KR100268317B1 - 압축기의 축 밀봉구조 - Google Patents

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다쿠야 오쿠노
에이지 도쿠나가
아츠유키 모리시타
켄 스이토우
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이시카와 타다시
가부시키가이샤 도요다지도숏키 세이사쿠쇼
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Abstract

회전축(16)을 밀봉하는 축 밀봉장치(21)는 합성고무제의 제 1 립링(54)과, 제 1 립링(54)에 대하여 압축기 외부측에 배치된 불소 수지제의 제 2 립링(56)을 구비한다. 자세 유지링(57)은 제 1 립링(54)과 제 2 립링(56) 사이에 개재되어, 립부(542)를 백업 지지한다. 따라서, 크랭크실(15)이 고압으로 되어도 립부(542)가 립부(60)를 회전축(16)에 대하여 과대한 압력으로 가압하지 않는다. 립부(60)의 과대한 발열과, 더 나아가서 제 1 립링(54)의 열적 열화를 방지할 수 있다.

Description

압축기의 축 밀봉구조
일본 특개평6-300142호 공보는 예컨대, 압축기에 내장되어 있는 그 회전축을 밀봉하는 축 밀봉 장치에 관해서 기재되어있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이 축 밀봉 장치는 고무제의 제 1 립링(91)과, 제 1 립링(91)에 대하여 압축기 외부측에 배치된 불소 수지제의 제 2 립링(92)을 구비하고 있다. 그리고, 제 1 립링(91) 및 제 2 립링(92)이 각각 립부(911, 921)를 회전축(93)의 외주면(931)에 접촉시킴으로써, 회전축(93)의 회전시 및 회전 정지시에 있어서 유체의 누설을 방지한다.
여기서, 상기 제 1 립링(91)의 립부(911)는 회전축(93)의 회전시에는 유체를 제 2 립링(92)측으로 누설시키도록 설정되어 있다. 이 립부(911)로부터 누설된 유체(주로 윤활유)가 립부(911, 921)를 윤활하여, 립부(911, 921)가 마모 열화하거나, 고온에 발열하여 열화하거나 하지 않고, 립부(911, 921)의 내구성을 높이고 있다.
상술된 바와 같이, 회전축(93)의 회전 정지시에 유체의 누설을 방지하고 게다가, 회전축(93)의 회전시에 유체를 누설시키도록 하기 위해서는 회전축(93)의 외주면(931)에 대한 립부(911)의 접촉 자세를 적합한 상태로 설정·유지하는 것이 중요하다. 상기 공보의 축 밀봉 장치는 제 2 립링(92)을 제 1 립링(91)에 대하여 밀착형태로 배치하여, 회전축(93)의 외주면(931)에 대한 립부(911)의 접촉 자세의 유지를, 제 2 립링(92)의 백업 지지에 의해 행해지고 있다.
그런데, 회전축(93)의 회전시에 압축기 내부의 압력이 높아지면, 이 고압력에 의해 가압된 제 1 립링(91)이 립부(921)를 회전축(93)에 대하여 과대한 힘으로 가압한다. 따라서, 립부(921)의 온도, 나아가서는 그 주위의 온도가 상승된다. 그 결과, 불소 수지와 비교하여 열에 약한 고무제의 립부(911)가 립부(921)의 발열을 받아 열화하게 되어 있었다.
본 발명의 목적은 제 1 립링의 립부의 열화를 억제하여 내구성이 뛰어난 압축기의 축 밀봉 구조를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 외부 구동원의 구동에 의해 회전축이 회전함으로써 압축 동작을 행하는 압축기에 있어서, 회전축을 밀봉함으로써 고압측인 압축기 내부에 존재하는 냉매나 윤활유 등의 유체가 저압측인 압축기 외부로 누설하는 것을 방지하는 축 밀봉 구조에 관한 것이다.
제1도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축 밀봉 장치를 적용한 클러치레스가변 용량형 압축기의 종단면도.
제2도는 제1도에서의 축 밀봉 장치 부근을 확대하여 도시한 도면.
제3도는 회전축을 삽입하기 전의 제 2 립링을 압축기 외부측에서 본 정면도.
제4a도는 제2도에의 돌조부를 확대하여 도시한 도면.
제4b도는 비교예의 축 밀봉 장치에 있어서 돌조부를 확대하여 도시한 단면도.
제4c도는 다른 비교예의 축 밀봉 장치에 있어서 돌조부를 확대하여 도시한 단면도.
제5도는 종축을 제 1 립링의 립부의 온도, 횡축을 회전축의 회전수로 하여, 본 실시예의 축 밀봉 장치의 효과를 일본 특개평 제6-300142호 공보의 축 밀봉 장치와 비교하여 도시한 그래프.
제6도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 축 밀봉 장치를 도시한 확대 단면도.
제7도는 일본 특개평제6-300142호 공보의 축 밀봉 장치를 도시한 확대 단면도.
본 발명에 따른 축 밀봉 구조는 제 1 립링과 제 2 립링 사이에 자세 유지 부재를 배치하고, 이 자세 유지부재에 의해 회전축의 외주면에 대한 제 1 립링의 립부의 접촉 자세를 백업 지지하고, 자세 유지부재는 회전축의 회전시에는 유체를 제 2 립링측으로 누설하도록, 회전축의 외주면에 대하여 제 1 립링의 립부의 접촉 자세를 설정하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 제 1 립링의립부의 접촉 자세의 유지를, 전용의 자세 유지부재에 의해 이루어지고 있다. 따라서, 크랭크실의 고압시에, 제 1 립링이 제 2 립링의 립부를 회전축의 외주면에 대하여 과대한 압력으로 가압하는 상황을 피할 수 있다. 그 결과, 제 2 립링의 립부에서의 과대한 발열을 방지할 수 있고, 이 발열을 받음으로써의 제 1 립링의 열적 열화(劣化)를 방지할 수 있다.
