JP2009024541A

JP2009024541A - 軸シール

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Publication number: JP2009024541A
Application number: JP2007186817A
Authority: JP
Inventors: Jiro Iizuka; 二郎飯塚; Takashi Fukumuro; 貴士福室
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US20100201079A1; WO2009011274A1; CN101688526A; EP2175136A1; EP2175136A4

Abstract

【課題】開放型圧縮機または流体装置における軸シールの耐熱性、耐摩耗性を向上でき、優れた耐久性を発揮可能な軸シールであって、とくに、高温、高圧条件下において駆動される二酸化炭素冷媒を使用する圧縮機に好適な軸シールを提供する。
【解決手段】外部動力源により駆動される開放型圧縮機または流体装置における軸の外面に摺接し装置外部に対し装置内部をシールする軸シールにおいて、前記軸シールのうち少なくとも前記摺接部を、融点が１５０〜３００℃の範囲にある物質が添加され均一に分散された材料から構成したことを特徴とする軸シール。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば圧縮機ハウジング内部を外部に対してシールする軸シールに関し、とくに二酸化炭素冷媒を使用する圧縮機に用いて好適な軸シールに関する。

従来から、軸の外面に摺接し、外部（たとえば、大気側）に対して圧縮機ハウジングの内部をシールする軸シールはよく知られている。このような軸シールの摺接部は、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴムの中の一種）等のエラストマ、あるいは合成樹脂（たとえば、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、四フッ化エチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、液晶ポリマ、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等）で構成されている。とくに四フッ化エチレン樹脂（以下単に、ＰＴＦＥと言うこともある。）は無潤滑シール材料の主成分として使用されているものであり、耐熱性、耐薬品性に優れた熱可塑性樹脂であり、温度による性質の変化が少なく極低温から２６０℃の高温に至るまで耐えるとされており一般的によく使われている。

しかし、二酸化炭素冷媒を使用する圧縮機においては、摺接部の温度は回転速度の影響を受けるが、高速条件下では２００℃を超え、潤滑が不足した場合には２５０〜３００℃に至ることもある。また、上記圧縮機が可変容量型斜板式圧縮機である場合には、クランク室内の圧力は３〜４．５ＭＰａと高圧になり摺接面の面圧が上昇する。このため、二酸化炭素冷媒を使用する圧縮機において、上記従来の一般的な樹脂やゴム材料を用いて軸シールの摺接部を構成すると耐熱性、耐摩耗性が満足できなくなるおそれがある。また、荷重による変形（クリープ）が大きいので、高荷重下または高温下においては使用できないおそれがある。なお、ＰＴＦＥの耐摩耗性を改善すべくＰＴＦＥに各種の添加物、たとえばガラス繊維、ガラスビーズ、炭素繊維、グラファイト、二硫化モリブデン、青銅、黄銅、酸化鉛、モリブデン等の無機添加物、あるいは芳香族ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、芳香族ポリアミド等の有機添加物を添加した提案もなされているが（たとえば、特許文献１）、軸シールへの適用に関するものは未だ存在しない。また、軸シールのリップ状部材の放熱を促進する提案もなされているが（たとえば、特許文献２）、該提案においては最も過酷な条件で使用される摺接部からの放熱が不十分になるおそれがある。
特許第３４６６２５５号公報実公平７−２３６５４号公報

そこで本発明の課題は、開放型圧縮機または流体装置における軸シールの耐熱性、耐摩耗性を向上でき、優れた耐久性を発揮可能な軸シールであって、とくに、高温、高圧条件下において駆動される二酸化炭素冷媒を使用する圧縮機に好適な軸シールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る軸シールは、外部動力源により駆動される開放型圧縮機または流体装置における軸の外面に摺接し装置外部に対し装置内部をシールする軸シールにおいて、前記軸シールのうち少なくとも前記摺接部を、融点が１５０〜３００℃の範囲にある物質が添加され均一に分散された材料から構成したことを特徴とするものからなる。このような構成においては、軸の回転に伴い軸の表面と摺接部との間に油膜が形成されない箇所が発生すると該部分における摺接部の発熱量が増大するが、摺接部には融点が１５０〜３００℃の範囲にある物質が添加されているので、摺接部の温度が１５０℃を超えた場合には添加物が融解し融解熱により摺接部の異常過熱を確実に防止できる。また、添加物として熱伝導率の高い物質を採用すれば摺接部から効果よく放熱することが可能となるので、一層耐熱性を向上できる。さらに、後述のような物質を添加物とすれば、軸の表面上への転移膜の形成が促進されるので、摺接部の耐摩耗性を向上できる。

上記摺接部を構成する材料は、シリコンカーバイト、グラファイト、水素化ニトリルゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリアミドのいずれかを主要構成材料とし、添加物質としては、錫またはビスマス、または錫およびビスマスを含むものを使用できる。

