JP3534950B2

JP3534950B2 - 流体機械用ブレードおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3534950B2
Application number: JP22015796A
Authority: JP
Inventors: 聡小山; 鉄男福田
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 2004-06-07
Anticipated expiration: 2016-08-21
Also published as: JPH1061575A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば冷凍サイク
ル装置における冷媒ガス圧縮用コンプレッサとして適用
されるヘリカルブレードコンプレッサ等の流体機械の作
動要素を構成する螺旋形のブレードおよびその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１７〜図２２を参照して、この種の流
体機械用ブレードおよびその製造方法の従来技術につい
て説明する。

【０００３】図１７は、ヘリカルブレードコンプレッサ
における圧縮要素を示す断面図である。この圧縮要素は
シングル式またはツイン式としてケーシング内に設けら
れ、円筒状のシリンダ１と、このシリンダ１の内周面に
沿って配置される螺旋形のブレード２と、このブレード
２が嵌合する螺旋溝３を有するピストン４とを備え、ブ
レード２は自転または公転により回転する構成とされて
いる。螺旋溝３のピッチは冷媒入口側から冷媒出口側に
向って次第に小さく形成されており、冷媒ガスはシリン
ダ１、ブレード２およびピストン４によって囲まれる圧
縮室５において低圧（Ｐｓ）側から高圧（Ｐｄ）側に向
かって流動する間に圧縮される。

【０００４】図１８（Ａ）は図１７で示したブレード２
の外観を示す図であり、同図（Ｂ）はその右側面図であ
る。図１９は一部を断面で示したブレード２の斜視図で
あり、図２０は螺旋溝３のエッジ部３ａとブレード２と
の接触状態を拡大して示す断面図である。これらの図に
示すように、ブレード２は一定ピッチの螺旋形状に形成
され、中実な断面四角形状をなしている。従来、このブ
レード２の構成材料としては、柔軟性、シール性、摺動
特性および対環境性（温度、油、冷媒）等の点で優れた
特性を有するフッ素系樹脂、例えば四フッ化エチレン樹
脂（ＰＴＦＥ樹脂）あるいはパーフルオロアルコキシ樹
脂（ＰＦＡ樹脂）等が多く適用されている。なお、対摩
耗性を向上させる目的で、ガラス繊維や炭素繊維等の無
機繊維充填材、固体潤滑材、有機充填材等を配合した複
合材を用いる場合もある。

【０００５】このブレード２の加工方法としては、四フ
ッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）のような溶融成形が
不可能な材料を用いる場合には切削加工が適用され、例
えば丸棒素材からの切削加工により作成される。この場
合には、図１に示した螺旋溝３の形状に一致する不等ピ
ッチでの加工は困難であるため、図２に示すように製造
段階では一定ピッチの螺旋状に形成される。

【０００６】一方、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦ
Ａ樹脂）で代表される溶融成形可能なフッ素樹脂を用い
る場合には、通常の射出成形法により、一定ピッチまた
は不等ピッチの螺旋状のブレードが形成される。

【０００７】なお、フッ素樹脂は熱膨張や冷媒ガスによ
る膨潤等で大きく寸法変化することから、図２０に示す
ように、ピストン４の螺旋溝３のエッジ部３ａと、これ
に嵌合されるブレード２とのクリアランスｃは、ある程
度大きく取る必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したブレード２
は、組立て性または強度等の点から、図１に示す螺旋形
状に一致する不等ピッチ形状の加工ができる射出成形に
よって製造することが好ましい。しかし、中実形状のブ
レード２を一般的な射出成形によって製造した場合に
は、図２１に示すように、成形初期においては外郭部６
が冷却固化した状態でも内部７が溶融状態にあり、この
内部が遅れて固化する。このため図２２に示すように、
内部固化時の収縮によって肉ひけａが起こり、寸法不
良、圧力勾配による密度分布、あるいは残留応力による
経時的寸法変化が生じる等の不具合があった。また射出
成形では、成形条件としての充填速度を高めることが望
ましいが、フッ素樹脂は溶融粘土が高く粘弾性特性があ
ることから、通常の射出成形では金型表面と樹脂との界
面の剪断応力が増し、表面層（スキン層）と内部（コア
層）の剥がれや、表面の粗れ等の現象（デラミネーショ
ン）により摺動特性が著しく損なわれる等の問題があっ
た。

