JP3971802B2 - 圧縮機の軸封構造 - Google Patents
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Description
［技術分野］
本発明は、外部駆動源の駆動により回転軸が回転することで圧縮動作を行う圧縮機において、回転軸を封止することで、高圧側である圧縮機内部に存在する冷媒や潤滑油等の流体の、低圧側である圧縮機外部への漏れを防止する軸封構造に関する。
［背景技術］
特開平６−３００１４２号公報は、例えば、圧縮機に組み込まれてその回転軸を封止する軸封装置について開示する。図７に示すように、この軸封装置は、ゴム製の第１リップリング９１と、第１リップリング９１に対して圧縮機外部側に配置されたフッ素樹脂製の第２リップリング９２とを備えている。そして、第１リップリング９１及び第２リップリング９２が、それぞれリップ部９１１，９２１を回転軸９３の外周面９３１に接触させることで、回転軸９３の回転時及び回転停止時における流体の漏れを防止する。
ここで、前記第１リップリング９１のリップ部９１１は、回転軸９３の回転時には、流体を第２リップリング９２側へ漏らすように設定されている。このリップ部９１１から漏れた流体（主には潤滑油）がリップ部９１１，９２１を潤滑し、リップ部９１１，９２１が摩耗劣化したり、高温に発熱して熱劣化したりすることがなく、リップ部９１１，９２１の耐久性を高めている。
前述したように、回転軸９３の回転停止時に流体の漏れを防止してなおかつ、回転軸９３の回転時に流体を漏らすようにするためには、回転軸９３の外周面９３１に対するリップ部９１１の接触姿勢を好適な状態に設定・維持することが重要である。前記公報の軸封装置は、第２リップリング９２を第１リップリング９１に対して密着状に配置し、回転軸９３の外周面９３１に対するリップ部９１１の接触姿勢の維持を、第２リップリング９２のバックアップ支持により行わせている。
ところが、回転軸９３の回転時に圧縮機内部の圧力が高くなると、この高圧力により付勢された第１リップリング９１が、リップ部９２１を回転軸９３に対して過大な力で押し付ける。従って、リップ部９２１の温度、ひいてはその周囲の温度が上昇される。その結果、フッ素樹脂と比較して熱に弱いゴム製のリップ部９１１が、リップ部９２１の発熱を受けて熱劣化することとなっていた。
本発明の目的は、第１リップリングのリップ部の劣化を抑制して耐久性に優れた圧縮機の軸封構造を提供することにある。
［発明の開示］
本発明にともなう軸封構造は、第１リップリングと第２リップリングとの間に姿勢保持部材を配設し、姿勢保持部材により、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢をバックアップ支持するように構成されている。このように、第１リップリングのリップ部の接触姿勢の維持を、専用の姿勢保持部材により行っている。従って、クランク室の高圧時に、第１リップリングが、第２リップリングのリップ部を回転軸の外周面に対して過大な圧力で押し付ける状況を回避できる。その結果、第２リップリングのリップ部における過大な発熱を防止でき、この発熱を受けることでの第１リップリングの熱劣化を防止できる。
前記回転軸の回転時には、流体を第２リップリング側へ漏らすように、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢が設定されている。従って、漏れた流体が第１リップリング及び第２リップリングのリップ部を好適に潤滑し、このリップ部の摩擦劣化及び熱劣化を防止できる。
前記第１リップリングのリップ部の先端部には内径方向に突出する尖鋭状の突条部が形成され、第１リップリングのリップ部は突条部の先端を以て回転軸の外周面に環状領域で接触されており、この突条部を形成する圧縮機内部側の傾斜面が回転軸の外周面に対してなす角を、同じく突条部を形成する圧縮機外部側の傾斜面が回転軸の外周面に対してなす角より小さくなるように、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢が設定されている。従って、第１リップリングのリップ部は、回転軸の回転停止時にはシール性能を十分に発揮してなおかつ、回転軸の回転時には多くの流体を漏らすことができる。その結果、漏れ流体による第１リップリング及び第２リップリングのリップ部の潤滑状態が良好となり、このリップ部の摩擦劣化及び熱劣化の防止効果が高められる。
前記姿勢保持部材と第２リップリングのリップ部との間には空間が確保されている。従って、クランク室の高圧時に、第１リップリングに作用する荷重が姿勢保持部材により支承され、第２リップリングのリップ部に伝達されない。その結果、第２リップリングのリップ部の発熱が抑制される。
前記第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間には、回転軸の回転により作動するポンプ構造が構築され、ポンプ構造により、第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間に存在する流体が圧縮機内部側へ送られるように構成されている。従って、第２リップリングのリップ部のシール性能が高められる。その結果、前述したように、回転軸の回転時には第１リップリングのリップ部から流体が漏れる構成であっても、軸封構造全体としてのシール性能の低下はない。
前記ポンプ構造は、第２リップリングのリップ部或いは回転軸の外周面の少なくとも一方に刻設されたポンプ溝を有し、ポンプ溝は、第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間において、圧縮機内部側の区間にのみ形成され、圧縮機外部側の区間には形成されていない。つまり、ポンプ溝を圧縮機外部側に開放されないように形成した。従って、例えば、回転軸の回転停止時において、ポンプ溝内に残留する流体が圧縮機外部側へ流出されることがない。その結果、回転軸の回転停止時における軸封構造のシール性能が向上される。
前記ポンプ溝は、第２リップリングの軸線を中心とした螺旋状をなしている。従って、ポンプ溝は、回転軸の回転により、回転軸の外周面との間で螺旋ポンプ作用を奏する。
前記圧縮機は、圧縮機内部側としてのクランク室とシリンダボアとが区画形成され、クランク室に収容されたカムプレートは回転軸に一体回転可能でかつ傾動可能に挿着され、シリンダボアにはピストンが往復動可能に収容され、クランク室の圧力を変更することにより、クランク室の圧力とシリンダボアの圧力とのピストンを介した差を変更し、その差に応じてカムプレートの傾角を変更して、吐出容量を制御するように構成されている。従って、吐出容量を小さく制御するために、クランク室の圧力が高くなる。このように、条件的に厳しい圧縮機に前述した構成の軸封構造を適用することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
前記圧縮機は、カムプレートの最小傾角に連動して外部冷媒回路上の冷媒循環を阻止する冷媒循環阻止手段を備え、外部駆動源の作動時には常に回転軸が回転するように構成されている。従って、冷房不要時や外部冷媒回路の蒸発器においてフロストが発生しそうな場合等には、カムプレートの傾角を最小として、冷媒循環阻止手段により外部冷媒回路上の冷媒循環が阻止され、回転軸の回転が停止することはない。このように、条件的に厳しい圧縮機に前述した構成の軸封構造を適用することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
前記圧縮機は、冷媒循環阻止手段による外部冷媒回路上の冷媒循環阻止時には、内部に吐出圧領域、クランク室、吸入圧領域及びシリンダボアを経由する流体の循環通路が形成され、この循環通路を構成してクランク室と吸入圧領域とを接続する通路は、クランク室に対して第１リップリング付近で開口されている。従って、第１リップリングのリップ部にとって条件的に厳しい最小傾角運転時には、クランク室において第１リップリング付近の流体の流通量が多くなる。その結果、第１リップリング及び第２リップリングのリップ部の潤滑に必要な量の流体を継続して漏らすことができ、このリップ部の潤滑を確実に行い得る。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施例に従う軸封装置を適用したクラッチレスタイプの可変容量型圧縮機の縦断面図。
図２は、図１において軸封装置付近を拡大して示す図。
