JP3516160B2 - スクロール流体機械におけるシール構造およびスクロール流体機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジングにおけ
る圧縮室を形成する固定鏡板の表面に渦巻状の固定ラッ
プを立設した固定スクロールと、旋回鏡板の表面に渦巻
状の旋回ラップを立設した旋回スクロールとを、互いに
１８０°ずらして嵌合させ、旋回スクロールを、駆動軸
により固定スクロールに対して旋回させるようにすると
ともに、旋回スクロールの外周部に設けた補助クランク
軸機構等により、その自転を阻止してなるスクロール形
の真空ポンプ、もしくは圧縮機等のスクロール流体機械
に関し、より詳しくは、この種機械におけるシール部材
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】前項に記載したようなスクロール流体機
械は、関係技術者にとっては周知であるが、念のため、
特開昭５５−６４１８０号公報中に記載されているもの
を、例にとって説明する。

【０００３】なお、本明細書において、内周外周とは、
固定および旋回スクロールの径方向について言い、内側
外側とは、同じく軸線方向について言うものとする。

【０００４】図７において、(１)は、吸入孔(９)と吐出
孔(10)を設けた固定鏡板(1a)と、この固定鏡板(1a)より
内側方向(図では右方)へ向って直立するインボリュート
曲線状、またはこの曲線に近似する曲線状に形成され固
定ラップ(1b)とからなる固定スクロールで、ハウジング
(６)に固定されている。

【０００５】(２)は、旋回鏡板(2a)と、この旋回鏡板(2
a)より外側方向(図では左方)へ向って直立するインボリ
ュート曲線状、またはこの曲線に近似する曲線状に形成
された旋回ラップ(2b)とからなる旋回スクロールで、ハ
ウジング(６)に軸受(５)を介して回転自在に支持された
駆動軸(３)に、偏心的に取付けられている。

【０００６】(４)は、旋回スクロール(２)の旋回鏡板(2
a)とハウジング(６)との間に介設されたオルダムリン
グ、(７)は、旋回鏡板(2a)とハウジング(６)との間に形
成されたハウジング室、(８)は、固定スクロール(１)の
固定ラップ(1b)と旋回スクロール(２)の旋回ラップ(2b)
との間に形成された密閉空間、(11)は、気体流入部、(1
2)は、固定スクロール(１)のシール部(1c)に設けられた
環状シール溝である。

【０００７】環状シール溝(12)内には、シール部材(13)
が、その外側に設けた弾性体(14)とともに嵌合されてい
る。

【０００８】前記各スクロール(１)(２)のラップ(1b)お
よび(2b)の先端面には、図示しない断面凹形のチップシ
ール溝が形成され、各チップシール溝には、耐摩耗性、
自己潤滑性のある図示しないチップシールが嵌合されて
いる。

【０００９】駆動軸(３)を介して旋回スクロール(２)を
偏心回転させると、吸入孔(９)より吸入された気体は、
両スクロール(１)(２)のラップ(1b)(2b)により形成され
た密閉空間(８)に閉じ込められて漸次圧縮され、高温高
圧となって、吐出孔(10)より吐出する。

【００１０】シール部材(13)により、気体がハウジング
室(７)からガス作動室(11)へ漏洩するのが防止される。

【００１１】なお、旋回スクロール(２)の旋回運動によ
り、図示しない旋回スクロール(２)の先端面のチップシ
ールは、固定鏡板(1a)に摺接するが、このチップシール
が摺接する固定鏡板(1a)の表面粗さは、チップシールの
摺接面より内周における固定鏡板(1a)の表面粗さよりも
小さくしてある。チップシールのシール性、摩耗性を考
慮し、チップシールが摺接する個所における固定鏡板(1
a)の表面粗さは、０.０１〜０.５μmRaとすることが望
ましい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
ものでは、シール部材(13)は、その外側に設けた弾性体
(14)により、旋回鏡板(2a)を弾圧しているため、一応の
シール性は得られるが、シール部材(13)の外周から内周
方向へ流入しようとする気体を完全に遮断することは困
難である。

【００１３】すなわち、スクロール流体機械が圧縮機で
あろうと、真空ポンプであろうと、シール部材(13)の内
周と外周との間には差圧が存在するため、シール部材(1
3)のシール性と、その旋回鏡板(2a)に対する押圧力のい
かんにより、得られる圧縮気体の圧力もしくは真空度に
大きな影響が表われる。

