JP2003246976A

JP2003246976A - 圧縮機用シール材および該圧縮機用シール材を備えた圧縮機、圧縮機における冷媒シール方法

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Publication number: JP2003246976A
Application number: JP2002126683A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Osako; 真実大迫; Takeshi Yamada; 健史山田; Takayuki Kato; 崇行加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-09-05
Also published as: DE60218968D1; EP1321499A3; DE60218968T2; US20030138332A1; EP1321499B1; EP1321499A2

Abstract

(57)【要約】【課題】炭酸ガスを含む冷媒を用いる圧縮機におい
て、シール材を用いて冷媒のシールを良好に行うのに有
効な冷媒シール技術を提供する。【解決手段】圧縮機の軸封機構５０には、駆動軸８に
おける炭酸ガス冷媒のシールを行うリップシール部材５
１が設けられている。このリップシール部材５１には、
結合アクリロニトリルの含有量が４５重量％以上の水素
化ＮＢＲが配合されている。炭酸ガス冷媒を使用する環
境下では、結合アクリロニトリルの含有量を４５重量％
以上とした場合であっても、炭酸ガス膨潤率の低下を使
用上問題のないレベルに抑えることができる。従って、
このリップシール部材５１は、冷媒のシール性が高く、
しかも低温における使用性能をも兼ね備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸ガスを含む冷
媒を用いる圧縮機において、シール材を用いてこの冷媒
のシールを行う技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍機等では、空調回路や、その空調回
路に設置される機器の圧力維持、冷媒のシールを目的と
したシール材が設置されている。このようなシール材と
して、ＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタジエン・ラバ
ー）を主体としたＮＢＲ系ポリマー（ＮＢＲまたは水素
化ＮＢＲ）が配合されたものが用いられる。このＮＢＲ
系ポリマーは、耐熱性、耐油性、耐水性、耐摩耗性など
に優れており、各種シール材として好適である。ところ
で、この種のＮＢＲ系ポリマーには結合アクリロニトリ
ルが含有されている。この結合アクリロニトリルの含有
量が多くなるとＮＢＲ系ポリマーのガス透過率は低くな
りシール性が向上することが知られている。ところが、
結合アクリロニトリルの含有量が多くなると低温におけ
る使用性が悪化するという問題を抱えている。従って、
従来は、例えば特開平８−２１７９１９号公報に記載の
シール材のように、ＮＢＲ系ポリマーに含有される結合
アクリロニトリルの含有量を低く抑えることで低温にお
ける使用性の悪化を抑制するのが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のシール材は、ＮＢＲ系ゴムポリマーに含有される結
合アクリロニトリルの含有量を低く抑えるためシール性
を向上させるのには限界があった。そこで、本発明者ら
は、シール性および低温使用性を両立することが可能な
シール材を実現するべく、この種のＮＢＲ系ポリマーの
組成、物性等について鋭意検討した。その検討において
本発明者らは、ＮＢＲ系ポリマーに含有される結合アク
リロニトリルの含有量を種々変更したシール材を作製
し、それらシール材を炭酸ガス冷媒中やフロンガス冷媒
中で使用した場合のシール性および低温使用性を評価し
た。その結果、本発明者らは、結合アクリロニトリルの
含有量を多くすると確かに低温使用性は悪くなるもの
の、炭酸ガス冷媒を用いた場合はフロンガス冷媒を用い
た場合に比して低温使用性を使用上問題のないレベルに
抑えることができることを見出すことに成功した。さら
に、本発明者らは、通常は結合アクリロニトリルの含有
量を多くすることで低下する耐熱性（圧縮永久ひずみ）
を、ＮＢＲ系ポリマーに対し所定量のエチレン−プロピ
レン系共重合体ゴムを添加することによって所定のレベ
ルに維持することができることを見出すことに成功し
た。本発明では、炭酸ガスを含む冷媒を用いる圧縮機に
おいて、シール材を用いて冷媒のシールを良好に行うの
に有効な冷媒シール技術を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の圧縮機用シール材は請求項１，２に記載の
ように構成され、この圧縮機用シール材を備えた圧縮機
は請求項３，４に記載のように構成される。また、本発
明の圧縮機における冷媒シール方法は、請求項５，６に
記載の通りである。なお、これら各請求項に係る発明
は、炭酸ガスを含む冷媒を用いる圧縮機において、結合
アクリロニトリルの含有量が４５重量％以上のＮＢＲ系
ポリマーが配合されたシール材を用いることで、冷媒の
シールを良好に行うことができるようにした技術であ
る。

