JP2007162802A - 回転軸シールとその製法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率を高め、品質の安定した回転軸シールを安価に提供する。
【解決手段】金属製アウターケース２のかしめ加工を省略する。そして、モールド成形にてシール部４を形成すると同時に、アウターケース２とシールエレメント７とインナーケース３とシール部４とを、一体構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸シールに係り、特にカーエアコン用コンプレッサ等に使用される回転軸シールに関する。

カーエアコン用コンプレッサ等は、高速化・高圧化・高温化等の傾向にあって、これに使用する回転軸シールへの要求が厳しい状況下にあり、本発明者等はこのような要求に答えるべく多くの回転軸シールの提案をしてきた（例えば、特許文献２，３参照）。

即ち、図４，図５は、夫々、特許文献２，３にて提案した回転軸シール31を例示し、流体収納室側（高圧側）に内フランジ部32を有し、かつ、ハウジング内面に対応する円筒部33を有する略Ｌ字状のアウターケース34に、ゴム製シール部35をモールド成形等にて一体固着し、かつ、図４と図５に実線にて示すように、アウターケース34の上記円筒部33の低圧側Ｂの端部33ａは薄肉として形成し、その端部33ａ側から、ＰＴＦＥ等のシールエレメント36及び金属製インナーケース37を組み込み、矢印Ｃの如くかしめ加工して、端部33ａを２点鎖線のように小内鍔状に折曲げて、シール部35を一体に有するアウターケース34と、シールエレメント36とインナーケース37を、一体状に組立てる構造であった。

なお、38はゴムリップ部であり、流体収納室側（高圧側）Ａへ延伸状として、上記シール部35がその一部として備えている。また、シールエレメント36にはスクリュー溝39が形成されている。アウターケース34の内フランジ部32を被覆するＵ字状の軸心Ｌと直交状の鉛直壁部40をシール部35が有し、この鉛直壁部40の低圧側壁部とシールエレメント36の外周寄り円環部位とは、内フランジ部32とインナーケース37の間に強く圧着保持されるように、前述の矢印Ｃ方向へのかしめ加工が行われる。

従来から、ゴムリップ部38による静止時の密封作用、及び、軸の回転時のＰＴＦＥシールエレメント36（のスクリュー溝39）によるハイドロダイナミック作用の両方によって、カーエアコン用コンプレッサ等の既述の厳しい要求に応えている。
しかしながら、図４（特許文献２）や図５（特許文献３）に示した従来の回転軸シール31では、各部品をばらばらに製作し、アッセンブリを行う（組立てて一体構造とする）ため、アウターケース34の端部33ａを（矢印Ｃ方向に）折り曲げるかしめ加工を必須としており、加工工数が増加し（製造工程が煩雑化し、）、かつ、アッセンブリラインのための大きな設備費用を要していた。

なお、従来から、いわゆるオイルシールに於ては、かしめ加工を省略した製法が行われている（特許文献１参照）。しかし、（インサート）金具とゴム製シール部のみから成る簡単な構成であって、図４と図５のアウターケース34とゴム製シール部35のみを予め一体にモールド成形しているのと同等の技術に過ぎないといえる。
特開平２−２４０４６０号公報 特開２００４−０１９７９８号公報 特開２００３−３４３７３７号公報

従来、上述の如く、インサート（金具）とゴム製シール部のみ、又は、アウターケースとゴム製シール部のみの簡易な回転軸シール又は（そのための）部品に於て、モールド成形にてインサート（金具）やアウターケースと、ゴム製シール部とを、一体化する技術は知られていたとしても、カーエアコン用コンプレッサ等の過酷な使用条件（厳しい要求）下で使用に耐えるシールエレメントやインナーケース等の部品を具備する回転軸シールでは、簡略化した製造工程によって、高いシール性能で安定した品質のものを、安価に多量生産することは、至難なこととされてきた。

本発明はこのような従来の問題点を解決して、過酷な使用条件にも対応可能であり、簡略化した製造工程によって安価に製造可能な、高いシール性能を安定して発揮する回転軸シール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、この目的を達成するために、金属製アウターケースと、金属製インナーケースと、回転軸に摺接するゴムリップ部を有するゴム製シール部と、上記回転軸に摺接するシールエレメントとを、備えた回転軸シールに於て、上記金属製アウターケースのかしめ加工を省略して、上記アウターケースとシールエレメントとインナーケースと上記シール部とを一体構造としたものである。
また、上記アウターケースの円筒部の内周面と、上記インナーケースの円筒部の外周面とが、（相互に圧接するように）嵌合（圧入嵌合）にて一体化されている。

