JP6595589B2 - 摺動部品 - Google Patents

Description

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、例えば、ターボチャージャー用あるいは航空エンジン用のギアボックスに使用されるオイルシール、または軸受などの摺動部品に関する。

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、ターボチャージャーのような回転部品のオイルシール装置に利用されるものとして、ハウジングに回転可能に収納された回転軸と、回転軸とともに回転する円盤状の回転体と、ハウジングに固定され、回転体の端面に当接して外周側から内周側へオイルの漏れるのを防止する円盤状の固定体とを備え、固定体の当接面には流体の遠心力により正圧を発生する環状の溝が設けられ、オイルが外周側から内周側へ漏れるのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、例えば、有毒の流体をシールする回転軸の軸封装置において、回転軸とともに回転リングとケーシングに取付けられた静止リングとを備え、回転リング及び静止リングのいずれかの摺動面に回転リングの回転により低圧側の液体を高圧側に向かって巻き込むスパイラル溝が高圧側の端部が行止まり形状であるように設けられ、高圧側の被密封流体が低圧側へ漏れるのを防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、例えば、ターボチャージャーの駆動軸を圧縮機ハウジングに対してシールするのに適した面シール構造として、協働する１対のシールリングのうち、その一方は回転構成要素に設けられ、他方は静止構成要素に設けられ、これらのシールリングは、作動中に実質的に半径方向に形成されたシール面を有して、シール面同士の間に、シール面の外側区域をシール面の内側区域に対してシールするためのシールギャップが形成され、シール面の少なくとも一方に、ガスを送り込むのに有効な周方向に離間した複数の凹部が設けられ、該凹部はシール面の一方の周縁から他方の周縁に向かって延びているとともに、凹部の内端は前記シール面の他方の周縁から半径方向に離間して設けられ、非ガス成分を含むガス媒体中の非ガス成分がシールされるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

実開昭６２−１１７３６０号公報 特開昭６２−３１７７５号公報 特開２００１−１２６１０号公報

しかしながら、上記の特許文献１ないし３に記載の従来技術においては、例えば図７に示すように、静止リング５１の摺動面５１ａに回転リング５２の回転により低圧流体側（以下、「漏れ側」ということがある。）の流体を被密封流体側（高圧流体側）に向かって巻き込むスパイラル溝５３の漏れ側の端部５３ａが漏れ側に直接開口しているため、漏れ側から容易にダストが進入するという問題があった。また、装置の非定常運転時の振動等によりが静止リング５１と回転リング５２とのシール面が開いた場合、液漏れ対策が採られていないため、漏れ液はそのまま装置外部に流出するという問題があった。

本発明は、相対摺動する一対の摺動部品の摺動面において、漏れ側からのダストの進入を防止すると共に漏れ側への流体漏れを防止し、摺動面の密封と潤滑との相反する両機能を向上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。

上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第１に、互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部により隔離され、漏れ流体をトラップするトラップ溝が全周にわたり設けられ、前記一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環と固定側密封環との摺動面が開いた場合でも漏れ流体をトラップ溝でトラップすることができ、漏れ側への流体漏れを防止できると共に、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができ、摺動面の摩擦及び漏れを低減することができる。

また、本発明の摺動部品は、第２に、互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体である液体又はミスト状の流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部により隔離された漏れ液をトラップするトラップ溝が全周にわたり設けられ、前記一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間には漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環と固定側密封環との摺動面が開いた場合でも漏れ液をトラップ溝でトラップすることができ、漏れ側への液漏れを防止できると共に、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができ、摺動面の摩擦及び漏れを低減することができる。

また、本発明の摺動部品は、第３に、第１又は第２の特徴において、前記ダスト進入低減手段が、前記一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間に形成される極小隙間帯により構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、シンプルな構成でもって漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができる。

また、本発明の摺動部品は、第４に、第１又は第２の特徴において、前記ダスト進入低減手段が、前記一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部の表面に形成される半径方向傾斜溝により構成されることを特徴としている。
この特徴によれば、より一層、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができる。

