JP2003262276A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転時及び静止時のいずれにあっても、シー
ル性に優れている密封装置を提供する。 【解決手段】 ハウジングＨと回転軸Ｓとの間に介装さ
れる密封装置に於て、上記回転軸Ｓに摺接するゴムリッ
プ部２と、上記ハウジングＨの内周面に嵌着される外周
ゴムシール部７ａとを、異種材料にて形成する。そし
て、上記ゴムリップ部２に、コイルスプリング状の形状
記憶合金製のリング状部材Ｒを、付設する。この形状記
憶合金製のリング状部材Ｒは、高温になると拡径し、低
温になると縮径する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密封装置に係り、
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装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の密封装置としては、図４
に示すようなものが知られている。つまり、この図４の
密封装置は、コンプレッサ等のハウジングＨと、回転軸
Ｓとの間に介装されるもので、流体収納室側Ａに内鍔部
31を有する金属製アウターケース32を備え、このアウタ
ーケース32に、ハウジングＨの内周面に嵌着される外周
ゴムシール部33と、上記内鍔部31を両面及び内周縁にわ
たって被覆する軸心直交方向壁部34と、この壁部34から
流体収納室Ａ側へ延伸状として回転軸Ｓに摺接するゴム
リップ部35とから成るゴム部36を、焼付・溶着・接着等
にて、固着一体化した構造等のものが、知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
密封装置を高圧かつ高回転にて使用する場合、回転軸Ｓ
と摺接するゴムリップ部35の回転軸接触部35ａの摩耗が
著しく増加する。初期状態では十分な締め代Ｇがあった
としても、上述のように摩耗が進むと、締め代Ｇが無く
なってシール性（密封性）が損なわれる。

【０００４】実際上、油膜効果が期待できる回転軸Ｓの
回転（運転）時よりも、回転軸Ｓが停止した静止時での
漏れが重要な問題となっている。即ち、螺旋溝37を有す
るＰＴＦＥ製等のシールエレメント38は、回転（運転）
時にそのポンピング作用によって、流体収納室Ａ内の流
体を押し戻しして、外部漏洩を防止するので、回転軸Ｓ
が停止して、このポンピング作用を期待できなくなった
静止時の外部漏洩が問題である。

【０００５】そこで上記締め代Ｇを十分に大きく設定し
て、摩耗分を上回るようにしようとすれば、早期に一層
摩耗が促進し、従って、静止時に多くの外部漏洩を生ず
ることとなる。

【０００６】本発明は、このような密封装置に於て、高
温となる運転（回転）時、及び、低温となる静止時のい
ずれにも、優れた密封性（シール性）を発揮する装置を
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】そこで、本発明は、ハウ
ジングと回転軸との間に介装される密封装置に於て、上
記回転軸に摺接するゴムリップ部に、高温になると拡径
すると共に低温になると縮径する形状記憶合金製リング
状部材を、付設したものである。また、ハウジングと回
転軸との間に介装される密封装置に於て、上記回転軸に
摺接するゴムリップ部と、上記ハウジングの内周面に嵌
着される外周ゴムシール部とを、異種材料にて形成し、
該ゴムリップ部を耐摩耗性ゴムとし、外周ゴムシール部
を圧縮永久歪み特性の良好なゴムとし、さらに、上記ゴ
ムリップ部に、高温になると拡径すると共に低温になる
と縮径する形状記憶合金製リング状部材を、付設したも
のである。