また、金属製アウターケースと、金属製インナーケースと、回転軸に摺接するゴムリップ部を有するゴム製シール部と、上記回転軸に摺接するシールエレメントとを、備えた回転軸シールに於て、上記金属製アウターケースのかしめ加工を省略して、上記シール部のモールド成形にて、上記アウターケースとシールエレメントとインナーケースと上記シール部とを一体構造としたものである。
また、上記アウターケースの円筒部の内周面と、上記インナーケースの円筒部の外周面との間に、上記シール部のモールド成形の際に浸入して形成されたゴム層が介在して上記アウターケースとインナーケースが一体化しているものである。
また、上記アウターケースは円筒部と低圧側内フランジ部とを有する断面略Ｌ字形であり、上記インナーケースは円筒部と低圧側内フランジ部とを有する断面略Ｌ字形であり、上記シールエレメントを上記両内フランジ部にて挾着保持すると共に、上記アウターケースとインナーケースが一体化しているものである。また、この回転軸シールは、カーエアコン用コンプレッサに使用される。

そして、本発明に係る回転軸シールの製法は、金属製アウターケースと、金属製インナーケースと、シールエレメントを、該アウターケースとインナーケースにて上記シールエレメントを挾着状として、金型のキャビティ内に装入し、次に、流動化したゴム材料を上記キャビティ内に充填して、固化させ、シール部をモールド成形すると同時に、上記アウターケースとインナーケースとシールエレメントとを一体化する方法である。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
即ち、従来のシールエレメントを有する（カーエアコン用コンプレッサ等に使用される）回転軸シールでは必須であったかしめ加工を省略したので、加工工数が低減でき、製造工程が簡略化されて、安価にシール性能の優れた回転軸シールを、安定した品質で多量生産可能となった。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１は本発明に係る回転軸シール１の実施の一形態を示す要部拡大断面図であり、図２は図１のさらに拡大して示した要部断面図であり、図３は本発明に係る回転軸シールの製法を簡略化して示す要部断面説明図である。

この回転軸シール１は、金属製アウターケース２と、金属製インナーケース３と、（図示省略の）回転軸に摺接するゴムリップ部５を有するゴム製シール部４と、上記回転軸に摺接するスクリュー溝６を有するシールエレメント７とを、備えている。
そして、金属製アウターケース２は、図４，図５にて述べたところの矢印Ｃ方向へのかしめ加工を全く省略して、全体が一体構造として組立てられている。具体的には、シール部４はモールド成形（射出モールド成形又はコンプレッションモールド成形）によって成形されるが、アウターケース２とシールエレメント７とインナーケース３と上記シール部４とを、上記モールド成形によって、一体構造として成る。

アウターケース２は、円筒部８と低圧側Ｂの内フランジ部９とを有し、断面略Ｌ字形である。また、インナーケース３は、円筒部10と低圧側Ｂの内フランジ部11とを有する断面略Ｌ字形である。しかも、インナーケース３の内フランジ部11は、低圧側Ｂへ僅かに突出状と凸部12が形成され、インナーケース３の円筒部10が、アウターケース２の円筒部８内に嵌合するように組立てられた構造であるが、シールエレメント７は、アウターケース２・インナーケース３の両内フランジ部９，11にて挾着保持される。かつ、図２に示すように、両円筒部８，10の嵌合間隙部Ｇには、シール部４の形成の際に、浸入して形成された（薄膜）ゴム層13が介在している。このように浸入形成されて固化したゴム層13によって、アウターケース２の円筒部８と、インナーケース３の円筒部10が、一体化している。

また、他の実施の形態について説明すると、モールド成形の前に、アウターケース２の円筒部８の内周面と、インナーケース３の円筒部10の外周面とが、相互に圧接するように、両円筒部８，10を圧入嵌合して一体化し、その後、モールド成形用金型内へ設置して、シール部４をモールド成形して、全体を一体化する。
インナーケース３とアウターケース２の嵌合公差は、機械的に圧入して嵌合させる。この圧入嵌合はプレス機を使用し、又は、ハンマー等で叩いて行えば良い。なお、このように圧入して図３に示すような中間品を作成した場合にも、嵌合間隙部Ｇが形成されないというものではなく、そこにモールド成形の際に流動化したゴム材料が流入して、（機械的一体化及び薄膜のゴム層13による一体化の併用によって）一層強固な一体構造となる。

