特開 2025-5325 軸シール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025005325

(43)【公開日】2025-01-16

(54)【発明の名称】軸シール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/3204 20160101AFI20250108BHJP

   F16J 15/16 20060101ALI20250108BHJP

   F04C 27/00 20060101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

F16J15/3204 201

F16J15/16 B

F04C27/00 331

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023105522

(22)【出願日】2023-06-27

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2025-01-08

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100174090

【弁理士】

【氏名又は名称】和気 光

(74)【代理人】

【識別番号】100100251

【弁理士】

【氏名又は名称】和気 操

(74)【代理人】

【識別番号】100205383

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 諭史

(72)【発明者】

【氏名】小田 真也

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 智裕

【テーマコード（参考）】

3H129

3J006

3J043

【Ｆターム（参考）】

3H129AA02

3H129AB03

3H129BB42

3H129CC16

3H129CC20

3J006AB08

3J006AE15

3J006CA03

3J043AA16

3J043BA08

3J043CA02

3J043CB13

3J043DA20

(57)【要約】

【課題】軸シールの回転トルクを低減しつつ、ハウジングに設置時の内径収縮量のばらつきを低減させ、これにより回転トルクのばらつきを抑制できる軸シールを提供する。
【解決手段】軸シール５は、回転軸６とハウジング７の間に設けられる環状の軸シールであって、内径リップ２と、内径リップ２よりも外径側に設けられる外径リップ１とを備え、自由状態の軸シール５において、外径リップ１の高さをＬ１、内径リップ２の高さをＬ２としたとき、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．９であり、外径リップ１の軸方向に対する傾斜角度が５°よりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸とハウジングの間に設けられる環状の軸シールであって、
前記軸シールは、内径リップと、該内径リップよりも外径側に設けられる外径リップとを備え、
自由状態の前記軸シールにおいて、前記外径リップの高さをＬ１、前記内径リップの高さをＬ２としたとき、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．９であり、前記外径リップの軸方向に対する傾斜角度が５°よりも大きいことを特徴とする軸シール。

【請求項2】

自由状態の前記軸シールの外径寸法をｄ、前記ハウジングの内径寸法をＤとすると、前記軸シールと前記ハウジングとの締め代（ｄ－Ｄ）が０．２ｍｍ～０．７ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の軸シール。

【請求項3】

前記傾斜角度が９°～１７°であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の軸シール。

【請求項4】

前記軸シールにおいて、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．７であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の軸シール。

【請求項5】

自由状態の前記軸シールの外径寸法をｄ、前記ハウジングの内径寸法をＤとすると、前記軸シールと前記ハウジングとの締め代（ｄ－Ｄ）が０．２ｍｍ～０．７ｍｍであり、前記傾斜角度が９°～１７°であり、前記軸シールにおいて、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．７であることを特徴とする請求項１記載の軸シール。

【請求項6】

前記軸シールにおいて、前記外径リップのリップ厚さが前記内径リップのリップ厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１または請求項２記載の軸シール。

【請求項7】

前記軸シールは、車載エアコン用スクロール式圧縮機における回転軸に用いられる軸シールであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の軸シール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転軸の軸シールに関し、特に、カーエアコン用コンプレッサの軸シールに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の電動化が進む中で、カーエアコンを含む電動コンプレッサの需要は年々増加傾向にある。自動車の省電力化の一つとして、電動コンプレッサの電力損失を抑える要求がある。安定した低電力損失を実現するためには、ユニットの設計段階で装置のトルク損失を精度よく推定する必要がある。そのため、部品の一つである軸シールにおいて、低トルク化に加え、トルクのばらつきを抑えることで、軸シールをユニットに組み込んだときのトルク損失のコントロールがしやすくなる。

