JPH0755018A - 低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシール装置および高圧領域と低圧領域とを有する装置 - Google Patents

低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシール装置および高圧領域と低圧領域とを有する装置

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JPH0755018A
JPH0755018A JP6050825A JP5082594A JPH0755018A JP H0755018 A JPH0755018 A JP H0755018A JP 6050825 A JP6050825 A JP 6050825A JP 5082594 A JP5082594 A JP 5082594A JP H0755018 A JPH0755018 A JP H0755018A
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低圧流体領域から高圧流体領域を密封するた
めのブラシシール装置において、剛毛のヒステリシス作
用および剛化作用を低減する。 【構成】 ブラシシール装置１００は、環状の保持板１
１０と、環状の背板１２０とを具備する。保持板１１０
は、高圧領域に対面する第１の側面と、第１側面と反対
側の第２の側面とを有する。背板１２０は、低圧領域に
対面する第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面
とを有する。複数の剛毛１３０が保持板１１０の第２側
面と背板１２０の第２側面の外周部分１２２との間に配
置される。背板１２０の第２側面の内周部分１２４は凹
部表面１５０を有し、これにより複数の剛毛１３０が背
板１２０の第２側面の内周部分１２４と接触するのを抑
制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低圧流体領域から高圧
流体領域を密封するためのブラシシールに関し、密封さ
れる流体は気体または液体である。
【０００２】
【従来の技術】最近１０年間に、ブラシシールは、ガス
タービンエンジンに見られるように低圧領域から高圧領
域を密封するための非常に有望な技術であることが明ら
かになってきた。実際、今日のラビリンスシールの技術
に比べてブラシシールの漏洩流れの大幅な減少、例えば
等級（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）のオーダの減少がなされ
る。ラビリンスシールに関連する主な不利点は、シャフ
トの周りのシール部のクリアランスが、シャフトの平衡
位置からの変位（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）および熱成長
（ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒｏｗｔｈ）のために時間が経過
するにつれてかなり増大する傾向を持つという点であ
る。その結果生じる寄生漏洩（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｌ
ｅａｋａｇｅ）の増大は、エンジンの場合に、１７パー
セント程度の出力損失および７．５パーセント程度の燃
料消費率の増大を引き起こす可能性がある。
【０００３】典型的にはブラシシールは、シャフトに沿
った流れにおける気体（または液体）の流れを抑制す
る。気体（または液体）は、例えば機械ハウジング内に
密封され、この気体（または液体）は装置圧力（ｓｙｓ
ｔｅｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を有する。密封された気体
は密封された機械ハウジングの外側の領域に向かって漏
洩する傾向があり、この密封された機械ハウジングの外
側の領域は放出圧力（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅ）を有し、装置圧力は放出圧力よりも大きい。
【０００４】このようなブラシシールは一般的に、環状
の保持板と、環状の背板と、保持板と背板間に取り付け
られた複数の剛毛（ｂｒｉｓｔｌｅ）とを具備する。剛
毛は、剛毛の自由端部が回転しているシャフト上を走行
するように保持板の外周縁部から内方に延びており、こ
れにより放出圧力から装置圧力を密封するようにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】装置圧力は主として剛
毛の全自由長に亘って作用するが、一方放出圧力は剛毛
の突き出した領域上に作用する。これらの二つの軸線方
向の力の不均衡により、剛毛は、剛毛の長さに沿って高
い機械的接触力を伴って背板上に載せられる。この接触
力は、程度を変化させることによって剛毛同士間の界面
においても発生されるということに注意されたい。
【０００６】剛毛と背板間、および剛毛自体間の種々の
界面における接触力によってこのように生成される摩擦
力は、シャフトの半径方向移動による剛毛のヒステリシ
スを起こす。例えば、シャフトの平衡位置からの半径方
向の変位の間に剛毛は半径方向外方に押しやられる。次
いでシャフトが引っ込んだとき、装置圧力と放出圧力間
の差が小さな値に減少されない限り剛毛はシャフト上に
戻るように降下しない。実際、シール部を横切る数psig
の圧力差でさえ剛毛の自由な半径移動を阻止することが
あり得る。この剛毛のヒステリシスは剛毛とシャフト間
に大きな隙間を残し、従ってシャフトに沿った漏洩のか
なりの増大を引き起こす。更に、この漏洩の増大は、シ
ャフトの平衡位置からの変位が種々の方向に起こる度ご
とに累積していく傾向にある。
【０００７】上述の機械的接触力のもう一つの有害な作
