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，并在包括旋轉(zhuǎn)初期的旋轉(zhuǎn)時通過流體潤滑進行工作并防止了泄漏，能夠兼顧密封和潤滑。在固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)中任意一方的滑動面，以與被密封流體收納空間連通的方式在圓周方向分離形成有多個抽吸部，該抽吸部借助固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生抽吸作用，所述多個抽吸部具備對被密封流體向吸入方向進行作用的吸入抽吸部、和對被密封流體向排出方向進行作用的排出抽吸部，在所述固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)中另一方的滑動面，以與被密封流體收納空間連通的方式在圓周方向形成有多個動壓發(fā)生槽，該動壓發(fā)生槽通過固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生動壓。
【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行滑動。尤其是，近年來，為了環(huán)境保護等，進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械性損失。作為低摩擦化的方法，能夠這樣來達成: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。該流體流出相當于密封情況下的泄漏。
[0003]以往，作為借助旋轉(zhuǎn)在滑動面之間產(chǎn)生動壓的機械密封，已知有如圖10所示的結(jié)構(gòu)(以下稱為“現(xiàn)有技術(shù)I”。例如，參照專利文獻I。)。在圖10所示的現(xiàn)有技術(shù)I中，在作為滑動部件的一方的接合環(huán)30的滑動面31，沿圓周方向設(shè)置有多個在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生動壓的半徑方向槽32R、32L，以一對半徑方向槽32R、32L的邊界部成為谷部的方式沿著圓周方向具有相互呈相反方向的楔面33R、33L，在邊界部設(shè)置有將兩半徑方向槽32R、32L隔開的堤部34。
[0004]在滑動部件相對旋轉(zhuǎn)時，如圖10 (b)所示，在氣體流G的上游側(cè)的半徑方向槽32R中壓力降低而作用有負浮力，在越過堤部34的下游側(cè)的半徑方向槽32L的部分，由于楔面33L的楔作用壓力增大而產(chǎn)生正浮力。此時，由于堤部34的作用使負壓力減小，正壓力增大，作為整體作用有正壓力，從而獲得了較大的浮力。
[0005]另一方面，本 申請人:之前已申請了如下的機械密封滑動部件的發(fā)明:如圖11所示，在存在于相對旋轉(zhuǎn)滑動的滑動面的徑向一側(cè)的、對被密封流體進行密封的機械密封中，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格柵部50，該多個格柵部50在規(guī)定的分區(qū)內(nèi)按照規(guī)定的間距形成有相互平行的多個直線狀的凹凸部，多個格柵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)2”，參照專利文獻2。)。
[0006]在像現(xiàn)有技術(shù)I那樣為了緩和滑動阻力而利用動壓的方式的情況下，在軸的旋轉(zhuǎn)速度未達到一定程度的高速時不會產(chǎn)生動壓。因此，在從旋轉(zhuǎn)開始到產(chǎn)生動壓期間，無法使充分量的被密封流體介于滑動面之間，潤滑性降低。在滑動面未介入有充分量的密封流體的狀態(tài)下，存在扭矩增高，產(chǎn)生燒結(jié)、振動、噪音等，滑動特性不穩(wěn)定的問題。
[0007]此外，在現(xiàn)有技術(shù)2中，多個格柵部的直線狀的凹凸部的凹凸的高度為Ιμπι以內(nèi)的級別，因此存在以下問題:在滑動部件于高溫、高壓環(huán)境下用于長時間運轉(zhuǎn)的情況下，由于熱、壓力或荷重而產(chǎn)生變形，與相對的另一方的滑動部件之間的間隙局部增大，在Iym左右的細微的凹凸處無法進行被密封流體向滑動面之間的導(dǎo)入和對其保持的控制。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開平4-73號公報
[0011]專利文獻2:再公表W02009/087995號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明要解決的課題
[0013]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題而完成的，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)，通過流體潤滑進行工作并防止泄漏，能夠兼顧密封與潤滑。
[0014]用于解決問題的手段
[0015]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的滑動部件的第I特征在于，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)的被密封流體進行密封，
