JP6254104B2

JP6254104B2 - ブラシシール装置

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Publication number: JP6254104B2
Application number: JP2014560800A
Authority: JP
Inventors: 井上　秀行; 秀行井上
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: WO2014123190A1; EP2878863B1; EP2878863A1; US9689497B2; CN104583651A; EP2878863A4; US20150354707A1; JPWO2014123190A1; CN104583651B

Description

本発明は、例えば、航空機、ガスタービン等の回転軸と、回転軸と相対移動するハウジング等の相手部品との間をシールするブラシシール装置であって、複数の剛毛が配列されたブラシ部を有するブラシシール装置に関する。

多数の剛毛により形成されるブラシ部を有するこの種のブラシシール装置は、回転軸が径方向に微小な移動をした場合でも、ブラシ部が回転軸の移動に伴って変形し、剛毛の先端の自由端部を回転軸の周面に追従させることができるので有効である。
しかし、回転軸が移動してブラシシールの剛毛を圧接した場合、これに作用する摩擦力は、剛毛の弾性変形に対するバネ定数はもとより、剛毛の取付構造等に起因する複雑な摩擦力等が影響し、これを最適な状態に設定するのは非常に困難である。
回転軸の変動に対する剛毛の追随性が適切でない場合には、剛毛と回転軸との間に隙間が生じて被密封流体が漏洩したり、剛毛の自由端部あるいは回転軸の周面を早期に摩耗させることとなる。

このような課題を解決するブラシシール装置として、すなわち、追従性を高め摩耗を低減したブラシシール装置として、ブラシシール本体をフローティングタイプにし、径方向に比較的大きく移動可能としたものが使用されつつある。あるいはまた、外周に板バネを設けて、ブラシシール摩耗時にロータとの間に隙間が生じても偏芯を防止できるようにしたものも知られている（例えば、日本国特許出願公開２０１１−１６９３１９号公報（特許文献１）参照）。

しかしながら、例えばブラシシール本体をフローティングタイプとした構成、あるいは、日本国特許出願公開２０１１−１６９３１９号公報（特許文献１）に示されているように外周に板バネを設置した構成においては、シール外周におけるシールが十分ではないため、その外周を経路とする漏れを二次シール面で防止する必要がある。しかし、この構成では、外周側及び二次シールの箇所が直接外周漏れに曝されるため、シール性能に対する負担が大きい。またこの二次シール面の漏洩を防止するためには、高性能な二次シールを設置する必要があり、その点においても負担が増加する。また、回転軸に対する追従性においても一層の改善が望まれている。

特開２０１１−１６９３１９号公報

本発明は、このような不利益を解決するために成されたものであって、その目的は、回転軸の振動や偏芯等の径方向の移動に対して過大な圧力となることのない適正な圧力をもって適切に追従することができ、その結果、回転軸との間に間隙が生じて被密封流体が漏洩することを防ぐことができるとともにブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、また、外周側からの被密封流体の漏洩を高性能な二次シールを要することなく適切に防止、抑制することができ、さらには、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することにある。

発明が解決しようとする手段

前記課題を解決するために、本願発明のブラシシール装置は、複数の剛毛が配列されたブラシ部を有し、ハウジングと回転軸との間を軸方向に封止するブラシシール装置であって、内周ブラシシールと外周ブラシシールと連結部とを有し、前記内周ブラシシールは、前記連結部から内周方向に複数の剛毛が配列された内周側ブラシ部と、前記内周側ブラシ部の内周側端部であり、前記回転軸の外周面と対向して当該外周面に接触又は近接した状態に配置される内周側自由端部とを有し、前記外周ブラシシールは、前記連結部から外周方向に複数の剛毛が配列された外周側ブラシ部と、前記外周側ブラシ部の外周側端部であり、前記ハウジングの内周面と対向して当該内周面に接触又は近接した状態に配置される外周側自由端部とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、回転軸の振動や偏芯等の径方向の移動に対して過大な圧力となることのない適正な圧力をもって適切に追従することができ、その結果、回転軸との間に間隙が生じて被密封流体が漏洩することを防ぐことができるとともにブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、また、外周側からの被密封流体の漏洩を高性能な二次シールを要することなく適切に防止、抑制することができ、さらには、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

好適には、前記内周ブラシシール又は前記外周ブラシシールの少なくともいずれか一方は、束状にされて円周に沿って壁状に配列された複数の線状部材について、当該線状部材の一方の端部を溶接することにより前記複数の線状部材を相互に結合してリング状に形成し、前記溶接箇所から他方の端部側に前記シール部及び前記自由端部を形成したブラシシールであることを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシール又は前記外周ブラシシールの少なくともいずれか一方は、前記連結部から延びて、周方向に対して傾斜した前記剛毛としての細梁有する板ブラシシール単板を、複数、軸方向に積層して一体的に形成したことを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシール及び前記外周ブラシシールは、束状にされて円周に沿って壁状に配列された複数の線状部材について、当該線状部材の各途中部分を溶接することにより前記複数の線状部材を相互に結合してリング状に形成し、前記溶接箇所の外周側を前記外周ブラシシール、内周側を前記内周ブラシシールとして形成したものであることを特徴とする。

また好適には、本願発明のブラシシール装置は、前記連結部から内周側に伸びて、当該板ブラシシール単板の周方向に対して傾斜した前記剛毛としての細梁を有する前記内周側ブラシ部と、前記内周側自由端部と、からなる前記内周ブラシシールと、前記連結部から外周側に伸びて、当該板ブラシシール単板の周方向に対して傾斜した前記剛毛としての細梁を有する前記外周側ブラシ部と、前記外周側自由端部と、からなる前記外周ブラシシールと、前記内周ブラシシールと前記外周ブラシシールの各連結部が一体的に形成される基部と、を有する板ブラシシール単板を積層して形成されることを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシールと前記外周ブラシシールとは、同一の剛毛の、内周側を内周側ブラシ部、外周側を外周側ブラシ部として形成されることを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシールと前記外周ブラシシールとは、異なる剛毛からなる前記内周側ブラシ部と、外周側ブラシ部とを有することを特徴とする。

また好適には、前記内周ブラシシールの前記内周側ブラシ部は、前記複数の剛毛が径方向に対して傾斜して配列されており、前記外周ブラシシールの前記外周側ブラシ部は、前記複数の剛毛が径方向に対して傾斜して配列されており、前記内周ブラシシールの前記剛毛の傾斜と前記外周ブラシシールの前記剛毛の傾斜とは、前記径方向に対して反対方向であることを特徴とする。

また好適には、前記ハウジングの前記内周面に設置され、前記外周ブラシシールの外周側自由端部が接触又は近接した状態に配置されるとともに、当該外周ブラシシールの外周側自由端部の軸方向の広がりを防止するブラシ受部をさらに有することを特徴とする。

また好適には、前記外周ブラシシールは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜した状態に形成されていることを特徴とする。

