JP4873706B2

JP4873706B2 - 流体機械のシール構造

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Publication number: JP4873706B2
Application number: JP2006261638A
Authority: JP
Inventors: 完藤岡
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: US7491044B2; US20080075614A1; EP1908962A2; JP2008082213A; CN101153594A

Description

本発明は、スクロール式圧縮機、スクロール式真空ポンプ等に適用され、固定部材の内面に沿って移動する可動部材の端面に該可動部材の移動方向に沿ってシール用溝を刻設し、該シール用溝にシール部材を嵌合して該シール部材の摺接面を固定部材の内面に所定圧力で摺接させて、該シール部材の摺接面と固定部材の内面との間の流体シールを行なうようにした流体機械のシール構造に関する。

スクロール式圧縮機、スクロール式真空ポンプ等のスクロール式流体機械においては、固定スクロールに対応して設けられ回転駆動される可動スクロールと端板との間の作動流体のシール機能が該スクロール式流体機械の容積効率を大きく支配することから、該可動スクロールと端板との間のチップシール構造には、多くの技術が提供されている。
かかるスクロール式流体機械におけるチップシール構造は、一般に、端板の内面に沿って移動する可動スクロールの端面に該可動スクロールの移動方向に沿ってシール用溝を刻設し、該シール用溝にチップシール部材を嵌合して該チップシール部材の摺接面を前記端板の内面に所定圧力で摺接させて、該チップシール部材の摺接面と端板の内面との間の流体シールを行なうように構成されている。

図４は前記スクロール式流体機械における可動スクロールの斜視図であり、１は固定スクロール（図示省略）に対応して設けられ端板（図５参照）の内面に沿って移動する可動スクロールで、該可動スクロール１の基板６ａ上に渦巻き状に立設されたラップ６には、該可動スクロール１の移動方向（図４のＹ矢印方向）に沿って刻設されたシール用溝１０にチップシール部材２を嵌合している。
図５は前記可動スクロール１におけるチップシール構造の従来の一例を示し、図において、６は可動スクロール１のラップ、７は固定部材である端板、１０は前記ラップ６の端部に可動スクロール１の移動方向（図４のＹ矢印方向）に沿って刻設されたシール用溝である。０２ｓは該シール用溝１０に嵌合されたチップシール組立品で、端部の摺接面０８が前記端板７に摺接するチップシール０２及び該チップシール０２の内側に配置されたばね材からなるバックアップリング０５により構成される。
前記チップシール０２は、前記バックアップリング０５の外側面０５ａに当接されて、該バックアップリング０５のばね力及びバックアップリング０５の内側隙間９に導入される流体の圧力によって、その摺接面０８が前記端板７の内面に押し付けられて、該チップシール０２の摺接面０８と端板７の内面との間の流体シールを行なっている。

また、特許文献１（特開平４−２１４９７７号公報）には、端板の内面に沿って移動する可動スクロールの端面に該可動スクロールの移動方向に沿ってシール用溝を刻設し、該シール用溝にチップシールを嵌合して該チップシールの摺接面を前記端板の内面に所定圧力で摺接させて、該チップシールの摺接面と端板の内面との間の流体シールを行なうように構成されたチップシール構造において、前記チップシールを端板の内面に摺接するＣ形断面の外側シールの内周にＣ形断面のばねからなるバックアップ部材を嵌合し、さらに該バックアップ部材の内周にＯリングを嵌合させ、前記Ｏリング及びＣ形断面のバックアップ部材の弾力によって前記外側シールを端板の内面に所定圧力で摺接させている。

また、特許文献２（特開２００１−２４８５７６号公報）には、ラップに形成されたシール用溝内に端板の内面に摺接するチップシールを嵌合するとともに、該チップシールの背部にゴム材からなる中空円形断面のバックアップリングを設置して、該バックアップリングの弾性によって前記チップシールを前記端板の内面に押し付けるようにしたスクロール式流体機械のシール構造が開示されている。
特開平４−２１４９７７号公報特開２００１−２４８５７６号公報