【０００９】また、従来の中実形状のブレード２にあっ
ては、弾性変形が少ないため螺旋溝３のエッジ部３ａで
の接触面積が小さくなって集中応力が発生するととも
に、面圧が増加して摩耗が大きくなり易かった。一方、
摩擦特性向上のため充填材を複合した場合には、材料の
剛性が高くなって螺旋溝３への出入り性が不良となる場
合があった。なお、充填材を配合したフッ素樹脂の複合
材は、射出成形における樹脂の流動性を低下させ、この
流動性の低下によって成形性が悪化するため、寸法不良
を招く原因ともなっている。

【００１０】さらに、ブレード２の熱膨張および冷媒に
よる膨潤量を加味してクリアランスｃを大きく設定した
場合には、使用初期では膨潤量が小さく、またコンプレ
ッサ起動時には温度が低いため、クリアランスが過大と
なってシール性が低下し、所定のコンプレッサ性能が得
られなくなる等の問題があった。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、高弾性で螺旋溝への出入り性が良
く、かつ摺動特性、耐摩耗性およびシール性が高く、性
能および信頼性を向上することができる流体機械用ブレ
ードを提供することにある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、前記のブレー
ドを容易に成形することができるとともに、残留応力の
低減およびが図れ、かつ肉ひけがなく高寸法精度のブレ
ードを得ることができ、しかも材料歩留まりの向上、成
形サイクル短縮等により製造性の向上も図れる流体機械
用ブレードの製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、流体機械の作動要素を構成
する螺旋形のフッ素系樹脂ブレードであって、その内部
に螺旋方向に沿う空間部を有し、この空間部の一部を圧
縮室に連通させる構成としたことを特徴とする流体機械
用ブレードを提供する。

【００１４】請求項２の発明では、空間部は作動室の高
圧側または低圧側の少なくともいずれかに対して非連通
構造である流体機械用ブレードを提供する。

【００１５】請求項３の発明では、空間部の空隙率が、
ブレード断面に対し、容積比で４０％以下である流体機
械用ブレードを提供する。

【００１６】請求項４の発明では、空間部が吸込み側か
ら吐出側へ連続して形成されるとともに、吸込み側端部
で閉じた構成とされている流体機械用ブレードを提供す
る。

【００１７】請求項５の発明では、ブレード材料として
溶融タイプのフッ素樹脂を適用して射出成形によりブレ
ード成形を行い、この射出成形は成形用ノズルまたは金
型から高圧不活性ガスを注入するガスアシスト成形とす
るブレードの製造方法を提供する。

【００１８】請求項６の発明では、前記ブレード製造方
法によって製造される流体機械用ブレードであって、ブ
レード材料は、溶融タイプのフッ素樹脂に無機系繊維状
充填材、固体潤滑材、有機系充填材のうち少なくともい
ずれか１種を充填した複合材とした流体機械用ブレード
を提供する。

【００１９】なお、本発明において、溶融タイプのフッ
素樹脂として好ましくは、ＰＦＡ樹脂、パーフルオロエ
チレンプロピレン樹脂（ＦＥＰ樹脂）、エチレン・４フ
ッ化エチレン樹脂（ＥＴＦＥ樹脂）などが挙げられる。

【００２０】また、充填剤としては、無機系繊維、固体
潤滑剤、有機充填剤がある。具体的には、無機系繊維と
してガラス繊維、炭素繊維（ＰＡＮ、ピッチ）、グラフ
ァイト繊維、アルミナ繊維、ウォラストナイト、チタン
酸カリウムホィスカ、カーボンホィスカ、シリコンカー
バイドホィスカなどが挙げられる。

【００２１】さらに、固体潤滑剤として二流化モリブデ
ン、グラファイト、カーボン、窒化ホウ素、ブロンズな
ど、有機充填剤としては、全芳香族ポリエステル系樹
脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、シリコ
ン樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図１〜図１６を参照して説明する。