상기 제 1 립링의 립부의 선단부에는 내경 방향으로 돌출하는 뾰족한 형상의 돌조부가 형성되고, 제 1 립링의 립부는 돌조부의 앞끝 부분을 이용하여 회전축의 외주면에 환형 영역으로서 접촉되어 있고, 이 돌조부를 형성하는 압축기 내부측의 경사면이 회전축의 외주면에 대하여 이루는 각이, 같은 돌조부를 형성하는 압축기 외부측의 경사면이 회전축의 외주면에 대하여 이루는 각보다 작게 되도록, 회전축의 외주면에 대한 제 1 립링의 립부의 접촉 자세가 설정되어 있다. 따라서, 제 1 립링의 립부는 회전축의 회전 정지시에는 밀봉 성능을 충분히 발휘하며 게다가 회전축의 회전시에는 많은 유체를 누설되게 할 수 있다. 그 결과, 누설 유체에 의하여 제 1 립링 및 제 2 립링의 립부의 윤활 상태가 양호하게 되고, 이 립부의 마찰 열화 및 열적 열화의 방지 효과가 높아진다.
상기 자세 유지부재와 제 2 립링의 립부 간에는 공간이 확보되어 있다. 따라서, 크랭크실의 고압시에, 제 1 립링에 작용하는 하중이 자세 유지부재에 의해 지지되므로, 제 2 립링의 립부에 전달되지 않는다. 그 결과, 제 2 립링의 립부의 발열이 억제된다.
상기 제 2 립링의 립부와 회전축의 외주면과의 접촉 구간에는 회전축의 회전에 의해 작동하는 펌프 구조가 구축되고, 이 펌프 구조에 의해, 제 2 립링의 립부와 회전축의 외주면과의 접촉 구간에 존재하는 유체를 압축기 내부측으로 보내도록 구성되어 있다. 따라서, 제 2 립링의 립부의 밀봉 성능이 높아진다. 그 결과, 전술한 바와 같이, 회전축의 회전시에는 제 1 립링의 립부에서 유체가 누설되는 구성이라도, 축 밀봉구조 전체로서의 밀봉 성능의 저하는 없다.
상기 펌프 구조는 제 2 립링의 립부 혹은 회전축의 외주면의 적어도 한쪽에 새겨 만든 펌프홈을 구비하고, 이 펌프홈은 제 2 립링의 립부와 회전축의 외주면과의 접촉 구간에서, 압축기 내부측의 구간에만 형성되고, 압축기 외부측의 구간에는 형성되지 않았다. 즉, 펌프홈을 압축기 외부측으로 개방되지 않도록 형성하였다. 따라서, 예컨대, 회전축의 회전 정지시에 있어서, 펌프홈내에 잔류하는 유체가 압축기 외부로 유출되지 않는다. 그 결과, 회전축의 회전 정지시에 있어서의 축 밀봉 구조의 밀봉 성능이 향상된다.
상기 펌프 홈은 제 2 립링의 축선을 중심으로 한 나선형상을 이루고 있다. 따라서, 펌프 홈은 회전축의 회전에 의해 회전축의 외주면과의 사이에서 나선 펌프 작용을 발휘한다.
상기 압축기는 압축기 내부측으로서의 크랭크실과 실린더 보어가 구획되어, 크랭크 실에 수용된 캠 플레이트는 회전축과 일체로 회전 가능하고 또한 경사 이동 가능하게 삽입되며, 실린더 보어에는 피스톤이 왕복 운동가능하게 수용되고, 크랭크실의 압력을 변경함으로써, 크랭크실의 압력과 실린더 보어의 압력과의 피스톤을 통한 압력차를 변경하여, 그 차에 따라서 캠 플레이트의 경사각을 변경하고, 토출용량을 제어하도록 구성되어 있다. 따라서, 토출 용량을 작게 제어하기 위해서, 크랭크실의 압력이 높게 된다. 이와 같이, 조건적으로 엄밀한 압축기에 전술한 구성의 축 밀봉 구조를 적용하는 것은 그 효과를 발휘하는 데 특히 유효하게 된다.
상기 압축기는 캠 플레이트의 최소 경사각에 연동하여 외부 냉매 회로상의 냉매 순환을 저지하는 냉매 순환 저지 수단을 구비하며, 외부 구동원의 작동시에는 항상 회전축이 회전하도록 구성되어 있다. 따라서, 냉방 불필요시나 외부 냉매 회로의 증발기에 있어서 서리가 발생하는 경우 등에는 캠 플레이트의 경사각을 최소로하여, 냉매 순환 저지 수단에 의해 외부 냉매 회로상의 냉매 순환이 저지되며, 회전축의 회전이 정지하지 않는다. 이와 같이, 조건적으로 엄밀한 압축기에 전술한 구성의 축 밀봉 구조를 적용하는 것은 그 효과를 발휘하는 데 특히 유효하게 된다.
상기 압축기는 냉매 순환 저지 수단에 의한 외부 냉매 회로상의 냉매 순환 저지시에는 내부에 토출압 영역, 크랭크실, 흡입압 영역 및 실린더 보어를 경유하는 유체의 순환 통로가 형성되고, 이 순환 통로를 구성하여 크랭크실과 흡입압 영역을 접속하는 통로는 크랭크실에 대하여 제 1 립링 부근에서 개방되어 있다. 따라서, 제 1 립링의 립부에서 조건적으로 엄밀한 최소 경사각 운전시에는 크랭크실에서 제 1 립링 부근의 유체의 유통량이 많아진다. 그 결과, 제 1 립링 및 제 2 립링의 립부의 윤활에 필요한 양의 유체를 계속하여 누설할 수 있어, 이 립부의 윤활을 확실하게 행할 수 있다.
