JP2012107731A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール面が相手部材の変形に追従して変形可能な可撓性を有し、好適なシール性能を奏するシール部材を提供する。
【解決手段】第１シール壁面５４ａを有する第１溝部５２ａが形成された第１対向面５１ａと、第１対向面５１ａに対向しており、第２シール壁面５４ｂを有する第２溝部５２ｂが形成された第２対向面５１ｂとの間の間隙をシールする板状のシール装置であって、第１シール壁面５４ａ及び第２シール壁面５４ｂに接触する本体シール面２２と、その反対面である本体背面２４と、本体シール面２２と本体背面２４を長手方向に沿って接続しており、互いに反対方向を向く第１本体側面２６ａ及び第２本体側面２６ｂと、を有し、本体背面２４には、長手方向に対して交差する方向に沿って、第１本体側面２６ａから第２本体側面２６ｂまで連続する連続溝部が、１つ以上形成されていることを特徴とするシール装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、対向する二つの溝に跨るように配置される板状のシール装置に関する。

従来より、対向する二つの面の間をシールするために、対向する二つの溝に跨るように配置される板状のシール装置が知られている。例えば、ガスタービンの翼を支えるブロック等に関しては、隣接するブロック間の隙間をシールするために、板状のシール装置を用いる技術が知られている（特許文献１及び特許文献２等参照）。

従来技術に係るシール装置は、単数又は複数の薄い板材を用いることによって、可撓性を確保していたが、板材の強度が低いために、組立時又は使用時において、意図しない変形や、破損が発生しやすいという問題点を有している。それとは逆に、シール装置として厚い板材を用いると、シール装置が、溝のそりやうねりに追従して変形することができない場合がある。

特開平１１−０５０８０５号公報 特開２００６−２２００４７号公報

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、シール面が相手部材の変形に追従して変形可能な可撓性を有し、好適なシール性能を奏するシール部材を提供することである。

上述の課題を解決するために、本発明に係るシール装置は、第１対向面に形成されており当該第１対向面に略垂直な第１シール壁面を有する第１溝部と、前記第１対向面に対向する第２対向面に前記第１溝部と対向するように形成されており前記第２対向面に略垂直な第２シール壁面を有する第２溝部と、の間に跨るように配置されて、前記第１対向面と前記第２対向面の間の間隙をシールする板状のシール装置であって、
前記第１シール壁面及び前記第２シール壁面に接触する本体シール面と、
前記本体シール面の反対面である本体背面と、
前記本体シール面と前記本体背面を、前記本体シール面及び前記本体背面の長手方向に沿って接続しており、互いに反対方向を向く第１本体側面及び第２本体側面と、を有し、
前記本体背面には、前記長手方向に対して交差する方向に沿って、前記第１本体側面から前記第２本体側面まで連続する連続溝部が、１つ以上形成されていることを特徴とする。

本発明に係るシール装置の本体背面には、長手方向に対して交差する方向に沿って、一方の本体側面から他方の本体側面まで連続する連続溝部が形成されているため、このようなシール装置は、本体シール面の長手方向の辺が曲がり易く、シール装置が収納される第１溝部及び第２溝部の変形に追従しうる良好な可撓性を有する。また、シール装置において、連続溝部は本体背面に形成されているので、本体シール面が外周側になるように反った場合でも、内周側になるように反った場合でも、本体溝部から流体がリークする恐れはなく、好適なシール性能を有する。また、本発明に係るシール装置は、長手方向に可撓性を持たせつつ、板状部分の厚みを厚くすることができるため、組立時又は使用時において破損し難く、耐久性が高い。さらに、本発明に係るシール装置は、構造がシンプルであり製造が容易である。

また、前記本体背面には、互いに略平行な複数の前記連続溝部が、所定の間隔を隔てて形成されていても良い。

このようなシール装置は、シール面の長手方向に沿って均質性の高い可撓性を有するため、本体シール面が、各シール壁面の変形に対して、より高い追従性を有し、好適なシール性能を有する。また、このようなシール装置は、特に単純な曲げ方向に関してさらに良好な可撓性を有する。

