JP2004092480A

JP2004092480A - スクロール式流体機械

Info

Publication number: JP2004092480A
Application number: JP2002253505A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Harashima; 原島　寿和; Daisuke Tanabe; 田辺　大輔
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】スクロール式流体機械のシール部材として、剛性の高い材質の部材を用いた場合のシール性を向上させる。
【解決手段】一方のスクロールのラップ部歯先の凹溝に配置されたシール部材７１のリップ７２を、シール部材７１の幅方向に複数の部分７２ａ，７２ｂに分割してリップ７２の剛性を低くすることで、シール部材７１の切れ込み７１ａに圧縮空気が作用した際に確実にリップ７２が起立して、凹溝内からラップ部に沿った圧縮空気の漏洩を防止する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気圧縮機、真空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ケーシングと、該ケーシングに設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロール（第１スクロール）と、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記固定スクロールと対向して該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ、鏡板に固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成する渦巻状のラップ部が立設された旋回スクロール（第２スクロール）とによって構成してなるスクロール式流体機械は知られている。
【０００３】
そして、このような従来技術によるスクロール式流体機械は、圧縮室の密閉性を高めるために、旋回スクロールと固定スクロールとのラップ部のうち少なくとも一方のラップ部には、該ラップ部の歯先に沿って延びる凹溝（溝部）を形成し、該凹溝内には相手方の歯底面（鏡板）に摺接するシール部材を装着している。
【０００４】
ここで、上記の従来技術によるスクロール式流体機械の一例としては、特開平３−１１１０１号公開特許公報に開示されるスクロール式空気圧縮機が挙げられる。該公開特許公報によれば、旋回スクロールまたは固定スクロールのいずれか一方のラップ部２１の歯先の凹溝２内に設けられたシール部材１は、背面１ａ（溝部２の底部２ａに対向する側）においてひれ状の複数のリップ５ａが連続して設けられており、溝部２の底部２ａとシール部材１の背面１ａとの隙間３１に圧縮空気が入り込むことにより該複数のリップ５ａが起立して隙間３１からラップ部２１の凹溝２に沿った空気の漏れをシールするとともに、隙間３１の圧縮空気の圧力によりシール部材１が溝部２の底部２ａから浮上して他方のスクロールの鏡板１４に摺接し、他方のスクロールの鏡板１４との間をシールするようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シール部材１に剛性の高い材料を選択した場合、上記の従来技術のスクロール式流体機械ではリップ５ａの剛性も高いものとなる。そしてリップ５ａの剛性が高くなると、溝部２の底部２ａと背面１ａとの隙間３１に圧縮空気が入り込んでもリップ５ａが起立しにくくなり、隙間３１からラップ部２１の凹溝２に沿った空気の漏れに対するシール性が低下し、また、これにより隙間３１に作用する圧縮空気の圧力が低下してシール部材１が充分に他方のスクロールの鏡板１４に摺接せず、他方のスクロールの鏡板１４との間のシール性が低下するという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のスクロール式流体機械は、鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１スクロールと、前記第１スクロールと対向し、鏡板に前記第１スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成する渦巻状のラップ部が立設され、前記第１スクロールと相対的に公転旋回可能な第２スクロールと、前記第１スクロールと前記第２スクロールのうち少なくとも一方のラップ部の歯先に該歯先の渦巻形状に沿って開口形成された溝部と、該溝部に配設され他方の鏡板に摺接するシール部材とにより構成してなるスクロール式流体機械において、
前記シール部材は前記溝部の底部に対向する側に複数のリップが配設され、該リップは前記シール部材の幅方向において分割されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のスクロール式流体機械においては、前記リップを前記シール部材の幅方向に分割する切れ目が、隣り合う前記リップ同士の間において、前記シール部材の長手方向で重ならないようにしたことを特徴とすることができる。
