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KR102302877B1 - 슬라이딩 부재 - Google Patents

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KR102302877B1
KR102302877B1 KR1020197037621A KR20197037621A KR102302877B1 KR 102302877 B1 KR102302877 B1 KR 102302877B1 KR 1020197037621 A KR1020197037621 A KR 1020197037621A KR 20197037621 A KR20197037621 A KR 20197037621A KR 102302877 B1 KR102302877 B1 KR 102302877B1
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sliding surface
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히데유키 이노우에
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이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

[과제] 슬라이딩면에 형성된 복수의 딤플의 성능을 충분히 끌어낼 수 있고, 나아가서는 윤활 성능 및 밀봉 성능을 향상시킨 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목표로 한다.
[해결 수단] 서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면(S)을 갖는 한 쌍의 슬라이딩 부품으로서, 적어도 한쪽 측의 슬라이딩면(S)은, 복수의 딤플(10)을 구비하고, 딤플(10)은, 오목부(15)와, 오목부(15)의 외주부에, 또한, 오목부(15)보다 얕은 주연부(周緣部; 11)를 구비한다.

Description

슬라이딩 부재
본 발명은, 예를 들면, 메커니컬 시일, 미끄럼 베어링, 그 외, 슬라이딩부에 적합한 슬라이딩 부품에 관한 것이다. 특히, 슬라이딩면에 유체를 개재시켜 마찰을 저감시킴과 동시에, 슬라이딩면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지하기 위한 밀봉환 또는 베어링 등의 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
메커니컬 시일 등의 슬라이딩부에 딤플이라고 불리는 오목부를 설치하고, 윤활성이나 밀봉성을 향상시키는 것이 종종 행해지고 있다.(특허문헌 1, 특허문헌 2)
특허문헌 1:일본공개특허공보 2003-343741호 특허문헌 2:일본특허공보 5518527호
최근, 논프레온 냉매로서 CO2 등의 자연 냉매의 보급이 진행되고 있다. 그러나, 이들 자연 냉매의 사용 압력은 매우 높고, 종래의 딤플을 설치한 메커니컬 시일에서는 시저(seizure) 등이 발생하여, 충분한 밀봉성을 발휘할 수 없는 경우가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점에 착목하여 이루어진 것으로, 슬라이딩면에 형성된 복수의 딤플의 성능을 충분히 끌어낼 수 있고, 나아가서는 윤활 성능 및 밀봉 성능을 향상시킨 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부품은,
서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면을 갖는 한 쌍의 슬라이딩 부품으로서, 적어도 한쪽 측의 슬라이딩면은, 복수의 딤플을 구비하고,
상기 딤플은, 오목부와, 상기 오목부의 외주부에, 또한, 상기 오목부보다 얕은 주연부(周緣部)를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 오목부의 외주부의 얕은 주연부에 높은 압력을 발생시키고, 오목부에 의한 유체 윤활 효과 및 밀봉 효과를 더욱 향상시켜, 밀봉성 및 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부품은,
상기 주연부는, 상기 슬라이딩면에 연이어지고 상기 오목부의 벽부보다 작은 기울기를 갖는 경사 벽부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 오목부의 외주부의 경사 벽부에 의해 형성되는 쐐기부를 이용하여 더욱 높은 압력을 발생시켜, 딤플의 유체 윤활 효과 및 밀봉 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부품은,
상기 경사 벽부는, 적어도 일부에 곡면을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 곡면을 이용하여 매우 작은 기울기를 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부품은,
상기 주연부의 상기 기울기는 1/100 이하인 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 주연부는 작은 기울기를 갖는 쐐기부를 항상 형성할 수 있어, 확실하게 고압을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부품은,
상기 주연부는, 레일리 스텝 또는 역(逆)레일리 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 역레일리 스텝에 의해 유체를 흡입하고, 레일리 스텝에 의해 고압을 발생시켜, 딤플의 유체 윤활 효과 및 밀봉 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부품은,
상기 오목부의 깊이를 G, 상기 슬라이딩면에 있어서의 상기 오목부의 개구경을 D로 했을 때, 상기 깊이와 상기 개구경과의 비(G/D)는 0.25 내지 1인 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 오목부에 저장된 유체를 주연부에 공급하여 주연부에서 유체막을 형성할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부품은,
상기 주연부의 폭을 E로 했을 때, 상기 폭과 상기 개구경과의 비(E/D)는 0.15 내지 0.5인 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 고압을 발생하는 주연부의 면적을 크게 하여 부하 용량을 높일 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부품은,
상기 오목부의 상기 깊이(G)는 5㎛ 내지 50㎛인 것을 특징으로 하고 있다.
