JP2016098840A

JP2016098840A - 軸封装置の製造方法、及び流体機械の製造方法

Info

Publication number: JP2016098840A
Application number: JP2014233438A
Authority: JP
Inventors: 紀久雄西山; Kikuo Nishiyama
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】容易に脱着及び位置決めすることができ、ハニカムと摺動相手面とのクリアランスをハニカムの開口面に亘って一定にすることができ、流体漏洩量を減少させることができる軸封装置の製造方法、及び流体機械の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る軸封装置の製造方法は、円筒部材を準備するステップと、前記円筒部材の表面にレーザ加工により複数の貫通孔を形成してハニカム部材を製造するステップと、を有する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、静止部材を貫通する回転軸に沿った流体の漏洩損失を軽減するハニカムを採用した軸封装置の製造方法、及び流体機械の製造方法に関する。

従来、流体機械の回転軸貫通部に、ハニカムを有する軸封装置を適用する場合には、図６又は図７に示す構造が採用されていた（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

図６は、従来の流体機械の回転軸貫通部の概略縦断面図であり、回転軸の中心軸線に対する対称半部を示す。なお、図６及び図７において、同一要素は同一符号にて示す。図６に示すように、流体機械は、例えばケーシング又はシール台部等である静止部材１１０と、静止部材１１０を貫通して回転する回転軸１２０を有する。静止部材１１０の回転軸１２０に対向する面（内周面）には、シール部材であり摺動部材でもあるハニカム１１１が、接着剤１１２により全面的に接着される。ハニカム１１１の内周面と回転軸１２０の外周面とは、所定のクリアランスで互いに離間される。

図７は、他の従来の流体機械の回転軸貫通部の概略縦断面図であり、回転軸の中心軸線に対する対称半部を示す。図７に示すように、流体機械は、図６に示した流体機械と同様に、例えばケーシング又はシール台部等である静止部材１１０と、静止部材１１０を貫通して回転する回転軸１２０を有する。図７に示す流体機械においては、ハニカム１１１は、回転軸１２０の静止部材１１０に対向する面（外周面）に接着剤１１２により全面的に接着される。ハニカム１１１の外周面と静止部材１１０の内周面とは、所定のクリアランスで互いに離間される。

図８は、図６及び図７に示されるハニカム１１１を示す概略図であり、図８Ａはハニカム１１１の正面図であり、図８Ｂはハニカム１１１の側面図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ハニカム１１１は、複数の孔１１１ａが蜂の巣状に設けられた板材である。その孔の形状は、通常六角形であるが、これと異なる形状の孔を有するハニカムも提案されている。孔形状、板材の厚み（孔深さｈ）、シール部分の長さ、上記クリアランス等は、目的とするシール性能により適宜決定される。

図６及び図７に示される流体機械においては、ハニカム１１１の片側面が静止部材１１０又は回転軸１２０に接着される。このため、ハニカム１１１の一方の面のみが開口面となり、ハニカム１１１の孔１１１ａを通過して流体が流動することはない。

図６及び図７に示される流体圧力Ｐ１は、ハニカム１１１による軸封部の隙間を通過する流体の流入側の圧力を示し、流体圧力Ｐ２は、ハニカム１１１による軸封部の隙間を通過する流体の流出側の圧力を示す。図６及び図７に示される流体機械においては、流体圧力Ｐ１は流体圧力Ｐ２よりも大きい。図６及び図７に示される流体機械の構造においては、流体漏洩量は、ハニカム１１１の開口面上を流体が通過する際の流体抵抗、即ち流量係数にのみ依存している。したがって、流体漏洩量を低減するには、ハニカム１１１の開口面とその対向面との間のクリアランスを小さくすること、又はハニカム１１１の開口面とその対向面との間の隙間通路を凹凸状に形成すること等が行われる。

図８に示すような単純な構造のハニカム１１１を有する軸封装置は、上述したように固定端を密閉端とし、他方（対向面側）を開口端とする管柱を複数並べた構造を有しており、管柱間の空間的連結は開口端部分しか存在しない。このため、ハニカム内の圧力が局部
的に変化しても、これを周囲の空間に拡散させ、均一化をすることが非常に困難である。この圧力の局部的変化により、回転軸のアンバランスや振動が生じる。

