JP4958445B2 - 圧縮機のメカニカルシール装置 - Google Patents

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本発明は、車両用空調装置等に使用される圧縮機のメカニカルシール装置に関する。
車両用空調装置等においては、流体（例えば、冷媒）を圧縮する圧縮機が用いられる。この圧縮機には、圧縮機内部の高圧側と圧縮機外部の低圧側（例えば、大気圧側）との間をシールするために、圧縮機の軸（駆動軸）周りにメカニカルシール装置が設置されている。このメカニカルシール装置は、一般に、相対的に摺接される回転側摺動環と固定側摺動環とを備え、回転側摺動環と固定側摺動環とを互いに密接させてシール面を構成し、該シール面の両側に位置する高圧側と低圧側との間をシールするようにしたものである。
例えば図３に示すように（例えば、特許文献１）、従来のメカニカルシール装置２０は、圧縮機の軸２１とともに回転される回転側摺動環２２と、圧縮機のハウジング２３（例えば、フロントハウジング）側に静置された状態で固定された固定側摺動環２４とを備えている。両摺動環２２、２４は、例えばスプリング２５により回転側摺動環２２を固定側摺動環２４側に付勢することにより互いに密接され、両摺動環２２、２４間に両摺動環２２、２４が相対的に摺接されるシール面２６が形成される。図示例では、回転側摺動環２２から突設された円環状の摺動突起部２７が固定側摺動環２４に摺接されるようになっている。このシール面２６により、その両側の圧縮機内部の高圧側部分２８と外部の低圧側部分２９との間がシールされるようになっている。このメカニカルシール装置２０においては、回転側摺動環２２と軸２１との間にシール材としてＯリング３０が設けられてこの間がシールされ、固定側摺動環２４とハウジング２３との間にシール材としてＯリング３１が設けられてこの間がシールされている。
特開２００１−３１７６３７号公報
しかしながら、上記のような従来構造では、摺動発熱の影響を直に受けるメカニカルシール装置の摺動環に用いられているシール材に、耐熱性がそれほど高くないＯリング３０、３１が用いられているため、シールの信頼性を損なうおそれがある。とくに、被圧縮流体として二酸化炭素冷媒を使用する場合には、上記シール面２６の両側の圧縮機内部の高圧側部分２８と外部の低圧側部分２９（大気圧部分）との間の差圧が３ＭＰａ以上にもなることがあり、十分なシール性が得られないおそれがある。
そこで本発明の課題は、このような問題点に着目し、圧縮機内外の差圧が高くなる場合にも十分に優れたシール性を発揮可能な、圧縮機のメカニカルシール装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮機のメカニカルシール装置は、圧縮機の軸側に取り付けられる回転側摺動環と圧縮機のハウジング側に取り付けられる固定側摺動環とが互いに密接されてシール面を構成し、該シール面の両側の高圧側と低圧側との間をシールする圧縮機のメカニカルシール装置であって、前記回転側摺動環と前記軸との間もしくは前記固定側摺動環と前記ハウジングとの間の少なくとも一方に、円筒状に形成された金属筒の内外周にゴム部材からなる弾性材が被覆されたシール材が設けられ、前記金属筒が前記弾性材中に埋設されていることを特徴とするものからなる。
このメカニカルシール装置においては、上記シール材として、上記円筒状に形成された金属筒が、上記ゴム部材からなる弾性材中に埋設されている構造とする。
また、上記回転側摺動環および該回転側摺動環と上記軸との間に設けられた上記シール材が、上記固定側摺動環方向に付勢されている構造とすることが好ましい。この構造には、例えば図３に示したようなスプリングによる付勢構造を採用できる。
この本発明に係る圧縮機のメカニカルシール装置は、メカニカルシール装置内外の圧力差が大きい場合、例えば、圧縮機で圧縮される流体が二酸化炭素からなる場合にとくに有効なものである。
このような本発明に係る圧縮機のメカニカルシール装置においては、耐熱性に優れた金属筒を用い、その金属筒の内外周をゴム部材からなる弾性材で被覆したシール材を、回転側摺動環と軸との間もしくは固定側摺動環とハウジングとの間の少なくとも一方に設けるようにしたので、これらのシール部において、従来のＯリングに比べ、はるかに高い耐熱性、ひいては、はるかに高いシール性が得られる。
このように、本発明に係る圧縮機のメカニカルシール装置によれば、メカニカルシール装置部における流体漏れ低減性能を向上することができ、大きな圧力差がある場合にあっても、メカニカルシール装置の信頼性を向上することができる。また、従来のメカニカルシール装置部の構造を大幅に変更することなく本発明を容易に適用できるので、優れたシール性を達成しつつ、良好な生産性を維持することも可能となる。
