(57)【要約】【課題】複数の金属薄板をリング状に積層してシールする軸シールの製造方法であって、従来の金属薄板を用いた軸シールに比べて漏れ量の少ない軸シールを作製するための軸シールの製造方法、及び該軸シールの製造方法にて製造される軸シール、軸シール部材及び該軸シールを用いる回転機械を提供する。【解決手段】ロール状の圧延金属材料を所定の大きさの金属材料板に切断する切断工程と、金属材料板の両側からエッチングして所定の形状を形成するエッチング工程と、前記金属薄板を円筒形に向きをそろえて配置し固定する溶接・組立工程とを有し、前記各工程の間の所定のタイミングで前記金属材料板又は前記金属薄板を加熱して残留応力（ひずみ）を除去する熱処理工程を有している軸シールの製造方法【選択図】      図６
2005009618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する薄膜状の軸シール部材をリング状に積層してなる軸シールの製造方法であって、
ロール状圧延金属材料を所定の大きさの金属材料板に切断する切断工程と、
前記切断工程にて切断された金属材料板の表面をエッチングにより肉厚を薄くして段差をつけた複数の金属薄板である軸シール部材を作製するエッチング工程と、
前記エッチングにて形成された前記金属薄板を円筒形に向きをそろえて配置しケーシングとともに溶接して固定する溶接・組立工程とを有し、
前記各工程の間の所定のタイミングで前記金属材料又は前記軸シール部材を加熱して残留応力を除去する熱処理工程を有していることを特徴とする軸シールの製造方法
【請求項２】
前記熱処理工程は、前記ロール状圧延金属材料に対して金属材料板に切断する切断工程の前に行われることを特徴とする請求項１に記載の軸シールの製造方法。
【請求項３】
前記熱処理工程は、前記切断工程と前記エッチング工程の間に行うものであり、切断した金属板表面に焼付き防止剤を塗布して積層し、加重すると共に加熱することを特徴とする請求項１に記載の軸シールの製造方法。
【請求項４】
前記熱処理工程は、前記エッチング工程と前記溶接・組立工程の間に行うものであり、エッチングにて形成した複数の金属薄板の間に焼付き防止剤を塗布し、加重して加熱することを特徴とする請求項１に記載の軸シールの製造方法。
【請求項５】
前記熱処理工程は、前記溶接・組立工程の後に行うことを特徴としている請求項１に記載の軸シールの製造方法。
【請求項６】
前記熱処理工程は、焼きなましてあることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の軸シールの製造方法。
【請求項７】
前記熱処理工程は、溶体化処理であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の軸シールの製造方法。
【請求項８】
前記熱処理工程は、溶体化処理のあとに時効処理を含んでいることを特徴とする請求項７に記載の軸シールの製造方法。
【請求項９】
前記熱処理工程の後で、前記エッチング工程を行う前に該熱処理工程で形成された表面の酸化スケールを取り除く脱スケール処理工程を有していることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の軸シールの製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理工程の後で、前記エッチング工程を行う前に該熱処理工程で形成された表面の酸化スケールを取り除くために表面を研磨する研磨工程を有していることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の軸シールの製造方法。
【請求項１１】
前記請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法で作製される回転軸における軸方向の流体の流れをシールする軸シールを構成する薄膜状の軸シール部材であって、
前記製造方法で製造された軸シール部材はひずみのない又は略ひずみのない平板であることを特徴とする軸シール部材。
【請求項１２】
前記請求項１から請求項１０いずれかに記載の方法により作製される回転軸の軸方向の流体の流れをシールする軸シールであって、
前記軸シール部材はひずみがない又は略ない状態で形成されており、
前記軸シール部材はリング状に積層されており、
前記軸シール部材は回転軸が停止しているときは前記回転軸に接触するように配設され、前記回転軸が回転するときは回転により生じる動圧により、前記軸シール部材の先端が該回転軸からわずかに浮上することを特徴とする軸シール。
【請求項１３】
回転軸と、
前記回転軸の周りの空間を高圧側及び低圧側に分ける軸シールを有する回転機械であって、
前記軸シールは軸シール部材をリング状に多数積層した形状を有しており、
軸シール部材は前記請求項１から１０のいずれかに記載の方法で製造されひずみがない又は略ないことを特徴とする軸シールを用いた回転機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機械の回転軸方向の流体の流れを抑制する軸シールの製造方法、軸シール、軸シール部材及びその軸シールを用いた回転機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温高圧のガスをタービンに導いて膨張させ、ガスの熱エネルギを機械的な回転エネルギに変換して動力を発生するガスタービンにおいて、静翼と回転軸との間には、高圧側から低圧側に漏れる前記高温高圧のガスの漏れ量を低減するためのシール機構（軸シール）が設けられている。このシール機構としては、非接触型のラビリンスシールが従来から広く用いられている。
【０００３】
ところで、ラビリンスシールは回転過渡期の軸振動、或いは過渡的な熱変形時にもフィン先端が接触しないように、該フィン先端の隙間をある程度大きくしなければならないためにガスの漏れ量が多い。このようなラビリンスシールに変わり、漏れ量の低減を狙ってリーフシールが開発されている。
