JP3708577B2 - 回転軸シール - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は回転軸シールに関する。
【0002】
【従来の技術】
カーエアコン用コンプレッサにおいて、従来、図4に示すような回転軸シールが使用されている。即ち、ガス状、又はガスが油等に溶解した状態の冷媒が、図4の左側に存在し、この冷媒が、第1シールエレメント31と第2シールエレメント32にて密封される。第1シールエレメント31は水素化ニトリルゴム(以下HNBRという)等から成り、折曲板材製第1金具33に焼付又は接着等にて一体化され、ハウジング34のシール嵌着孔部34aに嵌着される外周密封層部35と、回転軸36の外周面に接触するシールリップ部37と、第1金具33の内鍔部33aを冷媒収納室(図4の左側)から被覆する内鍔被覆層部38と、第2シールエレメント圧着層部39とを、有する。
【0003】
ところで、図4、及び、その要部拡大図を示す図3の(イ)に於て、従来の第1金具33の内鍔部33aと、(孔部34aに対応する)孔嵌着部33bとが交わるコーナー部33cの曲率半径R0 ───コーナー部33cの外面にて計測すると定義する───が1mm未満と小さく、さらに、第1金具33のコーナー部33cを被覆する(第1シールエレメント31の)コーナー部31cは角張った形状であって、コーナー部31cの肉厚寸法が他の部位よりも大であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようなコーナー部33c,31cを有する従来の回転軸シールでは、図3の(イ)に破線と矢印で示すように、ブリスターによる亀裂Yが発生し、(図4に示した)ハウジング孔部34aに密着する外周密封層部35の密封性能が低下して、冷媒の漏洩を生ずることがある。
【0005】
即ち、第1シールエレメント31のゴム材質が、HNBRである場合に、ゴム中に拡散浸透した冷媒が、急激な温度上昇や圧力変動に伴って膨張し、ゴムに亀裂を生ずる現象を、ブリスターと言うが、このブリスターによる亀裂Yが、肉厚寸法の大きいコーナー部31cの内部にて発生し、図3の(イ)に示すように、起点Zから矢印と破線で示すように進行してゆく。言い換えると、第1金具33のコーナー部33c近傍を発生起点Zとして、矢印のようにゴム表面───外周密封層部35の外周面───に至る。
【0006】
従来の回転軸シールでは、第1金具33のコーナー部33cの曲率半径R0 が小さいため、ゴムと金具33の接着が(フラット部に比べて)難しく、このコーナー部33c近傍からブリスターによる亀裂が発生しやすく、かつ、第1シールエレメント31のコーナー部31cの肉厚寸法が大であるため、一旦発生した冷媒の膨張の逃げ場が無くて、図3の(イ)のように亀裂が進行していったと考えられる。
【0007】
本発明は、耐ブリスター性に優れた回転軸シールを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸の外周面に接触するシールリップ部を有すると共に冷媒収納室側に配設されるゴム弾性体から成る第1シールエレメントと、上記回転軸の外周面に接触するシール面部を有すると共に低圧側に配設される第2シールエレメントと、上記第1・第2シールエレメントの形状を保持する折曲板材製金具とを、備えた冷媒密封用の回転軸シールに於て、上記金具のコーナー部を上記冷媒収納室側から被覆状に一体化した上記第1シールエレメントのコーナー部は直線勾配にて面取りされ、該直線勾配によって最小の肉厚寸法が形成され、上記直線勾配によって形成された該肉厚寸法が、他の部位の肉厚寸法よりも小に設定されている。
【0009】
また、回転軸の外周面に接触するシールリップ部を有すると共に冷媒収納室側に配設されるゴム弾性体から成る第1シールエレメントと、上記回転軸の外周面に接触するシール面部を有すると共に低圧側に配設される第2シールエレメントと、上記第1・第2シールエレメントの形状を保持する折曲板材製金具とを、備えた冷媒密封用の回転軸シールに於て、上記金具のコーナー部を上記冷媒収納室側から被覆状に一体化した上記第1シールエレメントのコーナー部は切削又は研削により直線勾配にて面取りされ、該直線勾配によって最小の肉厚寸法が形成され、上記直線勾配によって形成された該肉厚寸法が、他の部位の肉厚寸法よりも小に設定されている。