図３は、回転軸を挿入する前の第２リップリングを圧縮機外部側より見た正面図。
図４Ａは、図２において突条部を拡大して示す図。
図４Ｂは、比較例の軸封装置において突条部を拡大して示す断面図。
図４Ｃは、別の比較例の軸封装置において突条部を拡大して示す断面図。
図５は、縦軸を第１リップリングのリップ部の温度、横軸を回転軸の回転数とし、本実施例の軸封装置の効果を特開平６−３００１４２号公報の軸封装置と比較して示すグラフ。
図６は、本発明の第２実施例に従う軸封装置を示す拡大断面図。
図７は、特開平６−３００１４２号公報の軸封装置を示す拡大断面図。
［発明を実施するための最良の形態］
（第１実施例）
以下、本発明の第１例を図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、フロントハウジング１１はシリンダブロック１２の前端に接合されている。リヤハウジング１３は、シリンダブロック１２の後端に弁形成体１４を介して接合固定されている。クランク室１５は、フロントハウジング１１とシリンダブロック１２とに囲まれて区画形成されている。回転軸１６はクランク室１５を通るように、フロントハウジング１１とシリンダブロック１２との間に回転可能に架設支持されている。回転軸１６の一端は、フロントハウジング１１の前壁を貫通して外部へ突出されている。
ボス部４５は、フロントハウジング１１の前壁面に突設されており、回転軸１６の突出端部を取り囲む。プーリ１７は、ボス部４５の外周面にアンギュラベアリング１８を介して回転可能に支持されている。プーリ１７は回転軸１６のフロントハウジング１１からの突出端部に連結されており、その外周部に巻き掛けられたベルト１９を介して外部駆動源としての車両エンジン２０に、高価でかつ重量物であり、しかもオン・オフショックのともなう電磁クラッチ等のクラッチ機構を介することなく直結されている。従って、回転軸１６は、車両エンジン２０の動作時には常に回転駆動される。
軸封装置２１は、回転軸１６の突出端部の外周面１６１とボス部４５の内周面４５１との間に介在され、回転軸１６を封止している。この軸封装置２１の構成については、後に詳述する。
回転支持体２２は、クランク室１５において回転軸１６に止着されている。カムプレートとしての斜板２３は、回転軸１６に対してその軸線Ｌ方向へスライド移動可能でかつ傾動可能に支持されている。ヒンジ機構２４は回転支持体２２と斜板２３との間に介在されている。斜板２３はヒンジ機構２４により、回転軸１６の軸線Ｌ方向へ傾動可能でかつ回転軸１６と一体的に回転可能となっている。斜板２３の半径中心部がシリンダブロック１２側に移動すると、斜板２３の傾角が減少される。傾角減少バネ２６は、回転支持体２２と斜板２３との間に介在されている。傾角減少バネ２６は、斜板２３を傾角の減少方向に付勢する。傾角規制突部２２１は回転支持体２２の後面に形成され、斜板２３の最大傾角を当接規制する。
収容孔１２１はシリンダブロック１２の中心部に貫設されている。冷媒循環阻止手段を構成する遮断体２８は筒状をなし、収容孔１２１にスライド可能に収容されている。吸入通路開放バネ２９は、収容孔１２１の端面と遮断体２８との間に介在され、遮断体２８を斜板２３側へ付勢している。
前記回転軸１６は、その後端部を以て遮断体２８の内部に挿入されている。ラジアルベアリング３０は、回転軸１６の後端部と遮断体２８の内周面との間に介在され、遮断体２８とともに回転軸１６に対して軸線Ｌ方向へスライド移動可能である。
吸入通路１３１は、リヤハウジング１３及び弁形成体１４の中心部に形成されている。吸入通路１３１は収容孔１２１に連通されており、その弁形成体１４の前面に表れる開口周囲には、位置決め面１４１が形成されている。遮断面２８１は遮断体２８の先端面に形成され、遮断体２８の移動により位置決め面１４１に接離される。遮断面２８１が位置決め面１４１に当接されることにより、両者間のシール作用で吸入通路１３１と収容孔１２１の内空間との連通が遮断される。
スラストベアリング３５は斜板２３と遮断体２８との間に介在され、回転軸１６上にスライド移動可能に支持されている。スラストベアリング３５は、吸入通路開放バネ２９に付勢されて、常には斜板２３と遮断体２８との間で挟持されている。
そして、斜板２３が遮断体２８側へ傾動するのに伴い、斜板２３の傾動がスラストベアリング３５を介して遮断体２８に伝達される。従って、遮断体２８が吸入通路開放バネ２９の付勢力に抗して位置決め面１４１側に移動され、遮断体２８は遮断面２８１を以て位置決め面１４１に当接される。遮断面２８１が位置決め面１４１に当接された状態にて、斜板２３のそれ以上の傾動が規制され、この規制された状態にて斜板２３は０°よりも僅かに大きな最小傾角となる。
シリンダボア１２２はシリンダブロック１２に貫設形成され、片頭型のピストン３６はシリンダボア１２２に収容されている。ピストン３６は、シュー３７を介して斜板２３の外周部に係留されており、斜板２３の回転運動によりシリンダボア１２２内で前後往復運動される。
吸入圧領域である吸入室３８及び吐出圧領域である吐出室３９は、リヤハウジング１３にぞれぞれ区画形成されている。吸入ポート１４２、吸入ポート１４２を開閉する吸入弁１４３、吐出ポート１４４、吐出ポート１４４を開閉する吐出弁１４５は、それぞれ弁形成体１４に形成されている。そして、吸入室３８の冷媒ガスは、ピストン３６の復動動作により吸入ポート１４２及び吸入弁１４３を介してシリンダボア１２２に吸入される。シリンダボア１２２に吸入された冷媒ガスは、ピストン３６の往動動作により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート１４４及び吐出弁１４５を介して吐出室３９へ吐出される。
吸入室３８は通口１４６を介して収容孔１２１に連通されている。そして、遮断体２８がその遮断面２８１を以て位置決め面１４１に当接されると、通口１４６は吸入通路１３１から遮断される。通路４６は回転軸１６の軸芯に形成され、入口４６１は軸封装置２１付近でクランク室１５に開口されるとともに、出口４６２は吸入圧領域としての遮断体２８の内空間で開口されている。放圧通口２８２は遮断体２８の周面に貫設され、放圧通口２８２を介して遮断体２８の内空間と収容孔１２１の内空間とが連通されている。
給気通路４８は吐出室３９とクランク室１５とを接続し、給気通路４８上には容量制御弁４９が介在されている。
以上構成の圧縮機は、その吸入室３８に冷媒ガスを導入する通路となる吸入通路１３１と、吐出室３９から冷媒ガスを排出する吐出フランジ７５とが外部冷媒回路７６により接続されている。凝縮器７７、膨張弁７８及び蒸発器７９は外部冷媒回路７６上に配置されている。
蒸発器７９の近傍には温度センサ８０が設置されている。温度センサ８０は蒸発器７９における温度を検出し、この検出温度情報を制御コンピュータ８１へ出力する。容量制御弁４９のソレノイド４９１の励消磁は、温度センサ８０からの検出温度情報に基づいて制御コンピュータ８１によって制御される。制御コンピュータ８１は、エアコンスイッチ８２のＯＮ状態のもとに検出温度が設定温度以下になると容量制御弁４９のソレノイド４９１の消磁を指令する。この設定温度以下の温度は蒸発器７９においてフロストが発生しそうな状況を反映する。また、制御コンピュータ８１は、エアコンスイッチ８２のＯＦＦによってソレノイド４９１を消磁する。
ソレノイド４９１が消磁されると給気通路４８が開かれ、吐出室３９とクランク室１５とが連通される。従って、吐出室３９の高圧冷媒ガスが給気通路４８を介してクランク室１５へ供給され、クランク室１５の圧力が高くなる。クランク室１５の圧力上昇により斜板２３の傾角が最小傾角へ移行する。
遮断体２８の遮断面２８１が位置決め面１４１に当接すると吸入通路１３１における通過断面積が零となり、外部冷媒回路７６から吸入室３８への冷媒ガス流入が阻止される。
斜板２３の最小傾角は０°ではないため、斜板傾角が最小の状態においてもシリンダボア１２２から吐出室３９への吐出は行われている。吸入室３８の冷媒ガスはシリンダボア１２２へ吸入されて吐出室３９へ吐出される。即ち、斜板傾角が最小状態では、吐出室３９、給気通路４８、クランク室１５、通路４６、放圧通口２８２、吸入室３８及びシリンダボア１２２を経由する循環通路が圧縮機内部にできている。冷媒ガスと共に流動する流体（主として潤滑油）は、この循環経路を経由して圧縮機内を潤滑する。吐出室３９、クランク室１５及び吸入室３８の間では、圧力差が生じている。この圧力差及び放圧通口２８２における通路断面積が斜板２３を最小径角に安定的に保持する。
