JP2004301093A

JP2004301093A - シール装置および該シール装置を用いたスクロール式流体機械

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Publication number: JP2004301093A
Application number: JP2003097288A
Authority: JP
Inventors: Koji Fukui; 宏治福井; Kazutaka Suefuji; 和孝末藤; Hideaki Ikeda; 英明池田
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4168332B2

Abstract

【課題】高圧側と低圧側とに画成する摺動面間に用いるシール装置において、最適な押圧力でシール部材を相手摺動面に押圧することにより、摺動抵抗を低減し、耐久性を向上したシール装置を提供する。
【解決手段】シール装置はシール部材としての環状シール２８、第１、第２の侵入遮断シール２９、３０、連通路３１、および環状シール底面２８Ｂと第１、第２の侵入遮断シール２９、３０と、シール部材嵌合溝１７Ｂ１の底部１７Ｂ２とで形成された密閉室としての背圧室３２とより構成される。環状シール２８の摩耗に従い、連通路３１の開口の高圧側端部３１Ａ１が低圧側に移動することにより、密閉室３２の圧力が低下し、押圧力ｆ１を小さくすることができる構成とした。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動面間に設けられ、高圧側の流体と低圧側の流体とを遮断する箇所に設けられるシール装置であって、例えばスクロール式流体機械に好適に用いられるシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スクロール式流体機械は、ケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸に旋回可能に設けられ、前記固定スクロールと衝合状態で摺接する旋回スクロールと、該旋回スクロールと固定スクロールとの間に画成された複数の圧縮室とを備えたものが知られている。
【０００３】
近年では、圧縮空気量を増やすために、下記の如く構成されたものが知られている（特許文献１）。
【０００４】
即ち、この従来技術によるスクロール式流体機械は、ケーシングの軸方向に離間して第１、第２の固定スクロールを設け、該第１、第２の固定スクロールと対向するように、鏡板に渦巻状のラップ部が立設された前記第１、第２の旋回スクロールとを備える構成としている。
【０００５】
ところで、上述した従来技術のスクロール式流体機械は、２段圧縮機として用いる場合に、第１、第２の固定スクロールのうち低圧側となる固定スクロールの吐出口と高圧側となる固定スクロールの吸込口とを接続し、低圧側の固定スクロールと旋回スクロールとの間で圧縮した圧縮空気を、さらに高圧側の固定スクロールと旋回スクロールとの間に導くことにより、２段階で圧縮した高圧な圧縮空気をタンク等に貯えるものである。
【０００６】
しかし、このような２段のスクロール式流体機械においては、高圧側のスクロール最外周側の圧縮室が大気圧よりも高い圧力となっているので、最外周側の圧縮室から圧縮空気が外部に漏洩する虞れがあり、圧縮効率を向上できないという問題がある。
【０００７】
このような問題点を解決するため、特許文献２に示すスクロール圧縮機で示すようなシール（接触シール）を用いることが考えられる。このシールは、最外周側の圧縮室から内部の圧縮流体が外部に漏洩しないように、旋回スクロールの鏡板外周側の溝に内径側が開口した断面略コ字状の弾性を有する樹脂製のシールリングを設けたものである。さらにシールリングの内径側には、ばね部材が設けられている。そしてこのシールは、その内径側に、最外周側の圧縮室の圧縮流体を流入させるよう摺動面間に微小隙間を設け、その圧縮流体によりシールリング、ばね部材を開かせて、シールリングの摺動面を相手摺動面に対し押圧する構成としている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３５６１９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−０８１３８８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献２に示す様なシールを用いることにより上記のような問題は解決されるが、特許文献２に示すシールは、予め求めた平均的なばね力の設定をしているため、シールリングの厚みや摺動面間の微小隙間間隔等の加工公差により、必要以上に相手面へシールリングを押付けてしまう場合があり、その場合には摺動抵抗が大となるという問題がある。