スクロール式流体機械においては、作動中、可動スクロールのラップが高温になる。然るに、図５に示される従来技術にあっては、チップシール０２の内側に外側面０５ａを介して当接されたバックアップリング０５が、作動中高温になるラップ６と直接接触するため、該ラップ６からの伝熱によってバックアップリング０５が加熱されて熱劣化を生じ、該バックアップリング０５の耐久性が低下する。
また、前記バックアップリングの熱劣化によって、チップシール０２を所要圧力で端板の内面に押し付けて該チップシール０２の摺接面０８と端板７の内面との間の流体シールを行わしめるバックアップ機能が喪失し、前記流体シールによる作動流体のシール機能が低下して、容積効率の低下を招く。

また、特許文献１（特開平４−２１４９７７号公報）の技術にあっては、チップシールを、Ｃ形断面の外側シールの内周にＣ形断面のばねからなるバックアップ部材を嵌合し、さらに該バックアップ部材の内周にＯリングを嵌合させ、前記Ｏリング及びＣ形断面のバックアップ部材の弾力によって外側シールを端板の内面に所定圧力で摺接させる構造であるため、Ｃ形断面の外側シールの外周面が実質的に線接触で端板の内面に押し付けられることから該外側シールの接触部の面圧が上昇し、外側シールの耐久性が低下するとともに、外側シールの接触部のへたりが発生して、外側シールと端板内面とのシール性が低下し、スクロール式流体機械の容積効率の低下を招く。
また、Ｃ形断面の外側シールの内周にＣ形断面のばねからなるバックアップ部材を嵌合し、さらに該バックアップ部材の内周にＯリングを嵌合させ、前記Ｏリング及びＣ形断面のバックアップ部材の弾力によって外側シールを端板の内面に所定圧力で摺接させるように構成されているため、構造が複雑でチップシールの組立、分解工数が増加する。
等の問題がある。

また、特許文献２（特開２００１−２４８５７６号公報）にあっては、中空円形断面のバックアップリングの弾性力によってチップシールを安定した押付力で端板の内面に摺接させることができるが、ゴム材からなるバックアップリングが直接ラップのシール用溝に接触しているため、前記特許文献１と同様なバックアップリングの過熱の問題が残る。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、きわめて簡単でかつ組立、分解工数が容易な構造で以って、可動部材のシール溝とバックアップリングの接触を防止して、かかる接触に伴うバックアップリングの熱劣化の発生及びこれによる作動流体のシール機能の低下及び容積効率の低下を防止した流体機械のシール構造を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、固定部材の内面に沿って移動する可動部材の端面に該可動部材の移動方向に沿ってシール用溝を刻設し、該シール用溝にシール部材を嵌合して該シール部材の摺接面を前記固定部材の内面に所定圧力で摺接させて、該シール部材の摺接面と固定部材の内面との間の流体シールを行なうようにした流体機械のシール構造において、前記シール部材を前記摺接面方向の面で２分割して、前記摺接面が形成された上部リングと前記シール用溝の底面に臨む下部リングとを構成し、該上部リング及び下部リングの分割面に、前記シール用溝に臨むことなく且つ前記摺接面の方向に沿ってバックアップリング溝をそれぞれ刻設して、該バックアップリング溝に弾性材からなるバックアップリングを嵌合したことを特徴とする。

