滑动组件的制作方法

本发明涉及一种例如适于机械密封件、轴承、其他滑动部的滑动组件。尤其，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露的密封环或轴承等滑动组件。

背景技术：

作为滑动组件的一例的机械密封件中，根据泄露量、磨损量及转矩评价其性能。以往技术中，通过使机械密封件的滑动材质或滑动面粗糙度最佳化来提高性能，实现低泄露、高寿命、低转矩。但是，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，需要进行超出以往技术的框架的技术开发。

这种情况下，本申请人专利申请了如下滑动组件的发明：静止时不泄露且在包括旋转初期在内的旋转时通过流体润滑工作并且防止泄露，能够兼顾密封与润滑(以下，称为“以往技术”。参考专利文献1)。

作为该以往技术的一实施方式，公开有如专利文献1的图13所示的滑动组件，其在一对滑动组件的相互相对滑动的一侧的滑动面的高压侧设置由正压产生槽构成的正压产生机构3，在低压侧设置由负压产生槽构成的负压产生机构4，并且在正压产生槽5与负压产生槽6之间设置泄压槽15，正压产生槽5、泄压槽15及负压产生槽6与高压流体侧连通并通过密封面与低压流体侧隔离。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/046749号(图13)

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

但是，上述以往技术在静止时不泄露且在包含旋转初期在内的旋转时通过流体润滑工作并且防止泄露，兼顾密封与润滑这一方面极其优异，但其设想在高压流体侧存在作为被密封流体的液体，并且，在低压流体侧存在气体(大气)的情况，因此在高压流体侧为气体且低压流体侧为液体的情况下，若通过滑动面的相对滑动产生正压，滑动面之间稍微打开，则高压气体进入滑动面，很难在保持滑动面之间的液膜的状态下滑动，有可能引起液膜断开。并且，还有高压流体侧的气体向低压流体侧的液体侧泄露的可能性。

本发明的目的在于提供一种滑动组件，其在高压流体侧为气体、低压流体侧为液体时，积极地向整个滑动面导入低压流体侧的液体，实现保持液膜的状态下的滑动，对高压侧及低压侧的两种流体进行密封，由此能够兼顾密封与润滑这一相反的条件。

用于解决技术课题的手段

为了实现上述目的，本发明的滑动组件的第1特征在于，具备相互相对滑动的一对滑动组件，在所述一对滑动组件的一侧存在高压气体，在另一侧存在低压液体，其中，在至少一个滑动组件的滑动面设置具备正压产生槽的正压产生机构，并且在所述高压气体侧配设圆环状的深槽，所述圆环状深槽通过台面部与所述高压气体侧隔离并通过半径方向的深槽与所述低压液体侧连通。

根据该特征，能够提供如下滑动组件：在积极地向整个滑动面导入低压液体的同时阻止高压气体向滑动面的进入，实现保持液膜的状态下的滑动，能够密封高压侧及低压侧的两种流体，兼顾了密封与润滑这一相反的条件。

并且，本发明的滑动组件的第2特征在于，在第1特征中，所述圆环状的深槽及所述半径方向的深槽的槽深是所述正压产生槽的槽深的250倍～500倍。

根据该特征，在能够更加积极地向整个滑动面导入低压流体侧的液体的同时阻止高压气体的进入。

并且，本发明的滑动组件的第3特征在于，在第1或第2特征中，所述半径方向的深槽沿周向设置多个。

根据该特征，能够向整个滑动面均匀地导入液体，并且，对圆环状的深槽也能够充分导入液体。

并且，本发明的滑动组件的第4特征在于，在第1至第3中的任一特征中，所述正压产生槽配设于比圆环状的深槽更靠所述低压液体侧，并且与所述低压液体侧连通并通过台面部与所述高压气体侧隔离。

