KR20230014831A - 슬라이딩 부재 - Google Patents
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Abstract
[과제] 슬라이딩 토크를 저감할 수 있고, 또한, 밀봉 기능을 유지할 수 있음과 동시에, 소형화가 가능한 슬라이딩 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[해결 수단] 슬라이딩면(S)에서 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재로서, 적어도 한쪽의 슬라이딩면(S)은, 누설측의 랜드부(R2)에 의해 누설측과 격리된 부압 발생 기구(21)와, 부압 발생 기구(21) 내에 배설(配設)되는 랜드부(26)를 구비한다.
[해결 수단] 슬라이딩면(S)에서 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재로서, 적어도 한쪽의 슬라이딩면(S)은, 누설측의 랜드부(R2)에 의해 누설측과 격리된 부압 발생 기구(21)와, 부압 발생 기구(21) 내에 배설(配設)되는 랜드부(26)를 구비한다.
Description
본 발명은, 예를 들면, 메커니컬 시일, 베어링, 그 외, 슬라이딩부에 적합한 슬라이딩 부재에 관한 것이다. 특히, 슬라이딩면에 마찰을 저감시킴과 동시에, 슬라이딩면으로부터 유체가 누설되는 것을 방지할 필요가 있는 밀봉환 또는 베어링 등의 슬라이딩 부재에 관한 것이다.
슬라이딩 부재의 일례인, 메커니컬 시일에 있어서, 밀봉성을 장기적으로 유지시키기 위해서는, 「밀봉」과 「윤활」이라는 상반되는 조건을 양립시키는 기술이 있다. 예를 들면, 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재에 있어서, 한쪽의 슬라이딩면의 피밀봉 유체측에는 정압 발생홈을, 누설측에는 부압 발생홈을 마련하고, 정압 발생홈 및 부압 발생홈을 각각 피밀봉 유체측과 연통시킴과 동시에, 누설측과는 시일면에 의해 격리되어 있는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
상기 구성의 슬라이딩 부재가 상대 슬라이딩하면, 피밀봉 유체측에 마련된 정압 발생 기구가 발생하는 정압에 의해, 슬라이딩면이 확장되고, 슬라이딩면에 액막을 개재시킨 유체 윤활 상태로 함으로써 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 또한, 누설측에 마련된 부압 발생 기구가 발생시키는 부압을 이용하여, 누설측으로부터 슬라이딩면으로 유체를 흡입하는 펌핑 작용을 발생시켜, 누설량을 매우 작게 할 수 있다.
그러나, 상기 기술은, 슬라이딩면의 피밀봉 유체측에는 정압 발생홈을, 누설측에는 부압 발생홈을 마련할 필요가 있어, 슬라이딩면 부품이 대형화되어 버린다는 문제가 있었다.
본 발명은, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있고, 또한, 밀봉 기능을 유지할 수 있음과 동시에, 소형화가 가능한 슬라이딩 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 슬라이딩 부재는,
슬라이딩면에서 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재로서,
적어도 한쪽의 상기 슬라이딩면은, 누설측의 랜드부에 의해 누설측과 격리된 부압 발생 기구와, 상기 부압 발생 기구 내에 배설(配設)되는 랜드부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 부압 발생 기구 내는 압력 저하에 의해 캐비테이션이 발생하고, 캐비테이션 내부는 액체가 기화하여 점성이 작은 기체로 채워지기 때문에, 슬라이딩 부재의 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 또한, 부압 발생 기구 내에 배설된 랜드부의 쐐기 효과에 의해 정압이 발생하여, 슬라이딩면이 확장되고 슬라이딩면에 유체를 개재시킬 수 있기 때문에, 슬라이딩 토크를 더욱 저감할 수 있다. 게다가, 부압 발생 기구가 발생하는 부압을 이용하여, 누설측으로부터 슬라이딩면으로 유체를 흡입하여 누설량을 매우 작게 할 수 있다. 종래 기술과 같이 정압 발생 기구와 부압 발생 기구를 별개로 마련하는 일 없이, 하나의 부압 발생 기구에 의해, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉성의 향상이라는 상반되는 성능을 향상시킬 수 있기 때문에 소형화가 가능해진다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구 내에 배설되는 상기 랜드부는, 상기 부압 발생 기구에 둘러싸여 섬 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 섬 형상 랜드부 부근을 정압 영역으로 하고 유체 윤활 기능을 발휘시켜 슬라이딩 토크를 저감시킴과 동시에, 섬 형상 랜드부로부터 떨어진 부분을 캐비테이션 영역에 의한 기상(氣相) 영역으로 하여 슬라이딩 토크의 저감 및 펌핑 작용에 의한 밀봉성의 향상을 달성할 수 있기 때문에, 정압 발생 기구와 부압 발생 기구를 별개로 마련하는 일 없이, 하나의 부압 발생 기구에 의해, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉성의 향상이라는 상반되는 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 섬 형상의 상기 랜드부는 피밀봉 유체측의 랜드부로 연설(延設)되는 브리지부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 부압 발생 기구 내에 배설되는 섬 형상의 랜드부와 피밀봉 유체측의 랜드부로 연설되는 브리지부에 의해, 부압 발생 기구 내의 기체를 효율 좋게 막아 정압을 발생시키기 때문에, 슬라이딩면에 기체를 개재시켜 슬라이딩 토크를 더욱 저감시킬 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구는, 누설측으로부터 상기 부압 발생 기구 내에 배설되는 상기 랜드부로 향하는 가이드 그루브를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 부압 발생 기구 내의 유체는, 가이드 그루브에 의해 누설측으로부터 부압 발생 기구 내에 배설되는 랜드부로 효율 좋게 인도되고, 랜드부에 막혀 정압이 발생하기 때문에, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구는, 누설측 및 피밀봉 유체측의 각각으로부터 상기 부압 발생 기구 내에 배설되는 상기 랜드부로 향하는 가이드 그루브를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 부압 발생 기구 내의 유체는, 가이드 그루브에 의해 누설측 및 피밀봉 유체측으로부터 부압 발생 기구 내에 배설되는 랜드부로 효율 좋게 인도되고, 랜드부에 막혀 정압이 발생하기 때문에, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구는, 상기 슬라이딩면으로부터 상기 랜드부를 제외한 잔부로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 부압 발생 기구는 슬라이딩면으로부터 랜드부를 제외한 잔부로 구성되기 때문에, 부압 발생 기구의 면적을 크게 할 수 있고, 나아가서는 점성이 작은 기체와 슬라이딩면의 접촉 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구는, 상기 슬라이딩면의 평균 지름에 걸쳐 배설되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면의 평균 지름의 양측에 걸쳐 부압 발생 기구가 배설되기 때문에, 부압 발생 기구의 면적을 크게 할 수 있고, 나아가서는 점성이 작은 기체와 슬라이딩면의 접촉 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구는, 피밀봉 유체측에 연통하는 유체 도입홈과, 하류측이 상기 유체 도입홈에 연통하는 개구부 및 상류측이 랜드부에 의해 둘러싸이는 지단부(止端部)를 갖는 홈부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 부압 발생 기구를 용이하게 구성할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 지단부를 둘러싸는 상기 랜드부는, 상기 유체 도입홈에 연통하는 개구부를 갖는 정압 발생 기구를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 지단부를 둘러싸는 랜드부는 정압 발생 기구에 의해, 기동시 등의 유체 윤활 상태가 충분하게 얻어지지 않는 상태라도, 정압을 발생시켜 유체 윤활 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구는, 상기 슬라이딩면에 복수 배설되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면의 크기에 따라, 부압 발생 기구 및 랜드부를 최적으로 배치할 수 있다.
