(57)【要約】【課題】本発明は、たとえシャフトが許容範囲を超えて傾いたりぶれたりするときでも、十分にシール性能が発揮し得る軸封装置を提供する。【解決手段】本発明の軸封装置は、不動部材３に取り付く固定シールリング３３を、可動部４０により、シャフト１５の直径方向へ可動可能とし、シャフト１５に生ずる直径方向の変位に追従可能とした。これにより、固定シールリング３３は、シャフト１５が許容範囲を超えて傾いたりぶれたりした場合、そのシャフト１５の傾きやぶれに追従してシャフト１５の直径方向へ変位して、その傾きやぶれを許容する。これにより、従動シールリング３１と固定シールリング３３は、たとえシャフト１５が許容範囲を超えて傾いたりぶれたりするときにも、シール性を発揮し得る密接状態を保ち続ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトおよび同シャフトの周りに配置されている不動部材のうちの前記シャフトの外周面に取り付く従動シールリングと、
前記不動部材に前記従動シールリングと端面同士が向き合うように取り付く固定シールリングと、
押付け力の付与により、前記向き合う従動シールリングと固定シールリングとの端面同士を密接させ、回転する従動シールリングと回転しない固定シールリングとの間をシールさせる押付け部と、
前記固定シールリングを前記シャフトに生ずる直径方向の変位に追従して前記シャフトの直径方向へ可動可能とする可動部と
を具備してなることを特徴とする軸封装置。
【請求項２】
前記固定シールリングは、前記従動シールリングと密接する側とは反対側の端面を前記不動部材によって受け止められるようにして取り付けられ、
前記可動部は、前記固定シールリングの前記反対側の端面と当該端面を受け止める不動部材との間に、前記シャフトの直径方向に摺動自在な摺動部を形成してなる
ことを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
【請求項３】
前記摺動部は、
前記固定シールリングの前記反対側の端面に形成された前記シャフトの軸心を頂点とした円弧形の座面と、
前記不動部材に形成された前記座面を摺動自在に受ける円弧形の受け面と
を有して形成されることを特徴とする請求項２に記載の軸封装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転するシャフトとその周囲に配置されている不動部材との間をシールする軸封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の空調システムで用いられるエンジン駆動式圧縮機など、回転するシャフトの周囲にシールが求められる流体機器では、メカニカルシールで代表される軸封装置を用いて、シャフトとその周りに配置されているケーシング（不動部材）との間から、冷媒など流体が漏洩するのを防いでいる。
メカニカルシールの多くは、特許文献１にも示されるようにシャフトシャフトおよび同シャフトの周りに配置されているケーシング（不動部材）うち、シャフトの外周面に従動シールリングを取り付け、ケーシングに、従動シールリングと端面同士が向き合うように固定シールリングを固定し、弾性部材により従動シールリングを固定シールリングに押付けて、従動シールリングと固定シールリングの端面同士を密接させる構造が用いられている。つまり、メカニカルシールは、回転する従動シールリングと回転しない固定シールリングとで形成される摺動シール部により、シャフトとその周りのケーシングとの間をシールして、さらにケーシングと固定シールリング間、シャフトと従動シールリング間をＯリング等でシールすることによって、シャフトの周りから、冷媒など流体が漏れないようにする。
【特許文献１】特開昭５６−１５６４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
メカニカルシールの多くは、シャフトの一方の端部から入力された回転を、他方の端部から圧縮ユニットなど流体機械へ伝える経路に組み付けられているが、このときシャフトや、該シャフトを回転自在に支持する軸受の寸法公差の影響を受けて、メカニカルシールのシール性能が損なわれることがある。