この圧力の局部的変化は、ハニカムの孔深さｈを全て同一の深さにして圧力変化を均一化することで、低減することができる。そのため、従来は静止部材１１０又は回転軸１２０の表面を放電加工により一定の深さで削ることで、ハニカム孔を一つ一つ直接形成していた。しかしながら、この加工方法では、深さの調整・管理に手間がかかり、加工時間も長く、加工時の熱歪を十分に排除することができなかった。このため、より加工時間が短く且つより歪まない加工が望まれていた。

ところで、ハニカム１１１の開口面は対向する静止部材１１０又は回転軸１２０の面と摺動するので、流体機械を運転するにつれてハニカム１１１は摩耗により削られる。このため、ハニカム１１１の板材の厚み、孔１１１ａの深さ、ハニカム１１１とその対向面とのクリアランスの大きさは流体機械を運転するにつれて変化する。この場合、運転開始時に設定したシール性能を発揮することができなくなり、シール性能は低下する傾向がある。そこで、所望のシール性能を回復するためには、接着剤で設置されたハニカム１１１を剥がして、新たなハニカム１１１を再度接着する必要があった。

しかしながら、ハニカム１１１をきれいに剥がすことは容易ではない。また、新たなハニカム１１１を取り付けるには、多くの手間がかかる。そのため、手間をかけずに容易にハニカム１１１を脱着できる構造が望まれている。

特許文献３は、複数の弓形部分を円周方向に隣接して配置することで形成される、略円筒形のラビリンスシールを開示している。このラビリンスシールは、機械ねじ又はその他の締結具によって羽根リングに取り着けられる。このラビリンスシールは、隣接する弓形部分の継ぎ目に敢えて隙間を設けている。したがって、その隙間が許容される機器においては、このラビリンスシールは有効である。しかしながら、そのような隙間が許容されない多くの機器では継ぎ目を隙間なく配置することが必要であり、継ぎ目を隙間なく緻密に配置することは困難である。

一方、ハニカムとその対向面との接触を防止することで、ハニカムの交換を不要にする考え方も存在する。特許文献４は、主軸（回転軸）とハニカムとのクリアランスが異なる二種類のハニカムシールをシールリング上に並べ、シールリングに低圧側からコイルバネを押し付ける構成を有する静圧シールを開示している。この静圧シールでは、ハニカムシール（シールリング）の軸方向両側に圧力差が生じても、ハニカムシールをバネの力によってハウジングの中間位置でバランスさせ、ハニカムシールの両端面がハウジングと接触しない非接触状態を保持する。これにより、ハニカムシールの偏心が抑制される。

しかしながら、この静圧シールを構成する場合、部品点数が増加する。また、圧力差に応じて変位するバネの再現精度や、シールリング端面におけるシールの仕上寸法精度等を調整することが難しい。また、ハニカムシールをバランス位置（中間位置）に移動させるので、主軸とハニカムのクリアランスを小さくし、漏れ量を低減するには限界があった。

また、ハニカムをケーシング等に取り付けるにあたり、ハニカムとケーシングとの密着性を保ちつつ、その接合面とは反対のハニカムの面（開口面）と、それに対向する回転側の面との間隔（クリアランス）をハニカムの開口面に亘って一定に保って接合することは容易ではない。この課題に対して、特許文献５は、ケーシングとハニカムコアとの間に複数個の突起を円周方向へ環状に配置し、ハニカムコアを突起を介してケーシングの内側に支持し、突起を介してプロジェクション溶接を行うことでハニカムコアをケーシング内側に一体仮付けするハニカムシールの組み立て、装着方法を開示している。これにより、ハ
ニカムコアとケーシングとのクリアランスをほぼ一定に保持したまま、ハニカムコアをケーシング内面にろう着けする。

しかしながら、特許文献５に記載された方法では、ハニカムの交換が困難となるうえ、プロジェクション溶接やろう着けによる熱のため、ハニカムに歪が生じ、ハニカムの開口面と対向面とのクリアランスをハニカムの開口面に亘って一定に保つのは困難であった。