본 발명의 슬라이딩 부재는,
상기 부압 발생 기구 내에 배설되는 상기 랜드부는, 상기 부압 발생 기구 내에 복수 배설되는 것을 특징으로 하고 있다.
이 특징에 의하면, 슬라이딩면의 크기에 따라, 부압 발생 기구 내에 랜드부를 최적으로 배치할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 슬라이딩 부재를 구비하는 메커니컬 시일의 일례를 나타내는 종단면도이다.
[도 2] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 1의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 3] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 2의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 4] 도 3의 슬라이딩면의 일부 확대도이다.
[도 5] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 3의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 6] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 4의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 7] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 5의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 6의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 9] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 7의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 2] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 1의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 3] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 2의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 4] 도 3의 슬라이딩면의 일부 확대도이다.
[도 5] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 3의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 6] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 4의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 7] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 5의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 6의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
[도 9] 도 1의 W-W의 화살표 방향으로 보았을 때 실시예 7의 슬라이딩 부재의 슬라이딩면을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 슬라이딩 부재를 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 이하에 설명한다.
실시예 1
이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 기초하여 예시적으로 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그의 상대적 배치 등은, 특별히 명시적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 또한, 실시예 1에 있어서는, 슬라이딩 부재의 일례인 메커니컬 시일에 대해서 설명한다. 실시예 1에 있어서는, 메커니컬 시일을 구성하는 슬라이딩 부재의 외주측을 피밀봉 유체측(고압 유체측), 내주측을 누설측(저압 유체측)으로 하여 설명한다.
도 1은, 메커니컬 시일(1)의 일례를 나타내는 종단면도로서, 슬라이딩면의 외주로부터 내주 방향을 향하여 누설되려 하는 피밀봉 유체를 밀봉하는 형식인 인사이드 형식의 것이고, 회전측 카트리지와 고정측 카트리지로 이루어진다. 회전측 카트리지는, 회전축(10)에 감합된 슬리브(2)와, 한쪽의 슬라이딩 부재인 환상(環狀)의 회전측 밀봉환(3)과, 슬리브(2)와 회전측 밀봉환(3) 사이를 시일하는 패킹(8)을 구비하고, 회전측 카트리지는 회전축(10)과 일체로 회전한다.
고정측 카트리지는, 케이싱(9)에 장착되는 하우징(4)과, 다른 한쪽의 슬라이딩 부재인 환상의 고정측 밀봉환(5)과, 고정측 밀봉환(5)과 하우징(4)을 시일하는 벨로우즈(7)와, 고정측 밀봉환(5) 및 벨로우즈(7)를 개재하여 회전측 밀봉환(3)측으로 부세(付勢)하는 코일드 웨이브 스프링(6)을 구비하고, 고정측 카트리지는 케이싱(9)에 대하여 회전 방향 및 축방향으로 고정된다.
이상의 구성을 구비한 메커니컬 시일(1)은, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)과 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)이, 서로 슬라이딩하여 피밀봉 유체가 외주측으로부터 내주측으로 유출되는 것을 방지한다. 또한, 도 1에서는, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)의 폭이 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 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 조합도 가능하다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은 부압 발생 기구(21)를 구비하고 있다. 부압 발생 기구(21)는, 누설측 랜드부(R2)에 의해 누설측과 격리되어 있다. 부압 발생 기구(21)는, 피밀봉 유체측에 연통하는 유체 도입홈(22)과, 하류측이 유체 도입홈(22)과 연통하는 개구부(24), 그리고, 피밀봉 유체측 랜드부(R1)와 누설측 랜드부(R2) 사이에 배설되는 지름 방향 랜드부(R3)에 의해 둘러싸이는 지단부(25)를 갖는 환상의 홈부(23)로 이루어진다. 이에 따라, 부압 발생 기구(21)는, 상류측의 지단부(25)가 피밀봉 유체측 랜드부(R1)와 누설측 랜드부(R2) 사이에 배설되는 지름 방향 랜드부(R3)에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 격리되고, 하류측의 개구부(24)는 피밀봉 유체측에 연통한다. 홈부(23)의 깊이는 1μm~50μm이며, 유체 도입홈(22)은 50μm에서 1000μm이고, 유체 도입홈(22)은 홈부(23)에 대하여 깊게 형성되어 있다.
부압 발생 기구(21)는 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 평균 지름(Rm)에 걸쳐, 평균 지름(Rm)의 양측에 배설되어 있다. 여기에서, 평균 지름(Rm)=(Ro+Ri)/2이며, Ro는 슬라이딩면(S)의 외경, Ri는 슬라이딩면(S)의 내경이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 부압 발생 기구(21)의 내부에 소정수(도 2의 실시예에서는 6개)의 랜드부(26)가 배치된다. 랜드부(26)는 홈부(23)에 둘러싸여 섬 형상으로 형성된다. 랜드부(26)는, 내부 공간(26e)을 둘러싸는 벽부(26a, 26b, 26c)와, 상류측을 향하여 개구하는 개구부(26d)를 갖고, 내부 공간(26e)은 개구부(26d)에 의해 홈부(23)와 연통하고 있다. 랜드부(26)의 벽부(26a, 26b, 26c)가 상대측 슬라이딩면(S)(회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S))과 슬라이딩하는 면은, 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 부압 발생 기구(21)의 지름 방향 랜드부(R3)와 대략 동일한 높이로 평활하게 마무리되어 있다. 또한, 랜드부(26)의 외형은 직사각형으로 형성되어 있지만, 랜드부(26)의 외형은 삼각형, 오각형 이상의 다각형으로 형성해도 좋다.