[0016]在所述固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)中任意一方的滑動面，以與被密封流體收納空間連通的方式在圓周方向分離形成有多個抽吸部，所述抽吸部借助固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生抽吸作用，
[0017]所述多個抽吸部具備對被密封流體向吸入方向進行作用的吸入抽吸部、和對被密封流體向排出方向進行作用的排出抽吸部，
[0018]在所述固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)中另一方的滑動面，以與被密封流體收納空間連通的方式在圓周方向形成有多個動壓發(fā)生槽，所述動壓發(fā)生槽通過固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生動壓。
[0019]此外，本發(fā)明的滑動部件的第2特征在于，在第I特征中，所述抽吸部形成于所述固定環(huán)，所述動壓發(fā)生槽形成于所述旋轉(zhuǎn)環(huán)。
[0020]此外，本發(fā)明的滑動部件的第3特征在于，在第I或2特征中，所述抽吸部形成線狀的凹凸的周期構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，所述線狀的凹凸形成為，所述凹凸的方向相對于所述滑動面的滑動方向以規(guī)定的角度傾斜。
[0021]此外，本發(fā)明的滑動部件的第4特征在于，在第3特征中，所述抽吸部的所述線狀的凹凸的周期構(gòu)造形成為，相鄰的抽吸部的所述線狀的凹凸的方向關(guān)于所述滑動面的滑動方向?qū)ΨQ。
[0022]此外，本發(fā)明的滑動部件的第5特征在于，在第3或第4特征中，所述抽吸部的線狀的凹凸的周期構(gòu)造通過飛秒激光的照射來形成。
[0023]此外，本發(fā)明的滑動部件的第6特征在于，在第I?第5中的任一特征中，所述抽吸部設(shè)置于在滑動面形成的多個凹部的底部。
[0024]此外，本發(fā)明的滑動部件的第7特征在于，在第3?第6中的任一特征中，在所述固定環(huán)的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面之間形成的液膜厚度為h的情況下，從滑動面到連結(jié)抽吸部的線狀的凹凸的頂點的假想平面的深度dl被設(shè)定在dl = O?IOh的范圍，此外，抽吸部的線狀的凹凸的深度d2被設(shè)定在d2 = 0.1h?IOh的范圍。
[0025]此外，本發(fā)明的滑動部件的第8特征在于，在第3?第7中的任一特征中，所述吸入抽吸部和排出抽吸部形成為，在側(cè)視時，線狀的凹凸在圓周方向或/和徑向上分別任意地傾斜。
[0026]此外，本發(fā)明的滑動部件的第9特征在于，在第8特征中，所述吸入抽吸部形成為，在側(cè)視時線狀的凹凸朝向?qū)Ψ絺?cè)滑動部件的旋轉(zhuǎn)方向逐漸變高，排出抽吸部形成為，在側(cè)視時線狀的凹凸朝向?qū)Ψ絺?cè)滑動部件的旋轉(zhuǎn)方向逐漸降低。
[0027]此外，本發(fā)明的滑動部件的第10特征在于，在第8或第9特征中，所述吸入抽吸部形成為，在側(cè)視時線狀的凹凸朝向內(nèi)周方向逐漸降低，排出抽吸部形成為，在側(cè)視時線狀的凹凸朝向外周方向逐漸降低。
[0028]此外，本發(fā)明的滑動部件的第11特征在于，在第I?第10中的任一特征中，在所述動壓發(fā)生槽中，半徑方向槽以相互相鄰的一對半徑方向槽為一組而構(gòu)成多組動壓發(fā)生用槽組，該半徑方向槽以邊界部成為谷部的方式沿著圓周方向形成為相互呈相反方向的楔形狀，在邊界部設(shè)置有將兩個半徑方向槽隔開的堤部。
[0029]此外，本發(fā)明的滑動部件的第12特征在于，在第11特征中，所述動壓發(fā)生槽形成為大致L字狀的槽的形狀，其從滑動面的外周側(cè)端部朝向內(nèi)周側(cè)沿著大致徑向延伸，并且在內(nèi)周側(cè)彎折而沿大致周向延伸。
[0030]發(fā)明效果
[0031 ] 本發(fā)明實現(xiàn)了以下優(yōu)異的效果。
[0032](I)根據(jù)上述第I和第2特征，在靜止時不會泄漏，并且，在旋轉(zhuǎn)開始的低速時，被密封流體被取入抽吸部并在滑動面產(chǎn)生潤滑膜，因此能夠充分潤滑，滑動阻力降低，能夠獲得穩(wěn)定的滑動特性。并且，在旋轉(zhuǎn)時，借助動壓發(fā)生槽在滑動面產(chǎn)生動壓，在旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面和固定環(huán)的滑動面之間形成有基于被密封流體的潤滑膜，滑動特性提高。
[0033]此外，使抽吸部形成在固定環(huán)的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面中的任意一方，并使動壓發(fā)生槽形成在固定環(huán)的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面中的另一方，由此，設(shè)計的自由度增大，構(gòu)成抽吸部和動壓發(fā)生槽的面積較廣，因此，能夠充分地進行旋轉(zhuǎn)開始和旋轉(zhuǎn)時的潤滑膜的生成。
