JP2006083955A

JP2006083955A - 密封装置

Info

Publication number: JP2006083955A
Application number: JP2004269759A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Shamoto; 嘉宏社本; Takashi Umeki; 隆梅木; Yoshinobu Ueno; 義信上野
Original assignee: Arai Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Arai Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】従来の組付式構造の回転軸シールでは、部品点数、製造工数が多くて低コスト化が難しく、多リップ一体型の回転軸シールでも、回転軸に加わる摩擦トルクが大きくなり、異音が発生するという問題があった。
【解決手段】本発明の密封装置は、エアコン用コンプレッサの回転軸とハウジングの間に装着し、金属製環状補強部材と該補強部材を内包する合成ゴム製シール部材とから成り、該合成ゴム製シール部材の内周側に主リップ、補助リップ及びダストリップを備える密封装置において、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップが回転軸と接触しないことを特徴とする。このように、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップが回転軸と接触しない多リップ一体型構造を有することにより、内圧が１ＭＰａ以内では補助リップから回転軸に加わる摩擦トルクが無く、よって摩擦による異音も生じず、１ＭＰａを超えると主リップの変形抑制及び破壊防止を発揮するので、部品点数及び製造工数の少ない低コストでかつ非常に効率の良い回転軸シールを実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーエアコン用コンプレッサ等の回転軸に用いる密封装置に関し、特に密封流体が高圧で、回転軸が高速回転するコンプレッサ等に対応できる密封装置に関する。

カーエアコン用コンプレッサ等における冷媒と潤滑剤として作用する油との混合物が、回転軸の摺動面から大気側に漏れるのを防止するために、回転軸シールが用いられるのは周知のことである。この回転軸シールが、コンプレッサ等のハウジングと回転軸の間に装着され、冷媒と油から成る流体を密封する。

従来の回転軸シールには、特許文献１に開示されているように、主リップを形成するシール部材とは別のシール部材で補助リップやダスト阻止部を形成し、金属製の環状補強部材や環状押さえ部材等によってこれらのシール部材を保持しハウジング内に固定する構造（以下「組付式構造」という）のものがある。

この組付式構造の回転軸シールは、図３に示されるように、主リップ１３ｄを形成するゴム製シール部材１３と、補助リップ１５ａを形成するバックアップリング１５とが金属製の環状補強部材１２と環状押さえ部材１４により保持・固定されている。具体的には、ゴム製シール部材１３が金属製環状補強部材１２に接着され、樹脂（特にＰＴＦＥ）製のバックアップリング１５が金属製環状補強部材１２と環状押さえ部材１４とによって挟持されている。さらに、環状押さえ部材１４の内側には、漏れ油を吸収しかつダストの侵入を防止するためのフェルト部材２０が装着されている。

詳しくは、このゴム製シール部材１３は、ハウジング７側に当接して固定・密封する外側筒部１３ａと、外側筒部１３ａの密封流体側８の端部から半径方向内方に延びる半径方向鍔部１３ｂと、該半径方向鍔部１３ｂの内周から立ち上がる内側筒部１３ｃとからなる。内側筒部１３ｃの内周面には主リップ１３ｄが形成されている。外側筒部１３ａと半径方向鍔部１３ｂが金属製環状補強部材１２の外周に焼着される。金属製環状補強部材１２は、外周円筒部１２ａと、該外周円筒部１２ａの上部を半径方向内側に直角に折曲した鍔部１２ｂとからなる。樹脂製のバックアップリング１５が、この金属製環状補強部材１２の鍔部１２ｂと環状押さえ部材１４の鍔部１４ｂとによって挟持される。この挟持は、環状補強部材１２の下部を環状押さえ部材１４の下端部にカシメることにより行われている。

しかし、このような組付式の回転軸シールでは、部品点数と製造工数が多くなり、近年の低コスト化の要求に応えることができないという問題があった。

一方、従来の回転軸シールには、主リップや補助リップやダストリップを同じシール部材に形成した構造（以下「多リップ一体型構造」という）のものもある。この多リップ一体型の回転軸シールでは、ゴム製シール部材の内周面側に密封流体側から大気側に向かって所定の間隔にて主リップ、補助リップ及びダストリップが一体形成され、スプリング等によって回転軸の表面に摺接させる。

