(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周囲に沿って周方向に多数枚の薄板シール片が積層され、これら多数枚の薄板シール片の径方向外方端側が互いに連結されると共に径方向内方端が自由端とされて、相互に隣接する二つの薄板シール片毎に微小間隙が形成された軸シール装置の製造方法であって、
前記多数枚の薄板シール片を一方向に積層する積層工程と、
前記積層された多数枚の薄板シール片の外方端側を互いに連結してシール片積層体を形成する連結工程と、
前記シール片積層体のうち、前記薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部がそれぞれ多数集合してなる二つの小口側面の一方を外部の平面に当接させると共に、他方を平滑加工する第一平滑加工工程とを有することを特徴とする軸シール装置の製造方法。
【請求項２】
前記第一平滑加工工程は、前記外部の平面から一定の間隔を空けて前記他方の小口側面を平滑加工することを特徴とする請求項１に記載の軸シール装置の製造方法。
【請求項３】
前記第一平滑加工工程の後に前記シール片積層体を曲げる曲げ工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の軸シール装置の製造方法。
【請求項４】
前記連結工程の後に前記シール片積層体を曲げる曲げ工程を有し、
前記第一平滑加工工程は、曲率を有した前記シール片積層体に対して施すことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸シール装置の製造方法。
【請求項５】
前記連結工程の後に、前記シール片積層体の外方端側の少なくとも一部に嵌合可能なリテーナ部材を装着するリテーナ部材装着工程を有し、
前記第一平滑加工工程は、前記シール片積層体に前記リテーナ部材を嵌合させた状態で施すことを特徴とする請求項４に記載の軸シール装置の製造方法。
【請求項６】
前記第一平滑加工工程は、前記シール片積層体のうち、前記多数枚の薄板シール片の内方端が集合してなる小口内方端面を支持した状態で施すことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載の軸シール装置の製造方法。
【請求項７】
前記第一平滑加工工程において前記平面に当接させた一方の小口側面を平滑加工する第二平滑加工工程を有することを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の軸シール装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の軸シール装置の製造方法に用いられる軸シール装置の生産治具であって、
前記多数枚の薄板シール片の外方端側と嵌合する外方端嵌合部と、
前記薄板シール片の外方端側が前記外方嵌合部に嵌合した状態において、前記多数枚の薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えることを特徴とする軸シール装置の生産治具。
【請求項９】
請求項４に記載の軸シール装置の製造方法に用いられる軸シール装置の生産治具であって、
前記シール片積層体に嵌合した前記リテーナ部材と嵌合するリテーナ部材嵌合部と、
該リテーナ部材嵌合
部に前記リテーナ部材が嵌合した状態において、前記多数枚の薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えることを特徴とする軸シール装置の生産治具。
【請求項１０】
前記多数枚の薄板シール片の内方端に当接する内方端当接部を備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の軸シール装置の生産治具。
【請求項１１】
請求項１から７のうちいずれか一項に記載の軸シール装置の製造方法によって製造された軸シール装置を前記回転軸の周囲に備えたことを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸シール装置の製造方法及び軸シール装置の生産治具、並びに、軸シール装置を備える回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ガスタービン、蒸気タービン、圧縮機、水車、冷凍機、ポンプ等の回転機械において、回転軸に対してシールを施す軸シール機構として下記特許文献１のものがある。
【０００３】
図１３は、従来の軸シール機構１００の概略構成斜視図である。
この軸シール機構１００は、ステータ側において回転軸Ｒを囲繞するハウジング１０１に収容された軸シール装置１０２を備えている。
【０００４】
軸シール装置１０２は、回転軸Ｒの周囲に沿って周方向に多数枚の薄板シール片１０３ａが積層されたシール片積層体１０３と、軸方向の流体高圧側においてシール片積層体１０３の一部を覆う高圧側サイドシール板１０４と、軸方向の流体低圧側においてシール片積層体１０３の一部を覆う低圧側サイドシール板１０５とを備えている。上記シール片積層体１０３においては、多数枚の薄板シール片１０３ａの径方向外方端側が互いに連結され、径方向内方端が自由端となっており、外方端側がハウジング１０１に収容され、各薄板シール片１０３ａがそれぞれ接線方向に傾くようにしてハウジング１０１から回転軸Ｒに向けて延出している。
【０００５】
