滑動部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種滑動部件，其在靜止時不泄漏，在旋轉(zhuǎn)時，包含旋轉(zhuǎn)初期在內(nèi)，通過流體潤滑進(jìn)行動作并防止泄漏，能夠兼顧密封與潤滑。其特征在于，在固定環(huán)的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面中的任意一方，形成有沿圓周方向分離的多個被密封流體收納區(qū)，該多個被密封流體收納區(qū)與被密封流體收納空間連通，在多個被密封流體收納區(qū)的底部，形成有借助固定環(huán)與旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生抽吸作用的抽吸部，形成在多個被密封流體收納區(qū)的底部的抽吸部具有向著將被密封流體吸入的方向施加作用的吸入抽吸部、和向著將被密封流體排出的方向施加作用的排出抽吸部，形成有被密封流體收納區(qū)的滑動面的與被密封流體側(cè)成相反一側(cè)的密封阻擋部由潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成。
【專利說明】滑動部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及相對旋轉(zhuǎn)的滑動部件，涉及例如應(yīng)用于汽車、一般工業(yè)設(shè)備或者其它密封領(lǐng)域的機(jī)械密封的滑動部件。
【背景技術(shù)】
[0002]作為防止被密封流體泄漏的密封裝置，在由兩個部件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)、例如機(jī)械密封中，為了長期地維持密封性，必須兼顧“密封”和“潤滑”這樣的相悖的條件，其中，所述兩個部件構(gòu)成為相對旋轉(zhuǎn)，并且平面上的端面彼此進(jìn)行滑動。尤其是，近年來，為了環(huán)境保護(hù)等，進(jìn)一步提高了低摩擦化的要求，以謀求在防止被密封流體泄漏的同時降低機(jī)械性損失。作為低摩擦化的方法，能夠這樣來達(dá)成:通過旋轉(zhuǎn)而在滑動面之間產(chǎn)生動壓，成為在夾著液膜的狀態(tài)下進(jìn)行滑動的所謂流體潤滑狀態(tài)。但是，在該情況下，由于在滑動面之間產(chǎn)生正壓，因此流體從正壓部分向滑動面外流出。該流體流出相當(dāng)于密封情況下的泄漏。
[0003]本 申請人:之前已申請了如下機(jī)械密封滑動部件的發(fā)明:如圖7所示，在存在于相對旋轉(zhuǎn)滑動的滑動面的徑向一側(cè)的、對被密封流體進(jìn)行密封的機(jī)械密封中，在滑動面上，在內(nèi)徑為R1、外徑為R4的滑動面51的半徑R2?R3的范圍，沿周向彼此分離地形成有多個柵格部50，該多個柵格部50在規(guī)定的分區(qū)內(nèi)按照預(yù)定的間距形成有相互平行的多個直線狀的凹凸部，多個柵格部的直線狀的凹凸部形成為，該凹凸部的方向相對于該滑動面的滑動方向以成規(guī)定角度的方式傾斜，由此，能夠?qū)⒈幻芊饬黧w導(dǎo)入到滑動面之間并使其保持良好，從而得到穩(wěn)定且良好的潤滑性(以下稱作“現(xiàn)有技術(shù)”，參照專利文獻(xiàn)I。)。
[0004]機(jī)械密封的功能是“密封”，為了靜止時不產(chǎn)生泄漏，需要完全封閉被密封流體的通道。因此，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，使位于比柵格部50靠大氣側(cè)的內(nèi)周部52具有作為密封阻擋部的功能，從而防止靜止時的泄漏。
[0005]在上述現(xiàn)有技術(shù)中，由于設(shè)置有柵格部50，因而在該柵格部50附近的滑動面處從旋轉(zhuǎn)初期就提高了滑動面的潤滑性，但是，在作為密封阻擋部的內(nèi)周部52還是容易潤滑不足。在實(shí)際進(jìn)行試驗(yàn)來觀察時，確認(rèn)到在內(nèi)周部52中產(chǎn)生了磨損。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:再公表W02009/087995號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問題
[0010]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的技術(shù)問題而完成的，其目的在于，提供如下滑動部件:靜止時不泄漏，在旋轉(zhuǎn)時，包含旋轉(zhuǎn)初期在內(nèi)，通過流體潤滑進(jìn)行動作并防止泄漏，能夠兼顧密封與潤滑。
[0011]用于解決問題的技術(shù)方案