すなわち、シャフトは、シャフト自身や軸受など部品の寸法公差など影響から、予め設定された直線状の姿勢でなく、その姿勢から傾いた状態で取り付くことがある。つまり、シャフトは、正規の位置から直径方向にずれて、傾きながら取り付くことがある。このシャフトの傾きは、許容範囲を超えることもある。特にシャフト端に組み付く負荷側の流体機械が、スクロール圧縮ユニットのような偏荷重をもたらしながら旋回運動するような機械の場合、加わる荷重により、シャフトが傾きやすくなるので、その影響により、許容範囲を超えてシャフトが傾いたり、ぶれたりしやすい。
【０００４】
ところで、メカニカルシール（軸封装置）のシール性能は、固定シールリングと従動シールリングとが所定の密接状態に保たれ続けることで有効に発揮するものである。
ところが、メカニカルシールの従動シールリングは、シャフトが傾いた場合、同シャフトの傾きに追従して傾くが、固定シールリングは、特許文献１にも見られるようにケーシングに固定されているだけで、傾きに対する自由度はほとんど無く、傾きに対する追従は期待できない。このため、シャフトが許容範囲を超えて傾いたりぶれたりすると、固定シールリングと従動シールリングの両者間に形成される摺動シール部に隙間が発生することがある。このため、隙間から漏れが生ずるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、たとえシャフトが許容範囲を超えて傾いたりぶれたりするときでも、十分にシール性能が発揮し得る軸封装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、不動部材に取り付く固定シールリングを、可動部によりシャフトの直径方向へ可動可能とし、固定シールリングがシャフトに生ずる直径方向の変位に追従して変位するようにした。
同構成により、固定シールリングは、シャフトが許容範囲を超えて傾いたりぶれたりした場合、そのシャフトの傾きやぶれに追従してシャフトの直径方向へ変位して、その傾きやぶれを許容し、シール性を発揮し得る従動シールリングと固定シールリングとの密接状態を保ち続ける。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、簡単な構造で、シャフトの傾きやぶれが許容できるよう、可動部には、固定シールリングの従動シールリングと密接する側とは反対側の端面と、当該端面を受け止める不動部材との間に、シャフトの直径方向に摺動自在な摺動部を形成する構成を採用した。
請求項３に記載の発明は、最もシャフトの傾きやぶれに追従しやすいよう、摺動部には、固定シールリングの反対側の端面にシャフトの軸心を頂点とした円弧形の座面を形成し、不動部材に座面を摺動自在に受ける円弧形の受け面を形成する構成を採用した。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、シャフトが許容範囲を超えて傾いて取り付けられたり、運転中にぶれたりしても、固定シールリングが、シャフトに追従して直径方向に変位して、当該傾きやブレを許容するので、シャフトの傾きやぶれが、固定シールリングと従動シールリングの摺動シール部に影響を与えずにすむ。
それ故、たとえシャフトが許容範囲を超えて傾いたりぶれたりすることがあっても、固定シールリングと従動シールリング間に隙間が生じることはなく、固定シールリングと従動シールリングで、十分なるシール性能を発揮させることができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、さらに固定シールリングと同シートリングを受け止める不動部材との間に摺動部を形成するといった簡単な構造で、シール性能の向上を図ることができる。
請求項３の発明によれば、摺動部が、円弧形の座面や円弧形の受け面の組み合わせにて形成されることによって、シャフトの傾きやぶれに対し、最も固定シールリングを追従しやすくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図１〜図３に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は、本発明を適用した流体機器、例えば自動車の空調システムで用いられるエンジン駆動式のスクロール圧縮機の断面、図２および図３は同圧縮機で採用されているメカニカルシール（軸封装置）の断面をそれぞれ示している。