[0034](2)根據(jù)上述第3特征，由于能夠使抽吸部由線狀的凹凸的周期構(gòu)造形成，因此容易形成抽吸，此外，通過調(diào)節(jié)傾斜角度，能夠自如地調(diào)節(jié)抽吸性能。
[0035](3)根據(jù)上述第4特征，在滑動面向兩方向旋轉(zhuǎn)的情況是優(yōu)選的。
[0036](4)根據(jù)上述第5特征，由于抽吸部的線狀的凹凸的周期構(gòu)造通過飛秒激光的照射來形成，因此能夠控制其方向性，并能夠控制加工位置，因此，能夠分成離散的小分區(qū)來在各分區(qū)形成期望的周期構(gòu)造。
[0037](5)根據(jù)上述第6特征，抽吸部設(shè)置于在旋轉(zhuǎn)部件的外周面形成的凹部的底部，因此，在起動時，能夠利用取入到凹部內(nèi)的被密封流體迅速地形成潤滑流體膜。
[0038](6)根據(jù)上述第7特征，使抽吸效果是最佳的。
[0039](7)根據(jù)上述第8?第10特征，在吸入抽吸部中，能夠更進一步地將被密封流體取入并送入到排出抽吸部，并且，在排出抽吸部中，能夠更進一步地使送入的被密封流體回到被密封流體側(cè)，因此，能夠進一步提高滑動面的潤滑性和對泄漏的防止。[0040](8)根據(jù)上述第11和第12特征，被密封流體逐漸被節(jié)流，產(chǎn)生以使旋轉(zhuǎn)環(huán)和固定環(huán)相互分離的方式進行作用的動壓，在旋轉(zhuǎn)環(huán)和固定環(huán)的滑動面之間容易形成基于被密封流體的潤滑膜，能夠提高滑動特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是示出一般工業(yè)設(shè)備用的機械密封的一個例子的正面剖視圖。
[0042]圖2是示出水泵用的機械密封的一個例子的正面剖視圖。
[0043]圖3涉及本發(fā)明的實施方式1，是示出形成有抽吸部的固定環(huán)的滑動面的俯視圖。
[0044]圖4用于說明圖3的抽吸部，其示出了運轉(zhuǎn)時的狀態(tài)，圖4 (a)是主要部分的放大俯視圖，圖4 (b)是沿圖4 (a)的X — X線的剖視圖。
[0045]圖5用于說明圖3和圖4的抽吸部，是從被密封流體側(cè)觀察的立體圖。
[0046]圖6涉及本發(fā)明的實施方式1，是用于說明在旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面形成的動壓發(fā)生槽的圖。
[0047]圖7涉及本發(fā)明的實施方式1，是用于說明形成有動壓發(fā)生槽的旋轉(zhuǎn)環(huán)與形成有抽吸部的固定環(huán)重疊的狀態(tài)的圖。
[0048]圖8涉及本發(fā)明的實施方式2，是示出在旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面形成有抽吸部、在固定環(huán)的滑動面形成有動壓發(fā)生槽的情況的剖視圖。
[0049]圖9涉及本發(fā)明的實施方式3，是示出抽吸部的其它實施方式，以與滑動面垂直的面切斷的剖視圖。
[0050]圖10是說明現(xiàn)有技術(shù)I的圖。
[0051]圖11是說明現(xiàn)有技術(shù)2的俯視圖。
【具體實施方式】
[0052]參照附圖，對用于實施本發(fā)明的滑動部件的方式進行詳細說明。
[0053]此外，在本實施方式中，以構(gòu)成機械密封的部件為滑動部件的情況為例進行說明，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，可施加各種變更、修正和改進。
[0054]圖1是示出一般工業(yè)設(shè)備用的機械密封的一個例子的正面剖視圖。
[0055]圖1的機械密封是對要從滑動面的外周朝內(nèi)周方向泄漏的被密封流體進行密封的形式的內(nèi)側(cè)式的機械密封，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，在通過拋光等進行鏡面加工而成的滑動面S處彼此緊密接觸地進行滑動，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偵牝該旋轉(zhuǎn)軸I對被密封流體側(cè)的泵葉輪(省略圖示)進行驅(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。
[0056]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，以混合有碳質(zhì)和石墨質(zhì)的碳，以及可以利用樹脂成型碳、燒結(jié)碳等。此外，除上述滑動材料以外，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。
[0057]圖2是示出水泵用的機械密封的一個例子的正面剖視圖。
