(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと回転軸との間に介装されるコンプレッサ用密封装置に於て、該回転軸に摺接するゴム製シールリップ部を有する主シール部材と、該主シール部材よりも流体収納室側に配設されて該流体収納室側に延伸する摺接リップ部を有する減圧シール部材とを、共通アウターケースによって把持固定して構成され、
かつ、上記減圧シール部材は、横断面形状が軸心直交方向に細長い矩形状の外径側基部と、該外径側基部と背面が連続平坦面を有する内径方向に延伸して上記回転軸の外周面に内周端が接近する軸心直交薄肉壁部と、該軸心直交薄肉壁部の該内周端から基端が直角に折曲がって流体収納室側へ延伸する摺接リップ部を、有し、
さらに、上記主シール部材と上記減圧シール部材の間に金属製平ワッシャを配設して、該金属製平ワッシャは、外周端は上記共通アウターケースに嵌着されると共に、内周端は上記回転軸の外周面に接近して対面し、
かつ、上記外径側基部と上記薄肉壁部の背面の連続平坦面を、上記平ワッシャの上記外周端から内周端の範囲にて密着保持させ、
しかも、上記減圧シール部材の材質をポリアミド樹脂としたことを特徴とする密封装置。
【請求項２】
ハウジングと回転軸との間に介装されるコンプレッサ用密封装置に於て、該回転軸に摺接するシールエレメントと、該回転軸に摺接するゴム製シールリップ部を有する主シール部材と、流体収納室側に延伸する摺接リップ部を有する減圧シール部材とを、低圧室側から上記流体収納室側に順次配設して共通アウターケースによって把持固定して構成され、
かつ、上記減圧シール部材は、横断面形状が軸心直交方向に細長い矩形状の外径側基部と、該外径側基部と背面が連続平坦面を有する内径方向に延伸して上記回転軸の外周面に内周端が接近する軸心直交薄肉壁部と、該軸心直交薄肉壁部の該内周端から基端が直角に折曲がって流体収納室側へ延伸する摺接リップ部を、有し、
さらに、上記主シール部材と上記減圧シール部材の間に金属製平ワッシャを配設して、該金属製平ワッシャは、外周端は上記共通アウターケースに嵌着されると共に、内周端は上記回転軸の外周面に接近して対面し、
かつ、上記外径側基部と上記薄肉壁部の背面の連続平坦面を、上記平ワッシャの上記外周端から内周端の範囲にて密着保持させ、
しかも、上記減圧シール部材の材質をポリアミド樹脂としたことを特徴とする密封装置。
【請求項３】
共通アウターケースは、流体収納室側端部に内フランジ部を備え、さらに、上記減圧シール部材の上記外径側基部を上記内フランジ部と該平ワッシャにて挾圧されるように、上記共通アウターケースの低圧室側端部をカシメ加工にて、把持固定した請求項１又は２記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコン用コンプレッサ等の密封装置に係り、特に密封流体が高圧で、回転軸が高速回転するコンプレッサに対応する密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーエアコン用コンプレッサ等における流体収納室内の流体、即ち、冷媒及び潤滑剤として作用する油の混合物が、回転軸摺接面から漏れるのを防止する密封装置として、回転軸シールが従来より用いられている。近年、地球温暖化対策において、冷媒としてフロン（ＨＦＣ１３４ａ）の使用を制限することが検討されており、次世代冷媒の候補として二酸化炭素（ＣＯ2 ）が注目され、ＣＯ2 を用いたコンプレッサの開発が進められている。しかし、冷媒としてＣＯ2 を用いた場合、コンプレッサの流体圧力がＨＦＣ１３４ａを使用した場合に比べて10倍以上高くなり、この高圧化に対応した密封装置の開発が望まれている。
【０００３】
