JP5352384B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

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Description

本発明は空気、冷媒等の圧縮機や真空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械に関する。
特許文献1に記載のスクロール式流体機械は、シール部材の底面とのラップ部の歯先に形成した凹溝間を通るもれを防止するため,直線形状の切込みを入れて形成したリップ部を設けている。圧縮室内の圧縮空気が凹溝内に侵入すると、シール部材は上側面が相手方の歯底面に摺接するように浮上すると共に、リップ部の先端側が凹溝の底面に押付けられるようになり、相手方の歯底面とラップ部との間を気密にシールすることができる。
また、特許文献2に記載のスクロール式流体機械は、シール部材底面に均一な厚みを有するひれ状のリップ部を設けている。また、特許文献3に記載のスクロール式流体機械は、シール部材底面と側面に曲線状(円弧状)の切込みを入れてリップ部を設けている。
特開2004−92480 特開平7−229485 特開平10−47266
本発明は、圧縮室間の圧力差によらず、シール部材が摩耗した場合であっても高いシール性を有するシール部材を備えるスクロール式流体機械を提供することを目的としたものである。
上述した課題を解決するために本発明は、鏡板に渦巻状に巻回されたラップ部が設けられた第1のスクロールと、前記第1のスクロールに対向して設けられ鏡板に該第1のスクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を形成するように渦巻状に巻回されたラップ部が設けられた第2のスクロールとを備え、前記第1のスクロールまたは前記第2のスクロールのラップ部のうち少なくとも一方のラップ部には、前記ラップ部の歯先に沿って延びる凹溝を形成し、前記凹溝と相手方のスクロールの歯底面との間にシール部材を装着してなるスクロール式流体機械において、前記シール部材の前記凹溝の底面と対向する面には、前記シール部材の長さ方向に離間して複数の直線状の切込みを入れることにより、先端側が起立する複数のリップ部を形成し、少なくとも一部の前記リップ部は、基端側を前記リップ部の起立に対する剛性を低減させる形状とすることを特徴とする。
また、他の観点における本発明は、鏡板に渦巻状に巻回されたラップ部を有する第1のスクロールと、前記第1のスクロールに対向して設けられ、渦巻状に巻回されたラップ部を有する第2のスクロールとを備え、前記第1のスクロールの該ラップ部の歯先と該第2のスクロールの歯底面との間にシール部材を備えるスクロール式流体機械において、前記シール部材の前記第1のスクロールの前記ラップ部の歯先と対向する面に、底面となす角が90度よりも小さい直線状の切込みを入れることにより、先端側が起立するリップ部を形成し、前記リップ部の形状を前記直線状の切込みのみで形成した形状よりも前記リップ部の基端側における厚さが薄くなる形状とすることを特徴とする。
本発明によれば、従来のシール部材に比べて、圧縮室間の圧力差によらず、高いシール性を有するシール部材を備えるスクロール式流体機械を提供することができる。
本発明の実施例1によるスクロール式流体機械を示す縦断面図である。 図1に示す固定スクロールまたは旋回スクロールのラップ部とシール部材との分解斜視図である。 シール部材の要部を拡大して示す斜視図である。 凹溝内に装着したシール部材が相手方のスクロールの歯底面に向けて浮上した状態を示す要部拡大図である。 図4の矢印V−V方向断面図である。 シール部材の素材となるリング状のシール体を示す斜視図である。 シール体、ターンテーブル及び各カッター等を示す平面図である。 図7に示すシール体及びターンテーブルの正面図である。 本発明の実施例1によるシール部材に入れた切込みを示す図である。 本発明の実施例2によるシール部材に入れた切込みを示す図である。 本発明の実施例3によるシール部材に入れた切込み及び空間溝を示す図である。 本発明の実施例4によるシール部材に入れた切込み及び空間溝を示す図である。 本発明の実施例1の変形例によるシール部材に入れた切込みを示す図である。 本発明の実施例3の変形例によるシール部材に入れた切込み及び空間溝を示す図である。 本発明の実施例4の変形例によるシール部材に入れた切込み及び空間溝を示す図である。 本発明の実施例3の変形例によるシール部材に入れた切込み及び空間溝を示す図である。 本発明の実施例5によるシール部材に切れた切込みを示す図である。 本発明の実施例1によるシール部材に切込みを入れる方法を示す図である。 本発明の実施例1、実施例3によるシール部材が起き上がる様子を示す図である。
図1において、1は当該スクロール式流体機械のケーシングの一部となる固定スクロールを示し、該固定スクロール1は、大略有蓋筒状に形成されたケーシング本体(図示せず)の開口端側を施蓋するように、この開口端側に固着されている。そして、該固定スクロール1は、その中心が後述する駆動軸15の軸線O1−O1 と一致するように配設された円板状の鏡板2と、該鏡板2の歯底面2Aに設けられた渦巻状のラップ部3と、前記鏡板2の外周側に位置し、該ラップ部3を囲むように筒状に形成された支持部4とから大略構成されている。
また、該固定スクロール1のラップ部3は図2に示す如く、内周側が巻始め端となり外周側が巻終り端となって、例えば3巻半前,後の渦巻状に形成され、その渦巻方向に沿って内周側ラップ部3Aと外周側ラップ部3Bとから構成されている。ここで、該外周側ラップ部3Bはラップ部3のうち、その巻終り端から内周端側に向って1巻半前,後の部分が該当し、鏡面2の歯底面2Aに対して図1に示すように一定の高さ寸法Hをもって形成されている。一方、内周側ラップ部3Aは熱膨張を考慮して外周側ラップ部3Bから内周側に向けて順次高さ寸法が減少するように形成され、相手方となる後述の歯底面9Aに対して比較的大きなクリアランスを取るように構成されている。
5は外周側ラップ部3Bの歯先3Cに形成された凹溝を示し、該凹溝5は図4に示す如く、外周側ラップ部3Bの幅方向中間部に位置して横断面が略コ字状をなすように形成され、その底面5Aは外周側ラップ部3Bの渦巻形状に沿ってその巻終り端まで延びている。そして、該凹溝5内には後述のシール部材6が装着され、相手方のスクロールの歯底面9Aとの間をシールするようになっている。