図１は、本発明の第１実施形態のブラシシール装置の構成を示す断面図である。図２Ａは、図１に示したブラシシール装置のブラシシールを構成する内周ブラシシールの平面図である。図２Ｂは、図１に示したブラシシール装置のブラシシールを構成する外周ブラシシールの平面図である。図３は、図１に示したブラシシール装置の内周ブラシシールの内周側自由端部の形態を示す斜視図である。図４は、図２Ａに示した内周ブラシシールと図２Ｂに示した外周ブラシシールとを嵌合して形成したブラシシールの平面図である。図５は、本発明の第２実施形態のブラシシール装置の構成を示す断面図である。図６は、図５に示したブラシシール装置のブラシシールの平面図である。図７Ａは、図５に示したブラシシール装置の形成方法及び構造を説明するための図であって、溶接前の束ねられた剛毛を示す図である。図７Ｂは、図５に示したブラシシール装置の形成方法及び構造を説明するための図であって、束ねられた剛毛の途中部分を溶接し背板部及び保持部を設置する工程を示す図である。図８は、本発明の第３実施形態のブラシシール装置の構成を示す断面図である。図９は、図８に示したブラシシール装置を構成する板ブラシシール単板を説明する平面図である。図１０Ａは、図８に示したブラシシール装置の外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせ方法を説明する為の図であって、第１の細梁のパターンを示す図である。図１０Ｂは、図８に示したブラシシール装置の外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせ方法を説明する為の図であって、第２の細梁のパターンを示す図である。図１０Ｃは、図８に示したブラシシール装置の外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせ方法を説明する為の図であって、図１０Ａに示した第１の細梁のパターンと図１０Ｂに示した第２の細梁のパターンを積層した状態を示す図である。図１１Ａは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第１の例を示す図であって、第１の細梁のパターンを示す図である。図１１Ｂは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第１の例を示す図であって、第２の細梁のパターンを示す図である。図１１Ｃは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第１の例を示す図であって、図１１Ａに示した第１の細梁のパターンと図１１Ｂに示した第２の細梁のパターンを積層した状態を示す図である。図１２Ａは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第２の例を示す図であって、第１の細梁のパターンを示す図である。図１２Ｂは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第２の例を示す図であって、第２の細梁のパターンを示す図である。図１２Ｃは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第２の例を示す図であって、図１２Ａに示した第１の細梁のパターンと図１２Ｂに示した第２の細梁のパターンを積層した状態を示す図である。図１３Ａは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第３の例を示す図であって、第１の細梁のパターンを示す図である。図１３Ｂは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第３の例を示す図であって、第２の細梁のパターンを示す図である。図１３Ｃは、本発明の第４実施形態のブラシシール装置としての外周ブラシシールにおける細梁の重ね合わせの第３の例を示す図であって、図１３Ａに示した第１の細梁のパターンと図１３Ｂに示した第２の細梁のパターンを積層した状態を示す図である。図１４は、本発明の第５実施形態のブラシシール装置の構成を示す断面図である。図１５は、図１４に示したブラシシール装置において、外周ブラシシール部に内周ブラシシール部を嵌合する状態を示す第１の図である。図１６は、図１４に示したブラシシール装置において、外周ブラシシール部に内周ブラシシール部を嵌合する状態を示す第２の図としての斜視図である。図１７は、本発明の第６実施形態のブラシシール装置の構成を示す図である。

第１実施形態
本発明の第１実施形態のブラシシール装置１００について図１〜図４を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態のブラシシール装置１００は、例えばガスタービン等に設置されて使用され、ハウジング８１０と回転軸８３０との間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切るブラシシール装置である。

ブラシシール装置１００は、ハウジング８１０の内周面８１１に設けられた段部８１２に取り付けられる。ブラシシール装置１００は、ブラシシール１１０の内周及び外周に各々自由端部として形成される内周側自由端部１２５及び外周側自由端部１４５を有する。内周側自由端部１２５は、回転軸８３０の外周面８３１と対向して外周面８３１に接触又は近接した状態に配置されており、外周側自由端部１４５は、ハウジング８１０の内周面８１１と対向して内周面８１１に接触又は近接した状態に配置されている。このような構成、配置により、ブラシシール装置１００は高圧Ｐ１側の被密封流体をシールする。

ブラシシール装置１００は、主な構成部として、ブラシシール１１０、背板部１８０、保持部１８５及びブラシ受部１９０を有し、ブラシシール１１０は、さらに内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０を有する。

内周ブラシシール１２０は、図１及び図２Ａに示すように、多数の線形の剛毛１２１を束状にし、束状にした剛毛１２１を円周に沿って壁状に配列し、外周側を溶接により結合してリング状に形成したものである。外周側のリング状の溶接部は取付部１２２として形成され、その内周側がブラシ部１２３として形成され、内周側の端部が回転軸８３０の外周面８３１と接触又は近接する自由端部１２５として形成される。

各剛毛１２１は、図２Ａに示すように、直線状を成して、回転軸８３０の回転方向へ傾斜するように回転軸８３０の径方向に対して所定の角度で傾斜した姿勢で配置される。ブラシシール装置１００が実際の装置に設置され使用される場合、このように配列された内周ブラシシール１２０の内周側自由端部１２５の内側に、回転軸８３０が嵌合される。回転軸８３０との嵌合面（嵌合部）を形成する内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の内周側自由端部１２５は、図３に示すように、極力隙間を生じないように整然とかつ密に配列され、また精密に仕上げ加工されている。

本実施形態において、剛毛１２１は、鋼、ニッケル基の合金、セラミック材等の材質で、断面が円形の線状部材であり、その直径は０．５〜０．００５ｍｍ、好ましくは０．２０〜０．０２ｍｍである。
ただし、剛毛１２１としては、本願明細書に記載の作用、動作あるいは効果等が発揮できることを前提に、任意の形状のものを用いてよい。例えば、断面が矩形の線状部材等、円形以外の任意の断面形状を有する部材を用いてよいし、上記の範囲以外の直径を有する部材を用いてもよい。また、断面形状や断面サイズ（直径）等が変化するような剛毛を用いてもよいし、多数の剛毛の中に、そのような形状、形態の異なる剛毛を混在させて使用してもよい。

外周ブラシシール１４０は、図１及び図２Ｂに示すように、多数の線形の剛毛１４１を束状にし、その束状にした剛毛１４１を円周に沿って壁状に配列し、内周側を溶接により結合してリング状に形成したものである。内周側のリング状の溶接部は取付部１４２として形成され、その外周側がブラシ部１４３として形成され、外周側の端部がハウジング８１０の内周面８１１と接触又は近接する自由端部１４５に形成される。剛毛１４１の配列密度や配列形態は、実質的に、前述した内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の配列密度や配列形態と同じである。

各剛毛１４１は、図２Ｂに示すように、直線状を成して、ハウジング８１０の内周面８１１の周方向に沿って傾斜するように、ハウジング８１０の内周の径方向に対して所定の角度で傾斜した姿勢で配置される。また、その剛毛１４１の傾斜は、回転軸８３０の径方向に対して、内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の周方向に沿った傾斜とは反対方向に傾斜した構成とされる。なお、このような構成とすることの作用、効果は後述する。

ハウジング８１０の内周面８１１と嵌合する外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の外周側自由端部１４５は、取付部１４２より外周側に配置されるため若干隙間は生じるものの、図３に示した内周ブラシシール１２０の剛毛１２１と同様に、なるべく隙間を生じないように整然とかつ密に配列され、また精密に仕上げ加工されたものである。このように配列された外周ブラシシール１４０の外周側自由端部１４５が、後述するブラシ受部１９０を介在させてハウジング８１０の内周面８１１に接触し摺動するように配置される。

本実施形態において、剛毛１４１は、前述した内周ブラシシール１２０の剛毛１２１と同じものである。すなわち、剛毛１４１は、鋼、ニッケル基の合金、セラミック材等の材質で、断面が円形の線状部材であり、その直径は０．５〜０．００５ｍｍ、好ましくは０．２０〜０．０２ｍｍである。また、剛毛１４１の形態の変形可能性についても、上述した剛毛１２１と同じである。

本実施形態においては、外周ブラシシール１４０のブラシ部１４３は、内周ブラシシール１２０のブラシ部１２３と実質的に同じブラシ部である。すなわち、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１は、内周ブラシシール１２０の剛毛１２１と同じ材料である。すなわち、各剛毛１２１及び１４１は、材質、形状（断面形状）、線径等が同じで、弾性特性等の特性も同じである。また、剛毛１４１の配列密度や配列形態も、実質的に内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の配列密度や配列形態と同じである。ただし、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１と内周ブラシシール１２０の剛毛１２１とは、傾斜角度、傾斜方向及び剛毛の長さという点については相違する。

ここで、本願発明及び本願明細書において「ブラシ部が同じ」と記載する場合は、第２実施形態として後述するような、剛毛の途中を溶接して内周側を内周ブラシシール１２０とし外周側を外周ブラシシール１４０とする形態を典型例とし、これと実質的に同等の形態を意味するものとする。従って、内外周の剛毛の長さの相違、溶接前後の加工に係る内外周の各剛毛の傾斜角度、傾斜方向の相違等は、同じブラシ部を有するとの意義に含まれるものである。このような観点から、本実施形態の外周ブラシシール１４０のブラシ部１４３と内周ブラシシール１２０のブラシ部１２３とは、剛毛１２１と剛毛１４１の傾斜角度、傾斜方向あるいは剛毛の長さという点については相違するものの、材質、形状（断面形状）、線径等が同じで、弾性特性等の特性も同じ、配列密度や配列形態も同じであり、実質的に同じブラシ部である。

外周ブラシシール１４０の取付部１４２の内側となる環状空間１４７（図２Ｂ参照）は、内周ブラシシール１２０の装着部である。外周ブラシシール１４０の内側環状空間１４７は、内部に内周ブラシシール１２０を嵌合可能なように、内周ブラシシール１２０の外周と略同じ内径に形成されている。換言すれば、内周ブラシシール１２０は、外周ブラシシール１４０の環状空間１４７に嵌合可能なように、その外径が外周ブラシシール１４０の内側環状空間１４７の内径と略同じ外径に形成されている。

