(57)【要約】【課題】シール部に於ける浮揚板の回転軸の周面との摩擦を防止するとともに、シール能力を向上させることにある。【解決手段】板ブラシシール装置１に於いて、シール部６の各シール板３が外周側を遮断板３Ａに形成しているとともに内周側の配列面が回転軸６０の周面の接面方向に対して第２傾斜角度θが０°から４０°の範囲で回転軸６０の回転方向へ曲げられている浮揚板３Ｂを有するものである。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嵌合して相対回動する一方部品に取付部が取付けられて前記一方の部品と他方の回転軸との間をシールする板ブラシシール装置であって、方形を成す薄板のシール板を回転軸の周面の廻りに配列面に沿って環状に配列された外周に取付部を有するとともに内周にシール部を有する板ブラシシールと、前記板ブラシシールの被密封流体が作用する側と反対に背板とを具備し、前記シール部の前記各シール板が外周側を遮断板に形成されているとともに内周側の配列面が前記回転軸の周面の接面方向に対して傾斜角度を０°から４０°の範囲に曲げられている浮揚板を有することを特徴とする板ブラシシール装置。
【請求項２】
前記浮揚板の自由端部に切欠状の浮揚手段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装置。
【請求項３】
前記取付部の前記シール板の配列面間に間隙を保持するスペース部を有し、前記浮揚板の自由端部の配列面が前記回転軸に接触叉は近接状態に配置されていることを特徴とする請求項１叉は請求項２に記載の板ブラシシール装置。
【請求項４】
前記シール部の前記シール板が自由端に向かって徐々に薄肉に形成されていることを特徴とする請求項１叉は請求項２叉は請求項３に記載の板ブラシシール装置。
【請求項５】
前記浮揚手段が自由端部から凹部に切り欠かれていることをと特徴とする請求項２叉は請求項３又は請求項４に記載の板ブラシシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、圧縮機、ガスタービン、冷凍機、ポンプ等の回転軸と、この回転軸を支持する一方の部品の間をシールする板ブラシシール装置に関する。特に、シール部の自由端側の浮揚部を回転軸の周面に対して傾斜させて浮揚力を発生するようにした板ブラシシール装置の技術分野に係わるものである。
【０００２】
【従来技術】
本発明に関連する技術として、図２１に示す板ブラシシール装置１００が存在する。この図２１は、方形を成す薄板を円弧状に曲げた板ブラシ（リーフ）１０９を回転軸１２０の周面に沿って環状の積層状態に配列し、高圧側領域Ｐ１と低圧側領域Ｐ２を遮断するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
再公表特許国際公開番号ＷＯ００／０３１６４号公報（図１Ａ、第    １４−１７頁、図７Ａ，図７Ｂ、図８Ａ，図８Ｂ、第２０−２１頁）
【０００４】
この板ブラシ１０９は、外周面がろう付部１０５にされて環状に一体化した取付部１０４に構成されている。そして、環状を成す取付部１０４を介してケーシング１１０に取り付けられる。又、板ブラシ１０９の低圧側領域Ｐ２の側面には背板１０２が配置されていると共に、高圧領域側Ｐ１の側面には保持板１０３が配置されている。この背板１０２と保持板１０３により板ブラシ２０９の両側を支持するとともに、背板１０２により高圧領域側Ｐ１の被密封流体の漏れを遮断する。同時に、積層されて環状を成す多数の板ブラシ１０９により背板１０２と回転軸１２０との間から被密封流体が漏れるのをシールする。
【０００５】
しかし、板ブラシ１０９は回転軸１２０の回転方向へ突出した曲面に形成されている。更に、板ブラシ１０９は剛性があるので、板ブラシ１０９の自由端面と回転軸１２０の外周面との間隔を大きくして嵌合しなければならず、この間隙により被密封流体をシールする能力に問題が生じる。叉、板ブラシ１０９は円弧状に曲げられて自由端が回転軸１２０の中心側に向かって配列されているので、板ブラシ１０９の剛性と相まって弾性変形を困難にしている。この為に、板ブラシ１０９の自由端が回転軸１２０と当接するような場合には、板ブラシ１０９の摺動面が摩耗する場合がある。叉、板ブラシ１０９は、板厚が０．１ｍｍと厚く、しかも、板ブラシ１０９の配列面間の間隙が狭く配列されているから、板ブラシ１０９の弾性変形を悪化させる場合がある。特に、板ブラシシール装置１００が小径の場合には、板ブラシ１０９の縦の長さが短くなるので、板ブラシ１０９としての弾性力を失い、板ブラシシールの摩耗を促進させて間隙を大きくし、シール能力を低下させる場合がある。
【０００６】