6はラップ部3の歯先3Cと相手方のスクロールの歯底面9Aとの間に位置し、ラップ部3の凹溝5内に装着されたシール部材を示し、該シール部材6は耐摩耗性や摺動性に優れた弾性樹脂材料、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)またはポリスルフォン(PSF)等を用いて、横断面が四角形状をなす長尺のチップシールとして形成され、凹溝5の長手方向に沿って渦巻状に伸長する。
ここで、該シール部材6は図4に示す如く、凹溝5の底面5A上に載置される下側面6Aと、該下側面6Aと上下方向で対向し相手方のスクロールの歯底面9Aに摺接する上側面6Bと、渦巻状をなすシール部材6の径方向内側および外側に位置する内側面6Cおよび外側面6Dとから構成され、下側面6Aには後述の各リップ部7が一体形成されている。そして、該シール部材6は下側面6Aを凹溝5の底面5A上に載置するように内,外側面6C,6Dが凹溝5内に僅かな隙間をもって挿入され、リップ部7が起き上がることにより、凹溝5の底面5A上から相手方の歯底面9Aに向けて浮上可能となっている。リップ部7をシール部材6の下側面6Aに形成する代わりに上側面6Bに形成してもよい。また、径方向のシール性を高めるため、シール部材の内側面6Cまたは外側面6Dに形成してもよい。ここで、後述のようにシール部材6の上側面6Bにおいて摩耗が生じるため、、シール部材の上側面6Bに対向する下側面6Aにリップ部7を設けた場合において、特にシール部材6のシール性が問題となる。従って、以下の説明では一例として、リップ部7を下側面6Aに形成した場合について説明する。
特に食品や医療品の製造工場、半導体製造プロセスで用いられるオイルフリータイプのスクロール式流体機械では、オイルによってシール部材6とラップ部3との間をシールすることができないため、シール部材6を用いてより機密にシールできるようにする必要がある。
最近では特にスクロール式流体機械に対する高圧化・小型化の要請が高まっている。そのため、旋回スクロール8をより高速で回転させる必要があるため、シール部材6の上側面6Bにおいて摩耗が生じやすくなった。シール部材6の上側面6Bに摩耗が生じた場合、圧縮空気を気密にシールするためには、リップ部7をより高く起き上がらせる必要がある。解析の結果、圧縮室間の圧力差が小さい場合はリップ部7の先端側7Bの剛性を低くする必要があり、圧縮室間の圧力差が大きい場合はリップ部7の基端側7Aの剛性を低くする必要があることに着目した。
例えば、特許文献1に示されるように直線状の刃物によって、直線形状の切込みを入れてシール部材のリップ部を形成した場合や特許文献3に示されるように曲線形状(円弧形状)の切込みを入れてシール部材のリップ部を形成した場合,リップ部の厚さは先端側から基端側に向かって徐々に厚くなる。そのため、リップ部の基端側は先端側に比べて剛性が高くなる。リップ部の基端側の剛性が高いと、リップ部の基端側が変形せずに先端側しか変形しなくなる。
このように,リップ部の基端側の剛性が高いと、シール部材の摩耗に追従してリップ部が起き上がらず、リップ部の上側面が相手方のスクロールの歯底面に届かなくなり、シール部材と相手方のスクロールとの間を通るもれが増大する。これにより,中心側の高い圧力がシール部材と相手方のスクロールとの間を通り外周側まで作用するため、シール部材の押付け圧が増大して,シール部材の摩耗量がさらに増加する可能性もある。
一方,特許文献2で示されるようにリップ部の厚さを先端側から基端側まで均等にした場合,先端側の剛性が高くなりすぎ,リップ部前後の圧力差が小さい時にリップが起き上がらない可能性がある。また、特許文献3に示されるように曲線形状(円弧形状)の切込みを入れてシール部材のリップ部を形成し,曲線形状の曲率を大きくした場合も先端側のリップ部の厚さが厚くなるため、先端側の剛性が高くなりすぎ,リップ部前後の圧力差が小さい時にリップが起き上がらない可能性がある。この場合もリップ部が起き上がらず、リップ部の上側面が相手方のスクロールの歯底面に届かなくなり、シール部材と相手方のスクロールとの間を通るもれが増大する。
そこで、従来技術におけるシール部材における問題に鑑み、本実施例では、リップ部7を以下のように形成した。7はシール部材6の長さ方向にそれぞれ所定間隔をもって複数の切込みを入れることにより複数形成されたリップ部を示し、該各リップ部7はシール部材6の下側面6Aに図2、図3に示す如く、底面とのなす角(余弦角)が90度よりも小さい直線形状の第1の切込みを入れ、さらに底面とのなす角(余弦角)が第1の切込みよりも小さい直線形状の第2の切込みを入れることにより形成され、その先端側7Bから基端側7Aにいくに従い厚くなる形状となっている。一方で、第2の切込みを入れる替わりにさらに第1の切込みを深く入れてリップ部7形成した場合よりは、基端側7Aの厚さが薄くなる形状となっている。そして、該各リップ部7の基端側7Aはシール部材6に一体化され、先端側7Bは自由端となって図4、図5に示す如くシール部材6から拡開し、リップ部7が弾性変形により起立するようになっている。
この結果、当該スクロール式流体機械の運転時において、後述する圧縮室17内の圧縮空気が図4、図5に示す如く矢示A方向から凹溝5内に侵入すると、このときの圧力でシール部材6は上側面6Bが相手方の歯底面9Aに摺接するように浮上すると共に、各リップ部7の先端側7Bが凹溝5の底面5A上に押付けられるようになり、相手方の歯底面9Aとラップ部3との間を気密にシールし、凹溝5の底面5Aとシール部材6の下側面6Aとの間の隙間Sを各リップ部7で遮断する。
8は固定スクロール1に対向して前記ケーシング本体内に旋回可能に設けられた旋回スクロールを示し、該旋回スクロール8は、表面側が歯底面9Aとなる円板状に形成された鏡板9と、該鏡板9の歯底面9Aから固定スクロール1の鏡板2に向けて設けられ、該固定スクロール1のラップ部3と同様に渦巻状に形成されたラップ部10と、鏡板9の背面側中央に設けられたボス部11とから構成され、該ボス部11は、後述する駆動軸15のクランク15Aに回転可能に取付けられている。
ここで、該旋回スクロール8のラップ部10についても図2に示す如く、内周側が巻始め端となり外周側が巻終り端となって、例えば3巻半前,後の渦巻状に形成され、固定スクロール1のラップ部3と同様にその渦巻方向に沿って内周側ラップ部10Aと外周側ラップ部10Bとによって構成されている。また、該外周側ラップ部10Bの歯先10Cには、固定スクロール1の外周側ラップ部3Bと同様に渦巻状に伸長する横断面コ字状の凹溝12が設けられている。
