JP2002013647A - 軸シール機構及びガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧側から低圧側へのガスの漏れ量を低減す
るとともに耐摩耗性に優れた軸シール機構及び、これを
備えたガスタービンの提供を課題とする。 【解決手段】 軸シール機構においては、薄板２９の断
面に沿った任意位置における上面２９ａに加わるガス圧
よりも下面２９ｂに加わるガス圧の方を高くするガス圧
調整手段として、低圧側隙間３１を高圧側隙間３２より
も大きくする隙間寸法調節を備えたリーフシール２５を
採用した。また、ガスタービンにおいては、このリーフ
シール２５を備えた構成を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、蒸
気タービン、圧縮機、水車、冷凍機、ポンプなどの大型
流体機械の回転軸等に用いて好適な軸シール機構に関す
る。本発明はまた、高温高圧のガスをタービンに導いて
膨張させ、ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギ
ーに変換して動力を発生させるガスタービンに関し、特
にその回転軸に適用される軸シール機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】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燃焼ガスの漏れ量
を低減するための軸シール機構が設けられている。この
軸シール機構としては、非接触型のラビリンスシールが
従来から幅広く使用されている。ところで、このラビリ
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の隙間が接触しないようにフィン
先端の隙間をある程度大きくしなければならないため、
ガスの漏れ量が大きい。このようなラビリンスシールに
代え、漏れ量の低減を狙って開発されたシール材として
ブラシシールがある。

【０００３】図１６（ａ），（ｂ）はこの種のブラシシ
ールの概略構成図である。同図において、符号１は回転
軸、符号２はケーシング、符号３は低圧側側板、符号４
は高圧側側板、符号５はろう付け部、符号６はワイヤで
ある。ワイヤ６は、回転軸１の振動、或いは熱変形によ
る偏心などを吸収できるように適度の剛性を有する線径
５０〜１００μmのフィラメントで構成され、ワイヤ６
間は隙間がないように幅３〜５mmの密集した束となって
いる。また、ワイヤ６は回転軸１の外周と鋭角をなすよ
うに回転方向に対して傾斜して取付けられている。ワイ
ヤ６の先端は回転軸１の外周に対して所定の予圧をもっ
て接触しており、この接触によって軸方向の漏れ量を低
減する構造となっている。

【０００４】ワイヤ６は、回転軸１に対して接触摺動
し、雰囲気条件或いは周速によって発熱して赤熱状態に
なるため、使用条件に応じてインコネル、ハステロイな
どの耐高熱材が用いられている。また、ワイヤ６ととも
に回転軸１外周の摺動面も摩耗するため、回転軸１の摺
動面には耐摩耗材がコーティングされている。さらに、
ワイヤ６は回転軸１の軸方向の剛性が小さいので、低圧
側側板３の内径を回転軸１の外周とほぼ等しくすること
でワイヤ６の破損が防止されている。

【０００５】また、この他にも、例えば図１７に示すよ
うなリーフシール１０が開発されてきている。このリー
フシール１０は、同図に示すように、回転軸１１の軸方
向に所定の幅寸法を有する平板状の薄板１８を回転軸１
１の周方向に多層に配置した構造となっている。これら
薄板１８は、その外周側基端のみがケーシング１２内に
ろう付け（ろう付け部１５）されており、回転軸１１の
外周をシールすることによって回転軸１１の周囲空間を
高圧側領域と低圧側領域とに分けている。また、薄板１
８の両側において、高圧側領域には高圧側側板１４、低
圧側領域には低圧側側板１３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】薄板１８は、板厚で決まる所定の剛性を回
転軸１１の軸方向に持つように設計されている。また、
薄板１８は回転軸１１の回転方向に対して回転軸１１の
周面となす角が鋭角となるようにケーシング１２に取付
けられており、回転軸１１の停止時には薄板１８の先端
が所定の予圧で回転軸１１に接触しているが、回転軸１
１の回転時には回転軸１１が回転することで生じる動圧
効果によって薄板１８の先端が浮上するため、薄板１８
と回転軸１１とが非接触状態となる。多層に配置した平
板状の各薄板１８どうしの間には、僅かに隙間１９が設
けられている。この隙間１９は、シール径が十分に大き
いため、換言すれば回転軸１１の径が十分に大きいため
に、外周側基端から内周側先端まで実質的にほぼ一定と
みなすことができる。

【０００７】上記のように構成された軸シール機構にお
いては、回転軸１１の軸方向に幅を有する薄板１８が、
回転軸１１の周方向に多層に配置されており、これら薄
板１８が回転軸１１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シール機構を構成している。この
シール機構によれば、シール部材である各薄板１８が回
転軸１１の軸方向に平行配置されることにより、ケーシ
ング１２に固定される外周側のろう付けは、回転軸１１
の軸方向に強固なものとなる。これにより、従来のブラ
シシールに見られるケーシングからのワイヤ脱落のよう
に、薄板１８がケーシング１２から脱落するのを防止で
きるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明のブラシシールでは、次のような問題点がある。すな
わち、このブラシシールにおいては、ワイヤ６間からの
漏れと、ワイヤ６先端が回転軸１外周と接触する摺動面
からの漏れとが問題となるが、シール差圧がワイヤ６の
線径、低圧側側板３の配置等から決まる許容値を越える
と、ワイヤ６全体が低圧側に変形を生じて倒れ、ワイヤ
６と回転軸１との間が吹き抜け状態となってシール機能
を失ってしまう恐れがあるという問題である。

【０００９】ブラシシールを構成するワイヤ６の剛性は
回転軸１の軸振れに対する追随性および回転軸１との適
正な予圧などで決められているが、ワイヤ６の線径を太
くするなどして剛性を上げるにも限界がある。したがっ
て、ワイヤ６の剛性に支配される回転軸１軸方向のシー
ル差圧は0.5MPa程度が限界で、大きな差圧をシールする
ことができない。また、ワイヤ６の線径は通常約５０〜
１００μmと非常に細く、回転軸１の周面と接触して摺
動することによりワイヤ６が破断して脱落する危険性が
あり、ガスタービンを長時間にわたって使用するには問
題があった。

【００１０】また、ワイヤ６先端からのガス漏れ量は、
ワイヤ６が回転軸１の周面に接触して摺動するため、ラ
ビリンスシールなどと比べて飛躍的に小さいが、ワイヤ
６先端間からの漏れ量を安定して小さく保持することが
難しいという問題もある。また、ワイヤ６と回転軸１の
周面とが接触して摺動するので、回転軸１の表面には耐
摩耗材のコーティングが必要である。しかしながら、大
径の回転軸１の周面に対して長時間の使用に耐える耐摩
耗材のコーティングを形成する技術が確立されておら
ず、ワイヤ６および回転軸１の摩耗が大きいため、ブラ
シシールの寿命が短く交換頻度が高い。

【００１１】また、上記説明のリーフシール１０におい
ても、次のような問題点がある。このリーフシール１０
は、回転軸１１の回転によって生じる動圧効果によって
薄板１８の先端が回転軸１１の表面から浮上して回転軸
１１との接触を回避し、過大な発熱及び摩耗を防止でき
る構造となっている。しかし、低圧側側板１３及び薄板
１８間の隙間と、高圧側側板１４及び薄板１８間の隙間
とが等しくなるように低圧側側板１３ならびに高圧側側
板１４を設けた場合、高圧側から加圧された際に、薄板
１８に対してこれを回転軸１１の半径方向中心に向かっ
て変形させるような圧力荷重が加わることが確認されて
おり、動圧効果の小さい起動時等には非接触状態をつく
ることが困難となっていた。

【００１２】したがって、以上説明のブラシシール及び
リーフシールのいずれにおいても、ガス漏れ量低減と耐
摩耗性向上との両方を達成するには更なる改良を必要と
していた。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、高圧側から低圧側へのガスの漏れ量を低減する
とともに耐摩耗性に優れた軸シール機構及び、これを備
えたガスタービンの提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明
の請求項１記載の軸シール機構は、回転軸の軸方向に幅
を有して先端が前記回転軸の周面に摺動し、互いに隙間
を空けて外周側基端がケーシング側に固定された複数の
可撓性を有する薄板を、前記回転軸の周方向に該回転軸
の外周をシール可能に多重に備え、前記薄板と前記回転
軸の周面とが鋭角をなし、前記薄板の前記回転軸方向両
側にそれぞれ低圧側側板及び高圧側側板が設けられた軸
シール機構であり、前記薄板をその幅方向に垂直な仮想
平面で断面視し、該薄板の前記回転軸に面した面を下
面、その裏側を上面とし、該薄板に対して前記高圧側側
板から前記低圧側側板に向かうガス圧が加わった場合
に、該薄板の前記断面に沿った任意位置における前記上
面に加わるガス圧よりも前記下面に加わるガス圧の方を
高くするガス圧調整手段が設けられていることを特徴と
する。

【００１５】請求項２記載の軸シール機構は、回転軸の
軸方向に幅を有して先端が前記回転軸の周面に摺動し、
互いに隙間を空けて外周側基端がケーシング側に固定さ
れた複数の可撓性を有する薄板を、前記回転軸の周方向
に該回転軸の外周をシール可能に多重に備え、前記薄板
と前記回転軸の周面とが鋭角をなし、前記薄板の前記回
転軸方向両側にそれぞれ低圧側側板及び高圧側側板が設
けられた軸シール機構であり、前記高圧側側板から前記
低圧側側板に向かうガス圧が前記薄板に加わった場合
に、該薄板の上下面に対して、前記先端側でかつ前記高
圧側側板の側に位置する角部で最もガス圧が高く、かつ
対角に向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧分布を形成
するガス圧調整手段が設けられていることを特徴とす
る。

【００１６】上記請求項１または２記載の軸シール機構
によれば、ガス圧調整手段を設けたことで、薄板をその
幅方向に垂直な仮想平面で断面視し、該薄板の回転軸に
面した面を下面、その裏側を上面とし、該薄板に対して
高圧側側板から低圧側側板に向かうガス圧が加わった場
合に、該薄板の前記断面に沿った任意位置における前記
上面に加わるガス圧よりも前記下面に加わるガス圧の方
が高くなるので、薄板先端が浮上して回転軸と非接触状
態となる。

【００１７】これについて詳しく説明すると、高圧側か
ら低圧側に向かって流れるガスは、回転軸周面と薄板先
端との間，ならびに各薄板の上下面に沿って流れる。こ
のとき、各薄板の上下面に沿って流れるガスは、高圧側
側板と回転軸周面との間から流入し，対角に向かって広
がりをもって流れ、同時に該薄板の上下面に垂直に加わ
るガス圧は、前記先端部分に近いほど大きく、かつ外周
側基端に向かうほど小さくなる三角分布形状となる。こ
の上下面それぞれの圧力分布形状は互いに略同じものと
なるが、各薄板が回転軸の周面に対して鋭角をなすよう
に斜めに配置されているので、これら上下面における各
圧力分布の相対位置がずれており、薄板の外周基端側か
ら先端側に向かう任意点における上下面のガス圧を比較
した場合、両者で差が生じることとなる。