更に、本発明の他の関連技術として図２２に示す板ブラシシールが存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この板ブラシ１０９を取り付けた板ブラシシール装置は、図２１の板ブラシシール装置１００と同様に構成されている。そして、板ブラシ１０９の回転軸１２０の外周面と対向する嵌合面に回転方向へ向かってステップ１３０が形成されている。このステップ１３０の深さはＨ’寸法である。しかし、このステップ１３０は、板ブラシ１０９の厚さが０．１ｍｍのような薄い厚さ寸法内に形成されているので、ステップ１３０の大きさはあまりにも小さすぎることになる。この為に、小さなステップ１３０に被密封流体が作用しても、板ブラシ１０９を回転軸１２０から浮上させることは作用面積の大きさから困難である。叉、板ブラシ１０９の自由端面にステップ１３０を形成するために板ブラシ１０９の厚さを厚くすると、板ブラシ１０９の剛性に対して被密封流体による浮力の大きさから考えて板ブラシ１０９を回転軸１２０の周面から浮上させることは難しい。更に、この薄い板ブラシ１０９にステップ１３０を加工することは、微小な加工であるために、加工が困難であり、製作コストを上昇させる場合がある。
【０００８】
更に、本発明の関連技術として図２３に示す板ブラシシール装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。この図２３に示す板ブラシシール装置は、図２１に示す板ブラシシール装置１００と略同様に構成されている。図２３の板ブラシシール装置において、板ブラシ１０９は、ケーシング１１０の溝に嵌め込まれている。そして、板ブラシ１０９の軸方向の途中にステップ１３０が形成されている。このステップ１３０は板ブラシ１０９の幅の途中に形成されているので、軸方向に被密封流体の圧力により板ブラシ１０９を浮上させることは困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、０．１ｍｍのような厚さの板ブラシ１０９を配列面に沿って環状に積層した図２１から図２３に示す板ブラシシール装置１００の構成は、積層により板ブラシ１０９の剛性が強くなり、回転軸１２０の当接に対し弾性変形して柔軟に対応することが困難である。
【００１０】
更に、回転軸１２０の回転方向とは反対に円弧状に曲げた板ブラシ１０９からなる板ブラシシールは、被密封流体の作用力により板ブラシ１０９に設けた浮力付与手段を介して回転軸１２０から浮力させる力が十分ではない。この浮力付与手段も単に薄い板ブラシ１０９に微小なステップ１３０を設けたのみでは浮力を発揮させることが難しいから、摩耗対策が十分ではない。更に、この浮力付与手段も極微の薄板に加工するものであるから、この加工が困難である。
【００１１】
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、その解決しようとする技術的課題は、シール部の回転軸と対向するシール板を被密封流体の圧力で回転軸から浮力させて摩擦を低減するとともに、シール部に発生する被密封流体の圧力を利用してシールする能力を向上させることにある。叉、浮力手段を設けたシール板の製作を容易にして製作コストを低減することにある。
【００１２】
【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、その好適な技術的手段は、以下のように構成されている。
【００１３】
第１の本発明に係わる板ブラシシール装置は、嵌合して相対回動する一方の部品に取付部が取付けられて一方の部品と他方の回転軸との間をシールする板ブラシシール装置であって、方形を成す薄板のシール板を回転軸の周面の廻りに配列面に沿って環状に配列された外周に取付部を有するとともに内周にシール部を有する板ブラシシールと、板ブラシシールの被密封流体が作用する側と反対に背板とを具備し、シール部を構成する各シール板が外周側に遮断部を有するとともに内周側の配列面が回転軸の周面の接面に対して第２傾斜角度を０°から４０°の範囲に曲げられている浮揚部を有するものである。
【００１４】
この第１の本発明に係わる板ブラシシール装置では、薄板から成る浮揚部の自由端部が接する回転軸の周面の位置叉は近接する回転軸の周面の位置の接面（線）に対して０°から４０°の第２傾斜角度θの範囲に傾斜しているので、被密封流体がシール部に於けるシール板の配列面間に浸入すると、背板により遮られて被密封流体は浮揚部の方向へ流れる。そして、回転軸の周面と浮揚部とにより形成される断面三角状の空間に被密封流体の圧力が作用するので、浮揚部が回転軸の周面から微小の間隔だけ浮き上がる。このように、浮揚部が回転軸の周面から浮き上がると、被密封流体は浮揚部の自由端から回転軸の前方のシール板の配列面間に流れる。そして、浮揚部の自由端と回転軸の周面との間に微小な間隙が形成できる。同時に、浮揚部の自由端側の圧力が上昇するから、シール部に於ける背板の内周面と回転軸の周面との間側の配列面間の圧力も上昇して被密封流体が背板の内周面と回転軸の周面との間の間隙から低圧側領域へ漏洩するのを効果的に防止することが可能になる。
