板ブラシシール装置
【課題】板ブラシシールとロータとの間隙が開いてもシール効果を向上させる。更に、回転軸からの押圧力に対する板ブラシシールの弾性変形を向上させ、板ブラシシールが回転軸により摩耗させられるのを低減する。又、板ブラシシールの回転軸の外周面との変動に対応する追随性を良好にしてシール能力を向上させる。
【解決手段】薄板の他方の部品の相対面側にスリットを設けてブラシ部分に形成された板ブラシ部と共に、板ブラシ部と反対側に一方の部品に固着される基部から成る取付部を有する板ブラシシール単板が積層された板ブラシシール２を有する板ブラシシール装置１である。被封流体の圧力方向へ内径の異なる寸法の凹層１３と凸層１２の板ブラシシール単板を積層して、凹層１３が凸層１２で挟まれるように、自由端面に凹凸部を形成した。
【解決手段】薄板の他方の部品の相対面側にスリットを設けてブラシ部分に形成された板ブラシ部と共に、板ブラシ部と反対側に一方の部品に固着される基部から成る取付部を有する板ブラシシール単板が積層された板ブラシシール２を有する板ブラシシール装置１である。被封流体の圧力方向へ内径の異なる寸法の凹層１３と凸層１２の板ブラシシール単板を積層して、凹層１３が凸層１２で挟まれるように、自由端面に凹凸部を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、航空機、ガスタービン等の回転軸と相対移動する相手部品との間をシールする薄板をブラシ状にすると共に、自由端面が凹凸に形成されている板ブラシシール装置に関する。特に、相対移動する二部品間で一方部品が変動をしても板ブラシシールが一方部品の変動に追随して弾性変形すると共に、他方の部品との間隙を効果的にシールするようにした板ブラシシール装置の技術分野に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関する先行技術には、図８に示すブラシシール装置１００が存在する。
【０００３】
図８は、回転軸１２０が貫通するケーシング１１０との間に取り付けられたブラシシール装置１００の断面図である。そして、このケーシング１１０は、蒸気タービンやガスタービンの部品であって、 ブラシシール装置１００がケーシング１１０と回転軸１２０との間を仕切るようにして被密封流体をシールしているものである。
【０００４】
図８において、ブラシシール装置１００は、リング状に形成されて、ケーシング１１０の溝部１１２に取り付けられている。このブラシシール装置１００の主要な構成は、ブラシシール１０９と背板１０２と支持板１０３である。このブラシシール１０９は、剛毛１０１が円周に沿って壁状に配列され、一端部が結合されて取付部１０４を形成している。そして、ブラシシール１０９の自由端面１０５は回転軸１２０に対向する。この剛毛１０１の線径は、一般に、０．０２ｍｍから０．５ｍｍのものが用いられている。そして、その本数は何万、何十万本と用いられている。
【０００５】
このブラシシール１０９の側面には、環状をした背板１０２が側面１０８をブラシシール１０９と接触状態にして配置され、被密封流体の圧力の作用に対して剛毛１０１を支持している。
【０００６】
又、ブラシシール１０９の他方の面には、保持板１０３がリング板に形成されて背板１０２との間でブラシシール１０９の取付部１０４側を狭持するごとく一体に配置されている。この保持板１０３は、被密封流体がブラシシール１０９の側面に作用できるように径方向の幅が狭くされてブラシシール１０９を露出させている。
【０００７】
そして、背板１０２とブラシシール１０９の取付部１０４と保持板１０３とは、一端が溶接されて結合部１０６に形成されている。
【０００８】
図９は、ブラシシール１０９の１部の正面図である。この図１０のブラシシール装置１００は、ブラシシール１０９と回転軸１２０とが揺動しない正常に嵌合した状態であって、剛毛１０１は、直線状を成して回転軸１２０の径方向に対して回転する方向へ傾斜している。このブラシシール１０９の正常状態は、図８の実線で示すように回転軸１２０が自由端面１０５に接触又は近接しているものである。
【０００９】
図１０（ａ）は、ブラシシール１０９の自由端面側を斜視図にしたものである。図１０に於いて、自由端面１０５は、ブラシシール１０９に製作後回転軸に嵌合するようにワイヤ放電加工機などにより精密仕上げ加工されている。しかし、剛毛１０１は変形しやすいので、この加工が極めて困難になっている。又、自由端面１０５を精密に仕上げ加工することも困難である。
【００１０】
更に、他の従来技術として特許文献１には、図１１に示すブラシシール装置が開示されている。この図１１には、板シール２０９として薄板を回転軸１２０の周方向に重ねて高圧側領域Ｐ１と低圧側領域Ｐ２をシールするものである。
【００１１】
そして、板シール２０９の外周部はろう付けされて取付部１０４に形成されていると共に、このろう付けされた取付部１０４を介してケーシング１１０の溝部に取り付けられる。又、板シール２０９の低圧側領域Ｐ２の側面には背板１０２が配置されていると共に、高圧領域側Ｐ１の側面には保持板１０３が配置され、この両板１０２，１０３により板シール２０９の両側を支持している。
【００１２】
しかし、この様に形成された板シール２０９に対し、回転軸１２０が偏心して圧接したときに、重ねられて環状体を成す板シール２０９は、弾性変形する逃げ場を失って、弾性変形に対応するバネ常数が大きくなるので、回転軸６０の偏心に対して追随することが困難になる問題を惹起している。このために板シール２０９とロータ１２０の外周面との間隔を大きくとっているので、被密封流体のシールに問題が生じてくる。
【００１３】
更に、被密封流体の圧力が作用する方向に接合して重ねられた板シール２０９は、その接合面間方向に作用する被密封流体の圧力により隙間が生じるから、被密封流体の漏れに対してシール能力に問題が生じてくる。
【００１４】
更に、環状方向に薄板を積層した板シール２０９は環状全体では数十万枚にも成る場合があるから、その製作が極めて困難である。更に又、板シール２０９の環状体の内周長さに対して外周長さは長くなるから、その長くなる分、外周側にスペーサを設けなければ成らず、接合面間に間隙が生じることになる。この点からもシール能力の問題が存する。更に又、可撓性が阻害される構成の積層状態は、板シール２０９の自由端面１０５を早期に摩耗させる結果となっている。
【００１５】
上述のごとく構成されたブラシシール装置１は、回転軸１２０が振動や揺動などにより、ブラシシール１０９に接触すると、ブラシシール１０９は、図９（ｂ）に示すように回転軸１２０と圧接された状態になりながら傾斜角度も増加させる。
【００１６】
この状態で、被密封流体の圧力が高圧Ｐ１の場合には、図８に示すように、低圧Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなるから、ブラシシール１０９の直線状の剛毛１０１は、全体が背板部に押しつけられた状態で撓みにくくなり、回転軸１２０に対して追随性を悪化させる。
【００１７】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のブラシシール１０９の内径側自由端面１０５から見た正面図である。
【００１８】
この図１０（ａ）と図１０（ｂ）に於いて、直線状の剛毛１０１間に被密封流体が侵入すると内周面側から見て図１０（ａ）の様に配列されている各剛毛１０１は、図１０（ｂ）に示すように剛毛１０１間が開くように押し分けられるので、この分けられた間隙から被密封流体が漏洩することになる。この作用は更に、傾斜した状態の剛毛１０１が圧力により分けられると、分けられた一方側が、傾斜角度を小さくするように変位しようとするので、剛毛１０１の変形状態に於いて径方向の長さが長い状態になり、回転軸１２０との圧接力を更に増加させて摩耗することになる。
【００１９】
この様な状態と共に、図８に於いて、ブラシシール１０１の回転軸１２０に圧接した位置に対し（図９（ｂ）の状態）、軸心の径方向反対側は剛毛１０１の自由端面１０５と回転軸１２０との隙間Ｃは、図８の仮想線の回転軸１２０に示すように揺動して、大きく開くと共に、この間隙Ｃから被密封流体の漏れが惹起する。
【００２０】
又、図１１の板シール２０９に於いても、被密封流体が作用する方向に薄板が接合しているので、被密封流体が作用すると、図１０（ｂ）と同様に薄板の接合面間が分けられるので、被密封流体が漏洩することになる。更に、板シール２０９の自由端面１０５は可撓性が阻害されるから、ロータ６０との間隙を大きくしなければ成らず、シール能力に問題が生じてくる。又、摩擦により摩耗を早めることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平１０−１９６８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その技術的課題は、板ブラシシールとロータとの間隙が開いてもシール効果を向上させることにある。