13は凹溝12内に相手方の歯底面2Aに向けて浮上可能に装着された他のシール部材を示し、該シール部材13は前述した固定スクロール1側のシール部材6と同様に形成され、凹溝12の底面12A上に載置される下側面13Aと、該下側面13Aと上下方向で対向し、相手方の歯底面2Aに摺接する上側面13Bと、渦巻状をなすシール部材13の径方向内側および外側に位置する内側面13Cおよび外側面13Dとによって構成されている。また、14はシール部材13の長さ方向にそれぞれ所定間隔をもって複数の切込みを入れることにより複数形成されたリップ部を示し、該シール部材13の下側面13Aにはシール部材6と同様に、直線形状の第1の切込みを入れ、さらに底面とのなす角(余弦角)が第1の切込み小さい直線形状の切込みを入れることにより形成され、その先端側14Bから基端側14Aにいくに従い厚くなる形状となっている一方で、第1の切込みのみで形成した場合よりは、基端側14Aの厚さが薄くなる形状となっている。
そして、圧縮運転時において、圧縮室17内の圧縮空気が凹溝12内に侵入すると、このときの圧力でシール部材13は上側面13Bが固定スクロール1側の歯底面2Aに摺接するように浮上すると共に、各リップ部14の先端側14Bが凹溝12の底面12A上に押付けられるようになり、相手方の歯底面2Aとラップ部10との間を気密にシールし、凹溝12の底面12Aとシール部材13の下側面13Aとの間の隙間Sを各リップ部14で遮断する。
15は前記ケーシング本体に回転自在に設けられる駆動軸を示し、該駆動軸15は先端側がケーシング本体内に延びるクランク15Aとなり、該クランク15Aはその軸線O2−O2が駆動軸15の軸線O1−O1に対して所定寸法δだけ偏心している。そして、該駆動軸15のクランク15Aには旋回スクロール8のボス部11が旋回軸受16を介して旋回可能に取付けられ、旋回スクロール8には自転防止機構(図示せず)等を介して旋回運動が与えられる。
ここで、旋回スクロール8のラップ部10は固定スクロール1のラップ部3に対して周方向に所定角度だけずらして重ね合わせるように配設され、ラップ部3,10間には三日月形状の複数の圧縮室17が形成される。そして、旋回スクロール8を固定スクロール1に対して旋回させたときに、該各圧縮室17はその容積が連続的に縮小され、後述の吸込ポート18から吸込んだ空気を圧縮するようになっている。
18,19は固定スクロール1に形成された吸込ポート,吐出ポートを示し、該吸込ポート18は最外周側の圧縮室17と連通するように鏡板2の外周側に穿設され、吐出ポート19は最内周側の圧縮室17と連通するように鏡板2の中心部に穿設されている。
ここで、シール部材6(13)をラップ部3(10)の凹溝5(12)内に装着した状態で、前記ケーシングの外側から駆動軸15の基端側をモータ等の駆動源(図示せず)によって回転駆動すると、この回転が駆動軸15のクランク15Aから旋回軸受16を介して旋回スクロール8に伝えられ、これにより該旋回スクロール8が駆動軸15の軸線O1 −O1 を中心にして所定寸法δの旋回半径で旋回運動するようになる。
そして、固定スクロール1のラップ部3と旋回スクロール8のラップ部10との間に形成される複数の圧縮室17は、このときの旋回スクロール8の旋回運動によって連続的に縮小されるようになり、吸込ポート18から吸込んだ空気を各圧縮室17内で順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出ポート19から外部のエアタンク(図示せず)等に向けて吐出させる。
この場合、ラップ部3(10)の歯先3C(10C)に形成した凹溝5(12)内には、シール部材6(13)との間に各圧縮室17内から圧縮空気の一部が図4、図5に示す如く矢示A方向から侵入するようになる。そして、この圧縮空気の圧力がシール部材6(13)の下側面6A(13A)に作用し、該シール部材6(13)を相手方の歯底面9A(2A)に向けて押圧すると共に、各リップ部7(14)の先端側7B(14B)を凹溝5(12)の底面5A(12A)に押圧する。
この結果、シール部材6(13)は上側面6B(13B)が相手方の歯底面9A(2A)に摺接するように、凹溝5(12)内で浮上してフローティングシールを行うと共に、各リップ部7(14)が凹溝5(12)の底面5A(12A)とシール部材6(13)の下側面6A(13A)との間の隙間Sを遮断し、各ラップ部3(10)を介して隣合う各圧縮室17間を気密にシールする。
次に、前記シール部材6(13)の製造方法の一例について図6ないし図8を参照して説明する。
まず、図6に示す如くシール部材6(13)の素材となるリング状のシール体20を、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)またはポリスルフォン(PSF)等の弾性樹脂材料から、射出成型機(図示せず)等を用いた成型工程で成型する。
そして、次なる位置決め工程では、図7および図8に示す支持台としてのターンテーブル21上に、前述の如く成型したリング状のシール体20を位置決めする。この場合、ターンテーブル21は凸形状をなす円形のテーブルとして形成され、環状凸部21Aの外周側にシール体20が嵌着状態で保持される。また、ターンテーブル21の径方向外側には直径方向で対向する位置に一対のリニア型アクチュエータ22,22が配設され、該各アクチュエータ22の先端側には直線形状の刃先を有するカッター23が着脱可能に取付けられている。
そして、次なるリップ形成工程では、ターンテーブル21を図7中の矢示B方向に一定のピッチで間欠的に回転駆動しつつ、各カッター23をそれぞれのアクチュエータ22でターンテーブル21上のシール体20に向けて直線状に進出または後退させ、該シール体20に図8に示すような形状の切込みを入れる。そして、前記ターンテーブル21を図7中の矢示B方向に180度程度回転させつつ、各カッター23の切込み動作を繰り返すことにより、シール体20の周方向に所定間隔をもって複数のリップ部7(14)を順次形成する。
次に、前述の如くシール体20の全周に亘ってそれぞれリップ部7(14)を形成した状態で、図8中に二点鎖線で示す切断面24に沿ってシール体20を切断する切断工程を行い、これによって、図2に示す如く長手方向に沿って渦巻状に伸長するシール部材6(13)を形成する。なお、この切断工程はターンテーブル21上で行ってもよく、シール体20をターンテーブル21から取外した後に行ってもよい。