부압 발생 기구(21)는, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)으로부터 섬 형상의 랜드부(26), 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 지름 방향 랜드부(R3)를 제외한 잔부로 이루어진다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 소정 방향(도 2에서는 반시계 방향)으로 회전하면, 부압 발생 기구(21)의 홈부(23) 내의 유체는, 그 점성에 의해 회전측 밀봉환(3)의 이동 방향에 추종하여 하류측으로 이동하고, 하류측의 유체 도입홈(22)을 통과하여, 피밀봉 유체측으로 배출된다. 이 때문에, 부압 발생 기구(21)는, 홈부(23) 내에 공급되는 유체보다도 홈부(23) 내로부터 배출되는 유체가 많아지고, 부압 발생 기구(21) 내는 부압이 되어 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션 영역은, 액체의 유량 부족에 의해 액막이 파단한 결과 발생하는 기상(氣相)이다. 캐비테이션 영역 내에 있어서, 슬라이딩 토크는 점성이 작은 기체에 의한 마찰이 지배적이 되어, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 여기에서, 부압 발생 기구(21)는, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 평균 지름(Rm)에 걸쳐, 평균 지름(Rm)의 양측에 대략 동일한 폭으로 배설함으로써, 슬라이딩면(S)의 누설측으로부터 피밀봉 유체측에 걸쳐 넓은 범위에서 캐비테이션 영역으로 할 수 있다. 이에 따라, 슬라이딩면(S)은, 넓은 범위에 걸쳐 점성이 작은 기체와 슬라이딩하기 때문에, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
그러나, 슬라이딩면(S)의 넓은 영역에서 캐비테이션 영역이 되면, 슬라이딩면(S)이 전체적으로 부압이 되고, 고정측 밀봉환(5)과 회전측 밀봉환(3)이 서로 흡착하여 접촉해 버리기 때문에, 유체 윤활 상태를 유지할 수 없다. 그래서, 부압 발생 기구(21)의 내부에 랜드부(26)를 배치하여, 랜드부(26)에 발생하는 쐐기 효과에 의해 정압을 발생시켜, 슬라이딩면(S)을 확장하고 유체 윤활 상태로 할 수 있다. 또한, 랜드부(26)의 개수는, 슬라이딩면(S)을 확장하고 유체 윤활 상태로 할 수 있으면 본 실시예에 한정하지 않고, 랜드부(26)의 개수는 6개보다 많아도, 적어도 좋다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 슬라이딩 부재는 이하의 효과를 나타낸다.
1. 부압 발생 기구(21) 내부의 캐비테이션 영역은, 마찰이 작은 기체와의 슬라이딩이 지배적이 되기 때문에, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
2. 부압 발생 기구(21) 내의 유체는, 랜드부(26)에 있어서 쐐기 효과에 의한 정압이 발생하여, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고, 슬라이딩면(S)을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있기 때문에, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
3. 부압 발생 기구(21)는, 그 내부가 부압이 되기 때문에, 누설측으로부터 슬라이딩면(S) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용을 발휘하여, 누설을 매우 작게 할 수 있기 때문에, 밀봉성을 더욱 향상할 수 있다.
4. 부압 발생 기구(21)의 내부에 랜드부(26)를 배치함으로써, 랜드부(26)의 주변에 정압을 발생시켜 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고, 유체 윤활 상태로 할 수 있기 때문에 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 또한 부압 발생 기구(21) 내부의 캐비테이션 영역은, 마찰이 작은 기체와의 슬라이딩이 지배적이 되기 때문에 슬라이딩 토크를 한층 저감할 수 있다. 또한, 부압 발생 기구(21)는, 부압 발생 기구(21) 내의 부압을 이용하여 펌핑 작용을 발휘하기 때문에 누설을 매우 작게 할 수 있다. 즉, 종래 기술과 같이 정압 발생 기구와 부압 발생 기구를 별개로 마련하는 일 없이, 하나의 부압 발생 기구(21)에 의해, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉성의 향상이라는 상반되는 성능을 달성할 수 있기 때문에, 슬라이딩 부재를 소형화할 수 있다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 3은 실시예 2에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타내는 것으로, 가이드 그루브(29)를 갖는 점에서 실시예 1과 상위하지만, 다른 구성은 실시예 1과 동일하다. 이하, 실시예 1과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은 부압 발생 기구(21)를 구비하고 있다. 부압 발생 기구(21)는, 피밀봉 유체측에 연통하는 유체 도입홈(22)과, 하류측이 유체 도입홈(22)과 연통하는 개구부(24), 그리고, 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 지름 방향 랜드부(R3)에 의해 둘러싸이는 지단부(25)를 갖는 환상의 홈부(23)로 이루어진다. 이에 따라, 부압 발생 기구(21)는, 상류측의 지단부(25)가 피밀봉 유체측 랜드부(R1)와 누설측 랜드부(R2) 사이에 배설되는 지름 방향 랜드부(R3)에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 격리되고, 하류측의 개구부(24)가 피밀봉 유체측에 연통한다. 홈부(23)의 깊이는 1μm~50μm이며, 유체 도입홈(22)은 50μm에서 1000μm이고, 유체 도입홈(22)은 홈부(23)에 대하여 깊게 형성되어 있다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 부압 발생 기구(21)의 내부에는, 부압 발생 기구(21)에 둘러싸인 섬 형상의 랜드부(26)가, 소정수(도 3의 실시예에서는 6개) 배설되어 있다. 랜드부(26)는, 내부 공간(26e)을 둘러싸는 벽부(26a, 26b, 26c)와, 상류측을 향하여 개구하는 개구부(26d)를 갖고, 내부 공간(26e)은 개구부(26d)에 의해 홈부(23)와 연통하고 있다. 랜드부(26)의 벽부(26a, 26b, 26c)가 상대측 슬라이딩면(S)(회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S))과 슬라이딩하는 면은, 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 지름 방향 랜드부(R3)와 대략 동일한 높이로 평활하게 마무리되어 있다. 또한, 랜드부(26)의 외형은 직사각형으로 형성되어 있지만, 이에 한정하지 않고, 삼각형, 오각형 이상의 다각형, 반원형, 반타원형 등으로 형성해도 좋다.
부압 발생 기구(21)의 바닥부에는, 가이드 그루브(29)가 마련되어 있다. 가이드 그루브(29)는, 부압 발생 기구(21)의 홈부(23)보다도 얕은 극세의 홈이 복수 배설되어 구성된다. 가이드 그루브(29)는, 피밀봉 유체측의 랜드부(R1)로부터 슬라이딩면(S)의 중앙부(평균 지름(Rm))를 향하여 둘레 방향으로 대략 등간격으로 배설되는 피밀봉 유체측 가이드 그루브(29a), 및, 누설측 랜드부(R2)로부터 슬라이딩면(S)의 중앙부(평균 지름(Rm))를 향하여 둘레 방향으로 대략 등간격으로 배설되는 누설측 가이드 그루브(29b)로 이루어진다. 피밀봉 유체측 가이드 그루브(29a) 및 누설측 가이드 그루브(29b)는 전체적으로 랜드부(26)의 개구부(26d)를 향하도록 배설되어 있다.
