JPH0696961B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、圧縮機、膨張機、及び真空ポンプとして機能
するスクロール流体機械に係り、特に相手側スクロール
の摺動面と対峙する螺旋状のラップ端面に、断面矩形状
の溝部を介してシール部材を嵌入させたスクロール流体
機械に関する。

「従来の技術」 従来より、第５図（Ａ）（Ｂ）に示すように、周壁11に
より囲繞された凹状空間12内に第１のラップ13を形成し
た固定スクロール10と、前記第１のラップ13に嵌合可能
な第２のラップ21を有する旋回スクロール20とからな
り、例えば前記固定スクロール10の凹状空間12と対面す
る周壁11と、凹状空間中心域に位置する第２のラップ21
の摺動面14（底面）上に夫々吸込口16と吐出口17を設け
るとともに、圧縮室として機能する両ラップ間の接点
（又は最近接点）が徐々に中心へ向かって移動するよう
に、旋回スクロール20を一定の半径で固定スクロール10
のラップ21の中心の周りを公転運動させる事により、前
記吸込口より凹状空間12内に導入した気体を第２のラッ
プ21の巻き終り端21b（外端）を回り込みながら、両ラ
ップ13,21によって形成される密閉空間22に取り込み、
旋回スクロール20の公転運動とともに徐々にその容積を
減少させながら、中心に向かって移動させ、該密閉空間
22内の気体が高圧化した際に吐出口17と導通させて、該
吐出口17より前記高圧気体を外部に排出可能に構成した
スクロール式圧縮機は公知である。

この種の圧縮機においては相手側スクロール10,20の摺
動面14（旋回スクロール20側の摺動面は不図示）と対峙
する螺旋状のラップ端面21aに断面矩形状に凹設した溝
部２にシール部材１を嵌入させ、該シール部材１を介し
て前記摺動面14とラップ21間に形成される密閉空間のシ
ール性能の向上を図るとともに、好ましくは前記シール
部材１を帯状自己潤滑材で形成する事により、前記圧縮
機の無給油化を図った装置も提案されている。

そしてかかる無給油式の圧縮機においては第３図（ａ）
に示すように高圧側の密閉空間P1より溝部側壁2b間の空
隙32を介してシール部材底面1a側に導入された背圧を利
用して前記シール部材１を摺動面14側に押圧させる事に
より前記シール性能を確保するように構成している。

従って前記背圧による円滑な押圧力を得るには少なくと
も前記溝部底面2aとシール部材１間の空隙31を確保する
必要があるが、前記空隙31の存在はラップ21螺旋方向に
沿って中心域の高圧空気が外周側に漏洩してしまう事に
なる。

かかる欠点を解消する為に第２図（ｇ）に示すように、
前記溝部２と対面するシール部材底面1a側に長手方向に
沿って多段状に切込みを入れて形成した鱗状突起51を設
け、該突起51により前記空隙31のラップ21螺旋方向の導
通を遮断し、これにより高圧気体の漏洩を防止した技術
が存在する。（特開昭63-61701号） 「発明が解決しようとする課題」 しかしながら前記シール部材１と溝部２間の空隙は底面
側には空隙31、側壁側には空隙32がある為に該側壁側に
漏洩が生じてしまう。

この為前記シール部材１と溝部２間の側壁側のクリアラ
ンスを小にして前記漏洩を極力少なくしようとする試み
がなされているが、自己潤滑材からなるシール部材１は
ラップ21に比較して熱膨張率が大である為に、而も外周
側より中心域側に向け徐々に密閉空間P1の容積を減少さ
せながら気体を圧縮するスクロール圧縮機においてはラ
ップ21外周域側に比較して中心域側が高温化、言い換え
れば螺旋方向に沿ってラップ21温度が異なる為に、例え
ばラップ21外周側に合せて前記側壁面の空隙32間隔を設
定すると中心域側に位置するシール部材１が溝部２側壁
面に密着し、結果としてチップシールの上下の動きに対
する摺動抵抗が大幅に増大する為に、例えシール部材１
の背面側に背圧を印加しても円滑なシール性能を得る事
が出来ない。