ソレノイド４９１の励磁によって給気通路４８が閉じられ、クランク室１５の圧力が通路４６及び放圧通口２８２を介した放圧に基づいて低下してゆく。この減圧により斜板２３の傾角が最小傾角から最大傾角へ移行する。
次に、前記軸封装置２１について詳述する。
図２に示すように、ケース５１は大径円筒部５１１と小径円筒部５１２とを備え、ボス部４５内に挿入されている。ケース５１は、小径円筒部５１２の先端が、ボス部４５内の奥まった位置に形成された段差壁面４５２に当接することで、クランク室１５方向への移動が規制されている。ケース５１は、大径円筒部５１１の先端が、ボス部４５の内周面４５１に嵌め込まれたサークリップ５２に当接することで、圧縮機外部方向への移動が規制されている。Ｏリング５３は小径円筒部５１２に外嵌され、ボス部４５の内周面４５１に接触されている。
第１リップリング５４はアクリルニトリルブタジエンゴム等の合成ゴム製であり、第１保持金具５５に保持されている。第２リップリング５６はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂製であり、第１リップリング５４に対して圧縮機外部側に配置されている。姿勢保持部材としての姿勢保持リング６１は、第１リップリング５４と第２リップリング５６との間に介在されている。第２保持金具５８は、第２リップリング５６に対して圧縮機外部側に配置されている。これら各部材５４〜５６，５８，６１は、ケース５１内に収容されている。ケース５１内において、第１保持金具５５は大径円筒部５１１と小径円筒部５１２とを接続する段差壁面５１３に当接され、第２保持金具５８は内径側に曲折された大径円筒部５１１の開口縁部５１４に当接されている。従って、第１リップリング５４、第２リップリング５６及び姿勢保持リング６１は、第１保持金具５５と第２保持金具５８との間に狭持保持される。
前記第１リップリング５４は、大径円筒部５１１の内周面に接触される外周シール部５４１と、回転軸１６の外周面１６１に接触されるリップ部５４２とを備える。リップ部５４２は、ケース５１の内空間をクランク室１５方向に向かって延在されるとともに、その先端部は内径方向へ下降傾斜されている。尖鋭状をなす突条部５９は、リップ部５４２の先端部において内周側に形成され、その先端５９３を以って回転軸１６の外周面１６１に対して環状領域で接触されている。
図４Ａは、図２において突条部５９付近を拡大して示す。同図に示すように、突条部５９を形成するクランク室１５側の傾斜面５９１は、回転軸１６の外周面１６１に対して所定の角度θ１で傾斜されている。同じく突条部５９を構成する圧縮機外部側の傾斜面５９２は、回転軸１６の外周面１６１に対して所定の角度θ２で傾斜されている。そして、回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢は、傾斜面５９１が外周面１６１となす角θ１と、傾斜面５９２が外周面１６１となす角θ２とが、θ１＜θ２の関係を満たすように設定されている。従って、第１リップリング５４のリップ部５４２は、回転軸１６の回転停止時にはシール性能が十分に発揮されるが、回転軸１６の回転時にはクランク室１５側から第２リップリング５６側への流体漏れを増大させる傾向を示す。
ここで、図４Ｂはθ１＝θ２の関係を満たすように、図４Ｃはθ１＞θ２の関係を満たすように、それぞれ回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢を設定した比較例を示す。この比較例では、本実施例とは異なり、回転軸１６の回転時において、クランク室１５側から第２リップリング５６側への流体漏れを増大させる傾向が見られない。
ここで、本実施例と比較例との違いを考察すると、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、回転軸１６の外周面１６１に弾性接触された突条部５９は、先端５９３付近が押し潰された状態となっており、突条部５９は先端５９３を含むある程度のシール幅を以て回転軸１６の外周面１６１に接触されている。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに記した二点鎖線の曲線は、外周面１６１に対する突条部５９の接触圧の強さの分布を示す。この分布からわかるように、回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢がθ１＝θ２を満たすように設定されると、接触圧のピーク、つまり、先端５９３がシール幅の中間（一点鎖線）に位置するように突条部５９が押し潰される。θ１＞θ２を満たすように設定されると、先端５９３が中間からクランク室１５側にずれるように突条部５９が押し潰される。本実施例のようにθ１＜θ２を満たすように設定されると、先端５９３が中間から圧縮機外部側にずれるように突条部５９が押し潰される。つまり、回転軸１６の回転時におけるリップ部５４２のシール性能の高低は、突状部５９の先端５９３付近の押し潰され方に大きく左右されると推定できる。
図３は、回転軸１６を挿入する前の第２リップリング５６を示す。この状態で第２リップリング５６は平板状をなす。そして、図２に示すように、第２リップリング５６は、回転軸１６を挿入する時に内周縁部をクランク室１５側へ湾曲させ、この湾曲部分がリップ部６０をなす。リップ部６０は、所定幅のシール面６０１を以って回転軸１６の外周面１６１に対して環状領域で接触される。リップ部６０のほとんどの部分は、第１リップリング５４のリップ部５４２と回転軸１６の外周面１６１との間に形成された空間に入り込んでいる。このように、第１リップリング５４のリップ部５４２と第２リップリング５６のリップ部６０をラップさせた状態で配置することで、軸封装置２１の軸線Ｌ方向への大きさをコンパクト化できた。
ポンプ溝６０２は、リップ部６０のシール面６０１において第２リップリング５６の軸線（Ｌ）を中心とした螺旋状に刻設されている。従って、ポンプ溝６０２とそれに対向する回転軸１６の外周面１６１との間で、回転軸１６の回転により動作する螺旋ポンプ構造が構築されている。なお、ポンプ溝６０２は、シール面６０１においてクランク室１５側の部位にのみ形成され、圧縮機外部側の部位には形成されていない。
前記姿勢保持リング６１は、外周部６１１が第１リップリング５４と第２リップリング５６との間で狭持されている。姿勢保持リング６１は内周部６１２が湾曲され、この内周部６１２は、第１リップリング５４のリップ部５４２と第２リップリング５６のリップ部６０とを遮断するようにクランク室１５方向へ延びている。姿勢保持部６１３は内周部６１２の先端部に形成され、内径方向に曲折されて曲面状をなしている。姿勢保持部６１３は、第１リップリング５４のリップ部５４２に密着され、リップ部５４２を圧縮機外部側よりバックアップ支持している。曲面状をなす姿勢保持部６１３は、リップ部５４２に対する当たりが柔らかとなる。また、図面からも明らかなように、姿勢保持リング６１の内周部６１２と第２リップリング５６のリップ部６０との間には、空間が確保されている。
次に、前記軸封装置２１の作用について説明する。
車両エンジン２０が停止され、回転軸１６の回転が停止された状態では、第１リップリング５４のリップ部５４２が、自身の弾性力により回転軸１６の外周面１６１に接触されている。従って、圧縮機内部であるクランク室１５から圧縮機外部側への流体（冷媒及び潤滑油）の漏れが防止される。
ところが、前述したように、第１リップリング５４のリップ部５４２は、回転軸１６の回転時には第２リップリング５６側へ流体を漏らすように構成されている。従って、車両エンジン２０が起動され、回転軸１６が回転されると、クランク室１５の流体がリップ部５４２から第２リップリング５６側へ漏れる。しかし、リップ部５４２から漏れた流体は第２リップリング５６のリップ部６０によりシールされ、圧縮機外部側へ漏れることはない。この時、ポンプ溝６０２が、相対回動される外周面１６１との間で螺旋ポンプ作用を奏して流体をクランク室１５側へ積極的に送り返すことも、リップ部６０によるシール機能の向上に貢献されている。
このように、回転軸１６の回転時に、流体を第１リップリング５４のリップ部５４２から漏らすようにすることで、漏れた流体（主として潤滑油）が第１リップリング５４及び第２リップリング５６のリップ部５４２，６０を潤滑し、リップ部５４２，６０の摩耗劣化や熱劣化が防止される。
上記構成の本実施例においては、次のような効果を奏する。