[제 1 실시예]
이하, 본 발명의 제 1 실시예를 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전방 하우징(11)은 실린더 블럭(12)의 앞끝 부분에 접합되어 있다. 후방 하우징(13)은 실린더 블럭(12)의 뒤끝 부분에 밸브 형성체(14)를 통해 접합 고정되어 있다. 크랭크실(15)은 전방 하우징(11)과 실린더 블럭(12)으로 둘러쌓여 구획되어 있다. 회전축(16)은 크랭크실(15)을 통과하도록, 전방 하우징(11)과 실린더 블럭(12) 사이에 회전 가능하게 가설 지지되어 있다. 회전축(16)의 일단부는 전방 하우징(11)의 앞벽을 통과하여 외부로 돌출되어 있다.
보스부(45)는 전방 하우징(11)의 앞 벽면에 돌출되어 있고, 회전축(16)의 돌출단부를 둘러싼다. 풀리(17)는 보스부(45)의 외주면에 앵귤러 베어링(18)을 통해 회전가능하게 지지되어 있다. 풀리(17)는 회전축(16)의 전방 하우징(11)으로부터의 돌출 단부에 연결되어 있고, 그 외측 가장자리부에 감겨진 벨트(19)를 통해 외부 구동원으로서의 차량 엔진(20)에, 고가이면서 또한 중량물이고, 더구나 온.오프 쇼크를 동반하는 전자 클러치 등의 클러치 기구를 통하지 않고 직접 연결되어 있다. 따라서, 회전축(16)은 차량 엔진(20)의 동작시에는 항상 회전 구동된다.
축 밀봉장치(21)는 회전축(16)의 돌출 단부의 외주면(161)과 보스부(45)의 내주면(451) 사이에 개재되어, 회전축(16)을 밀봉하고 있다. 이 축 밀봉 장치(21)의 구성에 관해서는 이후에 상술한다.
회전 지지체(22)는 크랭크실(15)에서 회전축(16)에 부착되어 있다. 캠 플레이트로서의 사판(23)은 회전축(16)에 대하여 그 축선 L 방향으로 슬라이드 이동 가능하며 또한 경사 이동 가능하게 지지되어 있다. 힌지 기구(24)는회전 지지체(22)와 사판(23) 사이에 개재되어 있다. 사판(23)은 힌지기구(22)에 의해, 회전축(16)의 축선 L 방향으로 경사 이동가능하며 또한 회전축(16)과 일체적으로 회전 가능하게 되어 있다. 사판(23)의 반경 중심부가 실린더 블럭(12)측으로 이동하면, 사판(23)의 경사각이 감소된다. 경사각 감소 스프링(26)은 회전지지체(22)와 사판(23) 사이에 개재되어 있다. 경사각 감소 스프링(26)은 사판(23)을 경사각의 감소방향으로 가압한다. 경사각 규제 돌출부(221)는 회전 지지체(22)의 후면에 형성되어, 사판(23)의 최대 경사각을 접촉 규제한다.
수용구멍(121)은 실린더 블럭(12)의 중심부에 설치되어 있다. 냉매 순환 저지 수단을 구성하는 차단체(28)는 통형상을 이루고, 수용구멍(121)에 슬라이드 가능하게 수용되어 있다. 흡입 통로 개방 스프링(29)은 수용구멍(121)의 끝면과 차단체(28) 사이에 개재되어, 차단체(28)를 사판(23)측으로 가압하고 있다.
상기 회전축(16)은 그 후단부로써 차단체(28)의 내부에 삽입되어 있다. 래디얼 베어링(30)은 회전축(16)의 후단부와 차단체(28)의 내주면 사이에 개재되고, 차단체(28)와 함께 회전축(16)에 대하여 축선 L 방향으로 활주이동이 가능하다.
흡입통로(131)는 후방 하우징(13) 및 밸브 형성체(14)의 중심부에 형성되어 있다. 흡입 통로(131)는 수용구멍(121)에 연결되어 있고, 그 밸브 형성체(14)의 전면에 나타나는 개구 주위에는 위치 결정면(141)이 형성되어 있다. 차단면(281)은 차단체(28)의 선단면에 형성되고, 차단체(28)의 이동에 의해 위치 결정면(141)에 접속 분리된다. 차단면(281)이 위치 결정면(141)에 접촉됨으로써, 양자 사이의 밀봉작용으로 흡입통로(131)와 수용구멍(l21)의 안쪽 공간과의 연결이 차단된다.
스러스트 베어링(35)은 사판(23)과 차단체(28) 사이에 개재되고, 회전축(16)상에 슬라이드 이동 가능하게 지지되어 있다. 스러스트 베어링(35)은 흡입 통로 개방 스프링(29)에 가압되어, 항상 사판(23)과 차단체(28) 사이에 끼워 지지되어 있다.
그리고, 사판(23)이 차단체(28)측으로 경사 이동함에 따라, 사판(23)의 경사 이동이 스러스트 베어링(35)을 통해 차단체(28)에 전달된다. 따라서, 차단체(28)가 흡입 통로 개방 스프링(29)의 가압력에 저항하여 위치 결정면(141)측으로 이동되고, 차단체(28)는 차단면(281)으로써 위치 결정면(141)에 접촉된다. 차단면(281)이 위치 결정면(141)에 접촉된 상태에서, 사판(23)의 그 이상의 경사 이동이 규제되어, 이 규제된 상태로써 사판(23)은 O°보다도 약간 큰 최소 경사각이 된다.
실린더 보어(122)는 실린더 블럭(12)에 관통하여 형성되고, 편두형의 피스톤(36)은 실린더 보어(122)에 수용되어 있다. 피스톤(36)은 슈(37)를 통해 사판(23)의 외주부에 계류되어 있고, 사판(23)의 회전 운동에 의해 실린더 보어(122)내에서 전후 왕복운동된다.