부압 발생 기구(21)는, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)으로부터 랜드부(26), 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 지름 방향 랜드부(R3)를 제외한 잔부로 이루어진다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 소정 방향(도 3, 도 4에서는 반시계 방향)으로 회전하면, 부압 발생 기구(21)의 홈부(23) 내의 유체는, 그 점성에 의해 회전측 밀봉환(3)의 이동 방향에 추종하여 하류측으로 흐르고, 최하류의 유체 도입홈(22)을 통과하여, 피밀봉 유체측으로 배출된다. 이 때문에, 부압 발생 기구(21)는, 홈부(23) 내에 공급되는 유체보다도 홈부(23) 내로부터 배출되는 유체가 많아지고, 부압 발생 기구(21) 내는 부압이 되어 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션 영역은, 액체의 유량 부족에 의해 액막이 파단된 결과 발생하는 기상 영역이다. 캐비테이션 영역 내에 있어서, 슬라이딩 토크는 점성이 작은 기체에 의한 마찰이 지배적이 되어, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 여기에서, 부압 발생 기구(21)는, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 평균 지름(Rm)에 걸쳐, 평균 지름(Rm)의 양측에 대략 동일한 폭으로 배설함으로써, 슬라이딩면(S)의 누설측으로부터 피밀봉 유체측에 걸쳐 넓은 범위에서 캐비테이션 영역으로 할 수 있다. 이에 따라, 슬라이딩면은, 넓은 범위에 걸쳐 점성이 작은 기체와 슬라이딩하기 때문에, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
그러나, 슬라이딩면(S)의 넓은 영역에서 캐비테이션 영역이 되면, 슬라이딩면(S)이 전체적으로 부압이 되어, 고정측 밀봉환(5)과 회전측 밀봉환(3)이 서로 흡착하여 접촉하여, 유체 윤활 상태를 유지할 수 없다. 그래서, 부압 발생 기구(21)의 내부에 랜드부(26)를 배치하여, 랜드부(26)의 쐐기 효과에 의해 정압을 발생시켜, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고 유체 윤활 상태로 할 수 있다. 또한, 랜드부(26)의 개수는, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고 유체 윤활 상태로 할 수 있으면 본 실시예에 한정하지 않고, 랜드부(26)의 개수는 6개보다 많아도, 적어도 좋다.
캐비테이션 영역은, 주로 기상의 영역이지만, 캐비테이션 영역의 내부에는 통상 액체의 흐름도 존재한다. 이 액체는 기체보다 무거워 부압 발생 기구(21)의 바닥부에 모이기 때문에, 가이드 그루브(29)를 부압 발생 기구(21)의 바닥부에 마련함으로써, 캐비테이션 영역 내의 액체를 부압 발생 기구(21)의 내부에 배설된 랜드부(26)로 효율 좋게 모을 수 있다. 그리고, 랜드부(26)의 개구부(26d)로 모인 액체는 랜드부(26)에 의한 쐐기 효과로 큰 정압이 발생하여, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고 유체 윤활 상태를 유지할 수 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 캐비테이션 영역 내의 액체는, 피밀봉 유체측 가이드 그루브(29a) 및 누설측 가이드 그루브(29b)에 의해 인도되고, 슬라이딩면(S)의 중앙부에는 띠 형상의 액상 영역이 형성된다. 또한 액상 영역은, 회전측 밀봉환(3)의 회전에 의해 랜드부(26)의 개구부(26d)로 인도되고, 랜드부(26)에 의한 쐐기 효과로 큰 정압이 발생하여, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고, 슬라이딩면(S)을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
또한, 액상 영역의 양측은 캐비테이션 영역이 되고, 슬라이딩 토크는 점성이 작은 기체에 의한 마찰이 지배적이 되기 때문에, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 또한, 캐비테이션 영역은 부압 영역으로 되어 있기 때문에, 부압 발생 기구(21)는, 부압을 이용하여 누설측으로부터 슬라이딩면(S) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용을 발휘하여, 누설을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 가이드 그루브(29)는, 피밀봉 유체측 가이드 그루브(29a) 및 누설측 가이드 그루브(29b)로 이루어지지만, 피밀봉 유체측 가이드 그루브(29a) 또는 누설측 가이드 그루브(29b)로 구성해도 좋다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 슬라이딩 부재는 이하의 효과를 나타낸다.
1. 부압 발생 기구(21)에 부압을 발생시켜, 부압 발생 기구(21)의 내부를 캐비테이션 영역으로 함으로써, 부압 발생 기구(21)에 있어서는 기체에 의한 마찰이 지배적이 되기 때문에, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
2. 캐비테이션 영역의 액체는 기체보다 무거워 부압 발생 기구(21)의 바닥부에 모이기 때문에, 가이드 그루브(29)를 부압 발생 기구(21)의 바닥부에 마련함으로써, 캐비테이션 영역 내에 남는 액체를 효율적으로 소정의 위치로 인도할 수 있다.
3. 가이드 그루브(29)에 의해 랜드부(26)로 인도된 캐비테이션 영역 내의 액체는, 랜드부(26)에 있어서 쐐기 효과에 의한 정압을 발생시켜, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고, 슬라이딩면(S)을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
4. 부압 발생 기구(21)는 부압 영역이 되기 때문에, 부압 발생 기구(21)는 부압에 의해 누설측으로부터 슬라이딩면(S) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용을 발휘하여, 누설을 저감할 수 있어, 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있다.
5. 부압 발생 기구(21)의 내부에 랜드부(26)를 배치함으로써, 랜드부(26)의 주변에 정압을 발생시켜 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고, 유체 윤활 상태로 할 수 있기 때문에, 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다. 부압 발생 기구(21) 내부의 캐비테이션 영역은, 마찰이 작은 기상 영역이 되기 때문에 슬라이딩 토크를 한층 저감할 수 있다. 부압 발생 기구(21)는, 부압 발생 기구(21) 내의 부압을 이용하여 펌핑 작용을 발휘하기 때문에, 누설을 매우 작게 할 수 있어 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 즉, 종래 기술과 같이 정압 발생 기구와 부압 발생 기구를 별개로 마련하는 일 없이, 하나의 부압 발생 기구(21)에 의해, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉성의 향상이라는 상반되는 성능을 달성할 수 있기 때문에, 슬라이딩 부재를 소형화할 수 있다.