（１）圧縮機の最小傾角運転時には、クランク室１５の圧力が、吐出室３９からの高圧冷媒ガスの導入により、例えば、７kgf/cm2Ｇ程度まで高くなることもある。第１リップリング５４は、このクランク室１５の高圧力の作用により変形しようとする。しかし、第１リップリング５４は、リップ部５４２が姿勢保持リング６１の姿勢保持部６１３によりバックアップ支持されており、その変形は阻止される。従って、第１リップリング５４が、第２リップリング５６のリップ部６０を回転軸１６の外周面１６１に対して過大な圧力で押し付ける状況を回避できる。その結果、リップ部６０の過大な発熱を抑えることができ、ひいてはフッ素樹脂より熱に弱い、合成ゴム製のリップ部５４２の熱劣化を防止できて、軸封装置２１の耐久性が向上される。
（２）回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢は、傾斜面５９１が外周面１６１となす角θ１と、傾斜面５９２が外周面１６１となす角θ２とが、θ１＜θ２の関係を満たすように設定されている。従って、前述したように、リップ部５４２は、回転軸１６の回転停止時にはシール性能を十分に発揮してなおかつ、回転軸１６の回転時には多くの流体を漏らすことができる。その結果、第１リップリング５４のリップ部５４２の潤滑が良好となり、図５において「■」で示すように、リップ部５４２の発熱が、同条件下での特開平６−３００１４２号公報の軸封装置（「●」で示す）と比較して効果的に抑えられている。
（３）ポンプ溝６０２が第２リップリング５６のリップ部６０に形成されており、ポンプ溝６０２は回転軸１６の回転により外周面１６１との間で螺旋ポンプ作用を奏する。従って、第２リップリング５６のリップ部６０のシール性能が高められる。このように、回転軸１６の回転時におけるリップ部６０のシール性能を高めることで、第１リップリング５４のリップ部５４２から流体を漏らすように設定しても、軸封装置２１全体としてのシール性能が低下することはない。
（４）ポンプ溝６０２は、リップ部６０のシール面６０１においてクランク室１５側にのみ形成され、圧縮機外部側の部位には形成されていない。つまり、シール面６０１においてポンプ溝６０２を、圧縮機外部側に開放されないように形成した。従って、例えば、回転軸１６の回転停止時において、ポンプ溝６０２内に残留する流体が圧縮機外部側へ流出されることを防止できる。その結果、回転軸１６の回転停止時における、軸封装置２１のシール性能が向上される。
（５）本実施例の圧縮機は可変容量型圧縮機であって、クランク室１５の圧力を調節することで吐出容量を変更する。従って、前述したように、最小傾角運転時にはクランク室１５が高圧となる。このように、条件的に厳しい可変容量型圧縮機に前述した構成の軸封構造２１を適用することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
（６）前記（５）に加え、本実施例の圧縮機はクラッチレス圧縮機であって、車両エンジン２０の作動時においては常に回転軸１６が回転される。つまり、第１リップリング５４のリップ部５４２は、車両エンジン２０の作動時においては常に回転軸１６の外周面１６１に対して摺動される。また、前述したように、最小吐出容量運転時にはクランク室１５が高圧となり、しかも、冬場等では、最小吐出容量運転が長時間に渡って継続されることもある。このように、条件的に厳しいクラッチレス圧縮機に前述した構成の軸封構造２１を適用することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
（７）最小吐出容量運転時において流体の内部循環経路を構成する通路４６は、入口４６１を軸封装置２１の第１リップリング５４付近で開口させている。従って、軸封装置２１にとって環境的に厳しい最小傾角運転時には、クランク室１５において第１リップリング５４付近の流体の流動量が多くなる。その結果、リップ部５４２の潤滑に必要な量の流体を継続して漏らすことができ、リップ部５４２の摩耗劣化及び熱劣化を効果的に防止できる。
（８）姿勢保持リング６１の内周部６１２と第２リップリング５６のリップ部６０との間には、空間が確保されている。従って、クランク室１５の高圧時に、第１リップリング５４に作用する荷重が姿勢保持リング６１の内周部６１２により支承され、第２リップリング５６のリップ部６０に伝達されない。その結果、リップ部６０の発熱を抑制する効果がさらに高められる。
（第２実施例）
図６においては第２実施例を示す。本実施例の軸封装置７１は、上記第１実施例の軸封装置２１の主要なシール構成に加え、第２リップリング５６と同様な構成のフッ素樹脂製の第３リップリング７２が、第２リップリング５６に対して圧縮機外部側に配置され、リップ部７２１を以って回転軸１６の外周面１６１に接触されている。なお、リップ部７２１にポンプ溝６０２は形成されていない。
上記構成の本実施例においては次のような作用・効果を奏する。
（１）軸封装置７１は第３リップリング７２を備えている。従って、第２リップリング５６が劣化されたとしても、第３リップリング７２のリップ部７２１がそれに続いてシール作用を奏し、クランク室１５の流体が圧縮機外部側へ漏れることを防止できる。その結果、軸封装置７１の耐久性がさらに向上される。
（２）第３リップリング７２のリップ部７２１が、圧縮機外部から侵入される粉塵等を遮断する。従って、この粉塵等が第２リップリング５６のリップ部６０に噛み込まれることを防止でき、第２リップリング５６のシール性能が向上され、ひいては軸封装置７１のシール性能が向上される。
本発明の主旨から逸脱しない範囲で次のように実施しても良い。
（１）上記実施例において、回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢を、図４Ｂ或いは図４Ｃのように設定すること。このように設定した場合でも、姿勢保持リング６１のバックアップ機能により第１リップリング５４が第２リップリング５６のリップ部６０を回転軸１６に押し付ける状況が回避されるとともに、回転軸１６の回転時には少量ではあるが流体が第２リップリング５６側へ漏れ、図５において「▲」で示すように、特開平６−３００１４２号公報の軸封装置（「●」）と比較して、第１リップリング５４のリップ部５４２の発熱を確実に抑えることができた。
（２）上記実施例において、回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢を、回転軸１６の回転時においても流体が漏れないように設定すること。
（３）クラッチ付き圧縮機の軸封構造に具体化しても良い。
上記実施例から把握できる技術的思想について記載すると、第１リップリング５４に対して圧縮機外部側に配置され、回転軸１６の外周面１６１に対してリップ部７２１を以って接触するフッ素樹脂製の第３リップリング７２を備えた請求の範囲１〜１０のいずれかに記載の軸封構造。
このようにすれば、軸封構造（７１）の耐久性が向上される。
本発明は、外部駆動源の駆動により回転軸が回転することで圧縮動作を行う圧縮機において、回転軸を封止することで、高圧側である圧縮機内部に存在する冷媒や潤滑油等の流体の、低圧側である圧縮機外部への漏れを防止する軸封構造に関する。
［背景技術］
特開平６−３００１４２号公報は、例えば、圧縮機に組み込まれてその回転軸を封止する軸封装置について開示する。図７に示すように、この軸封装置は、ゴム製の第１リップリング９１と、第１リップリング９１に対して圧縮機外部側に配置されたフッ素樹脂製の第２リップリング９２とを備えている。そして、第１リップリング９１及び第２リップリング９２が、それぞれリップ部９１１，９２１を回転軸９３の外周面９３１に接触させることで、回転軸９３の回転時及び回転停止時における流体の漏れを防止する。
ここで、前記第１リップリング９１のリップ部９１１は、回転軸９３の回転時には、流体を第２リップリング９２側へ漏らすように設定されている。このリップ部９１１から漏れた流体（主には潤滑油）がリップ部９１１，９２１を潤滑し、リップ部９１１，９２１が摩耗劣化したり、高温に発熱して熱劣化したりすることがなく、リップ部９１１，９２１の耐久性を高めている。
前述したように、回転軸９３の回転停止時に流体の漏れを防止してなおかつ、回転軸９３の回転時に流体を漏らすようにするためには、回転軸９３の外周面９３１に対するリップ部９１１の接触姿勢を好適な状態に設定・維持することが重要である。前記公報の軸封装置は、第２リップリング９２を第１リップリング９１に対して密着状に配置し、回転軸９３の外周面９３１に対するリップ部９１１の接触姿勢の維持を、第２リップリング９２のバックアップ支持により行わせている。