오목부에 모인 유체를 주연부에 충분히 공급하여, 주연부에 높은 압력의 유체막을 형성할 수 있다.
[도 1] 본 발명에 따른 슬라이딩 부품을 적용한 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
[도 2] 도 1의 W-W 화살표 방향에서 본 도면이며, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례이다.
[도 3] 도 2의 단면 A-A이며, 본 발명의 실시예 1에 따른 딤플의 단면 형상을 나타낸다.
[도 4] 본 발명의 실시예 1에 따른 딤플에 있어서의 압력 분포를 나타내는 도면이다.
[도 5] 도 2의 단면 A-A이며, 본 발명의 실시예 2에 따른 딤플의 단면 형상을 나타낸다.
[도 6] 도 2의 단면 A-A이며, 본 발명의 실시예 3에 따른 딤플의 단면 형상을 나타낸다.
[도7] (a)는 도 5의 C부의 변형예, (b)는 도 6의 D부의 변형예를 나타낸다.
본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특별히 명시적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.
실시예 1
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 있어서는, 슬라이딩 부품의 일례인 메커니컬 시일을 예로 하여 설명하지만, 이에 한정되는 일 없이, 예를 들면, 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 한쪽 측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다. 또한, 메커니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부품의 외주측을 고압 유체측(피밀봉 유체측), 내주측을 저압 유체측(누설측)으로 하여 설명한다.
도 1은, 메커니컬 시일(1)의 일례를 나타내는 종단면도이며, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되려고 하는 고압 유체측의 피밀봉 유체를 밀봉하는 형식의 인사이드 형식의 것이고, 고압 유체측의 펌프 임펠러(도시 생략)를 구동시키는 회전축(9)측에 슬리브(2)를 통하여 이 회전축(9)과 일체적으로 회전 가능한 상태로 설치된 한쪽의 슬라이딩 부품인 원환상의 회전측 밀봉환(3)과, 펌프의 하우징(4)에 비회전 상태 및 축방향 이동 가능한 상태로 설치된 다른 한쪽의 슬라이딩 부품인 원환상의 고정측 밀봉환(5)이 설치되고, 고정측 밀봉환(5)을 축방향으로 부세(付勢)하는 코일드 웨이브 스프링(6) 및 벨로우즈(7)에 의해, 슬라이딩면(S)끼리 밀접 슬라이딩하게 되어 있다. 즉, 이 메커니컬 시일은, 회전측 밀봉환(3)과 고정측 밀봉환(5)의 서로의 슬라이딩면(S)에 있어서, 피밀봉 유체가 회전축(9)의 외주측으로부터 내주측으로 유출되는 것을 방지하는 것이다. 또한, 도 1에서는, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면의 폭이 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면의 폭보다 넓은 경우를 나타내고 있지만, 이에 한정되는 일 없이, 반대의 경우에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.
회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 재질은, 내마모성이 우수한 탄화 규소(SiC) 및 자기 윤활성이 우수한 카본 등으로부터 선정되지만, 예를 들면, 양자가 SiC, 혹은, 회전측 밀봉환(3)이 SiC이며 고정측 밀봉환(5)이 카본인 조합이 가능하다. 상대 슬라이딩하는 회전측 밀봉환(3) 혹은 고정측 밀봉환(5)의 적어도 어느 한쪽의 슬라이딩면에는, 딤플이 배열 설치된다.
본 발명에 있어서, 「딤플」이란, 평탄한 슬라이딩면(S)(랜드부)에 둘러싸인 개구부를 갖고, 슬라이딩면(S)보다 움푹 패인 바닥부를 갖는 홈이며, 그 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 홈의 개구부의 형상은 원형, 삼각형, 타원형, 장원형, 혹은 직사각형이 포함되고, 홈의 단면 형상도 원뿔 형상, 원뿔대 형상, 반원 형상, 밥공기 형상, 또는, 사각형 등 여러 가지의 형태가 포함된다.