また、本発明の摺動部品は、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、前記トラップ溝は、前記固定側密封環及び前回転側密封環のいずれか一方に複数、他方に少なくとも１つ以上設けられ、前記固定側密封環のトラップ溝と前記回転側密封環のトラップ溝とは径方向の位置において重複しないように配置されると共にこれらのトラップ溝を画成するランド部間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環と固定側密封環との摺動面が開いた場合でも漏れ液を複数のトラップ溝でトラップすることができ、漏れ側への液漏れを、一層、防止できると共に、複数のダスト進入低減手段でダストの進入を阻止することができ、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを、一層、低減することができる。

また、本発明の摺動部品は、第６に、第１ないし５のいずれかの特徴において、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、前記トラップ溝に連通し、被密封流体側には連通しないように構成された動圧発生溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、定常運転等の回転側密封環の高速回転状態において、漏れ側から気体を吸い込み、外周側の端部付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環と固定側密封環との摺動面に僅かな間隙が形成され、摺動面は気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。動圧発生溝は被密封流体側には連通しないように構成されているため、静止時において漏れが発生することがない。

また、本発明の摺動部品は、第７に、第６の特徴において、前記動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることを特徴としている。
この特徴によれば、内周側の気体及びトラップ溝内の液体が外周側に向けてポンピングされるため、トラップ溝内の液体及び外周側の液体が内周側へ漏洩することが防止される。

また、本発明の摺動部品は、第８に、第１ないし７のいずれかの特徴において、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、起動時などの回転側密封環の低速回転状態において被密封流体が、積極的に摺動面に導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。また、回転側密封環が定常運転等の高速回転時において流体導入溝から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部により隔離され、漏れ流体をトラップするトラップ溝が全周にわたり設けられ、一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されていることにより、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環と固定側密封環との摺動面が開いた場合でも漏れ流体をトラップ溝でトラップすることができ、漏れ側への流体漏れを防止できると共に、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができ、摺動面の摩擦及び漏れを低減することができる。

（２）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部により隔離された漏れ液をトラップするトラップ溝が全周にわたり設けられ、一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間には漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されていることにより、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環と固定側密封環との摺動面が開いた場合でも漏れ液をトラップ溝でトラップすることができ、漏れ側への液漏れを防止できると共に、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができ、摺動面の摩擦及び漏れを低減することができる。

（３）ダスト進入低減手段が、一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間に形成される極小隙間帯により構成されることにより、シンプルな構成でもって漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができる。

（４）ダスト進入低減手段が、一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部の表面に形成される半径方向傾斜溝により構成されることにより、より一層、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができる。

（５）トラップ溝は、前記固定側密封環及び前回転側密封環のいずれか一方に複数、他方に少なくとも１つ以上設けられ、前記固定側密封環のトラップ溝と前記回転側密封環のトラップ溝とは径方向の位置において重複しないように配置されると共にこれらのトラップ溝を画成するランド部間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されることにより、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環と固定側密封環との摺動面が開いた場合でも漏れ液を複数のトラップ溝でトラップすることができ、漏れ側への液漏れを、一層、防止できると共に、複数のダスト進入低減手段でダストの進入を阻止することができ、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを、一層、低減することができる。

（６）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、前記トラップ溝に連通し、被密封流体側には連通しないように構成された動圧発生溝が設けられることにより、定常運転等の回転側密封環の高速回転状態において、漏れ側から気体を吸い込み、外周側の端部付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環と固定側密封環との摺動面に僅かな間隙が形成され、摺動面は気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。動圧発生溝は被密封流体側には連通しないように構成されているため、静止時において漏れが発生することがない。

（７）動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることにより、内周側の気体及びトラップ溝内の液体が外周側に向けてポンピングされるため、トラップ溝内の液体及び外周側の液体が内周側へ漏洩することが防止される。

（８）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることにより、起動時などの回転側密封環の低速回転状態において被密封流体が、積極的に摺動面に導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。また、回転側密封環が定常運転等の高速回転時において流体導入溝から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

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（ａ）は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものであって、紙面下方の水平方向に回転中心が存在する。また、図２（ｂ）は、トラップ溝の変形例を示したものである。 図３（ａ）は、図２（ａ）の摺動部分をさらに拡大して示したものであって、紙面下方の水平方向に回転中心が存在する。また、図３（ｂ）は、Ａ−Ａ矢視図である。 本発明の実施例２に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものであって、紙面下方の水平方向に回転中心が存在する。 図５（ａ）は、本発明の実施例３に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものであって、紙面下方の水平方向に回転中心が存在する。また、図５（ｂ）は、Ｂ−Ｂ矢視図である。 本発明の実施例４に係る摺動部品の摺動面の一部を拡大して示したものであって、実施例１の図３（ｂ）に対応するものである。 従来技術を説明するための説明図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ矢視図である。