【００１４】そのため、内外周で差圧を有する気体は、
シール部材(13)と環状シール溝(12)の内外周面との間、
シール部材(13)と弾性体(14)との間、およびシール部材
(13)と旋回鏡板(2a)との間から漏洩しようとする。

【００１５】しかし、シール部材(13)は閉結リング状を
なしているため、その内周面または外周面に受ける圧力
により、完全に真円状態を保ったままで、拡径もしくは
縮径することはなく、円周方向に見て部分的に、径方向
の変形量に差が生じるのは避けられない。そのため、相
手側部材に対する圧接力は、円周方向の各部において相
違することとなり、受ける圧力が一定であっても、部分
的にシール性に差違が生じ、このシール性の小さな個所
においては、気体の遮断力は低下する。

【００１６】また、遮断性を高くするために、弾性体(1
4)を強力として、シール部材(13)の旋回鏡板(2a)に対す
る押圧力を大とすると、シール部材(13)の摩耗は大とな
るとともに、旋回スクロール(２)の回転抵抗も大となる
ので、弾性体(14)の強さにも、自からなる限度がある。

【００１７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑み、簡単な構造をもって、良好なシール性が得られる
ようにするとともに、円周方向の各部におけるシール性
が常に均一となるようにした、シール部材を備えるスク
ロール流体機械を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は次のようにして解決される。 (１)固定鏡板に設けた渦巻状の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、旋回鏡板より
渦巻状の旋回ラップを立設してなる旋回スクロールにお
ける旋回ラップを相互に嵌合するとともに、旋回スクロ
ールを、自転することなく固定スクロールに対して旋回
させるようにしたスクロール流体機械において、前記固
定鏡板と旋回鏡板の対向面に環状シール溝を形成し、こ
の環状シール溝内に、相手側の端面に当接しうる摺動部
材と、この摺動部材の外側に一体的に形成され、弾性材
料からなるとともに、径方向を向く支持片の内周端よ
り、外側方向を向くリップ状受圧片を突設してなる可撓
性ある受圧部材とからなるシール部材を嵌設し、スクロ
ール流体機械の運転に伴う内部流体の圧力により、前記
摺動部材は、相手側のスクロールの鏡板を押圧してシー
ルし、かつ前記受圧部材のリップ状受圧片は、その外周
側に作用する大気圧によって、前記環状シール溝の内周
面を押圧してシールするようにする。

【００１９】(２)上記(１)項において、受圧部材を、摺
動部材における流体圧力が作用する側に向かって開口す
るＵ状断面のものとする。

【００２０】(３)上記(１)項または(２)項において、受
圧部材を、摺動部材における流体圧力が作用する側を向
く凹入部を有するものとする。

【００２１】(４)上記(３)項において、受圧部材を、摺
動部材における幅方向の両側に凹入部を有するものとす
る。

【００２２】(５)上記(４)項において、各側における凹
入部を、食い違い位置に設ける。

【００２３】(６)上記(１)項または(２)項において、受
圧部材を、流体圧力が作用する側に傾斜面を有する筒状
のものとする。

【００２４】(７)上記(１)〜(６)項のいずれかにおい
て、受圧部材の環状シール溝に対する当接面に、環状シ
ール溝の側面に向かって突出する***部を設ける。

【００２５】(８)上記(１)〜(７)項のいずれかにおい
て、摺動部材と受圧部材を、異なる材料からなるものと
する。

【００２６】(９)上記(１)〜(７)項のいずれかにおい
て、摺動部材と受圧部材を、同一の材料からなる一体物
とする。

【００２７】(10)上記(１)〜(９)項のいずれかにおい
て、シール部材が摺接する端板の表面粗さを、シール部
材の摺接面の内側面の端板の表面粗さよりも小とする。

【００２８】(11)上記(１)〜(10)項のいずれかに記載の
シール構造を有するスクロール流体機械。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、図７に基いて前
記したような基本的構成を備える各種のスクロール流体
機械において、その環状シール溝内に嵌設されるシール
部材の構造にあるので、以下、本発明に直接関係する部
分のみを拡大して示す図１〜図６に基づいて説明する。

【００３０】図１および図２は、本発明におけるシール
部材の第１の実施の形態を、スクロール真空ポンプに適
用した例を示す。

【００３１】図１における環状シール溝(21)は、図７に
示したものと同様に、固定スクロール(22)の内側面に設
けられ、その開口部は、旋回スクロール(23)の旋回鏡板
(23a)と対向している。