【００１５】
第２の本発明に係わる板ブラシシール装置は、浮揚部の自由端部に切欠状の浮揚手段を有するものである。
【００１６】
この第２の本発明に係わる板ブラシシール装置では、浮揚部の自由端部に図１２に示すような切り欠かれた浮揚手段が設けられているから、遮断部の配列面間に浸入した被密封流体は、浮揚部の自由端部側に流れるとともに、浮揚手段から前方のシール板の配列面間に流入する。このときに被密封流体の圧力は、浮揚部を浮き上がらせるように作用する。そして、圧力分布は、図１３、図１６、図１８のＰＢのように均一に作用する。叉、浮揚力分布は、図１３、図１６、図１８のＵのように全面に等しい力で作用する。この為に、浮揚部の配列面は回転軸の周面に対して常に微小な間隔で平行な距離になるように浮揚する。例え、回転軸が偏芯しても浮揚部が回転軸の周面に対し常に浮揚して摩擦が効果的に防止される。
【００１７】
第３の本発明に係わる板ブラシシール装置は、外周の取付部のシール板の配列面間に間隙を保持するスペース部を有し、内周の浮揚部の自由端部の配列面が回転軸に接触叉は近接状態に配置されているものである。
【００１８】
この第３の本発明に係わる板ブラシシール装置では、シール板を回転軸の廻りに環状になるように配列すると、シール部側のシール板の配列間が接触叉は近接した状態では取付部側が大径となるだけ配列面間に間隙が生じる。この配列面間の間隙に応じたスペーサの高さにより取付部の環状体を容易に形成することが可能になる。そして、取付部におけるスペーサ部の側面に沿って溶接すると、各シール板の配列面間の間隙状態を変形させることなく、容易に結合することが可能になる。この溶接は内周側の自由端部から離れた位置であり、浮揚部の弾性変形に影響するのを防止できる。そして、シール部の取付部側は配列面間の間隙がスペーサ部により大きく形成されており、内周側の浮揚部の配列面は回転軸の周面に軽く接触しているから、シール部の配列面間に断面が三角状の空間部を形成する。この為、被密封流体は遮断部側の配列面間から内周側の浮揚部の配列面間に流れやすくなる。そして、被密封流体がこの浮揚部と回転軸の周面との間を通過して浮揚部を微小な間隔だけ浮き上がらせる。この為に、浮揚部は回転軸の周面に非接触状態になるから、摺動時の摩擦・摩耗が防止される。叉、浮揚部の配列面間に生じる被密封流体の圧力の上昇によりシール部のシール能力を向上させることが可能になる。
【００１９】
第４の本発明に係わる板ブラシシール装置は、シール部のシール板が浮揚部の自由端に向かって徐々に薄肉に形成されているものである。
【００２０】
この第４の本発明の板ブラシシール装置では、シール部のシール板が自由端に向かって徐々に薄肉に形成されているものであるから、浮揚部の弾性変形を向上させる。更に、浮揚部の浮揚能力を向上させることが可能になる。叉、シール部の配列面間の間隙を小さくすることもできるので、シール部の被密封流体に対する遮断（シール）効果を向上させることが可能になる。特に、小径の板ブラシシールに於いては、シール板の縦方向の長さが短くなるので、浮揚部に向かって徐々に薄くすることにより、シール板が短くとも浮揚部の浮揚能力を向上させる点で効果を発揮する。この為に浮揚部に可撓性を付与して回転軸との摩擦・摩耗が効果的に防止できる。
【００２１】
第５の本発明の板ブラシシール装置では、浮揚手段が浮揚部の自由端部から凹状に切り欠かれているものである。
【００２２】
第５の本発明に係わる板ブラシシール装置では、浮揚手段が浮揚部の自由端部から凹状に切り欠かれているので、遮断板の配列面間の間隙から流入した被密封流体は浮揚手段を通過して浮揚部を回転軸の周面から均一な距離で常に浮き上がらせるように作用する。この圧力分布は図１３のＰＢのように均一に作用する。叉、浮揚力の分布は、図１３のＵのように全面に等しい力で作用する。この為に、浮揚部の配列面は回転軸の周面に対して常に微小な間隔で平行な距離になるように浮揚する。例え、回転軸が偏芯しても浮揚部が回転軸の周面に対し常に浮揚して摩擦・摩耗が効果的に防止される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のブラシシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下の図面は設計図を基にして作成したものである。
【００２４】