[0058]圖2的機械密封是對要從滑動面的外周朝內(nèi)周方向泄漏的冷卻水進行密封的形式的內(nèi)側(cè)式的機械密封，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，在通過拋光等進行鏡面加工而成的滑動面S處彼此緊密接觸地進行滑動，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)，該旋轉(zhuǎn)軸I對冷卻水側(cè)的泵葉輪(省略圖示)進行驅(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。
[0059]〔實施方式I〕
[0060]圖3是在圖1和圖2的機械密封中，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形成抽吸部的情況的一個實施方式的俯視圖。
[0061]在圖3中，固定環(huán)6被稱為密封環(huán)，多由碳(軟質(zhì)材料)形成。在該固定環(huán)6的滑動面S形成有在圓周方向分離的多個抽吸部10,所述抽吸部10形成為滑動面S的徑向的一部分，并與被密封流體收納空間經(jīng)由外周側(cè)12直接連通。
[0062]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)式的機械密封的情況下，抽吸部10形成為滑動面S的徑向的一部分，并與被密封流體收納空間經(jīng)由內(nèi)周側(cè)直接連通即可。
[0063]抽吸部10的徑向的寬度a是滑動面S的徑向的寬度A的大約1/3?2/3，此外，抽吸部10的周向的角度范圍b設(shè)定為與存在于相鄰的抽吸部10、10之間的滑動面的角度范圍B相同或比其稍大。
[0064]為了使機械密封低摩擦化，雖然取決于被密封流體的種類和溫度等，但通常在滑動面之間需要大約0.1 μ m?10 μ m的液膜。為了獲得該液膜，如上所述，在滑動面S沿圓周方向獨立形成多個抽吸部10，抽吸部10借助固定環(huán)6和旋轉(zhuǎn)環(huán)3之間的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生抽吸作用。該抽吸部10具備對被密封流體向吸入方向進行作用的吸入抽吸部10a、和對被密封流體向排出方向進行作用的排出抽吸部IOb。
[0065]像后述的圖5詳細說明的那樣，在各個抽吸部10，以相互平行的方式形成有固定間距的多個線狀的凹凸(在本發(fā)明中也稱為“線狀的凹凸的周期構(gòu)造”。)，該線狀的凹凸的周期構(gòu)造例如是通過飛秒激光形成的細微構(gòu)造。
[0066]此外，對于本發(fā)明中的“線狀的凹凸”，除了直線狀的凹凸以外，還包括在直線狀的凹凸的形成過程中出現(xiàn)的稍微彎曲的凹凸或曲線狀的凹凸。
[0067]形成有所述抽吸部10的滑動面的被密封流體側(cè)的相反側(cè)即內(nèi)周側(cè)需要作為用于在靜止時防止泄漏發(fā)生的密封堤發(fā)揮作用。實現(xiàn)該密封堤功能的密封堤部13是被密封流體(潤滑性流體)無法充分到達的部分，因此成為缺乏潤滑狀態(tài)而容易發(fā)生磨損。為了防止密封堤部13的磨損，降低滑動摩擦，期望密封堤部13由潤滑性優(yōu)異的滑動材料形成。
[0068]圖4是用于說明圖3的抽吸部的圖，其示出了運轉(zhuǎn)時的狀態(tài)，圖4 (a)是主要部分的放大俯視圖，圖4 (b)是沿著圖4 (a)的X — X線的剖視圖。[0069]在圖4中，固定環(huán)6以實線示出，此外，作為對方側(cè)滑動部件的旋轉(zhuǎn)環(huán)3以雙點劃線示出，旋轉(zhuǎn)環(huán)3向R方向旋轉(zhuǎn)。
[0070]如圖4 (a)所示，對于多個抽吸部10，在圓周方向上相鄰的抽吸部10、10被滑動面S的脊部(9 >卜''部)14分離開，此外，抽吸部10與大氣側(cè)也由于滑動面S的密封堤部13而成為非連通狀態(tài)。此外，如圖4 (b)所示，也可以使抽吸部10形成于滑動面S的徑向的一部分，其形成為與滑動面S共面，或者，形成于比滑動面S低出dl的階梯差的底部(關(guān)于階梯差dl在后文詳細說明。)。此外，抽吸部10與被密封流體收納空間經(jīng)由外周側(cè)12直接連通。因此，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)，因此，借助在圓周方向相連續(xù)的滑動面來維持密封性，并且，在起動時，如圖4 Ca)中的雙點劃線的箭頭所示，進行被密封流體向抽吸部10的取入。
[0071]此外，如圖4 (a)所示，在抽吸部10形成的線狀的凹凸形成為，相對于滑動面S的滑動方向即滑動面S的旋轉(zhuǎn)切線方向以規(guī)定的角度Θ傾斜。規(guī)定的角度Θ優(yōu)選為，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。
[0072]多個抽吸部10中的各個抽吸部10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，也可以針對每個抽吸部10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)要求的潤滑性和滑動條件等，將各抽吸部10的凹凸的傾斜角度統(tǒng)一成恰當且特定的傾斜角度Θ是對獲得穩(wěn)定的滑動特性有效的。
[0073]因此，如果滑動面S的旋轉(zhuǎn)滑動方向為一個方向，則多個抽吸部10各自相對于線狀的凹凸的旋轉(zhuǎn)切線的傾斜角度Θ被規(guī)定為最合適的特定的角度。