シール部４は、ＨＮＢＲ単独にて、あるいは、ＨＮＢＲを基本とする配合ゴム材にて、構成したり、他のゴム材を用いる。シールエレメント７は元の形状は、図３に示すように、円環平板状であり、回転軸を挿入状として組立てると、断面Ｌ字状として、スクリュー溝（螺旋溝）６の側が回転軸の外周面に接触する。このシールエレメント７は、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂が好適である。シールエレメント７は外径寄りの部分が、内フランジ部９と、内フランジ部11にて挾着保持されているが、凸部12がインナーケース３の内フランジ部11に形成され、シールエレメント７の外径寄りの部位を強く押圧し（面圧が高く）、内部リークを防止している。また、凸部12を設けなくても、インナーケース３の内径を拡大することでも同じ効果を得ることができる。シールエレメント７にスクリュー溝６を形成したことにより、回転軸の回転により流体を流体収納室側（高圧側）Ａへ押し戻すポンピング作用（ハイドロダイナミック作用）をなし、回転中の密封性を向上させている。

従来例の図４・図５と比較すれば明らかなように、従来のアウターケース34の内フランジ部32は流体収納室側（高圧側）Ａに配設されていたが、本発明では、アウターケース２の内フランジ部９は低圧側Ｂに配設されている。さらに、従来のインナーケース37の内フランジ部は流体収納室側（高圧側）Ａに配設されていたが、本発明では、インナーケース３の内フランジ部11は低圧側Ｂに配設されている。このようにして、低圧側Ｂにて、シールエレメント７は両内フランジ部９，11にて挾持状に圧着保持されている。

そして、シール部４は、相互に嵌合した両円筒部８，10を外周面側から被覆する外周凹凸波状嵌着円筒壁部15と、両円筒部８，10の高圧側端面８ａ，10ａを被覆する端面被覆壁部16と、インナーケース３の内部に対応するブロック状部17と、を具備し、このブロック状部17の高圧側Ａの端面に、Ｕ字状の凹周溝18を形成すると共に、ブロック状部17の高圧側Ａの内周端寄りから斜めに内径方向に、ゴムリップ部５が延伸状に連設される。

また、図１では、このゴムリップ部５の軸心方向位置と、端面被覆壁部16の軸心方向位置を、略一致させている。言い換えれば、凹周溝18を形成したことにより、ブロック状部17とゴムリップ部５は、略Ｕ字状断面を有している。また、図示省略の回転軸の外周面に接触するゴムリップ部５の接触内周端縁５ａは、アウターケース２の高圧側Ａの端面８ａと、軸心方向略同一位置に配設される。この点について、従来例の図４・図５と比較すれば、ゴムリップ部５が高圧側Ａへ殆ど突出せず、回転軸シール１の全体の幅寸法Ｗ₀ は、著しく減少できて、コンパクト化が図られていることが判る。即ち、本発明では、アウターケース２の全幅寸法と略同一の全幅寸法Ｗ₀ にコンパクト化されている。
このように、全幅寸法Ｗ₀ がコンパクト化されているので、外的要因により、リップが傷ついたり、変形したりすることが抑制される。具体的には、回転軸シールの製造工程中や、そのシールを使ってカーエアコンのコンプレッサーを組み立てている最中に、外的要因による不良率を格段に少なくすることが可能となる。

また、上記凸部12について、全周にわたって連続状に形成している態様でも良いが、好ましくは、周方向に交互に凹凸状として凸部12を断続的に形成すれば、シールエレメント７を挾圧（押圧）する面圧が増大して、シールエレメント７の回転軸との共廻りを防止できる。さらにシールエレメント７と接触する部分は、のこぎりの歯状（ギザギザ）のようになっている方が保持力が向上するのでより好ましい。