【００１８】つまり、下面に加わるガス圧（これをＦｂ
とする）の方が上面に加わるガス圧（これをＦａとす
る）よりも高くなるので、薄板を回転軸より浮かせるよ
うに変形させる方向に作用する。このとき、薄板の先端
近傍部分では逆となり、上面にのみガス圧が加わる（薄
板の最先端部分を、回転軸周面に対して面接触するよう
に斜めに切り取った場合、下面に相当する部分がなくな
るので。）が、この力は、回転軸周面と薄板先端との間
を流れるガスのガス圧が、薄板先端を回転軸周面から浮
かせる方向に作用（これをＦｃとする）して打ち消すの
で、薄板先端を回転軸に押さえ込もうとする力を生じさ
せない。したがって、薄板に加わるガス圧による圧力荷
重は、（Ｆｂ＋Ｆｃ）＞Ｆａとなるので、薄板が回転軸
周面より浮くようにこれを変形させることが可能とな
る。

【００１９】この他、従来のブラシシールのワイヤと比
較した場合、ケーシングに対する固定部の大きさが比較
的大きく取れるので、薄板をケーシングに対して強固に
固定することもできるようになる。また、薄板の先端
は、回転軸の軸方向では剛性が高くてかつ回転軸の周方
向では柔らかくなっているので、差圧方向（軸方向）へ
の変形を起こし難くなってシール差圧の許容値が引き上
げられることに加えて、回転軸の振動に際して薄板と回
転軸との接触が緩和されるようになっている。

【００２０】請求項３記載の軸シール機構は、請求項１
または２記載の軸シール機構において、前記ガス圧調整
手段が、前記薄板と前記低圧側側板との間の隙間を、前
記薄板と前記高圧側側板との間の隙間よりも大きくする
隙間寸法調節であることを特徴とする。

【００２１】上記請求項３記載の軸シール機構によれ
ば、高圧側から加圧された際に、薄板を通過してガスが
高圧側から低圧側へ流れようとするが、このとき、薄板
と低圧側側板との間の隙間を、薄板と高圧側側板との間
の隙間よりも大きくして広く空間を空けておくことで、
高圧側側板と回転軸周面との間から流入したガスは薄板
の上下面に沿って対角に向かい広く流れると同時に，外
周側基端には低圧の領域が広がる。これにより、薄板の
幅方向に垂直な断面に沿った任意位置で、該薄板の上下
面に加わるガス圧分布を、薄板先端側から外周側基端に
向かって徐々に小さくなる三角形状とすることができ
る。したがって、前述の理由により、薄板の上下面にお
ける圧力差を生じせしめて、該薄板を回転軸周面より浮
くように変形させて非接触状態を形成することができ
る。

【００２２】請求項４記載の軸シール機構は、請求項１
または２記載の軸シール機構において、前記ガス圧調整
手段が、前記低圧側側板の前記回転軸半径方向の長さ寸
法を前記高圧側側板の前記回転軸半径方向の長さ寸法よ
りも短くする側板寸法調節であることを特徴とする。

【００２３】上記請求項４記載の軸シール機構によれ
ば、高圧側から加圧された際に，薄板を通過してガスが
高圧側から低圧側へ流れようとするが、このとき、低圧
側側板の回転軸半径方向の長さ寸法を高圧側側板の回転
軸半径方向の長さ寸法よりも短くして低圧側に広い空間
を空けておくことで、高圧側側板と回転軸周面との間か
ら流入したガスは，薄板の上下面に沿って対角に向かっ
て広く流れると同時に，外周側基端に低圧の領域が広が
る。これにより、薄板の幅方向に垂直な断面に沿った任
意位置で、該薄板の上下面に加わるガス圧分布を、薄板
先端側から外周側基端に向かって徐々に小さくなる三角
形状とすることができる。したがって、前述の理由によ
り、薄板の上下面における圧力差を生じせしめて、該薄
板を回転軸周面より浮くように変形させて非接触状態を
形成することができる。

【００２４】請求項５記載の軸シール機構は、請求項１
または２記載の軸シール機構において、前記ガス圧調整
手段が、前記薄板の高圧側に配されてかつ前記回転軸方
向に可撓性を有する可撓板であることを特徴とする。

【００２５】上記請求項５記載の軸シール機構によれ
ば、高圧側から加圧された際に，薄板を通過してガスが
高圧側から低圧側へ流れようとするが、このとき、回転
軸方向に可撓性を有する可撓板を薄板の高圧側に設ける
（例えば、高圧側側板を回転軸方向に可撓性を有する薄
肉板状としたり、もしくは、高圧側側板と薄板との間の
隙間に回転軸軸方向に可撓性を有する薄肉板を設けるな
ど。）と、高圧側のガス圧による可撓板の撓みによっ
て，薄板と高圧側側板との間の隙間が狭まり，薄板と低
圧側側板との間の隙間より小さくなる。したがって，高
圧側側板と回転軸周面との間から流入したガスは，薄板
の上下面に沿って対角に向かって広く流れると同時に，
外周側基端に低圧の領域が広がる。これにより、薄板の
幅方向に垂直な断面に沿った任意位置で、該薄板の上下
面に加わるガス圧分布を、薄板先端側から外周側基端に
向かって徐々に小さくなる三角形状とすることができ
る。したがって、前述の理由により、薄板の上下面にお
ける圧力差を生じせしめて、該薄板を回転軸周面より浮
くように変形させて非接触状態を形成することができ
る。

【００２６】請求項６記載の軸シール機構は、請求項１
または２記載の軸シール機構において、前記ガス圧調整
手段が、前記薄板の高圧側に配されて前記回転軸方向に
可撓性を有し、かつその全周で２ヶ所以上のスリットが
形成されているスリット付き可撓板であることを特徴と
する。

【００２７】上記請求項６記載の軸シール機構によれ
ば、高圧側から加圧された際に，薄板を通過してガスが
高圧側から低圧側へ流れようとするが、このとき、回転
軸方向に可撓性を有し、かつその全周で２ヶ所以上のス
リットが形成されているスリット付き可撓板を薄板の高
圧側に設ける（例えば、高圧側側板を、全周で２ヶ所以
上のスリット形状が形成されてかつ回転軸方向に可撓性
を有する薄板としたり、もしくは、高圧側側板と薄板と
の間に回転軸方向に可撓性を有してかつ全周で２ヶ所以
上のスリットが形成された薄肉板を配置すなど。）と、
高圧側のガス圧による可撓板の撓みによって，薄板と高
圧側側板との間の隙間が狭まり，薄板と低圧側側板との
間の隙間より小さくなる。したがって，高圧側側板と回
転軸周面との間から流入したガスは，薄板の上下面に沿
って対角に向かって広く流れると同時に，外周側基端に
低圧の領域が広がる。これにより、薄板の幅方向に垂直
な断面に沿った任意位置で、該薄板の上下面に加わるガ
ス圧分布を、薄板先端側から外周側基端に向かって徐々
に小さくなる三角形状とすることができる。したがっ
て、前述の理由により、薄板の上下面における圧力差を
生じせしめて、該薄板を回転軸周面より浮くように変形
させて非接触状態を形成することができる。

【００２８】請求項７記載の軸シール機構は、請求項１
または２記載の軸シール機構において、前記ガス圧調整
手段が、前記回転軸の軸線方向に前記低圧側側板を貫く
複数の通風孔であることを特徴とする。

【００２９】上記請求項７記載の軸シール機構によれ
ば、高圧側から加圧された際に、薄板を通過してガスが
高圧側から低圧側へ流れようとするが、このとき、回転
軸の軸線方向に低圧側側板を貫く複数の通風孔を該低圧
側側板に設けておく（例えば、低圧側側板に対して回転
軸軸方向に向かって形成された複数の導圧孔を設けた
り、もしくは、低圧側側板の材質として多孔質材を採用
するなど。）ことで、高圧側側板と回転軸周面との間か
ら流入したガスは，薄板の上下面に沿って対角に向かっ
て広く流れると同時に，外周側基端に低圧の領域が広が
る。これにより、薄板の幅方向に垂直な断面に沿った任
意位置で、該薄板の上下面に加わるガス圧分布を、薄板
先端側から外周側基端に向かって徐々に小さくなる三角
形状とすることができる。したがって、前述の理由によ
り、薄板の上下面における圧力差を生じせしめて、該薄
板を回転軸周面より浮くように変形させて非接触状態を
形成することができる。

【００３０】請求項８記載の軸シール機構は、回転軸の
軸方向に幅を有して先端が前記回転軸の周面に摺動し、
互いに隙間を空けて外周側基端がケーシング側に固定さ
れた複数の可撓性を有する薄板を、前記回転軸の周方向
に該回転軸の外周をシール可能に多重に備え、前記薄板
と前記回転軸の周面とが鋭角をなす軸シール機構であ
り、前記薄板の、前記軸方向の低圧側に、高圧側から低
圧側に向かうガスの通過を許可するガス通過空間が形成
されていることを特徴とする。

【００３１】上記請求項８記載の軸シール機構によれ
ば、高圧側から加圧された際に、薄板を通過してガスが
高圧側から低圧側へ流れようとするが、このとき、薄板
の軸方向の低圧側に、高圧側から低圧側に向かうガスの
通過を許可するガス通過空間が形成されていることで、
高圧側側板と回転軸周面との間から流入したガスは，薄
板の上下面に沿って対角に向かって広く流れると同時
に，外周側基端に低圧の領域が広がる。これにより、薄
板の幅方向に垂直な断面に沿った任意位置で、該薄板の
上下面に加わるガス圧分布を、薄板先端側から外周側基
端に向かって徐々に小さくなる三角形状とすることがで
きる。したがって、前述の理由により、薄板の上下面に
おける圧力差を生じせしめて、該薄板を回転軸周面より
浮くように変形させて非接触状態を形成することができ
る。

【００３２】請求項９記載の軸シール機構は、請求項３
または５もしくは６のいずれかに記載の軸シール機構に
おいて、前記低圧側側板と前記薄板との間には、該低圧
側側板に向かって前記薄板が接近しようとした場合に、
該薄板を支持して、これら低圧側側板及び薄板間の隙間
寸法を維持する隙間寸法調整手段が設けられていること
を特徴とする。

【００３３】請求項１０記載の軸シール機構は、請求項
９記載の軸シール機構において、前記隙間寸法調整手段
が、前記薄板側に向かって突出するように前記低圧側側
板の側に設けられた第１の段形状部であり、該第１の段
形状部が、前記低圧側側板に沿って前記回転軸周りの環
状をなしていることを特徴とする。

【００３４】請求項１１記載の軸シール機構は、請求項
１０記載の軸シール機構において、前記第１の段形状部
には、前記環状の内周側及び外周側の空間を連通させる
通気孔が形成されていることを特徴とする。

【００３５】請求項１２記載の軸シール機構は、請求項
９記載の軸シール機構において、前記隙間寸法調整手段
は、前記薄板側に向かって突出するように前記低圧側側
板の側に設けられた第２の段形状部であり、該第２の段
形状部が、互いに間隔を置いた状態で、前記低圧側側板
に沿って前記回転軸周りの環状をなすように間欠配置さ
れた複数枚の環状分割板からなることを特徴とする。

【００３６】請求項１３記載の軸シール機構は、請求項
１０〜１２のいずれかに記載の軸シール機構において、
前記第１または第２の段形状部が、前記回転軸を軸心と
する同心円状に複数段が設けられていることを特徴とす
る。