【0003】

例えば、特許文献１には、カーエアコンのスクロール式圧縮機に用いられる軸シールが開示されている。この軸シールは、シャフトの取付溝に挿入されて、シャフトとハウジングの間で、冷媒油をシールするものである。軸シールは、密封側からの油圧（通常０．４ＭＰａ程度）を受けて拡径し、各リップがハウジング内周面とシャフト外周面にそれぞれ密着することで冷媒油をシールする。

【0004】

特許文献１の軸シールは、軸方向の断面視が略Ｕ字状であり、高圧側に延伸して回転軸と摺動する内径リップと、該内径リップよりも外径側に設けられた外径リップとを備え、回転軸の外周面に対する内径リップの傾斜角度が５°～２０°であり、軸シールの軸方向の断面視において内径リップの長さが２．０ｍｍ～６．５ｍｍであることが開示されている。この軸シールは、回転軸に対する緊迫力を適度に発揮させることができ、回転トルクを低減できるとともにシール性に優れるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１１７６０１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、軸シールは通常、ハウジング内周面に対して外径リップが締め代をもって装着される。締め代をもって装着された場合、軸シールは内径方向へ収縮することになる。そして、軸シールの内径方向への収縮量は、内径リップのシャフト外周面への押し付け力に影響する。軸シールは、外径リップがハウジング内周面に固定され、内径リップがシャフト外周面と摺動するため、内径リップのシャフト外周面への押し付け力は、回転トルクに影響する。すなわち、外径リップの締め代による、軸シールの内径方向への収縮量のばらつきを低減させることで回転トルクの安定化を図ることができると考えられる。特許文献１では、内径リップの長さなどについて検討はされているものの、外径リップについては何ら検討されていない。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外径リップの寸法などを最適化することで、軸シールの回転トルクを低減しつつ、ハウジングに設置時の内径収縮量のばらつきを低減させ、これにより回転トルクのばらつきを抑制できる軸シールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の軸シールは、回転軸とハウジングの間に設けられる環状の軸シールであって、上記軸シールは、内径リップと、該内径リップよりも外径側に設けられる外径リップとを備え、自由状態の上記軸シールにおいて、上記外径リップの高さをＬ１、上記内径リップの高さをＬ２としたとき、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．９であり、上記外径リップの軸方向に対する傾斜角度が５°よりも大きいことを特徴とする。また、上記軸シールにおいて、内径リップは回転軸の外周面に密着しながら摺動し、外径リップはハウジングに対して締め代をもって嵌め合わされる。

【0009】

本発明において「自由状態」とは、軸シールにいずれの外力も作用していない状態を指し、例えば、回転軸が挿通されておらず、かつ、ハウジングに装着されていない状態をいう。また、外径リップの軸方向に対する傾斜角度とは、外径リップの外周面と軸方向とがなす角度をいう。

【0010】

自由状態の上記軸シールの外径寸法をｄ、上記ハウジングの内径寸法をＤとすると、上記軸シールと上記ハウジングとの締め代（ｄ－Ｄ）が０．２ｍｍ～０．７ｍｍであることを特徴とする。

【0011】

上記傾斜角度が９°～１７°であることを特徴とする。

【0012】

上記軸シールにおいて、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．７であることを特徴とする。

【0013】

自由状態の上記軸シールの外径寸法をｄ、上記ハウジングの内径寸法をＤとすると、上記軸シールと上記ハウジングとの締め代（ｄ－Ｄ）が０．２ｍｍ～０．７ｍｍであり、上記傾斜角度が９°～１７°であり、上記軸シールにおいて、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．７であることを特徴とする。

【0014】

上記軸シールにおいて、上記外径リップのリップ厚さが上記内径リップのリップ厚さよりも薄いことを特徴とする。

【0015】

上記軸シールは、車載エアコン用スクロール式圧縮機における回転軸に用いられる軸シールであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明の軸シールは、外径リップ高さＬ１と内径リップ高さＬ２との関係が０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．９であり、外径リップの軸方向に対する傾斜角度が５°よりも大きいので、低トルク性を確保しながら、従来の（Ｌ１／Ｌ２）が１以上の構成（図８参照）に比べて、ハウジングに設置時の内径収縮量のばらつきを低減させ、これにより回転トルクのばらつきが抑えられた軸シールとなる。

