(57)【要約】本発明はハニカム型シール材１０に関するものである。ハニカム型シール材１０は、金属粉末射出成形法によって製作されたものである。ハニカム型シール材１０は、複数のセグメントが組合されて構成されたものとすることが好ましい。複数のセグメントの各々は、一体形成部品として製作され、１つのベースエレメント１２と、このベースエレメント１２に一体形成された複数のハニカムエレメント１３とを備えている。
2006511771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にガスタービンのロータとステータとの間の径方向の間隙などを封止するためのハニカム型シール材において、金属粉末射出成形法によって製作されたものであることを特徴とするハニカム型シール材。
【請求項２】
前記ハニカム型シール材は、複数のセグメントが組合されて構成されており、それら複数のセグメントの各々は、１つのベースエレメント（１２、１６、２１）と、複数のハニカムエレメント（１３、１７、２２）とを備え、該ベースエレメント（１２、１６、２１）に該複数のハニカムエレメント（１３、１７、２２）を担持させた一体形成部品として製作されていることを特徴とする請求項１記載のハニカム型シール材。
【請求項３】
前記複数のセグメントの各々は、金属粉末射出成形法によって製作されたものであることを特徴とする請求項２記載のハニカム型シール材。
【請求項４】
前記ハニカム型シール材（１０、１５、２０）の前記複数のセグメントの各々は、支持構造体（１１、１９、２３）に連結可能としてあり、前記複数のセグメントと前記支持構造体（１１、１９、２３）とは、好ましくは互いに異なった材料から成ることを特徴とする請求項２又は３記載のハニカム型シール材。
【請求項５】
前記複数のセグメントの各々の前記ベースエレメント（１２、１６、２１）は、少なくとも１つの案内部（１４、１８、２４）を備えており、前記複数のセグメントの各々は、該案内部（１４、１８、２４）を介して前記支持構造体（１１、１９、２３）に連結可能としてあり、前記複数のセグメントは、１つのセグメントの凸部が、そのセグメントに隣接するセグメントの対応する凹部に係合することによって、相互に噛合可能としてあることを特徴とする請求項４記載のハニカム型シール材。
【請求項６】
特にガスタービンのロータとステータとの間の径方向の間隙などを封止するためのハニカム型シール材において、ベースエレメント（１２、１６、２１）と、該ベースエレメント（１２、１６、２１）に一体形成された複数のハニカムエレメント（１３、１７、２２）とを備えていることを特徴とするハニカム型シール材。
【請求項７】
前記ハニカム型シール材は、複数のセグメントが組合されて構成されており、それら複数のセグメントの各々は、１つのベースエレメント（１２、１６、２１）と、該ベースエレメント（１２、１６、２１）に一体形成された複数のハニカムエレメント（１３、１７、２２）とを備えていることを特徴とする請求項６記載のハニカム型シール材。
【請求項８】
前記複数のセグメントの各々の前記ベースエレメント（１２、１６、２１）は、少なくとも１つの案内部（１４、１８、２４）を備えており、前記複数のセグメントの各々は、該案内部（１４、１８、２４）を介して支持構造体（１１、１９、２３）に連結可能としてあることを特徴とする請求項７記載のハニカム型シール材。
【請求項９】
前記複数のセグメントの各々は、その両側端に凸部（２６）及び／または凹部（２５）が形成されており、１つのセグメントの凸部（２６）が、そのセグメントに隣接するセグメントの対応する凹部（２５）に係合するようにしてあることを特徴とする請求項７又は８記載のハニカム型シール材。
【請求項１０】
前記複数のセグメントと前記支持構造体とは、互いに異なった材料から成ることを特徴とする請求項９記載のハニカム型シール材。
【請求項１１】
前記ハニカム型シール材（１０、１５、２０）の前記複数のセグメントの各々は、金属粉末射出成形法によって製作されたものであることを特徴とする請求項６乃至１０の何れか１項記載のハニカム型シール材。
【請求項１２】
前記ハニカム型シール材（１０、１５、２０）と前記支持構造体（１１、１９、２３）とが一体形成部品として製作されていることを特徴とする請求項４、５、８、９、１０、又は１１記載のハニカム型シール材。
【請求項１３】
封止すべき間隙が、回転翼であるロータの動翼と静止部材であるハウジングとの間の間隙、または、非回転翼であるステータの案内翼とロータとの間の間隙であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項記載のハニカム型シール材。
【請求項１４】
前記ハニカムエレメント（１３、１７、２２）と前記ベースエレメント（１２、１６、２１）とが、互いに異なった材料から成ることを特徴とする請求項２乃至５及び７乃至１３の何れか１項記載のハニカム型シール材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類のハニカム型シール材に関する。更に、本発明は、請求項６の前提部分に記載した種類のハニカム型シール材に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に係るハニカム型シール材は、例えばガスタービンのステータとロータとの間などの、静止部材と運動部材との間を封止するための、封止部材として用いられるものである。