실시예 3
본 발명의 실시예 3에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 5는 실시예 3에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것으로, 랜드부(36)의 형상 및 가이드 그루브(39)의 구성이 실시예 2와 상위할 뿐이며, 다른 구성은 실시예 2와 동일하다. 이하, 실시예 2와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은 부압 발생 기구(31)를 구비하고 있다. 부압 발생 기구(31)는, 피밀봉 유체측에 연통하는 유체 도입홈(32)과, 하류측이 유체 도입홈(32)과 연통하는 개구부(34), 그리고, 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 지름 방향 랜드부(R3)에 의해 둘러싸이는 지단부(35)를 갖는 환상의 홈부(33)로 이루어진다. 이에 따라, 부압 발생 기구(31)는, 상류측의 지단부(35)가 피밀봉 유체측 랜드부(R1)와 누설측 랜드부(R2) 사이에 배설되는 지름 방향 랜드부(R3)에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 격리되고, 하류측의 개구부(34)는 피밀봉 유체측과 연통한다. 홈부(33)의 깊이는 1μm~50μm이며, 유체 도입홈(32)은 50μm에서 1000μm이고, 유체 도입홈(32)은 홈부(33)에 대하여 깊게 형성되어 있다.
부압 발생 기구(31)의 내부에는 랜드부(36)가, 소정수(도 5의 실시예에서는 6개) 배설되어 있다. 랜드부(36)는 섬 형상 랜드부(36a)와, 섬 형상 랜드부(36a) 및 피밀봉 유체측의 랜드부(R1)를 접속하는 브리지부(36b)로 구성되어 있으며, 대략 L자 형상으로 구성되어 있다. L자형의 랜드부(36)와 피밀봉 유체측 랜드부(R1)에 둘러싸이는 내부 공간(36e)은, 부압 발생 기구(31)의 상류측을 향하여 개구하는 개구부(36d)를 통하여 부압 발생 기구(31)의 홈부(33)와 연통하고 있다. 랜드부(36)의 섬 형상 랜드부(36a) 및 브리지부(36b)가 상대측 슬라이딩면(S)(회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S))과 슬라이딩하는 면은, 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 지름 방향 랜드부(R3)와 동일한 높이로 평활하게 마무리되어 있다.
부압 발생 기구(31)의 바닥부에는, 가이드 그루브(39)가 마련되어 있다. 가이드 그루브(39)는, 부압 발생 기구(31)의 홈부(33)보다도 얕은 줄무늬 형상의 극세의 홈이며, 누설측 랜드부(R2)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 둘레 방향으로 대략 등간격으로 소정수 배설되어 있다. 가이드 그루브(39)는 전체적으로 랜드부(36)의 개구부(36d)를 향하도록 배설되어 있다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 소정 방향(도 5에서는 반시계 방향)으로 회전하면, 부압 발생 기구(31)의 홈부(33) 내의 유체는, 그 점성에 의해 회전측 밀봉환(3)의 이동 방향으로 추종하여 하류측으로 이동하고, 하류측의 유체 도입홈(32)을 통과하여, 피밀봉 유체측으로 배출된다. 이 때문에, 부압 발생 기구(31)는, 홈부(33) 내에 공급되는 유체보다도 홈부(33) 내로부터 배출되는 유체가 많아지고, 부압 발생 기구(31) 내는 부압이 되어 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션 영역 내는 기상의 영역이 되기 때문에, 슬라이딩 토크는 점성이 작은 기체에 의한 마찰이 지배적이 되어, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
그러나, 슬라이딩면(S)의 넓은 영역에서 캐비테이션 영역이 되면, 슬라이딩면(S)이 전체적으로 부압이 되어, 고정측 밀봉환(5)과 회전측 밀봉환(3)이 서로 흡착하여 접촉해 버리기 때문에, 유체 윤활 상태를 유지할 수 없다. 그래서, 부압 발생 기구(31)의 내부에 랜드부(36)를 배치하여, 랜드부(36)에 발생하는 쐐기 효과에 의해 정압을 발생시켜, 슬라이딩면(S)을 확장하고, 유체 윤활 상태를 유지하도록 하고 있다. 또한, 랜드부(36)의 개수는, 슬라이딩면(S)을 확장하고 유체 윤활 상태로 할 수 있으면 본 실시예에 한정하지 않고, 랜드부(36)의 개수는 6개보다 많아도, 적어도 좋다.
캐비테이션 영역의 내부에는 통상 액체의 흐름도 존재한다. 이 액체는 기체보다 무거워 부압 발생 기구(31)의 바닥부에 모이기 때문에, 가이드 그루브(39)를 부압 발생 기구(31)의 홈부(33)의 바닥부에 마련함으로써, 캐비테이션 영역 내의 액체를 부압 발생 기구(31)의 내부에 배설된 랜드부(36)의 개구부(36d)로 효율 좋게 모을 수 있다. 그리고, 랜드부(36)의 개구부(36d)로 모인 액체는 랜드부(36)에 의한 쐐기 효과로 큰 정압을 발생시켜, 유체 윤활 상태를 유지할 수 있다.
특히, 회전축(10)이 고속으로 회전하는 경우에는, 캐비테이션 영역의 내부의 액체는 원심력의 영향을 받기 쉬워져, 슬라이딩면(S)의 지름 방향 외측에 모이기 쉬워진다. 따라서, 회전측 밀봉환(3)이 고속으로 회전하는 경우에는, 랜드부(36)를 피밀봉 유체측(외경측)의 랜드부(R1)로부터 연설되는 대략 L자 형상으로 구성함으로써, 효율적으로 캐비테이션 영역 내의 액체를 랜드부(36)에 모을 수 있고, 랜드부(36)에 의한 쐐기 효과로 큰 정압을 발생시킬 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 실시예 3의 슬라이딩 부재는 이하의 효과를 나타낸다.
1. 부압 발생 기구(31)에 부압을 발생시켜, 부압 발생 기구(31)의 내부를 캐비테이션 영역으로 함으로써, 부압 발생 기구(31)에 있어서는 기체에 의한 마찰이 지배적이 되기 때문에, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
2. 회전측 밀봉환(3)이 고속으로 회전하는 경우에는, 캐비테이션 영역의 내부의 액체는 원심력의 영향을 받아 피밀봉 유체측에 모이기 쉬워지기 때문에, 랜드부(36)를 외경측의 랜드부(R1)로부터 연설되는 대략 L자 형상으로 구성함으로써, 효율적으로 캐비테이션 영역 내의 액체를 랜드부(36)에 모을 수 있다.
3. 가이드 그루브(39)에 의해 랜드부(36)로 인도된 캐비테이션 영역 내의 액체는, 랜드부(36)에 있어서 쐐기 효과에 의한 정압을 발생시켜, 슬라이딩면(S)을 확장하고, 슬라이딩면(S)을 유체 윤활 상태로 유지할 수 있다.