【０００８】また、ハウジングと回転軸との間に介装さ
れる密封装置に於て、上記回転軸に摺接するシールエレ
メントと、該シールエレメントより流体収納室側に配設
されて該回転軸に摺接するゴムリップ部を有する前方シ
ール部材とを、備え、かつ、該ゴムリップ部に、高温に
なると拡径すると共に低温になると縮径する形状記憶合
金製リング状部材を、付設したものである。また、リン
グ状部材が、ゴムリップ部が回転軸に摺接する接触部の
外径方向位置に配設されたコイルスプリング形状であ
る。若しくは、リング状部材が、ゴムリップ部が回転軸
に摺接する接触部近傍に埋設されている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図示の実施の形態に基づき
本発明を詳説する。図１は、本発明に係る密封装置の実
施の一形態を示し、例えば、流体収納室Ａ側に高圧（３
〜10ＭPa程度）のＣＯ₂ 等の冷媒が密封状に収納された
カーエアコン用コンプレッサ等に適用される。

【００１０】この密封装置は、具体的には回転軸シール
であって、コンプレッサ等のハウジングＨと回転軸Ｓと
の間に介装され、回転軸Ｓに摺接するゴムリップ部２
と、低圧室Ｌ側のＰＴＦＥ等のプラスチック製シールエ
レメント３とを、備えている。

【００１１】４は、流体収納室Ａ側に内鍔部５を有する
金属製アウターケースであり、低圧室Ｌ側には組立時に
カシメにて折曲形成された小内鍔部６を有し、全体が略
短円筒形であって、補強の機能を有する。

【００１２】７はゴム被覆部であり、このゴム被覆部７
は、上記アウターケース４の中間円筒部８の外周面を被
覆して、ハウジングＨの内周面に嵌着される外周ゴムシ
ール部７ａと、アウターケース４の内鍔部５の流体収納
室側面を被覆する外壁部７ｂと、内鍔部５の内周端縁を
被覆する内周壁部７ｃと、内鍔部５の背面を被覆する内
壁部７ｄとを、一体状に備えており、このゴム被覆部７
は、焼付・溶着・接着等にて、アウターケース４に固着
一体化されている。内鍔部５は、外壁部７ｂと内周壁部
７ｃと内壁部７ｄにて、断面Ｕ字状にゴムにて被覆され
た形状である。

【００１３】他方、９は、回転軸Ｓに摺接するゴムリッ
プ部２を有すると共に、アウターケース４の内鍔部５の
背面に対応───内壁部７ｄに圧接───する軸心直交
方向ゴム壁部10を有するリップ形成ゴム部であり、この
リップ形成ゴム部９は、前記小内鍔部６のカシメ加工前
は、ゴム被覆部７とは分離している別部品である。この
ように、回転軸Ｓに摺接するシールエレメント３よりも
流体収納室Ａ側に、リップ形成ゴム部９から成る前方シ
ール部材22が設けられて、二重シール構造となってい
る。

【００１４】リップ形成ゴム部９の背面及び内周面側を
保持する断面略Ｌ字状のサポート金具11が設けられ、か
つ、金属製の第１インナーケース12と第２インナーケー
ス13をサポート金具11の背面（低圧）側に順次押付け
て、この第２インナーケース13と金属製第３インナーケ
ース14との間に、前記シールエレメント３を挾着状に保
持して、第３インナーケース14を、アウターケース４の
前記小内鍔部６にて（カシメ加工にて）、組付けてい
る。シールエレメント３には、螺旋溝が形成され、この
螺旋溝は、回転軸Ｓが回転すると流体が流体収納室Ａの
方向へ押し戻す方向に形成されている。

【００１５】そして、ゴム被覆部７とリップ形成ゴム部
９とを、異種材料にて形成する。言い換えれば、ハウジ
ングＨの内周面に嵌着される外周ゴムシール部７ａと、
回転軸Ｓに摺接するゴムリップ部２とを、異種材料とす
る。即ち、ゴムリップ部２（リップ形成ゴム部９）を耐
摩耗性ゴムとし、外周ゴムシール部７ａ（ゴム被覆部
７）を低圧縮永久歪み特性ゴムとする。