用は、この機械的接触力が剛毛の半径方向の剛さ（ｓｔ
ｉｆｆｎｅｓｓ）を増大させるということである。剛毛
は接触力によって半径方向に自由に移動することを阻止
されるので、剛毛の有効な剛さは、装置圧力と放出圧力
間の差の増大によって増大する。典型的には、剛毛の剛
さの等級オーダの増大が零レベルから６０psigの圧力差
の増大によってもたらされる。この剛毛の剛化の結果、
剛毛とシャフト間の摺動界面は、所与の半径方向の締め
代に対し、またはシャフトの平衡位置からの半径方向の
変位に対し、より高い圧力差においてかなり高い接触荷
重を受ける。これにより、剛毛の摩耗が加速されると共
にシャフトの表面の品質が低下される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴および利点
を以下に説明する。本発明の特徴および利点は以下の記
載から明らかになり、または本発明を実施することによ
って学ばれることができる。本発明の目的および他の利
点は、発明の詳細な説明、特許請求の範囲および添付図
面中で特に指摘される構成要素および組合せによって実
現されかつ達成されることができる。
【０００９】上述の目的を達成するために本発明によれ
ば、低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシー
ル装置が提供され、このブラシシール装置は、環状の保
持板と、環状の背板とを具備し、保持板は、高圧領域に
対面する第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面
とを有し、背板は、低圧領域に対面する第１の側面と、
第１側面と反対側の第２の側面とを有し、背板の第２側
面は外周部分と内周部分とを有する。複数の剛毛が、こ
れらの剛毛が背板の第２側面の外周部分から内方に延び
るように、保持板の第２側面と背板の第２側面の外周部
分との間に配置される。背板の第２側面の内周部分はこ
の内周部分内に形成された凹部表面を有し、これにより
上述の複数の剛毛が背板の第２側面の内周部分と接触す
ることを抑制するようにする。
【００１０】本発明の別の観点では、背板の第２側面内
に形成された凹部表面は、背板の内周縁部に向けて深さ
が増大するような形状に形成される。本発明の更に別の
観点では、ブラシシール装置は、複数の剛毛と背板の第
２側面との間に配置された可撓性の環状部材を更に具備
する。
【００１１】
【実施例】添付図面は本発明のいくつかの実施例を示
す。以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実
施例を詳細に説明する。なお、添付図面中の数個の図を
通して同様の参照符号は同様の構成要素または対応する
構成要素を表わす。
【００１２】図１および図２を参照しながら本発明の第
１の実施例を説明する。図１に示されるように、ブラシ
シール装置１００が設けられており、このブラシシール
装置１００は、環状の保持板１１０と、環状の背板１２
０とを具備する。環状の保持板１１０は、装置圧力（ｓ
ｙｓｔｅｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）Ｐs に対面する第１の
側面と、第１の側面と反対側の第２の側面とを有する。
環状の背板１２０は、放出圧力（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ）Ｐd に対面する第１の側面と、第１
の側面と反対側の第２の側面とを有する。背板１２０の
第２側面は外周部分１２２と内周部分１２４とを有す
る。複数の剛毛（ｄｒｉｓｔｌｅ）１３０が保持板１１
０の第２側面と、背板１２０の第２側面の外周部分１２
２との間に配置される。保持板１１０、背板１２０、お
よび剛毛１３０に用いられる材料に応じて、剛毛１３０
は例えば溶接部１４０、または当業者に公知の他の手段
によって、保持板１１０の第２側面と背板１２０の第２
側面の外周部分１２２との間に取り付けられることがで
きる。
【００１３】保持板１１０の第２側面と背板１２０の外
周部分１２２との双方は好ましくはほぼ平坦をなし、一
方背板１２０の第２側面の内周部分１２４は内周部分１
２４内に形成された凹部表面１５０を有する。凹部表面
１５０は好ましくはほぼ平坦をなし、後述するように凹
部表面１５０は、剛毛１３０が背板１２０の内周部分１
２４と接触するのを抑制する。
【００１４】好ましくは、保持板１１０と背板１２０の
双方は、高温において高い降伏強度を有する材料を含
む。例えば、保持板１１０および背板１２０は、Ｉｎｃ
ｏ Ａｌｌｏｙｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌによっ
て製造されているインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商
標))のようなニッケル基の合金を含むことができる。保
持板１１０および背板１２０の組成は、ブラシシール装
置１００が使用されるべき特定の適用分野に応じて変化
されることができるということを理解されたい。また、
図１には示されていないが、保持板１１０と背板１２０
とは単一の部材から形成されることもできるということ
を理解されたい。
【００１５】好ましくは保持板１１０と背板１２０と
は、保持板１１０の外周縁部と保持板１１０の内周縁部
との間の距離が背板１２０の第２側面の外周部分１２２
の長さにほぼ等しいか又はそれ未満であるように形成さ
れる。更に、保持板１１０と、背板１２０の第２側面の
外周部分１２２とは好ましくは、剛毛１３０の全長の小
さい部分のみを延びている。
【００１６】剛毛１３０は、剛毛１３０の自由端部がシ
ャフト２０上を走行するように背板１２０の第２側面の
外周部分１２２から内方に延びており、これによりシャ
フト２０に沿って放出圧力Ｐd から装置圧力Ｐs を密封
するようにする。更に、好ましくは剛毛１３０は、シャ