このような構成の軸シール機構１００は、回転軸Ｒの停止時には薄板シール片１０３ａの内方端が所定の予圧で回転軸Ｒに接触するが、回転軸Ｒの回転時には動圧効果によって薄板シール片１０３ａに浮上力が作用する。この浮上力を利用することにより、薄板シール片１０３ａと回転軸Ｒとに微小な隙間を形成して作動流体をシールすると共に、回転軸Ｒと各薄板シール片１０３ａとの磨耗を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９１７９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような軸シール機構においては、隣接する二つの薄板シール片毎に形成される微小間隙のガス圧力分布を、高圧側サイドシール板及び低圧側サイドシール板の径方向寸法を調整することで設定している。すなわち、上記微小間隙の流体流入部の上流側空間及び流体流出部の下流側空間の大きさを調整することにより、微小間隙のガス圧力分布を設定している。例えば、高圧側サイドシール板に比べて低圧側サイドシール板を短くすると、微小間隙のガス圧力分布を内方端側から外方端側に向かって次第に小さくなるように設定することができ、上述した動圧効果による浮上力を補助するように圧力を作用させることができる。
【０００８】
一方、上記の軸シール機構におけるシール片積層体は、通常、薄板シール片を一方向に積層した後に、各薄板シール片の外方端側を溶接等によって連結し、この後に所定の曲率に曲げ加工がされて軸シール装置に組み付けられている。
【０００９】
しかしながら、従来の技術では、シール片積層体の製造過程において一部の薄板シール片に生じる積層ズレや薄板シール片の製作誤差等に起因して、上流側空間や下流側空間の一部に大きさの異なる部分が生じてしまい、この部分近傍の各微小間隙のガス圧力分布と、その他の微小間隙のガス圧力分布とが相違してしまうという問題があった。これにより、局所的に浮上特性が変動して、薄板シール片と回転軸とが接触磨耗したり、シール性が低下したりするという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、シール性の低下を抑止すると共に、薄板シール片と回転軸との接触磨耗を抑止することができる軸シール装置の製造方法及び軸シール装置の生産治具、並びに、軸シール装置を備える回転機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る軸シール装置の製造方法は、回転軸の周囲に沿って周方向に多数枚の薄板シール片が積層され、これら多数枚の薄板シール片の径方向外方端側が互いに連結されると共に径方向内方端が自由端とされて、相互に隣接する二つの薄板シール片毎に微小間隙が形成された軸シール装置の製造方法であって、前記多数枚の薄板シール片を一方向に積層する積層工程と、前記積層された多数枚の薄板シール片の外方端側を互いに連結してシール片積層体を形成する連結工程と、前記シール片積層体のうち、前記薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部がそれぞれ多数集合してなる二つの小口側面の一方を外部の平面に当接させると共に、他方を平滑加工する第一平滑加工工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、二つの小口側面の一方を外部の平面に当接させると共に他方を平滑加工するので、薄板シール片の積層ズレや製作誤差により他方の小口側面が凸凹となっていても平滑的になる。これにより、隣接する薄板シール片毎に形成された微小間隙の流体流入部の上流側空間及び流体流出部の下流側空間のうちの少なくとも一方において、周方向の各部位が均一的な大きさとなる。従って、各微小間隙におけるガス圧力分布が均一的なものとなって、薄板シール片の浮上特性が局所的に相違してしまうことを抑止することができる。従って、シール性の低下を抑止すると共に、薄板シール片と回転軸との接触磨耗を抑止することができる。
【００１３】
前記第一平滑加工工程は、前記外部の平面から一定の間隔を空けて前記他方の小口側面を平滑加工することを特徴とする。
この構成によれば、他方の小口側面が平滑になるので、微小間隙の流体流入部の上流側空間及び流体流出部の下流側空間のうち少なくとも一方の大きさが周方向に亘って、より均一的になる。従って、各微小間隙におけるガス圧力分布がより均一的なものとなって、薄板シール片の浮上特性が局所的に相違してしまうことを更に抑止することができる。
【００１４】
また、前記第一平滑加工工程の後に前記シール片積層体を曲げる曲げ工程を有することを特徴とする。
この構成によれば、第一平滑加工工程の後にシール片積層体を曲げる曲げ工程を有するので、平滑加工が比較的に容易となる。
【００１５】
また、前記連結工程の後に前記シール片積層体を曲げる曲げ工程を有し、前記第一平滑加工工程は、曲率を有した前記シール片積層体に対して施すことを特徴とする。
この構成によれば、連結工程の後にシール片積層体を曲げるので、曲げ加工によって他方の小口側面に凹凸が生じたとしても、平滑的にすることができる。
【００１６】
また、前記連結工程の後に、前記シール片積層体の外方端側の少なくとも一部に嵌合可能なリテーナ部材を装着するリテーナ部材装着工程を有し、前記第一平滑加工工程は、前記シール片積層体に前記リテーナ部材を嵌合させた状態で施すことを特徴とする。
この構成によれば、シール片積層体にリテーナ部材を嵌合させた状態で第一平滑加工工程における平滑加工を施すので、径方向外端側がリテーナ部材で保持されることにより、比較的に容易かつ正確に平滑加工をすることができる。
【００１７】
また、前記第一平滑加工工程は、前記シール片積層体のうち、前記多数枚の薄板シール片の内方端が集合してなる小口内方端面を支持した状態で施すことを特徴とする。