【００１０】
また、シールリングの相手面への押圧力は、新品の時から良好に機能するよう定めているので、ある程度の時間使用し摺動面間が馴染んだ後も、必要以上に相手面にシールリングを押付けることになり、摺動抵抗のロスやシールリングの耐久性低下などの問題を招くことがある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、高圧側と低圧側とに画成する摺動面間に用いるシール装置において、最適な押圧力でシール部材を相手摺動面に押圧することにより、摺動抵抗を低減し、耐久性を向上したシール装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、一側部材と、該一側部材と対向して配置され摺動運動する他側部材と、前記一側部材と前記他側部材との間に設けられ、高圧側と低圧側とに画成するシール装置であって、前記一側部材の摺動面に設けられた溝と、該溝内に挿嵌されるシール部材と、該シール部材と前記溝の間に設けられ、前記高圧側の圧力の侵入を遮断する第１の侵入遮断シールと、前記低圧側の圧力の侵入を遮断する第２の侵入遮断シールと、該第１、第２の侵入遮断シールと前記溝底部側と前記シール部材とで形成される密閉室と、該密閉室側と摺動部側とを連通するように前記シール部材に設けられた連通路と、から構成され、前記シール部材の摩耗に従い前記他側部材へ前記シール部材を押圧する力を減少させる押圧力可変機構を有する構成としたことにある。
【００１３】
このように構成したことにより、新品の時とある程度の時間使用した後とでシール部材の相手摺動面への押圧力を可変とすることができ、最適な押圧力とすることができる。よって、摺動抵抗を抑えることができ、また、シール部材の摩耗も低減することができ、耐久性を向上することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のシール装置において、前記押圧力可変機構は、前記シール部材の摺動部に設けた前記連通路の開口の高圧側端部を、前記シール部材の摩耗に従い低圧側に移動させるよう構成したことにある。
【００１５】
このように構成したことにより、連通路の開口の高圧側端部が低圧側に移動することになり、密閉室の圧力が低下し、押圧力を小さくすることができる。
【００１６】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載のシール装置において、前記押圧力可変機構は、前記連通路に前記摺動部側から前記密閉室に向けて、高圧側から低圧側に傾斜する傾斜部分を設けるよう構成したことにある。
【００１７】
このように構成したことにより、連通路の傾斜部の傾斜により磨耗に従い連通路の開口の高圧側端部を低圧側に移動させることができる。
【００１８】
また、請求項４の発明は、請求項１及至３において環状のシール部材を用い、該シール部材の軸方向一面を摺動部としたことにある。
【００１９】
このように構成したことにより、シール部材の経時変化が径方向に移動する場合と比べ、シール部材が磨耗した場合も容易に他側部材に追従できる。
【００２０】
また、請求項５の発明は、２つのスクロールのラップ部が重なり合って圧縮室を形成し、旋回運動する間に外部から吸込んだ流体を圧縮するスクロール式流体機械であって、前記２つのスクロールの間に設けられ、外部と圧縮室を画成するシール装置として請求項１及至４に記載のシール装置を用いたことにある。
【００２１】
スクロール式流体機械に適用したことにより、圧縮室内外間のシール性を保ち、また摺動抵抗も小さくなる。
【００２２】
また、請求項６の発明は、スクロール式流体機械を複数有し、順次圧縮する多段スクロール式流体機械であって、該多段スクロール式流体機械のうち２段目以降に請求項５のスクロール式流体機械を用いたことにある。
【００２３】
２段目以降のスクロール式流体機械に適用したことにより、高圧側の圧縮流体の漏洩を防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシール装置をスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、図１及至図４に従って詳細に説明する。