図１は本発明に係わる板ブラシシール装置１の第１実施例である。以下、第１実施例を図１から図５までを参照して説明する。
【００２５】
図１は、ガスタービンのケーシング５０と回転軸６０との間隙を高圧Ｐ１側領域と低圧Ｐ２側領域とに仕切るために板ブラシシール装置１をケーシング５０に取り付けた状態の半断面図である。又、図２は、図１の板ブラシシール装置１に設けられている板ブラシシール２と背板１６を示す為の正面図である。叉、図３は、図２の板ブラシシール２の取付部４の一部を拡大して示す正面図である。更に、図４は、図１のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。叉、図５は図１のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。
【００２６】
図１において、仮想線で示すケーシング５０の孔に回転軸６０が間隙を設けて嵌合する。この回転軸６０とケーシング５０とは相対回動する。板ブラシシール２は、図２に示すように形成されている。この板ブラシシール２は、薄板のシール板３を回転軸６０の回転方向Ｎへ傾斜させて回転軸６０の周りに環状体に配列している。この板ブラシシール２の外周に取付部４を形成するとともに、内周側にシール部６を形成する。このシール板３の傾斜は、図１９及び図２０に示すように、二段の傾斜角度に形成している。シール部６に於いて、シール板３の取付部４側の遮断部（以下、遮断板と言う）３Ａは、図１９及び図２０に示すように、シール板３の自由端を座標にして回転軸６０の周面の接面（線）方向Ｈに対し、第１傾斜角度に形成されている。この第１傾斜角度は、第２傾斜角度θより大きく形成している。叉、シール部６において、シール板３の自由端側の浮揚部（以下、浮揚板と言う）３Ｂは回転軸６０の周面の接面（線）方向Ｈに対して第２傾斜角度θを０°から４５°の範囲に形成する。更に好ましくは、第２傾斜角度θを０°から４０°に形成すると良い。
【００２７】
この取付部４は、図１に示すように、板ブラシシール２と背板１６と保持板１５とを接着部２０Ａにより一体化して固着部２０に形成し、固着部２０をケーシング５０に設けた溝部５１に取り付けている。又、溶接により一体化した取付部４を、背板１６を介することなく、ケーシング５０の環状の溝部５１に直接に取付けることもできる。叉、図２の板ブラシシール２と背板１６とを一体化した状態でケーシング５０の溝部５１に取り付けることもできる。この板ブラシシール２の内周側はシール板３が重ねられて環状のシール部６に形成されている。このシール部６に於けるシール板３は、曲げられた位置から取付部４側が遮断板３Ａに形成されているとともに、曲げられた位置から自由端部側が浮揚板３Ｂに形成されている。各浮揚板３Ｂは配列面が回転軸６０の外周面の接面（線）方向Ｈと小さな角度で接触状態叉は近接状態に配置されている。そして、シール部６によりケーシング５０と回転軸６０との間を流れる被密封流体を効果的にシールする。
【００２８】
この板ブラシシール２は、図１９及び２０に示す薄板からなる１枚のシール板３を回転軸６０の周面に沿って２段に傾斜させながら環状に重ねた状態に配列する。このシール板３の取付部４には、図３に示すように、円弧状叉は半円状に板厚を配列面方向に曲げて全幅が条を成すスペース部（連続凸部）５に形成されている。このスペース部５は２条に形成されているが、１条叉は３条にしても良い。このスペース部５の条数は、取付部４を一体化するためにスペース部５の接合ラインに沿ってシール板３の側面を溶接した溶接強度から計算して設定することもできる。叉、各スペース部５の高さ寸法は、シール部６に於ける浮揚板３Ｂの配列面が互いに接触又は近接状態になるように形成する。同時に、シール部６に於ける浮揚板３Ｂの配列面も回転軸６０に接触又は近接状態になるように形成する。そして、各シール部６のシール板３の配列された配列面間の間隔の大小により被密封流体をシールする効果が発揮される。叉、この各シール板３の配列面の間隔は、シール部６に回転軸６０などが当接したときに弾性変形を容易にするように構成されている。この各シール板３の配列面間の間隔は狭くすればシール効果が発揮するが、反対に可撓性は悪化する。叉、各シール板３の配列面間の間隔を大きくすれば可撓性が向上するがシール能力が低下する。この為にシール板の厚さを自由端部に向かって徐々に薄くすると良い結果が得られる。尚、この構成の詳細は後述する。
【００２９】