【００３７】請求項１４記載の軸シール機構は、請求項
９記載の軸シール機構において、前記隙間寸法調整手段
が、前記薄板側に向かって突出するように前記低圧側側
板の側に設けられた第３の段形状部であり、該第３の段
形状部が、前記薄板側から前記低圧側側板を見た場合
に、該低圧側側板の内周側から外周側に向かってスパイ
ラル状に配置された複数枚のスパイラル板からなり、こ
れらスパイラル板間には、互いに間隔が設けられている
ことを特徴とする。

【００３８】請求項１５記載の軸シール機構は、請求項
１０記載の軸シール機構において、前記第１の段形状部
が、前記低圧側側板の半径方向に沿って前記ケーシング
の位置まで形成されていることを特徴とする。

【００３９】請求項１６記載の軸シール機構は、請求項
１５記載の軸シール機構において、前記高圧側側板に、
該高圧側側板を前記回転軸の軸線方向に貫く導圧孔が形
成されていることを特徴とする。

【００４０】請求項１７記載の軸シール機構は、請求項
９記載の軸シール機構において、前記隙間寸法調整手段
が、前記低圧側側板に向かって突出するように前記薄板
の側に設けられた第４の段形状部であることを特徴とす
る。

【００４１】上記請求項９〜１７のいずれかに記載の軸
シール機構によれば、隙間寸法調整手段を設けたこと
で、薄板の位置が低圧側側板の側に向かって接近しよう
としても、この薄板が、隙間寸法調整手段によって支持
されることで接近が阻止されるようになっているので、
軸シール機構組立時における組立誤差や、運転時におけ
る高圧側から低圧側に向かう流体圧による薄板の変形等
が発生しても、薄板と低圧側側板との間を所定の隙間寸
法に維持することができる。したがって、薄板と低圧側
側板との隙間寸法を、薄板と高圧側側板との間の隙間寸
法よりも確実に大きく保つことができる。これにより、
請求項３，５，６のいずれかの作用を確実に得ることが
できるので、薄板の上下面における圧力差を生じせしめ
て、該薄板を回転軸周面より浮くように変形させ、起動
時等の動圧効果の小さい時でも、非接触状態を確実に形
成させることができる。

【００４２】さらに、上記請求項１１記載の軸シール機
構によれば、隙間寸法調整手段である第１の段形状部に
通気孔を形成したことで、薄板と低圧側側板との間の隙
間空間における、第１の段形状部を境とした、回転軸半
径方向内周側と回転軸半径方向外周側との両空間の間で
のガス流れに対する抵抗が低減されるようになる。これ
により、第１の段形状部による薄板の支持を確保しなが
らも、あたかも第１の段形状部が存在しないかのよう
に、前記隙間空間における回転軸半径方向の圧力分布を
形成させることができる。したがって、高圧側側板から
低圧側側板に向かうガス圧が薄板に加わった場合に、該
薄板の上下面に対して、回転軸に対向する先端側でかつ
高圧側側板の側に位置する角部で最もガス圧が高く、か
つ対角に向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧分布の範
囲をより広く形成させることができるようになるので、
薄板の上下面における圧力差を確実に生じせしめて、該
薄板を回転軸周面より浮かせるという薄板浮上のための
ガス圧調整が的確にできるようになる。

【００４３】また、上記請求項１２記載の軸シール機構
によれば、隙間寸法調整手段である第２の段形状部を、
互いに間隔を置いて環状配置された複数枚の環状分割板
としたことで、薄板と低圧側側板との間の隙間空間にお
ける、第２の段形状部を境とした、回転軸半径方向内周
側と回転軸半径方向外周側との両空間の間でのガス流れ
に対する抵抗が低減されるようになる。これにより、第
２の段形状部による薄板の支持を確保しながらも、あた
かも第２の段形状部が存在しないかのように、前記隙間
空間における回転軸半径方向の圧力分布を形成させるこ
とができる。したがって、高圧側側板から低圧側側板に
向かうガス圧が薄板に加わった場合に、該薄板の上下面
に対して、回転軸に対向する先端側でかつ高圧側側板の
側に位置する角部で最もガス圧が高く、かつ対角に向か
って徐々にガス圧が弱まるガス圧分布の範囲をより広く
形成させることができるようになるので、薄板の上下面
における圧力差を確実に生じせしめて、該薄板を回転軸
周面より浮かせるという薄板浮上のためのガス圧調整が
的確にできるようになる。また、請求項１３記載の軸シ
ール機構においても、上記請求項１２記載の軸シール機
構と同様の作用を得ることができる。

【００４４】また、上記請求項１４記載の軸シール機構
によれば、隙間寸法調整手段である第３の段形状部を、
互いに間隔を置いてスパイラル状に配置された複数枚の
スパイラル板としたことで、薄板と低圧側側板との間の
隙間空間における、回転軸半径方向内周側と回転軸半径
方向外周側との両空間の間でのガス流れに対する抵抗が
低減されるようになる。これにより、第３の段形状部に
よる薄板の支持を確保しながらも、あたかも第３の段形
状部が存在しないかのように、前記隙間空間における回
転軸半径方向の圧力分布を形成させることができる。し
たがって、高圧側側板から低圧側側板に向かうガス圧が
薄板に加わった場合に、該薄板の上下面に対して、回転
軸に対向する先端側でかつ高圧側側板の側に位置する角
部で最もガス圧が高く、かつ対角に向かって徐々にガス
圧が弱まるガス圧分布の範囲をより広く形成させること
ができるようになるので、薄板の上下面における圧力差
を確実に生じせしめて、該薄板を回転軸周面より浮かせ
るという薄板浮上のためのガス圧調整が的確にできるよ
うになる。

【００４５】また、上記請求項１７記載の軸シール機構
によれば、隙間寸法調整手段である第４の段形状部を、
薄板側に設けられた突出部としたことで、薄板と低圧側
側板との間の隙間空間における、第４の段形状部を境と
した、回転軸半径方向内周側と回転軸半径方向外周側と
の両空間の間でのガス流れが、薄板間の隙間を通って流
通可能となるので、このガス流れに対する抵抗が低減さ
れるようになる。これにより、第４の段形状部による薄
板の支持を確保しながらも、あたかも第４の段形状部が
存在しないかのように、前記隙間空間における回転軸半
径方向の圧力分布を形成させることができる。したがっ
て、高圧側側板から低圧側側板に向かうガス圧が薄板に
加わった場合に、該薄板の上下面に対して、回転軸に対
向する先端側でかつ高圧側側板の側に位置する角部で最
もガス圧が高く、かつ対角に向かって徐々にガス圧が弱
まるガス圧分布の範囲をより広く形成させることができ
るようになるので、薄板の上下面における圧力差を確実
に生じせしめて、該薄板を回転軸周面より浮かせるとい
う薄板浮上のためのガス圧調整が的確にできるようにな
る。

【００４６】請求項１８記載のガスタービンは、高温高
圧のガスをケーシングに導き、該ケーシングの内部に回
転可能に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで前
記ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換
して動力を発生するガスタービンにおいて、請求項１〜
１７のいずれかに記載の軸シール機構を備えたことを特
徴とする。上記請求項１８記載のガスタービンによれ
ば、上記請求項１〜１７のいずれかに記載の軸シール機
構と同様の作用を得ることができる。

【００４７】

【発明の実施の形態】本発明に係る軸シール機構及びこ
れを備えたガスタービンの各実施の形態についての説明
を以下に行うが、本発明がこれらのみに限定解釈される
ものでないことは、勿論である。

【００４８】まず、図１〜図３を参照しながら第１の実
施の形態についての説明を行う。図１に、ガスタービン
の概略構成を示す。同図において、符号２０は圧縮機、
符号２１は燃焼器、符号２２はタービンである。圧縮機
２０は、多量の空気をその内部に取り入れて圧縮するも
のである。通常、ガスタービンでは、後述する回転軸２
３で得られる動力の一部が、圧縮機の動力として利用さ
れている。燃焼器２１は、圧縮機２０で圧縮された空気
に燃料を混合して燃焼させるものである。タービン２２
は、燃焼器２１で発生させた燃焼ガスをその内部に導入
して膨張させ、回転軸２３に設けられた動翼２３ｅに吹
き付けることで燃焼ガスの熱エネルギーを機械的な回転
エネルギーに変換して動力を発生させるものである。

【００４９】タービン２２には、回転軸２３側の複数の
動翼２３ｅの他に、ケーシング２４側に複数の静翼２４
ａが設けられており、これら動翼２３ｅと静翼２４ａと
が回転軸２３の軸方向に交互に配列されている。動翼２
３ｅは回転軸２３の軸方向に流れる燃焼ガスの圧力を受
けて回転軸２３を回転させ、回転軸２３に与えられた回
転エネルギーが軸端から取り出されて利用されるように
なっている。静翼２４ａと回転軸２３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
の軸シール機構として、リーフシール２５が設けられて
いる。

【００５０】図２はこのリーフシール２５の構成を示す
斜視図である。同図に示すように、このリーフシール２
５は、回転軸２３の軸方向に幅を有して先端が回転軸２
３の周面２３ａに摺動し、互いに隙間３０を空けて外周
側基端がケーシング２４側に固定（ろう付け部２８）さ
れた複数の可撓性を有する薄板２９を、回転軸２３の周
方向に該回転軸２３の外周をシール可能に多重に備え、
薄板２９と回転軸２３の周面２３ａとが鋭角をなし、各
薄板２９の回転軸方向両側にそれぞれ低圧側側板２６及
び高圧側側板２７が設けられた構成となっている。

【００５１】各薄板２９は、回転軸２３の軸方向に所定
の幅を有する平板形状を有しており、回転軸２３の周方
向に多層に配置された構造になっている。そして、その
外周側基端は、ケーシング２４内にろう付け（ろう付け
部２８）されており、回転軸２３の外周をシールするこ
とによって回転軸２３の周囲空間を高圧側領域と低圧側
領域とに分けている。また、薄板２９の幅方向両側にお
いて、高圧側領域には前記高圧側側板２７が、低圧側領
域には前記低圧側側板２６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。

【００５２】そして、このリーフシール２５には、図３
（ａ）に示すように高圧側領域から低圧側領域に向かう
（高圧側側板２７から低圧側側板２６に向かう）ガス圧
が各薄板２９に加わった場合に、各薄板２９の上面２９
ａ及び下面２９ｂに対して、先端側でかつ高圧側側板２
７の側に位置する角部ｒ１で最もガス圧が高く、かつ対
角の角部ｒ２に向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧分
布３０ａを形成するガス圧調整手段が設けられた構成と
なっている。

【００５３】換言すると、このガス圧調整手段は、図３
（ｂ）に示すように、各薄板２９をその幅方向に垂直な
仮想平面で断面視し、これら薄板２９の回転軸２３に面
した面を下面２９ｂ、その裏側を上面２９ａとし、各薄
板２９に対して高圧側領域から低圧側領域に向かう（高
圧側側板２７から低圧側側板２６に向かう）ガス圧が加
わった場合に、各薄板２９の前記断面に沿った任意位置
における上面２９ａに加わるガス圧よりも、下面２９ｂ
に加わるガス圧の方を高くするようにガス圧を調整する
ことが可能となっている（このメカニズムについては、
後で詳説する。）。

