JP2010144820A - Sealing structure and compressor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シール構造およびそれを用いた圧縮機に関し、とくに、冷媒使用系およびその冷媒圧縮用の圧縮機に用いて好適なシール構造に関する。 The present invention relates to a seal structure and a compressor using the same, and more particularly to a seal structure suitable for use in a refrigerant use system and a compressor for compressing the refrigerant.
冷媒や潤滑油などをシール対象物質とするシール構造は、例えば冷凍回路の各部、とくに圧縮機内に設けられる。車両用空調装置に用いられる圧縮機として、例えば、多気筒ピストン式圧縮機が知られている。この多気筒ピストン式圧縮機は、複数のシリンダが備えられたシリンダブロックを有しており、各シリンダは中心軸の周囲に配列されている。各シリンダにはピストンが往復動自在に嵌入されており、シリンダヘッド内に形成された吸入室から導入された冷媒をシリンダ内で圧縮し吐出室へ吐出するように構成されている。吸入および吐出の動作は、例えば、シリンダブロックとシリンダヘッド間に介装された弁板に設けられた吸入弁および吐出弁により制御される。弁板とシリンダブロックとの間には板状のガスケットが介装され、隣接シリンダ間、および各シリンダと中心軸との間における冷媒漏れが防止されている。 A seal structure that uses a refrigerant, lubricating oil, or the like as a material to be sealed is provided, for example, in each part of the refrigeration circuit, particularly in the compressor. As a compressor used for a vehicle air conditioner, for example, a multi-cylinder piston compressor is known. This multi-cylinder piston type compressor has a cylinder block provided with a plurality of cylinders, and each cylinder is arranged around a central axis. A piston is fitted into each cylinder so as to be able to reciprocate. The refrigerant introduced from a suction chamber formed in the cylinder head is compressed in the cylinder and discharged to the discharge chamber. The suction and discharge operations are controlled by, for example, a suction valve and a discharge valve provided on a valve plate interposed between the cylinder block and the cylinder head. A plate-like gasket is interposed between the valve plate and the cylinder block to prevent refrigerant leakage between adjacent cylinders and between each cylinder and the central shaft.
しかしながら、シリンダとシリンダとの間、およびシリンダと中心軸との間は、ガスケットとの接触面積を大きくとることが難しく、他の部分(例えば、シリンダの圧縮機径方向外周側部位)と比較して十分なシール性能を確保することが困難である場合が多い。また、上述の弁板、ガスケット、シリンダブロックは通常、シリンダヘッドとともに通しボルトにより締結固定されるが、ボルト締結部は構造上の制約から各シリンダよりも外径側の位置に設けられることが多く、ボルト締結部に大きな軸力が負荷された場合でも、より内径側に位置するシリンダ間部位、およびシリンダと中心軸との間の部位に十分なシール面圧を付与することが難しい。シリンダとシリンダとの間、あるいはシリンダと中心軸との間に微少な冷媒漏れが生じると、圧縮性能の低下を生じるおそれがある。したがって、このような高いシール性能の確保が比較的困難な部位に対しても、容易に効率よく確実にシールすることが可能なシール構造の実現が望まれる。
そこで本発明の課題は、上記のような要望を満たすために、冷媒や潤滑油などのシール対象物質媒体をより容易にかつ効率よく確実にシール可能なシール構造と、そのシール構造を用いた圧縮機を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to satisfy the above-described demands by providing a seal structure capable of easily and efficiently sealing a target material medium such as a refrigerant or lubricating oil, and a compression using the seal structure. Is to provide a machine.
