JP4675530B2 - 板ブラシシール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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の１方側を細梁に加工して短冊状にした板ブラシシールに関する。
特に、板ブラシシール単板の細梁に傷が付かないように保護する板ブラシシールの技術分野に係わるものである。
【０００２】
【従来技術】
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。
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。
【０００３】
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、多数の剛毛１０１を束状にし、その束状にした剛毛１０１を円周に沿って壁状に配列してある。又、外周の一端部が溶接により結合して取付部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の線形の直径は、一般に、０．０２ｍｍから０．５mmのものが用いられている。そして、剛毛１０１は線径であるからシール能力が低い。このために剛毛束の厚さを厚くしなければならないので、その本数は何万、何十万本と用いられている。
【０００４】
ブラシシール１０９は、この無数の剛毛１０１を一定の長さに切断し、この剛毛１０１を周方向に整列しなければならないので、この整列の精度と共に作業が困難である。更に、大量生産として一定の精度に組み立てることが困難であるために不良の原因となっている。
【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。
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、回転軸１２０がブラシシール１０９に当接したときなどに対応変形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。
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、ブラシシール１０９の取付部１０４を中心にして溶接されて３者を結合部１０６に形成されている。この３者の材質が異なるので溶接による熱変形が伴い、再度の加工が必要となって加工コストを上昇させる。
【０００６】
図９は、図８の実線で示すように、回転軸１２０が揺動しない正常に嵌合したブラシシールい１０９の状態の１部の正面図であって、この剛毛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ながら嵌合している。このためブラシシール１０９として製作した後に、自由端部１０５の嵌合面は、図１１に示すように、回転軸１２０と嵌合できるように嵌合面を精密に仕上げ加工されている。この図１１はブラシシール１０９の内周から見た斜視図である。
この自由端部１０５の加工も剛毛１０１が数万本と環状の束にされているので、本数が多い上に、変形しやすいから加工が困難である。更に、自由端部１０５を加工した後でも取り付け作業時などに他の部品に当接すると剛毛１０１は細線であるから変形しやすい。このためにシールの能力に悪影響を与えることになる。
【０００７】
そして、図１０に示すように回転軸１２０がブラシシール１０９の自由端部１０５に接触すると、ブラシシール１０９は、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。このとき、剛毛１０１の自由端部１０５に変形した不良箇所があると回転軸１２０との接触を増加させて摩耗が急速に促進される。
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、自由端部１０５の変形や摩耗によりシール能力を悪化させることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく構成されたブラシシール２は、剛毛１０１が細線であるから自由端部１０５が変形しやすい。このためにブラシシール２を製作しているときに剛毛の自由端部１０５が変形することがある。更に、この製作中に変形しないにしても、ケーシング１３０に取り付けるときに、自由端部１０５を折り曲げることがある。
又、ブラシシール２の自由端部１０５の端面を回転軸１２０に嵌合するように正確に仕上げ加工することが困難で、加工コストを上昇させることになる。
更に、剛毛１０１は、ブラシシールに構成すると数万本になるので、自由端部１０５の端面を均一な内径に揃えて取付部を溶接することも困難である。
【０００９】
