特許 6590838 ブラシシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6590838

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】ブラシシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/3288 20160101AFI20191007BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/3288

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-572048(P2016-572048)

(86)(22)【出願日】2016年1月26日

(86)【国際出願番号】JP2016052141

(87)【国際公開番号】WO2016121740

(87)【国際公開日】20160804

【審査請求日】2018年7月19日

(31)【優先権主張番号】特願2015-15231(P2015-15231)

(32)【優先日】2015年1月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100163212

【弁理士】

【氏名又は名称】溝渕 良一

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100156535

【弁理士】

【氏名又は名称】堅田 多恵子

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】河野 徹

【審査官】 杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１３２９３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１８９１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２１５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６７０２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／３２８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の線材を有するブラシ体が低圧側プレートと高圧側プレートとにより挟持された円環状のブラシシールにおいて、
前記低圧側プレートは径方向に凹みかつ周方向に延びる低圧側凹部を有し、
前記高圧側プレートは前記低圧側凹部に対応する位置に設けられ径方向に凹みかつ周方向に延びる高圧側凹部を有し、
前記低圧側凹部及び前記高圧側凹部がなす空間に挿入され、前記低圧側プレートと前記高圧側プレートとを軸方向にキー固定する固定部材を更に備えることを特徴とするブラシシール。

【請求項2】

周方向に分割された分割型のブラシシールであって、
前記低圧側凹部及び前記高圧側凹部はいずれも有底の凹みを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。

【請求項3】

１つの前記低圧側凹部及び前記高圧側凹部がなす空間に複数の前記固定部材が挿入されることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシシール。

【請求項4】

前記複数の線材の外径側は、前記高圧側プレートと前記低圧側プレートとにより覆われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシシール。

【請求項5】

前記固定部材は、前記低圧側プレート及び前記高圧側プレートよりもその線膨張係数が大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシシール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タービン等の回転機械の相対回転する２部材間をシールするブラシシールに関する。

【背景技術】

【0002】

タービン等の回転機械には、ロータの周囲に沿って高圧側から低圧側に気体が漏れることを抑制するためにシールが用いられている。回転機械のステータとロータのすきま変化や偏心にシールが追随して密閉能力を発揮することが望まれており、このような観点から、ラビリンスシールに代えて極細ワイヤを束にしたブラシシールが採用されている。

【0003】

図７に示されるように、従来のブラシシール１００は、極細ワイヤを束ねたブラシ１０４ａが取付部１０４ｂに溶接されたブラシ体１０４と、低圧側プレート１０２と、高圧側プレート１０３とから主に構成されている。このブラシシールは、低圧側プレート１０２及び高圧側プレート１０３により取付部１０４ｂを挟み込むとともに両プレート１０２、１０３の周方向外周が溶接１０５により接合されて一体化されている（例えば特許文献１を参照。）。また、図８に示されるように、両プレート１０２、１０３の固定方法として、両プレート１０２、１０３を重ねた状態で軸方向からボルト１０６により高圧側プレート１０３に羅合させて固定する例もある（例えば特許文献２を参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−１２１５１２号公報（段落００３３、図１）

【特許文献2】特開２００２−２６７０２３号公報（段落００３２、図１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のブラシシールは、両プレート１０２、１０３のリブを軸方向に重ね合わせタ状態で周方向外周が接合されている。そして、接合時に両プレート１０２、１０３の径方向の相対位置がずれないようにするためには、両プレート１０２、１０３の位置を規定する治具を用いる必要がある。また、溶接によって接合する場合に、熱により両プレート１０２、１０３が径方向に変形して、両プレート１０２、１０３とブラシ１０４ａの先端側に配置される図示しないロータとの距離が所望の範囲から外れる虞がある。

【0006】

また、特許文献２のブラシシールにあっては、両プレート１０２、１０３を重ねた状態で軸方向からボルト１０６により固定するものであるため、ボルト１０６の頭部が占有する大きな空間が必要となるばかりか、ボルト１０６の締結が緩み両プレート１０２、１０３の固定が不確実になる虞がある。

