JP2005090625A - シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペース化及び低コスト化を図ることができると共に、高温下の使用環境において、長期間に亘って炭酸ガスの外部漏れを有効に防止できるシール構造を提供する。
【解決手段】 高圧の炭酸ガスが流通するシリンダボアをシリンダブロック２及びリアハウジング６を接合して形成し、隣接するシリンダブロック２とリアハウジング６の間をシールするシール構造であって、シリンダブロック２とリアハウジング６の互いの接合面には、シリンダボア３に近い高圧側に配置され、炭酸ガスの透過を防止する第１シールリング５０と、第１シール部材５０より外位置の低圧側に配置され、酸素の透過を防止する耐熱性ゴム材からなる第２シールリング５１とを介在させた。第１シール部材５０により炭酸ガスの漏洩を防止し、第２シールリング５１により酸素の侵入を防止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高圧の炭酸ガスが流通するガス流通スペースをシールするシール構造であって、例えば空気調和装置の分割されたハウジング間のシール構造に適用して好適なものである。

近年、自動車の空気調和装置においては環境問題の観点から、冷媒としてそれまで使用されていたフロンに替わり、Ｃ０_２（二酸化炭素、以下、単に炭酸ガスという）を冷媒とする方向に移行してきている。

この炭酸ガスを冷媒として使用する場合、空気調和装置の圧縮機内における圧力は、フロンを冷媒として使用する場合の圧力（３〔ＭＰａ〕程度）に較べて格段と高い圧力（１１〔ＭＰａ〕程度）になる傾向がある。また、この炭酸ガスは、フロンに比べてポリマーやゴムなどの有機物に対し溶解性が大きくガス透過性が大きい。

このため、炭酸ガスを冷媒に用いるための様々な工夫がなされており、例えば図４に示すように、圧縮機のシリンダブロック７１とリアハウジング７２との接合面において、内側となるシリンダボア７１ａ側、すなわち高圧側にニトリルゴムからなるＯリング７３を設けるとともに、外側、すなわち低圧側にニトリル系のゴム板７４ａで金属板７４ｂを挟持してなるガスケット７４を設けたシール構造が開示されている（例えば、特許文献１など参照）。

上記シール構造では、耐圧性の高いＯリングを使用し、且つ、炭酸ガスの透過を有効に防止できるニトリルゴムで２重にシールするため、炭酸ガスを高圧で封入し、且つ、高圧で封入された炭酸ガスが外部に極力漏れないようにシールできるものである。

ところで、圧縮機内の炭酸ガスは高圧（１１〔ＭＰａ〕程度）になると共に高温（１４０℃程度）になるため、シール構造には、高温（１４０℃程度）の環境で長期に亘って炭酸ガスの外部漏れを防止できることが要求される。
特開２００２−３１７７６４号公報（第３頁および第４頁、第１図および第２図）

しかしながら、Ｏリング７３及びカスケード７４のゴム板７４ａは共にニトリルゴムであり、ニトリルゴムは高温（１４０℃程度）の環境下では、酸化劣化によって硬化するため、長期に亘って炭酸ガスの外部漏れを防止できないという問題がある。

高温（１４０℃程度）の環境下で長期使用できるゴム材料としては、例えばフッ素ゴム（ＦＫＭ）やシリコンゴムがある。しかし、フッ素ゴムは、炭酸ガスによる発泡があり、耐久性と共に炭酸ガスの透過阻止性に問題がある。また、シリコンゴムは、炭酸ガスの透過阻止性があまりにも悪く、また、強度的に弱いという問題がある。

このように、シール材を２重構造とし、且つ、そのシール材の材質を耐熱性に優れたゴム材を使用しても、高温（１４０℃以上）下の使用環境においては長期間に亘って炭酸ガスの外部漏れを有効に防止することができない。

また、このシール構造では、シリンダブロック７１とリアハウジング７２の接合面である同一面に、Ｏリング７３と共に板状の広いスペースを使うガスケット７４を配置するため、スペース効率が悪いという問題がある。