そして、図４に示すように、外周ブラシシール１４０の環状空間１４７に内周ブラシシール１２０を嵌合設置することにより、ブラシシール１１０が構成される。外周ブラシシール１４０と内周ブラシシール１２０とは、取付部１４２と取付部１２２とが連結部１１２として溶接等により接合されることにより一体化され、ブラシシール１１０として形成される。

背板部１８０は、図１に示すように、ブラシシール１１０の低圧Ｐ２側に設置される円環板状部材である。背板部１８０は、側面１８１がブラシシール１１０の内周ブラシシール１２０の剛毛１２１に接触する状態に配置され、被密封流体の圧力を受ける剛毛１２１を低圧Ｐ２側から支持する。

背板部１８０の中央には、回転軸８３０を通過させる開口１８２が形成されている。開口１８２は、回転軸８３０が振動や偏芯等して径方向に移動しても接触しない程度の十分な大きさの直径を有するものである。一方で、開口１８２は、剛毛１２１の適切な支持及び被密封流体の漏洩防止の観点から、ハウジング８１０の段部８１２の内側内周面８１３あるいは後述する保持部１８５の開口１８７よりも小さい直径に形成される。

なお、背板部１８０の低圧Ｐ２側の側面１８３は、図示しないが、ブラシシール装置１００とハウジング８１０との間の二次シールが形成される二次シール面として構成される場合もある。

保持部１８５は、ブラシシール１１０の高圧Ｐ１側に設置される円環板状部材である。保持部１８５は、側面１８６がブラシシール１１０の内周ブラシシール１２０の剛毛１２１に接触する状態に配置されており、中央には、回転軸８３０を通過させる開口１８７が形成されている。開口１８７は、回転軸８３０が振動や偏芯等してブラシシール１１０の内周ブラシシール１２０に当接したり当接状態が変化した場合等において剛毛１２１の変形等に対応できるように、背板部１８０の開口１８２と比べて十分に大きい直径に形成されている。

これら背板部１８０と保持部１８５とは、これらの間でブラシシール１１０を挟持するような形態でブラシシール１１０と一体に形成されている。
特に本実施形態においては、背板部１８０と保持部１８５とは、図１に示すように、ブラシシール１１０の内周ブラシシール１２０を挟持するように構成されている。すなわち、背板部１８０と内周ブラシシール１２０の取付部１２２と保持部１８５とが、内周ブラシシール１２０の取付部１２２を中心にして溶接され、これらが三者一体に結合されている。

なお、このような構成においては、ブラシシール装置１００全体としては、背板部１８０及び保持部１８５と一体化された内周ブラシシール１２０を、外周ブラシシール１４０の環状空間１４７内に挿入し、外周ブラシシール１４０を内周ブラシシール１２０の外周側に接合することにより構成にしてもよいし、あるいは、前述したように内周ブラシシール１２０を外周ブラシシール１４０の環状空間１４７に装着して接合しブラシシール１１０を形成した後に、ブラシシール１１０の内周ブラシシール１２０の両側に背板部１８０及び保持部１８５を接合する構成であってもよい。

また、図示しないが、背板部１８０と保持部１８５とが、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とが一体化されたブラシシール１１０を挟持する構成でもよい。すなわち、背板部１８０と、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とが一体化されたブラシシール１１０と、保持部１８５とが、ブラシシール１１０の連結部１１２の箇所を中心にして溶接され、一体化される構成であってもよい。

背板部１８０及び保持部１８５は、例えば、ニッケル基の合金、鉄、鋼、その他非鉄金属等、任意の材質で製作される。背板部１８０及び保持部１８５は、例えば、被密封流体の種類、温度、その他の条件によって、あるいは、内周ブラシシール１２０の剛毛１２１若しくは取付部１２２の材質や構造等によって、適宜好適な材質が選定される。

ブラシ受部１９０は、ハウジング８１０の内周面８１１のブラシシール装置１００が設置される箇所に嵌合設置される筒状部材であり、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の外周側自由端部１４５の広がりを防止する広がり防止部材である。ブラシ受部１９０には、内径方向に向かって、すなわちその内周面に、凹部１９１が形成されている。凹部１９１は、外周ブラシシール１４０の外周側自由端部１４５が近接して、又は当接して、あるいは摺動するように配置される通路である。凹部１９１の軸方向の両端部は径方向内側に環状に突出しており、外周ブラシシール１４０の外周側自由端部１４５が凹部１９１の外側に出ないように、外周ブラシシール１４０の外周側自由端部１４５の移動を規制する。

このようなブラシ受部１９０を外周ブラシシール１４０の外周側自由端部１４５に対して設置することにより、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の外周側自由端部１４５が広がることを防ぐことができ、外周側自由端部１４５が整然と密に配列された状態を長期にわたって維持することができる。特に、図１に示す本実施形態のように、背板部１８０及び保持部１８５に相当する構成を外周ブラシシール１４０に対しては設けない構成のブラシシール装置１００にあっては、外周ブラシシール１４０の外周側自由端部１４５が広がる（特に軸方向に）可能性があるが、ブラシ受部１９０を設けることで外周側自由端部１４５の広がりを防止することができる。その結果、外周ブラシシール１４０の外周側自由端部１４５が広がることに起因するブラシシール装置１００の偏芯防止機能が減少することを防止でき、ブラシシール装置１００の適切な作動を長期にわたって維持することができる。

また、ブラシ受部１９０を設けることにより、外周ブラシシール１４０の外周側自由端部１４５がハウジング８１０の内周面８１１に密接摺動することによるハウジング８１０の内周面８１１の摩耗を防ぐことができる。

ブラシ受部１９０も、背板部１８０及び保持部１８５と同様に、例えば、ニッケル基の合金、鉄、鋼、その他非鉄金属等、任意の材質であり、被密封流体の種類、温度、その他の条件によって適宜好適な材質を選定してよい。しかし、ブラシ受部１９０としては、特に、耐摩耗性の強い材料で形成するのが好適であり、剛毛１４１の材質、当接・摺動条件等に応じて適宜好適な材料が選定される。

なお、ブラシシール装置１００は、通常、外周側自由端部１４５がハウジング８１０の内周面８１１と接触した状態に構成され、内周側自由端部１２５は回転軸８３０の外周面８３１に接触又は近接した状態に構成される。しかしながら、内周側自由端部１２５あるいは外周側自由端部１４５の少なくともいずれか一方が回転軸８３０の外周面８３１及びハウジング８１０の内周面８１１と接触した状態であれば、ブラシシール装置１００の径方向位置は実質的に規定されることとなる。従って、ブラシシール装置１００は、そのような構成、すなわち、ブラシシール１１０の内周側自由端部１２５あるいは外周側自由端部１４５のいずれか一方あるいは両方が回転軸８３０の外周面８３１及びハウジング８１０の内周面８１１と接触した状態であれば任意の形態で装置に実装されてよい。

さらに、一時的に、あるいは、他の係止手段あるいは支持手段（例えばブラシシール装置１００の軸方向の位置のみを規定する手段等）を備えることにより、内周側自由端部１２５と外周側自由端部１４５の両方が回転軸８３０の外周面８３１及びハウジング８１０の内周面８１１に近接した状態、すなわち、これら外周面８３１及び内周面８１１から浮いた状態となる構成もあり得る。そのような構成も当然本願発明の範囲内であり、また、そのような動作も想定内のものである。

このような構成の本実施形態のブラシシール装置１００によれば、内周ブラシシール１２０の外周側にさらに外周ブラシシール１４０を設けた構成なので、ブラシシール装置１００の外周側において被密封流体のシールが可能となり、ブラシシール装置１００の外周側からの被密封流体の漏洩を適切に防止することができる。