[0012]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明第一方面的滑動部件以固定于固定側(cè)的圓環(huán)狀的固定環(huán)和與旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的圓環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)環(huán)相對置的方式使各滑動面相對旋轉(zhuǎn)，由此對存在于該相對旋轉(zhuǎn)滑動的所述滑動面的徑向一側(cè)的被密封流體進(jìn)行密封，所述滑動部件的特征在于，
[0013]在所述固定環(huán)的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面中的任意一方形成有沿圓周方向分離的多個被密封流體收納區(qū)，該多個被密封流體收納區(qū)與被密封流體收納空間連通，
[0014]在所述多個被密封流體收納區(qū)的底部，形成有通過固定環(huán)與旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生抽吸作用的抽吸部，
[0015]形成于所述多個被密封流體收納區(qū)的底部的抽吸部具有向?qū)⒈幻芊饬黧w吸入的方向施加作用的吸入抽吸部、和向?qū)⒈幻芊饬黧w排出的方向施加作用的排出抽吸部，
[0016]形成有所述被密封流體收納區(qū)的滑動面的與被密封流體側(cè)成相反一側(cè)的密封阻擋部由潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成。
[0017]此外，本發(fā)明第二方面的滑動部件的特征在于，在第一方面中，所述被密封流體收納區(qū)、抽吸部和由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封阻擋部形成在由軟質(zhì)材料構(gòu)成的固定環(huán)上。
[0018]此外，本發(fā)明第三方面的滑動部件的特征在于，在第一方面中，所述被密封流體收納區(qū)、抽吸部和由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封阻擋部形成在由硬質(zhì)材料構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)環(huán)上。
[0019]此外，本發(fā)明第四方面的滑動部件的特征在于，在第一?第三方面的任意一個方面中，由所述潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成的密封阻擋部與所述固定環(huán)或旋轉(zhuǎn)環(huán)形成為一體。
[0020]此外，本發(fā)明第五方面的滑動部件的特征在于，在第一?第三方面的任意一個方面中，由所述潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成的密封阻擋部與所述固定環(huán)或旋轉(zhuǎn)環(huán)分體形成，并通過接合而成為一體。
[0021]此外，本發(fā)明第六方面的滑動部件的特征在于，在第一?第五方面的任意一個方面中，所述潤滑性優(yōu)異的滑動材料是含有PTFE、MoS2、WS2、石墨和BN等中的任意一種固體潤滑劑的材料。
[0022]此外，本發(fā)明第七方面的滑動部件的特征在于，在第一?第五方面的任意一個方面中，所述潤滑性優(yōu)異的滑動材料是含有潤滑油的材料。
[0023]發(fā)明效果
[0024]本發(fā)明具有以下這樣的優(yōu)異的效果。
[0025](I)根據(jù)上述第一方面?第三方面，在靜止時，固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面之間成為固體接觸狀態(tài)，因此，借助在圓周方向上連續(xù)的滑動面、尤其是密封阻擋部來防止泄漏，由此維持密封性，并且，在起動時，通過將被密封流體取入到被密封流體收納區(qū)內(nèi)的空間，能夠迅速地形成潤滑流體膜，再加上密封阻擋部是由潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成的，從而能夠減小滑動面的滑動扭矩，降低磨損。此外，在運(yùn)轉(zhuǎn)時，將被密封流體取入到具有吸入抽吸部的被密封流體收納區(qū)內(nèi)，并將該被密封流體送入位于被滑動面S分離開的位置的、具有排出抽吸部的被密封流體收納區(qū)，通過排出抽吸部的作用，使該被密封流體從該被密封流體收納區(qū)返回到被密封流體側(cè)，由此，確保了滑動面的潤滑性，并防止泄漏，能夠保持密封性。[0026]此外，通過利用潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成密封阻擋部，能夠降低密封阻擋部的磨損，長期間地維持密封功能。
[0027](2)根據(jù)上述第四和第五方面，能夠容易并且可靠地在固定環(huán)或者旋轉(zhuǎn)環(huán)上形成由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封阻擋部。
