(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】軸シール
(51)【国際特許分類】
F16J 15/3236 20160101AFI20231219BHJP
F16J 15/18 20060101ALI20231219BHJP
F04C 18/02 20060101ALI20231219BHJP
F04C 27/00 20060101ALI20231219BHJP
F04C 29/00 20060101ALI20231219BHJP
F04B 39/00 20060101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
F16J15/3236
F16J15/18 C
F04C18/02 311P
F04C27/00 311
F04C29/00 U
F04B39/00 104A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020164855
(22)【出願日】2020-09-30
(65)【公開番号】P2022056876
(43)【公開日】2022-04-11
【審査請求日】2023-03-24
(73)【特許権者】
【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】安田 健
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 佳大
【審査官】宮下 浩次
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１００５６３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｊ １５／３２３６
Ｆ１６Ｊ １５／１８
Ｆ０４Ｃ １８／０２
Ｆ０４Ｃ ２７／００
Ｆ０４Ｃ ２９／００
Ｆ０４Ｂ ３９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸の外周面に密着して密封流体を封止する環状の軸シールであって、前記回転軸と前記軸シールを装着するハウジングとの隙間が、前記軸シールによって高圧側と低圧側に区画され、
前記軸シールは、軸方向の断面視が略Ｕ字状の射出成形体であり、前記高圧側に延伸して前記回転軸と摺動するシールリップ部と、該シールリップ部よりも外径側に設けられた外リップ部とを備え、
前記回転軸の外周面に対する前記シールリップ部の傾斜角度が５°～２０°であり、
前記軸シールの軸方向の断面視において前記シールリップ部の長さが２．０ｍｍ～６.５ｍｍであり、
前記射出成形体は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定される曲げ弾性率が２００ＭＰａ～２４００ＭＰａであることを特徴とする軸シール。
【請求項2】
前記軸シールが樹脂組成物または熱可塑性エラストマー組成物からなることを特徴とする請求項１記載の軸シール。
【請求項3】
前記軸シールが、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た圧縮機構を備えるスクロール式圧縮機に用いられ、前記回転軸が、前記圧縮機構を駆動する回転軸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】
前記スクロール式圧縮機が、車載エアコンのスクロール式圧縮機であることを特徴とする請求項３記載の軸シール。
【請求項5】
前記密封流体が、油を含有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の軸シール。
【請求項6】
前記軸シールは、前記回転軸を組み込む前の軸シールの内径寸法ｄ、前記回転軸の外径寸法Ｄ、前記回転軸の締め代（Ｄ－ｄ）との関係は、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０．００５～０．０６を満たすことを特徴とする請求項１記載の軸シール。
【請求項7】
前記シールリップ部の厚さが０．３ｍｍ～１ｍｍであることを特徴とする請求項１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、車載エアコンのスクロール式圧縮機の回転軸の軸シールに関する。
【背景技術】
【0002】
圧縮機には冷媒や冷凍機油の漏れを防止するシール部材が用いられている。例えば、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た圧縮機構部を備えるスクロール式圧縮機では、圧縮機構部を駆動する回転軸に軸シールが装着されている。