従来の冷媒を密封する密封装置として、図３に示すようなものが用いられている。この密封装置は、コンプレッサ等のハウジング41と回転軸42との間に介装された回転軸シール43を備えたものであって、流体収納室44の冷媒と油からなる流体を密封する。この回転軸シール43は、アウターケース45にゴム製シール部材46を接着したものを備え、回転軸42に摺接する摺接面に切込溝49を形成した樹脂（特にＰＴＦＥ）からなるシールエレメント47と金具（インナーケース）48とをアウターケース45にかしめられて一体化（把持固定）されている。
【０００４】
さらに、回転軸シール43は、シール部材46の先端部が回転軸42の表面に当接してシールを行うが、回転軸42が回転すると完全にシールしきらず、少量の流体漏れを発生させる。この漏れた流体はシールエレメント47によりシールされることとなり、シール部材46とシールエレメント47とにより回転軸シール43全体として流体の漏れを防止する構造となる。つまり、シール部材46を通過しシールエレメント47の摺接面に設けた螺旋状の切込溝49により、少量漏れた流体は流体収納室44側に押し戻されることによって、回転軸シール43全体としてシール機能を果たしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＣＯ2 を冷媒として使用した場合、流体収納室44が高圧となるためゴム製シール部材46が過大な押圧力を受けシール部材46の摺接部が回転軸42へ強く押圧されるため摩耗・発熱が促進され、ゴム製シール部材46の先端部（摺接部）が硬化し、クラックが発生する原因となっていた。さらに、高圧によりシール部材46がシールエレメント47を必要以上に回転軸42方向に押さえつけ、摩擦による熱が高く、シールエレメント47の摩耗が増大し、シール自体の耐久性の悪化を招く結果となっていた。
【０００６】
また、前述のように、この回転軸シール43は、シール部材46から少量の流体を意図的に漏らす構成であり、漏れた流体の油をシール部材46とシールエレメント47の潤滑材として利用するが、高圧によりシール部材46が予想以上に回転軸42に押し付けられると、流体が全くシールエレメント47に供給されなくなり、シール部材46及びシールエレメント47の摩耗が促進することとなり、回転軸シール43が設計通りに機能しないという問題があった。
【０００７】
上述した冷媒（密封流体）の高圧化に対応するため、その後、図４に示すような密封装置（回転軸シール43Ａ）が提案されている。即ち、ゴム製シール部材46を背面から受持するバックアップ金具51を、付加した構造である。
しかしながら、この図４に示した従来の回転軸シール43Ａでも、最近の高圧化した冷媒（密封流体）に対して、上述と同じ理由で耐久性の面で不十分であることが判明してきた。
【０００８】
そこで本発明は、密封流体の高圧化に対応する密封装置として、高圧の流体による摩耗の促進を抑え、摩擦熱等による発熱を低減して、回転軸シールの耐久性を向上させた密封装置を提供することを目的とする。さらに、ハウジングと回転軸との間への装着作業性を良好に保ち、かつ、小型化を図り、信頼性のある密封装置を提供することを、他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は、ハウジングと回転軸との間に介装されるコンプレッサ用密封装置に於て、該回転軸に摺接するゴム製シールリップ部を有する主シール部材と、該主シール部材よりも流体収納室側に配設されて該流体収納室側に延伸する摺接リップ部を有する減圧シール部材とを、共通アウターケースによって把持固定して構成され；かつ、上記減圧シール部材は、横断面形状が軸心直交方向に細長い矩形状の外径側基部と、該外径側基部と背面が連続平坦面を有する内径方向に延伸して上記回転軸の外周面に内周端が接近する軸心直交薄肉壁部と、該軸心直交薄肉壁部の該内周端から基端が直角に折曲がって流体収納室側へ延伸する摺接リップ部を、有し；さらに、上記主シール部材と上記減圧シール部材の間に金属製平ワッシャを配設して、該金属製平ワッシャは、外周端は上記共通アウターケースに嵌着されると共に、内周端は上記回転軸の外周面に接近して対面し；かつ、上記外径側基部と上記薄肉壁部の背面の連続平坦面を、上記平ワッシャの上記外周端から内周端の範囲にて密着保持させ；しかも、上記減圧シール部材の材質をポリアミド樹脂としたものである。