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。

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被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）、内周側を漏れ側（気体側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が漏れ側（気体側）、内周側が被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）である場合も適用可能である。また、被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）と漏れ側（気体側）との圧力の大小関係については、例えば、被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）が高圧、漏れ側（気体側）が低圧、あるいは、その逆のいずれでもよく、また、両方の圧力が同一であってもよい。

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被密封流体、例えば、軸受部に使用された潤滑油を密封する形式のインサイド形式のものであり、ターボチャージャに備えられたコンプレッサのインペラー１を駆動させる回転軸２側にスリーブ３を介してこの回転軸２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側密封環４と、ハウジング５にカートリッジ６を介して非回転状態で、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側密封環７とが設けられ、固定側密封環７を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング８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、回転側密封環４及び固定側密封環７は半径方向に形成された摺動面Ｓを有し、互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体、例えば、液体あるいはミスト状の流体（以下、液体あるいはミスト状の流体を、単に「液体」ということがある。）が摺動面Ｓの外周から内周側の漏れ側へ流出するのを防止するものである。
なお、符号９はＯリングを示しており、カートリッジ６と固定側密封環７との間をシールするものである。
また、本例では、スリーブ３と回転側密封環４とは別体の場合について説明しているが、これに限らず、スリーブ３と回転側密封環４とを一体に形成してもよい。

回転側密封環４及び固定側密封環７の材質は、耐摩耗性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び自己潤滑性に優れたカーボンなどから選定されるが、例えば、両者がＳｉＣ、あるいは、いずれか一方がＳｉＣであって他方がカーボンの組合せが可能である。

図２（ａ）は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動部分を拡大して示したものである。
図２（ａ）において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部Ｒ１により隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０が全周にわたり設けられている。また、回転側密封環４の摺動面Ｓには、トラップ溝１０に連通され、被密封流体側には連通されないように構成された動圧発生溝１１が少なくとも１つ以上設けられている。
トラップ溝１０及び動圧発生溝１１は、回転側密封環４の摺動面Ｓに限らず、固定側密封環７の摺動面Ｓに設けられるなど、少なくとも一対の摺動部品のいずれか一方の摺動面に設けられればよい。

トラップ溝１０は、装置（例えば、コンプレッサ）の非定常運転時の振動等により回転側密封環４及び固定側密封環７の摺動面Ｓの面開き時に非密封流体である液体の漏れが生じた場合、漏れ液を溜めるためのものであり、トラップ溝１０に溜められた漏れ液は、定常回転時において、動圧発生溝１１の働き、あるいは、漏れ液の遠心力等により被密封流体側に戻される。
図２（ａ）において、トラップ溝１０は断面が矩形状をなしているが、これに限らず、例えば、図２（ｂ）に示すように、入口から奥に向けて末広がりの形状をしたフラスコ状のトラップ溝１０でもよい。フラスコ状のトラップ溝１０であると、摺動部品が横置きされた場合に、奥側の広がり部分に漏れ液を溜めておくことができる。トラップ溝１０の形状は、要は、所定の要領を有し、漏れ液を貯留できるものであればよい。

動圧発生溝１１は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするためのものであり、例えば、図３（ｂ）に示すようにスパイラル形状をなしている
スパイラル形状の動圧発生溝１１は、内周側（漏れ側）の入口１１ａがトラップ溝１０に連通されているものの、被密封流体側の端部１１ｂは被密封流体側には連通されておらず、回転側密封環４及び固定側密封環７の相対摺動により、漏れ側の端部から被密封流体側の端部に向けてポンピング作用を発揮するようにスパイラル状に傾斜され、動圧（正圧）を発生する。
スパイラル形状の動圧発生溝１１は、図３（ｂ）においては、溝幅が一定に形成されているが、トラップ溝１０に連通されている内周側（漏れ側）の入口１１ａの溝幅を拡大、すなわち、入口１１ａの周方向長さを他の部分より長くし、動圧発生溝１１内への流体の供給効果を増大してもよい。