その結果、ブラシシール装置１００の外周側における被密封流体の漏洩防止のために設けていた二次シールを不要にすることができる。
また、二次シールを併用する形態においても、二次シール面からの被密封流体の漏洩を適切に防止することができ、二次シールの負担を軽減し寿命を長期化することができる。また、二次シールに要求される性能が高くなることを防ぎ、装置のコスト低減等の効果を得ることもできる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０との２段のブラシシールを有するので、ブラシシール装置１００全体の弾性特性（バネ性）を向上させることができる。その結果、回転軸８３０の偏芯やブラシシール（内周ブラシシール１２０）の摩耗等により回転軸８３０と内周ブラシシール１２０の内周側自由端部１２５との間に隙間が生じる危険性があるような場合であっても、内周ブラシシール１２０は回転軸８３０の外周面８３１への追従を適切に継続することができる。その結果、そのような隙間が生じるのを防ぐことができ、被密封流体の漏洩を適切に防止できる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１もハウジング８１０の内周面８１１及び回転軸８３０の径方向に対して傾斜して形成されており、外周ブラシシール１４０のブラシ部１４３も弾性変形に基づく偏芯防止機能を有する。その結果、ブラシシール装置１００全体として、より一層好適に、回転軸８３０に対する偏芯防止機能を発揮することができる。すなわち、回転軸８３０と内周ブラシシール１２０の内周側自由端部１２５との間に隙間が生じる危険性を低減することができ、ブラシシール装置１００全体として回転軸８３０の調芯を一層好適に行うことができる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０の各々において、剛毛１２１及び１４１の長さや角度を任意の状態に調整することができる。従って、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０で作用する偏芯防止作用を各々適切な作動状態に調整することが可能となり、この点においても、ブラシシール装置１００は全体として一層好適に回転軸８３０に偏芯防止機能を発揮することができ、回転軸８３０の調芯を好適に行うことができる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、回転軸８３０の径方向に対して、外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の傾斜方向と内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の傾斜方向とを異ならせている。このような構成とすることにより、回転軸８３０の回転により内周ブラシシール１２０に作用する力の方向に対して、外周ブラシシール１４０にはこれに対向する方向に力を作用させることができ、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０を各々回転し難くすることができる。その結果、ブラシシール１１０の内周側自由端部１２５及び外周側自由端部１４５の摺動による摩耗が低減され、ブラシシール装置１００の寿命が長期にわたり適正に維持することができる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００においては、剛毛１２１及び剛毛１４１は、各々、外周側あるいは内周側を溶接により接合して内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０に形成している。このように、溶接により剛毛１２１、１４１を結合し、設置することにより、剛毛１２１、１４１が抜けることをほぼ確実に回避でき、強固なブラシ部１２３、１４３を形成することができる。その結果、ブラシシール装置１００の寿命を長期にわたり適正に維持することができる。

また、本実施形態のブラシシール装置１００は、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０の２段のブラシシールを有する構成であるが、これらは、取付部１２２と取付部１４２とを連結部１１２として接合して一体のブラシシール１１０に形成されており、取り扱いは非常に容易である。従って、１つのブラシシールを有する従来の通常のブラシシール装置と同様の容易さで設置、取り外し、調整等が可能である。

この点に関して、本実施形態においては、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とを接合してブラシシール１１０として一体化し、さらに背板部１８０及び保持部１８５等とも一体化した後、これをハウジング８１０と回転軸８３０との間に設置するものとした。しかしながら、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とは、組み立て時に一体化する構成としてもよい。

すなわち、内周ブラシシール１２０を背板部１８０及び保持部１８５で挟持した部材と、外周ブラシシール１４０とを、分離した状態で用意しておき（ここでは、ブラシ受部１９０の説明は省略する。）、ブラシシール装置１００をハウジング８１０と回転軸８３０との間に設置する際に、内周ブラシシール１２０（背板部１８０及び保持部１８５に挟持された内周ブラシシール１２０）を外周ブラシシール１４０の環状空間１４７に挿入し、接合し、ブラシシール１１０を完成するようにしてもよい。

本実施形態のブラシシール装置１００は、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０との接合も容易であることから、このような形態によりブラシシール１１０を設置、完成することも可能であり、設置する装置（ハウジング８１０、回転軸８３０）の条件や状態等に応じて適宜都合のよい形態で設置することができる。

また、前述した実施形態においては、ブラシシール１１０の内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とは同じブラシ部１２３及び１４３を有するものとした。しかしながら、前述したように、本実施形態のブラシシール装置１００は、別個体として構成された内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とを、取付部１２２と取付部１４２とから構成される連結部１１２において連結してブラシシール１１０を構成するものであるから、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０として、異なるブラシ部１２３及び１４３を有するものを用いてもよい。すなわち、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０について、材質、線径、形状（断面形状）、特性、配列密度あるいは配列形態等の異なる剛毛１２１及び１４１を用いてブラシ部１２３及び１４３を構成してもよい。

このような構成であれば、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０として、種々の動作条件、動作特性を有するブラシ部１２３及び１４３を構成することができ、また、各々最適な条件を有するブラシ部１２３及び１４３を形成することができる。その結果、より広範な技術分野に適用可能で、また、より高性能なブラシシール装置を提供することができる。

なお、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０として異なるブラシ部１２３及び１４３を有する形態の場合においても、前述したように、これらは、ブラシシール装置１００をハウジング８１０に設置する前に予め一体にされた構成であってもよいし、ブラシシール装置１００をハウジング８１０に設置するまでは別体として分離されたままの状態にしておき、これらをハウジング８１０に設置する時に（組み立て時に）一体化する構成であってもよい。

また、ブラシ受部１９０として、本実施形態では断面凹状の環状部材を用いたが、単に外周ブラシシール１４０の自由端部１４５の範囲を規定する部材を、ハウジング８１０の内周面８１１に、軸方向のその範囲の両側に設置するような構成でもよい。ブラシ受部１９０としては、外周ブラシシール１４０の自由端部１４５の広がりを防止することができる構成であれば任意の構成のものを用いてよい。

このように、本発明の第１実施形態によれば、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置１００が提供される。

第２実施形態
本発明の第２実施形態のブラシシール装置２００について、図５〜図７を参照して説明する。

第２実施形態のブラシシール装置２００に係る以下の説明においては、図１〜図４を参照して前述した第１実施形態のブラシシール装置１００等と実質的に同一の構成については、同じ参照符号を付するとともにその説明を省略する。第２実施形態としては、第１実施形態のブラシシール装置１００と相違する点を主として説明をする。

図５及び図６に示すように、第２実施形態のブラシシール装置２００は、基本的に第１実施形態のブラシシール装置１００と同じ構成を有する。すなわち、ブラシシール装置２００は、ブラシシール２１０、背板部１８０、保持部１８５及びブラシ受部１９０を有し、また、ブラシシール２１０は、内周側にブラシ部１２３及び自由端部１２５を有する内周ブラシシール２２０、及び、外周側にブラシ部１４３及び自由端部１４５を有する外周ブラシシール２４０を有する。

第２実施形態のブラシシール装置２００が第１実施形態のブラシシール装置１００と異なる点は、ブラシシール２１０の構造にある。
前述した第１実施形態のブラシシール装置１００は、図２及び図４を参照して説明したように、剛毛１２１を有する内周ブラシシール１２０と剛毛１４１を有する外周ブラシシール１４０とを別部材として形成し、内周ブラシシール１２０の取付部１２２と外周ブラシシール１４０の取付部１４２とを連結部１１２として連結することによりブラシシール１１０を構成していた。

これに対して第２実施形態のブラシシール装置２００のブラシシール２１０は、剛毛２１１の途中部分２１２を溶接することにより、その内周側を内周ブラシシール２２０とし、外周側を外周ブラシシール２４０として形成するものである。
すなわち、ブラシシール２１０は、図７Ａに示すように、多数の剛毛２１１を束状にし、これを円周に沿って壁状に配列し、図７Ｂに示すように、この剛毛２１１の途中部分２１２を溶接し、複数の剛毛２１１を相互に結合してリング状に形成したものである。

そして、剛毛２１１の途中部分の溶接箇所２１２をブラシシール２１０の取付部２１２として、背板部１８０と保持部１８５とが取付部２１２を中心として溶接されてブラシシール２１０と一体化され、ブラシシール装置２００が形成される。
ブラシシール装置２００は、このような構造及び製造方法により、取付部２１２の内周側がブラシ部１２３及び外周側自由端部１２５を有する内周ブラシシール２２０として形成され、取付部２１２の外周側がブラシ部１４３及び外周側自由端部１４５を有する外周ブラシシール２４０として形成されたものである。

なお、このような構造をとるために、ブラシシール装置２００において当初用意される剛毛２１１は、第１実施形態のブラシシール装置１００における内周ブラシシール１２０の剛毛１２１の長さと外周ブラシシール１４０の剛毛１４１の長さとを合わせた長さに略等しい長さを有するものである。