【0017】

軸シールにおいて、自由状態の軸シールの外径寸法をｄ、ハウジングの内径寸法をＤとすると、軸シールとハウジングとの締め代（ｄ－Ｄ）が０．２ｍｍ～０．７ｍｍであるので、ハウジングに対する圧入力を適度なものとしやすく、結果としてシール性の確保などに繋がる。

【0018】

本発明では、（Ｌ１／Ｌ２）を上述の範囲に設定することで、従来構成に比べて圧入力（リップの剛性）が大きくなりやすいところ、例えば、当該軸シールにおいて、外径リップのリップ厚さを内径リップのリップ厚さよりも薄くすることで、圧入力が過大となることを抑制でき、結果としてシール性の確保などに繋がる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の軸シールの一例を回転軸に装着した状態の図である。

【図2】図１の軸シールの自由状態の拡大断面図である。

【図3】スクロール式圧縮機の圧縮機構部を示す模式断面図である。

【図4】Ｌ１／Ｌ２と内径変化量との関係などを示すグラフである。

【図5】Ｌ１／Ｌ２と圧入力との関係などを示すグラフである。

【図6】回転トルクの測定試験の概略図である。

【図7】回転トルクの試験結果を示すグラフである。

【図8】従来の軸シールの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明者らは、ハウジング内において装着された軸シールに支承された回転軸の回転トルクの安定化を図るべく、軸シール間での回転トルクのばらつきに着目して鋭意研究を重ねた。その結果、驚くべきことに、内径リップ高さに対する外径リップ高さの比がそのばらつきに影響することを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。

【0021】

本発明の軸シールを適用した圧縮機について図１に基づいて説明する。図１は、軸シールを回転軸に装着した状態の軸方向断面図を示している。図１に示すように、軸シール５は、軸方向の断面視が略Ｊ字状の環状部材であり、軸方向一方側に延伸したシール内径側の内径リップ２と、内径リップ２よりもシール外径側に設けられた外径リップ１とを有する。内径リップ２と外径リップ１はそれぞれ基端部３から延伸している。軸シール５では、内径リップ２の長さの方が、外径リップ１の長さよりも長くなっている。内径リップ２と外径リップ１と基端部３によって、凹溝４が形成される。ハウジング７には、回転軸６が挿通される挿入孔７ａが設けられており、挿入孔７ａの周囲に環状溝８が設けられている。軸シール５は、この環状溝８に締め代をもって嵌め合わされ、回転軸６が軸Ｏを中心に回転することで、内径リップ２が回転軸６に摺動する。

【0022】

図１において、軸シール５は、内径リップ２と外径リップ１とがそれぞれ高圧側に延伸するように環状溝８に装着されている。この場合、凹溝４側が高圧側に相当し、基端部３の背面３ａ側が低圧側に相当する。装着した状態では、軸シール５の外径リップ１の先端部付近が環状溝８の側壁に回転不能に接触し、内径リップ２の先端部付近が回転軸６の外周面に回転不能に接触する。また、基端部３の背面３ａが環状溝８の底壁に密着する。一方、外径リップ１と側壁との間、および内径リップ２と回転軸６との間にはそれぞれ空間が形成される。

【0023】

ここで、本発明の軸シール５は、自由状態の内径リップ２の高さＬ２に対する自由状態の外径リップ１の高さＬ１の比（Ｌ１／Ｌ２）を最適化することで、低トルク性を確保しつつ、回転トルクのばらつきを抑えることができる。自由状態の外径リップ１の高さＬ１は、図２に示すように、基端部３の背面３ａから外径リップ１の先端部１ａとの間の高さ方向（軸方向Ｘ）における距離である。また、自由状態の内径リップ２の高さＬ２は、基端部３の背面３ａから内径リップ２の先端部２ａとの間の高さ方向（軸方向Ｘ）における距離である。