흡입압 영역인 흡입실(38) 및 토출압 영역인 토출실(39)은 후방 하우징(13)에 각각 구획되어 있다. 흡입 포트(142)와, 이 흡입 포트(142)를 개폐하는 흡입 밸브(143)와, 토출 포트(144)와, 이 토출 포트(144)를 개폐하는 토출 밸브(145)는 각각 밸브 형성체(14)에 형성되어 있다. 그리고, 흡입실(38)의 냉매 가스는 피스톤(36)의 왕복 동작에 의해 흡입 포트(142) 및 흡입 밸브(143)를 통해 실린더 보어(122)에 흡입된다. 실린더 보어(122)에 흡입된 냉매 가스는 피스톤(36)의 왕복 동작에 의해 소정의 압력에 이르기까지 압축되어, 토출 포트(144) 및 토출 밸브(145)를 통해 토출실(39)로 토출된다.
흡입실(38)은 통과구(146)를 통해 수용구멍(121)에 연결되어 있다. 그리고, 차단체(28)가 그 차단면(281)으로써 위치 결정면(141)에 접촉되면, 통과구(146)는 흡입통로(131)로부터 차단된다. 통로(46)는 회전축(16)의 축심에 형성되고, 입구(461)는 축 밀봉장치(21)의 부근에서 크랭크실(15)로 개구됨과 동시에, 출구(462)는 흡입압 영역으로써의 차단체(28)의 안쪽 공간에서 개구되어 있다. 방출압 통과구(282)는 차단체(28)의 주위면에 설치되어, 방출압 통과구(282)를 통해 차단체(28)의 안쪽 공간과 수용구멍(121)의 안쪽 공간이 연결되어 있다.
공기 공급 통로(48)는 토출실(39)과 크랭크실(15)을 접속하고, 공기 공급 통로(48)상에는 용량 제어 밸브(49)가 개재되어 있다.
이상의 구성의 압축기는 그 흡입실(38)에 냉매 가스를 도입하는 통로가 되는 흡입통로(131)와, 토출실(39)로부터 냉매 가스를 배출하는 토출 플랜지(75)가 외부 냉매 회로(76)에 의해 접속되어 있다. 응축기(77), 팽창밸브(78) 및 증발기(79)는 외부 냉매 회로(76)상에 배치되어 있다.
증발기(79)의 근방에는 온도 센서(80)가 설치되어 있다. 온도 센서(80)는 증발기(79)에서의 온도를 검출하여, 이 검출 온도 정보를 제어 컴퓨터(81)로 출력한다. 용량 제어 밸브(49)의 솔레노이드(491)의 여자 및 소자는 온도 센서(80)로부터의 검출 온도 정보에 따라서 제어 컴퓨터(81)에 의해서 제어된다. 제어 컴퓨터(81)는 에어콘 스위치(82)의 "온"상태하에 검출 온도가 설정 온도 이하가 되면, 용량 제어 밸브(49)의 솔레노이드(491)의 소자를 지령한다. 이 설정 온도 이하의 온도는 증발기(79)서 서리가 발생하는 것과 같은 상황을 반영한다. 또한, 제어 컴퓨터(81)는 에어콘스위치(82)의 "오프"에 의해서 솔레노이드(491)를 소자한다.
솔레노이드(491)가 소자되면 공기 공급 통로(48)가 열려지고, 토출실(39)과 크랭크실(15)이 연결된다. 따라서, 토출실(39)의 고압 냉매 가스가 공기 공급 통로(48)를 통해 크랭크실(15)로 공급되어, 크랭크실(15)의 압력이 높아지게 된다. 크랭크실(15)의 압력 상승에 의해 사판(23)의 경사각이 최소 경사각으로 이행한다.
차단체(28)의 차단면(281)이 위치 결정면(141)에 접촉하면 흡입통로(131)에서의 통과 단면적이 영으로 되고, 외부 냉매 회로(76)로부터 흡입실(38)에의 냉매 가스 유입이 저지된다.
사판(23)의 최소 경사각은 0°가 아니기 때문에, 사판 경사각이 최소의 상태에 있어서도 실린더 보어(122)로부터 토출실(39)로의 토출이 행해지고 있다. 흡입실(38)의 냉매 가스는 실린더 보어(122)로 흡입되어 토출실(39)로 토출된다. 즉,사판 경사각이 최소 상태에서는 토출실(39), 공기 공급 통로(48), 크랭크실(15), 통로(46), 방출압 통과구(282), 흡입실(38) 및 실린더 보어(122)를 경유하는 순환 통로가 압축기 내부에 있을 수 있다. 냉매 가스와 같이 유동하는 유체(주로 윤활유)는 이 순환 경로를 경유하여 압축기내를 윤활한다. 토출실(39), 크랭크실(15) 및 흡입실(38) 사이에서는 압력차가 생기고 있다. 이 압력차 및 방출압 통과구(282)에서의 통로 단면적이 사판(23)을 최소 경사각으로 안정적으로 유지한다.
솔레노이드(491)의 여자에 의해서 공기 공급 통로(48)가 닫혀지고, 크랭크실(15)의 압력이 통로(46) 및 방출압 통과구(282)를 통과한 방출압에 따라서 저하해 간다. 이 압력 감소에 의해 사판(23)의 경사각이 최소 경사각으로부터 최대 경사각으로 이행한다.