根据该特征，能够利用低压液体的粘性在滑动面产生充分的正压。

并且，本发明的滑动组件的第5特征在于，在第4特征中，所述正压产生槽由构成瑞利台阶机构的沟槽部形成，至少一部分沟槽部对称形成于所述半径方向的深槽的周向两侧。

根据该特征，能够设为适于旋转侧密封环向两个方向旋转的设备的滑动组件。

并且，本发明的滑动组件的第6特征在于，在第4特征中，所述正压产生槽由构成瑞利台阶机构的沟槽部形成，在至少一部分沟槽部的周向中央部分形成有液体导入辅助槽。

根据该特征，能够辅助液体对滑动面的导入并且辅助沟槽部中的用于产生正压的液体的供给，即使在高压流体与低压流体之间的压力差大时，也能够防止滑动面s中的液膜断开。

并且，本发明的滑动组件的第7特征在于，在第1至第6中的任一特征中，在所述一侧的滑动面设置具备负压产生槽的负压产生机构。

根据该特征，能够减少高压气体向低压侧的泄露，能够增大密封功能。

发明效果

本发明发挥如下优异效果。

(1)能够提供如下滑动组件：在一对滑动组件的一侧存在高压气体且在另一侧存在低压液体，其中，在至少其中一个滑动组件的滑动面设置具备正压产生槽的正压产生机构，并且在高压气体侧配设圆环状的深槽，圆环状的深槽通过台面部与高压气体侧隔离并通过半径方向的深槽与低压液体侧连通，由此在积极地向整个滑动面导入低压液体的同时阻止高压气体向滑动面的进入，实现保持液膜的状态下的滑动，能够密封高压侧及低压侧的两种流体，兼顾了密封与润滑这一相反的条件。

(2)圆环状的深槽及半径方向的深槽的槽深是正压产生槽的槽深的250倍～500倍，由此在能够更加积极地向整个滑动面导入低压流体侧的液体的同时能够阻止高压气体的进入。

(3)半径方向的深槽沿周向设置多个，由此能够向整个滑动面均匀地导入液体，并且，对圆环状的深槽也能够充分导入液体。

(4)正压产生槽配设于比圆环状的深槽更靠低压液体侧，并且与低压液体侧连通并通过台面部与高压气体侧隔离，由此能够利用低压液体的粘性在滑动面产生充分的正压。

(5)正压产生槽由构成瑞利台阶机构的沟槽部形成，至少一部分沟槽部对称形成于半径方向的深槽的周向两侧，由此能够设为适于旋转侧密封环向两个方向旋转的设备的滑动组件。

(6)正压产生槽由构成瑞利台阶机构的沟槽部形成，在至少一部分沟槽部的周向中央部分形成有液体导入辅助槽，由此能够辅助液体对滑动面的导入并且辅助沟槽部中的用于产生正压的液体的供给，即使在高压流体与低压流体之间的压力差大时，也能够防止滑动面s中的液膜断开。

(7)在一侧的滑动面设置具备负压产生槽的负压产生机构，由此能够减少高压气体向低压侧的泄露，能够增大密封功能。

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是表示本发明的实施例1所涉及的机械密封件的滑动组件的滑动面的俯视图。

图3中，图2(a)是图2的a剖视图，图2(b)是图2的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倒瑞利台阶机构等构成的负压产生机构的图，图(a)示出瑞利台阶机构，图(b)示出倒瑞利台阶机构。

图5是表示本发明的实施例2所涉及的机械密封件的滑动组件的滑动面的俯视图。

图6是表示本发明的实施例3所涉及的机械密封件的滑动组件的滑动面的俯视图。

图7是表示本发明的实施例4所涉及的机械密封件的滑动组件的滑动面的俯视图。

图8是表示本发明的实施例5所涉及的机械密封件的滑动组件的滑动面的俯视图。

图9是表示本发明的实施例6所涉及的机械密封件的滑动组件的滑动面的俯视图。

图10是表示本发明的实施例7所涉及的机械密封件的滑动组件的滑动面的俯视图。

具体实施方式

以下，参考附图，根据实施例对用于实施本发明的方式进行例示性说明。但是，关于该实施例中记载的构成组件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，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]