しかしながら、このような多リップ一体型構造の回転軸シールでは、回転軸が回転する時に回転軸シールから回転軸に加わる摩擦トルクが高くなることや異音が発生するという問題があった。
特開平８−２１９２９５号公報

上述したように、従来の組付式構造の回転軸シールでは、部品点数、製造工数が多くなり低コスト化が難しく、多リップ一体型構造の回転軸シールを採用しても回転軸に加わる摩擦トルクが大きくなったり異音が生じたりするという欠点があった。そこで、回転軸シールの低コスト化を図るうえで、回転軸に加わる摩擦トルクが従来の組付式構造のものと同等又はそれより小さく抑えつつ、異音も発生せず部品点数の削減及び製造に要する工数の低減が可能な回転軸シールが望まれている。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、回転軸に加わる摩擦トルクを従来の組付式構造の回転軸シールと同等又はそれより小さく抑え、異音の発生もなく低コスト化を容易に図ることのできる回転軸シールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の密封装置は、エアコン用コンプレッサの回転軸とハウジングの間に装着し、金属製環状補強部材と該補強部材を内包する合成ゴム製シール部材とから成り、該合成ゴム製シール部材の内周側に主リップ、補助リップ及びダストリップを備える密封装置において、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップが回転軸と接触しないことを特徴とする。

また、本発明の密封装置の補助リップと回転軸の直径隙間は、無負荷時に０．０５〜０．５ｍｍとするのが好ましい。限定するものではないが、このような構造により、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップが回転軸と接触しないという条件を満たすことができる。

また、本発明の密封装置の補強部材は、軸方向に延びる環状の外側軸方向部と、該外側軸方向部の大気側端部から半径方向内方に延びる径方向部と、該径方向部の内方から軸方向に密封流体側に向かって延びる内側軸方向部とを有し、補助リップの先端位置が補強部材の内側軸方向部の先端位置より０．１〜０．５ｍｍ密封流体側に位置しているのが好ましい。限定するものではないが、このような構造によっても、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップが回転軸と接触しないという条件を満たすことができる。

上述したように、本発明の密封装置は、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップが回転軸と接触しない多リップ一体型構造を有することにより、エアコン用コンプレッサ等に用いた場合に、摩擦トルクが従来の組付式構造の回転軸シールと同等又はそれ以下でありながら、異音の発生もなく、低コスト化を図ることができるという極めて優れた効果を発揮する。

また、例えば、補助リップと回転軸の直径隙間を無負荷時に０．０５〜０．５ｍｍとなるように設定することにより、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップが回転軸と接触しないようにできる。

さらに、例えば、補助リップの先端位置が補強部材の内側軸方向部の先端位置より０．１〜０．５ｍｍ密封流体側に位置させることにより、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップが回転軸と接触しないようにできる。

以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
図１は、本発明の密封装置たる回転軸シール１の一実施態様を示し、金属製環状の補強部材２と該補強部材２を内包する合成ゴム製のシール部材３とスプリング４とから成る。この回転軸シール１は、エアコン用コンプレッサ等のハウジング７と回転軸６の間に装着され、冷媒と潤滑油の混合流体等が密封流体側８から大気側９に漏れるのを防ぎ、かつ埃や塵が大気側９から密封流体側８に入るのを阻止する。

金属製環状の補強部材２は、回転軸シール１の剛性を高めるものであり、断面が略Ｊ字形であり、軸方向に延びた環状の外側軸方向部２ａと、該外側軸方向部２ａの大気側９端部から半径方向内方に延びる径方向部２ｂと、該径方向部２ｂの内方から軸方向に密封流体側８に向かって延びる内側軸方向部２ｃとを有する。内側軸方向部２ｃが延びる方向は必ずしも完全に軸方向と一致する必要はなく、合成ゴム製シール部材３の形状に依存して軸方向から若干ずれてもよい。補強部材２は合成ゴム製シール部材３に内包されるが、本明細書において「内包」とは、補強部材２の一部が露出している状態（その他の部分はシール部材３に内蔵ないし埋設されている）をも含むものとする。