다음에, 상기 축 밀봉장치(21)에 관해서 상술한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(51)는 대직경 원통부(511)와 소직경 원통부(512)를 구비하고, 보스부(45)내에 삽입되어 있다. 케이스(51)는 소직경 원통부(512)의 선단부가, 보스부(45)내의 후미진 위치에 형성된 단차 벽면(452)에 접촉함으로써, 크랭크실(15) 방향으로의 이동이 규제되어 있다. 케이스(51)는 대직경 원통부(511)의 선단부가 보스부(45)의 내주면(451)에 끼워진 서클립(52)에 접촉함으로써, 압축기 외부방향으로의 이동이 규제되어 있다. O링(53)은 소직경 원통부(512)의 외부에 끼워지고, 보스부(45)의 내주면(451)에 접촉되어 있다.
제 1 립링(54)은 아크릴니트릴부타디엔 고무의 합성 고무제이고, 제 1 유지 지그(55)에 유지되어 있다. 제 2 립링(56)은 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 등의 불소 수지제이고, 제 1 립링(54)에 대하여 압축기 외부측에 배치되어 있다. 자세 유지부재로서의 자세 유지링(61)은 제 1 립링(54)과 제 2 립링(56) 사이에 개재되어 있다. 제 2 유지 지그(58)는 제 2 립링(56)에 대하여 압축기 외부측에 배치되어 있다. 이들 각 부재(54 내지 56, 58, 61)는 케이스(51)내에 수용되어 있다. 케이스(51)내에서, 제 1 유지 지그(55)는 대직경 원통부(511)와 소직경 원통부(512)를 접속하는 단차 벽면(513)에 접촉되며, 제 2 유지 지그(58)는 내부 직경측으로 절곡된 대직경 원통부(511)의 개구 테두리부(514)에 접촉되어 있다. 따라서, 제 1 립링(54), 제2 립링(56) 및 자세 유지링(61)은 제 1 유지 지그(55)와 제 2 유지 지그(58) 간에 끼워 유지된다.
상기 제 1 립링(54)은 대직경 원통부(511)의 내주면에 접촉되는 외주 밀봉부(541)와, 회전축(16)의 외주면(161)에 접촉되는 립부(542)를 구비한다. 립부(542)는 케이스(51)의 안쪽 공간을 크랭크실(15) 방향을 향해 연장시킴과 동시에, 그 앞단부는 내경방향으로 하강 경사되어 있다. 날카로운 형상을 이루는 돌조부(59)는 립부(542)의 선단부에서 내주측에 형성되고, 그 앞단부(593)로써 회전축(16)의 외주면(161)에 대하여 환형 영역에서 접촉되어 있다.
도 4a는 도 2에 있어서 돌조부(59) 부근을 확대하여 도시한다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 돌조부(59)를 형성하는 크랭크실(15)측의 경사면(591)은 회전축(16)의 외주면(161)에 대하여 소정의 각도 θ1으로 경사져 있다. 마찬가지로 돌조부(59)를 구성하는 압축기 외부측의 경사면(592)은 회전축(16)의 외주면(161)에 대하여 소정의 각도 θ2로 경사져 있다. 그리고, 회전축(16)에 대한 립부(542)의 접촉 자세는 경사면(591)이 외주면(161)과이루는 각 θ1과, 경사면(592)이 외주면(161)과 이루는 각 θ2가 θ1〈θ2의 관계를 만족하도록 설정되어 있다. 따라서, 제 1 립링(54)의 립부(542)는 회전축(16)의 회전 정지시에는 밀봉 성능이 충분히 발휘되지만, 회전축(16)의 회전시에는 크랭크실(15)측에서 제 2 립링(56)측에의 유체 누설을 증대시키는 경향을 나타낸다.
여기서, 도 4b는 θ1=θ2의 관계를 만족하도록, 도 4c는 θ1〉θ2의 관계를 만족하도록, 각각 회전축(16)에 대한 립부(542)의 접촉 자세를 설정한 비교예를 도시한다. 이 비교예에서는 본 실시예와는 달리, 회전축(16)의 회전시에 있어서, 크랭크실(15)측에서 제 2 립링(56)측으로의 유체 누설을 증대시키는 경향이 발견되지 않았다.
여기서, 본 실시예와 비교예의 차이를 고찰하면, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 회전축(16)의 외주면(161)에 탄성 접촉된 돌조부(59)는 선단부(593) 부근이 눌려찌 부러진 상태로 되어 있고, 돌조부(59)는 선단부(593)를 포함한 어느 정도의 밀봉 폭으로써 회전축(16)의 외주면(161)에 접촉되어 있다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 적은 2점 쇄선의 곡선은 외주면(161)에 대한 돌조부(59)의 접촉압의 강도의 분포를 나타낸다. 이 분포로부터 알 수 있듯이, 회전축(16)에 대한 립부(542)의 접촉자세가 θ1=θ2를 만족하도록 설정되면, 접촉압의 피크, 요컨대, 선단부(593)가 밀봉 폭의 중간(일점 쇄선)에 위치하도록 돌조부(59)가 눌려 찌부러뜨려진다. θ1〉θ2를 만족하도록 설정되면, 선단부(593)가 중간에서 크랭크실(15)측으로 어긋나도록 돌조부(59)가 눌려 찌부러뜨려진다. 본 실시예와 같이 θ1〈θ2를 만족하도록 설정되면, 선단부(593)가 중간에서 압축기 외측으로 어긋나도록 돌조부(59)가 눌려 찌부러뜨려진다. 요컨대, 회전축(16)의 회전시에 있어서의 립부(542)의 밀봉 성능의 높낮음은 돌조부(59)의 선단부(593) 부근의 눌려 찌부러뜨려진 쪽으로 크게 좌우되는 것으로 추정할 수 있다.