【0003】
軸シールとして特許文献１、２のようなリップシールが開示されている。例えば、特許文献１のリップシールを図６に示す。図６に示すように、リップシール２１は、駆動軸２２の軸方向に沿う断面視で、駆動軸２２の外周面に接触する内周シール部２５、２６、２７を有する。さらに、リップシール２１は、内周シール部２５、２６が軸穴２３側への固定部２８、２９よりもハウジング２４の駆動軸方向内部側に位置する第１シールリップＬ１および第２シールリップＬ２を備え、内周シール部２７が軸穴２３側への固定部３０よりもハウジング２４の駆動軸方向外部側に位置する第３シールリップＬ３を備えた構造になっている。第２シールリップＬ２と第３シールリップＬ３との間には潤滑油を保持可能な空間Ｓが形成されるため、この空間Ｓに保持された潤滑油によって第２シールリップＬ２と第３シールリップＬ３の摩耗が防止され、シール性が確保されている。特許文献１では、駆動軸２２の外周面に対する第２シールリップＬ２の傾斜角度θは３０°程度とされているが、θと回転トルクとの関係などについては検討されていない。
【0004】
特許文献２のリップシールを図７に示す。図７に示すように、リップシール３１は、ハウジング３２と、回転軸３３との間に装着され、第１シールエレメント３４のシールリップ部３５と、第２シールエレメント３６のシールリップ部３７によって、流体収納室Ｒの流体（冷媒および冷凍機油）が低圧側Ａへリークするのを防止している。第１シールエレメント３４は合成ゴムからなり、第２シールエレメント３６はテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などの合成樹脂からなる。回転軸の静止時には第１シールエレメント３４のシールリップ部３５が回転軸３３に弾性的に接触して、流体の漏れを防止する。また、回転時には第１シールエレメント３４からわずかに漏れた流体を第２シールエレメント３６のシールリップ部３７で密封する。特許文献２では、回転軸の外周面に対する第１シールエレメント３５の傾斜角度については言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１８－１７１６１号公報
【文献】特許第２８４７２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献１、２では、回転軸の外周面に対するシールリップの傾斜角度、断面視におけるシールリップの長さを変えたとき、回転トルクやシール性がどのようになるか検討はされていない。また、上記特許文献１、２のリップシールは、環状の金属芯材と、樹脂またはゴムからなる複数のシールリップとで構成される複雑形状であり、高コストになるおそれがある。
【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、断面が略Ｕ字状の軸シールにおいて、回転トルクを低減できるとともに、シール性に優れ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、回転軸の外周面に密着して密封流体を封止する環状の軸シールであって、上記回転軸と上記軸シールを装着するハウジングとの隙間が、上記軸シールによって高圧側と低圧側に区画され、上記軸シールは、軸方向の断面視が略Ｕ字状の射出成形体であり、上記高圧側に延伸して上記回転軸と摺動するシールリップ部と、該シールリップ部よりも外径側に設けられた外リップ部とを備え、上記回転軸の外周面に対する上記シールリップ部の傾斜角度が５°～２０°であり、上記軸シールの軸方向の断面視において上記シールリップ部の長さが２．０ｍｍ～６.５ｍｍであることを特徴とする。本発明における「シールリップ部の傾斜角度」とは、軸シールを回転軸に装着した状態において、シールリップ部が回転軸の外周面に対して傾斜した角度をいう。
【0009】
上記軸シールが樹脂組成物または熱可塑性エラストマー組成物からなることを特徴とする。
【0010】
上記軸シールが、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た圧縮機構を備えるスクロール式圧縮機に用いられ、上記回転軸が、上記圧縮機構を駆動する回転軸であることを特徴とする。
【0011】
上記スクロール式圧縮機が車載エアコンのスクロール式圧縮機であることを特徴とする。
【0012】