また、前記本体背面には、前記長手方向に対して第１の角度を有する第１連続溝部と、前記長手方向に対して前記第１の角度とは異なる第２の角度を有し、前記第１連続溝部に対して交差する第２連続溝部と、を含む複数の前記連続溝部が、形成されていても良い。

このようなシール装置は、互いに角度の異なる複数の溝が形成されていることにより、特に捻れ方向（本体シール面の長手方向の一方の端部が他方の端部に対して相対回転する方向）に変形する際の可撓性が向上し、シール装置が収納される第１溝部及び第２溝部の多様な変形に追従しうる良好な可撓性を有する。また、第１連続溝部と第２連続溝部とが交差するため、長辺方向に対して角度の異なる連続溝部を高い密度で形成することが可能であり、特に捻れ方向に関して良好な可撓性を有する。

図１は、本発明の一実施形態に係るシール装置及びシール装置が配置される対向溝を表す断面図である。 図２は、図１に示すシール装置及び第１ブロックの配置状態を表す斜視図である。 図３は、図１に示すシール装置の斜視図である。 図４は、図３に示すシール装置が変形した状態を表す斜視図である。 図５（ａ）〜図５（ｆ）は、本実施形態に係るシール装置及び参考例に係るシール装置と、これらのシール装置が配置される対向溝の変形前又は変形中の状態を模式的に表した断面図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るシール装置の斜視図である。 図７は、本発明の第３実施形態に係るシール装置の斜視図である。 図８は、本発明の第４実施形態に係るシール装置の斜視図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るシール装置１０及びシール装置１０が配置される対向溝５２を表す断面図である。シール装置１０は、隣接して配置される第１ブロック５０ａと第２ブロック５０ｂ間に形成される対向溝５２の中に配置されている。本実施形態において、ブロック５０ａ，５０ｂは、ガスタービンの翼を支えるブロックであるが、シール装置１０の用途はこれに限定されない。

シール装置１０は、第１ブロック５０ａの第１対向面５１ａと、第２ブロック５０ｂの第２対向面５１ｂの間の間隙をシールする板状のシール装置である（シール装置１０の全体形状については図３等参照）。シール装置１０は、対向溝５２の壁面に接触して流体をシールする本体シール面２２と、本体シール面２２の反対面である本体背面２４と、長手方向の側面である第１本体側面２６ａ及び第２本体側面２６ｂを有する。シール装置１０に対して、本体シール面２２側が低圧側であり、本体背面２４側が高圧側であるため、シール装置１０は、対向溝５２の内部において、本体シール面２２が対向する壁面（第１シール壁面５４ａ及び第２シール壁面５４ｂ）に、流体の圧力によって押し付けられる。

シール装置１０及び第１ブロック５０ａの配置状態を表す図２に示すように、第１ブロック５０ａの第１対向面５１ａには第１溝５２ａが形成されており、第１溝５２ａには、シール装置１０の一部が収納される。なお、図２では、第２ブロック５０ｂの図示を省略し、シール装置１０については概略形状のみを表示している。

第１溝５２ａは、第１対向面５１ａに垂直な第１シール壁面５４ａを有する。第１シール壁面５４ａは、シール装置１０の本体シール面２２と接触し、流体をシールするシール面を構成する。図１に示すように、第１溝５２ａは、第１シール壁面５４ａの他に、第１シール壁面５４ａに対向する第１対向壁面５６ａと、第１シール壁面５４ａと第１対向壁面５６ａとを接続する第１接続壁面５８ａとを有する。

第１対向面５１ａに対向する第２対向面５１ｂには、第１溝５２ａに対向するように第２溝５２ｂが形成されている。第２溝５２ｂは、第１溝５２ａと略対称な形状を有しており、第１溝５２ａと同様に、第２対向面５１ｂに垂直な第２シール壁面５４ｂを有する。第２シール壁面５４ｂは、第１シール壁面５４ａと同様に、シール装置１０の本体シール面２２と接触し、流体をシールするシール面を構成する。第２溝５２ｂは、第２シール壁面５４ｂの他に、第２シール壁面５４ｂに対向する第２対向壁面５６ｂと、第２シール壁面５４ｂと第２対向壁面５６ｂを接続する第２接続壁面５８ｂとを有する。