フト２０の回転方向に対して周方向の成分を有するよう
に保持板１１０および背板１２０の各半径に対して角度
をなしている。
【００１７】特により高温において剛毛１３０の形状を
保つために、好ましくは剛毛１３０は、Ｈａｙｎｅｓ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌによって製造されているＨ
ａｙｎｅｓ ２５（登録商標）またはＨａｙｎｅｓ ２
１４（登録商標）のようなニッケル基の高温用合金を含
む。しかしながら剛毛１３０は、特定の適用分野に適す
るように他の材料を含むことができる。
【００１８】次に、図１に示すブラシシール装置１００
の作動を、図２を参照しながら説明する。装置圧力Ｐs
と放出圧力Ｐd との間の圧力差Δｐ（図示しない）は、
剛毛１３０の自由長ｌに沿って全体力（ｔｏｔａｌ ｆ
ｏｒｃｅ）Ｆt をもたらす。特に、Ｎr 個の剛毛の列が
存在しかつ各剛毛の列を横切って一様な圧力降下がある
と仮定すると、圧力差Δｐによって剛毛１３０の一つに
及ぼされる荷重分布または全体力Ｆt は次式（１）のよ
うに計算される。 Ｆt ＝（Δｐ／Ｎr ）×ｄ×ｌ …（１） ここでｄは剛毛１３０の直径であり、ｌは剛毛１３０の
自由長である。
【００１９】全体力Ｆt に応じて機械的な反力（ｒｅａ
ｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）Ｆr が、背板１２０の第２側
面の外周部分１２２によって剛毛の根元部に及ぼされ
る。剛毛の自由端部が凹部表面１５０と接触するまで、
反力Ｆr は全体力Ｆt に等しく、従って比Ｆr ／Ｆt は
１．０である。しかしながら、ひとたび装置圧力Ｐs と
放出圧力Ｐd との間の圧力差Δｐが閾値を越えて増大し
て剛毛が凹部表面１５０と接触するようになると、機械
的な接触力（ｃｏｎｔａｃｔ ｆｏｒｃｅ）Ｆcが凹部
表面１５０によって剛毛１３０と凹部表面１５０間の界
面に及ぼされ、これにより比Ｆr ／Ｆt が減少せしめら
れる。剛毛１３０が凹部表面１５０と接触し始める上述
の閾値圧力差は特定の設計構造に依存するが、典型的に
は約３０psigから７０psigである。上述のように接触力
Ｆc は、シャフト２０の平衡位置からの半径方向の変位
（ｒａｄｉａｌ ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）の間に剛毛のヒ
ステリシス作用および剛化作用（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ
ｅｆｆｅｃｔ）を生み出す主要な原因となる。従っ
て、接触力Ｆc を最小化することにより（又は反力Ｆr
を最大化することにより）、これらのヒステリシス作用
および剛化作用が最小化されることができる。
【００２０】凹部表面１５０の深さｈを増大することに
より、接触力Ｆc ができるだけ小さくされることができ
る。しかしながら、凹部表面１５０の深さｈが増大する
につれて、剛毛の根元部における応力もまた増大する。
所与の組の作動条件に対するブラシシール装置１００の
設計の最適化は有限要素法解析によって達成されること
ができる。このような解析により、任意の特定の圧力差
および温度に対して許容可能な剛毛の応力限界を越えず
に接触力Ｆc の最も小さい値を達成する設計が提供され
ることができる。
【００２１】ブラシシール装置１００の構造を最適化す
るための本質的なパラメータは、背板１２０の第２側面
から凹部表面１５０の深さｈと、剛毛１３０の直径ｄ
と、剛毛１３０の列の数Ｎr と、剛毛１３０の自由長ｌ
とである。これらのパラメータの値は特定の適用分野に
適するように変化されることができると考えられる。
【００２２】例えば、深さｈは約０．００５インチ
（０．１３mm）から約０．１２０インチ（３．０５m
m）、好ましくは約０．０２０インチ（０．５１mm）か
ら約０．０５０インチ（１．２７mm）であることがで
き、各剛毛１３０の直径ｄは約０．００２インチ（０．
０５mm）から約０．０２０インチ（０．５１mm）、好ま
しくは約０．００２インチ（０．０５mm）から約０．０
１０インチ（０．２５mm）であることができ、各剛毛１
３０の自由長ｌは約０．２００インチ（５．０８mm）か
ら約０．８００インチ（２０．３２mm）、好ましくは約
０．３００インチ（７．６２mm）から約０．６００イン
チ（１５．２４mm）であることができる。更に、剛毛１
３０は、保持板１１０の第２側面と背板１２０の第２側
面との間に約１０列から約６０列（好ましくは約２０列
から５０列）並べて配置されることができ、このとき剛
毛１３０の詰められた幅は（ｐａｃｋ ｗｉｄｔｈ）は
約０．０２０インチ（０．５１mm）から約０．１５０イ
ンチ（３．８１mm）、好ましくは約０．０２５インチ
（０．６４mm）から約０．１００インチ（２．５４mm）
である。剛毛１３０の詰められた幅に関して、増大した
詰められた幅（従来のブラシシールは典型的には約０．
０２５インチ（０．６４mm）の詰められた幅を有する）
により、剛毛１３０の各列を横切る圧力降下が低減さ
れ、これにより全体力Ｆt に対する反力Ｆr の比が更に
増大されることを認識されたい。
【００２３】上述の特性を有する図１のブラシシール装
置１００は少くとも１００psi の圧力差、多分２００ps
i までの圧力差を扱うことができると考えられる。斯く
してブラシシール装置１００は広範な種類の航空機用エ
ンジン、圧縮機およびポンプに用いられるのに良く適し
ている。
【００２４】次に、図３を参照しながら本発明の第２の
実施例を説明する。図３に示されるように、環状の保持
板２１０と環状の背板２２０とを具備するブラシシール
装置２００が設けられている。環状の保持板２１０は、
装置圧力Ｐs に対面する第１の側面と、第１側面と反対
側の第２の側面とを有する。環状の背板２２０は、放出
圧力Ｐd に対面する第１の側面と、第１側面と反対側の