【０００８】
また、本発明のスクロール式流体機械においては、鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１スクロールと、前記第１スクロールと対向し、鏡板に前記第１スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成する渦巻状のラップ部が立設され、前記第１スクロールと相対的に公転旋回可能な第２スクロールと、前記第１スクロールと前記第２スクロールのうち少なくとも一方のラップ部の渦巻状の先端面に該先端面の渦巻形状に沿って開口形成された溝部と、該溝部に配設され他方の鏡板に摺接するシールとにより構成してなるスクロール式流体機械において、
前記シールは該シールの幅方向に複数のシール部材を並べて設けて構成されており、該複数のシール部材はそれぞれ前記溝部の底部に対向する側に複数のリップが配設されていることを特徴とすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械として、スクロール式空気圧縮機を例に挙げて図と共に説明する。
【００１０】
図２及び図３において、５０はケーシング、５１は固定スクロール（第１スクロール）をそれぞれ示し、該固定スクロール５１は、略円板状に形成された鏡板５２と、該鏡板５２の外縁側から径方向外向きに突出し、ケーシング５０の一端側に固着されるフランジ部５３と、前記鏡板５２の表面側から軸方向に立設された渦巻状のラップ部５４とから大略構成されており、固定スクロール５１はケーシング５０に対して、ラップ部５４の歯先面５５がケーシング５０に対向するように、フランジ部５３を介して固着されている。
【００１１】
図２及び図３において、６１は固定スクロール５１と対向するようにケーシング５０内に旋回可能に配設された旋回スクロール（第２スクロール）を示し、該旋回スクロール６１は、円板状に形成された鏡板６２と、該鏡板６２の表面側に立設され、固定スクロール５１のラップ部５４との間に複数の圧縮室６０を画成する渦巻状のラップ部６３とから大略構成されている。
【００１２】
ケーシング５０の他端側には、図示しない電動モータが設けられており、電動モータはケーシング５０内に設けられたクランク軸９０ａ及び補助クランク９０ｂからなる自転−公転変換機構９０を介して旋回スクロール６１を旋回駆動するものである。
【００１３】
そして、旋回スクロール６１が旋回駆動されることにより、固定スクロール５１外周側に設けられた吸込口９１から圧縮室６０内に吸込んだ空気を各圧縮室６０内で順次圧縮しつつ、中心側の圧縮室６０から吐出口５６を介して外部に圧縮空気を吐出するようになっている。
【００１４】
図３に示すように、固定スクロール５１のラップ部５４は、内周側が内端５８となり外周側が外端５９となって、例えば３巻程度の渦巻状に形成されている。そして、ラップ部５４の歯先面５５は、図４に示すように、旋回スクロール６１の歯底面となる鏡板６２表面から微小なクリアランスをもって離間されている。
【００１５】
同様に、図３に示すように、旋回スクロール６１のラップ部６３は、内周側が内端６６となり外周側が外端６７となって、例えば３巻程度の渦巻状に形成されている。そして、ラップ部６３の歯先面６４は、図４に示されたラップ部５４の歯先面５５と同様に、固定スクロール５１の歯底面となる鏡板５２表面から微小なクリアランスをもって離間されている。
【００１６】
５７は固定スクロール５１のラップ部５４の歯先面５５に開口して設けられた凹溝（溝部）で、該凹溝５７は、図３及び図４に示すように、ラップ部５４の幅方向中間部に位置して横断面がコ字状をなすように形成され、ラップ部５４の渦巻き形状に沿ってその内端５８から外端５９まで延びている。また、凹溝５７の溝深さ寸法は、その全長に亘ってほぼ同一の値に設定されている。
【００１７】
同様に、旋回スクロール６１のラップ部６３にも、その歯先面６４には図４に示されたラップ部５４の歯先面５５と同様に、凹溝６５がラップ部６３の幅方向中間部に位置して横断面がコ字状をなすように形成され、ラップ部６３の渦巻き形状に沿ってその内端６６から外端６７まで延びている。また、凹溝６５の溝深さ寸法は、その全長に亘ってほぼ同一の値に設定されている。
【００１８】
７１は固定スクロール５１のラップ部５４の凹溝５７に設けられたシール部材で、該シール部材７１は、図１及び図４に示すように横断面が略四角形状をなす長尺の紐状に形成され、直線状に伸長したときにはほぼ同一の高さ寸法となるものである。また、シール部材７１は、耐摩耗性や摺動性に優れた弾性樹脂材料、例えば炭素繊維等を含有したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の複合材等を用いて形成されている。
【００１９】
また、シール部材７１には、図１に示すようにその全長に亘って凹溝５７の底面５７Ａ（底部）側に複数の切れ込み７１ａが設けられることによりリップ７２が形成されており、リップ７２には、シール部材７１の全長に亘って、シール部材７１の長手方向に１本の切れ目７３が設けられており、各々のリップ７２はシール部材７１の幅方向において各々２つの部分７２ａ，７２ｂに分割されている。
