JP2005090626A - Sealing construction - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention is a seal structure that seals a gas circulation space in which high-pressure carbon dioxide gas circulates. For example, the present invention is suitable for application to a seal structure between divided housings of an air conditioner.
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、C02(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。
Recently, from the viewpoint of environmental problems in the air conditioner of an automobile, instead chlorofluorocarbon that has been used until then as a refrigerant,
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。 When this carbon dioxide gas is used as the refrigerant, the pressure in the compressor of the air conditioner is much higher than the pressure (about 3 [MPa]) when using chlorofluorocarbon as the refrigerant (about 11 [MPa]). Tend to be. Further, this carbon dioxide gas is more soluble and more permeable to organic substances such as polymers and rubbers than fluorocarbon.
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5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)。
For this reason, various devices for using carbon dioxide gas as a refrigerant have been made. For example, as shown in FIG. 5, on the joint surface between the
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。 The above seal structure uses an O-ring with high pressure resistance and is sealed twice with nitrile rubber that can effectively prevent the permeation of carbon dioxide, so carbon dioxide is sealed at high pressure and sealed at high pressure. The carbon dioxide gas can be sealed so that it does not leak outside as much as possible.
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。
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。
However, both the O-
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。 Examples of rubber materials that can be used for a long time in a high temperature (about 140 ° C.) environment include fluoro rubber (FKM) and silicon rubber. However, fluororubber is foamed by carbon dioxide gas, and there is a problem in permeation-preventing property of carbon dioxide gas as well as durability. Further, silicon rubber has a problem that the permeation-preventing property of carbon dioxide gas is too bad and is weak in strength.
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。 Thus, even if the sealing material has a double structure and a rubber material having excellent heat resistance is used as the material of the sealing material, in a use environment under a high temperature (140 ° C. or higher), it will last for a long time. It is impossible to effectively prevent carbon dioxide from leaking outside.
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。
Further, in this seal structure, the
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。
Furthermore, since the expensive plate-
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。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and can save space and cost, and can effectively prevent external leakage of carbon dioxide gas over a long period of time in a high-temperature use environment. An object of the present invention is to provide a seal structure that can be prevented.
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第2シールリングとが介在されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
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。
The invention according to
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1箇所に切り欠きを有したシールリングであることを特徴とする。
The invention of
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。 A fourth aspect of the present invention is the seal structure according to the first to third aspects, wherein each outer wall member is a member forming a housing of a compressor.
請求項1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。 In the first aspect of the invention, the first seal ring prevents internal carbon dioxide gas from leaking outside through the gap between adjacent outer wall members, while external oxygen enters the inside through the gap between adjacent outer wall members. The second seal ring prevents the carbon dioxide gas from leaking outside, and the heat resistance can be greatly improved by suppressing the hardening due to oxidative degradation of the first seal ring.
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。 In addition, according to the present invention, since the seal ring, which may have a smaller seal area compared to the plate-like gasket, is installed and sealed, the space efficiency of the seal structure is good. Furthermore, according to the present invention, since only an inexpensive seal ring is used as compared with a gasket having a plate-like laminated structure, the cost can be reduced.
請求項2に記載の発明によれば、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、装着作業を容易に行うことができる。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the first seal ring is an O-ring, so that the diameter of the annular first seal ring is extended to slightly increase the joint surface. Since it is only necessary to mount by being inserted into the seal groove, the mounting operation can be easily performed.
請求項3に記載の発明によれば、請求項1または請求項2の発明の効果に加え、第2シールリングの1箇所に切り欠きを有しているので、この第2シールリングを加熱することなく接合面のシール用溝に填め込むことができ、装着作業を簡略化することができる。つまり、樹脂製の第2シールリングが環状のOリングであれば、第2シールリングを加熱で柔軟にしてシール用溝に装着する必要があるため、装着作業が非常に面倒であるが、このような面倒な作業を行う必要がない。
According to the invention of
請求項4に記載の発明によれば、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。 According to the fourth aspect of the present invention, when this seal structure is used for a compressor that compresses high-pressure carbon dioxide gas in particular, leakage of the high-pressure gas can be suppressed over a long period of time.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図4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(a)は第2シールリングの斜視図、図3(b)は第2シールリングの変形例の斜視図、図4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。 1 to 4 show a case where the seal structure of the present invention is applied to a compressor A, FIG. 1 is a sectional view of the compressor A, FIG. 2 is an enlarged sectional view of the seal structure, and FIG. FIG. 3B is a perspective view of a modified example of the second seal ring, and FIG. 4 is a diagram showing changes in heat resistance of various rubber materials in an air atmosphere and a carbon dioxide atmosphere.
