JP2000329080A - チップシール及びこれを備えたスクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクロール圧縮機構において外周部側が内周
部側より低圧であることに着目し、チップシールにおけ
る損失動力の低減を目的とする。 【解決手段】 相対的旋回運動を行う固定スクロール及
び旋回スクロールの渦巻体先端面に嵌装され、それぞれ
が相手側スクロールの接触面に密接して低圧側と高圧側
との間をシールするチップシール１３Ａを、前記接触面
との接触面積が前記スクロール部の外周側で小さく前記
スクロール部の内周側で大きい異形断面形状にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば冷凍装置
や空気調和装置に使用されるスクロール型圧縮機等のス
クロール型流体機械に係り、特に、損失動力の低減に有
効なチップシール及びこれを備えたスクロール型流体機
械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、スクロール型圧縮機などのス
クロール型流体機械においては、固定スクロール、旋回
スクロール及び自転阻止機構を具備することでスクロー
ル型圧縮機構を構成している。このスクロール型圧縮機
構において、一方の固定スクロールは、吸入管及び吐出
管を接続したハウジング内に固定支持された不動のスク
ロールである。他方の旋回スクロールは、固定スクロー
ルと上下または左右方向に噛み合わされた状態で配置さ
れ、自転阻止機構により自転を阻止されると共に、電動
モータなどの駆動源と連結されて、固定スクロールに対
し公転旋回運動を行うものである。この旋回スクロール
は、固定スクロールと複数の接触点で接触して三日月状
の圧縮室を形成し、同圧縮室が外周側より容積を減少さ
せながら内側へ移動することにより、吸入・圧縮・吐出
を同時に行うことができる。

【０００３】また、上述した固定スクロール及び旋回ス
クロールにおいては、それぞれの渦巻体先端面にチップ
シールと呼ばれるシール部材が嵌装されている。このチ
ップシールは、相対的旋回運動を行う固定スクロール及
び旋回スクロールの渦巻体先端面において、それぞれが
相手側スクロールの接触面に密接して低圧側と高圧側と
の間をシールする機能を有している。図６に従来のチッ
プシールを示して簡単に説明すると、渦巻き状のチップ
シール１３は、全長にわたって同一の矩形断面形状を有
するものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のチップシール１３は、渦巻き状の外周側端部から内
周側端部まで同一断面のものを使用しており、この場
合、高いシール性の確保を重視して、接触面積が一様で
しかも大きくとれる矩形断面のチップシールが使用され
てきた。すなわち、図７に示すように、相手側スクロー
ル９（又は１１）の接触面となる固定側端板９ａ（又は
旋回側端板１１ａ）に対して、チップシール１３は面接
触となる。しかしながら、接触面積が大きいということ
は摩擦損失も大きいということを意味しており、従っ
て、旋回スクロールを駆動する駆動源にとっては損失動
力が大きくなって性能悪化の要因となる不都合があっ
た。

【０００５】そこで、本発明は、スクロール圧縮機構が
スクロール外周部側から徐々に圧縮していくため、外周
部側が内周部側より低圧であることに着目してなされた
ものであり、上記損失動力を低減できるチップシール及
びこれを備えたスクロール型流体機械の提供を目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため以下の手段を採用した。請求項１に記載のチ
ップシールは、相対的旋回運動を行う固定スクロール及
び旋回スクロールの渦巻体先端面に嵌装され、それぞれ
が相手側スクロールの接触面に密接して低圧側と高圧側
との間をシールするチップシールであって、前記接触面
との接触面積が前記渦巻体の外周側で小さく前記渦巻体
の内周側で大きい異形断面形状にしたことを特徴とする
ものである。

【０００７】上記チップシールにおいては、前記接触面
積が小さい断面形状の領域を渦巻き形状の外周側端部か
ら一巻き以内に設けるのが好ましい。また、前記接触面
積が小さい断面形状の領域を接触面と線接触する断面形
状にするのが好ましく、この場合の断面形状は、凸状円
弧とすればよい。あるいは、前記凸状円弧がシール幅Ｗ
の一部に突設されたものでもよい。