[0028](3)根據(jù)上述第六和第七方面，能夠使密封阻擋部的潤滑性格外優(yōu)異，能夠進(jìn)一步降低密封阻擋部的磨損。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是示出一般工業(yè)設(shè)備用的機(jī)械密封的一個例子的正面剖視圖。
[0030]圖2是示出水泵用的機(jī)械密封的一個例子的正面剖視圖。
[0031]圖3是示出在圖1和2的機(jī)械密封中，在固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面中徑向?qū)挾容^小一方的固定環(huán)的滑動面形成有被密封流體收納區(qū)、抽吸部和潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部的情況下的一個實(shí)施方式的俯視圖。
[0032]圖4是說明圖3的被密封流體收納區(qū)、抽吸部和潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部的圖，其示出了運(yùn)轉(zhuǎn)時的狀態(tài)，其中，圖4的(a)是主要部位的放大俯視圖，圖4的(b)是沿圖4的Ca)的X — X線的剖視圖。
[0033]圖5是說明圖3和圖4的被密封流體收納區(qū)、抽吸部和潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部的圖，其是從被密封流體側(cè)觀察的立體圖。
[0034]圖6是示出在圖1和2的機(jī)械密封中，在固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面中徑向的寬度較大的旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面形成有被密封流體收納區(qū)、抽吸部和潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部的情況下的一個實(shí)施方式的、在與滑動面垂直的面剖開的剖視圖。
[0035]圖7是說明現(xiàn)有技術(shù)的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]參照附圖，對用于實(shí)施本發(fā)明的滑動部件的方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0037]此外，在本實(shí)施方式中，以構(gòu)成機(jī)械密封的部件為滑動部件的情況為例進(jìn)行說明，但是本發(fā)明并不受其限定解釋，只要在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識，可增加各種變更、修正和改進(jìn)。
[0038]圖1是示出一般工業(yè)機(jī)械用的機(jī)械密封的一個例子的正面剖視圖。
[0039]圖1的機(jī)械密封是對會從滑動面的外周朝內(nèi)周方向泄漏的被密封流體進(jìn)行密封的形式的內(nèi)側(cè)式的機(jī)械密封，圓環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)環(huán)3與圓環(huán)狀的固定環(huán)6借助沿軸向?qū)υ摴潭ōh(huán)6施力的波紋管7，在通過拋光等進(jìn)行鏡面加工而成的滑動面S處彼此緊密接觸地進(jìn)行滑動，其中，旋轉(zhuǎn)環(huán)3隔著套筒2以能夠與旋轉(zhuǎn)軸I 一體地旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)軸I偵牝旋轉(zhuǎn)軸I對被密封流體側(cè)的泵葉輪(省略圖示)進(jìn)行驅(qū)動，固定環(huán)6以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)并且能夠沿軸向移動的狀態(tài)設(shè)置在固定于泵的殼體4的密封蓋5。即，該機(jī)械密封防止被密封流體在旋轉(zhuǎn)環(huán)3與固定環(huán)6彼此之間的滑動面S處從旋轉(zhuǎn)軸I的外周向大氣側(cè)流出。
[0040]旋轉(zhuǎn)環(huán)3和固定環(huán)6代表性地由SiC (硬質(zhì)材料)彼此的組合或SiC (硬質(zhì)材料)與碳(軟質(zhì)材料)的組合來形成，而對于滑動材料，可以使用被作為機(jī)械密封用滑動材料來使用的材料。作為SiC，以將硼、鋁、碳等作為燒結(jié)助劑的燒結(jié)體為首，有由成分、組成不同的2種以上的物相構(gòu)成的材料，例如分散有石墨粒子的SiC、由SiC和Si構(gòu)成的反應(yīng)燒結(jié)SiC、SiC - TiC、SiC - TiN等，作為碳，可以利用混合有碳質(zhì)和石墨質(zhì)的碳，以及樹脂成型碳、燒結(jié)碳等。此外，在上述滑動材料以外，也可以使用金屬材料、樹脂材料、表面改性材料(涂層材料)、復(fù)合材料等。
[0041]圖2是示出水泵用的機(jī)械密封的一個例子的正面剖視圖。