[0074]此外，如果滑動面S的旋轉(zhuǎn)滑動方向為正反兩個方向，則期望同時存在第I抽吸部和第2抽吸部，第I抽吸部具有線狀的凹凸，該線狀的凹凸在向一個方向旋轉(zhuǎn)時以成為恰當?shù)幕瑒犹匦缘牡贗角度相對于旋轉(zhuǎn)切線傾斜，第2抽吸部具有線狀的凹凸，該線狀的凹凸在向上述一個方向的相反方向旋轉(zhuǎn)時以成為恰當?shù)幕瑒犹匦缘牡?角度相對于旋轉(zhuǎn)切線傾斜。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在滑動面S向正反兩方向旋轉(zhuǎn)時，能夠獲得各自恰當?shù)幕瑒犹匦浴?br> [0075]更具體地，在滑動面S向正反兩方向旋轉(zhuǎn)的情況下，吸入抽吸部IOa和排出抽吸部IOb的各線狀的凹凸的傾斜角度θ優(yōu)選形成為關(guān)于旋轉(zhuǎn)切線對稱那樣的角度。
[0076]此外，吸入抽吸部IOa和排出抽吸部IOb優(yōu)選形成為，沿著滑動面S的周向交替配置。
[0077]圖3和圖4所示的滑動面S是在這樣的滑動面S向兩個方向旋轉(zhuǎn)的情況下優(yōu)選的滑動面S的結(jié)構(gòu)。
[0078]此外，吸入抽吸部IOa和排出抽吸部IOb也可以形成為不沿滑動面S的周向交替配置，例如，也可以按照2個吸入抽吸部10a、l個排出抽吸部IOb的比例來配置，或者可以按照相反的比例來配置。
[0079]抽吸部10是高精度且以規(guī)定的間距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)(線狀的凹凸的周期構(gòu)造)，該抽吸部10例如這樣來形成:使用飛秒激光，嚴格地劃分出滑動面S的規(guī)定的區(qū)域，進而，在各個分區(qū)中，高精度地控制線狀的凹凸的方向。
[0080]在以加工閾值附近的照射強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線狀的凹凸的周期構(gòu)造。此時，通過一邊使飛秒激光重疊(overlap)—邊進行操作，能夠在表面形成該線狀的凹凸的周期構(gòu)造的圖案。
[0081]在利用了這樣的飛秒激光的線狀的凹凸的周期構(gòu)造中，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構(gòu)造。即，如果使圓環(huán)狀的機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械密封的潤滑性和降低泄漏有效的亞微米級的深度的線狀的凹凸。
[0082]所述抽吸部10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。此夕卜，所述抽吸部10的形成也可以通過使用具有線狀的凹凸的周期構(gòu)造的模具，在使圓環(huán)狀的機械密封滑動件的滑動面旋轉(zhuǎn)的同時進行蓋印(Stamp)或者刻印。
[0083]此外，在所述抽吸部形成于比滑動面低的階梯的情況下，凹部的形成也可以通過蝕刻來進行，其后，通過飛秒激光等來在凹部的底部形成線狀的凹凸的周期構(gòu)造。此外，借助飛秒激光等，在滑動面僅形成線狀的凹凸的周期構(gòu)造，其后，在未形成線狀的凹凸的周期構(gòu)造的滑動面進行鍍覆或者成膜，由此來形成抽吸部10。
[0084]另一方面，密封堤部13構(gòu)成滑動面S的一部分，并與滑動面S共面，比形成有多個被密封流體收納區(qū)10的區(qū)域靠內(nèi)周側(cè)的滑動面S成為密封堤部13。該密封堤部13由潤滑性優(yōu)異的材料形成。
[0085]圖5用于說明圖3和圖4的抽吸部，是從被密封流體側(cè)觀察的立體圖。
[0086]為了使固定部件和旋轉(zhuǎn)部件的滑動面低摩擦化，取決于被密封流體的種類、溫度等，但通常在滑動面之間形成0.Ιμπι?10 μπι的液膜h(參照圖4(b)。)，在此情況下，在抽吸部10中，取連結(jié)凹凸的頂點那樣的假想平面，設(shè)定為該假想平面根據(jù)液膜h在dl = O?IOh的范圍與滑動面S共面，或者比滑動面S低。在圖5 (a)中示出了 dl =0，即假想平面與滑動面S共面的情況下，此外，在圖5 (b)中，示出了在滑動面S形成的凹部11的底部，在比滑動面S低出dl的位置形成抽吸部10的情況。在假想平面形成為比滑動面S低的情況下，向凹部11內(nèi)的空間取入被密封流體，借助抽吸部10使被密封流體產(chǎn)生不會向大氣側(cè)泄漏那樣的液體的流動。
[0087]在滑動面S形成的凹部11的底部形成抽吸部10的情況下，通過飛秒激光先形成凹部11，然后形成抽吸部10。
[0088]此外，期望凹凸的頂點與底部之間的深度d2在d2 = 0.1h?IOh的范圍。
[0089]抽吸部10的線狀的凹凸的間距P是根據(jù)被密封流體的粘度設(shè)定的，但優(yōu)選為
0.1 μπι?100 μπι。在被密封流體的粘度較高的情況下,使間距P增大，以使槽內(nèi)充分地進入流體為好。