【０００８】このようなチップシールによれば、高いシ
ール性能を必要としない外周側で接触面積を小さくした
ので、全体としてのシール性能を維持しつつ損失動力を
低減することが可能となる。

【０００９】請求項６に記載のスクロール型流体機械
は、閉空間を形成し吸入管及び吐出管を接続したハウジ
ングと、該ハウジング内に固定支持された固定スクロー
ルと、該固定スクロールと噛み合わされ、同固定スクロ
ールに対し自転を阻止されて公転旋回運動を行う旋回ス
クロールと、該旋回スクロールの駆動手段とを具備し、
前記固定スクロールと前記旋回スクロールとが複数の接
触点で接触して三日月状の圧縮室を形成し、該圧縮室が
外周側より容積を減少させながら内側へ移動して吸入・
圧縮・吐出を同時に行うスクロール型流体機械であっ
て、相対的旋回運動を行う前記固定スクロール及び前記
旋回スクロールの渦巻体先端面に嵌装され、それぞれが
相手側スクロールの接触面に密接して低圧側と高圧側と
の間をシールするチップシールを、前記接触面との接触
面積が前記渦巻体の外周側で小さく前記渦巻体の内周側
で大きい異形断面形状にしたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】このようなスクロール型流体機械によれ
ば、シール機能を維持しつつチップシールにおける損失
動力が低減されるので、消費動力や効率などの面で性能
を向上させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るチップシール
及びこれを備えたスクロール型流体機械の一実施形態と
して、図４にスクロール型圧縮機を示して説明する。図
示のスクロール型圧縮機１は密閉型と呼ばれているもの
である。このスクロール圧縮機１は、有底筒形状のハウ
ジング２と、該ハウジング２内部の上部にフレーム３で
支持されたスクロール型圧縮機構４と、該スクロール型
圧縮機構４の下方、すなわちハウジング２内部の下部に
フレーム３で支持して配設された駆動手段のモータ５と
を備え、該モータ５の回転シャフト６が、スクロール型
圧縮機構４の下部に連結されている。

【００１２】前記ハウジング２は、筒部２ａの下端及び
上端が底部２ｂ及び蓋部２ｃでそれぞれ閉塞状態とさ
れ、筒部２ａには吸入管７が内部と貫通状態に接続され
るとともに、蓋部２ｃには吐出管８が内部に突出状態に
接続された閉空間を形成している。前記スクロール型圧
縮機構４は、フレーム３に固定された固定スクロール９
と、フレーム３と固定スクロール９との間にスラスト軸
受１０を介して公転旋回運動が可能に支持された旋回ス
クロール１１と、該旋回スクロール１１の外面に設けら
れ旋回スクロール１１の公転旋回運動を許容しながらそ
の自転を阻止する周知のオルダムリンク等よりなる自転
阻止機構１２とを備えている。

【００１３】前記固定スクロール９は、固定側端板９ａ
と、該固定側端板９ａの内面に立設された渦巻き状の固
定側渦巻体９ｂと、固定側端板９ａの周縁部に形成され
た円筒状の周壁部９ｃとを備え、該固定側渦巻体９ｂの
先端面にはチップシール１３が嵌装されている。前記固
定側端板９ａには、その中央部に吐出ポート１４が上下
に貫通状態に形成されるとともに、その上面には吐出ポ
ート１４を開閉する吐出弁１５が設けられている。

【００１４】また、前記周壁部９ｃの上端には、キャビ
ティ蓋部１６が機密状態に固定されて、内部に吐出キャ
ビティ１７が形成されている。キャビティ蓋部１６に
は、吐出管８の開口端が貫通状態に固定され、吐出管８
と吐出キャビティ１７とが接続されている。また、周壁
部９ｃには、固定側端板９ａ内面側とハウジング２側と
を連通する吸入通路１８が形成され、該吸入通路１８
は、固定スクロール９と旋回スクロール１１との間に形
成される吸入室１９に接続される。

