JP4711659B2

JP4711659B2 - スクロール型圧縮機用チップシール

Info

Publication number: JP4711659B2
Application number: JP2004312416A
Authority: JP
Inventors: 繁夫小林
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: JP2006125242A

Description

この発明は、スクロール型圧縮機用チップシールおよびその製造方法に関する。

一般的なスクロール型圧縮機は、図５乃至図７に示すように、基板１０の片面に渦巻壁１１を形成した一対のスクロール部材１２、１３を対向位置に配置して渦巻壁１１を偏心状態にかみ合わせ、その一対のスクロール部材１２、１３を相対的に公転運動させて渦巻壁１１間に形成された作動空間１４を外周から中心に向けて移動させながら作動空間１４内の流体を圧縮し、その圧縮流体を中心部の吐出口１５から吐出させる。

上記スクロール型圧縮機においては、作動空間１４内の流体の漏洩を防止するために、渦巻壁１１の軸方向端面に渦巻状のシール溝１６を形成し、そのシール溝１６内に渦巻状で長手方向に幅が均等なチップシール１７を収納し、そのチップシール１７を作動空間１４内の流体圧力によって、対向するスクロール部材１２または１３の基板１０に圧接させるようにしている。

このようなチップシールの製造方法としては、フッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物を押出し成形法で円筒状成形体に成形し、これを輪切りに切削してリング状とし、さらに外周面から内周面に向かって渦巻状に切削加工するスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法が知られている（特許文献１参照）。

また、上記以外の製造方法として、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または円柱状成形体に成形し、これをスカイブ加工によりシート状体に成形し、このシート状体を切削加工により棒状体に成形するスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法も知られている（特許文献２参照）。

また、上記以外のチップシールの形態として、例えば外形状が図１に示されるような渦巻の中心に幅広シール部１を有する渦巻線状のスクロール型圧縮機用チップシールが周知である。

このようなチップシールの製造方法は、上記従来技術で製造したフッ素樹脂製のシート素材をプレス打ち抜き加工により製造する方法が一般的であった。

特開２０００−２４０５７８号公報（請求項１）特開２０００−２４０５７９号公報（請求項２）

しかし、上記したようにシート素材をプレス打ち抜き加工により製造する従来の渦巻線状のチップシールの中心に幅広シール部を有するスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法は、一定面積のシート素材にプレス打ち抜きの型をできるだけ多く配置するという手段でのみしかシート材料を効率よく使用することができないという問題点があり、いわゆる材料の歩留まりが悪くてコスト高となる欠点がある。

また、プレス打ち抜き加工を行なうときに使用する打ち抜き刃物にはテーパーまたは勾配があるので、シート素材の切断面がシート面に対して直交せず、すなわち渦巻線状のチップシールの断面が台形状になってシール性能を低下させるという問題点もある。

また、円柱状成形体のスカイブ加工によって形成されたシート素材は、巻き癖（カール）がついているので、これをプレス打ち抜き加工して製造されたチップシールにも巻き癖が反りとなって残り、これを後加工の熱盤プレスによる熱固定で「反り直し」処理を行なう必要があった。

特に、厚さが１．４ｍｍを超えるような厚肉のチップシールを製造する場合には、プレス打ち抜き用刃物の製作やメンテナンスが容易でなく、さらに厚さが１．８ｍｍを超える厚肉チップシールでは打ち抜き後にプレスから取り外す作業も容易ではなく、製造作業を容易に行なえなかった。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決してシート材料を効率よく使用することができ、材料の歩留まりが良いスクロール型圧縮機用チップシールとし、またそのようなチップシールの製造方法とすることであり、さらにチップシールの断面を矩形（直角四辺形）としてシール性能が確実に発揮され、巻き癖（反り）もなく、また厚肉のチップシールも容易に製造できるスクロール型圧縮機用チップシールを製造することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、渦巻線状のチップシールの中心に配置される幅広シール部品と、この幅広シール部品以外の均等幅の線状部品とからなるスクロール型圧縮機用チップシールをスクロール型圧縮機のチップシール溝内で合体させて設け、前記幅広シール部品はフッ素樹脂シートの第１の切削加工品からなると共に、前記均等幅の線状部品はフッ素樹脂シートを線状に形成した第２の切削加工品からなるスクロール型圧縮機用チップシールとしたのである。

上記した構造のスクロール型圧縮機用チップシールは、フッ素樹脂シートの第１の切削加工品および第２の切削加工品から構成することにより、それぞれの形状に適した切削加工により製造された幅広シール部品と線状部品とを合体させて構成できるから、シート材料を効率よく使用することができて材料歩留まりの良いスクロール型圧縮機用チップシールになる。