【００１０】
また、本発明は、ハウジングと回転軸との間に介装されるコンプレッサ用密封装置に於て、該回転軸に摺接するシールエレメントと、該回転軸に摺接するゴム製シールリップ部を有する主シール部材と、流体収納室側に延伸する摺接リップ部を有する減圧シール部材とを、低圧室側から上記流体収納室側に順次配設して共通アウターケースによって把持固定して構成され；かつ、上記減圧シール部材は、横断面形状が軸心直交方向に細長い矩形状の外径側基部と、該外径側基部と背面が連続平坦面を有する内径方向に延伸して上記回転軸の外周面に内周端が接近する軸心直交薄肉壁部と、該軸心直交薄肉壁部の該内周端から基端が直角に折曲がって流体収納室側へ延伸する摺接リップ部を、有し；さらに、上記主シール部材と上記減圧シール部材の間に金属製平ワッシャを配設して、該金属製平ワッシャは、外周端は上記共通アウターケースに嵌着されると共に、内周端は上記回転軸の外周面に接近して対面し；かつ、上記外径側基部と上記薄肉壁部の背面の連続平坦面を、上記平ワッシャの上記外周端から内周端の範囲にて密着保持させ；しかも、上記減圧シール部材の材質をポリアミド樹脂としたものである。
【００１１】
また、共通アウターケースは、流体収納室側端部に内フランジ部を備え、さらに、上記減圧シール部材の上記外径側基部を上記内フランジ部と該平ワッシャにて挾圧されるように、上記共通アウターケースの低圧室側端部をカシメ加工にて、把持固定した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき、本発明を詳説する。
【００１３】
図１と図２は、本発明の密封装置の断面側面図を示し、図１は未装着時の自由状態を示し、図２は装着時の使用状態を示す。この密封装置は、コンプレッサのケース等のハウジング１と回転軸２との間に介装され、流体収納室10側に収納されている高圧の冷媒と潤滑剤として作用する油とを有する流体を、低圧室20側に対して、密封するものである。
【００１４】
この密封装置は、回転軸２に摺接するゴム製シールリップ部３を有する主シール部材４と、この主シール部材４よりも流体収納室10側に配設された減圧シール部材Ｓとを、共通アウターケース５によって、把持固定して、構成されている。
【００１５】
減圧シール部材Ｓは、流体収納室10側に延伸して、回転軸２の外周面に摺接する摺接リップ部６を有する。また、主シール部材４は、金属部７とゴム部８とを、接着（融着や溶着や焼付けを含む）等で一体化して構成される。
【００１６】
さらに具体的には、減圧シール部材Ｓは、その材質としてポリアミド樹脂が好ましい。つまり、射出成形等により溶融加工ができて、ＰＴＦＥ等を用いた場合よりも低コストで成形でき、さらに、流体収納室10の密封流体が液体と気体の混ざった流体であるときにも確実な漏洩防止を図り得る。
【００１７】
主シール部材４の金属部７は、円筒板部７ａと軸心直交壁部７ｂとを有した断面アングル型であって、円筒板部７ａを流体収納室10側となるように配設されている。ゴム部８は、この円筒板部７ａの外周面の大半部分を被覆する外周壁部８ａと、軸心直交壁部７ｂの両面を被覆する軸心直交壁部８ｂ，８ｃと、軸心直交壁部７ｂの内周端縁７ｃを被覆すると共に上記軸心直交壁部８ｂと軸心直交壁部８ｃとを連結する連結部８ｄと、この連結部８ｄから流体収納室10側へ延伸したシールリップ部３と、から構成されている。
【００１８】