上記密封流体が、油を含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明の軸シールは、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シールリップ部と、該シールリップ部よりも外径側に設けられた外リップ部とを備え、回転軸の外周面に対するシールリップ部の傾斜角度が５°～２０°であるので、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。さらに、軸シールの軸方向の断面視においてシールリップ部の長さが２．０ｍｍ～６.５ｍｍであり、シールリップ部がある程度の長さを有するので、シールリップ部の回転軸に対する緊迫力が小さくなり、低トルク化に一層寄与する。
【0014】
軸シールが樹脂組成物または熱可塑性エラストマー組成物からなるので、金属芯材などを必要とせず、経済性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【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3】本発明の軸シールの他の例を回転軸に装着した状態の図である。
【図4】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5】回転トルクの測定試験の概略図である。
【図6】従来の軸シールの構成を示す図である。
【図7】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】
【0016】
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１は、軸方向の断面視が略Ｕ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シールリップ部２と、シールリップ部２よりもシール外径側に設けられた外リップ部３とを有する。シールリップ部２と外リップ部３はそれぞれ基端部４から延伸している。シールリップ部２と外リップ部３と基端部４によって、凹溝５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１は、この環状溝８に装着され、回転軸６が軸Ｏを中心に回転することで、シールリップ部２が回転軸６に摺動する。
【0017】
図１において、軸シール１は、シールリップ部２と外リップ部３とがそれぞれ高圧側Ｈ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５側が高圧側Ｈに相当し、基端部４の背面４ａ側が低圧側Ｌに相当する。装着した状態では、軸シール１の外リップ部３の先端部付近が環状溝８の側壁８ａに接触し、シールリップ部２の先端部付近が回転軸６の外周面に接触する。また、基端部４の背面４ａが環状溝８の底壁８ｂに密着する。一方、外リップ部３と側壁８ａとの間、およびシールリップ部２と回転軸６との間にはそれぞれ空間が形成される。
【0018】
本発明者らは、簡易な構造である略Ｕ字状の軸シール１について、回転軸６の外周面に対するシールリップ部２の傾斜角度α、および断面視におけるシールリップのリップ長さＬ２を最適化することで、低トルク化、低リーク化が図れることを見出した。具体的には、軸シール１は、シールリップ部２の傾斜角度αが５°～２０°であり、シールリップ部２のリップ長さＬ２が２．０ｍｍ～６.５ｍｍであることを特徴としている。傾斜角度αが５°未満であると、シールリップ部２と回転軸６が平行に近づくため、流体の漏れが発生しやすくなる。一方、傾斜角度αが２０°より大きくなるとシールリップ部２の回転軸６に対する緊迫力が高くなるため、回転トルクが大きくなる。傾斜角度αは好ましくは１０°～２０°である。
【0019】
また、リップ長さＬ２が２．０ｍｍより短いと、シールリップ部２がたわみにくく緊迫力が高くなり、回転トルクが大きくなるおそれがある。一方、リップ長さＬ２が長くなると、軸シールを組み込むための空間が広くなることから、６．５ｍｍ以下に設定している。リップ長さＬ２の好ましい範囲は４．２ｍｍ～６．５ｍｍである。
【0020】
軸シール１の各寸法について図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）の軸シールを示す。軸シール１において、シールリップ部２と外リップ部３は相互に先端部２ａ、３ａが離れる方向へ傾斜して形成されている。本発明において、軸シール１の内径寸法ｄは、軸シール１の最小内径寸法をいう。内径寸法ｄは、図２では対向するシールリップ部２の先端部２ａ間の距離を示す。一方、軸シール１の最大内径寸法ｄｍａｘは、対向する基端部４間の最大距離、図２では背面４ａの内縁間の距離である。なお、図２では、軸シール１の内周面は、背面４ａ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１の外周面は、背面４ａから先端部３ａにかけて連続的に拡径するように形成される。
【0021】