【００１５】前記旋回スクロール１１は、前記固定側端
板９ａに対向状態に配された旋回側端板１１ａと、該旋
回側端板１１ａの内面に立設された固定側渦巻体９ｂと
噛み合わされた渦巻き状の旋回側渦巻体１１ｂとを備
え、該旋回側渦巻体１１ｂの先端面にはチップシール１
３が嵌装されている。前記旋回側端板１１ａには、その
外面に円筒形状のボス２０が軸線を同じくして立設さ
れ、該ボス２０の内部には、ブッシュ２１が旋回軸受２
２を介して回転可能に嵌装されている。また、該ブッシ
ュ２１には、その内部に軸線から偏心した貫通孔２１ａ
が形成されている。

【００１６】固定スクロール９と旋回スクロール１１と
は、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、固定側渦巻
体９ｂと旋回側渦巻体１１ｂとの互いの側面が複数個所
で線接触するように１８０度の位相差をもって噛み合わ
されている。また、この状態で、固定側渦巻体９ｂ及び
旋回側渦巻体１１ｂのチップシール１３がそれぞれ旋回
側端板１１ａ及び固定側端板９ａの内面に密接して、図
５に示すように、固定側渦巻体９ｂと旋回側渦巻体１１
ｂの中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密
閉空間となる圧縮室Ｐが形成される。なお、旋回スクロ
ール１１は、周知のオルダムリンク２３を備えた自転阻
止機構１２によって、フレーム３及び同フレーム３に固
定された固定スクロール９に対して、自転が阻止された
状態で公転旋回運動可能に配されている。

【００１７】前記モータ５の回転シャフト６は、フレー
ム３の内周面に配された上部軸受２４及び下部軸受２５
に軸支され、軸線から所定量偏心された偏心ピン２６が
上端に突出状態に設けられている。偏心ピン２６は、ブ
ッシュ２１の貫通孔２１ａに挿入され、ブッシュ２１を
回転可能に支持している。さらに、偏心ピン２６の下部
には、旋回スクロール１１及びフレーム３との間に形成
された室２７内にバランスウエイト２８が固定されてい
る。

【００１８】偏心ピン２６及び回転シャフト６には、こ
れらを上下に貫通する油通路２９が形成されるととも
に、回転シャフト６の下端には潤滑油ポンプ３０が設け
られており、油通路２９の下端に接続されている。ま
た、ハウジング２の底部２ｂには、潤滑油３１が貯留さ
れており、該潤滑油３１内に回転シャフト６の下端が配
されている。さらに、フレーム３には、室２７とフレー
ム３下部とを連通する排油孔３ｂと、フレーム３外周部
に配されフレーム３上部と下部とを連通する通路３ｃと
が形成されている。

【００１９】次に、上記構成のスクロール圧縮機１にお
けるガス（流体）の圧縮方法について説明する。モータ
５を駆動することにより、回転シャフト６の回転が偏心
ピン２６、ブッシュ２１、旋回軸受２２及びボス２０を
介して旋回スクロール１１に伝達されるとともに、旋回
スクロール１１が自転阻止機構１２によって自転が阻止
された状態で固定スクロール９に対して公転旋回運動を
行う。このとき、ガスは、吸入管７からハウジング２内
に供給されるとともにモータ５を冷却し、さらに通路３
ｃ、吸入通路１８及び吸入室１９を経て圧縮室Ｐへと供
給される。

【００２０】そして、圧縮室Ｐ内のガスは、旋回スクロ
ール１１の上記公転旋回運動による圧縮室Ｐの容積縮小
に伴い、圧縮されながら中央部に移送される。このよう
にして、さらに圧縮されたガスは、吐出ポート１４から
吐出弁１５を押し開けて吐出キャビティ１７内に排出さ
れ、該吐出キャビティ１７から吐出管８によって外部へ
と排出される。