また、前記シール構造をスクロール式圧縮機あるいはスクロール式真空ポンプに適用した発明は、端板の内面に沿って移動する可動スクロールの端面に該可動スクロールの移動方向に沿ってシール用溝を刻設し、該シール用溝にチップシール部材を嵌合して該チップシール部材の摺接面を前記端板の内面に所定圧力で摺接させて、該チップシール部材の摺接面と端板の内面との間の流体シールを行なうようにしたスクロール式圧縮機あるいはスクロール式真空ポンプからなる流体機械のシール構造において、前記チップシール部材を前記摺接面方向の面で２分割して、前記摺接面が形成された上部リングと前記シール用溝の底面に臨む下部リングとを構成し、該上部リング及び下部リングの分割面に、前記シール用溝に臨むことなく且つ前記摺接面の方向に沿ってバックアップリング溝をそれぞれ刻設して、該バックアップリング溝に弾性材からなるバックアップリングを嵌合したことを特徴とする。
かかる発明において、具体的には、前記バックアップリングを、断面形状が円形断面あるいは多角形断面あるいは十字状断面のいずれかに形成する。

かかる発明によれば、固定部材の内面に摺接して移動する可動部材の端面に該可動部材の移動方向に沿って刻設されたシール用溝に嵌合されるシール部材を、前記固定部材への摺接面が形成された上部リングと前記シール用溝の底面に臨む下部リングとに摺接面方向の面で２分割し、
スクロール式圧縮機あるいはスクロール式真空ポンプからなる流体機械においては、端板の内面に摺接して移動する可動スクロールの端面に該可動スクロールの移動方向に沿って刻設されたシール用溝に嵌合されるチップシール部材を、前記端板への摺接面が形成された上部リングと前記シール用溝の底面に臨む下部リングとに摺接面方向の面で２分割し、
各分割面に、シール用溝に臨むことなく且つ前記摺接面の方向に沿ってバックアップリング溝をそれぞれ刻設して、該バックアップリング溝内に弾性材からなるバックアップリングを嵌合したので、前記シール用溝内のシール部材との隙間に流入する作動流体の圧力と弾性材からなる前記バックアップリングの弾力とで前記上部リングの摺接面を前記固定部材（前記端板）の内面に押圧して前記両面間の流体シールを確実にできる。

また、前記上部リングと下部リングとの分割面にシール用溝に臨むことなく上部リング及び下部リングの内側に位置するように刻設したバックアップリング溝内にバックアップリングを嵌合したので、バックアップリングが可動部材に接触することがなく、スクロール式圧縮機あるいはスクロール式真空ポンプの前記可動スクロールのように、可動部材が高温状態で作動しても、該可動部材からバックアップリングへの伝熱が抑制されて、前記従来技術のように、かかる伝熱によってバックアップリングが加熱されて熱劣化を生じるのを回避できる。
従って、固定部材の内面との接触に伴う熱劣化の発生を防止することにより、バックアップリングの耐久性が向上するとともに、上部リングの摺接面と固定部材（端板）との内面間に押付力を付与するバックアップリングのバックアップ機能が熱により低下するのを回避できて、前記可動スクロールのように高温作動状態にあっても、前記内面間の流体シールを常時確実に保持することが可能となり、高い容積効率を保持できる。

尚、前記バックアップリングの断面形状は円形断面が好適であるが、多角形断面あるいは十字状断面に形成することもできる。
バックアップリングの断面形状を多角形断面あるいは十字状断面に形成すれば、バックアップリングの多角形断面あるいは十字状断面の平面部によって、前記上部リングと下部リングとの相対的な廻り止めがなされるので、上部リングと下部リングとを相対回転することなく安定してシール用溝内に設置できる。

また、本発明は、前記シール部材あるいはチップシール部材を、前記上部リング及び下部リングが同一形状に形成されるとともに、前記上部リング及び下部リング及びバックアップリングが個別に前記シール用溝に組み込みあるいは該シール用溝から取外し可能に構成したことを特徴とする。

かかる発明によれば、上部リング及び下部リングを同一形状に形成し、且つ上部リング及び下部リング及びバックアップリングを個別にシール用溝に組み込みあるいは取外し可能に構成したので、上部リングと下部リングとの組み替えが自在にでき、上部リングの摺接面が摩耗した場合には、下部リングを上部リングの位置に組み替えて、該下部リングの上面を前記固定部材（端板）の内面との摺接面とすることにより、再使用することができる。従って、結果として、バックアップリングの使用寿命を延長できる。