シールリップ部２は、その外周面において所定のリップ長さＬ２を有している。リップ長さＬ２は、図２に示すように、軸シール１の底面４ｂの隅部（シールリップ部２側）からシールリップ部２の先端部２ａの外径側の頂点までの直線の長さである。また、図２において、背面４ａおよび底面４ｂは、軸シール１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。これにより、環状溝８の底壁８ｂ（図１参照）に密着しやすくなる。なお、リップ長さＬ２は、軸シールの図２の自由状態と図１の装着状態とで同じ長さである。
【0022】
また、外リップ部３は、その内周面において所定のリップ長さＬ３を有している。リップ長さＬ３は、図２に示すように、軸シール１の底面４ｂの隅部（外リップ部３側）から外リップ部３の先端部３ａの内径側の頂点までの直線の長さである。なお、外リップ部３のリップ長さＬ３は、シールリップ部２のリップ長さＬ２よりも長いことが好ましい。
【0023】
シールリップ部２の厚さｔ２は、０.３ｍｍ～１ｍｍが好ましい。また、厚さｔ２が基端部側から先端部にかけて変化する場合は０.３ｍｍ～１ｍｍの範囲で変化させることが好ましい。厚さｔ２が０.３ｍｍ未満であると、射出成形時にショートショットが起こりやすくなる。また、厚さｔ２が１ｍｍを超えると、回転軸に対するシールリップ部２の緊迫力が高くなり、回転トルクが大きくなるおそれがある。厚さｔ２は０.３ｍｍ～０.６ｍｍがより好ましい。また、別の観点では、図２に示すように、シールリップ部２の厚さｔ２が外リップ部３の厚さｔ３よりも小さいことが好ましい。厚さｔ２が厚さｔ３よりも大きいと、外リップ部３のハウジング７に対する緊迫力が、シールリップ部２の回転軸６に対する緊迫力より小さくなり、外リップ部３とハウジング７の側壁８ａとの間で摺動が生じるおそれがある。
【0024】
図１に戻り、軸シール１は、シールリップ部２が回転軸６の外周面に密着することで、高圧側Ｈの流体が低圧側Ｌ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。軸シールのシール性を確保するため、装着前の軸シール１の内径寸法ｄ（図２参照）を、回転軸６の外径寸法Ｄよりも小さくする必要がある。すなわち、軸シール１を回転軸６に組み込む際に、軸シール１が締め代を持っている必要がある。
【0025】
回転軸６を組み込む前の軸シール１の内径寸法ｄ、回転軸６の外径寸法Ｄ、回転軸６の締め代（Ｄ－ｄ）との関係は、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０．００５～０．０６を満たすことが好ましく、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０．０１～０．０２を満たすことがより好ましい。回転軸６の外径寸法Ｄと、回転軸６に接触するシールリップ部の先端部における締め代（Ｄ－ｄ）との寸法比を所定の範囲に設定することで、シール性を損なうことなく、回転トルクをより低減できる。
【0026】
また、回転トルクの低減を図るため、図１に示すように、シールリップ部２と回転軸６との間には空間が形成されることが好ましい。この場合、装着状態において基端部４は回転軸６に接触していない。また、寸法の関係で言えば、Ｄ＜ｄｍａｘ（図２参照）であることが好ましい。
【0027】
回転軸６の外径寸法Ｄの大きさは特に限定されないが、例えば１０ｍｍ～５０ｍｍ程度である。また、締め代（Ｄ－ｄ）の大きさは特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ～３ｍｍ程度である。
【0028】
なお、本発明の軸シールは、図１の形態に限らない。例えば、図１ではシールリップ部２を直線状に形成したが、シールリップ部を、図３に示すように湾曲した形状としてもよい。図３の場合、傾斜角度αは、シールリップ部２と回転軸６との接点におけるシールリップ部２の接線（破線で示す）と、回転軸６の外周面とのなす角である。シールリップ部２のリップ長さＬ２は、図２で説明した直線の長さである。また、軸シールに、シールリップ部と外リップ部以外のリップ部（例えば、回転軸と摺動するダストリップなど）を設けてもよい。
【0029】
図１の圧縮機において、ハウジング７の高圧側Ｈ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。
【0030】
図４には、スクロール式の圧縮機構部の一部断面図を示す。図４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。
【0031】