スパイラル形状の動圧発生溝１１は、定常運転等の回転側密封環４の高速回転状態において、漏れ側から気体を吸い込み、外周側の端部１１ｂ付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓに僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。同時に、トラップ溝１０内の液体及び漏れ側の気体が外周側に向けてポンピングされるため、トラップ溝１０内の液体及び外周側の液体が内周側へ漏洩することが防止される。また、スパイラル形状の動圧発生溝１１は外周側とはランド部Ｒにより隔離されているため、静止時において漏れが発生することがない。

回転側密封環４のトラップ溝１０溝より漏れ側のランド部Ｒ１と固定側密封環７の摺動面Ｓより漏れ側のランド部Ｒ２との間には、流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段１２が形成される。
本例の場合、ダスト進入低減手段１２は、回転側密封環４側のランド部Ｒ１と固定側密封環７側のランド部Ｒ２との間に形成される極小隙間帯ｇにより構成される。この極小隙間帯ｇの隙間は、液体の進入は許容するがダストを構成する粒子の進入を阻止する大きさが望ましく、例えば、０．５ｍｍ以下が好ましい。この０．５ｍｍ以下にはゼロも含まれ、その意味は次のとおりである。
装置の静止時、すなわち、摺動部品の静止時においては一対の摺動面の間には隙間が存在せず、極小隙間帯ｇの隙間はゼロであるが、装置が始動し、一対の摺動面が相対摺動すると、摺動面間に存在する流体により動圧が発生し、一対の摺動面の間には僅かな隙間が生じ、極小隙間帯ｇの隙間は有限の値となる。すなわち、極小隙間帯ｇの隙間「０．５ｍｍ以下」は摺動部品の静止時の値を示すもので、ゼロも含まれる。

極小隙間帯ｇの隙間を有限の値にする場合、極小隙間帯ｇは、全周にわたって設けられてもよく、あるいは、円周の一部分にのみ設けられてもよい。円周の一部分にのみ設けられる場合としては、例えば、中心角が３０°の範囲の極小隙間帯ｇを６等配設け、他の残りの部分は隙間ゼロ（静止時において隙間ゼロ）に設定する。

特に図３（ａ）に明瞭に示されているように、回転側密封環４のトラップ溝１０溝より漏れ側のランド部Ｒ１の極小隙間帯ｇを構成する角部１３は面取りされ、この面取りされた角部１３と対向する固定側密封環７側のランド部Ｒ２の角部１４も面取りされて、両方の面取りされた角部１３、１４でもってが極小隙間帯ｇが形成されている。極小隙間帯ｇは、トラップ溝１０とトラップ溝１０の漏れ側において連通されている。

上記したように、トラップ溝１０溝より漏れ側にダスト進入低減手段１２が配置されることで、まずはトラップ溝１０溝内へのダストの進入が防止され、また、万一トラップ溝１０溝内へ進入したダストの多くはトラップ溝１０溝内に留まり、摺動面Ｓへの進入はかなり抑制される。

以上説明した実施例１の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品である回転側密封環４の摺動面Ｓには、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部Ｒ１により隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０が全周にわたり設けられ、一対の摺動部品である回転側密封環４及び固定側密封環７のトラップ溝１０より漏れ側のランド部Ｒ１、Ｒ２間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段１２が形成されていることにより、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面が開いた場合でも漏れ液をトラップ溝１０でトラップすることができ、漏れ側への液漏れを防止できると共に、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができ、摺動面の摩擦及び漏れを低減することができる。
（２）ダスト進入低減手段１２が、一対の摺動部品のトラップ溝１０より漏れ側のランド部間に形成される極小隙間帯ｇにより構成されることにより、シンプルな構成でもって漏れ側から摺動面にダストが進入するのを低減することができる。
（３）回転側密封環４の摺動面Ｓには、トラップ溝１０に連通され、被密封流体側には連通されないように構成された動圧発生溝１１が設けられていることにより、定常運転等の回転側密封環４の高速回転状態において、内周側（漏れ側）の入口１１ａから気体を吸い込み、外周側の端部１１ｂ付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓに僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。同時に、スパイラル形状の動圧発生溝１１により内周側の気体及びトラップ溝１０内の液体が外周側に向けてポンピングされるため、トラップ溝１０内の液体及び外周側の液体が内周側へ漏洩することが防止される。また、スパイラル形状の動圧発生溝１１は外周側とはランド部Ｒにより隔離されているため、静止時において漏れが発生することがない。

