(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記帯材を前記溝に挿入する工程は、前記溝の内壁に前記帯材の外面を押圧させることにより、前記帯材の断面外形を、前記帯材が前記溝に収まる断面外形に変形させながら、前記帯材を前記溝に挿入する工程を含む、請求項1または2に記載のブラシシールの製造方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、ブラシ本体の帯材が金属製である場合、通常、上述したブラシ本体の曲げ成形はプレス加工により行われる。このため、ブラシ本体の曲げ成形のためにプレス加工用の金型を用意する必要がある。しかも、ブラシシールが用いられる回転機械の回転体の径が変更されると、その径に応じたプレス加工用の金型が必要になる。このため、ブラシシールやそれを備える回転機械の製造コストを削減させる観点から、より簡易な方法でブラシシールを製造できることが望ましい。
【0006】
本発明の目的は、より簡易な方法で製造できるブラシシールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明に係るブラシシールの製造方法は、多数の毛材および前記多数の毛材が固定された金属製の帯材を含むブラシ本体を準備する工程と、円弧状または円環状のブラシホルダであって、前記ブラシホルダの内周面および外周面のうちの一方の周面に開口した周方向に連続する溝を有する、金属製で且つ前記帯材より剛性が高いブラシホルダを準備する工程と、前記溝の開口から前記毛材を突き出させながら、前記溝の延びる方向に沿って前記帯材を前記溝に挿入する工程と、を含む。
【0008】
上記の構成によれば、ブラシホルダよりも帯材の剛性は低いため、溝の延びる方向に沿って帯材を溝に挿入することにより、プレス加工を行わずに帯材を円弧状に成形することができる。また、ブラシ本体の帯材を円弧状に成形する工程とブラシ本体をブラシホルダに入れる工程を一つの工程で行うことができるため、ブラシシールの製造工程を少なくすることができる。
【0009】
上記のブラシシールの製造方法において、前記ブラシホルダを準備する工程は、金属ブロックを切削加工することにより前記溝を形成する工程を含んでもよい。この構成によれば、鋳造でブラシホルダを製作するよりも低いコストでブラシホルダを製作することができる。
【0010】
上記のブラシシールの製造方法において、前記帯材を前記溝に挿入する工程は、前記溝の内壁に前記帯材の外面を押圧させることにより、前記帯材の断面外形を、前記帯材が前記溝に収まる断面外形に変形させながら、前記帯材を前記溝に挿入する工程を含んでもよい。この構成によれば、溝の内壁に帯材の外面を押圧させることにより、帯材の断面外形を、溝に収まらない断面外形から溝に収まる断面外形に変形させるため、帯材の断面外形を、帯材の外面と溝の内壁の隙間が小さい、溝の内壁に沿った形状にすることができる。従って、帯材が溝の中でがたつくのを抑えることができる。
【0011】
上記のブラシシールの製造方法において、前記溝の開口幅が、前記毛材が延びる方向に垂直な方向における前記帯材の幅より狭くてもよい。この構成によれば、溝の開口幅が、毛材が延びる方向に垂直な方向における帯材の幅より狭いため、溝に挿入された帯材が溝の開口から出ることが防がれる。このため、溝の延びる方向に沿って帯材を溝に挿入することにより、ブラシ本体をブラシホルダに保持させることができる。
【0012】
溝の開口幅が帯材の幅より狭い上記ブラシシールの製造方法において、前記溝の断面形状は、前記溝の開口縁から前記溝の底面に向かうにつれて幅が広くなる略台形状であってもよい。この構成によれば、帯材が開口から出ることが防がれる溝を少ない工数で形成することができる。
【0013】
上記のブラシシールの製造方法において、前記ブラシホルダは円弧状であって、前記ブラシホルダは端面を有しており、前記溝は、前記端面から前記周面の周方向に沿って延びており、前記帯材を前記溝に挿入する工程では、前記端面から前記溝に前記帯材を挿入してもよい。この構成によれば、溝に帯材を容易に挿入することができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、より簡易な方法で製造できるブラシシールの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