【００２５】
１はスクロール式空気圧縮機の外枠を形成する筒状のケーシングで、該ケーシング１は、図１に示す如く軸線Ｏ１−Ｏ１を有するケーシング本体２と該ケーシング本体２の両端側に固着された左、右の軸受取付筒部３Ａ、３Ｂとにより構成されている。そして、軸受取付筒部３Ａは環状部３Ａ１と筒部３Ａ２とにより構成されている。また、軸受取付筒部３Ｂについても環状部３Ｂ１と筒部３Ｂ２とにより構成されている。
【００２６】
４Ａ、４Ｂはケーシング１の両端側にそれぞれ固定的に設けられた第１、第２の固定スクロールで、該第１の固定スクロール４Ａは、略円板状に形成され中心がケーシング１の軸線Ｏ１−Ｏ１と一致するように配設された鏡板５Ａと、該鏡板５Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部６Ａと、鏡板５Ａの外周側から該ラップ部６Ａを取囲むように軸方向に突出した筒部７Ａと、該筒部７Ａの外周側から径方向外向きに突出したフランジ部８Ａとにより構成されている。
【００２７】
そして、固定スクロール４Ａは、フランジ部８Ａが軸受取付筒部３Ａの筒部３Ａ２開口端にボルト（図示せず）等を介して一体に取付けられている。また、固定スクロール４Ａには、その外周側に位置して第１の吸込口９Ａが設けられ、鏡板５Ａの中心側には第１の吐出口１０Ａが設けられている。
【００２８】
また、第２の固定スクロール４Ｂ（他側部材）についても、鏡板５Ｂ、ラップ部６Ｂ、筒部７Ｂおよびフランジ部８Ｂ、第２の吸込口９Ｂおよび第２の吐出口１０Ｂが設けられている。
【００２９】
１１は固定スクロール４Ａ、４Ｂ間に位置してケーシング本体２内に設けられた電動機で、該電動機１１は、ケーシング本体２の内周側に固定的に設けられたステータ１２と、該ステータ１２の内周側に回転可能に配設されたロータ１３とによって構成されている。また、ステータ１２の軸線とロータ１３の軸線はケーシング１の軸線Ｏ１−Ｏ１と同一軸線上に配置されている。そして、電動機１１は、ロータ１３を回転することにより回転軸１４を駆動するものである。
【００３０】
１４は軸受取付筒部３Ａの環状部３Ａ１と軸受取付筒部３Ｂの環状部３Ｂ１との間に回転可能に設けられ、後述の旋回軸１５と共に出力軸を構成する回転軸で、該回転軸１４は、中空軸体として形成され、電動機１１のロータ１３内周側に挿嵌されて設けられている。そして、回転軸１４は、両端がそれぞれ軸受取付筒部３Ａ、３Ｂの環状部３Ａ１、３Ｂ１内に回転可能に設けられている。
【００３１】
１５は後述の旋回スクロール１７Ａ、１７Ｂ間に設けられた旋回軸で、該旋回軸１５は、中実な円柱体として形成され、軸線Ｏ１−Ｏ１から寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ２−Ｏ２上に配置されている。また、旋回軸１５は、軸方向の中間部位が大径軸部１６となり、軸方向の両側部位が小径軸部１６Ａ、１６Ｂとなっている。そして、旋回軸１５の小径軸部１６Ａ、１６Ｂは、回転軸１４の両端側に回転可能に支持され、該回転軸１４と共に電動機１１の出力軸を構成している。
【００３２】
１７Ａ、１７Ｂは固定スクロール４Ａと対向してケーシング１内に旋回可能に設けられた第１、第２の旋回スクロールで、該第１の旋回スクロール１７Ａは、第１の固定スクロール４Ａと共に低圧側の空気圧縮機を構成している。そして、第１の旋回スクロール１７Ａは、第１の固定スクロール４Ａと同様に、鏡板１８Ａと渦巻状のラップ部１９Ａ等によって構成されている。
【００３３】
そして、旋回スクロール１７Ａは、ラップ部１９Ａが固定スクロール４Ａのラップ部６Ａと所定角度（例えば１８０度）だけずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部６Ａ、１９Ａ間には複数の圧縮室２０Ａが画成されている。
【００３４】
さらに、旋回スクロール１７Ａには、その背面中央に位置してボス部２１Ａが突設されている。そして、ボス部２１Ａ内には、旋回軸１５の小径軸部１６Ａが圧入またはボルト止め等により固定して取付けられている。
【００３５】
また、第２の旋回スクロール１７Ｂ（一側部材）は、第２の固定スクロール４Ｂと共に高圧側の空気圧縮機を構成している。そして、第２の旋回スクロール１７Ｂも、鏡板１８Ｂ、ラップ部１９Ｂおよびボス部２１Ｂによって大略構成され、このボス部２１Ｂ内には、旋回軸１５の小径軸部１６Ｂが圧入またはボルト止め等の手段により固定して取付けられている。