【００３２】環状シール溝(21)は、断面方形をなし、そ
の中に環状のシール部材(24)が嵌設されている。シール
部材(24)は、低摩擦で耐熱耐摩耗性を有する自己潤滑材
料、例えば「テフロン」(商標)等のやや硬質の合成樹
脂、もしくは金属からなるやや偏平の方形の摺動部材(2
5)の外側面に、フッソゴム等のシール性を有する弾性材
料からなり、かつ径方向を向く支持片(26a)の内周端よ
り、外側方向を向くリップ状受圧片(26b)を突設してな
る可撓性ある受圧部材(26)を、接着剤等の化学的結合手
段もしくは加熱処理等により、一体化して形成されてい
る。

【００３３】摺動部材(25)の内側面は、できるだけ低摩
擦となるように、おおむね鏡面状に仕上げられている。

【００３４】摺動部材(25)の径方向の幅(Ｗ2)は、環状
シール溝(21)の径方向の幅(Ｗ1)よりも若干小さくして
ある。環状シール溝(21)の軸線方向の深さは、ｗ1より
やや大となっている。可撓性の受圧部材(26)の支持片(2
6a)の径方向の幅は、摺動部材(25)の幅ｗ2とほぼ等し
く、両者は整合して重合されている。

【００３５】受圧部材(26)の受圧片(26b)の内周面は、
支持片(26a)の内側端よりやや外側方の個所より、内周
方向に若干量(図におけるｗ3)突出もしくは***してい
る。

【００３６】しかして、摺動部材(25)および受圧部材(2
6)の支持片(26a)の外周面と、環状シール溝(21)の外周
面との間には、ｗ3とほぼ等しいか、それよりやや小さ
い間隙ｗ4が存在する。

【００３７】なお、固定スクロール(22)と旋回スクロー
ル(23)の旋回鏡板(23a)との対向面には、ごく僅かの軸
線方向の間隙ｗ5が設けられている。

【００３８】スクロール真空ポンプの作動に伴い、環状
シール溝(21)の内周側の気圧が減少すると、大気圧が、
固定スクロール(22)と旋回スクロール(23)の旋回鏡板(2
3a)との対向面における間隙ｗ5を経て、外周側より環状
シール溝(21)内に作用する。

【００３９】そのため、摺動部材(25)および受圧部材(2
6)は、内周方向へ僅かに変位するとともに、大気圧が作
用している受圧部材(26)の支持片(26a)により、摺動部
材(25)は、旋回スクロール(23)の旋回鏡板(23a)の方向
へ押圧され、受圧部材(26)の受圧片(26b)は、環状シー
ル溝(21)の内周面を押圧する。

【００４０】しかしてこの際、受圧部材(26)の受圧片(2
6b)は、内周方向へ若干の変形が可能であるため、円環
状をなす受圧部材(26)の受圧片(26b)は、全円周に亘っ
て、ほぼ均等の押圧力をもって環状シール溝(21)の内周
面を押圧するので、前記した従来のもののように、円周
方向の各部における押圧力によりシール性が不均等とな
ることはない。

【００４１】しかも、この実施の形態においては、大気
圧により、受圧部材(26)の受圧片(26b)の内周面全体が
環状シール溝(21)の内周面に当接するのではなく、受圧
片(26a)における摺動部材(25)の内周面を越えて内周側
へ突出している部分のみが、環状シール(21)の内周面に
当接しているので、シール部材の内周面全体が環状シー
ル溝の内周面に当接している従来のものに比して、単位
面積当たりの押圧力は大きく、より高いシール性が得ら
れる。

【００４２】なお、図１、図２に示した実施の形態にお
いては、シール部材(24)における摺動部材(25)と受圧部
材(26)を、異なる材料からなるものとしてあるが、両部
材(25)(26)を、同一材料からなる一体物として実施する
こともある。

【００４３】以上の説明により理解しうるように、本発
明は、シール部材に、径方向と軸線方向の受圧部を設け
ることにより、内外周の気体の圧力差によって、シール
部材に径方向と軸線方向の押圧分力を発生させ、良好な
シール性を得るようにしたものである。しかして、軸線
方向の受圧部は、可撓性を有することが望ましい。

【００４４】なお、図１および図２に記載されているシ
ール部材(24)では、大気圧あるいは真空状態の吸込気圧
力に起因して、図１に示すように、内周側の受圧片(26
b)が押圧される。しかし、空気あるいは空気以外のプロ
パンガス、天然ガス、あるいは有害ガス等の大気圧以上
の正圧（加圧）気体を吸入し圧縮する場合もある。その
場合には、正圧（加圧）気体がシール部材(24)の内周側
から外周側へ流れるため、シール部材(24)の受圧片(26
b)を、環状シール溝(21)内における流体圧力が作用する
側である内周側の反対側（図１および図２における上
側）に形成して、シール性を向上させる。