この構成によれば、シール片積層体のうち、多数枚の薄板シール片の内方端が集合してなる小口内方端面を支持した状態で施すので、平滑加工によって薄板シール片の内方端側が撓むことを抑止することができ、比較的に容易かつ正確に平滑加工をすることができる。
【００１８】
また、前記第一平滑加工工程において前記平面に当接させた一方の小口側面を平滑加工する第二平滑加工工程を有することを特徴とする。
この構成によれば、一方の小口側面を平滑加工する第二平滑加工工程を有するので、一方の小口側面が平滑的になる。これにより、両方の小口側面が平滑的なものとなるので、微小間隙の流体流入部の上流側空間及び流体流出部の下流側空間の両方の大きさが均一的なものとなる。従って、各微小間隙におけるガス圧力分布がより均一的なものとなり、局所的に浮上特性が変動することをさらに抑止することができる。従って、シール性の低下をより確実に抑止すると共に、薄板シール片と回転軸との接触磨耗をより確実に抑止することができる。
【００１９】
また、上記のうちのいずれかの軸シール装置の製造方法に用いられる軸シール装置の生産治具であって、前記多数枚の薄板シール片の外方端側と嵌合する外方端嵌合部と、前記薄板シール片の外方端側が前記外方嵌合部に嵌合した状態において、前記多数枚の薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えることを特徴とする。
また、上記のうちのいずれかの軸シール装置の製造方法に用いられる軸シール装置の生産治具であって、前記シール片積層体に嵌合した前記リテーナ部材と嵌合するリテーナ部材嵌合部と、該リテーナ部材嵌合部に前記リテーナ部材が嵌合した状態において、前記多数枚の薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、薄板シール片の外方端側と嵌合する外方端嵌合部又はリテーナ部材と嵌合するリテーナ部材嵌合部と、薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えるので、薄板シール片の位置決めを迅速かつ正確に行うことができ、シール片積層体に対する平滑加工を迅速かつ正確に行うことができる。
【００２０】
また、前記多数枚の薄板シール片の内方端に当接する内方端当接部を備えることを特徴とする。
この構成によれば、薄板シール片の内方端に当接する内方端当接部を備えるので、薄板シール片の位置決めをより迅速かつ正確に行うことができ、積層工程をさらに容易にすることができると共に、シール片積層体に対する平滑加工加工をより迅速かつ正確に行うことができ、第一平滑加工工程をさらに容易にすることができる。
【００２１】
また、本発明に係る回転機械は、上記のうちのいずれかの軸シール装置の製造方法によって製造された軸シール装置を前記回転軸の周囲に備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上記のうちのいずれかの軸シール装置の製造方法によって製造された軸シール装置を備えるので、作動流体に対するシール性を維持させた状態で、かつ、継続的に軸方向のシールがなされる。これにより、メンテナンス性が良好な回転機械を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る軸シール装置の生産方法よれば、シール性の低下を抑止すると共に、薄板シール片と回転軸との接触磨耗を抑止する軸シール装置を得ることができる。
【００２３】
また、本発明に係る軸シール装置の生産治具によれば、軸シール装置の生産方法を容易に行うことができる。
【００２４】
また、本発明に係る回転機械によれば、メンテナンス性が良好な回転機械とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービン１の概略全体構成図である。
【図２】図１におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る軸シール機構１０の概略構成断面図であって、回転軸５の軸線に沿った断面を示している。
【図４】本発明の実施形態に係るシールセグメント１１の分解構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るシールセグメント１１の製造に用いる生産治具３０の平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るシールセグメント１１の製造に用いる生産治具３０の側面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るシールセグメントの製造方法Ｆ１を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係るシールセグメントの製造方法Ｆ１の製造工程の概略図である。
【図９】本発明の実施形態に係るシールセグメント１１の微小間隙ｓに形成される作動流体ｇのガス圧力分布図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るシールセグメント１１における薄板シール片２０の胴部２２の要部断面図であって、回転軸５の軸方向に交差する胴部２２の切断面を示すと共に胴部２２に作用する圧力をベクトルで示した図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るシールセグメントの製造方法Ｆ１の変形例であるシールセグメントの製造方法Ｆ２のフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態に係るシールセグメントの製造方法Ｆ２に用いる生産治具５０である。