【００２３】（第１実施形態）図１はヘリカルブレード
コンプレッサにおける圧縮要素の構成を示す断面図であ
る。この図１に示すように、ヘリカルブレードコンプレ
ッサの圧縮要素は、円筒状のシリンダ１１と、このシリ
ンダ１１の内周面に沿って配置される螺旋形のブレード
１２と、このブレード１２が嵌合する螺旋溝１３を有す
るピストン１４とを備えた構成とされている。螺旋溝１
３のピッチは冷媒入口側から冷媒出口側に向って次第に
小さく形成されており、冷媒ガスはシリンダ１１、ブレ
ード１２およびピストン１４の間に形成される圧縮室１
５において低圧（Ｐｓ）側から高圧（Ｐｄ）側に向かっ
て流動する間に圧縮される。

【００２４】図２（Ａ）は図１で示したブレード１２の
外観形状を示す正面図であり、同図（Ｂ）は左側面図、
同図（Ｃ）は右側面図である。図３は一部を断面で示し
たブレード１２の斜視図であり、図４はブレード１２と
螺旋溝１３のエッジ部１３ａとの接触状態を拡大して示
す断面図である。これらの図に示すように、ブレード１
２は例えば一定ピッチの螺旋形状に形成され、内部に空
間部１６を有する断面四角形状の中空構造とされてい
る。ブレードの空間部１６は、例えば高圧（Ｐｄ）側に
面して一部が開放されるとともに、低圧（Ｐｓ）側では
閉じた形状とされている。つまり空間部１６は高圧側の
圧力室に連通するが、低圧側の圧力室には非連通状態と
なっている。

【００２５】ブレード１２の構成材料は、密度２．１
（ｇ／cm³）のＰＴＦＥ樹脂（商品名三井・デュポンフ
ロロケミカル、７−Ｊ）であり、製造方法は、内部空間
がある中空な角材を押し出し成形した後、金型に巻き付
けて加熱成形する方法を採用した。

【００２６】本実施形態のブレード１２は空間部１６を
有することにより柔軟性が増し、螺旋溝１３への出入り
が容易となった。また、図４に示すように、空間部１６
側への肉移動の形で、ブレード１２が螺旋溝１３のエッ
ジ部１３ａのＲ面に沿って変形し、これにより接触面積
が増加した。したがって、ブレード１２が受ける面圧が
低下し、ブレード１２の信頼性が向上した。また、空間
部１６が高圧側の圧力室に連通することで、空間部１６
にコンプレッサの使用条件に応じた内圧が作用し、ブレ
ード１２の断面形状が圧力による変形を伴うことはな
く、一定形状が保持されることが確認された。以上の機
能により、本実施形態のものはコンプレッサ性能が向上
し、信頼性向上が図れるものとなった。

【００２７】なお、本実施形態に対し、比較例として図
８に示すように、空間部１６が外部から遮蔽されたブレ
ードを作成して機能比較を行ったところ、コンプレッサ
の使用条件に応じて内圧変化し、ブレードの断面形状が
圧力によって変形することが認められた。

【００２８】（第２実施形態）図５は本発明の第２実施
形態を示している。本実施形態では、ブレード１２の空
間部１６が低圧側端部および高圧側端部において開放さ
れているが、この空間部１６がブレード１２の長さ方向
のほぼ中間で閉じられている。なお、本実施形態に対
し、比較例として図６に示すように、空間部１６が低圧
側端部および高圧側端部において外部に開放されたブレ
ード１７を作成した。

【００２９】図５に示した本実施形態のブレード１２に
おいては、空間部１６が閉じている中間位置まで、圧縮
室１５の高圧ガスおよび低圧ガスが導かれるが、圧縮室
１５を構成する各部屋には冷媒ガスは漏れず、各部屋間
のシール機能が損なわれることはない。しかし、図６に
示した比較例のブレード１７にあっては、高圧（Ｐｄ）
側のガスが低圧（Ｐｓ）側に導かれるため、冷媒ガスの
漏れが著しく、コンプレッサ性能が低下した。

