JP6254105B2 - ブラシシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ガスタービン等の回転軸と、回転軸と相対移動するハウジング等の相手部品との間をシールするブラシシール装置であって、複数の剛毛が配列されたブラシ部を有するブラシシール装置に関する。

多数の剛毛により形成されるブラシ部を有するこの種のブラシシール装置は、回転軸が径方向に微小な移動をした場合でも、ブラシ部が回転軸の移動に伴って変形し剛毛の先端の自由端部を回転軸の周面に追従させることができるので、有効である。
しかし、回転軸が移動してブラシシールの剛毛を圧接した場合、これに作用する摩擦力は、剛毛の弾性変形に対するバネ定数はもとより、剛毛の取付構造等に起因する複雑な摩擦力等の影響も受け、これを最適な状態に設定するのは非常に難しい。
回転軸の変動に対する剛毛の追従性が適切でない場合には、剛毛と回転軸との間に隙間が生じて被密封流体が漏洩したり、剛毛の自由端部あるいは回転軸の周面を早期に摩耗させることとなる。

このような課題を解決するブラシシール装置としては、すなわち、追従性を高め摩耗を低減したブラシシール装置としては、ブラシシール本体をフローティングタイプにし、径方向に比較的大きく移動可能としたものが知られている。また、外周に板バネを設けて、ブラシシール摩耗時にロータとの間に隙間が生じても偏芯を防止できるようにしたものも知られている（例えば日本国特許出願公開２０１１−１６９３１９号公報（特許文献１）参照）。

しかしながら、例えばブラシシール本体をフローティングタイプとした構成、あるいは、特許文献１に示されているように外周に板バネを設置した構成においては、シール外周におけるシールが十分ではないため、その外周を経路とする漏れを二次シール面で防止する必要がある。しかし、この構成では、外周側及び二次シールの箇所が直接外周漏れに曝されており、シール性能に対する負担が大きい。この二次シール面の漏洩を防止するためには、高性能な二次シールを設置する必要があり、その点において負担が増加する。また、回転軸に対する追従性においても一層の改善が望まれている。

日本国特許出願公開２０１１−１６９３１９号公報

本発明は、このような不利益を解決するために成されたものであって、その目的は、回転軸の振動や偏芯等の径方向の移動に対して過大な圧力となることのない適正な圧力をもって適切に追従することができ、その結果、回転軸との間に間隙が生じて被密封流体が漏洩することを防ぐことができるとともに、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、また、外周側からの被密封流体の漏洩を高性能な二次シールを要することなく適切に防止、抑制することができ、さらには、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することにある。

発明が解決しようとする手段

前記課題を解決するために、本願発明のブラシシール装置は、複数の剛毛が配列されたブラシ部を有し、ハウジングと回転軸との間を軸方向に封止するブラシシール装置であって、内周ブラシシールを有する内周ブラシシール部と外周ブラシシールを有する外周ブラシシール部とを有し、前記内周ブラシシールは、外周側の取付部と、前記取付部から内周方向に複数の剛毛が配列されたブラシ部と、前記ブラシ部の内周側端部であり、前記回転軸の外周面と対向して当該外周面に接触又は近接した状態に配置される自由端部とを有し、前記外周ブラシシールは、外周側の取付部と、前記取付部から内周方向に複数の剛毛が配列されたブラシ部と、前記ブラシ部の内周側端部であり、前記内周ブラシシール部の外周面と対向して当該外周面に接触又は近接した状態に配置される自由端部とを有することを特徴とする。

このような構成の本発明によれば、回転軸の振動や偏芯等の径方向の移動に対して過大な圧力となることのない適正な圧力をもって適切に追従することができ、その結果、回転軸との間に間隙が生じて被密封流体が漏洩することを防ぐことができるとともに、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、また、外周側からの被密封流体の漏洩を高性能な二次シールを要することなく適切に防止、抑制することができ、さらには、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

好適には、前記内周ブラシシール又は前記外周ブラシシールの少なくともいずれか一方は、束状にされて円周に沿って壁状に配列された複数の線状部材について、当該線状部材の外周側の端部を溶接することにより前記複数の線状部材を相互に結合してリング状に形成し、前記外周側から内周側に前記シール部及び前記自由端部を形成したブラシシールであることを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシール又は前記外周ブラシシールの少なくともいずれか一方は、前記取付部と、前記取付部から伸びて周方向に対して内周側に傾斜した前記剛毛としての細梁を有するブラシ部と、前記自由端部とを有する板ブラシシール単板を、複数、軸方向に積層して一体的に形成したブラシシールであることを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシールの前記ブラシ部と前記外周ブラシシールの前記ブラシ部とは、同一の材質の剛毛からなることを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシールの前記ブラシ部と前記外周ブラシシールの前記ブラシ部とは、異なる材質の剛毛からなることを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシールの前記内周側ブラシ部は、前記複数の剛毛が径方向に対して傾斜して内周方向に配列されており、
前記外周ブラシシールの前記外周側ブラシ部は、前記複数の剛毛が径方向に対して傾斜して内周方向に配列されており、
前記内周ブラシシールの前記剛毛の傾斜と前記外周ブラシシールの前記剛毛の傾斜とは、前記径方向に対して反対方向であることを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシール部の外周面に設置され、前記外周ブラシシールの自由端部が接触又は近接した状態に配置されるとともに、当該外周ブラシシールの自由端部の軸方向の広がりを防止するブラシ受部をさらに有することを特徴とする。

また好適には、前記外周ブラシシールは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜した状態に形成されていることを特徴とする。

図１は、本発明の第１実施形態のブラシシール装置の構成を示す断面図である。 図２Ａは、図１に示したブラシシール装置の内周ブラシシール部を構成する内周ブラシシールの平面図である。 図２Ｂは、図１に示したブラシシール装置の外周ブラシシール部を構成する外周ブラシシールの平面図である。 図３は、図１に示したブラシシール装置の内周ブラシシール部の内周ブラシシールの自由端部の形態を示す斜視図である。 図４は、図１に示したブラシシール装置の２段に構成された内周ブラシシール部及び外周ブラシシール部の、内周ブラシシール及び外周ブラシシールの箇所における径方向断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態のブラシシール装置の構成を示す断面図である。 図６Ａは、図５に示したブラシシール装置のブラシシール部のブラシシールを構成する板ブラシシール単板を示す第１の図であって、内周ブラシシール部の内周ブラシシールを構成する板ブラシシール単板の平面図である。 図６Ｂは、図５に示したブラシシール装置のブラシシール部のブラシシールを構成する板ブラシシール単板を示す第２の図であって、外周ブラシシール部の外周ブラシシールを構成する板ブラシシール単板の平面図である。 図７は、図５に示したブラシシール装置の２段に構成された内周ブラシシール部及び外周ブラシシール部の、内周ブラシシール及び外周ブラシシールの箇所における径方向断面図である。 図８Ａは、図６Ａに示した内周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせ方法を説明するための第１の図であり、第１の細梁のパターンを示す図である。 図８Ｂは、図６Ａに示した内周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせ方法を説明するための第２の図であり、第２の細梁のパターンを示す図である。 図８Ｃは、図６Ａに示した内周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせ方法を説明するための第３の図であり、図８Ａに示した第１の細梁と図８Ｂに示した第２の細梁を積層した状態を示す図である。 図９Ａは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第１の例を示す第１の図であり、第１の細梁のパターンを示す図である。 図９Ｂは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第１の例を示す第２の図であり、第２の細梁のパターンを示す図である。 図９Ｃは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第１の例を示す第３の図であり、図９Ａに示した第１の細梁と図９Ｂに示した第２の細梁を積層した状態を示す図である。 図１０Ａは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第２の例を示す第１の図であり、第１の細梁のパターンを示す図である。 図１０Ｂは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第２の例を示す第２の図であり、第２の細梁のパターンを示す図である。 図１０Ｃは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第２の例を示す第３の図であり、図１０Ａに示した第１の細梁と図１０Ｂに示した第２の細梁を積層した状態を示す図である。 図１１Ａは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第３の例を示す第１の図であり、第１の細梁のパターンを示す図である。 図１１Ｂは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第３の例を示す第２の図であり、第２の細梁のパターンを示す図である。 図１１Ｃは、本発明の第３実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第３の例を示す第３の図であり、図１１Ａに示した第１の細梁と図１１Ｂに示した第２の細梁を積層した状態を示す図である。 図１２は、本発明の第４実施形態のブラシシール装置の構成を示す断面図である。 図１３Ａは、本発明の第５実施形態のブラシシール装置の構成を示す第１の図であり、内周ブラシシール部の内周ブラシシールを示す図である。 図１３Ｂは、本発明の第５実施形態のブラシシール装置の構成を示す第２の図であり、外周ブラシシール部の外周ブラシシールを示す図である。