図１中１はスクロール圧縮機のハウジングを示す。同ハウジング１は、有底の筒形をなしたリヤケーシング２と同ケーシング２の開口を閉塞する盤形のフロントケーシング３（本願の不動部材に相当）とを組み合わせて構成される。
【００１１】
このうちリヤケーシング２の内部には、圧縮ユニット５が収容されている。この圧縮ユニット５は、リヤケーシング２の底側に固定した固定スクロール６と、開口側に設けた可動スクロール７を組み合わせた構造が用いられている。
具体的には、固定スクロール６、可動スクロール７は、いずれも例えば円形の端壁９に渦巻き状のラップ１０を突設した構造が用いてある。このうち可動スクロール７の端壁９の背面中央には、偏心ブッシュ１１を回転自在に収めた筒形のボス部１２が突設してある。そして、固定スクロール６のラップ１０と可動スクロール７のラップ１０とは互いに噛み合い、両ラップ１０、１０間に、可動スクロール７の旋回動作にしたがい容積が変化する三日月形（平面視）の圧縮室１３を形成している。
【００１２】
一方、フロントケーシング３内には、圧縮ユニット５の軸心方向に沿って貫通するボス孔４が形成されている。そして、このボス孔４内に沿って駆動シャフト１５（本願のシャフトに相当）が配設されている。
この駆動シャフト１５は、圧縮ユニット５側に大径端部１６をもち、反対側に小径端部１７をもつ。このうち大径端部１６が、ボス孔４のリヤ側に組み込まれたリヤ軸受１８で回転自在に支持される。また小径端部１７は、ボス孔４のフロント側に組み込まれたフロント軸受１９で回転自在に支持してある。
【００１３】
そして、大径端部１６の端面の偏心した地点から突き出る偏心ピン部２１は、偏心ブッシュ１１の偏心した地点に有る偏心孔に差し込まれている。小径端部１７は、ボス孔４のフロント側の端部から外部へ突き出ていて、その先端に電磁クラッチ２３を内蔵した駆動プーリー２４が連結してある。
駆動プーリー２４は、エンジン（図示しない）からのクランク出力をベルト掛け（図示しない）により入力する部品で、電磁クラッチ２３が励磁されると、エンジンのクランク出力が、駆動プーリー２４から、駆動シャフト１５、偏心ピン部２１および偏心ブッシュ１１を経て、可動スクロール７へ伝達される。圧縮ユニット５は、この伝達される回転により、可動スクロール７が、固定スクロール６の軸心の周りを旋回運動して、三日月形の圧縮室１３の容積を変化させ、被圧縮流体、例えば冷媒の圧縮を行う。なお、図１中２５は、可動スクロール７を、自転せずに、旋回運動だけを行わせるボール式の自転抑制具を示す。
【００１４】
この動力伝達をなす駆動シャフト１５のシャフト周りの部分、例えばリヤ軸受１８とフロント軸受１９との間のシャフト部分１５ａと、これと対向するシャフト部分１５ａの周りのボス孔４の内面との間には、図２にも示されるように軸封装置であるメカニカルシール３０が介装されている。メカニカルシール３０には、シャフト部分１５ａに取り付けられた、従動シールリングである短筒形のシールリング３１と、フロントケーシング３０に取り付けられた、固定シールリングである短筒形のメイティングリング３３とを組み合わせた構造が用いられる。
【００１５】
同メカニカルシール３０の構造を説明すると、メイティングリング３３は、ボス孔４に嵌挿されてフロントケーシング３に固定される部品で、シャフト部分１５ａの外径より大きな内径をもつ。このメイティングリング３３が、シャフト部分１５ａの外周面に遊挿させてある。
シールリング３１は、シャフト部分１５ａに嵌挿されて、駆動シャフト１５に組み付く部品である。この嵌挿により、メイティングリング３３とシールリング３１とを直列に配置させている。具体的には、駆動シャフト１５の小端部１７側から、メイティングリング３３、シールリング３１の順で直列に配置させてある。この配置により、シールリング３１とメイティングリング３３の端面同士とを互いに向き合わせている。
【００１６】