【００３６】
また、第２の旋回スクロール１７Ｂは、第２の固定スクロール４Ｂとの間で複数の圧縮室２０Ｂを画成し、これらの圧縮室２０Ｂのうち最外周側の圧縮室２０Ｂ１は、図１に示すように固定スクロール４Ｂの吸込口９Ｂと常時連通している。そして、旋回スクロール１７Ｂの背面外周側には後述の接触シール２７が取付けられるシール部材嵌合溝１７Ｂ１（溝）が設けられている。
【００３７】
２２は第１の吐出口１０Ａと第２の吸込口９Ｂとの間に設けられた中間冷却器で、該中間冷却器２２は、例えば熱交換器２３とファン２４等を備えた冷却装置によって構成され、第１の吐出口１０Ａと第２の吸込口９Ｂとの間に配管２５Ａ、２５Ｂを用いて接続されている。そして、中間冷却器２２は、配管２５Ａ、２５Ｂによってそれぞれ吐出口１０Ａから吐出された高温の吐出空気を冷却して吸込口９Ｂに導くものである。
【００３８】
２６は第２の固定スクロール４Ｂの外周側に設けられた摺接リングで、該摺接リング２６は、ステンレス鋼等の金属材料によって平板なリング状に形成されている。そして、摺接リング２６は、図２に示す如く固定スクロール４Ｂのフランジ部８Ｂ側に設けられたリング取付溝４Ｂ１内に嵌着され、その表面は後述の接触シール２７に対する摺接面となっている。
【００３９】
２７は第２の旋回スクロール１７Ｂのシール部材嵌合溝１７Ｂ１（溝）内に収容して取付けられた接触シールで、該接触シール２７は、高圧側の固定スクロール４Ｂと高圧側の旋回スクロール１７Ｂとの間の高圧側と、その外周室４０の低圧側とを気密にシールしている。この外周室４０は図示しない位置で大気開放されており、常時大気圧となっている。そして、接触シール２７は、シール部材としての環状シール２８、第１、第２の侵入遮断シールとしての環状の漏洩防止リング２９、３０により構成されており、摺接リング２６と摺接する摺動部としての環状シール摺接面２８Ａと、シール部材嵌合溝底面１７Ｂ２と環状シール２８とが向かい合う環状シール底面２８Ｂとを貫通して連通路３１が周方向等間隔に６ヶ所程度設けられている。本発明のシール装置は、シール部材としての環状シール２８、第１、第２の侵入遮断シール２９、３０、連通路３１、および環状シール底面２８Ｂと第１、第２の侵入遮断シール２９、３０と、シール部材嵌合溝１７Ｂ１の底部１７Ｂ２とで形成された密閉室としての背圧室３２とより構成されている。
【００４０】
また、環状シール２８は、固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１７Ｂとの間を気密にシールするために、周方向に継ぎ目のないリングとして形成されている。さらに、環状シール２８の軸方向一面である環状シール摺接面２８Ａを摺動部として用いている。
【００４１】
そして、環状シール２８の径方向幅ｈ１は、環状シール２８が熱膨張をした場合にもシール部材嵌合溝１７Ｂ１内に許容できるよう、シール部材嵌合溝１７Ｂ１の径方向幅ｈ２よりも小となるよう構成し、環状シール２８とシール部材嵌合溝１７Ｂ１の径方向に生じる隙間には漏洩防止リング２９、３０を配設することにより、隙間を無くしている。
【００４２】
さらに、漏洩防止リング２９は、最外周側の圧縮室２０Ｂ１内の圧力が連通路３１を通ることなく直接シール部材嵌合溝１７Ｂ１と接触シール２７との間にできる背圧室３２に侵入するのを防止する。
【００４３】
ここで、連通路３１について詳述する。連通路３１は、接触シール２７を摺接リング２６に向けて押し上げるための圧縮空気を環状シール摺接面の開口３１Ａから背圧室３２側の開口３１Ｂに向けて導入する通路として形成されるものである。また、連通路３１は、複数環状シール２８に形成され、図２に示すように、高圧側である最外周側の圧縮室２０Ｂ１から低圧側の外周室４０に傾斜するよう構成されている。
【００４４】
３３は低圧側の固定スクロール４Ａと旋回スクロール１７Ａとの摺動面間に設けられた他のシール部材で、該シール部材３３は、横断面が略長方形状をなしたフェイスシール等のシールリングとして形成されている。なお、このシール部材３３も接触シール２７と同様のシールとしてもよい。
【００４５】
本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は上述したような構成を有するもので、次に、このスクロール式空気圧縮機の動作について説明する。