本発明の軸シールは、射出成形体であり、樹脂組成物または熱可塑性エラストマー組成物からなる。この射出成形体は、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い。曲げ弾性率が２００ＭＰａ未満であると摩耗しやすくなりシール性が低下するおそれがある。また、曲げ弾性率が２４００ＭＰａを超えると、軸シールの回転軸に対する緊迫力が高くなり、高トルクになるおそれがある。本発明の軸シールを形成する樹脂組成物のＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定される曲げ弾性率は、好ましくは２００ＭＰａ～１８００ＭＰａであり、より好ましくは４００ＭＰａ～１８００ＭＰａである。
【0032】
樹脂組成物において、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、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。
【0033】
上記樹脂の中でも、耐熱性や、耐薬品性、柔軟性に優れ、かつ、射出成形可能な樹脂である、ＰＡ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、ビニリデンフルオライド樹脂を用いることが好ましい。これらの樹脂は、耐薬品性、耐油性に優れるため、例えば、冷媒や冷凍機油が混在する流体存在下で使用される圧縮機の回転軸の軸シールに好適である。
【0034】
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。
【0035】
上記の樹脂組成物および熱可塑性エラストマー組成物には、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。
【0036】
ＰＴＦＥ樹脂は、固体潤滑剤であり、樹脂組成物または熱可塑性エラストマー組成物の成形体の動摩擦係数を低減できる。ＰＴＦＥ樹脂として、懸濁重合法によるモールディングパウダー、乳化重合法によるファインパウダー、再生ＰＴＦＥのいずれを採用してもよい。樹脂組成物の流動性を安定させるためには、射出成形時のせん断により繊維化しにくく、溶融粘度を増加させにくい再生ＰＴＦＥを採用することが好ましい。再生ＰＴＦＥとは、熱処理（熱履歴が加わったもの）粉末、γ線または電子線などを照射した粉末のことである。例えば、モールディングパウダーまたはファインパウダーを熱処理した粉末、また、この粉末をさらにγ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーの成形体を粉砕した粉末、また、その後γ線または電子線を照射した粉末、モールディングパウダーまたはファインパウダーをγ線または電子線を照射した粉末などのタイプがある。
【0037】
本発明に使用できる市販品のＰＴＦＥ樹脂としては、株式会社喜多村製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＫＴ－４００Ｈ、三井ケマーズフロロプロダクツ株式会社製：テフロン（登録商標）７－Ｊ、ＴＬＰ－１０、ＡＧＣ株式会社製：フルオンＧ１６３、Ｌ１５０Ｊ、Ｌ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊ、ダイキン工業株式会社製：ポリフロンＭ－１５、ルブロンＬ－５、スリーエムジャパン株式会社製：ダイニオンＴＦ９２０５、ＴＦ９２０７などが挙げられる。また、パーフルオロアルキルエーテル基、フルオルアルキル基、またはその他のフルオロアルキルを有する側鎖基で変性されたＰＴＦＥ樹脂であってもよい。上記の中でγ線または電子線などを照射したＰＴＦＥ樹脂としては、株式会社喜多村製：ＫＴＬ－６１０、ＫＴＬ－４５０、ＫＴＬ－３５０、ＫＴＬ－８Ｎ、ＡＧＣ株式会社製：フルオンＬ１６９Ｊ、Ｌ１７０Ｊ、Ｌ１７２Ｊ、Ｌ１７３Ｊなどが挙げられる。
【0038】
グラファイトは、固体潤滑剤であり、樹脂組成物または熱可塑性エラストマー組成物の成形体の動摩擦係数を低減できる。グラファイトとしては、天然黒鉛、人造黒鉛のどちらを用いてもよい。天然黒鉛としては、日本黒鉛工業株式会社製：ＡＣＰ、人造黒鉛としてはイメリス・ジーシー・ジャパン株式会社製：ＫＳ－６、ＫＳ－２５、ＫＳ－４４などが挙げられる。
【0039】
固体潤滑剤の配合量は、樹脂組成物または熱可塑性エラストマー組成物１００体積％に対して、１体積％～４０体積％が好ましく、１体積％～２０体積％がより好ましく、１０体積％～２０体積％がさらに好ましい。４０体積％を超えると、樹脂組成物または熱可塑性エラストマー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。
【0040】