前述したように板ブラシシール２の単体をケーシング５０の溝部５１に装着して被密封流体をシールすることもできる。又、ケーシング５０に背板１６に相当する面がある場合には板ブラシシール２を単体で装着することができる。しかし、板ブラシシール装置１のシール能力を向上させるために、被密封流体が作用する反対側にリング板状の背板１６を設けると良い。リング板状の背板１６は、外周部１６Ａの接合面に取付部４が係合する取付溝部１６Ａ１を設けている。叉、背板１６の内周部１６Ｃは回転軸６０と間隙を設けて嵌合している。この内周部１６Ｃの内径面は回転軸６０の外周面より大きくされて接触しない内径寸法に形成されている。背板１６の背面１６Ｂは、板ブラシシール２を支持するとともに、板ブラシシール２の各シール板３の配列面間から漏洩する被密封流体を遮断する役目もする。
【００３０】
板ブラシシール２に対して背板１６と対称に配置された保持板１５は、背板１６の取付溝部１６Ａと同様に接合面に取付溝部１５Ａを設けている。この取付溝部１５Ａも取付部４に係合して取付部４を保持している。この背板１６と保持板１５とは対向した接合面の外周部分を溶接して接着部２０Ａに形成し、外周部の全体を固着部２０に形成している。叉は、背板１６と保持板１５との接合面間にＯリングを介して接合し、背板１６と保持板１５の外周部を溶接することなく固着部２０に形成しても良い。この背板１６と保持板１５とを接合した固着部２０はケーシング５０の溝部５１に嵌め込んでボルトなどにより締め付けられて保持する。
【００３１】
板ブラシシール２は、図２に示すように構成される。その詳細は、前述したが図１９及び図２０の長方形状を成す薄板のシール板３が回転軸６０の回転方向Ｎに２段に傾斜して取り付けられていると共に、周方向に沿って重ねられて配列状態が環状に形成されている。そして、図３に示すように、板ブラシシール２の取付部４の側面から、スペース部５の肉厚が連なる接合ラインに沿って側面から溶接し、２条の結合部７を形成している。この図３に示すスペース部５は取付部４の全幅に配列面方向へ突出するとともに、幅方向へ連続に形成されている連続凸部である。叉、このスペース部５は取付部４の両端に形成してあれば、取付部４の側面から溶接できるようになるので、中間を断続に形成しても良い。更に、スペース部５は、折曲げ加工することなく、シール板３をエッチング等の化学的処理により凸状に盛り上げても、叉は、溶着により凸部を盛り上げても同様な機能となる。図２及び図３に示す各連続凸部（スペース部）５の高さは、外周側の第１連続凸部（スペース部）５より内周側になる第２連続凸部（スペース部）５の高さを低くして各シール板３を環状に配列したときに浮揚板３Ｂの自由端側の配列面が互いに軽く接触叉は近接するように設定された間隔になるような寸法に構成されている。
【００３２】
図４のシール部６に於けるシール板３は、図１９に示すシール板３と同様にシール板３の自由端側の浮揚板３Ｂが第２傾斜角度θに曲げられている。又、シール部６は各遮断板３Ａの配列面間が第１間隙Ｈ１に形成されている。更に、この第１間隙Ｈ１に通じる浮揚板３Ｂの配列面と回転軸６０の周面との間に断面三角形状の第２間隙Ｈ２が形成される。そして、図４は、図１のシール部６に於けるＢ−Ｂ断面の各浮揚板３Ｂを示すものである。すなわち、各浮揚板３Ｂは、第２傾斜角度θに傾斜した状態で配列されている。このシール板３に於ける浮揚板３Ｂの自由端部は回転軸６０の周面に軽く接触又は近接するように傾斜している。
【００３３】
図５は、図１のシール部６に於ける浮揚板３ＢのＣ−Ｃ断面を示すものであり、全体の構成は図４と同一である。この浮揚板３Ｂの自由端部には図１２に示すような長方形状の凹部に切り欠かかれて第１浮揚手段１０Ａを形成している。この浮揚板３Ｂに設けた第１浮揚手段１０Ａにより第２間隙Ｈ２から前方の第２間隙Ｈ２に連通する。この浮揚板３Ｂの自由端側の配列面間の間隔は、互いに軽く接触又は近接させる寸法に形成されている。叉、浮揚板３Ｂの自由端部は回転軸６０の周面に軽く接触叉は近接している。そして、第１間隙Ｈ１から流入した被密封流体は、第２間隙Ｈ２に流出して第１浮揚手段１０Ａを通過するとき浮揚板３Ｂを回転軸６０の周面から急速に浮揚させる。
【００３４】
この浮揚板３Ｂに作用する被密封流体の圧力状態は、図１３に示すようになる。すなわち、シール板３に於ける浮揚板３Ｂの押圧力は、回転軸６０の周面にＰＡの圧力分布として作用する。一方、被密封流体の圧力により浮揚板３Ｂに作用する圧力は、均一な圧力分布ＰＢとして浮揚板３Ｂを浮き上がらせるように作用する。この為に、浮揚板３Ｂは幅方向に傾斜することなく均一な第２間隙Ｈ２を形成することができる。叉、浮揚板３Ｂに作用する浮揚力分布Ｕは、第１浮揚手段１０Ａの幅に応じて均一な力が浮揚板３Ｂに回転軸６０の周面から浮力として離れる方向へ作用する。
【００３５】