上記課題を解決するために、本発明に係るシール構造は、シール対象物質に対しシール必要部位に設けられ、金属基板と該金属基板の表面に被着された弾性膜を有するシール部材を2つの筐体の座面部間に挟圧したシール構造であって、前記シール部材の少なくとも片面の最表層として、前記弾性膜の硬度よりも低い硬度を有する軟質弾性材層を設けたことを特徴とするものからなる。なお、本発明におけるシール対象物質とは、媒体(とくに、冷媒など)や潤滑油(例えば、ポリアルキレングリコール(PAG)やポリオールエステル(POE)など)、鉱油(例えば、ガソリンやエンジンオイルなど)等を意味するものとする。 In order to solve the above-described problems, a sealing structure according to the present invention includes two sealing members that are provided at a site where sealing is required for a substance to be sealed, and have a metal substrate and an elastic film deposited on the surface of the metal substrate. A sealing structure sandwiched between seating surface portions of a housing, wherein a soft elastic material layer having a hardness lower than that of the elastic film is provided as an outermost layer on at least one surface of the sealing member. Consists of things. In addition, the substance to be sealed in the present invention is a medium (particularly, a refrigerant), a lubricating oil (for example, polyalkylene glycol (PAG) or polyol ester (POE)), a mineral oil (for example, gasoline, engine oil, etc.), etc. Means.
このようなシール構造においては、シール部材挟圧時に、シール部材の最表層を形成している軟質弾性材層が、極めて良好な自身の弾性変形性能を利用して筐体の座面部の外面形状に沿った形状へと変形するため、軟質弾性材層の表面と筐体座面部の表面との間の極めて良好な密着性が得られ、この間が良好にシールされる。また、挟圧時に高い面圧を付与することが難しい部位においても、軟質弾性材層が筐体の座面部に対して良好に密着した状態とされるため、微小隙間の発生が防止され、シール対象物質に対する密閉シール性が確実に確保される。 In such a seal structure, the soft elastic material layer forming the outermost layer of the seal member at the time of clamping of the seal member uses the excellent elastic deformation performance of the outer surface of the seat surface portion of the housing. Therefore, a very good adhesion between the surface of the soft elastic material layer and the surface of the housing seat surface is obtained, and the space between them is well sealed. In addition, even in a region where it is difficult to apply a high surface pressure during clamping, the soft elastic material layer is in good contact with the seat surface portion of the housing, preventing the occurrence of minute gaps and sealing. A hermetic seal against the target substance is ensured.
本発明においては、軟質弾性材層はシール部材の少なくとも片面の最表層として設けられればよく、具体的には各種の形態を採り得る。例えば、軟質弾性材層が、上記金属基板の片面上に直接被着されているシール構造を採ることができる。この場合、金属基板の他面側には、上記弾性膜が被着している構造とすることができる。 In the present invention, the soft elastic material layer may be provided as the outermost layer on at least one side of the sealing member, and specifically, various forms can be taken. For example, it is possible to adopt a seal structure in which the soft elastic material layer is directly attached on one side of the metal substrate. In this case, the elastic film can be applied to the other surface side of the metal substrate.
あるいは、上記軟質弾性材層が、上記金属基板上に被着された上記弾性膜上に被着されているシール構造を採ることができる。この場合、金属基板の両面に弾性膜が被着されており、一方の弾性膜上に上記軟質弾性材層が被着されているシール構造、両方の弾性膜上に上記軟質弾性材層が被着されているシール構造の両構造とも採り得る。 Alternatively, it is possible to adopt a seal structure in which the soft elastic material layer is deposited on the elastic film deposited on the metal substrate. In this case, an elastic film is applied to both surfaces of the metal substrate, and the soft elastic material layer is applied to one elastic film, and the soft elastic material layer is applied to both elastic films. Both structures of the seal structure being worn can be taken.
さらに、上記軟質弾性材層自体が、互いに異なる層からなる複層構造を有しているシール構造も採ることができる。すなわち、本発明で言う軟質弾性材層が、本発明で言う弾性膜の硬度よりも低い硬度を有する複数の軟質弾性材層からなる構造である。このような複層構造を採用すれば、例えば、より表層側の軟質弾性材層にはよりシール特性に優れた層を配置し、より内層側の軟質弾性材層にはその内側に位置する層との接合性を重視した層を配置するなど、シール構造全体としてより好ましい形態の採用が可能となる。 Furthermore, a sealing structure in which the soft elastic material layer itself has a multilayer structure composed of different layers can be employed. That is, the soft elastic material layer referred to in the present invention has a structure composed of a plurality of soft elastic material layers having hardness lower than the hardness of the elastic film referred to in the present invention. If such a multi-layer structure is adopted, for example, a layer having a better sealing property is disposed on the soft elastic material layer on the surface layer side, and a layer located on the inner side is provided on the soft elastic material layer on the inner layer side. It is possible to adopt a more preferable form as the entire seal structure, for example, by arranging a layer that places importance on the bondability with the sealant.
