(57)【要約】  ブラシシールに用いられる剛毛パックは、支持部材と複数の剛毛を有する。剛毛は支持部材に対して折り曲げられて折り目を形成し、折り目と対向して支持部材に隣接し集合している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材と、
前記支持部材に対して折り曲げられて折り目を形成し、前記折り目に対向して前記支持部材に隣接して集合する複数の剛毛と、
によって構成された、ブラシシールに用いるための剛毛パック。
【請求項２】
前記剛毛の少なくとも幾らかが、縫製糸によって集められたことを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項３】
前記剛毛の少なくとも幾らかが、クリップによって集められたことを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項４】
前記剛毛が金属製であることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項５】
前記剛毛が非金属製であることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項６】
前記支持部材が、柔軟性のある針金で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項７】
前記複数の剛毛が、複数のグループに分けられて、各グループが前記折り目に対向して前記支持部材に隣接して結ばれ合っていることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項８】
前記グループの少なくとも１つがクリップによって結ばれていることを特徴とする請求項７に記載の剛毛パック。
【請求項９】
前記グループの少なくとも１つが縫製糸によって結ばれていることを特徴とする請求項７に記載の剛毛パック。
【請求項１０】
複数の剛毛を支持部材に対して折り曲げて、折り目を形成するステップと、
前記折り目に対向して前記支持部材に隣接した剛毛を集めて、前記支持部材に対して前記剛毛を固定するステップと、
によって構成された、剛毛パックの作成方法。
【請求項１１】
前記剛毛を集めるステップが、少なくとも前記剛毛の幾らかにクリップを取り付けるステップを有していることを特徴とする請求項１０に記載の作成方法。
【請求項１２】
前記剛毛を集めるステップが、少なくとも前記剛毛の幾らかを縫い合わせてグループにするステップを有していることを特徴とする請求項１０に記載の作成方法。
【請求項１３】
前記支持部材をリングに変形させるステップをさらに有していることを特徴とする請求項１０に記載の作成方法。
【請求項１４】
前記支持部材の第一端部と第二端部を結合するステップをさらに有していることを特徴とする請求項１３に記載の作成方法。
【請求項１５】
支持部材と、前記支持部材に対して折り曲げられて折り目を形成し、前記折り目に対向して前記支持部材に隣接して集合する複数の剛毛と、によって構成された剛毛パックを備えたブラシシール。
【請求項１６】
前記剛毛の少なくとも幾らかが、縫製糸によって集められたことを特徴とする請求項１５に記載のブラシシール。
【請求項１７】
前記剛毛の少なくとも幾らかが、クリップによって集められたことを特徴とする請求項１５に記載のブラシシール。
【請求項１８】
前記剛毛が金属製であることを特徴とする請求項１５に記載のブラシシール。
【請求項１９】
前記剛毛が非金属製であることを特徴とする請求項１５に記載のブラシシール。
【請求項２０】
前記支持部材が、柔軟性のある針金で構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のブラシシール。
【請求項２１】
前記複数の剛毛が、複数のグループに分けられて、各グループが前記折り目に対向して前記支持部材に隣接して結ばれ合っていることを特徴とする請求項１５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、一般的に高圧と低圧の領域間のギャップをシールするためのブラシシールに関し、より詳細には、支持部材回りに集められた剛毛で作られたブラシシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンエンジンで見られるギャップをシールするためにブラシシールを用いることは、当技術分野で周知である。例えば、ガスタービンエンジンにおいて、エンジンの回転軸周りのマシンハウジングとローター間の円周状ギャップや、エンジン内の異なる流体圧を有する二つの空間の間の円周状ギャップにおける流体の漏れを最小化するために、ブラシシールがよく利用されている。システム内における液体又は気体からなる流体圧は、吐出圧力（流体が漏れ出ようとする、エンジンハウジングの外側の圧力）より大きく、従ってシステムに圧力差を生成させる。ここで用いられるように、ブラシシールのシステム圧力側を高圧側と称し、一方、ブラシシールの吐出圧力側を低圧側と称する。