【００２１】また、底部２ｂに貯留された潤滑油３１
は、潤滑油ポンプ３０によって吸い上げられるとともに
油通路２９内を通って偏心ピン２６先端から出され、偏
心ピン２６、ブッシュ２１、旋回軸受２２、スラスト軸
受１０、下部軸受２５及び自転阻止機構１２等を潤滑す
る。この後、潤滑油３１は、室２７から排油孔３ｂを介
してハウジング２の底部２ｂに戻されて貯留される。

【００２２】上述した構成のスクロール型圧縮機１に対
して、本発明では、固定側渦巻体９ｂ及び旋回側渦巻体
１１ｂの外周側と内周側とで断面形状が異なる異形断面
のチップシール１３を使用している。なお、チップシー
ル１３は、弾性部材を渦巻き状に成形した流体のシール
部材である。具体的には、第１実施例として図１に示し
たように、渦巻き状のチップシール１３Ａに、相手側ス
クロールの接触面、すなわち固定側側端板９ａ及び旋回
側側端板１１ａの内面とそれぞれ接触する接触面積が小
さい断面形状とした外周側の領域（以下、外周領域）
と、接触面積が大きい断面形状とした内周側の領域（以
下、内周領域）とを設けてある。

【００２３】接触面積を小さくした外周領域は、チップ
シール１３Ａがシールする高圧側と低圧側との圧力差が
小さい外周側、好適にはチップシール１３Ａの外周側端
部から一巻き以内の範囲に設けてある。スクロール型圧
縮機構４の外周側では、吸入管７から吸入したガスがほ
とんど圧縮されていない状態にあるため、大きな圧力差
は生じていない。従って、外周側領域では、チップシー
ル１３Ａにそれほど高いシール性能を与えなくても、圧
縮をするのに十分なシール機能を維持することができ
る。そこで、この外周側領域には、チップシール１３Ａ
の断面形状として、相手側スクロールの接触面と線接触
する形状を採用する。好適な断面形状としては、図１
（ｂ）に示す凸状円弧がある。この場合、チップシール
１３Ａの幅Ｗにわたって、凸状円弧面が形成されてい
る。なお、内周領域におけるチップシール１３Ａの断面
形状は、従来と同様の矩形断面を採用し、相手側スクロ
ールの接触面と接触する面積が大きくなる面接触にして
ある。

【００２４】上述した異形断面のチップシール１３Ａを
採用したことにより、接触面積の大きい内周領域では、
従来と同様に大きな接触面積が得られるので大きな圧力
差に対しても良好なシール機能を得ることができる。一
方、接触面積の小さい外周領域では、図２に示すよう
に、線接触という接触面積の小さいチップシール１３Ａ
によりシールしている。しかし、高圧側と低圧側との圧
力差は比較的小さいため、線接触であっても十分なシー
ル機能を発揮することができる。また、チップシール１
３Ａの接触面積が小さいため、相対的旋回運動によりチ
ップシール１３Ａと接触面との間に生じる摩擦損失も小
さくなる。この結果、チップシール１３Ａ全体として
も、外周領域で低減された分だけ摩擦損失が小さくなる
ので、シール機能を維持しつつ、旋回スクロール１１を
旋回させる動力の損失を低減することができる。

【００２５】図３は、チップシール１３の第２実施例を
示したものである。この第２実施例では、幅Ｗのチップ
シール１３Ｂに対し、その一部に、図示の例では幅Ｗの
中央部に凸状円弧を突設してある。このようにすれば、
シール幅Ｗが同じ場合、円弧の半径を小さくできるの
で、より細い線接触によるシールを実施して摩擦損失を
低減することができる。

