JP2001193843A - 回転軸シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＯ₂ 等の高圧冷媒の密封に使用され、長期
間にわたって密封性の安定した回転軸シールを提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 ハウジング１と回転軸２の間に介装さ
れ、回転軸２に摺接する複数のシールエレメント９…
と、複数のシールエレメント９…の間に配設されて回転
軸２に摺接するリップ先端部11ｂを有するシール部材10
と、を備えたものである。シール部材10には、ポリメタ
クリル酸亜鉛を微分散した水素化ニトリルゴム等を用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸シールに関
し、特にカーエアコン用コンプレッサ等に於ける（高
圧）流体を密封するのに用いられる回転軸シールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の回転軸シールとしては、
図４に示すようなものが知られている。即ち、この回転
軸シールは、コンプレッサのケース等のハウジング41
と、回転軸42の間に介装され、流体収納室43内の流体や
気体を密封する。

【０００３】その構造は、ゴムガスケット44と、スペー
サ45を介して、螺旋溝付きの合成樹脂製（ＰＴＦＥ等）
の２つのシールエレメント46ａ，46ｂと、押え金具47と
を並設して、環状金具48内に装着した回転軸シールを、
図示省略のテーパシャンク等により、各シールエレメン
ト46ａ，46ｂの内径側を軸方向へ押し加工して、図４の
如く反流体収納室49側から流体収納室43側に折曲する。
従って、回転軸シールの装着時に於て、各シールエレメ
ント46ａ，46ｂの摺接面が、回転軸42の外周面に圧接す
る。

【０００４】そして、回転軸42の回転時には、各シール
エレメント46ａ，46ｂの回転軸42への摺接部から少しの
漏れが発生するが、各シールエレメント46ａ，46ｂの螺
旋溝（スクリュ溝）のハイドロダイナミック効果（ポン
ピング作用）により、上記漏れを（流体収納室43方向
へ）押し戻し、回転軸シール全体としては密封を行いえ
る構造である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
回転軸シールでは、特に静止時に於て、流体収納室43か
ら反流体収納室49への（高圧）流体の漏れ量が大きく、
密封性（シール性）が不安定となる。

【０００６】そこで、本発明は、特に（ＣＯ₂ 等の高圧
冷媒を使用する）高圧下（３〜10ＭＰａ程度）で使用さ
れ、（高圧）流体の漏れが抑制されると共に、密封性の
安定した回転軸シールを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る回転軸シールは、ハウジングと回転
軸の間に介装され、該回転軸に摺接する複数のシールエ
レメントと、該複数のシールエレメントの間に配設され
て上記回転軸に摺接するリップ先端部を有するシール部
材と、を備え、該シール部材が、水素化ニトリルゴム
と、ポリメタクリル酸亜鉛と、有機過酸化物を、含有す
るゴム組成物から成るものである。

【０００８】また、ハウジングと回転軸の間に介装さ
れ、該回転軸に摺接する第１・第２シールエレメント
と、該第１・第２シールエレメントの間に配設されて上
記回転軸に摺接するリップ先端部を有するシール部材
と、を備え、該シール部材が、水素化ニトリルゴムと、
ポリメタクリル酸亜鉛と、有機過酸化物を、含有するゴ
ム組成物から成るものである。

【０００９】なお、リップ先端部が先鋭角部を有し、該
先鋭角部が回転軸に線接触状に摺接するよう構成するの
が良い。

【００１０】そして、流体収納室側のシールエレメント
は、微量な漏れを上記シール部材側へ許容するように構
成されている。さらには、流体収納室側のシールエレメ
ントに於て、回転軸に摺接する面に１本の円形溝を形成
し、又は、全く溝の無い平坦面状として、微量な漏れを
上記シール部材側へ許容するように構成されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図示の本発明の実施の形態
に基づき本発明を詳説する。

【００１２】図１又は図２は、本発明に係る回転軸シー
ルの各々別の実施の形態を示し、例えば、流体収納室３
側に高圧（３〜10ＭＰａ程度）の冷媒（ＣＯ₂ 等の流
体）が作用するカーエアコン用コンプレッサ等に使用さ
れる。