【０００３】
ガスタービンは、例えば航空機用エンジンなどとして用いられており、一般的に、静止翼である多数の案内翼（ステータ翼）と、回転翼である多数の動翼（ロータ翼）とを備えている。そして、それら案内翼及び動翼は、静止部材であるハウジングに収容されている。回転する動翼は、静止しているハウジングに対して相対的に回転するものであり、そのため、動翼の翼端とハウジングとの間には、径方向の間隙が確保されている。また、案内翼の径方向内端と、動翼を担持しているロータとの間にも、同様の径方向の間隙が確保されている。ただし、ガスタービンの動作効率を良好なものとするためには、これら径方向の間隙をできる限り小さくする必要がある。即ち、このような径方向の間隙は、動翼をハウジングに対して相対的に回転させる上で必要不可欠のものであるものの、動作効率の点からは、このような径方向の間隙が存在することは好ましいことではない。
【０００４】
そのため、ガスタービンにハニカム型シール材を装備するということが行われており、ハニカム型シール材は、動翼が静止しているハウジングに対して相対的に回転する際に、該動翼の翼端が損傷することなく円滑に回転できるようにしつつ、しかも、回転する動翼と静止しているハウジングとの間に存在する径方向の間隙を封止できるようにするものである。更に、ハニカム型シール材は、案内翼とロータとの間に存在する間隙を封止するためにも用いられている。動翼が回転するときには、その翼端が直接、ハニカム型シール材の表面をかすめるようにして運動するか、或いは、その動翼に取付けられたブレードカバーバンドの表面のいわゆる封止用フィンが、ハニカム型シール材の表面をかすめるようにして運動することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のハニカム型シール材は、ベース部材と、複数のハニカムエレメントとから構成されており、先ず、それらベース部材とハニカムエレメントとを、夫々に個別の部材として製作し、続いて、真空中で高温半田付けを行って、それらを接合するようにしていた。次いで、ハニカムエレメントに研削加工を施して正確な寸法に仕上げた後に、バリ取り加工を施していた。また、殆どの場合、複数のハニカムエレメントの形状及び寸法は、互いに同一であって、そのため、ハニカム型シール材の設計自由度が低かった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、設計自由度が高く、簡明な製作方法によって製作することのできる、新規なハニカム型シール材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本明細書の冒頭に記載した種類のハニカム型シール材であって、請求項１及び６の特徴部分に記載した特徴を備えたハニカム型シール材によって達成される。
【０００８】
本発明によれば、ハニカム型シール材は、金属粉末射出成形法によって製作されたものである。金属粉末射出成形法は、メタルインジェクションモールディング法（ＭＩＭ法）と呼ばれることもある製作技法である。ハニカム型シール材を金属粉末射出成形法によって製作するということは、本発明にして初めて提案されるものである。これによって、ハニカム型シール材の設計自由度が向上すると共に、製作コストが低減される。更に、研削加工及びバリ取り加工の工程を不要化することができる。また、本発明にかかるハニカム型シール材によれば、軽量化も達成される。
【０００９】
本発明の更なる局面によれば、ハニカム型シール材は、ベースエレメントと、該ベースエレメントに一体形成された複数のハニカムエレメントとを備えたものである。かかるハニカム型シール材は、各々が複数のハニカムエレメントを備えた複数のセグメントが組合されて構成されたものとすることが好ましく、また特に、それら複数のセグメントの各々が、１つのベースエレメントと、該ベースエレメントに一体形成された複数のハニカムエレメントとを備えたものとすることが好ましい。これによって、ハニカム型シール材の各部分ごとに、特性を（例えば形状特性や材料特性などを）異ならせることが可能となり、ひいては、ハニカム型シール材を、各部分ごと、または各セグメントごとに、異なった特性を備えたものとすることができる。
【００１０】
ハニカムエレメントとベースエレメントとが、互いに異なった材料から成るようにするのもよく、その場合には、例えばハニカムエレメントは磨耗容易な特性を有するものとし、ベースエレメントは耐熱性を有するものとするのもよい。
【００１１】