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、ブラシシールの板ブラシ部を損傷させることなく板ブラシシール単板を製作できるようにすると共に、板ブラシシール単板を折り曲げたり、損傷させたりすることなく積層できるようにすることにある。
更に、ブラシシールが回転軸に当接しても対応して弾性変形するように弾性的な細線にすると共に、細線であっても板ブラシ部を損傷しないようにして板ブラシシール単板を組立できるようにすることにある。
又、ブラシシールを製作する材料の歩留まりを向上させると共に、板ブラシシールの加工精度を向上させることにある。
そして、ブラシシールにおける回転軸の外周面との変動に対応する追随性を良好にし、且つブラシシールの回転軸との接合又は近接によるシール能力を向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１１】
請求項１に係わる本発明の板ブラシシールは、間隙を有して相対移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であって、前記他方の部品の相対面側に各スリット間に細梁が形成される短冊状の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板状基部を有する板ブラシシール単板を具備し、前記板ブラシシール単板の前記板ブラシ部の自由端部に一体の切捨板を有すると共に前記板ブラシ部と前記切捨板との境界に薄肉にした折り溝を有し、前記板ブラシシールを前記構成部品間へ装着する前に前記切捨板を折り溝から切断するものである。
【００１２】
この請求項１に係わる本発明の板ブラシシールでは、板ブラシシール単板の板ブラシ部における自由端部に切捨板が一体に形成されており、この切捨板により板ブラシ部を保護することができる。このために板ブラシ部が他の部材に当接しても多数の細梁が折れ曲がること防止される。
しかも、この切捨板の付け根にハーフエッチングにより薄肉にされた折り溝が形成されているから、切捨板を積層時に折り曲げて切断すれば又は構成部品のロータへ装着時に切捨板を折り曲げて切断すれば、板ブラシシール単板又は板ブラシシールに構成できるものである。
更に、板ブラシシール単板は、薄板から製作されるので、製作上の加工精度が良くなると共に、板ブラシシールの取り付けが極めて容易になる。
【００１３】
請求項２に係わる本発明の板ブラシシールは、前記板ブラシシール単板は各前記板状基部の一端に有する連結凹部と各他端に有する連結凸部とが連結された複数の切出モジュール単板を具備し、前記切出モジュール単板の前記板ブラシ部の自由端部に一体に形成された切捨板を有するものである。
【００１４】
この請求項２に係わる本発明の板ブラシシールでは、板ブラシシール単板が各切出モジュール単板を結合して形成されているから、大きな板ブラシシール単板であっても切出モジュール単板をつなぎ合わせてゆけば大きな板ブラシシール単板ができるので、薄板の素材から切り出す材料の歩留まりが飛躍的に向上する。
しかも、切出モジュール単板には、切捨板が板ブラシ部の自由端部に切り溝を介して一体に設けられているから、切捨板が付いている間は板ブラシ部の自由端側が保護される。このために、この板ブラシ部に損傷が発生するのを効果的に防止できる。同時に、切出モジュール単板を保管するときなどに、損傷させないように部品管理することが容易になると共に、その切出モジュール単板を板ブラシシール単板に形成する組立中に損傷することも効果的に防止できる。
【００１５】
請求項３に係わる本発明の板ブラシシールは、前記切出モジュール単板には前記板ブラシ部の自由端部に一体に切捨板を有すると共に前記切捨板が複数に分割されているものである。
【００１６】
この請求項３に係わる本発明の板ブラシシールでは、切出モジュール単板に設けられた切捨板は、スリット方向へ複数に分割された切断部に形成されているから、切出モジュール単板５Ａから切捨板を折り曲げ切断するときに、簡単に分離することが可能になる。
特に、板ブラシシールに形成して、構成部品に組み込む直前に切捨板を折り曲げて分離することができるので、板ブラシ部を損傷させることなく確実に防止することが期待できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる板ブラシシール装置の好ましい実施の形態を、図面に基づいて詳述する。尚、以下の図面は、所謂、不正確な特許図面ではなく、形状が正確な寸法の設計図である。
【００１８】
図１は、本発明の第一実施の形態の板ブラシシール装置の半断面図である。この板ブラシシール装置は、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側とにシールするために配置した例のものである。
又、図２は、図１に示す板ブラシシール装置１に取り付けられた板ブラシシール２の平面図である。
図３は、図２の組み合わせ構成部品の１つであるモジュール単板５の平面図である。