【0024】

軸シール５の詳細について図２を参照して説明する。図２は、ハウジングに装着される前の状態（自由状態）の軸シールの拡大断面図を示す。軸シール５において、外径リップと内径リップは相互に先端部１ａ、２ａが離れる方向へ傾斜して形成されている。図２では、軸シール５の内周面は、背面３ａから先端部２ａにかけて連続的に縮径するように形成され、軸シール５の外周面は、背面３ａから先端部１ａにかけて連続的に拡径するように形成される。

【0025】

軸シール５において、自由状態の外径リップ高さをＬ１、自由状態の内径リップ高さをＬ２とすると、外径リップ高さＬ１の方が内径リップ高さＬ２よりも小さくなっている（Ｌ１＜Ｌ２）。具体的には、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．９となっている。図２において、背面３ａおよび凹溝の底面は、軸シール５の軸心と直交する面と略平行な平坦面で形成されている。

【0026】

従来（図８参照）の軸シール３５では、ハウジングに対する受圧面積を大きくするべく、外径リップ３１の高さＬ１の方が内径リップ３２の高さＬ２よりも大きくなっている（Ｌ１＞Ｌ２）。これに対して、本発明の軸シール５では、図２に示すように、Ｌ１をＬ２よりも小さくする（具体的にはＬ１／Ｌ２を０．９以下にする）ことで、後述の実施例で示すように、ハウジング圧入後の軸シールの内径変化量のばらつきを小さくでき、結果的に回転トルクのばらつきを小さくすることができる。すなわち、外径リップ１の高さＬ１を相対的に小さくすることで、ハウジング圧入後の軸シールの状態の再現性に優れ、軸シールの内径寸法の相互間のばらつきを小さくできる。一方で、Ｌ１／Ｌ２が小さくなり過ぎると、つまり相対的に外径リップ１の高さＬ１が小さくなり過ぎると、組み付け時に軸シールが変形し、その組み付け不良によってリーク量の増大を招くおそれがある。そこで、Ｌ１／Ｌ２を０．５以上としている。

【0027】

本発明において、回転トルクの安定化の観点からは、Ｌ１／Ｌ２が小さいほど好ましい。具体的には、Ｌ１／Ｌ２は、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．８が好ましく、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．７がより好ましく、０．５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．６であってもよい。

【0028】

また、外径リップ１の高さＬ１は、例えば１．０ｍｍ～２．５ｍｍであり、内径リップ２の高さＬ２は、例えば２．０ｍｍ～４．０ｍｍである。

【0029】

Ｌ１／Ｌ２を上述した範囲に設定することで、従来構成に比べて圧入力（リップの剛性）が大きくなる傾向がある。そのため、リップの剛性に影響する外径リップの厚さについても設定することが好ましい。具体的には、軸シール５において、外径リップの剛性が高くなりすぎないようにするため、すなわち圧入力が大きくなりすぎないようにするため、外径リップ１のリップ厚さｔ_１を、内径リップ２のリップ厚さｔ_２よりも薄くすることが好ましい。さらに、外径リップ１のリップ厚さｔ_１を、基端部３の厚さｔ_３よりも薄くすることが好ましい。なお、リップ厚さｔ_１は、例えば０．３ｍｍ～０．７ｍｍである。

【0030】

軸シール５において、外径リップ１の軸方向に対する傾斜角度θは５°よりも大きくなっている。傾斜角度θを５°よりも大きくことで、後述のシール性能試験で示すようにシール性を確保することができる。傾斜角度θの上限は、例えば２５°である。傾斜角度θは７°～２０°が好ましく、９°～２０°であってもよく、９～１７°であってもよい。

