JP4028120B2

JP4028120B2 - スクロール型圧縮機用チップシールの製造方法

Info

Publication number: JP4028120B2
Application number: JP4423599A
Authority: JP
Inventors: 満田中; 覚福澤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: JP2000240579A

Description

【０００１】
【発明の所属する技術分野】
本発明は、スクロール型圧縮機に用いるチップシールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール型圧縮機は、基板とこの基板表面に立設する渦巻壁を有する固定スクロールおよび可動スクロールが、それぞれ渦巻壁において互いに噛み合わされて、それらの間に圧縮室が形成されている。この圧縮室が固定スクロールの軸線の周りを公転する可動スクロールの作用により渦巻中心側に移動してガス等の圧縮が行なわれる。ガス等の圧縮に際して圧縮室の密閉性を確保するために、固定スクロールおよび可動スクロールの渦巻壁の端面には渦巻の延長方向に沿ってチップシール溝が形成され、この溝内には対向するスクロール基板に接触する渦巻状のシール部材であるチップシールが収容されている。
このチップシールは、そのほとんどが断面四角形状であり、溝内で隙間をもって収容され、溝と対向するスクロール基板の間で、ガス等の圧力によりにスクロール基板に向かって溝底より浮上し、互いの渦巻壁の間をシールしている。
【０００３】
従来、チップシールは大きく分けて二通りの使い分けがなされている。
一方のチップシールは冷蔵庫やエアーコンディショナ等の冷凍サイクル用スクロール型圧縮機に使用されるものであり、これには冷媒に潤滑オイルが併用される。そのため、チップシールにはシール性以外に耐薬品性が要求されるが、潤滑オイルが介在されるため、シール材料自体の摺動特性に対する要求特性は比較的厳しくない。このチップシールには、ポリフェニレンサルファイド樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂等の耐熱性が高く耐薬品性を有する樹脂に固体潤滑材を配合し、摺動特性を向上させた樹脂組成物を射出成形で製造したものが用いられている。
もう一方は、医療用、園芸用、ホビー用、健康機器用および魔法瓶等の真空容器の減圧用等に用いられるスクロール型圧縮機に使用されるものであり、無潤滑で使用される。そのためチップシールには、シール性と耐薬品性にさらに無潤滑でも摺動特性と耐摩耗性を有する必要があり、摺動特性と耐摩耗性に関する要求特性は比較的厳しいといえる。このようなシール材には、フッ素樹脂を基材とした樹脂材料以外に要求特性を満足するものは見つかっておらず、全面を機械加工で形成している。
また、潤滑オイルを併用するスクロール型圧縮機であっても、使用条件によってはポリフェニレンサルファイド樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂等では溶融摩耗する不具合も生じるため、フッ素樹脂を基材とした樹脂材料で対応している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フッ素樹脂組成物は射出成形ができないため、安定した寸法精度のチップシールが得られないという問題がある。例えば、フッ素樹脂組成物を用いてチップシールを作製する場合、まず厚さが一様なシート素材からチップシールの渦巻形状をしたパンチ型で打ち抜くが、打ち抜く際にねじれなどが生じてしまい、精度の高いチップシールの製造が困難であった。
寸法精度が安定しない問題に対して、従来は、スクロールラップのチップシール溝を大きな溝に加工して対応しているが、組み立て時でのチップシールの溝からの脱落や、隙間が大きいことによるチップシールの倒れのために生じるチップシールの偏摩耗等が生じるという問題がある。
また、パンチ型で打ち抜く方法は、歩留まりが小さく廃材が多量に発生するため、生産性に劣るという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、寸法精度が良好で、歩留まりがよく生産性に優れたフッ素樹脂組成物からなるチップシールの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法は、射出成形が不可能なフッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物を圧縮成形法で円筒状成形体に成形する工程と、上記円筒状成形体をスカイブ加工により、チップシールの幅および高さのいずれかの厚さとなる厚みを有し、上記円筒状成形体の軸方向長さの幅を有し、上記スカイブ加工により連続的に得られる長さを有するシート状体に成形する工程と、上記シート状体を上記シート状体の幅方向または長さ方向に切削加工により棒状体に成形する工程と、上記切削加工された棒状体をチップシールの展開長さに切削する工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