また、第２実施形態のブラシシール装置２００においても、ブラシシール２１０の剛毛２１１は、第１実施形態のブラシシール装置１００の内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール１４０と同様に、内周ブラシシール２２０を構成する部分と外周ブラシシール２４０を構成する部分において、各々、ブラシシール２１０の周方向あるいは径方向に対して所定の角度で傾斜されている。ブラシシール装置２００においては、剛毛２１１のこの各部の傾斜は、剛毛２１１を溶接して一体化する前の段階にて予め個々の剛毛２１１に形成しておいてもよいし、あるいは、直線状の剛毛２１１を溶接して一体化した後に、各取付部２１２を折り曲げることにより形成してもよく、製造装置等の条件や形成する形態に係る条件等に応じて、好ましい方法で、任意の段階で形成してよい。場合によっては、内周ブラシシール２２０のブラシ部１２３に係る傾斜は予め個々の剛毛２１１に形成しておき、外周ブラシシール２４０のブラシ部１４３に係る傾斜は、剛毛２１１を一体化した後に形成するというような方法で形成してもよい。

第２実施形態のブラシシール装置２００は、このような構成を有するものである。
そして、第１実施形態のブラシシール装置１００に係る作用、効果、変形例のうち、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とが分離可能であることに関係するもの以外の作用、効果、変形例等は、いずれも第２実施形態のブラシシール装置２００に対しても適用可能である。従って、第２実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

なお、第１実施形態のブラシシール装置１００においては、図１、２及び４に示すように、内周ブラシシール１２０と外周ブラシシール１４０とに各々取付部１２２及び１４２が形成され、これらを連結部１１２として結合することによりブラシシール１１０が形成されていた。
これに対してブラシシール装置２００においては、そもそも同一の剛毛２１１により内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０を形成しているので、図５及び図６に示すように、内周ブラシシール２２０及び外周ブラシシール２４０に個別の取付部は無く、ブラシシール２１０として１つの取付部２１２が存在するのみである。

このように、第２実施形態のブラシシール装置２００は、剛毛の溶接は１箇所のみでよく、ブラシシール２１０の製造を少ない工程で容易に行うことができる。
また、これにより製造されたブラシシール２１０は、内周ブラシシール２２０と外周ブラシシール２４０とが一体化されたものなので、取り扱いが簡単であり好適である。
第２実施径板のブラシシール装置２００は、さらにこのような特徴を有するものである。

第３実施形態
本発明の第３実施形態のブラシシール装置３００について図８〜図１０を参照して説明する。
第３実施形態のブラシシール装置３００に係る以下の説明においても、図１〜図４を参照して前述した第１実施形態のブラシシール装置１００、あるいは、図５〜図７を参照して前述した第２実施形態のブラシシール装置２００等と実質的に同一の構成については、同じ参照符号を付するとともにその説明を省略する。第３実施形態としては、これら前述した第１実施形態のブラシシール装置１００あるいは第２実施形態のブラシシール装置２００との相違点を主として説明をする。

図８に示すように、第３実施形態のブラシシール装置３００も、基本的に第１実施形態のブラシシール装置１００及び第２実施形態のブラシシール装置２００と同じ構成を有する。すなわち、ブラシシール装置３００は、ブラシシール３１０、背板部３８０及び保持部３８５を有し、ブラシシール３１０は、内周側にブラシ部３２３及び自由端部３２５を有する内周ブラシシール３２０、及び、外周側にブラシ部３４３及び自由端部３４５を有する外周ブラシシール３４０を有する。

第３実施形態のブラシシール装置３００が第１及び第２実施形態のブラシシール装置１００及び２００と異なる点は、第１に、ブラシシール３１０の構成にある。
前述した第１及び第２実施形態のブラシシール装置１００及び２００のブラシシール１１０、２２０は、いずれも、多数の線形の剛毛１２１、１４１あるいは２１１を束状にし、束状にした剛毛を円周に沿って壁状に配列し、外周側、内周側あるいは中間部分を溶接により結合してリング状に形成したものであった。

これに対して第３実施形態のブラシシール装置３００のブラシシール３１０は、図９に示すような薄板の円環状の板ブラシシール単板３１１を積層して形成するものである。
板ブラシシール単板３１１は、環状体を成し、内周側が円環状の板ブラシシール単板３１１の周方向（回転軸８３０の回転方向となる方向）へ傾斜したスリット３１２に加工され、その間が細梁３２１に形成され、全体として内周側板ブラシ部３１３に構成されている。

板ブラシシール単板３１１の外周側は、周方向（ハウジング８１０の内周面８１１）に対して傾斜するとともに、回転軸８３０の径方向に対して、内周側の内周側スリット３１２の傾斜とは反対方向に傾斜したスリット３１４に加工され、その間が細梁３４１に形成され、全体として外周側板ブラシ部３１５に構成されている。

板ブラシシール単板３１１の細梁３２１、３４１は、例えば、縦横の辺の長さが０．２〜０．００５×０．３〜０．００８ｍｍ、好ましくは０．１５〜０．００８×０．２〜０．０１ｍｍの長方形あるいは正方形の断面形状を有する棒状（線状、毛状）の部材である。細梁３２１、３４１の断面としては、矩形以外に、三角形、台形、楕円形等種々のものが用いられる。
なお、一般的にこの細梁３２１及び３４１を剛毛と称する場合もある。

板ブラシシール単板３１１の内周側板ブラシ部３１３と外周側板ブラシ部３１５との間は、スリット３１２、３１４及び細梁３２１、３４１が形成されていない環状で板状の基部３１６に形成されている。この基部３１６には、円周に沿って位置決め孔３１７が形成されている。位置決め孔３１７のピッチは、内周側板ブラシ部３１３及び外周側板ブラシ部３１５の細梁３２１、３４１のピッチ（スリット３１２、３１４のピッチ）と対応しておらず（位置決め孔３１７のピッチが細梁３２１、３４１のピッチの整数倍等とはなっておらず）、微少に相違するように形成されている。あるいは、各位置決め孔３１７のピッチ（間隔）は、各々微小に異なるように形成されている。

この位置決め孔３１７のピッチの相違は、複数の板ブラシシール単板３１１を積層する場合に、位置決め孔３１７をずらして合わせることにより、内周側板ブラシ部３１３及び外周側板ブラシ部３１５の細梁３２１、３４１の位置が、板ブラシシール単板３１１によって少しずつずれるようにするために形成されている。具体的には、板ブラシシール単板３１１間で合わせる位置決め孔３１７を適宜変えることにより、細梁３２１、３４１の位置は、細梁３２１、３４１のピッチの数分の１ずつずれるようになっている。

従って、複数の板ブラシシール単板３１１を積層してブラシシール３１０を形成する場合に、位置決め孔３１７をずらして合わせれば、ある板ブラシシール単板３１１のスリット３１２、３１４の位置に、他の板ブラシシール単板３１１の細梁３２１、３４１を重ならせることができる。そしてこのようにして複数の板ブラシシール単板３１１を積層すれば、ブラシシール３１０の全体として、ブラシシール３１０を軸方向に貫通するスリット（間隙）を実質的に無くすことができ、被密封流体の漏洩を効果的に防止することができる。

例えば、外周ブラシシール３４０において、隣接する板ブラシシール単板３１１を、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、ピッチの１／２ずつずれた状態の細梁３４１ａ及び３４１ｂとして積層することにより、ブラシシール３１０においては、図１０Ｃに示すように、ブラシシール３１０を軸方向に貫通するスリット（間隙）を実質的に無くすことができる。

板ブラシシール単板３１１の材質は、鋼、ステンレス、ニッケル基の合金、セラミック材等である。また、板ブラシシール単板３１１に対するスリット３１２、３１４あるいは位置決め孔３１７等の加工は、従来知られている加工方法のワイヤー放電加工やエッチング処理加工、レーザ加工、電子ビーム加工などの微細加工方法を適用できる。または、細梁自身を堆積により形成させるアディティブ法も適用できる。

第３実施形態のブラシシール装置３００のブラシシール３１０は、このような構成の板ブラシシール単板３１１を、必要とされるシール能力に応じた必要厚さあるいは必要枚数に積層して形成される。すなわち、積層する複数の板ブラシシール単板３１１を前述したように位置決め孔３１７を用いて所定の位置関係に位置合わせし、基部３１６を溶接等することにより複数の板ブラシシール単板３１１を一体化する。