【0010】
また、回転軸の軸心を含む平面にて切断した断面で見て、金具のコーナー部が、シール嵌着孔部の内面と平行な孔嵌着部と、上記軸心と直交する方向の内鍔部との交わる位置に配設され、かつ、第1シールエレメントのコーナー部が、上記金具の孔嵌着部と上記シール嵌着孔部の内面との間に介装される外周密封層部と、上記金具の内鍔部を冷媒収納室側から被覆する内鍔被覆外壁部との交わる位置に配設されている。
【0011】
また、第1シールエレメントのコーナー部の肉厚寸法が、0.2mm を越えかつ1.5mm 未満である。好ましくは、第1シールエレメントのコーナー部の肉厚寸法が、0.3mm 以上かつ1.0mm 以下である。
【0012】
また、金具のコーナー部の曲率半径が、1mm以上かつ4mm以下である。好ましくは、金具のコーナー部の曲率半径が、1.2mm 以上かつ1.8mm 以下である。そして、この回転軸シールは、カーエアコンのコンプレッサー用として使用される。
【0013】
【作用】
第1・第2シールエレメントのシールリップ部とシール面部によって、静止時及び回転時の密封が行なわれる。そして、第1シールエレメントのコーナー部の肉厚寸法が、他の部位の肉厚寸法よりも小さく設定されているので、第1シールエレメントのゴム中に一旦浸透した冷媒が、(温度上昇や圧力変動によって)膨張しようとすると速やかに拡散しつつ外部───冷媒室側───へ放出される。従って、ゴムの亀裂を生じない。特に、金具のコーナー部では、第1シールエレメントのコーナー部との接着力が小さく、冷媒の急激な膨張にて亀裂が発生しやすいが、この箇所の肉厚寸法を特に小さくしたことにより、亀裂の発生と進行を、有効に防止できる。
【0014】
(請求項3によれば、)従来、ブリスターの発生しやすかった外周密封層部の亀裂及びその進行を防止できる。
【0015】
(請求項4によれば、)第1シールエレメントのコーナー部の強度が維持でき、かつ、第1シールエレメントのゴム中に一旦浸透した冷媒が、迅速に外部───冷媒室側───へ拡散・放出される。(請求項5によれば、)第1シールエレメントのコーナー部の強度が十分であって、かつ、冷媒の外部への拡散・放出が迅速に行なわれて、亀裂を一層有効に防止される。
【0016】
(請求項6又は7によれば、)金具のコーナー部の曲率半径が大きいため、第1シールエレメントのゴムとの接着力がコーナー部で低下することを比較的防止できる。他方、上記曲率半径が余り大きくなり過ぎるとシールとしての外形寸法が大きくなったり曲げ加工が難しくなったりするが、(請求項6又は7では)適正な範囲に設定されていて、問題がない。また、(請求項8によれば、)ブリスターが発生しやすい冷媒を使用しているカー エアコンのコンプレッサーには特に好ましい。
【0017】
【実施例】
以下、図示の実施例に基き本発明を詳説する。
【0018】
図1は本発明に係る回転軸シールの装着状態を示す断面図であり、図2は3の回転軸シールの装着前の状態(自由状態)の要部拡大断面図である。この回転軸シールは、例えばカーエアコンのコンプレッサーに使用されるものであって、ハウジング1のシール嵌着孔部2と、回転軸3との間に、装着され、回転する回転軸3の外周面4に摺接して、冷媒収納室R内のフロンガス等の冷媒Fを密封する。
【0019】
この回転軸シールは、第1保持金具6と、該保持金具6に接着───焼付や融着等を含む───されて形状が保持されるゴム弾性体から成る第1シールエレメント7と、該保持金具6の低圧側Aに固着される第2保持金具8と、該第2保持金具8と第1シールエレメント7との間に挾持される(四ふっ化エチレン樹脂等のふっ素系樹脂等の)合成樹脂から成る第2シールエレメント9と、を備えている。
【0020】
即ち、第1シールエレメント7は、水素化ニトリルゴム(HNBR)等から成り、回転軸3の外周面4に接触するシールリップ部10を有し、冷媒収納室R側に配設される。第2シールエレメント9は回転軸3の外周面4に接触するシール面部16を有し、回転軸3を挿入する前の状態(自由状態)では、図2のように断面くの字状、又は、(図示省略した)円環平板状であり、(図1に示した)装着状態では、第2シールエレメント9の内周縁が冷媒収納室R側へ向いた断面L字形となり、回転軸3に対して所定幅の円環帯状に接触する。