シール板３の第１傾斜角度は、回転軸６０の回転速度、回転軸６０の偏心の大きさ、更には、回転軸６０の揺動状態により決められる。このシール板３の角度は、径方向に対して５０°から９０°の範囲に設計される。このシール板３は、長方形状に形成されているものである。そして、このシール板３の長方形状の長さは、取付部４が５ｍｍから１０ｍｍで、シール部が３０ｍｍから５０ｍｍの範囲に形成したものが設計されている。叉、幅は３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に形成したものを利用した。又、シール板３の厚さは、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０８ｍｍ〜０．３ｍｍのものを使用した。この寸法は、板ブラシシール装置１の大きさにより設定されるものであり、大径であればある程それに応じてシール板３の大きさも大きく形成される。又、被密封流体の圧力が高ければ高いほど幅寸法も大きく形成される。又、シール板３は、鋼板、ステンレス板、ニッケル基の合金板、セラミック板等の材質が用いられる。
【００３６】
図６と図７の板ブラシシール装置１は、第２実施例を示すものである。図７は図６の板ブラシシール２の内周から見た一部の平面図である。図６に示す板ブラシシール装置１は、図１又は図２と一部を除いて略同様に構成されている。両発明に於ける構成の相違する点を以下に説明する。図６に示す板ブラシシール２は、図４に示すシール部６に於ける浮揚板３Ｂの配列と略同様に構成されている。この板ブラシシール２においては、図７に示すように浮揚板３Ｂの自由端部に切り込みが設けられていない。シール部６に被密封流体が作用したとき、浮揚板３Ｂに被密封流体が作用すると、浮揚板３Ｂは薄板のみで浮揚手段が生じるように構成されている。つまり、回転軸６０の周面に対して浮揚板３Ｂが０°から４５°の第２傾斜角度θ、好ましくは０°から４０°の傾斜角度に配列している。この為、浮揚板３Ｂが回転軸６０の周面に接する間がくさび状の空間に形成される。
【００３７】
そして、シール部６において各々配列された浮揚板３Ｂの自由端部の配列面は、対向する浮揚板３Ｂの配列面に軽く接合した状態に配列している。このシール部６の配列状態で第１間隙Ｈ１に被密封流体が作用すると、くさび状の空間の第２間隙Ｈ２に被密封流体の圧力が作用する。この第２間隙Ｈ２に作用した圧力により浮揚板３Ｂを回転軸６０の周面から浮揚させる。この浮揚板３Ｂに作用する被密封流体の圧力分布は図１４に示すようになる。この為に、浮揚板３Ｂは回転軸６０の周面から常に浮揚して回転軸６０の周面と非接触状態になり、摩擦が防止される。更に、浮揚板３Ｂは回転軸６０の周面に対して配列面で対向しているから、回転軸６０の偏芯に対しても弾性変形が容易になり、摩擦も低減する。
【００３８】
図８と図９の板ブラシシール装置１は、第３実施例を示すものである。図９は図８のシール部６を内周側から見た平面図である。図８の板ブラシシール２は、図５に示す板ブラシシール２と略同様に構成されている。この両発明の構成の相違点を明確にするために、図８は、図５のＡ部を拡大したものである。この図８の板ブラシシール２が図５の板ブラシシール２と相違する点は、浮揚板３Ｂの配列に於いて第１浮揚手段１０Ａを１枚おきに設けたものである。浮揚板３Ｂに一枚おきに第１浮揚手段１０Ａを設けた構成は、第１間隙Ｈ１から第２間隙Ｈ２に流入した被密封流体が浮揚板３Ｂに設けた第１浮揚手段１０Ａを通過するときに、この浮揚板３Ｂを浮揚させるとともに、第１浮揚手段１０Ａを通過して対向する第１浮揚手段１０Ａのない浮揚板３Ｂも浮揚させる。これは断面３角形状の第２間隙Ｈ２に作用する圧力により第１浮揚手段１０Ａと協働して行われる。そして、浮揚板３Ｂは回転軸６０の周面と非接触状態になり摩擦が生じないから摩耗も防止される。
【００３９】
図１０と図１１の板ブラシシール装置１は、第４実施例を示すものである。図１０の板ブラシシール２は、図１に示すＢ−Ｂ断面に相当する浮揚板３Ｂの配列を示すものである。又、図１１は図１に示すＣ−Ｃ断面に相当する浮揚板３Ｂの配列を示すものである。図１０に於いても、全体の構成は図１に示す板ブラシシール２と略同様に構成されている。この図１０の板ブラシシール２において、図４と相違する点は、シール板３が自由端部に向かって徐々に薄肉に形成されているものである。その他の構成は図４の板ブラシシール２の構成と同様でなる。又、図１１に示すシール板３は自由端部に向かって徐々に薄肉に形成されているとともに、浮揚板３Ｂの自由端部に浮揚手段１０を設けている。その他の構成は図５の構成と同様になる。このシール板３は自由端部側に向かって徐々に薄肉に形成されているので、浮揚板３Ｂの肉厚を薄くして弾性変形を向上させることが可能になる。この為に、浮揚板３Ｂの弾性変形を容易にして浮揚手段１０の効果を発揮させることができる。又、浮揚板３Ｂを薄くできることは、遮断板３Ａの厚さを厚くすることが可能になるので、シール部６の配列面間の第１間隙Ｈ１間の寸法を小さくできることになり、シール部６のシール能力を向上させることが可能になる。