【００１６】各々のゴム材料として、特に制限はない
が、好ましいのは、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）ベ
ース、ＦＫＭ（フッ素ゴム）ベース、ＥＰＤＭ（エチレ
ン・プロピレン・ジエンゴム）ベースの材料であり、耐
摩耗性ゴムとしては、これ等に、フェノール樹脂、黒
鉛、モリブデン、カーボンブラック、カーボンファイバ
等を配合したものが良い。なお、本発明に於ける「異種
材料」としては、例えば、ベースがＨＮＢＲであって配
合等で特性が異なるものも含むものとする。

【００１７】さらに追加説明すれば、ＨＮＢＲの具体例
として、ブタジエン−アクリロニトリル共重合ゴム、イ
ソプレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合ゴム、
イソプレン−アクリロニトリル共重合ゴムなどを水素化
したもの、ブタジエン−メチルアクリレート−アクリロ
ニトリル共重合ゴム、ブチルアクリレート−エトキシエ
チルアクリレート−ビニルクロロアセテート−アクリロ
ニトリル共重合ゴム、ブチルアクリレート−エトキシエ
チルアクリレート−ビニルノルボルネン−アクリロニト
リル共重合ゴムなどが例示される。

【００１８】また、ゴム組成物に配合される上記フェノ
ール樹脂としては、耐ブリスタ性に優れることから、ノ
ボラック型のフェノール樹脂が使用される。ノボラック
型フェノール樹脂とは、フェノール類とホルムアルデヒ
ドとを、塩酸、シュウ酸などの酸性触媒の存在下で反応
させることによって得られたものであるが、本発明にお
いては、具体的には、ストレートフェノール樹脂、クレ
ゾール変性フェノール樹脂、オイル変性フェノール樹
脂、カシュー変性フェノール樹脂などが好適に使用され
る。上記フェノール類としては、例えばフェノール、ｍ
−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｍ−クレゾールとｐ−
クレゾールとの混合物、ｐ−第三ブチルフェノール、ｐ
−フェニルフェノール、ビスフェノールＡなどの、フェ
ノール性水酸基に対してｏ−および／またはｐ−位に２
個または３個の置換可能な核水素原子を有するものが好
ましく用いられる。フェノール樹脂はＨＮＢＲ１００重
量部あたり１重量部〜１０重量部、好ましくは３重量部
〜６重量部配合される。

【００１９】そして、回転軸Ｓに摺接するゴムリップ部
２に、高温になると拡径すると共に低温になると縮径す
る（特性を有する）形状記憶合金製のリング状部材Ｒ
を、付設している。形状記憶合金としては、例えば、Ｔ
ｉ−Ｎｉ系等が好適である。即ち、図１に於ては、この
リング状部材Ｒは、リップ形成ゴム部９（前方シール部
材22）のゴムリップ部２が回転軸Ｓに摺接する接触部23
の外径方向位置に配設したコイルスプリング形状に構成
されている。さらに言い換えれば、ゴムリップ部２の外
周面側に露出するように、コイルスプリング形状のリン
グ状部材Ｒが付設され、このリング状部材Ｒと接触部23
とは、回転軸Ｓの軸心と直交する同一平面上にほぼ配設
され、リング状部材Ｒの内径方向への力───締付力─
──を有効に接触部23へ伝達し、かつ、その力（締付
力）の変化を直接的に伝達するように、配設されてい
る。

【００２０】次に、図２に示す第２の実施の形態に於
て、第１に相違する点は、リング状部材Ｒがゴムリップ
部２内に埋設されている点であり、第２に相違する点
は、この埋設されたリング状部材Ｒが非コイル状として
シンプルな円環線条体から構成されている点であり、さ
らに、第３に相違する点は、円環（平板）状金具16を付
加した点である。