【０００５】請求項１に記載した圧縮機用シール材は、
炭酸ガスを含む冷媒を吸入して圧縮し、高圧化して吐出
する圧縮機に用いられるものである。この圧縮機用シー
ル材を、例えば冷媒の圧縮機構を駆動する駆動軸のシー
ルを行うリップシール部材、パッキン、Ｏリング、ガス
ケット、バルブシール材等の固定用シール部材として用
いる。本発明における冷媒はその全部ないし一部が炭酸
ガスによって構成される。なお、ここでいう「圧縮機」
とは、炭酸ガスを含む冷媒を用いるものであればよく、
斜板型、スクロール型等、各種のタイプの圧縮機を広く
含む主旨である。本発明の圧縮機用シール材は、ＮＢＲ
系ポリマーが主体として配合されるものであり、このＮ
ＢＲ系ポリマーに４５重量％以上の結合アクリロニトリ
ルが含有される。このＮＢＲ系ポリマーとして各種のＮ
ＢＲあるいは水素化ＮＢＲを用いることができ、例えば
Ｚｅｔｐｏｌ００２０（日本ゼオン社製品、結合アクリ
ロニトリル量４９．２％、比重１．００）等を用いる。
なお、本発明において「ポリマー」とは、添加剤等が配
合されていない組成物を指すものとする。本発明者ら
は、ＮＢＲ系ポリマーにおける結合アクリロニトリルの
含有量を種々変更したシール材を作製し、炭酸ガス冷媒
やフロンガス冷媒中におけるガス透過率および膨潤率を
測定した。その測定の結果、結合アクリロニトリルの含
有量を４５重量％以上とした場合であっても、炭酸ガス
冷媒を使用した場合にシール性を向上させしかも低温に
おける使用性能の低下を極力抑えた圧縮機用シール材を
実現し得ることとなった。すなわち、結合アクリロニト
リルの含有量を多くすると確かに低温使用性は悪くなる
ものの、炭酸ガス冷媒を用いる場合はフロンガス冷媒を
用いる場合に比して低温使用性を使用上問題のないレベ
ルに抑えることができることを確認した。また、結合ア
クリロニトリルの含有量を増加させることによって冷媒
のシール性を向上させることができるため、本発明の圧
縮機用シール材は、冷媒のシール性が高く、しかも低温
における使用性能をも兼ね備えている。また、冷媒のシ
ール性が向上することによって、圧縮機およびその圧縮
機に関連する空調装置における信頼性の向上、長寿命化
を図ることが可能となる。なお、ここでいう「シール
性」とは、シール材に対する冷媒のガス透過性能を示
す、いわゆるガスバリア性と同義であるものとする。以
上のように請求項１に記載の発明によれば、炭酸ガスを
含む冷媒を用いる圧縮機において、冷媒のシールを良好
に行うのに有効な圧縮機用シール材を提供することがで
きる。

【０００６】また、請求項２に記載の圧縮機用シール材
には、さらに、ＮＢＲ系ポリマー９５〜５０重量％に対
しエチレン−プロピレン系共重合体ゴムが５〜５０重量
％配合されている。このエチレン−プロピレン系共重合
体ゴムとして、エチレン−プロピレン二元共重合体ゴ
ム、エチレン−プロピレン−ブテン三元共重合体ゴム、
エチレン−１−ブテン二元共重合体ゴム、あるいは、エ
チレン−プロピレン−非共役ジエン三元共重合体ゴム、
エチレン−プロピレン−１−ブテン−非共役ジエン共重
合体ゴム、エチレン−１−ブテン−非共役ジエン多元重
合体ゴム等を好適に用いる。本発明者らは、エチレン−
プロピレン系共重合体ゴムの中でも特に好ましいエチレ
ン−プロピレン−非共役ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰ
ＤＭ）を用い、ＮＢＲ系ポリマーに対し所定量のＥＰＤ
Ｍを添加したシール材を作製したうえで、このシール材
の炭酸ガス冷媒中におけるガス透過率および圧縮永久ひ
ずみを測定した。その測定の結果、結合アクリロニトリ
ルの含有量を４５重量％以上とした場合であっても、炭
酸ガス冷媒を使用した場合にシール性を向上させしかも
耐熱性の低下を極力抑えた圧縮機用シール材を実現し得
ることとなった。なお、エチレン−プロピレン系共重合
体ゴムの配合比率が５重量％よりも少ないかあるいは５
０重量％よりも多いと、シール性および耐熱性が悪くな
る。以上のように請求項２に記載の発明によれば、炭酸
ガスを含む冷媒を用いる圧縮機において、冷媒のシール
性および耐熱性の良好な圧縮機用シール材を提供するこ
とができる。