【００４０】
図１２は、第１浮揚手段１０Ａを設けたシール部６の内周を示す平面図である。この図１２に示す浮揚板３Ｂは、図５及び図１１の板ブラシシール２に採用したものである。図１３は、図１２に示す第１浮揚手段１０Ａを設けた浮揚板３Ｂに作用する各々の圧力分布である。圧力分布ＰＡは、シール板３の弾性力と被密封流体の圧力により回転軸６０の周面方向へ作用する圧力である。又、この浮揚板３Ｂを外方へ浮揚させる浮揚力は、浮揚力分布Ｕ又は被密封流体が作用する圧力分布ＰＢである。この浮揚板３Ｂには全面に均一な浮揚力が作用するので回転軸６０の周面に対して微小な間隙を形成することが可能になる。この為に、微小な間隙により浮揚板３Ｂの摺動に伴う摩耗を防止するとともに、微小な間隙によりシール能力を向上させる。
【００４１】
図１４は、図６及び図７の板ブラシシール２に作用する各々の圧力分布である。図１４の圧力分布ＰＡは、シール板３の弾性力と被密封流体の圧力により回転軸６０の周面へ作用する圧力である。又、この浮揚板３Ｂを外方へ浮揚させる浮揚力は、浮揚力分布Ｕ又は被密封流体が作用する圧力分布ＰＢである。この浮揚力分布Ｕは、圧力が小さいので浮揚板３Ｂを回転軸６０の周面から微小な間隙に形成する。しかも、力が浮揚板３Ｂの全面に均一に作用することができる。この為に、シール部６の回転軸６０の周面とのシール能力に優れる。又、圧力分布ＰＢは高圧Ｐ１側領域が高くなるので、この点でも被密封流体をシールするシール能力に優れる。
【００４２】
図１５は、シール部６の浮揚板３Ｂに設けた浮揚手段１０の他の例である。図１５に示す第２浮揚手段１０Ｂは、図１２に示す第１浮揚手段１０Ａの変形例である。この第２浮揚手段１０Ｂの圧力分布は図１６に示すようになる。図１６の圧力分布ＰＡと圧力分布ＰＢは、略図１３の圧力分布ＰＡと圧力分布ＰＢとに類似した形になる。しかし、浮揚力分布Ｕは、低圧Ｐ２側領域に向かって高くなる。この為に、この第２浮揚手段１０Ｂでは、浮揚板３Ｂの高圧Ｐ１側領域の間隙が狭くなるから、被密封流体をシールするシール能力を向上させることができる。
【００４３】
図１７は、シール部６の浮揚板３Ｂに設けた浮揚手段１０の他の例である。図１７に示す第３浮揚手段１０Ｃは、図１２に示す第１浮揚手段１０Ａの変形例である。図１８の圧力分布ＰＡと圧力分布ＰＢは、図１６の圧力分布ＰＡと圧力分布ＰＢとに類似した形になる。又、浮揚力分布Ｕは、第３浮揚手段１０Ｃの全面に均一な圧力分布が形成される。この為に、浮揚板３Ｂが回転軸の周面に対し、微小な間隙を形成する。しかも、浮揚板３Ｂの自由端部の切り込まれた残りの狭い幅により弾性変形を発揮する。この浮揚力分布Ｕ及び圧力分布ＰＢに於いても圧力分布が均一になり摩耗が防止されるとともに、シール能力が向上する。尚、浮揚手段１０は、実施例の第１浮揚手段１０Ａ、第２浮揚手段１０Ｂ、第３浮揚手段１０Ｃを含むものである。
【００４４】
以上の各実施例に於いて、板ブラシシール２の取付部４は、ろう付、電子ビーム、その他の溶着等の接接により一体に結合される。叉、保持板１５の径方向の長さは、取付部４を挟持して固着部２０を形成する長さで十分であるが、背板６に近い径方向の長さに形成することも可能である。  保持板１５の径方向の長さが、この背板１６と同じように長い場合には、板ブラシシール２と保持板１５との間にシール板３が回転軸６０の周面へ移動できる空間部を形成するとよい。
【００４５】
背板１６と保持板１５は、上述した材質が選定されるが、ケーシング５０の線膨張係数に合わせて材質を選定することが好ましい。例えば、ニッケル基の合金、その他非鉄金属で製作される場合もある。更には、被密封流体の種類、温度、又は、その他の適用分野の条件によって種々の材質が選定されている。
【００４６】
図１では、回転軸６０を示す実線の位置で自由端部が全周に渡り０．０２ｍｍ位の間隔で嵌合しているものである。又、点線は回転軸６０が偏芯等で移動する範囲である。そして、板ブラシシール２は被密封流体をシール部６で効果的にシールするものである。この板ブラシシール装置１は、シール板３を被密封流体が作用する方向に板幅として配列されているために、被密封流体の圧力が作用しても強力に対向する。この為に、シール部６は高圧力に対するシール能力が向上する。同時に、回転軸６０が偏心したときの力に対しては、弾性変形しやすく薄肉で対向し且つ回転方向へ第２傾斜角度θに曲げられて配列されているので、回転軸６０の偏心に対してはしなやかに対応し、摺動による摩擦・摩耗を効果的に防止することが可能になる。
【００４７】
