JP2007092624A - スクロール流体機械におけるシール - Google Patents

スクロール流体機械におけるシール Download PDF

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Abstract

【課題】使用時、バックアップ材は嵌溝内において、適正に位置決めされるとともに、適切な反発力をシール材に付与し、もってスクロール流体機械の性能向上に資させる。
【解決手段】端板２あるいはラップ３の先端面に設けた嵌溝４の下部に、適度の弾性を有する気密性材料からなり、かつ両側面の適所に、嵌溝４の深さ方向の押圧力を受けたとき、両側方へ突出して、嵌溝４の両側面に圧接するようになっている水平方向の突出条８を備えるバックアップ材６を嵌合し、かつバックアップ材６の上面に、相手側スクロールの端板２に摺動するシール材７を重合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクロール圧縮機およびスクロール真空ポンプを含むスクロール流体機械において、端板あるいは旋回ラップおよび固定ラップの先端面の嵌溝に嵌合されて、対向するスクロールの端板に気密的に摺接するシールに関する。
以下、この明細書において、上下とは、それぞれ、前記嵌溝の入口側およびその底部側を言うものとする。
スクロール圧縮機やスクロール真空ポンプを含むスクロール流体機械は、関係技術者には周知であり、通常、駆動軸と一体をなす偏心軸部に、軸受を介して枢支した旋回端板上に旋回ラップを立設してなる旋回スクロールにおける旋回ラップと、固定端板上に固定ラップを立設してなる固定スクロールにおける固定ラップとを噛み合わせることにより、旋回ラップと固定ラップの間に密閉室を形成し、かつ旋回スクロールの自転運動を防止するための自転防止機構を配設して構成されている（特許文献１、２他）。
駆動軸の偏心軸部と自転防止機構をもって、旋回スクロールを偏心的に旋回させ、その旋回方向に応じて、前記密閉室の容積を、求心方向に漸次減少させるか、逆に遠心方向に漸次増大させることにより、外周部から吸引した気体を、圧縮させつつ中心部へ導くか、あるいは中心部から吸引した気体を、減圧して、外周部から吐出させるようになっている。
前記旋回ラップおよび固定ラップは、回転方向に徐々に径が増大する中心まわりのインボリュート曲線、もしくは中心を共通にするごく短寸の円弧を円周方向に接続した曲線、あるいはこれらの曲線を組み合わせたもの等をもって形成されており、かつ旋回ラップと固定ラップの旋回半径方向の間隙は、両ラップが接触することはなく、しかも過大となることがないように精確に定められている。
端板あるいは旋回ラップおよび固定ラップの先端面には嵌溝が形成され、この嵌溝内には、対向するスクロールの端板に気密的に摺動するダストシールあるいはチップシールが嵌合されている。
ダストシールおよびチップシールは、通常、相手側端板に対する気密性を良好にするためのバックアップ材を、嵌溝の下部に嵌合し、その上面に、樹脂からなるシール材を重合して形成されている。
バックアップ材としては、例えばシール材より軟質の多孔質材料（特許文献２、図４(ａ)、〔００３１〕）、あるいは耐熱ゴムからなる帯状弾性チューブ（特許文献３、図１）等が、一般に使用されている。
特開平６−２０７５８８号公報 特許第３２４８６１８号公報 実開平２−１４５６８６号公報
上記各特許文献に記載されている従来のチップシールにおけるバックアップ材には、次のような問題がある。
特許文献１：バックアップ材である弾性体(10)は、スポンジゴム等の多孔質の耐熱性弾性体よりなる断面角形のものであるため、そのスクロール(２)の軸線方向および側方向の変形量は小さい。
そのため、弾性体(10)とスクロール(２)の歯(３)における歯溝(５)の幅寸法いかんによっては、弾性体(10)の歯溝(５)内の嵌合度は、過度となり、弾性体(10)は固化状態となって、十分な弾性を発揮することができなくなる。また、弾性体(10)の歯溝(５)内における嵌合度がゆる過ぎて、その周囲の気密性を低下させたり、チップシール(９)に十分な押圧力を発揮させないことがある。
特許文献２：チップシール(９)は、自己潤滑性のシール材(92)より軟質の材料、例えば、４フッ化エチレン樹脂からなる多孔質材料からなる断面角形のバックアップ材(91)と一体化して形成されているため、高熱時、あるいは放射性の雰囲気内等では、接着剤が劣化して、接着力を失い、もしくは剥離してシール材(92)がバックアップ材(91)から離れて、シール不良となることがある。
また、接着剤が微粉化して、各摺動部等へ侵入し、シール性を損ったり、外部へ漏出して、周囲の環境に影響を与えることがある。
特許文献３： バックアップ材(５)は、フッソゴム弾性力のある断面中空円形の帯状のもので材質がフッソゴムであるから、その端部同士を接着して環状とすることは困難であり、また接着部の気密性が不良となって、シール溝(1a)の一側から他側への気密が保持されなくなる。そのため、このバックアップ材(５)を、真空ポンプとしたスクロール流体機械に使用しようとしても、性能低下が大きいため、使用することはできない。