また、前記の課題を解決するために、渦巻線状のチップシールの中心に幅広シール部を有するスクロール型圧縮機用チップシールの製造工程が、前記幅広シール部の製造工程と、前記幅広シール部以外の均等幅の線状部の製造工程とからなり、前記幅広シール部はフッ素樹脂シートの第１の切削加工によって作製し、前記均等幅の線状部はフッ素樹脂シートを線状に第２の切削加工することによって作製し、分割して製造された幅広シール部品と均等幅の線状部品をスクロール型圧縮機のチップシール溝内で合体させることからなるスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法としたのである。

上記したように構成されるこの発明の方法では、渦巻線状チップシールの中心部分の幅広シール部を全体から分割してフッ素樹脂シートの切削加工によって作製するから、切削時に不使用部分が多く発生しやすい渦巻線状チップシールの外側部分を中心部分と一体に作製しないことにより、所定面積当たりのフッ素樹脂シートに対して効率よく幅広シール部品を製造できる。

このような幅広シール部品の製造工程における切削加工は、マシニングセンタ、ＮＣフライス、ＮＣカッター、ウォーターカッターまたはレーザーカッターを用いた切削加工を採用することが、断面が矩形状の幅広シール部品を作製できるので好ましい。

また、均等幅の線状部品についてもフッ素樹脂シートを線条（棒状またはひも状など）に切削加工することによって作製するから、フッ素樹脂シートから不使用部分が殆ど発生せず効率よくフッ素樹脂製シートを使用できる。

これらの幅広シール部品の製造工程と、前記幅広シール部品から分離された均等幅の線状部品の製造工程は、いずれもシート材料を効率よく使用することができ、これにより材料歩留まりの良いスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法になる。

さらに、チップシールの均等幅の線状部品もフッ素樹脂シートを線状に切削加工することによって断面形状が矩形になり、これによりスクロール型圧縮機のコンプレッサーや真空ポンプの圧縮効率が向上する。すなわち、スクロール型圧縮機が、真空ポンプ用スクロール型圧縮機である場合には、上記した有利な作用を確実に奏する有利なスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法となる。

この発明は、幅広シール部品とそれ以外の均等幅の線状部品とからなるスクロール型圧縮機用チップシールとし、これらをスクロール型圧縮機のチップシール溝内で合体させて設けたので、シート材料を効率よく使用することができて材料歩留まりの良いスクロール型圧縮機用チップシールになる利点がある。また、チップシールの断面が矩形状となってシール性能が確実に安定して発揮される利点もある。

また、この発明の製造方法では、渦巻線状のチップシールの中心に幅広シール部を有するスクロール型圧縮機用チップシールの製造工程を、前記幅広シール部の所定の製造工程と、前記幅広シール部から分割された均等幅の線状部の所定製造工程とから構成したので、シート材料を効率よく使用することができて材料歩留まりの良いスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法となる。さらにチップシールの断面が矩形状となってシール性能が確実に安定して発揮され、巻き癖もなく、肉厚のチップシールも容易に製造できるスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法となる利点もある。

この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、実施形態のスクロール型圧縮機用チップシールは、渦巻線状のチップシールの中心に幅広シール部１を有し、それに連続する渦巻を、均等幅の線状部２で構成したスクロール型圧縮機用チップシールであり、これは以下の製法により作製できるものである。

そして、図２および図３に示すように、実施形態では、製造工程を幅広シール部１の製造工程と、幅広シール部１から分離された均等幅の線状部２の製造工程とに分割しており、幅広シール部品３はフッ素樹脂シート４（図４参照）によって作製する。

さらに、図４に示すように、均等幅の線状部品５はフッ素樹脂シート４を棒状またはひも状に切削加工することによって作製する。

ここで、この発明に用いるフッ素樹脂シートの材料について説明すると、フッ素樹脂シートは、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ことが好ましい。

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。

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。

フッ素樹脂組成物に配合される各種配合剤としては、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を配合することが好ましい。炭素繊維としては、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。

耐摩耗性付与材としては、グラファイトを例示できる。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℃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。

次に、幅広シール部品３と均等幅の線状部品５について、両部品の製造上の共通素材（材料）となるフッ素樹脂シートの製造方法について説明する。

まず、図４（ａ）の一部に示すように、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６に成形する。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。

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。

次に、図４（ａ）の一部に示すように、円筒状成形体６をスカイブ加工によりシート状体４に成形する。すなわち、室温まで冷却された円筒状成形体６の軸心を旋盤（図示せず。）に取り付け、回転させながら刃物７により所定厚さのフッ素樹脂シート４を形成する。

フッ素樹脂シート４の厚さは、チップシールの均等幅の線条部の幅ｔ₁および高さｔ₂のいずれかの厚さとなるように成形すればよいが、チップシールの渦巻形状に整形しやすい点を考慮した場合、チップシールの幅ｔ₂となるようにフッ素樹脂シート４の厚さを設定することが好ましい。

