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KR102346395B1 - 슬라이딩 부품 - Google Patents

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KR102346395B1
KR102346395B1 KR1020197033293A KR20197033293A KR102346395B1 KR 102346395 B1 KR102346395 B1 KR 102346395B1 KR 1020197033293 A KR1020197033293 A KR 1020197033293A KR 20197033293 A KR20197033293 A KR 20197033293A KR 102346395 B1 KR102346395 B1 KR 102346395B1
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sliding surface
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타다츠구 이무라
아야노 타니시마
히데유키 이노우에
유이치로 토쿠나가
타케시 호소에
유타 네기시
유키 마에타니
Original Assignee
이구루코교 가부시기가이샤
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Abstract

(과제)
누설측으로부터 슬라이딩면으로의 흡입 특성의 향상을 도모함으로써, 밀봉성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공한다.
(해결 수단)
한 쌍의 슬라이딩 부품의 서로 상대 슬라이딩하는 적어도 일방측의 환형상의 슬라이딩면에 복수의 딤플이 배치되는 슬라이딩 부품에 있어서, 복수의 딤플(10)은 랜덤으로 배치되어 랜덤 딤플군(11)이 형성되고, 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 상기 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)보다 작게 되도록 딤플(10)이 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

슬라이딩 부품
본 발명은 예를 들면 메커니컬 시일, 미끄럼 베어링, 그 밖에 슬라이딩부에 적합한 슬라이딩 부품에 관한 것이다. 특히, 슬라이딩면에 유체를 개재시켜 마찰을 저감시킴과 아울러, 슬라이딩면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지할 필요가 있는 밀봉환 또는 베어링 등의 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
슬라이딩 부품의 일례인 메커니컬 시일에 있어서, 밀봉성을 유지하면서, 회전 중의 슬라이딩 마찰을 극한까지 낮추는 것이 요구되고 있다. 저마찰화의 수법으로서는 슬라이딩면에 다양한 텍스처링을 시행함으로써, 이들의 실현을 도모하고자 하고 있으며, 예를 들면, 텍스처링의 하나로서 슬라이딩면에 딤플을 배열한 것이 알려져 있다.
종래, 밀봉과 윤활이라는 상반되는 조건을 양립시키기 위해서, 슬라이딩면에 딤플을 설치하는 경우, 복수의 딤플을 정렬로 배치하는 것이 일반적이다. 예를 들면, 일본 특개 2003-343741호 공보(이하, 「특허문헌 1」이라고 한다.)에 기재된 발명은 슬라이딩면의 마찰계수를 저감함과 아울러, 시일 능력을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 슬라이딩면에 경계 기준선(X)을 경계로 외주측과 내주측이 경사 방향을 상이하게 하는 복수의 가늘고 긴 딤플을 규칙적으로 정렬시켜 설치하고, 외주측의 딤플의 회전 방향 선단을 외주측을 향하여 경사시킴과 아울러, 내주측의 딤플의 회전 방향 선단을 내주측을 향하여 경사시키도록 한 것이다.
또 종래, 윤활성의 향상을 위해, 복수의 딤플을 랜덤으로 배치하는 것도 알려져 있다. 예를 들면, 일본 특개 2001-221179호 공보(이하, 「특허문헌 2」라고 한다.)에 기재된 발명은 로터리 압축기의 실린더의 내벽과 슬라이딩하는 베인의 선단면 및 양측 단면에 복수개의 딤플을 랜덤 배열한 것이다.
일본 특개 2003-343741호 공보 일본 특개 2001-221179호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 발명은 딤플을 정렬로 배치하고 있는 점에서, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 흡입 효과 및 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유입 효과가 적기 때문에, 외주측의 딤플의 회전 방향 선단을 외주측을 향하여 경사시킴과 아울러, 내주측의 딤플의 회전 방향 선단을 내주측을 향하여 경사시킨다는 복잡한 구성을 취할 필요가 있고, 또 슬라이딩면의 직경 방향의 중심부에 유체가 집중되기 때문에 슬라이딩면 전체를 균일하게 윤활할 수 없다는 문제가 있었다.
또 특허문헌 2에 기재된 발명은 윤활성의 향상을 위해, 복수의 딤플을 랜덤으로 배치한 것에 지나지 않고, 밀봉성의 향상에 관한 고찰은 되어 있지 않다.
복수의 딤플을 랜덤으로 배치함으로써 정렬 배치에 비해 윤활 성능의 향상이 보이지만, 랜덤 배치에 있어서는 저압 유체측으로 누설되려고 하는 유체를 흡입하는 효과, 소위, 펌핑 효과가 얻어지기 어려운 점에서 누설이 발생한다는 문제가 있고, 또 랜덤으로 배치한 결과, 어떠한 배치가 어떻게 윤활 성능에 영향을 주고 있는지 불명료하다는 문제도 있었다.