第１実施形態
本発明の第１実施形態のブラシシール装置について図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のブラシシール装置１００の構成を示す断面図であり、図２Ａは、ブラシシール装置１００の内周ブラシシール部１０１の内周ブラシシール１２０の平面図であり、図２Ｂは、ブラシシール装置１００の外周ブラシシール部１０２の外周ブラシシール１４０の平面図であり、図３は、内周ブラシシール１２０の自由端部１２５の形態を示す斜視図であり、図４は、ブラシシール装置１００の内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０の箇所における径方向断面図である。

ブラシシール装置１００は、例えばガスタービン等に設置されて使用されるブラシシール装置であり、図１に示すように、ハウジング８１０と回転軸８３０との間隙に設置されて、当該間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切るブラシシール装置である。ブラシシール装置１００は、ハウジング８１０の内周面８１１に設けられた段部８１２に取り付けられる。

ブラシシール装置１００は、内周ブラシシール部１０１及び外周ブラシシール部１０２を有する。内周ブラシシール部１０１及び外周ブラシシール部１０２は、各々、内周側にブラシ部１２３、１４３を有し、その先端部（内周側端部）が自由端部１２５、１４５に形成されている。

内周ブラシシール部１０１は、自由端部１２５が回転軸８３０の外周面８３１と対向して外周面８３１に接触又は近接する状態に設置される。外周ブラシシール部１０２は、内周ブラシシール部１０１の外周側において、自由端部１４５が内周ブラシシール部１０１の外周面１１１と対向して外周面１１１に接触又は近接する状態に設置される。また、外周ブラシシール部１０２の外周面１１２は、ハウジング８１０の内周面８１１に密接嵌合される。

ブラシシール装置１００は、このような内周ブラシシール部１０１と外周ブラシシール部１０２の２段のブラシシールにより、ハウジング８１０と回転軸８３０との間の空間において、高圧Ｐ１側の被密封流体を軸方向にシールする。

内周ブラシシール部１０１は、内周ブラシシール１２０、背板部１３０及び保持部１３５を有する。

内周ブラシシール１２０は、図１及び図２Ａに示すように、多数の線形の剛毛１２１を束状にし、束状にした剛毛１２１を円周に沿って壁状に配列し、外周側を溶接により結合してリング状に形成したものである。外周側のリング状の溶接部は取付部１２２として形成され、その内周側がブラシ部１２３として形成され、内周側の端部が回転軸８３０の外周面８３１と接触又は近接する自由端部１２５として形成される。

各剛毛１２１は、図２Ａに示すように、直線状を成して、回転軸８３０の回転方向へ傾斜するように回転軸８３０の径方向に対して所定の角度をなす姿勢で配置される。このように配列された内周ブラシシール１２０の自由端部１２５の内側となる環状空間１２７に、回転軸８３０が嵌合される。従って、内周ブラシシール１２０は、環状空間１２７の内径が、回転軸８３０の外周面８３１の外径とほぼ同じ長さとなるように形成される。

回転軸８３０との嵌合面（嵌合部）を形成する内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の自由端部１２５は、図３に示すように、極力隙間を生じないように整然とかつ密に配列され、また精密に仕上げ加工されている。

本実施形態において、剛毛１２１は、鋼、ニッケル基の合金、セラミック材等の材質で、断面が円形の線状部材であり、その直径は０．５〜０．００５ｍｍ、好ましくは０．２０〜０．０２ｍｍである。
ただし、剛毛１２１としては、本願明細書に記載の作用、動作あるいは効果等が発揮できることを前提に、任意の形状のものを用いてよい。例えば、断面が矩形の線状部材等、円形以外の任意の断面形状を有する部材を用いてよいし、上記の範囲以外の直径を有する部材を用いてもよい。また、断面形状や断面サイズ（直径）等が変化するような剛毛を用いてもよいし、多数の剛毛の中に、そのような形状、形態の異なる剛毛を混在させて使用してもよい。

背板部１３０は、図１に示すように、内周ブラシシール１２０の低圧Ｐ２側に設置される円環板状部材である。背板部１３０は、側面１３１が内周ブラシシール１２０の剛毛１２１に接触する状態に配置され、被密封流体の圧力を受ける剛毛１２１を低圧Ｐ２側から支持する。

背板部１３０の中央には、回転軸８３０を通過させる開口１３２が形成されている。開口１３２は、回転軸８３０が振動や偏芯等して径方向に移動しても接触しない程度の十分な大きさの直径を有するものである。一方で、開口１３２は、剛毛１２１の適切な支持及び被密封流体の漏洩防止の観点から、ハウジング８１０の段部８１２の内側内周面８１３あるいは後述する保持部１３５の開口１３７よりも小さい直径に形成される。

なお、背板部１３０の低圧Ｐ２側の側面１３３には、ブラシシール装置１００とハウジング８１０との間の二次シールが形成される場合もあり、その場合には側面１３３はが二次シール面として構成される。

保持部１３５は、内周ブラシシール１２０の高圧Ｐ１側に設置される円環板状部材である。保持部１３５は、側面１３６が内周ブラシシール１２０の剛毛１２１に接触する状態に配置されており、中央には、回転軸８３０を通過させる開口１３７が形成されている。開口１３７は、回転軸８３０が振動や偏芯等して内周ブラシシール１２０に当接したり当接状態が変化した場合等において剛毛１２１の変形等に対応できるように、背板部１３０の開口１３２と比べて十分に大きい直径に形成されている。

これら背板部１３０と保持部１３５とは、これらの間で内周ブラシシール１２０を挟持するような形態で内周ブラシシール１２０と一体に形成される。すなわち、背板部１３０と内周ブラシシール１２０の取付部１２２と保持部１３５とが、内周ブラシシール１２０の取付部１２２を中心にして溶接され、これらが三者一体に結合され、全体として内周ブラシシール部１０１を構成する。

なお、背板部１３０、内周ブラシシール１２０及び保持部１３５が一体化された内周ブラシシール部１０１の外周面１１１には、後述するブラシ受部１９０が設置される。

内周ブラシシール部１０１は、図４に示すように、外周ブラシシール部１０２の外周ブラシシール１４０の自由端部１４５の内側となる環状空間１４７にブラシ受部１９０を介在させて嵌合される。従って、内周ブラシシール部１０１の外径、すなわち、内周ブラシシール１２０、背板部１３０及び保持部１３５の外径は、後述する外周ブラシシール部１０２の環状空間１４７の内径とほぼ同じ長さに形成される。