【０００４】
図１８に軸シール（以下、リーフシールという）の斜視図を示す。図１８に示すリーフシール９Ａは、回転軸９１の外部に回転軸９１を囲繞するように配置されるハウジング９２と、ハウジング９２のガスの圧力が低い側に設置される低圧側側板９３と、低圧側側板９３の反対側でガス圧が高い側に設置される高圧側側板９４を備えている。
【０００５】
金属薄板９５はハウジング９２に嵌着されており、ハウジング９２にリング状に積層されている。また、金属薄板９５は回転軸９１の外周をシールすることで回転軸９１の周囲の空間を高圧側領域と低圧側領域とに分けている。また、金属薄板９５の両側には高圧側領域に高圧側側板９４が、低圧側領域には低圧側側板９３がそれぞれ圧力作用方向のガイド板として装着されている。
【０００６】
金属薄板９５は板厚で決まる所定の剛性を回転軸９１の周方向に持つように設計されている。また、金属薄板９５は回転軸９１の回転方向に対して回転軸９１の周面となす角が鋭角となるようにハウジング９２に取り付けられており、回転軸９１の停止時には金属薄板９５の先端は所定の予圧で回転軸９１に接触しているが、回転軸９１の回転時には回転軸９１が回転することで生じる動圧効果によって金属薄板９５の先端が浮上するため、回転軸９１の回転時には金属薄板９５と回転軸９１は非接触状態となる。
【０００７】
図１９（Ａ）、（Ｂ）それぞれにに金属薄板９５の正面図及び側面図を示す。図１９において網掛けで示す部分９５ｄは、金属薄板９５製作時にエッチングにて取り除かれる部分である。エッチングにて取り除かれる部分９５ｄが、金属薄板９５を積層したときに金属薄板９５どうしの隙間になる。つまり、金属薄板９５の外周側端部９５１は互いに接触して配置され、反対側の側端部９５２は非接触で配置されている。
【０００８】
上記のように構成された軸シール機構及びガスタービンにおいては、回転軸９１の軸方向に幅を有する金属薄板９５が回転軸９１の周方向に多層に積層されているので、これら金属薄板９５が回転軸９１に周方向に対しやわらかい可撓性を有し、軸方向には剛性の高い軸シール機構が構成されている。
【０００９】
金属薄板９５どうしの隙間を金属薄板の削り取られた部分９５ｄとして形成しており、金属薄板９５をより密に配置することが可能であり、金属薄板９５の先端と回転軸９１との隙間を非接触型のラビリンスシール等に比べて飛躍的に小さくすることが可能である。これにより、ラビリンスシールの１／３〜１／１０程度まで漏れ量を低減することが可能となる。
【００１０】
【特許文献１】
再公特ＷＯ００／０３１６４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
金属薄板９５は、圧延にて形成された鋼板をエッチングにて所定の形状を形成する。このとき、金属薄板９５の片側のみを部分的にエッチングして取り除くが、図１９（Ａ）に示すように圧延よって製造される厚さ０．１ｍｍ程度の金属材料薄板（例えばステンレス、インコネル、ハステロイ等）は、冷間圧延時には  金属材料内部に大きな残留応力（ひずみ）が発生する。
【００１２】
このような内部に大きな残留応力（ひずみ）がある素材を、前述のように片側のみエッチングにて薄肉化した場合、残留応力（ひずみ）の分布が不均一となり曲りや反りが発生してしまう。
【００１３】
例えば、図２０（Ａ）に示すように冷間圧延材に想定される両表面に引張り応力、内部に圧縮応力が形成されている場合、全体として表面と内部の残留応力が釣り合って平面を維持している。しかしながら、図２０（Ｂ）に示すように金属薄板９５の片側の表面の一部分９５０がエッチングで取り除かれた場合、除去された部分９５０以外の中心部９５Ｃ及び表面側９５Ｓの残留応力は残ったままである。したがって、一方（中心部９５Ｃ）に圧縮応力が作用し、他方（表面部９５Ｓ）に引張応力が作用していることで、曲げモーメント９Ｍが発生し、金属薄板９５は取り除かれた部分９５ｂの方向に反る。
【００１４】
リーフシール９Ａには多数の金属薄板９５が使用されており、金属薄板）５が残留応力にて反っていることでリーフシール９Ａにところどころ、隙間が不均一な部分発生し、その部分にて気体の流れが発生し、シールの気密性が失われることがある。
【００１５】
また、金属薄板９５はシール９Ａと相対する回転軸等の回転体の回転方向と反対側に反るので、回転開始時、停止時等の回転過渡期の軸振動、或いは、過渡的な熱変形にて金属薄板９５と回転体が接触する可能性が出てくる。
【００１６】
そこで本発明は、複数の金属薄板をリング状に積層してシールする軸シールの製造方法であって、従来の金属薄板を用いた軸シールに比べて漏れ量の少ない軸シールを作製するための軸シールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また本発明は、容易に組み立てることができ、漏れ量の少ない、換言すれば、シール特性の安定化を図ることができる軸シールを提供することを目的とする。
【００１８】
さらに本発明は、軸シールのシール特性が安定しており、それだけ、安定した性能を発揮できると共に、長期間にわたり軸シールを交換しなくても機械効率を大幅に落とすことのない軸シールを用いる回転機械を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、可撓性を有する薄膜状の軸シール部材をリング状に積層してなる軸シールの製造方法であって、ロール状圧延金属材料を所定の大きさの金属材料板に切断する切断工程と、前記切断工程にて切断された金属材料板の  片面のみをエッチングにより肉厚を薄くして段差をつけた多数の金属薄板である軸シール部材を作製するエッチング工程と、前記エッチングにて形成された前記金属薄板を円筒形に向きをそろえて配置しケーシングとともに溶接して固定する溶接・組立工程とを有し、前記各工程の間の所定のタイミングで前記金属材料又は前記軸シール部材を加熱して残留応力を除去する熱処理工程を有していることを特徴とする軸シールの製造方法を提供する。
【００２０】