図18に本実施例におけるリップ部7(14)形成方法を詳細に示す。まず、シール部材6(13)の側面6D(13D)第1のカッターを入れることにより、後述する第2の切込み26を形成する。次にシール部材6(13)の側面6D(13D)から第1のカッターとは長さの異なる第2のカッターを第1のカッターとは異なる角度で入れることにより、後述する第1の切込み25を形成する。
図9は本実施例におけるシール部材6(13)のリップ部7(14)の切込みの形状である。底面とのなす角(余弦角)が90度よりも小さい直線形状の第1の切込み25を入れ、さらに底面とのなす角(余弦角)が第1の切込み25よりも小さい直線形状の第2の切込み26を入れることにより基端側7A(14A)において起立に対する剛性を低減させる形状を形成した。先端側7B(14B)から基端側7A(14A)にいくに従い厚くなる形状となっている一方で、第1の切込み25のみでリップ部7(14)形成した場合よりは、基端側7A(14A)の厚さが薄くなる形状となっている。一般にリップ部7(14)の剛性はリップ部7(14)の厚さが薄くなるほど低くなり、同じ圧力がリップ部7(14)にかかった場合には、リップ部7(14)の厚さが薄くなるほどリップ部7(14)がより高く起き上がるようになる。従って、上記のような形状にすることにより、リップ部7の先端側7B(14B)の剛性を低減しつつ、第1の切込み25のみでリップ部7(14)形成した場合よりも基端側7A(14A)の剛性も低減させることができる。即ち、リップ部7(14)の先端側7B(14B)を薄くしたため、圧縮室17間の圧力差が小さい場合であってもリップ部7(14)を起き上がりやすくすることができる。また、第1の切込み25のみで形成した場合よりは、基端側7A(14A)の厚さが薄くなる形状としたので、基端側7A(14A)の剛性が第1の切込み25のみで形成した場合より低減され、リップ部7(14)が高く起き上がらせることが可能である。これにより、リップ部6(13)が摩耗した場合でも圧縮室17間の気密性を維持することができる。
ここで、第1の切込み25の底面とのなす角(余弦角)は例えば、10度〜20度とし、第2の切込み26の底面とのなす角(余弦角)を第1の切込み25の底面とのなす角(余弦角)よりも小さくした。切込みの角度が大きすぎるとリップ部7(14)が厚くなりすぎ、リップ部7(14)が起きにくくなる。一方、切込みの角度が小さすぎると、加工時にリップ部7(14)がシール部材6(13)からはがれやすくなり加工が困難となる。従って、切込みの角度をそれぞれ上記のように設定した。なお、第2の切込み26の底面とのなす角(余弦角)は0度(底面と平行)であってもよいし、後述する図13に示すようにマイナスの角度、即ち、切込みが深くなるほど底面に近づくような角度であってもよい。
2つの切込み(第1の切込み25同士)の間隔については次の点を考慮して決める必要がある。2つの切込みが重なりあうと、リップ部7(14)が加工時にはがれやすくなり加工が困難となる。従って、2つの切込みを重なりあわないようにする必要があるが、2つの切込みの間隔を狭くしすぎると、リップ部7(14)の長さが短くなり、シール部材6(13)が摩耗すると凹溝5(12)の底面5A(12A)とシール部材6(13)の下側面6A(13A)との間の隙間Sを遮断できなくなる。一方、2つの切込みの間隔を広くしすぎると、単位長さあたりのリップ部7(14)の個数が少なくる。そのため、リップ部7(14)が何らかの原因で起き上がらなかった場合に隣合う各圧縮室17間のシール性が著しく低下する。従って、リップ部7(14)の長さを十分に長くでき、単位長さあたりに十分の個数のリップ部7(14)を設けられるように2つの切込みの間隔を設定することが必要である。以上を考慮して本実施例では2つの切込みの間隔を例えば、2mmから5mmとした。また、リップ部7(14)の基端側7A(14A)と先端側7B(14B)との距離を2つの切込みの間隔よりも0.5mmから1.5mm小さくなるようにした。
以上のように図9では、直線形状の第1の切込み25と第2の切込み26を入れたが、直線形状に限らず、曲率が低く、直線に近似できるような曲線(円弧)であれば、第1の切込み25または第2の切込み26は曲線形状(円弧形状)であってもよい。即ち、第1の切込みのみで形成した場合よりも基端側7A(14A)の厚さが薄くなる形状であれば、第1の切込み25を曲線形状(円弧形状)で入れ、さらに底面とのなす角(余弦角)が第1の切込みよりも小さい第2の切込み26を曲線形状(円弧形状)で入れてもよい。また、第1の切込み25と第2の切込み26のいずれか一方が曲線形状(円弧形状)であってもよい。後述する実施例2乃至5についても各切込みが曲線形状(円弧形状)であってもよい点は同様である。
また、図9では、第1の切込み及び第2の切込みの底面とのなす角(余弦角)をシール部材6の内周側に形成されたリップ部7(14)とシール部材6(13)の外周側に形成されたリップ部7(14)とで同じにした。ここで、渦巻状に形成されたシール部材6(13)は中心部分に近づくほど、圧縮室17から受ける圧力は高くなり、外周側に近づくほど、圧縮室17から受ける圧力は低くなることを考慮してこれらを異ならせてもよい。
ここで、圧縮室17から受ける圧力が大きい内周側ほどシール部材6(13)は摩耗しやすくなる。シール部材6(13)が摩耗した場合は、基端側7A(14A)まで起き上がらせるため、特に基端側7A(14A)の剛性を低くする必要がある。そこで、図13に示すように、特に摩耗の激しい内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)について第2の切込み26の底面とのなす角(余弦角)を第1のリップ部7(14)よりも外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)よりも小さくしてもよい。これにより、シール部材6(13)が摩耗しても内周側における第1のリップ部7(14)の基端側7A(14A)が高く起き上がるため、シール部材の寿命を長くすることができる。
一方、シール部材6(13)の外周側に形成された第2のリップ部7(14)は、シール部材6(13)の摩耗は少ないものの、圧縮室17から受ける圧力が低いため、特に先端側を低い圧力で起き上がらせる必要がある。そこで、図13に示すように、外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)について第1の切込み25の底面とのなす角(余弦角)を内周側(D方向)に緒形成された第1のリップ部7(14)よりも小さくしてもよい。これにより、リップ部7(14)の先端側7B(14B)が薄くなり、低い圧力であってもリップ部7(14)が起き上がり、シール部材6(13)の気密性を向上させることができる。