複数の板ブラシシール単板３１１の接合は、例えば、図８に示すように、位置合わせピン３１８を、複数の板ブラシシール単板３１１の位置を合わせた位置決め孔３１７に挿入することにより行う。なお、複数の板ブラシシール単板３１１を溶接する際には、位置合わせピン３１８も一体に溶接してしまってよい。抜け防止のために効果的である。
このように形成されたブラシシール３１０においては、溶接された基部３１６の部分が取付部に相当する（以下、基部３１６を取付部３１６と称する場合もある）。

そして、本実施形態のブラシシール装置３００においては、背板部３８０と保持部３８５とを、これらの間でブラシシール３１０を挟持するような形態でブラシシール３１０と一体に形成する。すなわち、背板部３８０とブラシシール３１０と保持部３８５とが、ブラシシール３１０の取付部３１６を中心にして溶接され、これらが三者一体に結合され、ブラシシール装置３００とされる。

ここで、前述した説明では、複数の板ブラシシール単板３１１を接合する際に位置合わせピン３１８を用いたが、この位置合わせピン３１８は、例えば背板部３８０に予め立設しておき、複数の板ブラシシール単板３１１を積層する際に、背板部３８０に設置された位置合わせピン３１８に対して各板ブラシシール単板３１１の位置を合わせて行くような形態としてもよい。複数の板ブラシシール単板３１１を積層する工程と背板部３８０あるいは背板部３８０と保持部３８５とを設置する工程を実質的に同じ工程内で同時的に行うこととなるが、位置合わせピン３１８の取り扱いが容易となり、板ブラシシール単板３１１を積層する工程、及び、背板部３８０及び保持部３８５を設置する工程の両方を簡単な工程にできる可能性がある。そのような構造及び方法により、ブラシシール装置３００を実施してもよい。

ブラシシール装置３００のブラシシール３１０の内周ブラシシール３２０のブラシ部３２３及び自由端部３２５、外周ブラシシール３４０のブラシ部３４３及び自由端部３４５の機能、動作、作用は、前述した第１及び第２実施形態のブラシシール装置１００、２００のブラシシール１１０、２１０の内周ブラシシール１２０、２２０のブラシ部１２３及び自由端部１２５、外周ブラシシール１４０、２４０のブラシ部１４３及び自由端部１４５の機能、動作、作用と同じである。

なお、本実施形態においては、ブラシシール３１０の内周ブラシシール３２０のブラシ部３２３と外周ブラシシール３４０のブラシ部３４３とは、同じブラシ部であるとする。すなわち、内周ブラシシール３２０を構成する細梁３２１と外周ブラシシール３４０を構成する細梁３４１とは、断面形状、その大きさ、弾性特性等の特性、配列密度あるいは配列形態等が同じに構成されているものとする。なお、細梁３２１と細梁３４１とは、同一の板ブラシシール単板３１１の内外周に形成されたものであるので、その材質はもともと同じものである。

また、第１及び第２実施形態のブラシシール装置１００、２００においては、ハウジング８１０の内周面８１１のブラシシール装置１００、２００が設置される箇所にブラシ受部１９０を設置し、外周ブラシシール１４０、２４０の剛毛１４１、２１１の外周側自由端部１４５の広がりを防止していた。
これに対して第３実施形態のブラシシール装置３００においては、ブラシ受部１９０を設けておらず、外周ブラシシール３４０のブラシ部３４３の自由端部３４５は、ハウジング８１０の内周面８１１に対して直接接する構成となっている。

その代わり、ブラシシール装置３００においては、図８に示すように、背板部３８０及び保持部３８５が、ブラシシール３１０の内周ブラシシール３２０の部分のみならず、外周ブラシシール３４０の部分をも挟持する構成となっている。すなわち、ブラシシール装置３００においては、前述したように、背板部３８０と保持部３８５との間で、取付部（基部）３１６を中心として、内周ブラシシール３２０、及び、外周ブラシシール３４０の取付部３１６側の根元部分を含む範囲を挟持している。その結果、ブラシシール装置３００においては、背板部３８０及び保持部３８５により、内周ブラシシール３２０の細梁３２１の広がりが防止されるのみならず、外周ブラシシール３４０の細梁３４１の広がりも防止される。従って、外周ブラシシール３４０の自由端部３４５の箇所においてブラシ受部１９０のような構成を設けなくてよいのである。

なお、このように背板部３８０と保持部３８５で内周ブラシシール３２０及び外周ブラシシール３４０の根元を挟持する形態は、前述した第１及び第２実施形態のブラシシール装置１００及び２００に対しても適用することができる。

また、本実施形態のブラシシール装置３００においては、図９を参照して前述したように、外周ブラシシール３４０の細梁３４１は、回転軸８３０の径方向に対して、内周ブラシシール３２０の細梁３２１の傾斜とは反対方向に傾斜している。この構成において、細梁３２１及び細梁３４１の傾斜角度及び長さは、図９に示すように、これら外周ブラシシール３４０の細梁３４１と内周ブラシシール３２０の細梁３２１とによるバネ効果が、ブラシシール装置３００の径方向成分Ｆのみが残るように調整される。

このような構成とすることにより、回転軸８３０からブラシシール装置３００が受ける振動等に対する応力（振れ応力）は、径方向の力のみとなり、ブラシシール装置３００が不安定な振動等の挙動をすることを防ぐことができ、ブラシシール装置３００の動作を安定化させることができる。

なお、このように細梁３２１及び細梁３４１の傾斜角度及び長さの特徴は、前述した第１実施形態のブラシシール装置１００の内周ブラシシール１２０の剛毛１２１と外周ブラシシール１４０の剛毛１４１との関係、及び、第２実施形態の内周ブラシシール２２０の剛毛２１１と外周ブラシシール１４０の剛毛２１１との関係に対しても適用することができる。

第３実施形態のブラシシール装置３００は、このような構成を有するものである。
従って、第３実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

なお、本実施形態においては、ブラシシール３１０の内周ブラシシール３２０のブラシ部３２３と外周ブラシシール３４０のブラシ部３４３とは、同じブラシ部であるとした。しかしながら、内周ブラシシール３２０と外周ブラシシール３４０とが、同一の板ブラシシール単板３１１の内外周に形成された細梁３２１と細梁３４１とにより構成されるものである場合においても、これらを異なるブラシ部として構成することもできる。具体的には、内周ブラシシール３２０を構成する細梁３２１と外周ブラシシール３４０を構成する細梁３４１とを、断面形状、断面の大きさ、弾性特性等の特性、配列密度あるいは配列形態等が異なるものに加工をすることにより、これらは異なるブラシ部となる。

このような構成であれば、１枚の板ブラシシール単板３１１の内外周に内周ブラシシール３２０用の細梁３２１及び外周ブラシシール３４０用の細梁３４１を形成する形態でありながら、内周ブラシシール３２０及び外周ブラシシール３４０として、種々の動作条件、動作特性を有するブラシ部３２３及び３４３を構成することができ、また、各々最適な条件を有するブラシ部３２３及び３４３を形成することができる。その結果、より広範な技術分野に適用可能で、また、より高性能なブラシシール装置を提供することができる。

また、本実施形態においては、１枚の板ブラシシール単板３１１に内周ブラシシール３２０と外周ブラシシール３４０の両方を形成し、この両方の形成された板ブラシシール単板３１１を積層する構成であった。しかし、第１実施形態のブラシシール装置１００と同様に、内周ブラシシール３２０と外周ブラシシール３４０とを別個の薄板を用いて形成してもよい。すなわち、内周ブラシシール３２０及び外周ブラシシール３４０に対応するパターンを別個の薄板で形成し、各薄板単板を積層して内周ブラシシール３２０と外周ブラシシール３４０とを別個に形成し、これらを、第１実施形態のブラシシール装置１００と同様に連結することにより、ブラシシール装置３００を形成するようにしてもよい。

また、そのように内周ブラシシール３２０と外周ブラシシール３４０とを別体として構成する場合、内周ブラシシール３２０と外周ブラシシール３４０とは、同一のブラシ部のものであってもよいし、内周側と外周側とで異なるブラシ部を有するものであってもよい。

さらにまた、内周ブラシシール３２０と外周ブラシシール３４０とを別個に形成する場合において（これらが同じブラシ部を有する場合でも異なるブラシ部を有する場合でも）、これらはブラシシール装置３００をハウジング８１０に設置する前に予め一体にされた構成であってもよいし、ブラシシール装置３００をハウジング８１０に設置するまでは別体として分離されたままの状態にしておき、これらをハウジング８１０に設置する時に（組み立て時に）一体化する構成であってもよい。