更に、回転軸からの押圧力に対する板ブラシシールの弾性変形を向上させ、板ブラシシールが回転軸により摩耗させられるのを低減することにある。
【００２３】
又、板ブラシシールの回転軸の外周面との変動に対応する追随性を良好にしてシール能力を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は上述のような課題を解決するために成されたものであって、その課題を解決するための技術的手段は以下のように構成されている。
【００２５】
本発明の板ブラシシールは、間隙を有して相対回動する構成部品間の前記一方の部品に取付けられて前記他方の部品との間をシールする板ブラシシール装置であって、
薄板の前記他方の部品の相対面側にスリット（９）を設けてブラシ部分（８）に形成された板ブラシ部（２ａ）を有すると共に、前記板ブラシ部（２ａ）と反対側に前記一方の部品に固着される基部（２ｂ）から成る取付部（３）を有する板ブラシシール単板（２Ｐ）が積層された板ブラシシール（２）と、
前記板ブラシシール（２）の取付部（３）と結合して前記板ブラシシール（２）の側面が支持される支持面（７）を有する背板部（６）と、
前記板ブラシシール（２）の前記取付部（３）を前記背板部（６）との間で保持する保持部（１０）とを具備し、
前記板ブラシシール（２）は被封流体の圧力方向へ内径の異なる寸法の凹層（１２Ａ）と凸層（１２Ｂ）の板ブラシシール単板を積層して自由端面（５）に凹凸部（１３）を形成したものである。
【００２６】
本発明の板ブラシシール装置では、薄板の一方側が短冊状に加工されてその自由端面が他方の部品の相対面と対向する形の複数の板ブラシシール単板を形成し、その一方は内径の大きな寸法の凹層と、他方は内径の小さな寸法の凸層に形成し、その径の異なる板ブラシシール単板を交互に積層して自由端面に凹凸部を形成したものであるから、弾性変形が付与されて自由端面を他方の対向面に近接状態に嵌合させることが可能になる。
【００２７】
更に、例え、ロータが揺動して自由端面と他方の対向面との間に間隙が生じても凹凸部により被密封流体が絞られるので、粘性抵抗と共に、凹凸部間を流れる流体の拡大損失と熱力学的損失とが加わるために、この凹凸部を流れる流体の流体抵抗が大きくなり、被密封流体の漏れを小さくすることが出来る。
【００２８】
しかも、従来の剛毛より成るブラシシールは、数十万本から成るために内周面をワイヤー放電加工等で正確な円周面に成るように精密加工しなければならなかったが、板ブラシシールの自由端面と他方の部品との間隙が広なっても凹凸部により流体抵抗が大きくなり、シール効果が生じるから、自由端面を精密に仕上げなくとも良いことになる。
【００２９】
又、板ブラシシールに対して他方の部品であるロータが揺動して圧接すると、圧接した軸心と対称となる側に間隙Ｃ（図８参照）が生じる。しかし、板ブラシシールの自由端面に設けられた凹凸部によりロータとの間隙を流れる流体の大きな抵抗によりシール能力が向上する。従って、揺動するロータに対して優れたシール効果を奏する。
【００３０】
更に、板ブラシシールは取付部側が短冊状に加工されてない薄板の基部で一体化されており、板ブラシシールを重ねるのみで取付部が形成されるから、剛毛を何十万本と無く溶接して取付部に形成するものに比べて取付部を形成するのが極めて容易である。
【００３１】
好ましくは、本発明の板ブラシシール装置は、前記凹層（１２Ａ）を形成する板ブラシシール単板（２Ｐ）が他方の部品の移動方向にスリット（９）が傾斜していると共に、凸層（１２Ｂ）を形成する板ブラシシール単板（２Ｐ）のスリット（９）がＳ形に又はＳ形の自由端面側が径方向に直線梁（１４）に形成されているものである。
【００３２】
本発明の板ブラシシール装置では、凸層が他方の部品である、例えばロータに近接状態に配置されている場合には、ロータが揺動して板ブラシシールの自由端面に圧接したときに、凸層に設けられたスリットがＳ形に形成されているので、圧接状態になれば、ブラシ部分がロータに対して弾性変形して圧接力を弱める働きをする。このため、板ブラシシールはロータとの摩擦による摩耗が防止できる。
【００３３】
又、凹層はスリットが傾斜した形に形成されているから、Ｓ形状を成すブラシ部分は傾斜したブラシ部分よりばね常数を小さくして径方向に弾性的変形力を発揮し、傾斜したブラシ部分を複合的に支持することができる。そして、傾斜方向を成す凹層と複合しながら柔軟な作用力を受け、複雑な振動力によるロータの圧接に対して追随しながら複合的弾性力で対応することができる。このためよりロータの振動力に対して効果的にシール効果を発揮することが可能になる。又、同一方向でないスリットの組合せは、互いにスリット間隔を閉鎖し合うのでシール能力を発揮する。
【００３４】
好ましくは、本発明の板ブラシシール装置は、前記スリットが前記他方の部品の移動する方向に傾斜しているものである。
【００３５】
本発明の板ブラシシール装置では、スリットが、例えば、ロータの回転方向に傾斜している場合には、ロータと圧接しても傾斜方向に弾性的に曲げられて圧接力を緩和することが可能になる。このために板ブラシシールの摩擦による摩耗が防止される。
【００３６】
好ましくは、本発明の板ブラシシール装置は、各前記板ブラシシール単板のスリットが積層方向に交差するものである。
【００３７】
本発明の板ブラシシール装置では、前記板ブラシシール単板のスリットが積層方向に交差している場合に、互いに隣接するブラシ部分によりスリットの間隙が閉鎖されるので、被密封流体は板状態に変態する板ブラシシールにより効果的にシールすることが可能になる。
【００３８】
好ましくは、本発明の板ブラシシール装置は、前記凸層を形成する前記板ブラシシール単板が他方の部品の移動方向にスリットが傾斜していると共に、前記凹層を形成する前記板ブラシシール単板がスリットのない薄板又は凹層のブラシ部分の幅が凸部のブラシ部分の幅より大きい薄板に形成されているものである。
【００３９】
本発明の板ブラシシール装置では、凸層のスリットが、例えばロータの回転方向へ傾斜している場合には、ロータの回転方向に弾性的に追随することが可能である。このために摩擦による摩耗が防止される。
【００４０】
そして、凹層の板ブラシシール単板はスリットがないか、又はスリットとスリットとの間隔が大きい寸法、つまりブラシ部分の幅が大きい寸法の板ブラシシールに形成されているから、一方の部品と他方の部品との間隙は凹層により確実に被密封流体がシールされる。従って、凸層による弾性的追随性と共に、凹層により被密封流体をシールする優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係わる第１実施の形態を示す板ブラシシール装置の半断面図である。
【図２】図１の軸方向の正面図である。
【図３】本発明に係わる第２の実施の形態の板ブラシシール単板の平面図である。
【図４】（ａ）は本発明に係わる第３実施の形態を示す板ブラシシール装置の内径から見た１部平面図、（ｂ）は図４（ａ）のＣ部の拡大図である。
【図５】本発明に係わる第４の実施の形態を示す板ブラシシール装置の凹凸部を示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明に係わる第５の実施の形態を示す板ブラシシール装置の板ブラシシールの平面図、（ｂ）は本発明に係わる第６の実施の形態を示す板ブラシシール装置の板ブラシシールの断面図である。
【図７】本発明に係わる第７の実施の形態を示す板ブラシシールの平面図である。
【図８】従来例のブラシシール装置の半断面図である。
【図９】（ａ）は図８の１部平面図、（ｂ）は図８の状態に於いてロータが偏心した状態のブラシシール装置の平面図である。
【図１０】（ａ）は図８の板ブラシ部の斜視図、（ｂ）は図１０のブラシシール装置に被密封流体が作用して剛毛間が開いた状態の内径側から見た平面図である。
【図１１】従来例の他のブラシシール装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明に係わる実施の形態についての板ブラシシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下の図面は不正確な概念図ではなく、形状が正確な寸法の設計図である。
図１は、ガスタービンのケーシング５０とロータ６０との間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切る板ブラシシール装置１の断面図である。又、図２は、軸に嵌合した状態の図１に示す板ブラシシールの平面図である。更に、図３は、板ブラシシール単板の平面図である。
【００４３】