【００１３】この回転軸シールは、コンプレッサのケー
ス等のハウジング１と、回転軸２（の外周面）との間に
介装され、回転軸２に摺接する複数のシールエレメント
９…と、複数のシールエレメント９…の間に配設されて
回転軸２に摺接するリップ先端部11ｂを有するシール部
材10と、を備え、高圧の冷媒等の流体（油又はガス等）
を密封するのに用いられる。

【００１４】具体的構成は、図１又は図２に示すよう
に、両端に内鍔部５，６を有する金属製アウターケース
７と、このアウターケース７の円筒部８の外周面と内鍔
部５の両面に接着・溶着・焼付等によって固着一体化さ
れたゴム製外周密封部15と、アウターケース７に内嵌さ
れると共に一端に内鍔部17を有する第３インナーケース
16と、この第３インナーケース16の円筒部18の外周面と
内鍔部17の両面に接着・溶着・焼付等によって固着一体
化された（後述のゴム組成物から成る）シール部材10
と、合成樹脂製（ＰＴＦＥ等）の第１シールエレメント
９ａと、螺旋溝12ｂ（スクリュ溝）を有する合成樹脂製
（ＰＴＦＥ等）の第２シールエレメント９ｂと、第１イ
ンナーケース13と、第２インナーケース14と、から成
る。

【００１５】また、ゴム製外周密封部15は、ハウジング
１内周面に弾発的に接して密封作用を成すため（自由状
態では）凹凸波状に外周面が形成された円筒部被覆部15
ａと、一方の内鍔部５の内外両面を被覆する断面Ｕ字形
の内鍔外被部15ｂと、から構成されている。

【００１６】また、シール部材10は、アウターケース７
の内周面に弾発的に接して密封作用を成すため（自由状
態では）凹凸波状に外周面が形成された円筒部被覆部10
ａと、内鍔部17の内外両面を被覆する断面Ｕ字形の内鍔
外被部10ｂと、この断面Ｕ字形の内鍔外被部10ｂの内周
側から流体収納室３方向へ突設されたリップ部11と、か
ら構成されている。

【００１７】さらに、このリップ部11は、短円筒部11ａ
と、流体収納室３側へしだいに縮径するリップ先端部11
ｂとから成り、リップ部11は略同一の肉厚で、（図１又
は図２のように）断面への字状に折れ曲がった形状であ
る。このリップ先端部11ｂの先鋭角部19は、装着（使
用）状態では回転軸２（の外周面）に線接触状態で接し
て密封作用をなす。

【００１８】また、流体収納室３側のシールエレメント
───つまり第１シールエレメント９ａ───は、微量
な漏れを（流体収納室３側から）シール部材10側へ許容
するように構成されている。即ち、図１に示す如く、第
１シールエレメント９ａが、回転軸２に摺接する面Ｂ
に、単数本（１本）の円形溝12ａを形成して、あるい
は、図２に示す如く、第１シールエレメント９ａが回転
軸２に摺接する面Ｂに、全く溝の無い平坦面状（平坦円
筒面状）として、微量な漏れを許容するようになってい
る。

【００１９】また、第２シールエレメント９ｂの螺旋溝
12ｂは、その回転方向が、回転軸２の回転時に、流体収
納室３側（高圧側）へ溝内の流体が送られる方向となる
ように形成されており、流体収納室３から反流体収納室
４への（高圧）流体の漏れを防止する役割を担ってい
る。

【００２０】このように、本回転軸シールは、ゴム製外
周密封部15にてハウジング１との間を密封し、かつ、複
数のシールエレメント９…とシール部材10とにて回転軸
２との間を密封している。

【００２１】なお、図１又は図２に示したように、ゴム
製外周密封部15が予め接着等で一体化されたアウターケ
ース７であって、他端の内鍔部６を形成しないストレー
ト状態（円筒状態）で、第１シールエレメント９ａと、
第１インナーケース13と、シール部材10が予め接着等で
一体化された第３インナーケース16と、第２シールエレ
メント９ｂと、第２インナーケース14と、を順次嵌め込
み、その後、かしめ加工にて内鍔部６を形成して、全体
を一体化する。