[0042]圖2的機(jī)械密封是對會從滑動面的外周朝內(nèi)周方向泄漏的冷卻水進(jìn)行密封的形式的內(nèi)側(cè)式的機(jī)械密封，圓環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)環(huán)3與圓環(huán)狀的固定環(huán)6借助沿軸向?qū)υ摴潭ōh(huán)6施力的螺旋波形彈簧8和波紋管9，在通過拋光等進(jìn)行鏡面加工而成的滑動面S處，彼此緊密接觸地進(jìn)行滑動，其中，旋轉(zhuǎn)環(huán)3隔著套筒2以能夠與旋轉(zhuǎn)軸I一體地旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)軸I側(cè)，旋轉(zhuǎn)軸I對冷卻水側(cè)的泵葉輪(省略圖示)進(jìn)行驅(qū)動，固定環(huán)6以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)并且能夠沿軸向移動的狀態(tài)設(shè)置在泵的殼體4。即，該機(jī)械密封防止冷卻水在旋轉(zhuǎn)環(huán)3與固定環(huán)6彼此的滑動面S處從旋轉(zhuǎn)軸I的外周向大氣側(cè)流出。
[0043](實(shí)施方式I)
[0044]圖3是示出在圖1和圖2的機(jī)械密封中，在固定環(huán)6和旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面中徑向的寬度較小的固定環(huán)6的滑動面S形成有被密封流體收納區(qū)、抽吸部和潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部的情況下的一個實(shí)施方式的俯視圖。
[0045]在圖3中，固定環(huán)6被稱作密封圈，多由碳(軟質(zhì)材料)形成。在該固定環(huán)6的滑動面S形成有沿圓周方向分離的多個被密封流體收納區(qū)10，被密封流體收納區(qū)10形成在滑動面S的徑向的一部分，并且通過外周側(cè)12與被密封流體收納空間直接連通。
[0046]此外，在被密封流體側(cè)存在于旋轉(zhuǎn)環(huán)3和固定環(huán)6的內(nèi)側(cè)的外側(cè)式的機(jī)械密封的情況下，被密封流體收納區(qū)10形成在滑動面S的徑向的一部分，并且通過內(nèi)周側(cè)與被密封流體收納空間直接連通即可。
[0047]被密封流體收納區(qū)10的徑向?qū)挾萢為滑動面S的徑向?qū)挾華的大約1/3?2/3，此外，被密封流體收納區(qū)10的周向的角度范圍b被設(shè)定為與存在于相鄰的被密封流體收納區(qū)10、10之間的滑動面的角度范圍B相同或稍大。
[0048]為了使機(jī)械密封低摩擦化，根據(jù)被密封流體的種類、溫度等，通常，在滑動面之間需要約0.1 μ m?10 μ m的液膜。如上所述，為了得到該液膜，在滑動面S，配置有沿圓周方向獨(dú)立的多個被密封流體收納區(qū)10，在該多個被密封流體收納區(qū)10的底部形成有抽吸部11，抽吸部11借助固定環(huán)6與旋轉(zhuǎn)環(huán)3的相對旋轉(zhuǎn)滑動產(chǎn)生抽吸作用。該抽吸部11具有向著將被密封流體吸入的方向施加作用的吸入抽吸部11 a、和向著將被密封流體排出的方向施加作用的排出抽吸部lib。
[0049]如后述的圖5中詳細(xì)說明的那樣，在各個抽吸部11，形成有相互平行且具有固定間距的多個線狀的凹凸(在本發(fā)明中，稱作“線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)”)，該線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)例如是通過飛秒激光形成的細(xì)微結(jié)構(gòu)。
[0050]此外，在本發(fā)明中，“線狀的凹凸”除了包含直線狀的凹凸以外，還包含在直線狀的凹凸的形成過程中出現(xiàn)的稍彎曲的凹凸或者曲線狀的凹凸。
[0051]形成有所述被密封流體收納區(qū)10的滑動面的與被密封流體側(cè)相反的一側(cè)即內(nèi)周偵牝需要發(fā)揮用于在靜止時不產(chǎn)生泄漏的密封阻擋功能。由于發(fā)揮該密封阻擋功能的密封阻擋部13是被密封流體(潤滑性流體)不能充分到達(dá)的部分，因而容易成為缺少潤滑狀態(tài)而產(chǎn)生磨損。在本發(fā)明中，為了防止密封阻擋部13的磨損，降低滑動摩擦，密封阻擋部13由潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成。
[0052]圖4是說明圖3的被密封流體收納區(qū)、抽吸部和潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部的圖，其示出了運(yùn)轉(zhuǎn)時的狀態(tài)，其中，圖4的(a)是主要部位的放大俯視圖，圖4的(b)是沿圖4的Ca)的X — X線的剖視圖。
[0053]在圖4中，固定環(huán)6由實(shí)線示出，此外，相對一側(cè)的滑動部件即旋轉(zhuǎn)環(huán)3由雙點(diǎn)劃線示出，旋轉(zhuǎn)環(huán)3朝R方向旋轉(zhuǎn)。