図１において、１は板ブラシシール装置である。この板ブラシシール装置１の外周側の固定部２０は、構成部品の一方の部品であるケーシング５０の内周面に設けられた段部５１にスナップリング１２を介して取り付けられている。尚、固定部は組み合わせた構造の溝部５１に取り付けることできる。又、板ブラシシール装置１の内周側の自由端部５は他方の部品であるロータ６０の外周面と対向して接面又は近接した状態に配置されている。そして、板ブラシシール装置１により高圧Ｐ１側の被密封流体をシールする。
【００４４】
板ブラシシール装置１は、板ブラシシール２、背板部６及び保持部１０が主要な構成である。
【００４５】
このうちの板ブラシシール２は、図２に示すように、環状を成す薄板の内周側がロータ６０の回転方向へ傾斜したスリット９に加工されて短冊状に形成されており、このスリット９により内周板が板ブラシ部２ａに構成されていると共に、外周板の基部２ｂが取付部３を構成する。
【００４６】
この板ブラシ部２ａは、環状の薄板の内径側が細かい短冊状に形成されて断面が矩形状のブラシ部分８に形成されているものである。そして、ロータ（回転軸）６０の軸方向へ板ブラシシール単板２Ｐが複数枚を積層状態に配置して壁に形成している。又外周端部が溶接により一体化されて取付部３を形成している。
【００４７】
この板ブラシシール２は、板ブラシシール単板２Ｐが被密封流体の圧力が作用する方向へ積層されて一体を成している。この積層された板ブラシシール単板２Ｐは、内径が異なる凹層１２Ａと凸層１２Ｂを交互に積層して自由端面５に凹凸部１３を形成しているものである。この凹層１２Ａ及び凸層１２Ｂは各１枚の場合もあるが複数枚を積層して、それを更に交互に積層するものである。これは、凹凸部によるシール効果の程度により設定される。
【００４８】
この凹凸部１３はロータ６０の外周面と平行に凹凸に形成されるが、低圧Ｐ２に向かって階段状に次第に大径に成る凹凸部に形成することもできる。更に凹凸部１３は、１つの凹層１２Ａが低圧側に向かって内径が小径になる板ブラシシール単板２Ｐを積層して１つの凹層１２Ａを断面階段状に形成し、この凹層１２Ａを凹凸部１３に採用した実施例もある。
【００４９】
上述の板ブラシシール２は、一実施例として、リング状を成す薄板の内周側に３角形状の間隙を成すスリット９を設けてブラシ部分の断面が角形状（矩形又は正方形）に形成されていると共に、その断面寸法の１辺は、０．５〜０．００５×０．５〜０．００５ｍｍ、好ましくは０．２０〜０．００８×０．２〜０．０１８ｍｍである。又、長さは５〜５０ｍｍの範囲である。更に、壁の厚さは０．４〜５ｍｍの範囲にしたが、この厚さは、被密封流体の圧力により決められるものである。
【００５０】
更に、板ブラシシール２の材質は、鋼、ステンレス、ニッケル基の合金、セラミック材等が用いられる。
【００５１】
図３に示す板ブラシシール単板２Ｐは、本発明に係わる第２の実施の形態である。この板ブラシシール単板２Ｐを被密封流体の圧力の大きさに応じて複数枚を積層に重ね合わせて板ブラシシール２に構成する。そして、板ブラシシール単板２Ｐは、環状を成す薄板の内周側をエッチング処理加工、プレス加工、放電加工等の方法によりスリット９に加工して短冊状に形成した板ブラシ部２ａを設けている。又、外周側はスリットのない薄板の基部２ｂに形成されて板ブラシ部２ａがばらつかないように一体化している。
【００５２】
又、各スリット９は、内径側が小さくなる寸法の三角形状をした間隙に形成されている。このスリット９の形状は必要に応じて平行な間隙に形成しても良い。更に、このスリット９により、ロータ６０の回転する方向に傾斜したブラシ部分８を形成しているが、このブラシ部分８の傾斜角度はロータ６０の回転数などから決定される。又、正逆両用回転としてブラシ部分８を径方向に形成することも可能である。
【００５３】
背板部６は、板ブラシシール２の取付部３を保持する固着部６Ａと板ブラシシール２に被密封流体の圧力が作用して極端に曲げられないように支持する支持面７とを設けている。そして、板ブラシシール２と支持面７との間は、図１のように接合させても良いし、離間する形に形成しても良い。
【００５４】
板ブラシシール２は、回転軸６０が大きく振れると自由端部５が回転軸６０と接触するが、板ブラシ部２ａは微細な角状板の各ブラシ部分８により形成されているから、ばね常数が小さく、ロータ６０の揺動による当接に対して弾性的に追随して摩耗するのが防止される。このために、板ブラシシール２は、ロータ６０に当接してもロータ６０の変動に応じて弾性的に変形することができる。つまり、ロータ６０に振れが生じても板ブラシシール２に設定されたばね常数に応じて当接が弾性的に和らげられる。更に、ロータ６０がそれより少し触れ回りが大きく揺動しても、角状板の板ブラシシール２に有するブラシ部分８は、接触圧力を更に減少させるから摩耗するのが更に防止される。
【００５５】
板ブラシシール２は、背板部６と保持板部１０とにより取付部３が電子ビーム等の溶接により一体に結合され、この三部品の溶接部は固定部２０を形成する。そして、保持部１０は、リング状に形成されて、背板部６より径方向幅が小さい寸法に形成されている。尚、図１では、保持部１０が固定部２０を形成する長さであるが、背板部６に近い径方向の長さに形成することも可能である。そして、この長さの長い保持部１０の場合には、板ブラシシール２と保持板部１０の側面との間に被密封流体が流入できる空間部に形成される。
【００５６】
背板部６と保持部１０は、ケーシング５０の線膨張係数に合わせて材質を選定することが好ましい。例えば、ニッケル基の合金、鉄、鋼、ステンレスその他非鉄金属で製作される。更には、被密封流体の種類、温度、又は、その他の適用分野の条件によって種々の材質が選定されている。
【００５７】
図４（ａ）は、図１の板ブラシシール装置１の内径側から見た１部の平面図である。又、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ部の拡大図である。この図４は、本発明に係わる第３の実施の形態を示す板ブラシシール装置１である。
【００５８】
図４（ａ）において、板ブラシシール２は、板ブラシシール単板２が８層に積層されている。そして、図４（ｂ）に拡大して示すように、ブラシ部分８は断面が正方形状に形成されているとともに、スリット９が被密封流体の圧力が作用する方向に１列にならないように互いにずらして配置されている。この様に配列することにより被密封流体の漏れは防止されるから、シール能力が向上する。
【００５９】
そして、図４（ｂ）に示す板ブラシシール２の両側は凸層１２Ｂが配置されていると共に、その内側は、同一内径の板ブラシシール単板２Ｐを２枚ずつ交互に配置して自由端面５を凹凸部１３に形成しているものである。
【００６０】
図５は、板ブラシシール装置１の１部の断面図である。又、この図５は、本発明に係わる第４の実施の形態を示す板ブラシシール装置１である。
【００６１】
図５において、板ブラシシール２は、５枚の板ブラシシール単板２Ｐを積層した凹層１２Ａと、同じく多層にした凸層１２Ｂを交互に積層して全体が９層に形成されたものである。そして、自由端面５に凹凸部１３を形成したものである。この凹凸部１３は、凹層１２Ａの積層枚数、凸層１２Ｂの積層枚数、更に各凹層１２Ａ及び凸積１２Ｂの積層枚数により種々の凹凸部１３が形成される。この凹凸部１３は、被密封流体の圧力等から設定される。
【００６２】
このブラシ部分８は、図４（ｂ）よりも断面が被密封流体の圧力が作用する方向に長手の長方形状に形成されているとともに、スリット９が被密封流体の圧力が作用する方向に１列にならないように互いにずらして配置されている。この様なブラシ部分８の断面形状の配列によりシール能力が向上すると共に、ブラシ部分８の弾性変形能力を向上させることが可能になる。
【００６３】
図６（ａ）は薄板の１方側にスリット９を設けて板ブラシシール単板２Ｐに形成したものである。この図６（ａ）は、本発明に係わる第５の実施の形態を示す板ブラシシール装置１の板ブラシシール単板２Ｐである。この板ブラシシール単板２Ｐの板ブラシ部２ａは、スリット９がＳ形に形成されると共に、Ｓ形より自由端面５に向かって直線梁１４に形成したものである。この板ブラシシール単板２Ｐは、図３に示す板ブラシシール単板２Ｐよりばね常数を小さくすることができる。
【００６４】
そして、直線梁１４によりロータ６０が正逆両方の回転を可能にするものである。つまり、回転方向に方向性がなく、ロータ６０が正逆転する場合に用いることができる。
【００６５】
この図６（ａ）に示す板ブラシシール単板２Ｐを複数枚積層にして凹層１２Ａを形成すると共に、図３に示す板ブラシシール単板２Ｐを複数枚積層にして凸層１２Ｂに形成し、この凹層１２Ａと凸層１２Ｂとを互いに積層して図５に示すように板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成する。
【００６６】