【図１３】従来の軸シール機構１００の概略構成斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
（ガスタービンの全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係るガスタービン（回転機械）１の概略全体構成図であり、図２は、図１におけるＩ−Ｉ線断面図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する圧縮機（回転機械）２と、この圧縮機２にて圧縮された圧縮空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３から導入された燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン（回転機械）４とを有しており、圧縮機２のローター２ａとタービン４のローター４ａとが連結されて回転軸５が構成されている。
【００２７】
圧縮機２及びタービン４においては、図１に示すように、圧縮機ケーシング２ｂ及びタービンケーシング４ｂのそれぞれの内周部において周方向に間隔を空けて複数の静翼が環状に固定された環状静翼群６と、回転軸５の外周部において周方向に間隔を空けて複数の動翼が環状に固定された環状動翼群７とが回転軸５の軸方向に交互に配列されている。
【００２８】
このようなガスタービン１においては、高圧側から低圧側に作動流体（圧縮空気又は燃焼ガス）ｇが軸方向に漏出するのを防止するために、各環状静翼群６の内周部に軸シール機構１０が配設されている。
また、圧縮機ケーシング２ｂが回転軸５を支持する軸受け部２ｃ、及び、タービンケーシング４ｂが回転軸５を支持する軸受け部４ｃにおいても、作動流体ｇが高圧側から低圧側に漏れるのを防止するために軸シール機構１０が配設されている。
【００２９】
図２に示すように、各軸シール機構１０は、円弧状に延びるシールセグメント（軸シール装置）１１が回転軸５の周囲に周方向に複数（本実施形態では八つ）環状に配置されることで構成されている。
【００３０】
（シールセグメントの構成）
図３は、回転軸５の軸線に沿った断面における軸シール機構１０の概略構成断面図であり、図４は、シールセグメント１１の分解構成図である。
図３に示すように、各シールセグメント１１は、ハウジング（環状静翼群６及び軸受け部２ｃ，４ｃに相当）９に挿入されている。
【００３１】
このシールセグメント１１は、図３に示すように、薄板シール片２０が多数枚積層されたシール片積層体１２と（図２，図８，図１２参照）、断面コ字状の保持リング（リテーナ部材）１３，１４と、背面スペーサ１５と、高圧側サイドシール板１６と、低圧側サイドシール板１７とから構成されている。
【００３２】
シール片積層体１２は、薄板状の薄板シール片２０が多数枚積層され（図２参照）、これら多数枚の薄板シール片２０の径方向外方端２０ａ側が互いに連結されたものである。
薄板シール片２０は、図３に示すように、薄い鋼板によって形成された部材であり、回転軸５の接線方向から見てＴ字状に形成され、その幅方向を回転軸５の軸方向に向けている。この薄板シール片２０は、図４に示すように、外方端２０ａ側の頭部２１と、頭部２１よりも幅寸法及び厚さ寸法が小さく形成されると共に頭部２１の径方向内縁のおける軸方向中央から延出する胴部２２とを備えている。
このような薄板シール片２０は、胴部２２が頭部２１と鈍角を形成するように傾いて延出しており（図５参照）、図４に示すように、胴部２２のうち頭部２１との境界部分（径方向外方側）において、切り欠き部２０ｘ，２０ｙが形成されている。
【００３３】
各薄板シール片２０は、それぞれの頭部２１の側方突出部２１ｃが溶接されており、相互に連結されている。一方、各薄板シール片２０の胴部２２は、弾性変形可能であり、各薄板シール片２０の内方端２０ｂが自由端となっている。
このような薄板シール片２０は、上述したように、頭部２１の厚さ寸法が胴部２２の厚さ寸法よりも大きいことにより、積層状態すると相互に隣接する二つの薄板シール片２０の胴部２２毎に微小間隙ｓ（図８，図１２参照）が形成されている。
【００３４】
このような薄板シール片２０が多数枚積層されたシール片積層体１２は、各薄板シール片２０の胴部２２の側端部２０ｃが多数集合してなる小口側面１２ｃが高圧側に向けられ、各薄板シール片２０の胴部２２の側端部２０ｄが多数集合してなる小口側面１２ｄが低圧側に向けられた状態で、ハウジング９に挿入されている。このシール片積層体１２は、回転軸５の停止時においては、各薄板シール片２０の内方端２０ｂ側が回転軸５に所定の予圧で接触するようになっている。
【００３５】
高圧側サイドシール板１６は、回転軸５の軸方向から見た場合において扇形状の板状部材であり、図３に示すように、回転軸５の軸方向の高圧側においてシール片積層体１２の一部を覆っている。この高圧側サイドシール板１６は、図３及び図４に示すように、径方向外方側において幅寸法（回転軸５の軸方向）が大きく形成された段差部１６ａが薄板シール片２０の切り欠き部２０ｘに嵌め込まれた状態で、シール片積層体１２と保持リング１３とに挟まれている。
【００３６】
低圧側サイドシール板１７は、回転軸５の軸方向から見た場合において扇形状の板状部材であり、図３に示すように、回転軸５の軸方向の低圧側においてシール片積層体１２の一部を覆っている。この低圧側サイドシール板１７は、径方向外方側において幅寸法（回転軸５の軸方向）が大きく形成された段差部１７ａが薄板シール片２０の切り欠き部２０ｙに嵌め込まれた状態で、シール片積層体１２と保持リング１４とに挟まれている。