この構成によると、所定の工程と工程の間に熱処理工程を挟むことで、前記熱処理工程により金属が保持している残留応力を解放するので、該残留応力による軸シール部材の変形を防ぐことがでる。それだけ、動作効率の高い軸シールを製造することが可能である。
【００２１】
また、前記熱処理工程にて残留応力を低減しているので、軸シールを組み立てた後に各軸シール部材どうしが干渉することが少なく、それだけ、寿命の長い、換言すれば、少ないメンテナンスで長期間にわたって高い能力を発揮する軸シールを製造することが可能である。
【００２２】
また本発明は前記熱処理工程を、切断する前のロール状圧延金属材料に対して行うものを例示できる。
【００２３】
この構成によると、厚さ０．１ｍｍ程度の薄板を巻き取ったロール状の圧延材料を切断して所定のサイズの平滑な薄板にする前に熱処理を行うものであり、熱処理と切断を一つの流れで連続して行うことが可能であるので、工程の短縮化を図ることができる。また、工程を短縮化できることは、それだけ、製造コストを減少させることが可能である。
【００２４】
さらに本発明は前記熱処理工程を、前記切断工程と前記エッチング工程の間に行うものであり、切断した薄板表面に焼付き防止剤を塗布して積層し、加重して加熱するものを例示できる。
【００２５】
この構成によると、切断された後の金属材料板を重ねてバッチ処理的に前記熱処理を行うので、一般的な既存電気炉を使用することができ低コストである。また、積層した薄板が熱処理中および熱処理後の冷却中でも比較的均一な温度分布となるため、熱処理後の薄板の変形、特に冷却ムラによる端部の変形が少なく、平坦度が良い良質な素材が得られる。よって、残留応力による製造時の変形のない軸シール部材を有する軸シールを製造することが可能である。
【００２６】
また本発明の熱処理工程として、前記エッチング工程と前記溶接・組立工程の間に行うものであり、エッチングにて形成した複数の金属薄板の表面に焼付き防止剤を塗布し、加重して加熱するものを挙げることができる。
【００２７】
この構成によると、エッチングにて金属薄板軸を形成した後に、熱処理工程が入っており、前記金属薄板の軸シール部材にのみ熱処理加工を行うので、より小さな加熱装置を用いて熱処理を行うことができる。それだけ、製作コストを低減することが可能である。
【００２８】
また本発明の前記熱処理工程として、前記溶接・組立工程の後に行うことを挙げることができる。
【００２９】
この構成によると、予め溶接・組立工程にて製作された軸シール部材に対して熱処理を行うので、ハンドリング性が高く、それだけ、作業の手間を省くことが可能である。また、溶接後に熱処理をするので溶接によって蓄えられる残留応力も合わせて取り除くことが可能である。
【００３０】
また本発明の前記熱処理工程として、焼きなましを挙げることができる。それには限定されないが、特に比較的温度の低い気体（例えば、４００℃以下。圧縮機を流れる空気、蒸気タービン低圧部を流れる蒸気等）が流れる部分の密閉に用いられる軸シールの軸シール部材や軸シール部材を製作する前の金属材料板、ロール状圧延金属材料に対して焼きなましを行う。
【００３１】
また本発明の前記熱処理工程として、溶体化処理を挙げることもできる。また、溶体化処理の後に、時効処理を行うものも例示できる。それには限定されないがここでは、特に比較的温度の高い気体（例えば、４００℃以上。ガスタービンのタービンサイドを流れる燃焼ガス、蒸気タービン高中圧部を流れる蒸気）が流れる部分の密閉に用いられる軸シールの軸シール部材や軸シール部材を製作する前の金属材料板、ロール状圧延金属材料に対して溶体化処理を行う。また、溶体化処理の後に時効処理を施すことで、より高い温度の気体に対しても十分な強度を有するようになる。
【００３２】
さらに本発明の前記熱処理工程の後で、前記エッチング工程を行う前に該熱処理工程で形成された表面の酸化スケールを取り除く脱スケール処理工程を含んでいてもよい。
【００３３】
前記熱処理工程にて前記金属の表面に酸化スケール（金属酸化物）が形成されている場合、該酸化スケールを取り除かなくては、後工程のエッチングが十分に行われないので、表面の酸化スケールを取り除く。このとき脱スケール処理として、酸性の液体で表面を洗う場合とアルカリ性の液体で表面を洗うものを例示できる。
【００３４】
また本発明の前記熱処理工程の後で、前記エッチング工程を行う前に該熱処理工程で形成された表面の酸化スケールを取り除くために研磨工程を有していてもよい。表面の酸化スケールが存在すると、エッチングが不均一となり所定の板厚および表面粗度を得ることが困難となる。そこで、前記研磨工程にて酸化スケールを削り取ることにより、エッチングが酸化スケールの影響を受けることなく均一に行われる。
【００３５】
また本発明は複数ある工程と工程の間の適当なところに熱処理工程が挟まれた軸シールの製造方法にて作製される回転軸の軸方向の流れをシールする軸シールを構成する軸シール部材あって、ひずみのない又は略ひずみのない平板であることを特徴とする軸シール部材を提供する。
【００３６】
この構成によると、軸シール部材にひずみがない又は略ない状態であるので、軸シールの軸方向の気体の漏れを、十分に防ぐことが可能である。また、前記軸シール部材はひずみがない又は略ないので互いに干渉することがなく、それだけ長寿命であり、メンテナンスの頻度を減らすことが可能である。
【００３７】
また本発明は複数ある工程と工程の間の適当なところに熱処理工程が挟まれた軸シールの製造方法にて作製される回転軸の軸方向の流れをシールする軸シールであって、前記軸シール部材はひずみがない又は略ない状態で形成されると共にリング状に積層されており、前記軸シール部材は回転軸が停止しているときは前記回転軸に接触するように配設され、前記回転軸が回転するときは回転により生じる動圧により、前記軸シール部材の先端が該回転軸からわずかに浮上することを特徴とする軸シールを提供する。
【００３８】