第１溝５２ａと第２溝５２ｂが対向するように配置されることによって、第１対向面５１ａと第２対向面５１ｂの間に、第１溝５２ａ及び第２溝５２ｂによって構成される対向溝５２が形成される。

シール装置１０は、第１溝５２ａと第２溝５２ｂの間に跨るように配置される。シール装置１０の本体シール面２２は、第１シール壁面５４ａと第２シール壁面５４ｂの両方に接触し、第１対向面５１ａと、第２対向面５１ｂの間の間隙をシールする。図２に示すように、シール装置１０は、細長い板状の形状を有しており、第２本体側面２６ｂは、本体シール面２２と本体背面２４とを長手方向に沿って接続する。第２本体側面２６ｂは、図１に示すように、第２溝５２ｂの第２接続壁面５８ｂに対向するように配置される。本体シール面２２と本体背面２４とを長手方向に沿って接続しており、第２本体側面２６ｂとは反対方向を向く第１本体側面２６ａは、第１溝５２ａの第１接続壁面５８ａに対向するように配置される。

図３に示すように、シール装置１０の本体背面２４には、互いに平行な複数の連続溝部２８が形成されている。連続溝部２８は、長手方向に垂直な方向に沿って、第１本体側面２６ａから第２本体側面２６ｂまで連続している。また、連続溝部２８は、本体背面２４の全体に、所定の間隔を隔てて形成されている。連続溝部２８を形成するピッチＬ２は、シール装置１０の長手方向の長さＬ１に対して、１／２０〜１／５程度とすることが、強度を確保しつつ長手方向に均質性の高い可撓性を付与するために好ましいが、特に限定されない。また、連続溝部２８の深さＤ２は、シール装置１０の厚みＤ１に対して、１／１０〜２／３程度とすることが、強度を確保しつつ可撓性を持たせる観点から好ましいが、特に限定されない。

図４は、シール装置１０が変形した状態を表す斜視図である。シール装置１０では、連続溝部２８が形成されている部分が、他の部分より小さな力で屈曲することができる。このため、シール装置１０は、連続溝部２８を支点として屈曲する作用が加わることにより、本体シール面２２の長手方向の辺２２ａが曲がりやすくなる。これに対して、シール装置１０の短辺方向の剛性は、連続溝部２８を設けたとしても、シール装置１０の厚みＤ１を適切に設計することにより確保することが可能である。したがって、シール装置１０は、当該シール装置１０が収納される第１溝５２ａと第２溝５２ｂの間隔が狭くなったり、第１溝５２ａと第２溝５２ｂとがずれたような場合でも、破損し難いという効果を奏する。

シール装置１０は、高温環境下において好適なシール性能を奏するように、Ｎｉ基耐熱合金やＣｏ基耐熱合金等によって作製されるが、特に限定されない。また、連続溝部２８は、本体背面２４を機械加工等することによって形成されるが、特に限定されない。

図５（ａ）〜図５（ｆ）は、本実施形態に係るシール装置１０及び参考例に係るシール装置１１０と、シール装置１０，１１０が配置される対向溝５２の変形前又は変形中の状態を模式的に表した断面図である。図５（ａ）、図５（ｃ）及び図５（ｅ）は、シール装置１０，１１０の短辺方向に沿う断面を表したものであり、図５（ｂ）、図５（ｄ）及び図５（ｆ）は、各図５（ａ）、図５（ｃ）及び図５（ｅ）に対応するシール装置１０，１１０の長辺方向に沿う断面を表したものである。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、参考例に係るシール装置１１０と変形前の対向溝５２の接触状態を表している。なお、シール装置１１０は、本体背面に連続溝部が形成されていないことを除き、本実施形態に係るシール装置１０と同様である。図５（ｂ）に示すように、対向溝５２が変形する前の状態では、シール装置１１０の本体シール面１２２は、対向溝５２の第２シール壁面５４ｂに対して、長手方向の全体にわたって接触している。