図４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、回転側密封環の摺動面に複数のトラップ溝が設けられ、回転側密封環の摺動面に１つのトラップ溝が設けられている点で実施例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。

図４において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部Ｒ３により隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０−１、及び、トラップ溝１０−１より被密封流体側であって、トラップ溝１０−１とはランド部Ｒ４により漏れ側と反対側の位置に隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０−２が全周にわたり設けられている。また、回転側密封環４の摺動面Ｓには、漏れ側から離れた位置に設けられたトラップ溝１０−２に連通され、被密封流体側には連通されないように構成された動圧発生溝１１が設けられている。

また、固定側密封環７の摺動面Ｓには、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部Ｒ５により隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０−３が全周にわたり設けられている。固定側密封環７側のトラップ溝１０−３は、回転側密封環４側の２つのトラップ溝１０−１、１０−２とは径方向の位置において重複しないようにこれらの中間に位置するように配置される。トラップ溝１０−３の漏れ側と反対側はランド部Ｒ６により画成されている。
なお、トラップ溝は、上記のように回転側密封環４に２つ、固定側密封環７に１つ設けられることに限らず、固定側密封環７及び回転側密封環４のいずれか一方に複数、他方に少なくとも１つ以上設けられればよく、固定側密封環７のトラップ溝と回転側密封環４のトラップ溝とが径方向の位置において重複しないように配置されればよい。

トラップ溝１０−１、１０−２及び１０−３は、コンプレッサの非定常運転時の振動等により回転側密封環４及び固定側密封環７の摺動面Ｓの面開き時に非密封流体である液体の漏れが生じた場合、漏れ液を溜めるためのものであり、トラップ溝１０−１、１０−２及び１０−３に溜められた漏れ液は、定常回転時に被密封流体側に戻される。
なお、トラップ溝１０−１、１０−２及び１０−３は、図４に示す場合と反対に、トラップ溝１０−１、１０−２が固定側密封環に、また、トラップ溝１０−３が回転側密封環に設けられてもよい。

回転側密封環４のトラップ溝１０−１より漏れ側のランド部Ｒ３と固定側密封環７の摺動面Ｓより漏れ側のランド部Ｒ５との間には、流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段１２が形成される。
また、ランド部Ｒ４とランド部Ｒ５との間、及び、ランド部Ｒ４とランド部Ｒ６との間にも、それぞれ、ダスト進入低減手段１２、１２が形成される。

本例の場合、３つのダスト進入低減手段１２、１２、１２は、回転側密封環４側のランド部Ｒ３と固定側密封環７側のランド部Ｒ５との間、及び、回転側密封環４側のランド部Ｒ４と固定側密封環７側のランド部Ｒ５及びＲ６との間に形成される３つの極小隙間帯ｇにより構成される。この極小隙間帯ｇの隙間は、液体の進入は許容するがダストを構成する粒子の進入を阻止する大きさが望ましく、例えば、０５ｍｍ以下が好ましい。

それぞれの極小隙間帯ｇは、全周にわたって設けられてもよく、あるいは、円周の一部分にのみ設けられてもよい。円周の一部分にのみ設けられる場合としては、例えば、中心角が３０°の範囲の極小隙間帯ｇを６等配設け、他の残りの部分は隙間ゼロに設定する。

ランド部Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の極小隙間帯ｇを構成する角部は面取りされ、この面取りされた角部の間に極小隙間帯ｇが形成されている。３つのトラップ溝１０−１、１０−２及び１０−３は、３つの極小隙間帯ｇを介して漏れ側に連通されている。