このような構成により、小口側面１２ｄのうち径方向外方側を覆うと共に径方向内方側を高圧側サイドシール板１７よりも大きく露出させている。
【００３７】
すなわち、これら高圧側サイドシール板１６及び低圧側サイドシール板１７は、径方向の寸法が、高圧側サイドシール板１６よりも低圧側サイドシール板１７が小さく形成されており、後述する微小間隙ｓが所定のガス圧力分布になるように設計されている。
【００３８】
保持リング１３，１４は、断面コ字状で回転軸５の周方向に延びる円弧状部材である。
保持リング１３は、図３及び図４に示すように、複数の薄板シール片２０の頭部２１の側方突出部２１ｃに対向する面に、凹溝１３ａが形成されている。
保持リング１４は、図３及び図４に示すように、複数の薄板シール片２０の頭部２１の側方突出部２１ｄに対面する面に、凹溝１４ａが形成されている。
背面スペーサ１５は、薄板シール片２０の頭部２１と保持リング１３，１４との間に介挿されている。
【００３９】
上記の保持リング１３，１４は、図３に示すように、保持リング１３の凹溝１３ａ及び保持リング１４の凹溝１４ａに、シール片積層体１２における各薄板シール片２０の頭部２１が背面スペーサ１５を介して嵌め込まれることにより、シール片積層体１２を保持している。
【００４０】
このようなシールセグメント１１は、図３に示すように、ハウジング９の内周部において断面Ｔ字状に形成されると共に回転軸５の周方向に延在するＴ字環状溝９ａに収容されている。具体的には、Ｔ字環状溝９ａのうち径方向外周側において溝幅（回転軸５の軸方向）が大きく形成された部分に保持リング１３，１４が収容されており、径方向内周側において溝軸が小さく形成された部分に、高圧側サイドシール板１６及び低圧側サイドシール板１７と、薄板シール片２０の胴部２２が収容されている。そして、Ｔ字環状溝９ａの開口部から回転軸５に向けて胴部２２の先端（内方端２０ｂ）が突出している。
【００４１】
（シールセグメントの製造に用いる治具）
次に、本発明の実施形態に係るシールセグメント１１の製造に用いる治具について説明する。
図５は、上記構成からなるシールセグメント１１の製造に用いる生産治具３０の平面図であり、図６は、生産治具３０の側面図である。
【００４２】
図５及び図６に示すように、生産治具３０は、治具本体３１と、この治具本体３１から着脱可能な内方端当接部３５とを備えている。
治具本体３１は、図６に示すように、断面が略Ｌ字状のブロック状部材であり、底面３１ａからの厚さ寸法が大きく形成された外方端当接部３２と、底面３１ａからの厚さ寸法が小さく形成された当接平面部３３とを備えている。
【００４３】
当接平面部３３は、図５及び図６に示すように、治具本体３１の幅方向に延在する溝部（外方端嵌合部）３３ａが外方端当接部３２側に形成されており、底面３１ａからの厚さ寸法がさらに小さくなっている。
【００４４】
溝部３３ａは、図６に示すように、溝断面が略矩形状に形成されており、薄板シール片２０の頭部２１の側方突出部２１ｃ，２１ｄ（図４参照）とそれぞれ嵌合可能に形成されている。
【００４５】
この当接平面部３３は、図６に示すように、薄板シール片２０の頭部２１の側方突出部２１ｃを溝部３３ａに嵌合させた状態において薄板シール片２０の側端部２０ｃと当接可能、及び、側方突出部２１ｄを溝部３３ａに嵌合させた状態において側端部２０ｄと当接可能な当接平面３３ｂを有している。
【００４６】
外方端当接部３２は、図５及び図６に示すように、当接平面部３３の法線方向に沿って延在し、溝部３３ａに連続する外方端当接面３２ａを有しており、薄板シール片２０の側方突出部２１ｃ，２１ｄのいずれか一方を溝部３３ａに嵌合させた状態にすると、薄板シール片２０の外方端２０ａが外方端当接面３２ａに当接するようになっている。
【００４７】
内方端当接部３５は、図５に示すように、その長手方向の寸法が治具本体３１の幅寸法と略同大に形成されている。この内方端当接部３５は、図６に示すように、薄板シール片２０の側方突出部２１ｃ，２１ｄのいずれか一方を治具本体３１の溝部３３ａに嵌合させた状態において、治具本体３１に装着すると、薄板シール片２０の内方端２０ｂに当接する内方端当接面３５ａを有している。
【００４８】
（シールセグメントの製造方法）
続いて、本発明の実施形態に係るシールセグメントの製造方法（軸シール装置の製造方法）について説明する。
図７は、シールセグメントの製造方法Ｆ１を示すフローチャートであり、図８は、シールセグメントの製造方法Ｆ１の製造工程の概略図である。
上述したように、シールセグメント１１は、シール片積層体１２と、保持リング１３，１４と、背面スペーサ１５と、高圧側サイドシール板１６と、低圧側サイドシール板１７とから構成されている。
【００４９】
まず始めに、図７及び図８に示すように、プレス等によって、基材となる金属板から多数枚の薄板シール片２０を製作する（薄板シール片製作工程Ｓ１１）。
この際、直線状に積層した際に胴部２２間に微小間隙ｓが形成されるように、頭部２１を折り返して頭部２１のみを二枚重ねの構成とし、胴部２２に対して頭部２１の厚さを大きくする。
【００５０】
次に、図７に示すように、多数枚の薄板シール片２０を積層する（積層工程Ｓ１２）。具体的には、図８に示すように、各薄板シール片２０の頭部２１の側方突出部２１ｃを治具本体３１の溝部３３ａに嵌合させながら、治具本体３１の当接平面３３ｂに各薄板シール片２０の側端部２０ｃを当接させる。
【００５１】
この積層工程Ｓ１２の際には、図８に示すように、生産治具３０から内方端当接部３５を取り外した状態で行うと、頭部２１の側方突出部２１ｃを治具本体３１の溝部３３ａに嵌合させ易い。また、各薄板シール片２０の頭部２１の側方突出部２１ｃを治具本体３１の溝部３３ａに嵌合させることで、薄板シール片２０の姿勢が容易に定まり、側端部２０ｃを当接平面３３ｂに当接させ易い。