９は、この主シール部材４を背面と内周面側から受持する断面Ｌ字状のサポート金具である。即ち、このサポート金具９は、主シール部材４のゴム部８の軸心直交壁部８ｂと、連結部８ｄとシールリップ部３を、受持して、流体収納室10側からの圧力がゴム部８に作用したときに、背面及び内周面側からサポート（受持）して、過大な変形を防止する。しかも、このサポート金具９の内周壁部９ａ先端は、緩やかな勾配面を有し、シールリップ部３がスムースに弾性変形するように、内周面側から受持している。
【００１９】
11は金属製平ワッシャであり、回転軸２の軸心Ｌと直交する平面の方向に配設された一文字型断面の円環平板部材から成る。そして、減圧シール部材Ｓは、軸心Ｌと直交する平面に一致する平坦面12を有し、この平坦面12を上記平ワッシャ11にて密着保持する。
【００２０】
さらに具体的に説明すると、主シール部材４の金属部７の円筒板部７ａの流体収納室側端部と、減圧シール部材Ｓの平坦面12との間に、平ワッシャ11を配設して、平ワッシャ11にて、減圧シール部材Ｓを背面側から密着して支持している。
【００２１】
共通アウターケース５は、流体収納室側端部に内フランジ部15を有する。かつ、この共通アウターケース５は、金属板部13とゴム部14とを備え、金属板部13は、流体収納室側内フランジ部13ａと、ハウジング１の内周面に接近して配設される円筒壁部13ｂと、カシメ加工にて最終的に折曲形成される（低圧室20側の）折曲小片部13ｃとを有する略円筒状である。また、ゴム部14は、金属板部13の円筒壁部13ｂの外周面（の流体収納室寄りの範囲）を被覆してハウジング１の内周面に嵌着状態で圧接して密封作用をなす外周密封壁部14ａと、内フランジ部13ａを被覆する断面Ｕ字状のフランジ被覆部14ｂと、から成る。
【００２２】
減圧シール部材Ｓは、横断面が軸心直交方向に細長い矩形状の外径側基部16と、この外径側基部16と背面が連続平坦面を有する内径方向に延伸した軸心直交薄肉壁部17と、この軸心直交薄肉壁部17の内周端から流体収納室10側へ延伸した前記摺接リップ部６と、から成る。
【００２３】
そして、減圧シール部材Ｓの基部16及び薄肉壁部17によって形成された軸心直交方向の（連続状の）平坦面12を、平ワッシャ11に密着させ、かつ、減圧シール部材Ｓの基部16の流体収納室側平坦面18を、共通アウターケース５の内フランジ部15（のゴム部14のフランジ被覆部14ｂの内壁）に密着させるようにして、共通アウターケース５の低圧室側端部（の折曲小片部13ｃ）のカシメ加工にて把持されている。つまり、減圧シール部材Ｓの外径側基部16を、内フランジ部15と平ワッシャ11にて、挾圧されるように、共通アウターケース５のカシメ加工で、主シール部材４、サポート金具９等と共に、把持固定されて、組立てられている。
【００２４】
また、19はシールエレメントであり、サポート金具９の背面側に配設され、金属製インナーケース21によってこのシールエレメント19はさらに背面側から挾持されている。このインナーケース21は直接に、共通アウターケース５の折曲小片部13ｃに接触し、カシメ加工の押圧力を受ける。
【００２５】
シールエレメント19は、螺旋状切込溝22を有し、例えば、ＰＴＦＥ樹脂製であり、回転軸２が回転すると、ポンピング作用により、流体を流体収納室10の方向へ押し返す。また、このシールエレメント19は、自然状態では円環平板状であり、内径側を流体収納室10側に向けて屈曲させつつ回転軸２を挿入する。回転軸２とは所定幅で接する摺接面を形成する。
【００２６】
このように、図１と図２に示した実施の形態の密封装置は、インナーケース21、シールエレメント19、サポート金具９、ゴム製シールリップ部３を有する主シール部材４、平ワッシャ11、摺接リップ部６を有する減圧シール部材Ｓを、低圧室20側から流体収納室10側に順次配設して、共通アウターケース５によって（その折曲小片部13ｃのカシメ加工によって）把持固定して、一体化した構成である。
【００２７】