본 발명은, 제1로, 복수의 딤플을 랜덤 배치하는 경우의 딤플 배치 특성과 펌핑 특성과의 관계를 해명하고, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흡입 특성의 향상을 도모함으로써, 밀봉성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또 본 발명은, 제2로, 상기 제1 목적에 더해, 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성의 향상을 도모함으로써, 밀봉과 윤활이라는 상반되는 조건을 양립시킬 수 있는 슬라이딩 부품을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
〔본 발명의 원리〕
본원발명의 발명자는 슬라이딩면에 복수 딤플을 랜덤으로 배치한 슬라이딩 부품에 있어서, 라틴 초방격법에 의한 실험 계획을 사용한 200케이스의 배치 조건의 수치 실험을 행한 결과, 딤플의 배치와 펌핑 특성 및 윤활 특성과의 사이에는 이하의 관계가 있다는 지견을 얻었다.
(1) 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 흡입량(이하, 펌핑량이라고 하는 일도 있다.)은 딤플의 슬라이딩면의 반경 방향 좌표의 평균값과 상관이 있다(스피어만 순위상관계수 0.672). 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 딤플군을 구성하는 딤플 중심의 반경 방향 좌표 평균값(딤플군의 반경 방향 무게중심을 의미한다.)이 슬라이딩 반경(슬라이딩면의 직경 방향의 중심.)보다 작아지면, 즉 평균 반경 방향 좌표 rmean이 0.5보다 작아지면 슬라이딩면의 내주측(누설측)으로부터 슬라이딩면 내에 유체를 흡입하는 양이 많아진다. 여기서 도 2(a)의 평균 반경 방향 좌표 rmean은 다음 식에 의해 표시된다.
rmean=(딤플군을 구성하는 딤플의 중심의 반경 방향 좌표의 평균값-슬라이딩면의 내반경(Ri))/(슬라이딩면의 외반경(Ro)-슬라이딩면의 내반경(Ri))
(2) 상대 슬라이딩하는 슬라이딩면의 토크는 균일한 분포에 따라 정규화된 딤플의 각도 방향 좌표의 표준편차(이하 「각도 방향 표준편차(σθ)」라고 하고, 딤플군의 각도 방향의 분산 정도를 의미한다.)와 상관이 있고(스피어만 순위상관계수 0.595), 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 각도 방향 표준편차(σθ)가 1보다 작고, 보다 바람직하게는 0.8보다 작아지면, 큰 토크가 발생하기 어려워진다.
본원발명은 상기한 지견에 기초하여, 제1로, 딤플 중심의 반경 방향 좌표 평균값이 슬라이딩 반경보다 작게 되도록 딤플을 배치하여, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 흡입 특성의 향상을 도모함으로써 밀봉성을 향상시키는 것이며, 제2로, 딤플의 각도 방향 표준편차(σθ)가 1보다 작고, 보다 바람직하게는 0.8보다 작게 되도록 딤플을 배치하여, 윤활성을 향상시키고, 큰 토크의 발생을 방지하는 것이다.
〔해결 수단〕
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 슬라이딩 부품은, 제1로, 한 쌍의 슬라이딩 부품의 서로 상대 슬라이딩하는 적어도 일방측의 환형상의 슬라이딩면에 복수의 딤플이 배치되는 슬라이딩 부품에 있어서,
상기 복수의 딤플은 랜덤으로 배치되어 랜덤 딤플군이 형성되고, 상기 랜덤 딤플군의 상기 딤플의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 상기 슬라이딩면의 슬라이딩 반경보다 작게 되도록 상기 딤플이 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흡입 특성을 향상시킬 수 있고, 밀봉성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
또 본 발명의 슬라이딩 부품은, 제2로, 제1 특징에 있어서, 상기 랜덤 딤플군은 슬라이딩면의 둘레 방향으로 독립적으로 복수 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흡입 특성을 슬라이딩면의 둘레 방향에 있어서 균일하게 향상시킬 수 있다.
