JP2003507672A - ブラシ形シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 相対運動可能な２つの部材の間を封止するためのブラシ形シールリングであり、リング形のケーシングと、該ケーシングの内部に装着されて該ケーシングから外部へ径方向または軸心方向に延出したアラミド繊維を主材料とする多数のブラシ毛とを備えている。前記ブラシ毛が、アラミド繊維のストランドないしスレッドを巻回して成る複数の部分束で構成されており、前記複数の部分束の各々が、芯材の周囲にループ形に延在し、該芯材から離れる方向へ、互いに交叉することなく延出しており、それら部分束の各々２つずつの先端面が、同一面に接するように揃えられており、前記複数の部分束が、互いに上下に重なった状態で、クランプ部材により挟圧固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の、相対運動可能な２つの部材
の間を封止するためのシール部材として用いるブラシ形シールリングに関する。

【０００２】 この種のブラシ形シールリングには、そのブラシ毛の延出方向を径方向外方と
したもの、径方向内方としたもの、軸心方向、即ち、横方向としたものなどがあ
る。装着箇所に装備されたブラシ形シールリングは、それに対向する相手方部材
の、滑らかに仕上げられ、耐摩耗性が付与された表面と協働して、ブラシ形シー
ル構造を構成する。この相手方部材の表面は、円筒面形状ないし平面形状とする
ことが好まれる。ブラシ形シールリングは、静止側部材に装着するのが一般的で
あり、これは、ブラシ毛に遠心力が作用するのを避けるためである。また、軸な
どの回転部材ばかりでなく、運動範囲の小さい振動部材や、更には準静止部材な
ども、ブラシ部材で封止することができるが、その封止状態は完全密閉状態では
なく、使用中に多少の漏出を伴うことになる。また、多くの場合、封止しようと
する流体は気体である。

【０００３】 ドイツ特許公告ＤＥ３４２９７０８Ｃ１号公報の請求項に記載されているブラ
シ形シールは、そのブラシ毛を複合材料製としたものである。ブラシ毛の中心部
は弾発力を有する材料で形成してあるため、容易に変形し、また弾性によって元
の形状に復帰することができる。一方、ブラシ毛の表面をコートする材料は、熱
伝導率が大きく、摩擦係数が小さく、良好な耐摩耗性を有する材料としている。
このドイツ特許公報には、以上の特性を有するという点で良好な、多くの材料及
びそれら材料の組合せ方が記載されている。特に、中心部の材料及びコート材料
として用いるプラスチック材料について言及されており、特に、同公報の明細書
の末尾に掲載されている一覧表には、中心部の材料として、金属材料をコートす
ることのできるアラミド繊維であるケブラーが含まれている。同公報の全体の記
載から明らかなように、また特に、その図面に示されているように、同公報にお
いてブラシ毛と呼ばれているものは、所定の断面形状を有する直線形状の素材で
あって、例えば、把持、結束、挟圧、ロウ付け（はんだ付け）、接着、焼結等々
によって容易にブラシ部材とし得る材料を指しているのである。

【０００４】 アラミド繊維のストランドないしスレッドが「微細毛」構造を有することを熟
知している当業者であれば、アラミド繊維で形成したストランドやスレッドは、
以上に説明した特許公報の方法では、ブラシ毛としたり、ブラシ部材を構成する
ための材料とすることが全く不可能であるか、或いは、少なくとも、経済的に引
き合わないほどの高コストを費やさない限り、それが不可能であるということを
理解するはずである。