第２の側面とを有する。背板２２０の第２側面は外周部
分２２２と内周部分２２４とを有する。複数の剛毛２３
０が、保持板２１０の第２側面と背板２２０の第２側面
の外周部分２２２との間に溶接部２４０において取り付
けられる。
【００２５】好ましくは、保持板２１０、背板２２０、
剛毛２３０および溶接部２４０を形成するのに用いられ
る各材料は、第１実施例において用いられる各材料と同
じである。同様に、保持板２１０、背板２２０および剛
毛２３０の各寸法は好ましくは、第１実施例における各
寸法と同じである。
【００２６】第１実施例と同様に、保持板２１０の第２
側面と背板２２０の外周部分２２２との双方が好ましく
はほぼ平坦をなし、一方背板２２０の第２側面の内周部
分２２４は内周部分２２４内に形成された凹部表面２５
０を有する。しかしながら、第１実施例の凹部表面１５
０と異なり、第２実施例の凹部表面２５０は、背板２２
０の内周縁部に向けて深さが増大するような形状に形成
される。
【００２７】好ましくは凹部表面２５０は、作動状態の
圧力差における剛毛２３０の弾性曲線に基づいた輪郭形
状を有し、これにより反力Ｆr を最大化するようになっ
ている。凹部表面２５０の形状の設計における重要な要
因には、剛毛の根元部における背板２２０の曲率半径ｒ
と、背板２２０の内周縁部における凹部表面２５０の深
さｈとが含まれる。剛毛２３０の根元部と背板２２０の
内周縁部との間の凹部表面２５０の形状は有限要素法解
析を用いて最適化されることができるということを理解
されたい。
【００２８】好ましくは曲率半径ｒは、低い圧力差、例
えば３０psigから５０psigに対して剛毛２３０の最後の
列が凹部表面２５０と接触しないように選択される。し
かしながら、圧力差が増大するにつれて、剛毛２３０と
凹部表面２５０との間の接触領域が背板２２０の内周縁
部に向けて次第に増大していき、これにより根元部にお
ける反力Ｆr が有限の領域上に分布せしめられる。
【００２９】図４、図５および図６に、凹部表面２５０
のためのいくつかの可能な構造を示す。これらの構造に
よって示されるように、剛毛２３０の根元部における輪
郭の曲率半径ｒと、背板２２０の内周縁部における凹部
表面２５０の深さｈとの双方が変化することができる。
例えば、剛毛２３０の根元部における輪郭の曲率半径ｒ
は０インチ（０mm）から２インチ（５０．８mm）の間で
変化することができ、背板２２０の内周縁部における凹
部表面２５０の深さｈは０．００５インチ（０．１３m
m）から０．１２０インチ（３．０５mm）まで変化する
ことができる。好ましくは深さｈは、作動状態の圧力差
において剛毛２３０が凹部表面２５０にほとんど接触し
ないように選択され、これにより接触力Ｆc をほとんど
零のレベルまで低減させるようにすることに注意された
い。
【００３０】凹部表面２５０をこのような輪郭に形成す
ることにより、剛毛２３０の根元部における反力Ｆr は
単一の点に集中されず、反力Ｆr は剛毛２３０の有限の
領域上に分散され、これにより最大応力が低減される。
斯くしてブラシシール装置２００は第１実施例よりも高
い圧力差を収容することができる。凹部表面２５０のた
めの他のいくつかの可能な構造が図７、図８および図９
に示される。
【００３１】次に、図１０および図１１を参照しながら
本発明の第３の実施例を説明する。図１０に示されるよ
うに、環状の保持板３１０と環状の背板３２０とを具備
するブラシシール装置３００が設けられている。環状の
保持板３１０は、装置圧力Ｐ s に対面する第１の側面
と、第１側面と反対側の第２の側面とを有する。環状の
背板３２０は、放出圧力Ｐd に対面する第１の側面と、
第１側面と反対側の第２の側面とを有する。背板３２０
の第２側面は外周部分３２２と内周部分３２４とを有す
る。複数の剛毛３３０が、保持板３１０の第２側面と背
板３２０の第２側面の外周部分３２２との間に溶接部３
４０において取り付けられる。
【００３２】好ましくは、保持板３１０、背板３２０、
剛毛３３０および溶接部３４０を形成するのに用いられ
る各材料は、第１および第２の実施例において用いられ
る各材料と同じである。同様に、保持板３１０、背板３
２０および剛毛３３０の各寸法は好ましくは、第１およ
び第２の実施例における各寸法と同じである。
【００３３】第１実施例と同様に、背板３２０の第２側
面の内周部分３２４は、内周部分３２４内に形成された
ほぼ平坦をなす凹部表面３５０を有する。しかしながら
第１実施例と異なり、図１０に示すブラシシール装置３
００は、複数の剛毛３３０と背板３２０の第２側面との
間に配置された可撓性の環状部材３６０を更に具備す
る。
【００３４】好ましくは、可撓性の環状部材３６０は、
高温において高い降伏強度を有する材料、例えばインコ
ネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標))または他のニッケル
基の合金を含む。可撓性の環状部材３６０の組成もま
た、ブラシシール装置３００が使用されるべき特定の適
用分野に応じて変化されることができるということを理
解されたい。
【００３５】図１１に示されるように可撓性の環状部材
３６０は、可撓性の環状部材３６０に増大した可撓性を
付与するように環状部材３６０内に形成された複数のス
リット３６２を有する。スリット３６２は可撓性の環状
部材３６０の対応する半径に対して角度βをなして延び
ることができ、かつスリット３６２は剛毛３３０の角度
αの向きと反対の向き又は同じ向きを有することができ
る。しかしながら好ましくは、スリット３６２は可撓性
の環状部材３６０の対応する半径に沿って延びている。
【００３６】第１実施例に関して上述したように、剛毛
３３０上に作用する接触力Ｆc を低減させるように凹部
表面３５０の深さｈが増大されるにつれて、剛毛の根元
部に作用する応力もまた増大する。しかしながらこの実
施例では、可撓性の環状部材３６０が、剛毛の根元部に