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圧縮機のメカニカルシール装置を示しており、とくに二酸化炭素ガスを冷媒とする車両用空調装置用圧縮機の軸封装置として用いられる場合について示している。図１において、１はメカニカルシール装置を示しており、メカニカルシール装置１は、圧縮機の軸２とともに回転される回転側摺動環３と、圧縮機のハウジング４（本実施態様では、フロントハウジング）側に静置された状態で固定された固定側摺動環５とを備えている。両摺動環３、５は、例えばスプリング６により回転側摺動環３を固定側摺動環５側に付勢することにより互いに密接され、両摺動環３、５間に両摺動環３、５が相対的に摺接されるシール面７が形成される。回転側摺動環３は自己潤滑性を有するカーボン摺動材からなるものであって、円周方向に連続した摺動突起８で固定側摺動環５と摺接され、固定側摺動環５には上記カーボン摺動材よりも硬質のセラミック等の摺動材が用いられている。このシール面７により、その両側の圧縮機内部の高圧側部分９と外部の低圧側部分１０（大気圧部分）との間がシールされるようになっている。
このメカニカルシール装置１においては、回転側摺動環３と軸２との間には、金属筒１１が弾性材１２で被覆されたシール材１３が設けられてこの間がシールされ、固定側摺動環５とハウジング４との間にも、金属筒１４が弾性材１５で被覆されたシール材１６が設けられてこの間がシールされている。本実施態様では、金属筒が弾性材で被覆されたシール材として、シール材１３、１６の両方が設けられているが、いずれか一方だけでもシール性向上の効果は得られる。とくに、回転側摺動環３と軸２との間に設けられるシール材１３による効果が高いと考えられる。
上記シール材１３、１６の詳細構造を、図３（Ａ）、（Ｂ）に例示する。図３に例示したシール材１３（１６）では、円筒状に形成された金属筒１１（１４）の内外周にゴム部材からなる弾性材１２（１５）が被覆されている。換言すれば、ゴム部材からなる弾性材１２（１５）中に、円筒状に形成された金属筒１１（１４）が埋設されてシール材１３（１６）が構成されている。
このようなメカニカルシール装置１においては、シール面７の外周側に達する圧縮機内空間部（高圧側部分９）は、潤滑油を含む二酸化炭素冷媒ガス雰囲気中であり、シール面７の内周側に達する大気側空間部（低圧側部分１０）における大気圧との差圧ΔＰは、３ＭＰａ以上にもなることがある。しかしこのような大きな差圧が生じる場合にあっても、回転側摺動環３と軸２との間、および、固定側摺動環５とハウジング４との間においては、耐熱性の高い金属筒が弾性材で被覆されたシール材１３、１６によってシールされているので、摺動発熱等によってシール材１３、１６の性能が低下することが抑制され、優れたシール性能が維持される。
また、基本的に、従来Ｏリングが設置されていたスペースに上記シール材１３、１６を設置できるので、大幅な構造の変更を伴うことなく、本発明のメカニカルシール装置を適用できる。したがって、良好な生産性はそのまま維持される。
本発明に係るメカニカルシール装置は、基本的にあらゆる圧縮機に適用可能であり、とくに、二酸化炭素冷媒を使用する場合のように、メカニカルシール装置内外の圧力差が大きい場合に好適なものである。
本発明の一実施態様に係る圧縮機のメカニカルシール装置部分の縦断面図である。 図１のメカニカルシール装置におけるシール材の横断面図（Ａ）および透視斜視図（Ｂ）である。 従来の圧縮機のメカニカルシール装置部分の縦断面図である。
符号の説明
１ メカニカルシール装置
２ 圧縮機の軸
３ 回転側摺動環
４ 圧縮機のハウジング（フロントハウジング）
５ 固定側摺動環
６ スプリング
７ シール面
８ 摺動突起
９ 高圧側部分
１０ 低圧側部分（大気圧部分）
１１、１４ 金属筒
１２、１５ 弾性材
１３、１６ シール材

Claims (3)

  1. 圧縮機の軸側に取り付けられる回転側摺動環と圧縮機のハウジング側に取り付けられる固定側摺動環とが互いに密接されてシール面を構成し、該シール面の両側の高圧側と低圧側との間をシールする圧縮機のメカニカルシール装置であって、前記回転側摺動環と前記軸との間もしくは前記固定側摺動環と前記ハウジングとの間の少なくとも一方に、円筒状に形成された金属筒の内外周にゴム部材からなる弾性材が被覆されたシール材が設けられ、前記金属筒が前記弾性材中に埋設されていることを特徴とする圧縮機のメカニカルシール装置。
  2. 前記回転側摺動環および該回転側摺動環と前記軸との間に設けられた前記シール材が、前記固定側摺動環方向に付勢されている、請求項１に記載の圧縮機のメカニカルシール装置。
  3. 圧縮機で圧縮される流体が二酸化炭素からなる、請求項１または２に記載の圧縮機のメカニカルシール装置。
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