【０００７】請求項３に記載の圧縮機では、請求項１，
２に記載の圧縮機用シール材が、冷媒のシール箇所に設
置される。すなわち、本発明の圧縮機用シール材が、例
えば圧縮機構を駆動する駆動軸の軸封機構、またパッキ
ン、Ｏリング、ガスケット、バルブシール材等の固定用
シール部材として用いられる。これにより、炭酸ガスを
含む冷媒のシールを良好に行うことが可能な圧縮機を実
現することができる。

【０００８】ここで、本発明の圧縮機用シール材は、請
求項４に記載のように軸封機構を構成するのが好まし
い。この軸封機構は、圧縮機構を駆動する駆動軸におい
て冷媒のシールを行うものであり、駆動軸に当接するリ
ップシール部材を用いて構成される。このリップシール
部材は、圧縮機におけるシール材の中でもとりわけ冷媒
と接する面積が広いため、このような箇所に本発明の圧
縮機用シール材を用いることによって冷媒の高いシール
効果を得ることができる。

【０００９】請求項５に記載の冷媒シール方法によれ
ば、炭酸ガスを含む冷媒を用いる圧縮機において好適な
冷媒シールを行うことが可能となる。

【００１０】また、請求項６に記載の冷媒シール方法に
よれば、炭酸ガスを含む冷媒を用いる圧縮機において冷
媒のシール性および耐熱性が良好となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態を
図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、可変
容量圧縮機の軸封機構における冷媒シール技術について
説明する。ここで、図１は本実施の形態の可変容量圧縮
機１００の縦断面図である。図２は図１の部分拡大図で
ある。

【００１２】図１に示すように、可変容量圧縮機（以
下、「圧縮機」という）１００は、シリンダブロック
１、該シリンダブロック１の前端（図中の左側）に締結
されたフロントハウジング２、シリンダブロック１の後
端（図中の右側）にバルブプレート６を介して締結され
たリヤハウジング５を備えている。リヤハウジング５
は、炭酸ガス冷媒を吸入する吸入室３、吸入室３から吸
入され圧縮された圧縮冷媒を吐出する吐出室４を有して
いる。この炭酸ガス冷媒は、炭酸ガスを主体とするもの
である。バルブプレート６には、吸入弁３ｂを介して吸
入室３とシリンダボア１ａとを連通する吸入ポート３
ａ、吐出弁４ｂを介して吐出室４とシリンダボア１ａと
を連通する吐出ポート４ａ等が設けられている。また、
バルブプレート６には、フロントハウジング２内のクラ
ンク室９と吸入室３とを連通する抽気通路１６が設けら
れている。

【００１３】シリンダブロック１およびフロントハウジ
ング２には、外部駆動源としての車両エンジン（図示省
略）にクラッチ機構を介することなく直接的に連結され
た（直結された）駆動軸８が挿通されている。この駆動
軸８は、車両エンジンの起動状態において回転駆動さ
れ、後述するピストン１５等からなる圧縮機の圧縮機構
を駆動するようになっている。また、この駆動軸８は、
シリンダブロック１およびフロントハウジング２に設け
られたベアリング機構によって回転可能に支持されてい
る。

【００１４】クランク室９には、円板状の回転斜板１１
が収容されている。この回転斜板１１はその中央位置に
挿通孔１２を有し、この挿通孔１２に駆動軸８が挿通さ
れている。また、回転斜板１１には、反シリンダブロッ
ク１側の２箇所に、先端に球状部１３ａを有するピン部
材１３が設けられている。駆動軸８には、この駆動軸８
と一体に回転するローター３０が固着されている。この
ローター３０は円形の回転盤３１を有し、この回転盤３
１に支持アーム３２、バランスウエイト部３３等を備え
ている。また、回転盤３１には駆動軸８を挿入する挿入
孔３０ａが設けられている。

【００１５】ローター３０は、ヒンジ機構２０を介して
回転斜板１１と連結されている。すなわち、ローター３
０側の支持アーム３２と、回転斜板１１側のピン部材１
３とが係合する係合構造によってヒンジ機構２０が構成
されている。支持アーム３２は、ピン部材１３の球状部
１３ａに対応した形状の支持孔３２ａを有している。そ
して、ピン部材１３の球状部１３ａが支持孔３２ａに挿
入された状態で、支持アーム３２がピン部材１３を支持
する一方、ピン部材１３は支持孔３２ａ内を摺動可能に
なっている。従って、このヒンジ機構２０は、支持アー
ム３２とピン部材１３とが係合した状態で、駆動軸８の
回転トルクを回転斜板１１に伝達する一方、回転斜板１
１の傾動を可能とする。すなわち、回転斜板１１は、駆
動軸８に対し摺動可能かつ傾動可能になっている。