【００２０】
シール部材７１は、渦巻状に湾曲した状態で凹溝５７内に装着されている。そして、シール部材７１は、スクロール式空気圧縮機の圧縮動作時には圧縮空気が切れ込み７１ａ内に入ることによってリップ７２が起立し、シール部材７１と凹溝５７の底面５７Ａとの間の隙間９２（図４参照）から凹溝５７に沿った空気の漏れをシールする。また、シール部材７１は、隙間９２に入った圧縮空気の圧力によって凹溝５７の底面５７Ａ側から旋回スクロール６１側に向けて浮上する。これにより、シール部材７１は旋回スクロール６１の鏡板６２表面に摺接し、相手方となる旋回スクロール６１の鏡板６２との間をシールする。
【００２１】
同様に、８１は旋回スクロール６１のラップ部６３の凹溝６５に設けられたシール部材で、該シール部材８１は、図１及び図４に示されたシール部材７１と同様に、横断面が略四角形状をなす長尺の紐状に形成され、直線状に伸長したときにはほぼ同一の高さ寸法となるものである。また、シール部材８１は、耐摩耗性や摺動性に優れた弾性樹脂材料、例えば炭素繊維等を含有したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の複合材等を用いて形成されている。
【００２２】
また、シール部材８１には、図１に示されたシール部材７１と同様にその全長に亘って凹溝６５の底面６５Ａ（底部）側に複数の切れ込み８１ａが設けられることによりリップ８２が形成されており、リップ８２には、シール部材８１の全長に亘って、シール部材８１の長手方向に１本の切れ目８３が設けられており、各々のリップ８２はシール部材８１の幅方向において各々２つの部分８２ａ，８２ｂに分割されている。
【００２３】
シール部材８１は、渦巻状に湾曲した状態で凹溝６５内に装着されている。そして、シール部材８１は、スクロール式空気圧縮機の圧縮動作時には圧縮空気が切れ込み内に入ることによってリップ８２が起立し、シール部材８１と凹溝６５の底面６５Ａとの間の隙間９５から凹溝６５に沿った空気の漏れをシールする。また、シール部材８１は、隙間９５に入った圧縮空気の圧力によって凹溝６５の底面６５Ａ側から固定スクロール５１側に向けて浮上する。これにより、シール部材８１は旋固定スクロール５１の鏡板５２表面に摺接し、相手方となる固定スクロール５１の鏡板５２との間をシールする。
【００２４】
本実施の形態のスクロール式空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次にその圧縮動作について説明する。
【００２５】
まず、図示しない電動モータに給電を行い、自転−公転変換機構９０を介して旋回スクロール６１を旋回駆動すると、固定スクロール５１のラップ部５４と旋回スクロール６１のラップ部６３間に画成された圧縮室６０が連続的に縮小する。これにより、固定スクロール５１の吸込口９１から吸込んだ外気を該各圧縮室６０で順次圧縮しつつ、この圧縮空気を固定スクロール５１の吐出口５６から外部の空気タンク等に吐出する。そして圧縮室６０内の空気はラップ部５４とラップ部６３の渦巻中心に向かうほど高圧となり、ラップ部５４，６３により隔てられた圧縮室６０同士の空気の圧力差はラップ部５４，６３の渦巻中心に向かうほど大きくなる。
【００２６】
そしてこの圧縮動作時には、高圧側の圧縮室６０の圧縮空気が凹溝５７，６５内に入り込むことにより、シール部材７１，８１のリップ７２，８２が起立してシール部材７１，８１と凹溝５７，６５の底面５７Ａ，６５Ａとの間の隙間９２，９５から凹溝５７，６５に沿った空気の漏れをシールする。また、シール部材７１，８１は、隙間９２，９５に入った圧縮空気の圧力によって凹溝５７，６５の底面５７Ａ，６５Ａ側から浮上し鏡板６２，５２に摺接して高圧側の圧縮室６０とラップ部５４，６３を挟んで隣り合う低圧側の圧縮室６０との間のシール性が保たれる。
【００２７】
ここで、従来の技術によるスクロール式流体機械においては、シール部材の剛性が高いと、圧縮空気が凹溝内に入り込んでもシール部材のリップが起立しにくくなり、シール性が不充分となる場合があった。特に、シール部材はラップ部の渦巻形状に合わせて湾曲させて（すなわち変形させて）組み付けられているので、シール部材のリップには曲げの歪みが生じており、その歪みによりいっそう剛性が高くなり、起立しにくくなっていた。
【００２８】