【００５４】本実施の形態では、各薄板２９と低圧側側
板２６との間の低圧側隙間３１を、各薄板２９と高圧側
側板２７との間の高圧側隙間３２よりも大きくする隙間
寸法調節を前記ガス圧調整手段としている。このように
隙間寸法調節を行って低圧側側板側に比較的広い空間を
空けておくことで、高圧側から加圧された際に、各薄板
２９を通過して高圧側領域から低圧側領域へ流れるガス
ｇは、各薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂに沿って
対角に向かって広く流れると同時に，外周部基端には低
圧の領域が広がる。これにより、前述したように、薄板
２９の幅方向に垂直な断面に沿った任意位置で、該薄板
２９の上面２９ａ及び下面２９ｂのそれぞれに加わるガ
ス圧分布を、薄板２９の先端側から外周側基端に向かっ
て徐々に小さくなる三角形状とすることができる。

【００５５】これについて詳しく説明すると、高圧側領
域から低圧側領域に向かって流れるガスｇは、回転軸２
３の周面２３ａと薄板２９の先端との間，ならびに、各
薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂに沿って流れる。
このとき、各薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂに沿
って流れるガスｇは、図３（ａ）に示すように、高圧側
側板２７と回転軸２３の周面２３aとの間から流入し，r
１からr２の方向へ放射状に流れ，外周側基端には低圧
の領域が広がる。これにより、各薄板２９の上面２９ａ
及び下面２９ｂに垂直に加わるガス圧分布３０ｂ，３０
ｃは、図３（ｂ）に示すように前記先端部分に近いほど
大きく、かつ外周側基端に向かうほど小さくなる三角分
布形状となる。

【００５６】この上面２９ａ及び下面２９ｂそれぞれに
おけるガス圧力分布３０ｂ，３０ｃの形状は互いに略同
じものとなるが、各薄板２９が回転軸２３の周面２３ａ
に対して鋭角をなすように斜めに配置されているので、
これら上面２９ａ及び下面２９ｂにおける各ガス圧分布
３０ｂ，３０ｃの相対位置が寸法ｓ１だけずれており、
薄板２９の外周基端側から先端側に向かう任意点Ｐにお
ける上面２９ａ及び下面２９ｂのガス圧を比較した場
合、両者で差が生じることとなる。

【００５７】つまり、前述したように、下面２９ｂに加
わるガス圧（これをＦｂとする）の方が上面２９ａに加
わるガス圧（これをＦａとする）よりも高くなるので、
薄板２９を回転軸２３より浮かせるように変形させる方
向に作用する。このとき、薄板２９の先端近傍部分では
逆となり、上面２９ａにのみガス圧のみが加わる（薄板
２９の最先端部分は、周面２３ａに対して面接触するよ
うに斜めに切り取られて切断面２９ｃが設けられている
ので、下面２９ｂに相当する部分がなくなる。）が、こ
の力は、周面２３ａと薄板２９の先端との間を流れるガ
スのガス圧が、薄板２９の先端を周面２３ａから浮かせ
る方向に作用（これをＦｃとする）して打ち消すので、
薄板２９の先端を回転軸２３に対して押さえ込もうとす
る力を生じさせない。したがって、各薄板２９に加わる
ガス圧による圧力荷重は、（Ｆｂ＋Ｆｃ）＞Ｆａとなる
ので、各薄板２９を周面２３ａより浮かせるように変形
させることが可能となる。したがって、各薄板２９の上
面２９ａ及び下面２９ｂ間に圧力差を生じせしめて、こ
れら薄板２９が周面２３ａより浮くように変形させて非
接触状態を形成することができる。

【００５８】以上の説明では、高圧側から加圧された際
の差圧を利用して，各薄板２９を回転軸２３に対して非
接触状態にするメカニズムについて説明したが、以下に
説明するように、回転軸２３の回転によっても各薄板２
９を回転軸２３に対して非接触状態とすることが可能と
なっている。すなわち、各薄板２９は、板厚で決まる所
定の剛性を回転軸２３の軸方向に持つように設計されて
いる。また、各薄板２９は、前述したように回転軸２３
の回転方向に対して回転軸２３の周面２３ａとなす角が
鋭角となるようにケーシング２４に取付けられており、
回転軸２３の停止時には、各薄板２９の先端が所定の予
圧で回転軸２３に接触しているが、回転軸２３の回転時
には回転軸２３が回転することで生じる動圧効果によっ
て各薄板２９の先端が浮上するため、薄板２９と回転軸
２３とが非接触状態となる。

【００５９】なお、多層に配置した平板状の各薄板２９
の間には僅かに隙間３０（図２参照）が設けられてい
る。この隙間３０は、シール径が十分に大きいため、換
言すれば回転軸２３の径が十分に大きいために、外周側
基端から内周側先端まで実質的にほぼ一定とみなすこと
ができる。

【００６０】以上説明の本実施の形態のリーフシール２
５（軸シール機構）及びこれを備えたガスタービンによ
れば、各薄板２９と回転軸２３の周面２３ａとの間の角
度を鋭角にし、かつ各薄板２９に浮力を与える圧力調整
手段として前記隙間寸法調節を設けたことで、動圧効果
の小さい起動時等においても薄板２９の上面２９ａ及び
下面２９ｂの間に圧力荷重差（（Ｆｂ＋Ｆｃ）＞Ｆａ）
を生じさせ、薄板２９の先端を回転軸２３の周面２３ａ
から浮上させて回転軸２３との接触を回避できる。した
がって、各薄板２９と回転軸２３との接触による過大な
発熱及び摩耗を防止することができる。さらに、各薄板
２９と回転軸２３との接触による発熱が防止されること
により、回転軸２３でのサーマルバランスによる振動の
発生を回避することも可能となる。

【００６１】また、共振点通過時などの回転軸２３の振
動が大きいときには、鋭角に取付けられた薄板２９が変
形して回転軸２３との接触が緩和されることに加え、回
転軸２３の回転によって生じる動圧効果によって各薄板
２９の先端を回転軸２３の周面２３ａから浮上させて回
転軸２３との接触を回避することが可能となっている。

【００６２】また、シール部材として薄板２９を使用す
ることにより、従来のワイヤと比較してケーシング２４
に対する固定部分の大きさが拡大されるので、各薄板２
９がケーシング２４に対して強固に固定される。これに
より、従来のブラシシールにおけるワイヤ脱落のような
ケーシング２４からの薄板２９の脱落を防止することが
できる。また、各薄板２９の先端は回転軸２３の軸方向
に高い剛性を有し回転軸の周方向には柔らかいので、従
来のブラシシールに比べて差圧方向への変形を起こし難
くなり、シール差圧の許容値を向上させることが可能と
なっている。

【００６３】また、各薄板２９間の隙間３０を外周側と
内周側とで等しくすることで、各薄板２９をより密に配
置することが可能となり、各薄板２９の先端と回転軸２
３との隙間を、非接触型のラビリンスシールなどと比べ
て飛躍的に小さくすることができる。これにより、ラビ
リンスシールの１／１０程度まで漏れ量を低減すること
が可能となり、結果的にガスタービンの性能を１０％程
度向上させることができる。したがって、以上説明のリ
ーフシール２５及びこれを備えたガスタービンによれ
ば、高圧側領域から低圧側領域へのガスの漏れ量を低減
するとともに耐摩耗性の向上を得ることが可能となる。

【００６４】ところで、上記第１の実施の形態では、前
記圧力調整手段として、低圧側側板２６及び高圧側側板
２７を、低圧側隙間３１が高圧側隙間３２より大きくな
るよう配置することで、高圧側から加圧された際に薄板
２９に前記圧力荷重差を生じせしめて、各薄板２９の先
端部を浮上させるものとしているが、この他にも、例え
ば変形例として以下に説明する各実施の形態も採用可能
である。

【００６５】以下、本発明の第２の実施の形態について
の説明を図４を参照しながら行うが、その特徴部分を中
心に説明するものとし、その他の、上記第１の実施の形
態と同一部分については説明を省略する。図４は、高圧
側領域から加圧された際に各薄板２９の薄板上面２９ａ
及び薄板下面２９ｂ間に圧力荷重差を生じさせ、各薄板
２９の先端部を浮上させるための他の圧力調整手段を備
えたリーフシール２５を示すものである。そして、本実
施の形態では、低圧側側板２６の回転軸２３の半径方向
の長さ寸法（低圧側側板長さ３３）を、高圧側側板２７
の回転軸２３の半径方向の長さ寸法（高圧側側板長さ３
４）よりも短くする側板寸法調節を前記ガス圧調整手段
としている。

【００６６】このように側板寸法調節を行って低圧側側
板２６側に比較的広い空間を空けておくことで、高圧側
から加圧された際、各薄板２９を通過してガスｇが高圧
側領域から低圧側領域へ流れようとするが、このガスｇ
が、各薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂに沿ってr
１からr２の方向へ放射状に流れることとなる。これに
より、前述したように、薄板２９の幅方向に垂直な断面
に沿った任意位置で、該薄板２９の上面２９ａ及び下面
２９ｂのそれぞれに加わるガス圧分布を、薄板２９の先
端側から外周側基端に向かって徐々に小さくなる三角形
状とすることができる。したがって、上記第１の実施の
形態と同様の理由により、薄板２９の上面２９ａ及び下
面２９ｂ間における圧力分布の相対位置に差を生じせし
めて、各薄板２９を回転軸２３の周面２３ａより浮くよ
うに変形させて非接触状態を形成することができる。

【００６７】すなわち、前記隙間３０を通るガスｇによ
って薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂに垂直に加わ
るガス圧分布３０ａは、上記第１の実施の形態と同様
に、薄板２９の先端側でかつ高圧側側板２７側に位置す
る角部ｒ１で最もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に
向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧分布３０ａとな
る。

【００６８】このとき、薄板２９の軸方向幅の任意の断
面の半径方向圧力分布は、上記第１の実施の形態の図３
（ｂ）で説明したガス圧分布３０ｂ，３０ｃのようにな
り、薄板上面２９ａと、薄板下面２９ｂ及び薄板先端面
２９ｃとの間に圧力荷重差（（Ｆｂ＋Ｆｃ）＞Ｆａ）を
生じさせるので、この圧力荷重差が薄板２９に対してそ
の先端部を浮上させる方向の力として作用する。したが
って、薄板２９に生じた前記圧力荷重差により、その先
端部を浮上させる方向の力が作用する。本実施の形態を
上記第１の実施の形態と比較した場合、第１の実施の形
態のように低圧側隙間３１と高圧側隙間３２の寸法をコ
ントロールをするよりも、本実施の形態のように低圧側
側板長さ３３及び高圧側側板長さ３４をコントロールす
るほうが寸法精度も要求されず容易である上に、組立性
も良く製造が容易となり、製作コストも安く済むのでよ
り好ましいと言える。

【００６９】なお、本実施の形態では、低圧側側板２６
の回転軸２３の半径方向の長さ寸法（低圧側側板長さ３
３）を、高圧側側板２７の回転軸２３の半径方向の長さ
（高圧側側板長さ３４）よりも短くする側板寸法調節を
前記ガス圧調整手段としたが、これに限らず、薄板２９
の、回転軸２３の軸方向低圧側に、高圧側領域から低圧
側領域に向かうガスｇの通過を許可するガス通過空間形
成する（例えば、低圧側側板２６を省いた構成とするな
ど。）ことでも、同様の効果を得ることが可能である。