以上説明した実施例２の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）トラップ溝１０−１、１０−２、１０−３は、固定側密封環７及び回転側密封環４にそれぞれ設けられ、固定側密封環７のトラップ溝１０−３と回転側密封環４のトラップ溝１０−１、１０−２とは径方向の位置において重複しないように配置されると共にこれらのトラップ溝１０−１、１０−２、１０−３を画成するランド部Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段１２が形成されることにより、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面が開いた場合でも漏れ液を複数のトラップ溝でトラップすることができ、漏れ側への液漏れを、一層、防止できると共に、複数のダスト進入低減手段でダストの進入を阻止することができ、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを、一層、低減することができる。
（２）回転側密封環４の摺動面Ｓには、トラップ溝１０−２に連通され、被密封流体側には連通されないように構成された動圧発生溝１１が設けられていることにより、定常運転等の回転側密封環４の高速回転状態において、内周側（漏れ側）の入口１１ａから気体を吸い込み、外周側の端部１１ｂ付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓに僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。同時に、スパイラル形状の動圧発生溝１１により内周側の気体及びトラップ溝１０内の液体が外周側に向けてポンピングされるため、トラップ溝１０内の液体及び外周側の液体が内周側へ漏洩することが防止される。また、スパイラル形状の動圧発生溝１１は外周側とはランド部Ｒにより隔離されているため、静止時において漏れが発生することがない。

図５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、ダスト進入低減手段が、トラップ溝より漏れ側のランド部の表面に形成される半径方向傾斜溝を備える点で実施例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。

図５において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部Ｒ７により隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０−４が全周にわたり設けられている。また、回転側密封環４の摺動面Ｓには、トラップ溝１０−４に連通され、被密封流体側には連通されないように構成された動圧発生溝１１が設けられている。

また、固定側密封環７の摺動面Ｓには、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部Ｒ８により隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０−５が全周にわたり設けられている。固定側密封環７側のトラップ溝１０−５は、回転側密封環４側のトラップ溝１０−３とは径方向において同一の位置に配置されている。

トラップ溝１０−４及び１０−５は、コンプレッサの非定常運転時の振動等により回転側密封環４及び固定側密封環７の摺動面Ｓの面開き時に非密封流体である液体の漏れが生じた場合、漏れ液を溜めるためのものであり、トラップ溝１０−４及び１０−５に溜められた漏れ液は、定常回転時に被密封流体側に戻される。

図５（ｂ）に示すように、固定側密封環７のランド部Ｒ８の表面には、トラップ溝１０−５と漏れ側とを連通するように半径方向傾斜溝１５が複数形成されている。この半径方向傾斜溝１５は、図５（ｂ）において回転側密封環４が矢印で示すように反時計方向に回転されるとした場合、トラップ溝１０−５を起点として反時計方向に傾斜するように形成される。このため、漏れ側から摺動面へ向けてダスト等の異物が入りにくくなっている。
また、半径方向傾斜溝１５の断面形状を半径方向において変化させてもよく、例えば、漏れ側の断面の幅及び深さを小さくし、トラップ溝１０−５側に向けてテーパ状に大きくしてもよい。
なお、半径方向傾斜溝１５は固定側密封環７に限らず、回転側密封環４に形成されてもよく、また、両者に形成されてもよい。また、半径方向傾斜溝１５は、全周に設けられてもよく、円周方向の一部分に設けられてもよい。

本例においては、回転側密封環４のランド部Ｒ７の表面と固定側密封環７のランド部Ｒ８の表面とは、静止時において接するように形成されており、固定側密封環７のランド部Ｒ８の表面に半径方向傾斜溝１５が形成されている。
本例においては、固定側密封環７のトラップ溝１０−５より漏れ側のランド部Ｒ８の表面に形成される半径方向傾斜溝１５がダスト進入低減手段を構成する。