【００４６】
まず、電動機１１のロータ１３を回転すると、該ロータ１３と一体となった回転軸１４は、ロータ１３と一体に回転運動を行なう。そして、この回転運動によって軸線Ｏ２−Ｏ２をもった旋回軸１５は、軸線Ｏ１−Ｏ１をもった回転軸１４内で寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行なう。これにより、旋回軸１５の両端に設けた旋回スクロール１７Ａ、１７Ｂは、固定スクロール４Ａ、４Ｂに対して寸法δの旋回半径をもった旋回動作を行なう。
【００４７】
この結果、低圧側となる第１の固定スクロール４Ａと第１の旋回スクロール１７Ａとの間で圧縮された低圧の圧縮空気は、吐出口１０Ａから配管２５Ａを通じて中間冷却器２２で冷却された後、配管２５Ｂを通じて高圧側となる第２の固定スクロール４Ｂの吸込口９Ｂから第２の固定スクロール４Ｂと第２の旋回スクロール１７Ｂとの間の圧縮室２０Ｂ内に導かれる。
【００４８】
そして、固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１７Ｂとの間に吸込口９Ｂから流入した低圧の圧縮空気は、再び圧縮室２０Ｂ内で圧縮されて高圧の圧縮空気となり、吐出口１０Ｂからタンク（図示せず）等に貯留される。
【００４９】
ここで、第２の固定スクロール４Ｂと第２の旋回スクロール１７Ｂとの間の各圧縮室２０Ｂのうち図１に示す最外周側の圧縮室２０Ｂ１は、外気よりもかなり高圧となっているから、最外周側の圧縮室２０Ｂ１内の高圧な圧縮空気は外部に漏洩し易くなる。
【００５０】
然るに、本実施の形態では、図２に示すように、高圧側となる第２の旋回スクロール１７Ｂにシール部材嵌合溝１７Ｂ１を設け、その溝１７Ｂ１に接触シール２７を挿嵌させ、第２の固定スクロール４Ｂと第２の旋回スクロール１７Ｂ（摺接リング２６）との摺動面間をシールする。
【００５１】
そして、接触シール２７の環状シール２８に設けられた連通路３１を介して、最外周側の圧縮室２０Ｂ１の圧縮空気を背圧室３２に誘導することにより、環状シール２８は押付力ｆ１をもって摺接リング２６に押圧する。
【００５２】
ここで、押付力ｆ１について図４を用いて詳述する。図４は、環状シール摺接面２８Ａの径方向位置に対する圧力勾配を示すグラフで、つまり密閉室としての背圧室３２に連通路３１を介して導入される圧力変化を示すグラフである。
【００５３】
本グラフは、高圧側の圧力を０．４ＭＰａ、低圧側の圧力を０．１０１３ＭＰａとし、０．００５ｍ（５ｍｍ）の幅である環状シール２８をシール部材嵌合溝１７Ｂ１に取付け、また一側部材と他側部材との微小隙間を０．００５ｍｍとした場合の微小隙間での圧力勾配を求めたものである。そして、この横軸（通路長さ）が環状シール２８の高圧側端から連通路開口３１Ａの高圧側の位置３１Ａ１までの長さに該当する。押圧力ｆ１は、このグラフが示す値（背圧室３２の圧力）と摺接リング２６側から押し返す環状シール摺接面２８Ａに作用する力の差である。
【００５４】
新品時の環状シール摺接面２８Ａに設けられた連通路の開口３１Ａ高圧側の位置３１Ａ１は、径方向中心側（高圧側端）からＬ１だけしか離れていない位置にあり、背圧室３２に導入される圧力は、最外周側の圧縮室２０Ｂ１の圧力とほぼ近い値となり、この時点での押圧力ｆ１は、背圧室３２内圧力と環状シール摺接面２８Ａに作用する力の差となる。
【００５５】
ある程度の時間摺動運動をした後は、図３に示すように、環状シール２８が摩耗し、その軸方向長さが新品時と比して短くなる。そして連通路３１は、環状シール２８に傾斜して設けられているため、環状シール摺接面２８Ａに設けられた連通路の開口３１Ａ高圧側の位置３１Ａ１は、径方向中心側（高圧側）からＬ２だけ離れた位置になり、その押付力ｆ１は、新品時よりも最外周側の圧縮室２０Ｂ１から遠ざかった分だけ弱くなる。
【００５６】
ここで、環状シール２８の経時変化について説明する。スクロール圧縮機１の新品時は、押圧力ｆ１が強く摺接リングの摺接面２６Ａと環状シール摺接面２８Ａにある微小凹凸により、環状シール摺接面２８Ａが急速に摩耗する。所定時間が経過すると、環状シール摺接面２８Ａおよび摺接リング２６の接触面ともに接触する面同士が馴染んでくるとともに押圧力ｆ１が減少するため、環状シール２８の摩耗量は新品時と比して大幅に減少する。また、新品時は環状シール接触面２８Ａおよび摺接リング２６の接触面に微小凹凸があるため、押圧力ｆ１が大きくないと、漏れ量が増えてしまうという問題があるが、ある程度の時間使用した後は環状シール接触面２８Ａおよび摺接リング２６の接触面が馴染み、また押圧力ｆ１が小さくなり、押圧力ｆ１は環状シール２８が摩耗しない程度の力となる所で磨耗がほぼ停止する。なお、当然長期使用による摩耗は続くが、摩耗すればするほど押圧力が小さくなるので従来のシールと比べ格段に寿命が延びる。