【００２２】そして、ハウジング１の内周面に固着され
る止め輪20にて、本回転軸シールの抜け止めを防止して
いる。

【００２３】上述の如く構成された本回転軸シールによ
れば、回転軸２が静止している場合、流体収納室３の
（高圧）流体が、第１シールエレメント９ａの回転軸２
との接触面から（反流体収納室４側へ）漏れても、シー
ル部材10のリップ部11（の先鋭角部19）が回転軸２の外
周面に弾発的に接触すると共に、リップ部11が漏れた
（高圧）流体の圧力を受けて回転軸２の外周面に接触す
るため、反流体収納室４への（高圧）流体の漏れを防止
する。

【００２４】即ち、流体収納室３と反流体収納室４の間
の本回転軸シールの内部にて、流体収納室３から漏れた
（高圧）流体の圧力、及びリップ先端部11ｂ自身のゴム
弾性力によって、反流体収納室４への（高圧）流体の漏
れを食い止める。

【００２５】また、回転軸２が回転すれば、第１シール
エレメント９ａの回転軸２への接触面圧の増大と、シー
ル部材10の先鋭角部19の回転軸２への摺接と、第２シー
ルエレメント９ｂの螺旋溝12ｂのハイドロダイナミック
効果（ポンピング作用）による（高圧）流体の流体収納
室３側への押し戻しと、により、本回転軸シール全体と
して、（高圧）流体の密封を行いえる。

【００２６】この際、シール部材10のリップ部11は、流
体収納室３側（高圧側）へ配設された第１シールエレメ
ント９ａにより、高圧を直に受けることがない。また、
第１シールエレメント９ａの１本のみの円形溝12ａを有
する摺接面Ｂ（図１）、又は、そのような溝を省略した
平坦面状の摺接面Ｂ（図２）からの流体の微量な漏れ
は、リップ部11（の先鋭角部19）に適度な潤滑を与え
る。即ち、第１シールエレメント９ａが、減圧リングの
役割を果たしてリップ部11にかかる圧力を緩和すると共
に、リップ部11に適度な潤滑を供給して回転軸２との摺
接を滑らかなものとし、かつ、先鋭角部19の摩耗を、軽
減させる作用をなす。

【００２７】従って、高圧によるリップ部11の大きな変
形にて発生する、シール部材10の表面から第３インナー
ケース16（の内鍔部17）までの連続的な応力を、防止し
て、シール部材10の亀裂や、シール部材10の第３インナ
ーケース16からの剥離を、防止することができる。さら
に、リップ先端部11ｂ（の先鋭角部19）の回転軸２との
摺接による早期摩耗を解消し、シール部材10の寿命を長
いものとすることができる。

【００２８】ところで、前述のシール部材10の材質は、
水素化ニトリルゴムと、ポリメタクリル酸亜鉛と、有機
過酸化物を、含有する（耐摩耗性に優れた）ゴム組成物
を用いる。

【００２９】即ち、水素化ニトリルゴム（以下「ＨＮＢ
Ｒ」ということもある）にポリメタクリル酸亜鉛を微分
散させたポリマーアロイ（日本ゼオン株式会社の商品名
はＺＳＣ）を、有機過酸化物で架橋したゴム組成物をも
って、シール部材10を構成する。さらに、カーボンブラ
ック又はホワイトカーボンを補強剤（補強性充填剤）と
して、添加するのが望ましい。

【００３０】有機過酸化物は、通常のゴムの過酸化物加
硫に使用されるものであれば特に制限されず、２種類以
上の有機過酸化物を併用することもできる。有機過酸化
物としては、例えばジｔ−ブチルペルオキシド、ジクミ
ルペルオキシド、ｔ−ブチルクミルペルオキサイド、
1,1−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）−3,3,5 −トリメチ
ルシクロヘキサン、 2,5−ジメチル− 2,5−ジ（ｔ−ブ
チルペルオキシ）ヘキサン、 2,5−ジメチル− 2,5−ジ
（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキシン−３、 1,3−ジ（ｔ
−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、 2,5−ジ
メチル− 2,5−ジ（ベンゾイルペルオキシ）ヘキサン、
ｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、ｎ−
ブチル− 4,4−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）バレレー
ト、α，α′−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ−ｍ−イソ
プロピル）ベンゼン、ベンゾイルペルオキシド等が挙げ
られる。