以上説明した実施例３の構成によれば、以下のような効果を奏する。
（１）回転側密封環４の摺動面Ｓには、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部Ｒ７により隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０−４が全周にわたり設けられ、固定側密封環７の摺動面Ｓには、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部Ｒ８により隔離され、漏れ液をトラップするトラップ溝１０−５が全周にわたり設けられ、一対の摺動部品である回転側密封環４及び固定側密封環７のトラップ溝１０−４及び１０−５より漏れ側のランド部Ｒ７、Ｒ７間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段である半径方向傾斜溝１５が形成されることにより、装置の非定常運転時の振動等により回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面が開いた場合でも漏れ液をトラップ溝１０−４、１０−５でトラップすることができ、漏れ側への液漏れを防止できると共に、漏れ側から摺動面にダストが進入するのを、一層、低減することができ、摺動面の摩擦及び漏れを低減することができる。
（２）回転側密封環４の摺動面Ｓには、トラップ溝１０−４に連通され、被密封流体側には連通されないように構成された動圧発生溝１１が設けられていることにより、定常運転等の回転側密封環４の高速回転状態において、内周側（漏れ側）の入口１１ａから気体を吸い込み、外周側の端部１１ｂ付近で動圧（正圧）を発生するため、回転側密封環４と固定側密封環７との摺動面Ｓに僅かな間隙が形成され、摺動面Ｓは気体潤滑の状態となり非常に低摩擦となる。同時に、スパイラル形状の動圧発生溝１１により内周側の気体及びトラップ溝１０内の液体が外周側に向けてポンピングされるため、トラップ溝１０内の液体及び外周側の液体が内周側へ漏洩することが防止される。また、スパイラル形状の動圧発生溝１１は外周側とはランド部Ｒにより隔離されているため、静止時において漏れが発生することがない。

図６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、一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面に流体導入溝及び正圧発生機構が設けられる点で前記実施例と相違するが、その他の基本構成は前記実施例と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図６（ａ）において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１６が設けられている。

流体導入溝１６は、外周側の周縁に沿うように１個以上配設され、平面形状は略矩形状に形成され、摺動面Ｓの外周側の周縁において被密封流体側と連通し、内周側とはランド部Ｒ０により隔離されている。

また、流体導入溝１６の円周方向の下流側に連通して流体導入溝１６より浅い正圧発生溝１７ａを備える正圧発生機構１７が設けられている。正圧発生機構１７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１７ａは、上流側が流体導入溝１６に連通し、外周側とはランド部Ｒ０により隔離されている。
本例では、正圧発生機構１７は、上流側において流体導入溝１６に連通する正圧発生溝１７ａ及びレイリーステップ１７ｂ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、要は、正圧を発生する機構であればよい。
図６（ａ）において、流体導入溝１６及び正圧発生機構１７のなす平面形状は略Ｌ字状をなしている。

今、回転側密封環４が反時計方向に回転するとした場合、外周側の液体は略矩形状の流体導入溝１６から摺動面に導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１７により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１７から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

図６（ｂ）は、流体導入溝の形状が異なる点で図６（ａ）と相違するが、その他は図６（ａ）と同じである。

図６（ｂ）において、回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１８が設けられている。

流体導入溝１８は、外周側の周縁に沿うように配設され、摺動面Ｓの外周側の周縁にのみ連通する流体導入部１８ａ及び流体導出部１６ｂ、並びにこれらを周方向に連通する流体連通部１８ｃから構成され、内周側とはランド部Ｒ０により隔離されている。
本例では、流体導入部１８ａ及び流体導出部１８ｂは周方向において一定距離隔てて設けられ、それぞれ、径方向に直線状に延びているため、流体導入溝１８の平面形状は略Ｕ字形をなしている。

また、流体導入溝１８と外周側とで囲まれる部分に流体導入溝１８より浅い正圧発生溝１７ａを備える正圧発生機構１７が設けられている。正圧発生機構１７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１７ａは、上流側が流体導入部１８ａに連通し、流体導出部１８ｂ及び外周側とはランド部Ｒ０により隔離されている。
本例では、正圧発生機構１７は、上流側において流体導入溝１８の流体導入部１８ａに連通する正圧発生溝１７ａ及びレイリーステップ１７ｂ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、要は、正圧を発生する機構であればよい。

今、回転側密封環４が時計方向に回転するとした場合、外周側の液体は略Ｕ字形の流体導入溝１８の流体導入部１８ａから摺動面に導入され、流体導出部１８ｂから外周側に排出されるが、その際、起動時などの回転側密封環４の低速回転状態において摺動面Ｓの外周側に存在する液体が、積極的に摺動面Ｓに導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１７により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１８から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

図６（ｂ）では、流体導入溝１８の平面形状は略Ｕ字形に形成されているが、これに限らず、流体導入部１８ａと流体導出部１８ｂとが内径側において交叉する形状、すなわち、略Ｖ字でに形成されてもよい。