おける反力Ｆr を有限の領域上に分散させることによっ
て剛毛の根元部における上述の応力集中を軽減させ、従
ってブラシシール装置３００の圧力能力を増大させると
いうことを認識されたい。更に、第１実施例と同様に剛
毛３３０のほとんど自由な軸線方向移動を依然として許
容しつつ、可撓性の環状部材３６０はまた、剛毛３３０
を通した漏洩の大部分を阻止することによってブラシシ
ール装置３００の漏洩をかなり低減させる。剛毛３３０
の先端領域を通る流れは遮られずに残され、これにより
剛毛３３０とシャフト２０間の界面における有益な冷却
流れが確保されるということを認識されたい。
【００３７】所与の設計に対し、可撓性の環状部材３６
０の厚みｔと、可撓性の環状部材３６０内に形成される
スリット３６２の個数ｎと、スリット角度βとは反力Ｆ
r を制御するために、従って根元部の応力を制御するた
めに変化されることができる。可撓性の環状部材３６０
は有限要素法解析を用いて設計されることができる。
【００３８】例えば、可撓性の環状部材３６０は約０．
００２インチ（０．０５mm）から０．０４０インチ
（１．０２mm）、好ましくは０．００６インチ（０．１
５mm）から０．０１０インチ（０．２５mm）の厚みｔを
有することができ、スリット３６２の個数ｎは約５個か
ら６０個であることができ、スリット角度βは約＋７０
度から−７０度の間（好ましくは０度）であることがで
きる。この構造を有するブラシシール装置３００は、高
い圧力差を有する適用分野に特に適しているということ
を認識されたい。
【００３９】上述の説明から、本発明は、従来の構造よ
りも改良された特性を有するブラシシール装置を提供す
ることが明らかである。特に、本発明によるブラシシー
ル装置は従来のブラシシールに関連した剛毛のヒステリ
シス作用および剛化作用を低減し、これによりブラシシ
ール装置の寿命を延ばすと共にブラシシール装置の圧力
密封能力を改良する。
【００４０】当業者は付加的な利点および変形例を容易
に考え付くであろう。従って、本発明はその広い観点に
おいて、上述の特定の詳細な説明、代表的な装置および
例示的な例に限定されない。従って、特許請求の範囲に
よって定められた全体的な発明概念およびそれらの均等
物の精神または範囲から逸脱することなく、上述の詳細
な説明から新発展がなされることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シャフトと、本発明の第１の実施例によるブラ
シシール装置との半径方向断面図である。
【図２】図１のブラシシール装置の自由な実質的に働く
力（ｆｒｅｅ ｂｏｄｙ ｆｏｒｃｅ）を示す線図であ
る。
【図３】本発明の第２の実施例によるブラシシール装置
の半径方向断面図である。
【図４】図３のブラシシール装置の背板の第１の輪郭形
状を示す断面図である。
【図５】図３のブラシシール装置の背板の第２の輪郭形
状を示す断面図である。
【図６】図３のブラシシール装置の背板の第３の輪郭形
状を示す断面図である。
【図７】図３のブラシシール装置の背板の第４の輪郭形
状を示す断面図である。
【図８】図３のブラシシール装置の背板の第５の輪郭形
状を示す断面図である。
【図９】図３のブラシシール装置の背板の第６の輪郭形
状を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施例によるブラシシール装
置の半径方向断面図である。
【図１１】図１０に示すブラシシール装置の可撓性の環
状部材の前面図である。
【符号の説明】
２０…シャフト １００，２００，３００…ブラシシール装置 １１０，２１０，３１０…保持板 １２０，２２０，３２０…背板 １２２，２２２，３２２…外周部分 １２４，２２４，３２４…内周部分 １３０，２３０，３３０…剛毛 １４０，２４０，３４０…溶接部 １５０，２５０，３５０…凹部表面 ３６０…可撓性の環状部材

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低圧領域から高圧領域を密封するための
    ブラシシール装置であって、 環状の保持板を具備し、該保持板は、内径と、高圧領域
    に対面する第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側
    面とを有し、 更に、環状の背板を具備し、該背板は、環状の保持板の
    内径よりも小さい内径と、低圧領域に対面する第１の側
    面と、第１側面と反対側の第２の側面とを有し、背板の
    第２側面は外周部分と内周部分とを有し、背板の第２側
    面の内周部分は該内周部分内に形成された凹部表面を有
    し、該凹部表面は背板の内周縁部から外方に外周部分ま
    で延びており、 更に、保持板の第２側面と背板の第２側面の外周部分と
    の間に配置された複数の剛毛を具備し、該複数の剛毛は
    背板の第２側面の外周部分から内方に延びている、低圧
    領域から高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  2. 【請求項２】 凹部は、複数の剛毛上に第１の方向に反
    力を及ぼすような形態に形成され、高圧領域と低圧領域
    間の圧力差が複数の剛毛上に第１方向と反対の第２の方
    向に全体力を及ぼす、請求項１に記載の低圧領域から高
    圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  3. 【請求項３】 反力が全体力の約５０パーセントから１
    ００パーセントである、請求項２に記載の低圧領域から
    高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  4. 【請求項４】 凹部表面がほぼ平坦をなす、請求項１に
    記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシ
    ール装置。
  5. 【請求項５】 凹部表面が背板の第２側面から約０．０
    ０５インチ（０．１３ミリメートル）から約０．１２０
    インチ（３．０５ミリメートル）の深さを有する、請求
    項４に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブ
    ラシシール装置。
  6. 【請求項６】 上記複数の剛毛の各々が約０．００２イ
    ンチ（０．０５ミリメートル）から０．０２０インチ
    （０．５１ミリメートル）の直径を有し、複数の剛毛が
    保持板の第２側面と背板の第２側面との間に約１０列か
    ら６０列に配置され、複数の剛毛の詰められた幅が約
    ０．０２０インチ（０．５１ミリメートル）から０．１
    ５０インチ（３．８１ミリメートル）である、請求項１
    に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシ
    シール装置。
  7. 【請求項７】 上記複数の剛毛の各々が約０．２００イ
    ンチ（５．０８ミリメートル）から０．８００インチ
    （２０．３２ミリメートル）の自由長を有する、請求項
    １に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラ
    シシール装置。
  8. 【請求項８】 上記凹部表面が、背板の内周縁部に向け
    て深さが増大するような形状に形成される、請求項１に
    記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシ
    ール装置。
  9. 【請求項９】 上記複数の剛毛と上記背板の第２側面と
    の間に配置された可撓性の環状部材を更に具備する、請
    求項１に記載の低圧領域から高圧領域を密封するための
    ブラシシール装置。
  10. 【請求項１０】 上記可撓性の環状部材が、該環状部材
    内に形成された複数のスリットを有する、請求項９に記
    載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシー
    ル装置。
  11. 【請求項１１】 上記スリットは、上記可撓性の環状部
    材の対応する半径に対して約＋７０度から−７０度の間
    の角度をなして延びている、請求項１０に記載の低圧領
    域から高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  12. 【請求項１２】 上記スリットは上記可撓性の環状部材
    の対応する半径に沿って延びている、請求項１０に記載
    の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシール
    装置。
  13. 【請求項１３】 上記可撓性の環状部材は約０．００２
    インチ（０．０５ミリメートル）から０．０４０インチ
    （１．０２ミリメートル）の厚みを有する、請求項９に
    記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシ
    ール装置。
  14. 【請求項１４】 上記保持板の第２側面がほぼ平坦をな
    す、請求項１に記載の低圧領域から高圧領域を密封する
    ためのブラシシール装置。
  15. 【請求項１５】 上記凹部の外周直径は上記保持板の内
    径よりも小さいか又は該内径に等しい、請求項１に記載
    の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシール
    装置。
  16. 【請求項１６】 高圧領域と低圧領域とを有する装置で
    あって、 回転可能なシャフトと、 該回転可能なシャフトに沿って低圧領域から高圧領域を
    密封するためのブラシシール装置とを具備し、該ブラシ
    シール装置は、 環状の保持板を備え、該保持板は、内径と、高圧領域に
    対面する第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面
    とを有し、 更に、環状の保持板を備え、該保持板は、上記環状の保
    持板の内径よりも小さい内径と、高圧領域に対面する第
    １の側面と、該第１側面と反対側の第２の側面とを有
    し、 更に、環状の背板を備え、該背板は、環状の保持板の内
    径よりも小さい内径と、低圧領域に対面する第１の側面
    と、第１側面と反対側の第２の側面とを有し、背板の第
    ２側面は外周部分と内周部分とを有し、背板の第２側面
    の内周部分は該内周部分内に形成された凹部表面を有
    し、該凹部表面は背板の内周縁部から外方に外周部分ま
    で延びており、 更に、保持板の第２側面と背板の第２側面の外周部分と
    の間に配置された複数の剛毛を備え、該複数の剛毛は背
    板の第２側面の外周部分から内方に延びている、 高圧領域と低圧領域とを有する装置。
  17. 【請求項１７】 低圧領域から高圧領域を密封するため
    のブラシシール装置であって、 環状の保持板を具備し、該保持板は、高圧領域に対面す
    る第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面とを有
    し、 更に、環状の背板を具備し、該背板は、低圧領域に対面
    する第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面とを
    有し、背板の第２側面は外周部分と内周部分とを有し、
    背板の第２側面の内周部分は該内周部分内に形成された
    凹部表面を有し、該凹部表面は背板の内周縁部から外方