更に、シール部６に於ける浮揚板３Ｂの自由端側は、配列面間の間隙が小さく構成されているから、被密封流体の作用に対して確実にシールすることが可能になる。しかも、各スペース部５の連続した接合により被密封流体が取付部４側から外方へ漏洩するのも効果的に防止できる。更に、取付部４は両側面のスペース５部を溶接すればよいから、取付部４の結合を強化できる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係わる板ブラシシール装置によれば、シール部に於ける浮揚板の自由端側が回転軸の周面に対して０°から４０°傾斜するとともに、薄肉の配列面を回転軸の周面に対向させているので、浮揚板を回転軸の周面から浮揚させることが可能になる。この為に、浮揚板は、回転軸の周面との摩耗が防止できる効果を奏する。又、浮揚板の配列面間の圧力を上昇させてシール能力が向上できる効果を奏する。
【００４９】
又、浮揚板には浮揚手段が設けられているから、浮揚板を回転軸の周面から浮揚させて回転軸の周面との摩耗が防止できる効果を奏する。更に、浮揚手段により浮揚板の配列面間の圧力を上昇させてシール能力が向上できる効果を奏する。
【００５０】
シール板を自由端部に向かって薄肉に形成されているので回転軸の周面との接触に対して弾性変形を容易にし、浮揚力を向上させることが可能になる。又、遮断板の厚さを厚くしてシール部の配列面間の間隙を小さくし、狭い第１間隙によりシール能力が発揮できる効果を奏する。又、浮揚板の浮揚手段をコの形状に形成することにより、浮揚力分布を均一にして浮揚板の回転軸の周面に対する間隙を微小に形成できるようにし、摩擦を防止できるとともにシール能力を発揮することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係わる板ブラシシール装置を軸方向に断面にした半断面図である。
【図２】図１に示す板ブラシシールと背板との正面図である。
【図３】図２の取付部の一部を拡大した正面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂの断面図である。
【図５】図１のＣ−Ｃの断面図である。
【図６】本発明の第２実施例に係わる板ブラシシールを径方向に断面にした一部の断面図である。
【図７】図６の板ブラシシールを自由端部（内径）側から見た平面図である。
【図８】本発明の第３実施例に係わる板ブラシシールを径方向に断面にした一部の断面図である。
【図９】図８の板ブラシシールを自由端部（内径）側から見た平面図である
【図１０】本発明の第４実施例に係わる板ブラシシールを図１のＢ−Ｂ相当する径方向に断面にした一部の断面図である。
【図１１】本発明の第４実施例に係わる板ブラシシールを図１のＢ−Ｂに相当する断面を示す一部の断面図である。
【図１２】図５のシール部の浮揚板を自由端部（内径）から見た平面図である。
【図１３】図１２の浮揚板に被密封流体の圧力が作用した状態の各圧力分布、浮揚力分布を示すものである。
【図１４】図７のシール部の浮揚板に被密封流体の圧力が作用した状態の各圧力分布、浮揚力分布を示すものである。
【図１５】図１２に示す第１浮揚手段の変形例の第２浮揚手段を示す平面図である。
【図１６】図１５のシール部の浮揚板に被密封流体の圧力が作用した状態の各圧力分布と浮揚力分布を示すものである。
【図１７】図１２に示す第１浮揚手段の更に他の変形例の第３浮揚手段を示す平面図である。
【図１８】図１７のシール部の浮揚板に被密封流体の圧力が作用した状態の各圧力分布と浮揚力分布を示すものである。
【図１９】本発明に係わるシール板の実施例を示すもので、シール部の第１及び第２傾斜角度に形成したシール板の側面図である。
【図２０】本発明に係わるシール板の他の実施例を示すもので、シール部の第１及び第２傾斜角度に形成したシール板の側面図である。
【図２１】本発明に係わる関連技術の板ブラシシール装置の斜視図である。
【図２２】本発明に係わる他の関連技術の板ブラシシールの斜視図である。
【図２３】本発明に係わる更に他の関連技術の板ブラシシール装置の斜視図である。
【符号の説明】
１  板ブラシシール装置
２  板ブラシシール
３  シール板
４  取付部
５  スペース部
６  シール部
７  結合部
１０  浮揚手段
１０Ａ  第１浮揚手段
１０Ｂ  第２浮揚手段
１０Ｃ  第３浮揚手段
１５  保持板
１５Ａ  取付溝部
１６  背板
１６Ａ  外周部
１６Ａ１  取付溝部
１６Ｂ  背面
１６Ｃ  内周部
２０  固着部
２０Ａ  接着部
５０  ケーシング
６０  回転軸
Ｈ１  第１間隙
Ｈ２  第２間隙
ＰＡ  圧力分布
ＰＢ  圧力分布
Ｕ  浮揚力分布
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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