【００７０】以下、本発明の第３の実施の形態について
の説明を図５（ａ），（ｂ）を参照しながら行うが、そ
の特徴部分を中心に説明するものとし、その他の、上記
第１の実施の形態と同一部分については説明を省略す
る。なお、本実施の形態では、薄板２９の高圧領域側に
配されてかつ回転軸２３方向に可撓性を有する可撓板を
前記ガス圧調整手段とする構成を採用している。図５
（ａ），（ｂ）は、高圧側領域から加圧された際に各薄
板２９の薄板上面２９ａ及び薄板下面２９ｂ間に圧力荷
重差を生じさせ、各薄板２９の先端部を浮上させるため
の他の圧力調整手段を備えたリーフシール２５を示すも
ので、図５（ａ）は高圧側側板２７を回転軸２３の軸方
向に可撓性を有する薄肉板にした場合であり、図５
（ｂ）は高圧側側板２７と薄板２９との間の隙間に回転
軸２３の軸方向に可撓性を有する高圧側隙間微調整用薄
板３５を配置したものである。

【００７１】このような可撓性を有する高圧側側板２７
或いは高圧側隙間微調整用薄板３５を設けることで、高
圧側から加圧された際に，高圧側のガス圧により，高圧
側側板２７或いは高圧側隙間微調整用薄板３５は回転軸
２３の軸方向に撓み，高圧側側板２３と薄板２９との間
の隙間は小さく保持できる。このとき、各薄板２９の上
面２９ａ及び下面２９ｂに沿って流れるガスｇは、図５
に示すように、高圧側側板２７と回転軸２３の周面２３
aとの間から流入し，r１からr２の方向へ放射状に流
れ，外周側基端には低圧の領域が広がる。これにより、
薄板２９の幅方向に垂直な断面に沿った任意位置で、該
薄板２９の上下面に加わるガス圧を、薄板先端側から外
周側基端に向かって徐々に小さくなる三角形状とするこ
とができる。したがって、上記第１の実施の形態と同様
の理由により、薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂ間
における圧力分布の相対位置に差を生じせしめて、各薄
板２９を回転軸２３の周面２３ａより浮くように変形さ
せて非接触状態を形成することができる。

【００７２】すなわち、前記隙間３０を通るガスｇによ
って薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂに垂直に加わ
るガス圧分布３０ａは、上記第１の実施の形態と同様
に、薄板２９の先端側でかつ高圧側側板２７側に位置す
る角部ｒ１で最もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に
向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧分布形状となる。
このとき、薄板２９の軸方向幅の任意位置の断面の半径
方向圧力分布は、上記第１の実施の形態の図３（ｂ）で
説明したガス圧分布３０ｂ，３０ｃのようになり、薄板
上面２９ａと、薄板下面２９ｂ及び薄板先端面２９ｃと
の間に圧力荷重差（（Ｆｂ＋Ｆｃ）＞Ｆａ）を生じさせ
るので、この圧力荷重差が薄板２９に対してその先端部
を浮上させる方向の力として作用する。

【００７３】したがって、薄板２９に生じた前記圧力荷
重差により、その先端部を浮上させる方向の力が作用す
る。本実施の形態を上記第１の実施の形態と比較した場
合、上記第２の実施の形態で説明したのと同様の理由に
より、組立性と製作コストが安い上、シール差圧により
隙間（薄板２９と、高圧側側板２７或いは高圧側隙間微
調整用薄板３５との間の隙間）を自動的に高精度に形成
できるメリットがある。

【００７４】以下、本発明の第４の実施の形態について
の説明を図６（ａ），（ｂ）を参照しながら行うが、そ
の特徴部分を中心に説明するものとし、その他の、上記
第１の実施の形態と同一部分については説明を省略す
る。なお、本実施の形態では、薄板２９の高圧側に配さ
れて回転軸２３方向に可撓性を有し、かつその全周で２
ヶ所以上のスリットが形成されているスリット付き可撓
板を前記ガス圧調整手段とする構成を採用している。図
６（ａ）は、高圧側側板に対して全周で２ヶ所以上のス
リット４１ａが形成されるとともに回転軸２３の軸方向
に可撓性持たせたものを、前記スリット付き可撓板４１
とした場合であり、図６（ｂ）は、高圧側側板２７と薄
板２９との間の隙間に回転軸２３の軸方向に可撓性を有
し全周で２ヶ所以上のスリット４２ａが形成された薄肉
板を、前記スリット付き可撓板４２とした場合を示して
いる。

【００７５】このようなスリット付き可撓板４１，４２
を設けることで、高圧側から加圧された際に，高圧側の
ガス圧により，高圧側側板２７或いは高圧側隙間微調整
用薄板４０は回転軸２３の軸方向に撓み，高圧側側板２
３と薄板２９との間の隙間は小さく保持できる。このと
き、各薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂに沿って流
れるガスｇは、図６に示すように、高圧側側板２７と回
転軸２３の周面２３aとの間から流入し，r１からr２の
方向へ放射状に流れ，外周側基端には低圧の領域が広が
る。これにより、薄板２９の幅方向に垂直な断面に沿っ
た任意位置で、該薄板２９の上下面に加わるガス圧を、
薄板先端側から外周側基端に向かって徐々に小さくなる
三角形状とすることができる。したがって、上記第１の
実施の形態と同様の理由により、薄板２９の上面２９ａ
及び下面２９ｂ間における圧力分布の相対位置に差を生
じせしめて、各薄板２９を回転軸２３の周面２３ａより
浮くように変形させて非接触状態を形成することができ
る。

【００７６】すなわち、前記隙間３０を通るガスｇによ
って薄板２９の上面２９ａ及び下面２９ｂに垂直に加わ
るガス圧分布３０ａは、上記第１の実施の形態と同様
に、薄板２９の先端側でかつ高圧側側板２７側に位置す
る角部ｒ１で最もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に
向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧分布形状となる。
このとき、薄板２９の軸方向幅の任意の断面の半径方向
圧力分布は、上記第１の実施の形態の図３（ｂ）で説明
したガス圧分布３０ｂ，３０ｃのようになり、薄板上面
２９ａと、薄板下面２９ｂ及び薄板先端面２９ｃとの間
に圧力荷重差（（Ｆｂ＋Ｆｃ）＞Ｆａ）を生じさせるの
で、この圧力荷重差が薄板２９に対してその先端部を浮
上させる方向の力として作用する。

【００７７】したがって、薄板２９に生じた前記圧力荷
重差により、その先端部を浮上させる方向の力が作用す
る。本実施の形態を上記第１の実施の形態と比較した場
合、上記第２の実施の形態で説明したのと同様の理由に
より、組立性と製作コストが安い上、シール差圧により
隙間（薄板２９と、スリット付き可撓板４１，４２との
間の隙間）を自動的に高精度に形成できるメリットがあ
る。また本実施の形態では、上記第１の実施の形態と比
較して組立性と製作コストの点で優れるのに加え、第３
の実施の形態と比較してもスリット４１ａ，４２ａの形
状により隙間（薄板２９と、スリット付き可撓板４１，
４２との間の隙間）の微調整が可能というメリットがあ
る。

【００７８】以下、本発明の第５の実施の形態について
の説明を図７を参照しながら行うが、その特徴部分を中
心に説明するものとし、その他の、上記第１の実施の形
態と同一部分については説明を省略する。なお、本実施
の形態では、回転軸２３の軸線方向に低圧側側板２６を
貫く複数の通風孔を前記ガス圧調整手段とする構成を採
用している。図７は、リーフシール２５を回転軸２３の
軸線を通る断面より見た断面図であり、符号２６ａが前
記通風孔を示している。この他にも、低圧側側板２６と
して多孔質の材料を用いる構成も採用可能である。

【００７９】このような通風孔２６ａを備えた低圧側側
板２６を採用すると、高圧側からガスで加圧された際に
前記隙間３０を通るガスによって薄板２９の上面２９ａ
及び下面２９ｂに垂直に加わるガス圧の圧力分布は、上
記第１の実施の形態と同様に、圧力分布３０ａに示す等
圧線分布形状となる。すなわち、薄板２９において、そ
の先端側でかつ高圧側側板２７側に位置する角部ｒ１で
最もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に向かって徐々
にガス圧が弱まるガス圧分布形状となる。

【００８０】このとき、薄板２９の軸方向幅の任意の断
面の半径方向圧力分布は、上記第１の実施の形態の図３
（ｂ）で説明したガス圧分布３０ｂ，３０ｃのようにな
り、薄板上面２９ａと、薄板下面２９ｂ及び薄板先端面
２９ｃとの間に圧力荷重差（（Ｆｂ＋Ｆｃ）＞Ｆａ）を
生じさせるので、この圧力荷重差が薄板２９に対してそ
の先端部を浮上させる方向の力として作用する。

【００８１】したがって、薄板２９に生じた前記圧力荷
重差により、その先端部を浮上させる方向の力が作用す
る。しかも、本実施の形態では、通風孔２６ａの孔形状
を形成するだけなので製作しやすくて組立性も良く、製
作コストを低くできる。更に、孔形状の配置や大きさに
より複雑な圧力分布も形成可能となる。また、薄板の露
出部が上記第２の実施の形態と比較して小さく、組立時
の接触などによる薄板の変形が小さいというメリットが
ある。

【００８２】以下、本発明の第６の実施の形態について
の説明を図８を参照しながら行うが、その特徴部分を中
心に説明するものとし、その他の、上記第１の実施の形
態と同一部分については説明を省略する。なお、本実施
の形態では、前記低圧側隙間３１の方が必ず高圧側隙間
３２よりも大きくなるように維持するための隙間寸法調
整手段を更に備えている点が特に特徴的となっている。
図８の（ａ）は、リーフシール２５を回転軸２３の軸線
を通る断面より見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）をＣ
−Ｃ線より見た断面図である。

【００８３】同図に示すように、低圧側側板２６と各薄
板２９との間には、低圧側側板２６に向かって各薄板２
９が接近しようとした場合に、該薄板２９を支持して、
これら低圧側側板２６及び各薄板２９間の低圧側隙間３
１の隙間寸法を維持するための前記隙間寸法調整手段と
して、段形状部５０（第１の段形状部）が設けられてい
る。この段形状部５０は、図８（ａ）に示すように、回
転軸２３の軸線を通る断面で見た場合には、各薄板２９
側に向かって突出するように低圧側側板２６の側に設け
られており、また図８（ｂ）に示すように、回転軸２３
の軸線に垂直をなす断面より見た場合には、環状の低圧
側側板２６に沿って回転軸２３周りの全周に渡って連続
した環状をなすリング形状の部品である。なお、この段
形状部５０は、低圧側側板２６と別部品としても良い
し、低圧側側板２６と一体の部品としても良い。

【００８４】各薄板２９を支持するためには、段形状部
５０を各薄板２９側に極力接近させておく必要がある。
しかしながら、あまり近づけすぎて各薄板２９の側縁を
段形状部５０が圧迫して変形させることのないようにす
る必要があるので、段形状部５０の厚み寸法をｔ１（回
転軸２３の軸心方向の厚み寸法）とし、低圧側隙間３１
の隙間寸法をｔ２とした場合には、ｔ２≧ｔ１（厚み寸
法ｔ１は、低圧側隙間３１の隙間寸法ｔ２と等しいか、
もしくはそれよりも狭い）とする必要がある。この段形
状部５０によれば、各薄板２９のずれあるいは変形を拘
束することで、低圧側隙間３１の隙間寸法ｔ２以下にな
ることを防ぐことができ、容易に所定の隙間寸法に維持
することが可能となる。