【０００３】
既知のブラシシールは、金属製又は非金属製のファイバから作ることができる。金属製のブラシシールは、一般的に昇温動作に適したコバルト又はニッケルベースの高温超合金ワイヤから作られたファイバを有している。非金属製ブラシシールは、セラミック又は高分子材料から作られたファイバを有することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、従来のブラシシールの一部を示している。従来のブラシシールは、伝統的に柔軟な剛毛パック１と、ギャップをシールするための複数の剛毛２を有しており、剛毛２は例えばローターのような１つのコンポーネントと接触するための自由端を有している。従来技術の剛毛パック１における剛毛２は、一般的にチャネル４で剛毛２を圧接することによって支持部材３に固定されている。例えば米国特許第4730876号に示され記載されているような、圧着用管４を用いて剛毛２を固定することは、圧着用管４が支持部材３と剛毛２に対して圧着するまでは剛毛２が固定されないため、しばしば困難である。結果的に、この製造方法は時間がかかり、費用がかかるものであった。従って、シンプルで製造し易い剛毛パックとそれを用いたブラシシールに対するニーズが存在した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ブラシシールで用いる剛毛パックと、ブラシシールと、剛毛パックの作成方法を提供する。剛毛パックは、長い支持部材と複数の剛毛とを有する。剛毛は支持部材に対して折り曲げられて折り目を形成し、また折り目の反対側に支持部材に隣接して集められる。
【０００６】
本発明の一般的な目的は、剛毛パックと、ブラシシールと、シンプルで製造し易い剛毛パックの製造方法を提供することである。この目的は、支持部材に対して折り曲げられて、折り目の反対側に支持部材と隣接して集められた剛毛を有する剛毛パックを提供することによって達成される。
【０００７】
本発明のこれらの目的や他の目的と長所は、以下の明細書の記載によって明らかになるであろう。以下の詳細な説明において、本発明の好ましい実施例が、添付図面を参照して記載される。これらの実施例は、本発明の全範囲を表わすものではない。むしろ本発明は他の実施例においても採用される。従って、発明の大きさを解釈するために請求項を参考にするべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のブラシシールの斜視図である。
【図２】ハウジングに設けられた柔軟な前方及び後方プレートを供えたブラシシールデザインの概略図である。
【図３】本発明を具体化した図２の剛毛パックの正面図である。
【図４】図３の線４−４に沿った詳細図である。
【図５】図３の剛毛のグループの斜視図である。
【図６】図３の剛毛パックを部分的に組立てた正面図である。
【図７】本発明を具体化した図２の剛毛パックの他の実施例の正面図である。
【図８】図７の剛毛の３つのグループの前方斜視図である。
【図９】図８の剛毛の３つのグループの後方斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に図２を参照して、例えばロッド又は芯材からなる支持部材１６回りに折り曲げられた複数の剛毛１４で構成された剛毛パック１２を有するブラシシール１０を示す。図２に概略的に示すように、剛毛１４が支持部材１６を包んで、剛毛パック１２を形成している。図２に示す実施例において、剛毛パック１２は、ローター２６に取り付け可能なブラシシールハウジング１８に設けられて、剛毛１４は半径方向内側に延在して、回転軸２４と係合している。もちろん、本発明の範囲を逸脱することなしに、ブラシシールハウジング１８を回転軸２４に取り付けて、剛毛１４をローター２６に係合させることができる。
【００１０】
支持部材１６は、好ましくは柔軟性のある金属で形成された、固体の又は網組された芯線である。支持部材１６は、ブラシシール用途に要求される所望の形状に形成される。柔軟性のある支持部材が好ましいが、本発明の範囲を逸脱することなしに、支持部材１６は剛性フレームで構成することができる。最も好ましくは、支持部材１６は、そこに固定された剛毛１４を切断したり折ったりするような荒れた端部を有さない。
【００１１】
例えば図３で示すように支持部材１６が円形であった場合、剛毛１４は支持部材１６に対して包み込み、又は折り曲げられて、折り目２８を支持部材１６の外径部に形成する。各剛毛１４の先端部３２は、半径方向内側に延在して、回転軸２４と係合する。もちろん、もしブラシシール１０が回転軸２４に設けられた場合、剛毛の折り目２８は、円形支持部材１６の内径を形成し、剛毛１４の先端部３２は、半径方向外側に延在する。
【００１２】