また、上記フッ素樹脂が、四フッ化エチレン樹脂および変性四フッ化エチレン樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂であることを特徴とする。
【０００８】
本発明は、フッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物のシート状体をあらかじめ棒状体を成形した後に、その棒状体を渦巻状に形成することにより、優れた寸法精度および生産性を有するチップシールを得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一例を図１および図２により説明する。図１（ａ）から図１（ｅ）は製造工程を示す模式図であり、図２はチップシールの斜視図である。
まず、フッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物を圧縮成形法で円筒状成形体１に成形する（図１（ａ））。
圧縮成形方法としては、円筒状の金型内に樹脂組成物を均一に充填し、常温で圧縮して予備成形した後、加熱炉内で焼成するフリーフォーミング法、焼成後の円筒状体を二次金型内にて加圧するホットフォーミング法等いずれの方法であってもよい。
具体的にフリーフォーミング法で円筒状成形体を成形する方法の一例を以下に示す。
１）フッ素樹脂粉末と各種配合材を所定量採取する。
２）採取した原材料を混合機、例えば、タンブラーミキサー、ヘンシェルミキサーなどで均一に混合する。
３）均一に混合した原材料を加圧成形用金型に投入し、 30 〜 80MPaの圧力で成形する。
４）金型から成形体を取り出し、加熱炉中で 350〜 390℃の温度で焼成する。
５）焼成した成形体を室温まで冷却する。
【００１０】
次に、円筒状成形体１をスカイブ加工によりシート状体２に成形する（図１（ｂ）および（ｃ））。室温まで冷却された円筒状成形体１の軸心を旋盤に取り付け、回転させながら刃物３により所定厚さのシート状体２を形成する。シート状体２の厚さは、図２に示すチップシールの幅ｔ₁および高さｔ₂のいずれかの厚さとなるように成形する。チップシールの渦巻形状を考慮した場合、チップシールの幅ｔ₂となるようにシート状体２の厚さを設定することが好ましい。
【００１１】
上記シート状体２を切削加工により棒状体４に成形する（図１（ｄ）および（ｅ））。
具体的には、シート状体２を裁断機械または複数の刃の間を通して所定幅寸法に切削する。
このときシート状体２を切削する方向は、図１（ｄ）に示すように、シート状体２の長手方向（Ａ方向）が好ましい。長手方向に加工することにより、棒状体から容易にチップシール形状に整形することができる。なお、チップシールの断面積が比較的小さい場合は、シート状体２の短手方向（Ｂ方向）とすることもできる。
【００１２】
棒状体４をチップシールの展開長さに切削し、外形を仕上げることによってチップシールが完成する。
なお、このチップシールはシール溝に嵌合する際、外形仕上げされた棒状のままシール溝に沿って嵌合しても良く、あらかじめ渦巻き状に整形してシール溝に嵌合しても良い。
渦巻き状に整形する方法としては、シール溝と同じ形状の容器に投入して加熱する方法などを採用することができる。
上記したように本発明は、チップシール材料をシート状体から棒状体に加工してチップシールとするので、材料ロスがなく、寸法精度に優れたチップシールを製造することができる。
【００１３】
本発明の製造方法によるチップシールは、フッ素樹脂を主成分とし、各種配合剤を配合してなるフッ素樹脂組成物より製造される。配合剤は特に限定されることなく、補強材、耐摩耗性付与材、潤滑特性向上材、クリープ防止材、酸化防止材等を挙げることができる。
フッ素樹脂は、四フッ化エチレン樹脂および変性四フッ化エチレン樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂である。
四フッ化エチレン樹脂は、−ＣＦ₂−ＣＦ₂−を構成単位として有する高分子量の樹脂であり、圧縮成形は可能であるが、射出成形は不可能な樹脂である。市販品としては、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン７Ｊ等を例示できる。
【００１４】
変性四フッ化エチレン樹脂は、−ＣＦ₂−ＣＦ₂−からなる構成単位と、パーフルオロアルキルエーテル基（−Ｃ_pＦ_2p −Ｏ−）（ pは 1〜4 の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ₂）q −）（ qは 1〜 20 の整数）が導入された四フッ化エチレン構成単位との共重合体である。