4. 부압 발생 기구(31)는 부압 영역이 되기 때문에, 부압에 의해 누설측으로부터 슬라이딩면(S) 내로 유체를 흡입하는 펌핑 작용을 발휘하기 때문에, 누설을 저감할 수 있어, 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있다.
5. 부압 발생 기구(31)는, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)의 평균 지름(Rm)의 양측에 걸쳐 형성하고, 피밀봉 유체측의 랜드부(R1)로부터 연설되는 대략 L자 형상의 랜드부(36)로 함으로써, 슬라이딩면(S)의 피밀봉 유체측을 정압 영역으로 하고 유체 윤활 기능을 발휘시켜 슬라이딩 토크를 저감시킴과 동시에, 슬라이딩면(S)의 누설측은 캐비테이션 영역에 의한 기상 영역으로 하여 슬라이딩 토크를 한층 저감할 수 있다. 또한, 부압 발생 기구(31) 내의 부압을 이용하여 펌핑 작용을 발휘시켜, 밀봉성의 향상을 달성할 수 있다. 즉, 종래 기술과 같이 정압 발생 기구와 부압 발생 기구를 별개로 마련하는 일 없이, 하나의 부압 발생 기구(31)에 의해, 슬라이딩 토크의 저감 및 밀봉성의 향상이라는 상반되는 성능을 달성할 수 있기 때문에, 슬라이딩 부재를 소형화할 수 있다.
실시예 4
본 발명의 실시예 4에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 6은 실시예 4에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것으로, 랜드부(46)의 형상이 실시예 3과 상위할 뿐이며, 다른 구성은 실시예 3과 동일하다. 이하, 실시예 3과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)은, 부압 발생 기구(41)를 구비하고 있다. 부압 발생 기구(41)는, 피밀봉 유체측에 연통하는 유체 도입홈(42)과, 하류측이 유체 도입홈(42)과 연통하는 개구부(44), 그리고, 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 지름 방향 랜드부(R3)에 의해 둘러싸이는 지단부(45)를 갖는 환상의 홈부(43)로 이루어진다. 이에 따라, 부압 발생 기구(41)는, 상류측의 지단부(45)가 피밀봉 유체측 랜드부(R1)와 누설측 랜드부(R2) 사이에 배설되는 지름 방향 랜드부(R3)에 의해 피밀봉 유체측 및 누설측과 격리되고, 하류측의 개구부(44)는 피밀봉 유체측에 연통한다. 홈부(43)의 깊이는 1μm~50μm이며, 유체 도입홈(42)은 50μm에서 1000μm이고, 유체 도입홈(42)은 홈부(43)에 대하여 깊게 형성되어 있다.
부압 발생 기구(41)의 내부에는, 소정수(도 6의 실시예에서는 6개)의 랜드부(46)가 배설되어 있다. 랜드부(46)는 첨두(尖頭) 형상의 섬 형상의 랜드부(46a)와, 랜드부(46a) 및 피밀봉 유체측의 랜드부(R1)를 접속하는 브리지부(46b)로 구성되어 있으며, 호상(弧狀)으로 구성되어 있다. 랜드부(46)는, 피밀봉 유체측 랜드부(R1)에 둘러싸이는 내부 공간(46e), 부압 발생 기구(41)의 상류측을 향하여 개구하는 개구부(46d)를 갖고, 개구부(46d)를 통하여 부압 발생 기구(41)의 홈부(43)에 연통하고 있다. 랜드부(46)의 첨두 형상의 랜드부(46a) 및 브리지부(46b)가 상대측 슬라이딩면(S)(회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S))과 슬라이딩하는 면은, 피밀봉 유체측 랜드부(R1), 누설측 랜드부(R2) 및 부압 발생 기구(41)의 지름 방향 랜드부(R3)와 동일한 높이로 평활하게 마무리되어 있다.
부압 발생 기구(41)의 바닥부에는, 가이드 그루브(49)가 마련되어 있다. 가이드 그루브(49)는, 홈부(43)보다도 얕은 줄무늬 형상의 극세의 홈이며, 누설측 랜드부(R2)로부터 피밀봉 유체측을 향하여 둘레 방향으로 대략 등간격으로 소정수 배설되어 있다. 가이드 그루브(49)는 전체적으로 랜드부(46)의 개구부(46d)를 향하도록 배설되어 있다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 소정 방향(도 6에서는 반시계 방향)으로 회전하면, 부압 발생 기구(41)의 홈부(43) 내의 유체는, 그 점성에 의해 회전측 밀봉환(3)의 이동 방향에 추종하여 이동하고, 하류측의 유체 도입홈(42)을 통과하여, 피밀봉 유체측으로 배출된다. 이 때문에, 부압 발생 기구(41)는, 홈부(43) 내에 공급되는 유체보다도 홈부(43) 내로부터 배출되는 유체가 많아지고, 부압 발생 기구(41) 내는 부압이 되어 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션 영역은, 기상 영역이 되기 때문에, 슬라이딩 토크는 점성이 작은 기체에 의한 마찰이 지배적이 되어, 종래의 액체에 의한 유체 윤활에 비하여 슬라이딩 토크를 저감할 수 있다.
그러나, 슬라이딩면(S)의 넓은 영역에서 캐비테이션 영역이 되면, 슬라이딩면(S)이 전체적으로 부압이 되어, 고정측 밀봉환(5)과 회전측 밀봉환(3)이 서로 흡착하여 접촉하기 때문에, 유체 윤활 상태를 유지할 수 없다. 그래서, 부압 발생 기구(41)의 내부에 랜드부(46)를 배치하여, 랜드부(46)의 주변에 쐐기 효과에 의한 정압을 발생시켜, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고 유체 윤활 상태를 유지하도록 하고 있다. 또한, 랜드부(46)의 개수는, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고 유체 윤활 상태로 할 수 있으면 본 실시예에 한정하지 않고, 랜드부(46)의 개수는 6개보다 많아도, 적어도 좋다.
캐비테이션 영역은 기상의 영역이지만, 캐비테이션 영역의 내부에는 통상 액체의 흐름도 존재한다. 이 액체는 기체보다 무거워 부압 발생 기구(41)의 바닥부에 모이기 때문에, 가이드 그루브(49)를 부압 발생 기구(41)의 바닥부에 마련함으로써, 캐비테이션 영역 내의 액체를 부압 발생 기구(41)의 내부에 배설된 랜드부(46)의 개구부(46d)로 효율 좋게 모을 수 있다. 그리고, 랜드부(46)의 개구부(46d)로 모인 액체는 랜드부(46)에 의한 쐐기 효과로 큰 정압을 발생시켜, 유체 윤활 상태를 유지할 수 있다.