【００１６】シリンダブロック１には、円周方向に所定
間隔で配置された所定数のシリンダボア１ａが設けられ
ている。各シリンダボア１ａ内にはそれぞれピストン１
５が摺動可能に収容されている。また、ピストン１５の
背面側は、シュー１４を介して回転斜板１１に連結され
ている。従って、回転斜板１１が駆動軸８の回転に伴っ
て回転運動すると、この回転運動に伴って圧縮機構を構
成する各ピストン１５は各シリンダボア１ａ内を往復動
するように構成されている。このようにピストン１５が
往復動することにより、例えば吸入行程を行うシリンダ
ボア内に冷媒が吸入され、吐出行程を行うシリンダボア
内から、圧縮され高圧化された圧縮冷媒が吐出される。

【００１７】ローター３０とフロントハウジング２との
間には、回転盤３１の前面に当接するスラストベアリン
グ４０が設けられている。そして、ピストン１５の往復
移動によって生じる圧縮反力は、ピストン１５、シュー
１４、回転斜板１１、ヒンジ機構２０およびスラストベ
アリング４０を介して、フロントハウジング２で受け止
められるようになっている。

【００１８】圧縮機１００の吐出容量は、ピストン１５
のストローク量（ピストンの上死点から下死点までの距
離）によって定められ、ピストン１５のストローク量は
回転斜板１１の傾斜角度によって定められるように構成
されている。すなわち、駆動軸の軸線に対する回転斜板
１１の傾斜角度θが大きいほどピストン１５のストロー
ク量および吐出容量が大きくなり、一方回転斜板１１の
傾斜角度θが小さいほどピストン１５のストローク量お
よび吐出容量が小さくなる。また、運転中における回転
斜板１１の傾斜角度θは、シリンダボア１ａ内とクラン
ク室９内との圧力差によって決定され、この差圧は容量
制御弁１８によって調節されるように構成されている。
なお、図１では、回転斜板１１の傾斜角度θが最も大き
い状態、すなわち吐出容量が最大となる高負荷時の状態
を示している。なお、低負荷時では、回転斜板１１は例
えば図１中の二点鎖線で示す位置に設定される。

【００１９】容量制御弁１８は、シリンダブロック１お
よびリヤハウジング５にわたり、吐出室４とクランク室
９とを連通する給気通路１７に設けられている。この容
量制御弁１８は電磁弁であり、給気通路１７の開度を容
量制御弁１８によって調整するようになっている。給気
通路１７の開度を調整することによって、クランク室９
の圧力が変更され、シリンダボア１ａ内の圧力とクラン
ク室９内の圧力との圧力差が調整される。その結果、駆
動軸８に対する回転斜板１１の傾斜角度θが変更され、
ピストン１５のストローク量が変更されて、吐出容量が
調整されることとなる。なお、本実施の形態では、炭酸
ガス冷媒に混合する冷凍機油として、ＰＡＧ（ポリアル
キレングリコール）が使用されている。この他に、冷凍
機油として、ＰＯＥ（ポリオールエステル）、ＰＶＥ
（ポリビニルエーテル）等を使用してもよい。

【００２０】軸封機構５０は、駆動軸８に対応した位置
に設けられている。この軸封機構５０は、図２に示すよ
うに、駆動軸８の周面８ａに当接するリップシール部材
５１およびリップシール部材５５、保持金具５６，５７
等を備えている。リップシール部材５１は、後述するよ
うに水素化ＮＢＲを主体に配合されたものであり、固定
部５２から延びる可動部５３を有する。リップシール部
材５５は、例えば樹脂製でリップシール部材５１と保持
金具５７との間に配置されている。保持金具５６，５７
は例えばいずれも金属製で、保持金具５６がリップシー
ル部材５１を保持し、保持金具５７がリップシール部材
５５を保持するようになっている。なお、リップシール
部材５１の外周側に形成される空間部５８はクランク室
９と連通しており、したがってクランク室９の冷媒の圧
力が空間部５８に入り込み、リップシール部材５１に作
用することとなる。