この変性四フッ化エチレン樹脂は、圧縮成形が可能で、射出成形が不可能な点で、四フッ化エチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体であるＰＦＡと異なる。変性四フッ化エチレン樹脂の市販品としては、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロンＴＧ７０Ｊ、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ１１１、ポリフロンＭ１１２、へキスト社製：ホスタフロンＴＦＭ１６００、ホスタフロンＴＦＭ１７００等を例示することができる。
【００１５】
フッ素樹脂組成物に配合される各種配合剤について説明する。特に補強材、耐摩耗性付与材およびクリープ防止材として作用する炭素繊維、無機繊維および有機繊維、耐摩耗性付与材および潤滑特性向上材として作用する銅系合金粉末等について説明する。
本発明に使用する炭素繊維は、ピッチ系、ＰＡＮ系、カーボン質、グラファイト質のいずれでも用いることができる。
【００１６】
炭素繊維の市販品は、ピッチ系として、呉羽化学社製：クレカミルドＭ１０１Ｓ、Ｍ１０１Ｆ、Ｍ１０１Ｔ、Ｍ１０７Ｓ、Ｍ１００７Ｓ、Ｍ２０１Ｓ、Ｍ２０７Ｓ、大阪ガスケミカル社製：ドナカーボンＳ２４１、Ｓ２４４、ＳＧ２４１、ＳＧ２４４を、ＰＡＮ系として、東レ社製：トレカミルドファイバーＭＬＤ３０、東邦レーヨン社製：ベスファイトＨＴＡ−ＣＭＦ０１６０−０Ｈ、ＣＭＦ００７０−０Ｈを挙げることができる。
【００１７】
また、耐摩耗性付与材としてグラファイトを用いることができる。グラファイトとしては、特に限定されるものではなく、天然黒鉛、または有機物を 1000 ℃〜 3000 ℃で焼成した人造黒鉛でもよい。また形状も球状、鱗片状または不定形状のいずれでもよい。
【００１８】
無機繊維および有機繊維は、フッ素樹脂組成物の成形温度、例えば 320℃〜 400℃の温度、に耐えるものが好ましい。
上記繊維としては、炭酸カルシウムウィスカ、酸化チタンウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硫酸カルシウムウィスカ、ウォラストナイト、チタン酸カリウムウィスカ、カーボンウィスカ、シリコンカーバイトウィスカ、サファイアウィスカなどのウィスカ類、タングステン心線または炭素繊維などにボロン、炭化ケイ素などを蒸着したいわゆるボロン繊維、炭化ケイ素繊維などの複合繊維、芳香族ポリイミド繊維などの耐熱性有機繊維を挙げることができる。
【００１９】
銅系合金粉末は、銅合金、例えば青銅、黄銅などの粉末であり、特に限定されない。銅−錫合金、銅−鉛合金、または銅−鉛−錫合金といった共晶粉末は、耐摩耗性に優れ特に好ましい。
銅系合金粉末の形状は、球状、片状、針状、涙滴状、その他周知の粉末形状であってもよいが、球状粉末は低摩擦係数で耐摩耗性が良好であるので特に好ましい。
【００２０】
【実施例】
実施例および比較例で用いた原材料を一括して以下に示す。なお、［］内は表１における略号を示し、表１での配合割合は全て重量％である。
１）四フッ化エチレン樹脂［ＰＴＦＥ］三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン７Ｊ
２）変性四フッ化エチレン樹脂［変性ＰＴＦＥ］三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロンＴＧ７０Ｊ
３）炭素繊維［ＣＦ］東レ社製：トレカＭＬＤ３０
４）グラファイト［ＧＲ］ロンザ社製：ＬｏｎｚａＫＳ６
５）銅系合金［ＢＲＯＺ］福田金属社製：ＡＴ３５０
６）無機繊維［ＩＯＦ］大塚化学社製ウィスカ：ティスモＮ
７）二硫化モリブデン［ＭｏＳ₂］スミコー潤滑社製：ＰＡ
【００２１】
実施例１〜実施例４
上記した原材料を表１に示す配合割合で採取し、これらをヘンシェルミキサーを用いて十分に混合した。この混合材料を所定の金型（ウチノリ寸法：外形 330mm、内径 100mm、高さ 330mm）に充填し 50MPaの圧力をかけ予備成形を行ない、得られた予備成形体を金型から取り出し、 360℃で 3時間加熱し円筒状成形体とした。
【００２２】
上記成形体を旋盤でスカイブ加工し厚さ 2mmのシート状素材に形成した。
これをカッター間隔 3mmのカット機に通し、幅 3mm、厚さ 2mm、長さ 3m 以上の棒状チップシール素材を得た。この素材を所定のスクロール型圧縮機のチップシール長さ（ 60mm ）に切断した。切断された棒状チップシール素材を渦巻き溝と同じ形状の容器に投入して 340℃で 30 分間加熱した後、取り出して放冷することにより、渦巻き形状のチップシールを得た。
【００２３】
比較例１
上記した原材料を表１に示す配合割合で採取し、実施例１と同じ製造方法を用いて円筒状成形体を得た。得られた成形体より、実施例１と同様にして厚さ 2mmのシート状素材を形成した。比較例１は、この 2mm厚のシート状素材を 5枚重ねて、パンチでチップシール形状に打ち抜き、渦巻き形状のチップシールを得た。
【００２４】
【表１】