【００５７】
また、押圧力ｆ１の調整を環状シール２８に傾斜させて連通路３１を設け、環状シール摺接面２８Ａが摩耗することにより、環状シール摺接面の開口３１Ａの位置を変化させ、押圧力ｆ１を変化させているので、簡易な構成でシール性能を保ちながら、耐久性を高めることができる。
【００５８】
さらには、加工公差により適用装置に個体差がある場合においても、それぞれの適用機械毎に環状シール２８が摩耗しない程度の力となる所で磨耗がほぼ停止するので、適用機械の個体差によらず、安定したシール性能を発揮することができる。
【００５９】
なお、本発明の実施の形態では、スクロール式流体機械として、駆動軸の両端に圧縮室を有し、一方の圧縮室で圧縮した後に、他方の圧縮室でさらに高い圧力に圧縮する構成のスクロール式流体機械を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばケーシングと、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とからなる固定側部材と、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ、鏡板に前記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とよりなる一段のスクロール式流体機械に適用してもよい。
【００６０】
また、本発明の実施の形態では、駆動軸の両端に圧縮室を有し、一方の圧縮室で圧縮した後に、他方の圧縮室でさらに高い圧力に圧縮するスクロール式流体機械を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば特開平７−１０３１５１号に示すように軸方向に離間して対向配設され、それぞれの鏡板に渦巻き状のラップ部が形成された第１、第２の固定スクロールと、該固定スクロール間に旋回可能に設けられ、該各固定スクロールのラップ部との間でそれぞれ複数の圧縮室を画成するように、鏡板の軸方向両側面にそれぞれ渦巻き状のラップ部が形成された旋回スクロールとで構成されたタイプのスクロール式流体機械において、固定スクロールと旋回スクロールとが摺動する間に適用してもよい。また、特開平９−１３３０８７号に示すような全径回転式タイプのスクロール式流体機械において、２つのスクロールが摺動する間に適用してもよい。さらには、前述した２つのタイプのスクロール式流体機械および一般的なスクロール式流体機械を複数有し、順次圧縮する多段スクロール式流体機械においても、高圧側のスクロール式流体機械の２つのスクロールが摺動する間に適用してもよい。
【００６１】
また、本発明の実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばスクロール式流体機械を真空ポンプとして使用した場合にも適用できる。その場合には、連通路３１を高圧側である外気から低圧側である圧縮室に向けて傾斜する傾斜部を設けるよう構成する。このように構成したことにより、本発明の効果と同様の効果を生じることができる。
【００６２】
また、本発明の実施の形態では、図２に示すように、連通路３１を高圧側である最外周側の圧縮室２０Ｂ１近傍から低圧側である外気に向けて傾斜するよう設けているが、これに限らず、連通路開口３１Ａの高圧側の位置３１Ａ１が摩耗に従い徐々に低圧側に移動していくような形状であればよく、例えば図５に示すように上面が開口した階段状に形成しても本発明と同様の効果を生じることができる。また、図６に示すように連通路３１を第２の侵入遮断シール３０をよけるようにくの字に曲げて設けるよう形成しても本発明と同様の効果を生じることができる。また、連通路３１の背圧室３２側の開口３１Ｂは環状シール底面２８Ｂだけでなく、環状シール２８の径方向一面に設けるよう構成してもよい。但し、その場合には、環状シール２８の径方向一面のうち、密閉室としての背圧室３２と接する位置とする。
【００６３】