従って本発明は、バックアップ材とシール材を、温度や放射能等の影響を受けて、劣化したり、微粉化したりするおそれのある接着剤をもって接着せず、かつこれらを旋回ラップや固定ラップの先端の嵌溝内へ嵌合すると、使用時、バックアップ材は嵌溝内において、適正に位置決めされるとともに適切な反発力をシール材に付与し、もってスクロール流体機械の性能向上に資させることを目的とするものである。
本発明によると、上記課題は、特許請求の範囲に記載され、かつ次に列記する発明により解決される。
(１)旋回スクロールにおける旋回ラップ、および／または固定スクロールにおける端板あるいは固定ラップの先端面に設けた嵌溝の下部に、適度の弾性を有する気密性材料からなり、かつ両側面の適所に、嵌溝の深さ方向の押圧力を受けたとき、両側方へ突出して、嵌溝の両側面に圧接することにより、嵌溝内における位置決めを確実にするとともに、嵌溝の一側方より他側方への気密性を保持させるようにした、水平方向の突出条を備えるバックアップ材を嵌合し、かつこのバックアップ材の上面に、相手側スクロールの端板に摺接するシール材を重合する。
(２)上記(１)項において、突出条を、バックアップ材の上端に設ける。
(３)上記(２)項において、突出条の上面の左右方向の中央に、下方を向く長手方向の凹入溝を設けることにより、バックアップ材の上端に、両側方を向く脚片を形成する。
(４)上記(３)項において、脚片を、外側方へ向かって漸次薄肉となるものとする。
(５)上記(３)または(４)項において、凹入溝の奥部中央に、シール材により一定以上の押圧力が付与された場合に、シール材の下面に当接して、脚片が圧潰するのを防止する受支突条を設ける。
(６)突出条を、バックアップ材の下端両側に設ける。
(７)上記(６)項において、バックアップ材の下端の左右方向の中央に、上向溝を設けることにより、バックアップ材の下端両側に、下向傾斜する脚片を形成する。
(８)上記(７)項において、脚片を外側方へ向かって漸次薄肉となるものとし、バックアップ材がシール材により下方へ押圧されたとき、脚片の先端が、端板あるいは旋回ラップまたは固定ラップにおける嵌溝の底面角部に係止しうるようにする。
(９)上記(７)または(８)項において、上向溝の奥部中央に、シール材により一定以上の押圧力が付与された場合に、嵌溝の底面に当接して、脚片が圧潰するのを防止する受支突条を設ける。
(10)上記(１)項において、突出条を、バックアップ材の両側面の上端及び下端に設ける。
(11)上記(10)項において、バックアップ材における上方の突出条の左右方向の中央に、下方を向く凹入溝を、また上下の突出条の左右方向の中央に、上向溝を設けることにより、バックアップ材の上下に、それぞれ斜め上側方と斜め下側方を向く脚片を形成する。
(12)上記(１)項において、突出条を、バックアップ材の上下方向の中間に設ける。
各請求項に記載されている発明の効果は、次の如くである。
請求項１に係る発明：−
シール材により、バックアップ材に上下方向の負荷が加わると、バックアップ材は嵌溝内で下方へ押圧され、その側面の突出条は側方へ突出して、嵌溝の側面を押圧する。従って、嵌溝内におけるバックアップ材の左右位置は正しく保持されるとともに、バックアップの一側方から、他側方への気密性は高く保持される。
さらに、全ての請求項に記載の発明において、特記するべきこととして、このような有用なバックアップ材を、無負荷状態においては、容易に嵌溝へ挿入したり脱出したりすることができることがあげられる。
請求項２に係る発明：−
バックアップ材に上下方向の負荷が加わると、バックアップ材は嵌溝内で下方へ押圧され、シール材の直下に位置する突出条は、安定よく側方へ突出して嵌溝の側面を押圧し、バックアップ材は正しく保持される。
請求項３に係る発明：−
バックアップ材に上下方向の負荷が加わると、その負荷が仮に小さくても、上端の突出条によって形成される脚片は、容易に大きく拡開して、嵌溝の側面を押圧し、バックアップ材を安定よく保持するとともに、バックアップ材の上下方向の反発力は大となる。
請求項４に係る発明：−
脚片の薄肉の先端は、より容易に拡開して、嵌溝の側面を押圧する。
請求項５に係る発明：−
バックアップ材に上下方向の一定以上の押圧力が作用した際、受支突条がシール材の下面に当接することにより、脚片が、圧潰するのが防止される。
請求項６に係る発明：−
バックアップ材に下方向の負荷がかかると、嵌溝の底面に接している突出条は、安定よく側方へ突出して、嵌溝の底面全体と側面を押圧する。
請求項７に係る発明：−
バックアップ材に下向きの負荷が加わると、バックアップ材は下方へ押圧され、その下面の上向溝の両側の脚片は、大きく変形して、安定よく側方へ突出し、嵌溝の側面を押圧する。
請求項８に係る発明：−
バックアップ材が下方へ押圧されると、その下端の突出条の先端は、嵌溝の隅角部へ強く突入状態となり、バックアップ材は安定よく保持されるとともに、高い側方向の気密性が得られる。
請求項９に係る発明：−
バックアップ材に下方向の一定以上の負荷が作用したとき、受支突条が嵌溝の底面に当接することにより、脚片が圧潰するのが防止される。
請求項１０に係る発明：−
バックアップ材に下向きの負荷が作用したとき、上下の突出条が、ともに突出して嵌溝の側面を押圧するので、バックアップ材の安定はきめて良好となるとともに、側方向の気密性も高まる。