【００８５】以上説明の本実施の形態のリーフシール２
５（軸シール機構）及びこれを備えたガスタービンによ
れば、段形状部５０を設けたことで、各薄板２９の位置
が低圧側側板２６の側に向かって接近しようとしても、
これら薄板２９が、段形状部５０によって支持されるこ
とで接近が阻止されるようになっているので、軸シール
機構組立時における組立誤差や、運転時における高圧側
から低圧側に向かう流体圧による各薄板２９の変形等が
発生しても、各薄板２９と低圧側側板２６との間を所定
の隙間寸法ｔ２に維持することができる。

【００８６】これにより、各薄板２９と低圧側側板２６
との間の低圧側隙間３１を、各薄板２９と高圧側側板２
７との間の高圧側隙間３２よりも大きくするという、上
記第１の実施の形態で説明した前記隙間寸法調節を確実
に行わせることが可能となっている。よって、起動時等
の動圧効果の小さい時でも、確実に各薄板２９の先端を
浮かせて回転軸２３の周面２３ａとの間を非接触状態に
できる。したがって、各薄板２９と回転軸２３との接触
による過大な発熱及び摩耗を防止することができる。さ
らに、各薄板２９と回転軸２３との接触による発熱が防
止されることにより、回転軸２３でのサーマルバランス
による振動の発生を回避することも可能となる。なお、
この他にも、上記第１の実施の形態で説明した効果と同
様の効果が得られることは勿論である。

【００８７】次に、本発明の第７の実施の形態について
の説明を図９を参照しながら行う。なお、本実施の形態
は、上記第６の実施の形態の変形例に相当するものであ
るので、上記第６の実施の形態との相違点を中心に説明
するものとし、その他の、上記第６の実施の形態と同一
部分については説明を省略する。図９の（ａ）は、リー
フシール２５を回転軸２３の軸線を通る断面より見た断
面図であり、（ｂ）は（ａ）をＤ−Ｄ線より見た断面図
である。

【００８８】同図に示すように、本実施の形態では、上
記第６の実施の形態で説明した環状の前記段形状部５０
に、この環状の内周側及び外周側の空間を連通させる通
気孔５１を形成した点が特徴的となっている。この通気
孔５１は、図９（ｂ）に示すように、複数個が互いに等
間隔をおいて形成されたものとなっている。このよう
に、段形状部５０に複数の通気孔５１を形成したこと
で、各薄板２９と低圧側側板２６との間の隙間空間にお
ける、段形状部５０を境とした、回転軸半径方向内周側
と回転軸半径方向外周側との両空間の間でのガス流れに
対する抵抗が低減されるようになる。これにより、段形
状部５０による各薄板２９の支持を確保しながらも、あ
たかも段形状部５０が存在しないかのように、前記隙間
空間における回転軸半径方向の圧力分布を形成させるこ
とができるようになる。

【００８９】これにより、高圧側側板２７から低圧側側
板２６に向かうガス圧が各薄板２９に加わった場合に、
これら薄板２９の上下面に対して、回転軸２３に対向す
る先端側でかつ高圧側側板２７の側に位置する角部ｒ１
で最もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に向かって徐
々にガス圧が弱まるガス圧分布を広い範囲（図９（ａ）
の実線矢印Ｒ１で示す範囲）に形成させることができ、
例えば図９（ａ）の二点鎖線の矢印Ｒ２で示す狭い範囲
のガス圧分布とならないようにすることができる。した
がって、広いガス圧分布を各薄板２９に与えることがで
きるので、各薄板２９の広い範囲に渡ってその上下面に
圧力差を確実に生じせしめて、これら薄板２９を回転軸
２３の周面２３ａより浮かせるという薄板浮上のための
ガス圧調整が的確に行えるようになる。

【００９０】次に、本発明の第８の実施の形態について
の説明を図１０を参照しながら行う。なお、本実施の形
態は、上記第６の実施の形態の変形例に相当するもので
あるので、上記第６の実施の形態との相違点を中心に説
明するものとし、その他の、上記第６の実施の形態と同
一部分については説明を省略する。図１０の（ａ）は、
リーフシール２５を回転軸２３の軸線を通る断面より見
た断面図であり、（ｂ），（ｃ）は（ａ）をＥ−Ｅ線よ
り見た断面図である。

【００９１】図１０（ｂ）に示すように、本実施の形態
では、上記第６の実施の形態で説明した全周に渡って環
状に連続した前記段形状部５０の代わりに、互いに等し
い間隔Ｇを置いた状態で、低圧側側板２６に沿って回転
軸２３周りの環状をなすように間欠配置された複数枚の
環状分割板５０ａから構成される段形状部５０Ａ（第２
の段形状部）を、１周（１段）、低圧側側板２６に固定
した点が特に特徴的となっている。この段形状部５０Ａ
は、図１０（ａ）に示すように、回転軸２３の軸線を通
る断面で見た場合には、各薄板２９側に向かって突出す
るように低圧側側板２６の側に設けられている。なお、
この段形状部５０Ａ（環状分割板５０ａ）は、低圧側側
板２６と別部品としても良いし、低圧側側板２６と一体
の部品としても良い。

【００９２】本実施の形態では、上記第７の実施の形態
の前記各通気孔５１の代わりの役目を前記各間隔Ｇが行
うので、各薄板２９と低圧側側板２６との間の隙間空間
における、段形状部５０Ａを境とした、回転軸半径方向
内周側と回転軸半径方向外周側との両空間の間でのガス
流れに対する抵抗が低減されるようになっている。これ
により、段形状部５０Ａによる各薄板２９の支持を確保
しながらも、あたかも段形状部５０Ａが存在しないかの
ように、前記隙間空間における回転軸半径方向の圧力分
布を形成させることができるようになる。

【００９３】これにより、高圧側側板２７から低圧側側
板２６に向かうガス圧が各薄板２９に加わった場合に、
これら薄板２９の上下面に対して、回転軸２３に対向す
る先端側でかつ高圧側側板２７の側に位置する角部ｒ１
で最もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に向かって徐
々にガス圧が弱まるガス圧分布を広い範囲（図１０
（ａ）の実線矢印Ｒ１で示す範囲）に形成させることが
でき、例えば図１０（ａ）の二点鎖線の矢印Ｒ２で示す
狭い範囲のガス圧分布とならないようにすることができ
る。したがって、広いガス圧分布を各薄板２９に与える
ことができるので、各薄板２９の広い範囲に渡ってその
上下面に圧力差を確実に生じせしめて、これら薄板２９
を回転軸２３の周面２３ａより浮かせるという薄板浮上
のためのガス圧調整が的確に行えるようになる。

【００９４】なお、本実施の形態の変形例として、例え
ば図１０（ｃ）に示すように回転軸２３を軸心とする同
心円状に段形状部５０Ａを２周（２段）に配置したり、
もしくは３周以上（３段以上）に配置する構成（図示せ
ず）も勿論可能である。

【００９５】次に、本発明の第９の実施の形態について
の説明を図１１を参照しながら行う。なお、本実施の形
態は、上記第６の実施の形態の変形例に相当するもので
あるので、上記第６の実施の形態との相違点を中心に説
明するものとし、その他の、上記第６の実施の形態と同
一部分については説明を省略する。図１１の（ａ）は、
リーフシール２５を回転軸２３の軸線を通る断面より見
た断面図であり、（ｂ），（ｃ）は（ａ）をＦ−Ｆ線よ
り見た断面図である。

【００９６】図１１（ｂ）に示すように、本実施の形態
では、上記第６の実施の形態で説明した全周に渡って環
状に連続した前記段形状部５０の代わりに、各薄板２９
側から低圧側側板２６を見た場合に、該低圧側側板２６
の内周側から外周側に向かってスパイラル状に配置さ
れ、互いの間に間隔Ｇが設けられた複数枚のスパイラル
板５０ｂから構成される段形状部５０Ｂ（第３の段形状
部）を、低圧側側板２６に固定した点が特に特徴的とな
っている。この段形状部５０Ｂは、図１１（ａ）に示す
ように、回転軸２３の軸線を通る断面で見た場合には、
各薄板２９側に向かって突出するように低圧側側板２６
の側に設けられている。そして、各スパイラル板５０ｂ
は、各薄板２９側から低圧側側板２６を見た場合（すな
わち図１１（ｂ）の視線で見た場合）に、各薄板２９と
交差するクロス方向に傾斜した状態で、低圧側側板２６
に固定されている。なお、この段形状部５０Ｂ（スパイ
ラル板５０ｂ）は、低圧側側板２６と別部品としても良
いし、低圧側側板２６と一体の部品としても良い。

【００９７】なお、本実施の形態の変形例として、例え
ば図１１（ｃ）に示すように、各スパイラル板５０ｂ
を、各薄板２９側から低圧側側板２６を見た場合に、各
薄板２９と同方向かつ異なる傾斜角度（回転軸２３の周
面２３ａに対する傾斜角度）に傾斜した状態で、低圧側
側板２６に固定する構成も勿論採用可能である。しかし
ながら、図１１（ｂ）で示したクロス方向に傾斜させた
方が、一枚あたりのスパイラル板５０ｂにより多くの枚
数の薄板２９を支持させることができるのでより好まし
いと言える。

【００９８】本実施の形態では、上記第７の実施の形態
の前記各通気孔５１の代わりの役目を前記各間隔Ｇが行
うので、各薄板２９と低圧側側板２６との間の隙間空間
における、段形状部５０Ｂを境とした、回転軸半径方向
内周側と回転軸半径方向外周側との両空間の間でのガス
流れに対する抵抗が低減されるようになっている。これ
により、段形状部５０Ｂによる各薄板２９の支持を確保
しながらも、あたかも段形状部５０Ｂが存在しないかの
ように、前記隙間空間における回転軸半径方向の圧力分
布を形成させることができるようになる。

【００９９】これにより、高圧側側板２７から低圧側側
板２６に向かうガス圧が各薄板２９に加わった場合に、
これら薄板２９の上下面に対して、回転軸２３に対向す
る先端側でかつ高圧側側板の側に位置する角部ｒ１で最
もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に向かって徐々に
ガス圧が弱まるガス圧分布を広い範囲（図１１（ａ）の
実線矢印Ｒ１で示す範囲）に形成させることができ、狭
い範囲のガス圧分布とならないようにすることができ
る。したがって、広いガス圧分布を各薄板２９に与える
ことができるので、各薄板２９の広い範囲に渡ってその
上下面に圧力差を確実に生じせしめて、これら薄板２９
を回転軸２３の周面２３ａより浮かせるという薄板浮上
のためのガス圧調整が的確に行えるようになる。

【０１００】次に、本発明の第１０の実施の形態につい
ての説明を図１２を参照しながら行う。なお、本実施の
形態は、上記第６の実施の形態の変形例に相当するもの
であるので、上記第６の実施の形態との相違点を中心に
説明するものとし、その他の、上記第６の実施の形態と
同一部分については説明を省略する。図１２は、リーフ
シール２５を回転軸２３の軸線を通る断面より見た断面
図である。