ところが、回転軸９３の回転時に圧縮機内部の圧力が高くなると、この高圧力により付勢された第１リップリング９１が、リップ部９２１を回転軸９３に対して過大な力で押し付ける。従って、リップ部９２１の温度、ひいてはその周囲の温度が上昇される。その結果、フッ素樹脂と比較して熱に弱いゴム製のリップ部９１１が、リップ部９２１の発熱を受けて熱劣化することとなっていた。
本発明の目的は、第１リップリングのリップ部の劣化を抑制して耐久性に優れた圧縮機の軸封構造を提供することにある。
［発明の開示］
本発明にともなう軸封構造は、第１リップリングと第２リップリングとの間に姿勢保持部材を配設し、姿勢保持部材により、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢をバックアップ支持するように構成されている。このように、第１リップリングのリップ部の接触姿勢の維持を、専用の姿勢保持部材により行っている。従って、クランク室の高圧時に、第１リップリングが、第２リップリングのリップ部を回転軸の外周面に対して過大な圧力で押し付ける状況を回避できる。その結果、第２リップリングのリップ部における過大な発熱を防止でき、この発熱を受けることでの第１リップリングの熱劣化を防止できる。
前記回転軸の回転時には、流体を第２リップリング側へ漏らすように、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢が設定されている。従って、漏れた流体が第１リップリング及び第２リップリングのリップ部を好適に潤滑し、このリップ部の摩擦劣化及び熱劣化を防止できる。
前記第１リップリングのリップ部の先端部には内径方向に突出する尖鋭状の突条部が形成され、第１リップリングのリップ部は突条部の先端を以て回転軸の外周面に環状領域で接触されており、この突条部を形成する圧縮機内部側の傾斜面が回転軸の外周面に対してなす角を、同じく突条部を形成する圧縮機外部側の傾斜面が回転軸の外周面に対してなす角より小さくなるように、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢が設定されている。従って、第１リップリングのリップ部は、回転軸の回転停止時にはシール性能を十分に発揮してなおかつ、回転軸の回転時には多くの流体を漏らすことができる。その結果、漏れ流体による第１リップリング及び第２リップリングのリップ部の潤滑状態が良好となり、このリップ部の摩擦劣化及び熱劣化の防止効果が高められる。
前記姿勢保持部材と第２リップリングのリップ部との間には空間が確保されている。従って、クランク室の高圧時に、第１リップリングに作用する荷重が姿勢保持部材により支承され、第２リップリングのリップ部に伝達されない。その結果、第２リップリングのリップ部の発熱が抑制される。
前記第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間には、回転軸の回転により作動するポンプ構造が構築され、ポンプ構造により、第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間に存在する流体が圧縮機内部側へ送られるように構成されている。従って、第２リップリングのリップ部のシール性能が高められる。その結果、前述したように、回転軸の回転時には第１リップリングのリップ部から流体が漏れる構成であっても、軸封構造全体としてのシール性能の低下はない。
前記ポンプ構造は、第２リップリングのリップ部或いは回転軸の外周面の少なくとも一方に刻設されたポンプ溝を有し、ポンプ溝は、第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間において、圧縮機内部側の区間にのみ形成され、圧縮機外部側の区間には形成されていない。つまり、ポンプ溝を圧縮機外部側に開放されないように形成した。従って、例えば、回転軸の回転停止時において、ポンプ溝内に残留する流体が圧縮機外部側へ流出されることがない。その結果、回転軸の回転停止時における軸封構造のシール性能が向上される。
前記ポンプ溝は、第２リップリングの軸線を中心とした螺旋状をなしている。従って、ポンプ溝は、回転軸の回転により、回転軸の外周面との間で螺旋ポンプ作用を奏する。
前記圧縮機は、圧縮機内部側としてのクランク室とシリンダボアとが区画形成され、クランク室に収容されたカムプレートは回転軸に一体回転可能でかつ傾動可能に挿着され、シリンダボアにはピストンが往復動可能に収容され、クランク室の圧力を変更することにより、クランク室の圧力とシリンダボアの圧力とのピストンを介した差を変更し、その差に応じてカムプレートの傾角を変更して、吐出容量を制御するように構成されている。従って、吐出容量を小さく制御するために、クランク室の圧力が高くなる。このように、条件的に厳しい圧縮機に前述した構成の軸封構造を適用することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
前記圧縮機は、カムプレートの最小傾角に連動して外部冷媒回路上の冷媒循環を阻止する冷媒循環阻止手段を備え、外部駆動源の作動時には常に回転軸が回転するように構成されている。従って、冷房不要時や外部冷媒回路の蒸発器においてフロストが発生しそうな場合等には、カムプレートの傾角を最小として、冷媒循環阻止手段により外部冷媒回路上の冷媒循環が阻止され、回転軸の回転が停止することはない。このように、条件的に厳しい圧縮機に前述した構成の軸封構造を適用することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
前記圧縮機は、冷媒循環阻止手段による外部冷媒回路上の冷媒循環阻止時には、内部に吐出圧領域、クランク室、吸入圧領域及びシリンダボアを経由する流体の循環通路が形成され、この循環通路を構成してクランク室と吸入圧領域とを接続する通路は、クランク室に対して第１リップリング付近で開口されている。従って、第１リップリングのリップ部にとって条件的に厳しい最小傾角運転時には、クランク室において第１リップリング付近の流体の流通量が多くなる。その結果、第１リップリング及び第２リップリングのリップ部の潤滑に必要な量の流体を継続して漏らすことができ、このリップ部の潤滑を確実に行い得る。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施例に従う軸封装置を適用したクラッチレスタイプの可変容量型圧縮機の縦断面図。
図２は、図１において軸封装置付近を拡大して示す図。
図３は、回転軸を挿入する前の第２リップリングを圧縮機外部側より見た正面図。
図４Ａは、図２において突条部を拡大して示す図。
図４Ｂは、比較例の軸封装置において突条部を拡大して示す断面図。
図４Ｃは、別の比較例の軸封装置において突条部を拡大して示す断面図。
図５は、縦軸を第１リップリングのリップ部の温度、横軸を回転軸の回転数とし、本実施例の軸封装置の効果を特開平６−３００１４２号公報の軸封装置と比較して示すグラフ。
図６は、本発明の第２実施例に従う軸封装置を示す拡大断面図。
図７は、特開平６−３００１４２号公報の軸封装置を示す拡大断面図。
［発明を実施するための最良の形態］
（第１実施例）
以下、本発明の第１例を図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、フロントハウジング１１はシリンダブロック１２の前端に接合されている。リヤハウジング１３は、シリンダブロック１２の後端に弁形成体１４を介して接合固定されている。クランク室１５は、フロントハウジング１１とシリンダブロック１２とに囲まれて区画形成されている。回転軸１６はクランク室１５を通るように、フロントハウジング１１とシリンダブロック１２との間に回転可能に架設支持されている。回転軸１６の一端は、フロントハウジング１１の前壁を貫通して外部へ突出されている。
ボス部４５は、フロントハウジング１１の前壁面に突設されており、回転軸１６の突出端部を取り囲む。プーリ１７は、ボス部４５の外周面にアンギュラベアリング１８を介して回転可能に支持されている。プーリ１７は回転軸１６のフロントハウジング１１からの突出端部に連結されており、その外周部に巻き掛けられたベルト１９を介して外部駆動源としての車両エンジン２０に、高価でかつ重量物であり、しかもオン・オフショックのともなう電磁クラッチ等のクラッチ機構を介することなく直結されている。従って、回転軸１６は、車両エンジン２０の動作時には常に回転駆動される。