又、同様な積層状態で、凹層１２Ａを図６（ａ）に示す板ブラシシール単板２Ｐにより構成すると共に、凸層１２Ｂを図６（ｂ）の板ブラシシール単板２Ｐにより構成して板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成することができる。この場合には、ロータ６０の振動又は揺動に対して圧接状態の追随性を良好にして板板ブラシシール２の摩耗を防止することが可能になる。図６（ｂ）の板ブラシシール装置は、本発明に係わる第６の実施の形態である。
【００６７】
更に、この逆に、凹層１２Ａを図６（ｂ）に示す板ブラシシール単板２Ｐにより構成すると共に、凸層１２Ｂを図６（ｂ）の板ブラシシール単板２Ｐにより構成して板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成することができる。この場合には、前述したように正逆転両用に利用することが可能になる。
【００６８】
更に又、凹層１２Ａをスリットのない薄板から成る板ブラシシール単板２Ｐ又は４等配、６等配、８等配等に薄板の内周側にスリット９を設けた板ブラシシール単板２Ｐから構成することができる。
【００６９】
この凹層１２Ａはスリット９が少ないから、又は、スリットが設けられていないから、例え、凸層１２Ｂに荒いスリット９が多数も受けられていても、凹層１２Ａによりシール能力を向上させることが可能になる。
【００７０】
この様に、図３に示す板ブラシシール単板２Ｐ、図６（ａ）の板ブラシシール単板２Ｐ、図６（ｂ）に示す板ブラシシール単板２Ｐを任意に積層して板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成し、ロータ６０の作動状態に適した板ブラシシール装置１を構成することが可能になる。
【００７１】
図７は、本発明に係わる第７の実施の形態の板ブラシシール装置１の平面図である。この板ブラシシール単体２Ｐは円弧状に形成された板ブラシシール分割片４の分割面１１を互いに組み合わせて全体を環状に形成するものである。この板ブラシシール分割片４は、円弧状を成す薄板の内周面にスリット９を加工して板ブラシシール分割片４を形成する。
【００７２】
又、この板ブラシシール分割片４は、積層に配列するとき、隣接する板ブラシシール分割片４の分割面１１が互いにずれるように配列することにより、分割面１１間は隣接する板ブラシシール分割片４により封鎖されるから、分割面１１から被密封流体が漏洩するのを防止することが可能になる。
【００７３】
この様な板ブラシシール分割片４の組合せによるブラシシール装置１の構成は、大径の板ブラシシール装置１を製作するのにコストの面からも、組立の面からも効果的である。
【００７４】
そして、この板ブラシシール分割片４を環状に組み合わせた板ブラシシール単板２Ｐを複数積層にして凹層１２Ａに構成し、更に内径の相違する板ブラシシール単板２Ｐを複数の積層にして凸層１２Ｂを構成し、この凹層１２Ａと凸層１２Ｂとを交互に積層して図５に示すように、板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成する。この様にすることにより、ロータ６０の径に係わらず任意の大きさの板ブラシシール装置１を製作することが可能になる。
【００７５】
本発明の実施形態に係る板ブラシシール装置によれば、薄板の一方側が短冊状に加工されてその自由端面が他方の部品の相対面と対向する形の複数の板ブラシシール単板を形成し、この板ブラシシール単板を単層又は複数層に積層し、その一方は内径の大きな寸法の凹層とすると共に、他方は内径の小さな寸法の凸層に形成して、その異なる内径の板ブラシシール単板を交互に積層して自由端面に凹凸部を形成したものであるから、この凹凸面を通過しようとする流体は、粘性抵抗の外に、流れの拡大損出と熱力学的な損出が加わり、流体抵抗が大きくなる。
【００７６】
このために板ブラシシールの自由端面とロータの外周面との間に間隙が生じてもシール効果を発揮することが可能になる。
【００７７】
凸層の自由端面側は、両側が凹面に形成されているから、弾性変形が可能になり自由端面を他方の対向面に近接状態に嵌合させることも可能になる。
【００７８】
しかも、従来の剛毛より成るブラシシールは数十万本から成るために内周面をワイヤー放電加工等で精密な円形に加工しなければならなかったが、凹凸部に構成された板ブラシシールは、自由端面を精密に揃えなくともシール能力を発揮させることが可能になる。又、凸層の自由端面は両側が凹面に形成されているから可撓性が付与されて、この自由端面をロータに近接できるようになり、ロータとの間隙のシール能力を向上させることが可能になる。
【００７９】
本発明の実施形態に係る板ブラシシールによれば、凸層が他方の部品である、例えばロータに近接状態に構成され、ロータが揺動して板ブラシシールの自由端面に圧接したときに、凸層に設けられたスリットがロータの回転方向に傾斜しているため、圧接状態になればブラシ部分が回転方向に弾性変形して圧接力を弱めることが可能になる。このため、板ブラシシールはロータとの摩耗により摩耗が防止できる効果を奏する。
【００８０】
又、凹層はスリットがＳ形に形成されているから、同Ｓ形状を成すブラシ部分は傾斜したブラシ部分よりばね常数を小さくして径方向に弾性的収縮力を発揮し、傾斜したブラシ部分を複数的に支持して追随性とシール能力との複合的な効果を奏する。
【００８１】
又、複雑な振動力によるロータの圧接に対して追随しながら複合的弾性力で対応することができ、ロータの震動力に対して効果的にシール効果を発揮することが可能になる。
【００８２】
本発明の実施形態に係る板ブラシシールによれば、スリットが、例えば、ロータの回転方向に傾斜しているのでロータと圧接しても傾斜方向に弾性的に曲げられて圧接力を緩和することが可能になる。このためにいた板ブラシシールの摩擦による摩耗が防止する効果を奏する。
【００８３】
本発明の実施形態に係る板ブラシシールによれば、板ブラシシール単板のスリットが積層方向に交差しているので、互いに隣接するブラシ部分によりスリットの間隙が閉鎖されるので、被密封流体は板状を成す板ブラシシールにより効果的にシールすることができる。
【００８４】
本発明の実施形態に係る板ブラシシールによれば、凸層のスリットが、例えばロータの回転方向へ傾斜しているので、ロータの回転方向に弾性的に追随することが可能である。このために摩擦による摩耗が防止される効果を奏する。
【００８５】
そして、凹層の板ブラシシール単板はスリットがないか又は、スリットとスリットとの間隔が大きい寸法、つまり、ブラシ部分の幅が大きい寸法の板ブラシシールに形成されているから、一方の部品と他方の部品との間隙は凹層により確実に被密封流体がシールされる。従って、凸層による弾性的追随性と共に、凹層により被密封流体をシールする能力が優れた効果を発揮する。
【符号の説明】
【００８６】
１ 板ブラシシール装置
２ 板ブラシシール
２ａ 板ブラシ部
２ｂ 基部
２Ｐ 板ブラシシール単体
３ 取付部
４ 板ブラシシール分割片
５ 自由端部
６ 背板部
６Ａ 固着部 ７ 支持面
８ ブラシ部分
９ スリット
１０ 保持部
１１ 分割面
１２Ａ 凹層
１２Ｂ 凸層
１３ 凹凸部
１４ 直線梁
２０ 固定部
５０ 一方の部品（ケーシング）
５１ 断部
６０ 他方の部品（ロータ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、航空機、ガスタービン等の回転軸と相対移動する相手部品との間をシールする薄板をブラシ状にすると共に、自由端面が凹凸に形成されている板ブラシシール装置に関する。特に、相対移動する二部品間で一方部品が変動をしても板ブラシシールが一方部品の変動に追随して弾性変形すると共に、他方の部品との間隙を効果的にシールするようにした板ブラシシール装置の技術分野に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関する先行技術には、図８に示すブラシシール装置１００が存在する。
【０００３】
図８は、回転軸１２０が貫通するケーシング１１０との間に取り付けられたブラシシール装置１００の断面図である。そして、このケーシング１１０は、蒸気タービンやガスタービンの部品であって、 ブラシシール装置１００がケーシング１１０と回転軸１２０との間を仕切るようにして被密封流体をシールしているものである。
【０００４】
図８において、ブラシシール装置１００は、リング状に形成されて、ケーシング１１０の溝部１１２に取り付けられている。このブラシシール装置１００の主要な構成は、ブラシシール１０９と背板１０２と支持板１０３である。このブラシシール１０９は、剛毛１０１が円周に沿って壁状に配列され、一端部が結合されて取付部１０４を形成している。そして、ブラシシール１０９の自由端面１０５は回転軸１２０に対向する。この剛毛１０１の線径は、一般に、０．０２ｍｍから０．５ｍｍのものが用いられている。そして、その本数は何万、何十万本と用いられている。