【００５２】
図８に示すように、各薄板シール片２０の胴部２２の延出方向が同一の方向に向くようにして、治具本体３１の幅方向に薄板シール片２０を積層していく。このように積層することで、隣接する二つの薄板シール片２０の胴部２２毎に微小間隙ｓが形成されていく。ここで、図８に示すように、薄板シール片２０の積層ズレや製作誤差により、一部の薄板シール片２０が僅かに上方に突出する（図８において突出した薄板シール片２０を破線で示す。）。
【００５３】
次に、図７に示すように、多数枚の薄板シール片２０の外方端２０ａ側を互いに連結してシール片積層体１２´を形成する（連結工程Ｓ１３）。具体的には、図８に示すように、積層された各薄板シール片２０の頭部２１の側方突出部２１ｄを溶接して線状の接合部Ｊを形成し、薄板シール片２０同士を相互に連結する。このようにして、多数枚の薄板シール片２０が直線状に連結されたシール片積層体１２´を形成する。
この際にも、溶接の歪みにより、薄板シール片２０の一部が僅かに上方に突出して小口側面１２ｄに凸が生じる場合がある。
【００５４】
連結工程Ｓ１３の後に、内方端当接部３５を治具本体３１に装着し（図６参照）、薄板シール片２０の内方端２０ｂに内方端当接面３５ａを当接させて、内方端２０ｂを支持する。
【００５５】
次に、図７に示すように、シール片積層体１２の小口側面１２ｃを平面に当接させると共に、他方の小口側面１２ｄを研削（平滑加工）する（第一研削工程（第一平滑加工工程）Ｓ１４）。具体的には、図８に示すように、小口側面１２ｃを治具本体３１の当接平面３３ｂに当接させた状態で、小口側面１２ｄをハンドグラインダーＧ等で研削する。この際、シール片積層体１２における小口外方端面１２ａが外方端当接面３２ａに当接し、シール片積層体１２の小口内方端面１２ｂが内方端当接面３５ａに当接して両端支持の状態となる。この状態においては、研削加工を行ったとしても、各薄板シール片２０が撓み難くなってハンドグラインダーＧ等の回転に引張られたり、跳ねたりし難くなる。
このようにして、多数枚の薄板シール片２０のうち上方に突出していた薄板シール片２０を他の薄板シール片２０と平面を構成するまで研削することで、凸凹になっていた小口側面１２ｄを平滑にする。なお、第一研削工程Ｓ１４における研削加工に代えて、他の加工方法（例えば放電加工）により小口側面１２ｄを平滑にすることも可能である。
【００５６】
次に、図７に示すように、所定の曲率でシール片積層体１２´を曲げる（曲げ工程Ｓ１５）。具体的には、図８に示すように、連結されて一体となった頭部２１を、胴部２２側が凹となるように、所定の曲率で塑性変形させてシール片積層体１２とする。
【００５７】
最後に、図７に示すように、シール片積層体１２と、保持リング１３，１４と、背面スペーサ１５と、高圧側サイドシール板１６と、低圧側サイドシール板１７とを組み立ててシールセグメント１１を完成させる（組立工程Ｓ１６）。具体的には、図４に示すように、シール片積層体１２の切り欠き部２０ｘ，２０ｙに対して、高圧側サイドシール板１６の段差部１６ａ、低圧側サイドシール板１７の段差部１７ａをそれぞれ嵌め込むと共に、保持リング１３の凹溝１３ａ及び保持リング１４の凹溝１４ａに対して、背面スペーサ１５を介在させた状態で、シール片積層体１２の頭部２１を嵌め込む。
このようにしてシールセグメント１１が完成する。
【００５８】
（シールセグメントの作用）
続いて、上記のように製造されたシールセグメント１１の作用について説明する。図９は、微小間隙ｓに形成される作動流体ｇのガス圧力分布図であり、図１０は、回転軸５の軸方向に交差する胴部２２の切断面を示すと共に胴部２２に作用する圧力をベクトルで示した図である。以下、図１０に示すように、薄板シール片２０の回転軸５に面した面を下面２０ｑとし、その裏側を上面２０ｐとする。
【００５９】
ガスタービン１が稼働すると、軸シール機構１０を境にして作動流体ｇの高圧側領域と低圧側領域とが形成される。
高圧側領域と低圧側領域が形成されると、シールセグメント１１が高圧側領域から低圧側領域に向けて圧力を受けて、低圧側サイドシール板１７がハウジング９に密着する。
【００６０】
そして、図９に示すように、作動流体ｇが、回転軸５の外周面と薄板シール片２０の内方端２０ｂとの間を流れると共に、各微小間隙ｓを流れる。すなわち、微小間隙ｓを介して対向する上面２０ｐと下面２０ｑとに沿って、微小間隙ｓに流入した作動流体ｇが、角部ｒ１から角部ｒ２の方向へ放射状に流れる。
【００６１】
つまり、低圧側サイドシール板１７の径方向寸法が、高圧側サイドシール板１６の径方向寸法よりも大きくされることで、図９に示すように、薄板シール片２０の内方端２０ｂかつ高圧側に位置する角部ｒ１で最もガス圧が高く、対角の角部ｒ２に向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧力分布４０ａが形成される。
【００６２】
図９に示すように、ガス圧力分布４０ａは、薄板シール片２０の外方端２０ａに向かって低圧の領域が広がる。そのため、図９に示すように、各薄板シール片２０の上面２０ｐ及び下面２０ｑに加わるガス圧力分布４０ｂ，４０ｃは、薄板シール片２０の内方端２０ｂに近いほど大きくなると共に外方端２０ａに向かうほど小さくなる三角分布形状となる。
【００６３】
