航空機シール用途向け高性能メカニカルカーボン材料

現代メカニカルカーボン材料は、航空機ギアボックス、エアタービンモータースターター、航空機タービンエンジンおよび航空機補助動力装置（APU）のメインシャフトシール等、幅広い用途で使用されています。これら自己潤滑材料は、微細粒電解黒鉛物質に独自無機化学物質を浸透させ、潤滑性と酸化耐性を向上させたものです。低摩擦係数、高滑り速度での低摩耗率、高熱伝導率、高温空気中での酸化耐性により、航空機用途に理想的です。

ギアボックスシール

航空機ギアボックスはメインエンジンシャフト回転数を最大26,000 rpmから約3,400 rpmへ減速し、油圧ポンプ、発電機、空調コンプレッサー等システムコンポーネント駆動用とします。シャフト進入/退出点での潤滑油漏洩防止と保護には、ほとんどの航空機ギアボックスがフェイスシールを使用。通常、カーボン-グラファイト固定リングと炭化ケイ素または炭化タングステン回転リングで構成。両リングは平面ラップ仕上げ、スプリング或いは磁石で保持され、高回転で互いに回転してもリング面間を液体が通過不能（図1）。

相対運動する二リング（動的フェイスシール形成）は、ポリマーOリング等静的シールリングでシャフト或いはギアボックスハウジングにシール。シール設計者はスパイラル溝、ストレート溝、ウェッジで薄い空気/油膜を二滑動シール面間に導き/ポンプし、空気動力学的/流体動力学的リフトを生成、シール面摩擦・摩耗を大幅低減。

エアタービンモータースターターシール

ギアボックスシールと同材質（カーボン-グラファイト対炭化ケイ素/炭化タングステン動的フェイスシール）使用だが、摺動速度が遥かに高い。これらは小型タービンで、APU排気ガス利用しメインエンジン始動に必要な動力生成。シャフト速度最大180,000 rpm、摺動速度約1,000 ft/s（音速近接）。ウェッジとガス流路で空気動力学的/流体動力学的リフトオフ生成設計。

メインエンジンシャフトシール

カーボン-グラファイト一次リングとカーボン-グラファイト周方向シールリングでエンジン内気流と燃焼ガス流制御（図2）。メインエンジンベアリング潤滑油シールも兼務（コンプレッサーシャフトと燃焼ガスタービンシャフト自由回転許容）。周方向とフェイス両タイプシールリング使用。

周方向メインシャフトシールリング：固定ハウジング溝に密接エンドクリアランスで嵌合するカーボン-グラファイトセグメント使用。「ガーター」スプリングでセラミック/硬質金属コーティング施された回転シャフトにテンション付与。リフトウェッジと機械加工形状で空気動力学的/流体動力学的フィルム上でシール稼働。回転速度最大26,000 rpm、シールリング温度最大800°F（約427℃）到達。

APUシール

補助動力装置（APU）はメインエンジン停止時（ゲート駐機時燃料節約）に発電、空調、客室暖房用の小型ガスタービンエンジン。メインエンジンシールと類似だが小型のカーボン-グラファイトシール内蔵。

材料特性のまとめ

無油・自己潤滑メカニカルカーボン材料は、商用・軍用航空機シール用途に理想的な独自特性組合せを持ちます。

• 自己潤滑、自己研磨、寸法安定で良好なシールメイト保証
• 耐熱性、高熱伝導率で摩擦熱を滑動面から伝導除去
• 厳しい航空宇宙寸法公差で容易機械加工可能、ヘリウム光帯1本フラットネス仕様でラップ・研磨供給可能