本発明のその他の特徴的構成としては、従属請求項に記載した数々の構成があり、それらについては、以下の説明において詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しつつ、本発明の幾つかの実施の形態について詳細に説明して行くが、ただし本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１〜図３に、本発明の様々な実施の形態に係るハニカム型シール材を示した。これらの図に示したハニカム型シール材は、ガスタービンにおける、回転翼である動翼（ロータ翼）と、静止部材であるハウジングとの間の間隙を封止するために好適に用い得るものである。或いはまた、これらハニカム型シール材は、ガスタービンにおける、案内翼（ステータ翼）とロータとの間の間隙を封止するためにも用い得るものである。従って、これらハニカム型シール材は、例えば航空機用エンジンなどとして使用されるガスタービンに適用される場合には、特に、回転する動翼の翼端と静止しているハウジングとの間の径方向の間隙や、回転する動翼に設けられたブレードカバーバンドの表面の封止用フィンとハウジングとの間の径方向の間隙などを封止するために用いられるものである。ガスタービンの動作効率を良好なものとするためには、動翼の翼端とハウジングとの間の間隙や、動翼のブレードカバーバンドの封止用フィンとハウジングとの間の間隙を、できる限り小さくしなければならない。ただし、回転する動翼の翼端を損傷させることがないように、かかるハニカム型シール材は、その径方向の間隙を封止するだけでなく、更に、翼端または封止用フィンを防護して損傷を防止し得るものでなければならない。
【００１４】
図１に示したのは、本発明の第１の実施の形態に係るハニカム型シール材１０である。同図において、ハニカム型シール材１０は、支持構造体１１に嵌合により取付けられている。ハニカム型シール材１０は、ベースエレメント１２を備えており、このベースエレメント１２は、複数のハニカムエレメント１３を担持している。また、ベースエレメント１２と、複数のハニカムエレメント１３とは、一体形成部品として製作されている。本発明によれば、ハニカム型シール材１０は、金属粉末射出成形法（又は「粉末冶金射出成形法」ともいう）によって製作されている。金属粉末射出成形法は、メタルインジェクションモールディング法と呼ばれることもある製作技法である。この製作技法は、数々の技術文献に詳述されている公知技法である。
【００１５】
金属粉末射出成形法に関して特筆すべきことは、この製作技法を用いて製作する製品は設計自由度が高いという特質を有していることである。金属粉末射出成形法においては、先ず、金属粉末にバインダーを混練して、均質な混合体を調製する。この混合体における金属粉末の体積成分量は、５０％以上とすることが好ましい。次に、バインダーと金属粉末とから成るこの均質な混合体を用いて、射出成形を実施する。これによって、成形体が得られる。本発明において、この成形体が、ハニカム型シール材に相当する。従って、この成形体は、それが形成された時点で既に、製作しようとするハニカム型シール材の全ての典型的な特性を完備したものとなっている。ただし、この時点では、成形体の体積は、バインダーが配合されている分だけ大きなものとなっている。次に、その成形体に対して、脱脂処理（バインダー除去処理）を施す。この脱脂処理は、使用しているバインダーの種類に応じた方法を用いて行われ、例えば、加熱分解法、蒸発法、或いは溶剤抽出法などが用いられる。次に、バインダーが除去された結果、多孔質となった成形体に対して、様々な保護ガス雰囲気中または真空中において焼結処理を施して、その成形体を圧縮すると、それによって最終的な寸法を有する部品が得られる。こうして製品が完成する。
【００１６】
従って、本発明によれば、ベースエレメント１２と、このベースエレメント１２に一体形成された複数のハニカムエレメント１３とを備えたハニカム型シール材１０が、金属粉末射出成形法により製作される。
【００１７】
図１のハニカム型シール材１０のベースエレメント１２は、その両側縁に一対の案内部１４を備えており、それら案内部１４を支持構造体１１に嵌合させることにより、ハニカム型シール材１０を支持構造体１１にスライド可能に連結してある。また、これを可能にするために、一対の案内部１４の形状を、ハニカム型シール材１０を嵌合させる支持構造体１１の形状に適合するよう形成してある。
【００１８】
図２に示したのは、本発明の第２の実施の形態に係るハニカム型シール材１５である。この図２に示したハニカム型シール材１５も、ベースエレメント１６と、このベースエレメント１６に一体形成された複数のハニカムエレメント１７とを備えている。また、この実施の形態でも、ベースエレメント１６に案内部１８が形成されており、この案内部１８を支持構造体１９に嵌合させることによって、ハニカム型シール材１５を支持構造体１９にスライド可能に連結してある。更に、この図２に示した実施の形態に係るハニカム型シール材１５も、金属粉末射出成形法を用いて製作されたものである。
【００１９】
尚、ここで付言しておくと、図１及び図２の実施の形態に係るハニカム型シール材１０及び１５は、複数のセグメントが組合されて構成されたものとすることが好ましい。そして、図１及び図２の実施の形態をそのように構成されたものとする場合には、それら全てのセグメントを、それらセグメントに対応した形状の支持構造体に嵌合させることによって、その支持構造体にスライド可能に連結するようにしておくとよい。更に、それら全てのセグメントの各々が、１つのベースエレメント１２、１６と、そのベースエレメントに一体形成された複数のハニカムエレメント１３、１７を備えているようにする。また、図３に示したように、それら複数のセグメントが、周方向の封止用のスロット３０を備えると共に、セグメントの反対側の側端部に形成された舌状部（不図示）を備えたものとするのがよい。かかる舌状部は、隣接するセグメントのスロット３０に係合するものである。また、それらスロット３０及び舌状部は、金属粉末射出成形法によってハニカム型シール材を製作する際に、そのハニカム型シール材の一体形成部分として形成されるものである。