【０００５】 ヨーロッパ特許公告ＥＰ０２１１２７５Ｂ１号公報はブラシ形シールの製造方
法に関するものであり、巻回法を用いてブラシ形シールを製造する装置について
も記載されている。その方法によれば、ストランドの形態またはワイヤの形態の
ブラシ毛の材料を、平行に延在する２本の針金の周囲に巻回した上で、その巻回
したブラシ毛を２本のクランプバーで各々の針金に挟圧固定し、続いて、それら
２本の針金の中間の位置でブラシ毛を切断する。これによって、２本の直線状の
ブラシ部材が得られる。そして、各々の直線状ブラシ部材を、丸めてリング形に
し、その両端部を接合することで、一方の側へブラシ毛が延出した、切れ目のな
い円形のブラシ形シールリングが得られる。続いて、ブラシ毛の先端を切り揃え
て、高精度の完成寸法に仕上げる。このヨーロッパ特許は、ブラシ毛の材料とし
て、主として金属材料またはセラミック材料を用いることを、即ち、所定の断面
形状を有する「針金状」の硬質材料を用いることを想定している。このような意
味で、特に重要な材料としては、様々な金属材料の他に、炭化ケイ素繊維（Ｓｉ
Ｃ繊維）がある。しかしながら、炭化ケイ素繊維を用いる場合には、それを巻回
する際に、ブラシ部材としての望ましい厚さの中に収まるような小さな半径で折
り返すことができないため、芯材（針金）の径も、また、クランプ部材の径も、
大径とせざるを得ないという不都合が生じる。そのため、このヨーロッパ特許の
請求項に記載されている方法は、これまでのところ、金属材料製のブラシ部材を
製作するため以外には殆ど用いられていない。

【０００６】 ドイツ特許公開ＤＥ１９７２０６４９Ａ１号公報は、独特の形状のケーシング
を備えたブラシ形シールに関するものであり、そのケーシングは、ブラシ形シー
ルの使用状態における、即ち、そのブラシ形シールの両側間で圧力差が存在する
状態における、ブラシ毛の支持機能を改善することで、漏出量を低減するように
したものである。ループ状のブラシ毛は、針金製の芯材の周囲を回り込むように
配置されて、クランプ部材により挟圧固定されているが、この構成自体は周知の
ものである。このようなブラシ形シールリングは、上述したヨーロッパ特許公告
ＥＰ０２１１２７５Ｂ１号公報に記載されている製造方法を用いることで、良好
に製造することができる。ただし、このドイツ特許公開ＤＥ１９７２０６４９Ａ
１号公報には、ブラシ毛の材料については、特に記載されていない。

【０００７】 本発明は、以上の事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、アラミド
繊維を主材料とするブラシ毛を備えたブラシ形シールリングであって、製造が容
易であり、そのブラシ構造部分を確実にばらつきなく形成することができ、更に
、十分にして予測可能な封止性能を提供することのできる、ブラシ形シールリン
グを構成することにある。

【０００８】 この目的は、請求項１の前提部分に記載した構成要件と、請求項１の特徴部分
に記載した構成要件との組合せによって達成される。

【０００９】 極めて繊細な「微細毛」であるアラミド繊維のストランドないしスレッドを、
挟圧固定という方法で確実に固定することができ、更に、そのストランドないし
スレッドの延出方向を、挟圧固定という方法で所望の方向へ方向付けすることが
できるということは、これまで思いもよらないことであった。また、ストランド
ないしスレッドを、芯材の周囲にループ形に配置させる構成としたため、ストラ
ンドないしスレッドに大きな応力を作用させることなく、確実に挟圧固定するこ
とが可能となっており、これが可能であるのは、ストランドないしスレッドから
成るブラシ毛（部分束）と、そのブラシ毛（部分束）の周囲に係合して挟圧する
クランプ部材との間の接触領域の長さである「挟圧長さ」を、大きく取れること
によるものである。また、ブラシ毛が、アラミド繊維のストランドないしスレッ
ドを巻回して成る複数の部分束で構成されているという点は、製造方法に関する
重要な特徴であり、なぜならば、本発明において使用するアラミド繊維という材
料は、巻回法を用いる場合にのみ、良好に取扱うことができるからである。以上
の構成としたブラシ部材は、そのブラシ毛が、１本ずつ明確に識別できその断面
形状も判別できるような剛毛ではなく、極めて繊細な微細毛で作られた絵筆のよ
うな毛足となり、殆ど型くずれすることもない。