背板部１３０及び保持部１３５は、例えば、ニッケル基の合金、鉄、鋼、その他非鉄金属等、任意の材質で製作される。背板部１３０及び保持部１３５は、被密封流体の種類、温度、その他の条件によって、あるいは、内周ブラシシール１２０の剛毛１２１若しくは取付部１２２の材質や構造等によって、適宜好適な材質が選定される。

外周ブラシシール部１０２は、図１に示すように、外周ブラシシール１４０、第１の保持部１５０、第２の保持部１５５及びブラシ受部１９０を有する。外周ブラシシール部１０２の構成は、基本的に前述した内周ブラシシール部１０１と同じと言えるが、各部の寸法の他、剛毛１４１の傾斜方向、保持部１５０、１５５の構成及び機能、及び、ブラシ受部１９０の有無等が内周ブラシシール部１０１とは異なる。

外周ブラシシール１４０は、図１及び図２Ｂに示すように、内周ブラシシール１２０と同様に、多数の線形の剛毛１４１を束状にし、束状にした剛毛１４１を円周に沿って壁状に配列し、外周側を溶接により結合してリング状に形成したものである。外周側のリング状の溶接部は取付部１４２として形成され、その内周側がブラシ部１４３として形成され、内周側の端部が内周ブラシシール部１０１の外周面１１１に設置されるブラシ受部１９０と接触又は近接する自由端部１４５として形成される。

外周ブラシシール１４０においては、図４に示すように、自由端部１４５の内側となる環状空間１４７に、内周ブラシシール部１０１が嵌合される。従って、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５の内側の環状空間１４７の内径は、内周ブラシシール部１０１の外周面１１１の外径とほぼ同じ長さとなるように形成される。

剛毛１４１の素材、断面形状、断面サイズ、配列密度や配列形態は、実質的に、前述した内周ブラシシール１２０の剛毛１２１と同じである。
ただし、外周ブラシシール１４０においては、剛毛１４１の傾斜が、回転軸８３０の径方向すなわち内周ブラシシール部１０１や外周ブラシシール部１０２の径方向に対して、内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の周方向に沿った傾斜とは反対方向に傾斜した構成とされる。なお、このような構成とすることの作用、効果は後述する。

第１の保持部１５０は、図１に示すように、外周ブラシシール１４０の取付部１４２の低圧Ｐ２側に設置される円環状部材である。また、第２の保持部１５５は、外周ブラシシール１４０の取付部１４２の高圧Ｐ１側に設置される円環状部材である。これら第１の保持部１５０と第２の保持部１５５とは、これらの間で外周ブラシシール１４０を挟持するような形態で外周ブラシシール１４０と一体に形成されている。すなわち、第１の保持部１５０と外周ブラシシール１４０の取付部１４２と第２の保持部１５５とが、外周ブラシシール１４０の取付部１４２を中心にして溶接され、これらが三者一体に結合され、全体として外周ブラシシール部１０２の主部を構成している。

これら一体化された第１の保持部１５０と外周ブラシシール１４０と第２の保持部１５５の外周面１１２は、外周ブラシシール部１０２をハウジング８１０に設置する際、換言すればブラシシール装置１００をハウジング８１０に設置する際、ハウジング８１０の内周面８１１に密接嵌合する嵌合面に形成される。従って、外周ブラシシール部１０２の外径、すなわち、外周ブラシシール１４０、第１の保持部１５０及び第２の保持部１５５の外径は、ハウジング８１０の内周面８１１の内径とほぼ同じ長さに形成される。

ブラシ受部１９０は、内周ブラシシール部１０１の外周面に嵌合設置される筒状部材であり、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の自由端部１４５の広がりを防止する広がり防止部材である。ブラシ受部１９０には、外径方向に向かって、すなわちその外周面に、凹部１９１が形成されている。凹部１９１は、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５が近接して、又は当接して、あるいは摺動するように配置される外周ブラシシール部１０２の剛毛１４１の通路である。凹部１９１の軸方向の両端部は環状に外径方向に突出しており、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５が凹部１９１の外側に出ないように、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５の移動を規制する。

このようなブラシ受部１９０を、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５に対して設置することにより、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の自由端部１４５が広がることを防ぐことができ、自由端部１４５が整然と密に配列された状態を長期にわたって維持することができる。特に、図１に示す本実施形態のように、内周ブラシシール部１０１の背板部１３０及び保持部１３５のような剛毛１４１の側面を押さえる部材を具備していない外周ブラシシール部１０２においては、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５が広がる（特に軸方向に）可能性があるが、ブラシ受部１９０を設けることで自由端部１４５の広がりを防止することができる。その結果、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５が広がることに起因してブラシシール装置１００の偏芯防止機能が減少することを防止でき、ブラシシール装置１００の適切な作動を長期にわたって維持することができる。

また、ブラシ受部１９０を設けることにより、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５が直接摺動することによる内周ブラシシール部１０１の外周面１１１の摩耗を防ぐことができる。

第１の保持部１５０、第２の保持部１５５及びブラシ受部１９０も、内周ブラシシール部１０１の背板部１３０及び保持部１３５と同様に、例えば、ニッケル基の合金、鉄、鋼、その他非鉄金属等、任意の材質で製作される。これらの部材も、例えば、被密封流体の種類、温度、その他の条件によって、あるいは、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１若しくは取付部１４２の材質や構造等によって、適宜好適な材質が選定される。

このような各構成の内周ブラシシール部１０１及び外周ブラシシール部１０２を有するブラシシール装置１００は、図１に示すように内外周２段のブラシシールを有するブラシシール装置として、ハウジング８１０の内周面８１１の回転軸８３０との間に設置される。

ブラシシール装置１００は、予め内周ブラシシール部１０１と外周ブラシシール部１０２とを一体に形成し、一体に形成されたブラシシール装置１００をハウジング８１０と回転軸８３０との間に設置する設置形態とすることができる。その場合、ブラシシール装置１００をハウジング８１０の内周面８１１に設置するまでの間、内周ブラシシール部１０１と外周ブラシシール部１０２との間に装着してこれらを一体的に保持するセット用部材を必要に応じて用いるようにしてよい。セット用部材は、ブラシシール装置１００をハウジング８１０の内周面８１１に設置した後、あるいはその後の実稼働段階で取り外して、内周ブラシシール部１０１と外周ブラシシール部１０２とを相対的に移動可能にする。

あるいは、ブラシシール装置１００は、設置前には内周ブラシシール部１０１と外周ブラシシール部１０２を分離した状態で用意しておき（ブラシ受部１９０は、内周ブラシシール部１０１の外周面１１１に設置しておくのが好ましい。）、ブラシシール装置１００をハウジング８１０と回転軸８３０との間に設置する際に、これらを組み立てるような設置形態でもよい。

その場合、まず外周ブラシシール部１０２をハウジング８１０の内周面８１１に設置し、その後、その内側である外周ブラシシール部１０２の環状空間１２７であって回転軸８３０の外周面８３１に、内周ブラシシール部１０１を設置するようにしてよい。あるいは、まず内周ブラシシール部１０１を回転軸８３０の外周面８３１に設置し、その後、その外側であってハウジング８１０の内周面８１１の内側に、外周ブラシシール部１０２を設置するようにしてもよい。