このシールリング３１が、大径端部１６と隣接したシャフト部分１５ａに組み付けた押付け部３４によって押し付けられる。押付け部３４は、例えば、大径端部１６と隣接したシャフト部分１５ａの外周面に組み付けたフランジ形のばね座３４ａと、このばね座３４ａとシールリング３１の端部との間に圧縮状態で介装したコイル形の弾性部材３４ｂとの組み合わせから構成される。
【００１７】
そして、弾性部材３４ｂに蓄えられた弾性力で、シールリング３１にメイティングリング３３へ向う押付け力を与え、シールリング３１とメイティングリング３３の端面同士とを密接させている。具体的には、シールリング３１の端面にはシャフト部分１５ａを囲うよう環状の摺動シール部３５が突設されていて、押付け力の付与にしたがい、当該摺動シール部３５がメイティングリング３３の端面に形成した摺動シール面３３ａと密接する。この密接により、駆動シャフト１５に追従して回転するシールリング３１と、回転しないメイティングリング３３との間を摺動自在にシールしている。
【００１８】
また図２にも示されるようにメイティングリング３３のうち、シールリング３１と密接する側とは反対側の端面は、ボス孔４の内面から突き出る環状の受け部３８（本願の不動部材に相当）によって受け止められている。メイティングリング３３は、同受け構造ならびに嵌挿構造により、所定の地点に位置決められる。
さらにシールリング３１の内周面とシャフト部分１５ａの外周面間やメイティングリング３３の外周面とボス孔４の内周面間は、それぞれシールリング３１やメイティングリング３３に設けたシール部材、例えばＯリング３９ａ，３９ｂでもシールされていて、シールリング３１やメイティングリング３３が設置された部分を境として、リヤケーシング２側を密閉にしている（軸封）。つまり、駆動シャフト１５の周りから、外部へ冷媒が漏れないようにしている。
【００１９】
このメカニカルシール３０には、駆動シャフト１５の許容範囲を超える傾きを許容する工夫が施されている。同工夫には、メイティングリング３３に可動部４０を形成して、同リング３２を駆動シャフト１５の直径方向の変位に追従して可動可能とする技術が用いられる。この可動部４０が図２および図３に拡大されて示されている。
同可動部４０の構造を説明すると、可動部４０には、メイティングリング３３と、同リング３３を受け止める受け部３８との間に、駆動シャフト１５の直径方向に摺動自在な摺動部４１を形成した構造が用いられている。具体的には、摺動部４１には、図２に拡大して示されるように受け部３８と向き合うメイティングリング３３の端面全体に、駆動シャフト１５の軸心位置を頂部とした円弧形の座面４２を形成し、同座面４２と向き合う受け部３８の側面全体に、座面４２を摺動自在に受ける円弧形の受け面４３を形成した構造が採用され、駆動シャフト１５が傾くと、それに追従して、即、固定シートシリング３１の取付姿勢が変化（傾動）する構成にしてある。
【００２０】
これにより、駆動シャフト１５の傾きに、シールリング３１とメイティングリング３３の摺動シール部が影響されないようにしている。
すなわち、このメカニカルシール３０の作用について説明すると、今、部品公差が許容範囲内に収まり、スクロール圧縮機の駆動シャフト１５が、図２に示されるように所期の直線状に組み付けられているとする。
【００２１】
このときは、メイティングリング３３は、図２に示されるように傾きの無い駆動シャフト１５に合わせて位置決められる。このとき、シールリング３１、メイティングリング３３は、いずれも所期の姿勢に位置決められるから、シールリング３１とメイティングリング３３間では、摺動シールが損なわれずに、良好にシールされ続ける。つまり、駆動シャフト１５の周りから、冷媒が漏れることはない。
【００２２】
一方、スクロール圧縮機の駆動シャフト１５が、部品公差、例えばリヤ軸受１８やフロント軸受１９の寸法公差や駆動シャフト１５の寸法公差により、許容範囲を超えて傾いて組み付けられたり、さらにはスクロール圧縮機特有の偏荷重を伴う運動により、運転中、駆動シャフト１５が、許容範囲を超えて傾いたりしたとする。
例えば図３に示されるように駆動シャフト１５が矢印α方向へ許容範囲を超えて傾くとする。このとき、シールリング３１は、駆動シャフト１５の傾きに追従して傾く。すると、シールリング３１からメイティングリング３３へ、駆動シャフト１５の傾きに伴う力が加わる。
【００２３】