又、図４は図３のモジュール単板５を薄板からエッチング処理加工により切り出した切出モジュール単板５Ａである。
図５は図３のモジュール単板５の他の実施例のモジュール単板５の平面図である。
又、図６は図５のモジュール単板５を薄板からエッチング処理加工により切り出した切出モジュール単板５Ａである。
【００１９】
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に一方から挟持するように取付部品１２を介して取り付けられている。又、板ブラシシール装置１の内周側の自由端部１１は他方の部品であるロータ（回転軸）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。
【００２０】
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。
このうちの板ブラシシール２は、図２に示すような薄板の板ブラシシール単板３を積層して形成される。板ブラシシール単板３は、図３又は図５に示す多数のモジュール単板５の両端を連結して環状に形成される。この図３及び図５のモジュール単板５については後述する。
板ブラシシール単板３は、環状体を成す内周側がロータ６０の回転方向へ傾斜したスリット９に加工され、その間が細梁８に形成されている。そして、細梁８とスリット９との全体が短冊状を成して板ブラシ部３Ａに構成されいる。又、板ブラシシール単板３は、この板ブラシ部３Ａの外周がケーシング５０に取り付けられる板状基部３Ｂに形成されている。
【００２１】
この、板ブラシシール単板３の板ブラシ部３Ａを構成するスリット９間に形成された細梁８は、断面が角形状の梁に形成されているものである。又、板ブラシシール単板３は、ロータ６０の軸方向へ複数枚を積層状態に配置して壁状に形成される。
この板ブラシシール単板３は、一実施例として、０．００５から０．００８mmの薄板の内周側が隙間を成すスリット９によりその間が細梁８に形成されている。その細梁８の断面が長方形状（薄板の厚さに比較して幅が大きくすれば長方形となり、厚さと同一であれば正方形となる）に形成されていると共に、その断面寸法の１辺は、０．２〜０．００５×０．３〜０．００８ｍｍ、好ましくは０．１５〜０．００８×０．２〜０．０１ｍｍである。又、長さは５〜５０ｍｍの範囲である。この他に細梁８の断面は三角形、台形、楕円形等種々のものが用いられる。
更に、板ブラシシール２の壁の厚さは０．５〜５ｍｍの範囲にしたが、この厚さは、被密封流体の圧力や設計条件により決められるものである。
【００２２】
板ブラシシール単板３の板状基部３Ｂは、薄板の環状体を成す板ブラシ部３Ａの外周に形成されている。この板状基部３Ｂには、円周に沿って一実施例である位置決め孔４が形成されている。この円周に形成された各位置決め孔４のピッチＰは微少に相違している。この位置決め孔４のピッチＰの相違は、板ブラシシール２にするために、同一に製作された板ブラシシール単板３を積層した隣接する２枚の板ブラシシール単板３の位置決め孔４を１ピッチ又は２ピッチずらして各位置決め孔４を合わせると、一方の板ブラシシール単板３のスリット９の位置に他方の板ブラシシール単板３の細梁８の位置が重なり合うような寸法関係に設計されている。つまり、板ブラシシール単板３を積層するとスリット９が千鳥形に配列形成されるものである。
【００２３】
板ブラシシール２を形成するために板ブラシシール単板３をシール能力に応じて必要厚さに積層するが、積層された板ブラシシール単板３の板状基部３Bには位置決め孔４が形成されている。そして、この積層状態は、積層枚数にかかわらず、ピッチの異なる位置決め孔４を背板部６の位置決めピン７に合わせることにより簡単に、しかも精密に組立できる。
【００２４】
次に、板ブラシシール単板３の製造方法について述べる。
板ブラシシール単板３の材質は、鋼、ステンレス、ニッケル基の合金、セラミック材等の薄板から製作される。この板ブラシシール単板３の加工は、従来知られている加工方法のワイヤー放電加工やエッチング処理加工、レーザ加工、電子ビーム加工などの微細加工により薄板加工に適した方法を見いだして製作したものである。このため薄板であっても精密に加工できると共に、各寸法精度は高精度のものが得られる。
【００２５】
図４に示す切出モジュール単板５Ａは、図３のモジュール単板５を形成するために０．００５から０．００８mmの薄板に図４に示すような形状を多数歩留まりよくパターン印刷した後にエッチング処理加工により形成するものである。 この微細加工技術の概略は知られている技術なので省略する。この切出モジュール単板５Ａは、図３に示すモジュール単板５の板ブラシ部３Ｂの自由端部１１に平面長方形の切捨板Ａを切断部１７により１２個に分割して付け根が一体に形成してある。この切捨板Ａが複数に分割してあるのは、切捨板Ａを折れやすくするためである。このために切捨板Ａは必要に応じて２個から３個の切捨板Ａに設計しても良い。