【００３１】本発明者等は、比較のため、ＨＮＢＲにカ
ーボンを補強剤とし、有機過酸化物で架橋したゴム組成
物───ポリメタクリル酸亜鉛を省略したもの───を
用いて、図１と同じ構造・形状の回転シールを製作し、
本発明に係る図１の回転軸シールと、比較実験を行った
ところ、摩耗量が著しく減少でき、寿命が約10倍も延び
ることが、確認できた。

【００３２】次に、図３に、本発明に係る回転軸シール
のさらに他の実施の形態を示し、図１（又は図２）と比
較すると明らかな如く、次の構成が相違してくる。

【００３３】即ち、図３に示すように、リップ部11のリ
ップ先端部11ｂは、その断面形状が略五角形状（ベース
形状）となり、（図１又は図２に比べると）肉厚が厚く
なると共に、リップ先端部11ｂの内周面の断面形状が、
山形の形状となり、その山形の頂点が先鋭角部19とし
て、回転軸２に接触している。従って、リップ部11の受
圧による変形が小さくなり、先鋭角部19が確実に線接触
状に回転軸２に摺接し、（高圧）流体の漏れが一層低減
されると共に、リップ部11の摩耗が一層低減されて寿命
の長いものとなる。そして、このリップ部11を有するシ
ール部材10の材質は、図１，図２の場合と、同様のもの
として、摩耗をさらに低減して、寿命（耐久性）が著し
く延びるのである。

【００３４】なお、図３に於て、第１シールエレメント
９ａに単数本の円形溝12ａを有する場合を示したが、こ
れ以外に、この円形溝12ａを全く省略した平坦面状に、
（回転軸２との）摺接面を形成するも、自由である。い
ずれにせよ、図３に於ても、第１シールエレメント９ａ
は、微量な漏れをシール部材10側へ許容して、先鋭角部
19と回転軸２の表面との間の潤滑作用を確保して、摩耗
を防止する。

【００３５】なお、念を入れて追加説明すれば、図１，
図２，図３に於ける第１シール部材９ａが（従来の複数
の同心溝又は螺旋溝に代えて）１本の円形溝12ａとし、
又は、全く省略することで、微量な漏れをシール部材10
側へ許容して、このシール部材10の先鋭角部19の潤滑作
用を確保して、その摩耗を低減し、長期間にわたってシ
ール機能を維持できて、寿命を延ばすことができる。

【００３６】また、図１，図２，図３の断面図から明ら
かなように、シール部材10は圧力を受けると、回転軸２
の表面に対して、その先鋭角部19が強く接するので、摩
耗を促進することが予測されるが、本発明では、前述の
ように、ポリメタクリル酸亜鉛を微分散させたＨＮＢＲ
等から成るゴム組成分をシール部材10に用いたため、従
来の材質（ポリメタクリル酸亜鉛を含有しないＨＮＢＲ
等）と比較して、著しい強度の向上、及び耐摩耗性を発
揮して、長期間にわたって優れた密封性能を維持可能と
なる。

【００３７】なお、ポリメタクリル酸亜鉛を微分散させ
たＨＮＢＲ等から成る上述の材質は、十分に耐油性、耐
熱性、耐冷媒特性をも有している。従って、上記以外の
各種流体にも適用可能であり、発熱する部位にも適用で
きる。

【００３８】なお、本発明は、上述の実施の形態に限定
されず、例えば、第１シールエレメント９ａは、合成樹
脂製（ＰＴＦＥ等）以外の材質でも、減圧できる───
減圧リングの役割を果たす───ものであればよい。さ
らに、シールエレメント９の数は３個以上でもよく、ま
た、シール部材10の数は複数でもよく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で設計変更可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、上述の如く構成されるので、
次に記載する効果を奏する。