【００３０】なお、本実施形態においては、空間部１６
の開放部分をブレード１２の両端部に形成したが、螺旋
途中位置のシール面に構成することも可能である。ただ
し、ブレード１２の外周面および側面部分は摺動を伴う
ため、開放部の形成はブレード１２の内周面が望まし
い。この場合、シール面への開放部の形成を２以上とす
ると空間部１６の開放部が圧縮室１５と連通し、図６に
示した比較例と同様に冷媒ガスの漏れが生じ、コンプレ
ッサ性能の低下を招くので、１とすることが望ましい。

【００３１】（第３実施形態）本実施形態では、図１に
示した第１実施形態と同様のブレード１２において、ブ
レード断面積に対する空間部１６の断面積を１０〜５０
％の範囲で変化させ、コンプレッサ性能を測定し、これ
を空間部のない従来のブレード２と比較した。すなわ
ち、モータ回転数６０ｒｐｓとしてＨＣＦＣ２２冷媒を
使用し、冷凍機油（商品名４ＧＳＤ）でコンプレッサ
成績係数を比較した。

【００３２】表１は、従来のブレードの成績係数を１０
０とした時の相対比率で測定結果を示している。この表
１で示したように、空間部１６の面積が３０％である場
合をピークとして、コンプレッサ成績係数が低下し、５
０％では著しく低下して従来のブレードよりも劣る結果
となった。

【００３３】この空間部５０％のブレード１２を取り出
して観察したころ、図７に示したように、表面が空間部
１６側に落ち込む変形が生じていた。これは、空間部１
６の断面積増加によりブレード１２の断面強度が低下
し、圧力差によって座屈して変形したものと考えられ
る。しかしながら、空間部１６の面積が４０％以下で
は、従来のブレードよりも高い成績係数が得られ、中空
にしたことによる出入り性の向上およびブレード面圧の
低下によって、ブレード１２が螺旋溝１３へ出入りする
際の摩擦損失が減少したものと考えられる。すなわち、
空間部面積が４０％以下で有効な効果が発揮され、特に
２０〜３０％が望ましいものである。

【００３４】（第４実施形態）本実施形態では、図１に
示した第１実施形態と同様のブレード１２について、高
圧側端部から低圧側端部に連続して空間部面積率が３０
％の空間部１６を形成し、低圧側は圧縮室と連通しない
ように端部を閉じた構成とした。また、比較例として、
図示しないが逆に高圧側端部を閉じたブレードと従来の
中実なブレード２とを作成し、コンプレッサ性能を測定
した。測定および構成の条件は、第３実施形態に準じ
た。

【００３５】表２は、従来のブレードの成績係数を１０
０とした時の相対比率で測定結果を示している。この表
２に示したように、本実施形態のブレード１２は、コン
プレッサ成績係数が最も向上し、高い効率が得られた。
これは、高圧ガスを低圧側へ導くことで差圧を利用して
ブレード断面を膨らませ、シール性が向上したものと考
えられる。前述したように、フッ素樹脂の熱膨張、冷媒
ガスによる膨潤を加味してクリアランスを大きくする
と、起動時などにおいて所定のコンプレッサ性能が得ら
れない。特に吸い込み側のピッチ大の部分はブレード１
２が螺旋溝１３へ出入りする際の弾性変形が大きく、シ
ール性は重要な部位である。本実施形態のブレード１２
では、低圧側ほど差圧が大きく、シール性が十分に得ら
れる。

【００３６】これに対し、空間部１６の開放端を本実施
形態と逆にした比較例のブレードにあっては、低圧ガス
が高圧側へ導かれるため、高圧側でブレードが収縮する
方向に変形し、シール性が低下する。ただし、中空によ
る効果は得られ、従来のブレードに比較してコンプレッ
サ性能は向上した。

【００３７】（第５実施形態）図９〜図１１は、それぞ
れ本発明に係るブレードの製造方法の実施形態を示す説
明図である。本実施形態ではガスアシスト成形によって
ブレード成形を行ったものである。図９は、２つの樹脂
充填口（ゲート）２０を有するタイプ（２ゲート方式）
の金型２１および中子２２を用い、スクリュー２３を有
する射出成形機２４のノズル２５から不活性ガス、例え
ば窒素ガス（Ｎ₂）を注入する方法を示している。図１
０は、１ゲート方式の金型２１および中子２２を用い、
金型固定側のブレード１２端部から窒素ガスを注入する
方法を示している。図１１は、１ゲート式の金型２１お
よび中子２２を用い、金型固定側のブレード１２端部か
ら窒素ガスを注入する方法を示している。