このような構成の本実施形態のブラシシール装置１００によれば、内周ブラシシール１２０の外周側にさらに外周ブラシシール１４０を設けた構成なので、ブラシシール装置１００の外周側において被密封流体のシールが可能となり、ブラシシール装置１００の外周側からの被密封流体の漏洩を適切に防止することができる。

その結果、ブラシシール装置１００の外周側における被密封流体の漏洩防止のために設けていた二次シールを不要にすることができる。
また、二次シールを併用する形態においても、二次シール面からの被密封流体の漏洩を適切に防止することができ、二次シールの負担を軽減し寿命を長期化することができる。また、二次シールに要求される性能が高くなることを防ぎ、装置のコスト低減等の効果を得ることもできる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０との２段のブラシシールを有するので、ブラシシール装置１００全体の弾性特性（バネ性）を向上させることができる。その結果、回転軸８３０の偏芯やブラシシール（内周ブラシシール１２０）の摩耗等により回転軸８３０と内周ブラシシール１２０の自由端部１２５との間に隙間が生じる危険性があるような場合であっても、内周ブラシシール１２０は回転軸８３０の外周面８３１への追従を適切に継続することができる。その結果、そのような隙間が生じるのを防ぐことができ、被密封流体の漏洩を適切に防止できる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１もハウジング８１０の内周面８１１及び回転軸８３０の径方向に対して傾斜して形成されており、外周ブラシシール１４０のブラシ部１４３も弾性変形に基づく偏芯防止機能を有する。その結果、ブラシシール装置１００全体として、より一層好適に、回転軸８３０に対する偏芯防止機能を発揮することができる。すなわち、回転軸８３０と内周ブラシシール１２０の自由端部１２５との間に隙間が生じる危険性を低減することができ、ブラシシール装置１００全体として回転軸８３０の調芯を一層好適に行うことができる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０の各々において、剛毛１２１及び１４１の長さや角度を任意の状態に調整することができる。従って、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０で作用する偏芯防止作用を各々適切な作動状態に調整することが可能となり、この点においても、ブラシシール装置１００は全体として一層好適に回転軸８３０に偏芯防止機能を発揮することができ、回転軸８３０の調芯を好適に行うことができる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、回転軸８３０の径方向に対して、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の傾斜方向と内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の傾斜方向とを異ならせている。このような構成とすることにより、回転軸８３０の回転により内周ブラシシール１２０に作用する力の方向に対して、外周ブラシシール１４０にはこれに対向する方向に力を作用させることができ、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０を各々回転し難くすることができる。その結果、内周ブラシシール部１０１の自由端部１２５及び外周ブラシシール部１０２の自由端部１４５の摺動による摩耗が低減され、ブラシシール装置１００の寿命が長期にわたり適正に維持することができる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、剛毛１２１及び剛毛１４１は、各々、外周側を溶接により接合して内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０に形成している。このように、溶接により剛毛１２１、１４１を結合し、設置することにより、剛毛１２１、１４１が抜けることをほぼ確実に回避でき、強固なブラシ部１２３、１４３を形成することができる。その結果、ブラシシール装置１００の寿命を長期にわたり適正に維持することができる。

なお、前述した実施形態においては、内周ブラシシール部１０１の内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール部１０２の外周ブラシシール１４０とは同じブラシ部１２３及び１４３を有するものとした。しかしながら、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とを、異なるブラシ部１２３及び１４３を有する構成としてもよい。すなわち、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０について、材質、線径、形状（断面形状）、特性、配列密度あるいは配列形態等の異なる剛毛１２１及び１４１を用いてブラシ部１２３及び１４３を構成してもよい。

このような構成であれば、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０として、種々の動作条件、動作特性を有するブラシ部１２３及び１４３を構成することができ、また、各々最適な条件を有するブラシ部１２３及び１４３を形成することができる。その結果、より広範な技術分野に適用可能で、また、より高性能なブラシシール装置を提供することができる。

また、ブラシ受部１９０として、本実施形態では断面凹状の環状部材を用いたが、単に外周ブラシシール１４０の自由端部１４５の範囲を規定する部材を、内周ブラシシール部１０１の外周面１１１に、軸方向のその範囲の両側に設置するような構成でもよい。ブラシ受部１９０としては、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５の広がりを防止することができる構成であれば任意の構成のものを用いてよい。

このように、本発明の第１実施形態によれば、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置１００が提供される。

第２実施形態
本発明の第２実施形態のブラシシール装置について、図５〜図８を参照して説明する。
図５は、本発明の第２実施形態のブラシシール装置２００の構成を示す断面図であり、図６Ａは、ブラシシール装置２００の内周ブラシシール部２０１の内周ブラシシール２２０を構成する板ブラシシール単板３１１の平面図であり、図６Ｂは、ブラシシール装置２００の外周ブラシシール部２０２の外周ブラシシール２４０を構成する板ブラシシール単板３２１の平面図であり、図７は、ブラシシール装置２００の内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０の箇所における径方向断面図であり、図８Ａ及び図８Ｂは、内周ブラシシール２２０の細梁２２１の第１のパターン及び第２のパターンを示す図であり、図８Ｃはこれらを積層した状態を示す図である。
図である。

第２実施形態のブラシシール装置２００に係る以下の説明においては、図１〜図４を参照して前述した第１実施形態のブラシシール装置１００等と実質的に同一の構成については、同じ参照符号を付するとともにその説明を省略する。第２実施形態としては、第１実施形態のブラシシール装置１００との相違点を主として説明をする。

図５に示すように、第２実施形態のブラシシール装置２００は、基本的に第１実施形態のブラシシール装置１００と同じ構成を有する。
すなわち、ブラシシール装置１００は、ハウジング８１０と回転軸８３０との間隙に設置されて、当該間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切る。
ブラシシール装置２００は、内周ブラシシール部２０１及び外周ブラシシール部２０２を有し、内周ブラシシール部２０１は内周ブラシシール２２０を有し、外周ブラシシール部２０２は外周ブラシシール２４０を有する。内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０は、各々、内周側にブラシ部２２３、２４３を有し、その先端部（内周側端部）が自由端部２２５、２４５に形成されている。

内周ブラシシール部２０１は、自由端部２２５が回転軸８３０の外周面８３１と対向して外周面８３１に接触又は近接する状態に設置される。外周ブラシシール部２０２は、内周ブラシシール部２０１の外周側において、自由端部２４５が内周ブラシシール部２０１の外周面２１１と対向して外周面２１１に接触又は近接する状態に設置される。また、外周ブラシシール部２０２の外周面２１２は、ハウジング８１０の内周面８１１に密接嵌合される。
ブラシシール装置２００は、このような内周ブラシシール部２０１と外周ブラシシール部２０２の２段のブラシシールにより、ハウジング８１０と回転軸８３０との間の空間において、高圧Ｐ１側の被密封流体を軸方向にシールする。

第２実施形態のブラシシール装置２００が第１実施形態のブラシシール装置１００と異なる点は、第１に、内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０の構成にある。
前述した第１実施形態のブラシシール装置１００の内周ブラシシール部１０１及び外周ブラシシール部１０２の各ブラシシール１２０、１４０は、多数の線形の剛毛１２１、１４１を束状にし、束状にした剛毛を円周に沿って壁状に配列し、外周側、内周側あるいは中間部分を溶接により結合してリング状に形成したものであった。

これに対して第２実施形態のブラシシール装置２００の内周ブラシシール部２０１及び外周ブラシシール部２０２の内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０は、図６Ａ及び図６Ｂに示すような薄板の円環状の板ブラシシール単板３１１、３２１を積層して形成するものである。