本発明によれば、スクロール式圧縮機あるいはスクロール式真空ポンプからなる流体機械の端板等の固定部材の内面に摺接して移動する可動スクロール等の可動部材のシール用溝に嵌合されるシール部材を、固定部材への摺接面が形成された上部リングと前記シール用溝の底面に臨む下部リングとに摺接面方向の面で２分割し、各分割面に、シール用溝に臨むことなく上部リング及び下部リングの内側に位置するようにバックアップリング溝をそれぞれ刻設して、該バックアップリング溝内に弾性材からなるバックアップリングを嵌合したので、シール用溝内のシール部材との隙間に流入する作動流体の圧力と弾性材からなる前記バックアップリングの弾力とで前記上部リングの摺接面を前記固定部材（端板）の内面に押圧して前記両面間の流体シールを確実に行うことができるとともに、
バックアップリングが可動部材に接触することがなく、スクロール式圧縮機あるいはスクロール式真空ポンプの前記可動スクロールのような高温状態で作動する可動部材からバックアップリングへの伝熱を抑制できて、かかる伝熱によってバックアップリングが加熱されて熱劣化を生じるのを回避できる。
これにより、固定部材の内面と上部リングの摺接面との流体シールを確実に保持しつつ、バックアップリングの耐久性が向上するとともに、上部リングの摺接面と固定部材との内面間に押付力を付与するバックアップリングのバックアップ機能が熱により低下するのを回避できて、前記可動スクロールのように高温作動状態にあっても、前記内面間の流体シールを常時確実に保持することが可能となり、高い容積効率を保持できる。

また、本発明によれば、上部リング及び下部リングを同一形状に形成し、且つ上部リング及び下部リング及びバックアップリングを個別にシール用溝に組み込みあるいは取外し可能に構成したので、上部リングと下部リングとの組み替えが自在にでき、上部リングの摺接面が摩耗した場合には、下部リングを上部リングの位置に組み替えて、該下部リングの上面を前記固定部材（端板）の内面との摺接面とすることにより、再使用することができる。従って、結果として、バックアップリングの使用寿命を延長できる。

要するに本発明によれば、摺接面が形成された上部リングとシール用溝の底面に臨む下部リングとを構成し、該上部リング及び下部リングの分割面に、バックアップリング溝をそれぞれ刻設して、該バックアップリング溝にバックアップリングを嵌合するという、きわめて簡単でかつ組立、分解工数が容易な構造で以って、可動部材のシール溝とバックアップリングの接触を防止しかかる接触に伴うバックアップリングの熱劣化の発生及びこれによる作動流体のシール機能の低下及び容積効率の低下を防止した流体機械のシール構造を提供できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図４は本発明が適用されるスクロール式流体機械における可動スクロールの斜視図であり、１は固定スクロール（図示省略）に対応して設けられ端板７（図１参照）の内面に沿って移動する可動スクロールで、該可動スクロール１の基板６ａ上に渦巻き状に立設されたラップ６には、該可動スクロール１の移動方向（図４のＹ矢印方向）に沿って刻設されたシール用溝１０にチップシール２を嵌合している。
本発明は、かかるスクロール式流体機械に適用されるシール部材（チップシール）の摺接面と固定部材の内面との間の流体シールを行なうシール構造に関するものである。

図１は、本発明の第１実施例に係るスクロール式流体機械のチップシール構造を示す要部断面図（図４のＡ−Ａ線断面図）である。
図１において、６は前記可動スクロール１のラップ、７は固定部材を構成する端板、１０は前記ラップ６の端部に前記可動スクロール１の移動方向（図４のＹ矢印方向）に沿って刻設されたシール用溝である。
２は該シール用溝１０に嵌合されたチップシールで、前記端板７の内面への摺接面８が形成された上部リング３と、前記シール用溝１０の底面１０ａに臨む下部リング４とに、前記摺接面方向の面で２分割して構成される。