【００３８】本実施形態におけるガスアシスト成形は、
通常の射出成型機２４にユニットを接続し、図９〜図１
１に示すようなノズル２５および金型２１の内部から高
圧の窒素ガス（ｍａｘ３００ｋｇ／cm²）を製品部に注
入加圧して成形する方法である。このガスアシスト成形
を用いることで、ブレード１２に前述した空間部１６を
容易に形成することができる。

【００３９】このガスアシスト成形によって得られる寸
法精度を比較するため、ブレード両端側から樹脂を充填
する図９のガスアシスト成形方法と、ブレード一端側か
ら樹脂を充填する図１０のガスアシスト成形方法とによ
り、ブレード１２をそれぞれ作成した。これに対比する
形で通常の射出成形でも他のブレードを作成し、各々寸
法測定を行った。図１２および図１３は、ガスアシスト
成形と通常の射出成形とで作成したブレード断面の肉ひ
け（幅寸法の内外周と中央の差）を示している。

【００４０】使用材料は、密度２．１（ｇ／cm³）、メ
ルトフローレート１３（ｇ／１０分）のＰＦＡ樹脂（商
品名三井・デュポンフロロケミカル、３４０−Ｊ）を
用いている。具体的には、成形機は８０ｔｏｎ（東芝機
械、ＩＳ８０ＥＰＮ）を使用し、成形条件は成形温度３
８０℃、金型温度２００℃、充填速度３cm／秒（スクリ
ュー位置）で、通常の射出成形では充填圧力を７００ｋ
ｇ／cm²の条件とした。また、ガスアシスト成形では使
用樹脂量の７割に相当する樹脂を充填し、ガス圧を１８
０ｋｇ／cm²の条件とした。

【００４１】図１２に示したように、ガスアシスト成形
では肉ひけが殆ど認められないが、通常の射出成形では
ブレード１２の中央に大きな肉ひけが発生することが認
められた。また、図１３に示した場合も同様に、通常の
射出成形でゲート２０に相反する端部の肉ひけが大き
く、両端から充填したブレード１２よりさらに大きくな
った。

【００４２】肉ひき発生のメカニズムは前記の図２１お
よび図２２に示したように、ブレード表面が個化した後
に内部が冷却され、その際の体積収縮によって表面が内
部に向かって引張られるということによる。特にフッ素
樹脂は成形収縮率が大きい特性を有するため、肉ひきが
顕著に現れる。また、螺旋形のブレード１２はその機能
に基づき前面がシール面であり、樹脂充填のゲート２０
を螺旋途中に設けると表面の平滑性を阻害することか
ら、上記のようにブレード端部にゲート２０を設置する
必要がある。この結果、樹脂の流動長さが増加すること
になり、充填圧力が末端まで十分に伝わらないという状
況が発生し、このことがゲート２０と相反する位置の肉
ひけを一層大きくする原因となっている。

【００４３】一方、ガスアシスト成形の場合には、成型
品であるブレード１２の内部に高圧ガスが注入され、ブ
レード１２の内部からガス圧で保持冷却されることから
肉ひけは激減する。また、ガスアシスト成形の場合は通
常の射出成形に比べて圧力勾配が少なく、螺旋のどの位
置においても、ほぼ均等圧となり、かつ低圧成形が可能
となる。また、ガスアシストにおけるガスの流動長さは
材料の流動特性および体積収縮率の影響が大きく（ガス
は体積収縮した分だけ注入される）、成形収縮の大きい
フッ素樹脂はガスが注入し易いことからガスアシスト成
形には適した材料ということができる。

【００４４】次に、通常の射出成形で肉ひけ改善を目的
に、充填圧力９００ｋｇ／cm²、充填速度６cm／秒とし
図９に示した２ゲート式の方法で成形を行った。図１４
は、肉ひけ両を対比して上記成形条件に対する効果を示
している。