板ブラシシール単板３１１、３２１は、各々、環状体を成し、内周側が周方向へ傾斜した細梁２２１、２４１に加工され、その間がスリット３１２、３２２に形成されている。そして、細梁２２１、２４１とスリット３１２、３２２とが一定の間隔を成してブラシ部３１３、３２３に構成されている。

なお、スリット３１２、３２２及び細梁２２１、２４１の周方向に対する傾斜方向は、内周ブラシシール２２０の板ブラシシール単板３１１においては、回転軸８３０の回転方向となる方向である。また、外周ブラシシール２４０の板ブラシシール単板３２１においては、図７を参照して後述するように、回転軸８３０の径方向、すなわち内周ブラシシール部２０１及び外周ブラシシール部２０２の径方向に対して、板ブラシシール単板３１１のブラシ部３１３の細梁２２１の傾斜方向とは反対方向である。

板ブラシシール単板３１１、３２１の細梁２２１、２４１は、例えば、縦横の辺の長さが０．２〜０．００５×０．３〜０．００８ｍｍ、好ましくは０．１５〜０．００８×０．２〜０．０１ｍｍの長方形あるいは正方形の断面形状を有する棒状（線状、毛状）の部材である。細梁２２１、２４１の断面としては、矩形以外に、三角形、台形、楕円形等種々のものが用いられる。
なお、一般的にこの細梁２２１及び２４１を剛毛と称する場合もある。

板ブラシシール単板３１１、３２１において、ブラシ部３１３、３２３の外周側は、スリット３１２、３２２及び細梁２２１、２４１が形成されていない環状で板状の基部３１６、３２６に形成され、細梁２２１、２４１は基部３１６、３２６に連結している。板ブラシシール単板３１１、３２１を積層して内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０を形成する場合、この基部３１６、３１７において、多数の積層された板ブラシシール単板３１１、３２１が溶接され、一体化される。

基部３１６、３２６による板ブラシシール単板３１１、３２１の積層方法について、ここでは、板ブラシシール単板３１１と板ブラシシール単板３２１とで、すなわち内周ブラシシール２２０と外周ブラシシール２４０とで異なった形態を例示する。

内周ブラシシール部２０１の内周ブラシシール２２０を構成する板ブラシシール単板３１１においては、図６Ａに示すように、基部３１６は比較的幅広に形成されており、この基部３１６には、円周に沿って位置決め孔３１７が形成されている。

位置決め孔３１７は、そのピッチが、ブラシ部３１３の細梁２２１のピッチ（スリット３１２のピッチ）と対応しておらず（位置決め孔３１７のピッチが細梁２２１のピッチの整数倍等とはなっておらず）、微少に相違するように形成されている。あるいは、各位置決め孔３１７のピッチ（間隔）は、各々微小に異なるように形成されている。

この位置決め孔３１７のピッチの相違は、複数の板ブラシシール単板３１１を積層する場合に、位置決め孔３１７をずらして合わせることにより、ブラシ部３１３の細梁２２１の位置が、板ブラシシール単板３１１によって少しずつずれるようにするために形成されている。具体的には、板ブラシシール単板３１１間で合わせる位置決め孔３１７を適宜変えることにより、細梁２２１の位置は、細梁２２１のピッチの数分の１ずつずれるようになっている。

従って、複数の板ブラシシール単板３１１を積層して内周ブラシシール２２０を形成する場合に、位置決め孔３１７をずらして合わせれば、ある板ブラシシール単板３１１のスリット３１２の位置に、他の板ブラシシール単板３１１の細梁２２１を重ならせることができる。そしてこのようにして複数の板ブラシシール単板３１１を積層すれば、内周ブラシシール２２０の全体として、内周ブラシシール２２０を軸方向に貫通するスリット（間隙）を実質的に無くすことができ、被密封流体の漏洩を効果的に防止することができる。

例えば、内周ブラシシール２２０において、隣接する板ブラシシール単板３１１を、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ピッチの１／２ずつずれた状態の細梁２２１ａ及び２２１ｂとして積層することにより、内周ブラシシール２２０においては、図８Ｃに示すように、内周ブラシシール２２０を軸方向に貫通するスリット（間隙）を実質的に無くすことができる。

一方、外周ブラシシール部２０２の外周ブラシシール２４０を構成する板ブラシシール単板３２１においては、図６Ｂに示すように、基部３１６は、比較的幅狭に形成されており、基部３１６に位置決め孔等は形成されていない。

従って、複数の板ブラシシール単板３２１を積層して外周ブラシシール２４０を形成する場合には、板ブラシシール単板３１１のように位置決め孔を用いて各内周側スリット３１２の板を決定することはできない。しかし、換言すれば、内周側スリット３１２においては、任意の位置だけ各板をずらして積層することができる。そして位置をずらして積層することにより、外周ブラシシール２４０の全体として、外周ブラシシール２４０を軸方向に貫通するスリット（間隙）を実質的に無くすことができ、被密封流体の漏洩を効果的に防止することができる。

すなわち、位置決め孔３１７の形成されていない板ブラシシール単板３２１においては、基部３１６の構成、すなわち板ブラシシール単板３２１自体の構成は板ブラシシール単板３１１より簡単にすることができ、また基部３２６の幅を小さくし、外周ブラシシール２４０の大きさを小さくすることができる。また、任意のずらし方で板ブラシシール単板３２１を積層することができ、板ブラシシール単板のずらし方に関しては、板ブラシシール単板３１１よりも自由度が向上する。

本実施形態においては、内周ブラシシール２２０は位置決め孔３１７を有する板ブラシシール単板３１１を用いて構成し、外周ブラシシール２４０は位置決め孔３１７を具備しない板ブラシシール単板３２１を用いて構成した。しかし、内周ブラシシール２２０を、位置決め孔を具備しない板ブラシシール単板で構成し、外周ブラシシール２４０を、位置決め孔を有する板ブラシシール単板で構成してもよいし、内周ブラシシール２２０と外周ブラシシール２４０の両方を位置決め孔を有する板ブラシシール単板で構成しておよいし、あるいは、その両方を位置決め孔を具備しない板ブラシシール単板で構成してもよい。

また、積層する板ブラシシール単板３１１、３２１は、上述のようにずらして積層してもよいし、ずらさずに積層してもよい。内周ブラシシール２２０あるいは外周ブラシシール２４０を軸方向に貫通する間隙があっても被密封流体の漏洩量を十分に抑えられる場合等には、そのような構成でもよい。

板ブラシシール単板３１１、３２１の材質は、鋼、ステンレス、ニッケル基の合金、セラミック材等である。また、板ブラシシール単板３１１、３２１に対するスリット３１２、３２２あるいは位置決め孔３１７等の加工は、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、電子ビーム加工等の微細加工方法を適用できる。

第２実施形態のブラシシール装置２００の内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０は、各々、このような構成の板ブラシシール単板３１１、３２１を、必要とされるシール能力に応じた必要厚さあるいは必要枚数に積層して形成される。すなわち、積層する複数の板ブラシシール単板３１１、３２１を前述したように位置合わせし、基部３１６、３２６を溶接等することにより複数の板ブラシシール単板３１１、３２１を一体化する。

図６Ａに示す板ブラシシール単板３１１のように、基部３１６に位置決め孔３１７が形成されている板ブラシシール単板３１１の場合、複数の板ブラシシール単板３１１の接合は、例えば、図５に示すように、位置合わせピン３１８を、複数の板ブラシシール単板３１１の位置を合わせた位置決め孔３１７に挿入することにより行うことができる。その際、複数の板ブラシシール単板３１１を溶接する際には、位置合わせピン３１８も一体に溶接してしまってよい。抜け防止のために効果的である。

