JP2005180582A

JP2005180582A - シール構造

Info

Publication number: JP2005180582A
Application number: JP2003422163A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takano; 明彦高野
Original assignee: Zexel Valeo Climate Control Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07
Also published as: EP1544529A1; US20050156388A1

Abstract

【課題】ＣＯ₂冷凍サイクルを構成する一対の部材間のシールにあたり、ＣＯ₂冷媒に対する耐透過性及び耐寒性の双方に優れたシール構造を提供する。
【解決手段】シール部材１は、ＣＯ₂冷媒の耐透過性に優れる一方で耐寒性は相対的に劣るものであるが、耐寒性という特性を有するシール部材２を外気側との間に介在させることにより常時外気に触れないものとして、シール部材１が低温により弾力性が失われても多量の冷媒が漏洩するのを回避する。同時に、外気と冷媒との差圧によって多量の冷媒が吹き抜けたり、吹き抜け時のショックでシール部材にねじれや歪みが発生して常温回復時の漏洩量が増大したりすることも回避する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば車両用空調装置等の冷凍サイクルを構成する配管間又は２つの部材間をシールするための構造に関するものである。

熱交換媒体としてＣＯ₂冷媒を用いた冷凍サイクルにおいて、配管同士又は２つの部材同士を接続するにあたり、ＣＯ₂冷媒が外部に漏洩するのを防止するために透過係数の小さいシール部材を配管と配管との間、又は２つの部材の端面間に介在させることが必要である。

この透過係数の小さいゴム材として、ブチル（ＩＩＲ）系の素材やエチレン（ＡＣＭ）系のものを用いることが考えられるが、これらのゴム材からなるシール部材は、密度が相対的に高いため気温が著しく低くなる寒冷環境では弾力性に欠けることから、耐寒性に劣るという傾向がある。このため、寒冷地の冬季では、例えば外部からのショックをシール部材が充分に吸収することができずに隙間が生じ、ＣＯ₂冷媒がシール部材を透過しなくてもこの隙間を通って外部に漏れるという不具合が懸念される。

これに対し、耐寒性に優れた素材としては水素添加ニトリル（ＨＮＢＲ）系の素材、フッ素（ＦＫＭ）系の素材又は、エチレンプロピレン系（ＥＰＤＭ）の素材が挙げられるが、これらは反対にＣＯ₂の透過係数が大きい等という傾向を有する。このため、ＣＯ₂がシール部材を透過してしまい、季節や環境に関係なくＣＯ₂漏れが発生するという不具合が懸念される。

このように、一つのＯリングのみではＣＯ₂冷媒の透過係数が小さく耐寒性にも優れた素材のものを採択することが困難であるため、特性の異なった２種のＯリングを組み合わせることで、総合的にＣＯ₂冷媒に対する透過耐性及び耐寒性の双方に優れたシール構造とすることが考えられる。

この点、特性の異なった２種のＯリングを組み合わせて成るシール構造として、冷凍機器のシール部の大気側にガスバリア性（耐ガス透過性）に優れる一方で耐ブリスタ性に劣る第１のＯリングを配置し、冷凍機器のシール部の冷媒側にガスバリア性に劣る一方で耐ブリスタ性に優れる第２のＯリングを配置してなる冷凍機用漏洩防止装置が、既に公知となっている（特許文献１を参照。）。
特開２００１−４２５１号公報

しかしながら、上記特許文献１に示す冷凍機用漏洩防止装置の構成は、耐ガス透過性に優れた（即ち、透過係数の小さい）Ｏリングを設置した場合には、当該Ｏリングの設置された環境が高圧の際にＯリング内に入り込んだ冷媒ガスが圧力変動によりその環境が低圧となってもＯリング内から冷媒ガスが抜け難くなり、その環境よりも高圧の冷媒ガスがＯリング内に残留することでＯリング内に発泡（気泡）が生じたり亀裂が生じたりする現象（ブリスタ現象）があることを鑑みて、耐ブリスタ性に優れたＯリングをシール部の冷媒側に設置したことを特徴とするものである。