また本発明は回転軸と、前記回転軸の周りの空間を高圧側及び低圧側に分ける軸シールを有する回転機械であって、前記軸シールは前記軸シール部材をリング状に多数積層した形状を有しており、複数ある軸シール製造工程の各工程と工程の間の適当なところに熱処理工程が挟まれた軸シールの製造方法にて軸シール部材が作製され、該軸シール部材がひずみのない又は略ひずみのない平板であることを特徴とする軸シールを用いた回転機械を提供する。
【００３９】
この構成によると、回転機械の軸シール部材の密閉性が高いので、軸シール部での気体の漏れを低減でき、それだけ、回転機械の動作効率を上げることが可能である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）に本発明に係る軸シール部材である金属薄板の正面図を、図１（Ｂ）に金属薄板の側面図を示す。図２（Ａ）に本発明に係る軸シール（以下リーフシールという）の一部を切り取った側面図を、図２（Ｂ）に本発明に係るリーフシールの概略断面図を、図２（Ｃ）に図２（Ｂ）に示すリーフシールのハウジング、側板をはずした状態の側面図を、図２（Ｄ）の本発明にかかるリーフシールが動作している状態の側面図を示す。
【００４１】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように金属薄板１は、図面内において上側（リーフシールとして形成されたときに外周側）の端部１１は、横長に形成されている。また、図１（Ｂ）に示すように金属薄板１の図中下側の先端部１２は、片側が取り除かれ他の部分より薄く形成されている。
【００４２】
また、金属薄板１において、先端部１２の外周側端部１１との接続部１２１が他の部分よりも細幅に形成されている。金属薄板１を複数積層、溶接にて固定した後、この細幅部分１２１に後述の側板２１の先端部２１１が係合される。
【００４３】
図１（Ｂ）において網掛けで示す部分１ｄは、上述の金属薄板１の製作時にエッチングにて取り除かれる部分である。エッチングにて取り除かれる部分１ｄが、金属薄板１を積層したときに金属薄板１どうしの隙間になる。つまり、金属薄板１の外周側端部１１は互いに接触して配置され、反対側の先端部１２は非接触で配置されている。
【００４４】
図２に示すリーフシールＡは、平面視Ｔ字型の金属薄板１と、多数積層した金属薄板１の外周側端部１１を両側から挟持するハウジング２と、ハウジング２の下部に先端部１２にそって配置される側版２１と、左右のハウジング２を接続する接続部材２２とを備えている。
【００４５】
図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、金属薄板１を曲面に沿ってリング状に配置した後、金属薄板１の上側（リーフシールとして形成されたときに外周側）の端部１１の両側１１１、１１１を溶接Ｗｄすることで金属薄板１を互いに固定する。
そして、溶接により固定された金属薄板１の先端部１２の細幅部１２１に側板２１の先端部２１１が系合するように配置する（図２（Ｂ）参照）。
【００４６】
その後、端部１１の両側１１１、１１１から挟むようにハウジング２を取り付ける。このとき、ハウジング２の下端部２ｄは側板２１の先端部２１１を外側から押えている。また、左右両側の上端部２ｕの間に接続部材２２を配置してリーフシールの動作に影響が出ない固定方法で固定することで、ハウジング２は金属薄板１を支持する。ハウジング２、側板２１及び接続部材２２の固定方法として、それには限定されないがここでは、溶接、ボルト止め等を挙げることができる。
【００４７】
多層に積層された金属薄板１どうしは上側の端部１１は互いに接触して配置して固定されているが、先端部１２は他の部分よりも、厚みの薄い部分が隙間として作用する。隙間１Ｇはいずれの個所でも一定の大きさとなっている（図２（Ａ）、（Ｃ）参照）。
【００４８】
金属薄板１は板厚ｔで決まる所定の剛性を回転軸Ｓｐの周方向に持つように設計されている。また、金属薄板１は回転軸Ｓｐの回転方向に対して回転軸Ｓｐの周面となす角θが鋭角となるようにハウジング２に取り付けられており、回転軸Ｓｐの停止時には金属薄板１の先端は所定の予圧で回転軸Ｓｐに接触しているが、回転軸Ｓｐの回転時には回転軸Ｓｐが回転することで生じる動圧効果によって金属薄板１の先端１２が浮上するため、金属薄板１と回転軸Ｓｐは非接触状態となる（図２（Ｄ）参照）。リーフシールＡは、回転軸Ｓｐの外周をシールすることによって回転軸Ａｐの周囲の空間を高圧側領域と、低圧側領域とに分けている。
【００４９】
このリーフシールＡによれば、シール部材である金属薄板１が回転軸Ｓｐの軸方向に積層されることにより、ハウジング２に固定される外周側は回転軸Ｓｐの軸方向に強固なものとなる。これにより、より高い差圧条件においてもシール性能を保持可能となる。また、隙間１Ｇの存在により、回転時にもシールが壊れず、耐久性が高いという利点がある。
【００５０】
図３に図２に示すリーフシールを用いた回転機械の一例であるガスタービンの概略配置図を示す。図３に示すガスタービンＧｔは、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する圧縮機３と、圧縮機３にて圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器４と、燃焼器４で発生させた燃焼ガスをその内部に導入して膨張させ燃焼ガスで回動されるタービン５と、タービン５と相対的に固定された回転軸６を有している。ガスタービンＧｔは通常、後述する回転軸で得られる動力の一部が圧縮機３の動力として利用されている。
【００５１】
タービン５は、回転軸６に設けられた動翼５１に燃焼ガスを吹き付けることで燃焼ガスの熱エネルギを機械的な回転エネルギに変換して動力を発生するものである。タービン５には、回転軸６側の複数の動翼５１のほかに、タービン５のケーシング５０側に複数の静翼５２が設けられており、これら動翼５１と静翼５２とが、回転軸６の軸方向に交互に配列されている。動翼５１は回転軸６の軸方向に流れる燃焼ガスの圧力を受けて回転軸６を回転させ、回転軸６に与えられた回転エネルギは軸端から取り出されて利用される。静翼５２と回転軸６との間には、高圧側から低圧側に漏れる燃焼ガスの漏れ量を低減するための軸シールとして、リーフシールＡが設けられている。