一方ラップ21中心域側に合せて前記側壁面の空隙32間隔
を設定すると前記と逆に外周側の空隙32間隔が必要以上
に大になり、結果として溝部２側壁面を流れる気体漏洩
量が大になるのみならず、第３図に示すようにシール部
材１が傾斜してその面圧の変化により異常摩耗が生じる
場合がある。

かかる欠点を解消する為に本出願人は、例えば第２図
（ｆ）に示すように、前記シール部材底面1a側に形成し
た多段状の突起52形成位置と対応させて、シール部材１
の高圧側側壁面にも同様の切込み突起53を形成して前記
螺旋方向の漏洩を完全に遮断するようにしたスクロール
圧縮機も検討した（以下比較発明という）が、このよう
に構成すると前記溝部２空隙31,32の漏洩が底面2a側で
も側壁面2b側でも完全に遮断される事になる為に、下記
のような問題が生じる事になる。

即ち前記シール部材１の背圧言い換えれば押圧力は、該
シール部材１によって仕切られる隣接する密閉空間同士
の圧力差によって決定されるものであるが、スクロール
圧縮機の場合は第５図に示しように吐出口17と連通し吐
出圧力と同圧の第１の密閉空間P0、高圧状態にある第２
の密閉空間P1、圧縮状態にある低圧側密閉空間P2、及び
その外側にある常圧化された密閉空間P3と、多数の圧力
の異なる空間が存在し、従ってP0（吐出圧）＞＞P1（高
圧）＞P2（低圧）＞P3（常圧）と、隣接する密閉空間同
士の圧力差に大きなバラツキを有する為に、前記のよう
に各突起52,53間隔毎に完全に遮断してしまうと、前記
圧力差に対応して各突起52,53間隔毎のシール部材１の
押圧力（面圧）が大きくバラツキ、結果としてとて突起
間隔毎にシール部材１の摩耗量にバラツキが生じ耐久性
の低減とともに、結果として長期に亙る円滑なシール性
能の確保が困難になる。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、前記シール部材
の円滑なシール性の確保と耐久の向上を図りつつ前記シ
ール部材の螺旋方向に沿う漏洩を極力防止し、圧縮効率
若しくは膨張効率の大幅向上を図ったスクロール流体機
械を提供する事を目的とする。

「課題を解決する為の手段」 本発明は、前記溝部２の底面と（一般的には高圧側）側
壁面と対峙するシール部材１の隣接する二面に、前記シ
ール部材１の螺旋方向中心域側から外方域側に向け印加
される圧力を受圧して前記溝部２側に弾性的に圧接され
る突起部材5a,5bを設けた点については前記比較発明と
同様であるが、 前記比較発明のように前記シール部材底面1a側に形成し
た突起位置と（高圧側）側壁面に形成した突起位置を完
全に合致させるのではなく前記突起形成位置を第１図
（Ａ）に示すように螺旋方向に位置ずれさせて配設した
事を特徴とするものである。

この場合前記全ての突起部材5a,5bを相互に千鳥状に位
置ずれさせて形成する必要はなく、必要に応じて前記位
置ずれさせた複数の突起部材5a,5b群毎か、若しくは前
記シール部材１の外周側末端側に、他面側の突起部材5a
の形成位置と合致する突起部材5a′を少なくとも一以上
設けてもよい。

又前記突起部材5a,5bの配置間隔も等間隔に設定する必
要はなく、螺旋方向中心域から外周域に進むに連れ順次
大になるように設定するのが好ましい場合がある。

「作用」 かかる技術手段によれば、前記比較発明のように、前記
シール部材１の螺旋方向に沿う漏洩を各突起52,53間隔
毎に完全に遮断した状態で、前記シール部材１に背圧を
印加するのではなく、第１図に示す如く前記突起部材5
a,5bを隣接する各面毎に位置ずれさせて配置した為に、
シール部材１中心域の底面1a側高圧空気が螺旋方向に沿
って各面を交互に移動しながら千鳥状に漏洩させる事が
可能となり、ラビリンス効果をもって不完全シール状態
を維持する事が出来る。