次に、本発明に係る回転軸シールの製法を説明する。アウターケース２とシールエレメント７とインナーケース３を、図３に示すように、金型のキャビティ内に装入する。シールエレメント７は平板円環状として装入する。つまり、図３に示すように、アウターケース２の内フランジ部９、インナーケース３の内フランジ部11（特には、内フランジ部11に形成した凸部12）で、シールエレメント７を挟んで固定した状態で、金型（図示せず）内にセットする。次に、流動化ゴム材料を金型内に射出成形させ、図１の断面形状に示すゴムリップ部５を有する回転軸シール１を作製する。

上述の射出成形の際のゴム材料の流入と充填と加圧によって、ゴム材料は図２のように両円筒部８，10の嵌合間隙部Ｇに浸入して、その後の加硫によって、両円筒部８，10を強固に一体化する（ゴム層13が形成される）。ところで、図３に示すように、シールエレメント７を挾持するように、アウターケース２とインナーケース３とが、圧入しないで嵌合する状態（遊嵌状）の場合には、ゴム層13の偏肉を防止するため、アウターケース及び／又はインナーケースに、接着剤又は粘着剤を塗布して相互位置を固定したり、コンピュータ制御によって相互位置を決定して、その状態下で、金型内にセットし、流動化ゴム材料を金型内に射出し、シール部４を成形し、かつ、嵌合間隙部Ｇに全周均一厚さにゴム層13を形成する。このゴム層13の厚さ寸法は、ゴムの強度、種類により異なるが、厚さは薄い方が好ましく、厚さが大きすぎると、ゴム層13の（周方向位置における）偏肉が起こり易い。

他の実施の形態としては、アウターケース２の内周面とインナーケース３の内周面が、圧入状に嵌合させる場合には、プレス機やハンマー等にて押込むように組み立てたり、金型の型閉め時に押込むように組み立てて、図３のような中間品を作製して、これを金型内にセットし、流動化ゴム材料を金型内に射出して、シール部４を形成する。微小な嵌合間隙部Ｇへ流動ゴム材料が浸入して、ゴム層13を形成し、このゴム層13による一体化、及び、前述の圧入状の嵌合（圧入嵌合）による機械的一体化の共働によって、一層強固な一体構造の回転軸シールが得られる。
なお、いずれの製造方法にあっても、ゴムと接触する金属製のインナーケース３・アウターケース２の表面に、接着剤を予め塗布しておけば、回転軸シールとしての強度及び製品寿命の点で望ましい。

以上述べたように、金型内でシール部４を形成すると同時に、アウターケース２とインナーケース３とシールエレメント７とを一体化でき、従来のかしめ加工を全く省略している。つまり、シール部４のゴムの射出成形又はコンプレッション成形時に、各部品のアッセンブリを行うことができる。
なお、インナーケース３の内フランジ部11に凸部12を形成しておけば、インナーケース３とアウターケース２の両内フランジ部11, ９の挾着面圧が（局部的に）高まって、回転軸シール１として内部リークを有効に防止できると共に、シールエレメント７と回転軸との共廻りを防止できるという利点がある。また、凸部12を設けなくても、インナーケース３の内径を拡大することでも同じ効果を得ることができる。

本発明は上述したように、金属製アウターケース２と、金属製インナーケース３と、回転軸に摺接するゴムリップ部５を有するゴム製シール部４と、上記回転軸に摺接するシールエレメント７とを、備えた回転軸シールに於て、上記金属製アウターケース２のかしめ加工を省略して、上記シール部４のモールド成形にて、上記アウターケース２とシールエレメント７とインナーケース３と上記シール部４とを一体構造としたものであるので、安価に高品質のものを多量生産可能であり、製造設備も簡略化できて能率良く生産可能である。

また、上記アウターケース２の円筒部８の内周面と、上記インナーケース３の円筒部10の外周面とが、相互に圧接するように上記両円筒部８，10を圧入嵌合にて一体化されているので、アウターケース２とインナーケース３の一体化強度は十分に大きく、（アウターケース34の図４・図５で述べたかしめ加工を省略しても、）十分な強度の一体構造のシールが得られる。