特開昭５８−１９１３７４号公報特開昭５８−１９１３７５号公報特開昭５９−１７０４０６号公報実開昭６３−５１９６８号公報特開昭５４−９３４９号公報

以上で説明したように、ハニカムの脱着が容易で、静止部材及び回転部材（回転軸）のいずれかに対するハニカムの位置決めが簡単で、且つハニカムと摺動相手面（対向面）とのクリアランスをハニカムの開口面に亘って一定にすることのできる手段又は構成は存在しなかった。そこで、発明者等は、鋭意研究した結果、これらの課題を克服するハニカムを採用した軸封装置を見出した。

本発明は、容易に脱着及び位置決めすることができ、ハニカムと摺動相手面とのクリアランスをハニカムの開口面に亘って一定にすることができ、流体漏洩量を減少させることができる軸封装置の製造方法、及び流体機械の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る軸封装置の製造方法は、円筒部材を準備するステップと、前記円筒部材の表面にレーザ加工により複数の貫通孔を形成してハニカム部材を製造するステップと、を有する。

本発明の一形態に係る流体機械の製造方法は、円筒部材を準備するステップと、前記円筒部材の表面にレーザ加工により複数の貫通孔を形成してハニカム部材を製造するステップと、貫通孔を有する静止部材を準備するステップと、前記静止部材の前記貫通孔に回転軸を挿入するステップと、前記静止部材の内周面に対向する前記回転軸の外周面又は前記回転軸の外周面に対向する前記静止部材の内周面にハニカム部材を着脱可能に設けるステップと、を有し、前記ハニカム部材が前記回転軸の前記外周面に設けられたとき、前記ハニカム部材の外周面と前記静止部材の前記内周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成され、前記ハニカム部材が前記静止部材の前記内周面に設けられたとき、前記ハニカム部材の内周面と前記回転軸の前記外周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成される。

本発明の他の一形態に係る流体機械の製造方法は、第１の円筒部材を準備するステップと、前記第１の円筒部材の表面にレーザ加工により複数の貫通孔を形成してハニカム部材を製造するステップと、貫通孔を有する静止部材を準備するステップと、前記静止部材の前記貫通孔に回転軸を挿入するステップと、第２の円筒部材の内周面又は前記第２の円筒部材の外周面に前記ハニカム部材を設けるステップと、前記ハニカム部材が前記第２の円筒部材の前記内周面に設けられたとき、前記第２の円筒部材を前記静止部材の内周面に着脱可能に設け、又は前記ハニカム部材が前記第２の円筒部材の前記外周面に設けられたと
き、前記第２の円筒部材を前記回転軸の外周面に着脱可能に設けるステップと、を有し、前記ハニカム部材が前記第２の円筒部材の前記外周面に設けられたとき、前記ハニカム部材の外周面と前記静止部材の前記内周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成され、前記ハニカム部材が前記第２の円筒部材の前記内周面に設けられたとき、前記ハニカム部材の内周面と前記回転軸の前記外周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成される。

本発明によれば、容易に脱着及び位置決めすることができ、ハニカムと摺動相手面とのクリアランスをハニカムの開口面に亘って一定にすることができ、流体漏洩量を減少させることができる軸封装置の製造方法、及び流体機械の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る流体機械の回転軸貫通部の縦断面図である。本発明の実施形態に係る流体機械の回転軸貫通部の横断面図である。静止部材側にハニカム部材を備えた流体機械の回転軸貫通部の縦断面図である。本発明の実施形態に係る軸封装置を構成するハニカム部材に用いる円筒部材の横断面図である。図３Ａの矢視Ｘから見たときの円筒部材に形成されたハニカムパターンを示す概略側面図である。本発明の他の実施形態に係る流体機械の回転軸貫通部の縦断面図である。本発明の他の実施形態に係る流体機械の回転軸貫通部の横断面図である。静止部材側にリング及びハニカム部材を備えた流体機械の回転軸貫通部の縦断面図である。従来の流体機械の回転軸貫通部の概略縦断面図である。他の従来の流体機械の回転軸貫通部の概略縦断面図である。従来のハニカムの正面図である。従来のハニカムの側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１Ａは、本発明の実施形態に係る流体機械の回転軸貫通部の縦断面図であり、回転軸の中心軸線に対する対称半部を示す。図１Ｂは、本発明の実施形態に係る流体機械の回転軸貫通部の横断面図である。図１に示すように、例えばポンプ等である流体機械は、ケーシング又はシール台部等である静止部材１０と、静止部材１０を貫通する回転軸２０とを備える。静止部材１０は、略円筒形状であり、その中心に貫通孔を備える。回転軸２０は、静止部材１０の貫通孔を通じて延在し、その軸を中心に回転可能に構成される。