また、本発明の実施の形態では、図２に示すように、環状シール２８の径方向一面にＯリング嵌合溝を設け、該Ｏリング嵌合溝に第１、第２の侵入遮断シール２９、３０を挿嵌する構成としているが、これに限らず、図７に示すように第２の侵入遮断シール３０は、Ｏリング等のシール部材を設けることなく、高圧側の圧縮流体の圧力を利用して環状シール部材２８を溝１７Ｂ１に押付けることにより第２の侵入遮断シールとなるよう構成してもよい。また、第１、第２の侵入遮断シール２９、３０の位置は、環状シール２８の径方向一面でなく、環状シール底面２８Ｂに設けてもよい。その場合には、第１、第２の侵入遮断シール２９、３０が背圧室３２内の圧力により移動しないよう、環状シール２８をシール部材嵌合溝底面１７Ｂ２に接着する等の方法により固定する必要がある。
【００６４】
また、本発明の実施の形態では、環状シール２８の軸方向一面を摺動部として用いるタイプの一例として、スクロール式流体機械に適用した場合について説明したが、これに限らず例えば、シリンダとピストンが摺動運動することにより圧縮空気を生成する圧縮機に用いても同様の効果を生じることができる。但し、シール部材の径方向一面を摺動部として用いた場合には、摺動運動によりシール部材が摩耗したときに、外径もしくは内径を新品の時と同等に保つため、径が広がる、もしくは縮まるシール部材を用いる必要がある。径方向の伸縮が可能なシール部材として、一般的にはあい口シールが用いられているが、あい口部を工夫し、該あい口部より最外周側の圧縮室２０Ｂ１の圧縮流体が直接背圧室３２に侵入しないようにする必要がある。
【００６５】
また、本発明の実施の形態では連通路３１を介して密閉室としての背圧室３２に圧縮流体を供給し、相手面に対し接触シール２７を押圧する構成としているので、摺動運動を開始してから圧縮流体が供給されるまでの間は、接触シール２７が相手面に対し押圧されないことになる。しかし、第１、第２の侵入遮断シールとしてゴム製のＯリングなど摩擦力が大きく、環状シール２８の位置を規制する能力を有するシールを用いることにより、摺動運動が止まり、密閉室の圧力が低下しても、環状シール２８は他側部材と接触した状態を保つので、摺動運動を開始した直後の圧縮流体の漏洩を防止することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明は、一側部材と、該一側部材と対向して配置され摺動運動する他側部材と、前記一側部材と前記他側部材との間に設けられ、高圧側と低圧側とに画成するシール装置であって、前記一側部材の摺動面に設けられた溝と、該溝内に挿嵌されるシール部材と、該シール部材と前記溝の間に設けられ、前記高圧側の圧力の侵入を遮断する第１の侵入遮断シールと、前記低圧側の圧力の侵入を遮断する第２の侵入遮断シールと、該第１、第２の侵入遮断シールと前記溝底部側と前記シール部材とで形成される密閉室と、該密閉室側と摺動部側とを連通するように前記シール部材に設けられた連通路と、から構成され、前記シール部材の摩耗に従い前記他側部材へ前記シール部材を押圧する力を減少させる押圧力可変機構を有する構成としたことにある。
【００６７】
このように構成したことにより、新品の時とある程度の時間使用した後とでシール部材の相手摺動面への押圧力を可変とすることができ、最適な押圧力とすることができる。よって、摺動抵抗を抑えることができ、また、シール部材の摩耗も低減することができ、耐久性を向上することができる。
【００６８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシール装置において、前記押圧力可変機構は、前記シール部材の摺動部に設けた前記連通路の開口の高圧側端部を、前記シール部材の摩耗に従い低圧側に移動させるよう構成したことにある。
【００６９】
このように構成したことにより、連通路の開口の高圧側端部が低圧側に移動することになり、密閉室の圧力が低下し、押圧力を小さくすることができる。
【００７０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のシール装置において、前記押圧力可変機構は、前記連通路に前記摺動部側から前記密閉室に向けて、高圧側から低圧側に傾斜する傾斜部分を設けるよう構成したことにある。
【００７１】
このように構成したことにより、簡単な構成で連通路の傾斜部の傾斜により磨耗に従い連通路の開口の高圧側端部を低圧側に移動させることができる。
【００７２】
また、請求項４のに記載の発明は、請求項１及至３において環状のシール部材を用い、該シール部材の軸方向一面を摺動部としたことにある。
