JP2005226661A - シール構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】 省スペース化およ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。
【解決手段】 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第2シールリング51とが一体化して介在され、前記一体化した第1および第2シールリング50,51が、前記外壁部材2,6の互いの接合面の間に形成されたシール用溝50a内に嵌合配置された。
【選択図】 図2
【解決手段】 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第2シールリング51とが一体化して介在され、前記一体化した第1および第2シールリング50,51が、前記外壁部材2,6の互いの接合面の間に形成されたシール用溝50a内に嵌合配置された。
【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、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。
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(例えば、134A等のHFC:ハイドロ・フロロ・カーボン)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6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等からなるOリング73を設けるとともに、外側、すなわち低圧側に二トリル系のゴム板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1参照)。
上記シール構造は、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およびカスケード74のゴム板74aはとも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することは困難である。
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、耐久性ととも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の接合面である同一面に、Oリング73と、板状の広いスペースを使うガスケット74とを配置すると、スペース効率が悪く、圧縮機全体の小型化や、それに用いる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、省スペース化およ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シールリングとが一体化して介在され、前記一体化した第1および第2シールリングが、前記外壁部材の互いの接合面の間に形成されたシール用溝内に嵌合配置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、環状の少なくとも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。
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、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防止する第1シールリングと、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防止する第2シールリングとが一体に形成され、その一体に形成したシールリングをシール用溝内に配置するようにしたため、炭酸ガスの外部漏れを防止することができるとともに、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。
しかも、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2つのシールリングを一体化した上、1つのシール用溝内で設置してシールするため、シール構造のスペースを格段と縮小することができる。
また、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、低コスト化も図ることができる。
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嵌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。
しかも、請求項1の発明の効果により、第1シールリング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シールリングに使用するOリングの使用範囲を広げる、すなわち、耐熱温度の低いゴム材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も得ることができる。
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シールリングの少なくとも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嵌め込むことができ、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。
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。
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5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は第1シールリングと第2シールリングを一体化したシールリングの斜視図、図4(a)は第2シールリングの斜視図、図4(b)は第2シールリングの変形例の斜視図、図5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、図示省略するコンデンサ(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との間は後述するピストン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および冷媒吐出室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および冷媒吐出室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、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および図3に詳しく示すように、シール用溝50aが設けられており、このシール用溝50a内に、一体に形成された第1シールリング50と第2シールリング51が嵌合配置されている。これら第1シールリング50と第2シールリング51が一体化されたシールリングは、前記シール用溝50a内に嵌合配置されることによって、前記シリンダブロック2とリアハウジング6間を軸シールする。このとき、これら第1シールリング50および第2シールリング51は、接着剤等を用いて一体に接合させる手法や、第1シールリング50のゴム加硫成形において、第2シールリング51をインサート成形する手法等により一体化されている。
第1シールリング50は、シリンダブロック2のシール用溝50a内におけるシリンダボア3側に近い高圧側に配置されている。また、第2シールリング51は、シール用溝50a内における第1シールリング50より外位置の大気側となる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とともに、第1シールリング50以上の強度剛性を有する樹脂材料から成り、図4(a)に示すように、環状の少なくとも1箇所(この場合、2箇所)に切り欠きを有したシールリング(バックアップリング)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・酢酸ビニル共重合樹脂(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)、塩化ビニル、塩化ビニリデン等である。
第2シールリング51の切り欠きにおける切断面51a,51b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4(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51c,51d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。
なお、この第2シールリング51は、2箇所の切り欠きを有しているが、第1シールリング50と一体に形成されるので、シール用溝50a内への嵌め込み性(装着性)を考慮すると、切り欠きは複数箇所設けるのが好ましい。もちろん、これらの切り欠きは、1箇所であっても構わない。
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内に吸入されるとともに、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。従って、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、この結果、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5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5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拡大し、コスト低減などに寄与することも期待できる。
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を一体化し、かつ同一のシール用溝50a内に嵌合設置してシールするため、シール構造のスペースを格段と縮小することができる。
しかも、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。
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に嵌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、環状の少なくとも1箇所(本実施の形態では、2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50aに嵌め込むことができ、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50a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。
一般的に、シリンダブロック2とリアハウジング6との接合面をOリングによって軸シールする場合、このOリングは時間経過に伴って前記シリンダブロック2とリアハウジング6との間における低圧側の僅かな隙間に入り込み、この入り込んだ部分が、Oリングからはみ出したように変形する現象が見受けられる。そして、このOリングのはみ出し部が亀裂に発展し、Oリング破損につながることがある。
しかしながら、本実施の形態では、第2シールリング51が第1シールリング50以上の強度剛性を有する樹脂材料から成るため、Oリングからなる第1シールリング50を使用する上で生じる恐れのある、はみ出し等の変形を未然に防止することができる。
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
例えば、上述の実施の形態では、第1シールリング50と第2シールリング51を一体化し、その一体化したシールリングを同一のシール用溝50a内に嵌合配置したが、これら第1シールリング50と第2シールリング51を別々に設け、これらを重ねて同一のシール用溝50a内に設けてもよい。つまり、別体とした一方の第1シールリング50を先にシール用溝50a内に配置した後、第2シールリング51を同じシール用溝50a内に嵌合配置させる。このようにしても、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
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する場合について説明したが、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。
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
50a…シール用溝
51…第2シールリング
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
50a…シール用溝
51…第2シールリング
Claims (4)
- 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第2シールリング(51)とが一体化して介在され、
前記一体化した第1および第2シールリング(50),(51)が、前記外壁部材(2),(6)の互いの接合面の間に形成されたシール用溝(50a)内に嵌合配置された
ことを特徴とするシール構造。 - 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。 - 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、環状の少なくとも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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004033097A JP2005226661A (ja) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | シール構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004033097A JP2005226661A (ja) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | シール構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005226661A true JP2005226661A (ja) | 2005-08-25 |
Family
ID=35001547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004033097A Withdrawn JP2005226661A (ja) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | シール構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005226661A (ja) |
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2004
- 2004-02-10 JP JP2004033097A patent/JP2005226661A/ja not_active Withdrawn
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A761 | Written withdrawal of application |
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