【００５２】
また、圧縮機３は回転軸６にてタービン５と同軸でつながれており、タービン５の回転を利用して外気を圧縮して圧縮空気を燃焼機４に供給している。圧縮機３でもタービン同様に回転軸６に複数の動翼３１と、圧縮機３のケーシング３０側に複数の静翼３２が設けられており、動翼３１と静翼３２とが回転軸６の行く方向に交互に配列されている。静翼３２と回転軸６との間には高圧側から低圧側に漏れる圧縮空気の漏れ量を低減するためのリーフシールＡが設けられている。
【００５３】
また、圧縮機３のケーシング３０が回転軸６を支持する軸受け部３３及び、タービン５のケーシング５０が回転軸６を支持する軸受け部５３にも、高圧側から低圧側に圧縮空気又は燃焼ガスが漏れるのを防止するための軸シールとしてリーフシールＡが設けられている。
【００５４】
このように構成された軸シール及びガスタービンにおいては、回転軸Ｓｐの軸方向に幅を有する金属薄板１が回転軸Ｓｐの周方向に多層に積層されており、これらの金属薄板１が回転軸Ｓｐの周方向に柔らかい可撓性を有し、軸方向には剛性の高い軸シールが構成されている。
【００５５】
また上述の実施例においてはがずタービンにリーフシールを採用しているものを例示しているが、それに限定されるものではなく、例えば蒸気タービン、コンプレッサ等、軸の回転と流体の流動の関係でエネルギを仕事に変換するものに広く採用することができる。また、回転軸の軸方向の流体の流動を抑えるためにも用いることができる。
【００５６】
図４に金属材料板から金属薄板を製造する方法の概略図を示す。
図４に示すように、金属材料板からエッチングにて複数の金属薄板１を製造する。まずロール状の圧延金属材料Ｍ１を後段の加工工程を施すのに最適な大きさに切断し所定の大きさの金属材料板Ｍ２を形成する（図４（Ａ）（Ｂ））。金属材料板Ｍ２の第１の面から金属薄板１の輪郭１０及びリーフシールＡを形成したときに隙間となる金属薄板１の先端部１２をエッチングして１ｄ取り除く（図４（Ｃ，Ｄ）参照）。その後反対側から、金属薄板１の輪郭部１０のみエッチングすることで、金属薄板１が金属材料板Ｍ２より切り取られる（図４（Ｄ）参照）。金属薄板１のエッチングはエッチング時間を調整することでエッチング量（板厚）を制御している。
【００５７】
図４（Ｅ）に示す金属薄板１をエッチングにて取り除かれた部分１ｄの向きをそろえてリング状に積層し、左右に伸びる上端部１１の両側を溶接することで金属薄板１は互いに固定される。方向をそろえて積層され、溶接された金属薄板１は、上側端部１１をハウジング２にて両側から嵌着され、ハウジング２の両側を互いに固定することで、積層された金属薄板１は固定される（図４（Ｆ）参照）。
【００５８】
図５に本発明に係る熱処理を行う方法を示す。
図５（Ａ）に示す熱処理方法ＨＴ１は、ロール状圧延金属Ｍ１を一定速度で送って引き伸ばしつつ、加熱装置ＨＳにて加熱して残留応力（ひずみ）を除去するものである。ロール状圧延金属Ｍ１を引き伸ばし金属材料板Ｍ２として切断する工程の一部として加熱装置ＨＳによる加熱Ｈ１が含まれていること、および加熱される金属Ｍ１の体積が小さいため加熱保持時間は短くてすむことから、工程の短縮化を図ることが可能である。
【００５９】
図５（Ｂ）に示す熱処理方法ＨＴ２は、金属材料板Ｍ２を重ねて、Ｐ１（自重＋重り）を加重及び加熱Ｈ２を行うことで、残留応力（ひずみ）を除去するものである。この方法は、一般的な既存電気炉を使用することができ低コストである。また、積層した薄板が熱処理中および熱処理後の冷却中でも比較的均一な温度分布となるため、熱処理後の薄板の変形、特に冷却ムラによる端部の変形が少なく、平坦度が良い良質な素材が得られる。
【００６０】
図５（Ｃ）に示す熱処理方法ＨＴ３は、金属材料板Ｍ２にエッチングを施すことで、金属薄板１を複数作成した後、金属薄板１を積層し、Ｐ２（自重＋重り）を加重しながら加熱Ｈ３することで、残留応力（ひずみ）を除去するものである。金属薄板１は小さいものであるので、加熱装置が小さくなる利点がある。
【００６１】
図５（Ｄ）に示す熱処理方法Ｈ４は、金属薄板１を積層し溶接した後で、加熱Ｈ４することで、金属薄板１の残留応力を除去するものである。この方法によると、金属薄板１は溶接されているのでハンドリング性が高い。また、溶接によって蓄積される残留応力も合わせて取り除くことができる。
【００６２】
（第１の製造方法例）
図６に本発明にかかる軸シールの製造工程を示す。
図６に示す製造工程にて製造されるリーフシールＡは低温流体をシールする軸シールでありそれには限定されないが、ここでは、ステンレス鋼で形成される。まず、冷間圧延で所定厚さに形成された金属はその内部に残留応力（ひずみ）が蓄積されており、それを除去するためにロール状に巻き取られた金属材料を少しずつ送りながら熱処理（７４０℃で３０分加熱した後冷却する）（図５（Ａ）参照）を行う（ステップＳ１１）。
【００６３】
その後、ロール状圧延金属材料Ｍ１を所定の大きさに切断する（ステップＳ１２）。切断された金属板に対し上述のとおり輪郭部１０には両面から、先端部１２には片側からエッチングを施し金属薄板１を作製する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において作製した金属薄板１を複数、同じ方向に、且つ、リング状に積層して上端部１１の左右両側１１１、１１１を溶接することで金属薄板１どうしを互いに固定する（ステップＳ１４）。複数の金属薄板１を積層した状態で固定した後、上側端部をハウジング２、側板２１及び接続部材２２で固定して（ステップＳ１５）リーフシールの作製を行う
【００６４】
この方法にてリーフシールを製造する場合、熱処理を金属材料のロールを送りながら行うので、連続的に処理することができ、工程を短縮することができる。また、工程を短縮することでそれだけ、低コスト化を図ることが可能である。
【００６５】
（第２の製造方法例）
図７に本発明にかかる軸シールの製造工程の他の例を示す。