図５（ｃ）および図５（ｄ）は、参考例に係るシール装置１１０と変形中の対向溝５２との接触状態を表している。図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、対向溝５２は、熱応力等の影響により変形する場合がある。図５（ｄ）から明らかなように、参考例に係るシール装置１１０は、可撓性が不十分であるため、変形中の対向溝５２に追従して変形することができず、本体シール面１２２と第２シール壁面５４ｂの間に隙間が形成される。これにより、参考例に係るシール装置１１０では、リークが発生してしまう。

図５（ｅ）および図５（ｆ）は、本発明の実施形態に係るシール装置１０と変形中の対向溝５２との接触状態を表している。図５（ｆ）から明らかなように、シール装置１０は、本体背面２４に形成された連続溝部２８により、十分な可撓性を有するため、本体背面２４側から圧力を受けて、変形中の対向溝５２に追従するように変形することができる。これにより、シール装置１０では、長手方向の全体にわたって本体シール面２２と第２シール壁面５４ｂとの接触が保たれ、シール装置１０は良好なシール性能を奏する。また、シール装置１０では、可撓性を付与するための連続溝部２８は本体背面２４に形成されており、本体シール面２２は、長手方向に沿って平滑である。このため、シール装置１０は、図５（ｆ）に示すように、本体シール面２２が外周側になるように反った場合でも、その反対に本体シール面２２が内周側になるように反った場合でも、連続溝部２８の変形が本体シール面２２の平滑性にほとんど影響を及ぼさないため、好適なシール性能を有する。

以上のように、シール装置１０は、本体シール面２２が対向溝５２のシール壁面５４ａ，５４ｂの変形に追従して変形可能な可撓性を有し、好適なシール性能を奏する。また、シール装置１０は、長手方向に可撓性を持たせつつ、板状部分の厚みを厚くすることによって全体の強度を確保できるため、組立時又は使用時において破損し難く、耐久性が高い。さらに、シール装置１０は、構造がシンプルであり、製造が容易である。

その他の実施形態
図６は、本発明の第２実施形態に係るシール装置１２の斜視図である。シール装置１２は、本体シール面３２にシール面突起３２ａ，３２ｂが形成されている点を除き、シール装置１０と同様である。シール装置１２は、本体シール面３２における短辺方向の両端部に形成されたシール面突起３２ａ，３２ｂを有する。シール面突起３２ａ，３２ｂは、本体シール面３２の長手方向に沿って延在しており、図１に示す第１シール壁面５４ａ及び第２シール壁面５４ｂに接触する。

シール面突起３２ａ，３２ｂを有するシール装置１２は、第１シール壁面５４ａと第２シール壁面５４ｂの位置がシール装置１２の厚み方向にずれたような場合にでも、本体シール面３２とシール壁面５４ａ，５４ｂとの接触を安定して維持することが可能である。したがって、シール装置１２は、対向溝５２を構成する第１溝５２ａと第２溝５２ｂが相対変位したような場合にでも、良好なシール性能を奏する。また、シール装置１２は、第１実施形態に係るシール装置１０と同様の効果を奏する。

図７は、本発明の第３実施形態に係るシール装置１４の斜視図である。シール装置１４は、本体背面４４に形成された連続溝部４８が、溝幅の小さいスリット形状である点で相違するが、その他は第１実施形態に係るシール装置１０と同様である。連続溝部４８は、第１実施形態に係る連続溝部２８と同様に、第１本体側面４６ａから第２本体側面４６ｂまで連続するように形成されている。

本発明に係るシール装置において、本体背面に形成される連続溝部の形状は特に限定されず、図７に示すスリット形状の連続溝部４８や、図６等に示す断面が円弧状の連続溝部２８など、様々な形状とすることができる。また、本体背面に形成される連続溝部は、直線状に伸びているものに限定されず、円弧状等、曲線的に伸びているものであってもよい。なお、図７に示す第３実施形態に係るシール装置１４も、第１実施形態に係るシール装置１０と同様の効果を奏する。