参考图1至图4，对本发明的实施例1所涉及的滑动组件进行说明。

另外，以下实施例中，以作为滑动组件的一例的机械密封件为例进行说明。并且，将构成机械密封件的滑动组件的外周侧作为低压液体侧(还称为低压流体侧。)并将内周侧作为高压气体侧(还称为高压流体侧。)来进行说明，但本发明并不限定于此，还能够适用于低压流体侧与高压流体侧相反的情况。

图1是表示机械密封件的一例的纵剖视图，是对欲从滑动面的内周向外周方向泄露的高压气体进行密封的形式的外侧形式的机械密封件，其构成为如下：设置有圆环状的旋转侧密封环3及圆环状的固定侧密封环5，所述圆环状的旋转侧密封环3是在旋转轴1侧设置成能够经由套筒2与该旋转轴1一体旋转的状态的一个滑动组件，所述圆环状的固定侧密封环5是在壳体4以非旋转状态且能够轴向移动的状态设置的另一个滑动组件，通过沿轴向对固定侧密封环5施力的螺旋波浪形弹簧6及波纹管7，以滑动面s彼此紧贴滑动。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，高压气体从内周侧向外周侧流出。

图2是示出本发明的实施例1所涉及的滑动组件的滑动面的图，在此，以在图1的固定侧密封环5的滑动面适用本发明的情况为例进行说明。

另外，在旋转侧密封环3的滑动面适用本发明的情况也基本相同，此时，需要与后述的半径方向的深槽等低压液体侧连通，但无需设置至旋转侧密封环3的滑动面的外周侧。

图2中，设为如下来进行说明，即，固定侧密封环5的滑动面s的外周侧为低压液体侧(以下，还称为低压流体侧。)，并且，内周侧为高压气体侧(以下，还称为高压流体侧。)，对象滑动面向逆时针方向旋转。

在固定侧密封环5的滑动面s分别独立地排列有多个具备正压产生槽11的正压产生机构10，正压产生槽11的外周缘与低压流体侧连通并通过台面部r(滑动面s的平滑的部分)与高压流体侧隔离。

图2中，正压产生槽11由构成瑞利台阶机构的沟槽部11形成，其平面形状呈在径向上具有滑动面宽度的一半以上的宽度，在周向上比径向的宽度稍长的大致矩形状，并且，通过台面部r与在周向上相邻的沟槽部11隔离，沿周向以16等分配置设置。

另外，沟槽部11有1个以上即可，并且，也可以不是等分配置。

关于瑞利台阶机构，将在后述中进行详述。

并且，作为构成正压产生机构的机构，并不限于瑞利台阶机构，例如，可以是由螺旋沟槽构成的螺旋机构。

并且，在滑动面s，在高压流体侧(图2中，为内周侧)配设有圆环状的深槽14，圆环状的深槽14通过台面部r与高压流体侧隔离并经由半径方向的深槽13与低压流体侧连通。

圆环状的深槽14与高压流体侧之间的台面部r的宽度根据高压流体与低压流体之间的压力差设定为最佳值。

半径方向的深槽13的外周侧与低压流体侧连通，内周侧与圆环状的深槽14连通。

图2中，半径方向的深槽13形成为沿周向以4等分配置(图2中，垂直方向的上下及水平方向的左右的4个)配设，并位于沟槽部11的周向中心部。因此，形成有半径方向的深槽13的部位的沟槽部11被半径方向的深槽13断开而对称形成于半径方向的深槽13的周向两侧。