回転軸２０は、静止部材１０の内周面に対向する位置にその径が縮小された装着部２１を有する。また、回転軸２０は、装着部２１の径と比較して径が大きい大径部２４を有する。回転軸２０には、装着部２１と大径部２４との境界に段部αが形成される。また、装着部２１は、段部αが形成される側とは逆側の端部の外周面に、後述するピン２２を挿入するための溝２３を有する。

流体機械は、回転軸２０と同軸に配置され、その表面に複数の貫通孔（ハニカム孔）が設けられ、且つ回転軸２０の装着部２１の外周に嵌合する略円筒状のハニカム部材１１を有する。ハニカム部材１１は、本実施形態に係る軸封装置を構成する。ハニカム部材１１は、一端が段部αに当接するように装着部２１に嵌合される。装着部２１に嵌合されたハ
ニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面との間には、流体が通過するための所定の間隙が設けられる。ハニカム部材１１は、ハニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面との間隙を通過する回転軸２０に沿った流体の流れを阻害することができる。

図１Ａに示される流体圧力Ｐｌは、ハニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面との間隙を通過する流体の流入側の圧力を示し、流体圧力Ｐ２は、上記流体の流出側の圧力を示す。図１Ａに示される流体機械においては、流体圧力Ｐ１は流体圧力Ｐ２よりも大きい。

装着部２１の外周とハニカム部材１１の内周は、すきま嵌め又は中間嵌めにより嵌脱可能（着脱可能）に嵌め合わされる。また、ハニカム部材１１は、回転軸２０に形成された溝２３と対向する位置の外周面に、溝２５を有する。回転軸２０の溝２３とハニカム部材１１の溝２５とによって画定される孔２６にピン２２（係止部材）が挿入され、ハニカム部材１１が回転軸２０に係止される。即ち、ピン２２により、ハニカム部材１１の内周部を、ハニカム部材１１の内周部に対応する回転軸２０の外周部に係止することができる。

ピン２２が孔２６に挿入されることにより、ハニカム部材１１が回転軸２０と一体となって回転し、回転軸２０が空回りすることを防止することできる。また、ハニカム部材１１は、段部αに当接した状態でピン２２により回転軸２０に係止されるので、ハニカム部材１１が軸端方向を含む軸方向へ移動することが防止される。

さらに、ハニカム部材１１を交換する際は、ピン２２を外すだけでハニカム部材１１を回転軸２０から取り外すことができるので、ハニカム部材１１の交換の際に回転軸２０を流体機械から取り外すことも不要となる。

図１Ａ及び図１Ｂにおいては、回転軸２０側にハニカム部材１１を備えた流体機械の構成を説明したが、静止部材１０側にハニカム部材１１を備えた流体機械の構成も同様に製作可能であり、以上で説明した実施形態と同じ効果が得られる。

図２は、静止部材１０側にハニカム部材１１を備えた流体機械の回転軸貫通部の縦断面図である。この場合、図１Ａ及び図１Ｂに示した流体機械とは異なり、回転軸２０には装着部２１は形成されない。代わりに、静止部材１０は、回転軸２０の外周面に対向する位置にその内径が拡大された拡径部１３を有する。また、静止部材１０は、拡径部１３の内径と比較して内径が小さい小径部１４を有し、拡径部１３と小径部１４との境界に段部αが形成される。ハニカム部材１１は、その一端が段部αに当接するように、静止部材１０の拡径部１３の内周に着脱可能に嵌合される。ハニカム部材１１の内周面と回転軸２０の外周面との間には所定の間隙が設けられる。ハニカム部材１１は、その外周面に溝１６を有する。静止部材１０は、ハニカム部材１１の溝１６に対向する内周面に溝１５を有する。溝１６及び溝１５によって画定される孔２６にピン２２を挿入することにより、ハニカム部材１１の外周部を静止部材１０の内周部に係止することができる。なお、回転軸２０の外周面が静止部材１０の内周面と接触することを防止するために、ハニカム部材１１の内径は、静止部材１０の小径部１４の内径よりも小さい。