<ブラシシールの構成>
まず、本実施形態に係るブラシシール2の構成について、
図1および
図2を参照して説明する。
図1は、実施形態に係るブラシシール2を備えた回転機械100の部分拡大断面図である。回転機械100は、回転体101と、回転体101の径方向外側に設けられた静止体102を備える。ブラシシール2は、回転機械100に設けられて、回転体101と静止体102との間をシールするためのものである。ブラシシール2は、例えば、静止体102に形成された回転体101を貫通させるための貫通孔の内周面に設けられる。回転機械100は、回転体101と静止体102を備える装置であればよく、例えば、電動機や発電機などの電機回転機械や蒸気タービン、ガスタービン、ポンプ、空気圧縮機などである。
【0018】
図2(A)は、本実施形態に係るブラシシール2の平面図であり、
図2(B)は、2つのブラシシール2により構成されたシール装置1の平面図である。
図2(A)に示すように、本実施形態のブラシシール2は、平面視して(すなわち、ブラシシール2を備えた回転機械100の軸方向から視て)半円弧状である。回転体101の外周面と静止体102の内周面に挟まれた円環状の空間をシールする場合、
図2(B)に示すように、2つのブラシシール2を組み合わせることにより円環状にしたシール装置1が回転機械100に設けられる。円環状のシール装置1を構成するブラシシール2同士は、互いに締結されていてもよいし、締結されていなくてもよい。以下の説明では、シール装置1の周方向をブラシシール2の「周方向」と定義し、シール装置1の半径方向をブラシシール2の「径方向」と定義し、シール装置1の中心軸に沿った方向をブラシシール2の「幅方向」と定義する。
【0019】
ブラシシール2は、多数の毛材11を有するブラシ本体10と、ブラシ本体10を保持するブラシホルダ20を備える。毛材11は、例えばセラミックファイバである。
【0020】
図1に示すように、本実施形態では、ブラシ本体10は、チャンネル型のブラシである。ブラシ本体10は、周方向に延びる芯線13と、多数の毛材11が固定された周方向に延びるチャンネル材としての帯材12を有する。芯線13は、二つ折りにされた多数の毛材11に挟まれており、多数の毛材11の折り曲げ部分11aに位置する。帯材12は、多数の毛材11の折り曲げ部分11aおよび芯線13を覆っている。帯材12は、毛材11の折り曲げ部分11aと先端11bとの間で多数の毛材11をブラシシール2の幅方向に挟んでいる。
【0021】
ブラシホルダ20は、回転機械100の静止体102に固定される部分である。ブラシホルダ20は、円弧状であり、内周面21と外周面22を有している。内周面21の幅方向の中央部分には、内周面21に開口した周方向に連続する円弧状の溝23が形成されている。ブラシホルダ20を径方向に切断したときの溝23の断面外形は、周方向に沿って一定である。
【0022】
ブラシ本体10は、その帯材12がブラシホルダ20の溝23内に収容された状態で、ブラシホルダ20に保持されている。溝23の開口25からは、毛材11が径方向内方に突き出ている。
図1に示すように、ブラシシール2を備えた回転機械100では、毛材11の先端11bが回転体101の外周面に接触している。
【0023】
<ブラシシール2の製造方法>
次に、ブラシシール2の製造方法を
図3〜
図6を用いながら説明する。
【0024】
(ブラシ本体10を準備する工程)
まず、チャンネル型ブラシであるブラシ本体10を製作する。
【0025】
具体的には、それぞれ直線状に延びる多数の毛材11と、直線状に延びる板状の帯材12と、直線状に延びる金属製の芯線13を用意する。用意される多数の毛材11の長さは、帯材12の幅方向(短手方向)の長さより長い。帯材12および芯線13は、金属製であり、例えばステンレス材(例えばSUS304(オーステナイト系ステンレス))である。