上記摺接部は、リップ状可撓性部材から構成することができる。

摺接部としてのリップ状可撓性部材は、その装置（たとえば、開放型圧縮機、流体装置）の外部側（たとえば、大気側）で、該リップ状可撓性部材よりも熱伝導率の高い支持板に接触し支持されていることが好ましい。このような構成によれば、摺接部（リップ状可撓性部材）から外部側への放熱をより促進することができるので、摺接部の過熱のおそれを確実に解消することができる。したがって、支持板は、熱伝導率の高い材料、たとえばアルミニウム合金または銅合金から形成されることが好ましい。

本発明においては、摺接部から支持板さらに外部側に効率よく放熱させることが重要である。このため、たとえば支持板の外周が軸シール外周ケースにより覆われる構成においては、支持板と軸シール外周ケースとの密着面の軸方向の幅をある程度確保する必要がある。該幅は支持板の板厚以上に設定されることが好ましい。

また、軸シール外周ケースから外部側に効率よく放熱させるためには、該軸シール外周ケースの一端部が装置外部に露出されていることが好ましい。

軸シール外周ケースは装置ハウジングに挿入固定可能に構成されることが好ましい。

本発明に係る軸シールは、各分野における軸シールとして適用可能であるが、開放型圧縮機または流体装置の軸シールとして好適であり。とくに、摺接部の温度が定常的に２００℃を超える二酸化炭素冷媒を使用する圧縮機（たとえば、可変容量型斜板式圧縮機）の軸シールに好適である。

本発明に係る軸シールによれば、摺接部は融点が１５０〜３００℃の範囲にある物質が添加され均一に分散された材料から構成されているので、摺接部の耐熱性、耐摩耗性を向上でき、優れた耐久性を発揮可能な軸シールを実現できる。

以下に、本発明に係る軸シールの望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施態様に係る軸シールが適用された可変容量型斜板式圧縮機を示している。図１において、１は可変容量型斜板式圧縮機を示しており、本実施態様における圧縮機１は冷媒として二酸化炭素を使用する二酸化炭素冷媒用の圧縮機に構成されている。圧縮機１は、周方向に複数のシリンダボア２が穿設されたシリンダブロック３を有している。シリンダブロック３の一端にはフロントハウジング４が設けられており、他端には弁板６を介してシリンダヘッド５が設けられている。シリンダブロック３とフロントハウジング４に区画されるクランク室７内には駆動軸８が延設されている。駆動軸８には円板状の斜板９が一体回転可能に設けられている。斜板９は、駆動軸８に固着されたロータ１０に、連結部１１、ピボットピン１２を介して傾角可変可能に接合されている。

駆動軸８の一端は、フロントハウジングの外側に突出したボス部１３内に貫通されている。ボス部１３の周囲にはベアリング１４を介して電磁クラッチ１５が設けられている。また、駆動軸８の他端は、ベアリング１７を介してシリンダブロック３に支持されている。

駆動軸８とボス部１３との間には軸シール１６が設けられており、該軸シール１６によりクランク室７内（つまり、装置の内部）が外部側（大気側）に対しシールされるようになっている。

上記シリンダボア２内には、ピストン１８が往復動自在に挿入されている。ピストン１８の一端はシュー１９を介して斜板９に連結されている。

シリンダヘッド５内は、吸入室２０と吐出室２１とに区画されている。シリンダボア２と吸入室２０とは吸入孔２２を介して連通されており、該吸入孔２２は吸入弁２３により開閉されるようになっている。また、シリンダボア２と吐出室２１とは吐出孔２４を介して連通されており、該吐出孔２４は吐出弁２５により開閉されるようになっている。吐出弁２５の吐出室２１内への開度はリテーナ２６により規制されるようになっている。

吸入ポート２７から吸入室２０内に吸入された二酸化炭素冷媒は、吸入孔２２を介してシリンダボア２内に流入される。そして、ピストンの往復動に伴い圧縮された二酸化炭素冷媒が吐出孔２４を介して吐出室２１内に吐出されるようになっている。

上記軸シール１６は、図２に示すように駆動軸８の外面に摺接する内圧側リップシール２８と大気側リップシール２９とを有している。摺接部としてのリップシール２８、２９はともにリップ状可撓性部材からなっている。リップシール２８は、固定部２８ｂと駆動軸８の外面に摺接される可動部２８ａとを有している。一方、リップシール２９は、固定部２９ｂと駆動軸８の外面に摺接される可動部２９ａとを有している。

リップシール２８、２９は、シリコンカーバイト、グラファイト、水素化ニトリルゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリアミドのいずれかを主要構成材料とし、該主要構成材料に添加物質として、１５０〜３００℃の範囲に融点を有する添加物（錫またはビスマス、または錫およびビスマス）を添加し均一に分散されたた材料から構成されている。なお、本実施態様においては、リップシール２８、２９の全体が上記のような複合材料から構成されているが、少なくとも可動部８ａ、２９ａを上記のような複合材料から構成すれば本発明の作用、効果を奏することができる。

リップシール２８は、外部側（図２の左側）において支持板３０に接触し支持されている。また、リップシール２９の可動部２９ａは駆動軸８の外面に摺接可能に構成されており、該リップシール２９は外部側において支持板３１に接触し支持されている。本実施態様における支持板３０、３１は、リップシール２８、２９を構成する材料よりも高熱伝導率の材料（たとえば、アルミニウム合金、銅合金）からなっている。