本発明に係る軟質弾性材層の材質は、とくに限定されないが、ゴム、エラストマー、樹脂のいずれかの材料からなることが好ましい。ゴムは弾力性、弾性復元性能に優れているので、高いシール性能が求められる部位や、繰り返し使用されるシール部等に好適である。また、ゴムの中でも耐熱性にすぐれたものを選択すれば、高温においても優れた密閉性を維持できる。エラストマーは成形が比較的容易であり、弾力性、弾性復元性能の付与の他、例えば高温での加圧により塑性変形も可能であるため、相手部材の表面形状に沿わせて変形させ、その変形状態に維持してもよい部位等に好適である。樹脂の場合には、その種類は所定の硬度を実現可能であればとくに限定されず、目的に応じて様々な樹脂を選択可能である。例えば、ポリウレタン樹脂、中でも発泡ポリウレタン樹脂は軽量で柔軟性に優れているため、軽量で密着性に優れたシール部材とするのに好適である。このような樹脂は単一の種類の樹脂材料からなっていてもよいし、複合材料やポリマーアロイであってもよい。 The material of the soft elastic material layer according to the present invention is not particularly limited, but is preferably made of any material of rubber, elastomer, and resin. Since rubber is excellent in elasticity and elastic restoring performance, it is suitable for a portion where high sealing performance is required, a seal portion that is used repeatedly, and the like. Further, if a rubber having excellent heat resistance is selected, excellent sealing performance can be maintained even at high temperatures. Elastomers are relatively easy to mold, and in addition to imparting elasticity and elastic restoring performance, plastic deformation is also possible, for example, by applying pressure at high temperatures. It is suitable for a portion that may be maintained in a state. In the case of a resin, the type is not particularly limited as long as a predetermined hardness can be realized, and various resins can be selected according to the purpose. For example, polyurethane resin, especially polyurethane foam resin, is lightweight and excellent in flexibility, and therefore is suitable for a sealing member that is lightweight and excellent in adhesion. Such a resin may be made of a single type of resin material, or may be a composite material or a polymer alloy.
上記軟質弾性材層は、多孔質材で形成することも可能である。多孔質材を用いることにより、より軽量で加工性にも優れたシール部材を低コストで実現することが可能となる。このような多孔質材の構造はとくに限定されず、多孔質構造を形成する内部気泡形態としては、連続気泡構造または独立気泡構造のいずれであってもよい。一般に、連続気泡構造を有する多孔質材には、優れた柔軟性を付与しやすく、筐体の座面部が複雑な形状を有する場合であっても良好な密着性を発揮し、優れた密閉性を確保することが可能になる。また、独立気泡構造を有する多孔質材は、例えば優れた断熱性を付与しやすく、比較的高温で使用されるシール部材として好適である。 The soft elastic material layer can also be formed of a porous material. By using a porous material, it is possible to realize a sealing member that is lighter in weight and excellent in workability at a low cost. The structure of such a porous material is not particularly limited, and the internal cell form forming the porous structure may be either an open cell structure or a closed cell structure. In general, porous materials having an open-cell structure are easy to impart excellent flexibility, exhibit good adhesion even when the seating surface of the housing has a complicated shape, and excellent sealing properties Can be secured. Moreover, the porous material which has a closed cell structure is easy to provide the outstanding heat insulation, for example, and is suitable as a sealing member used at comparatively high temperature.