[0090]如上所述，在靜止時，通過形成在圓周方向連續(xù)的滑動面S來防止泄漏，并且，在起動時，通過向抽吸部10內(nèi)取入被密封流體，能夠迅速地形成潤滑流體膜，能夠降低滑動面S的滑動扭矩來減少磨損。此外，在運轉(zhuǎn)時，向吸入抽吸部IOa內(nèi)取入被密封流體，將該被密封流體送入經(jīng)由被滑動面S的脊部14而處于分離位置的排出抽吸部10b，通過排出抽吸部IOb的作用來使該被密封流體回到被密封流體側(cè)。通過這樣的被密封流體的流動，確保了滑動面S的潤滑性，并且防止了泄漏，能夠確保密封性。特別地，在連結(jié)抽吸部10的凹凸的頂點的假想平面設(shè)定為比滑動面S低的情況下，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，利用取入到凹部11內(nèi)的被密封流體，能夠迅速地形成潤滑流體膜。
[0091]圖6涉及本發(fā)明的實施方式1，是用于說明在固定環(huán)6和旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面中徑向?qū)挾容^大的旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面S形成的動壓發(fā)生槽的圖，圖6 (a)是俯視圖，圖6 (b)是沿圖6 Ca)的Y — Y線的剖視圖。
[0092]在所述動壓發(fā)生槽20中，半徑方向槽以相互相鄰的一對半徑方向槽20a、20b為一組而構(gòu)成多組動壓發(fā)生用槽組，該半徑方向槽以邊界部成為谷部的方式沿著圓周方向形成為相互呈相反方向的楔形狀，在邊界部設(shè)置有將兩個半徑方向槽隔開的堤部21。
[0093]圖6 (a)所示的動壓發(fā)生槽20形成為大致L字狀的形狀，其從旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面S的外周側(cè)端部朝向內(nèi)周側(cè)沿大致徑向延伸，并且在內(nèi)周側(cè)彎折而沿大致周向延伸。動壓發(fā)生槽20構(gòu)成為，在旋轉(zhuǎn)環(huán)3的外周面與被密封流體側(cè)連通，使被密封流體容易引入到槽內(nèi)。
[0094]如圖6 (b)所示，動壓發(fā)生槽20的深度在沿周向延伸的部分沿著滑動方向逐漸變化。具體地，動壓發(fā)生槽20的深度構(gòu)成為在半徑方向槽20a中沿著箭頭rl方向呈階梯狀變淺，并在半徑方向槽20b中沿著箭頭r2方向呈階梯狀變淺。
[0095]此外，對于動壓發(fā)生槽20，槽的深度并不限于圖6 (b)所示的階梯狀變化，也可以使槽底由相對于滑動面S同樣傾斜的面構(gòu)成，使槽的深度構(gòu)成為線性變化?；蛘?也可以將角度不同的多個傾斜面組合，或者使槽底面以曲面構(gòu)成并以曲線狀變化。
[0096]動壓發(fā)生槽20和與其對置的固定環(huán)6的滑動面之間的空間隨著從被密封流體側(cè)引入到槽內(nèi)的被密封流體的前進路線，首先隨著向徑向的內(nèi)側(cè)前進而變窄，接著在沿周向彎折的部分變寬，而隨著沿周向前進逐漸變淺，因此，結(jié)果使被密封流體的流動節(jié)流。由于被密封流體逐漸被節(jié)流，從而產(chǎn)生了以將旋轉(zhuǎn)環(huán)3和固定環(huán)6相互拉開的方式作用的動壓。由此，在旋轉(zhuǎn)環(huán)3和固定環(huán)6的滑動面S之間容易形成基于被密封流體的潤滑膜，提高了滑動特性。
[0097]動壓發(fā)生槽20能夠通過在鏡面加工得到的滑動面S實施借助YV04激光或噴砂的精細加工來形成。此外，根據(jù)產(chǎn)品尺寸，也可以通過切削來形成。在本實施方式的旋轉(zhuǎn)環(huán)中，以最深部的深度為I?100 μ m的方式形成動壓發(fā)生槽。
[0098]圖7涉及本發(fā)明的實施方式1，是用于說明形成有動壓發(fā)生槽20的旋轉(zhuǎn)環(huán)3與形成有抽吸部10的固定環(huán)6重疊的狀態(tài)的圖，圖7 Ca)是俯視圖，圖7 (b)是沿著圖7 (a)的Z — Z線的剖視圖。
[0099]圖7中，旋轉(zhuǎn)環(huán)3由實線示出，固定環(huán)6由雙點劃線示出，在固定環(huán)6的滑動面S形成的抽吸部10與在旋轉(zhuǎn)環(huán)3形成的動壓發(fā)生槽20設(shè)定為在徑向的位置上大致重疊，抽吸部10和動壓發(fā)生槽20的內(nèi)周部分也設(shè)定為大致一致。此外，位于旋轉(zhuǎn)環(huán)3的動壓發(fā)生槽20的內(nèi)周側(cè)的密封堤部13和位于固定環(huán)6的抽吸部10的內(nèi)周側(cè)的密封堤部13也在徑向上大致重疊，確保了靜止時的密封性。
[0100]像上述那樣，在固定環(huán)6和旋轉(zhuǎn)環(huán)3中任意一方的滑動面S，以與被密封流體收納空間連通的方式在圓周方向分離地形成有多個抽吸部10，該抽吸部10借助固定環(huán)6和旋轉(zhuǎn)環(huán)3的相對旋轉(zhuǎn)滑動來產(chǎn)生抽吸作用，多個抽吸部具備對被密封流體向吸入方向進行作用的吸入抽吸部、和對被密封流體向排出方向進行作用的排出抽吸部，在固定環(huán)6和旋轉(zhuǎn)環(huán)3中另一方的滑動面，以與被密封流體收納空間連通的方式在圓周方向分離地形成有多個動壓發(fā)生槽20，該動壓發(fā)生槽20借助固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生動壓，由此，在靜止時不會泄漏，并且在旋轉(zhuǎn)開始的低速時，將被密封流體取入到抽吸部10，并在滑動面產(chǎn)生潤滑膜，因此，能夠充分潤滑，降低滑動阻力，能夠獲得穩(wěn)定的滑動特性。此外，在旋轉(zhuǎn)時，借助動壓發(fā)生槽20在滑動面S產(chǎn)生動壓，在旋轉(zhuǎn)環(huán)3和固定環(huán)6的滑動面S之間形成基于被密封流體的潤滑膜，提高了滑動特性。