軸封装置２１は、回転軸１６の突出端部の外周面１６１とボス部４５の内周面４５１との間に介在され、回転軸１６を封止している。この軸封装置２１の構成については、後に詳述する。
回転支持体２２は、クランク室１５において回転軸１６に止着されている。カムプレートとしての斜板２３は、回転軸１６に対してその軸線Ｌ方向へスライド移動可能でかつ傾動可能に支持されている。ヒンジ機構２４は回転支持体２２と斜板２３との間に介在されている。斜板２３はヒンジ機構２４により、回転軸１６の軸線Ｌ方向へ傾動可能でかつ回転軸１６と一体的に回転可能となっている。斜板２３の半径中心部がシリンダブロック１２側に移動すると、斜板２３の傾角が減少される。傾角減少バネ２６は、回転支持体２２と斜板２３との間に介在されている。傾角減少バネ２６は、斜板２３を傾角の減少方向に付勢する。傾角規制突部２２１は回転支持体２２の後面に形成され、斜板２３の最大傾角を当接規制する。
収容孔１２１はシリンダブロック１２の中心部に貫設されている。冷媒循環阻止手段を構成する遮断体２８は筒状をなし、収容孔１２１にスライド可能に収容されている。吸入通路開放バネ２９は、収容孔１２１の端面と遮断体２８との間に介在され、遮断体２８を斜板２３側へ付勢している。
前記回転軸１６は、その後端部を以て遮断体２８の内部に挿入されている。ラジアルベアリング３０は、回転軸１６の後端部と遮断体２８の内周面との間に介在され、遮断体２８とともに回転軸１６に対して軸線Ｌ方向へスライド移動可能である。
吸入通路１３１は、リヤハウジング１３及び弁形成体１４の中心部に形成されている。吸入通路１３１は収容孔１２１に連通されており、その弁形成体１４の前面に表れる開口周囲には、位置決め面１４１が形成されている。遮断面２８１は遮断体２８の先端面に形成され、遮断体２８の移動により位置決め面１４１に接離される。遮断面２８１が位置決め面１４１に当接されることにより、両者間のシール作用で吸入通路１３１と収容孔１２１の内空間との連通が遮断される。
スラストベアリング３５は斜板２３と遮断体２８との間に介在され、回転軸１６上にスライド移動可能に支持されている。スラストベアリング３５は、吸入通路開放バネ２９に付勢されて、常には斜板２３と遮断体２８との間で挟持されている。
そして、斜板２３が遮断体２８側へ傾動するのに伴い、斜板２３の傾動がスラストベアリング３５を介して遮断体２８に伝達される。従って、遮断体２８が吸入通路開放バネ２９の付勢力に抗して位置決め面１４１側に移動され、遮断体２８は遮断面２８１を以て位置決め面１４１に当接される。遮断面２８１が位置決め面１４１に当接された状態にて、斜板２３のそれ以上の傾動が規制され、この規制された状態にて斜板２３は０°よりも僅かに大きな最小傾角となる。
シリンダボア１２２はシリンダブロック１２に貫設形成され、片頭型のピストン３６はシリンダボア１２２に収容されている。ピストン３６は、シュー３７を介して斜板２３の外周部に係留されており、斜板２３の回転運動によりシリンダボア１２２内で前後往復運動される。
吸入圧領域である吸入室３８及び吐出圧領域である吐出室３９は、リヤハウジング１３にぞれぞれ区画形成されている。吸入ポート１４２、吸入ポート１４２を開閉する吸入弁１４３、吐出ポート１４４、吐出ポート１４４を開閉する吐出弁１４５は、それぞれ弁形成体１４に形成されている。そして、吸入室３８の冷媒ガスは、ピストン３６の復動動作により吸入ポート１４２及び吸入弁１４３を介してシリンダボア１２２に吸入される。シリンダボア１２２に吸入された冷媒ガスは、ピストン３６の往動動作により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート１４４及び吐出弁１４５を介して吐出室３９へ吐出される。
吸入室３８は通口１４６を介して収容孔１２１に連通されている。そして、遮断体２８がその遮断面２８１を以て位置決め面１４１に当接されると、通口１４６は吸入通路１３１から遮断される。通路４６は回転軸１６の軸芯に形成され、入口４６１は軸封装置２１付近でクランク室１５に開口されるとともに、出口４６２は吸入圧領域としての遮断体２８の内空間で開口されている。放圧通口２８２は遮断体２８の周面に貫設され、放圧通口２８２を介して遮断体２８の内空間と収容孔１２１の内空間とが連通されている。
給気通路４８は吐出室３９とクランク室１５とを接続し、給気通路４８上には容量制御弁４９が介在されている。
以上構成の圧縮機は、その吸入室３８に冷媒ガスを導入する通路となる吸入通路１３１と、吐出室３９から冷媒ガスを排出する吐出フランジ７５とが外部冷媒回路７６により接続されている。凝縮器７７、膨張弁７８及び蒸発器７９は外部冷媒回路７６上に配置されている。
蒸発器７９の近傍には温度センサ８０が設置されている。温度センサ８０は蒸発器７９における温度を検出し、この検出温度情報を制御コンピュータ８１へ出力する。容量制御弁４９のソレノイド４９１の励消磁は、温度センサ８０からの検出温度情報に基づいて制御コンピュータ８１によって制御される。制御コンピュータ８１は、エアコンスイッチ８２のＯＮ状態のもとに検出温度が設定温度以下になると容量制御弁４９のソレノイド４９１の消磁を指令する。この設定温度以下の温度は蒸発器７９においてフロストが発生しそうな状況を反映する。また、制御コンピュータ８１は、エアコンスイッチ８２のＯＦＦによってソレノイド４９１を消磁する。
ソレノイド４９１が消磁されると給気通路４８が開かれ、吐出室３９とクランク室１５とが連通される。従って、吐出室３９の高圧冷媒ガスが給気通路４８を介してクランク室１５へ供給され、クランク室１５の圧力が高くなる。クランク室１５の圧力上昇により斜板２３の傾角が最小傾角へ移行する。
遮断体２８の遮断面２８１が位置決め面１４１に当接すると吸入通路１３１における通過断面積が零となり、外部冷媒回路７６から吸入室３８への冷媒ガス流入が阻止される。
斜板２３の最小傾角は０°ではないため、斜板傾角が最小の状態においてもシリンダボア１２２から吐出室３９への吐出は行われている。吸入室３８の冷媒ガスはシリンダボア１２２へ吸入されて吐出室３９へ吐出される。即ち、斜板傾角が最小状態では、吐出室３９、給気通路４８、クランク室１５、通路４６、放圧通口２８２、吸入室３８及びシリンダボア１２２を経由する循環通路が圧縮機内部にできている。冷媒ガスと共に流動する流体（主として潤滑油）は、この循環経路を経由して圧縮機内を潤滑する。吐出室３９、クランク室１５及び吸入室３８の間では、圧力差が生じている。この圧力差及び放圧通口２８２における通路断面積が斜板２３を最小径角に安定的に保持する。
ソレノイド４９１の励磁によって給気通路４８が閉じられ、クランク室１５の圧力が通路４６及び放圧通口２８２を介した放圧に基づいて低下してゆく。この減圧により斜板２３の傾角が最小傾角から最大傾角へ移行する。
次に、前記軸封装置２１について詳述する。
図２に示すように、ケース５１は大径円筒部５１１と小径円筒部５１２とを備え、ボス部４５内に挿入されている。ケース５１は、小径円筒部５１２の先端が、ボス部４５内の奥まった位置に形成された段差壁面４５２に当接することで、クランク室１５方向への移動が規制されている。ケース５１は、大径円筒部５１１の先端が、ボス部４５の内周面４５１に嵌め込まれたサークリップ５２に当接することで、圧縮機外部方向への移動が規制されている。Ｏリング５３は小径円筒部５１２に外嵌され、ボス部４５の内周面４５１に接触されている。
第１リップリング５４はアクリルニトリルブタジエンゴム等の合成ゴム製であり、第１保持金具５５に保持されている。第２リップリング５６はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂製であり、第１リップリング５４に対して圧縮機外部側に配置されている。姿勢保持部材としての姿勢保持リング６１は、第１リップリング５４と第２リップリング５６との間に介在されている。第２保持金具５８は、第２リップリング５６に対して圧縮機外部側に配置されている。これら各部材５４〜５６，５８，６１は、ケース５１内に収容されている。ケース５１内において、第１保持金具５５は大径円筒部５１１と小径円筒部５１２とを接続する段差壁面５１３に当接され、第２保持金具５８は内径側に曲折された大径円筒部５１１の開口縁部５１４に当接されている。従って、第１リップリング５４、第２リップリング５６及び姿勢保持リング６１は、第１保持金具５５と第２保持金具５８との間に狭持保持される。