図3(A)に示すように、帯材12の幅方向の中央部分と各毛材11の中間部分が平面視して一致するように、板状の帯材12の一方主面に多数の毛材11を並べる。さらに、芯線13が多数の毛材11の中間部分の真上に位置するように、多数の毛材11の上に芯線13を載置する。
【0026】
そして、
図3(B)に示すように、帯材12の断面形状が略C字形となるように、帯材12をプレス加工により曲げ成形する。より詳しくは、多数の毛材11が芯線13を挟むように二つ折りにされるとともに、多数の毛材11の折り曲げ部分11aおよび芯線13が帯材12に覆われるように、帯材12を曲げ成形する。そして、長手方向に延びる帯材12の両端縁12a,12bが毛材11の折り曲げ部分11aと先端11bとの間で多数の毛材11を挟み込む。これにより、帯材12に多数の毛材11を固定する。こうして、直線状のブラシ本体10が製作される。
【0027】
チャンネル型ブラシであるブラシ本体10を製造する方法は、特に限定されない。例えば、用意する帯材12は板状でなくてもよく、直線状に延びる断面U字形の形状であってもよい。この場合、芯線13を当接させた多数の毛材11を二つ折りにしながら、帯材12が有する溝内に押し込み、その後、帯材12の両端縁12a,12bが多数の毛材11を挟み込むように帯材12を成形してもよい。
【0028】
(ブラシホルダ20を準備する工程)
次に、ブラシホルダ20を製作する。
【0029】
具体的には、まず、
図4(A)に示すような断面半円弧状の内周面21と断面半円弧状の外周面22を有する半円弧状の金属ブロック3を用意する。金属ブロック3は、金属製であり、例えば真鍮(例えば快削黄銅)である。内周面21および外周面22に垂直な面で切断した金属ブロック3の断面形状は、略方形状である。金属ブロック3は、内周面21の円弧に沿った方向の両端において内周面21と外周面22とを接続する端面26,27を有している。
【0030】
本実施形態では、次の工程で1つのブラシホルダ20に1つのブラシ本体10を保持させるために、内周面21の周方向に沿った長さは、ブラシ本体10の長さとほぼ同じである。ただし、ブラシホルダ20の内周面21の周方向に沿った長さは、ブラシ本体10の長さと異なる長さであってもよい。この場合、製作されるブラシシール2は、1つのブラシホルダ20に複数のブラシ本体10が保持されるように構成されてもよいし、複数のブラシホルダ20に1つのブラシ本体10が保持されるように構成されてもよい。
【0031】
次に、切削加工により金属ブロック3の内周面21に溝23を形成する。溝23は、次の工程でブラシ本体10の帯材12を挿入する空間である。
図4(B)および
図4(C)は、それぞれ、溝23を形成して製作されたブラシホルダ20の斜視図および断面図である。溝23は、内周面21に開口し、一方の端面26から他方の端面27まで周方向に連続している。
【0032】
図4(C)に示すように、溝23の内壁24は、内周面21の周方向に延びる2つの開口縁25a,25bからそれぞれ径方向外方へと延びる平面状の2つの溝側面24a,24bと、それらを接続する平面状の溝底面24cを有する。ただし、溝底面24cは凹面状であってもよい。溝23の内壁24に囲まれた空間は、開口幅よりも幅方向に広い空間である。より詳しくは、本工程で形成される溝23の開口25の幅(すなわち開口縁25a,25b間の間隔)は、ブラシ本体10の毛材11が延びる方向に垂直な方向における帯材12の幅より狭い。このため、次の工程で溝23に挿入された帯材12は、溝23の内壁24により、溝23の開口25から出るのを防がれる。本実施形態では、溝23の断面形状は、開口縁25a,25bから溝底面24cに向かうにつれて幅が広くなる略台形状である。すなわち、溝側面24a,24bは、溝側面24a,24b間の間隔が径方向外方にいくにつれて大きくなるように形成されている。
【0033】