さらに、Ｏリング７３等のシールリングに較べて高価な板状のガスケット７４を使用するため、コスト高になるという問題がある。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、省スペース化及び低コスト化を図ることができると共に、高温下の使用環境において、長期間に亘って炭酸ガスの外部漏れを有効に防止できるシール構造を提供することを目的とする。

上記課題を達成するための請求項１の発明は、高圧の炭酸ガスが流通するガス流通スペースを複数の外壁部材を接合して形成し、隣接する前記外壁部材の間をシールするシール構造であって、前記外壁部材の互いの接合面の間には、前記ガス流通スペースに近い高圧側に配置され、炭酸ガスの透過を防止する第１シールリングと、前記第１シールリングより外位置の低圧側に配置され、酸素の透過を防止する耐熱性ゴム材からなる第２シールリングとが介在されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のシール構造であって、第１シールリングは、環状のゴム材からなるＯリングであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載のシール構造であって、第２シールリングは、環状のゴム材からなるＯリングであることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３記載のシール構造であって、各外壁部材は、圧縮機のハウジングを形成する部材であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、隣接する外壁部材の隙間から内部の炭酸ガスが外部に漏れることを第１シールリングが防止する一方で、外部の酸素が隣接する外壁部材の隙間から内部に侵入することを耐熱性ゴム材からなる第２シールリングが防止するため、炭酸ガスの外部漏れを防止することができると共に、第１シールリングの酸化劣化による硬化の抑制により耐熱特性を大幅に向上させることができる。

また、本発明によれば、板状のガスケットに較べてシール面積が小さくて良いシールリングを２重に設置してシールするため、シール構造のスペース効率が良い。さらに、本発明によれば、板状の積層構造のガスケットに較べて安価なシールリングのみを使用するため、低コスト化できる。

請求項２の発明では、請求項１の発明の効果に加え、第１シールリングをＯリングとしているので、環状の第１シールリングの径を若干大きくするよう伸長させつつ接合面のシール用溝に填め込むことにより装着すれば良いため、装着作業を容易なものとすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２の発明の効果に加え、第２シールリングをＯリングとしているので、環状の第２シールリングの径を若干大きくするよう伸長させつつ接合面のシール用溝に填め込むことにより装着すれば良いため、装着作業を容易なものとすることができる。

請求項４に記載の発明では、特に高圧の炭酸ガスを圧縮する圧縮機にこのシール構造を使用すれば、高圧ガスの漏洩を長期間に亘って抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明のシール構造を圧縮機Ａに適用した場合を示し、図１は圧縮機Ａの断面図、図２はシール構造の拡大断面図、図３は各種ゴム材の空気雰囲気下と炭酸ガス雰囲気下における耐熱性の変化を示す図である。

図１において、圧縮機Ａは、車両用空気調和装置の冷却システムに用いられ、この冷却システムはＣ０_２（二酸化炭素、以下、単に炭酸ガスという）を冷媒ガスとする。圧縮機Ａによって断熱圧縮された高温高圧の炭酸ガスは、図外のコンデンサ（凝縮器）で液化し、膨張弁で断熱膨張し、エバポレータ（蒸発器）で冷風を作り出しながら加熱されて気化し、圧縮機Ａに戻って断熱圧縮される。

圧縮機Ａのハウジング１は、複数の外壁部材であるシリンダブロック２、フロントハウジング４，リアハウジング６を互いに連結することによって主に構成されている。

シリンダブロック２内には、周方向にガス流通スペースである複数のシリンダボア３が形成されており、シリンダボア３内で炭酸ガスが断熱圧縮される。フロントハウジング４内には、クランク室５が形成されており、クランク室５とシリンダボア３との間は下記するピストン１８によって仕切られている。