【００４５】この方法では図１４に示したように、肉ひ
け量は減少した。しかし、スキン層とコア層との剥がれ
が認められ、また表面に凹凸が発生し、平滑性を損なう
結果となった。つまり、樹脂の流動長さが大きく、かつ
高度な寸法精度を必要とするブレード１２に対し、フッ
素樹脂による射出成形は条件的に限界があり、肉ひけと
表面平滑性を得ることが困難である。一方、表面の不良
は金型表面と流動樹脂の剪断応力によるが、ガスアシス
ト成形では低圧で充実した樹脂を断面内部のガス圧によ
る成形がなされ、表面近傍の剪断応力は小さくなる。よ
って、表面の不良も発生し難い利点がある。

【００４６】次に、図１２の肉ひけ量を比較したブレー
ド１２について、２００℃で２４時間エージングを行
い、ブレード寸法の経時変化を想定し、再度寸法測定を
行った（肉ひけの影響を避け、外周寸法で比較した）。
図１５は、寸法変化量（成形後とエージング後との寸法
比較）を示している。

【００４７】この図１５に示したように、通常の射出成
形ではゲート２０付近の寸法が大きくなっていることが
分かる。一方、ガスアシスト成形では殆ど寸法変化が認
められない。これは、上記充填圧力の圧力勾配により、
樹脂の密度分布や残留応力がエージングにより緩和し、
寸法変化に至るものと考えられ、ガスアシスト成形の均
等圧と低圧成形による効果である。

【００４８】つまり、溶融フッ素樹脂を用いたガスアシ
スト成形によるブレード１２は、空間部の形成が容易で
あり、また寸法精度、表面の平滑性、寸法安定の点で優
れており、好適な加工方法である。

【００４９】（第６実施形態）本実施形態は、ガスアシ
スト成形の適性を調べたものである。すなわち、前記の
ように、ブレード１２の対摩耗性向上を目的として、充
填材を配合したフッ素樹脂の複合材が使用されている
が、これらの複合材は、射出成形における樹脂の流動性
を低下させる。流動性の低下は成形性を悪化させ、寸法
不良を招く原因となる。そこで本実施形態では、これら
の問題に対し、本発明によるガスアシスト成形の適性を
調べたものである。

【００５０】材料は、密度２．１（ｇ／cm³）、メルト
フローレート１３（ｇ／１０分）のＰＦＡ樹脂（商品
名、三井・デュポンフロロケミカル、３４０−Ｊ）に炭
素繊維（商品名、東レ・ミルドファイバートレカＭＬＤ
−３０）を５重量％、１０重量％配合し、図９で示した
２ゲート式方法で成形実験を行った。成形条件は第５実
施形態に準じた。第３表には、材料の成形性の目安とな
るメルトフローレートを示してある。

【００５１】図１６は、ガスアシスト成形方法で製造し
たブレード１２と、通常の射出成形方法で成形したブレ
ードとについて、肉ひけ量を対比して示している。この
図１６に示したように、通常の射出成形ブレードは中央
の肉ひけが大きく、また炭素繊維配合量が多いほど肉ひ
けが大きい。これは、第３表のメールトフローレートで
も分かるように、流動性が悪いことから樹脂と金型表面
の流動抵抗が大きくなり、圧力損失が大となって、末端
部への圧力の伝達が悪化し、この結果肉ひけが大きくな
り、寸法不良となったものである。

【００５２】一方、ガスアシスト成形では、第５実施形
態で述べたように、ガスの流動により螺旋内部から均等
に加圧成形を行うため、材料の流動性の影響は通常の射
出成形に比べて小さい利点を持つ。よって、ガスアシス
ト成形を用いることで、材料の対摩耗性向上を目的とし
た充填材の配合を行っても高い寸法精度が得られ、ブレ
ード１２の機能であるシール性を確保することができ
る。また、充填材の配合により材料の剛性が増加する
が、空間部の形成によって出入り性が良好となり、また
螺旋溝１３のエッジ部１３ａの面圧低下があることか
ら、高いコンプレッサ性能と信頼性が得られる。