【0031】

軸シール５の外径寸法ｄは、例えば３５ｍｍ以下であり、または２７ｍｍ以下であり、２３ｍｍ以下であってもよい。本発明において、軸シール５の外径寸法ｄは、自由状態の軸シール５の最大外径寸法をいい、図２では、対向する外径リップ１の先端部１ａの外縁間の距離を示す。

【0032】

図１に示すように、軸シール５は、内径リップ２が回転軸６の外周面に密着するとともに、外径リップ１が環状溝８の側壁に密着することで、高圧側の流体が低圧側へ漏れ出すことを防いでいる。流体は、冷媒、油、冷媒と油の混合物などが挙げられる。流体圧は、例えば０．３ＭＰａ～１．０ＭＰａであり、０．５ＭＰａ～１ＭＰａであってもよい。比較的高圧である０．５ＭＰａ～１ＭＰａであっても、本発明の軸シールによれば、回転トルクを低く抑えることができる。

【0033】

ここで、軸シール５はハウジング７に締め代をもって嵌め合わされている。すなわち、自由状態の軸シール５の外径寸法ｄを、ハウジング７の内径寸法Ｄ（図２参照）よりも大きくする必要がある。

【0034】

軸シールの外径寸法ｄとハウジングの内径寸法Ｄとの差である軸シール５とハウジング７との締め代（ｄ－Ｄ）は特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ～１．０ｍｍ程度であり、０．２ｍｍ～０．７ｍｍであることが好ましく、０．４ｍｍ～０．７ｍｍであってもよい。締め代（ｄ－Ｄ）を上記範囲に設定することで、圧入力を適度にしやすくなり、ひいてはシール性を確保しやすくなる。

【0035】

なお、本発明の軸シールは、図２の形態に限らない。例えば、図２では、凹溝の底面を平坦面で構成したが、当該底面を円弧状にしてもよい。また、軸シールの角部（各リップの先端部も含む）に、面取りなどの傾斜面を設けてもよい。

【0036】

図１の圧縮機において、ハウジング７の高圧側には圧縮機構部が設けられる。圧縮機構部の形態は、回転軸６の回転によって流体の圧縮が行われる機構であればよく、スクロール式や斜板式などを採用できる。例えば、スクロール式の場合、圧縮機構部は、固定スクロールと、該固定スクロールに対して旋回運動する可動スクロールとを組み合わせて構成される。

【0037】

図３には、スクロール式の圧縮機構部の一部断面図を示す。図３に示すように、圧縮機構部９は、基板１１ａとその表面に直立する固定側スクロール翼１１ｂを有する固定ロータ１１と、基板１２ａとその表面に直立する可動側スクロール翼１２ｂを有する可動ロータ１２とを備えている。固定ロータ１１と可動ロータ１２が相互に偏心状態にかみ合わされて、それらの間に圧縮室１０が形成されている。可動ロータ１２は、上述の回転軸に直接的または間接的に接続されており、可動ロータ１２が固定ロータ１１の軸線の周りで公転することにより、圧縮室１０が渦巻形状の中心側に移動して流体の圧縮が行なわれる。圧縮された圧縮流体は、可動ロータ１２の中心部の吐出口１３を通って吐出管から吐出され、冷凍サイクルに流出する。そして、冷凍サイクルの流体（冷媒ガスなど）が吸入口（図示省略）を介して圧縮室１０へ導入される。

【0038】

本発明の軸シールは、熱可塑性エラストマー組成物または樹脂組成物からなる。例えば、軸シールは熱可塑性エラストマー組成物の成形体である。この場合、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定される曲げ弾性率が２００ＭＰａ～２４００ＭＰａであることが好ましく、２００ＭＰａ～１８００ＭＰａであることが好ましい。