ここで、メイティングリング３３に自由度が無いと、シールリング３１だけが駆動シャフト１５に追従して傾くだけなので、シールリング３１とメイティングリング３３間には離れる箇所が生じて隙間を発生させることがあるが、メイティングリング３３を、駆動シャフト１５の直径方向へ可動自在としてあると、そのようなことが生じずにすむ。
すなわち、図３に示されるようにメイティングリング３３の端面３３ａと同端面３３ａを受ける受け部３８の受け面４３間には、駆動シャフト１５の直径方向へ摺動自在な摺動部４１が形成されている。これにより、メイティングリング３３は、シールリング３１と密接した状態を保ちながら、図３中の矢印βのようにシールリング３１の傾きに追従して、駆動シャフト１５の直径方向へ変位しながら傾く。つまり、メカニカルシール３０は、所定にシールリング３１とメイティングリング３３とが密接した状態のまま、全体の向きが、傾いた駆動シャフト１５に合わせて変化して（傾動）、駆動シャフト１５の傾きを許容する。
【００２４】
このときのメカニカルシール３０の挙動は、駆動シャフト１５が許容範囲を超えてぶれるときも同じである。
してみると、シールリング３１とメイティングリング３３は、駆動シャフト１５が許容範囲を超えて傾いたりぶれたりしても、メイティングリング３３の可動により、常にシール性を発揮し得る所要の密接状態を保ち続ける。つまり、駆動シャフト１５の傾きやぶれが、シールリング３１とメイティングリング３３の摺動シール部に影響を与えることはない。
【００２５】
したがって、メイティングリング３３を可動自在とする構造により、たとえ軸封しようとする駆動シャフト１５が許容範囲を超えて傾いたりぶれたりすることがあっても、シールリング３１とメイティングリング３３間には隙間が生じることはなく、メカニカルシール３０は常に十分なるシール性能を発揮させることができる。これにより、駆動シャフト１５の周りから、流体（冷媒など）が漏れるおそれはない。特に圧縮機のような、シャフト端に組み付く負荷側の流体機械が偏荷重をもたらしながら運動するといった、駆動シャフト１５が傾きやすい機械の場合には、有効である。
【００２６】
しかも、メイティングリング３３の可動構造は、シールリング３１とメイティングリング３３との間に摺動部４１を形成するだけなので、簡単な構造ですむ。そのうえ、メイティングリング３３の端面に円弧形の座面４２を形成し、受け部３８に円弧形の受け面４３を形成することによって、駆動シャフト１５の傾きに応動しやすい摺動部４１が形成できる。このため、簡単な構造で、駆動シャフト１５の傾きやぶれに対し、最も追従しやすくできる。又各部品の寸法公差を大きくできることから、コストダウンが図れる可能性もある。
【００２７】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、メイティングリングの端面と同端面を受ける受け面との間に摺動部を形成したが、これに限らず、メイティングリングの他の部分に摺動部を形成して、メイティングリングを、駆動シャフトの傾きに追従して可動させるようにしてもよく、摺動部の構造には限定されるものではない。また一実施形態では、圧縮機の駆動シャフトを軸封する軸封装置を例に挙げたが、限らず、他の流体機器などの軸封装置に適用しても構わない。又一実施形態では、ケーシングを不動部材として用いた例を挙げたが、不動部材は、これに限らず、他の動かないシャフト周りの部材でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸封装置を適用した圧縮機を示す断面図。
【図２】図１の軸封装置を拡大して示す断面図。
【図３】駆動シャフトが傾いたときにおける軸封装置の各部の挙動を説明する断面図。
【符号の説明】
【００２９】
３    フロントケーシング（不動部材）  
１５  駆動シャフト（シャフト）
３１  シールリング（従動シールリング）
３３  メイティングリング（固定シールリング）
４０  可動部
４１  摺動部
４２  円弧形の座面
４３  円弧形の受け面
【図１】
2008303933.tif 000003
【図２】
2008303933.tif 000004
【図３】
2008303933.tif 000005