スクロール式流体機械
【課題】 スクロールのラップ部の歯先に溝が設けてあり、この溝に嵌入したシール部材の側面以外の面積を設計時に調整することにより、シール部材を相手方のスクロールの鏡板又は溝の壁面に押し付ける力を調整できるスクロール式流体機械を提供する。
【解決手段】 渦巻状のラップ部３Ｂ、１１Ｂの歯先に設けた溝５、１３と、この溝５、１３に嵌入したシール部材６、１４とからなるスクロール式流体機械において、このシール部材６、１４の長手方向に、シール部材６、１４から突出して溝内に沿って流動する空気を遮断することにより高圧側と低圧側の差圧室２０Ａ、２０Ｂ、２１Ａ、２１Ｂを画成するリップ部７、８が複数設けてある。
このリップ部７、８には、高圧側と低圧側の少なくとも一方の差圧室２０Ａ、２０Ｂ、２１Ａ、２１Ｂ内の圧力を直接受圧する受圧面７Ａ、８Ａを、シール部材６、１４の長手方向に延びるように設けてある。
【解決手段】 渦巻状のラップ部３Ｂ、１１Ｂの歯先に設けた溝５、１３と、この溝５、１３に嵌入したシール部材６、１４とからなるスクロール式流体機械において、このシール部材６、１４の長手方向に、シール部材６、１４から突出して溝内に沿って流動する空気を遮断することにより高圧側と低圧側の差圧室２０Ａ、２０Ｂ、２１Ａ、２１Ｂを画成するリップ部７、８が複数設けてある。
このリップ部７、８には、高圧側と低圧側の少なくとも一方の差圧室２０Ａ、２０Ｂ、２１Ａ、２１Ｂ内の圧力を直接受圧する受圧面７Ａ、８Ａを、シール部材６、１４の長手方向に延びるように設けてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧縮機、真空ポンプ等に用いられるスクロール式流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロールのラップ部の歯先に沿って矩形状の溝を設け、この溝にシール部材を嵌入したスクロール式流体機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このシール部材は断面が矩形であり、底面にはシール部材の長手方向と直交する切込みを入れることにより前記溝の底面に接触する複数の底面リップ部が設けられている。また、前記シール部材の内側面にも同様の切込みを入れることにより前記溝の内壁面に接触する複数の側面リップ部が設けられている。
【０００４】
この底面リップ部は、前記溝内に圧縮空気が侵入すると、この圧縮空気を受圧して前記溝の底面に向かって弾性変形する。また、前記側面リップ部は、前記溝の内壁面に向かって弾性変形する。
【０００５】
この両リップ部は、前記溝内に侵入した圧縮空気が溝に沿って流動することを妨げるように作用する。
【０００６】
そして、各リップ部間の圧縮空気の圧力を前記シール部材の底面が受圧することにより、シール部材は浮上して相手方のスクロールの鏡板にその上側面が押し付けられる。また、前記シール部材の内側面が受圧することにより、前記溝の外壁面にシール部材の外側面が押し付けられる。
【０００７】
そして、各ラップにより画成される圧縮室が確実にシールされる。
【０００８】
このような従来のスクロール式流体機械において、定常運転状態における前記シール部材の上側面を相手方のスクロールの鏡板に押し付ける力や前記シール部材の外側面を前記溝の外壁面に押し付ける力は、圧縮空気を受圧する前記シール部材の底面又は内側面の面積によって決まる。
よって、従来のスクロール式流体機械において、設計段階におけるシール部材の押し付け力の設定は、シール部材の底面又は内側面の面積を調整することにより行われる。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−９３６６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、前記シール部材の底面又は内側面の面積を変化させると、そのシール部材の寸法や形状に応じた溝を設ける必要がある。
【００１１】
即ち、前記シール部材の底面又は内側面の面積を広げると、前記溝の寸法を大きくする必要があるため前記スクロールを大きくしなければならず、また、前記シール部材の底面又は内側面の面積を狭くすると前記シール部材の強度が低下する。
【００１２】
そこで、本発明は、前記シール部材の底面又は内側面等の面積以外の調整により、前記シール部材を相手方のスクロールの鏡板又は前記溝の壁面に押し付ける力を設計時に調整できるスクロール式流体機械を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決すべく、請求項１に記載のように、鏡板に渦巻状に形成されたラップ部を立設した一方のスクロールと、該一方のスクロールに対向して設けられ鏡板に渦巻状に形成されたラップ部を立設した他方のスクロールと、前記両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の歯先に沿って設けられた溝と、該溝に嵌入され前記溝内に沿って流動する空気を遮断するように突出して高圧側と低圧側の差圧室を画成するリップ部を複数有するシール部材とを備えたスクロール式流体機械において、前記リップ部に、高圧側と低圧側の少なくとも一方の前記差圧室内の圧力を直接受圧する受圧面を、前記シール部材の長手方向に延びるように設けたことを特徴とするスクロール式流体機械を提供するものである。