    に外周部分まで延びており、該凹部表面は背板の内周縁
    部に向けて深さが増大するような形状に形成され、 更に、保持板の第２側面と背板の第２側面の外周部分と
    の間に配置された複数の剛毛を具備し、該複数の剛毛は
    背板の第２側面の外周部分から内方に延びている、低圧
    領域から高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  18. 【請求項１８】 凹部は、複数の剛毛上に第１の方向に
    反力を及ぼすような形態に形成され、高圧領域と低圧領
    域間の圧力差が複数の剛毛上に第１方向と反対の第２の
    方向に全体力を及ぼす、請求項１７に記載の低圧領域か
    ら高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  19. 【請求項１９】 反力が全体力の約５０パーセントから
    １００パーセントである、請求項１８に記載の低圧領域
    から高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  20. 【請求項２０】 上記複数の剛毛の各々が約０．００２
    インチ（０．０５ミリメートル）から０．０２０インチ
    （０．５１ミリメートル）の直径を有し、複数の剛毛が
    保持板の第２側面と背板の第２側面との間に約１０列か
    ら６０列に配置され、複数の剛毛の詰められた幅が約
    ０．０２０インチ（０．５１ミリメートル）から０．１
    ５０インチ（３．８１ミリメートル）である、請求項１
    ７に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラ
    シシール装置。
  21. 【請求項２１】 上記複数の剛毛の各々が約０．２００
    インチ（５．０８ミリメートル）から０．８００インチ
    （２０．３２ミリメートル）の自由長を有する、請求項
    １７に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブ
    ラシシール装置。
  22. 【請求項２２】 上記複数の剛毛と上記背板の第２側面
    との間に配置された可撓性の環状部材を更に具備する、
    請求項１７に記載の低圧領域から高圧領域を密封するた
    めのブラシシール装置。
  23. 【請求項２３】 上記可撓性の環状部材が、該環状部材
    内に形成された複数のスリットを有する、請求項２２に
    記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシ
    ール装置。
  24. 【請求項２４】 上記スリットは、上記可撓性の環状部
    材の対応する半径に対して約＋７０度から−７０度の間
    の角度をなして延びている、請求項２３に記載の低圧領
    域から高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  25. 【請求項２５】 上記スリットは上記可撓性の環状部材
    の対応する半径に沿って延びている、請求項２３に記載
    の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシール
    装置。
  26. 【請求項２６】 上記可撓性の環状部材は約０．００２
    インチ（０．０５ミリメートル）から０．０４０インチ
    （１．０２ミリメートル）の厚みを有する、請求項２２
    に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシ
    シール装置。
  27. 【請求項２７】 上記保持板の第２側面がほぼ平坦をな
    す、請求項１７に記載の低圧領域から高圧領域を密封す
    るためのブラシシール装置。
  28. 【請求項２８】 上記凹部の外周直径は上記保持板の内
    径よりも小さいか又は該内径に等しい、請求項１７に記
    載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシー
    ル装置。
  29. 【請求項２９】 高圧領域と低圧領域とを有する装置で
    あって、 回転可能なシャフトと、 該回転可能なシャフトに沿って低圧領域から高圧領域を
    密封するためのブラシシール装置とを具備し、該ブラシ
    シール装置は、 環状の保持板を備え、該保持板は、高圧領域に対面する
    第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面とを有
    し、 更に、環状の背板を備え、該背板は、低圧領域に対面す
    る第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面とを有
    し、背板の第２側面は外周部分と内周部分とを有し、背
    板の第２側面の内周部分は該内周部分内に形成された凹
    部表面を有し、該凹部表面は背板の内周縁部から外方に
    外周部分まで延びており、該凹部表面は背板の内周縁部
    に向けて深さが増大するような形状に形成され、 更に、保持板の第２側面と背板の第２側面の外周部分と
    の間に配置された複数の剛毛を備え、該複数の剛毛は背
    板の第２側面の外周部分から内方に延びている、 高圧領域と低圧領域とを有する装置。
  30. 【請求項３０】 低圧領域から高圧領域を密封するため
    のブラシシール装置であって、 環状の保持板を具備し、該保持板は、高圧領域に対面す
    る第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面とを有
    し、 更に、環状の背板を具備し、該背板は、低圧領域に対面
    する第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面とを