次に、ハニカム部材１１の製造方法を説明する。まず、設計上必要なハニカム孔深さと同じ厚みを有し、設計上必要な長さの円筒部材を用意する。ハニカム部材１１が回転軸２０に嵌合される場合は、円筒部材の内径は、回転軸２０に対して、すきま嵌めまたは中間嵌めすることができる大きさに設計される。また、円筒部材の外径は、静止部材１０の内径よりも所定のクリアランスの分だけ小さい径となる。一方で、ハニカム部材１１が静止部材１０に嵌合される場合は、円筒部材の外径は、静止部材１０に対して、すきま嵌め又は中間嵌めすることができる大きさに設計される。また、円筒部材の内径は、回転軸２０
の外径よりも所定のクリアランスの分だけ大きい径となる。

次に、円筒部材をレーザ加工機にセットする。レーザ加工機には、円筒部材の寸法、ハニカムのパターンのデータ、加工手順等が予め入力されている。レーザ加工機を駆動し、円筒部材にハニカム形状の孔を貫通加工させる。レーザ加工においては、孔を貫通する順序を工夫することにより、歪を生じさせることなく円筒形状のハニカム部材１１を形成することができる。

このレーザ加工によれば、ハニカム部材１１は歪みが少ないので、ハニカム部材１１と回転軸２０との嵌め合いを精確に行うことができる。したがって、ハニカム部材１１と静止部材１０とのクリアランスを、ハニカム部材１１の開口面（外周面）に亘って一定にすることが可能となる。そして、ハニカム部材１１を回転軸２０に嵌合することで、ハニカム部材１１と回転軸２０とが互いに密着して、両者の間のシール性が高まる。これにより、ハニカム部材１１の孔の深さが一定であるハニカムシールリングを形成することが可能となる。

図３Ａは、図１に示した本実施形態に係る軸封装置を構成するハニカム部材１１に用いる円筒部材の横断面図であり、図３Ｂは、図３Ａの矢視Ｘから見たときの円筒部材に形成されたハニカムパターンを示す概略側面図である。

図３Ａに示す円筒部材は、直径（外径）Ｄが３００ｍｍであり、厚さＴが１３ｍｍである。この円筒部材の外表面にレーザを照射し、図３Ｂに示すように、一辺Ｓの長さが４ｍｍの六角形の複数の貫通孔１１ａを、相互間隔Ｃが１．５ｍｍとなるように蜂の巣状に形成した。円筒部材の加工前と加工後との内外径寸法の変化は１００分の１ｍｍオーダー未満であった。なお、この円筒部材（ハニカム部材１１）の材料は耐水性・耐食性・耐摩耗性が優れた金属であれば特に限定されないが、ポンプなどの液体流体機械に用いる場合は、ＳＵＳ４０３等のステンレス材料を用いることが好ましい。

続いて、本実施形態に係る流体機械を製造する方法を説明する。まず、静止部材１０の貫通孔に回転軸２０を挿入する。続いて、静止部材１０の内周面に対向する回転軸２０の装着部２１の外周面又は回転軸２０に対向する静止部材１０の内周面に、以上のように製造されたハニカム部材１１を着脱可能に嵌合する。これにより、ハニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面又はハニカム部材１１の内周面と回転軸２０の外周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成される。さらに、ハニカム部材１１が回転軸２０に設けられる場合は、回転軸２０の溝２３とハニカム部材１１の溝２５により画定される孔２６にピン２２を挿入して、ハニカム部材１１の内周部を、ハニカム部材１１の内周部に対応する回転軸２０の外周部に係止する。一方で、ハニカム部材１１が静止部材１０に設けられる場合は、ハニカム部材１１の溝１６と静止部材１０の溝１５により画定される孔２６にピン２２を挿入して、ハニカム部材１１の外周部を、ハニカム部材１１の外周部に対応する静止部材１０の内周部に係止する。