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C02(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。
In Figure 1, the compressor A is used in the cooling system of an air conditioner for a vehicle, the
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。
The
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。
A plurality of
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。
The
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。
Inside the
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。
The journal 14 is connected to the
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るようになされている。
The
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。
Further, a
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。
These
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。
Pressure adjusting means 40 is disposed in the
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。
The inclination angle of the
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。
Further, as shown in detail in FIG. 2, a
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。
The
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。
The
第2シールリング51は、酸素の透過を防止する樹脂材から成り、図3(a)に示すように、環状の1箇所に切り欠きを有したシールリングにて構成されている。具体的な樹脂素材としては、エチレン・酢ビ共重合樹脂(EVA)、フッ素樹脂(PTFE)、ナイロン(登録商標)、ポリエチレン・テレフタレート(PET)等である。
The
第2シールリング51の切り欠きにおける切断面51aは、斜め方向に設定されており、シリンダブロック2とリアハウジング6との間で挟持された状態にあっては互いの切断面同士が密着し、且つ、その隙間より空気が漏れないようになっている。図3(b)には、第2シールリング51の変形例が示され、この変形例では切断面51bが段差状に設定されており、上記と同様に、シリンダブロック2とリアハウジング6との間で挟持された状態にあっては互いの切断面同士が密着し、且つ、その隙間より空気が漏れないようになっている。
The
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内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。
In the above configuration, when the compressor A is driven, the
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材料で第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。
Here, as shown in FIG. 2, the
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4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4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。
Further, as shown in FIG. 4, the rubber material used for the
また、本実施の形態のシール構造によれば、従来例の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50,51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。 In addition, according to the seal structure of the present embodiment, since the seal rings 50 and 51 that may have a smaller seal area than the conventional plate-like gasket are installed and sealed, the space efficiency of the seal structure is improved. Is good.
さらに、本実施の形態のシール構造によれば、従来例の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50,51のみを使用するため、低コスト化を実現できる。 Furthermore, according to the seal structure of the present embodiment, since only the seal rings 50 and 51 that are less expensive than the conventional gasket having the plate-like laminated structure are used, the cost can be reduced.
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。
In this embodiment, since the
この実施の形態では、第2シールリング51は、環状の1箇所に切り欠きを有したシールリングであるので、第2シールリング51を加熱することなく接合面のシール用溝50bに填め込みでき、装着作業が面倒にならない。つまり、樹脂製の第2シールリング51が環状のOリングであれば、この第2シールリング51を加熱し柔軟にしてシール用溝50bに装着する必要があるため、装着作業が非常に面倒であるが、このような面倒な作業を行う必要がない。
In this embodiment, the
また、本実施の形態では、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。
In the present embodiment, the present invention is applied to the seal structure of the
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
A
3 Cylinder bore (gas distribution space)
6 Rear housing (outer wall member)
50
Claims (4)
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。 A gas flow space (3) through which high-pressure carbon dioxide gas flows is formed by joining a plurality of outer wall members (2) and (6), and a seal that seals between the adjacent outer wall members (2) and (6) Structure,
Between the joint surfaces of the outer wall members (2) and (6), a first seal ring (50) disposed on the high pressure side near the gas circulation space (3) and preventing permeation of carbon dioxide gas, A seal structure characterized in that a second seal ring (51) is disposed on the low pressure side outside the first seal ring (50) and prevents permeation of oxygen.
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。 The seal structure according to claim 1,
The first seal ring (50) is an O-ring made of an annular rubber material.
前記第2シールリング(51)は、環状の1箇所に切り欠きを有したシールリングである
ことを特徴とするシール構造。 A seal structure according to claim 1 or claim 2,
The second seal ring (51) is a seal ring having a cutout at one annular position.
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。
The seal structure according to claim 1, wherein
Each said outer wall member (2), (6) is a member which forms the housing (1) of a compressor (A). The sealing structure characterized by the above-mentioned.
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