【０００５】
このブラシシール１０９の側面には、環状をした背板１０２が側面１０８をブラシシール１０９と接触状態にして配置され、被密封流体の圧力の作用に対して剛毛１０１を支持している。
【０００６】
又、ブラシシール１０９の他方の面には、保持板１０３がリング板に形成されて背板１０２との間でブラシシール１０９の取付部１０４側を狭持するごとく一体に配置されている。この保持板１０３は、被密封流体がブラシシール１０９の側面に作用できるように径方向の幅が狭くされてブラシシール１０９を露出させている。
【０００７】
そして、背板１０２とブラシシール１０９の取付部１０４と保持板１０３とは、一端が溶接されて結合部１０６に形成されている。
【０００８】
図９は、ブラシシール１０９の１部の正面図である。この図１０のブラシシール装置１００は、ブラシシール１０９と回転軸１２０とが揺動しない正常に嵌合した状態であって、剛毛１０１は、直線状を成して回転軸１２０の径方向に対して回転する方向へ傾斜している。このブラシシール１０９の正常状態は、図８の実線で示すように回転軸１２０が自由端面１０５に接触又は近接しているものである。
【０００９】
図１０（ａ）は、ブラシシール１０９の自由端面側を斜視図にしたものである。図１０に於いて、自由端面１０５は、ブラシシール１０９に製作後回転軸に嵌合するようにワイヤ放電加工機などにより精密仕上げ加工されている。しかし、剛毛１０１は変形しやすいので、この加工が極めて困難になっている。又、自由端面１０５を精密に仕上げ加工することも困難である。
【００１０】
更に、他の従来技術として特許文献１には、図１１に示すブラシシール装置が開示されている。この図１１には、板シール２０９として薄板を回転軸１２０の周方向に重ねて高圧側領域Ｐ１と低圧側領域Ｐ２をシールするものである。
【００１１】
そして、板シール２０９の外周部はろう付けされて取付部１０４に形成されていると共に、このろう付けされた取付部１０４を介してケーシング１１０の溝部に取り付けられる。又、板シール２０９の低圧側領域Ｐ２の側面には背板１０２が配置されていると共に、高圧領域側Ｐ１の側面には保持板１０３が配置され、この両板１０２，１０３により板シール２０９の両側を支持している。
【００１２】
しかし、この様に形成された板シール２０９に対し、回転軸１２０が偏心して圧接したときに、重ねられて環状体を成す板シール２０９は、弾性変形する逃げ場を失って、弾性変形に対応するバネ常数が大きくなるので、回転軸６０の偏心に対して追随することが困難になる問題を惹起している。このために板シール２０９とロータ１２０の外周面との間隔を大きくとっているので、被密封流体のシールに問題が生じてくる。
【００１３】
更に、被密封流体の圧力が作用する方向に接合して重ねられた板シール２０９は、その接合面間方向に作用する被密封流体の圧力により隙間が生じるから、被密封流体の漏れに対してシール能力に問題が生じてくる。
【００１４】
更に、環状方向に薄板を積層した板シール２０９は環状全体では数十万枚にも成る場合があるから、その製作が極めて困難である。更に又、板シール２０９の環状体の内周長さに対して外周長さは長くなるから、その長くなる分、外周側にスペーサを設けなければ成らず、接合面間に間隙が生じることになる。この点からもシール能力の問題が存する。更に又、可撓性が阻害される構成の積層状態は、板シール２０９の自由端面１０５を早期に摩耗させる結果となっている。
【００１５】
上述のごとく構成されたブラシシール装置１は、回転軸１２０が振動や揺動などにより、ブラシシール１０９に接触すると、ブラシシール１０９は、図９（ｂ）に示すように回転軸１２０と圧接された状態になりながら傾斜角度も増加させる。
【００１６】
この状態で、被密封流体の圧力が高圧Ｐ１の場合には、図８に示すように、低圧Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなるから、ブラシシール１０９の直線状の剛毛１０１は、全体が背板部に押しつけられた状態で撓みにくくなり、回転軸１２０に対して追随性を悪化させる。
【００１７】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のブラシシール１０９の内径側自由端面１０５から見た正面図である。
【００１８】
この図１０（ａ）と図１０（ｂ）に於いて、直線状の剛毛１０１間に被密封流体が侵入すると内周面側から見て図１０（ａ）の様に配列されている各剛毛１０１は、図１０（ｂ）に示すように剛毛１０１間が開くように押し分けられるので、この分けられた間隙から被密封流体が漏洩することになる。この作用は更に、傾斜した状態の剛毛１０１が圧力により分けられると、分けられた一方側が、傾斜角度を小さくするように変位しようとするので、剛毛１０１の変形状態に於いて径方向の長さが長い状態になり、回転軸１２０との圧接力を更に増加させて摩耗することになる。
【００１９】
この様な状態と共に、図８に於いて、ブラシシール１０１の回転軸１２０に圧接した位置に対し（図９（ｂ）の状態）、軸心の径方向反対側は剛毛１０１の自由端面１０５と回転軸１２０との隙間Ｃは、図８の仮想線の回転軸１２０に示すように揺動して、大きく開くと共に、この間隙Ｃから被密封流体の漏れが惹起する。
【００２０】
又、図１１の板シール２０９に於いても、被密封流体が作用する方向に薄板が接合しているので、被密封流体が作用すると、図１０（ｂ）と同様に薄板の接合面間が分けられるので、被密封流体が漏洩することになる。更に、板シール２０９の自由端面１０５は可撓性が阻害されるから、ロータ６０との間隙を大きくしなければ成らず、シール能力に問題が生じてくる。又、摩擦により摩耗を早めることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平１０−１９６８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その技術的課題は、板ブラシシールとロータとの間隙が開いてもシール効果を向上させることにある。
更に、回転軸からの押圧力に対する板ブラシシールの弾性変形を向上させ、板ブラシシールが回転軸により摩耗させられるのを低減することにある。
【００２３】
又、板ブラシシールの回転軸の外周面との変動に対応する追随性を良好にしてシール能力を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は上述のような課題を解決するために成されたものであって、その課題を解決するための技術的手段は以下のように構成されている。
【００２５】
本発明の板ブラシシールは、間隙を有して相対回動する構成部品間の前記一方の部品に取付けられて前記他方の部品との間をシールする板ブラシシール装置であって、
薄板の前記他方の部品の相対面側にスリット（９）を設けてブラシ部分（８）に形成された板ブラシ部（２ａ）を有すると共に、前記板ブラシ部（２ａ）と反対側に前記一方の部品に固着される基部（２ｂ）から成る取付部（３）を有する板ブラシシール単板（２Ｐ）が積層された板ブラシシール（２）と、
前記板ブラシシール（２）の取付部（３）と結合して前記板ブラシシール（２）の側面が支持される支持面（７）を有する背板部（６）と、
前記板ブラシシール（２）の前記取付部（３）を前記背板部（６）との間で保持する保持部（１０）とを具備し、
前記板ブラシシール（２）は被封流体の圧力方向へ内径の異なる寸法の凹層（１２Ａ）と凸層（１２Ｂ）の板ブラシシール単板を積層して自由端面（５）に凹凸部（１３）を形成したものである。
【００２６】
本発明の板ブラシシール装置では、薄板の一方側が短冊状に加工されてその自由端面が他方の部品の相対面と対向する形の複数の板ブラシシール単板を形成し、その一方は内径の大きな寸法の凹層と、他方は内径の小さな寸法の凸層に形成し、その径の異なる板ブラシシール単板を交互に積層して自由端面に凹凸部を形成したものであるから、弾性変形が付与されて自由端面を他方の対向面に近接状態に嵌合させることが可能になる。
【００２７】
更に、例え、ロータが揺動して自由端面と他方の対向面との間に間隙が生じても凹凸部により被密封流体が絞られるので、粘性抵抗と共に、凹凸部間を流れる流体の拡大損失と熱力学的損失とが加わるために、この凹凸部を流れる流体の流体抵抗が大きくなり、被密封流体の漏れを小さくすることが出来る。
【００２８】
しかも、従来の剛毛より成るブラシシールは、数十万本から成るために内周面をワイヤー放電加工等で正確な円周面に成るように精密加工しなければならなかったが、板ブラシシールの自由端面と他方の部品との間隙が広なっても凹凸部により流体抵抗が大きくなり、シール効果が生じるから、自由端面を精密に仕上げなくとも良いことになる。
【００２９】