【００１０】 従属請求項は、請求項１に記載のブラシ形シールリングの好適な実施の形態に
かかる特徴を記載したものである。

【００１１】 以下に図面を参照しつつ、本発明について更に詳細に説明して行く。図面に示
したのは、ブラシ形シールリングを、その軸心を含む平面で切断して示した、正
確なスケール図ではない縦断面図である。

【００１２】 ブラシ形シールリング１は、リング形のケーシング２を備えており、このケー
シング２は、少なくともその概略形状が、回転対称形状となっている。ケーシン
グ２は、支持部材、保護部材、及び封止部材として機能するものである。ケーシ
ング２は、製造を容易にするために、カバープレート３と支持プレート４との、
２個の部品を組合せた構造としてあり、これらは、図中の上側の部分が、互いに
軸心方向に重なり部をもつように形成されている。また、カバープレート３と支
持プレート４とは、好ましくはビーディング手段によって、確実な固定嵌合で接
続されている。図示例では、ブラシ形シールリング１の中心軸Ｘは、ケーシング
２からブラシ毛が延出している側に存在している。従って、ケーシング２の外部
へ延出しているブラシ毛は、径方向内方に、即ち中心へ向かって延出しており、
このブラシ形シールリングの中心に存在している例えば回転軸などの回転形状の
相手方部材と協働するようにしてある。そして、この場合、その相手方部材（不
図示）の軸心は、ブラシ形シールリングの中心軸Ｘと一致している。ブラシ毛を
径方向外方に延出させた構造のブラシ形シールリングとすることも可能であり、
そのようなブラシ形シールリングは、例えば、ブラシ毛が協働する相手方部材が
、中空軸である場合などに用いられる。図１の断面図が、このような形態のブラ
シ形シールリングを示しているものと見るならば、その中心軸は、図中に断面で
示したケーシングの上方に位置することになる。

【００１３】 本発明にかかるブラシ形シールリングの更に別の実施の形態として、ケーシン
グから外部へ延出するブラシ毛を、横方向へ、即ち軸（中心軸）方向に延出させ
た構造のブラシ形シールリングとすることも可能であり、この場合には、ブラシ
毛が協働する相手方部材は、その封止箇所に平面形状の表面部分を有するものと
すればよい。図１の断面図が、このような形態のブラシ形シールリングを示して
いるものと見るならば、その中心軸は、図中に断面で示したケーシングの右方ま
たは左方にあって、上下方向に延在することになる。

【００１４】 以上に説明した様々な実施の形態とするための変更はいずれも、本発明の本質
に対して何ら影響を及ぼすものではない。

【００１５】 本発明においては、ブラシ部材の構造設計を、使用する材料に最大限に適合し
た構造にしている。ブラシ毛の素材には、芳香族ポリアミド繊維を使用しており
、これは一般的に、アラミド繊維と呼ばれているものであるが、「ケブラー」な
いし「ケブラー繊維」という名称の方が、更によく知られている。この繊維は、
撚りをかけてストランドまたはスレッドとしたものを、糸巻きに巻き付けた形態
で利用されている。ブラシ部材のブラシ毛は、複数の部分束で構成し、それら部
分束の各々を、ストランドないしスレッドの束として形成している。尚、部分束
の１つ１つを「ブラシ毛」と呼ぶか、それとも、それら複数の部分束の集合体を
もって「ブラシ毛」と呼ぶかは任意であり、それらの呼び方の相違に特別の意味
はない。

【００１６】 また、アラミド繊維を用いて構成したブラシ部材は、非常に繊細で柔らかな毛
足を有するものであるため、「ブラシ毛」という呼び方よりも、むしろ「ブラシ
微細毛」という呼び方の方が適切であるかもしれない。