リアハウジング６内には、冷媒吸入室７及び冷媒吐出室８が形成されている。また、リアハウジング６とシリンダブロック２との間には、吸入板３０、バルブプレート９、吐出板３１、リテーナ３２、ガスケット３３が介在され、これらによって冷媒吸入室７及び冷媒吐出室８とシリンダボア３との間が仕切られている。

冷媒吸入室７は、冷媒流路を介してエバポレータ側に接続されており、冷媒吐出室８は、冷媒流路を介してコンデンサ側に接続されている。

クランク室５の内部には、ドライブシャフト１０に固定されたドライブプレート１１と、ドライブシャフト１０の外周に移動自在に弛み嵌合したスリーブ１２と、スリーブ１２にピン１３によって揺動自在に連結されたジャーナル１４とジャーナル１４の外周に螺着された斜板１５等が収容されている。

ジャーナル１４は、ドライブプレート１１の長孔１６にピン１７によって連結されており、ジャーナル１４（斜板１５）の揺動角度は、この長孔１６によって規制されている。

各シリンダボア３に嵌装されたピストン１８は、斜板１５を挟んで一対のピストンシュー１９，１９を介して斜板１５に連結されている。ピストン１８は、クランク室５の周面と接触して形成されている回り止め部１８ａによって、シリンダボア３に対して回転するのを防止されている。

さらに、フロントハウジング４の左端部には、軸受け２１を介してプーリ２０が支承されている。プーリ２０の内周には、第１駆動伝達プレート２２が螺着されており、ドライブシャフト１０の先端部には、第２駆動伝達プレート２３が固定されている。

これらプレート２２，２３は、設定値以上の駆動トルクでは摺動可能に連結され、プーリ２０の回転をドライブシャフト１０に伝達するようにされている。

リアハウジング６には、圧力調整手段４０が配置されており、この圧力調整手段４０はエバポレータ側の冷媒吸入室７とクランク室５との差圧を調整する。

斜板１５の傾斜角度は、圧力調整手段４０による冷媒吸入室７とクランク室５との差圧調整によって変化し、この傾斜角度変化に伴って各ピストン１８のストロークが変わり、冷媒ガスである炭酸ガスの吐出量が制御されるようになされている。

また、シリンダブロック２とリアハウジング６との接合面には、図２に詳しく示すように、第１シールリング５０と第２シールリング５１とが２重に介在されており、これらによってシリンダブロック２とリアハウジング６間のシーリングがなされている。第１シールリング５０は、シリンダブロック２のシリンダボア３側に近いシール用溝５０ａに嵌合されており、第２シールリング５１は、第１シールリング５０より外位置のシール用溝５０ｂに嵌合されている。つまり、第１シールリング５０はシリンダボア３側の高圧側に配置され、第２シールリング５１は大気側の低圧側に配置されている。

第１シールリング５０は、炭酸ガスの透過を防止するゴム素材から成り、環状のＯリングにて構成されている。具体的な素材としては、ブチルゴム（ＩＩＲ）、塩素化ポリエリレン（ＣＰＥ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等である。

第２シールリング５１は、酸素の透過を防止する耐熱性ゴム材から成り、環状のＯリングにて構成されている。具体的な耐熱性ゴム材としては、フッ素ゴム（ＦＭＫ）、シリコンゴム等である。この他、ブチルゴム（ＩＩＲ）、塩素化ポリエリレン（ＣＰＥ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリル（ＨＮＢＲ）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等も使用でき、これらを使用しても第１シールリング５０の酸化防止の延命効果がある。

上記構成において、圧縮機Ａが駆動すると、ピストン１８がシリンダボア３内を摺動し、この摺動によって冷媒吸入室７の炭酸ガスがシリンダボア３に吸入されると共に、吸入された炭酸ガスが圧縮されて冷媒吐出室８に吐出される。つまり、シリンダボア３内では炭酸ガスを断熱圧縮によって高温高圧として冷媒吐出室８に吐出するため、シリンダボア３内は高圧（１１〔ＭＰａ〕程度）で、且つ、高温（１４０℃程度）となる。