【００４５】上記説明した、シール部材の断面形状は、
径方向と軸線方向の受圧部を備えていることを条件に、
種々の変更が可能である。次にそのいくつかを例示す
る。

【００４６】受圧部材を、図３の(27)で示すように、流
体圧力が作用する側に向かって開口するＵ状断面とす
る。この場合、Ｕ状の底片である(27b)が受圧片であ
る。

【００４７】受圧部材を、図４の(28)で示すように、流
体圧力が作用する側とその反対側、すなわち内外周、も
しくはそのいずれか一方に、適数の凹入部(28a)を設け
たブロック状のものとする。この場合、凹入部(28a)の
一側片(28b)が受圧片となる。

【００４８】受圧部材を、図５の(29)で示すように、流
体圧力が作用する側とその反対側、すなわち内外周の異
なる位置に、食い違い状に凹入部(29a)を設けたものと
する。この場合、凹入部(29a)の一側片(29b)が受圧片と
なる。

【００４９】受圧部材を、図６の(30)で示すように、流
体圧力が作用する側に傾斜面(30a)を設けた中空筒状の
ものとする。この場合、中空筒状としたのは、変形を容
易とするためである。なお、やや突出する受圧片(30b)
は、受圧部材(30)の内周側に設けられている。

【００５０】なお、いずれの場合においても、受圧部材
の環状シール溝に対する当接面には、環状シール溝の側
面に向かって一部***する圧接部を設けておくのがよ
い。

【００５１】本発明において、環状シール溝およびシー
ル部材を、旋回スクロール側に設けてもよいことは言う
までもない。

【００５２】

【発明の効果】請求項１記載の発明 ： 進入してくる流
体の圧力により、固定スクロールと旋回スクロールの対
向端面に対する軸線方向のシールと、進入して来る流体
の圧力に対する径方向のシールとが強固に行われる。受
圧部材は、圧力を受けると容易に径方向に撓むので、径
方向のシールは、より良好となる。

【００５３】簡単な形状の受圧部材により、進入して来
る流体の圧力を、軸線方向と径方向に分解させて、両方
向のシールを行わせることができる。

【００５４】請求項２記載の発明 ： 受圧部材は、流入
して来る流体の圧力により軸線方向の両側へ拡開するの
で、相手側スクロールの端面と環状シール溝の底面に対
して押圧し、軸線方向の良好なシール性が得られ、かつ
受圧部材は、進入して来る流体の圧力を効果的に径方向
へ伝えるので、径方向においても、良好なシール性が得
られる。また受圧部材の肉厚を薄くして、その変形を容
易とするとともに、使用材料の少量化および軽量化を図
ることができる。

【００５５】請求項３記載の発明 ： 凹入部が小さな溝
状のものであって、受圧部材が十分な剛性を有する場合
であっても、流体の圧力は効果的に受けられ、シール性
の向上に役立つ。

【００５６】請求項４記載の発明 ： 加圧流体の進入方
向が径方向の内外いずれであっても、使用することがで
きる。

【００５７】請求項５記載の発明 ： 請求項２〜４記載
の発明の効果を併せ持つ。

【００５８】請求項６記載の発明 ： 加圧流体の進入方
向が、径方向の内外いずれであっても使用することがで
き、かつ軽量化と使用材料の少量化を図ることができ
る。

【００５９】請求項７記載の発明 ： 流入流体の圧力に
対し、受圧部材の環状シール溝に対する単位面積当たり
の押圧力は加増され、より良好なシール性が得られる。

【００６０】請求項８記載の発明 ： 摺動部材を、例え
ば低摩擦で耐摩耗性の材料からなるものとし、受圧部材
を可撓性のすぐれた材料からなるものとすることより、
摺動部材のスクロール端面に沿う滑動性を良好とし、そ
れに伴って、受圧部材を環状シール溝の内側面に確実に
押圧させ、また受圧部材は、流体の圧力を受けて変形す
ることより、環状シール溝へ好適に圧接する。

【００６１】請求項９記載の発明 ： 摺動部材および受
圧部材を、容易かつ安価に製造することができる。

【００６２】請求項１０記載の発明 ： シール部材の摺
動部材の摺動性と耐摩耗性が向上し、長期にわたってシ
ール性が維持される。

【００６３】請求項１１記載の発明 ： 構造が簡単でシ
ール性のすぐれたスクロール流体機械が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシール構造の第１の実施の形態を示す
要部の縦断面図である。