この際、シールセグメント１１においては、シール片積層体１２の小口側面１２ｄが平滑になっており、微小間隙ｓから作動流体ｇが流出する流出部の下流側空間Ｌが、周方向における各部位で等しい大きさとなる。つまり、シールセグメント１１においては、正常に積層された薄板シール片２０に合わせて、小口側面１２ｄから突出した一部の薄板シール片２０を研削して平滑にすることで、下流側空間Ｌのうち周方向における各部位が等しい大きさとなる。
【００６４】
ここで、シールセグメント１１は、作動流体から圧力を受けてハウジング９に密着することから、設計されたガス圧力分布にするためには、各微小間隙ｓの流体入口部の上流側空間Ｈよりも流体出口部の下流側空間Ｌの大きさを正確に確保する必要がある。上述したように、シールセグメント１１における各微小間隙ｓは、流体出口部の下流側空間Ｌが等しく正常な大きさで確保され、それぞれのガス圧力分布４０ａが設計されたガス圧力分布に近似する。
【００６５】
図１０に示すように、上面２０ｐ及び下面２０ｑのそれぞれにおけるガス圧力分布４０ｂ，４０ｃは略等しい形状となるが、回転軸５の外周の接線方向に傾くようにして各薄板シール片２０が配置されているので、これら上面２０ｐ及び下面２０ｑにおける各ガス圧力分布４０ｂ，４０ｃの相対位置がずれる。よって、薄板シール片２０の外方端２０ａから内方端２０ｂに向かう任意の点Ｐにおける上面２０ｐ及び下面２０ｑのガス圧に差が生じ、下面２０ｑに加わるガス圧が上面２０ｐに加わるガス圧よりも高くなる。これによって、薄板シール片２０の内方端２０ｂに対して回転軸５より浮かせる方向に浮上力ＦＬが発生する。
この際、各微小間隙ｓのガス圧力分布４０ａが設計されたガス圧力分布と略同一のものとなるため、浮上力ＦＬも設計されたものと略同一になる。
【００６６】
以上のようにして、薄板シール片２０に浮上力ＦＬが作用し、動圧効果による浮上力を補助することにより、回転軸５との間に設計された通りのシールクリアランスが形成される。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係るシールセグメントの製造方法Ｆ１によれば、作動流体ｇの低圧側に向けられる小口側面１２ｃを生産治具３０の当接平面３３ｂに当接させると共に、作動流体ｇの高圧側に向けられる小口側面１２ｄを研削する第一研削工程Ｓ１４を有するので、薄板シール片２０の製作誤差や積層ズレ、あるいは溶接の歪み等により小口側面１２ｄが凸凹となっていても平滑的になる。これにより、隣接する薄板シール片２０の胴部２２毎に形成された微小間隙ｓの下流側空間Ｌにおいて、周方向の各部位が均一的な大きさになるので、各微小間隙ｓにおけるガス圧力分布が略同一になる。よって、薄板シール片２０の浮上特性が局所的に低下してしまうことを抑止することができるので、シール性の低下を抑止すると共に、薄板シール片２０と回転軸５との接触磨耗を抑止することができる。
【００６８】
また、第一研削工程Ｓ１４において、正常に積層された薄板シール片２０に合わせて、小口側面１２ｄから突出した一部の薄板シール片２０を研削して平滑にするので、下流側空間Ｌのうち周方向における各部位を容易に設計された大きさにすることができる。このため、各微小間隙ｓのガス圧力分布を設計されたガス圧力分布に容易に近似させることができる。
【００６９】
また、第一研削工程Ｓ１４の後にシール片積層体１２を曲げる曲げ工程Ｓ１５を有するので、直線状に連結されたシール片積層体１２に研削加工を施せばよく、第一研削工程Ｓ１４が比較的に容易となる。
【００７０】
また、シール片積層体１２のうち、多数枚の薄板シール片２０の内方端２０ｂが集合してなる小口内方端面１２ｂを支持した状態で施すので、研削により薄板シール片２０の内方端２０ｂ側が撓むことを抑止することができ、比較的に容易かつ正確に研削加工をすることができる。
【００７１】
また、シールセグメント１１の生産治具３０によれば、多数枚の薄板シール片２０の側方突出部２１ｄと嵌合する溝部３３ａと、多数枚の薄板シール片２０の側端部２０ｃに当接する当接平面部３３とを備えるので、薄板シール片２０の位置決めを迅速かつ正確に行うことができ、積層工程Ｓ１２を容易にすることができる。また、シール片積層体１２の小口側面１２ｄに対する研削加工を迅速かつ正確に行うことができ、第一研削工程Ｓ１４を容易にすることができる。
【００７２】
また、多数枚の薄板シール片２０の内方端２０ｂに当接する内方端当接部３５を備えるので、薄板シール片２０の位置決めをより迅速かつ正確に行うことができ、積層工程Ｓ１２をさらに容易にすることができる。また、シール片積層体１２に対する研削加工をより迅速かつ正確に行うことができ、第一研削工程Ｓ１４をさらに容易にすることができる。
【００７３】
また、ガスタービン１はシールセグメント１１を備えるので、作動流体ｇに対するシール性を維持させた状態で、かつ、継続的に軸方向のシールがなされる。これにより、メンテナンス性を良好にすることができる。
【００７４】
（シールセグメントの製造方法の変形例及びこれに用いる生産治具）
図１１は、上述したシールセグメントの製造方法Ｆ１の変形例であるシールセグメントの製造方法Ｆ２のフローチャートであり、図１２は、これに用いる生産治具５０の平面図である。なお、上述した実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図１１に示すように、シールセグメントの製造方法Ｆ２は、薄板シール片２０の薄板シール片製作工程Ｓ１１〜連結工程Ｓ１３までは、シールセグメントの製造方法Ｆ１と同様であるが、薄板シール片２０の連結工程Ｓ１３の後に、シール片積層体１２´に対する曲げ工程Ｓ２４を有し、この後に第一研削工程（第一平滑加工工程）Ｓ２５を有する点で、シールセグメントの製造方法Ｆ１と相違する（図７参照）。
【００７６】