【００２１】即ち、ゴムリップ部２が回転軸Ｓに摺接す
る接触部23近傍に、形状記憶合金製のリング状部材Ｒが
埋設されている。また、リップ形成ゴム部材９（前方シ
ール部材22）は、円環状金具16の内周面に、接着（又は
溶着若しくは焼付等）にて一体化され、アウターケース
４の内鍔部５の背面に、この円環状金具16が対応して組
付けられている。この金具16は、断面略矩形状であり、
内周面に小凹溝17を有し、リップ形成ゴム部９の軸心直
交方向ゴム壁部10の外周端縁との接触面積を増加して、
接着強度をアップして一体化している。なお、この小凹
溝17の代りに、小突条としたり、段差部を形成してもよ
い（図示省略）。

【００２２】このように、リップ形成ゴム部９と円環状
金具16との接着（溶着・焼付）一体複合品とすれば、位
置決めが正確となる効果、及び、内部リークを防止する
効果が、得られる。図２に於て、図１と同じ符号は同様
の構成であることを示し、説明を以下省略する。

【００２３】次に、図３に示した第３の実施の形態に於
て、既述の図４に示した従来の構造のものに形状記憶合
金製リング状部材Ｒを付設した構成である。この図４の
場合、回転軸Ｓに摺接するゴムリップ部２に、高温にな
ると拡径すると共に低温になると縮径するコイルスプリ
ング形状のリング状部材Ｒを、接触部23の外径方向位置
に配設されている。

【００２４】図１と比較すれば、明らかなように、図１
で説明したところのゴム被覆部７とリップ形成ゴム部９
とを、同一材料にて一体形成しても自由であることを示
している。それ以外、図１と同じ符号は同様の構成であ
るので、説明を省略する。なお、図３に於て、コイルス
プリング形状のリング状部材Ｒに代えて、図２に示した
ようなシンプルな円環線条体のものをゴムリップ部２内
に埋設しても、自由である（図示省略）。

【００２５】図１，図２又は図３の各実施の形態の密封
装置の使用時の作用について説明すると、流体収納室Ａ
内が高圧となると共に、回転軸Ｓが回転して、ゴムリッ
プ部２の接触部23が摩擦熱で温度が上昇すると、形状記
憶合金製リング状部材Ｒがしだいに拡径してゆき、ゴム
リップ部２の接触部23が回転軸Ｓ表面を押圧する力（面
圧力）が低減して、ゴムリップ部２の接触部23の摩耗を
防止することができる。このとき、形状記憶合金製リン
グ状部材Ｒが、摩擦熱が発生する接触部23近くに存在す
るので、応答性良好に拡径する。このように、高温時に
はいわば、図４に示した（自由状態下の）締め代Ｇが小
さく設定されていると同様の作用効果が発揮できる。な
お、回転軸Ｓの回転中、後方（背面方向）のシールエレ
メント３は、特に、その螺旋溝によって、回転軸Ｓの回
転に伴って、ポンピング作用によって、流体を流体収納
室Ａ側（前方）へ戻す作用をして、低圧室Ｌ側へ洩れる
ことを、有効に防止する。

【００２６】そして、回転軸静止状態では、逆に、シー
ルエレメント３の上記ポンピング作用が期待できなくな
る。しかし、回転停止に伴って低温となるので、リング
状部材Ｒは、縮径して、ゴムリップ部２を内径方向へ締
め付けて、接触部23が強く回転軸Ｓ外表面に圧接され
て、密封性（シール性）を確保できる。