【図２】同じく、第１の実施の形態におけるシール部材
の縦断斜視図である。

【図３】異なる形態のシール部材を示す縦断斜視図であ
る。

【図４】異なる形態のシール部材を示す縦断斜視図であ
る。

【図５】異なる形態のシール部材を示す縦断斜視図であ
る。

【図６】異なる形態のシール部材を示す縦断斜視図であ
る。

【図７】従来の一般的なスクロール流体機械を略示する
縦断面図である。

【符号の説明】

(１)固定スクロール (1a)固定鏡板 (1b)固定ラップ (1c)シール部 (２)旋回スクロール (2a)旋回鏡板 (2b)旋回ラップ (３)駆動軸 (４)オルダムリング (５)軸受 (６)ハウジング (７)ハウジング室 (８)密閉空間 (９)吸入孔 (10)吐出孔 (12)環状シール溝 (13)シール部材 (14)弾性体 (21)環状シール溝 (22)固定スクロール (23)旋回スクロール (23a)旋回鏡板 (24)シール部材 (25)摺動部材 (26)受圧部材 (26a)支持片 (26b)受圧片 (27)(28)(29)(30)受圧部材 (27b)(28b)(29b)(30b)受圧片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−268983（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−177685（ＪＰ，Ａ) 特開2000−73972（ＪＰ，Ａ) 特開2000−73969（ＪＰ，Ａ) 特開2000−87880（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−238482（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−100776（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−58885（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/02 311 F04C 25/02 F04C 27/00 321

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定鏡板に設けた渦巻状の固定ラップを
   立設してなる固定スクロールにおける固定ラップと、旋
   回鏡板より渦巻状の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を相互に嵌合するとともに、
   旋回スクロールを、自転することなく固定スクロールに
   対して旋回させるようにしたスクロール流体機械におい
   て、 前記固定鏡板と旋回鏡板の対向面に環状シール溝を形成
   し、この環状シール溝内に、相手側の端面に当接しうる
   摺動部材と、この摺動部材の外側に一体的に形成され、
   弾性材料からなるとともに、径方向を向く支持片の内周
   端より、外側方向を向くリップ状受圧片を突設してなる
   可撓性ある受圧部材とからなるシール部材を嵌設し、ス
   クロール流体機械の運転に伴う内部流体の圧力により、
   前記摺動部材は、相手側のスクロールの鏡板を押圧して
   シールし、かつ前記受圧部材のリップ状受圧片は、その
   外周側に作用する大気圧によって、前記環状シール溝の
   内周面を押圧してシールするように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構造。
2. 【請求項２】 受圧部材は、摺動部材における流体圧力
   が作用する側に向かって開口するＵ状断面のものである
   請求項１記載のスクロール流体機械におけるシール構
   造。
3. 【請求項３】 受圧部材は、摺動部材における流体圧力
   が作用する側を向く凹入部を有するものである請求項１
   または２記載のスクロール流体機械におけるシール構
   造。
4. 【請求項４】 受圧部材は、摺動部材における幅方向の
   両側に凹入部を有するものである請求項３記載のスクロ
   ール流体機械におけるシール構造。
5. 【請求項５】 各側における凹入部は、食い違い位置に
   ある請求項４記載のスクロール流体機械におけるシール
   構造。
6. 【請求項６】 受圧部材は、流体圧力が作用する側に傾
   斜面を有する筒状のものである請求項１または２記載の
   スクロール流体機械におけるシール構造。
7. 【請求項７】 受圧部材の環状シール溝に対する当接面
   に、環状シール溝の側面に向かって突出する***部を設
   けてなる請求項１〜６のいずれかに記載のスクロール流
   体機械におけるシール構造。
8. 【請求項８】 摺動部材と受圧部材を、異なる材料から
   なるものとした請求項１〜７のいずれかに記載のスクロ
   ール流体機械におけるシール構造。
9. 【請求項９】 摺動部材と受圧部材を、同一の材料から
   なる一体物とした請求項１〜７のいずれかに記載のスク
   ロール流体機械におけるシール構造。
10. 【請求項１０】 シール部材が摺接する端板の表面粗さ
    を、シール部材の摺接面の内側面の端板の表面粗さより
    も小としてなる請求項１〜９のいずれかに記載のスクロ
    ール流体機械におけるシール構造。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載のシ
    ール構造を有するスクロール流体機械。