[0101]此外，將抽吸部10形成于固定環(huán)6的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面中的任意一方，并將動壓發(fā)生槽20形成于固定環(huán)6的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面中的另一方，增大了設(shè)計的自由度，使得構(gòu)成抽吸部10和動壓發(fā)生槽20的面積較寬，因而能夠充分進行旋轉(zhuǎn)開始和旋轉(zhuǎn)時的潤滑膜的生成。
[0102]〔實施方式2〕
[0103]圖8涉及本發(fā)明的實施方式2，與實施方式I相反，其示出了在旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面形成抽吸部10，在固定環(huán)6的滑動面形成動壓發(fā)生槽20的情況的剖視圖。
[0104]在圖8中，旋轉(zhuǎn)環(huán)3被稱為接合環(huán)，多由SiC (硬質(zhì)材料)形成。在該旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面S，形成有在圓周方向分離的多個抽吸部10。所述多個抽吸部10以在滑動面S的徑向外側(cè)和內(nèi)側(cè)留有空間的方式形成于滑動面S的一部分，并且，抽吸部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。
[0105]固定環(huán)6被稱為密封環(huán)，多由碳(軟質(zhì)材料)形成。在該固定環(huán)6的滑動面S形成有動壓發(fā)生槽20。動壓發(fā)生槽20的外周側(cè)與被密封流體側(cè)連通。
[0106]在旋轉(zhuǎn)環(huán)3的滑動面S的與抽吸部10的區(qū)域相比靠內(nèi)周側(cè)(大氣側(cè))的位置，和在固定環(huán)6的滑動面S的與動壓發(fā)生槽20的區(qū)域相比靠內(nèi)周側(cè)(大氣側(cè))的位置，例如形成有由潤滑性優(yōu)異的滑動材料構(gòu)成的密封堤部13。
[0107]〔實施方式3〕
[0108]圖9涉及本發(fā)明的實施方式3，其示出了抽吸部的其它實施方式，是在與滑動面垂直的面切斷的剖視圖。
[0109]在實施方式I中，抽吸部10在圓周方向和徑向上形成為平行于與軸垂直的面，但在圖9中，吸入抽吸部IOa形成為，在周向上，其線狀的凹凸朝向作為對方側(cè)滑動件的旋轉(zhuǎn)環(huán)3的旋轉(zhuǎn)方向R逐漸變高(變淺)，排出抽吸部IOb形成為，其線狀的凹凸朝向作為對方側(cè)滑動件的旋轉(zhuǎn)環(huán)3的旋轉(zhuǎn)方向R逐漸降低(變深)。
[0110]這樣，線狀的凹凸形成為俯視觀察時相對于旋轉(zhuǎn)切線傾斜，并且側(cè)視時也在周向傾斜，因此，在吸入抽吸部IOa中，能夠更進一步地將被密封流體取入并送出到排出抽吸部IOb,并且，在排出抽吸部IOb中，能夠使送入的被密封流體更進一步地回到被密封流體側(cè)。
[0111]在本例的情況下，當所述固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面之間形成的液膜厚度為h時，設(shè)定為從滑動面到連結(jié)抽吸部的凹凸的頂點的假想平面的最深部和最淺部的深度在O?IOh的范圍內(nèi)即可。
[0112]抽吸部10在圓周方向或/和徑向上根據(jù)需要能夠任意傾斜。例如，在圖3所示形成有抽吸部10的情況下，考慮到使吸入抽吸部IOa形成為朝向徑向內(nèi)側(cè)而逐漸降低而容易吸入被密封流體，排出抽吸部IOb形成為朝向徑向內(nèi)側(cè)而逐漸增高而容易排出被密封流體。
[0113]在本例的情況下，當所述固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面之間形成的液膜厚度為h時，設(shè)定為從滑動面到連結(jié)抽吸部的凹凸的頂點的假想平面的最深部和最淺部的深度在O?IOh的范圍內(nèi)即可。
[0114]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)式的機械密封的情況下，抽吸部10和動壓發(fā)生槽20面對內(nèi)側(cè)而形成，此時，配置為抽吸部10的徑向內(nèi)側(cè)的一部分不被相對的滑動面覆蓋即可。
[0115]標號說明
[0116]1:旋轉(zhuǎn)軸；
[0117]2:套筒；
[0118]3:旋轉(zhuǎn)環(huán)；
[0119]4:殼體；
[0120]5:密封蓋；
[0121]6:固定環(huán)；
[0122]7:波紋管；
[0123]8:螺旋波形彈簧；
[0124]9:波紋管；
[0125]10:抽吸部；
[0126]10a:吸入抽吸部；
[0127]10b:排出抽吸部；
[0128]11:凹部；