上述の如く軟質弾性材層が多孔質材から形成される場合、多孔質材の気孔には、物質が内包されていてもよい。この場合、軟質弾性材層に特定の性能(例えば、耐熱性など)を付与するために、その特性付与に適した物質を意図的に内包させることもできるし、多孔質構造を形成するために溶剤や発泡剤等を使用した場合には、その溶剤や発泡剤等が軟質弾性材層の目標性能に影響のない範囲で残存した内包形態とすることもできる。とくに後者の場合は、溶剤や発泡剤等を除去し切るのに高コストがかかる場合、適度な除去でコストダウンをはかることができる。意図的に気孔内に物質を内包させる場合には、前述の独立気泡構造が好ましい。 When the soft elastic material layer is formed of a porous material as described above, a substance may be included in the pores of the porous material. In this case, in order to give a specific performance (for example, heat resistance, etc.) to the soft elastic material layer, it is possible to intentionally enclose a substance suitable for giving the characteristics, or to form a porous structure. When a solvent, a foaming agent, etc. are used, it can also be set as the inclusion form which the solvent, the foaming agent, etc. remained in the range which does not affect the target performance of a soft elastic material layer. In particular, in the latter case, when it is expensive to completely remove the solvent and the foaming agent, the cost can be reduced by appropriate removal. When the substance is intentionally included in the pores, the above-mentioned closed cell structure is preferable.
また、上述の如く軟質弾性材層が多孔質材から形成される場合、軟質弾性材層の気孔率が、厚み方向に変化している構造とすることもできる。この場合、軟質弾性材層におけるシール面側部位の気孔率が、金属基板側部位の気孔率よりも高いことが好ましい。このように構成すれば、シール面側部位をよりシールに適した変形しやすい軟質なものとし、金属基板側部位については、それよりも内層との接合性や、軟質弾性材層全体の形態保持性を重視したものとすることができる。 Moreover, when the soft elastic material layer is formed of a porous material as described above, a structure in which the porosity of the soft elastic material layer is changed in the thickness direction can also be adopted. In this case, it is preferable that the porosity of the sealing surface side portion in the soft elastic material layer is higher than the porosity of the metal substrate side portion. If comprised in this way, the sealing surface side part will be more flexible and suitable for sealing, and the metal substrate side part will be more connectable to the inner layer and maintain the shape of the entire soft elastic material layer. It can be a thing that emphasizes sex.
また、同様の理由から、本発明における軟質弾性材層の硬度が、厚み方向に変化している形態も採り得る。 For the same reason, it is possible to adopt a form in which the hardness of the soft elastic material layer in the present invention changes in the thickness direction.
さらに、本発明においては、上記軟質弾性材層のシール対象物質に対する膨潤特性が、厚み方向に変化している形態も採り得る。すなわち、冷媒や潤滑油などのシール対象物質に対し、軟質弾性材層が膨潤特性を有する場合には、上記同様、その表層側(シール面側部位)のより望ましいシール性能を達成し、金属基板側部位のより望ましい接合性や形態保持性を達成するために、厚み方向に膨潤特性を変化させることができる。換言すれば、膨潤特性をシール部材全体の特性向上に利用するのである。したがって、この場合、軟質弾性材層におけるシール面側部位のシール対象物質に対する膨潤特性が、金属基板側部位のシール対象物質に対する膨潤特性よりも高いことが好ましい。このような構成の実現方法としては、例えば、単一の軟質弾性材層内においてシール対象物質に対する膨潤特性が厚み方向に変化している形態や、シール対象物質に対する膨潤特性の異なる複数の軟質弾性材層が積層された形態(つまり、前述の複層構造)が採用できる。 Furthermore, in the present invention, a form in which the swelling characteristic of the soft elastic material layer with respect to the sealing target substance is changed in the thickness direction may be employed. That is, when the soft elastic material layer has a swelling property with respect to a sealing target substance such as a refrigerant or a lubricating oil, as described above, a more desirable sealing performance on the surface layer side (seal surface side portion) is achieved, and the metal substrate In order to achieve more desirable bondability and shape retention of the side portion, the swelling characteristic can be changed in the thickness direction. In other words, the swelling characteristic is used for improving the characteristic of the entire sealing member. Therefore, in this case, it is preferable that the swelling characteristic with respect to the sealing target substance at the sealing surface side portion in the soft elastic material layer is higher than the swelling characteristic with respect to the sealing target substance at the metal substrate side portion. As a method for realizing such a configuration, for example, a form in which the swelling characteristic with respect to the sealing target substance is changed in the thickness direction in a single soft elastic material layer, or a plurality of soft elasticity having different swelling characteristics with respect to the sealing target substance. A form in which material layers are laminated (that is, the above-described multilayer structure) can be adopted.