【００５３】充填剤としては、無機系繊維、固体潤滑
剤、有機充填剤が適用できる。具体的には、無機系繊維
としてガラス繊維、炭素繊維（ＰＡＮ、ピッチ）、グラ
ファイト繊維、アルミナ繊維、ウォラストナイト、チタ
ン酸カリウムホィスカ、カーボンホィスカ、シリコンカ
ーバイドホィスカなどが挙げられる。また、固体潤滑剤
としては二流化モリブデン、グラファイト、カーボン、
窒化ホウ素、ブロンズなど、有機充填剤としては、全芳
香族ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレ
イミド系樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂などが挙
げられる。

【００５４】また、本発明の方法ではガスアシスト成形
により断面の冷却が早くなり、成形サイクル短縮につな
がる。また、中空による材料歩留まり向上など生産性の
効果も大きい。

【００５５】以上の実施形態によれば、ブレード１２の
螺旋方向に一部圧縮室１５と連通した空間部１６を設け
ることにより、螺旋溝１３への出入り性を容易とし、ま
た差圧によって螺旋溝１３のエッジ部１３ａで受ける集
中応力が弾性変形による接触面積の増加によって低下
し、ブレードの摩耗が低減することができる。また、高
圧側の冷媒ガスを空間部１６に導くことにより差圧を利
用して断面を膨らませ、シール性を向上させることがで
きる。

【００５６】また、前記製造方法によれば、ガスアシス
ト成形を用いることで空間部１６を容易に形成でき、ま
たフッ素樹脂の欠点である熱収縮第の特性から生じる断
面の肉ひけを減少でき、低圧・均等圧成形による密度分
布の均一化および残留応力低減の効果によって高い寸法
精度が得られるとともに、経時的寸法変化を最小限に抑
えることができる。さらに、材料歩留まり向上、成形サ
イクル短縮など、製造性向上も図れる。

【００５７】材料面では、フッ素樹脂の熱収縮の大きい
特性により逆に空間部形成が容易となる。また、フッ素
樹脂は溶融粘土が高く粘弾性特性があることから、通常
の射出成形では金型表面と樹脂との剪断応力の影響で表
面（スキン層）と内部（コア層）の剥がれ、表面の粗れ
等の現象（デラミネーション）が生じて摺動特性を損な
うが、上記成形法によれば窒素ガスによって加圧成形で
きるため、金型表面での流動は少なく、剪断応力を最小
限に抑えることができ、上記現象を防ぐことができる。

【００５８】なお、本発明は上述したヘリカルコンプレ
ッサ以外に、螺旋形ブレードに近い機能を持つスクロー
ル式コンプレッサのチップシール、近年提案の３Ｄスク
ロール式コンプレッサのチップシールなどにも応用でき
る。これらについては、ヘリカルコンプレッサのような
螺旋溝への出入りはないが、シール部材で摺動を伴いか
つシール長が長く寸法精度を要求される点においては共
通である。つまり、材質が溶融フッ素樹脂で、かつ寸法
精度を得る目的でガスアシスト成形を用いる効果は同様
に得られるものである。

【００５９】

【表１】

【００６０】

【表２】

【００６１】

【表３】

【００６２】

【発明の効果】以上の実施例で詳述したように、本発明
に係る流体機械用ブレードによれば、フッ素系樹脂ブレ
ードの螺旋方向に一部圧縮室と連通した空間部を設ける
ことにより、螺旋溝への出入り性を容易とし、また差圧
によって螺旋溝のエッジ部で受ける集中応力が弾性変形
による接触面積の増加によって低下し、ブレードの摩耗
が低減することができる。また、高圧側の冷媒ガスを空
間部に導くことにより差圧を利用して断面を膨らませ、
シール性を向上させることができる。

【００６３】また、本発明に係るブレードの製造方法に
よれば、ガスアシスト成形を用いることで空間部を容易
に形成でき、またフッ素樹脂の欠点である熱収縮第の特
性から生じる断面の肉ひけを減少でき、低圧・均等圧成
形による密度分布の均一化および残留応力低減の効果に
よって高い寸法精度が得られるとともに、経時的寸法変
化を最小限に抑えることができる。さらに、材料歩留ま
り向上、成形サイクル短縮など、製造性向上も図れる。
材料面では、フッ素樹脂の熱収縮の大きい特性により逆
に空間部形成が容易となる。また、フッ素樹脂は溶融粘
土が高く粘弾性特性があることから、通常の射出成形で
は金型表面と樹脂との剪断応力の影響で表面と内部の剥
がれ、表面の粗れ等の現象が生じて摺動特性を損なう
が、本発明の方法によれば、不活性ガスガスによって加
圧成形が行えるため、金型表面での流動は少なく、剪断
応力を最小限に抑えることができ、上記現象を防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体機械用ブレードの第１実施形
態を示す全体断面図。