本工程では、ブラシホルダ20は、ブラシ本体10の帯材12より剛性が高くなるように製作する。次の工程で、ブラシ本体10の帯材12をブラシホルダ20の溝23に挿入するときに、帯材12を溝23に沿った形状に変形させるためである。本実施形態では、ブラシホルダ20が真鍮(例えば快削黄銅)で構成されており、ブラシ本体10の帯材12がステンレス材(例えばSUS304(オーステナイト系ステンレス))で構成されている。このため、ブラシホルダ20は、ブラシ本体10の帯材12の金属材料よりも硬度が低い金属材料で構成されている。しかしながら、本実施形態では、帯材12の板厚や毛材11と帯材12の間の隙間、帯材12の断面外形の大きさ、ブラシホルダ20の断面外形の大きさなどを適宜調整することにより、ブラシホルダ20の剛性をブラシ本体10の帯材12の剛性より高くなるようにしている。なお、ブラシホルダ20や帯材12の金属材料は本実施形態で示されたものに限定されない。例えば、ブラシホルダ20や帯材12は同じ金属材料により構成されてもよい。
【0034】
(帯材12を溝23に挿入する工程)
次に、溝23の開口25から毛材11を突き出させながら、溝23の延びる方向に沿って帯材12を溝23に挿入することにより、帯材12を円弧状に成形する。
【0035】
具体的には、
図5(A)に示すように、ブラシホルダ20の一方の端面26から溝23に直線状の帯材12を挿入する。帯材12の剛性がブラシホルダ20の剛性より低いため、
図5(B)に示すように、帯材12は、溝23に挿入された箇所から順次、溝23に沿った形状に成形されていく。帯材12の溝23への挿入には、例えば、油圧アクチュエータなどのアクチュエータが使用される。帯材12の溝23への挿入をスムーズにするために、溝23には帯材12の挿入前にグリスなどの潤滑剤が塗布されてもよい。
【0036】
図6(A)は、帯材12を溝23に挿入する前のブラシ本体10の断面形状を示す図である。
図6(A)では、溝23に挿入する前のブラシ本体10の断面のうち、それを溝23の断面と重ねたときに溝の断面外形を超える部分を斜線で示している。本実施形態では、
図6(A)に示すように、溝23に挿入する前の帯材12の断面外形は、そのままの形では溝23に収容できない形状および大きさを有している。このため、本工程では、溝23の内壁24に帯材12の外面(毛材11の折り曲げ部分11aに面する主面とは反対の主面)を押圧させることにより、帯材12の断面外形を、帯材12が溝23に収まる断面外形に変形させながら、帯材12を溝23に挿入する。これにより、
図6(B)に示すように、帯材12の断面外形を、帯材12の外面と溝23の内壁24の隙間が小さい、溝23の内壁24に沿った形状にすることができる。従って、溝23の中で帯材12ががたつくのを抑えることができる。
【0037】
帯材12の挿入方向先端が他方端面27に達すると、ブラシホルダ20とブラシ本体10の相対位置が変化しないように、締結部材28を用いて、ブラシホルダ20とブラシ本体10とを締結する。こうして、
図2(A)に示したブラシシール2が製作される。
【0038】
以上説明したように、本実施形態のブラシシール2の製造方法では、ブラシホルダ20よりも帯材12の剛性は低いため、溝23の延びる方向に沿って帯材12を溝23に挿入することにより、プレス加工を行わずに帯材12を円弧状に成形することができる。また、ブラシ本体10の帯材12を円弧状に成形する工程とブラシ本体10をブラシホルダ20に入れる工程を一つの工程で行うことができるため、ブラシシール2の製造工程を少なくすることができる。
【0039】
また、本実施形態では、金属ブロック3を切削加工することにより溝23を形成するため、鋳造でブラシホルダを製作するよりも低いコストでブラシホルダ20を製作することができる。
【0040】
また、本実施形態では、溝23の開口25の幅が、毛材11が延びる方向に垂直な方向における帯材12の幅より狭いため、溝23に挿入された帯材12が溝23の開口から出ることが防がれる。このため、溝23の延びる方向に沿って帯材12を溝23に挿入することにより、ブラシ本体10をブラシホルダ20に保持させることができる。
【0041】
また、本実施形態では、ブラシホルダ20が内周面21の円弧に沿った方向の端部で内周面21とつながる端面26,27を有しており、端面26(または27)から溝23に帯材12を挿入するため、溝23に帯材12を容易に挿入することができる。
【0042】
<その他の実施形態>