【００７３】
このように構成したことにより、シール部材の経時変化が径方向に移動する場合と比べ、シール部材が磨耗した場合も容易に他側部材に追従できる。
【００７４】
また、請求項５に記載の発明は、２つのスクロールのラップ部が重なり合って圧縮室を形成し、旋回運動する間に外部から吸込んだ流体を圧縮するスクロール式流体機械であって、前記２つのスクロールの間に設けられ、外部と圧縮室を画成するシール装置として請求項１及至４に記載のシール装置を用いたことにある。
【００７５】
このようにスクロール式流体機械に適用したことにより、圧縮室内外間のシール性を保ち、また摺動抵抗も小さくなり、より高い圧縮効率を得ることができる。
【００７６】
また、請求項６に記載の発明は、スクロール式流体機械を複数有し、順次圧縮する多段スクロール式流体機械であって、該多段スクロール式流体機械のうち２段目以降に請求項５のスクロール式流体機械を用いたことにある。
【００７７】
このように２段目以降のスクロール式流体機械に適用したことにより、高圧側の圧縮流体の漏洩を防止することができ、より高圧で使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】図１中のａ部を拡大して示す要部拡大縦断面図である。（新品時）
【図３】図１中のａ部を拡大して示す要部拡大縦断面図である。（ある程度の時間使用した後）
【図４】本発明の実施の形態による環状シール摺接面２８Ａの径方向位置に対する圧力勾配を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施の形態として連通路３１の開口３１Ａ高圧側の位置３１Ａ１を階段状に形成した場合の環状シール２８の断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態として連通路３１をくの字状に形成した場合の環状シール２８の断面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態として第２の侵入遮断シール３０を溝１７Ｂ１と環状シール２８とで形成した場合の環状シール２８の断面図である。
【符号の説明】
４Ｂ固定スクロール（他側部材）
６Ａ、６Ｂ、１９Ａ、１９Ｂラップ部
１７Ｂ旋回スクロール（一側部材）
１７Ｂ１シール部材嵌合溝（溝）
２８環状シール（シール部材）
２９第１の侵入遮断シール
３０第２の侵入遮断シール
３１連通路
３１Ａ１連通路の高圧側端部の開口
３２背圧室（密閉室）

Claims

一側部材と、
該一側部材と対向して配置され摺動運動する他側部材と、
前記一側部材と前記他側部材との間に設けられ、高圧側と低圧側とに画成するシール装置であって、
前記一側部材の摺動面に設けられた溝と、
該溝内に挿嵌されるシール部材と、
該シール部材と前記溝の間に設けられ、前記高圧側の圧力の侵入を遮断する第１の侵入遮断シールと、前記低圧側の圧力の侵入を遮断する第２の侵入遮断シールと、
該第１、第２の侵入遮断シールと前記溝底部側と前記シール部材とで形成される密閉室と、
該密閉室側と摺動部側とを連通するように前記シール部材に設けられた連通路と、から構成され、
前記シール部材の摩耗に従い前記他側部材へ前記シール部材を押圧する力を減少させる押圧力可変機構を有することを特徴とするシール装置。
前記押圧力可変機構は、前記シール部材の摺動部に設けた前記連通路の開口の高圧側端部を、前記シール部材の摩耗に従い低圧側に移動させることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
前記押圧力可変機構は前記連通路に前記摺動部側から前記密閉室に向けて、高圧側から低圧側に傾斜する傾斜部分を設けたことを特徴とする請求項２に記載のシール装置。
前記シール部材は環状であって、該シール部材の軸方向一面を摺動部としたことを特徴とする請求項１及至３に記載のシール装置。
２つのスクロールのラップ部が重なり合って圧縮室を形成し、旋回運動する間に外部から吸込んだ流体を圧縮するスクロール式流体機械であって、
前記２つのスクロールの間に設けられ、外部と圧縮室を画成するシール装置として請求項１及至４記載のシール装置を用いたことを特徴とするスクロール式流体機械。
スクロール式流体機械を複数有し、順次圧縮する多段スクロール式流体機械であって、
該多段スクロール式流体機械のうち２段目以降に請求項５のスクロール式流体機械を用いたことを特徴とするスクロール式流体機械。