랜드부(46)의 내부 공간(46e)은, 상류측의 개구부(46d)로부터 하류측을 향하여 끝이 가는 유로로 되어 있기 때문에, 랜드부(46)로 인도된 캐비테이션 영역 내의 액체는 끝이 가는 유로에 의한 좁힘 효과와, 랜드부(46)에 의한 쐐기 효과에 의해, 더욱 큰 정압을 발생시킬 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 실시예 4에 따른 슬라이딩 부재는, 실시예 3의 효과에 더하여, 이하의 효과를 나타낸다.
랜드부(46)는 상류측의 개구부(46d)로부터 하류측을 향하여 끝이 가는 유로에 형성되기 때문에, 랜드부(46)로 인도된 캐비테이션 영역 내의 액체는 끝이 가는 유로에 의한 좁힘 작용에 의한 승압 효과와, 랜드부(46)에 의한 쐐기 효과에 의해, 실시예 2 및 3보다도 더욱 큰 정압을 발생시킬 수 있다.
실시예 5
본 발명의 실시예 5에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 7은 실시예 5에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것으로, 실시예 4의 부압 발생 기구(41)를 슬라이딩면(S)에 복수 마련한 점에서 실시예 4와 상위하다. 그 외의 구성은 실시예 4와 동일하다. 이하, 실시예 4와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 홈부(43) 내에 소정수(도 7의 실시예에서는 2개소)의 랜드부(46), 및 가이드 그루브(49)를 구비하는 부압 발생 기구(41)가, 지름 방향 랜드부(R3)를 사이에 끼워 둘레 방향으로 소정수(도 7에서는 3개) 배설되어 있다. 또한, 지름 방향 랜드부(R3)를 사이에 끼워 둘레 방향으로 배설되는 부압 발생 기구(41)의 개수는, 실시예에 한정하지 않고, 2개 혹은 4개, 5개 또는 6개 이상이라도 좋다.
실시예 5에 있어서, 복수의 랜드부(46)가 배치된 부압 발생 기구(41)가, 지름 방향 랜드부(R3)를 사이에 끼워 둘레 방향으로 3개 마련되어 있기 때문에, 슬라이딩면(S)은 복수의 개소로부터 유체 도입홈(42)에 의해 유체가 공급되기 때문에, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 유체 도입홈(42)으로부터 공급되는 유체에 의해, 슬라이딩면(S)의 윤활에 기여할 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 실시예 5에 따른 슬라이딩 부재는, 실시예 4의 효과에 더하여, 이하의 효과를 나타낸다.
유체 도입홈(42)이 복수 마련됨으로써, 슬라이딩면(S)은 둘레 방향의 복수의 개소에서 유체 도입홈(42)으로부터 유체가 공급되기 때문에, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 복수의 유체 도입홈(42)으로부터 둘레 방향으로 균등하게 공급되는 유체에 의해, 슬라이딩면(S)의 윤활에 기여할 수 있다.
실시예 6
본 발명의 실시예 6에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 8은 실시예 6에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것으로, 실시예 5와 랜드부(46)의 개수가 상이한 점에서 실시예 5와 상위하지만, 그 외의 구성은 실시예 5와 동일하다. 이하, 실시예 5와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는, 홈부(43) 내에 1개의 랜드부(46), 및 가이드 그루브(49)를 구비하는 부압 발생 기구(41)가, 지름 방향 랜드부(R3)를 사이에 끼워 둘레 방향으로 소정수(도 8에서는 3개) 배설되어 있다. 또한, 지름 방향 랜드부(R3)를 사이에 끼워 둘레 방향으로 배설되는 부압 발생 기구(41)의 개수는, 실시예에 한정하지 않고, 2개 혹은 4개, 5개 또는 6개 이상이라도 좋다.
부압 발생 기구(41) 내의 흐름은, 하류측에 마련된 1개의 랜드부(46)에 집중시킬 수 있기 때문에, 1개의 부압 발생 기구(41) 내에 복수의 랜드부(46)를 마련하는 경우보다도 큰 정압을 발생시킬 수 있다. 소형의 슬라이딩 부재로, 슬라이딩면(S)에 큰 압력을 발생시키고 싶은 경우에 적합하다.
이상 서술한 바와 같이, 실시예 6에 따른 슬라이딩 부재는, 실시예 5의 효과에 더하여, 이하의 효과를 나타낸다.
복수의 부압 발생 기구(41)는, 각각 하류측에 1개의 랜드부(46)를 마련함으로써, 캐비테이션 영역 내의 유체의 흐름을 1개의 랜드부(46)에 집중시킬 수 있고, 끝이 가는 유로에 의한 승압 효과와, 랜드부(46)에 의한 쐐기 효과에 의해, 큰 정압을 발생시킬 수 있다.
실시예 7
본 발명의 실시예 7에 따른 슬라이딩 부재에 대해서 설명한다. 도 9는 실시예 7에 따른 슬라이딩 부재의 슬라이딩면(S)을 나타낸 것으로, 부압 발생 기구(41)의 지름 방향 랜드부(R4) 내에 정압 발생 기구(47)를 마련한 점에서, 실시예 6과 상위하지만, 그 외의 구성은 실시예 6과 동일하다. 이하, 실시예 6과 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에는 홈부(43) 내에 소정수(도 9의 예에서는 1개)의 랜드부(46) 및 가이드 그루브(49)가 배설된 부압 발생 기구(41)가, 지름 방향 랜드부(R4)를 사이에 끼워 둘레 방향으로 소정수(도 9에서는 3개) 배설되어 있다. 부압 발생 기구(41)의 대략 전역을 덮는 가이드 그루브(49)는 최하류측에 마련된 1개의 랜드부(46)를 향하도록 배설된다. 또한, 지름 방향 랜드부(R4)를 사이에 끼워 둘레 방향으로 배설되는 부압 발생 기구(41)의 개수는, 실시예에 한정하지 않고, 2개 혹은 4개, 5개 또는 6개 이상이라도 좋다. 또한, 부압 발생 기구(41)의 각각에 마련되는 랜드부(46)의 개수는, 슬라이딩면(S) 사이를 확장하고 유체 윤활 상태로 할 수 있으면 본 실시예에 한정하지 않고, 랜드부(46)의 개수는 2개 혹은 3개 이상이라도 좋다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 피밀봉 유체측 랜드부(R1) 및 누설측 랜드부(R2)의 사이의 지름 방향 랜드부(R4) 내에는, 정압 발생 기구(47)가 마련되어 있다. 정압 발생 기구(47)는 축방향으로부터 보아 직사각 형상이고, 바닥이 있는 홈부이며, 유체 도입홈(42)에 연통하는 개구부(47a)를 갖고, 개구부(47a) 이외의 부분은 지름 방향 랜드부(R4)에 의해 둘러싸여 있다.