又、板ブラシ部３Ｂと切捨板Ａとの境界はハーフエッチングにより薄肉にされた折り溝１６を形成しておく。そして、板ブラシシール２に製作するために板ブラシシール単板３を積層するが、積層した後に切捨板Ａを折り捨ててモジュール単板５に形成する。又は、ロータ６０に装着するときに切捨板Ａを折り捨てるようにする。
この切捨板Ａの除去時期は、装着時に板ブラシ板３Ｂが損傷する状況か否かを考慮して任意に選択するものである。この図４に示す切捨板Ａを切出モジュール単板５Ａから除去すると図３に示すモジュール単板５に形成される。
【００２６】
図６の切出モジュール単板５Ａは、図４のそれと同一機能を有するように構成した点ではほぼ同一である。相違する点は、切捨板Ａが１枚の長方形に形成されている点である。そして、板ブラシ部３Ａと切捨板Ａとの境界には薄肉に形成された折り溝１６が形成されている。
又、板状基部３Ｂには、位置決め孔４Ａが形成されていない。そして、図６の切出モジュール単板５Ａから切捨板Ａを切り捨てると図５のモジュール単板５に形成される。
【００２７】
このモジュール単板５に形成する効果は、分割されて小さく形成されるモジュール単板５が、１枚の薄板から歩留まりよく多数個取りができるからである。更には、ロータ６０を装置から分解することなく、ロータ６０に直接に板ブラシシール２を装着できるようになるからである。
【００２８】
次に、モジュール単板５を板ブラシシール２に形成する組立方法について説明する。
図３に示すモジュール単板５を板ブラシシール２に組み立て構成するには、図４の切出モジュール単板５Ａの位置決め孔４を背板部６に嵌着されている位置決めピン７に嵌合して位置決めする。この位置決めした切出モジュール単板５Ａをもとにして次の切出モジュール単板５Ａの板状基部３Ｂに設けられた連結凹凸部１５を連結すると言うように次々に連結して板ブラシシール単板３に形成する。この段階で、各切捨板Ａを次々に折り溝１６から切断して切り捨てる（切捨板Ａを折り溝１６から曲げると簡単に切断できる）。同様に、次に積層する各切出モジュール単板５Ａの連結凹凸部１５を連結して環状の板ブラシシール単板３に形成する。この段階で前述と同様にして切捨板Ａを折り溝１６から切断する。このようにして、板ブラシシール２を形成する。
【００２９】
この切捨板Ａも切り捨て時期の他の方法は、板ブラシシール２に形成するために積層するときではなく、板ブラシシール２に形成した状態では切捨板Ａを付けておき、ロータ６０に装着するときに切捨板Ａを折り曲げて切断する。このようにすれば、板ブラシ部３Ａが装着部品に当接しても、折り曲げられて損傷することが防止される。
【００３０】
この組立方法では、位置決めピン７が位置決め孔４に接触嵌合するので正確に位置決めされる。これをもとにして、切出モジュール単板５Ａを連結しながら積層して板ブラシシール単板３を組み立てるために積層する作業は簡単であり、しかも、組立の配置は精密に位置決めされて高精度のものがいられる。又、板状基部３Ｂを溶接して固定部２０に形成する必要もないから、溶接による熱変形による歪みや不揃いが防止される。
【００３１】
第２実施例の図６に示す切出モジュール単板５Ａも上述の第１実施例と同様にして板状基部３Ｂの一端の連結凹部１５Ａに、次の切出モジュール単板５Ａの連結凸部１５Ｂを連結するというように各切出モジュール単板５Ａを次々に連結して板ブラシシール単板３を形成する。そして、板ブラシシール単板３に形成した段階で、切捨板Ａを折り曲げて切断する。同様に、次の各切出モジュール単板５Ａを連結して板ブラシシール単板３に形成してから切捨板Ａを折り曲げて切断する。この状態を繰り返して板ブラシシール２に形成する。
【００３２】
図７は、本発明に係わる第２実施の形態を示す板ブラシシール単板の平面図である。図７に於いて、板ブラシシール単板３は、０．００５mmの厚さの薄板から図７に示すような形状にエッチング化学処理加工により形成したものである。この板ブラシシール単板３の内周の板ブラシ部３Ａには切断部１７により環状板を８等配に形成された台形状の切捨板Ａが一体に設けられている。そして、板ブラシ部３Ａと切捨板Ａとの境界にはハーフエッチングによる薄肉の折り溝１６が形成されている。
【００３３】
この切捨板Ａは板ブラシシール単板３を板ブラシシールに形成するために積層するときに折り溝１６から切断する。このように複雑な形状を成す板ブラシシール単板であっても、エッチング加工等の微細加工技術によれば簡単に、しかも精密な寸法に加工することが可能になる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係わる板ブラシシールは、上述の説明を参考にして理解すれば以下のような優れた効果が期待できる。
【００３５】