【００４０】（請求項１によれば）複数のシールエレメ
ント９…の間にシール部材10が配設されているため、回
転軸２の回転時はもちろん、静止時での（高圧）流体の
漏れが防止できる。また、（シール部材10よりも流体収
納室３側に配設された）シールエレメント９の減圧によ
り、シール部材10にかかる圧力を緩和することができ、
シール部材10の変形を抑えて亀裂や剥離を防止すると共
に、リップ先端部11ｂに適度な潤滑を供給して摩耗を低
減させて、全体として寿命の長いものとすることができ
る。

【００４１】（請求項２によれば）第１・第２シールエ
レメント９ａ，９ｂの間にシール部材10が配設されてい
るため、回転軸２の回転時はもちろん、静止時での（高
圧）流体の漏れが防止できる。また、（シール部材10よ
りも流体収納室３側に配設された）第１シールエレメン
ト９ａ（若しくは第２シールエレメント９ｂ）の減圧に
より、シール部材10にかかる圧力を緩和することがで
き、シール部材10の変形を抑えて亀裂や剥離を防止する
と共に、リップ先端部11ｂに適度な潤滑を供給して摩耗
を低減させて、全体として寿命の長いものとすることが
できる。

【００４２】（請求項１，２によれば）シール部材10
が、ＨＮＢＲとポリメタクリル酸亜鉛に有機過酸化物を
含有するゴム組成物から成るので、（従来と同等の耐
油，耐熱，耐冷媒特性を備えていることは勿論のこ
と、）潤滑が不十分な条件下で圧力が作用した場合等に
あっても、摩耗が少なく、耐久性に優れ、長期間良好な
密封性を発揮することができる。

【００４３】そして、複数のシールエレメント９…（第
１・第２シールエレメント９ａ，９ｂ）の間にシール部
材10を設けた本構成では、円筒部被覆部10ａに突起を設
けることにより、アウターケース７の内部側界面の流体
漏れ防止を１部品で対応できる。（言い換えると、アウ
ターケース７の界面漏れに対して、優れている。）

【００４４】（請求項３又は４によれば）シール部材10
と回転軸２との摺接部位の潤滑作用を確保して、（早期
摩耗の発生を有効に防止できて、）一層の寿命の延長を
図り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す要部断面図であ
る。

【図２】他の実施の形態を示す要部断面図である。

【図３】さらに別の実施の形態を示す要部断面図であ
る。

【図４】従来例を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 回転軸 ３ 流体収納室 ９ シールエレメント ９ａ 第１シールエレメント ９ｂ 第２シールエレメント 10 シール部材 11ｂ リップ先端部 19 先鋭角部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細川 敦 和歌山県有田市箕島663番地 三菱電線工 業株式会社箕島製作所内 Ｆターム(参考） 3J006 AE05 AE16 CA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと回転軸の間に介装され、該
   回転軸に摺接する複数のシールエレメントと、該複数の
   シールエレメントの間に配設されて上記回転軸に摺接す
   るリップ先端部を有するシール部材と、を備え、該シー
   ル部材が、水素化ニトリルゴムと、ポリメタクリル酸亜
   鉛と、有機過酸化物を、含有するゴム組成物から成るこ
   とを特徴とする回転軸シール。
2. 【請求項２】 ハウジングと回転軸の間に介装され、該
   回転軸に摺接する第１・第２シールエレメントと、該第
   １・第２シールエレメントの間に配設されて上記回転軸
   に摺接するリップ先端部を有するシール部材と、を備
   え、該シール部材が、水素化ニトリルゴムと、ポリメタ
   クリル酸亜鉛と、有機過酸化物を、含有するゴム組成物
   から成ることを特徴とする回転軸シール。
3. 【請求項３】 流体収納室側のシールエレメントは、微
   量な漏れを上記シール部材側へ許容するように構成され
   ている請求項１又は２記載の回転軸シール。
4. 【請求項４】 流体収納室側のシールエレメントに於
   て、回転軸に摺接する面に１本の円形溝を形成し、又
   は、全く溝の無い平坦面状として、微量な漏れを上記シ
   ール部材側へ許容するように構成されている請求項１又
   は２記載の回転軸シール。