[0129]12:外周側(cè)；
[0130]13:密封堤部；
[0131]14:脊部；
[0132]20:動壓發(fā)生槽；
[0133]20a、20b:—對半徑方向槽；
[0134]21:堤部；
[0135]S: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)的被密封流體進行密封，該滑動部件的特征在于， 在所述固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)中任意一方的滑動面，以與被密封流體收納空間連通的方式在圓周方向分離地形成有多個抽吸部，所述抽吸部借助固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生抽吸作用， 所述多個抽吸部具備對被密封流體向吸入方向進行作用的吸入抽吸部、和對被密封流體向排出方向進行作用的排出抽吸部， 在所述固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)中另一方的滑動面，以與被密封流體收納空間連通的方式在圓周方向上形成有多個動壓發(fā)生槽，該動壓發(fā)生槽通過固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)的相對旋轉(zhuǎn)滑動而產(chǎn)生動壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動部件，其特征在于，所述抽吸部形成于所述固定環(huán)，所述動壓發(fā)生槽形成于所述旋轉(zhuǎn)環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸封裝置，其特征在于，所述抽吸部形成線狀的凹凸的周期構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，所述線狀的凹凸形成為，該凹凸的方向相對于該滑動面的滑動方向以規(guī)定的角度傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸封裝置，其特征在于，所述抽吸部的所述線狀的凹凸的周期構(gòu)造形成為，相鄰的抽吸部的所述線狀的凹凸的方向關(guān)于該滑動面的滑動方向?qū)ΨQ。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的軸封裝置，其特征在于，所述抽吸部的所述線狀的凹凸的周期構(gòu)造通過飛秒激光的照射來形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任一項所述的滑動部件，其特征在于，所述抽吸部設(shè)置于在滑動面形成的多個凹部的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求3~6中的任一項所述的機械密封，其特征在于，在所述固定環(huán)的滑動面和旋轉(zhuǎn)環(huán)的滑動面之間形成的液膜厚度為h的情況下，從滑動面到連結(jié)抽吸部的線狀的凹凸的頂點的假想平面的深度dl被設(shè)定在dl = O~IOh的范圍，此外，抽吸部的線狀的凹凸的深度d2被設(shè)定在d2 = 0.1h~IOh的范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求3~7中的任一項所述的機械密封，其特征在于，所述吸入抽吸部和排出抽吸部形成為，在側(cè)視時，線狀的凹凸在圓周方向或/和徑向上分別任意地傾斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機械密封，其特征在于，所述吸入抽吸部形成為，在側(cè)視時，線狀的凹凸朝向?qū)Ψ絺?cè)滑動部件的旋轉(zhuǎn)方向逐漸變高，排出抽吸部形成為，在側(cè)視時，線狀的凹凸朝向?qū)Ψ絺?cè)滑動部件的旋轉(zhuǎn)方向逐漸降低。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的機械密封，其特征在于，所述吸入抽吸部形成為，在側(cè)視時，線狀的凹凸朝向內(nèi)周方向逐漸降低，排出抽吸部形成為，在側(cè)視時，線狀的凹凸朝向外周方向逐漸降低。
11.根據(jù)權(quán)利要求1~10中的任一項所述的滑動部件，其特征在于，在所述動壓發(fā)生槽中，半徑方向槽以相互相鄰的一對半徑方向槽為一組而構(gòu)成多組動壓發(fā)生用槽組，該半徑方向槽以邊界部成為谷部的方式沿著圓周方向形成為相互呈相反方向的楔形狀，在邊界部設(shè)置有將兩個半徑方向槽隔開的堤部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的滑動部件，其特征在于，所述動壓發(fā)生槽形成為大致L字狀的槽形狀，其從滑動面的外周側(cè)端部朝向內(nèi)周側(cè)沿著大致徑向延伸，并且在內(nèi)周側(cè)彎折而沿大致周向延伸 。
【文檔編號】F16J15/34GK103765060SQ201280040600
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月10日
【發(fā)明者】細江猛, 井上秀行 申請人:伊格爾工業(yè)股份有限公司