【図２】（Ａ）は図１で示したブレードの外観形状を示
す図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図。

【図３】図２に示したブレードを一部断面で示した斜視
図。

【図４】図１に示したブレードと螺旋溝のエッジ部との
接触状態を拡大して示す断面図。

【図５】本発明に係る流体機械用ブレードの第２実施形
態を示す全体断面図。

【図６】前記実施形態に対する比較例を示す断面図。

【図７】前記ブレードの変形状態を示す説明図。

【図８】（Ａ）、は前記実施形態に対する比較例を示す
図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）右側面図。

【図９】本発明に係るブレードの製造方法の実施形態を
示す説明図。

【図１０】本発明に係るブレードの製造方法の実施形態
を示す説明図。

【図１１】本発明に係るブレードの製造方法の実施形態
を示す説明図。

【図１２】本発明の効果を示す肉ひけ量の特性図。

【図１３】本発明の効果を示す肉ひけ量の特性図。

【図１４】本発明の効果を示す肉ひけ量の特性図。

【図１５】本発明の効果を示す寸法変化量の特性図。

【図１６】本発明の効果を示す肉ひけ量の特性図。

【図１７】従来のブレード構成を示す図。

【図１８】（Ａ）は図１７で示したブレードの外観形状
を示す図、（Ｂ）は右側面図。

【図１９】図１８に示したブレードを一部断面で示した
斜視図。

【図２０】図１７に示したブレードと螺旋溝のエッジ部
との接触状態を拡大して示す断面図。

【図２１】従来のブレードの成形途中の状態を示す断面
図。

【図２２】従来のブレードの肉ひけ状態を示す断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−280479（ＪＰ，Ａ) 特開平２−67490（ＪＰ，Ａ) 特開平４−73120（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−35091（ＪＰ，Ａ) 特開平８−142113（ＪＰ，Ａ) 特開平７−227871（ＪＰ，Ａ) 特開平６−346873（ＪＰ，Ａ) 特開平５−87070（ＪＰ，Ａ) 特開平８−159060（ＪＰ，Ａ) 実開昭54−31917（ＪＰ，Ｕ) 実開昭51−15713（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/344 311 F04C 18/344 351

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体機械の作動要素を構成する螺旋形の
フッ素系樹脂ブレードであって、その内部に螺旋方向に
沿う空間部を有し、この空間部の一部を圧縮室に連通さ
せる構成としたことを特徴とする流体機械用ブレード。
【請求項２】請求項１記載の流体機械用ブレードにお
いて、空間部は作動室の高圧側または低圧側の少なくと
もいずれかに対して非連通構造であることを特徴とする
流体機械用ブレード。
【請求項３】請求項１または２記載の流体機械用ブレ
ードにおいて、空間部の空隙率は、ブレード断面に対
し、容積比で４０％以下であることを特徴とする流体機
械用ブレード。
【請求項４】請求項１記載の流体機械用ブレードにお
いて、空間部は吸込み側から吐出側へ連続して形成され
るとともに、吸込み側端部で閉じた構成とされているこ
とを特徴とする流体機械用ブレード。
【請求項５】請求項１から４までのいずれかに記載の
流体機械用ブレードを製造する方法であって、ブレード
材料として溶融タイプのフッ素樹脂を適用して射出成形
によりブレード成形を行い、この射出成形は成形用ノズ
ルまたは金型から高圧不活性ガスを注入するガスアシス
ト成形とすることを特徴とするブレードの製造方法。
【請求項６】請求項５記載のブレード製造方法によっ
て製造される請求項１から４までのいずれかに記載の流
体機械用ブレードであって、ブレード材料は、溶融タイ
プのフッ素樹脂に無機系繊維状充填材、固体潤滑材、有
機系充填材のうち少なくともいずれか１種を充填した複
合材としたことを特徴とする流体機械用ブレード。