また、上記アウターケース２は円筒部８と低圧側内フランジ部９とを有する断面略Ｌ字形であり、上記インナーケース３は円筒部10と低圧側内フランジ部11とを有する断面略Ｌ字形であり、上記シールエレメント７を上記両内フランジ部９，11にて挾着保持すると共に、上記両円筒部８，10の嵌合間隙部Ｇに、上記シール部４の形成の際に浸入して形成されたゴム層13が介在して上記アウターケース２とインナーケース３が一体化しているので、十分な強度にてアウターケース２とインナーケース３が一体化できる。かつ、ゴム層13によって、内部リークの可能性も減少できる。さらに、シールエレメント７の姿勢が（がたつかず）安定すると共に、回転軸の回転摩擦力に連れ廻りすることもなく、回転軸の回転中は常に安定したハイドロダイナミック（ポンピング）作用を行う。

また、金属製アウターケース２と、金属製インナーケース３と、シールエレメント７を、該アウターケース２とインナーケース３にて上記シールエレメント７を挾着状として、金型のキャビティ内に装入し、次に、流動化したゴム材料を上記キャビティ内に充填して、固化させ、シール部４をモールド成形すると同時に、上記アウターケース２とインナーケース３とシールエレメント７とを一体化する回転軸シールの製法によれば、煩雑な従来のかしめ加工が全く省略可能であり、製造工程の簡略化とコストダウンを達成でき、かつ、カーエアコン用コンプレッサ等のシールとして、過酷な使用条件（要求）に十分対応できる回転軸シールが確実に多量に生産可能となる。

本発明の実施の一形態を示す要部断面図である。 要部拡大断面図である。 製造方法を説明するための簡略要部断面図である。 従来例を示す要部断面図である。 他の従来例を示す要部断面図である。

符号の説明

２ アウターケース
３ インナーケース
４ ゴム製シール部
５ ゴムリップ部
６ スクリュー溝（螺旋溝）
７ シールエレメント
８，10 円筒部
９，11 内フランジ部
12 凸部
13 ゴム層
Ａ 流体収納室側（高圧側）
Ｂ 低圧側
Ｇ 嵌合間隙部

Claims (7)

1. 金属製アウターケース（２）と、金属製インナーケース（３）と、回転軸に摺接するゴムリップ部（５）を有するゴム製シール部（４）と、上記回転軸に摺接するシールエレメント（７）とを、備えた回転軸シールに於て、
   上記金属製アウターケース（２）のかしめ加工を省略して、上記アウターケース（２）とシールエレメント（７）とインナーケース（３）と上記シール部（４）とを一体構造としたことを特徴とする回転軸シール。
2. 上記アウターケース（２）の円筒部（８）の内周面と、上記インナーケース（３）の円筒部（10）の外周面とが、嵌合にて一体化されている請求項１記載の回転軸シール。
3. 金属製アウターケース（２）と、金属製インナーケース（３）と、回転軸に摺接するゴムリップ部（５）を有するゴム製シール部（４）と、上記回転軸に摺接するシールエレメント（７）とを、備えた回転軸シールに於て、
   上記金属製アウターケース（２）のかしめ加工を省略して、上記シール部（４）のモールド成形にて、上記アウターケース（２）とシールエレメント（７）とインナーケース（３）と上記シール部（４）とを一体構造としたことを特徴とする回転軸シール。
4. 上記アウターケース（２）の円筒部（８）の内周面と、上記インナーケース（３）の円筒部（10）の外周面との間に、上記シール部（４）のモールド成形の際に浸入して形成されたゴム層（13）が介在して上記アウターケース（２）とインナーケース（３）が一体化している請求項３記載の回転軸シール。
5. 上記アウターケース（２）は円筒部（８）と低圧側内フランジ部（９）とを有する断面略Ｌ字形であり、上記インナーケース（３）は円筒部（10）と低圧側内フランジ部（11）とを有する断面略Ｌ字形であり、上記シールエレメント（７）を上記両内フランジ部 (９)(11) にて挾着保持すると共に、上記アウターケース（２）とインナーケース（３）が一体化している請求項３記載の回転軸シール。
6. カーエアコン用コンプレッサに使用される請求項１，２，３又は５記載の回転軸シール。
7. 金属製アウターケース（２）と、金属製インナーケース（３）と、シールエレメント（７）を、該アウターケース（２）とインナーケース（３）にて上記シールエレメント（７）を挾着状として、金型のキャビティ内に装入し、次に、流動化したゴム材料を上記キャビティ内に充填して、固化させ、シール部（４）をモールド成形すると同時に、上記アウターケース（２）とインナーケース（３）とシールエレメント（７）とを一体化することを特徴とする回転軸シールの製法。

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