また、摩耗の激しいシール部材6(13)の内周側に形成された第1のリップ部7(14)については、本実施例のように切込みを2段階で入れ、摩耗の少ないシール部材6(13)の外周側に形成された第2のリップ部7(14)については、加工を容易にするために第1の切込み25のみとし、切込みを1段階としてもよい。
図10は本発明の実施例2におけるシール部材6(13)のリップ部7(14)の切込みの形状である。本実施例では実施例1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施例2では底面とのなす角(余弦角)が90度よりも小さい直線形状の第1の切込み25を入れ、さらに底面とのなす角(余弦角)が第1の切込み25よりも小さい直線形状の第2の切込み26を入れ、さらに底面とのなす角(余弦角)が第2の切込み26よりも小さい直線形状の第3の切込み27を入れ、基端側7A(14A)において起立に対する剛性を低減させる形状を形成した。ここで、例えば、第1の切込み25の底面とのなす角(余弦角)を15度〜20度とし、第2の切込み26の底面とのなす角(余弦角)を第1の切込み25の底面とのなす角(余弦角)よりも小さくし、第3の切込み27の角度を第2の切込み26の底面とのなす角(余弦角)よりも小さくした。第2の切込み26または第3の切込み27の底面とのなす角(余弦角)は0度(底面と平行)であってもよいし、マイナスの角度、即ち、切込みが深くなるほど底面に近づくような角度であってもよい。切込みを3段階にすることにより、実施例1と比較し、リップ部7(14)の基端側7A(14A)を薄くすることができ、より基端側7A(14A)の起立に対する剛性を低減させることができる。
ここで、本実施例では切込みの段階を3段階にしたが、これに限らず切込みの段階は4段階であっても5段階であってもよい。ただし、切込みの段階を多くしすぎると、加工時にリップ部7(14)がはがれないようにするために、リップ部7(14)の間隔を広くするか、第1の切込み25の底面とのなす角(余弦角)を大きくする必要がある。従って、切込みの段階は5段階以下であることが好ましい。
図10では、切込みの段階をシール部材6(13)の内周側に形成された第1のリップ部7(14)と第1のリップ部7(14)よりもシール部材6(13)の外周側に形成された第2のリップ部7(14)とで同じにしたが、これらを異ならせてもよい。例えば、内周側に形成された第1のリップ部7(14)の切込みの段階を第2の外周側に形成されたリップ部7(14)の切込みの段階よりも多くしてもよい。これにより、シール部材の摩耗が激しい内周側においては切込みの段階を多くすることにより、リップ部7(14)の基端側7A(14A)を薄くすることができるので、シール部材6が摩耗してもリップ部7(14)が高く起き上がり、シール部材6(13)の寿命を長くすることができる。また、圧縮室17から受ける圧力が低い外周側における第2のリップ部7(14)は切込みの段階が少なくすることにより、第1の切込み25の底面とのなす角(余弦角)を小さくすることができる。そのため、リップ部7(14)の先端側7B(14B)が薄くなり、低い圧力であってもリップ部7(14)が起き上がり、シール部材6(13)の気密性を向上させることができる。なお、シール部材6(13)の内周側に形成された第1のリップ部7(14)については、切込みを複数段階で入れて形成し、シール部材6(13)の外周側に形成された第2のリップ部7(14)については、加工を容易にするために切込みを1段階としてもよい。
図11は本発明の実施例3におけるシール部材6(13)のリップ部7(14)の形状である。本実施例では実施例1、実施例2と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施例3では底面とのなす角(余弦角)が90度よりも小さい直線形状の切込み25を入れ、リップ部7(14)の基端側7A(14A)の切込み25を入れた面に空間溝28を形成した。空間溝28を形成することにより、実施例1におけるリップ部7(14)よりも、リップ部7(14)の基端側7A(14A)における起立に対する剛性をさらに低減させることができる。空間溝28は円形状としたが、リップ部7(14)に直線形状の切込み25のみを入れた場合よりもリップ部7(14)の基端側7A(14A)における厚さを薄くできるのであれば、空間溝28は円形状に限らず、楕円形状や多角形形状であってもよい。
空間溝28の大きさについては、大きくするほどリップ部7(14)の基端側7A(14A)の剛性を低減できるが、大きくしすぎると、加工時にリップ部7(14)がシール部材6(13)からはがれやすくなり加工が困難となる。従って、上記を考慮して空間溝28の大きさを設定する必要がある。
図11において、空間溝28の大きさをシール部材6(13)の内周側に形成された第1のリップ部7(14)と第1のリップ部7(14)よりもシール部材6(13)の外周側に形成された第2のリップ部7(14)とで同じにしたが、これらを異ならせてもよい。例えば、図14に示すように、シール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)における空間溝28の大きさをシール部材6の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)における空間溝28の大きさよりも大きくしてもよい。これにより、シール部材6(13)の摩耗が激しい内周側(D方向)においては空間溝28の大きさを大きくすることにより、リップ部7(14)の基端側7A(14A)を薄くすることができるので、シール部材6(13)が摩耗してもリップ部7(14)の基端側7A(14A)の剛性が低くなるため、リップ部7(14)が高く起き上がり、シール部材6(13)の寿命を長くすることができる。
また、シール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)とシール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)とで空間溝28の大きさを異ならせるとともに、切込み25の底面とのなす角(余弦角)を異ならせてもよい。例えば、シール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)における切込み25の底面とのなす角(余弦角)をシール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)における切込み25の底面とのなす角(余弦角)よりも小さくしてもよい。これにより、シール部材6(13)の外周側(C方向)に形成されたリップ部7(14)における切込み25の底面とのなす角(余弦角)を小さくすることにより、リップ部7(14)の先端側7B(14B)が薄くなり、低い圧力であってもリップ部7(14)が起き上がり、シール部材6の気密性を向上させることができる。