또 본 발명의 슬라이딩 부품은, 제3으로, 제1 또는 제2 특징에 있어서, 상기 랜덤 딤플군의 딤플의 각도 방향 표준편차가 1 미만이 되도록 상기 딤플이 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성을 향상시켜, 두꺼운 액막을 얻을 수 있고, 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 제4로, 제1 또는 제2 특징에 있어서, 상기 랜덤 딤플군의 딤플의 각도 방향 표준편차가 0.8 미만이 되도록 상기 딤플이 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 한층 더, 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성을 향상시켜, 두꺼운 액막을 얻을 수 있고, 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 제5로, 제3 또는 제4 특징에 있어서, 누설측의 슬라이딩면에는 상기 랜덤 딤플군의 상기 딤플의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 상기 슬라이딩면의 슬라이딩 반경보다 작게 되도록 상기 딤플이 배치되어 이루어지는 펌핑형 랜덤 딤플군이 배열설치되고, 피밀봉 유체측의 슬라이딩면에는 상기 랜덤 딤플군의 딤플의 각도 방향 표준편차가 적어도 1 미만이 되도록 상기 딤플이 배치되어 이루어지는 윤활형 랜덤 딤플군이 배열설치되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면의 밀봉성을 향상시킴과 아울러, 윤활성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 제6으로, 제5 특징에 있어서, 상기 슬라이딩면에는 상기 누설측과 이격됨과 아울러 상기 피밀봉 유체측과 연통된 깊은 홈이 배열설치되고, 상기 깊은 홈의 원주 방향 깊은 홈이 상기 펌핑형 랜덤 딤플군과 상기 윤활형 랜덤 딤플군과의 사이에 배열설치되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 깊은 홈을 통하여 슬라이딩면에 피밀봉 유체측으로부터 유체를 공급할 수 있으므로 슬라이딩면의 윤활성을 향상시킬 수 있음과 아울러, 원주 방향 깊은 홈에 의해 펌핑형 랜덤 딤플군과 윤활형 랜덤 딤플군과의 상호 간섭을 방지할 수 있고, 펌핑형 랜덤 딤플군 및 윤활형 랜덤 딤플군이 가지는 각각의 기능을 충분히 발휘시킬 수 있다.
본 발명은 이하와 같은 우수한 효과를 나타낸다.
(1) 한 쌍의 슬라이딩 부품의 서로 상대 슬라이딩하는 적어도 일방측의 환형상의 슬라이딩면에 복수의 딤플이 배치되는 슬라이딩 부품에 있어서, 복수의 딤플은 랜덤으로 배치되어 랜덤 딤플군이 형성되고, 랜덤 딤플군의 딤플의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면의 슬라이딩 반경보다 작게 되도록 딤플이 배치됨으로써, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흡입 특성을 향상시킬 수 있고, 밀봉성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
(2) 랜덤 딤플군은 슬라이딩면의 둘레 방향으로 독립적으로 복수 형성됨으로써, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흡입 특성을 슬라이딩면의 둘레 방향에 있어서 균일하게 향상시킬 수 있다.
(3) 랜덤 딤플군의 딤플의 각도 방향 표준편차가 1 미만이 되도록 딤플이 배치됨으로써, 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성을 향상시켜, 두꺼운 액막을 얻을 수 있고, 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
(4) 랜덤 딤플군의 딤플의 각도 방향 표준편차가 0.8 미만이 되도록 딤플이 배치됨으로써, 한층 더, 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성을 향상시켜, 두꺼운 액막을 얻을 수 있고, 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
(5) 누설측의 슬라이딩면에는 랜덤 딤플군의 딤플의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면의 슬라이딩 반경보다 작게 되도록 딤플이 배치되어 이루어지는 펌핑형 랜덤 딤플군이 배열설치되고, 피밀봉 유체측의 슬라이딩면에는 랜덤 딤플군의 딤플의 각도 방향 표준편차가 적어도 1 미만이 되도록 딤플이 배치되어 이루어지는 윤활형 랜덤 딤플군이 배열설치됨으로써, 슬라이딩면의 밀봉성을 향상시킴과 아울러, 윤활성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
(6) 슬라이딩면에는 누설측과 이격됨과 아울러 피밀봉 유체측과 연통된 깊은 홈이 배열설치되고, 깊은 홈의 원주 방향 깊은 홈이 펌핑형 랜덤 딤플군과 윤활형 랜덤 딤플군과의 사이에 배열설치됨으로써, 깊은 홈을 통하여 슬라이딩면에 피밀봉 유체측으로부터 유체를 공급할 수 있으므로 슬라이딩면의 윤활성을 향상시킬 수 있음과 아울러, 원주 방향 깊은 홈에 의해 펌핑형 랜덤 딤플군과 윤활형 랜덤 딤플군과의 상호 간섭을 방지할 수 있고, 펌핑형 랜덤 딤플군 및 윤활형 랜덤 딤플군이 가지는 각각의 기능을 충분히 발휘시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 슬라이딩 부품의 슬라이딩면의 일례를 설명하기 위한 평면도이다.
이하에 도면을 참조하여, 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 그것에만 한정하는 취지의 것이 아니다.
실시예 1
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다.
또한 이하의 실시예에 있어서는 슬라이딩 부품의 일례인 메커니컬 시일을 예로 하여 설명하는데, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 일방측에 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 설명하는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 고압 유체측과 저압 유체측이 반대인 경우도 적용 가능하다.