[0054]如圖4的(a)所示，在多個被密封流體收納區(qū)10中，在圓周方向相鄰的被密封流體收納區(qū)10被滑動面S分離開，并通過滑動面S而與大氣側(cè)成為不連通。此外，如圖4的(b)所示，被密封流體收納區(qū)10形成在滑動面S的徑向的一部分，成為能夠收納被密封流體的凹狀，與滑動面S具有階梯差，并通過外周側(cè)12與被密封流體收納空間直接連通。由此，在靜止時，由于固定環(huán)6和旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面之間成為固體接觸狀態(tài)，因而通過在圓周方向上連續(xù)的滑動面來維持密封性，并且，在起動時，如圖4的(a)中的雙點(diǎn)劃線的箭頭所示，被密封流體被取入到被密封流體收納區(qū)10。
[0055]此外，如圖4的(a)所示，形成于抽吸部11的線狀的凹凸形成為，以預(yù)定的角度Θ相對于滑動面S的滑動方向、即滑動面S的旋轉(zhuǎn)切線方向傾斜。優(yōu)選的是，預(yù)定的角度Θ相對于滑動面S的旋轉(zhuǎn)切線在內(nèi)徑方向和外徑方向這兩個方向上分別處于10°?80°的范圍。
[0056]多個被密封流體收納區(qū)10的各自的抽吸部11的線狀的凹凸相對于旋轉(zhuǎn)切線的傾斜角度θ可以全部相同，也可以針對各個抽吸部11而不同。但是，由于滑動面S的滑動特性根據(jù)該傾斜角度Θ而受到影響，因此，根據(jù)所要求的潤滑性和滑動條件等，將各抽吸部11的線狀的凹凸的傾斜角度統(tǒng)一成適當(dāng)?shù)奶囟▋A斜角度Θ，對于為了得到穩(wěn)定的滑動特性是有效的。
[0057]因此，如果滑動面S的旋轉(zhuǎn)滑動方向?yàn)橐粋€方向，則多個抽吸部11的各自的線狀的凹凸相對于旋轉(zhuǎn)切線的傾斜角度Θ被規(guī)定為最優(yōu)的特定角度。
[0058]此外，如果滑動面S的旋轉(zhuǎn)滑動方向是正反兩個方向，則期望的是，同時存在第I抽吸部和第2抽吸部，其中，第I抽吸部具有以第I角度相對于旋轉(zhuǎn)切線傾斜的線狀的凹凸，第2抽吸部具有以第2角度相對于旋轉(zhuǎn)切線傾斜的線狀的凹凸，第I角度是在朝一個方向旋轉(zhuǎn)時得到適當(dāng)?shù)幕瑒犹匦缘慕嵌?，?角度是在朝其反方向旋轉(zhuǎn)時得到適當(dāng)?shù)幕瑒犹匦缘慕嵌?。如果是這樣的結(jié)構(gòu)，則滑動面S在朝正反兩個方向旋轉(zhuǎn)時，分別能夠得到適當(dāng)?shù)幕瑒犹匦浴?br> [0059]更具體而言，優(yōu)選的是，在滑動面S朝正反兩個方向旋轉(zhuǎn)的情況下，吸入抽吸部Ila與排出抽吸部Ilb的各個線狀的凹凸的傾斜角度Θ形成為相對于旋轉(zhuǎn)切線對稱這樣的角度。
[0060]此外，優(yōu)選的是，吸入抽吸部Ila和排出抽吸部Ilb形成為沿滑動面S的周向交替地進(jìn)行配置。
[0061]圖3和圖4所示的滑動面S是適于這樣的滑動面S朝兩個方向旋轉(zhuǎn)的情況的、滑動面S的結(jié)構(gòu)。
[0062]此外，吸入抽吸部Ila和排出抽吸部Ilb也可以不沿滑動面S的周向交替地進(jìn)行配置，例如，也可以按照2個吸入抽吸部lla、l個排出抽吸部Ilb的比例來配置，或者按照相反的比例來配置。
[0063]抽吸部11是以規(guī)定的間距高精度地配置有相互平行且具有固定間距的多個線狀的凹凸的結(jié)構(gòu)(周期性結(jié)構(gòu))，抽吸部11例如這樣來形成:使用飛秒激光，嚴(yán)格地劃分出滑動面S的規(guī)定的區(qū)域，進(jìn)而，在各個分區(qū)中，高精度地控制線狀的凹凸的方向。
[0064]在以加工閾值附近的照射強(qiáng)度對基板照射線性偏振的激光時，通過入射光與沿著基板的表面的散射光或者等離子波的干涉，以自我組織的方式與偏振光方向垂直地形成具有波長級的間距和槽深的凹凸?fàn)畹闹芷谛越Y(jié)構(gòu)。此時，通過一邊使飛秒激光重疊(overlap)一邊進(jìn)行操作，能夠在表面形成該線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)圖案。
[0065]在利用了這樣的飛秒激光的線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)中，由于能夠控制其方向性，且能夠控制加工位置，因此，能夠劃分為離散的小分區(qū)，并針對各個分區(qū)形成期望的線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)。即，如果使圓環(huán)狀的機(jī)械密封滑動件的滑動面旋轉(zhuǎn)并使用該方法，則能夠選擇性地在滑動面形成細(xì)微的周期圖案。并且，在還利用了飛秒激光的加工方法中，能夠形成對于提高機(jī)械密封的潤滑性和降低漏洩有效的亞微米級的深度的線狀的凹凸。