一方、シール部材6の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)における切込み25は、底面とのなす角(余弦角)がシール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)における切込み25よりも大きくなり、リップ部7(14)の基端側7A(14A)における剛性が高くなる。この点については、シール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)の空間溝28を大きく形成することにより、第1のリップ部7(14)の基端側7A(14A)を薄く形成し、剛性を低く抑えることができる。このようにして、シール部材6(13)が摩耗してもリップ部7(14)が高く起き上がらせることができるので問題ない。
また、空間溝28は全てのリップ部7(14)に形成する必要はなく、加工を容易にするために、一部のリップ部7(14)にのみ形成してもよい。例えば、図16に示すように1つおきに空間溝28を形成してもよい。また、摩耗の激しいシール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)については、本実施例のように空間溝28を形成するが、摩耗の少ないシール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)については、空間溝28を形成しなくてもよい。即ち、シール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)は切込み25のみで形成し、シール部材6の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)は切込み25に加え、空間溝28を形成してもよい。
図12は本発明の実施例4におけるシール部材6(13)のリップ部7(14)の形状である。本実施例では実施例1乃至3と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施例4では底面とのなす角(余弦角)が90度よりも小さい直線形状の切込み25を入れ、シール部材6(13)の下側面6A(13A)のリップ部7(14)の基端側7A(14A)に対応する位置に空間溝29を形成した。空間溝29を形成することにより、実施例1におけるリップ部7(14)よりも、リップ部7(14)の基端側7A(14A)における起立に対する剛性をさらに低減させることができる。また、実施例3における空間溝28に比べ、リップ部7が起き上がったときにリップ部7(14)の基端側7A(14A)にかかる応力を低減させることができるので、リップ部7(14)の基端側7A(14A)にクラックが生じるのを防止することができる。
空間溝29は三角形状としたが、リップ部7(14)に直線形状の切込み25のみを入れた場合よりもリップ部7(14)の基端側7A(14A)における厚さを薄くできるのであれば、空間溝29は三角形状に限らず、円弧形状や他の形状であってもよい。
空間溝29の大きさについては、大きくするほどリップ部7(14)の基端側7A(14A)の剛性を低減できるが、大きくしすぎると、加工時にリップ部7(14)がシール部材6(13)からはがれやすくなり加工が困難となる。従って、上記を考慮して空間溝29の大きさを設定する必要がある。
図12において、空間溝29の大きさをシール部材6の内周側に形成された第1のリップ部7(14)と第1のリップ部7(14)よりもシール部材6(13)の外周側に形成された第2のリップ部7(14)とで同じにしたが、これらを異ならせてもよい。例えば、図15に示すとおり、シール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)における空間溝29の大きさをシール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)空間溝29の大きさよりも大きくしてもよい。これにより、シール部材6(13)の摩耗が激しい内周側(D方向)においては空間溝29の大きさを大きくすることにより、リップ部7(14)の基端側7A(14A)を薄くすることができるので、シール部材6(13)が摩耗してもリップ部7(14)が高く起き上がり、シール部材6(13)の寿命を長くすることができる。
また、シール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)とシール部材6の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)とで空間溝29の大きさを異ならせるとともに、切込み25の底面とのなす角(余弦角)を異ならせてもよい。例えば、シール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)における切込み25の底面とのなす角(余弦角)をシール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第2のリップ部7(14)における切込み25の底面とのなす角(余弦角)よりも小さくしてもよい。これにより、シール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)における切込み25の底面とのなす角(余弦角)を小さくすることにより、リップ部7(14)の先端側7B(14B)が薄くなり、低い圧力であってもリップ部7(14)が起き上がり、シール部材6(13)の気密性を向上させることができる。