另外，半径方向的深槽13有1个以上即可，并且，可以不是等分配置。

例如，高压流体与低压流体之间的压力差小时设为4等分配置，并且，压力差大时设为12等分配置等，由此调整低压流体向滑动面的导入。

关于圆环状的深槽14及半径方向的深槽13的槽宽及槽深，高压流体与低压流体之间的压力差小时设定为较小，压力差大时设定为较大。

并且，如图3(a)、(b)所示，圆环状的深槽14及半径方向的深槽13的槽深d1比正压产生槽11的槽深d2更深，约为d1＝250d2～500d2。

图2所示的例子中，并不限于对象滑动面的旋转方向为逆时针方向的情况，在顺时针方向的情况下也能够作为滑动组件发挥相同的功能，因此适于向两个方向旋转的设备。

虽省略图示，但在滑动面，可设置倒瑞利台阶机构或抽吸沟槽等负压产生机构作为密封机构(防泄露机构)。

另外，关于倒瑞利台阶机构，将在后述中进行详述。

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

图4(a)中，作为相对的滑动组件的旋转侧密封环3及固定侧密封环5以箭头所示的方式进行相对滑动。在固定侧密封环5的滑动面，与相对的移动方向垂直且面向上游侧而形成有构成窄间隙(阶梯差)的瑞利台阶11a，在该瑞利台阶11a的上游侧形成有作为正压产生槽的沟槽部11。相对的旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面s平坦。

若旋转侧密封环3及固定侧密封环5沿箭头所示的方向相对移动，则介于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面s之间的流体由于其粘性，欲沿旋转侧密封环3或固定侧密封环5的移动方向追随移动，因此此时通过瑞利台阶11a的存在，产生如虚线所示的正压(动压)。

另外，r表示台面部。

图4(b)中，作为相对的滑动组件的旋转侧密封环3及固定侧密封环5也以箭头所示的方式进行相对滑动，但在旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面，与相对的移动方向垂直且面向下游侧而形成有构成宽间隙(阶梯差)的倒瑞利台阶12a，在该倒瑞利台阶12a的下游侧形成有作为负压产生槽的沟槽部12。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沿箭头所示的方向相对移动，则介于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面s之间的流体由于其粘性，欲沿旋转侧密封环3或固定侧密封环5的移动方向追随移动，因此此时通过倒瑞利台阶12a的存在产生如虚线所示的负压。

图1及2中，在旋转轴1未驱动而没有旋转侧密封环3与固定侧密封环5的滑动面s的相对滑动的静止状态下，处于低压流体侧的液体经由设置于滑动面s的半径方向的深槽13导入到圆环状的深槽14的状态。

接着，若旋转轴1驱动而旋转侧密封环3旋转，则旋转侧密封环3与固定侧密封环5的滑动面s相对滑动，通过正压产生机构10产生正压而滑动面s彼此稍微分开，高压流体侧的气体欲流入滑动面s，但导入到圆环状的深槽14的液体沿周向回转，因此高压气体在此被拦住而无法进入滑动面s的内部。

同时，在滑动面s，低压流体侧的液体进入而形成液膜。

根据本发明人等的试验，确认到在圆环状的深槽14的高压流体侧附近形成圆环状的气液界面，不会在滑动面引起液膜断开而在维持流体润滑的状态下滑动。

本发明的实施例1所涉及的滑动组件如上所述，发挥如下优异效果。

(1)能够提供如下滑动组件：具备相互相对滑动的一对滑动组件3、5，在一对滑动组件3、5的一侧存在高压气体，在另一侧存在低压液体，其中，在至少其中一个滑动组件的滑动面s设置具备正压产生槽11的正压产生机构10，并且在高压气体侧配设圆环状的深槽14，圆环状的深槽14通过台面部r与高压气体侧隔离并通过半径方向的深槽13与低压液体侧连通，由此在积极地向整个滑动面s导入低压液体的同时阻止高压气体向滑动面s的进入，实现保持液膜的状态下的滑动，能够密封高压侧及低压侧的两种流体，兼顾了密封与润滑这一相反的条件。

(2)圆环状的深槽14及半径方向的深槽13的槽深d1是正压产生槽11的槽深d2的250倍～500倍，由此在能够更加积极地向整个滑动面s导入低压流体侧的液体的同时，能够阻止高压气体的进入。