본 예에서는, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에 복수의 딤플이 배치되는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 회전측 밀봉환(3)에는 딤플은 설치되지 않아도, 설치되어도 좋다. 또한, 복수의 딤플은, 슬라이딩면(S)에 규칙적으로 배치하여 정렬 딤플군으로서 형성해도 좋고, 또한 불규칙하게 배치하여 랜덤 딤플군으로서 형성해도 좋고, 나아가서는 정렬 딤플군과 랜덤 딤플군을 조합하여 배치해도 좋다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 대략 전면(全面)에, 대략 원형의 개구부를 갖는 복수의 딤플(10)이 배치된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 딤플(10)은, 단면 형상이 원뿔 형상인 오목부(15)와 오목부(15)의 벽부(15a)의 외주부에 연이어지고 나팔 형상으로 넓어지는 주연부(11)로 주로 구성된다. 오목부(15)는, 그 중앙에 깊이(G)를 갖는 바닥부(15b), 바닥부(15b) 근방으로부터 슬라이딩면을 향하여 대략 일정한 기울기로 경사져, 서서히 개구가 커지는 벽부(15a)를 갖는다. 이하, 슬라이딩면(S)에 있어서의 오목부(15)의 개구경(D)은, 벽부(15a)를 구획하는 면을 연장한 연장면(15c)과 슬라이딩면(S)이 교차하여 이루어지는 가공(架空)의 도형의 직경으로 정의한다. 주연부(11)는, 오목부(15)의 개구경(D)의 외측에 있어서 슬라이딩면(S)에 매끄럽게 연이어지는 외주연부(11a), 외주연부(11a)로부터 오목부(15)의 중앙부를 향하는 내리막 경사이며, 상대 슬라이딩면(딤플(10)의 내부)을 향하여 볼록 형상의 곡면이며, 또한, 벽부(15a)보다 작은 기울기를 구비하는 경사 벽부(11b), 및, 경사 벽부(11b)와 벽부(15a)가 연이어지는 내주연부(11c)로 이루어진다. 외주연부(11a), 경사 벽부(11b), 내주연부(11c) 및 벽부(15a)는 전체적으로 딤플(10)의 내부를 향하는 볼록 형상의 곡면으로 해도 좋다. 또한, 오목부(15)의 바닥부(15b)는 뾰족한 형상을 갖고 있지만, 이에 한정하지 않고 반구면이라도, 평탄면이라도 좋다.
또한, 딤플(10)의 깊이(G), 즉 오목부(15)의 깊이(G), 주연부(11)의 지름 방향 폭(E1), 및, 오목부(15)의 개구경(D)의 관계는, 0.25≤G/D≤1, 0.15≤E1/D≤0.5 정도로 설정된다. 또한, 주연부(11)의 기울기는 1/100 이하로 설정된다. 예를 들면, 도 3의 딤플(10)에 있어서는, 개구경(D)은 약 36㎛, 딤플 깊이(G)는 약 25㎛, 주연부(11)의 지름 방향 폭(E1)은 약 8㎛ 정도로 형성되어 있다. 특히, 오목부(15)의 개구경(D)을 10㎛ 내지 60㎛, 주연부(11)의 지름 방향 폭(E1)을 5㎛ 내지 20㎛, 오목부(15)의 깊이(G)를 5㎛ 내지 50㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 딤플(10)의 주연부(11)는 곡면으로 형성되기 때문에, 주연부(11)가 슬라이딩면(S)에 매끄럽게 연이어지는 외주연부(11a)에 있어서 용이하게 1/1000 정도의 기울기를 형성할 수 있다.
이와 같이 구성된 딤플(10)을 갖는 메커니컬 시일(1)은, 이하와 같은 작용 효과를 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 상대측 슬라이딩면의 회전측 밀봉환(3)이 화살표 방향으로 고정측 밀봉환(5)에 대하여 상대 이동하면, 회전측 밀봉환(3)과 고정측 밀봉환(5)과의 사이의 유체는 점성에 의해 도 4의 화살표 방향, 즉 좌측(이하, 「상류측」이라고 기재함.)으로부터 우측(이하, 「하류측」이라고 기재함.)으로 흐른다. 이 결과, 슬라이딩면(S)으로부터 딤플(10) 내로 유체의 점성에 의해 유체가 흡입되어, 딤플(10)의 상류측에서는 부압(P1)이 발생하고, 딤플(10)의 하류측에서는 쐐기 효과에 의해 유체는 승압하여 정압(P2)이 발생한다. 그 때, 딤플(10)의 상류측의 부압 부분에서는 캐비테이션이 발생하고, 캐비테이션 영역에서는 유체의 증기압에 의존한 압력이 되기 때문에 부압(P1)의 피크가 작아진다. 이 결과, 딤플(10) 내에서는 정압(P2)의 영향이 지배적이 되고, 부하 능력이 발생하여 슬라이딩면(S)이 융기된다. 그리고 슬라이딩면(S)이 융기되면, 상대 슬라이딩하는 2개의 슬라이딩면의 간극이 커지고, 슬라이딩면(S)에 유체가 유입되어, 윤활 기능이 얻어진다.