【0039】

熱可塑性エラストマー組成物において、主成分となるエラストマーは限定されるものではなく、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーなどを用いることができる。耐熱性、耐薬品性の点から、ポリエステル系エラストマーが特に好ましい。ポリエステル系エラストマーは、ハードセグメントとソフトセグメントを含み、ハードセグメントにポリエステル単位、ソフトセグメントにポリエーテル単位またはポリエステル単位が用いられる。ポリエステル系エラストマーは、ポリエステル－ポリエーテル型またはポリエステル－ポリエステル型のマルチブロック共重合体である。

【0040】

軸シールが樹脂組成物の成形体である場合において、主成分となる樹脂（ベース樹脂）は限定されるものではなく、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）樹脂、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂、ポリビニリデンフルオライド樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂などを用いることができる。

【0041】

上記の熱可塑性エラストマー組成物および樹脂組成物には、摩擦摩耗特性を向上させる目的で、ＰＴＦＥ樹脂、グラファイト、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を配合することができる。

【0042】

固体潤滑剤の配合量は、熱可塑性エラストマー組成物または樹脂組成物１００体積％に対して、１体積％～４０体積％が好ましく、１体積％～２０体積％がより好ましい。４０体積％を超えると、熱可塑性エラストマー組成物または樹脂組成物の伸び特性が低下するおそれがあり、軸シールを回転軸に組み込む際に割れが発生するおそれがある。

【0043】

なお、本発明の効果を阻害しない程度に、熱可塑性エラストマー組成物または樹脂組成物に、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの繊維状補強材、球状シリカなどの球状充填材、マイカなどの鱗状補強材、リン酸カルシウム、硫酸カルシウムなどの摺動補強材、チタン酸カリウムウィスカなどの微小繊維補強材を用いてもよい。カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤も配合できる。これらは単独で配合することも、組み合せて配合することもできる。

【0044】

本発明の軸シールは、車載エアコン用スクロール式圧縮機における回転軸（主軸）に用いることができる。スクロール式圧縮機は、エンジン動力を利用したベルト駆動、エンジン動力を利用しないモータ駆動のどちらであってもよい。また、本発明の軸シールは、圧縮機に限らず用いることができる。

【0045】

本発明の軸シールは、例えば一般的な熱可塑性樹脂用の射出成形機を用い、射出成形によって成形される。上記熱可塑性エラストマー組成物または上記樹脂組成物を構成する各材料を、必要に応じて、ヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダーなどにて混合した後、二軸混練押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。なお、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて射出成形により軸シールを成形する。

【実施例0046】

［実施例１～２、比較例１～２］
実施例１～２および比較例１～２では、外径リップ高さを変化させて内径変化量などのばらつきを評価した。まず、熱可塑性エラストマー組成物を二軸混練押出し機にてペレット化した。得られたペレットを用いて射出成形により、外径リップ高さが４水準の軸シールを作製した。実施例１～２は、図２に示すような形状とし、（Ｌ１／Ｌ２）を０．５２、０．７０とした。比較例１は、（Ｌ１／Ｌ２）を０．９１とした。また、比較例２は図８に示すような形状とし、（Ｌ１／Ｌ２）を１．０９とした。表１に各軸シールの初期（自由状態）の呼び寸法を示す。

【0047】

【表1】

【0048】

（１）内径変化量の測定
実施例１～２および比較例１～２について、それぞれ４個の軸シールを用いて（試験数４）ハウジングへの圧入を行った。自由状態の軸シールの内径寸法と、ハウジング内径２７．５ｍｍのハウジングに圧入した後の軸シールの内径寸法とを画像測定器によってそれぞれ測定し、その差から、ハウジング圧入による内径変化量（＝軸シールの内径方向への収縮量）を算出した。ここでの内径寸法としては、対向する内径リップの先端部２ａ間の距離（最小内径寸法）を測定した。図４（ａ）に、リップ高さの比（Ｌ１／Ｌ２）と内径変化量との関係を示す。図４（ａ）に示すように、リップ高さの比が小さい（この場合、外径リップ高さが小さい）ほど、内径変化量のばらつきが小さくなる傾向が見られた。