このような本発明に係るシール構造は、とくに冷媒を使用する冷凍回路の少なくとも一部位に構成されていることが好ましい。この場合、循環される冷媒に対する優れたシール性能に加え、循環冷媒中には通常潤滑油も混在されるので、その潤滑油に対しても優れたシール性能が得られる。とくに、車両用空調装置に設けられた冷凍回路の少なくとも一部位に設けて好適なものである。 Such a seal structure according to the present invention is preferably configured at least partially in a refrigeration circuit using a refrigerant. In this case, in addition to the excellent sealing performance with respect to the circulated refrigerant, since the lubricating oil is usually mixed in the circulating refrigerant, an excellent sealing performance can be obtained with respect to the lubricating oil. In particular, it is suitable to be provided in at least a part of the refrigeration circuit provided in the vehicle air conditioner.
さらに本発明は、とくに、上記のような本発明に係るシール構造が、2つの筐体の座面部間に構成されている圧縮機についても提供する。圧縮機の圧縮効率を向上するためには、例えば前述の如く弁板設置部位のシリンダ間部位やシリンダと中心軸との間の部位に高いシール性を持たせることが望まれるが、このような部位に上記本発明に係るシール構造を採用することにより、望ましい性能の圧縮機の実現が可能となる。 Furthermore, the present invention also provides a compressor in which the above-described seal structure according to the present invention is configured between the seating surface portions of two housings. In order to improve the compression efficiency of the compressor, for example, as described above, it is desired to provide a high sealing property between the cylinder part of the valve plate installation part and the part between the cylinder and the central shaft. By adopting the above-described seal structure according to the present invention at the site, a compressor with desirable performance can be realized.
このように、本発明に係るシール構造によれば、最表層として配置した軟質弾性材層の弾性変形により軟質弾性材層が筐体の座面部に対して良好に密着した状態とできるため、挟圧時に高い面圧を付与することが難しい部位においても、シール対象物質に対する優れた密閉性を安定して確保することができる。そして、このシール構造を採用した圧縮機は、高い圧縮効率等の望ましい性能を発揮することが可能になる。 As described above, according to the seal structure according to the present invention, the soft elastic material layer can be in good contact with the seating surface portion of the housing by elastic deformation of the soft elastic material layer arranged as the outermost layer. Even in a region where it is difficult to apply a high surface pressure at the time of pressure, it is possible to stably ensure an excellent sealing property against a substance to be sealed. And the compressor which employ | adopted this seal structure can exhibit desirable performance, such as high compression efficiency.
以下に、本発明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シール構造におけるシール部材の概略断面を示している。図1において、シール部材1は金属基板2を有しており、金属基板2の一方の面には従来構造におけるのと同等の弾性膜3が、金属基板2の他方の面には弾性膜3よりも低い硬度を有する軟質弾性材層4が、それぞれ、例えば貼着(接着や融着)により被着されている。したがって、軟質弾性材層4はシール部材1の片面の最表層を形成している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic cross section of a seal member in a seal structure according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the seal member 1 has a metal substrate 2, an elastic film 3 equivalent to that in the conventional structure is formed on one surface of the metal substrate 2, and an elastic film 3 is formed on the other surface of the metal substrate 2. Each of the soft elastic material layers 4 having a lower hardness is adhered by, for example, adhesion (adhesion or fusion). Therefore, the soft elastic material layer 4 forms the outermost layer on one side of the seal member 1.