なお、本発明の効果を阻害しない程度に、樹脂組成物または熱可塑性エラストマー組成物に、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。
【0041】
本発明の軸シールは、車載エアコンのスクロール式圧縮機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。
【0042】
本発明の軸シールは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。上記樹脂組成物または上記熱可塑性エラストマー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】
【0043】
実施例１～７、比較例１～４
固体潤滑剤のＰＴＦＥ樹脂（５０％粒子径：２０μｍ）を２０体積％含有し、残部がポリアミド６６樹脂（粘度数：１５０ｍｌ／ｇ）である樹脂組成物を二軸混練押出し機で作製し、ペレット化した。なお、粘度数の測定は、ＩＳＯ ３０７に準拠して、硫酸溶液を使用して得た。得られたペレットを用いて射出成形により、軸シールを得た。軸シールは図１に示す形状とし、表１に示すように、傾斜角度α、シールリップ部のリップ長さＬ２が異なる１１種類の軸シール（内径寸法ｄ１９.８８ｍｍ）を作製した。なお、これら軸シールを形成する樹脂組成物のＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定される曲げ弾性率は２２００ＭＰａであった。
固体潤滑剤のＰＴＦＥ樹脂（５０％粒子径：２０μｍ）を２０体積％含有し、残部がポリアミド６６樹脂（粘度数：１５０ｍｌ／ｇ）である樹脂組成物を二軸混練押出し機で作製し、ペレット化した。なお、粘度数の測定は、ＩＳＯ ３０７に準拠して、硫酸溶液を使用して得た。得られたペレットを用いて射出成形により、軸シールを得た。軸シールは図１に示す形状とし、表１に示すように、傾斜角度α、シールリップ部のリップ長さＬ２が異なる１１種類の軸シール（内径寸法ｄ１９.８８ｍｍ）を作製した。なお、これら軸シールを形成する樹脂組成物のＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定される曲げ弾性率は２２００ＭＰａであった。
【0044】
＜回転トルク試験＞
図５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て、回転トルクおよびオイルリーク量を測定した。回転軸の外径寸法Ｄは２０ｍｍであり、軸シールと回転軸との締め代（Ｄ－ｄ）は直径で０．１２ｍｍであり、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０.００６であった。
＜試験条件＞
回転軸 ：材質Ｓ４５Ｃ
回転数 ：７５００ｍｉｎ－１
油圧 ：０．３ＭＰａ
油温 ：４０℃
冷凍機油：ポリアルキレングリコール油
試験時間：６０分
図５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て、回転トルクおよびオイルリーク量を測定した。回転軸の外径寸法Ｄは２０ｍｍであり、軸シールと回転軸との締め代（Ｄ－ｄ）は直径で０．１２ｍｍであり、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０.００６であった。
＜試験条件＞
回転軸 ：材質Ｓ４５Ｃ
回転数 ：７５００ｍｉｎ－１
油圧 ：０．３ＭＰａ
油温 ：４０℃
冷凍機油：ポリアルキレングリコール油
試験時間：６０分
【0045】
図５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５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５０～６０分間の平均値を示している。また、回転トルクは、試験開始後５０～６０分間の平均値を示している。結果を表１に示す。
【0046】
【表1】
【0047】
表１に示すように、傾斜角度α＝２０°の結果を比較すると、リップ長さＬ２＝２．２ｍｍ～６．５ｍｍの場合（実施例１～５）は、回転トルクが０.０７～０.１１Ｎ・ｍと低トルクであったのに対して、リップ長さＬ２＝１．２ｍｍの場合（比較例１）は、回転トルクが０.１６Ｎ・ｍであり、比較的高トルクとなった。傾斜角度αの検討において、α＝３°（比較例３）ではオイルリーク量の大幅な増加が見られた。また、α＝３０°、４５°（比較例２、比較例４）では回転トルクが０.１５Ｎ・ｍ、０.１７Ｎ・ｍであり、傾斜角度αが大きくなるにつれて、回転トルクの上昇が見られた。一方、α＝５°、１０°（実施例６～７）では、低トルクかつ低リークを示した。
【0048】