シールセグメントの製造方法Ｆ２においては、薄板シール片２０の連結工程Ｓ１３までは生産治具３０を用いることができるが、第一研削工程Ｓ２５においては、シール片積層体１２が曲率を有した状態であるために、直線状の生産治具３０を用いずに、図１２に示すように、曲げ工程と同一の曲率が設定された曲線状（平面視扇形）の生産治具５０を用いて小口側面１２ｄを研削する。
これにより、連結工程Ｓ１３の後であって第一研削工程Ｓ２５の前にシール片積層体１２´を曲げるので、曲げ工程Ｓ２４によって小口側面１２ｄに凹凸が生じたとしても第一研削工程Ｓ２５により小口側面１２ｄを平滑的にすることができる。
【００７７】
なお、このシールセグメントの製造方法Ｆ２においては、曲げ工程Ｓ２４の後に保持リング１３，１４と、背面スペーサ１５とをシール片積層体１２に組み付ける予組付工程（リテーナ部材装着工程）Ｓ２６を有するようにしてもよい。すなわち、シール片積層体１２における各薄板シール片２０の頭部２１を保持リング１３，１４によって固く保持させることで、薄板シール片２０の外方端２０ａ側の撓みを効果的に抑止することができ、比較的に容易かつ正確に研削加工をすることができる。
なお、この場合には、生産治具５０の溝部３３ａを保持リング１３，１４と嵌合可能に構成すればよく、組立工程Ｓ１６においては、高圧側サイドシール板１６と、低圧側サイドシール板１７とを周方向の一端部から挿入してシールセグメント１１を組み立てればよい。
【００７８】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、本発明に係るシールセグメント１１をガスタービン１へ適用する場合について説明したが、例えば、蒸気タービン、圧縮機、水車、冷凍機、ポンプ等の回転機械全般に広く採用することができる。
【００７９】
また、上述した実施の形態では、小口側面１２ｃには研削を施さなかったが、この小口側面１２ｃを研削する第二研削工程（第二平滑加工工程）を有する製造方法としてもよい（図７及び図１１において符号Ｓ３０で図示する。）。第二研削工程Ｓ３０によって小口側面１２ｃを平滑にすることで、図９に示すように、微小間隙ｓの流体流入部の上流側空間Ｈの大きさを均一的なものとすることができる。従って、各微小間隙ｓにおけるガス圧力分布がより均一的なものとなり、局所的に浮上特性が変動することをさらに抑止することができる。よって、シール性の低下をさらに抑止すると共に、薄板シール片２０と回転軸５との接触磨耗をさらに抑止することができる。なお、この第二研削工程における研削工程に代えて他の加工方法（例えば放電加工）を用いて小口側面１２ｃを平滑にしてもよい。
【００８０】
また、上述した実施の形態では、研削した小口側面１２ｄを高圧側領域に向ける構成としたが、低圧側領域に向けても構わない。
【００８１】
また、上述した実施の形態では、第一研削工程Ｓ１４，Ｓ２５において、突出していない薄板シール片２０に合わせて突出した薄板シール片２０を研削し、小口側面１２ｄを平滑にしたが、当接平面３３ｂから一定の距離を空けて研削を施すことにより、小口側面１２ｄを平滑にしてもよい。この際、薄板シール片製作工程Ｓ１１において薄板シール片２０（の胴部２２）の幅寸法に余裕削り代を形成しておくことで、薄板シール片２０が過度に研削されることを防止することができる。
【００８２】
また、上述した実施の形態では、第一研削工程Ｓ１４，Ｓ２５においてハンドグラインダーＧを用いる構成としたが、他の研削工具及び工作機械を用いてもよい。
【００８３】
また、上述した実施の形態では、薄板シール片製作工程Ｓ１１においてプレスにより薄板シール片２０を製作したが、エッチング等の他の方法を用いて薄板シール片を製作してもよい。エッチングによれば、頭部２１を二枚重ねにすることなく、直接的に頭部２１と胴部２２の厚さを調整することが可能である。
【００８４】
また、上述した実施の形態では、頭部２１と胴部２２との間に傾斜を設けた薄板シール片２０を積層させたシール片積層体１２を用いたが、頭部２１と胴部２２とが真直状（傾斜していない）の薄板シール片を積層させたシール片積層体について本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１…ガスタービン（回転機械）
２…圧縮機（回転機械）
４…タービン（回転機械）
５…回転軸
１１…シールセグメント（軸シール装置）
１２…シール片積層体
１２ｂ…小口内方端面
１２ｃ，１２ｄ…小口側面
１３，１４…保持リング（リテーナ部材）
２０…薄板シール片
２０ａ…外方端
２０ｂ…内方端
２０ｃ，２０ｄ…側端部
３０，５０…生産治具（軸シール装置の生産治具）
３３ａ…溝部（外方端嵌合部）
３３ｂ…当接平面
３５…内方端当接部
Ｆ１，Ｆ２…シールセグメントの製造方法（軸シール装置の製造方法）
ｓ…微小間隙
Ｓ１１…薄板シール片製作工程
Ｓ１２…積層工程
Ｓ１３…連結工程
Ｓ１４，Ｓ２５…第一研削工程（第一平滑加工工程）
Ｓ１５，Ｓ２４…曲げ工程
Ｓ１６…組立工程
Ｓ２６…予組付工程（リテーナ部材装着工程）
Ｓ３０…第二研削工程（第二平滑加工工程）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005422481.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005422481.tif 000011
【図１１】
0005422481.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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