なお、位置合わせピン３１８は、例えば背板部１３０に予め立設しておき、板ブラシシール単板３１１を積層する際に、背板部３３０に設置された位置合わせピン３１８に対して各板ブラシシール単板３１１の位置を合わせて行くような形態としてもよい。複数の板ブラシシール単板３１１を積層する工程と、後述する背板部１３０及び保持部１３５を設置する工程を実質的に同じ工程内で同時的に行うこととなるが、位置合わせピン３１８の取り扱いが容易となり、板ブラシシール単板３１１を積層する工程、及び、背板部１３０及び保持部１３５を設置する工程の両方を簡単な工程にできる可能性がある。そのような構造及び方法により、ブラシシール装置２００を実施してもよい。

図６Ｂに示す板ブラシシール単板３２１のように、基部３２６に位置決め孔が形成されていない板ブラシシール単板３２１の場合は、複数の板ブラシシール単板３２１を所望の位置合わせした状態に維持した状態で、単に各板ブラシシール単板３２１の基部３２６を溶接することによりこれらを接合する。
なお、このように形成された内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０においては、以下、基部３１６、３２６の溶接された部分を取付部２２２、２４２と称する場合もある。

ブラシシール装置２００は、前述したように、内周ブラシシール部２０１及び外周ブラシシール部２０２を有し、内周ブラシシール部２０１は、板ブラシシール単板３１１により前述したように構成される内周ブラシシール２２０の他に、背板部１３０及び保持部１３５を有する。また、外周ブラシシール部２０２は、内周側スリット３１２により前述したように構成される外周ブラシシール２４０の他に、背板部２５０及び保持部２５５を有する。

内周ブラシシール部２０１に関して、背板部１３０及び保持部１３５の構成は、第１実施形態のブラシシール装置１００と同じである。すなわち、背板部２３０と内周ブラシシール２２０と保持部１３５とが、内周ブラシシール２２０の取付部２２２を中心にして溶接され、これらが三者一体に結合され、内周ブラシシール部２０１とされる。

また、外周ブラシシール部２０２に関して、背板部２５０及び保持部２５５の構成、機能、作用等は、内周ブラシシール部２０１の背板部１３０及び保持部１３５（第１実施形態のブラシシール装置１００の内周ブラシシール部１０１の背板部１３０及び保持部１３５）と同じである。背板部２５０と外周ブラシシール２４０と保持部２５５とは、外周ブラシシール２４０の取付部２４２を中心にして溶接され、これらが三者一体に結合され、外周ブラシシール部２０２に構成される。

ブラシシール装置２００の内周ブラシシール部２０１及び外周ブラシシール部２０２の内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０の各ブラシ部２２３、２４３の自由端部２２５、２４５の機能、動作、作用は、前述した第１実施形態のブラシシール装置１００の各ブラシシール部１０１、１０２のブラシシール１２０、１４０のブラシ部１２３、１４３の自由端部１２５、１４５の機能、動作、作用と同じである。

なお、本実施形態においては、内周ブラシシール部２０１の内周ブラシシール２２０のブラシ部２２３と外周ブラシシール部２０２の外周ブラシシール２４０のブラシ部２４３とは同じブラシ部とする。すなわち、内周ブラシシール２２０を構成する細梁２２１と外周ブラシシール２４０を構成する細梁２４１とは、材質、断面形状、その大きさ、弾性特性等の特性、配列密度あるいは配列形態等が同じに構成されているものとする。

また、第１実施形態のブラシシール装置１００においては、内周ブラシシール部１０１の外周面１１１にブラシ受部１９０を設置し、外周ブラシシール部１０２の外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の自由端部１４５の広がりを防止していた。
これに対して第２実施形態のブラシシール装置２００においては、ブラシ受部１９０を設けておらず、外周ブラシシール２４０のブラシ部２４３の自由端部２４５は、内周ブラシシール部２０１の外周面２１１に直接接する構成となっている。

その代わり、ブラシシール装置２００においては、図５に示すように、ブラシシール装置１００の第１の保持部１５０及び第２の保持部１５５に代わって、背板部２５０及び保持部２５５が外周ブラシシール２４０を挟持し、外周ブラシシール２４０の細梁２４１の側面を支持する構成となっている。すなわち、ブラシシール装置２００においては、前述したように、背板部２５０と保持部２５５との間で、取付部（基部）２４２を中心として、外周ブラシシール２４０の取付部２４２側の根元部分を含む範囲を挟持している。その結果、ブラシシール装置２００においては、背板部２５０及び保持部２５５により、外周ブラシシール２４０の細梁２４１の広がりが防止される。従って、外周ブラシシール２４０の自由端部２４５の箇所においてブラシ受部１９０のような構成を設けなくてよいのである。

なお、このように背板部２５０と保持部２５５で外周ブラシシール２４０の根元を挟持する形態は、前述した第１実施形態のブラシシール装置１００の外周ブラシシール１４０の剛毛１４１に対しても適用することができる。

ブラシシール装置２００の内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０の箇所における径方向断面図を図７に示す。図７に示すように、また前述したように、本実施形態のブラシシール装置２００においては、外周ブラシシール２４０の細梁２４１は、回転軸８３０の径方向に対して、内周ブラシシール２２０の細梁２２１の傾斜とは反対方向に傾斜している。この構成において、細梁２２１及び細梁２４１の傾斜角度及び長さは、これら外周ブラシシール２４０の細梁２４１と内周ブラシシール２２０の細梁２２１とによるバネ効果が、ブラシシール装置２００の径方向成分Ｆのみが残るように調整される。

このような構成とすることにより、回転軸８３０からブラシシール装置２００が受ける振動等に対する応力（振れ応力）は、径方向の力のみとなり、ブラシシール装置２００が不安定な振動等の挙動をすることを防ぐことができ、ブラシシール装置２００の動作を安定化させることができる。

なお、このように細梁２２１及び細梁２４１の傾斜角度及び長さの特徴は、前述した第１実施形態のブラシシール装置１００の内周ブラシシール１２０の剛毛１２１と外周ブラシシール１４０の剛毛１４１との関係に対しても適用することができる。

第２実施形態のブラシシール装置２００は、このような構成を有するものである。
従って、第２実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

なお、本実施形態においては、内周ブラシシール部２０１の内周ブラシシール２２０のブラシ部２２３と外周ブラシシール部２０２の外周ブラシシール２４０のブラシ部２４３とは、同じブラシ部であるとした。しかしながら、これらを異なるブラシ部として構成することもできる。具体的には、内周ブラシシール２２０を構成する細梁２２１と外周ブラシシール２４０を構成する細梁２４１とを、断面形状、断面の大きさ、弾性特性等の特性、配列密度あるいは配列形態等が異なるものに加工をすることにより、これらは異なるブラシ部となる。その結果、より広範な技術分野に適用可能で、また、より高性能なブラシシール装置を提供することができる。

また、ブラシシール装置２００において、内周ブラシシール部２０１と外周ブラシシール部２０２とは、ブラシシール装置２００をハウジング８１０に設置する前に予め一体にされた構成であってもよいし、ブラシシール装置２００をハウジング８１０に設置するまでは別体として分離されたままの状態にしておき、これらをハウジング８１０に設置する時に（組み立て時に）一体化する構成であってもよい。

第３実施形態
本発明の第３実施形態のブラシシール装置について図９〜図１２を参照して説明する。
第３実施形態のブラシシール装置は、第２実施形態のブラシシール装置２００の変形例として説明する。