３ａ及び４ａは、前記上部リング３及び下部リング４の分割面３ｂ及び４ｂに刻設された円形状のバックアップリング溝で、該バックアップリング溝３ａ及び４ａは前記シール用溝１０に臨むことなく該上部リング３及び下部リング４の内側つまり中央部に位置するように刻設されている。
５は弾性材からなるバックアップリングで、前記バックアップリング溝３ａ及び４ａ嵌合されている。

かかる第１実施例によれば、端板７の内面に摺接して移動する可動スクロール１の端面に該可動スクロール１の移動方向に沿って刻設されたシール用溝１０に嵌合されるチップシール２を、前記端板７への摺接面８が形成された上部リング３と前記シール用溝１０の底面１０ａに臨む下部リング４とに摺接面方向の面で２分割し、各分割面３ｂ，４ｂに、前記シール用溝１０に臨むことなく且つ前記摺接面８の方向に沿ってバックアップリング溝３ａ，４ａをそれぞれ刻設して、該バックアップリング溝３ａ，４ａ内に弾性材からなるバックアップリング５を嵌合したので、前記シール用溝１０内のチップシール２との隙間９に流入する作動流体の圧力と、弾性材からなる前記バックアップリング５の弾力とで前記上部リング３の摺接面８を前記端板７の内面に押圧して前記両面間の流体シールを確実に行うことができる。

また、かかる第１実施例によれば、前記上部リング３と下部リング４との分割面３ｂ，４ｂにシール用溝１０に臨むことなく該上部リング３及び下部リング４の内側に位置するように刻設したバックアップリング溝３ａ，４ａ内にバックアップリング５を嵌合したので、該バックアップリング５が可動スクロール１のラップ６に接触することがなく、作動時に該ラップ６が高温になっても、該ラップ６からバックアップリング５への伝熱が抑制されて、かかる伝熱によってバックアップリング５が加熱されて熱劣化を生じるのを回避できる。
これにより、バックアップリング５の耐久性が向上するとともに、上部リング３の摺接面８と端板７の内面間に押付力を付与するバックアップリング５のバックアップ機能が熱によって低下するのを回避できて、前記可動スクロール１が高温作動状態にあっても、前記内面間の流体シールを常時確実に保持することが可能となり、高い容積効率を保持できる。

また、かかる第１実施例によれば、上部リング３及び下部リング４を同一形状に形成し、且つ上部リング３及び下部リング４及びバックアップリング５を個別にシール用溝１０に組み込みあるいは取外し可能に構成したので、上部リング３と下部リング４との組み替えが自在にでき、上部リング３の摺接面８が摩耗した場合には、下部リング４を上部リング３の位置に裏返して組み替えて、該下部リング４の上面を前記端板７の内面との摺接面８とすることにより、再使用することができる。また、可動スクロール１のラップ６に取り付けられている上部リング３及び下部リング４及びバックアップリング５を、劣化の状況に応じて、固定スクロール側のラップに取り付けられている上部リング、下部リング、バックアップリングと入れ替えて再使用することもできる。すなわち、熱劣化の受けにくい側のスクロールに装着されている上部リング、下部リング、バックアップリングを再使用することもできる。従って、その結果として、バックアップリング５の使用寿命を延長できる。

図２（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
この第２実施例においては、前記バックアップリング５の断面形状を４隅に面取りを施した４角形断面に形成している。
図２（Ａ）の場合は、４角形断面を４５°傾斜させて、３角形状のバックアップリング溝３ａ及び４ａに嵌合している。図２（Ｂ）の場合は、４角形断面の辺部を上下方向に向けて、４角形状のバックアップリング溝３ａ及び４ａに嵌合している。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる第２実施例によれば、バックアップリング５及びバックアップリング溝３ａ，４ａの平面部によって、前記上部リング３と下部リング４との相対的な廻り止めがなされるので、該上部リング３と下部リング４とを相対回転することなく安定してシール用溝１０内に設置できる。