도 3은 회전축(16)을 삽입하기 전의 제 2 립링(56)을 니타낸다. 이 상태로 제 2 립링(56)은 평판형상을 이룬다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 립링(56)은 회전축(16)을 삽입했을 때에 내주 가장자리부분을 크랭크실(15)측으로 만곡시키고, 이 만곡부분이 립부(60)를 이룬다. 립부(60)는 소정 폭의 밀봉면(601)으로써 회전축(16)의 외주면(161)에 대하여 환형 영역에서 접촉된다. 립부(60)의 대부분은 제 1 립링(54)의 립부(542)와 회전축(16)의 외주면(161) 간에 형성된 공간에 들어가 있다. 이와 같이, 제 1 립링(54)의 립부(542)와 제 2 립링(56)의 립부(60)를 중첩시킨 상태로 배치함으로써, 축 밀봉 장치(21)의 축선 L 방향에의 크기를 컴팩트화할 수 있었다.
펌프홈(602)은 립부(60)의 밀봉면(601)에서 제 2 립링(56)의 축선(L)을 중심으로 한 나선형상으로 새겨져 있다. 따라서, 펌프홈(602)과 그것에 대향하는 회전축(16)의 외주면(161)과의 사이에서, 회전축(16)의 회전에 의해 동작하는 나선 펌프 구조가 구축되어 있다. 또, 펌프홈(602)은 밀봉면(601)에 있어서 크랭크실(15)측의 부위에만 형성되고, 압축기 외부측의 부위에는 형성되어 있지 않다.
상기 자세 유지링(61)은 외주부(611)가 제 1 립링(54)과 제 2 립링(56) 사이에서 끼워 지지되어 있다. 자세 유지링(61)은 내주부(612)가 만곡되고, 이 내주부(612)는 제 1 립링(54)의 립부(542)와 제 2 립링(56)의 립부(60)를 차단하도록 크랭크실(15) 방향으로 연장되어 있다. 자세 유지부(613)는 내주부(612)의 선단부에 형성되어, 내경방향으로 구부러져 곡면 형상을 이루고 있다. 자세 유지부(613)는 제 1 립링(54)의 립부(542)에 밀착되어, 립부(542)를 압축기 외부측에서 백업 지지하고 있다. 곡면형상을 이루는 자세 유지부(613)는 립부(542)에 대한 접촉이유연해진다. 또한, 도면으로부터도 분명하듯이, 자세 유지링(61)의 내주부(612)와 제 2 립링(56)의 립부(60)사이에는 공간이 확보되어 있다.
다음에, 상기 축 밀봉장치(21)의 작용에 관해서 설명한다.
차량 엔진(20)이 정지되고, 회전축(16)의 회전이 정지된 상태에서는 제 1 립링(54)의 립부(542)가 자신의 탄성력에 의해 회전축(16)의 외주면(161)에 접촉되어 있다. 따라서, 압축기 내부인 크랭크실(15)로부터 압축기 외부측으로 유체(냉매 및 윤활유)가 누설되는 것이 방지된다.
그런데, 전술한 바와 같이, 제 1 립링(54)의 립부(542)는 회전축(16)의 회전시에는 제 2 립링(56)측으로 유체가 누설되도록 구성되어 있다. 따라서, 차량 엔진(20)이 기동되어, 회전축(16)이 회전되면, 크랭크실(15)의 유체가 립부(542)로부터 제 2 립링(56)측으로 누설된다. 그러나, 립부(542)로부터 누설된 유체는 제 2 립링(56)의 립부(60)에 의해 밀봉되어, 압축기 외부측으로 누설되지 않는다. 이 때, 펌프홈(602)이 상대 회전되는 외주면(161) 사이에서 나선 펌프 작용을 발휘하여 유체를 크랭크실(15)측으로 적극적으로 돌려 보내는 것도, 립부(60)에 의한 밀봉 기능의 향상에 공헌한다.
이와 같이, 회전축(16)의 회전시에, 유체를 제 1 립링(54)의 립부(542)로부터 누설되도록 함으로써, 누설된 유체(주로 윤활유)가 제 1 립링(54) 및 제 2 립링(56)의 립부(542, 60)를 윤활하여, 립부(542, 60)의 마모 열화나 열적 열화가 방지된다.
상기 구성의 본 실시예에 있어서는 다음과 같은 효과를 발휘한다.
(1) 압축기의 최소 경사각 운전시에는 크랭크실(15)의 압력이, 토출실(39)로부터의 고압 냉매 가스의 도입에 의해, 예컨대, 7kgf/cm2G 정도까지 높게 되는 것도 있다. 제 1 립링(54)은 이 크랭크실(15)의 고압력의 작용에 의해 변형하려고 한다. 그러나, 제 1 립링(54)은 립부(542)가 자세 유지링(61)의 자세 유지부(613)에 의해 백업 지지되어 있고, 그 변형은 저지된다. 따라서, 제 1 립링(54)이 제 2 립링(56)의 립부(60)를 회전축(16)의 외주면(161)에 대하여 과대한 압력으로 가압되는 상황을 피할 수 있다. 그 결과, 립부(60)가 과대한 발열을 억제할 수 있고, 나아가서는 불소 수지보다 열에 약하고, 합성 고무제의 립부(542)의 열적 열화를 방지할 수 있어, 축 밀봉장치(21)의 내구성이 향상된다.
(2) 회전축(16)에 대한 립부(542)의 접촉 자세는 경사면(591)이 외주면(161)과 이루는 각 θ1과, 경사면(592)이 외주면(161)과 이루는 각(θ2)이 θ1〈θ2의 관계를 만족하도록 설정되어 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 립부(542)는 회전축(16)의 회전 정지시에는 밀봉 성능을 충분히 발휘하며 게다가, 회전축(16)의 회전시에는 많은 유체를 새게 할 수 있다. 그 결과, 제 1 립링(54)의 립부(542)의 윤활이 양호하게 되고, 도 5에서 「■」로 나타낸 바와 같이, 립부(542)의 발열이, 동 조건하에서의 일본 특개평 제6-300142호 공보의 축 밀봉장치(「●」로 나타낸다)와 비교하여 효과적으로 억제되고 있다.