【００２５】
実施例１〜実施例４による製造方法で形成したチップシールは、歩留まり率がいずれも 80 〜 90 ％であり、単体間の寸法精度もばらつきなく形成できた。これに対して比較例１による製造方法で形成したチップシールは、歩留まり率が 40 〜 50 ％であり、単体間の寸法精度もばらつきが目立った。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、フッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物を圧縮成形法で円柱状または円筒状成形体に成形する工程と、上記円柱状または円筒状成形体をスカイブ加工によりシート状体に成形する工程と、上記シート状体を切削加工により棒状体に成形する工程を含むので、フッ素樹脂を主成分とする材料を使用しても歩留まりよくスクロール型圧縮機用チップシールを製造することができる。また、得られたチップシールは単体間での寸法精度に優れる。
【００２７】
また、フッ素樹脂が、四フッ化エチレン樹脂および変性四フッ化エチレン樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂であるので、ドライ雰囲気においても摺動特性に優れたスクロール型圧縮機用チップシールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】チップシールの製造工程を示す模式図である。
【図２】チップシールの斜視図である。
【符号の説明】
１円筒状成形体
２シート状体
３刃物
４棒状体

Claims

射出成形が不可能なフッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物を圧縮成形法で円筒状成形体に成形する工程と、
前記円筒状成形体をスカイブ加工により、チップシールの幅および高さのいずれかの厚さとなる厚みを有し、前記円筒状成形体の軸方向長さの幅を有し、前記スカイブ加工により連続的に得られる長さを有するシート状体に成形する工程と、
前記シート状体を前記シート状体の幅方向または長さ方向に切削加工により棒状体に成形する工程と、
前記切削加工された棒状体をチップシールの展開長さに切削する工程とを含むことを特徴とするスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法。
前記チップシールの展開長さに切削して得られた棒状体をチップシール溝の形状をした容器に投入して加熱する工程を有することを特徴とする請求項１記載のスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法。
前記フッ素樹脂が、四フッ化エチレン樹脂および変性四フッ化エチレン樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法。