第２実施形態として前述したブラシシール装置２００は、同一の板ブラシシール単板３１１、３２１を積層してブラシシール２２０、２４０（内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０）を構成した。しかしながら、異なる種類の板ブラシシール単板を積層してブラシシール２２０、２４０を構成するようにしてよい。

特に、外周ブラシシール２４０を、細梁２４１の形態が異なる複数種類の板ブラシシール単板３２１を積層して形成することにより、外周ブラシシール２４０のブラシ部２４３における軸方向の隙間を少なくすることができる。

例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、傾斜方向が異なる細梁２４１ｃと細梁２４１ｄを有する２種類の板ブラシシール単板３２１ｃ、３２１ｄを積層することにより、外周ブラシシール２４０のブラシ部２４３は、図９Ｃに示すような形態となり、軸方向の隙間が小さくなる。

また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、ピッチが異なる細梁２４１ｅと細梁２４１ｆを有する２種類の板ブラシシール単板３２１ｅ、３２１ｆを積層することにより、外周ブラシシール２４０のブラシ部２４３は、図１０Ｃに示すような形態となり、この構成においても軸方向の隙間が小さくなる。

さらに、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、傾斜角度が異なる細梁２４１ｇと細梁２４１ｈを有する２種類の板ブラシシール単板３２１ｇ、３２１ｈを積層することにより、外周ブラシシール２４０のブラシ部２４３は、図１１Ｃに示すような形態となり、この構成においても軸方向の隙間が小さくなる。

これらいずれの構成においても、外周ブラシシール２４０の細梁２４１における軸方向の隙間が小さくなるので、ブラシシール装置２００の外周周りの被密封流体の漏洩を低減しあるいは防止することができ好適である。

第３実施形態のブラシシール装置は、このような構成を有するものである。
そして、前述した各実施形態のブラシシール装置に係る作用、効果、変形例等は、第３実施形態として説明したブラシシール装置に対しても適用可能である。従って、第３実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

なお、細梁２４１の形態を異ならせることについては、上述した以外にも種々の方法、形態があり、任意の方法を適用してよい。
また、この構成は、板ブラシシール単板に細梁を形成しこれを積層する形態に限られるものではない。第１実施形態として説明した剛毛により外周ブラシシールを形成する構成にも適用可能である。
また、同様の方法を内周ブラシシール２２０に対しても適用可能である。そのような構成とすれば、内周ブラシシール２２０のブラシ部２２３における被密封流体の漏洩を低減あるいは防止することができ好適である。

第４実施形態
本発明の第４実施形態について図１２を参照して説明する。
第４実施形態のブラシシール装置５００に係る以下の説明においても、前述した各実施形態のブラシシール装置と実質的に同一の構成については、同じ参照符号を付するとともにその説明を省略する。

前述した各実施形態のブラシシール装置において、内周ブラシシール１２０、２２０及び外周ブラシシール１４０、２４０は、剛毛１２１、１４１あるいは細梁２２１、２４１の向きが回転軸８３０の径方向に沿った方向になるように配設されていた。
これに対して第４実施形態のブラシシール装置５００は、外周ブラシシール５４０が、軸方向に傾斜して配設されているものである。
以下、図面を参照して詳細に説明する。

図１２に示すように、本実施形態のブラシシール装置５００も、例えばガスタービン等のハウジング８１０と回転軸８３０との間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切るブラシシール装置であるが、ブラシシール装置５００は、ハウジング８１０の内周面８１１に設けられた傾斜面８１５に取り付けられる。傾斜面８１５は、内周面８１１に対して略４５°傾斜した面である。

ブラシシール装置５００は、内周ブラシシール部１０１、外周ブラシシール部５０２及び連結部５０３を有する。
内周ブラシシール部１０１は、内周ブラシシール１２０、背板部１３０及び保持部１３５を有し、前述した第１実施形態の内周ブラシシール部１０１と同じ構成である。

外周ブラシシール部５０２は、外周ブラシシール５４０、背板部５８０及び保持部５８５を有する。
外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０は、第１実施形態のブラシシール装置１００の外周ブラシシール１４０と略同一の構成であるが、全体形状が、第１実施形態の外周ブラシシール１４０のような平面的な円環形状ではなく、図１２に断面形状を示すように、裁頭円錐体（円錐台）形状に形成されているものである。すなわち、外周ブラシシール５４０は、多数の線形の剛毛５４１を束状にし、その束状にした剛毛５４１を円錐台側周面形状に沿って壁状に配列し、外周側端部５４２を溶接により結合して円錐台状に形成したものである。そして、溶接部分５４２の内周側がブラシ部５４３に形成され、その先端に自由端部５４５が形成される。

外周ブラシシール５４０は、背板部５８０と保持部５８５とにより挟持されることにより、これらと一体化されて外周ブラシシール部５０２とされる。
背板部５８０は、外周ブラシシール５４０の低圧Ｐ２側に設置される、外周ブラシシール５４０と同様の裁頭円錐体（円錐台）形状の部材であり、外周ブラシシール５４０の剛毛５４１を低圧Ｐ２側から支持する。
また、保持部５８５は、外周ブラシシール５４０の高圧Ｐ１側に設置される、外周ブラシシール５４０と同様の裁頭円錐体（円錐台）形状の部材であり、背板部５８０との間で外周ブラシシール５４０を挟持するための部材である。

背板部５８０と保持部５８５とは、これらの間で外周ブラシシール５４０を挟持するような形態で配置され、外周ブラシシール５４０の外周側溶接部５４２を中心として溶接され、これらが三者一体に結合され、外周ブラシシール部５０２に形成される。
これら、背板部５８０及び保持部５８５の材質は、第１実施形態の背板部１３０及び保持部１３５等と同じである。

円環形状の外周ブラシシール部５０２の各箇所においては、図２に断面が示されているように、外周面５１２は、外周ブラシシール５２０、背板部５８０及び保持部５８５の各板面に対して垂直に形成されるが、外周ブラシシール部５０２は全体形状が裁頭円錐体形状に形成されるので、外周ブラシシール部５０２の全体としては、外周面５１２は、回転軸８３０の外周面８３１、あるいは、ハウジング８１０の内周面８１１に対して傾斜した面となる。そして外周ブラシシール部５０２においては、この外周面５１２のハウジング８１０の内周面８１１に対する傾斜角度が、ハウジング８１０の傾斜面８１５の傾斜角度と同じであり、外周面がハウジング８１０の傾斜面８１５と平行に対向するように形成される。

連結部５０３は、図１２に示すように、断面が三角形形状の環状部材である。連結部５０３は、内周面５０４と、ハウジング８１０の内周面８１１に形成された傾斜面８１５に平行な傾斜面５０５を有する。
連結部５０３の内径は、内周ブラシシール部１０１の外径と略同じに形成されており、連結部５０３の軸方向の長さ（厚み）は、内周ブラシシール部１０１の軸方向の長さ（厚み）と略同じである。連結部５０３の内周面５０４には、図示のごとく内周ブラシシール部１０１が嵌合され接合され、連結部５０３は、内周ブラシシール部１０１と一体化される。

このような構成のブラシシール装置５００は、図１２に示すように、ハウジング８１０の内周面８１１の傾斜面８１５に外周ブラシシール部５０２の外周面５１２を固定設置し、外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０の剛毛５４１の自由端部５４５に、回転軸８３０に嵌合設置された内周ブラシシール部１０１の外周面１１１に設置された連結部５０３の傾斜面５０５が略垂直に当接することにより、ハウジング８１０と回転軸８３０との間に設置される。