本実施形態によれば、回転軸２０に嵌合するハニカム部材１１は、回転軸２０に嵌脱可能な寸法の円筒部材に直接複数の貫通孔を穿つことにより形成される。このため、従来のようにハニカム部材を接着剤で回転軸等に固定することも、分割したハニカム部材を円筒状に接合することも必要なく、ハニカム部材１１を容易に軸方向から回転軸２０に嵌脱することができる。

また、ハニカムパターンが形成される対象物が円筒部材なので、静止部材１０及び回転軸２０のいずれにハニカム部材１１を装着する場合であっても、円筒の長さ、厚みにより設計上必要な位置決めを容易に行うことができる。したがって、たとえばハニカムパター
ンの孔深さを容易に一定にすることができる。また、ハニカム部材１１と摺動対向面（静止部材１０の内周面又は回転軸２０の外周面）との設計的に所望するクリアランスを、ハニカム部材１１の開口面（外周面）に亘って一定にし、且つより小さくすることができる。したがって、軸封装置を介した流体漏洩量を減少することができる。

本発明の他の実施形態を説明する。図４Ａは、本発明の他の実施形態に係る流体機械の回転軸貫通部の縦断面図であり、図４Ｂは、本発明の他の実施形態に係る流体機械の回転軸貫通部の横断面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示す流体機械では、装着部２１とハニカム部材１１との間にリング３１（円筒部材）を設けている点が図１Ａ及び図１Ｂに示した流体機械と異なる。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、リング３１は、円筒状の部材であり、回転軸２０と同軸に配置され、且つ回転軸２０の装着部２１の外周に嵌合するように構成される。装着部２１の外周とリング３１の内周は、すきま嵌め又は中間嵌めにより嵌脱可能（着脱可能）に嵌め合わされる。

リング３１の外周とハニカム部材１１の内周は、互いに嵌め合い装着できる関係にある。即ち、ハニカム部材１１は、リング３１と同軸に配置され、リング３１の外周に嵌合可能に構成される（リング３１の外周面に設けられる）。そして、ハニカム部材１１は、リング３１の外周に嵌合された状態で、溶接部２８を介して端面部分をリング３１と溶接することにより、リング３１に固定される。この場合、ハニカム部材１１の内周部の一部と、ハニカム部材１１の内周部に対応するリング３１の外周部の一部とが溶接により接続される。なお、固定するための溶接は、点付け溶接が好ましい。また、リング３１の外周とハニカム部材１１の内周は、すきま嵌め又は中間嵌めにより、嵌脱可能（着脱可能）に嵌め合わされてもよい。

リング３１の外周に嵌合されたハニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面との間には、流体が通過するための所定の間隙が設けられる。言い換えれば、ハニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成される。ハニカム部材１１は、ハニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面との間隙を通過する回転軸２０に沿った流体の流れを阻害することができる。

図４Ａに示される流体圧力Ｐｌは、ハニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面との間隙を通過する流体の流入側の圧力を示し、流体圧力Ｐ２は、上記流体の流出側の圧力を示す。図４Ａに示される流体機械においては、流体圧力Ｐ１は流体圧力Ｐ２よりも大きい。

また、リング３１は、回転軸２０に形成された溝２３と対向する位置に、溝２５ａを有する。回転軸２０の溝２３とリング３１の溝２５ａとによって画定される孔２６ａにピン２２（係止部材）が挿入され、リング３１が回転軸２０に係止される。即ち、ピン２２により、リング３１の内周部を、リング３１の内周部に対応する回転軸２０の外周部に係止することができる。

ピン２２が孔２６ａに挿入されることにより、リング３１が回転軸２０と一体となって回転し、回転軸２０が空回りすることを防止することができる。また、リング３１及びハニカム部材１１は、段部αに当接した状態でピン２２により回転軸２０に係止されるので、リング３１及びハニカム部材１１が軸端方向を含む軸方向へ移動することが防止される。また、工作に手間のかかるハニカム部材１１及び装置の中でも大きい部材となる回転軸２０の寸法及び組合せに応じてリング３１の大きさを調整することにより、部材や部品の共用化を図ることができる。

さらに、ハニカム部材１１を交換する際は、ピン２２を外すだけで、ハニカム部材１１をリング３１と共に回転軸２０から取り外すことができるので、ハニカム部材１１の交換の際に回転軸２０を流体機械から取り外すことも不要となる。

