JP2005201356A - 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の間を軸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シール部５０と、第１シール部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有機材料からなる第２シール部５１とを介在させた。第１シール部５０により炭酸ガスの漏洩を防止し、第２シール部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を軸シールする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いる。例えば図３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との接合部７３において、ハウジングの内側となるシリンダボア側、すなわち高圧側にニトリルゴム等からなるＯリング７４を設けるとともに、外側、すなわち低圧側にナイロン（登録商標）や高アクリロニトリル含有共重合体樹脂等からなる樹脂７５を塗布し固着させたシール構造が考案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記シール構造は、耐圧性に優れるとともに、炭酸ガスの透過を有効に防止できるニトリルゴムのＯリング７４と、樹脂７５によって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することができるものである。

ところで、圧縮機内の炭酸ガスは高圧（１１〔ＭＰａ〕程度）になるとともに高温（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２００１−３４９４３２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７４は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（特に、切り欠き強度が著しく低い）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困難である。

また、かかる特許文献１のシール構造では、突き当てシール構造であるため、シリンダブロック７１とリアハウジング７２との接合部７３の同一面に、Ｏリング７４と樹脂７５とを配置するとスペース効率が悪く、コンプレッサや配管継手の小型化に不向きとなってしまう問題がある。

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ともに、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、高圧の炭酸ガスを流通するガス流通スペースが複数の外壁部材を接合して形成され、隣接する前記外壁部材の間を軸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ゴム材からなる第１シール部と、前記第１シール部より外位置の低圧側に配置され、酸素の透過を防止する有機材料からなる第２シール部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、前記第１シール部は、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シール部は、低酸素透過樹脂材が塗布され固着されて形成されたことを特徴とする。

請求項４の発明は、少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載のシール構造であって、前記各外壁部材は、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シール部が防止する一方で、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有機材料からなる第２シール部が防止するため、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シール部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、突き当てシール構造に較べてシール面積が小さくて良い軸シール構造を採用しているため、シール構造のスペース効率が良い。

請求項２の発明では、請求項１の発明の効果に加え、第１シール部をＯリングとしているので、環状の第１シール部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シール部が低酸素透過樹脂材を塗布した後、固着させて形成しているので、第２シール部形成作業を格段と容易なものとすることができる。

また、本発明によれば、第１シール部への酸素の侵入を防止することができることから、この第１シール部に使用するＯリングの材料選定範囲を広げることができる。つまり、耐熱温度の低いゴム材を選定して第１シール部とした場合でも酸素の侵入を防ぐことによって耐熱温度を上げることが可能となる効果を得ることができる。

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利点を得ることができる。

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および図２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いる。また、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シール部５０と第２シール部５１とが２重に配置されており、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シール部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シール部５１は、第１シール部５０より外位置に配置されている。つまり、第１シール部５０はシリンダボア３側の高圧側に配置され、第２シール部５１は大気側の低圧側に配置されている。

第１シール部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シール部５１は、酸素の透過を防止する低酸素透過樹脂から成り、第１シール部５０より外位置に塗布された後、固着されて形成されている。具体的な低酸素透過樹脂としては、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエリレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の熱可塑性材料や、この他、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性材料が使用でき、これらを使用することで第１シール部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シール部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シール部５１が防止する。特に、酸素の侵入を防止するのに適した低酸素透過樹脂で第２シール部５１を形成しているので、この第２シール部５１によって第１シール部５０が酸素にさらされることを防止できる。従って、この第１シール部５０の酸化劣化を抑制することができ、その結果、第１シール部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シール部５０に使用されているゴム素材は、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、第１シール部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拡大し、コスト低減などに寄与することも期待できる。

この実施の形態では、第１シール部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シール部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シール部５１は、低酸素透過樹脂を第１シール部５０より外位置に塗布した後、固着させて形成すれば良いため、第２シール部５１の形成作業を格段と容易なものとすることができる。

なお、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、本発明はこれに限ることはなく、この他、例えば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。 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シール部
５１ 第２シール部

Claims (4)

1. 高圧の炭酸ガスを流通するガス流通スペース（３）が複数の外壁部材（２），（６）を接合して形成され、隣接する前記外壁部材（２），（６）の間を軸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ゴム材からなる第１シール部（５０）と、
   前記第１シール部（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有機材料からなる第２シール部（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シール部（５０）は、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シール部（５１）は、低酸素透過樹脂材が塗布され固着されて形成された
   ことを特徴とするシール構造。
4. 少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに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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