【0007】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、低圧側プレート及び高圧側プレートを安定した位置で確実に固定できるブラシシールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明のブラシシールは、
複数の線材を有するブラシ体が低圧側プレートと高圧側プレートとにより挟持された円環状のブラシシールにおいて、
前記低圧側プレートは径方向に凹みかつ周方向に延びる低圧側凹部を有し、
前記高圧側プレートは前記低圧側凹部に対応する位置に設けられ径方向に凹みかつ周方向に延びる高圧側凹部を有し、
前記低圧側凹部及び前記高圧側凹部がなす空間に挿入される固定部材を更に備えることを特徴としている。
この特徴によれば、径方向に凹みかつ周方向に延びる低圧側凹部及び高圧側凹部がなす空間に固定部材を挿入することにより、低圧側凹部及び高圧側凹部が固定部材によりいわゆるキー固定されることとなり、低圧側プレート及び高圧側プレートを軸方向に安定した位置で確実に固定することができる。

【0009】

本発明のブラシシールは、
周方向に分割された分割型のブラシシールであって、
前記低圧側凹部及び前記高圧側凹部はいずれも有底の凹みを有することを特徴としている。
この特徴によれば、低圧側凹部及び高圧側凹部はいずれも有底であるため、低圧側凹部及び高圧側凹部がなす空間の開口は、低圧側プレート及び高圧側プレートの周方向端部に形成される。また、有底であることによって、固定部材が径方向に抜けない。

【0010】

本発明のブラシシールは、
１つの前記低圧側凹部及び前記高圧側凹部がなす空間に複数の前記固定部材が挿入されることを特徴としている。
この特徴によれば、１つ１つの固定部材の周方向長さが短く挿入が容易である。

【0011】

本発明のブラシシールは、
前記複数の線材の外径側は、前記高圧側プレートと前記低圧側プレートとにより覆われることを特徴としている。
この特徴によれば、複数の線材の外径側で、低圧側プレートと高圧側プレートと間に径方向に対する引っ掛かり部分が形成され、径方向への移動が拘束されるため、低圧側プレートに対する高圧側プレートの組み立て性に優れる。

【0012】

本発明のブラシシールは、
前記固定部材は、前記低圧側プレート及び前記高圧側プレートよりもその線膨張係数が大きいことを特徴としている。
この特徴によれば、使用時に高温の被密封気体に曝されるブラシシールは、固定部材は低圧側プレート及び高圧側プレートよりも大きく膨張するため、低圧側プレート及び高圧側プレートをより確実に固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１におけるブラシシールが回転体機械に組み込まれた状態を示す断面図である。

【図2】実施例１のブラシシールの周端面を示す正面図である。

【図3】実施例１のブラシシールの組み立てを説明する断面図であり、（ａ）は組み立て前の状態、（ｂ）は低圧側プレート、ブラシ体、高圧側プレートが組み合わせられた状態、（ｃ）は固定部材が嵌入された状態を示す図である。

【図4】（ａ）は実施例１のブラシシールの一部を切り欠いて示す側面図を示す図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。

【図5】実施例２のブラシシールを示す断面図である。

【図6】（ａ）は実施例３のブラシシールの正面図、（ｂ）は実施例３のブラシシールを示す断面図である。

【図7】従来のブラシシールを示す断面図である。

【図8】従来のブラシシールを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係るブラシシールを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例1】

【0015】

実施例１に係るブラシシールにつき、図１から図４を参照して説明する。以下、図１の紙面左右を軸方向、図４（ａ）の中心Ｏから放射状に延びる方向を径方向、中心Ｏから等距離の円周に沿った方向を周方向として説明する。