ここで、図２に示すように、シリンダブロック２とリアハウジング６の隙間から内部の炭酸ガスが外部に漏れることを第１シールリング５０が防止する一方で、外部の大気中の酸素が上記隙間から内部に侵入することを第２シールリング５１が防止する。特に、酸素の侵入を防止するのに適した耐熱性ゴム材で第２シールリング５１を形成しているので、この第２シールリング５１によって第１シールリング５０が酸素にさらされることを防止できるので、この第１シールリング５０の酸化劣化を抑制することができる。その結果、第１シールリング５０の耐久性を大幅に向上させることが可能となる。

また、第１シールリング５０に使用されているゴム素材は、図３に示すように、炭酸ガス雰囲気の高温環境下（１４０℃程度）ではシール性が劣化しない耐熱性を有する。従って、高温下（１４０℃程度）の使用環境において、長期間に亘って炭酸ガスの外部漏れを有効に防止できる。また、図３に示すように、第１シールリング５０のゴム素材として複数のものが使用できるため、適用ゴム材の選択範囲が向上し、コスト安等に寄与する。

この実施形態では、第１シールリング５０は、環状のゴム材からなるＯリングであるので、環状の第１シールリング５０の径を若干大きくするよう伸長させつつ接合面のシール用溝５０ａに填め込むことにより装着すれば良いため、装着作業が容易である。

この実施の形態では、第１シールリング５０は、環状のゴム材からなるＯリングであるので、環状の第１シールリング５０の径を若干大きくするよう伸長させつつ接合面のシール用溝５０ａに填め込むことにより装着すれば良いため、装着作業を容易なものとすることができる。

また、この実施の形態では、第２シールリング５１は、環状の耐熱性ゴム材からなるＯリングであるので、環状の第２シールリング５１の径を若干大きくするよう伸長させつつ接合面のシール用溝５０ｂに填め込むことにより装着すれば良いため、装着作業を容易なものとすることができる。

この実施の形態では、本発明を圧縮機Ａのハウジング１のシール構造に適用したが、冷媒サイクルの冷媒経路の継ぎ手箇所等にも同様に適用可能である。

本発明の一実施形態を示し、圧縮機の断面図である。 本発明の一実施形態を示し、シール構造の拡大断面図である。 本発明の一実施形態を示し、各種ゴム材の空気雰囲気下と炭酸ガス雰囲気下における耐熱性の変化を示す図である。 従来例のシール構造の断面図である。

符号の説明

Ａ 圧縮機
２ シリンダブロック（外壁部材）
３ シリンダボア（ガス流通スペース）
６ リアハウジング（外壁部材）
５０ 第１シールリング
５１ 第２シールリング

Claims (4)

1. 高圧の炭酸ガスが流通するガス流通スペース（３）を複数の外壁部材（２），（６）を接合して形成し、隣接する前記外壁部材（２），（６）の間をシールするシール構造であって、
   前記外壁部材（２），（６）の互いの接合面の間には、前記ガス流通スペース（３）に近い高圧側に配置され、炭酸ガスの透過を防止する第１シールリング（５０）と、前記第１シールリング（５０）より外位置の低圧側に配置され、酸素の透過を防止する耐熱性ゴム材からなる第２シールリング（５１）とが介在されたことを特徴とするシール構造。
2. 請求項１記載のシール構造であって、
   前記第１シールリング（５０）は、環状のゴム材からなるＯリングであることを特徴とするシール構造。
3. 請求項１または請求項２記載のシール構造であって、
   前記第２シールリング（５１）は、環状のゴム材からなるＯリングであることを特徴とするシール構造。
4. 請求項１〜請求項３記載のシール構造であって、
   前記各外壁部材（２），（６）は、圧縮機（Ａ）のハウジング（１）を形成する部材であることを特徴とするシール構造。
   

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