合成ゴム製のシール部材３は、環状の外側周壁３ａと、該外側周壁３ａから半径方向内側に延びる基部３ｂと、該基部３ｂの内側から軸方向に密封流体側８に延びる内側周壁３ｃとからなる。合成ゴム製シール部材３の内側周壁３ｃの内周面には、密封流体側８から大気側９に向かって所定の間隔にて主リップ３ｄ、補助リップ３ｅ及びダストリップ３ｆが一体形成されている。主リップ３ｄは、回転軸６の表面６ａに摺接し、密封流体が漏れるのを防ぐ。図１では、自由状態、すなわち装着前の主リップ３ｄの状態を示している。補助リップ３ｅは、圧力による主リップ３ｄの変形抑制及び破壊防止を発揮している。ダストリップ３ｆは、埃などが大気側９から密封流体側８に入るのを防ぐ。

環状のスプリング４は、主リップ３ｄを回転軸６に押し付けるために設けられる。ただし、本発明の密封装置において、このようなスプリング４は必須ではなく、合成ゴム製シール部材３の弾性により主リップ３ｄを回転軸６に押圧する構造とすることもできる。

本発明の密封装置は、密封流体側８の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触しない構造を有する。このような構造は、例えば、内圧の作用によって補助リップ３ｅを回転軸６の表面６ａに押し付ける構造とすることにより実現できる。密封流体側８の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触しないので、多リップ一体型構造の回転軸シールでありながら、補助リップ３ｅと回転軸６の間での摩擦トルクは生じず、異音も発生しない。内圧が１ＭＰａを超えると、補助リップ３ｅは回転軸６に接触し、主リップ３ｄの変形抑制及び破壊防止を発揮する。従って、内圧が１ＭＰａ以内の範囲では回転軸６の回転運動の抵抗となる摩擦トルクが低減でき、摩擦による異音も発生せず、内圧が１ＭＰａを超える範囲では補助リップ３ｅのシール機能が追加されるので、従来の欠点を解消しつつ、極めて効率的な回転軸シールが実現できる。

本発明のように、密封流体側８の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触しない構造は、実際の使用内圧が１ＭＰａ以下がほとんどで、高圧が生じた場合に補助リップが軸と接触し主リップの変形抑制及び破壊防止を求められるエアコン用コンプレッサーに特に有効である。しかしながら、対象機器によっては、基準の１ＭＰａを変更することもできる。すなわち、密封流体８の内圧が対象機器の特性に依存した所定圧力以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触しない構造とすることも出来る。

密封流体側８の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ3ｅが回転軸６と接触しない構造は、例えば、補助リップ３ｅと回転軸６の直径隙間を無負荷時に０．０５〜０．５ｍｍとすることにより実現できる。無負荷時とは、密封流体側８の圧力が大気側９の圧力と同じ時の状態をいう。この直径隙間は、図１中にて符号ｗで示す隙間の２倍、すなわち２ｗである。

次の表１は、例１〜６について補助リップ３ｅと回転軸６の直径隙間２ｗを変えて、内圧が１ＭＰａ以内のときには両者が接触しないという条件を満たす場合を調べた結果である。表１から、例２〜５の場合、すなわち無負荷時における補助リップ３ｅと回転軸６の直径隙間２ｗがほぼ０．０５〜０．５ｍｍの場合に、内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触せず、１ＭＰａより大きくなると接触することが確認できる。この直径隙間２ｗが０．０５ｍｍより小さい例１では、直径隙間が狭すぎ、内圧が１ＭＰａ以内で補助リップ３ｅが回転軸６に接触してしまい、直径隙間２ｗが０．５ｍｍより大きい例６では、直径隙間が広すぎ、内圧が１ＭＰａを超えても補助リップ３ｅが回転軸６と接触していない。