ロール状の圧延金属材料Ｍ１を加工に適した所定の大きさの金属板になるように切断する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１にて所定の大きさに切断された金属材料板Ｍ２を複数枚重ねて配置する。このとき、各金属材料板Ｍ２の間には焼付き防止剤が塗布される（ステップＳ２２）。その後、ステップＳ２２にて重ねた金属材料板Ｍ２に加重しつつ加熱（６８０℃で４時間）して金属材料板Ｍ２の残留応力（ひずみ）を取り除く（図５（Ｂ）参照）（ステップＳ２３）。
【００６６】
その後、金属材料板Ｍ２に対し上述のとおり金属薄板１の輪郭部１０にあたる部分には両面から、先端部１２にあたる部分は片側からエッチングを施し金属薄板１を作製する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４において作製した金属薄板１を複数、同じ方向に、且つ、リング状に積層して上端部１１の左右両側１１１を溶接することで金属薄板１どうしを互いに固定する（ステップＳ２５）。複数の金属薄板１を積層した状態で固定した後、上側端部をハウジング２、側板２１及び接続部材２２で固定して（ステップＳ２６）リーフシールの作製を行う。
【００６７】
この方法で製造する場合、一般的な既存電気炉を使用することができ低コストである。また、積層した薄板が熱処理中および熱処理後の冷却中でも比較的均一な温度分布となるため、熱処理後の薄板の変形、特に冷却ムラによる端部の変形が少なく、平坦度が良い良質な素材が得られる。
この方法はバッチ処理であるので比較的少数処理の場合に有効な方法である。
【００６８】
（第３の製造方法例）
図８に本発明にかかる軸シールの製造工程の他の例を示す。
ロール状の延金属材料Ｍ１を加工に適した所定の大きさの金属材料板Ｍ２になるように切断する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１にて切断された金属材料板に対し上述のとおり金属薄板１の輪郭部１０になる部分には両面から、先端部１２になる部分には片側からエッチングを施し金属薄板１を作製する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２におい形成された金属薄板１を所定の向きに積層する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３にて重ねた金属薄板１に加重しつつ加熱（６８０℃で４時間）して金属板の残留応力（ひずみ）を取り除く（図５（Ｃ）参照）（ステップＳ３４）。
【００６９】
その後、金属薄板をリング状に積層し上側端部１１の左右両側１１１、１１１を溶接する（ステップＳ３５）。複数の金属薄板１を積層した状態で固定した後、上側端部をハウジング２、側板２１及び接続部材２２で固定して（ステップＳ３６）リーフシールＡの作製を行う。
【００７０】
（第４の製造方法例）
図９に本発明にかかる軸シールの製造工程の他の例を示す。
ロール状圧延金属材料Ｍ１を加工に適した所定の大きさの金属材料板Ｍ２になるように切断する（ステップＳ４１）。ステップＳ４１にて切断された金属材料板Ｍ２に対し上述のとおり金属薄板１の輪郭部１０になる部分には両面から、先端部１２になる部分には片側からエッチングを施し金属薄板１を作製する（ステップＳ４２）。
【００７１】
複数の金属薄板１を向きをそろえて積層し、上側端部１１の左右両端部１１１，１１１を溶接することで互いに固定する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３にて固定された後、金属薄板１の積層体を加熱（６８０℃で４時間）して金属薄板１の内部に蓄積されている残留応力（ひずみ）を取り除く（図５（Ｄ）参照）（ステップＳ４４）。その後、上側端部をハウジング２、側板２１及び接続部材２２で固定して（ステップＳ４５）リーフシールの作製を行う。
【００７２】
以上が比較的温度が低い流体（〜４００℃程度）を扱う場所で用いられる軸シールの製造方法の例である。上記４つの方法は、リーフシールの製造方法の一例であり、これらに限定されるものではない。熱処理の温度及び時間に関しても上記のものに限定されるものではなく、金属板に蓄積されている残留応力を、解放できるものを広く採用することが可能である。
【００７３】
（第５の製造方法例）
次に図１０に本発明にかかる軸シールの製造工程を示す。
図１０に示す製造工程にて製造される軸シールＡは比較的温度の高い（例えば、４００℃以上）流体をシールする軸シールでありそれには限定されないが、ここでは、インコネル材で形成されるものとする。
冷間圧延で所定厚さに形成された金属は、その内部に残留応力（ひずみ）が蓄積されており、それを除去するためにロール状の圧延金属材料Ｍ１を少しずつ送りながら溶体化処理を行う（図５（Ａ）参照）（ステップＳ５１）。溶体化処理とは、金属を所定の温度・時間保持し、その後、急冷することにより合金元素や析出物をマトリックス内に固溶させる処理である。このときの温度及び時間の条件はそれには限定されないが、ここでは９８２℃で３０分である。その後、ロール状冷間圧延金属材料Ｍ１を加工しやすい所定の大きさに切断する（ステップＳ５２）。
【００７４】
次に、金属材料表面に酸化スケールが発生しているか確認する（ステップＳ５３）。酸化スケールが発生している場合（ステップＳ５３でＹＥＳの場合）、酸又はアルカリの液体につけて酸化スケールを取り除く（ステップＳ５４）。
【００７５】
酸化スケールが確認されなかった場合（ステップＳ５３でＮＯの場合）又は、ステップＳ５４で酸化スケールが取り除かれた後は、  上述のとおり金属薄板１の輪郭部になる部分には両面から、先端部１２になる部分には片側からエッチングを施し金属薄板１を作製する（ステップＳ５５）。ステップＳ５５において作製した金属薄板１を複数、同じ方向に、且つ、リング状に積層して上端部１１の左右両側１１１、１１１を溶接することで金属薄板１どうしを互いに固定する（ステップＳ５６）。複数の金属薄板１を積層した状態で溶接にて固定した後、上側端部をハウジング２、側板２１及び接続部材２２で固定して（ステップＳ５７）リーフシールの作製を行う。