【００２１】軸封機構５０が組付けられる前の無負荷状
態においては、リップシール部材５１およびリップシー
ル部材５５は、図２中の二点鎖線で示すようになってい
る。一方、軸封機構５０が駆動軸８に対応して組付けら
れると、リップシール部材５１およびリップシール部材
５５は駆動軸８の周面８ａによって押圧され、図２中の
実線で示すようになる。この状態では、リップシール部
材５１およびリップシール部材５５の緊迫力が駆動軸８
の周面８ａに作用しており、この緊迫力こそがハウジン
グ内外をシールするシール作用を付与し、クランク室９
の炭酸ガス冷媒が駆動軸８の周面８ａに沿ってハウジン
グ外へ洩れるのを阻止する。

【００２２】次に、本発明の圧縮機用シール材の一実施
の形態であるリップシール部材５１につき、そのリップ
シール部材５１として用いる加硫シートの組成および物
理試験結果を図３〜図５を参照しながら説明する。ここ
で、図３は、実施例１〜４および比較例の加硫シートの
組成、評価結果を示す。図４は、水素化ＮＢＲに含有さ
れる結合アクリロニトリル含有量に対する炭酸ガス透過
係数の関係を示すグラフである。これらの図において、
加硫シート中の結合アクリロニトリルの含有量を「ＡＮ
含有量」と表記している。図５は、実施例１〜４の加硫
シートにつき、エチレン−プロピレン−非共役ジエン三
元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）の配合比率に対する圧縮永
久ひずみおよび炭酸ガス透過係数の関係を示すグラフで
ある。

【００２３】ここで、実施例１〜４および比較例の加硫
シートには、水素化ＮＢＲ（本発明におけるＮＢＲ系ポ
リマー）、エチレン−プロピレン系共重合体ゴムとして
のエチレン−プロピレン−非共役ジエン三元共重合体ゴ
ム（ＥＰＤＭ）、補強性無機充填剤としてのカーボンブ
ラック、亜鉛華、有機過酸化物、老化防止剤等が配合さ
れている。これら各配合物として以下のものを用いてい
る。水素化ＮＢＲは、ＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタ
ジエン・ラバー）を主体とするものである。エチレン−
プロピレン−非共役ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰＤ
Ｍ）は、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）に、
第３成分（架橋モノマー）として非共役ジエンを少量共
重合させて不飽和結合を導入したものである。（Ａ−１）水素化ＮＢＲ（実施例）：Ｚｅｔｐｏｌ００
２０（日本ゼオン社製品、結合アクリロニトリル量４
９．２％、比重１．００）（Ａ−２）水素化ＮＢＲ（比較例）：Ｚｅｔｐｏｌ２０
２０（日本ゼオン社製品、結合アクリロニトリル量３
６．２％、比重０．９５）（Ｂ）エチレン−プロピレン−非共役ジエン三元共重合
体ゴム（ＥＰＤＭ）：ＥＮＢ（三井石油化学社製品）（Ｃ）カーボンブラック（ＨＡＦＮ−３３０）（Ｄ）亜鉛華（Ｅ）有機過酸化物：パークミルＤ（日本油脂社製品）（Ｆ）老化防止剤：ノクラックＣＤ（大内新興化学社製
品）但し、実施例１〜４および比較例には、これらの他にこ
の種のＮＢＲ系ポリマーに通常用いられる離型剤等が適
量配合されている。

【００２４】実施例１〜３の加硫シートは、図３中の
「実施例１〜３」の欄に示すように、結合アクリロニト
リル含有量が４９．２重量％の水素化ＮＢＲを含むポリ
マー１００重量部に対し、カーボンブラックが６０重量
部、亜鉛華が５重量部、有機過酸化物が６重量部、老化
防止剤が１．５重量部の比率で配合されている。実施例
１〜３では、ポリマー中に配合されるＥＰＤＭの比率の
みが異なる。実施例１の加硫シートは、ポリマー中に水
素化ＮＢＲのみを含みＥＰＤＭを含んでいない。実施例
２の加硫シートは、ポリマー中の水素化ＮＢＲ８０重量
％に対しＥＰＤＭが２０重量％配合されている。実施例
３の加硫シートは、ポリマー中の水素化ＮＢＲ６０重量
％に対しＥＰＤＭが４０重量％配合されている。また、
実施例４の加硫シートは、図３中の「実施例４」の欄に
示すように、ＥＰＤＭのみで構成されるポリマー１００
重量部に対し、カーボンブラックが６０重量部、亜鉛華
が５重量部、有機過酸化物が６重量部、老化防止剤が
１．５重量部の比率で配合されている。一方、比較例の
加硫シートは、図３中の「比較例」の欄に示すように、
結合アクリロニトリル含有量が３６．２重量％の水素化
ＮＢＲのみで構成されるポリマー１００重量部に対し、
カーボンブラックが６０重量部、亜鉛華が５重量部、有
機過酸化物が６重量部、老化防止剤が１．５重量部の比
率で配合されている。実施例１の加硫シートと比較例の
加硫シートでは、水素化ＮＢＲに含有される結合アクリ
ロニトリル量のみが異なる。