【００１７】 説明を理解し易くするために、図には「ブラシ毛」を２つだけの部分束５、６
で構成した例を示した。また、図にはブラシ毛の厚さを誇張して描いてあり、実
際のブラシ毛の厚さは、千分の数ｍｍ〜百分の数ｍｍの範囲内の厚さとすること
が多い。芯材１１は、断面円形の部材であり、部分束５、６は、この芯材１１の
周囲を巻き付くようにして包み込んで、この芯材１１に懸装されており、そして
この芯材１１の両側から、この芯材１１から離れる方向へ、互いに交叉すること
なく延出している。更に、部分束５の両端部の先端面７、９、並びに、部分束６
の両端部の先端面８、１０は、同一面（仮想面）Ｆに接するように揃えられてい
る。この仮想面Ｆは、ブラシ形シールリングの相手方部材の表面に少なくとも近
似的に一致する面であって、図示例では、ブラシ形シールリングの中心軸Ｘをも
ってその中心軸とする円筒面（３次元面）である。尚、図では、部分束５、６が
僅かに湾曲して延在しており、その側面部分が支持プレート４の表面に当接して
いるが、これは、カバープレート３側、即ち図の左側の方が高圧力状況下で使用
されている状態を示したものである。部分束５、６を、芯材１１に固定する方法
としては、断面Ｃ形のクランプ部材１２を用いて挟圧固定する方法を用いている
。クランプ部材１２は、弾性を有する部材であり、押し広げることによって予荷
重を付与することができ、割溝を有する管材などで形成することができる。部分
束５、６の各々は、その全体のうちの挟圧固定領域以外の部分、即ち、仮想面Ｆ
からクランプ部材１２までの部分の、外部から力が加わっていないときの延在方
向が、本質的に径方向となるようにしてもよく、また、径方向及び周方向となる
ようにしてもよい。ここで、延在方向が径方向及び周方向であるというのは、所
定の角度（最大約４５°までの角度）をもって、周方向へ傾斜しているという意
味である。「ブラシ毛」を周方向へ傾斜させれば、径方向にしなり易くなるため
、相手方部材の表面の位置が変動する場合に、その位置の変動に対する補償が向
上する。ただし、相手方部材が回転軸である場合などには、その回転方向が「ブ
ラシ毛」の傾斜方向に限られてしまうのはやむを得ない。このことは、当業者に
は周知の事項であるため、更に詳細に説明するまでもない。「ブラシ毛」は、本
発明に従って、アラミド繊維のストランドないしスレッドを巻回して成る部分束
５、６で構成されている。より詳しくは、本明細書の冒頭部分で説明した特許の
請求項に記載されている方法に従って、先ず、ストランドないしスレッドを、所
定の間隔を空けて平行に延在させた２本の直線形状の芯材の周囲に巻回し、２個
のクランプ部材で各々の芯材に挟圧固定する。続いて、その状態で２本の芯材を
相対的に軸心方向にずらすことによって、巻回したストランドないしスレッドに
傾斜角を付ける。更に、巻回して傾斜角を付けたストランドないしスレッドを、
２本の芯材の中間の位置で切断する。これによって、互いに同一形状の２本の直
線状のブラシ部材が得られ、それら直線状ブラシ部材の各々は、１本の芯材と、
１個のクランプ部材とを備えたものとなっている。続いて、各々の直線状ブラシ
部材を丸めてリング形にし、その両端部を、溶接、ロウ付け（はんだ付け）、接
着などの方法を用いて接合する。この接合を行う際には、プラスチック材料であ
る繊維を、熱によって損傷ないし破断させることがないように留意する。その他
、複数の溶接箇所での突合せ接合などを行うことなどが考えられ、この方法によ
れば、溶接接合部が熱せられた際にその熱の除去が可能である。こうして得られ
た一様な構造のリング形ブラシ部材を、２個の部品（または３個以上の部品）を
組合せて構成するケーシングに組付けることで、所望のブラシ形シールリングが
得られる。続いて、ケーシングから外部へ延出しているブラシ毛の先端を刈り揃
えて、正確な寸法（仮想面Ｆに対応した寸法）に仕上げる。