図４Ａ及び図４Ｂにおいては、回転軸２０側にリング３１及びハニカム部材１１を備えた流体機械の構成を説明したが、静止部材１０側にリング３１及びハニカム部材１１を備えた流体機械の構成も同様に製作可能であり、以上で説明した実施形態と同じ効果が得られる。

図５は、静止部材１０側にリング３１及びハニカム部材１１を備えた流体機械の回転軸貫通部の縦断面図である。この場合、図４Ａ及び図４Ｂに示した流体機械とは異なり、回転軸２０には装着部２１は形成されない。代わりに、静止部材１０は、回転軸２０の外周面に対向する位置にその内径が拡大された拡径部１３を有する。また、静止部材１０は、拡径部１３の内径と比較して内径が小さい小径部１４を有し、拡径部１３と小径部１４との境界に段部αが形成される。リング３１は、その一端が段部αに当接するように、静止部材１０の拡径部１３の内周に着脱可能に嵌合される。リング３１の内周には、ハニカム部材１１が嵌合され、溶接部２８を介して端面部分をリング３１と溶接することによりリング３１に固定される。ハニカム部材１１の内周面と回転軸２０の外周面との間には所定の間隙が設けられる。リング３１は、その外周面に溝１６ａを有する。静止部材１０は、リング３１の溝１６ａに対応する位置に溝１５を有する。溝１６ａ及び溝１５によって画定される孔２６ａにピン２２を挿入することにより、リング３１の外周部を静止部材１０の内周部に係止することができる。したがって、リング３１に固定されるハニカム部材１１も、静止部材１０に対して固定される。なお、回転軸２０の外周面が静止部材１０の内周面と接触することを防止するために、ハニカム部材１１の内径は、静止部材１０の小径部１４の内径よりも小さい。

次に、ハニカム部材１１の製造方法を説明する。まず、設計上必要なハニカム孔深さと同じ厚みを有し、設計上必要な長さの円筒部材を用意する。リング３１が回転軸２０に嵌合される場合は、円筒部材の内径は、リング３１の外径に対して、すきま嵌めまたは中間嵌めすることができる大きさに設計される。また、円筒部材の外径は、静止部材１０の内径よりも所定のクリアランスだけ小さい径となる。一方で、リング３１が静止部材１０に嵌合される場合は、円筒部材の外径は、リング３１の内径に対して、すきま嵌めまたは中間嵌めすることができる大きさに設計される。また、円筒部材の内径は、回転軸２０の外径よりも所定のクリアランスだけ大きい径となる。

次に、円筒部材をレーザ加工機にセットする。レーザ加工機には、円筒部材の寸法、ハニカムのパターンのデータ、加工手順等が予め入力されている。レーザ加工機を駆動し、円筒部材にハニカム形状の孔を貫通加工させる。レーザ加工によれば、孔を貫通する順序を工夫することにより、歪を生じさせることなく円筒形状のハニカム部材１１を形成することができる。

このレーザ加工によれば、ハニカム部材１１は歪みが少ないので、ハニカム部材１１とリング３１との嵌め合いを精確に行うことができる。したがって、ハニカム部材１１と静止部材１０（又は回転軸２０）とのクリアランスを、ハニカム部材１１の開口面（外周面）に亘って一定にすることが可能となる。そして、ハニカム部材１１をリング３１に嵌合することで、ハニカム部材１１とリング３１とが互いに密着して、両者の間のシール性が高まる。これにより、ハニカム部材１１の孔の深さが一定であるハニカムシールリングを形成することが可能となる。なお、本実施形態におけるハニカム部材１１は、図３Ａ及び図３Ｂに示したハニカム部材１１（円筒部材）と、径及び厚みを除いて同一の構成を採用
することができる。このため、ハニカム部材１１の構成の詳細の説明は省略する。

続いて、本実施形態の流体機械を製造する方法を説明する。まず、静止部材１０の貫通孔に回転軸２０を挿入する。続いて、リング３１の外周面又はリング３１の内周面にハニカム部材１１を嵌合して、ハニカム部材１１を溶接によりリング３１に固定する。リング３１が回転軸２０に設けられる場合は、外周面にハニカム部材１１が設けられたリング３１を回転軸２０の装着部２１の外周面に着脱可能に嵌合する。一方で、リング３１が静止部材１０に設けられる場合は、内周面にハニカム部材１１が設けられたリング３１を、静止部材１０の内周面に着脱可能に嵌合する。これにより、ハニカム部材１１の外周面と静止部材１０の内周面又はハニカム部材１１の内周面と回転軸２０の外周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成される。