(3)半径方向的深槽13在周向上以等分配置设置多个，由此能够向整个滑动面均匀地导入液体，并且，对圆环状的深槽14也能够充分导入液体。

(4)正压产生槽11配设于比圆环状的深槽14更靠低压液体侧，并且与低压液体侧连通并通过台面部r与高压气体侧隔离，由此能够利用低压液体的粘性在滑动面产生充分的正压。

(5)正压产生槽11由构成瑞利台阶机构的沟槽部形成，至少一部分沟槽部对称形成于半径方向的深槽13的周向两侧，由此能够设为适于旋转侧密封环向两个方向旋转的设备的滑动组件。

[实施例2]

参考图5，对本发明的实施例2所涉及的滑动组件进行说明。

实施例2与实施例1的不同点在于，构成正压产生槽的瑞利台阶机构的沟槽部的周向中央部分形成为低一级，其他基本结构与实施例1相同，对相同部件标注相同符号，并省略重复说明。

图5中，在固定侧密封环5的滑动面s，分别独立地排列有多个具备沟槽部11的瑞利台阶机构10，沟槽部11的外周缘与低压流体侧连通并通过台面部r与高压流体侧隔离。

图5中，沟槽部11沿周向以12等分配置设置。

并且，半径方向的深槽13形成为如下：外周侧与低压流体侧连通，内周侧与圆环状的深槽14连通，沿周向以4等分配置(图5中，垂直方向的上下及水平方向的左右的4个)配设，位于沟槽部11的周向中心部。因此，形成有半径方向的深槽13的4处沟槽部11被半径方向的深槽13断开而对称形成于半径方向的深槽13的周向两侧。

未设置有半径方向的深槽13的剩余8个沟槽部11中，在各个沟槽部11的周向中央部分设置有比沟槽部11的槽深更深的液体导入辅助槽15。因此，沟槽部11的中央部分成为低一级的状态。

液体导入辅助槽15与沟槽部11相同地，低压流体侧的端部与低压流体侧连通，高压流体侧的端部通过台面部r与圆环状的深槽14隔离。

关于液体导入辅助槽15的槽宽及槽深，高压流体与低压流体之间的压力差大时设定为较大，压力差小时设定为较小。

液体导入辅助槽15具有辅助液体对滑动面s的导入，并且辅助沟槽部11中用于产生正压的液体的供给的功能。

因此，即使在高压流体与低压流体之间的压力差大时，也能够防止滑动面s中的液膜断开。

[实施例3]

参考图6，对本发明的实施例3所涉及的滑动组件进行说明。

实施例3与实施例2的不同点在于，构成正压产生槽的瑞利台阶机构的沟槽部的低压流体侧的端部通过台面部r与低压流体侧隔离，其他基本结构与实施例2相同，对相同部件标注相同符号，并省略重复说明。

图6中，在固定侧密封环5的滑动面s，分别独立地排列有多个具备沟槽部17的瑞利台阶机构16，构成正压产生槽的沟槽部17的外周缘通过台面部r与低压流体侧隔离，通过台面部r还与高压流体侧隔离。

[实施例4]

参考图7，对本发明的实施例4所涉及的滑动组件进行说明。

实施例4与实施例2的不同点在于，半径方向的深槽沿周向以4等分配置配设，构成正压产生槽的瑞利台阶机构的沟槽部仅对称形成于半径方向的深槽的周向两侧，其他基本结构与实施例2相同，对相同部件标注相同符号，并省略重复说明。

图6中，半径方向的深槽13沿周向以4等分配置配设，构成瑞利台阶机构18的沟槽部19仅对称形成于半径方向的深槽的周向两侧。

沟槽部19的外周缘与低压流体侧连通并通过台面部r与高压流体侧隔离。

沟槽部19的平面形状在径向上具有滑动面宽度的大致一半的宽度，在周向上比径向宽度更长，整体上呈大致拱状，并且，通过台面部r与在周向上相邻的沟槽部19隔离。

[实施例5]