第４実施形態
本発明の第４実施形態のブラシシール装置について図１１〜図１３を参照して説明する。
第４実施形態のブラシシール装置は、第３実施形態のブラシシール装置３００の変形例として説明する。従って、第３実施形態のブラシシール装置３００等と実質的に同一の構成については、同じ参照符号を付するとともにその説明を省略する。

第３実施形態として前述したブラシシール装置３００は、同一の板ブラシシール単板３１１を積層してブラシシール３１０を構成していた。しかしながら、異なる種類の板ブラシシール単板３１１を積層してブラシシール３１０を構成するようにしてよい。

特に、外周ブラシシール３４０の細梁３４１の形態が異なる複数種類の板ブラシシール単板３１１を積層してブラシシール３１０を形成することにより、外周ブラシシール３４０のブラシ部３４３における軸方向の隙間を少なくすることができる。

例えば、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、傾斜方向が異なる細梁３４１ｃと細梁３４１ｄを有する２種類の板ブラシシール単板３１１を積層することにより、外周ブラシシール３４０のブラシ部３４３は、図１１Ｃに示すような形態となり、軸方向の隙間が小さくなる。

また、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、ピッチが異なる細梁３４１ｅと細梁３４１ｆを有する２種類の板ブラシシール単板３１１を積層することにより、外周ブラシシール３４０のブラシ部３４３は、図１２Ｃに示すような形態となり、この構成においても軸方向の隙間が小さくなる。

さらに、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、傾斜角度が異なる細梁３４１ｇと細梁３４１ｈを有する２種類の板ブラシシール単板３１１を積層することにより、外周ブラシシール３４０のブラシ部３４３は、図１３Ｃに示すような形態となり、この構成においても軸方向の隙間が小さくなる。

これらいずれの構成においても、外周ブラシシール３４０の細梁３４１における軸方向の隙間が小さくなるので、ブラシシール装置３００の外周周りの被密封流体の漏洩を低減しあるいは防止することができ好適である。

第４実施形態のブラシシール装置は、このような構成を有するものである。
そして、前述した各実施形態のブラシシール装置に係る作用、効果、変形例などは、第４実施形態として説明したブラシシール装置に対しても適用可能である。従って、第４実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

なお、細梁３４１の形態を異ならせることについては、上述した以外にも種々の方法、形態があり、任意の方法を適用してよい。
また、この構成は、板ブラシシール単板に細梁を形成しこれを積層する形態に限られるものではない。第１、第２実施形態として説明した剛毛により外周ブラシシールを形成する構成にも適用可能である。
また、同様の方法を内周ブラシシール３２０に対しても適用可能であり、その場合には、内周ブラシシール３２０のブラシ部３２３における被密封流体の漏洩を低減あるいは防止することができ好適である。

第５実施形態
本発明の第５実施形態について図１４〜図１６を参照して説明する。
第５実施形態のブラシシール装置５００に係る以下の説明においては、前述した各実施形態のブラシシール装置と実質的に同一の構成については、同じ参照符号を付するとともにその説明を省略する。

前述した各実施形態のブラシシール装置においては、剛毛１２１、１４１、２２１あるいは細梁３２１、３４１の向きが回転軸８３０の径方向に沿った方向になるように、内周ブラシシール１２０、２２０、３２０及び外周ブラシシール１４０、２４０、３４０が配設されていた。
これに対して第５実施形態のブラシシール装置５００は、外周ブラシシール５４０が、軸方向において傾斜して配設されているものである。
以下、図面を参照して詳細に説明する。

図１４に示すように、本実施形態のブラシシール装置５００も、例えばガスタービン等のハウジング８１０と回転軸８３０との間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切るブラシシール装置である。
ブラシシール装置５００は、ハウジング８１０の内周面８１１に設けられた傾斜面８１５に取り付けられる。傾斜面８１５は、内周面８１１に対して略４５°傾斜した面である。

ブラシシール装置５００は、内周ブラシシール部５０１、外周ブラシシール部５０２及び連結部５０３を有する。内周ブラシシール部５０１は、内周ブラシシール１２０、背板部１８０及び保持部１８５を有する。また、外周ブラシシール部５０２は、外周ブラシシール５４０、背板部５８０及び保持部５８５を有する。

内周ブラシシール１２０、背板部１８０及び保持部１８５は、第１実施形態のブラシシール装置１００の同一符合を付した各構成と同一である。そしてブラシシール装置５００においては、これらが内周ブラシシール部５０１として一体的に構成されている。

外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０は、第１実施形態のブラシシール装置１００の外周ブラシシール１４０と略同一の構成であるが、全体形状が、第１実施形態の外周ブラシシール１４０のような平面的な円環形状ではなく、図１５及び図１６に示すように、裁頭円錐体（円錐台）形状に形成されているものである。すなわち、外周ブラシシール５４０は、多数の線形の剛毛５４１を束状にし、その束状にした剛毛５４１を円錐台側周面形状に沿って壁状に配列し、途中部分５４２を溶接により結合して円錐台状に形成したものである。そして、溶接部分５４２の外周側がブラシ部５４３に形成され、その先端に外周側自由端部５４５が形成される。この外周側自由端部５４５が、ハウシング８１０の傾斜面８１５に当接し、高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とをシールする。

外周ブラシシール５４０は、背板部５８０と保持部５８５とにより挟持されることにより、これらと一体化されて外周ブラシシール部５０２とされる。
背板部５８０は、外周ブラシシール５４０の低圧Ｐ２側に設置される、外周ブラシシール５４０と同様の裁頭円錐体（円錐台）形状の部材であり、外周ブラシシール５４０の剛毛５４１を低圧Ｐ２側から支持する。

また、保持部５８５は、外周ブラシシール５４０の高圧Ｐ１側に設置される、外周ブラシシール５４０と同様の裁頭円錐体（円錐台）形状の部材であり、背板部５８０との間で外周ブラシシール５４０を挟持するための部材である。
これら、背板部５８０及び保持部５８５の材質は、第１実施形態の背板部１８０及び保持部１８５等と同じである。

背板部５８０と保持部５８５とは、これらの間で外周ブラシシール５４０を挟持するような形態で配置され、外周ブラシシール５４０の途中の溶接部分５４２を中心として溶接され、これらが三者一体に結合される。

これら結合された背板部５８０と外周ブラシシール５４０と保持部５８５は、その内周側が切断されて回転軸８３０に平行な面とされ、外周ブラシシール部５０２に形成される。この内周側の環状空間５４７は、内周ブラシシール部５０１の装着部である。外周ブラシシール部５０２の内側環状空間５４７は、内部に内周ブラシシール部５０１を嵌合可能なように、内周ブラシシール部５０１の外周と略同じ内径に形成されている。

そして、図１５に示すように、外周ブラシシール部５０２の内周側環状空間５４７に内周ブラシシール部５０１を嵌合設置することにより、ブラシシール装置５００が構成される。外周ブラシシール部５０２と内周ブラシシール部５０１とは、その内周面と外周面とが連結部５０３として溶接等により接合されることにより一体化され、ブラシシール装置５００として形成される。

このように構成されたブラシシール装置５００は、内周ブラシシール部５０１の内周ブラシシール１２０が回転軸８３０の外周面８３１に近接するように設置され、外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０がハウシング８１０の傾斜面８１５に当接するように設置される。

ブラシシール装置５００の内周ブラシシール部５０１の内周ブラシシール１２０のブラシ部１２３及び自由端部１２５、外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０のブラシ部５４３及び自由端部５４５の機能、動作、作用は、前述した各実施形態のブラシシール装置の機能、動作、作用と同じである。しかし特にブラシシール装置５００においては、外周ブラシシール部５０２の外周ブラシシール５４０が回転軸８３０の軸方向に対して傾斜して設けられているので、ブラシシール装置５００は、回転軸８３０の径方向に移動のみならず、軸方向の移動にも追従できる。

第５実施形態のブラシシール装置５００は、このような構成を有するものである。
そして、前述した各実施形態のブラシシール装置の作用、効果、変形例等は、いずれも第５実施形態のブラシシール装置５００に対しても適用可能である。従って、第５実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

そして、前述したように、外周ブラシシール５４０が回転軸８３０の軸方向に対して傾斜した本実施形態のブラシシール装置５００においては、ブラシシール装置５００及び回転軸８３０の軸方向の変位も許容することができ、換言すれば軸方向の変位に対しても追従することができ、より安定して動作可能で、その結果、より確実に被密封流体が漏洩を防止することができ、各部の摩耗を防止することができ、寿命の長いブラシシール装置を提供することができる。