    有し、背板の第２側面は外周部分と内周部分とを有し、
    背板の第２側面の内周部分は該内周部分内に形成された
    凹部表面を有し、該凹部表面は背板の内周縁部から外方
    に外周部分まで延びており、 更に、保持板の第２側面と背板の第２側面の外周部分と
    の間に配置された複数の剛毛を具備し、該複数の剛毛は
    背板の第２側面の外周部分から内方に延びており、 更に、該複数の剛毛と該背板の第２側面との間に配置さ
    れた可撓性の環状部材を具備する、低圧領域から高圧領
    域を密封するためのブラシシール装置。
  31. 【請求項３１】 凹部は、複数の剛毛上に第１の方向に
    反力を及ぼすような形態に形成され、高圧領域と低圧領
    域間の圧力差が複数の剛毛上に第１方向と反対の第２の
    方向に全体力を及ぼす、請求項３０に記載の低圧領域か
    ら高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  32. 【請求項３２】 反力が全体力の約５０パーセントから
    １００パーセントである、請求項３１に記載の低圧領域
    から高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  33. 【請求項３３】 凹部表面がほぼ平坦をなす、請求項３
    ０に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラ
    シシール装置。
  34. 【請求項３４】 凹部表面が背板の第２側面から約０．
    ００５インチ（０．１３ミリメートル）から約０．１２
    ０インチ（３．０５ミリメートル）の深さを有する、請
    求項３３に記載の低圧領域から高圧領域を密封するため
    のブラシシール装置。
  35. 【請求項３５】 上記複数の剛毛の各々が約０．００２
    インチ（０．０５ミリメートル）から０．０２０インチ
    （０．５１ミリメートル）の直径を有し、複数の剛毛が
    保持板の第２側面と背板の第２側面との間に約１０列か
    ら６０列に配置され、複数の剛毛の詰められた幅が約
    ０．０２０インチ（０．５１ミリメートル）から０．１
    ５０インチ（３．８１ミリメートル）である、請求項３
    ０に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラ
    シシール装置。
  36. 【請求項３６】 上記複数の剛毛の各々が約０．２００
    インチ（５．０８ミリメートル）から０．８００インチ
    （２０．３２ミリメートル）の自由長を有する、請求項
    ３０に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブ
    ラシシール装置。
  37. 【請求項３７】 上記可撓性の環状部材が、該環状部材
    内に形成された複数のスリットを有する、請求項３０に
    記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシ
    ール装置。
  38. 【請求項３８】 上記スリットは、上記可撓性の環状部
    材の対応する半径に対して約＋７０度から−７０度の間
    の角度をなして延びている、請求項３７に記載の低圧領
    域から高圧領域を密封するためのブラシシール装置。
  39. 【請求項３９】 上記スリットは上記可撓性の環状部材
    の対応する半径に沿って延びている、請求項３７に記載
    の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシール
    装置。
  40. 【請求項４０】 上記可撓性の環状部材は約０．００２
    インチ（０．０５ミリメートル）から０．０４０インチ
    （１．０２ミリメートル）の厚みを有する、請求項３０
    に記載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシ
    シール装置。
  41. 【請求項４１】 上記保持板の第２側面がほぼ平坦をな
    す、請求項３０に記載の低圧領域から高圧領域を密封す
    るためのブラシシール装置。
  42. 【請求項４２】 上記凹部の外周直径は上記保持板の内
    径よりも小さいか又は該内径に等しい、請求項３０に記
    載の低圧領域から高圧領域を密封するためのブラシシー
    ル装置。
  43. 【請求項４３】 高圧領域と低圧領域とを有する装置で
    あって、 回転可能なシャフトと、 該回転可能なシャフトに沿って低圧領域から高圧領域を
    密封するためのブラシシール装置とを具備し、該ブラシ
    シール装置は、 環状の保持板を備え、該保持板は、高圧領域に対面する
    第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面とを有
    し、 更に、環状の背板を備え、該背板は、低圧領域に対面す
    る第１の側面と、第１側面と反対側の第２の側面とを有
    し、背板の第２側面は外周部分と内周部分とを有し、背
    板の第２側面の内周部分は該内周部分内に形成された凹
    部表面を有し、該凹部表面は背板の内周縁部から外方に
    外周部分まで延びており、 更に、保持板の第２側面と背板の第２側面の外周部分と
    の間に配置された複数の剛毛を備え、該複数の剛毛は背
    板の第２側面の外周部分から内方に延びており、 更に、該複数の剛毛と該背板の第２側面との間に配置さ
    れた可撓性の環状部材を備える、 高圧領域と低圧領域とを有する装置。
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