【0016】

図１には、タービン等の回転機械にブラシシールが組み込まれた例が示されており、回転機械のハウジング７に形成されたチャネル状の収納部８にブラシシール１が配置され、そのブラシ４ａの先端が回転機械のロータ９に近接乃至接触することにより、回転機械内部の高圧側領域Ｈの蒸気、燃料ガス等の被密封気体は低圧側領域Ｌに漏れることが抑制されている。

【0017】

図４（ａ）に示されるように、ブラシシール１は周方向に６分割のセグメント１Ａ、１Ａ、１Ｂ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｃが連結されて円環状に形成されている。図４（ａ）においては、説明の便宜上、後述する固定部材の配置・形状等が異なる３種類のセグメント１Ａ、１Ｂ、１Ｃを示しているが、固定部材の配置・形状が同様の１種類のセグメントを６個連結して構成されることが好ましい。

【0018】

ブラシシール１は、低圧側プレート２、高圧側プレート３、ブラシ体４及び固定部材５から主に構成され、ブラシ体４はブラシ４ａ及び取付部４ｂから主に構成されている。
ブラシ４ａはワイヤを束ねて板状に形成され外周で取付部４ｂに溶接又はカシメられ、ブラシ４ａと取付部４ｂとは一体に結合され、その断面は略ハンマー形状に形成されている。また、ブラシ４ａはワイヤの線径が０．０５〜０．５ｍｍ、材質が鋼、ニッケル基やコバルト基などの合金、セラミックス、また、取付部４ｂは略６分円弧状の形状、材質はステンレスである。

【0019】

次に、ブラシシール１の組み立て及び両プレート２、３の詳細な構造について図３を参照して説明する。両プレート２、３の材質はステンレス、クロム鋼等が好ましい。

【0020】

低圧側プレート２は、径方向かつ周方向に延在する板状部２１、板状部２１の軸方向に凹み周方向に延在する凹溝２２、凹溝２２の一側面をなし板状部２１から軸方向かつ周方向に延在するリブ２３、リブ２３の径方向外側に設けられ径方向内側に凹みかつ周方向に延在する凹溝２４（低圧側凹部）、リブ２３が一側面をなし板状部２１の軸方向に凹み周方向に延在する凹溝２５、凹溝２５の一側面及び板状部２１の外周面２７の一部をなし板状部２１から軸方向かつ周方向に延在する突部２６から主に構成されている。

【0021】

高圧側プレート３は、径方向かつ周方向に延在する板状部３１、板状部３１の軸方向に凹み周方向に延在する段部３２、段部３２から更に軸方向に凹み周方向に延在する凹溝３３、凹溝３３の一側面及び外周面３８の一面をなし板状部３１から軸方向かつ周方向に延在するリブ３４、リブ３４の径方向内側に設けられ径方向外側に凹みかつ周方向に延在する凹溝３５（高圧側凹部）、リブ３４の軸方向先端側に設けられ径方向外側に軸方向に凹む段部３７が切り欠かれ周方向に延在する突部３６から主に構成されている。

【0022】

ブラシシール１の組み立て手順は以下のとおりである。
（ステップ１）低圧側プレート２の凹溝２２に、ブラシ４ａの一方の取付部４ｂを嵌入する（図３（ａ））。
（ステップ２）次いで、高圧側プレート３を図３における上方から低圧側プレート２に重ね合わせ、リブ２３を凹溝３３にかつ突部３６を凹溝２５に嵌入する（図３（ａ））。なお、リブ２３と凹溝３３、突部３６と凹溝２５は嵌入されたときに、それぞれわずかに隙間が生じる寸法関係（遊嵌）となっている。なお、遊嵌であるため嵌入が容易であるが、強固な固定という観点からは圧入であってもよい。
この状態で、ブラシ４ａの取付部４ｂはリブ２３と段部３２がなす空間に収容される（図３（ｂ））。また、凹溝２４と凹溝３５が対応する位置に配置され、凹溝２４の底面２４ａから立ち上がる両側面２４ｂ、２４ｃは凹溝３５の底面３５ａから立ち上がる両側面３５ｂ、３５ｃと略同一面をなし、凹溝２４と凹溝３５により断面矩形の空間６が形成される。
（ステップ３）図３（ｂ）に示される状態から、空間６と略同形状の固定部材５を周方向（図３において紙面に直交する方向）から空間６に挿入する（図３（ｃ））。