なお、本実施形態としては、内周ブラシシール１２０及び外周ブラシシール５４０として剛毛１２１、５４１を用いたものを例示したが、第３実施形態のように板ブラシシール単板を積層して構成したようなブラシシールを用いてもよい。
また、外周ブラシシール５４０の傾斜角度は、本実施形態においては４５°としたが、適用対象、被密封流体の圧力、各方向の負荷の強さ、振動、変位の形態や大きさ等に応じて、任意の角度としてよい。

第６実施形態
本発明の第６実施形態について図１７を参照して説明する。
第６実施形態のブラシシール装置６００に係る以下の説明においても、前述した各実施形態のブラシシール装置と実質的に同一の構成については、同じ参照符号を付するとともにその説明を省略する。

前述した各実施形態のブラシシールは、内周ブラシシール及び外周ブラシシールとして、剛毛を束ねて溶接した形態か、板ブラシシール単板を積層した形態のいずれかを共通的に用いた構成であった。しかしながら、これら内周ブラシシールと外周ブラシシールとは、異なる形態のものを用いてよい。本実施形態においては、内周ブラシシールとして板ブラシシール単板を積層したブラシシールを用い、外周ブラシシールとして剛毛を用いたブラシシールを用いたブラシシール装置６００について説明する。

図１７に示すように、ブラシシール装置６００は、外周ブラシシール１４０に内周ブラシシール６２０を嵌合したブラシシール６１０を有するものである。
なお、ここではブラシシール６１０のみを図示し、背板部や保持部等の構成は図示省略する。

ブラシシール装置６００において、外周ブラシシールは第１実施形態のブラシシール装置１００の外周ブラシシール１４０と同一である。
また、内周ブラシシール６２０は、第３実施形態として図９を参照して説明した板ブラシシール単板３１１の基部（取付部）３１６より内側の部分を積層して構成したブラシシールである。なお、内周ブラシシール６２０の外周には取付部６２２が形成されている。

外周ブラシシール１４０の取付部１４２の内側となる環状空間１４７は、内周ブラシシール６２０の装着部である。外周ブラシシール１４０の内側環状空間１４７は、内部に内周ブラシシール６２０を嵌合可能なように、内周ブラシシール６２０の外周と略同じ内径に形成されている。換言すれば、内周ブラシシール１２０は、外周ブラシシール１４０の環状空間１４７に嵌合可能なように、その外径が外周ブラシシール１４０の内側環状空間１４７の内径と略同じ外径に形成されている。

そして、図１７に示すように、外周ブラシシール１４０の環状空間１４７に内周ブラシシール６２０を嵌合設置することにより、ブラシシール６１０（ブラシシール装置６００）が構成される。外周ブラシシール１４０と内周ブラシシール６２０とは、取付部１４２と取付部６２２とが連結部として溶接等により接合されることにより一体化され、ブラシシール６１０として形成される。

第６実施形態のブラシシール装置６００は、このような構成を有するものである。
そして、前述した各実施形態のブラシシール装置の作用、効果、変形例等は、第６実施形態のブラシシール装置６００に対しても適用可能である。従って、第６実施形態においても、回転軸周囲から及び外周側からの被密封流体が漏洩を防止することができ、ブラシシール、回転軸あるいはハウジング等の摩耗を防止することができ、これらの機能、作用を長期にわたり適切に維持することのできるブラシシール装置を提供することができる。

そして特に、本実施形態のブラシシール装置６００においては、内周ブラシシール６２０として板ブラシシール単板を積層したブラシシールを用い、外周ブラシシール１４０として剛毛を用いて形成したブラシシールを用いている。このように、任意のブラシシールを組み合わせることにより、内周ブラシシール及び外周ブラシシールとして、種々の動作条件、動作特性を有するブラシ部を構成することができ、また、各々最適な条件を有するブラシ部を形成することができる。その結果、より広範な技術分野に適用可能で、また、より高性能なブラシシール装置を提供することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

産業上の利用分野

本発明に係るブラシシール装置は、航空機、ガスタービン等の回転軸を有する任意の装置に好適に利用することができる。

Claims

ハウジングと回転軸との間を軸方向に封止するブラシシール装置であって、
内周ブラシシールと外周ブラシシールと連結部とを有し、
前記内周ブラシシールは、
前記連結部から内周方向に複数の剛毛が配列された内周側ブラシ部と、
前記内周側ブラシ部の内周側端部であり、前記回転軸の外周面と対向して当該外周面に接触又は近接した状態に配置される内周側自由端部とを有し、
前記外周ブラシシールは、
前記連結部から外周方向に複数の剛毛が配列された外周側ブラシ部と、
前記外周側ブラシ部の外周側端部であり、前記ハウジングの内周面と対向して当該内周面に接触又は近接した状態に配置される外周側自由端部とを有し、
前記内周ブラシシール又は前記外周ブラシシールの少なくともいずれか一方は、前記連結部から延びて、周方向に対して傾斜した前記剛毛としての細梁を有する内周側ブラシ部又は外周側ブラシ部を有する板ブラシシール単板を、複数、軸方向に積層して一体的に形成した
ことを特徴とするブラシシール装置。
ハウジングと回転軸との間を軸方向に封止するブラシシール装置であって、
内周ブラシシールと外周ブラシシールと連結部とを有し、
前記内周ブラシシールは、
前記連結部から内周方向に複数の剛毛が配列された内周側ブラシ部と、
前記内周側ブラシ部の内周側端部であり、前記回転軸の外周面と対向して当該外周面に接触又は近接した状態に配置される内周側自由端部とを有し、
前記外周ブラシシールは、
前記連結部から外周方向に複数の剛毛が配列された外周側ブラシ部と、
前記外周側ブラシ部の外周側端部であり、前記ハウジングの内周面と対向して当該内周面に接触又は近接した状態に配置される外周側自由端部とを有し、
前記ハウジングの前記内周面に設置され、前記外周ブラシシールの外周側自由端部が接触又は近接した状態に配置されるとともに、当該外周ブラシシールの外周側自由端部の軸方向の広がりを防止するブラシ受部をさらに有する
ことを特徴とするブラシシール装置。
前記内周ブラシシール又は前記外周ブラシシールの少なくともいずれか一方は、束状にされて円周に沿って壁状に配列された複数の線状部材について、当該線状部材の一方の端部を溶接することにより前記複数の線状部材を相互に結合してリング状に形成し、前記溶接箇所から他方の端部側にシール部及び前記自由端部を形成したブラシシールであることを特徴とする請求項２に記載のブラシシール装置。
前記内周ブラシシール及び前記外周ブラシシールは、束状にされて円周に沿って壁状に配列された複数の線状部材について、当該線状部材の各途中部分を溶接することにより前記複数の線状部材を相互に結合してリング状に形成し、前記溶接箇所の外周側を前記外周ブラシシール、内周側を前記内周ブラシシールとして形成したものであることを特徴とする請求項２に記載のブラシシール装置。
前記連結部から内周側に伸びて、当該板ブラシシール単板の周方向に対して傾斜した前記剛毛としての細梁を有する前記内周側ブラシ部と、前記内周側自由端部と、からなる前記内周ブラシシールと、
前記連結部から外周側に伸びて、当該板ブラシシール単板の周方向に対して傾斜した前記剛毛としての細梁を有する前記外周側ブラシ部と、前記外周側自由端部と、からなる前記外周ブラシシールと、
前記内周ブラシシールと前記外周ブラシシールの各連結部が一体的に形成される基部と、
を有する板ブラシシール単板を積層して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシシール装置。
前記内周ブラシシールと前記外周ブラシシールとは、同一の材質の剛毛からなることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシシール装置。
前記内周ブラシシールと前記外周ブラシシールとは、異なる材質の剛毛からなる前記内周側ブラシ部と、外周側ブラシ部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のブラシシール装置。
前記内周ブラシシールの前記内周側ブラシ部は、前記複数の剛毛が径方向に対して傾斜して配列されており、
前記外周ブラシシールの前記外周側ブラシ部は、前記複数の剛毛が径方向に対して傾斜して配列されており、
前記内周ブラシシールの前記剛毛の傾斜と前記外周ブラシシールの前記剛毛の傾斜とは、前記径方向に対して反対方向であることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシシール装置。
前記外周ブラシシールは、前記回転軸の軸方向に対して傾斜した状態に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシシール装置。