一方、シール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)における切込み25は、底面とのなす角(余弦角)がシール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)における切込み25よりも大きくなり、リップ部7(14)の基端側7A(14A)における剛性が高くなる。この点については、シール部材6の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)の空間溝29を大きく形成することにより、リップ部7(14)の基端側7A(14A)を薄く形成し、剛性を低く抑えることができる。このようにして、シール部材6が摩耗してもリップ部7(14)が高く起き上がらせることができるので問題ない。
また、空間溝29は全てのリップ部7(14)に形成する必要はなく、加工を容易にするために一部のリップ部(14)にのみ形成してもよい。例えば、摩耗の激しいシール部材6(13)の内周側(D方向)に形成された第1のリップ部7(14)については、本実施例のように空間溝29を形成するが、摩耗の少ないシール部材6(13)の外周側(C方向)に形成された第2のリップ部7(14)については、空間溝29を形成しなくてもよい。即ち、シール部材6(13)の外周側に形成された第2のリップ部7(14)は切込み25のみで形成し、シール部材6(13)の内周側に第1のリップ部7(14)は切込み25に加え、空間溝29を形成してもよい。
図17は本発明の実施例5におけるシール部材6(13)のリップ部7(14)の形状である。本実施例では実施例1乃至4と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施例4では底面とのなす角(余弦角)が90度よりも小さい直線形状の切込み25を入れ、さらにリップ部7(14)の基端側7A(14A)と先端側7(B)との間に直線状の切込み30を底面から入れた。切込み30は、シール部材6(13)の底面からリップ部7(14)の基端側7A(14A)へ向かう切込みであり、切込み25と略平行であり、底面とのなす角は90度よりも小さい。切込み30を入れることにより、切込み25のみでリップ部7(14)形成した場合よりは、基端側7A(14A)の厚さが薄くなる形状とした。ここで、シール部材6(13)の底面におけるリップ部7(14)の基端側7A(14A)、先端側7B(14B)及び切込み30と底面との交線の位置関係によって、リップ部7(14)の基端側7A(14A)の剛性が変化することを考慮する必要がある。即ち、リップ部7(14)の基端側7A(14A)の剛性をより低減できるように切込み30を入れる位置を決めることが好ましい。従って、本実施例では解析によって得られた結果を考慮して、切込み30と底面との交線の位置とリップ部7(14)の先端側7B(14B)との距離はリップ部7(14)の基端側7A(14A)と先端側7B(14B)との距離の3分の1から3分の2となるようにした。
本実施例におけるリップ部7(14)の形成工程について説明する。本実施例では、実施例1の図7、図8で説明したリップ形成工程と同様にシール部材6(13)の素材となるリング状のシール体20に切込み30を複数入れる。その後、カッター23の位置は変えずにより深い切込みを入れられる位置にシール体20を移動させて、切込み30との位置関係が上述したような位置関係となるように切込み25を複数入れる。上記方法で切込み25及び切込み30を形成することことにより、カッター23の位置を変更することなくリップ部7(14)を形成することができ、カッター23の前後機構や取り付け機構といった複雑な構成を要しない簡易な加工機でリップ部7(14)を形成することができる。一方で、切込み30を形成した後にシール体20の位置を変更させずにより深い切込みを入れられる位置にカッター23を移動させてから切込み25を形成してもよい。また、ここでは、切込み30を形成してから切込み25を形成したが、切込み25を形成してから切込み30を形成してもよい。
以上説明したリップ部7(14)の形成工程は、1つのカッターを用いて切込み25及び切込み30を形成したが、2つのカッターを並行して配置することにより切込み25及び切込み30を形成してもよい。これにより、1回の動作で切込み25及び切込み30を同時に形成することができ、加工をさらに容易にすることができる。また、切込み25と切込み30との位置関係が複数のリップ部7(14)ごとにばらつくのを防止することができる。
図19は特許文献1のように直線形状の切込みを入れてシール部材6(13)のリップ部7(14)を形成した場合、実施例1のように2段階で切込みをシール部材6(13)のリップ部7(14)を形成した場合、実施例3のように切込みを入れてさらに空間溝28を設けた場合について、圧縮室17から圧力を受けた際にリップ部7(14)が起き上がる様子をそれぞれ上から順番に示した図である。
図19からわかるとおり、特許文献1のようにリップ部7(14)を形成した場合、リップ部7(14)の基端側7A(14A)における剛性が高く、圧縮室17から受ける圧力が大きくなってもリップ部7(14)が高く起き上がらない。一方、例えば、実施例1、実施例3のようにリップ部7(14)を形成した場合、リップ部7(14)の基端側7A(14A)の剛性が低くなるため、圧縮室17から受ける圧力を大きくすれば、特許文献1のようにリップ部(14)を形成した場合よりもリップ部7(14)を高く起き上がらせることができる。他の実施例についても同様に、特許文献1のようにリップ部(14)を形成した場合よりもリップ部7(14)を高く起き上がらせることができる。
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、実施例1乃至5を組み合わせることにより本発明を実施してもよい。
1 固定スクロール
2,9 鏡板
2A,9A 歯底面
3,10 ラップ部
4 支持部
5,12 凹溝
6,13 シール部材
6A,13A 下側面
6B,13B 上側面
6C,13C 内側面
7,14 リップ部
7A,14A 基端側
7B,14B 先端側
8 旋回スクロール
11 ボス部
15 駆動軸
15A クランク
16 旋回軸受
17 圧縮室
18 吸込ポート
19 吐出ポート
20 シール体
21 ターンテーブル(支持台)
22 アクチュエータ
23 カッター
24 切断面
25 第1の切込み
26 第2の切込み
27 第3の切込み
28 空間溝
29 空間溝
30 第4の切込み

Claims (17)

  1. 鏡板に渦巻状に巻回されたラップ部が設けられた第1のスクロールと、
    前記第1のスクロールに対向して設けられ鏡板に前記第1のスクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を形成するように渦巻状に巻回されたラップ部が設けられた第2のスクロールとを備え、