【００１８】 アラミド繊維は強度が大きく、耐摩耗性に優れるだけに、その切断はそれほど
容易ではない。そのため、特別の切断方法を用いることが必要となることもあり
得る。機械的な切断、パンチング、エッジトリミングなどの方法の他に、特に、
レーザビーム切断法を用いることが考えられ、その場合に、必要とあらば、切断
部の冷却機能を備えたレーザビーム切断機を使用するようにしてもよい。また、
ウォータービーム（噴流水）切断法を用いることも考えられ、その場合に、噴流
水の中に微細砥粒を添加するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ブラシ形シールリングを、その軸心を含む平面で切断して示した、正確なスケ
ール図ではない縦断面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年１０月１９日（２００１．１０．１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項７】 あらゆる種類の回転機械及び発電機に使用可能なように構成
されていることを特徴とする請求項１乃至６記載のブラシ形シールリング。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年２月２８日（２００２．２．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項７

【補正方法】変更

【補正の内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プリンス，ロデヴィーク ドイツ連邦共和国 86495 エウラスブル グ，イム タル 22 Ｆターム(参考） 3J043 AA16 BA06 CA20 CB07 DA10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 例えばロータとステータとの間を封止するためにステータに
   固設して用いるなどのように、相対運動可能な２つの部材の間を封止するための
   シール部材として用いるブラシ形シールリングであって、リング形のケーシング
   と、該ケーシングの内部に装着されて該ケーシングの外部へ径方向または軸心方
   向に延出したアラミド繊維を主材料とする多数のブラシ毛とを備えており、それ
   らブラシ毛の先端面が、回転対称形状または平面形状の仮想面に接するように揃
   えられているブラシ形シールリングにおいて、 Ａ）前記ブラシ毛が、アラミド繊維のストランド及び／またはスレッドを巻回
   して成る複数の部分束（５、６）で構成されており、 Ｂ）前記複数の部分束（５、６）の各々が、芯材（１１）の周囲にループ形に
   延在し、該芯材（１１）から離れる方向へ、互いに交叉することなく延出してお
   り、それら部分束の各々２つずつの先端面（７、９；８、１０）が、前記芯材（
   １１）から離隔した同一仮想面（Ｆ）に接するように揃えられており、 Ｃ）前記複数の部分束（５、６）が、互いに上下に重なった状態で、前記芯材
   （１１）の周囲を回り込むようにして配置され、クランプ部材（１２）により挟
   圧固定されている、 ことを特徴とするブラシ形シールリング。
2. 【請求項２】 前記芯材（１１）が、断面円形の金属製の線材で形成され、
   前記クランプ部材（１２）が、長手方向に延在する割溝を有する断面円形の金属
   製の管材で形成されていることを特徴とする請求項１記載のブラシ形シールリン
   グ。
3. 【請求項３】 前記複数の部分束（５、６）の、挟圧固定領域（１２）以外
   の部分の延在方向が、本質的に径方向即ち軸心方向の方向成分に加えて、周方向
   の方向成分をも有することを特徴とする請求項１又は２記載のブラシ形シールリ
   ング。
4. 【請求項４】 前記複数の部分束（５、６）の先端面（７、９；８、１０）
   が、機械的な切断ないし裁断、レーザビーム切断、切断部の水冷を伴うレーザビ
   ーム切断（レーザマイクロジェット加工）、または、ウォータージェット（噴流
   水）切断によって刈り揃えられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか
   １項記載のブラシ形シールリング。
5. 【請求項５】 前記ブラシ毛の材料として用いるアラミド繊維が、デュポン
   社製のタイプ４９のケブラーと、化学組成及び物理構造が対応した繊維であるこ
   とを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のブラシ形シールリング。
6. 【請求項６】 水素等の気体を主として封止するように構成されていること
   を特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載のブラシ形シールリング。
7. 【請求項７】 あらゆる種類の回転機械及び発電機に使用可能なように構成
   されていることを特徴とする請求項１乃至６記載のブラシ形シールリング。