以上説明した実施例４の構成によれば、実施例１ないし３の効果に加えて以下のような効果を奏する。
回転側密封環４の摺動面Ｓには、該摺動面Ｓの被密封流体側、すなわち、外周側の周縁に連通し、漏れ側、すなわち、内周側の周縁には連通しないように構成された流体導入溝１６または１８が設けられることにより、起動時などの回転側密封環４の低速回転状態において摺動面Ｓの外周側に存在する液体が、積極的に摺動面Ｓに導入され、摺動面Ｓの潤滑を行うことができる。その際、正圧発生機構１７により正圧（動圧）が発生されるため、摺動面間の流体膜が増大され、潤滑性能をさらに向上させることができる。
また、回転側密封環４が定常運転等の高速回転時において流体導入溝１６または１８から摺動面に導入された液体は遠心力により排出されるため、漏れ側である内周側に液体が漏洩することはない。

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。

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。

また、例えば、前記実施例では、摺動部品の外周側を被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）、内周側を漏れ側（気体側）として説明したが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が漏れ側（気体側）、内周側が被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）である場合も適用可能である。また、被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）と漏れ側（気体側）との圧力の大小関係については、例えば、被密封流体側（液体側あるいはミスト状の流体側）が高圧、漏れ側（気体側）が低圧、あるいは、その逆のいずれでもよく、また、両方の圧力が同一であってもよい。

また、例えば、前記実施例では、動圧発生溝１１がスパイラルグルーブである場合について説明したが、これに限定されることなく、レイリーステップと逆レイリーステップの組み合わせでもよく、要は、漏れ側の流体を吸い込んで動圧（正圧）を発生する機構であればよい。

また、例えば、前記実施例４では、前記実施例１の摺動部品に流体導入溝を設ける場合について説明したが、これに限定されることなく、前記実施例２及び３の摺動部品にも適用できることはいうまでもない。

１ インペラー
２ 回転軸
３ スリーブ
４ 回転側密封環
５ ハウジング
６ カートリッジ
７ 回転側密封環
８ コイルドウェーブスプリング
１０、１０−１〜１０−５ トラップ溝
１１ 動圧発生溝
１１ａ 内周側の入口
１１ｂ 外周側の端部
１２ ダスト進入低減手段
１３ ランド部角部
１４ ランド部の角部
１５ 半径方向傾斜溝
１６ 流体導入溝
１７ 正圧発生機構
１８ 流体導入溝
Ｓ 摺動面
Ｒ０〜Ｒ８ ランド部
ｇ 極小隙間帯

Claims (8)

1. 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部により隔離され、漏れ流体をトラップするトラップ溝が全周にわたり設けられ、前記一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されていることを特徴とする摺動部品。
2. 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面を有し、被密封流体である液体又はミスト状の流体が漏洩するのをシールするものであって、前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、漏れ側に位置すると共に漏れ側とはランド部により隔離された漏れ液をトラップするトラップ溝が全周にわたり設けられ、前記一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間には漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されていることを特徴とする摺動部品。
3. 前記ダスト進入低減手段が、前記一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部間に形成される極小隙間帯により構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部品。
4. 前記ダスト進入低減手段が、前記一対の摺動部品の前記トラップ溝より漏れ側のランド部の表面に形成される半径方向傾斜溝により構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部品。
5. 前記トラップ溝は、前記固定側密封環及び前回転側密封環のいずれか一方に複数、他方に少なくとも１つ以上設けられ、前記固定側密封環のトラップ溝と前記回転側密封環のトラップ溝とは径方向の位置において重複しないように配置されると共にこれらのトラップ溝を画成するランド部間には流体の通過は許容するが漏れ側からのダストの進入を低減するダスト進入低減手段が形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の摺動部品。
6. 前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、前記トラップ溝に連通し、被密封流体側には連通しないように構成された動圧発生溝が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の摺動部品。
7. 前記動圧発生溝は、漏れ側の流体を吸い込み被密封流体側にポンピングするスパイラル形状をなしていることを特徴とする請求項６に記載の摺動部品。
8. 前記一対の摺動部品の少なくとも一方の摺動部品の摺動面には、被密封流体側に連通し、漏れ側には連通しないように構成された流体導入溝が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の摺動部品。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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