도 1은 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도로서, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되려고 하는 고압 유체측의 피밀봉 유체를 밀봉하는 형식의 인사이드 형식의 것이며, 고압 유체측의 펌프 임펠러(도시하지 않음)를 구동시키는 회전축(1)측에 슬리브(2)를 통하여 이 회전축(1)과 일체적으로 회전 가능한 상태로 설치된 일방의 슬라이딩 부품인 원환 형상의 회전측 밀봉환(3)과, 펌프의 하우징(4)에 비회전 상태 또한 축방향 이동 가능한 상태로 설치된 타방의 슬라이딩 부품인 원환 형상의 고정측 밀봉환(5)이 설치되고, 고정측 밀봉환(5)을 축방향으로 탄성가압하는 코일드 웨이브 스프링(6) 및 벨로우즈(7)에 의해, 슬라이딩면(S)끼리 밀접 슬라이딩하도록 되어 있다. 즉, 이 메커니컬 시일은 회전측 밀봉환(3)과 고정측 밀봉환(5)의 서로의 슬라이딩면(S)에 있어서, 피밀봉 유체가 회전축(1)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, 이것에 한정되지 않고, 반대의 경우에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.
회전측 밀봉환(3) 및 고정측 밀봉환(5)의 재질은 내마모성이 우수한 탄화규소(SiC) 및 자기윤활성이 우수한 카본 등으로부터 선정되는데, 예를 들면, 양자가 SiC, 또는 회전측 밀봉환(3)이 SiC로서 고정측 밀봉환(5)이 카본인 조합이 가능하다.
상대 슬라이딩하는 회전측 밀봉환(3) 또는 고정측 밀봉환(5)의 적어도 어느 일방의 슬라이딩면에는 딤플이 배열설치된다.
본 발명에 있어서, 「딤플」은 평탄한 슬라이딩면(S)에 형성되는 함몰부이며, 그 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 함몰부의 평면 형상은 원형, 타원형, 장원형, 혹은 직사각형이 포함되며, 함몰부의 단면 형상도 밥공기 형상 또는 사각형 등 각종 형태가 포함된다.
슬라이딩면의 마찰계수를 저감시키기 위해서는 유체 윤활 상태에서 작동시키는 것이 바람직하다. 딤플은 함몰 형상에 의해 유체 윤활 작용이 얻어지는 것이며, 딤플에 있어서의 유체 윤활의 메커니즘은 다음과 같다.
상대측 슬라이딩면이 상대 이동하면, 딤플의 구멍부의 쐐기 작용에 의해 구멍부의 상류측의 부분에서는 부압, 하류측의 부분에서 정압이 발생한다. 그 때, 구멍부의 상류측의 부압 부분에서는 액막이 파단되어, 액체의 증기나 기포에 의한 공동이 형성되고(캐비테이션), 부압이 없어진다. 그 결과, 정압만이 남아 부하 능력이 발생함으로써, 슬라이딩면(S)이 솟아오른다. 슬라이딩면(S)이 솟아오르면, 상대 슬라이딩하는 2개의 슬라이딩면의 간극이 커지고, 슬라이딩면(S)에 윤활성의 유체가 유입되어, 유체 윤활 작용이 얻어진다.
본 예에서는 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에 복수의 딤플이 랜덤으로 배치되는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 회전측 밀봉환(3)에는 딤플은 설치되지 않아도 되고, 설치되어도 된다.
또한 랜덤 배치는 규칙성을 가지고 배치되는 정렬 배치를 제외하는 배치의 의미이며, 지그재그 배치는 포함되지 않는다.
도 3에 있어서, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는 복수의 딤플(10)이 배치되어 있다. 복수의 딤플(10)은 랜덤으로 배치되어 랜덤 딤플군(11)이 형성되어 있다.
도 3의 경우는 랜덤 딤플군(11)은 랜드부(R)를 통하여 슬라이딩면(S)의 둘레 방향으로 독립적으로 36 균등 배치로 배열설치되어 있지만, 본 발명은 36 균등 배치에 한정되지 않고, 1 이상이면 된다.
각 랜덤 딤플군(11)에 있어서, 랜덤 딤플군(11)을 구성하는 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표의 평균값이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)(이점쇄선으로 나타내는 슬라이딩면(S)의 직경 방향의 중심.)보다 작게 되도록, 즉 평균 반경 방향 좌표 rmean이 0.5 이하가 되도록 배치된다. 여기서, 슬라이딩 반경(15)은 Rm= (Ro+Ri)/2, Ro는 슬라이딩면의 외반경, Ri는 슬라이딩면의 내반경이다.
각 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)보다 작아지면, 슬라이딩면(S)의 내주측(누설측)으로부터 슬라이딩면 내에 유체를 흡입하는 양이 많아진다.