【００２５】これら各加硫シートを成形する場合、以上
の各々の成分を、８インチオープンロール（ロール温
度：約８０〜１３０℃）で混練し、その混練物を１８０
℃で６分間プレス加硫し、正方形または円形で、厚さ
０．５ｍｍの加硫シートに成形する。また、比較例の加
硫シートについても、上記工程と同様の工程を用いるこ
とができる。

【００２６】上記工程により得られた、実施例１〜４お
よび比較例の加硫シートの物理試験を行うべく、以下の
測定を実施した。〔炭酸ガス透過係数〕各加硫シートから直径２５ｍｍの
円形の試料を採取し、この試料を高圧ガス透過率装置に
取り付け、高圧条件下（圧力：５ＭＰａ）における炭酸
ガスの透過率を測定した。なお、この測定に用いた高圧
ガス透過率装置は既知の構成のものであり、その詳細な
構成についての説明は省略するものとする。炭酸ガス透
過係数の測定に際しては、例えばＡＳＴＭＤ１４３４
に準拠した試験方法を用いる。〔炭酸ガス膨潤率〕各加硫シートを、炭酸ガスが存在す
る所定の条件下（温度：２５℃、圧力４ＭＰａ、時間：
７０ｈｒ）に置いたときの膨潤の度合い（膨潤率）を測
定した。〔圧縮永久ひずみ〕各加硫シートの圧縮永久ひずみの測
定に際しては、例えばＪＩＳＫ６３０１に準拠した試
験方法を用い、１５０℃の温度で、７０時間の測定を行
った。

【００２７】上記の方法によって炭酸ガス透過係数、炭
酸ガス膨潤率および圧縮永久ひずみを測定した結果、以
下のことがいえる。なお、図３〜図５において、炭酸ガ
ス透過係数の小さい方が炭酸ガスのシール性が高く、炭
酸ガス膨潤率が高い方が低温使用性が良好であり、圧縮
永久ひずみが小さい方が耐熱性が良いことを示す。（１）図４に示すように、実施例１の加硫シートは、炭
酸ガス透過係数が１．７９×１０^-9[ｃｍ³（ＳＴＰ）・
ｃｍ／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ]であり、比較例の加硫
シートに比して炭酸ガス透過係数がおよそ１／２であっ
た。すなわち、実施例１の加硫シートは、比較例の加硫
シートに対し炭酸ガスのシール性が相対的に優れてい
る。（２）実施例１の加硫シートは、炭酸ガス膨潤率が１５
[％]であり比較例の加硫シートに比して炭酸ガス膨潤率
が低く低温使用性が相対的に低いものの、そのガス膨潤
率は実用上問題のないレベルであった。というのも、本
発明者らが比較例の加硫シートをフロンガス冷媒が存在
する所定の条件下に置いたときのフロンガス膨潤率を測
定したところ、そのフロンガス膨潤率は、実施例の加硫
シートの炭酸ガス膨潤率とほぼ同程度であった。このこ
とから、実施例の加硫シートを炭酸ガス冷媒中で用いる
ことによって膨潤率の低下を極力抑えることができ、実
用上問題のない低温使用性が得られることとなった。（３）図５に示すように、ＥＰＤＭの配合比率の上昇に
伴って炭酸ガス透過係数が上昇（ガスシール性が低下）
し、ＥＰＤＭの配合比率の上昇に伴って圧縮永久ひずみ
が低下（耐熱性が向上）する傾向にある。実施例２およ
び３の加硫シートは、炭酸ガス透過係数が１．７６×１
０^-9および２．２６×１０^-9［ｃｍ³（ＳＴＰ）・ｃｍ
／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ]であり、炭酸ガスのシール
性が優れている。そのうえ、実施例２および３の加硫シ
ートは、圧縮永久ひずみが１７．７および１５［％］で
あり、耐熱性に優れている。なお、実施例２および３を
含む最適範囲（図５中の斜線で示す）において、炭酸ガ
ス透過係数は比較例の値である３．５３×１０^-9［ｃｍ
³（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ]よりも
低い。また、実施例２および３を含むこの最適範囲にお
いて、圧縮永久ひずみは比較例の値である２０［％］よ
りも低い。従って、ＥＰＤＭの配合比率を５〜５０重量
％の最適範囲内において種々選択することによって、シ
ール材の圧縮永久ひずみおよび耐熱性を両立することが
可能となる。