なお、主シール部材４のゴム部８の外周壁部８ａに於て、その外周面を凹凸波型として、アウターケース５に嵌合させたときに、圧入状態として、その凹凸波型の（２点鎖線にて示した）凸波部は弾性圧縮変形することにより、この嵌合面からの流体の漏洩を防ぐ。なお、ゴム部14の外周密封壁部14ａとハウジング１の内周面との嵌合面部位も同様の構造とする。
【００２８】
次に、本発明の密封装置におけるシール機能について説明すると、流体収納室10で（冷媒と油等からなる）流体が高圧に保たれると、内フランジ部15と平ワッシャ11により安定して姿勢保持されている減圧シール部材Ｓの摺接リップ部６がその圧力を受けて、摺接リップ部６が回転軸２の外周面に押圧する力が大きくなって、シール力が増大するため、流体収納室10の流体の高い圧力が主シール部材４にそのまま作用することがない。
【００２９】
さらに、減圧シール部材Ｓの材質をポリアミド樹脂としたので、減圧シール部材Ｓにおける流体収納室10からの流体漏れは、ほとんど油（液体）のみとすることができ、この漏れ油が減圧シール部材Ｓの摺接リップ部６の接触面と回転軸２との間に介在し、潤滑効果を兼ねることができる。そして、この油は後方の主シール部材４のシールリップ部３によりシールされる。
【００３０】
また、主シール部材４においては、平ワッシャ11との間に形成された減圧室（中間空室部）23の流体は、シールリップ部３とシールエレメント19とによりシールされることとなる。即ち、シールエレメント19は、シールエレメント19の摺接面に設けた螺旋状の切込溝22により、回転軸２が回転すると、ハイドロダイナミック効果（ポンピング作用）を引き起し、シールエレメント19の摺接面と回転軸２との間の油を減圧室23側に押し戻すため、流体（油）が（大気側の）低圧室20に漏れることがない。
【００３１】
また、本発明は上述の図示の実施の形態に限定されず、設計変更自由である。例えば、主シール部材４の後方にサポート金具９がないものとしたり、また、シールリップ部３やシールエレメント19を２枚以上配設したり、シールエレメント19の摺接面に設ける切込溝22を、同心円状の独立溝としてもよい。また、金属部７、インナーケース21の形状と結合構造等も種々変形自由である。さらに、場合によっては、低圧室20側に副シール部材を追加して、中間空室部23を２個並設しても、自由である。そして、いずれにせよ、共通アウターケース５によって、全体を一体状に把持固定する。
【００３２】
【実施例】
図１と図２に示した形状と構造を備えたものであって、減圧シール部材Ｓの材質をノナンジアミン−テレフタル酸共重合体（株式会社クラレ製ＰＡ９Ｔ）を使用した密封装置を、本発明の実施例とする。
【００３３】
比較例として、図５に示すように、ハウジング41に流体収納室側凹周溝26と、中間凹周溝27を形成し、その間に区画壁部28を形成して、回転軸42を挿入し、さらに、流体収納室側凹周溝26に同じ材質のコの字状の減圧シール部材29を嵌着した。他方、中間凹周溝27には、主シール部材30を一体に有するアウターケース31内に、サポート金具32と、切込溝33を有するシールエレメント34とインナーケース35を、把持固定したシール39を、嵌着したものを、採用した。言い換えると、本発明実施例（図１，図２）のものを、２分割して、装着した構造である。
【００３４】
従来例として、図４の構造のもの（既に説明済み）を採用した。即ち、本発明実施例の減圧シール部材Ｓや、図５に示した比較例のコ字状の減圧シール部材29を、省略した、回転軸シール43Ａのみから成る。
【００３５】
上述の実施例（図１，図２）と、比較例（図５）と、従来例（図４）の各密封装置について、回転耐久試験を行った。その結果を次の表１に示す。なお、表１中に於て、取付部の大きさは、（嵌着孔部の径）×（軸心方向寸法）をもって示す。
【００３６】
【表１】
0004068379.tif 000002
【００３７】
上記表１から、実施例と比較例は 200時間経過しても漏れを発生せず、従来例よりも優れた耐久シール性を発揮する。このように、実施例と比較例では、回転軸２，42と摺接するシールリップ部３（主シール部材30のシールリップ部）の摩耗や過度の発熱発生もなく、減圧シール部材Ｓ，29の減圧効果が発揮されたことがわかる。