そして、内周ブラシシール部１０１の内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の自由端部１２５は、回転軸８３０の外周面８３１に近接する状態に配置され、回転軸８３０との間隙の高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とをシールする。また、外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０の剛毛５２１の自由端部５２５は、連結部５０３の傾斜面５０５に近接する状態に配置され、連結部５０３との間の高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とをシールする。

ブラシシール装置５００の内周ブラシシール部１０１の内周ブラシシール１２０のブラシ部１２３及び自由端部１２５、外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０のブラシ部５４３及び自由端部５４５の機能、動作、作用は、前述した各実施形態のブラシシール装置の機能、動作、作用と同じである。
そして特にブラシシール装置５００においては、外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０が回転軸８３０の軸方向に対して傾斜して設けられているので、ブラシシール装置５００は、回転軸８３０の径方向に移動のみならず、軸方向の移動にも追従できる。

第４実施形態のブラシシール装置５００は、このような構成を有するものである。
そして、前述した各実施形態のブラシシール装置の作用、効果、変形例等は、いずれも第４実施形態のブラシシール装置５００に対しても適用可能である。従って、第４実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

そして、外周ブラシシール部５０２及びその外周ブラシシール５４０が回転軸８３０の軸方向に対して傾斜した本実施形態のブラシシール装置５００においては、回転軸８３０の軸方向の変位に対しても追従することができ、より安定して動作可能で、その結果、より確実に被密封流体が漏洩を防止することができ、各部の摩耗を防止することができ、寿命の長いブラシシール装置を提供することができる。

なお、本実施形態としては、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール５４０として剛毛１２１、５４１を用いたものを例示したが、第２実施形態のように板ブラシシール単板を積層して構成したようなブラシシールを用いてもよい。

また、外周ブラシシール５４０の傾斜角度は、本実施形態においては４５°としたが、適用対象、被密封流体の圧力、各方向の負荷の強さ、振動、変位の形態や大きさ等に応じて、任意の角度としてよい。

第５実施形態
本発明の第５実施形態について図１３を参照して説明する。
第５実施形態のブラシシール装置６００に係る以下の説明においても、前述した各実施形態のブラシシール装置と実質的に同一の構成については、同じ参照符号を付するとともにその説明を省略する。

前述した各実施形態のブラシシールは、内周ブラシシール部の内周ブラシシール及び外周ブラシシール部の外周ブラシシールとして、剛毛を束ねて溶接した形態か、板ブラシシール単板を積層した形態のいずれかを共通的に用いた構成であった。しかしながら、これら内周ブラシシールと外周ブラシシールとは、異なる形態のものを用いてよい。本実施形態においては、内周ブラシシールとして板ブラシシール単板を積層したブラシシールを用い、外周ブラシシールとして剛毛を用いたブラシシールを用いたブラシシール装置６００について説明する。

本実施形態のブラシシール装置６００は、前述の各実施形態と同様に、内周ブラシシール部と外周ブラシシール部を有するものであるが、図１３に示すように、内周ブラシシール部の内周ブラシシールとして、前述した第２実施形態の外周ブラシシール２２０を有し、外周ブラシシール部の外周ブラシシールとして、前述した第１実施形態の内周ブラシシール１４０を有するものである。いずれも、詳細な構成は前述した内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール１４０と全く同じである。
なお、ここではブラシシールのみを図示し、背板部や保持部等の構成は図示省略する。

そして、内周ブラシシール２２０を有する内周ブラシシール部を回転軸８３０の外周面８３１に設置し、外周ブラシシール１４０を有する外周ブラシシール部をハウジング８１０の内周面８１１に設置し、外周ブラシシール１４０の剛毛１４３の自由端部１４５が、内周ブラシシール２２０を有する内周ブラシシール部の外周面に近接して配置されることによりブラシシール装置６００が構成される。

第５実施形態のブラシシール装置６００は、このような構成を有するものである。
そして、前述した各実施形態のブラシシール装置の作用、効果、変形例等は、第５実施形態のブラシシール装置６００に対しても適用可能である。従って、第５実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

特に、本実施形態のブラシシール装置６００においては、内周ブラシシールとして板ブラシシール単板を積層したブラシシール２２０を用い、外周ブラシシールとして剛毛を用いて形成したブラシシール１４０を用いている。このように、任意のブラシシールを組み合わせることにより、内周ブラシシール及び外周ブラシシールとして、種々の動作条件、動作特性を有するブラシ部を構成することができ、また、各々最適な条件を有するブラシ部を形成することができる。その結果、より広範な技術分野に適用可能で、また、より高性能なブラシシール装置を提供することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

産業上の利用分野

本発明に係るブラシシールは、航空機、ガスタービン等の回転軸を有する任意の装置に好適に利用することができる。

Claims (8)

1. ハウジングと回転軸との間を軸方向に封止するブラシシール装置であって、
   内周ブラシシールを有する内周ブラシシール部と外周ブラシシールを有する外周ブラシシール部とを有し、
   前記内周ブラシシールは、
   外周側の取付部と、
   前記取付部から内周方向に複数の剛毛が配列されたブラシ部と、
   前記ブラシ部の内周側端部であり、前記回転軸の外周面と対向して当該外周面に接触又は近接した状態に配置される自由端部とを有し、
   前記外周ブラシシールは、
   外周側の取付部と、
   前記取付部から内周方向に複数の剛毛が配列されたブラシ部と、
   前記ブラシ部の内周側端部であり、前記内周ブラシシール部の外周面と対向して当該外周面に接触又は近接した状態に配置される自由端部とを有する
   ことを特徴とするブラシシール装置。
2. 前記内周ブラシシール又は前記外周ブラシシールの少なくともいずれか一方は、束状にされて円周に沿って壁状に配列された複数の線状部材について、当該線状部材の外周側の端部を溶接することにより前記複数の線状部材を相互に結合してリング状に形成し、前記外周側から内周側にシール部及び前記自由端部を形成したブラシシールであることを特徴とする請求項１に記載のブラシシール装置。
3. 前記内周ブラシシール又は前記外周ブラシシールの少なくともいずれか一方は、前記取付部と、前記取付部から内周側に伸びて周方向に対して傾斜した前記剛毛としての細梁を有する前記ブラシ部と、前記自由端部とを有する板ブラシシール単板を、複数、軸方向に積層して一体的に形成したことを特徴とする請求項１に記載のブラシシール装置。
4. 前記内周ブラシシールの前記ブラシ部と前記外周ブラシシールの前記ブラシ部とは、同一の材質の剛毛からなることを特徴とする請求項１に記載のブラシシール装置。
5. 前記内周ブラシシールの前記ブラシ部と前記外周ブラシシールの前記ブラシ部とは、異なる材質の剛毛からなることを特徴とする請求項１に記載のブラシシール装置。
6. 前記内周ブラシシールの前記内周側ブラシ部は、前記複数の剛毛が径方向に対して傾斜して内周方向に配列されており、
   前記外周ブラシシールの前記外周側ブラシ部は、前記複数の剛毛が径方向に対して傾斜して内周方向に配列されており、
   前記内周ブラシシールの前記剛毛の傾斜と前記外周ブラシシールの前記剛毛の傾斜とは、前記径方向に対して反対方向であることを特徴とする請求項１に記載のブラシシール装置。
7. 前記内周ブラシシール部の外周面に設置され、前記外周ブラシシールの自由端部が接触又は近接した状態に配置されるとともに、当該外周ブラシシールの自由端部の軸方向の広がりを防止するブラシ受部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のブラシシール装置。
8. 前記外周ブラシシールは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜した状態に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシシール装置。

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