【0021】
金具6,8は折曲板材製であって、第1保持金具6は図例では、シール嵌着孔部2の内面2aと平行な孔嵌着部14と、該孔嵌着部14の(冷媒収納室R側の)端部に連設された(軸心と直交する方向の)内鍔部6aと、該孔嵌着部14の他の端部に連設された小内鍔部6bと、から成り、その孔嵌着部14と内鍔部6aとの交わる位置に相当するコーナー部24は、第1シールエレメント7のコーナー部25にて、冷媒収納室R側から被覆されている。
【0022】
しかして、第1シールエレメント7の上記コーナー部25は直線勾配にて面取りされ、その肉厚寸法Tは、他の部位の肉厚寸法よりも小に設定される。
【0023】
第1シールエレメント7についてさらに詳しく説明すると、金具6の孔嵌着部14と孔部2の内面2aの間に介装される外周密封層部11と、金具6の内鍔部6aを外と内から被覆する直交方向の内鍔被覆外壁部12・内壁部26と、シールリップ部10と、から成り、コーナー部25は、外周密封層部11と外壁部12を連結する部位であって、冷媒収納室R側から金具6のコーナー部24を被覆している。
【0024】
シールリップ部10は、円筒部と先細じょうご状部とから成り、断面形状は略くの字形で、先端縁部が回転軸3の外周面4に略線接触状に接触するように尖鋭状内周突条部13が形成される。
【0025】
また、外周密封層部11の外周面には、複数本の独立した外周突条15…が(山形に)形成される。好ましくは、第1シールエレメント7のシールリップ部10はモールド成形のままで仕上とする。そして、直線面取り状のコーナー部25の外面勾配部27もモールド成形のままで仕上げても良いが、場合によっては、切削又は研削によって仕上げる。
【0026】
ところで、第2シールエレメント9の外周側半分は、第1シールエレメント7の内壁部26と、第2保持金具8の内鍔部8aとの間に挾着保持される。また、第2シールエレメント9の内周側半分は、その製造時には平板素材に同心円の切込み溝H…を切込み形成し、シール面部16にこの切込み溝H…が配設される。若しくは、この切込み溝Hを螺旋溝とするも好ましい。なお、18は止め輪を示す。
【0027】
次に、図3は従来例と本発明実施例とを共に示した説明図であるが、図3の(イ)のように従来の金具33のコーナー部33cの曲率半径R0 ───外面にて計測するものとする───が1mm未満と小さく、かつ、それを被覆するゴム弾性体のコーナー部31cは角張って必然的に肉厚が増大して1.5mm 以上の肉厚となっていた。これを、本発明では、図3の(ロ)中の実線及び図3の(ハ)で示すように、金具6のコーナー部24の曲率半径R1 を、1mm以上かつ4mm以下、特に好ましいのは1.2mm 以上かつ1.8mm 以下に、設定すると共に、それを被覆する第1シールエレメント7のコーナー部25の肉厚寸法Tを、0.2mm を越えかつ1.5mm 未満、特に好ましいのは0.3mm 以上かつ1.0mm 以下に、設定する。
【0028】
金具6のコーナー部24の曲率半径R1 が、上記下限値よりも小さいと第1シールエレメント7のゴムとの接着力がコーナー部24,25に於て著しく小さくなり、亀裂Yの起点Z(図3の(イ)参照)となる虞があるためで、また、上記上限値よりも大きいと不必要にシール全体の寸法が大きくなり、かつ、製作も難しくなる。
【0029】
また、第1シールエレメント7のコーナー部25の肉厚寸法Tが、上記下限値よりも小さいと、機械的強度が著しく低減して、破壊・破損の心配が生じ、逆に、上記上限値よりも大きいと、一旦ゴムの中部へ拡散・浸透した冷媒が、急激な温度上昇や圧力変動によって膨張したとき、迅速に外部(冷媒収納室R側)へ拡散・放出されにくくなり、亀裂を生ずる虞が高まる。
【0030】
次の表1は、本発明の実施品1,2と、従来品1,2とを比較した試験結果である。
【0031】
【表1】
【0032】
なお、ブリスター試験条件は、冷媒としてフロン 134aを使用し、室温で70時間浸漬後、150 ℃のオーブンに投入して急速に加熱して、ブリスターの発生の有無とその発生個数を調べた。各試料は5個づつとした。上記表1から明らかなように、第1シールエレメント7,31のコーナー部25,31cの肉厚寸法Tが、前述した範囲にあれば、ブリスター発生を防止する効果が大きいことが分かる。
【0033】