さらに、リング３１が回転軸２０に設けられる場合は、回転軸２０の溝２３とリング３１の溝２５ａにより画定される孔２６ａにピン２２を挿入して、リング３１の内周部を、リング３１の内周部に対応する回転軸２０の外周部に係止する。一方で、リング３１が静止部材１０に設けられる場合は、静止部材１０の溝１５とリング３１の溝１６ａにより画定される孔２６ａにピン２２を挿入して、リング３１の外周部を、リング３１の外周部に対応する静止部材１０の内周部に係止する。

本実施形態によれば、リング３１に嵌合されるハニカム部材１１は、回転軸２０に嵌脱可能な寸法のリング３１に溶接等により固定されるので、従来のようにハニカム部材を接着剤で回転軸等に固定することも、分割したハニカム部材を円筒状に接合することも必要なく、ハニカム部材１１をリング３１と共に容易に軸方向から回転軸２０に嵌脱することができる。

また、ハニカムパターンが形成される対象物が円筒部材なので、静止部材１０及び回転軸２０のいずれにリング３１を装着する場合であっても、円筒の長さ、厚みにより設計上必要な位置決めを容易に行うことができる。したがって、たとえばハニカムパターンの孔深さを容易に一定にすることができる。また、ハニカム部材１１と摺動対向面（静止部材１０の内周面又は回転軸２０の外周面）との設計的に所望するクリアランスを、ハニカム部材１１の開口面（外周面）に亘って一定にし、且つより小さくすることができる。したがって、軸封装置を介した流体漏洩量を減少することができる。

以上に本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

１０：静止部材
１１：ハニカム部材
１２：接着剤
２０：回転軸
２１：装着部
２２：ピン
２３：溝
３１：リング

Claims

円筒部材を準備するステップと、
前記円筒部材の表面にレーザ加工により複数の貫通孔を形成してハニカム部材を製造するステップと、を有する軸封装置の製造方法。
円筒部材を準備するステップと、
前記円筒部材の表面にレーザ加工により複数の貫通孔を形成してハニカム部材を製造するステップと、
貫通孔を有する静止部材を準備するステップと、
前記静止部材の前記貫通孔に回転軸を挿入するステップと、
前記静止部材の内周面に対向する前記回転軸の外周面又は前記回転軸の外周面に対向する前記静止部材の内周面にハニカム部材を着脱可能に設けるステップと、を有し、
前記ハニカム部材が前記回転軸の前記外周面に設けられたとき、前記ハニカム部材の外周面と前記静止部材の前記内周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成され、
前記ハニカム部材が前記静止部材の前記内周面に設けられたとき、前記ハニカム部材の内周面と前記回転軸の前記外周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成される、流体機械の製造方法。
第１の円筒部材を準備するステップと、
前記第１の円筒部材の表面にレーザ加工により複数の貫通孔を形成してハニカム部材を製造するステップと、
貫通孔を有する静止部材を準備するステップと、
前記静止部材の前記貫通孔に回転軸を挿入するステップと、
第２の円筒部材の内周面又は前記第２の円筒部材の外周面に前記ハニカム部材を設けるステップと、
前記ハニカム部材が前記第２の円筒部材の前記内周面に設けられたとき、前記第２の円筒部材を前記静止部材の内周面に着脱可能に設け、又は前記ハニカム部材が前記第２の円筒部材の前記外周面に設けられたとき、前記第２の円筒部材を前記回転軸の外周面に着脱可能に設けるステップと、を有し、
前記ハニカム部材が前記第２の円筒部材の前記外周面に設けられたとき、前記ハニカム部材の外周面と前記静止部材の前記内周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成され、
前記ハニカム部材が前記第２の円筒部材の前記内周面に設けられたとき、前記ハニカム部材の内周面と前記回転軸の前記外周面は、所定の間隙を有して互いに対向するように構成される、流体機械の製造方法。