しかし、本実施の形態においては、リップ７２，８２には、シール部材７１，８１の全長に亘って、シール部材７１，８１の長手方向に１本の切れ目７３，８３が設けられており、各々のリップ７２，８２は各々２つの部分７２ａ，７２ｂ、８２ａ，８２ｂに分割されている。このため、シール部材７１，８１の剛性が高い場合であっても、分割されることで上記の曲げの歪みが軽減されてリップ７２，８２の剛性は低くなり、圧縮空気が凹溝５７，６５内に入り込んだ場合にリップ７２，８２は確実に起立するようになる。このため、圧縮動作時にはシール部材７１，８１は隙間９２，９５の凹溝５７，６５に沿った空気の漏れに対する充分なシール性を発揮し、また、これにより、シール部材７１，８１は鏡板６２，５２に充分摺接して高圧側の圧縮室６０とラップ部５４，６３を挟んで隣り合う低圧側の圧縮室６０との間の充分なシール性を発揮することとなり、シール部材の高い耐久性と高いシール性を両立できる。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、リップ７２，８２は２分割としたが、これに限るものではなく、例えば図５に示すようにシール部材７１，８１に切れ目７３，８３を２箇所設けて、シール部材７１，８１の幅方向に３分割としてリップ７２，８２をそれぞれ３つの部分７２ａ，７２ｂ，７２ｃ、８２ａ，８２ｂ、８２ｃに分けるようにしてもよく、また４分割以上でもよい。このように多数に分割することにより、それだけリップの剛性が下がることとなり、シール部材としてより剛性の高い材料を用いることができ、より高い耐久性を実現できる。
【００３０】
また、本実施の形態においては、リップ７２，８２をシール部材７１，８１の幅方向に分割する切れ目７３，８３は、隣り合うリップ７２，８２の間において、シール部材７１，８１の長手方向において重なるような位置に設けられているが、これに限るものではなく、例えば図６に示すように、切れ目７３，８３のシール部材７１，８１の長手方向における位置が、隣り合うリップ７２，８２の間において重ならないようにしてもよい。隣り合うリップ７２，８２を分割する切れ目７３，８３同士がシール部材の長手方向において重なることにより切れ目７３，８３を介して圧縮空気がラップ部の内端側から外端側に向けて漏洩しやすい場合があるが、このように構成することでシール部材７１，８１の長手方向における切れ目７３，８３の位置がずれてラビリンス効果が発揮され、圧縮空気がラップ部の内端側から外端側に向けて漏洩するのを適度に防止できる。
【００３１】
また、本実施の形態においては、隣り合うリップ７２，８２同士は全て同一数に分割しているが、これに限るものではなく、隣り合うリップ同士の分割数を違えて、例えば図７に示すように、２分割のリップ７４，８４と３分割のリップ７５，８５とが隣り合うようにしてもよい。また、３分割のリップと４分割のリップとが隣り合うようにしてもよい。隣り合うリップ同士を同一数に分割すると、上記と同様にリップを分割する切れ目７３，８３同士がシール部材の長手方向において重なることにより圧縮空気がラップ部の内端側から外端側に向けて漏洩しやすい場合があるが、隣り合うリップ同士の分割数を違えることにより、各リップ７４，７５、８４，８５の切れ目７３，８３同士がシール部材の長手方向において重ならず、ラビリンス効果が発揮され圧縮空気がラップ部の内端側から外端側に向けて漏洩するのを適度に防止できる。
【００３２】
また、本実施の形態においては、シール部材７１，８１の全長に亘ってリップ７２，８２を分割しているが、これに限るものではなく、必要に応じて、例えば圧縮室間の圧力差が大きく、より強いシール性が必要とされるラップ部の内端５８，６６寄りの部分のみリップ７２，８２をシール部材７１，８１の幅方向に分割してもよく、また反対に、圧縮室内の圧縮空気が比較的低圧であるためにシール部材７１，８１のリップ７２，８２を起立させる力が弱くなりがちなラップ部の外端５９，６７寄りの部分のみリップ７２，８２をシール部材７１，８１の幅方向に分割してもよく、またその他必要に応じてシール部材７１，８１の任意の範囲のみリップ７２，８２をシール部材７１，８１の幅方向に分割してもよい。
【００３３】
また、本実施の形態においては、リップ７２，８２は連続して分割されているが、これに限るものではなく、シール部材７１，８１の幅方向に分割されたリップ７２，８２と分割されていないリップ７２，８２とを任意の数で交互に設けてもよい。
【００３４】
また、本実施の形態においては、凹溝５７，６５内にはそれぞれ一本づつのシール部材７１，８１が配設され、該シール部材５７，６５のリップ７２，８２が分割されている構成としたが、これに限るものではなく、図８に示すように、リップを有する幅の細いシール部材９３をその幅方向に複数本（図８では２本）並べてシール９４とし、凹溝５７，６５内に配設することでも同様の効果が得られる。特に、剛性の高いシール部材をラップ部の渦巻形状に合わせて湾曲させながら凹溝に組付ける製造行程においては、幅の細いシール部材を複数本並べてシールとすることで、幅広のシール部材１本で構成されたシールよりも曲げ剛性が低くなり、組み付けやすいというメリットがある。
【００３５】
また、本実施の形態においては、リップ７２，８２はシール部材７１，８１の凹溝５７，６５の底面５７Ａ，６５Ａ側にのみ設けられているが、これに限るものではなく、シール部材７１，８１の凹溝５７，６５の高圧側（渦巻中心側）の側面５７Ｂ，６５Ｂ側にもリップ（側面リップ）を設けてもよく、さらに該側面リップを分割するようにしてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態においては、固定スクロール５１と旋回スクロール６１の両方にシール部材７１，８１を設けているが、これに限るものではなく、必要に応じていずれか一方のみにシール部材を配設してもよい。
【００３７】