この結果、中心域の高圧空気の外周側への漏洩を実質的
に零に近付ける事が可能となるとともに、前記高圧空気
が微小速度で低圧側に移動する為に、中心域側より螺旋
方向に沿って多数の圧力の異なる密閉空間が存在する場
合でも各突起5a,5b間隔毎の背圧のアンバランスを平滑
化する事が出来る。

又背圧が加わる側の高圧側壁面1bの前記シール部材１と
溝部２間は前記従来技術のように直接面接触にて圧接し
ているのではなく、突起部材5bを介して弾性的に且つ所
定間隔毎に実質的に線接触にて圧接する構成を取る為
に、シール部材１の摺動面14側の押圧方向への摺動抵抗
が低減し、その分シール部材１の追従性よく摺動面14を
圧接する事が出来、シール性能が向上する。

又前記隣接する二面に設けた突起部材5a,5b自体に弾性
力を付与し且つ第３図（ｂ）に示すように前記突起部材
5a,5bが高圧側の受圧力に対応して自在に拡開可能であ
る為に、前記溝部２の幅方向と深さ方向の嵌合精度に狂
いが生じても、言い換えれば寸法精度をラフに設定して
もこれを吸収して精度よく圧接させる事が可能となる。

更に、前記突起部材5a,5bが前記受圧力により自在に拡
開可能である事は側壁面側の溝空隙31部のクリアランス
を余裕をもって形成しても該シール部材１が傾斜して圧
接される事なくこれにより該面圧の変化による異常摩耗
等が完全に防止出来るとともに、この事は逆に前記シー
ル部材１の熱膨張を考慮して余裕をもって前記クリアラ
ンスを設定出来る為に設計の自由度及び加工に自由度が
大幅に向上する。

又、長時間運転によりチップシールが摩耗しても、突起
部材5aの弾力性により性能低下を軽減出来、チップシー
ル自体の寿命を向上させることが出来る。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図は本発明の基本構成を示す実施例で、21aは相手
側スクロール摺動面14と対峙するラップ端面で、その長
手方向中心線に沿って螺旋方向に、断面矩形状の溝部２
が凹設されている。そして前記溝部２に嵌合されるシー
ル部材１は、自己潤滑性樹脂材を帯状に形成するととも
に、該シール部材１の隣接する壁面に長手方向に沿って
交互に楔状の切込み突起を入れ、該切込み突起が前記螺
旋方向中心域側から外方域側に向け印加される圧力を受
圧して拡開方向に変形可能に構成する。

次に前記本実施例に係るシール部材１を装着した場合
（ａ）と、前記比較発明のように隣接する２面に同一切
込み位置で切込み突起52,53を設けたシール部材１を装
着した場合（ｂ）、及び前記切込みを全く設けない場合
のシール部材を装着した場合（ｃ）の夫々の面圧変化に
ついて第４図（Ａ）に基づいて調べてみるに、回転角
θ:0°の場合の×印地点での密閉空間間の圧力差がP1＜
P0（吐出圧）、θ:90°の地点では圧力差がP1＝P1′
（高圧）以下θ:180°ではP1＝P1′、θ＝270°ではP1
＜P0とすると、その面圧変化は第４図（Ｂ）のようにな
る。従って前記第４図（Ｂ）より理解されるように切込
み突起5a,5b間隔毎に漏洩を完全に遮断した比較発明
（ｂ）においては前記隣接する密閉空間P1,P2間の差圧
に対応して面圧が大幅に変動する事となり、一方切込み
突起なしの場合（ｃ）は、完全に漏洩が生じ面圧が低下
してしまう。しかしながら本実施例（ａ）によれば前記
面圧が平滑化され且つ高圧に維持する事が出来、本発明
の作用効果を円滑に達成している事が理解出来る。