前記第１リップリング５４は、大径円筒部５１１の内周面に接触される外周シール部５４１と、回転軸１６の外周面１６１に接触されるリップ部５４２とを備える。リップ部５４２は、ケース５１の内空間をクランク室１５方向に向かって延在されるとともに、その先端部は内径方向へ下降傾斜されている。尖鋭状をなす突条部５９は、リップ部５４２の先端部において内周側に形成され、その先端５９３を以って回転軸１６の外周面１６１に対して環状領域で接触されている。
図４Ａは、図２において突条部５９付近を拡大して示す。同図に示すように、突条部５９を形成するクランク室１５側の傾斜面５９１は、回転軸１６の外周面１６１に対して所定の角度θ１で傾斜されている。同じく突条部５９を構成する圧縮機外部側の傾斜面５９２は、回転軸１６の外周面１６１に対して所定の角度θ２で傾斜されている。そして、回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢は、傾斜面５９１が外周面１６１となす角θ１と、傾斜面５９２が外周面１６１となす角θ２とが、θ１＜θ２の関係を満たすように設定されている。従って、第１リップリング５４のリップ部５４２は、回転軸１６の回転停止時にはシール性能が十分に発揮されるが、回転軸１６の回転時にはクランク室１５側から第２リップリング５６側への流体漏れを増大させる傾向を示す。
ここで、図４Ｂはθ１＝θ２の関係を満たすように、図４Ｃはθ１＞θ２の関係を満たすように、それぞれ回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢を設定した比較例を示す。この比較例では、本実施例とは異なり、回転軸１６の回転時において、クランク室１５側から第２リップリング５６側への流体漏れを増大させる傾向が見られない。
ここで、本実施例と比較例との違いを考察すると、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、回転軸１６の外周面１６１に弾性接触された突条部５９は、先端５９３付近が押し潰された状態となっており、突条部５９は先端５９３を含むある程度のシール幅を以て回転軸１６の外周面１６１に接触されている。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに記した二点鎖線の曲線は、外周面１６１に対する突条部５９の接触圧の強さの分布を示す。この分布からわかるように、回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢がθ１＝θ２を満たすように設定されると、接触圧のピーク、つまり、先端５９３がシール幅の中間（一点鎖線）に位置するように突条部５９が押し潰される。θ１＞θ２を満たすように設定されると、先端５９３が中間からクランク室１５側にずれるように突条部５９が押し潰される。本実施例のようにθ１＜θ２を満たすように設定されると、先端５９３が中間から圧縮機外部側にずれるように突条部５９が押し潰される。つまり、回転軸１６の回転時におけるリップ部５４２のシール性能の高低は、突状部５９の先端５９３付近の押し潰され方に大きく左右されると推定できる。
図３は、回転軸１６を挿入する前の第２リップリング５６を示す。この状態で第２リップリング５６は平板状をなす。そして、図２に示すように、第２リップリング５６は、回転軸１６を挿入する時に内周縁部をクランク室１５側へ湾曲させ、この湾曲部分がリップ部６０をなす。リップ部６０は、所定幅のシール面６０１を以って回転軸１６の外周面１６１に対して環状領域で接触される。リップ部６０のほとんどの部分は、第１リップリング５４のリップ部５４２と回転軸１６の外周面１６１との間に形成された空間に入り込んでいる。このように、第１リップリング５４のリップ部５４２と第２リップリング５６のリップ部６０をラップさせた状態で配置することで、軸封装置２１の軸線Ｌ方向への大きさをコンパクト化できた。
ポンプ溝６０２は、リップ部６０のシール面６０１において第２リップリング５６の軸線（Ｌ）を中心とした螺旋状に刻設されている。従って、ポンプ溝６０２とそれに対向する回転軸１６の外周面１６１との間で、回転軸１６の回転により動作する螺旋ポンプ構造が構築されている。なお、ポンプ溝６０２は、シール面６０１においてクランク室１５側の部位にのみ形成され、圧縮機外部側の部位には形成されていない。
前記姿勢保持リング６１は、外周部６１１が第１リップリング５４と第２リップリング５６との間で狭持されている。姿勢保持リング６１は内周部６１２が湾曲され、この内周部６１２は、第１リップリング５４のリップ部５４２と第２リップリング５６のリップ部６０とを遮断するようにクランク室１５方向へ延びている。姿勢保持部６１３は内周部６１２の先端部に形成され、内径方向に曲折されて曲面状をなしている。姿勢保持部６１３は、第１リップリング５４のリップ部５４２に密着され、リップ部５４２を圧縮機外部側よりバックアップ支持している。曲面状をなす姿勢保持部６１３は、リップ部５４２に対する当たりが柔らかとなる。また、図面からも明らかなように、姿勢保持リング６１の内周部６１２と第２リップリング５６のリップ部６０との間には、空間が確保されている。
次に、前記軸封装置２１の作用について説明する。
車両エンジン２０が停止され、回転軸１６の回転が停止された状態では、第１リップリング５４のリップ部５４２が、自身の弾性力により回転軸１６の外周面１６１に接触されている。従って、圧縮機内部であるクランク室１５から圧縮機外部側への流体（冷媒及び潤滑油）の漏れが防止される。
ところが、前述したように、第１リップリング５４のリップ部５４２は、回転軸１６の回転時には第２リップリング５６側へ流体を漏らすように構成されている。従って、車両エンジン２０が起動され、回転軸１６が回転されると、クランク室１５の流体がリップ部５４２から第２リップリング５６側へ漏れる。しかし、リップ部５４２から漏れた流体は第２リップリング５６のリップ部６０によりシールされ、圧縮機外部側へ漏れることはない。この時、ポンプ溝６０２が、相対回動される外周面１６１との間で螺旋ポンプ作用を奏して流体をクランク室１５側へ積極的に送り返すことも、リップ部６０によるシール機能の向上に貢献されている。
このように、回転軸１６の回転時に、流体を第１リップリング５４のリップ部５４２から漏らすようにすることで、漏れた流体（主として潤滑油）が第１リップリング５４及び第２リップリング５６のリップ部５４２，６０を潤滑し、リップ部５４２，６０の摩耗劣化や熱劣化が防止される。
上記構成の本実施例においては、次のような効果を奏する。
（１）圧縮機の最小傾角運転時には、クランク室１５の圧力が、吐出室３９からの高圧冷媒ガスの導入により、例えば、７kgf/cm2Ｇ程度まで高くなることもある。第１リップリング５４は、このクランク室１５の高圧力の作用により変形しようとする。しかし、第１リップリング５４は、リップ部５４２が姿勢保持リング６１の姿勢保持部６１３によりバックアップ支持されており、その変形は阻止される。従って、第１リップリング５４が、第２リップリング５６のリップ部６０を回転軸１６の外周面１６１に対して過大な圧力で押し付ける状況を回避できる。その結果、リップ部６０の過大な発熱を抑えることができ、ひいてはフッ素樹脂より熱に弱い、合成ゴム製のリップ部５４２の熱劣化を防止できて、軸封装置２１の耐久性が向上される。
（２）回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢は、傾斜面５９１が外周面１６１となす角θ１と、傾斜面５９２が外周面１６１となす角θ２とが、θ１＜θ２の関係を満たすように設定されている。従って、前述したように、リップ部５４２は、回転軸１６の回転停止時にはシール性能を十分に発揮してなおかつ、回転軸１６の回転時には多くの流体を漏らすことができる。その結果、第１リップリング５４のリップ部５４２の潤滑が良好となり、図５において「■」で示すように、リップ部５４２の発熱が、同条件下での特開平６−３００１４２号公報の軸封装置（「●」で示す）と比較して効果的に抑えられている。
（３）ポンプ溝６０２が第２リップリング５６のリップ部６０に形成されており、ポンプ溝６０２は回転軸１６の回転により外周面１６１との間で螺旋ポンプ作用を奏する。従って、第２リップリング５６のリップ部６０のシール性能が高められる。このように、回転軸１６の回転時におけるリップ部６０のシール性能を高めることで、第１リップリング５４のリップ部５４２から流体を漏らすように設定しても、軸封装置２１全体としてのシール性能が低下することはない。