상대측의 슬라이딩 부재(회전측 밀봉환(3))가 소정 방향(도 9에서는 반시계 방향)으로 회전하면, 유체 도입홈(42)으로부터 개구부(47a)를 통과하여 정압 발생 기구(47)로 유체가 유입된다. 정압 발생 기구(47)로 유입된 유체는 정압 발생 기구(47) 내에서 막혀, 쐐기 효과에 의해 정압이 발생한다. 이 정압에 의해, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 기동시의 액막 형성을 보조시키는 것이 가능하게 된다.
이상 서술한 바와 같이, 실시예 7에 따른 슬라이딩 부재는, 실시예 6의 효과에 더하여, 이하의 효과를 나타낸다.
부압 발생 기구(41)의 지름 방향 랜드부(R4) 내에 정압 발생 기구(47)를 마련함으로써, 기동시 등의 저속 회전 상태에 있어서 유체 윤활 상태가 충분하지 않을 때라도, 정압 발생 기구(47)가 발생시키는 정압에 의해, 기동시의 액막 형성을 보충할 수 있다.
또한, 정압 발생 기구(47)는 축방향으로부터 보아 직사각 형상이라고 했지만, 이에 한정하지 않고, 삼각형, 오각형 등의 다각형, 반원, 반타원 등의 형상이라도 좋다.
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.
상기 실시예에 있어서, 외주측이 피밀봉 유체측, 내주측을 누설측이라고 하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 내주측이 피밀봉 유체측, 외주측이 누설측인 경우도 적용 가능하다.
부압 발생 기구, 랜드부 및 가이드 그루브를 고정측 밀봉환(5)의 슬라이딩면(S)에 마련했지만, 회전측 밀봉환(3)의 슬라이딩면(S)에 마련해도 좋다.
1 메커니컬 시일
2 슬리브
3 회전측 밀봉환
4 하우징
5 고정측 밀봉환
6 코일드 웨이브 스프링
7 벨로우즈
8 패킹
9 케이싱
10 회전축
21 부압 발생 기구
22 유체 도입홈
23 홈부
24 개구부
25 지단부
26 랜드부
26a 벽부
26b 벽부
26c 벽부
26d 개구부
26e 내부 공간
29 가이드 그루브
29a 피밀봉 유체측 가이드 그루브
29b 누설측 가이드 그루브
31 부압 발생 기구
32 유체 도입홈
33 홈부
34 개구부
35 지단부
36 랜드부
36b 브리지부
39 가이드 그루브
41 부압 발생 기구
42 유체 도입홈
43 홈부
44 개구부
45 지단부
46 랜드부
46a 랜드부
46b 브리지부
46d 개구부
46e 내부 공간
47 정압 발생 기구
47a 개구부
49 가이드 그루브
R1 피밀봉 유체측 랜드부
R2 누설측 랜드부
R3 지름 방향 랜드부
R4 지름 방향 랜드부
Rm 평균 지름
S 슬라이딩면
2 슬리브
3 회전측 밀봉환
4 하우징
5 고정측 밀봉환
6 코일드 웨이브 스프링
7 벨로우즈
8 패킹
9 케이싱
10 회전축
21 부압 발생 기구
22 유체 도입홈
23 홈부
24 개구부
25 지단부
26 랜드부
26a 벽부
26b 벽부
26c 벽부
26d 개구부
26e 내부 공간
29 가이드 그루브
29a 피밀봉 유체측 가이드 그루브
29b 누설측 가이드 그루브
31 부압 발생 기구
32 유체 도입홈
33 홈부
34 개구부
35 지단부
36 랜드부
36b 브리지부
39 가이드 그루브
41 부압 발생 기구
42 유체 도입홈
43 홈부
44 개구부
45 지단부
46 랜드부
46a 랜드부
46b 브리지부
46d 개구부
46e 내부 공간
47 정압 발생 기구
47a 개구부
49 가이드 그루브
R1 피밀봉 유체측 랜드부
R2 누설측 랜드부
R3 지름 방향 랜드부
R4 지름 방향 랜드부
Rm 평균 지름
S 슬라이딩면
Claims (9)
- 슬라이딩면에서 서로 상대 슬라이딩하는 한 쌍의 슬라이딩 부재로서,
상기 슬라이딩 부재는 환상이며, 상기 슬라이딩 부재의 외주측 및 내주측의 한쪽은 누설측, 다른 한쪽은 피밀봉 유체측이고,
적어도 한쪽의 상기 슬라이딩면은, 누설측의 랜드부에 의해 누설측과 격리된 부압 발생 기구와, 상기 부압 발생 기구 내에 배설(配設)되는 랜드부를 구비하고, 상기 부압 발생 기구 내에 배설되는 상기 랜드부는 상기 부압 발생 기구에 둘러싸이는 섬 형상의 랜드부이고, 상기 섬 형상의 상기 랜드부는 피밀봉 유체측의 랜드부로 연설(延設)되는 브리지부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재. - 제1항에 있어서,
상기 부압 발생 기구는, 누설측으로부터 상기 부압 발생 기구 내에 배설되는 상기 랜드부로 향하는 가이드 그루브를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 부압 발생 기구는, 누설측 및 피밀봉 유체측의 각각으로부터 상기 부압 발생 기구 내에 배설되는 상기 랜드부로 향하는 가이드 그루브를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 부압 발생 기구는, 상기 슬라이딩면으로부터 상기 섬 형상의 상기 랜드부, 상기 피밀봉 유체측의 상기 랜드부, 상기 누설측의 상기 랜드부, 상기 피밀봉 유체측의 상기 랜드부와 상기 누설측의 상기 랜드부와의 사이에 배설되는 지름 방향 랜드부를 제외한 잔부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 부압 발생 기구는, 상기 슬라이딩면의 평균 지름에 걸쳐 배설되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 부압 발생 기구는, 피밀봉 유체측에 연통하는 유체 도입홈과, 하류측이 상기 유체 도입홈에 연통하는 개구부 및 상류측이 상기 피밀봉 유체측의 상기 랜드부와 상기 누설측의 상기 랜드부와의 사이에 배설되는 지름 방향 랜드부에 의해 둘러싸이는 지단부(止端部)를 갖는 홈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재. - 제6항에 있어서,
상기 지단부를 둘러싸는 상기 지름 방향 랜드부 내에는, 일단이 상기 유체 도입홈에 연통하는 정압 발생 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 부압 발생 기구는, 상기 슬라이딩면에 복수 배설되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 부압 발생 기구 내에 배설되는 상기 랜드부는, 상기 부압 발생 기구 내에 복수 배설되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
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