【００２８】以上のように本実施の形態によれば、結合
アクリロニトリル含有量が４９．２重量％の水素化ＮＢ
Ｒ（ＮＢＲ系ポリマー）を配合した実施例１の加硫シー
トは、炭酸ガスのシール性に優れ、低温における使用性
についても実用上問題のないレベルであることが確認さ
れた。また、実施例２および３の加硫シートは、炭酸ガ
スのシール性に優れ、しかも耐熱性に優れていることが
確認された。従って、実施例１〜３の加硫シートを、炭
酸ガス冷媒を使用する圧縮機１００におけるリップシー
ル部材５１として好適に用いることができる。リップシ
ール部材５１に実施例１の加硫シートを用いた場合は、
炭酸ガス冷媒のシール性が高く、しかも低温における使
用性能をも兼ね備えたリップシール部材を実現すること
が可能となる。リップシール部材５１に実施例２あるい
は３の加硫シートを用いた場合は、炭酸ガス冷媒のシー
ル性が高く、しかも耐熱性能をも兼ね備えたリップシー
ル部材を実現することが可能となる。また、実施例１〜
３のように結合アクリロニトリルの含有量を増加させる
ことによって冷媒のシール性を向上させることができる
ため、圧縮機１００およびそれに関連する空調装置にお
ける信頼性の向上、長寿命化を図ることが可能となる。
また、本実施の形態では、圧縮機におけるシール材の中
でもとりわけ冷媒と接する面積が広いリップシール部材
５１に対し本発明を適用したため、冷媒の高いシール効
果を得るのに有効である。炭酸ガス冷凍システム（圧縮
機を含む冷房回路全体）のうち、圧縮機における軸封部
以外では、ゴムを表面に張り合わせたガスケットまたは
金属ガスケット、あるいは金属シール（溶接を含む）に
て対応することにより、炭酸ガスに対するシール性が確
保される。しかし、圧縮機の軸封部ではこのような対応
が不可能であるため、本発明のシール材を用いたリップ
シールを採用することにより、初めて、炭酸ガス冷凍シ
ステム全体において炭酸ガスに対する必要なシール性を
確保することが可能となる。

【００２９】なお、本発明は上記の実施の形態のみに限
定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられ
る。例えば、上記の実施の形態を応用した次の各形態を
実施することもできる。

【００３０】上記実施の形態では、結合アクリロニトリ
ル含有量が４９．２重量％の水素化ＮＢＲ（ＮＢＲ系ポ
リマー）が配合されたリップシール部材５１を用いる場
合について記載したが、結合アクリロニトリル含有量は
４５重量％以上の範囲において適宜設定可能である。

【００３１】また、上記実施の形態の実施例２および実
施例３では、ＥＰＤＭの配合比率が２０重量％および４
０重量％である場合について記載したが、ＥＰＤＭの配
合比率は５〜５０重量％の範囲において適宜設定可能で
あり、この範囲においてシール材の圧縮永久ひずみおよ
び耐熱性を両立することが可能となる。

【００３２】また、上記実施例の加硫シートに対し更に
非補強性無機充填剤を配合したものをリップシール部材
として用いることもできる。この場合、ポリマー１００
重量部に対し無機充填剤を３０重量部以下の比率で配合
するのが好ましい。無機充填剤の配合比率が３０重量部
よりも多くなると、混練性が悪化して成形が困難とな
る。この無機充填剤としては、例えば天然マイカ、タル
ク、瀝青炭フィラー、またこれらのうちの複数を組み合
わせたものを用いることができる。天然マイカとして
は、例えばレプコマイカＳ−３２５（レプコ社製品、平
均粒径１０μｍ以上、アスペクト比（フレーク径／フレ
ーク厚）３０以上）がある。瀝青炭フィラーとしては、
例えばオースチンブラック３２５（ＣｏａｌＦｉｌｌ
ｅｒ社製品、平均粒径６μｍ、比重１．３２）がある。

【００３３】また、上記実施の形態では、カーボンブラ
ックが配合されたリップシール部材５１を用いる場合に
ついて記載したが、カーボンブラックにかえてホワイト
カーボンを用いることもできる。

【００３４】また、ポリマー１００重量部に対して、カ
ーボンファイバ等の繊維やグラファイト、二硫化モリブ
デン粉末、ニッケル粉末等を５０重量部以下添加するこ
ともできる。これにより、高圧の炭酸ガスによるリップ
シールの変形を少なくし、摺動性や耐摩耗性も良好とな
り、さらにリップシールの信頼性が向上する。また、ポ
リマー１００重量部に対して、可塑剤を５重量部以上２
０重量部以下添加することもできる。これにより、さら
にシール材の低温使用性を向上させることができる。