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【0043】
例えば、上記実施形態では、径方向内側の回転体101と径方向外側の静止体102との間をシールするブラシシール2の製造方法について説明したが、本発明は、これに限定されない。本発明は、径方向内側の静止体と径方向外側の回転体を備えた回転機械に利用されるブラシシールの製造方法にも適用可能である。この場合、ブラシホルダ20を準備する工程では、金属ブロック3の内周面21の代わりに、金属ブロック3の外周面22に帯材12を挿入するための溝を形成してもよい。この溝の開口から毛材11を突き出させながら、溝の延びる方向に沿って帯材12を溝に挿入することにより、溝の開口から毛材11が径方向外方に突き出されたブラシシールが製造される。このように製造されたブラシシールは、例えば、静止体の外周面に設けられてもよい。
【0044】
また、上記実施形態では、製作されたブラシシール2は半円弧形状であったが、ブラシシール2の形状はこれに限定されず、例えばブラシシール2は、1/3円弧状や1/4円弧状であってもよいし、円環状であってもよい。例えば、円環状のブラシシール2を製作する場合、ブラシホルダ20を準備する工程では、金属ブロック3に溝23を形成するとともに、溝23に沿って帯材12を挿入するための挿入口を形成してもよい。例えば、内周面21に形成された溝23の開口縁25a,25bの一部を開口幅が広くなるように形成して、この幅広部分を挿入口としてもよい。
【0045】
また、上記実施形態では、溝23の開口幅が、毛材11が延びる方向に垂直な方向におけるブラシ本体10の帯材12の幅より狭く形成されていたが、溝23の開口幅は、帯材12の幅と同じまたは帯材12の幅より広くてもよい。この場合、例えば、溝23に挿入された帯材12が溝23の開口25から出ないように、溝23の内壁24と帯材12とを接着剤により固定してもよい。あるいは、溝23に帯材12を固定するための固定部材を溝23または内周面21に別途設けてもよい。
【0046】
また、上記実施形態では、溝23に挿入する前の帯材12の断面外形は、そのままの形では溝23に収容できない形状および大きさを有していたが、溝23に挿入する前の帯材12の断面外形は、そのままの形で溝23に収容可能な形状および大きさを有していてもよい。例えば、ブラシ本体10を準備する工程およびブラシホルダ20を準備する工程において、溝23に挿入する前の帯材12の断面外形が溝23の断面外形に沿った形状となるように、ブラシ本体10およびブラシホルダ20を製作してもよい。
【0047】
また、上記実施形態では、ブラシホルダ20を準備する工程で、金属ブロック3を切削加工することにより溝23を形成していたが、鋳造により溝23が形成されたブラシホルダ20を製作してもよい。
【0048】
溝23の断面形状は、上記実施形態で示された略台形状のものでなくてもよい。例えば、溝23は、2つの開口縁25a,25b間の幅を有する開口25から径方向外方へと延びる断面方形状の幅狭空間と、その径方向外方側で連通する断面方形状の幅広空間を有する断面逆T字形状であってもよい。ただし、本実施形態のように、溝23の断面形状が略台形状であれば、帯材12が開口から出ることが防がれる溝23を少ない工数で形成することができる。
【0049】
上記実施形態のブラシシール2の製造方法において、ブラシ本体10を準備する工程とブラシホルダ20を準備する工程との順序は逆でもよい。また、上記実施形態では、ブラシ本体10およびブラシホルダ20を製作することにより、ブラシ本体10およびブラシホルダ20を準備していたが、これに限定されない。例えば、ブラシ本体10の既製品を購入することによりブラシ本体10を準備してもよい。
【0050】
ブラシ本体10は、チャンネル型ブラシに限定されず、例えば、溶接型のブラシシールであってもよい。ただし、ブラシ本体10がチャンネル型ブラシである場合、ブラシ本体10の帯材12の剛性をブラシホルダ20の剛性より低くしやすくなるため、特に本発明に適している。また、製作されるブラシ本体10は、直線状でなくてもよく、例えば、曲線状であってもよい。