본 발명에 있어서는 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)(이점쇄선으로 나타내는 슬라이딩면(S)의 직경 방향의 중심.)보다 작게 되도록 딤플(10)이 배치되어 이루어지는 각 랜덤 딤플군을 「펌핑형 랜덤 딤플군」이라고 부른다.
펌핑형 랜덤 딤플군의 딤플(10)의 배치는 다음과 같이 하여 행해진다.
(1) 딤플(10)을 질점계의 전자로 간주하고, 전자 사이에 작용하는 쿨롱력에 의해 복수의 딤플(10)을 소프트웨어를 사용하여 랜덤으로 배치한다.
(2) 슬라이딩면의 내경측에 많은 딤플(10)이 배치되도록, 소프트웨어로 가상의 힘을 조작하여, 의도적으로 치우침을 부여한다.
(3) 치우침을 부여한 딤플의 좌표로부터, 소프트웨어를 사용하여, 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균을 산출한다.
(4) 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)보다 작은지 확인한다.
(5) 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)보다 큰 경우는 상기 (2)의 조작을 행한다.
도 3에 나타내는 실시예 1에 있어서는 또한 각 랜덤 딤플군(11)에 있어서, 딤플(10)은 딤플(10)의 각도 방향 표준편차(σθ)가 1 미만이도록 배치되어 있다.
이 각도 방향 표준편차가 1 미만이라는 것은 다음 식 1과 같다.
각도 방향 표준편차(σθ)=랜덤 딤플군의 각도 방향 표준편차(σ)/균일 배치의 정렬 딤플군의 각도 방향 표준편차(σr)<1
식 1
각 랜덤 딤플군(11)에 있어서, 각도 방향 표준편차(σθ)가 1 미만이도록 배치되면, 슬라이딩면(S)의 윤활성이 향상되어, 큰 토크(슬라이딩의 저항)의 발생이 방지된다. 또 각도 방향 표준편차(σθ)가 0.8 미만이도록 배치되면, 한층 더 슬라이딩면(S)의 윤활성이 향상된다.
본 발명에 있어서, 각도 방향 표준편차(σθ)가 1 미만이도록 배치되어 이루어지는 랜덤 딤플군을 「윤활형 랜덤 딤플군」이라고 부른다.
도 3에 나타내는 랜덤 딤플군(11)은 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)보다 작게 되도록 배치되어 이루어지는 펌핑형 랜덤 딤플군이며, 동시에 각도 방향 표준편차(σθ)가 1 미만이도록 배치되어 이루어지는 윤활형 랜덤 딤플군이기도 하다.
도 3에 나타내는 실시예 1에 있어서, 각 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 각도 방향 표준편차(σθ)가 1 미만이도록 하는 딤플(10)의 배치는 다음과 같이 하여 행해진다.
(1) 도 3에 있어서, 랜덤 딤플군(11)은 슬라이딩면(S)의 둘레 방향으로 36 균등 배치로 배열설치되어 있기 때문에, 우선, 36 균등 배치인 경우의 균일 배치의 정렬 딤플군의 각도 방향 표준편차(σr)를 구한다. 36 균등 배치인 경우의 균일 배치의 정렬 딤플군의 구획(16)의 각도는 10°이며, 구획(16)의 중심 위치(17)로부터의 균등 위치는 2.5°의 위치가 된다. 따라서, 36 균등 배치인 경우의 균일 배치의 정렬 딤플군의 각도 방향 표준편차(σr)는 2.5°가 된다.
(2) 이어서, 이 상태에서, 중심 위치(17)측에 많은 딤플(10)이 배치되도록, 소프트웨어로 가상의 힘을 조작하여, 의도적으로 치우침을 부여한다.
(3) 치우침을 부여한 딤플의 좌표로부터, 소프트웨어를 사용하여, 랜덤 딤플군(11)의 각도 방향 표준편차(σ)를 산출한다.
(4) 상기한 식 1에 기초하여, 랜덤 딤플군(11)의 각도 방향 표준편차(σ)를 정렬 딤플군의 각도 방향 표준편차(σr)에 의해 정규화한 랜덤 딤플군(11)의 각도 방향 표준편차(σθ)가 1 미만인지 확인한다.
(5) 랜덤 딤플군(11)의 각도 방향 표준편차(σθ)가 1보다 큰 경우는 상기 (2)의 조작을 행한다.
이상의 설명에 의하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부품은 이하와 같은 각별하고 현저한 효과를 나타낸다.