【００３８】
しかし、比較例（図５）では取付ける際に、２個の部品───シール39及び減圧シール部材29───を装着する作業上の面倒さがあり、かつ、ハウジング41自体も複雑な孔形状（２箇所の凹周溝27及び凹周溝26を要する形状）とせねばならないという欠点が残っている。さらに言えば、比較例（図５）では、治具作成時や装着時に、偏心等の不具合を生じる虞があり、シールの信頼性もやや低下するという問題がある。そして、ハウジング41が軸心方向に長くなり、装置全体の小型化・コンパクト化を、阻害するという欠点もある。
【００３９】
これに対し、本発明（実施例）では、減圧シール部材Ｓが一体構造化され、装着作業性に優れ、ハウジング１の孔部の形状もシンプルで済み、軸心Ｌ方向の寸法も減少できて、小型化・コンパクト化を図り得るという著大な効果を奏する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、共通アウターケース５によって密封装置が一体化され、取扱易く、ハウジング１へ装着し易く、作業性に優れ、特に、軸心方向Ｌに小型化を図り得て、ハウジング１自体の軸心方向寸法を短縮可能となり、かつ、ハウジング１の孔部の形状も簡素な形状で済む。かつ、平坦面12を平ワッシャ11の平坦面で受けるので、減圧シール部材Ｓの姿勢と位置が安定して維持される。これによって、回転軸２の外周面に摺接リップ部６が高精度の締め代をもって密封作用をなし、偏摩耗や異常発熱等を防止できて、寿命も延びる。
【００４１】
そして、減圧シール部材Ｓによって、流体収納室10側から作用する高圧を、直接にゴム製シールリップ部３に作用することを防いで、このゴム製シールリップ部３の回転密封性及び回転耐久性を著しく向上できる。特に、（減圧シール部材Ｓをポリアミド樹脂としたことにより、）射出成形等の溶融加工にて、少ない工程で材料ロスを生じないで、低コストで量産できる。そして、特に、ＣＯ2 等の気体を遮断して、カーエアコン用コンプレッサ等の密封装置として好適である。そして、摺接リップ部６として、減圧シールとして直接的に流体収納室10からの圧力変動に耐える剛性と強度を、確保できる。
【００４２】
（請求項２によれば、）さらに、シールエレメント19は回転軸２の回転時にハイドロダイナミック効果にて流体漏れを確実に防止し、ゴム製シールリップ部３は回転時及び静止時の流体漏れを防止するが、減圧シール部材Ｓは、これ等のシール性及び耐久性を向上させる役目をなす。
【００４３】
（請求項３によれば、）一層のコンパクト化を図り得る。さらに、高い密封性を保ちつつ、組付も容易で簡素化を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の密封装置の実施の一形態を示す自由状態における断面側面図である。
【図２】  密封装置の装着状態を示す断面側面図である。
【図３】  従来例の断面図である。
【図４】  別の従来例の断面図である。
【図５】  比較例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｓ  減圧シール部材
１  ハウジング
２  回転軸
３  シールリップ部
４  主シール部材
５  アウターケース
６  摺接リップ部
10  流体収納室
11  平ワッシャ
12  平坦面
15  内フランジ部
16  外径側基部
17  軸心直交薄肉壁部
19  シールエレメント
20  低圧室
【図１】
0004068379.tif 000003
【図２】
0004068379.tif 000004
【図３】
0004068379.tif 000005
【図４】
0004068379.tif 000006
【図５】
0004068379.tif 000007