表中、２ｗ寸法の−符号は、補助リップ内径が回転軸の直径より小さいこと、すなわち無負荷時の装着状態にて既に補助リップが回転軸に接触していることを示す。

さらに、密封流体側８の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触しない構造は、例えば、補助リップ３ｅの先端位置が補強部材２の内側軸方向部２ｃの先端位置２ｄより０．１〜０．５ｍｍだけ密封流体側にずらして位置させることにより実現できる。図１において、補助リップ３ｅの先端位置と補強部材２の内側軸方向部２ｃの先端位置２ｄとの間隔を符号ｈで示す。

次の表２は、例７〜１２について（ただし、補助リップ内径と回転軸の直径は上記例１〜６と同じ）、補助リップ３ｅの先端位置と補強部材２の内側軸方向部２ｃの先端位置２ｄとの間隔ｈを変えて、内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触しないという条件を満たす場合を調べた結果である。表２から、寸法ｈが０．１〜０．５ｍｍの場合、すなわち、補助リップ３ｅの先端位置が補強部材２の内側軸方向部２ｃの先端位置２ｄより０．１〜０．５ｍｍ密封流体側８に位置している場合に、内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触せず、１ＭＰａより大きくなると接触するという条件を満たすことが確認できる。この間隔ｈが０．１ｍｍより小さいと、補強部材２により剛性を増した部分に近すぎて、内圧による補助リップ３ｅの変位量が小さく抑えられて上記条件を満たさず、間隔ｈが０．５ｍｍを超えると、内圧による補助リップ３ｅの変位量が大きくなりすぎて上記条件を満たさない。

表中、○印は、内圧が１ＭＰａ以内のとき補助リップが回転軸と接触せず、１ＭＰａより大きくなると接触するという条件を満たす場合を示し、×印は、そのような条件を満たさない場合を示す。また、ｈ寸法の?符号は、補助リップの先端位置が補強部材の内側軸方向部の先端位置より大気側に位置していることを示す。

図２は、密封流体側８の内圧が１ＭＰａ以内のときには補助リップ３ｅが回転軸６と接触しない構造を特徴とする本発明の多リップ一体型構造の回転軸シールと、従来の組付式構造の回転軸シールにつき、回転軸の回転数を変えて回転軸シールから回転軸に加わる摩擦トルクを測定した結果である。油温が常温の場合と８０℃の場合についてそれぞれ比較した。

図２から、油温が常温と８０℃の両方の場合とも、本発明の密封装置は従来の密封装置に比べて、回転軸シールと回転軸の摩擦トルクが顕著に小さいことが確認できる。

本発明の密封装置の半断面図である。本発明の密封装置と従来の密封装置について、回転軸シールから回転軸に加わる摩擦トルクを測定した結果を示すグラフである。従来の組付式構造の密封装置を装着した状態を示す半断面図である。

符号の説明

１回転軸シール
２金属製環状補強部材
２ａ外側軸方向部
２ｂ径方向部
２ｃ内側軸方向部
２ｄ内側軸方向部の先端部
３合成ゴム製シール部材
３ａ外側周壁
３ｂ基部
３ｃ内側周壁
３ｄ主リップ
３ｅ補助リップ
３ｆダストリップ
４環状スプリング
６回転軸
６ａ回転軸の表面
７ハウジング

Claims

エアコン用コンプレッサの回転軸とハウジングの間に装着し、金属製環状補強部材と該補強部材を内包する合成ゴム製シール部材とから成り、該合成ゴム製シール部材の内周側に主リップ、補助リップ及びダストリップを備える密封装置において、密封流体側の内圧が１ＭＰａ以内のときには前記補助リップが回転軸と接触しないことを特徴とする密封装置。
前記補助リップと回転軸の直径隙間を無負荷時に０．０５〜０．５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
前記補強部材が、軸方向に延びる環状の外側軸方向部と、該外側軸方向部の大気側端部から半径方向内方に延びる径方向部と、該径方向部の内方から軸方向に密封流体側に向かって延びる内側軸方向部とを有し、前記補助リップの先端位置が前記補強部材の内側軸方向部の先端位置より０．１〜０．５ｍｍ密封流体側に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封装置。