図８は、本発明の第４実施形態に係るシール装置１６の斜視図である。シール装置１６では、本体背面６４に形成された連続溝部が、長手方向に略垂直な連続溝部６８ａに加えて、第１交差溝部６８ｂ及び第２交差溝部６８ｃを含む点でシール装置１０と異なるが、その他の点は同様である。連続溝部６８ａ、第１交差溝部６８ｂ及び第２交差溝部６８ｃは、第１実施形態に係る連続溝部２８と同様に、第１本体側面６６ａから第２本体側面６６ｂまで連続するように形成されている。

第１交差溝部６８ｂは、本体背面６４の長手方向に対して垂直ではない第１の角度αを有し、第２交差溝部６８ｃは、本体背面６４の長手方向に対して第１の角度αとは異なる角度であって、かつ長手方向に対して垂直ではない第２の角度βを有する。また、第１交差溝部６８ｂと、第２交差溝部６８ｃとは、互いに交差している。

シール装置１６は、第１交差溝部６８ｂや第２交差溝部６８ｃを支点として屈曲する作用が加わることにより、本体シール面２２の長手方向の辺２２ａが捻れ方向に曲がりやすくなる。したがって、シール装置１６は、シール装置１６が収納される第１溝５２ａ及び第２溝５２ｂの多様な変形に追従しうる良好な可撓性を有する。なお、シール装置１６において、第１の角度αと第２の角度βは補角の関係にあり、シール装置１６は、両方の捻れ方向に対して略対称な可撓性を有するが、第１の角度αと第２の角度βの関係はこれに限定されない。また、シール装置１６は、第１交差溝部６８ｂと第２交差溝部６８ｃとを交差させることによって、長辺方向に対して角度の異なる連続溝部を高い密度で形成することが可能であり、特に捻れ方向に関して良好な可撓性を有する。

１０，１２，１４，１６…シール装置
２２，３２…本体シール面
２６ａ，４６ａ，６６ａ…第１本体側面
２６ｂ，４６ｂ，６６ｂ…第２本体側面
２８，４８，６８ａ…連続溝部
６８ｂ，６８ｃ…交差溝部
５０ａ…第１ブロック
５０ｂ…第２ブロック
５１ａ…第１対向面
５１ｂ…第２対向面
５２…対向溝
５２ａ…第１溝
５２ｂ…第２溝
５４ａ…第１シール壁面
５４ｂ…第２シール壁面
５６ａ…第１対向壁面
５６ｂ…第２対向壁面

Claims (3)

1. 第１対向面に形成されており当該第１対向面に略垂直な第１シール壁面を有する第１溝部と、前記第１対向面に対向する第２対向面に前記第１溝部と対向するように形成されており前記第２対向面に略垂直な第２シール壁面を有する第２溝部と、の間に跨るように配置されて、前記第１対向面と前記第２対向面の間の間隙をシールする板状のシール装置であって、
   前記第１シール壁面及び前記第２シール壁面に接触する本体シール面と、
   前記本体シール面の反対面である本体背面と、
   前記本体シール面と前記本体背面を、前記本体シール面及び前記本体背面の長手方向に沿って接続しており、互いに反対方向を向く第１本体側面及び第２本体側面と、を有し、
   前記本体背面には、前記長手方向に対して交差する方向に沿って、前記第１本体側面から前記第２本体側面まで連続する連続溝部が、１つ以上形成されていることを特徴とするシール装置。
2. 前記本体背面には、互いに略平行な複数の前記連続溝部が、所定の間隔を隔てて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記本体背面には、前記長手方向に対して第１の角度を有する第１連続溝部と、前記長手方向に対して前記第１の角度とは異なる第２の角度を有し、前記第１連続溝部に対して交差する第２連続溝部と、を含む複数の前記連続溝部が、形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシール装置。

Images