（４）ポンプ溝６０２は、リップ部６０のシール面６０１においてクランク室１５側にのみ形成され、圧縮機外部側の部位には形成されていない。つまり、シール面６０１においてポンプ溝６０２を、圧縮機外部側に開放されないように形成した。従って、例えば、回転軸１６の回転停止時において、ポンプ溝６０２内に残留する流体が圧縮機外部側へ流出されることを防止できる。その結果、回転軸１６の回転停止時における、軸封装置２１のシール性能が向上される。
（５）本実施例の圧縮機は可変容量型圧縮機であって、クランク室１５の圧力を調節することで吐出容量を変更する。従って、前述したように、最小傾角運転時にはクランク室１５が高圧となる。このように、条件的に厳しい可変容量型圧縮機に前述した構成の軸封構造２１を適用することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
（６）前記（５）に加え、本実施例の圧縮機はクラッチレス圧縮機であって、車両エンジン２０の作動時においては常に回転軸１６が回転される。つまり、第１リップリング５４のリップ部５４２は、車両エンジン２０の作動時においては常に回転軸１６の外周面１６１に対して摺動される。また、前述したように、最小吐出容量運転時にはクランク室１５が高圧となり、しかも、冬場等では、最小吐出容量運転が長時間に渡って継続されることもある。このように、条件的に厳しいクラッチレス圧縮機に前述した構成の軸封構造２１を適用することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
（７）最小吐出容量運転時において流体の内部循環経路を構成する通路４６は、入口４６１を軸封装置２１の第１リップリング５４付近で開口させている。従って、軸封装置２１にとって環境的に厳しい最小傾角運転時には、クランク室１５において第１リップリング５４付近の流体の流動量が多くなる。その結果、リップ部５４２の潤滑に必要な量の流体を継続して漏らすことができ、リップ部５４２の摩耗劣化及び熱劣化を効果的に防止できる。
（８）姿勢保持リング６１の内周部６１２と第２リップリング５６のリップ部６０との間には、空間が確保されている。従って、クランク室１５の高圧時に、第１リップリング５４に作用する荷重が姿勢保持リング６１の内周部６１２により支承され、第２リップリング５６のリップ部６０に伝達されない。その結果、リップ部６０の発熱を抑制する効果がさらに高められる。
（第２実施例）
図６においては第２実施例を示す。本実施例の軸封装置７１は、上記第１実施例の軸封装置２１の主要なシール構成に加え、第２リップリング５６と同様な構成のフッ素樹脂製の第３リップリング７２が、第２リップリング５６に対して圧縮機外部側に配置され、リップ部７２１を以って回転軸１６の外周面１６１に接触されている。なお、リップ部７２１にポンプ溝６０２は形成されていない。
上記構成の本実施例においては次のような作用・効果を奏する。
（１）軸封装置７１は第３リップリング７２を備えている。従って、第２リップリング５６が劣化されたとしても、第３リップリング７２のリップ部７２１がそれに続いてシール作用を奏し、クランク室１５の流体が圧縮機外部側へ漏れることを防止できる。その結果、軸封装置７１の耐久性がさらに向上される。
（２）第３リップリング７２のリップ部７２１が、圧縮機外部から侵入される粉塵等を遮断する。従って、この粉塵等が第２リップリング５６のリップ部６０に噛み込まれることを防止でき、第２リップリング５６のシール性能が向上され、ひいては軸封装置７１のシール性能が向上される。
本発明の主旨から逸脱しない範囲で次のように実施しても良い。
（１）上記実施例において、回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢を、図４Ｂ或いは図４Ｃのように設定すること。このように設定した場合でも、姿勢保持リング６１のバックアップ機能により第１リップリング５４が第２リップリング５６のリップ部６０を回転軸１６に押し付ける状況が回避されるとともに、回転軸１６の回転時には少量ではあるが流体が第２リップリング５６側へ漏れ、図５において「▲」で示すように、特開平６−３００１４２号公報の軸封装置（「●」）と比較して、第１リップリング５４のリップ部５４２の発熱を確実に抑えることができた。
（２）上記実施例において、回転軸１６に対するリップ部５４２の接触姿勢を、回転軸１６の回転時においても流体が漏れないように設定すること。
（３）クラッチ付き圧縮機の軸封構造に具体化しても良い。
上記実施例から把握できる技術的思想について記載すると、第１リップリング５４に対して圧縮機外部側に配置され、回転軸１６の外周面１６１に対してリップ部７２１を以って接触するフッ素樹脂製の第３リップリング７２を備えた請求の範囲１〜１０のいずれかに記載の軸封構造。
このようにすれば、軸封構造（７１）の耐久性が向上される。
Claims (6)
- 外部駆動源の駆動により回転軸が回転することで圧縮動作を行う圧縮機において、回転軸の外周面に対してリップ部を以って接触するゴム製の第１リップリングと、第１リップリングに対して圧縮機外部側に配置され、回転軸の外周面に対してリップ部を以って接触するフッ素樹脂製の第２リップリングとにより回転軸を封止することで、圧縮機内部側から圧縮機外部側への流体の漏れを防止する軸封構造であって、
前記第１リップリングと第２リップリングとの間に姿勢保持部材を配設し、姿勢保持部材により、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢をバックアップ支持するように構成し、
前記回転軸の回転時には、流体を第２リップリング側へ漏らすように、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢が設定されるとともに、流体を圧縮機外部側へ漏らさないように、回転軸の外周面に対して第２リップリングのリップ部が面接触されるように設定され、
前記第１リップリングのリップ部の先端部には内径方向に突出する尖鋭状の突条部が形成され、第１リップリングのリップ部は突条部の先端を自身の弾性力のみを以って回転軸の外周面に環状領域で接触されており、この突条部を形成する圧縮機内部側の傾斜面が回転軸の外周面に対してなす角が、同じく突条部を形成する圧縮機外部側の傾斜面が回転軸の外周面に対してなす角より小さくなるように、回転軸の外周面に対する第１リップリングのリップ部の接触姿勢が設定され、
前記第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間には、回転軸の回転により作動するポンプ構造が構築され、ポンプ構造により、第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間に存在する流体が圧縮機内部側へ送られるように構成され、
前記ポンプ構造は、第２リップリングのリップ部或いは回転軸の外周面の少なくとも一方に刻設されたポンプ溝を有し、ポンプ溝は、第２リップリングのリップ部と回転軸の外周面との接触区間において、圧縮機内部側の区間にのみ形成され、圧縮機外部側の区間には形成されていない軸封構造。 - 前記姿勢保持部材と第２リップリングのリップ部との間には空間が確保されている請求項１に記載の軸封構造。
- 前記ポンプ溝は、第２リップリングの軸線を中心とした螺旋状をなす請求項１又は２に記載の軸封構造。
- 前記圧縮機は、圧縮機内部側としてのクランク室とシリンダボアとが区画形成され、クランク室に収容されたカムプレートは回転軸に一体回転可能でかつ傾動可能に挿着され、シリンダボアにはピストンが往復動可能に収容され、クランク室の圧力を変更することにより、クランク室の圧力とシリンダボアの圧力とのピストンを介した差を変更し、その差に応じてカムプレートの傾角を変更して、吐出容量を制御するように構成された請求項１〜３のいずれかに記載の軸封構造。
- 前記圧縮機は、カムプレートの最小傾角に連動して外部冷媒回路上の冷媒循環を阻止する冷媒循環阻止手段を備え、外部駆動源の作動時には常に回転軸が回転するように構成された請求項４に記載の軸封構造。
- 前記圧縮機は、冷媒循環阻止手段による外部冷媒回路上の冷媒循環阻止時には、内部に吐出圧領域、クランク室、吸入圧領域及びシリンダボアを経由する流体の循環通路が形成され、この循環通路を構成してクランク室と吸入圧領域とを接続する通路は、クランク室に対して第１リップリング付近で開口されている請求項５に記載の軸封構造。
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