【0023】

ここで、固定部材５は、空間６に嵌入されたときに、わずかに隙間が生じる寸法関係（遊嵌）となっている。また、固定部材５は略６分円弧状の形状、材質はステンレス、クロム鋼等の両プレート２、３よりも線膨張係数が大きいものが好ましい場合がある。このような材料を選定することで、使用時に被密封気体の温度によりブラシシール１が膨張するが、固定部材５が両プレート２、３よりも膨張量が大きいため、いわゆるしまりばめとなり、両プレート２、３を軸方向にがたつきなく固定することができる。なお、固定部材５を空間６に遊嵌するため嵌入が容易であるが、強固な固定という観点からは圧入であってもよい。

【0024】

また、両プレート２、３の径方向は、リブ２３と凹溝３３の係合、突部３６と凹溝２５の嵌合により固定される。

【0025】

このようにして、凹溝２４及び凹溝３５が固定部材５によりキー固定されることとなり、低圧側プレート２及び高圧側プレート３を軸方向に安定した位置で確実に固定することができる。また、低圧側プレート２及び高圧側プレート３の位置決めが容易である。

【0026】

また、固定部材５には低圧側の凹溝２４及び高圧側の凹溝３５から軸方向からのせん断力が作用する。一方、固定部材５は周方向の長さが軸方向や径方向の長さよりも長く形成されている。そして、固定部材５は周方向の長さが長いため、固定部材５に作用するせん断力に基づく周方向における単位長さあたりのせん断応力は小さい。そのため、固定部材５は径方向の長さが短いものでよく、ブラシシール１をコンパクトに構成できる。

【0027】

また、凹溝２４及び凹溝３５はいずれも底面２４ａ、３５ａを有する有底であるため、凹溝２４及び凹溝３５がなす空間６の開口は、低圧側プレート２及び高圧側プレート３の周方向端部に形成される。また、有底であることによって、固定部材が径方向に抜けない。また、低圧側プレート２及び高圧側プレート３の径方向外側には、凹溝２４、凹溝３５及び固定部材５が露出しないため、低圧側プレート２及び高圧側プレート３の径方向外周の形状の自由度が高い。そのため、ブラシシール１を組み込むハウジング７の収納部８とのクリアランスの設定が容易となる。さらに、ブラシシール１の外周を外周面２７及び外周面３８を合わせたとき平坦かつ面一に形成できる。

【0028】

また、ブラシ４ａ及び取付部４ｂの外径側は、リブ２３及びリブ３４、すなわち両プレート２、３により覆われている。リブ２３及びリブ３４と間に径方向に対する引っ掛かり部分が形成され、径方向への移動が拘束されるため、低圧側プレート２に対する高圧側プレート３の組み立て性に優れる。

【0029】

また、固定部材５と空間６が略同形状であるセグメント１Ｃ（図４（ａ））の場合には、固定部材５が空間６に周方向に渡って配置されることとなるから、両プレート２、３を強固に固定することができる。

【0030】

また、セグメント１Ａのように、１つの空間６に複数の固定部材５Ａ１、５Ａ２、５Ａ１、５Ａ２、５Ａ１、５Ａ２を配置するようにしてもよい。この場合には、１つ１つの固定部材５Ａ１、５Ａ２の周方向長さが短く挿入が容易である。また、複数の固定部材５Ａ１、５Ａ２は、同じ形状でもよいが、断面形状を異なるようにしてもよい。固定部材５Ａ２は側面２４ｂ、３５ｂ、２４ｃ、３５ｃに確実に当接する形状（図４（ｂ））とし、
固定部材５Ａ１は底面２４ａ、３５ａに確実に当接する形状とすると、固定部材５Ａ１、５Ａ２は軸方向及び径方向におけるガタを確実に吸収する作用を奏することができる。