【0049】

（２）回転トルクの測定
実施例１～２および比較例１～２について、それぞれ４個の軸シールを用いて、下記の試験条件で回転トルクを測定した。
＜試験条件＞
油圧 ：１．０ＭＰａ
油温 ：１００℃
回転数 ：７０００ｒｐｍ
内径締め代：０．７ｍｍ

【0050】

図４（ｂ）に、リップ高さの比（Ｌ１／Ｌ２）と回転トルクとの関係を示す。回転トルクは、軸シールの内径リップと回転軸の外周面の接触の強さに影響するため、内径変化量が大きい軸シールでは、回転軸への接触が強くなり、回転トルクが大きくなりやすい。内径変化量のばらつき幅が小さくなることに起因して、（Ｌ１／Ｌ２）が小さくなるほど回転トルクのばらつき幅も小さくなった（図４（ｂ）参照）。

【0051】

［実施例３～１２、比較例３～５］
次に、軸シールの各寸法についてさらに検討した。上記のペレットを用いて射出成形により、表２記載の軸シールをそれぞれ作製した。表２の各寸法は、自由状態（ハウジング圧入前）の寸法である。

【0052】

【表2】

【0053】

（３）組み込み試験
ハウジングへの組み込み試験として圧入力を測定した。圧入力はプッシュプルゲージによって測定した。なお、圧入力の判定基準は、軸シールの組付け時と運転中に不具合が起きない参考の範囲として、３００Ｎ以下とした。３００Ｎを超えると、組付け時に軸シールが変形し、組付け不良の発生によってリーク量が増大する可能性がある。下限値は特に設けないが、回転軸が回転したときにハウジングに対して軸シールが回転しない程度であることが望ましい。なお、回転軸が回転したときにハウジングに対して軸シールが回転した場合、軸シールの外周面が摩耗するおそれがありシール性の低下に繋がることが考えられる。安全面を考慮すると４０Ｎであり、好ましくは５０Ｎであり、さらに好ましくは６０Ｎであり、１００Ｎとするとさらに安全性が高くなる。

【0054】

なお、圧入力の検証内容の組み合わせは以下のとおりである。
実施例３、４、５、比較例３ ：Ｌ１／Ｌ２と圧入力との関係
実施例６、７、８、９ ：外径締め代と圧入力との関係
実施例１０、１１、１２、比較例４：リップ角度と圧入力との関係

【0055】

（３－１）Ｌ１／Ｌ２と圧入力との関係
図５（ａ）に示すように、Ｌ１／Ｌ２が大きくなるほど圧入力は小さくなる傾向がある。本発明ではＬ１／Ｌ２を０．５以上０．９以下としている。ここで、Ｌ１／Ｌ２が０．５より小さいと、外径リップの剛性が高くなるため、圧入力が例えば３００Ｎを超え、軸シールの組付け性、シール性に影響を及ぼす可能性がある。一方、Ｌ１／Ｌ２が０．９より大きいと、上記図４（ｂ）で示したように、軸シール間で回転トルクのばらつきが大きくなる傾向がある。また、外径リップの剛性が低くなって、圧入力が例えば１００Ｎよりも小さくなる。

【0056】

（３－２）外径締め代と圧入力との関係
図５（ｂ）に示すように、外径締め代（ｄ－Ｄ）が大きくなるほど圧入力は大きくなる傾向がある。ここで、外径締め代（ｄ－Ｄ）が０．７ｍｍより大きいと、外径リップの剛性が高くなるため、圧入力が例えば３００Ｎを超え、軸シールの組付け性、シール性に影響を及ぼす可能性がある。一方、外径締め代（ｄ－Ｄ）が０．２ｍｍより小さいと、圧入力が例えば１００Ｎを下回る傾向になる。