[0066]所述被密封流體收納區(qū)10和線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)的形成不限于使用飛秒激光，也可以使用皮秒激光或電子束。此外，所述被密封流體收納區(qū)10和線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)的形成也可以通過使用具有線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)的模具，在使圓環(huán)狀的機(jī)械密封滑動件的滑動面旋轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行沖壓或者刻印。
[0067]此外，所述被密封流體收納區(qū)10的形成也可以通過蝕刻來進(jìn)行，然后，通過飛秒激光等在被密封流體收納區(qū)底部形成線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)。此外，也可以通過飛秒激光等，在滑動面僅形成線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)，然后在沒有形成線狀的凹凸的周期性結(jié)構(gòu)的滑動面進(jìn)行鍍覆或者成膜，從而形成被密封流體收納區(qū)10。
[0068]另一方面，密封阻擋部13構(gòu)成滑動面S的一部分，并與滑動面S成為同一面，與形成有多個被密封流體收納區(qū)10的區(qū)域相比靠內(nèi)周側(cè)的滑動面S成為密封阻擋部13。作為由潤滑性優(yōu)異的材料形成該密封阻擋部13的方法中的一個，存在如下方法:在固定環(huán)6的成型階段，利用硬質(zhì)材料形成作為形成被密封流體收納區(qū)10的區(qū)域的徑向的外周側(cè)，由潤滑性優(yōu)異的材料形成包含密封阻擋部13在內(nèi)的內(nèi)周側(cè)，然后，在使兩個部件貼合的狀態(tài)下進(jìn)行燒成而成型。
[0069]此外，作為形成潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部13的另一方法，存在如下方法:在以硬質(zhì)材料為基材的固定環(huán)6的成為密封阻擋部13的部分，通過粘合劑粘合由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的環(huán)狀部件。此外，也可以替代粘合，通過焊接、嵌合或者接合來進(jìn)行一體化。
[0070]此外，作為形成潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部13的另一方法，還存在利用潤滑性優(yōu)異的材料對成為密封阻擋部13的部分進(jìn)行表面改性的方法。此外，還存在使用通過濺射或涂覆產(chǎn)生的涂層、通過噴射(blast)實(shí)現(xiàn)的潤滑物質(zhì)的埋入、通過擦涂實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)移來形成成為密封阻擋部13的部分的方法。此外，還存在利用軟質(zhì)的固體潤滑材料對固定環(huán)6整體進(jìn)行成型而僅使被密封流體收納區(qū)10的部分硬質(zhì)化的方法，作為硬質(zhì)化的方法，可列舉出高溫下的燒成、使用了反應(yīng)性材料的硬化、通過濺射涂覆實(shí)現(xiàn)的硬質(zhì)化以及硬質(zhì)材料的粘合、嵌
人坐I=I 寸 O
[0071]作為潤滑性優(yōu)異的滑動材料，期望的是含有PTFE、MoS2、WS2、石墨或BN等中的任意一種固體潤滑劑的材料。尤其期望的是以SiC、碳為基材并含有石墨的材料。
[0072]此外，作為潤滑性優(yōu)異的滑動材料，也可以是含有潤滑油的材料。尤其期望含有氟油。
[0073]圖5是用于說明圖3和圖4的被密封流體收納區(qū)、抽吸部和潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部的圖，其是從被密封流體側(cè)觀察的立體圖。
[0074]如圖4的(b)所示，在固定環(huán)6與旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面之間，在從旋轉(zhuǎn)初期起進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時，形成了厚度為0.1 μ m?10 μ m的液膜h,在該情況下,在抽吸部11中,假設(shè)有連接凹凸的頂點(diǎn)這樣的假想平面，則該假想平面根據(jù)液膜h而被設(shè)定為比滑動面S低dl = 0.1h?10h，假想平面成為與滑動面S之間形成有階梯差dl的形狀。被密封流體被取入到由于該階梯差dl而形成的被密封流體收納區(qū)10內(nèi)的空間，形成足夠的液膜。但是，如果只是形成足夠的液膜，會因壓力差而產(chǎn)生泄漏。由此，在被密封流體收納區(qū)10的底部，形成有會引起液體流動的抽吸部11，從而使得被密封流體不會向大氣側(cè)泄漏。
[0075]在飛秒激光的情況下，首先，形成被密封流體收納區(qū)10，然后，接著形成抽吸部11。