【００７６】
また、図１１に示すように溶体化処理（ステップＳ５１）の後に、時効処理（ステップＳ５１１）として７３２℃で８時間保った後、６２１℃に温度を降下させて１０時間保った後に、冷却する処理を含んでいてもよい。溶体化処理において残留応力（ひずみ）は除く又は略除くことができるが時効効処理を行うことで残留応力（ひずみ）を除きつつ高温での強度も確保することができる。
【００７７】
また、酸化スケール除去のために酸又はアルカリの液体にて洗浄し、取り除くものを例示しているがそれに限定されるものではなく、例えば研磨機にて機械的に研削するものを用いてもよい。また、これらの手段に限定されるものではなく、エッチングを施す表面部に酸化スケールが残らないように除去できるものを広く採用することが可能である。
【００７８】
（第６の製造方法例）
図１２に本発明にかかる軸シールの製造工程の他の例を示す。
ロール状圧延金属材料を加工に適した所定の大きさの金属材料板になるように切断する（ステップＳ６１）。ステップＳ６１にて所定の大きさに切断された金属材料板を複数枚重ねて配置する。このとき、各金属板の間には焼付き防止剤が塗布されている（ステップＳ６２）。その後、ステップＳ６２にて重ねた金属板を加熱（９８２℃で３０分）することで溶体化処理を施し金属板の残留応力（ひずみ）を取り除く（図５（Ｂ）参照）（ステップＳ６３）。
【００７９】
その後、金属材料表面に酸化スケールが発生しているか確認する（ステップＳ６４）。酸化スケールが発生している場合（ステップＳ６４でＹＥＳの場合）、酸又はアルカリの液体につけて酸化スケールを取り除く（ステップＳ６５）。
【００８０】
酸化スケールが確認されなかった場合（ステップＳ６４でＮＯの場合）又は、ステップＳ６５で酸化スケールが取り除かれた後は、切断された金属材料板に対し上述のとおり金属薄板１の輪郭部１０になる部分には両面から、先端部１２になる部分には片側からエッチングを施し金属薄板１を作製する（ステップＳ６６）。ステップＳ６６において作製した金属薄板１を複数、同じ方向に、且つ、リング状に積層して上端部１１の左右両側１１１、１１１を溶接することで金属薄板１どうしを互いに固定する（ステップＳ６７）。複数の金属薄板１を積層した状態で固定した後、上側端部をハウジング２、側板２１及び接続部材２２で固定して（ステップＳ６８）リーフシールの作製を行う
【００８１】
図１３に示すように、溶体化処理（ステップＳ６３）の後に、時効処理（ステップＳ６３１）として７３２℃で８時間保った後、６２１℃に温度を降下させて１０時間保った後に、冷却する処理を含んでいてもよい。溶体化処理において残留応力（ひずみ）は除く又は略除くことができるが時効効処理を行うことで残留応力（ひずみ）を除きつつ高温での強度も確保することができる。
【００８２】
また、酸化スケール除去のために酸又はアルカリの液体にて洗浄し、取り除くものを例示しているがそれに限定されるものではなく、例えば研磨機にて機械的に研削するものを用いてもよい。また、これらの手段に限定されるものではなく、エッチングを施す表面部に酸化スケールが残らないように除去できるものを広く採用することが可能である。
【００８３】
（第７の製造方法例）
図１４に本発明にかかる軸シールの製造工程の他の例を示す。
ロール状圧延金属材料Ｍ１を加工に適した所定の大きさの金属材料板Ｍ２になるように切断する（ステップＳ７１）。切断された金属板に対し上述のとおり金属薄板１の輪郭部１０になる部分には両面から、先端部１２になる部分には片側からエッチングを施し金属薄板１を作製する（ステップＳ７２）。ステップＳ７２にて作製された金属薄板１を複数枚重ねて配置する。このとき、各金属板の間には焼付き防止剤が塗布される（ステップＳ７３）。その後、ステップＳ７３にて重ねた金属薄板１を加熱（９８２℃で３０分）することで溶体化処理を施し金属板の残留応力（ひずみ）を取り除く（図５（Ｃ）参照）（ステップＳ７４）。
【００８４】
その後、ステップＳ７２にて作製し、ステップＳ７４にて残留応力（ひずみ）を除去した金属薄板１を複数、同じ方向に、且つ、リング状に積層して上端部１１の左右両側１１１、１１１を溶接することで金属薄板１どうしを互いに固定する（ステップＳ７５）。複数の金属薄板１を積層した状態で固定した後、上側端部をハウジング２、側板２１及び接続部材２２で固定して（ステップＳ７６）リーフシールの作製を行う
【００８５】
図１５に示すように溶体化処理（ステップＳ７４）の後に、時効処理（ステップＳ７４１）として７３２℃で８時間保った後、６２１℃に温度を降下させて１０時間保った後に、冷却する処理を含んでいてもよい。溶体化処理において残留応力は除く又は略除くことができるが時効効処理を行うことで残留応力を除きつつ高温での強度も確保することができる。
【００８６】
また、酸化スケール除去のために酸又はアルカリの液体にて洗浄し、取り除くものを例示しているがそれに限定されるものではなく、例えば研磨機にて機械的に研削するものを用いてもよい。また、これらの手段に限定されるものではなく、エッチングを施す表面部に酸化スケールが残らないように除去できるものを広く採用することが可能である。
【００８７】
（第８の製造方法例）
図１６に本発明にかかる軸シールの製造工程の他の例を示す。
ロール状圧延金属材料Ｍ１を加工に適した所定の大きさの金属板になるように切断する（ステップ８１）。切断された金属板に対し上述のとおり金属薄板１の輪郭部１０になる部分には両面から、先端部１２になる部分には片側からエッチングを施し金属薄板１を作製する（ステップＳ８２）。ステップＳ８２において作製した金属薄板１を複数、同じ方向に、且つ、リング状に積層して上端部１１の左右両側１１１、１１１を溶接することで金属薄板１どうしを互いに固定する（ステップＳ８３）。ステップＳ８３にて溶接、固定した金属薄板１を加熱（９８２℃で３０分）することで溶体化処理を施し金属板の残留応力を取り除く（図５（Ｄ）参照）（ステップＳ８４）。