参考图8，对本发明的实施例5所涉及的滑动组件进行说明。

实施例5与实施例4的不同点在于，构成正压产生槽的瑞利台阶机构的沟槽部的低压流体侧的端部通过台面部r与低压流体侧隔离，其他基本结构与实施例4相同，对相同部件标注相同符号，并省略重复说明。

图8中，在固定侧密封环5的滑动面s，分别独立地排列有多个具备沟槽部19的瑞利台阶机构18，构成正压产生槽的沟槽部19的外周缘通过台面部r与低压流体侧隔离，通过台面部r也与高压流体侧隔离。

[实施例6]

参考图9，对本发明的实施例6所涉及的滑动组件进行说明。

实施例6与上述实施例1～5的不同点在于，构成正压产生槽的瑞利台阶的沟槽部仅设置于半径方向的深槽的下游侧，其他基本结构与上述实施例1～5相同，对相同部件标注相同符号，并省略重复说明。

图9中，在固定侧密封环5的滑动面s，分别独立地排列有多个具备沟槽部21的瑞利台阶机构20，沟槽部21的外周缘与低压流体侧连通并通过台面部r与高压流体侧隔离。

并且，在滑动面s，在高压流体侧配设有圆环状的深槽14，圆环状的深槽14通过台面部r与高压流体侧隔离并经由半径方向的深槽13与低压流体侧连通。

半径方向的深槽13的外周侧与低压流体侧连通，内周侧与圆环状的深槽14连通。

图9中，半径方向的深槽13沿周向以12等分配置配设，沟槽部21的上游侧的端部与半径方向的深槽13连通。

沟槽部21仅设置于半径方向的深槽13的下游侧，因此适于对象滑动面的旋转方向为逆时针方向时的向单方向旋转的设备。

[实施例7]

参考图10，对本发明的实施例7所涉及的滑动组件进行说明。

实施例7与实施例6的不同点在于，构成正压产生槽的瑞利台阶机构的沟槽部的低压流体侧的端部通过台面部r与低压流体侧隔离，其他基本结构与实施例6相同，对相同部件标注相同符号，并省略重复说明。

图10中，在固定侧密封环5的滑动面s，分别独立地排列有多个具备沟槽部21的瑞利台阶机构20，构成正压产生槽的沟槽部21的外周缘通过台面部r与低压流体侧隔离，通过台面部r也与高压流体侧隔离。

以上，根据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体结构并不限于这些实施例，即使有不脱离本发明宗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，对将滑动组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，但也能够用作在圆筒状滑动面的轴向一侧密封润滑油的同时与旋转轴滑动的轴承的滑动组件。

并且，例如，所述实施例中，对在外周侧存在低压液体且在内周侧存在高压气体的情况进行了说明，但也能够适用于相反的情况。

并且，例如，所述实施例中，对在构成滑动组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设置于旋转侧密封环。

并且，例如，所述实施例中，对正压产生机构由瑞利台阶机构构成的情况进行了说明，但并不限于此，例如，也可以由螺旋机构构成。

并且，例如，所述实施例中，对半径方向的深槽沿周向以4等分配置设置的情况进行了说明，但并不限于此，也可以在内外周的流体的压力差大时配设地更多，在压力差小时配设地较少。

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-螺旋波浪形弹簧，7-波纹管，10-正压产生机构(瑞利台阶机构)，11-正压产生槽(构成瑞利台阶机构的沟槽部)，11a-瑞利台阶，12-构成倒瑞利台阶机构的沟槽部，12a-倒瑞利台阶，13-半径方向的深槽，14-圆环状的深槽，15-液体导入辅助槽，16、18、20-正压产生机构(瑞利台阶机构)，17、18、21-正压产生槽(构成瑞利台阶机构的沟槽部)，s-密封面，r-台面部。