軟質弾性材層4の高い弾性変形性能により、軟質弾性材層4が相手部材としての筐体の座面部(図示略)に対して良好に密着され、シール対象物質(冷媒や潤滑油)に対する優れた密閉性が良好に確保される。 Due to the high elastic deformation performance of the soft elastic material layer 4, the soft elastic material layer 4 is well adhered to the seating surface portion (not shown) of the casing as the counterpart member, and is excellent for a sealing target substance (refrigerant or lubricating oil). Good sealing performance is ensured.
図2は、本発明の別の実施態様に係るシール構造におけるシール部材の概略断面を示している。図2において、シール部材11は金属基板12を有しており、金属基板12の一方の面には弾性膜13が貼着され、金属基板2の他方の面には、弾性膜14が貼着されている。そして、一方の弾性膜14上に、弾性膜13、弾性膜14よりも低い硬度を有する軟質弾性材層15が被着されている。したがって、この態様においても、軟質弾性材層15はシール部材11の片面の最表層を形成している。
FIG. 2 shows a schematic cross section of a seal member in a seal structure according to another embodiment of the present invention. In FIG. 2, the
この実施態様においても、軟質弾性材層15の高い弾性変形性能により、軟質弾性材層15が相手部材としての筐体の座面部(図示略)に対して良好に密着され、シール対象物質(冷媒や潤滑油)に対する優れた密閉性が良好に確保される。 Also in this embodiment, due to the high elastic deformation performance of the soft elastic material layer 15, the soft elastic material layer 15 is well adhered to the seating surface portion (not shown) of the casing as the counterpart member, and the sealing target substance (refrigerant) Excellent sealing performance against oil and lubricating oil).
上記軟質弾性材層4、15は、シール部材1、11の両面の最表層として配置されてもよい。また、前述の如く、軟質弾性材層4、15自体が複層構造に構成されてもよい。また、軟質弾性材層4、15は、例えば、多孔質材から形成でき、その多孔質材は連続気泡構造、独立気泡構造のいずれに構成されていてもよい。軟質弾性材層4、15の気孔率が厚み方向に変化していてもよく、硬度が厚み方向に変化していてもよく、膨潤特性が厚み方向に変化していてもよい。さらに、前述の如く、軟質弾性材層4、15の具体的な材質も各種の材質を採用可能である。
The soft elastic material layers 4 and 15 may be arranged as outermost layers on both surfaces of the
このような軟質弾性材層4、15を備えたシール部材1、11は、とくに圧縮機の内部シールに用いて好適なものである。例えば図3は、上記のようなシール構造を適用した圧縮機のシリンダブロック21の座面部を示している。シリンダブロック21は、シリンダ22、中心軸としてのシャフトまたはシャフト設置部23、締結用の通しボルトを挿通するボルト挿通用孔24を備えている。筐体としての、シリンダブロック21の座面部上には、弁板(図示略)が配置され、弁板とシリンダブロック21の座面部間にガスケットが介在されてこの部分がシールされる。このガスケットとして、上述のような軟質弾性材層4、15を備えたシール部材1、11が用いられる。
The
このようなシール部材1、11を配置したシール構造により、隣接シリンダ22間、シリンダ22と中心軸23間が、高いシール性能をもって良好にシールされ、冷媒の高いシール性能が達成されて、優れた圧縮効率が達成される。また、潤滑油に対しても高いシール性能が達成されるので、目標とする良好な潤滑性能が確保される。
With such a sealing structure in which the
本発明に係るシール構造は、冷媒や潤滑油の高いシール性能が求められるあらゆる部位に適用でき、とくに圧縮機の内部シールに用いて好適なものである。 The seal structure according to the present invention can be applied to any part that requires high sealing performance of refrigerant or lubricating oil, and is particularly suitable for use as an internal seal of a compressor.
1、11 シール部材
2、12 金属基板
3、13、14 弾性膜
4、15 軟質弾性材層
21 シリンダブロック
22 シリンダ
23 中心軸としてのシャフトまたはシャフト設置部
24 ボルト挿通用孔
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