(1) 한 쌍의 슬라이딩 부품의 서로 상대 슬라이딩하는 적어도 일방측의 환형상의 슬라이딩면에 복수의 딤플이 배치되는 슬라이딩 부품에 있어서, 복수의 딤플(10)은 랜덤으로 배치되어 랜덤 딤플군(11)이 형성되고, 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)보다 작게 되도록 딤플(10)이 배치됨으로써, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흡입 특성을 향상시킬 수 있고, 밀봉성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
(2) 랜덤 딤플군(11)은 슬라이딩면(S)의 둘레 방향으로 독립적으로 복수 형성됨으로써, 누설측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 흡입 특성을 슬라이딩면의 둘레 방향에 있어서 균일하게 향상시킬 수 있다. 또 그 때, 인접하는 랜덤 딤플군(11)이 랜드부(R)를 통하여 배열설치되므로, 랜드부(R)에 있어서 동압 발생 효과를 증대시킬 수 있다.
(3) 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 각도 방향 표준편차(σθ)가 1 미만이 되도록 딤플(10)이 배치됨으로써, 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성을 향상시켜, 두꺼운 액막을 얻을 수 있고, 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
또 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 각도 방향 표준편차(σθ)가 0.8 미만이 되도록 딤플(10)이 배치되면, 한층 더 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성을 향상시킬 수 있고, 윤활성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
실시예 2
도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다.
실시예 2에 따른 슬라이딩 부품은 펌핑형 랜덤 딤플군과 윤활형 랜덤 딤플군이 구분되어 따로따로 배열설치되는 점에서 실시예 1의 슬라이딩 부품과 상이한데, 그 밖의 기본 구성은 실시예 1과 동일하며, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 4에 있어서, 누설측(도 4에 있어서는 내주측)의 슬라이딩면(S)에는 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)보다 작게 되도록 딤플(10)이 배치되어 이루어지는 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)이 랜드부(R)를 통하여 36 균등 배치로 배열설치되고, 피밀봉 유체측(도 4에 있어서는 외주측)의 슬라이딩면(S)에는 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 각도 방향 표준편차가 적어도 1 미만이 되도록 딤플(10)이 배치되어 이루어지는 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 랜드부(R)를 통하여 36 균등 배치로 배열설치되어 있다.
또한 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P) 및 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)은 36 균등 배치에 한정되지 않고, 복수이면 되고, 또 균등 배치가 아니어도 된다.
본 예에서는 슬라이딩면(S)의 누설측에 누설측으로부터 슬라이딩면(S)으로의 큰 흡입량을 가지는 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)이 배열설치됨과 아울러 피밀봉 유체측에 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성을 향상시켜 액막 두께를 두껍게 하는 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 배열설치됨으로써, 슬라이딩면(S)의 밀봉성 및 윤활성을 향상시킬 수 있다.
또 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P) 및 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)은 인접하는 2개의 딤플군(11-P) 및 딤플군(11-L)이 각각 회전 중심을 통과하는 중심선(r)에 대하여 대칭으로 형성되어 있다.
그 때문에 상대측 슬라이딩면이 어느 방향으로 회전해도 마찬가지의 기능을 달성할 수 있어, 양 회전형의 슬라이딩 부품에 적합한 형상으로 되어 있다.
이상의 설명에 의하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부품은 이하와 같은 각별하고 현저한 효과를 나타낸다.
(1) 누설측(도 4에 있어서는 내주측)의 슬라이딩면(S)에는 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 슬라이딩면(S)의 슬라이딩 반경(15)보다 작게 되도록 딤플(10)이 배치되어 이루어지는 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)이 배열설치되고, 피밀봉 유체측의 슬라이딩면(S)에는 랜덤 딤플군(11)의 딤플(10)의 각도 방향 표준편차가 적어도 1 미만이 되도록 딤플(10)이 배치되어 이루어지는 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 배열설치됨으로써, 슬라이딩면(S)의 밀봉성을 향상시킴과 아울러, 윤활성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
(2) 인접하는 2개의 딤플군(11-P) 및 딤플군(11-L)은 각각 회전 중심을 통과하는 중심선(r)에 대하여 대칭으로 형성됨으로써, 양 회전형에 적합한 슬라이딩 부품을 제공할 수 있다.
실시예 3
도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다.
실시예 3에 따른 슬라이딩 부품은 깊은 홈(12)이 설치되어 있는 점에서 실시예 2(도 4)의 슬라이딩 부품과 상이한데, 그 밖의 기본 구성은 실시예 2와 동일하며, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 5에 있어서, 누설측(도 5에 있어서는 내경측)의 슬라이딩면(S)에는 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)이 36 균등 배치로 배열설치되고, 피밀봉 유체측(도 5에 있어서는 외경측)의 슬라이딩면(S)에는 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 배열설치되며, 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)과 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P) 사이에는 깊은 홈(12)이 배열설치되어 있다.