又、板ブラシシールに対して他方の部品であるロータが揺動して圧接すると、圧接した軸心と対称となる側に間隙Ｃ（図８参照）が生じる。しかし、板ブラシシールの自由端面に設けられた凹凸部によりロータとの間隙を流れる流体の大きな抵抗によりシール能力が向上する。従って、揺動するロータに対して優れたシール効果を奏する。
【００３０】
更に、板ブラシシールは取付部側が短冊状に加工されてない薄板の基部で一体化されており、板ブラシシールを重ねるのみで取付部が形成されるから、剛毛を何十万本と無く溶接して取付部に形成するものに比べて取付部を形成するのが極めて容易である。
【００３１】
好ましくは、本発明の板ブラシシール装置は、前記凹層（１２Ａ）を形成する板ブラシシール単板（２Ｐ）が他方の部品の移動方向にスリット（９）が傾斜していると共に、凸層（１２Ｂ）を形成する板ブラシシール単板（２Ｐ）のスリット（９）がＳ形に又はＳ形の自由端面側が径方向に直線梁（１４）に形成されているものである。
【００３２】
本発明の板ブラシシール装置では、凸層が他方の部品である、例えばロータに近接状態に配置されている場合には、ロータが揺動して板ブラシシールの自由端面に圧接したときに、凸層に設けられたスリットがＳ形に形成されているので、圧接状態になれば、ブラシ部分がロータに対して弾性変形して圧接力を弱める働きをする。このため、板ブラシシールはロータとの摩擦による摩耗が防止できる。
【００３３】
又、凹層はスリットが傾斜した形に形成されているから、Ｓ形状を成すブラシ部分は傾斜したブラシ部分よりばね常数を小さくして径方向に弾性的変形力を発揮し、傾斜したブラシ部分を複合的に支持することができる。そして、傾斜方向を成す凹層と複合しながら柔軟な作用力を受け、複雑な振動力によるロータの圧接に対して追随しながら複合的弾性力で対応することができる。このためよりロータの振動力に対して効果的にシール効果を発揮することが可能になる。又、同一方向でないスリットの組合せは、互いにスリット間隔を閉鎖し合うのでシール能力を発揮する。
【００３４】
好ましくは、本発明の板ブラシシール装置は、前記スリットが前記他方の部品の移動する方向に傾斜しているものである。
【００３５】
本発明の板ブラシシール装置では、スリットが、例えば、ロータの回転方向に傾斜している場合には、ロータと圧接しても傾斜方向に弾性的に曲げられて圧接力を緩和することが可能になる。このために板ブラシシールの摩擦による摩耗が防止される。
【００３６】
好ましくは、本発明の板ブラシシール装置は、各前記板ブラシシール単板のスリットが積層方向に交差するものである。
【００３７】
本発明の板ブラシシール装置では、前記板ブラシシール単板のスリットが積層方向に交差している場合に、互いに隣接するブラシ部分によりスリットの間隙が閉鎖されるので、被密封流体は板状態に変態する板ブラシシールにより効果的にシールすることが可能になる。
【００３８】
好ましくは、本発明の板ブラシシール装置は、前記凸層を形成する前記板ブラシシール単板が他方の部品の移動方向にスリットが傾斜していると共に、前記凹層を形成する前記板ブラシシール単板がスリットのない薄板又は凹層のブラシ部分の幅が凸部のブラシ部分の幅より大きい薄板に形成されているものである。
【００３９】
本発明の板ブラシシール装置では、凸層のスリットが、例えばロータの回転方向へ傾斜している場合には、ロータの回転方向に弾性的に追随することが可能である。このために摩擦による摩耗が防止される。
【００４０】
そして、凹層の板ブラシシール単板はスリットがないか、又はスリットとスリットとの間隔が大きい寸法、つまりブラシ部分の幅が大きい寸法の板ブラシシールに形成されているから、一方の部品と他方の部品との間隙は凹層により確実に被密封流体がシールされる。従って、凸層による弾性的追随性と共に、凹層により被密封流体をシールする優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係わる第１実施の形態を示す板ブラシシール装置の半断面図である。
【図２】図１の軸方向の正面図である。
【図３】本発明に係わる第２の実施の形態の板ブラシシール単板の平面図である。
【図４】（ａ）は本発明に係わる第３実施の形態を示す板ブラシシール装置の内径から見た１部平面図、（ｂ）は図４（ａ）のＣ部の拡大図である。
【図５】本発明に係わる第４の実施の形態を示す板ブラシシール装置の凹凸部を示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明に係わる第５の実施の形態を示す板ブラシシール装置の板ブラシシールの平面図、（ｂ）は本発明に係わる第６の実施の形態を示す板ブラシシール装置の板ブラシシールの断面図である。
【図７】本発明に係わる第７の実施の形態を示す板ブラシシールの平面図である。
【図８】従来例のブラシシール装置の半断面図である。
【図９】（ａ）は図８の１部平面図、（ｂ）は図８の状態に於いてロータが偏心した状態のブラシシール装置の平面図である。
【図１０】（ａ）は図８の板ブラシ部の斜視図、（ｂ）は図１０のブラシシール装置に被密封流体が作用して剛毛間が開いた状態の内径側から見た平面図である。
【図１１】従来例の他のブラシシール装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明に係わる実施の形態についての板ブラシシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下の図面は不正確な概念図ではなく、形状が正確な寸法の設計図である。
図１は、ガスタービンのケーシング５０とロータ６０との間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切る板ブラシシール装置１の断面図である。又、図２は、軸に嵌合した状態の図１に示す板ブラシシールの平面図である。更に、図３は、板ブラシシール単板の平面図である。
【００４３】
図１において、１は板ブラシシール装置である。この板ブラシシール装置１の外周側の固定部２０は、構成部品の一方の部品であるケーシング５０の内周面に設けられた段部５１にスナップリング１２を介して取り付けられている。尚、固定部は組み合わせた構造の溝部５１に取り付けることできる。又、板ブラシシール装置１の内周側の自由端部５は他方の部品であるロータ６０の外周面と対向して接面又は近接した状態に配置されている。そして、板ブラシシール装置１により高圧Ｐ１側の被密封流体をシールする。
【００４４】
板ブラシシール装置１は、板ブラシシール２、背板部６及び保持部１０が主要な構成である。
【００４５】
このうちの板ブラシシール２は、図２に示すように、環状を成す薄板の内周側がロータ６０の回転方向へ傾斜したスリット９に加工されて短冊状に形成されており、このスリット９により内周板が板ブラシ部２ａに構成されていると共に、外周板の基部２ｂが取付部３を構成する。
【００４６】
この板ブラシ部２ａは、環状の薄板の内径側が細かい短冊状に形成されて断面が矩形状のブラシ部分８に形成されているものである。そして、ロータ（回転軸）６０の軸方向へ板ブラシシール単板２Ｐが複数枚を積層状態に配置して壁に形成している。又外周端部が溶接により一体化されて取付部３を形成している。
【００４７】
この板ブラシシール２は、板ブラシシール単板２Ｐが被密封流体の圧力が作用する方向へ積層されて一体を成している。この積層された板ブラシシール単板２Ｐは、内径が異なる凹層１２Ａと凸層１２Ｂを交互に積層して自由端面５に凹凸部１３を形成しているものである。この凹層１２Ａ及び凸層１２Ｂは各１枚の場合もあるが複数枚を積層して、それを更に交互に積層するものである。これは、凹凸部によるシール効果の程度により設定される。
【００４８】
この凹凸部１３はロータ６０の外周面と平行に凹凸に形成されるが、低圧Ｐ２に向かって階段状に次第に大径に成る凹凸部に形成することもできる。更に凹凸部１３は、１つの凹層１２Ａが低圧側に向かって内径が小径になる板ブラシシール単板２Ｐを積層して１つの凹層１２Ａを断面階段状に形成し、この凹層１２Ａを凹凸部１３に採用した実施例もある。
【００４９】
上述の板ブラシシール２は、一実施例として、リング状を成す薄板の内周側に３角形状の間隙を成すスリット９を設けてブラシ部分の断面が角形状（矩形又は正方形）に形成されていると共に、その断面寸法の１辺は、０．５〜０．００５×０．５〜０．００５ｍｍ、好ましくは０．２０〜０．００８×０．２〜０．０１８ｍｍである。又、長さは５〜５０ｍｍの範囲である。更に、壁の厚さは０．４〜５ｍｍの範囲にしたが、この厚さは、被密封流体の圧力により決められるものである。
【００５０】
更に、板ブラシシール２の材質は、鋼、ステンレス、ニッケル基の合金、セラミック材等が用いられる。
【００５１】