なお、本発明は上述の実施例に限定されず、その設計変更は自由であって、例えば、コーナー部25の面取りを十分大きなアール状としたり、折れ線状にすることも可能である。また、第1シールエレメント7と第2シールエレメント9の形状や枚数の増加、及び金具6,8の形状や個数の増減は、自由である。
【0034】
【発明の効果】
本発明は上述の構成により次のような著大な効果を奏する。
【0035】
(1) 弾性ゴム体のコーナー部25の肉厚寸法Tが小さいため、一旦、ゴム内部に浸透した冷媒の膨張を、速やかに外部(冷媒収納室R側)へ拡散・放出して、弾性ゴム体のブリスターによる亀裂の進行を防止できる。
【0036】
(2) 特に、シール嵌着孔部2の内面2aに密着する外周密封層部11の亀裂とそれに伴う冷媒の漏洩を確実に防止できる。
【0037】
(3) (従来品と比較しても、)製作が困難ではないにもかかわらず、ブリスター防止の効果が著しい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す装着状態の断面図である。
【図2】未装着状態の拡大断面図である。
【図3】本発明を従来例と共に示した説明図である。
【図4】従来例の断面図である。
【符号の説明】
3 回転軸
4 外周面
6 金具
6a 内鍔部
7 第1シールエレメント
9 第2シールエレメント
10 シールリップ部
11 外周密封層部
12 内鍔被覆外壁部
14 孔嵌着部
16 シール面部
24 コーナー部
25 コーナー部
R 冷媒収納室
R1 曲率半径
T 肉厚寸法
A 低圧側
Y 亀裂
Claims (8)
- 回転軸の外周面に接触するシールリップ部を有すると共に冷媒収納室側に配設されるゴム弾性体から成る第1シールエレメントと、上記回転軸の外周面に接触するシール面部を有すると共に低圧側に配設される第2シールエレメントと、上記第1・第2シールエレメントの形状を保持する折曲板材製金具とを、備えた冷媒密封用の回転軸シールに於て、上記金具のコーナー部を上記冷媒収納室側から被覆状に一体化した上記第1シールエレメントのコーナー部は直線勾配にて面取りされ、該直線勾配によって最小の肉厚寸法Tが形成され、上記直線勾配によって形成された該肉厚寸法Tが、他の部位の肉厚寸法よりも小に設定されていることを特徴とする回転軸シール。
- 回転軸の外周面に接触するシールリップ部を有すると共に冷媒収納室側に配設されるゴム弾性体から成る第1シールエレメントと、上記回転軸の外周面に接触するシール面部を有すると共に低圧側に配設される第2シールエレメントと、上記第1・第2シールエレメントの形状を保持する折曲板材製金具とを、備えた冷媒密封用の回転軸シールに於て、上記金具のコーナー部を上記冷媒収納室側から被覆状に一体化した上記第1シールエレメントのコーナー部は切削又は研削により直線勾配にて面取りされ、該直線勾配によって最小の肉厚寸法Tが形成され、上記直線勾配によって形成された該肉厚寸法Tが、他の部位の肉厚寸法よりも小に設定されていることを特徴とする回転軸シール。
- 回転軸の軸心を含む平面にて切断した断面で見て、金具のコーナー部が、シール嵌着孔部の内面と平行な孔嵌着部と、上記軸心と直交する方向の内鍔部との交わる位置に配設され、かつ、第1シールエレメントのコーナー部が、上記金具の孔嵌着部と上記シール嵌着孔部の内面との間に介装される外周密封層部と、上記金具の内鍔部を冷媒収納室側から被覆する内鍔被覆外壁部との交わる位置に配設されている請求項1又は2記載の回転軸シール。
- 第1シールエレメントのコーナー部の肉厚寸法Tが、0.2mm を越えかつ1.5mm 未満である請求項1,2又は3記載の回転軸シール。
- 第1シールエレメントのコーナー部の肉厚寸法Tが、0.3mm 以上かつ1.0mm 以下である請求項1,2又は3記載の回転軸シール。
- 金具のコーナー部の曲率半径R1 が、1mm以上かつ4mm以下である請求項1,2,3,4又は5記載の回転軸シール。
- 金具のコーナー部の曲率半径R1 が、1.2mm 以上かつ1.8mm 以下である請求項1,2,3,4又は5記載の回転軸シール。
- カーエアコンのコンプレッサー用として使用される請求項1〜7のいずれかに記載の回転軸シール。
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