JP2009002429A - シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】温暖化係数の低いフロン冷媒を使用しても硬化することなく劣化し難いシール部材によるシール構造を提供する。
【解決手段】フロン冷媒が流通するシリンダブロック２とリアハウジング６の結合部分にシール部材５１を配置したシール構造であって、シール部材５１は、ショア硬度が６５〜８０であるフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムからなる。また、シール部材５１は、フッ素系ゴム又はシリコン系ゴム１００重量部に対して５０〜１８０重量部のカーボンが含有されてなるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、フロン冷媒を使用したときのシール部材の劣化防止技術に関する。

現在、自動車の空気調和装置に使用されている冷媒（例えば１３４ａ等のＨＦＣ：ハイドロ・フロロ・カーボン）は、地球環境保全の観点から温暖化の影響が指摘されている。これを受けて、各冷媒メーカは、温暖化係数が低く、地球温暖化の影響が少ない新たな冷媒の開発を進めている。

このような状況の中でコンプレッサーに使用されるシール部材（Ｏリング）として、例えばＮＢＲ（ニトリルゴム）系ゴム材料が、その新たな冷媒に使用できると言われている（例えば、特許文献１、２などに記載）。
特開２００２−１４６３４２号公報 特開２００３−２０７０５１号公報

しかしながら、温暖化係数の低いフロン冷媒を使用してＮＢＲ系ゴム材料の熱安定性試験を行ったところ、ＮＢＲ系ゴム材料は冷媒に接触すると非常に硬くなり劣化することが判った。従来のＨＦＣ１３４ａ冷媒を使用した場合に比べて、この温暖化係数の低い冷媒を使用した場合には、ＮＢＲ系ゴム材料は初期状態から約１．５倍も硬化してしまう。

そこで、本発明は、かかる実状に鑑みてなされたもので、温暖化係数の低いフロン冷媒を使用しても硬化することなく劣化し難いシール部材によ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に、請求項１の発明は、フロン冷媒が流通する第１の部材と第２の部材の結合部分にシール部材を配置したシール構造であって、前記シール部材は、ショア硬度が６５〜８０であるフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムからなることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のシール構造であって、前記シール部材は、フッ素系ゴム又はシリコン系ゴム１００重量部に対して５０〜１８０重量部のカーボンが含有されてな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に記載のシール構造であって、前記フロン冷媒は、温暖化係数が５０以下であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、ショア硬度が６５〜８０であるフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムからなるシール部材を使用するので、フロン冷媒に接しても硬化し難く劣化せずに長期間に亘り良好なシール性能を持続する。

請求項２の発明では、フッ素系ゴム又はシリコン系ゴム１００重量部に対して５０〜１８０重量部のカーボンが含有されているので、シール部材としての強度が高まる。

請求項３に記載の発明によれば、温暖化係数が５０以下である低い温暖化係数とされたフロン冷媒を使用しても、シール部材が硬化せず劣化することがない。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２は本発明のシール構造を圧縮機に適用した例を示し、図１は圧縮機の断面図、図２はシール構造の拡大断面図である。

圧縮機Ａは、例えば自動車などの車両用空気調和装置の冷却システムに適用される。この圧縮機Ａでは、地球環境保全の観点から温暖化係数が低いフロン冷媒を使用する。現行の圧縮機Ａで使用されるＨＦＣ１３４ａ冷媒の温暖化係数は、１３００程度であるが、本実施の形態で使用するフロン冷媒の温暖化係数は、現行のフロン冷媒に対して極めて低いため、温暖化の影響が少ないものである。

圧縮機Ａによって断熱圧縮された高温高圧のフロン冷媒は、図示を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構成されている。ここでシリンダブロック２は、本発明の第１の部材に相当し、リアハウジング６は、本発明の第２の部材に相当する。

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内でフロン冷媒が断熱圧縮される。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いる。一方、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いる。ジャーナル１４（斜板１５）の揺動角度は、前記長孔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、冷媒ガスであるフロン冷媒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、シリンダブロック２に形成されたシール用溝５０内にシール部材であるＯリング５１が嵌合配置されている。かかるＯリング５１がシール用溝５０内に配置されることによって、前記シリンダブロック２と前記リアハウジング６間を軸シールする。

前記Ｏリング５１は、フロン冷媒の透過を防止するゴム素材からなる。現行の圧縮機では、ＨＦＣ１３４ａ冷媒が使用されると共にそのシール部材にはＮＢＲ系ゴムからなるＯリングが使用されて来たが、今後は、地球環境保全の観点から現行のＨＦＣ１３４ａ冷媒より温暖化係数が極めて低い５０以下のフロン冷媒が使用される。

この温暖化係数が低いフロン冷媒を用いると、これまで圧縮機Ａで使用されて来たＮＢＲ系ゴムからなるＯリングでは、冷媒に接すると硬化し劣化してしまう。これを防止するため、本実施の形態では、ショア硬度が６５〜８０であるフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムからなるＯリング５１を使用する。