すなわち、上記特許文献１では、透過係数が小さく耐ガス透過性に優れる一方で耐寒性の劣るＯリングは、大気に触れる環境で配置されたままなので、上述の寒冷環境において冷気と接触したことで生ずる不具合を依然として有している。

そこで、本発明は、ＣＯ₂冷媒に対する耐透過性及び耐寒性の双方に優れたシール構造を提供することを目的とするものである。

請求項１に係るシール構造は、一方が外気側に続き他方が反外気側に続く一対の部材の間に複数のシール部材を介在させることで前記部材間をシールするにあたり、前記複数のシール部材のうち１のシール部材は、前記両部材の間のうち反外気側に配置され、他のシール部材は、前記両部材の間のうち外気側に配置されており、前記１のシール部材は所定の流動体に対する透過係数が小さく、前記他のシール部材は耐寒性に優れていることを特徴としている。尚、両部材の間のうち反外気側とは、例えば冷媒流路側であり、これに伴い、流動体とは、冷媒、特にＣＯ₂冷媒が挙げられる。

シール構造のより具体的な構成としては、一方の配管と他方の配管との間のシールに用いられ、前記一方の配管の開口端部に対し径を小さくすることで複数の小径部を形成して、この小径部にそれぞれシール部材を外嵌し、他方の配管の開口端部に径を大きくして大径部を形成し、前記一方の配管の小径部、小径部と他方の配管の大径部との間で各シール部材を挟み付けることで両配管の間をシールするもので、前記シール部材のうち１のシール部材は、両配管の間のうち外気側と反対側に配置され、他のシール部材は、両配管の間のうち外気側に配置されており、前記１のシール部材は所定の流動体に対する透過係数が小さく、前記他のシール部材は耐寒性に優れていることを特徴とするシール構造が挙げられる（請求項２）。尚、配管と配管との間のうち外気側と反対側とは、例えば冷媒流路側であり、これに伴い、流動体とは、冷媒、特にＣＯ₂冷媒が挙げられる。

また、シール構造のより具体的な構成としては、一方の部材と他方の部材との間のシールに用いられ、前記一方の部材の端面において開口部分の周囲にシール部材を嵌入する複数の環状溝を形成し、この環状溝と前記一方の部材の端面に対峙する他方の部材の端面とによって前記シール部材を挟み付けることで両部材の間をシールするもので、前記シール部材のうち１のシール部材は、両部材の間のうち外気側と反対側に配置され、他のシール部材は、外気側に配置されており、前記１のシール部材は所定の流動体に対する透過係数が小さく、前記他のシール部材は耐寒性に優れていることを特徴とするシール構造が挙げられる（請求項３）。尚、両部材の間のうち外気側と反対側とは、例えば冷媒流路側であり、これに伴い、流動体とは、冷媒、特にＣＯ₂冷媒が挙げられる。

そして、前記１のシール部材は、流動体の透過係数の小さい素材としてブチル系の素材やエチレン系の素材を用いることを特徴としている（請求項３）。

更に、前記他のシール部材は、耐寒性の優れた素材として水素添加ニトリル系の素材、フッ素系の素材又はエチレンプロピレン系の素材を用いることを特徴としている（請求項４）。

以上のように、この発明によれば、１のシール部材は、ＣＯ₂冷媒の耐透過性に優れる一方で耐寒性は相対的に劣るものであるが、耐寒性という特性を有する他のシール部材を外気側との間に介在させているので常時外気に触れることがない。このため、１のシール部材が低温により弾力性が失われても多量の冷媒が漏洩するのを回避することができる。同時に、外気と冷媒との差圧によって多量の冷媒が吹き抜けたり、吹き抜け時のショックでシール部材にねじれや歪みが発生して常温回復時の漏洩量が増大したりすることを回避することができる。

以下、この発明に係るシール構造の実施形態の一例を図面により説明する。尚、説明するにあたり、以下においては、シール部材１、２としてＯリングを用いた場合について説明する。