【０１０１】図１２に示すように、本実施の形態では、
上記第６の実施の形態で説明した低圧側薄板２６側に設
けられた前記段形状部５０の代わりに、低圧側側板２６
に向かって突出するように各薄板２９の側にそれぞれ設
けられた段形状部５０Ｃ（第４の段形状部）を設けた点
が特に特徴的となっている。各段形状部５０Ｃは、それ
ぞれの薄板２９に一体に形成された突出部であり、互い
の間に、各薄板２９間に形成される隙間と同じ寸法の隙
間が生じるようになっている。

【０１０２】本実施の形態では、上記第７の実施の形態
の前記各通気孔５１の代わりの役目を、各段形状部５０
Ｃ間の隙間が行うので、各薄板２９と低圧側側板２６と
の間の隙間空間における、段形状部５０Ｃを境とした、
回転軸半径方向内周側と回転軸半径方向外周側との両空
間の間でのガス流れに対する抵抗が低減されるようにな
っている。これにより、段形状部５０Ｃによる各薄板２
９の支持を確保しながらも、あたかも段形状部５０Ｃが
存在しないかのように、前記隙間空間における回転軸半
径方向の圧力分布を形成させることができるようにな
る。

【０１０３】これにより、高圧側側板２７から低圧側側
板２６に向かうガス圧が各薄板２９に加わった場合に、
これら薄板２９の上下面に対して、回転軸２３に対向す
る先端側でかつ高圧側側板２７の側に位置する角部ｒ１
で最もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に向かって徐
々にガス圧が弱まるガス圧分布を広い範囲（図１２の実
線矢印Ｒ１で示す範囲）に形成させることができ、例え
ば図１２の二点鎖線の矢印Ｒ２で示す狭い範囲のガス圧
分布とならないようにすることができる。したがって、
広いガス圧分布を各薄板２９に与えることができるの
で、各薄板２９の広い範囲に渡ってその上下面に圧力差
を確実に生じせしめて、これら薄板２９を回転軸２３の
周面２３ａより浮かせるという薄板浮上のためのガス圧
調整が的確に行えるようになる。また、本実施の形態で
は、各薄板２９の形状を変えるだけで、低圧側側板２６
に加工あるいは取付けする必要がないので、製作コスト
面でメリットが大きいという効果も有している。

【０１０４】次に、本発明の第１１の実施の形態につい
ての説明を図１３を参照しながら行う。なお、本実施の
形態は、上記第６の実施の形態の変形例に相当するもの
であるので、上記第６の実施の形態との相違点を中心に
説明するものとし、その他の、上記第６の実施の形態と
同一部分については説明を省略する。図１３は、リーフ
シール２５を回転軸２３の軸線を通る断面より見た断面
図である。

【０１０５】図１３に示すように、本実施の形態では、
上記第６の実施の形態で説明した環状の前記段形状部５
０（第１の段形状部）が、低圧側側板２６の半径方向に
沿ってケーシング２４の位置まで連続して形成されてい
る点が特に特徴的となっている。すなわち、本実施の形
態の段形状部５０は、同図の断面で見た場合に、ケーシ
ング２４と低圧側側板２６との接続部分である、低圧側
側板２６の付け根位置（基部）まで連続して幅広に形成
されたものとなっている。なお、この段形状部５０は、
通常運転状態では、その各薄板２９に対向する面が各薄
板２９に対して直接接触しておらず、両者の間には微少
な隙間が形成された状態となっている。この段形状部５
０によれば、各薄板２９のずれあるいは変形を拘束する
ことで、低圧側隙間３１の隙間寸法ｔ２以下になること
を防ぐことができ、容易に所定の隙間寸法に維持するこ
とが可能となる。

【０１０６】以上説明の本実施の形態のリーフシール２
５（軸シール機構）及びこれを備えたガスタービンによ
れば、段形状部５０を設けたことで、各薄板２９の位置
が低圧側側板２６の側に向かって接近しようとしても、
これら薄板２９が、段形状部５０によって支持されるこ
とで接近が阻止されるようになっているので、軸シール
機構組立時における組立誤差や、運転時における高圧側
から低圧側に向かう流体圧による各薄板２９の変形等が
発生しても、各薄板２９と低圧側側板２６との間を所定
の隙間寸法ｔ２に維持することができる。

【０１０７】すなわち、各薄板２９と、高圧側側板２７
及び低圧側側板２６との間を、それぞれ所定の隙間寸法
に形成させることができるので、高圧側と低圧側との間
での圧力変動が生じても各隙間寸法が変化しにくくなる
ので、適用するシール差圧範囲を拡大することが可能と
なる。また、上述のように段形状部５０と各薄板２９と
の間には微少な隙間が形成されているので、高圧側側板
２７及び低圧側側板２６と各薄板２９との間の隙間公差
をゆるめに設計でき、加工コストを低減させることがで
きる。なお、この他にも、上記第６の実施の形態で説明
した効果と同様の効果が得られることは勿論である。

【０１０８】次に、本発明の第１２の実施の形態につい
ての説明を、図１４を参照しながら行う。なお、本実施
の形態は、上記第１１の実施の形態の変形例に相当する
ものであるので、上記第１１の実施の形態との相違点を
中心に説明するものとし、その他の、上記第１１の実施
の形態と同一部分については説明を省略する。図１４
は、リーフシール２５を回転軸２３の軸線を通る断面よ
り見た断面図である。

【０１０９】図１４に示すように、本実施の形態では、
上記第１１の実施の形態で説明した前記段形状部５０に
加えて、上記第３の実施の形態で図５（ｂ）を参照して
説明した前記高圧側隙間微調整用薄板３５を、高圧側側
板２７と薄板２９との間の隙間に配置した点が特に特徴
的となっている。この構成によれば、高圧側側板２７か
ら低圧側側板２６に向かうガス圧が各薄板２９に加わっ
た場合に、これら薄板２９の上下面に対して、回転軸２
３に対向する先端側でかつ高圧側側板２７の側に位置す
る角部ｒ１で最もガス圧が高く、かつ対角の角部ｒ２に
向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧分布を形成させる
ことができる。以上説明の本実施の形態のリーフシール
２５（軸シール機構）及びこれを備えたガスタービンに
よれば、上記第１１の実施の形態及び上記第３の実施の
形態と同様の作用効果を得ることが可能となる。

【０１１０】次に、本発明の第１３の実施の形態につい
ての説明を、図１５を参照しながら行う。なお、本実施
の形態は、上記第１２の実施の形態の変形例に相当する
ものであるので、上記第１２の実施の形態との相違点を
中心に説明するものとし、その他の、上記第１２の実施
の形態と同一部分については説明を省略する。図１５
は、リーフシール２５を回転軸２３の軸線を通る断面よ
り見た断面図である。

【０１１１】図１５に示すように、本実施の形態では、
上記第１２の実施の形態の高圧側側板２７に、該高圧側
側板２７を回転軸２３の軸線方向に貫く導圧孔１００
が、円周方向に複数設けられている点が特に特徴的とな
っている。この構成によれば、高圧側領域のガスの一部
を、各導圧孔１００を介して高圧側側板２７を通過させ
るように前記高圧側隙間微調整用薄板３５に加えること
ができるので、高圧側隙間微調整用薄板３５をより効果
的に撓ませることが可能となる。したがって、上記第１
２の実施の形態の作用をより確実に得ることが可能とな
る。以上説明の本実施の形態のリーフシール２５（軸シ
ール機構）及びこれを備えたガスタービンによれば、上
記第１２の実施の形態の効果をより確実に得ることが可
能となる。

【０１１２】以上に本発明の軸シール機構及びこれを備
えたガスタービンの第１〜第１３の実施の形態をそれぞ
れ説明してきたが、このガスタービンとしては、燃焼ガ
スを利用してタービン軸を回転させて動力を得る一般的
なガスタービンに加え、航空機用ガスタービンエンジン
等も含んでいる。また、本発明に係るガスタービンとし
ては、水蒸気を利用する蒸気タービン等の流体機械にも
転用可能である。また、本発明に係る軸シール機構とし
ては、ガスタービン、ガスタービンエンジン、蒸気ター
ビンなどの各種流体機械にも適用可能である。また、上
記第３，第４の各実施の形態の軸シール機構（リーフシ
ール２５）及びこれを備えたガスタービンに対して、上
記説明の隙間寸法調整手段５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０
Ｃを組み合わせる構成も採用可能である。この場合にお
いても、隙間寸法調整手段５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０
Ｃの採用による同様の作用効果が得られることは、勿論
である。

【０１１３】

【発明の効果】本発明の請求項１〜１７のいずれかに記
載の軸シール機構、または請求項１８記載のガスタービ
ンによれば、薄板と回転軸周面との間の角度を鋭角に
し、かつ薄板に浮力が付与されるように圧力調整手段を
設けたことで、共振点通過時などの回転軸の振動が大き
いときには鋭角に取付けられた薄板が変形して回転軸と
の接触が緩和されることに加え、定格条件では回転軸の
回転によって生じる動圧効果により、そして動圧効果の
小さい起動時等にも薄板に生じる圧力荷重差により薄板
の先端が回転軸の表面から浮上して回転軸との接触が回
避される。したがって、薄板と回転軸との接触による過
大な発熱及び摩耗を防止することができる。さらに、薄
板と回転軸との接触による発熱が防止されることによ
り、回転軸におけるサーマルバランスによる振動の発生
を回避することが可能となる。

【０１１４】また、シール部材に薄板を使用することに
より、従来のワイヤと比較してケーシングに対する固定
部分が拡大されるので、薄板がケーシングに対して強固
に固定される。これにより、従来のブラシシールにおけ
るワイヤ脱落のようなケーシングからの脱落を防止する
ことができる。また、薄板先端は回転軸の軸方向に高い
剛性を有し回転軸の周方向には柔らかいので、従来のブ
ラシシールに比べて差圧方向への変形を起こし難くな
り、シール差圧の許容値を向上させることができる。

【０１１５】また、薄板間の隙間を外周側と内周側とで
等しくすることで薄板をより密に配置することが可能と
なり、薄板の先端と回転軸との隙間を非接触型のラビリ
ンスシールなどと比べて飛躍的に小さくすることができ
る。これにより、ガスの漏れ量を低減することが可能と
なり、これをガスタービンに用いた場合には、その性能
を向上させることができる。したがって、以上説明の請
求項１〜１７のいずれかに記載の軸シール機構、または
請求項１８記載のガスタービンによれば、高圧側から低
圧側へのガスの漏れ量を低減させるとともに耐摩耗性の
向上を得ることが可能となる。

【０１１６】さらに、上記請求項１１〜１４のいずれか
もしくは上記請求項１７に記載の軸シール機構、または
この軸シール機構を備えた請求項１８記載のガスタービ
ンによれば、回転軸半径方向内周側と回転軸半径方向外
周側との両空間の間を流れるガス流に対する抵抗が低減
されるようになる。これにより、薄板の支持を確保しな
がらも、薄板と低圧側側板との間の隙間空間における回
転軸半径方向の圧力分布を形成させることができる。し
たがって、高圧側側板から低圧側側板に向かうガス圧が
薄板に加わった場合に、該薄板の上下面に対して、回転
軸に対向する先端側でかつ高圧側側板の側に位置する角
部で最もガス圧が高く、かつ対角に向かって徐々にガス
圧が弱まるガス圧分布の範囲をより広く形成させること
ができるようになるので、薄板の上下面における圧力差
を確実に生じせしめて、該薄板を回転軸周面より浮かせ
るという薄板浮上のためのガス圧調整が的確にできるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る軸シール機構を備えたガスター
ビンの第１の実施の形態を示す概略構成断面図である。