ショア硬度を６５〜８０としたフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムからなるＯリング５１を使用すれば、温暖化係数の低いフロン冷媒を使用した場合でも硬化し難くなり劣化が抑制される。ショア硬度が６５未満であると、Ｏリング５１の強度が弱く、引きちぎれる現象が発生し、ショア硬度が８０を超えると、隙間漏れを防ぐことができなくなる。そのため、温暖化係数５０以下のフロン冷媒に適したＯリング５１としては、前記した範囲のショア硬度を有したフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムが好ましい。

また、本実施の形態のＯリング５１では、フッ素系ゴムまたはシリコン系ゴム１００重両部に対して５０〜１８０の重量部のカーボンを含有させている。フッ素系ゴムまたはシリコン系ゴムにカーボンを含有させると、Ｏリング５１自体の強度が高くなり、耐久性が向上する。カーボン含有が５０重両部未満であると、充分な強度が確保できず、１８０重量部を超えると、脆くなりシール材として機能がない。

このように本実施の形態で使用するフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムは、１５０℃以上の高温環境下においてもシール部材として使用することができるが、ＮＢＲ系ゴムはその温度よりも低い１３０℃以下の環境下で使用される材料である点で相違する。

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のフロン冷媒がシリンダボア３内に吸入されるとともに、吸入されたフロン冷媒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、フロン冷媒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（１５０℃程度）となる。

このような高圧高温環境下のもとでＯリング５１が使用されることから、耐熱性にも優れ且つ硬度も適切とされたフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムでＯリング５１を形成することで、温暖化係数の低いフロン冷媒を使用したとしても硬化することなく劣化するのが防止される。これにより、シリンダブロック２とリアハウジング６間からフロン冷媒が外部に漏れることを前記Ｏリング５１により防止することができる。このＯリング５１によれば、長期間に亘ってフロン冷媒の外部漏れを有効に防止できる。

ここで実際に、ショア硬度が６５〜８０であるフッ素系ゴム又はシリコン系ゴム１０２を、図４で示すＯリングの熱安定性試験に使用した実験装置において、ステンレスからなる耐圧容器１００内に満たしたフロン冷媒１０１の中に浸漬させ、１７５℃恒温槽内で２週間放置させた実験（熱安定性試験）を行った。その結果を表１に示す。

表１の結果から判るように、１７５℃の下に２週間放置した場合、ゴム硬度変化（試験前の初期ゴム硬度７０に対する値）は、ＮＢＲ系ゴムでは＋３０、フッ素系ゴムでは＋２、シリコン系ゴムでは＋５という結果が得られた。つまり、従来のＮＢＲ系ゴムに比べてフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムの方が硬度にあまり変化がないという結果が得られた。

ここで、ＮＢＲ系ゴムの硬度はおよそ１００となり、ゴム本来の弾性がなくなり、劣化してシール性が無くなっているが、フッ素系ゴム及びシリコン系ゴムは硬度が１００まで達することなく、ゴム本来の弾性を有し、シール性も良好に保たれることが示されている。

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、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、例えば冷媒サイクルの冷媒経路の継ぎ手箇所等に本発明のシール構造を提供することもできる。

また、Ｏリング５１は、つなぎ目の無い環状のものでも良いが、図３（ａ）に示すように、環状の１箇所に切り欠き５１ａを形成しておけばシール用溝５０に嵌め込む作業が面倒にならない。切り欠き５１ａは、斜め方向に設定されているが、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、その隙間より冷媒が漏れない。

または、Ｏリング５１は、図３（ｂ）に示すように、切り欠き５１ｂを段差状に設定すれば、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、その隙間より冷媒が漏れない。

図１は圧縮機の断面図である。 図２はシール構造の拡大断面図である。 図３（ａ）はシール構造に使用されるＯリングの斜視図、図３（ｂ）はシール構造に使用される他の例のＯリングの斜視図である。 図４はＯリングの熱安定性試験に使用した実験装置の断面図である。

符号の説明

Ａ…圧縮機
２…シリンダブロック（第１の部材）
３…シリンダボア
６…リアハウジング（第２の部材）
５０…シール用溝
５１…Ｏリング

Claims (3)

1. フロン冷媒が流通する第１の部材（２）と第２の部材（６）の結合部分にシール部材（５１）を配置したシール構造であって、
   前記シール部材（５１）は、ショア硬度が６５〜８０であるフッ素系ゴム又はシリコン系ゴムからなる
   ことを特徴とするシール構造。
2. 請求項１に記載のシール構造であって、
   前記シール部材（５１）は、フッ素系ゴム又はシリコン系ゴム１００重量部に対して５０〜１８０重量部のカーボンが含有されてなる
   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に記載のシール構造であって、
   前記フロン冷媒は、温暖化係数が５０以下である
   ことを特徴とするシール構造。

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