折り目２８と反対側で支持部材１６に隣接したところに剛毛１４を集めて結ぶことによって、剛毛１４は支持部材１６に固定される。図３ないし６に開示された実施例において、折り目２８と反対側で支持部材１６に隣接したところに剛毛１４を集めて結ぶ縫製糸３６によって、剛毛１４は支持部材１６に固定されている。剛毛１４を集めて結ぶために用いられる縫製糸３６は、剛毛１４と同じ材料でできていても良いし、例えば綿、金属、ポリマー、セラミック等の他の適切な材料でできた糸でも良い。剛毛１４は、図３ないし６に示すように、個別の房状になるようにグループ化され、又は結ばれることができるし、又は本発明の範囲を逸脱することなく、長い連続した細片状に形成することもできる。
【００１３】
折り曲げられた剛毛１４に対して圧着用管４を圧着することで、例えば図１の従来例の管のような圧着用管４、又はUリングを、支持部材１６に対して剛毛１４をさらに固定するために利用することができる。安全性を高めるために、必要があれば、剛毛１４を支持部材１６に接着剤で接着することができる。
【００１４】
本発明の1つの実施例において、剛毛１４が直径約0.02〜0.05インチのねじった、又は編んだセラミック又は高分子繊維によって形成されている。セラミック剛毛は、例えば酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ボロン等のセラミック酸化物や、Nextel（商標登録）ファイバ、炭化ケイ素ファイバや、他の全体的にセラミック／金属又はセラミック／セラミック合成材料で作られたセラミックファイバ等を含むがこれに限定されるものではない適切な高温セラミック繊維で、形成することができる。高分子剛毛は、超高強度のKEVLAR（登録商標）繊維や、高強度で中程度の温度（〜３００℃）の用途に用いるNOMEX（登録商標）繊維等を含むがこれに限定されるものではない適切な高温高分子材料で、形成することができる。KEVLAR（登録商標）とNOMEX（登録商標）とは、DuPontが製造する合成芳香族ポリアミドポリマーである。他の適切な高分子材料も、ブラシシールのためにねじったり又は編んだりした繊維として利用することができ、これは当業者には周知である。
【００１５】
1つの実施例においては、NOMEX（登録商標）ファイバが好ましい。なぜなら、NOMEX（登録商標）ファイバは、全体的に耐熱・耐炎衝撃特性が必須の用途に対して、強い織物に仕立てられるからである。NOMEX（登録商標）は、非常に薄くて、直径が約２５マイクロメータから０．００１インチの範囲で、低い弾性率を有している。ねじったNOMEX（登録商標）ファイバは、個々のファイバよりかなり厚くて、直径が約９００ミクロンから０．３６インチの範囲であり、従来の自動ブラシストリップ製造プロセスを利用してブラシストリップを製造できるほどに剛直である。これは、以下で説明するブラシシールインサートに加工されるNOMEX（商標登録）ブラシストリップの製造コストを低減するのに役立つ。
【００１６】
ローターの運動中の高分子ファイバの曲げを容易にするために、ファイバストリップは流体の流れの軸方向に、低圧（Lp）側に向かって、傾けることができる。幾らかの剛性を提供するために、図２に示すブラシシールハウジング１８を形成するより剛直な前方プレート５２と剛直な後方プレート５４に取り付けられた、より薄い前方プレート４４と後方プレート４８の間の軸方向に傾いた位置に、柔軟な剛毛パック１２を保持することができる。もちろん、必要があれば、本発明の範囲から逸脱することなく、剛毛パック１２を高圧側に向かって傾けることもできる。
【００１７】
剛毛の先端部３２のみを露出して、取り付け中や取り扱いミスの際に、より柔らかな高分子ファイバの損傷を防ぐために、柔軟なプレートは、剛毛１４を所定の長さまで延在することができる。高分子ブラシシールは、インターシャフトシール構成のために、第一端部でステータハウジング又はローター２６に取り付けられ、第二端部で回転軸２４と接触する。剛毛パックは、柔軟な金属製バックプレートセグメントによって支持されているので、回転シールとして、遠心力に由来する高分子ファイバにおけるストレスは最小化されている。金属製セグメントは、遠心力による最大曲げ応力に耐えるように設計されている。剛毛１４を、流体の流れ方向に対して軸方向に傾けた前方プレートと後方プレート４４、４８、５２、５４の間に固定することによって、（プレート４４、４８、５２、５４は、外径方向の剛直なプレート５２、５４と内径方向のより薄いプレート４４、４８とで構成されているが、）剛直パックの変位が制御されて、剛毛パック１２におけるストレスが最小化される。
【００１８】
図３ないし図６に示された実施例において、剛毛パック１２は、所望の剛毛密度が得られるまで、支持部材１６周りに剛毛１４を包む又は折り曲げることによって作成されている。支持部材１６周りに剛毛１４を包む又は折り曲げることで、各剛毛１４に折り目２８を形成する。上述のように、剛毛１４は、金属、セラミック、高分子、有機材料やこれらの組み合わせをもとに作成することができる。剛毛１４は、縫製糸３６によって支持部材１６に対して固定され、縫製糸１６は、折り目２８の反対側で支持部材１６に隣接した剛毛１４を集めて結ぶ。
【００１９】