図１及び図２の実施形態では、この発明に係るシール構造は、ＣＯ₂冷媒を用いた冷凍サイクルを構成する機器（図示せず）間を配管接続するために用いられる、一方の配管３の開口端部と他方の配管４の開口端部との連結部分に介在させることで、シール部材１、２の軸方向に沿ってＣＯ₂冷媒が外気側の空間７に漏れることを防止するために用いる軸シール用として示されている。

この実施形態例では、前記シール構造は、図１（ａ）に示されるように、一方の配管３の開口端部に対し径を小さくすることで２つの小径部３ａ、３ｂを形成して、この小径部３ａ、３ｂにそれぞれシール部材１、２を外嵌し、他方の配管４の開口端部に径を大きくして大径部４ａを形成したものとなっている。

そして、大径部４ａでシール部材１、２と配管３の開口端部とを覆うように外嵌することで、配管３の小径部３ａ、小径部３ｂと配管４の大径部４ａとの間でシール部材１、２を挟み付けて、シール部材１、２を当該シール部材１、２の径方向に沿って圧縮し、このシール部材１、２の復元力を利用して両配管３、４の間をシールする。

ところで、シール部材１は、図２に示されるように、シール構造のうちのＣＯ₂冷媒の流路６と連通する側に配置されたもので、ＣＯ₂冷媒の透過を防止するための素材で形成されている。具体的には、ブチル（ＩＩＲ）系の素材やエチレン（ＡＣＭ）系の素材のように、ＣＯ₂冷媒ガスに対し透過係数の小さなものが用いられている。

これに対し、シール部材２は、図２に示されるように、シール構造のうちの外気側の空間７と連通する側に配置されたもので、例えばマイナス３０℃の冷気でも固くならず弾力性を失わないような耐寒性に優れた素材で形成されている。具体的には、水素添加ニトリル（ＨＮＢＲ）系の素材、フッ素（ＦＫＭ）系の素材又は、エチレンプロプレン（ＥＰＤＭ）系の素材等が用いられている。

そして、シール部材１とシール部材２とは同一の小径部ではなく異なる小径部３ａ、３ｂに分かれて外嵌されているので、上述のように配管３の小径部３ａ、小径部３ｂと配管４の大径部４ａとの間でシール部材１、２を挟み付けた場合には、特に図２に示されるようにシール部材１と２との間には小さな隙間８で連通するのみの２つの環状の部屋９、１０が画成される。

このような構成によれば、低外気温時にあっても、シール部材２が所定のシール性を発揮するため、シール部材１が硬化しても漏洩量が急激に増大することがない。また、冷媒吹き抜けによるねじれや歪みといった不具合を回避することができる。さらに、低外気温時は、冷媒圧力が比較的小さいため、シール部材２であっても所定の漏洩量以下に維持することができる。

以上により、シール部材１は耐寒性に対し相対的に劣るものであるが、耐寒性という特性を有するシール部材２を外気側との間に介在させているので常時外気に触れることがない。このため、シール部材１が低温により弾力性が失われても多量の冷媒が漏洩するのを回避することができる。同時に、外気と冷媒との差圧によって多量の冷媒が吹き抜けたり、吹き抜け時のショックでシール部材１、２にねじれや歪みが発生して常温回復時の漏洩量が増大したりすることを回避することができる。

これに対し、図３ではシール構造の他の実施形態が示されており、このシール構造は、シール部材１、２に対する径方向の液体の漏れを防止するための平面シール用として示されている。尚、先の実施形態と同様の構成については、下記に記述する他は同一の符号を付してその説明を省略する。

この実施形態では、一方の部材１１の端面１１ａにおいて開口部分１２の周囲にシール部材１、２を嵌入する環状溝１３、１４を前記開口部分１２の中心に対し同心円となるように二重に形成し、この一方の部材１１の端面１１ａと対峙する他方の部材１５の端面１５ａによって開口部分１２と環状溝１３、１４に嵌め込まれたシール部材１、２とを覆うようにあてがい、両部材１１、１５によってシール部材１、２を挟み付け、これによってシール部材１、２を当該シール部材１、２の軸方向に沿って圧縮し、このシール部材１、２の復元力を利用して両部材１１、１５の間をシールする。