支持板３０、３１の外周は、円筒状の軸シール外周ケース３２により覆われている。軸シール外周ケース３２はボス部１３内に挿入固定されている。軸シール外周ケース３２の外部側にはスナップリング３３が設けられている。また、軸シール外周ケース３２の一端部３２ａは圧縮機１の外部に露出されている。

軸シール外周ケース３２は金属（たとえば、鉄）からなっている。また、軸シール外周ケース３２と支持板３０、３１との密着面の軸方向（図２の左右方向）の幅は、支持板３０、３１の板厚以上に設定されている。

図１に示す圧縮機においては、リップシール２８、２９の可動部２８ａ、２９ａの温度は高速条件下では２００℃を超え、潤滑が不足した場合には２５０〜３００℃に至ることもある。また、圧縮機１は可変容量型斜板式圧縮機であるため、クランク室７内の圧力は３〜４．５ＭＰａと高圧になり摺接部２８ａ、２９ａの面圧が上昇する。このため、リップシール２８、２９、とくに摺接部２８ａ、２９ａに優れた耐熱性、耐摩耗性が要求されることになる。

しかし、本実施態様においては、リップシール２８、２９を構成する材料には融点が１５０〜３００℃の範囲にある物質が添加されているので、リップシール２８、２９の可動部２８ａ、２９ａの温度が１５０℃を超えた場合には添加物が融解し融解熱によりリップシール２８、２９の異常過熱を確実に防止できる。また、添加物としては、錫等の熱伝導率の高い物質が採用されておりリップシール２８、２９から効果よく放熱することが可能となるので、一層耐熱性を向上できる。さらに、添加剤に錫等を使用することにより駆動軸８の表面上への転移膜の形成が促進されるので、可動部２８ａ、２９ａの耐摩耗性を向上できる。

また、リップシール２８、２９は装置の外部側で、該リップシール２８、２９よりも熱伝導率の高い支持板３０、３１に接触し支持されているので、リップシール２８、２９から外部側への放熱をより促進することができる。したがって、リップシール２８、２９の過熱のおそれを確実に解消することができる。

また、本発明においては、支持板３０、３１と軸シール外周ケース３２との密着面の軸方向の幅は、支持板３０、３１の板厚以上に設定されているので、リップシール２８、２９から支持板３０、３１さらに軸シール外周ケース３２に効率よく熱伝導させることができる。さらに、軸シール外周ケース３２の一端部３２ａは圧縮機１の外部に露出されているので、一端部３２ａから大気側へ効率的に放熱することができる

本発明の一実施態様に係る軸シールが適用された圧縮機の縦断面図である。本発明の一実施態様に係る軸シールの拡大縦断面図である。

符号の説明

１可変容量型斜板式圧縮機
２シリンダボア
３シリンダブロック
４フロントハウジング
５シリンダヘッド
６弁板
７クランク室
８駆動軸
９斜板
１０ロータ
１１連結部
１２ピボットピン
１３ボス部
１４ベアリング
１５電磁クラッチ
１６軸シール
１７ベアリング
１８ピストン
１９シュー
２０吸入室
２１吐出室
２２吸入孔
２３吸入弁
２４吐出孔
２５吐出弁
２６リテーナ
２７吸入ポート
２８内圧側リップシール
２８ａ、２９ａ可動部
２８ｂ、２８ｂ固定部
２９大気側リップシール
３０、３１支持板
３２軸シール外周ケース
３３スナップリング

Claims

外部動力源により駆動される開放型圧縮機または流体装置における軸の外面に摺接し装置外部に対し装置内部をシールする軸シールにおいて、前記軸シールのうち少なくとも前記摺接部を、融点が１５０〜３００℃の範囲にある物質が添加され均一に分散された材料から構成したことを特徴とする軸シール。
前記摺接部を構成する材料が、シリコンカーバイト、グラファイト、水素化ニトリルゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリアミドのいずれかを主要構成材料とし、前記添加物質として錫またはビスマス、または錫およびビスマスを含む物質からなる、請求項１に記載の軸シール。
前記摺接部がリップ状可撓性部材からなる、請求項１または２に記載の軸シール。
前記リップ状可撓性部材は、その装置外部側で、該リップ状可撓性部材よりも熱伝導率の高い支持板に接触し支持されている、請求項３に記載の軸シール。
前記支持板がアルミニウム合金または銅合金からなる、請求項４に記載の軸シール。
前記支持板と、該支持板の外周を覆う軸シール外周ケースとの密着面の軸方向における幅が、支持板の板厚以上に設定されている、請求項４または５に記載の軸シール。
前記軸シール外周ケースが金属から形成されており、該軸シール外周ケースの一端部が装置外部に露出されている、請求項６に記載の軸シール。
前記軸シール外周ケースが装置ハウジングに挿入固定されている、請求項６または７に記載の軸シール。
二酸化炭素冷媒を使用する圧縮機の軸シールとして用いられる、請求項１〜８のいずれかに記載の軸シール。