図３に示す板ブラシシール単板２Ｐは、本発明に係わる第２の実施の形態である。この板ブラシシール単板２Ｐを被密封流体の圧力の大きさに応じて複数枚を積層に重ね合わせて板ブラシシール２に構成する。そして、板ブラシシール単板２Ｐは、環状を成す薄板の内周側をエッチング処理加工、プレス加工、放電加工等の方法によりスリット９に加工して短冊状に形成した板ブラシ部２ａを設けている。又、外周側はスリットのない薄板の基部２ｂに形成されて板ブラシ部２ａがばらつかないように一体化している。
【００５２】
又、各スリット９は、内径側が小さくなる寸法の三角形状をした間隙に形成されている。このスリット９の形状は必要に応じて平行な間隙に形成しても良い。更に、このスリット９により、ロータ６０の回転する方向に傾斜したブラシ部分８を形成しているが、このブラシ部分８の傾斜角度はロータ６０の回転数などから決定される。又、正逆両用回転としてブラシ部分８を径方向に形成することも可能である。
【００５３】
背板部６は、板ブラシシール２の取付部３を保持する固着部６Ａと板ブラシシール２に被密封流体の圧力が作用して極端に曲げられないように支持する支持面７とを設けている。そして、板ブラシシール２と支持面７との間は、図１のように接合させても良いし、離間する形に形成しても良い。
【００５４】
板ブラシシール２は、回転軸６０が大きく振れると自由端部５が回転軸６０と接触するが、板ブラシ部２ａは微細な角状板の各ブラシ部分８により形成されているから、ばね常数が小さく、ロータ６０の揺動による当接に対して弾性的に追随して摩耗するのが防止される。このために、板ブラシシール２は、ロータ６０に当接してもロータ６０の変動に応じて弾性的に変形することができる。つまり、ロータ６０に振れが生じても板ブラシシール２に設定されたばね常数に応じて当接が弾性的に和らげられる。更に、ロータ６０がそれより少し触れ回りが大きく揺動しても、角状板の板ブラシシール２に有するブラシ部分８は、接触圧力を更に減少させるから摩耗するのが更に防止される。
【００５５】
板ブラシシール２は、背板部６と保持板部１０とにより取付部３が電子ビーム等の溶接により一体に結合され、この三部品の溶接部は固定部２０を形成する。そして、保持部１０は、リング状に形成されて、背板部６より径方向幅が小さい寸法に形成されている。尚、図１では、保持部１０が固定部２０を形成する長さであるが、背板部６に近い径方向の長さに形成することも可能である。そして、この長さの長い保持部１０の場合には、板ブラシシール２と保持板部１０の側面との間に被密封流体が流入できる空間部に形成される。
【００５６】
背板部６と保持部１０は、ケーシング５０の線膨張係数に合わせて材質を選定することが好ましい。例えば、ニッケル基の合金、鉄、鋼、ステンレスその他非鉄金属で製作される。更には、被密封流体の種類、温度、又は、その他の適用分野の条件によって種々の材質が選定されている。
【００５７】
図４（ａ）は、図１の板ブラシシール装置１の内径側から見た１部の平面図である。又、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ部の拡大図である。この図４は、本発明に係わる第３の実施の形態を示す板ブラシシール装置１である。
【００５８】
図４（ａ）において、板ブラシシール２は、板ブラシシール単板２が８層に積層されている。そして、図４（ｂ）に拡大して示すように、ブラシ部分８は断面が正方形状に形成されているとともに、スリット９が被密封流体の圧力が作用する方向に１列にならないように互いにずらして配置されている。この様に配列することにより被密封流体の漏れは防止されるから、シール能力が向上する。
【００５９】
そして、図４（ｂ）に示す板ブラシシール２の両側は凸層１２Ｂが配置されていると共に、その内側は、同一内径の板ブラシシール単板２Ｐを２枚ずつ交互に配置して自由端面５を凹凸部１３に形成しているものである。
【００６０】
図５は、板ブラシシール装置１の１部の断面図である。又、この図５は、本発明に係わる第４の実施の形態を示す板ブラシシール装置１である。
【００６１】
図５において、板ブラシシール２は、５枚の板ブラシシール単板２Ｐを積層した凹層１２Ａと、同じく多層にした凸層１２Ｂを交互に積層して全体が９層に形成されたものである。そして、自由端面５に凹凸部１３を形成したものである。この凹凸部１３は、凹層１２Ａの積層枚数、凸層１２Ｂの積層枚数、更に各凹層１２Ａ及び凸積１２Ｂの積層枚数により種々の凹凸部１３が形成される。この凹凸部１３は、被密封流体の圧力等から設定される。
【００６２】
このブラシ部分８は、図４（ｂ）よりも断面が被密封流体の圧力が作用する方向に長手の長方形状に形成されているとともに、スリット９が被密封流体の圧力が作用する方向に１列にならないように互いにずらして配置されている。この様なブラシ部分８の断面形状の配列によりシール能力が向上すると共に、ブラシ部分８の弾性変形能力を向上させることが可能になる。
【００６３】
図６（ａ）は薄板の１方側にスリット９を設けて板ブラシシール単板２Ｐに形成したものである。この図６（ａ）は、本発明に係わる第５の実施の形態を示す板ブラシシール装置１の板ブラシシール単板２Ｐである。この板ブラシシール単板２Ｐの板ブラシ部２ａは、スリット９がＳ形に形成されると共に、Ｓ形より自由端面５に向かって直線梁１４に形成したものである。この板ブラシシール単板２Ｐは、図３に示す板ブラシシール単板２Ｐよりばね常数を小さくすることができる。
【００６４】
そして、直線梁１４によりロータ６０が正逆両方の回転を可能にするものである。つまり、回転方向に方向性がなく、ロータ６０が正逆転する場合に用いることができる。
【００６５】
この図６（ａ）に示す板ブラシシール単板２Ｐを複数枚積層にして凹層１２Ａを形成すると共に、図３に示す板ブラシシール単板２Ｐを複数枚積層にして凸層１２Ｂに形成し、この凹層１２Ａと凸層１２Ｂとを互いに積層して図５に示すように板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成する。
【００６６】
又、同様な積層状態で、凹層１２Ａを図６（ａ）に示す板ブラシシール単板２Ｐにより構成すると共に、凸層１２Ｂを図６（ｂ）の板ブラシシール単板２Ｐにより構成して板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成することができる。この場合には、ロータ６０の振動又は揺動に対して圧接状態の追随性を良好にして板板ブラシシール２の摩耗を防止することが可能になる。図６（ｂ）の板ブラシシール装置は、本発明に係わる第６の実施の形態である。
【００６７】
更に、この逆に、凹層１２Ａを図６（ｂ）に示す板ブラシシール単板２Ｐにより構成すると共に、凸層１２Ｂを図６（ｂ）の板ブラシシール単板２Ｐにより構成して板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成することができる。この場合には、前述したように正逆転両用に利用することが可能になる。
【００６８】
更に又、凹層１２Ａをスリットのない薄板から成る板ブラシシール単板２Ｐ又は４等配、６等配、８等配等に薄板の内周側にスリット９を設けた板ブラシシール単板２Ｐから構成することができる。
【００６９】
この凹層１２Ａはスリット９が少ないから、又は、スリットが設けられていないから、例え、凸層１２Ｂに荒いスリット９が多数も受けられていても、凹層１２Ａによりシール能力を向上させることが可能になる。
【００７０】
この様に、図３に示す板ブラシシール単板２Ｐ、図６（ａ）の板ブラシシール単板２Ｐ、図６（ｂ）に示す板ブラシシール単板２Ｐを任意に積層して板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成し、ロータ６０の作動状態に適した板ブラシシール装置１を構成することが可能になる。
【００７１】
図７は、本発明に係わる第７の実施の形態の板ブラシシール装置１の平面図である。この板ブラシシール単体２Ｐは円弧状に形成された板ブラシシール分割片４の分割面１１を互いに組み合わせて全体を環状に形成するものである。この板ブラシシール分割片４は、円弧状を成す薄板の内周面にスリット９を加工して板ブラシシール分割片４を形成する。
【００７２】
又、この板ブラシシール分割片４は、積層に配列するとき、隣接する板ブラシシール分割片４の分割面１１が互いにずれるように配列することにより、分割面１１間は隣接する板ブラシシール分割片４により封鎖されるから、分割面１１から被密封流体が漏洩するのを防止することが可能になる。
【００７３】
この様な板ブラシシール分割片４の組合せによるブラシシール装置１の構成は、大径の板ブラシシール装置１を製作するのにコストの面からも、組立の面からも効果的である。
【００７４】