깊은 홈(12)은 원주 방향 깊은 홈(12A)과 반경 방향 깊은 홈(12B)으로 구성된다. 원주 방향 깊은 홈(12A)은 슬라이딩면(S)의 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있고, 원주 방향 깊은 홈(12A)의 외주측 및 내주측은 슬라이딩면(S)에 의해 구획된다. 반경 방향 깊은 홈(12B)은 일방이 피밀봉 유체측으로 개구하는 개구부를 가지고, 타방이 원주 방향 깊은 홈(12A)에 연통되어 있다. 이것에 의해, 깊은 홈(12)은 피밀봉 유체측으로 개구하는 개구부를 제외하고 슬라이딩면(S)에 의해 구획되며, 누설측과는 이격되어 있다.
깊은 홈(12)은 슬라이딩면(S)에 피밀봉 유체측으로부터 유체를 공급하고, 슬라이딩면(S)을 윤활시키는 기능을 가짐과 아울러, 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)이 배열설치된 펌핑 영역과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 배열설치된 액막 유지 영역 사이를 차단하여, 양 영역이 가지는 각각의 효과를 감쇄시키지 않고 발휘시키는 기능을 가지는 것이다.
이상의 설명에 의하면, 본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부품은 이하와 같은 각별하고 현저한 효과를 나타낸다.
(1) 슬라이딩면(S)에는 누설측과 이격됨과 아울러 피밀봉 유체측과 연통된 깊은 홈(12)이 배열설치되고, 깊은 홈(12)의 원주 방향 깊은 홈(12A)이 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L) 사이에 배열설치됨으로써, 슬라이딩면(S)에 피밀봉 유체측으로부터 유체를 공급하여, 슬라이딩면(S)의 윤활성을 향상시킬 수 있음과 아울러, 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)과의 상호 간섭을 방지하여, 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P) 및 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 가지는 각각의 기능을 충분히 발휘시킬 수 있다.
(2) 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)의 역할이 나뉘기 때문에, 슬라이딩 부품의 설계를 용이하게 할 수 있다.
실시예 4
도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예 4에 따른 슬라이딩 부품에 대해서 설명한다.
실시예 4에 따른 슬라이딩 부품은 피밀봉 유체측(도 6에 있어서는 외경측)의 슬라이딩면(S)에는 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 대략 20 균등 배치로 배열설치되고, 누설측(도 6에 있어서는 내경측)에는 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)이 대략 10 균등 배치로 배열설치되며, 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)의 개수와 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)의 개수가 상이한 점에서 실시예 3(도 5)의 슬라이딩 부품과 상이한데, 그 밖의 기본 구성은 실시예 3과 동일하며, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 6에 있어서, 누설측(도 6에 있어서는 내경측)의 슬라이딩면(S)은 대략 10 균등 배치로 구획되고, 각 구획(18)에는 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)이 배열설치된다. 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)의 딤플(10)은 내주부(5B)(누설측)에 직접 접촉하여 개구부를 형성하고, 누설측으로부터 슬라이딩면으로 유체를 흡입하여, 슬라이딩 부품의 밀봉성을 향상시키고 있다. 또 피밀봉 유체측(도 6에 있어서는 외경측)의 슬라이딩면(S)은 대략 20 균등 배치로 구획되고, 각 구획(16)에는 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 배열설치된다. 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)의 딤플(10)은 슬라이딩면(S)의 외주부(5A)(피밀봉 유체측)에 직접 접촉하여 개구부를 형성하고, 피밀봉 유체측으로부터 슬라이딩면으로의 유체의 유입 특성을 향상시켜, 두꺼운 액막을 형성하여 슬라이딩 부품의 윤활성을 향상시키고 있다. 또한 실시예 4에 있어서, 누설측의 슬라이딩면(S)은 대략 10 균등 배치로 구획되고, 피밀봉 유체측의 슬라이딩면(S)은 대략 20 균등 배치로 구획되어 있지만, 구획수는 이것에 한정되지 않고, 다른 구획수여도 된다.
펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L) 사이에는 깊은 홈(12)이 배열설치되어 있다. 깊은 홈(12)은 원주 방향 깊은 홈(12A)과 반경 방향 깊은 홈(12B)으로 구성된다. 원주 방향 깊은 홈(12A)은 슬라이딩면(S)의 전체 둘레에 걸쳐 설치되어 있고, 원주 방향 깊은 홈(12A)의 외주측 및 내주측은 슬라이딩면(S)에 의해 구획된다. 반경 방향 깊은 홈(12B)은 일방이 피밀봉 유체측으로 개구하는 개구부를 가지고, 타방이 원주 방향 깊은 홈(12A)에 연통되어 있다. 이것에 의해, 깊은 홈(12)은 피밀봉 유체측으로 개구하는 개구부를 제외하고 슬라이딩면(S)에 의해 구획되며, 누설측과는 이격되어 있다.