[0076]此外，期望的是，線狀的凹凸的頂點(diǎn)與底部之間的深度d2在d2 = 0.1h?IOh的范圍。
[0077]抽吸部11的線狀的凹凸的間距P根據(jù)被密封流體的粘度進(jìn)行設(shè)定，但是期望是
0.1 μ m?100 μ m。在被密封流體的粘度較高的情況下,優(yōu)選的是，增大間距P，以使流體充分流入槽內(nèi)。
[0078]被密封流體收納區(qū)10以與被密封流體直接連通的方式設(shè)置在滑動面S的外周側(cè)，在與被密封流體收納區(qū)10的區(qū)域相比靠內(nèi)周側(cè)(大氣側(cè))的區(qū)域，沿整周形成有由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封阻擋部13。由此，在靜止時，尤其是，在密封阻擋部13處，固定環(huán)6和旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面之間成為固體接觸狀態(tài)而防止泄漏，另一方面，在旋轉(zhuǎn)時，由于密封阻擋部13是由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的，因而能夠降低磨損。
[0079]此外，在圖5中，抽吸部11在圓周方向和徑向上形成為平行于與軸垂直的面，但是，也可以根據(jù)需要，在圓周方向或/和徑向上任意地進(jìn)行傾斜。例如，如圖3所示，在形成有抽吸部11的情況下，考慮使吸入抽吸部Ila形成為隨著朝向徑向內(nèi)側(cè)而逐漸降低，從而容易吸入被密封流體，使排出抽吸部Ilb形成為隨著朝向徑向內(nèi)側(cè)而逐漸升高，從而容易排出被密封流體。
[0080]如上所述，在靜止時，由于固定環(huán)6與旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面之間成為固體接觸狀態(tài)，因此，利用在圓周方向上連續(xù)的滑動面S、尤其利用密封阻擋部13來防止泄漏，由此維持密封性，并且，在起動時，通過將被密封流體取入到被密封流體收納區(qū)10內(nèi)的空間，能夠迅速地形成潤滑流體膜，再加上密封阻擋部13是由潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成的，因而能夠減小滑動面S的滑動扭矩從而降低磨損。此外，在運(yùn)轉(zhuǎn)時，將被密封流體取入到具有吸入抽吸部Ila的被密封流體收納區(qū)10內(nèi)，并將該被密封流體送入位于被滑動面S分離開的位置的、具有排出抽吸部Ilb的被密封流體收納區(qū)10，通過排出抽吸部Ilb的作用，使該被密封流體從該被密封流體收納區(qū)10返回到被密封流體側(cè)(參照圖4的(a)的雙點(diǎn)劃線所示的箭頭)。通過這樣的被密封流體的流動，確保了滑動面S的潤滑性，并防止泄漏，能夠保持密封性。此外，將連接抽吸部11的線狀的凹凸的頂點(diǎn)而得到的假想平面設(shè)定為低于滑動面S，使假想平面成為與滑動面S具有階梯差dl的形狀，由此，在起動時，通過將被密封流體取入到由階梯差dl形成的空間，能夠迅速地形成潤滑流體膜。
[0081]此外，通過利用潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成密封阻擋部13，降低了密封阻擋部13的磨損，能夠長期間地維持密封功能。
[0082](實(shí)施方式2)
[0083]圖6是在圖1和2的機(jī)械密封中，在固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面中徑向的寬度大的旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面形成有被密封流體收納區(qū)、抽吸部和潤滑性優(yōu)異的密封阻擋部的情況下的一個實(shí)施方式的圖，其是在與滑動面垂直的面剖開的剖視圖。[0084]在圖6中，旋轉(zhuǎn)環(huán)3被稱作接合環(huán)，其多由SiC (硬質(zhì)材料)形成。在該旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面S，形成有沿圓周方向分離的多個被密封流體收納區(qū)10。這些多個被密封流體收納區(qū)10以在滑動面S的徑向的外側(cè)和內(nèi)側(cè)留有空間的方式在滑動面S的一部分上形成，并且，被密封流體收納區(qū)10的被密封流體側(cè)的一部分形成為不被相對的固定環(huán)6的滑動面S所覆蓋。由此，維持了靜止時的密封性，并且，在起動時，將被密封流體向被密封流體收納區(qū)10取入。
[0085]在旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面S的與被密封流體收納區(qū)10的區(qū)域相比靠內(nèi)周側(cè)(大氣側(cè))的區(qū)域，形成有由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封阻擋部13。在該情況下，可以利用潤滑性優(yōu)異的滑動材料來形成旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面S中與被密封流體收納區(qū)10的設(shè)備相比靠內(nèi)周側(cè)的全部區(qū)域，而在本例中，利用潤滑性優(yōu)異的滑動材料僅形成與固定環(huán)6進(jìn)行滑動的部分。