【００２７】要するに、回転時には、後方のシールエレ
メント３にてシールし、静止時には、主にゴムリップ部
２にてシールするように、巧妙に、シール（密封）担当
部位を分担させている。そして、回転（運転）時に摩擦
発熱でゴムリップ部２の接触部23が高温となり早期摩耗
を発生することを、形状記憶合金性リング状部材Ｒの拡
径作用で、有効に防止できる。逆に、流体収納室Ａ内が
低圧となって、圧力による自封効果がなくなると共に、
回転軸Ｓが静止して、摩擦熱が発生せず、低温となると
縮径して、締め代が十分に発生して、密封性（シール
性）を高めることとなる。このように、従来の（図４で
述べたところの）摩耗と締め代Ｇとの問題を見事に解決
している発明であるといえる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上述の構成により次のような著
大な効果を奏する。（請求項１，２又は３によれば、）
回転運転時にゴムリップ部２が早期に摩耗することを、
該リップ部２を形状記憶合金製リング状部材Ｒによって
（自動的に）拡径して、防止できて、耐摩耗性に優れた
長寿命の密封装置となる。（請求項２によれば、）ゴム
リップ部２の一層の耐摩耗性が得られる。また、回転軸
Ｓに摺接するゴムリップ部２には耐摩耗特性の良い材料
を、他方、外周ゴムシール部７ａ（ゴム被覆部７）に
は、圧縮永久歪み特性の良い材料を、各々、適材適所に
用いることができて、密封装置として、動的シール部と
静的シール部の両方に優れた密封性を発揮できる。（請
求項３によれば、）回転時の洩れをシールエレメント３
にて防止し、静止時の洩れを前方シール部材22のゴムリ
ップ部２にて防止できて、両者を巧妙に組み合わせて、
密封装置全体として、優れたシール性（密封性）を発揮
する。（請求項４によれば、）リング状部材Ｒの組立て
が容易である。かつ、特に静止時に、接触部23を有効に
回転軸Ｓの外表面へ押付けて、高い密封性（シール性）
を発揮でき、また、温度の上昇・下降にゴムリップ部２
の接触部23の接触圧力を良好な応答性をもって、調整す
る。（請求項５によれば、）一体的にリング状部材Ｒと
ゴムリップ部２の接触部23の径が拡大・縮小して、温度
の上昇・下降にゴムリップ部２の接触部23の接触圧力を
良好な応答性をもって、調整する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す要部断面図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す要部断面図で
ある。

【図３】本発明の第３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】

２ ゴムリップ部 ３ シールエレメント ４ アウターケース ５ 内鍔部 ７ ゴム被覆部 ７ａ 外周ゴムシール部 ９ リップ形成ゴム部 10 ゴム壁部 22 前方シール部材 Ａ 流体収納室 Ｈ ハウジング Ｌ 低圧室 Ｓ 回転軸 Ｒ リング状部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと回転軸との間に介装される
   密封装置に於て、上記回転軸に摺接するゴムリップ部
   に、高温になると拡径すると共に低温になると縮径する
   形状記憶合金製リング状部材を、付設したことを特徴と
   する密封装置。
2. 【請求項２】 ハウジングと回転軸との間に介装される
   密封装置に於て、上記回転軸に摺接するゴムリップ部
   と、上記ハウジングの内周面に嵌着される外周ゴムシー
   ル部とを、異種材料にて形成し、該ゴムリップ部を耐摩
   耗性ゴムとし、外周ゴムシール部を圧縮永久歪み特性の
   良好なゴムとし、さらに、上記ゴムリップ部に、高温に
   なると拡径すると共に低温になると縮径する形状記憶合
   金製リング状部材を、付設したことを特徴とする密封装
   置。
3. 【請求項３】 ハウジングと回転軸との間に介装される
   密封装置に於て、上記回転軸に摺接するシールエレメン
   トと、該シールエレメントより流体収納室側に配設され
   て該回転軸に摺接するゴムリップ部を有する前方シール
   部材とを、備え、かつ、該ゴムリップ部に、高温になる
   と拡径すると共に低温になると縮径する形状記憶合金製
   リング状部材を、付設したことを特徴とする密封装置。
4. 【請求項４】 リング状部材が、ゴムリップ部が回転軸
   に摺接する接触部の外径方向位置に配設されたコイルス
   プリング形状である請求項１，２又は３記載の密封装
   置。
5. 【請求項５】 リング状部材が、ゴムリップ部が回転軸
   に摺接する接触部近傍に埋設されている請求項１，２，
   ３又は４記載の密封装置。