このようにして得られたフッ素樹脂シート４について、切削加工を行ない、前述の図２に示す平面図が勾玉に類似した形状の幅広シール部品３を得た。

なお、幅広シール部品３の切削加工では、反り直し処理をしたフッ素樹脂シート４を定盤上において両面接着テープ、接着剤、吸引などの方法で固定し、エンドミル、カッターなどの刃、またはレーザー光線、ウォータージェットなどでカットした。このような方法でカットした幅広シール部品３の切断面は矩形になり、シール性のよい部品が得られた。

一方、別途設けたフッ素樹脂シート４を別工程の切削加工で均等幅の線状部品５に成形した。
すなわち、フッ素樹脂シート４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した。このときフッ素樹脂シート４を切削する方向は、図４（ｂ）に示すように長手方向（図中のＡ方向）が好ましい。このように長手方向（Ａ方向）に加工することにより、均等幅の線状部品５から容易にチップシールに成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くする場合は、フッ素樹脂シート４の短手方向（Ｂ方向）に切削してもよい。

均等幅の線状部品５をチップシールの展開長さに切削し、外形を渦巻状に成形して仕上げることによってチップシールが完成する。このようにすると、シート素材からの歩留まりが、チップシール全体をプレス打ち抜き加工した場合に比べて約５倍に向上する。

なお、チップシールをスクロールの渦巻壁端面に形成されたシール溝に嵌合させる際には、棒状のままシール溝に沿って嵌合させても良く、また予め渦巻状に整形してからシール溝に嵌合しても良い。

渦巻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。このようにチップシールの材料をシート状から均等幅の線状部品５に加工してチップシールにすることにより、プレス打ち抜きをした場合のような材料の損失がなく、またチップシールの断面が矩形状で寸法精度とシール性に優れたものを製造することができる。

なお、シート素材の反り方向をシール溝幅方向に一致させることで、インボリュート形状の溝への均等幅の線状部品５の挿入が容易になり、反り直しも不要となり、製作工程数を削減して製造効率の向上が図れる。

上述した実施形態においては、シール断面の矩形形状の精度が確保され、従来品ではシール断面の台形形状により上辺と下辺の差がプレス打ち抜き刃物の勾配によって発生していたが、スカイブシートの切削加工により、上辺と下辺の差が約２０％以下になり、充分に矩形状に近づいた。

また、実施形態によりチップシール製作上の歩留まりが従来品より５０％も向上し、またチップシールの断面形状を矩形化したことにより、シール性が向上し、スクロールコンプレッサの組み立て時の慣らし運転、真空引き試験運転の所要時間が約半分に短縮された。

実施形態の製造方法で製造したスクロール型圧縮機用チップシールの平面図実施形態の製造方法で製造したスクロール型圧縮機用チップシールの幅広シール部品実施形態の製造方法で製造したスクロール型圧縮機用チップシールの均等幅の線状部品実施形態の製造方法における均等幅の線状部品の切削加工工程の説明図スクロール型圧縮機のスクロール部材を示す斜視図スクロール型圧縮機の概略図図６のVII-VII線に沿った断面図

符号の説明

１幅広シール部
２均等幅の線状部
３幅広シール部品
４フッ素樹脂シート
５均等幅の線状部品
６円筒状成形体
７刃物
１０基板
１１渦巻壁
１２、１３スクロール部材
１４作動空間
１５吐出口
１６シール溝
１７チップシール

Claims

渦巻線状のチップシールの中心に配置される幅広シール部品と、この幅広シール部品以外の均等幅の線状部品とからなるスクロール型圧縮機用チップシールをスクロール型圧縮機のチップシール溝内で合体させて設け、前記幅広シール部品はフッ素樹脂シートを平面視が勾玉形状で断面矩形状に切削した第１の切削加工品からなると共に、前記均等幅の線状部品はフッ素樹脂シートをチップシールの線状部品展開長さで断面矩形状の線状に切削し、前記フッ素樹脂シートの反り方向をチップシール溝幅方向に一致させて設けた第２の切削加工品からなる真空ポンプ用スクロール型圧縮機用チップシール。
渦巻線状のチップシールの中心に幅広シール部を有するスクロール型圧縮機用チップシールの製造工程が、前記幅広シール部の製造工程と、前記幅広シール部以外の均等幅の線状部の製造工程とからなり、前記幅広シール部はフッ素樹脂シートを平面視が勾玉形状で断面矩形状に切削する第１の切削加工によって作製し、前記均等幅の線状部はフッ素樹脂シートをチップシールの線状部展開長さで、前記フッ素樹脂シートの反り方向をチップシール溝幅方向に一致させて断面矩形状の線状に第２の切削加工をすることによって作製し、前記幅広シール部品と前記均等幅の線状部品をスクロール型圧縮機のチップシール溝内で合体させることからなるスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法。
第１の切削加工が、マシニングセンタ、ＮＣフライス、ＮＣカッター、ウォーターカッターまたはレーザーカッターを用いた切削加工である請求項２に記載のスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法。
スクロール型圧縮機が、真空ポンプ用スクロール型圧縮機である請求項２または３に記載のスクロール型圧縮機用チップシールの製造方法。