    前記第1のスクロールまたは前記第2のスクロールのラップ部のうち少なくとも一方のラップ部には、前記ラップ部の歯先に沿って延びる凹溝を形成し、
    前記凹溝と相手方のスクロールの歯底面との間にシール部材を装着してなるスクロール式流体機械において、
    前記シール部材の前記凹溝の底面と対向する面には、前記シール部材の長さ方向に離間して複数の直線状の切込みを入れることにより、先端側が起立する複数のリップ部を形成し、
    少なくとも一部の前記リップ部は、直線状に切込みのみで前記リップ部を形成した形状よりも前記リップ部の基端側における起立に対する剛性が低くなる形状とすることを特徴とするスクロール式流体機械。
  2. 請求項1に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記リップ部の起立に対する剛性を低減させる形状は、底面となす角が90度よりも小さい第1の切込みを入れ、前記第1の切込みよりも底面となす角を小さくした第2の切込みを入れて形成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
  3. 請求項1に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記シール部材に形成された第1のリップ部の前記切込みの底面となす角は、前記第1のリップ部よりも外周側に形成された第2のリップ部の前記切込みの底面となす角よりも大きいことを特徴とするスクロール式流体機械。
  4. 請求項に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記シール部材に形成された第1のリップ部の前記第2の切込みの底面となす角は、前記第1のリップ部よりも内周側に形成された第2のリップ部の前記第2の切込みの底面となす角よりも大きいことを特徴とするスクロール式流体機械。
  5. 請求項1に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記リップ部の起立に対する剛性を低減させる形状は、前記リップ部の基端側に形成された空間溝であることを特徴とするスクロール式流体機械。
  6. 請求項に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記空間溝は前記リップ部の前記切込みを入れた面に形成されることを特徴とするスクロール式流体機械。
  7. 請求項に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記空間溝は前記シール部材の前記凹溝の底面と対向する面上であって、前記リップ部の基端部に対応する位置に形成されることを特徴とするスクロール式流体機械。
  8. 請求項乃至のいずれかに記載のスクロール式流体機械であって、
    前記シール部材に形成された第1のリップ部の前記空間溝の大きさは、前記第1のリップ部よりも外周側に形成された第2のリップ部の前記空間溝の大きさよりも大きいことを特徴とするスクロール式流体機械。
  9. 鏡板に渦巻状に巻回されたラップ部を有する第1のスクロールと、
    前記第1のスクロールに対向して設けられ、渦巻状に巻回されたラップ部を有する第2のスクロールとを備え、
    前記第1のスクロールの該ラップ部の歯先と該第2のスクロールの歯底面との間にシール部材を備えるスクロール式流体機械において、
    前記シール部材の前記第1のスクロールの前記ラップ部の歯先と対向する面に、底面となす角が90度よりも小さい直線状の切込みを入れることにより、先端側が起立するリップ部を形成し、
    前記リップ部の形状を前記直線状の切込みのみで形成した形状よりも前記リップ部の基端側における厚さが薄くなる形状としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
  10. 請求項に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記リップ部は、基端側にいくほど底面となす角を小さくなるように複数段階で切込みを入れて形成した形状であることを特徴とするスクロール式流体機械。
  11. 請求項1に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記シール部材に形成された第1のリップ部は前記第1のリップ部よりも外周側に形成された第2のリップ部よりも多段階に切込みを入れて形成されたことを特徴とするスクロール式流体機械。
  12. 請求項に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記リップ部は基端側に空間溝を形成した形状であることを特徴とするスクロール式流体機械。
  13. 請求項1に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記空間溝は前記直線状の切込みを入れた面に形成されることを特徴とするスクロール式流体機械。
  14. 請求項1に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記空間溝は前記シール部材における前記第1のスクロールの前記ラップ部の歯先と対向する面または前記第2のスクロールの歯底面と対向する面上であって、前記リップ部の基端部に対応する位置に形成されることを特徴とするスクロール式流体機械。
  15. 請求項に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記シール部材に形成された第1のリップ部の基端側における厚さは、前記第1のリップ部よりも外周側に形成された第2のリップ部の基端側における厚さよりも薄いことを特徴とするスクロール式流体機械。
  16. 請求項に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記第2のリップ部は前記第1のリップ部よりも底面となす角が小さい切込みを入れて形成されたことを特徴とするスクロール式流体機械。
  17. 請求項1または9に記載のスクロール式流体機械であって、
    前記リップ部の形状は、底面となす角が90度よりも小さい第1の切込みを入れ、前記リップ部の先端側と基端側と間に直線状の第2の切込みを底面から入れた形状であることを特徴とするスクロール式流体機械。
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