[0086]此外，在被密封流體側(cè)存在于旋轉(zhuǎn)環(huán)3和固定環(huán)6的內(nèi)側(cè)的外側(cè)式的機(jī)械密封的情況下，被密封流體收納區(qū)10的徑向內(nèi)側(cè)的一部分配置為不被相對的固定環(huán)6的滑動面覆
蓋即可。
[0087]標(biāo)號說明
[0088]I旋轉(zhuǎn)軸；2套筒；3旋轉(zhuǎn)環(huán)；4殼體；5密封蓋；6固定環(huán)；7波紋管；8螺旋波形彈簧；9波紋管；10被密封流體收納區(qū)；11抽吸部；lla吸入抽吸部；llb排出抽吸部；12外周側(cè)；13由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封阻擋部^滑動面。
【權(quán)利要求】
1.一種滑動部件，在該滑動部件中，以固定于固定側(cè)的圓環(huán)狀的固定環(huán)和與旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的圓環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)環(huán)相對置的方式使各滑動面相對旋轉(zhuǎn)，由此對存在于該相對旋轉(zhuǎn)滑動的所述滑動面的徑向一側(cè)的被密封流體進(jìn)行密封，該滑動部件的特征在于， 在所述固定環(huán)的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面中的任意一方形成有沿圓周方向分離的多個被密封流體收納區(qū)，該多個被密封流體收納區(qū)與被密封流體收納空間連通， 在所述多個被密封流體收納區(qū)的底部，形成有通過固定環(huán)與旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生抽吸作用的抽吸部， 形成于所述多個被密封流體收納區(qū)的底部的抽吸部具有向?qū)⒈幻芊饬黧w吸入的方向施加作用的吸入抽吸部、和向?qū)⒈幻芊饬黧w排出的方向施加作用的排出抽吸部， 形成有所述被密封流體收納區(qū)的滑動面的與被密封流體側(cè)成相反一側(cè)的密封阻擋部由潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動部件，其特征在于， 所述被密封流體收納區(qū)、抽吸部和由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封阻擋部形成在由軟質(zhì)材料構(gòu)成的固定環(huán)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動部件，其特征在于， 所述被密封流體收納區(qū)、抽吸部和由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封阻擋部形成在由硬質(zhì)材料構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)環(huán)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任意一項所述的滑動部件，其特征在于， 由所述潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成的密封阻擋部與所述固定環(huán)或旋轉(zhuǎn)環(huán)形成為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任意一項所述的滑動部件，其特征在于， 由所述潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成的密封阻擋部與所述固定環(huán)或旋轉(zhuǎn)環(huán)分體形成，并通過接合而成為一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中的任意一項所述的滑動部件，其特征在于， 所述潤滑性優(yōu)異的滑動材料是含有PTFE、MoS2, WS2、石墨和BN等中的任意一種固體潤滑劑的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?5中的任意一項所述的滑動部件，其特征在于， 所述潤滑性優(yōu)異的滑動材料是含有潤滑油的材料。
【文檔編號】F16J15/34GK103649608SQ201280034116
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月3日
【發(fā)明者】細(xì)江猛, 井上秀行 申請人:伊格爾工業(yè)股份有限公司