【００２０】
図３に示したのは、本発明のまた更に別の実施の形態に係るハニカム型シール材２０である。同図に示したハニカム型シール材２０も、ベースエレメント２１と、このベースエレメント２１に一体形成された複数のハニカムエレメント２２とを備えている。図３から明らかなように、複数のハニカムエレメント２２は、互いに形状の異なったものを数種類、組合せて用いることができ、特に、軸方向に区分した各領域ごとに形状の異なったハニカムエレメントを用いることが考えられる。
【００２１】
ベースエレメント２１の両側縁は、ハニカム型シール材２０を支持構造体２３に嵌合するための案内部として機能するようにしてある。また、そうするために、図３に示した実施の形態では、ベースエレメント２１の両側縁を、楔形の案内部２４として形成してあり、それら案内部２４を、支持構造体２３の対応する凹溝に嵌合させ、スライドさせることができるようにしてある。
【００２２】
図３に示した実施の形態に係るハニカム型シール材２０もまた、複数のセグメントが組合されて構成されたものとすることが好ましい。図から明らかなように、図３に示したハニカム型シール材２０のセグメントは、その一端に凹部２５を備え、他端に凸部２６を備えている。また、図３に示したセグメントでは、支持構造体２３に複数のセグメントを取付けたときに、セグメントどうしが互いに噛合することによって、軸心方向の相対的なずれが防止されるようにしてある。このずれの防止は、ハニカム型シール材２０の１つのセグメントの凸部２６が、そのセグメントに隣接するセグメントの対応する凹部２５に係合することによって達成されるものである。更に、この図３に示した実施の形態に係るハニカム型シール材のセグメントも、金属粉末射出成形法によって製作されたものである。
【００２３】
図１〜図３に示した本発明の夫々の実施の形態に係るハニカム型シール材１０、１５、２０は、高い設計自由度を有するものである。即ち、ハニカム型シール材を、金属粉末射出成形法によって製作するため、互いに形状の異なる数種類のハニカムエレメントを併用したハニカム型シール材を、容易に製作することができる。また、本発明に係るハニカム型シール材は、金属粉末射出成形法によって製作されるため、その製作コストが低減されている。また、従来のハニカム型シール材を製作する際には必要とされていた、研削加工及びバリ取り加工の工程も不要とすることができる。更に、軽量であるということも、本発明に係るハニカム型シール材の長所の１つである。このことは、航空機用エンジンに適用する場合に、特に大きな利点となる。以上により、本発明に係るハニカム型シール材は、より好適な方法で製作することのできるものとなっている。更には、高い生産性と、大きな付加価値とをもたらし得るものである。
【００２４】
以上に加えて、ハニカム型シール材１０、１５、２０の製作材料と、支持構造体１１、１９、２３の製作材料とを、互いに異なった材料とするのもよい。またその際には、支持構造体の材料は、例えばセラミックス材料などとするのもよい。支持構造体１１、１９、２３は、航空機用エンジンに関していえば、そのエンジンのハウジング内に装備される部品である。そのような場合に、ハニカム型シール材１０、１５、２０またはそのセグメントは、そのエンジンのハウジング内に取付けられた支持構造体１１、１９、２３に嵌合させて取付けることが、極めて容易である。
【００２５】
また更に、ハニカム型シール材１０、１５、２０と支持構造体１１、１９、２３とを、ＭＩＭ法（金属粉末射出成形法）によって一体形成部品として製作するようにするのもよく、そうした場合には、その一体形成部品をハウジング内に直接取付けるようにすればよい。
【００２６】
また、ハニカム型シール材１０、１５、２０は、製作コストが低廉であり、製作が容易であることから、ディスポーザブル部品として利用することも可能である。
【００２７】
更に、ハニカム型シール材を製作するために用いるＭＩＭ法は、例えばハニカムエレメント１３、１７、２２や、スロット３０と協働する舌状部などをはじめとする、高い精度を要求される種々の構造部分を形成するための、非常に高い精度を提供し得る製作技法である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るハニカム型シール材を示した、側方から見た概略斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るハニカム型シール材を示した、側方から見た概略斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るハニカム型シール材を示した、側方から見た概略斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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