【００８８】
その後、ステップＳ８３にてリング状に溶接、固定され、ステップＳ８４にて残留応力を除去された金属薄板１は上側端部１１をハウジング２、側板２１及び接続部材２２で固定して（ステップＳ８５）リーフシールを作製する。
【００８９】
図１７に示すように、溶体化処理（ステップ８４）の後に、時効処理（ステップＳ８４１）として７３２℃で８時間保った後、６２１℃に温度を降下させて１０時間保った後に、冷却する処理を含んでいてもよい。溶体化処理において残留応力（ひずみ）は除く又は略除くことができるが時効効処理を行うことで残留応力（ひずみ）を除きつつ高温での強度も確保することができる。また、溶接後に熱処理を行うので溶接による残留応力も合わせて取り除くことができる。
【００９０】
また、酸化スケール除去のために酸又はアルカリの液体につけて取り除くものを例示しているがそれに限定されるものではなく、エッチングを施す表面部に酸化スケールが残らないように除去できるものを広く採用することが可能である。
【００９１】
上述の各実施例においては、金属材料板を形成するのに冷間圧延法にて圧延しているものを例示しているが、それに限定されるものではなく、金属材料板を薄く延ばすことができる方法を広く採用することができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によると、複数の金属薄板をリング状に積層してシールする軸シールの製造方法であって、従来の金属薄板を用いた軸シールに比べて漏れ量の少ない軸シールを作製するための軸シールの製造方法を提供することができる。
【００９３】
また本発明によると、容易に組み立てることができ、漏れ量の少ない、換言すれば、シール特性の安定化を図ることができる軸シールを提供することができる。
【００９４】
さらに本発明によると、軸シールのシール特性が安定しており、それだけ、安定した性能を発揮できると共に、長期間にわたり軸シールを交換しなくても機械効率を大幅に落とすことのない軸シールを用いる回転機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図（Ａ）は本発明に係る軸シール部材である金属薄板の正面図であり、図（Ｂ）は図（Ａ）に示す金属薄板の側面図である。
【図２】図（Ａ）は本発明に係る軸シールの側面図であり、図（Ｂ）は図（Ａ）に示す軸シールの概略断面図であり、図（Ｃ）は図（Ａ）の側面図においてハウジング及び側板をはずした状態を示す図であり、図（Ｄ）は軸が回転しているときの軸シールの動作を示すものである。
【図３】本発明に係る回転機械の１例であるガスタービンの概略配置図である。
【図４】図（Ａ）から図（Ｆ）は本発明に係る各工程を表す概略図である。
【図５】図（Ａ）から図（Ｆ）は本発明に係る熱処理工程を表す概略図である。
【図６】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図７】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図８】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図９】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１１】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１２】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１４】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１５】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１６】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１７】本発明に係る軸シールの製造方法の一例を表すフローチャートである。
【図１８】従来のリーフシールの概略斜視図である。
【図１９】従来のリーフシールに用いる金属薄板の平面図及び側面図である。
【図２０】図（Ａ）は冷間圧延された金属部材の応力状態を示す図であり、図（Ｂ）は図（Ａ）の金属部材の一部を切り欠いたときの変形例である。
【符号の説明】
Ａ  軸シール（リーフシール）
１  金属薄板
２  ハウジング
３  圧縮機
３０  ケーシング
３１  動翼
３２  静翼
３３  軸受け
４  燃焼器
５  タービン
５０  ケーシング
５１  動翼
５２  静翼
５３  軸受け
６  回転軸
９１  回転軸
９２  ハウジング
９３  低圧側側板
９４  高圧側側板
９５  金属薄板
【図１】
2005009618.tif 000003
【図２】
2005009618.tif 000004
【図３】
2005009618.tif 000005
【図４】
2005009618.tif 000006
【図５】
2005009618.tif 000007
【図６】
2005009618.tif 000008
【図７】
2005009618.tif 000009
【図８】
2005009618.tif 000010
【図９】
2005009618.tif 000011
【図１０】
2005009618.tif 000012
【図１１】
2005009618.tif 000013
【図１２】
2005009618.tif 000014
【図１３】
2005009618.tif 000015
【図１４】
2005009618.tif 000016
【図１５】
2005009618.tif 000017
【図１６】
2005009618.tif 000018
【図１７】
2005009618.tif 000019
【図１８】
2005009618.tif 000020
【図１９】
2005009618.tif 000021
【図２０】
2005009618.tif 000022