(3) 펌프홈(602)이 제 2 립링(56)의 립부(60)에 형성되어 있고, 펌프홈(602)은 회전축(16)의 회전에 의해 외주면(161)과의 사이에서 나선형 펌프 작용을 발휘한다. 따라서, 제 2 립링(56)의 립부(60)의 밀봉 성능이 높아진다. 이와같이, 회전축(16)의 회전시에서의 립부(60)의 밀봉 성능을 높이는 것으로, 제 1 립링(54)의 립부(542)로부터 유체를 누설하도록 설정하여도, 축 밀봉장치(21) 전체로서의 밀봉 성능이 저하하지 않는다.
(4) 펌프홈(602)은 립부(60)의 밀봉면(601)에있어서 크랭크실(15)측에만 형성되고, 압축기 외부측의 부위에는 형성되지 않는다. 요컨대, 밀봉면(601)에서 펌프홈(602)을 압축기 외부측으로 개방되지 않도록 형성하였다. 따라서, 예컨대, 회전축(16)의 회전 정지시에 펌프홈(602)내에 잔류하는 유체가 압축기 외부측으로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 회전축(16)의 회전 정지시에 있어서의, 축 밀봉장치(21)의 밀봉 성능이 향상된다.
(5) 본 실시예의 압축기는 가변 용량형 압축기이고, 크랭크실(15)의 압력을 조절함으로써 토출 용량를 변경한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 최소 경사각 운전시에는 크랭크실(15)이 고압이 된다. 이와 같이, 조건적으로 엄밀한 가변 용량형압축기에 전술한 구성의 축 밀봉장치(21)를 적용하는 것은 그 효과를 발휘하는 데 특히 유효가 된다.
(6) 상기 (5)에 더하여, 본 실시예의 압축기는 클러치레스 압축기이고, 차량 엔진(20)의 작동시에 있어서는 항상 회전축(16)이 회전된다. 요컨대, 제 1 립링(54)의 립부(542)는 차량 엔진(20)의 작동시에 있어서는 항상 회전축(16)의 외주면(161)에 대하여 미끄럼 운동된다. 또한, 전술한 바와 같이, 최소 토출 용량 운전시에는 크랭크실(15)이 고압이 되고, 더구나 겨울철 등에는 최소 토출 용량 운전이 장시간에 걸쳐 계속되는 경우도 있다. 이와 같이 조건적으로 엄밀한 클러치레스 압축기에 전술한 구성의 축 밀봉장치(21)를 적용하는 것은 그 효과를 발휘하는 데 특히 유효하게 된다.
(7) 최초 토출 용량 운전시에 있어서 유체의 내부 순환 경로를 구성하는 통로(46)는 입구(461)를 축 밀봉장치(21)의 제 1 립링(54) 부근에서 개방한다. 따라서, 축 밀봉장치(21)에 의해 환경적으로 엄밀한 최소 경사각 운전시에는 크랭크실(15)에 있어서 제 1 립링(54) 부근의 유체의 유동량이 많아진다. 그 결과, 립부(542)의 윤활에 필요한 양의 유체를 계속하여 누설할 수 있고, 립부(542)의 마모 열화 및 열적 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.
(8) 자세 유지링(61)의 내주부(612)와 제 2 립링(56)의 립부(60) 간에는 공간이 확보되어 있다. 따라서, 크랭크실(15)의 고압시에, 제 1 립링(54)에 작용하는 하중이 자세 유지링(61)의 내주부(612)에 의해 지지되고, 제 2 립링(56)의 립부(60)에 전달되지 않는다. 그 결과, 립부(60)의 발열을 억제하는 효과가 더욱 높아진다.
[제 2 실시예]
도 6에서는 제 2 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 축 밀봉장치(71)는 상기 제 1 실시예의 축 밀봉장치(21)의 주요한 밀봉 구성에 추가하여, 제 2 립링(56)과 같은 구성의 불소 수지제의 제 3 립링(72)이 제 2 립링(56)에 대하여 압축기외부측에 배치되고, 립부(721)로써 회전축(16)의 외주면(161)에 접촉되어 있다. 또, 립부(721)에 펌프홈(602)은 형성되어 있지 않다.
상기 구성의 본 실시예에 있어서는 다음과 같은 작용·효과를 발휘한다.
(1) 축 밀봉장치(71)는 제 3 립링(72)을 구비하고 있다. 따라서, 제 2 립링(56)이 열화되었다고 해도, 제 3 립링(72)의 립부(721)가 그것에 계속해서 밀봉작용을 발휘하여, 크랭크실(15)의 유체가 압축기 외부측으로 새는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 축 밀봉장치(71)의 내구성이 더욱 향상된다.
(2) 제 3 립링(72)의 립부(721)가 압축기 외부에서 침입하는 먼지 등을 차단한다. 따라서, 이 먼지 등이 제 2 립링(56)의 립부(60)에 물려 들어가는 것을 방지할 수 있고, 제 2 립링(56)의 밀봉 성능이 향상되고, 나아가서는 축 밀봉장치(71)의밀봉성능이 향상된다.
본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 다음과 같이 실시하여도 무방하다.
(1) 상기 실시예에 있어서, 회전축(16)에 대한 립부(542)의 접촉 자세를, 도 4b 혹 도 4c와 같이 설정하는 것. 이와 같이 설정한 경우에도 자세 유지링(61)의 백업기능에 의해 제 1 립링(54)이 제 2 립링(56)의 립부(60)를 회전축(16)에 가압하는 상황이 회피됨과 동시에, 회전축(16)의 회전시에는 소량으로 있지만 유체가 제 2 립링(56)측으로 새고, 도 5에 있어서 「▲」로 나타낸 바와 같이, 일본 제특개평6-300142호 공보의 축 밀봉장치(「●」)와 비교하여, 제 1 립링(54)의 립부(542)의 발열을 확실히 억제할 수 있었다.