【００３５】また、上記実施の形態では、エチレン−プ
ロピレン系共重合体ゴムの一つとして、エチレン−プロ
ピレン−非共役ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）を
用いる場合について記載したが、その他のエチレン−プ
ロピレン系共重合体ゴムとして、例えばエチレン−プロ
ピレン二元共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ブテ
ン三元共重合体ゴム、エチレン−１−ブテン二元共重合
体ゴム、あるいは、エチレン−プロピレン−１−ブテン
−非共役ジエン共重合体ゴム、エチレン−１−ブテン−
非共役ジエン多元重合体ゴム等を適宜用いることができ
る。

【００３６】また、上記実施の形態では、駆動軸８の軸
封機構５０を構成するリップシール部材５１に対し本発
明を適用する場合について記載したが、圧縮機のおける
各種冷媒シール箇所、例えばパッキン、Ｏリング、ガス
ケット、バルブシール材に対し本発明を適用することも
できる。

【００３７】また、上記実施の形態では、可変容量タイ
プの圧縮機における冷媒シール箇所に本発明を適用する
場合について記載したが、可変容量タイプ以外の各種圧
縮機における冷媒シール箇所に本発明を適用することも
できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、炭酸ガスを含む冷媒を
用いる圧縮機において、シール材を用いて冷媒のシール
を良好に行うのに有効な冷媒シール技術を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の可変容量圧縮機１００の縦断面
図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】実施例１〜４および比較例の加硫シートの組
成、評価結果を示すものである。

【図４】水素化ＮＢＲに含有される結合アクリロニトリ
ル含有量に対する炭酸ガス透過係数の関係を示すグラフ
である。

【図５】実施例１〜４の加硫シートにつき、エチレン−
プロピレン−非共役ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰＤ
Ｍ）の配合比率に対する圧縮永久ひずみおよび炭酸ガス
透過係数の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

８…駆動軸５０…軸封機構５１…リップシール部材（圧縮機用シール材）１００…可変容量圧縮機（圧縮機）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｊ 15/16 Ｆ２５Ｂ 1/00 ３９５ＺＦ２５Ｂ 1/00 ３９５Ｃ０８Ｌ 23:16 //(Ｃ０８Ｌ 9/02 Ｆ０４Ｂ 27/08 Ａ 23:16） (72)発明者加藤崇行愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内Ｆターム(参考） 3H003 AA03 AB07 AC03 AD02 BC01 CA01 3H076 AA06 BB10 CC12 CC20 CC36 3J043 AA17 BA02 CA02 CB13 4H017 AA04 AB17 AC11 AD01 AE05 4J002 AC071 BB152 FD016 FD026 GJ02 GM05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭酸ガスを含む冷媒を吸入して圧縮し、
高圧化して吐出する圧縮機において、前記冷媒のシール
箇所に設けられる圧縮機用シール材であって、結合アクリロニトリルを含有するＮＢＲ系ポリマーが配
合されており、その結合アクリロニトリルの含有量が４
５重量％以上であることを特徴とする圧縮機用シール
材。
【請求項２】請求項１に記載した圧縮機用シール材で
あって、前記ＮＢＲ系ポリマー９５〜５０重量％に対しエチレン
−プロピレン系共重合体ゴムが５〜５０重量％配合され
ていることを特徴とする圧縮機用シール材。
【請求項３】請求項１または２に記載の圧縮機用シー
ル材を備えた圧縮機。
【請求項４】請求項３に記載した圧縮機であって、前記冷媒を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を駆動す
る駆動軸と、この駆動軸における冷媒のシールを行う軸
封機構とを備え、前記軸封機構は、前記圧縮機用シール材を用いて構成さ
れていることを特徴とする圧縮機。
【請求項５】炭酸ガスを含む冷媒を吸入して圧縮し、
高圧化して吐出する圧縮機において、結合アクリロニトリルの含有量が４５重量％以上のＮＢ
Ｒ系ポリマーが配合されたシール材を前記冷媒のシール
箇所に設け、この冷媒のシールを行うことを特徴とする
冷媒シール方法。
【請求項６】請求項５に記載した冷媒シール方法であ
って、前記シール材として、前記ＮＢＲ系ポリマー９５〜５０
重量％に対しエチレン−プロピレン系共重合体ゴムが５
〜５０重量％配合されたものを用いることを特徴とする
冷媒シール方法。