ところで、この実施形態においても、ＣＯ₂冷媒の透過係数の小さなシール部材１は、冷媒流路６と連通する側となる環状溝１３と端面１５ａとで画成された環状の部屋９内に配され、耐寒性に優れたシール部材２は、外気側の空間７と連通する側となる環状溝１４と端面１５ａとで画成された環状の部屋１０内に配されたものとなっている。

しかるに、この実施形態でも、シール部材１は耐寒性に対し相対的に劣るものであるが、耐寒性という特性を有するシール部材２を外気側との間に介在させているので常時外気に触れることがない。このため、シール部材１が低温により弾力性が失われても多量の冷媒が漏洩するのを回避することができる。同時に、外気と冷媒との差圧によって多量の冷媒が吹き抜けたり、吹き抜け時のショックでシール部材１、２にねじれや歪みが発生して常温回復時の漏洩量が増大したりすることを回避することができる。

尚、これまでの２つの実施形態において、ＣＯ₂冷媒に対する耐透過性を有するシール部材１を一つ、耐寒性を有するシール部材２を一つとして説明したが必ずしもこれに限らず、特に図示しないがそれぞれ複数個ずつ配置しても良い。

図１（ａ）は、この発明の軸シール用として用いられるシール構造を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）で用いる２つのシール部材を示している。図２は、図１（ａ）で示すシール構造の要部拡大図である。図３は、図１とは異なる実施形態を示し、図３（ａ）は、この発明の平面シール用として用いられるシール構造を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）で用いる２つのシール部材を示している。

符号の説明

１１のシール部材（Ｏリング）
２他のシール部材（Ｏリング）
３配管
３ａ小径部
３ｂ小径部
４配管
４ａ大径部
６冷媒の流路
７外気側の空間
８隙間
９部屋
１０部屋
１１一方の部材
１１ａ端面
１２開口部分
１３環状溝
１４環状溝
１５他方の部材
１５ａ端面

Claims

一方が外気側に続き他方が反外気側に続く一対の部材の間に複数のシール部材を介在させることで前記部材間をシールするにあたり、
前記複数のシール部材のうち１のシール部材は、前記両部材の間のうち反外気側に配置され、他のシール部材は、前記両部材の間のうち外気側に配置されており、
前記１のシール部材は所定の流動体に対する透過係数が小さく、前記他のシール部材は耐寒性に優れていることを特徴とするシール構造。
一方の配管と他方の配管との間のシールに用いられ、前記一方の配管の開口端部に対し径を小さくすることで複数の小径部を形成して、この小径部にそれぞれシール部材を外嵌し、他方の配管の開口端部に径を大きくして大径部を形成し、前記一方の配管の小径部、小径部と他方の配管の大径部との間で各シール部材を挟み付けることで両配管の間をシールするもので、
前記シール部材のうち１のシール部材は、両配管の間のうち外気側と反対側に配置され、他のシール部材は、両配管の間のうち外気側に配置されており、前記１のシール部材は所定の流動体に対する透過係数が小さく、前記他のシール部材は耐寒性に優れていることを特徴とするシール構造。
一方の部材と他方の部材との間のシールに用いられ、前記一方の部材の端面において開口部分の周囲にシール部材を嵌入する複数の環状溝を形成し、この環状溝と前記一方の部材の端面に対峙する他方の部材の端面とによって前記シール部材を挟み付けることで両部材の間をシールするもので、
前記シール部材のうち１のシール部材は、両部材の間のうち外気側と反対側に配置され、他のシール部材は、外気側に配置されており、前記１のシール部材は所定の流動体に対する透過係数が小さく、前記他のシール部材は耐寒性に優れていることを特徴とするシール構造。
前記１のシール部材は、流動体の透過係数の小さい素材としてブチル系の素材やエチレン系の素材を用いることを特徴とした請求項１、２又は３に記載のシール構造。
前記他のシール部材は、耐寒性の優れた素材として水素添加ニトリル系の素材、フッ素系の素材又はエチレンプロピレン系の素材を用いることを特徴とした請求項１、２又は３に記載のシール構造。