여기에서, 딤플(10)의 주연부(11)는, 기울기 1/100 이하의 매우 작은 기울기로 형성되기 때문에, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)과 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)과의 사이에 항상 쐐기부를 형성할 수 있다. 이에 따라, 딤플(10)의 상류측에 있어서, 슬라이딩면(S)으로부터 딤플(10) 내로 흡입된 유체는, 하류측에 있어서 주연부(11)의 쐐기부에서 효율 좋게 정압을 발생시키고, 게다가 정압(P2)의 피크(Pmax)도 높일 수 있다.
또한, 지름 방향 폭(E1)은 0.15≤E1/D≤0.5의 범위에서 폭 넓게 형성됨으로써, 높은 정압(P2)이 발생하는 영역의 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 슬라이딩면(S)이 융기되는 힘, 즉 딤플(10)의 부하 능력을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 피밀봉 유체의 압력이 1MPa 이상, 예를 들면 5MPa 정도의 고압 유체라도, 슬라이딩면(S)은 확실히 윤활 기능을 얻을 수 있다.
또한, 딤플(10)의 깊이(G)는, 오목부(15)의 개구경(D)에 대하여 0.25≤G/D≤1의 범위에서 깊게 형성되기 때문에, 오목부(15)의 용적을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 딤플(10) 내로 흡입된 유체는 오목부(15)에 충분히 저장되어, 오목부(15)로부터 주연부(11)의 정압 영역으로 안정적으로 유체를 공급할 수 있기 때문에, 유체막이 터지는 일 없이 안정적인 윤활 기능을 발휘할 수 있다.
게다가, 유체를 흡입하고, 승압된 유체를 토출하는 딤플(10)이 슬라이딩면(S)에 복수 배열되어 있으면, 슬라이딩면의 내주측에 배치된 딤플(10) 내로 흡입되고, 토출된 승압 유체는, 추가로 외경측에 배치된 복수의 딤플(10)에 의한 흡입, 토출이 반복되고, 유체는 슬라이딩면(S)의 내주부로부터 외주부로 운반되어, 슬라이딩면(S) 전체적으로 밀봉 기능이 향상된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 딤플(10)은, 깊게 형성된 오목부(15)와, 오목부(15)의 외주부에 매우 작은 기울기이며, 또한, 폭 넓은 주연부(11)를 구비하기 때문에, 딤플(10)의 부하 능력을 효율 좋게 높일 수 있다. 또한, 부하 능력을 높인 딤플(10)을 슬라이딩면(S)에 복수 배열함으로써, 슬라이딩 부품 전체적으로 윤활 성능 및 밀봉 성능을 높일 수 있다.
실시예 2
다음으로, 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하여 설명한다. 실시예 1의 주연부(11)의 경사 벽부(11b)는 곡면으로 이루어지는 것에 대하여, 실시예 2의 주연부(21)의 경사 벽부(21b)는 일정한 기울기를 갖는 경사면으로 이루어지는 점에서 상이하다. 또한, 상기 실시예에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 딤플(10)은 원뿔 형상의 오목부(15)와, 오목부(15)의 벽부(15a)의 외주부에 연이어짐과 동시에 벽부(15a)보다 작은 기울기를 갖는 주연부(21)로 주로 구성된다. 오목부(15)는, 그 중앙부에 깊이(G)를 갖는 바닥부(15b), 바닥부(15b) 근방으로부터 슬라이딩면을 향하여 대략 일정한 기울기로 경사져, 서서히 개구가 커지는 벽부(15a)를 갖는다. 이하, 원뿔 형상의 오목부(15)의 개구경(D)은, 벽부(15a)를 구획하는 면을 연장한 연장면(15c)과 슬라이딩면(S)이 교차하여 이루어지는 가공의 도형의 직경이다. 주연부(21)는, 오목부(15)의 개구경(D)의 외측에 있어서 슬라이딩면(S)에 연이어지는 외주연부(21a), 외주연부(21a)로부터 오목부(15)의 중앙을 향하여 일정한 내리막 경사이며, 또한, 벽부(15a)보다 작은 기울기를 구비하는 경사 벽부(21b), 및, 경사 벽부(21b)와 벽부(15a)가 연이어지는 내주연부(21c)로 이루어진다.