図３は本発明の第３実施例を示す図１対応図である。
この第３実施例においては、前記バックアップリング５の断面形状を十字状断面に形成し、垂直部５ｙを４角形状のバックアップリング溝３ａ及び４ａに嵌合し、水平部５ｚを上部リング３及びと下部リングの分割面３ｂ，４ｂ間に挟み込んでいる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる第３実施例によれば、バックアップリング５の垂直部５ｙと水平部５ｚ、及びバックアップリング溝３ａ，４ａの平面部によって、前記上部リング３と下部リング４との相対的な廻り止めがなされるので、該上部リング３と下部リング４とを相対回転することなく安定してシール用溝１０内に設置できる。

本発明によれば、きわめて簡単でかつ組立、分解工数が容易な構造で以って、可動部材のシール溝とバックアップリングの接触を防止して、かかる接触に伴うバックアップリングの熱劣化の発生及びこれによる作動流体のシール機能の低下及び容積効率の低下を防止した流体機械のシール構造を提供できる。

本発明の第１実施例に係るスクロール式流体機械のチップシール構造を示す要部断面図（図４のＡ−Ａ線断面図）である。（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２実施例を示す図１対応図である。本発明の第３実施例を示す図１対応図である。本発明が適用されるスクロール式流体機械の可動スクロールの斜視図である。従来技術を示す図１対応図である。

符号の説明

１可動スクロール
２チップシール
３上部リング
４下部リング
３ａ，４ａバックアップリング溝
３ｂ，４ｂ分割面
５バックアップリング
６ラップ
７端板
８摺接面
１０シール用溝

Claims

固定部材の内面に沿って移動する可動部材の端面に該可動部材の移動方向に沿ってシール用溝を刻設し、該シール用溝にシール部材を嵌合して該シール部材の摺接面を前記固定部材の内面に所定圧力で摺接させて、該シール部材の摺接面と固定部材の内面との間の流体シールを行なうようにした流体機械のシール構造において、前記シール部材を前記摺接面方向の面で２分割して、前記摺接面が形成された上部リングと前記シール用溝の底面に臨む下部リングとを構成し、該上部リング及び下部リングの分割面に、前記シール用溝に臨むことなく且つ前記摺接面の方向に沿ってバックアップリング溝をそれぞれ刻設して、該バックアップリング溝に弾性材からなるバックアップリングを嵌合したことを特徴とする流体機械のシール構造。
端板の内面に沿って移動する可動スクロールの端面に該可動スクロールの移動方向に沿ってシール用溝を刻設し、該シール用溝にチップシール部材を嵌合して該チップシール部材の摺接面を前記端板の内面に所定圧力で摺接させて、該チップシール部材の摺接面と端板の内面との間の流体シールを行なうようにしたスクロール式圧縮機あるいはスクロール式真空ポンプからなる流体機械のシール構造において、前記チップシール部材を前記摺接面方向の面で２分割して、前記摺接面が形成された上部リングと前記シール用溝の底面に臨む下部リングとを構成し、該上部リング及び下部リングの分割面に、前記シール用溝に臨むことなく且つ前記摺接面の方向に沿ってバックアップリング溝をそれぞれ刻設して、該バックアップリング溝に弾性材からなるバックアップリングを嵌合したことを特徴とする流体機械のシール構造。
前記バックアップリングは、断面形状が円形断面あるいは多角形断面あるいは十字状断面のいずれかに形成されたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の流体機械のシール構造。
前記シール部材あるいはチップシール部材は、前記上部リング及び下部リングが同一形状に形成されるとともに、前記上部リング及び下部リング及びバックアップリングを個別に前記シール用溝に組み込みあるいは該シール用溝から取外し可能に構成したことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の流体機械のシール構造。