【0057】

（３－３）リップ角度と圧入力との関係
図５（ｃ）に示すように、外径リップのリップ角度が大きくなるほど圧入力は小さくなる傾向がある。本発明ではリップ角度を５°よりも大きくしている。図５（ｃ）で言えば、例えばリップ角度が９°より小さいと、圧入時のハウジングとの接触面積が大きくなるため、圧入力が例えば３００Ｎを超え、軸シールの組付け性、シール性に影響を及ぼす可能性がある。一方、リップ角度が１７°より大きいと、外径リップの剛性が低くなって、圧入力が例えば１００Ｎを下回る傾向になる。

【0058】

（４）初期性能試験
実施例３および比較例５の軸シールについて、図６に示す回転トルク試験機を用いて、下記の条件で回転トルク試験を実施した。回転トルクとしては、試験開始後１分間の平均値を算出した。結果を図７のグラフに示す。
＜試験条件＞
油圧 ：０．３ＭＰａ、０．５ＭＰａ、１．０ＭＰａ
油温 ：１００℃
回転数 ：３０００ｒｐｍ、７０００ｒｐｍ
内径締め代：０．４ｍｍ
回転軸 ：材質Ｓ４５Ｃ
冷凍機油 ：ポリアルキレングリコール油
試験時間 ：１分

【0059】

図７に示すように、いずれの油圧の場合も、実施例３の回転トルクは、比較例５の回転トルクよりも低い値であった。また、油圧が高くなるにつれ、回転トルクの低減量が大きくなった。

【0060】

（５）シール性能試験
図６に示す回転トルク試験機を用いて、上記の条件で回転トルク試験を実施して、オイルリーク量を測定した。図６に示すように、試験機１４のハウジングは、外周側ハウジング１７と内周側ハウジング１８とを組み付けて構成される。これらハウジングの合わせ面において、内周側ハウジング１８の外周溝にはＯリング１９が配置されており、合わせ面から冷凍機油が漏れることを防止している。軸シール１５は回転軸１６に密着しており、回転軸１６の回転によって内径リップが回転軸１６の外周面と摺接する。冷凍機油を圧送して、ハウジング内空間に供給した。冷凍機油は、図６に示すように、流入路１７ｂから流入し、ハウジング内空間を経て、流出路１７ｃから流出する。オイルリーク量は、回転軸１６と挿通孔１７ａとの間から漏れ出た冷凍機油の量に基づいており、試験開始後１分間の漏れ量を示している。結果を表３に示す。

【0061】

【表3】

【0062】

オイルリーク量は少ない方が、製品寿命が長くなると推測できるため望ましく、１．０ｍｌ／ｍｉｎを超えないことが望ましい。いずれの実施例でもオイルリーク量は少なく、高いシール性を示した。特に、Ｌ１／Ｌ２が最も小さい（外径リップが最も短い）実施例３でも、十分なシール性を示した。

【0063】

上記のように、本発明では、軸シールにおいて外径リップの寸法など（内径リップ高さに対する外径リップ高さの比、外径締め代、リップ角度など）を最適化することで、低トルク性を確保しつつ、回転トルクのばらつきを抑えた軸シールを実現できる。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明の軸シールは、軸シールの回転トルクを低減しつつ、外径リップの収縮量のばらつきを低減させ、回転トルクのばらつきを抑制できるので、回転軸の外周面に摺接しながら密封流体を封止する軸シールとして広く使用できる。特に、車載エアコンのスクロール式冷媒圧縮機の圧縮機構部を回転させる回転軸の軸シールに適している。

【符号の説明】

【0065】

１ 外径リップ
２ 内径リップ
３ 基端部
４ 凹溝
５ 軸シール
６ 回転軸
７ ハウジング
８ 環状溝
９ 圧縮機構部
１０ 圧縮室
１１ 固定ロータ
１２ 可動ロータ
１３ 吐出口
１４ 試験機
１５ 軸シール
１６ 回転軸
１７ 外周側ハウジング
１８ 内周側ハウジング
１９ Ｏリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】