또한, 딤플(10)의 깊이(G), 주연부(21)의 지름 방향 폭(E2), 및, 오목부(15)의 개구경(D)의 관계는, 0.25≤G/D≤1, 0.15≤E2/D≤0.5 정도로 설정된다. 또한, 주연부(21)의 기울기는 1/100 이하로 설정된다. 예를 들면, 도 5의 딤플(10)에 있어서는, 개구경(D)은 약 36㎛, 딤플 깊이(G)는 약 25㎛, 주연부(21)의 지름 방향 폭(E2)은 약 8㎛ 정도로 형성되어 있다. 특히, 오목부(15)의 개구경(D)을 10㎛ 내지 60㎛, 주연부(11)의 지름 방향 폭(E2)을 5㎛ 내지 20㎛, 오목부(15)의 깊이(G)를 5㎛ 내지 50㎛로 하는 것이 바람직하다.
실시예 1과 마찬가지로, 딤플(10)의 주연부(21)는, 기울기 1/100 이하의 매우 작은 기울기로 형성되기 때문에, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)과 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)과의 사이에 항상 쐐기부를 형성할 수 있다. 이에 따라, 딤플(10)의 상류측에 있어서, 슬라이딩면(S)으로부터 딤플(10) 내로 흡입된 유체는, 하류측에 있어서 주연부(11)의 쐐기부에서 효율 좋게 정압을 발생시키고, 게다가 정압(P2)의 피크(Pmax)도 높일 수 있다.
또한, 지름 방향 폭(E2)은 0.15≤E2/D≤0.5의 범위에서 폭 넓게 형성됨으로써, 높은 정압(P2)이 발생하는 영역의 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 딤플(10)의 부하 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 딤플(10)의 깊이(G)는, 오목부(15)의 개구경(D)에 대하여 0.25≤G/D≤1의 범위에서 깊게 형성되기 때문에, 오목부(15)의 용적을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 딤플(10) 내로 흡입된 유체는 오목부(15)에 충분히 저장되어, 오목부(15)로부터 주연부(11)의 정압 영역으로 안정적으로 유체를 공급할 수 있기 때문에, 유체막이 터지는 일 없이 안정적인 윤활 성능을 발휘할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예 2에 있어서도, 딤플(10)은, 깊게 형성된 오목부(15)와, 오목부(15)의 외주부에 매우 작은 기울기이며, 또한, 폭 넓은 주연부(21)를 구비하기 때문에, 딤플(10)의 부하 능력을 효율 좋게 높일 수 있다. 또한, 부하 능력을 높인 딤플(10)을 슬라이딩면(S)에 복수 배열함으로써, 슬라이딩 부품 전체적으로 윤활 성능 및 밀봉 성능을 높일 수 있다.
또한, 도 5에 있어서, 주연부(21)의 경사 벽부(21b)는 일정한 기울기를 갖는 경사면으로 했지만 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 경사 벽부(21b)와 벽부(15a)가 연이어지는 내주연부(21d)를 곡면으로 하여, 유체가 쐐기부에 유입할 때의 유입 저항을 저감할 수 있다. 이에 따라, 딤플(10)의 주연부(21)에 있어서 더욱 효율 좋게 고압을 발생시켜, 딤플(10)의 부하 용량을 향상시킬 수 있다.