そして、この板ブラシシール分割片４を環状に組み合わせた板ブラシシール単板２Ｐを複数積層にして凹層１２Ａに構成し、更に内径の相違する板ブラシシール単板２Ｐを複数の積層にして凸層１２Ｂを構成し、この凹層１２Ａと凸層１２Ｂとを交互に積層して図５に示すように、板ブラシシール２の自由端面５に凹凸部１３を形成する。この様にすることにより、ロータ６０の径に係わらず任意の大きさの板ブラシシール装置１を製作することが可能になる。
【００７５】
本発明の実施形態に係る板ブラシシール装置によれば、薄板の一方側が短冊状に加工されてその自由端面が他方の部品の相対面と対向する形の複数の板ブラシシール単板を形成し、この板ブラシシール単板を単層又は複数層に積層し、その一方は内径の大きな寸法の凹層とすると共に、他方は内径の小さな寸法の凸層に形成して、その異なる内径の板ブラシシール単板を交互に積層して自由端面に凹凸部を形成したものであるから、この凹凸面を通過しようとする流体は、粘性抵抗の外に、流れの拡大損出と熱力学的な損出が加わり、流体抵抗が大きくなる。
【００７６】
このために板ブラシシールの自由端面とロータの外周面との間に間隙が生じてもシール効果を発揮することが可能になる。
【００７７】
凸層の自由端面側は、両側が凹面に形成されているから、弾性変形が可能になり自由端面を他方の対向面に近接状態に嵌合させることも可能になる。
【００７８】
しかも、従来の剛毛より成るブラシシールは数十万本から成るために内周面をワイヤー放電加工等で精密な円形に加工しなければならなかったが、凹凸部に構成された板ブラシシールは、自由端面を精密に揃えなくともシール能力を発揮させることが可能になる。又、凸層の自由端面は両側が凹面に形成されているから可撓性が付与されて、この自由端面をロータに近接できるようになり、ロータとの間隙のシール能力を向上させることが可能になる。
【００７９】
本発明の実施形態に係る板ブラシシールによれば、凸層が他方の部品である、例えばロータに近接状態に構成され、ロータが揺動して板ブラシシールの自由端面に圧接したときに、凸層に設けられたスリットがロータの回転方向に傾斜しているため、圧接状態になればブラシ部分が回転方向に弾性変形して圧接力を弱めることが可能になる。このため、板ブラシシールはロータとの摩耗により摩耗が防止できる効果を奏する。
【００８０】
又、凹層はスリットがＳ形に形成されているから、同Ｓ形状を成すブラシ部分は傾斜したブラシ部分よりばね常数を小さくして径方向に弾性的収縮力を発揮し、傾斜したブラシ部分を複数的に支持して追随性とシール能力との複合的な効果を奏する。
【００８１】
又、複雑な振動力によるロータの圧接に対して追随しながら複合的弾性力で対応することができ、ロータの震動力に対して効果的にシール効果を発揮することが可能になる。
【００８２】
本発明の実施形態に係る板ブラシシールによれば、スリットが、例えば、ロータの回転方向に傾斜しているのでロータと圧接しても傾斜方向に弾性的に曲げられて圧接力を緩和することが可能になる。このためにいた板ブラシシールの摩擦による摩耗が防止する効果を奏する。
【００８３】
本発明の実施形態に係る板ブラシシールによれば、板ブラシシール単板のスリットが積層方向に交差しているので、互いに隣接するブラシ部分によりスリットの間隙が閉鎖されるので、被密封流体は板状を成す板ブラシシールにより効果的にシールすることができる。
【００８４】
本発明の実施形態に係る板ブラシシールによれば、凸層のスリットが、例えばロータの回転方向へ傾斜しているので、ロータの回転方向に弾性的に追随することが可能である。このために摩擦による摩耗が防止される効果を奏する。
【００８５】
そして、凹層の板ブラシシール単板はスリットがないか又は、スリットとスリットとの間隔が大きい寸法、つまり、ブラシ部分の幅が大きい寸法の板ブラシシールに形成されているから、一方の部品と他方の部品との間隙は凹層により確実に被密封流体がシールされる。従って、凸層による弾性的追随性と共に、凹層により被密封流体をシールする能力が優れた効果を発揮する。
【符号の説明】
【００８６】
１ 板ブラシシール装置
２ 板ブラシシール
２ａ 板ブラシ部
２ｂ 基部
２Ｐ 板ブラシシール単体
３ 取付部
４ 板ブラシシール分割片
５ 自由端部
６ 背板部
６Ａ 固着部 ７ 支持面
８ ブラシ部分
９ スリット
１０ 保持部
１１ 分割面
１２Ａ 凹層
１２Ｂ 凸層
１３ 凹凸部
１４ 直線梁
２０ 固定部
５０ 一方の部品（ケーシング）
５１ 断部
６０ 他方の部品（ロータ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を有して相対回動する構成部品間の前記一方の部品に取付けられて前記他方の部品との間をシールする板ブラシシール装置であって、
薄板の前記他方の部品の相対面側にスリットを設けてブラシ部分に形成された板ブラシ部を有すると共に、前記板ブラシ部と反対側に前記一方の部品に固着される基部から成る取付部を有する板ブラシシール単板が積層された板ブラシシールと、
前記板ブラシシールの取付部と結合して前記板ブラシシールの側面が支持される支持面を有する背板部と、
前記板ブラシシールの前記取付部を前記背板部との間で保持する保持部とを具備し、
前記板ブラシシールは被封流体の圧力方向へ内径の異なる寸法の凹層と凸層の板ブラシシール単板を積層して、前記凹層が前記凸層で挟まれるように、自由端面に凹凸部を形成したことを特徴とする板ブラシシール装置。
【請求項２】
前記被封流体の圧力方向に沿って前記凹層と凸層とが交互に複数設けられている請求項１に記載の板ブラシシール装置。
【請求項３】
前記スリットが被密封流体の圧力が作用する方向に１列にならないように互いにずらして配置されている請求項１または２に記載の板ブラシシール装置。
【請求項４】
前記板ブラシシールは前記スリットが前記他方の部品の移動する方向に傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板ブラシシール装置。
【請求項５】
前記板ブラシシールは前記板ブラシシール単板のスリットが積層方向に交差することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の板ブラシシール装置。
【請求項１】
間隙を有して相対回動する構成部品間の前記一方の部品に取付けられて前記他方の部品との間をシールする板ブラシシール装置であって、
薄板の前記他方の部品の相対面側にスリットを設けてブラシ部分に形成された板ブラシ部を有すると共に、前記板ブラシ部と反対側に前記一方の部品に固着される基部から成る取付部を有する板ブラシシール単板が積層された板ブラシシールと、
前記板ブラシシールの取付部と結合して前記板ブラシシールの側面が支持される支持面を有する背板部と、
前記板ブラシシールの前記取付部を前記背板部との間で保持する保持部とを具備し、
前記板ブラシシールは被封流体の圧力方向へ内径の異なる寸法の凹層と凸層の板ブラシシール単板を積層して、前記凹層が前記凸層で挟まれるように、自由端面に凹凸部を形成したことを特徴とする板ブラシシール装置。
【請求項２】
前記被封流体の圧力方向に沿って前記凹層と凸層とが交互に複数設けられている請求項１に記載の板ブラシシール装置。
【請求項３】
前記スリットが被密封流体の圧力が作用する方向に１列にならないように互いにずらして配置されている請求項１または２に記載の板ブラシシール装置。
【請求項４】
前記板ブラシシールは前記スリットが前記他方の部品の移動する方向に傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板ブラシシール装置。
【請求項５】
前記板ブラシシールは前記板ブラシシール単板のスリットが積層方向に交差することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の板ブラシシール装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−９４８０３（Ｐ２０１１−９４８０３Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３６５９（Ｐ２０１０−２８３６５９）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【分割の表示】特願２００１−１９９０３８（Ｐ２００１−１９９０３８）の分割
【原出願日】平成１３年６月２９日（２００１．６．２９）
【出願人】（０００１０１８７９）イーグル工業株式会社 (119)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【分割の表示】特願２００１−１９９０３８（Ｐ２００１−１９９０３８）の分割
【原出願日】平成１３年６月２９日（２００１．６．２９）
【出願人】（０００１０１８７９）イーグル工業株式会社 (119)
【Ｆターム（参考）】
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