この請求項１に係わる本発明の板ブラシシールによれば、板ブラシシール単板の板ブラシ部における自由端に切捨板が一体に形成されているので、この切捨板により板ブラシ部の自由端部が折れ曲がるのを防止する効果が期待できる。又、板ブラシ部を装着するとき等に、他の部材に当接することがあるが、このとき細梁が折れ曲がったりするのを効果的に防止する。しかも、この切捨板の付け根にハーフエッチングにより薄肉にされた折り溝が形成されているから、切捨板を積層時に折り曲げて切断すれば良く又は構成部品のロータへ装着時に切捨板を折り曲げて切断すれば良く、任意に切断する時を選択して板ブラシシール単板又は板ブラシシールに組立構成できる効果を奏する。
更に、板ブラシシール単板は、薄板から製作されるので、製作上の加工精度が良くなると共に、板ブラシシールの取り付けが極めて容易になる効果を奏する。
【００３６】
請求項２に係わる本発明の板ブラシシールによれば、板ブラシシール単板が各切出モジュール単板を結合して形成されているから、大きな板ブラシシール単板であっても切出モジュール単板をつなぎ合わせてゆけば大きくできるので、薄板の素材から切り出す材料の歩留まりが向上する。
しかも、切出モジュール単板には、切捨板が板ブラシ部に一体に設けられているから、切捨板により板ブラシ部の損傷が防止される効果を奏する。
同時に、切出モジュール単板を保管するときなどに損傷させないように部品管理することが容易になると共に、その切出モジュール単板を板ブラシシール単板に組み立てるときなどに損傷するのを防止できる効果を奏する。
【００３７】
請求項３に係わる本発明の板ブラシシールによれば、切出モジュール単板に設けられた切捨板は、スリット方向へ複数に分割されているから、切出モジュール単板５Ａから切捨板を折り曲げ切断するときに、簡単に分離することが可能になる効果を奏する。
特に、切捨板は小さく分離されているから切断が容易である。このために板ブラシシールに形成したのち構成部品に組み込む直前に、切捨板を折り曲げ分離することができるので、その間、板ブラシ部を損傷から確実に防止する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【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の板ブラシシールの軸方向の正面図である。
【図３】本発明に係わる板ブラシシール単板を構成する第１実施例のモジュール単板の平面図である。
【図４】本発明に係わる板ブラシシール単板を構成する第１実施例の切出モジュール単板の平面図である。
【図５】本発明に係わる板ブラシシール単板を構成する第２実施例のモジュール単板の平面図である。
【図６】本発明に係わる板ブラシシール単板を構成する第２実施例の切出モジュール単板の平面図である。
【図７】従来のブラシシールの半断面図である。
【図８】図７のブラシシールの１部平面図である。
【図９】図８に示すブラシシールにロータが圧接した状態の１部平面図である。
【図１０】従来のブラシシールの内周側の１部の斜視図である。
【図１１】従来のブラシシールを内周から見た斜視図である。
【符号の説明】
１ 板ブラシシール装置
２ 板ブラシシール
３ 板ブラシシール単板
３Ａ 板ブラシ部
３Ｂ 板状基部
４ 位置決め孔
５ モジュール単板
５Ａ 切出モジュール単板
６ 背板部
７ 位置決めピン
８ 細梁
９ スリット
１０ 保持部
１２ 取付部品
１５ 連結凹凸部
１５Ａ 連結凹部
１５Ｂ 連結凸部
１６ 折り溝
２０ 固定部
５０ 一方の部品（ケーシング）
６０ 他方の部品（ロータ）
Ａ 切捨板
Ｐ ピッチ

Claims (3)

1. 間隙を有して相対移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であって、前記他方の部品の相対面側に各スリット間に細梁が形成される短冊状の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板状基部を有する板ブラシシール単板を具備し、前記板ブラシシール単板の前記板ブラシ部の自由端部に一体の切捨板を有すると共に前記板ブラシ部と前記切捨板との境界に薄肉にした折り溝を有し、前記板ブラシシールを前記構成部品間へ装着する前に前記切捨板を折り溝から切断することを特徴とする板ブラシシール。
2. 前記板ブラシシール単板は各前記板状基部の一端に有する連結凹部と各他端に有する連結凸部とが連結された複数の切出モジュール単板を具備し、前記切出モジュール単板の前記板ブラシ部の自由端部に一体に形成された切捨板を有することを特徴とする請求項１に記載の板ブラシシール。
3. 前記切出モジュール単板には前記板ブラシ部の自由端部に一体に切捨板を有すると共に前記切捨板が複数に分割されていることを特徴とする請求項２に記載の板ブラシシール。

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