(2) 상기 실시예에 있어서, 회전축(16)에 대한 립부(542)의 접촉 자세를, 회전축(16)의 회전시에 있어서도 유체가 새지 않도록 설정하는 것.
(3) 클러치 부착 압축기의 축 밀봉구조에 구체화하여도 좋다.
상기 실시예로부터 파악할 수 있는 기술적 사상에 관해서 기재하면, 제 1 립링(54)에 대하여 압축기 외부측에 배치되어, 회전축(16)의 외주면(161)에 대하여 립부(721)로써 접촉하는 불소 수지제의 제 3 립링(72)을 구비한 청구의 범위 제1항 내지 제10항중 하나에 기재된 축 밀봉구조.
이와 같이 하면, 축 밀봉구조(71)의 내구성이 향상된다

Claims (10)

  1. 외부 구동원의 구동에 의해 회전축이 회전함으로써 압축 동착을 행하는 압축기에서, 회전축의 외주면에 대하여 립부로써 접촉하는 고무제의 제 1 립링과, 제 1 립링에 대하여 압축기 외부측으로 배치되고, 회전축의 외주면에 대하여 립부로써 접촉하는 불소 수지제의 제 2 립링에 의해 회전축을 밀봉함으로써, 압축기 내부측에서 압축기 외부측으로 유체가 누설되는 것을 방지하는 압축기의 축 밀봉구조에 있어서, 상기 제 1 립링과 제 2 립링 사이에 자세 유지부재를 배치하고, 이 자세 유지부재에 의해 회전축의 외주면에 대한 제 1 립링의 립부의 접촉 자세를 백업 지지하도록 자세 유지부재는 회전축의 회전시에 유체를 제 2 립링측으로 누설하도록 회전축의 외주면에 대하여 제 1 립링의 접촉 자세를 설정하는 압축기의 축 밀봉구조.
  2. 제1항에 있어서, 제 1 립링의 립부는 회전축의 축선 방향에서 소정의 접촉폭으로써 회전축에 접촉하고, 자세 유지부재는 회전축에 대하여 제 1 립링의 접촉압력의 피크가 접촉폭의 중간 보다도 압축기 외부축에 존재하도록 회전축에 대하여 제 1 립링의 접촉 자세를 설정하는 압축기의 축 밀봉구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제 1 립링의 립부의 선단부에는 내경방향으로 돌출하는 뾰족한 형상의 돌출부가 형성되고, 제 1 립링의 립부는 돌출부의 선단으로써 회전축의 외주면에 환형 영역에서 접촉하고 있으며, 이 돌출부를 형성하는 압축기 내부측의 경사면이 회전축의 외주면에 대하여 이루어지는 각이 같은 돌출부를 형성하는 압축기 외부측의 경사면이 회전축의 외주면에 대하여 이루어지는 각 보다 작게 되도록, 회전축의 외주면에 대한 제 1 립링의 립부의 접촉 자세가 설정된 압축기의 축 밀봉구조.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 자세 유지부재와 제 2 립링의 립부 사이에 공간이 확보되어 있는 축 압축기의 밀봉구조.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 립링의 립부와 회전축의 외주면의 접촉 구간에는 회전축의 회전에 의해 작동하는 펌프 구조가 구축되고, 이 펌프 구조에 의해 제 2 립링의 립부와 회전축의 외주면의 접촉 구간에 존재하는 유체가 압축기 내부측으로 이송되도록 구성된 압축기의 축 밀봉구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 펌프구조는 제 2 립링의 립부 또는 회전축의 외주면의 적어도 한편에 새겨진 펌프홈을 가지며, 이 펌프홈은 제 2 립링의 립부와 회전축의 외주면과의 접촉 구간에서 압축기 내부측의 구간에만 형성되고, 압축기 외부측의 구간에는 형성되지 않은 압축기의 축 밀봉구조.
  7. 제6항에 있어서, 상기 펌프홈은 제 2 립링의 축선을 중심으로 한 나선 형상을 이루는 압축기의 축 밀봉구조.
  8. 제5항에 있어서, 상기 압축기는 압축기 내부측으로의 크랭크실과 실린더 보어가 구획되고, 크랭크실에 수용된 캠 플레이트는 회전축에 일체로 회전가능하면서 경사이동 가능하게 삽입되고, 실린더 보어에는 피스톤이 왕복운동 가능하게 수용되고, 크랭크실의 압력을 변경함으로써 크랭크실의 압력과 실린더 보어의 압력과의 피스톤을 통한 압력차를 변경하고, 그 압력차에 따라서 캠 플레이트의 경사각을 변경하여 토출용량을 제어하도록 구성된 압축기의 축 밀봉구조.
  9. 제8항에 있어서, 상기 압축기는 캠 플레이트의 최소 경사각에 연동하여 외부 냉매회로 상의 냉매순환을 저지하는 냉매 순환 저지수단을 구비하고, 외부 구동원의 작동시에는 항상 회전축이 회전하도록 구성된 압축기의 축 밀봉구조.
  10. 제9항에 있어서, 상기 압축기는 냉매 순환 저지수단에 의한 외부 냉매 회로상의 냉매 순환 저지시에는 내부에 토출압 영역, 크랭크실, 흡입압 영역 및 실린더 보어를 경유하는 유체의 순환 통로가 형성되고, 이 순환 통로를 구성하여 크랭크실과 흡입압 영역을 접속하는 통로는 크랭크실에 대하여 제 1 립링 부근에 개구되어 있는 축 압축기의 밀봉구조.
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