【0031】

また、セグメント１Ｂのように、両プレート２、３に設ける凹溝２４、３５を周方向の途中まで延びる構成とし、これらの凹溝２４、３５からなる空間６Ｂ１、６Ｂ２にそれぞれ固定部材５Ｂ１、５Ｂ２を嵌入するようにしてもよい。このようにすると、セグメント１Ｂの周方向の両端のみに固定部材５Ｂ１、５Ｂ２を嵌入させるだけでよく、固定部材５Ｂ１、５Ｂ２の装着が簡単である。

【0032】

また、図４（ａ）に示されるように、６個のセグメントを連結して円環状のブラシシール１を構成したときに、各セグメントの周端面同士が近接乃至接触している。そして、固定部材５、５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２は両プレート２、３の周方向から嵌入されているため、仮に、固定部材５、５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２が使用中に周方向に移動しようとしても、隣接するセグメントの周端面（又は隣接するセグメントの固定部材）に当接して抜けることが防止されている。

【0033】

また、溶接する箇所は問わないが、例えば、図２に示されるように周端面における凹溝２５と突部３６とが接合される箇所５０をスポット溶接により固定がより確実となるまた、固定部材５、５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２、低圧側プレート２及び高圧側プレート３の三部材が当接する箇所５０’をスポット溶接すれば固定がさらに確実になる。

【0034】

さらに、ブラシシール１の組み立て手順として、低圧側プレート２にブラシ体４を組み付けた後、高圧側プレート３を軸方向から組み付ける例について説明したが、高圧側プレート３を周方向に回動させて組み立ててもよい。また、組み立て順序は、高圧側プレート３にブラシ体４を組み付けた後、低圧側プレート３を組み付ける順であってもよい。

【実施例2】

【0035】

次に、実施例２に係るブラシシールにつき、図５を参照して説明する。低圧側プレート２のリブ２３’が短く、かつ、高圧側プレート３には、取付部４ｂ及びリブ２３’を嵌入するための凹溝３２’、凹溝３３’が設けられている。なお、その他の構成は実施例１と同様であるのでその説明を省略する。リブ２３’及び高圧側プレート３側の取付部４ｂがそれぞれ凹溝３２’、凹溝３３’に嵌入されるから、組み立て時の構造が安定する。

【実施例3】

【0036】

次に、実施例３に係るブラシシールにつき、図６を参照して説明する。実施例１では、凹溝３５が周端面に開口し底面３５ａを有する有底のものであったが、実施例３では凹溝３５’が外径端面に開口し底のない貫通孔である凹溝であり、また、固定部材５’が径方向外側から空間６’に嵌入されるようになっている。なお、その他の構成は実施例１と同様であるのでその説明を省略する。固定部材５’を径方向外側から挿入するから、挿入作業が簡単であり、また、分割型以外の一体型の円環状のブラシシールにも適用することができる。

【0037】

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0038】

例えば、前記実施例では、ブラシシール１の内周側のロータ９を密封する例について説明したが、ブラシシールの外周側のロータを密封するものであってもよい。この場合には、径方向外側のブラシの先端がロータに近接乃至接触する構成となる。

【0039】

また、高圧側プレート３のリブ３４が低圧側プレート２のリブ２３よりも径方向外側に配置される構成について説明したが、低圧側プレートのリブが高圧側プレートのリブよりも径方向外側に配置される構成であってもよい。

【符号の説明】

【0040】

１ ブラシシール
２ 低圧側プレート
３ 高圧側プレート
４ ブラシ体
４ａ ブラシ
４ｂ 取付部
５、５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２、５’ 固定部材
６、６Ｂ１、６Ｂ２、６’ 空間
２４ 凹溝（低圧側凹部）
３５，３５’ 凹溝（高圧側凹部）
Ｈ 高圧側領域
Ｌ 低圧側領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】