次に、樹脂組成物の組成を変更して回転トルクおよびシール性を評価した。
【0049】
実施例８～１４
各実施例に用いた樹脂組成物の原材料を一括して以下に示す。
（１）ＥＴＦＥ樹脂
ＡＧＣ株式会社：フルオンＣ－８８ＡＸＭＰ
（２）ＰＦＡ樹脂
ダイキン工業株式会社：ネオフロンＡＰ２０２
（３）ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂
ＤＩＣ株式会社：ＦＺ－２１００
（４）炭素繊維（平均繊維長：１５０μｍ）
（５）グラファイト（５０％粒子径：２０μｍ）
（６）ＰＴＦＥ樹脂（５０％粒子径：２０μｍ）
各実施例に用いた樹脂組成物の原材料を一括して以下に示す。
（１）ＥＴＦＥ樹脂
ＡＧＣ株式会社：フルオンＣ－８８ＡＸＭＰ
（２）ＰＦＡ樹脂
ダイキン工業株式会社：ネオフロンＡＰ２０２
（３）ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂
ＤＩＣ株式会社：ＦＺ－２１００
（４）炭素繊維（平均繊維長：１５０μｍ）
（５）グラファイト（５０％粒子径：２０μｍ）
（６）ＰＴＦＥ樹脂（５０％粒子径：２０μｍ）
【0050】
原材料（１）～（６）を用いて、表２の実施例８～１４に示す樹脂組成物を二軸混練押出し機で作製し、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、図１に示す断面形状の軸シールと、曲げ試験用の成形体を得た。
【0051】
＜曲げ試験＞
ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して曲げ試験を実施し、曲げ弾性率を測定した。
ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して曲げ試験を実施し、曲げ弾性率を測定した。
【0052】
＜回転トルク試験＞
図５に示す回転トルク試験機を用いて、上述の試験条件で回転トルク試験を実施して、回転トルクおよびオイルリーク量を測定した。回転トルク試験機の回転軸と軸シールの各寸法は、実施例８～１３では、回転軸の外径寸法Ｄ＝２０．５ｍｍ、軸シールの内径寸法ｄ＝２０ｍｍ、締め代（Ｄ－ｄ）＝０．５ｍｍ、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０．０２４とした。また、実施例１４では、回転軸の外径寸法Ｄ＝２０ｍｍ、軸シールの内径寸法ｄ＝１９．９ｍｍ、締め代（Ｄ－ｄ）＝０．１ｍｍ、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０．００５とした。
図５に示す回転トルク試験機を用いて、上述の試験条件で回転トルク試験を実施して、回転トルクおよびオイルリーク量を測定した。回転トルク試験機の回転軸と軸シールの各寸法は、実施例８～１３では、回転軸の外径寸法Ｄ＝２０．５ｍｍ、軸シールの内径寸法ｄ＝２０ｍｍ、締め代（Ｄ－ｄ）＝０．５ｍｍ、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０．０２４とした。また、実施例１４では、回転軸の外径寸法Ｄ＝２０ｍｍ、軸シールの内径寸法ｄ＝１９．９ｍｍ、締め代（Ｄ－ｄ）＝０．１ｍｍ、（Ｄ－ｄ）／Ｄ＝０．００５とした。
【0053】
【表2】
【0054】
表２に示すように、実施例８～１４の軸シールは、曲げ弾性率が２００ＭＰａ～２４００ＭＰａの範囲に属しており、低トルクかつ低オイルリーク性を示した。表２の結果より、曲げ弾性率の大小と回転トルクの大小とで、大まかな相関がみられた。また、寸法比（Ｄ－ｄ）／Ｄの検討において、（Ｄ－ｄ）／Ｄが小さくなるとトルクの低下が見られた（実施例９、実施例１４）。
【0055】
上記のように、本発明では、回転軸の外周面に対するシールリップの傾斜角度およびリップ長さを最適化することで、低トルク化、低リーク化を図っている。さらに、樹脂組成物の好ましい組成などと上記構造を組み合わせることにより、更なる低トルク化、低リーク化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明の軸シールは、回転トルクを低減できるとともに、シール性に優れるので、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】
【0057】
１、１’ 軸シール
２ シールリップ部
３ 外リップ部
４ 基端部
５ 凹溝
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
２ シールリップ部
３ 外リップ部
４ 基端部
５ 凹溝
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】