在构成滑动部件的机械密封件的固定侧密封环设置正压产生机构、负压产生机构及深槽的情况进行了说明，但也可以与此相反地，在旋转侧密封环设置。

并且，也可以设置为如下：在例如一侧的滑动环上设置正压产生机构，在另一侧的滑动环上设置负压产生机构，在任意的滑动环上设置深槽。

并且，例如所述实施例中，对设置有8片正压产生机构即瑞利台阶，设置有8片负压产生机构即逆瑞利台阶的例子进行了说明，但并不限定于此，可以为例如比这些少的4片，并且，也可以为例如比这些多的12片等。

符号说明

1-旋转轴，2-套筒，3-旋转侧密封环，4-壳体，5-固定侧密封环，6-波形压缩弹簧，7-波纹管，10-正压产生机构，11-正压产生槽(瑞利台阶)，12-负压产生机构，13-负压产生槽(逆瑞利台阶)，14-深槽，14a-半径方向槽，14aa-入口部，14ab-连通部，14b-圆周方向槽，14ba-反密封流体侧圆周方向槽，14bb-中间圆周方向槽，s-密封面，r-台面部。