請求項１１に係る発明：−
バックアップ材に下方向の負荷が作用とすると、上下の脚片は、ともに拡開して、嵌溝の側面を押し、バックアップ材は安定よく保持されるとともに、バックアップ材に大きな上方向の反発力が付与される。
請求項１２に係る発明：−
バックアップ材に下方向の力が作用した際、その上下方向の中間において、突出条が側方へ突出して、嵌溝の側面を押圧するので、バックアップ材の安定は良い。
図１は、例えば特許文献１〜３に記載されている旋回スクロール(１)に、本発明に係るシールを装着したものを、内方から見た斜視図で、端板に形成された嵌溝(４)内に本件発明に基づくシール(５)が嵌合されている。また、端板(２)から立設されている螺旋状の旋回ラップ(３)の先端面の嵌溝(４)内にも、本件発明に基づくシール(５)が嵌合されている。
動力駆動されない図示しない固定ラップについても、嵌溝(４)内にシール(５)が同様に嵌合されている。
図２は、請求項１または１２に記載の発明に係るシール(５)が嵌合されている前記嵌溝(４)の先端部の拡大縦断面図である。
なお、図２以下において、(ａ)は、シール(５)に下向きの力が作用していない状態、(ｂ)は、シール(５)に一定以上の下向きの力が作用している状態を示す。
シール(５)は、嵌溝(４)内の下部に嵌合されている焼結カーボンバックアップ材(６)の上面に、例えばポリイミド系樹脂からなるシール材(７)を重合してなり、もしくは耐熱性の弾性体等からなるバックアップ材(６)の両側面の適所、例えば中間部に、水平方向の突出条(８)(８)が設けられている。
図３は、請求項２に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
図２のものに代わり、突出条(８)は、バックアップ材(６)の上端両側に設けられている。
図４は、請求項３に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
図３のものにおいて、バックアップ材(６)の上端の突出条(８)の上面の左右方向の中央に、下方を向く長手方向の凹入溝(９)を設けることにより、両側方を向く脚片(10)(10)を形成してある。
図５は、請求項４に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
図４に示すものにおける脚片(10)(10)を、外側方へ向かって、漸次薄肉となるものとしてある。
図６は、請求項５に記載の発明を例示する図２と同様の図である
図５のものにおいて、凹入溝(９)の奥部中央に、シール材(７)により一定以上の押圧力が付与された場合に、シール材(７)の下面に当接して、脚片(10)(10)の圧潰を防止する受支突条(11)を設けてある。
図７は、請求項６に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
突出条(８)を、バックアップ材(６)の下端両側に設けてあり、下向きの負荷が作用すると、バックアップ材(６)と突出条(８)の下面全体が嵌溝(６)の底面に当接し、かつ突出条(８)の外側面は、嵌溝(６)の側面を押圧する。
図８は、請求項７に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
バックアップ材(６)の下面の左右方向の中央に上向溝(12)を設けることにより、バックアップ材(６)の下端に、下向傾斜して両側方を向く脚片(13)(13)を形成してある。
図９は、請求項８に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
図８のものにおいて、脚片(13)(13)を、外側方へ向かって、漸次薄肉となるものとし、押圧されたとき、脚片(13)の先端が、嵌溝(４)の底面角部に係止するようにしてある。
図１０は、請求項９に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
バックアップ材(６)の下面の上向溝(12)の奥部中央に、シール材(７)により一定以上の押圧力が付与された場合に、嵌溝(４)の底面に当接して、脚片(13)(13)が圧潰するのを防止する突条(14)を設けてある。
図１１は、請求項１０に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
バックアップ材(６)の両側面の上端および下端に、突出条(８)(８)を設けてある。
図１２は、請求項１１に記載の発明を例示する図２と同様の図である。
バックアップ材(６)の上面の左右方向の中央に、下方を向く凹入溝(９)を設け、かつバックアップ材(６)の下面の左右方向の中央に、上向溝(12)を設けることにより、バックアップ材(６)の上下に、それぞれ斜め上側方を向く脚片(15)(15)と、斜め下側方を向く脚片(16)(16)を形成してある。
なお、バックアップ材(６)は、ダストシールとして真空ポンプで用いる場合は環状とし、外部からポンプ室内にゴミ等の浸入を防止できるようになっており、チップシールとして用いる場合は帯状とし、ラップ先端からの圧縮ガスの洩れを低減できる。