【００２６】なお、他の実施例としては、第２実施例の
断面形状をシールすべき圧力差が最も小さい渦巻き形状
の外周側端部に採用し、シールすべき圧力差がある程度
大きくなってくる外周領域の途中から第１実施例の断面
形状を採用することで、３種類の異形断面を有するチッ
プシール１３としてもよい。あるいは、外周側端部に第
２実施例の断面形状を採用し、外周領域の内周側端部で
第１実施例の断面形状となるようにスムーズに断面変化
させたものとし、圧力差の増加に応じてシール性を向上
させたものでもよい。なおまた、上述した本発明のチッ
プシールは、上述した密閉縦型のスクロール型圧縮機の
他にも、開放型や横型のスクロール型圧縮機及びスクロ
ール型流体機械にも適用可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明のチップシール及びこれを備えた
スクロール型流体機械によれば、圧力差の小さい領域で
接触面積を小さい断面形状としたので、必要なシール機
能を維持し、かつ摩擦損失の少ないチップシールを提供
できる。また、このようなチップシールを備えたスクロ
ール型流体機械は、チップシールにおける動力損失を低
減でき、しかも必要なシール機能は確保されるので、消
費動力の低減や圧縮効率の向上といった性能を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るチップシールの第１実施例を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面
図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図２】 図１のチップシールが相手側スクロールの接
触面と線接触している状態を示す要部断面図である。

【図３】 本発明に係るチップシールの第２実施例を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面
図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【図４】 スクロール型流体機械の一例としてスクロー
ル型圧縮機の構成を示す断面図である。

【図５】 固定側渦巻体及び旋回側渦巻体の関係を示す
説明図である。

【図６】 従来のチップシールを示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。

【図７】 図６のチップシールが相手側スクロールの接
触面と面接触している状態を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ スクロール型圧縮機 ２ ハウジング ３ フレーム ４ スクロール型圧縮機構 ５ モータ（駆動手段） ６ 回転シャフト ７ 吸入管 ８ 吐出管 ９ 固定スクロール ９ａ 固定側端板 ９ｂ 固定側渦巻体 １１ 旋回スクロール １１ａ 旋回側端板 １１ｂ 旋回側渦巻体 １２ 自転阻止機構 １３，１３Ａ，１３Ｂ チップシール

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的旋回運動を行う固定スクロール及
   び旋回スクロールの渦巻体先端面に嵌装され、それぞれ
   が相手側スクロールの接触面に密接して低圧側と高圧側
   との間をシールするチップシールであって、 前記接触面との接触面積が前記渦巻体の外周側で小さく
   前記渦巻体の内周側で大きい異形断面形状にしたことを
   特徴とするチップシール。
2. 【請求項２】 前記接触面積が小さい断面形状の領域を
   渦巻き形状の外周側端部から一巻き以内に設けたことを
   特徴とする請求項１に記載のチップシール。
3. 【請求項３】 前記接触面積が小さい断面形状の領域を
   接触面と線接触する断面形状にしたことを特徴とする請
   求項１または２に記載のチップシール。
4. 【請求項４】 前記線接触する断面形状が凸状円弧であ
   ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
   チップシール。
5. 【請求項５】 前記凸状円弧がシール幅Ｗの一部に突設
   されたことを特徴とする請求項４に記載のチップシー
   ル。
6. 【請求項６】 閉空間を形成し吸入管及び吐出管を接続
   したハウジングと、該ハウジング内に固定支持された固
   定スクロールと、該固定スクロールと噛み合わされ、同
   固定スクロールに対し自転を阻止されて公転旋回運動を
   行う旋回スクロールと、該旋回スクロールの駆動手段と
   を具備し、前記固定スクロールと前記旋回スクロールと
   が複数の接触点で接触して三日月状の圧縮室を形成し、
   該圧縮室が外周側より容積を減少させながら内側へ移動
   して吸入・圧縮・吐出を同時に行うスクロール型流体機
   械であって、 相対的旋回運動を行う前記固定スクロール及び前記旋回
   スクロールの渦巻体先端面に嵌装され、それぞれが相手
   側スクロールの接触面に密接して低圧側と高圧側との間
   をシールするチップシールを、前記接触面との接触面積
   が前記渦巻体の外周側で小さく前記渦巻体の内周側で大
   きい異形断面形状にしたことを特徴とするスクロール型
   流体機械。