【図２】 同実施の形態のリーフシール（軸シール機
構）の斜視図である。

【図３】 同実施の形態のリーフシールを示す図であっ
て、（ａ）は回転軸の軸線を通る断面より見た断面図で
あり、（ｂ）は（ａ）をＢ−Ｂ線より見た断面図であ
る。

【図４】 本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第２の実施の形態を示す図であって、回転軸の軸線を
通る断面より見た断面図である。

【図５】 本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第３の実施の形態を示す図であって、（ａ），（ｂ）
は回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。

【図６】 本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第４の実施の形態を示す図であって、（ａ）はその斜
視図であり、（ｂ）はその変形例を示す斜視図である。

【図７】 本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第５の実施の形態を示す図であって、回転軸の軸線を
通る断面より見た断面図である。

【図８】 本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第６の実施の形態を示す図であって、（ａ）は回転軸
の軸線を通る断面より見た断面図であり、（ｂ）は
（ａ）をＣ−Ｃ線より見た断面図である。

【図９】 本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第７の実施の形態を示す図であって、（ａ）は回転軸
の軸線を通る断面より見た断面図であり、（ｂ）は
（ａ）をＤ−Ｄ線より見た断面図である。

【図１０】 本発明に係る軸シール機構（リーフシー
ル）の第８の実施の形態を示す図であって、（ａ）は回
転軸の軸線を通る断面より見た断面図であり、（ｂ），
（ｃ）は（ａ）をＥ−Ｅ線より見た断面図である。

【図１１】 本発明に係る軸シール機構（リーフシー
ル）の第９の実施の形態を示す図であって、（ａ）は回
転軸の軸線を通る断面より見た断面図であり、（ｂ），
（ｃ）は（ａ）をＦ−Ｆ線より見た断面図である。

【図１２】 本発明に係る軸シール機構（リーフシー
ル）の第１０の実施の形態を示す図であって、回転軸の
軸線を通る断面より見た断面図である。

【図１３】本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第１１の実施の形態を示す図であって、回転軸の軸線
を通る断面より見た断面図である。

【図１４】本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第１２の実施の形態を示す図であって、回転軸の軸線
を通る断面より見た断面図である。

【図１５】本発明に係る軸シール機構（リーフシール）
の第１３の実施の形態を示す図であって、回転軸の軸線
を通る断面より見た断面図である。

【図１６】 従来の軸シール機構の一例を示す図であっ
て、（ａ）は回転軸の軸線を通る断面より見た断面図で
あり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線より見た断面図であ
る。

【図１７】 従来の軸シール機構の他の例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

２３・・・回転軸 ２３ａ・・・周面 ２３ｅ・・・動翼 ２４・・・ケーシング ２５・・・リーフシール（軸シール機構） ２６・・・低圧側側板 ２６ａ・・・通風孔 ２７，３５・・・高圧側側板，高圧側隙間微調整用薄板
（可撓板） ２９・・・薄板 ２９ａ・・・上面 ２９ｂ・・・下面 ３０・・・隙間 ３０ａ・・・ガス圧分布 ３１・・・低圧側隙間（薄板と低圧側側板との間の隙間） ３２・・・高圧側隙間（薄板と高圧側側板との間の隙間） ３３・・・低圧側側板長さ（低圧側側板の回転軸半径方向
の長さ寸法） ３４・・・高圧側側板長さ（高圧側側板の回転軸半径方向
の長さ寸法） ４１，４２・・・スリット付き可撓板 ４１ａ，４２ａ・・・スリット ５０・・・隙間寸法調整手段，第１の段形状部 ５０Ａ・・・隙間寸法調整手段，第２の段形状部 ５０Ｂ・・・隙間寸法調整手段，第３の段形状部 ５０Ｃ・・・隙間寸法調整手段，第４の段形状部 ５０ａ・・・環状分割板 ５０ｂ・・・スパイラル板 ５１・・・通気孔 １００・・・導圧孔 Ｇ・・・間隔 ｇ・・・ガス ｒ１・・・角部 ｒ２・・・角部（対角）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤城 弘一 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 由里 雅則 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3G002 HA03 HA09 3J042 AA05 BA01 CA01

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の軸方向に幅を有して先端が前
   記回転軸の周面に摺動し、互いに隙間を空けて外周側基
   端がケーシング側に固定された複数の可撓性を有する薄
   板を、前記回転軸の周方向に該回転軸の外周をシール可
   能に多重に備え、前記薄板と前記回転軸の周面とが鋭角
   をなし、前記薄板の前記回転軸方向両側にそれぞれ低圧
   側側板及び高圧側側板が設けられた軸シール機構であ
   り、 前記薄板をその幅方向に垂直な仮想平面で断面視し、該
   薄板の前記回転軸に面した面を下面、その裏側を上面と
   し、該薄板に対して前記高圧側側板から前記低圧側側板
   に向かうガス圧が加わった場合に、該薄板の前記断面に
   沿った任意位置における前記上面に加わるガス圧よりも
   前記下面に加わるガス圧の方を高くするガス圧調整手段
   が設けられていることを特徴とする軸シール機構。
2. 【請求項２】 回転軸の軸方向に幅を有して先端が前
   記回転軸の周面に摺動し、互いに隙間を空けて外周側基
   端がケーシング側に固定された複数の可撓性を有する薄
   板を、前記回転軸の周方向に該回転軸の外周をシール可
   能に多重に備え、前記薄板と前記回転軸の周面とが鋭角
   をなし、前記薄板の前記回転軸方向両側にそれぞれ低圧
   側側板及び高圧側側板が設けられた軸シール機構であ
   り、 前記高圧側側板から前記低圧側側板に向かうガス圧が前
   記薄板に加わった場合に、該薄板の上下面に対して、前
   記先端側でかつ前記高圧側側板の側に位置する角部で最
   もガス圧が高く、かつ対角に向かって徐々にガス圧が弱
   まるガス圧分布を形成するガス圧調整手段が設けられて
   いることを特徴とする軸シール機構。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の軸シール機構
   において、 前記ガス圧調整手段は、前記薄板と前記低圧側側板との
   間の隙間を、前記薄板と前記高圧側側板との間の隙間よ
   りも大きくする隙間寸法調節であることを特徴とする軸
   シール機構。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の軸シール機構
   において、 前記ガス圧調整手段は、前記低圧側側板の前記回転軸半
   径方向の長さ寸法を前記高圧側側板の前記回転軸半径方
   向の長さ寸法よりも短くする側板寸法調節であることを
   特徴とする軸シール機構。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の軸シール機構
   において、 前記ガス圧調整手段は、前記薄板の高圧側に配されてか
   つ前記回転軸方向に可撓性を有する可撓板であることを
   特徴とする軸シール機構。
6. 【請求項６】 請求項１または２記載の軸シール機構
   において、 前記ガス圧調整手段は、前記薄板の高圧側に配されて前
   記回転軸方向に可撓性を有し、かつその全周で２ヶ所以
   上のスリットが形成されているスリット付き可撓板であ
   ることを特徴とする軸シール機構。
7. 【請求項７】 請求項１または２記載の軸シール機構
   において、 前記ガス圧調整手段は、前記回転軸の軸線方向に前記低
   圧側側板を貫く複数の通風孔であることを特徴とする軸
   シール機構。
8. 【請求項８】 回転軸の軸方向に幅を有して先端が前
   記回転軸の周面に摺動し、互いに隙間を空けて外周側基
   端がケーシング側に固定された複数の可撓性を有する薄
   板を、前記回転軸の周方向に該回転軸の外周をシール可
   能に多重に備え、前記薄板と前記回転軸の周面とが鋭角
   をなす軸シール機構であり、 前記薄板の、前記軸方向の低圧側に、高圧側から低圧側
   に向かうガスの通過を許可するガス通過空間が形成され
   ていることを特徴とする軸シール機構。
9. 【請求項９】 請求項３または５もしくは６のいずれ
   かに記載の軸シール機構において、 前記低圧側側板と前記薄板との間には、該低圧側側板に
   向かって前記薄板が接近しようとした場合に、該薄板を
   支持して、これら低圧側側板及び薄板間の隙間寸法を維
   持する隙間寸法調整手段が設けられていることを特徴と
   する軸シール機構。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の軸シール機構におい
    て、 前記隙間寸法調整手段は、前記薄板側に向かって突出す
    るように前記低圧側側板の側に設けられた第１の段形状
    部であり、 該第１の段形状部は、前記低圧側側板に沿って前記回転
    軸周りの環状をなしていることを特徴とする軸シール機
    構。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の軸シール機構にお
    いて、 前記第１の段形状部には、前記環状の内周側及び外周側
    の空間を連通させる通気孔が形成されていることを特徴
    とする軸シール機構。
12. 【請求項１２】 請求項９記載の軸シール機構におい
    て、 前記隙間寸法調整手段は、前記薄板側に向かって突出す
    るように前記低圧側側板の側に設けられた第２の段形状
    部であり、 該第２の段形状部は、互いに間隔を置いた状態で、前記
    低圧側側板に沿って前記回転軸周りの環状をなすように
    間欠配置された複数枚の環状分割板からなることを特徴
    とする軸シール機構。
13. 【請求項１３】 請求項１０〜１２のいずれかに記載
    の軸シール機構において、 前記第１または第２の段形状部は、前記回転軸を軸心と
    する同心円状に複数段が設けられていることを特徴とす
    る軸シール機構。
14. 【請求項１４】 請求項９記載の軸シール機構におい
    て、 前記隙間寸法調整手段は、前記薄板側に向かって突出す
    るように前記低圧側側板の側に設けられた第３の段形状
    部であり、 該第３の段形状部は、前記薄板側から前記低圧側側板を
    見た場合に、該低圧側側板の内周側から外周側に向かっ
    てスパイラル状に配置された複数枚のスパイラル板から
    なり、これらスパイラル板間には、互いに間隔が設けら
    れていることを特徴とする軸シール機構。
15. 【請求項１５】 請求項１０記載の軸シール機構にお
    いて、 前記第１の段形状部は、前記低圧側側板の半径方向に沿
    って前記ケーシングの位置まで形成されていることを特
    徴とする軸シール機構。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の軸シール機構にお
    いて、 前記高圧側側板には、該高圧側側板を前記回転軸の軸線
    方向に貫く導圧孔が形成されていることを特徴とする軸
    シール機構。
17. 【請求項１７】 請求項９記載の軸シール機構におい
    て、 前記隙間寸法調整手段は、前記低圧側側板に向かって突
    出するように前記薄板の側に設けられた第４の段形状部
    であることを特徴とする軸シール機構。
18. 【請求項１８】 高温高圧のガスをケーシングに導
    き、該ケーシングの内部に回転可能に支持された回転軸
    の動翼に吹き付けることで前記ガスの熱エネルギーを機
    械的な回転エネルギーに変換して動力を発生するガスタ
    ービンにおいて、 請求項１〜１７のいずれかに記載の
    軸シール機構を備えたことを特徴とするガスタービン。