尚、本発明においては、前記全ての切込み突起5a,5bを
前記実施例に示すように相互に千鳥状に位置ずれさせて
形成する（第２図（ａ））必要はなく、例えば底面側に
印加される圧力が側壁面側より大な場合は第２図（ｂ）
に示すように底面側の突起5a間隔の複数周期毎に側壁面
側側の切込み突起5bを形成してもよく、又前記切込み突
起5a,5bの配置間隔も等間隔に設定する必要はなく、高
圧の中心域側と低圧の外周側の面圧のバランスを取る為
に、第２図（ｃ）に示すように前記突起5a,5bの配置間
隔を螺旋方向中心域から外周域に進むに連れ順次等比級
数的に大になるように設定してもよい。

更に前記全ての突起5a,5bを完全に相互に位置ずれさせ
る必要もなく、第２図（ｄ）に示すように少なくとも前
記シール部材１の（外周）末端側では開放空間側への漏
洩を防止する為に、他面側の切込み突起5bの形成位置と
合致させて切込み突起5a′を形成する事も可能であり、
又第２図（ｅ）に示すようにシール部材１の一周回と対
応する前記位置ずれさせた複数の切込み突起5a,5b群毎
に、他面側の切込み突起5bと合致する切込み突起5cを設
ける事により本発明の効果を低減させる事なく、前記漏
洩阻止効果を一層向上する事が出来、これにより圧縮効
率を向上させる効果を上げる事が可能となる。

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、ラップ端面に嵌合さ
せたシール部材の円滑なシール性の確保と耐久の向上を
図りつつ前記シール部材の螺旋方向に沿う漏洩を極力防
止し、圧縮効率若しくは膨張効率の大幅向上を図ったス
クロール流体機械を提供する事が出来る。等の種々の著
効を有し、本発明にして始めて耐久性のよい無給油式ス
クロール圧縮機の提供が可能になり、その実用的価値は
極めて大である。

又前記実施例では圧縮機について詳細に説明したが、こ
れのみに限定されず膨張機や真空ポンプにも適用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す要部斜視図で（Ａ）は
シール部材（Ｂ）は該シール部材を嵌入したラップ端面
形状を示す。第２図は本発明の各実施例（ａ）〜（ｅ）
と従来技術（ｇ）及び検討発明（ｆ）におけるシール部
材の側壁面と底面の突起形成位置を示す展開図、第３図
（ａ）は本発明と従来技術の摺動面側の圧接状態を示す
作用図、同図（ｂ）本発明に係る突起の受圧状態を示す
作用図である。 第４図（Ａ）（Ｂ）スクロールの各回転角度位置におけ
る従来技術と本実施例及び比較発明の面圧変化状態を示
す作用図、第５図（Ａ）（Ｂ）は本発明が適用されるス
クロール圧縮機を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相手側スクロールの摺動面と対峙する螺旋
   状のラップ端面に断面矩形状に凹設した溝部にシール部
   材を嵌入させ、該シール部材を介して前記摺動面とラッ
   プ間に形成される囲繞空間の封止を図るスクロール式流
   体機械において、 前記溝部の底面と側壁面と対峙するシール部材の隣接す
   る二面に、 前記シール部材の螺旋方向中心域側から外周側に向け印
   加される圧力を受圧して前記溝部側に弾性的に圧接され
   る突起部材を設けるとともに、 少なくとも前記シール部材の一面側に形成した突起部材
   が他面側に形成した突起部材に対し前記螺旋方向に沿っ
   て位置ずれさせて配設した 事を特徴とするスクロール流体機械
2. 【請求項２】前記他面側の突起部材との間で位置ずれさ
   せた複数の突起部材群毎か、若しくは前記シール部材の
   外周側末端側に、他面側の突起部材の形成位置と合致す
   る突起部材を少なくとも一以上設けた請求項１）記載の
   スクロール流体機械
3. 【請求項３】前記突起部材の配置間隔を螺旋方向中心域
   から外周域に進むに連れ順次大になるように設定した請
   求項１）記載のスクロール流体機械
4. 【請求項４】前記シール部材を帯状自己潤滑材で形成す
   るとともに、該自己潤滑材の隣接する壁面に長手方向に
   沿って交互に楔状の切込みを入れ、該切込みが前記螺旋
   方向中心域側から外方域側に向け印加される圧力を受圧
   して拡開方向に変形可能に構成した請求項１）記載のス
   クロール流体機械