깊은 홈(12)은 슬라이딩면(S)에 피밀봉 유체측으로부터 유체를 공급하여, 슬라이딩면(S)을 윤활시키는 기능을 가짐과 아울러, 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)이 배열설치된 펌핑 영역과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 배열설치된 액막 유지 영역과의 사이를 차단하여, 양 영역이 가지는 각각의 효과를 감쇄시키지 않고 발휘시키는 기능을 가지는 것이다.
이상의 설명에 의하면, 본 발명의 실시예 4에 따른 슬라이딩 부품은 이하와 같은 각별하고 현저한 효과를 나타낸다.
(1) 슬라이딩면(S)에는 누설측과 이격됨과 아울러 피밀봉 유체측과 연통된 깊은 홈(12)이 배열설치되고, 깊은 홈(12)의 원주 방향 깊은 홈(12A)이 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L) 사이에 배열설치됨으로써, 슬라이딩면(S)에 피밀봉 유체측으로부터 유체를 공급하여, 슬라이딩면(S)의 윤활성을 향상시킬 수 있음과 아울러, 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)과의 상호 간섭을 방지하여, 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P) 및 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)이 가지는 각각의 기능을 충분히 발휘시킬 수 있다.
(2) 펌핑형 랜덤 딤플군(11-P)과 윤활형 랜덤 딤플군(11-L)의 역할이 상이한 딤플군을 슬라이딩면의 외경측, 내경측에 자유롭게 배치할 수 있으므로, 슬라이딩 부품의 설계를 용이하게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태를 실시예에 의해 설명해왔는데, 구체적인 구성은 이들 실시예의 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 슬라이딩 부품을 메커니컬 시일 장치에 있어서의 한 쌍의 회전용 밀봉환 및 고정용 밀봉환의 적어도 어느 일방에 사용하는 예에 대해서 설명했는데, 원통 형상 슬라이딩면의 축방향 일방측에 윤활유를 밀봉하면서 회전축과 슬라이딩하는 베어링의 슬라이딩 부품으로서 이용하는 것도 가능하다.
또, 예를 들면, 상기 실시예에서는 외주측에 고압의 피밀봉 유체가 존재하는 경우에 대해서 설명했는데, 내주측이 고압 유체인 경우에도 적용할 수 있다.
또, 예를 들면, 상기 실시예에서는 펌핑형 랜덤 딤플군 및 윤활형 랜덤 딤플군은 36 균등 배치로 배열설치되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 1 이상 배열설치되어 있으면 되고, 또 균등 배치가 아니어도 된다.
1…회전축
2…슬리브
3…회전측 밀봉환
4…하우징
5…고정측 밀봉환
6…코일드 웨이브 스프링
7…벨로우즈
10…딤플
11…랜덤 딤플군
11-P…펌핑형 랜덤 딤플군
11-L…윤활형 랜덤 딤플군
12…깊은 홈
12A…원주 방향 깊은 홈
12B…반경 방향 깊은 홈
15…슬라이딩 반경
16…구획
17…구획의 중심 위치
S…슬라이딩면
R…랜드 영역

Claims (6)

  1. 한 쌍의 슬라이딩 부품의 서로 상대 슬라이딩하는 적어도 일방측의 환형상의 슬라이딩면에 복수의 딤플이 배치되는 슬라이딩 부품에 있어서,
    상기 슬라이딩면의 직경 방향의 일방의 측이 피밀봉 유체측이며, 상기 슬라이딩면의 직경 방향의 타방의 측이 누설측이며,
    상기 적어도 일방측의 상기 슬라이딩면은, 상기 복수의 딤플은 랜덤으로 배치되어 이루어지는 랜덤 딤플군을 갖추고,
    상기 슬라이딩면의 상기 누설측에는 상기 랜덤 딤플군의 상기 딤플의 중심의 반경 방향 좌표 평균이 상기 슬라이딩면의 슬라이딩 반경보다 작게 되도록 상기 딤플이 배치되어 이루어지는 펌핑형 랜덤 딤플군이 배열설치되고,
    상기 슬라이딩면의 상기 피밀봉 유체측에는 상기 랜덤 딤플군의 딤플의 각도 방향 표준편차가 적어도 1 미만이 되도록 상기 딤플이 배치되어 이루어지는 윤활형 랜덤 딤플군이 배열설치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 랜덤 딤플군은 랜드부를 통하여 슬라이딩면의 둘레 방향으로 독립적으로 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 랜덤 딤플군의 딤플의 각도 방향 표준편차가 0.8 미만이 되도록 상기 딤플이 배치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 슬라이딩면에는 상기 누설측과 이격됨과 아울러 상기 피밀봉 유체측과 연통된 깊은 홈이 배열설치되고, 상기 깊은 홈의 원주 방향 깊은 홈이 상기 펌핑형 랜덤 딤플군과 상기 윤활형 랜덤 딤플군과의 사이에 배열설치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.
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