실시예 3
다음으로, 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해, 도 1, 도 2 및 도 6을 참조하여 설명한다. 실시예 1의 주연부(11)의 경사 벽부(11b)는 곡면으로 이루어지고, 실시예 2의 주연부(21)의 경사 벽부(21b)는 일정 기울기를 갖는 경사면으로 이루어지는 것에 대하여, 실시예 3의 주연부(31)의 바닥부 벽(31b)은 일정 깊이의 바닥부를 갖는 점에서 상이하다. 또한, 상기 실시예에 나타나는 구성 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 딤플(10)은 원뿔 형상의 오목부(15)와 오목부(15)의 벽부(15a)의 외측에 오목부(15)보다 얕은 홈을 갖는 주연부(31)로 주로 구성된다. 실시예 1 및 2와 마찬가지로, 오목부(15)는, 그 중앙부에 깊이(G)를 갖는 바닥부(15b), 바닥부(15b) 근방으로부터 슬라이딩면을 향하여 대략 일정한 기울기로 경사져, 서서히 개구가 커지는 벽부(15a)를 갖는다. 이하, 원뿔 형상의 오목부(15)의 개구경(D)은, 벽부(15a)를 구획하는 면을 연장한 연장면(15c)과 슬라이딩면(S)이 교차하여 이루어지는 가공의 도형의 직경으로 정의한다. 주연부(31)는, 오목부(15)의 개구경(D)의 외측에 있어서 슬라이딩면(S)에 연이어지는 외주연부(31a), 외주연부(31a)에 입설(立設)되는 둘레벽(31e), 둘레벽(31e)에 연이어지고 일정한 깊이(δ)를 갖는 바닥부 벽(31b), 및, 바닥부 벽(31b)과 벽부(15a)가 연이어지는 내주연부(31c)로 이루어진다.
또한, 딤플(10)의 깊이(G)(오목부(15)의 깊이(G)), 주연부(31)의 지름 방향 폭(E3), 및, 오목부(15)의 개구경(D)의 관계는, 0.25≤G/D≤1, 0.15≤E3/D≤0.5 정도로 설정된다. 예를 들면, 도 6의 딤플(10)에 있어서는, 개구경(D)은 약 36㎛, 딤플 깊이(G)는 약 25㎛, 주연부(21)의 지름 방향 폭(E3)은 약 8㎛ 정도로 형성되어 있다. 특히, 오목부(15)의 개구경(D)을 10㎛ 내지 60㎛, 주연부(11)의 지름 방향 폭(E3)을 5㎛ 내지 20㎛, 오목부(15)의 깊이(G)를 5㎛ 내지 50㎛, 주연부(31)의 바닥부 벽(31b)의 깊이(δ)은 1㎛ 내지 5㎛정도로 형성하는 것이 바람직하다.
딤플(10)의 주연부(31)의 바닥부 벽(31b)은 일정한 깊이(δ)를 갖기 때문에, 딤플(10)의 상류측에 있어서, 역레일리 스텝으로서 기능하여 부압을 발생시켜 슬라이딩면(S)으로부터 딤플(10) 내로 유체를 저손실로 흡입하고, 하류측에 있어서, 레일리 스텝으로서 기능하여 정압을 발생시킬 수 있다.
또한, 지름 방향 폭(E3)은 0.15≤E3/D≤0.5의 범위에서 폭 넓게 형성됨으로써, 정압이 발생하는 영역의 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 딤플(10)의 부하 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 딤플(10)의 깊이(G)는, 오목부(15)의 개구경(D)에 대하여 0.25≤G/D≤1의 범위에서 깊게 형성되기 때문에, 오목부(15)의 용적을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 딤플(10) 내로 흡입된 유체는 오목부(15)에 충분히 저장되어, 오목부(15)로부터 주연부(11)의 정압 영역으로 안정적으로 유체를 공급할 수 있기 때문에, 유체막이 터지는 일 없이 안정적인 윤활 성능을 발휘할 수 있다.
이와 같이, 실시예 3의 주연부(31)는 일정 깊이(δ)의 바닥부 벽(31b)을 갖기 때문에 용이하게 제작할 수 있고, 딤플(10)의 부하 능력을 효율 좋게 높일 수 있다. 또한, 부하 능력을 높인 딤플(10)을 슬라이딩면(S)에 복수 배열함으로써, 슬라이딩 부품 전체적으로 윤활 성능 및 밀봉 성능을 높일 수 있다.