ひとたび所望の長さの剛毛パック１２が得られると、支持部材の端部４２同士が、溶接で接続される。理想的には、これは突き合わせ溶接で行なわれるが、端部４２同士を接着剤で接続することも、他の手段によって接続することもできる。ここで開示された実施例では、最終組立てで輪状に形成され、ブラシシール組立体１０のハウジング１８のような適切なハードウエアに組み付けることができる。好ましくは、支持部材１６と剛毛パック１２が輪状、又は円形に形成される。しかし、剛毛パック１２は、本発明の範囲を逸脱することなく、例えば正方形、長方形、楕円形、三角形等のあらゆる形状をとることができる。
【００２０】
図７ないし図９に示す他の実施例において、上述のように、剛毛パック１１２は、支持部材１１６周りに剛毛１１４を包むことによって、各剛毛１１４に折り目を形成する。図７ないし図９に示す他の実施例において、例えばステープルのような金属性クリップ１３２が、剛毛１１４の各グループに対してステープラーで綴じる等によって、巻き付けられている。クリップ１３２は、折り目１２８の反対側に支持部材１１６に隣接して剛毛１１４を集めて結ぶことによって、個々の房１４４を形成している。隣接する房１４４は、隣接した剛毛１１４のグループに巻き付けられた隣接するクリップ１３２によって形成されている。有利なことに、各クリップ１３２は迅速かつ効率的に剛毛の各グループを支持部材に固定する。
【００２１】
ここに開示された実施例から、種々の変形をなすことができることが理解されるであろう。従って、上の記述は発明を限定するものではなく、単に好ましい実施例の例示にすぎない。本発明の範囲と精神と意図の範囲内で、当業者は他の変形を想定するであろう。
【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】
2010521230.tif 000009
【図８】
2010521230.tif 000010
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材と複数の剛毛とで構成された剛毛パックであって、
前記複数の剛毛には、前記支持部材に対して折り曲げられた折り目が形成され、かつ、
前記剛毛が、前記折り目の反対側に前記支持部材に隣接して集められて結ばれている
ことを特徴とするブラシシールに用いるための剛毛パック。
【請求項２】
前記剛毛の少なくとも一部が、縫製糸によって集められて結ばれていることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項３】
前記剛毛の少なくとも一部が、クリップによって集められて結ばれていることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項４】
前記剛毛が金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項５】
前記剛毛が非金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項６】
前記支持部材が、柔軟性のある針金で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項７】
前記複数の剛毛が、複数のグループに分けられて、各グループが前記折り目の反対側に前記支持部材に隣接して集められ結ばれていることを特徴とする請求項１に記載の剛毛パック。
【請求項８】
前記グループの少なくとも１つがクリップによって結ばれていることを特徴とする請求項７に記載の剛毛パック。
【請求項９】
前記グループの少なくとも１つが縫製糸によって結ばれていることを特徴とする請求項７に記載の剛毛パック。
【請求項１０】
複数の剛毛を支持部材に対して折り曲げて、折り目を形成する工程と、
前記折り目に対向して前記支持部材に隣接した剛毛を集めて、前記支持部材に対して前記剛毛を固定する工程と、
を順次有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の剛毛パックの作成方法。
【請求項１１】
前記剛毛を集める工程が、少なくとも前記剛毛の一部にクリップを取り付ける工程を有していることを特徴とする請求項１０に記載の作成方法。
【請求項１２】
前記剛毛を集める工程が、少なくとも前記剛毛の一部を縫い合わせてグループにする工程を有していることを特徴とする請求項１０に記載の作成方法。
【請求項１３】
前記支持部材をリングに変形させる工程をさらに有していることを特徴とする請求項１０に記載の作成方法。
【請求項１４】
前記支持部材の第一端部と第二端部を結合する工程をさらに有していることを特徴とする請求項１３に記載の作成方法。
【請求項１５】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の剛毛パックを備えたブラシシール。
【国際調査報告】
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