また、本実施の形態においては、一方のスクロールが固定スクロール、他方のスクロールが旋回スクロールであるスクロール式空気圧縮機を例にあげて説明したが、これに限るものではなく、両方のスクロールが旋回するタイプのスクロール式流体機械に用いてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
上記のように、請求項１に記載の本発明のスクロール式流体機械によれば、シール部材に剛性の高い材料を用いた場合であっても、リップの剛性を低くしてリップを確実に起立させられることから、シール部材のシール性向上と耐久性とを両立させることができる。
【００３９】
また、請求項２に記載の本発明のスクロール式流体機械によれば、分割されたリップの切れ目同士がシール部材の長手方向において重ならないのでラビリンス効果が発揮され、圧縮空気がリップの切れ目を介してラップ部の内端側から外端側に向けて漏洩するのを適度に防止でき、シール性をより向上させることができる。
【００４０】
また、請求項３に記載の本発明のスクロール式流体機械によれば、上記請求項１に記載の本発明のスクロール式流体機械と同様の効果を有しつつ、シールの凹溝への組付けがより容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のスクロール式流体機械のシール部材を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のスクロール式流体機械の固定スクロールと旋回スクロールを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態のスクロール式流体機械の固定スクロールと旋回スクロールを、図２に示すＡ‐Ａ断面で切断した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態のスクロール式流体機械の固定スクロールのラップ部の凹溝とシール部材を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態のスクロール式流体機械の変形例のシール部材を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態のスクロール式流体機械の変形例のシール部材を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態のスクロール式流体機械の変形例のシール部材を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態のスクロール式流体機械の変形例のシールを示す図である。
【符号の説明】
５１　　固定スクロール（第１スクロール）
５２　　鏡板
５４　　ラップ部
５５　　歯先面
５７　　凹溝（溝部）
５７Ａ　底面（底部）
６０　　圧縮室
６１　　旋回スクロール（第２スクロール）
６２　　鏡板
６３　　ラップ部
６５　　凹溝（溝部）
６５Ａ　底面（底部）
７１　　シール部材
７２　　リップ
８１　　シール部材
８２　　リップ
９０　　自転−公転変換機構
９２　　切れ目
９５　　切れ目

Claims

鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１スクロールと、前記第１スクロールと対向し、鏡板に前記第１スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成する渦巻状のラップ部が立設され、前記第１スクロールと相対的に公転旋回可能な第２スクロールと、前記第１スクロールと前記第２スクロールのうち少なくとも一方のラップ部の歯先に該歯先の渦巻形状に沿って開口形成された溝部と、該溝部に配設され他方の鏡板に摺接するシール部材とにより構成してなるスクロール式流体機械において、
前記シール部材は前記溝部の底部に対向する側に複数のリップが配設され、該リップは前記シール部材の幅方向において分割されていることを特徴とするスクロール式流体機械。
前記リップを前記シール部材の幅方向に分割する切れ目が、隣り合う前記リップ同士の間において、前記シール部材の長手方向で重ならないようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のスクロール式流体機械。
鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１スクロールと、前記第１スクロールと対向し、鏡板に前記第１スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成する渦巻状のラップ部が立設され、前記第１スクロールと相対的に公転旋回可能な第２スクロールと、前記第１スクロールと前記第２スクロールのうち少なくとも一方のラップ部の渦巻状の先端面に該先端面の渦巻形状に沿って開口形成された溝部と、該溝部に配設され他方の鏡板に摺接するシールとにより構成してなるスクロール式流体機械において、
前記シールは該シールの幅方向に複数のシール部材を並べて設けて構成されており、該複数のシール部材はそれぞれ前記溝部の底部に対向する側に複数のリップが配設されていることを特徴とするスクロール式流体機械。