또한, 도 6에 있어서, 주연부(31)의 바닥부 벽(31b)은 일정한 깊이를 갖고 있었지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 바닥부 벽(31b)과 벽부(15a)가 연이어지는 내주연부(31d)를 곡면으로 하여, 유체가 레일리 스텝에 유입할 때의 유입 저항을 저감할 수 있다. 이에 따라, 딤플(10)의 주연부(31)에 있어서 더욱 효율 좋게 고압을 발생시켜, 딤플(10)의 부하 용량을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 설명했지만, 구체적인 구성은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시예에 있어서, 딤플(10)은 슬라이딩면(S)의 전면에 설치되어 있었지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 복수의 딤플(10)을 슬라이딩면(S)으로 둘러싸 섬 형상의 딤플군을 형성하고, 슬라이딩면(S)의 부하가 높은 부분에 섬 형상의 딤플군을 배치함으로써, 밀봉성, 윤활성을 향상시켜도 좋다. 또한, 섬 형상의 딤플군을 저압 유체측에 연통시키고, 저압 유체측으로부터 흡입량을 증가시켜 밀봉성을 더욱 향상시켜도 좋고, 섬 형상의 딤플군을 고압 유체측에 연통시키고, 고압 유체측으로부터의 유체 공급량을 증가시켜 윤활성을 더욱 향상시켜도 좋다. 또한, 섬 형상의 딤플군을 저압 유체측 및 고압 유체측에 연통시켜 밀봉성 및 윤활성을 더욱 향상시켜도 좋다.
실시예 1∼실시예 3에 있어서, 슬라이딩 부품을 메커니컬 시일 장치에 있어서의 한 쌍의 회전용 밀봉환 및 고정용 밀봉환의 적어도 어느 한쪽에 사용하는 예에 대해서 설명했지만, 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 한쪽 측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.
또한, 실시예 1∼실시예 3에 있어서, 슬라이딩 부품의 외주측을 고압 유체측(피밀봉 유체측), 내주측을 저압 유체측(누설측)으로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 일 없이, 슬라이딩 부품의 외주측을 저압 유체측(누설측), 내주측을 고압 유체측(피밀봉 유체측)으로 한 경우에도 적용 가능하다.
1 메커니컬 시일
2 슬리브
3 회전측 밀봉환
4 하우징
5 고정측 밀봉환
6 코일드 웨이브 스프링
7 벨로우즈
9 회전축
10 딤플
11 주연부
11a 외주연부
11b 경사 벽부
11c 내주연부
15 오목부
15a 벽부
15b 바닥부
15c 연장면
21 주연부
21a 외주연부
21b 경사 벽부
21c 내주연부
21d 내주연부
31 주연부
31a 외주연부
31b 바닥부 벽
31c 내주연부
31e 둘레벽
D 슬라이딩면에 있어서의 오목부의 개구경
E1 주연부의 지름 방향 폭
E2 주연부의 지름 방향 폭
E3 주연부의 지름 방향 폭
S 슬라이딩면

Claims (10)

  1. 서로 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면을 갖는 한 쌍의 슬라이딩 부품으로서, 적어도 한쪽 측의 슬라이딩면은, 복수의 딤플을 구비하고,
    상기 딤플은, 상기 슬라이딩면보다 움푹 패인 오목부와, 상기 오목부의 외주부에, 또한, 상기 오목부보다 얕은 주연부(周緣部)를 구비하고,
    상기 오목부는 그 중앙에서 뾰족한 바닥부 및 상기 바닥부로부터 상기 슬라이딩면을 향하여 서서히 개구가 커지는 벽부를 가지고,
    상기 주연부는 상기 오목부의 외측에서 상기 슬라이딩면에 연이어지는 외주연부, 일정한 깊이를 가지는 바닥부 벽, 및, 상기 외주연부와 상기 바닥부 벽과의 사이에 입설되는 둘레벽을 가지고,
    상기 벽부를 구획하는 면을 연장한 면과 상기 슬라이딩면과의 교차부에 있어서의 직경을 상기 오목부의 개구경 D, 상기 오목부의 상기 바닥부의 깊이를 G로 했을 때, 상기 깊이(G)와 상기 개구경(D)과의 비(G/D)는 0.25 내지 1이며,
    상기 교차부와 상기 외주연부 사이의 직경방향 폭을 상기 주연부의 폭 E로 했을 때, 상기 폭(E)과 상기 개구경(D)과의 비(E/D)는 0.15 내지 0.5인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 상기 벽부와 상기 주연부의 상기 바닥부 벽과의 사이에 곡면으로 이루어지는 내주연부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오목부의 상기 깊이(G)는 5㎛ 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주연부의 폭(E)은 5㎛ 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 개구경(D)을 10㎛ 내지 60㎛, 상기 폭(E)을 5㎛ 내지 20㎛ 및 상기 깊이(G)를 5㎛ 내지 50㎛로 하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주연부의 바닥부 벽의 깊이는 1 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
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