旋回スクロールの一例を、内方から見た斜視図である。 請求項１または１２に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図であり、図２以下において、(ａ)は、シールに下向きの力が作用していない状態を示し、(ｂ)は、シールに一定以上の下向きの力が作用している状態を示す。 請求項２に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項３に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項４に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項５に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項６に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項７に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項８に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項９に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項１０に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。 請求項１１に記載の発明を例示する要部拡大縦断面図である。
符号の説明
(１)旋回スクロール
(２)端板
(３)旋回ラップ
(４)嵌溝
(５)シール
(６)バックアップ材
(７)シール材
(８)突出条
(９)凹入溝
(10)脚片
(11)受支突条
(12)上向溝
(13)脚片
(14)受支突条
(15)(16)脚片

Claims (12)

  1. 旋回スクロールにおける旋回ラップ、および／または固定スクロールにおける端板あるいは固定ラップの先端面に設けた嵌溝の下部に、適度の弾性を有する気密性材料からなり、かつ両側面の適所に、嵌溝の深さ方向の押圧力を受けたとき、両側方へ突出して、嵌溝の両側面に圧接することにより、嵌溝内における位置決めを確実にするとともに、嵌溝の一側方より他側方への気密性を保持させるようにした、水平方向の突出条を備えるバックアップ材を嵌合し、かつこのバックアップ材の上面に、相手側スクロールの端板に摺接するシール材を重合したことを特徴とするスクロール流体機械におけるシール。
  2. 突出条を、バックアップ材の上端に設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械におけるシール。
  3. 突出条の上面の左右方向の中央に、下方を向く長手方向の凹入溝を設けることにより、バックアップ材の上端に、両側方を向く脚片を形成したことを特徴とする請求項２記載のスクロール流体機械におけるシール。
  4. 脚片を、外側方へ向かって漸次薄肉となるものとしたことを特徴とする請求項３記載のスクロール流体機械におけるシール。
  5. 凹入溝の奥部中央に、シール材により一定以上の押圧力が付与された場合に、シール材の下面に当接して、脚片が圧潰するのを防止する受支突条を設けたことを特徴とする請求項４記載のスクロール流体機械におけるシール。
  6. 突出条を、バックアップ材の下端両側に設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械におけるシール。
  7. バックアップ材の下端の左右方向の中央に、上向溝を設けることにより、バックアップ材の下端両側に、下向傾斜する脚片を形成したことを特徴とする請求項６記載のスクロール流体機械におけるシール。
  8. 脚片を外側方へ向かって漸次薄肉となるものとし、バックアップ材がシール材により下方へ押圧されたとき、脚片の先端が、端板あるいは旋回ラップまたは固定ラップにおける嵌溝の底面角部に係止しうるようにしたことを特徴とする請求項７記載のスクロール流体機械におけるシール。
  9. 上向溝の奥部中央に、シール材により一定以上の押圧力が付与された場合に、嵌溝の底面に当接して、脚片が圧潰するのを防止する受支突条を設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械におけるシール。
  10. 突出条を、バックアップ材の両側面の上端及び下端に設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械におけるシール。
  11. バックアップ材における上方の突出条の左右方向の中央に、下方を向く凹入溝を、また上下の突出条の左右方向の中央に、上向溝を設けることにより、バックアップ材の上下に、それぞれ斜め上側方と斜め下側方を向く脚片を形成したことを特徴とする請求項１０に記載のスクロール流体機械におけるシール。
  12. 突出条を、バックアップ材の上下方向の中間に設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械におけるシール。
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