【００１４】
本発明は、請求項２に記載のように、請求項１に記載のスクロール式流体機械において、前記複数のリップ部の各受圧面の受圧面積を少なくとも２種類としたことを特徴とするスクロール式流体機械を提供するものである。
【００１５】
本発明は、請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械において、前記溝の断面形状が内壁面、外壁面及び底面からなる矩形であり、前記シール部材の断面形状が前記他方のスクロールの鏡板に接触する上側面と前記底面に対向する下側面と前記内壁面に対向する内側面と前記外壁面に対向する外側面とからなる矩形であり、前記リップ部が前記シール部材の下側面と内側面のうち少なくとも一方に設けられ前記溝の底面又は内壁面に向かって突出して形成されたことを特徴とするスクロール式流体機械を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るスクロール式流体機械は、請求項１によれば、前記リップ部に、高圧側と低圧側の少なくとも一方の前記差圧室内の圧力を直接受圧する受圧面を、前記シール部材の長手方向に延びるように設けた構成としたので、設計段階で前記リップ部の受圧面の受圧面積を任意に設定することができ、前記シール部材を他方のスクロールの鏡板や前記溝の側面等への押し付ける力を予め決める際の自由度が広がる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によると、複数のリップ部の各受圧面の受圧面積を少なくとも２種類としたので、前記シール部材の長手方向の位置に応じて前記受圧面の受圧面積を異ならせることができ、押し付け力を細かく設定することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によると、前記リップ部が前記シール部材の下側面と内側面のうち少なくとも一方に設けられ前記溝の底面又は内壁面に向かって突出して形成されているので、前記リップ部の受圧面で圧縮空気を受圧して前記シール部材の上側面を他方のスクロールの鏡板、或いは、前記シール部材の外側面を前記溝の外壁面への押し付け力を個別に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図示する好ましい実施の形態により、本発明に係るスクロール式流体機械の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係るスクロール式流体機械は、一端側が開口した有底筒状のケーシング１と、このケーシング１の一端側に取付けられた固定スクロール３と、ケーシング１の他端側に取付けられた電動モータ２と、この電動モータ２の回転軸２Ａに回転可能に設けられた駆動軸９と、この駆動軸９の先端側に旋回可能に設けられ固定スクロール３のラップ部３Ｂとの間に複数の圧縮室１７を画成するラップ部１１Ｂを有する旋回スクロール１１とから大略構成されている。
【００２１】
固定スクロール３は、円板状の鏡板３Ａと、この鏡板３Ａの表面側に立設された渦巻状のラップ部３Ｂとから大略構成され、該ラップ３Ｂの歯先に沿って溝５を形成してあり、この溝５内には、渦巻状のシール部材６を嵌入してある。
【００２２】
ここで、溝５はラップ部３Ｂの幅方向中間部に位置して形成してあり、ラップ部３Ｂの渦巻形状に沿ってその巻始め端から巻終り端まで延びており、溝５の断面形状は、図７に示すように、底面５Ａ、内壁面５Ｂ及び外壁面５Ｃからなる矩形である。
【００２３】
シール部材６は、溝５の底面５Ａに対向する下側面６Ａと、この下側面６Ａと上下方向で対向し旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に接触する上側面６Ｂと、溝５の内壁面５Ｂ、外壁面５Ｃに対面し渦巻状をなすシール部材６の径方向内側、外側に位置する内側面６Ｃ、外側面６Ｄとから構成されており、その断面形状は、矩形である。
【００２４】
そして、このシール部材６は、内側面６Ｃ、外側面６Ｄが溝５内に僅かな隙間をもった状態で溝５内に挿入され、後述するように溝５の底面５Ａ上から相手方となる旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に向けて浮上可能となっている。
【００２５】
なお、固定スクロール３の外周側には、最外周の圧縮室１７に空気を吸込む筒状の吸込口１５を取り付けてあり、固定スクロール３の中央部には、中心の圧縮室１７内の圧縮された圧縮空気を外部に吐出する筒状の吐出口１６を取り付けてある。
【００２６】
駆動軸９は、基端側が電動モータ２の回転軸２Ａに対して螺着され、ケーシング１の中央部位に位置して設けた主軸受１０により軸受けされた状態で電動モータ２により回転駆動される。また、駆動軸９の先端側には略円筒状をなす偏心ブッシュ４が取付けられている。
【００２７】
旋回スクロール１１は、円板状の鏡板１１Ａと、この鏡板１１Ａの表面側に立設された渦巻状のラップ部１１Ｂとから大略構成され、該ラップ部１１Ｂの歯先に沿って溝１３を形成してあり、この溝１３内には、固定スクロール３と同様に渦巻状のシール部材１４を嵌入してある。
【００２８】
また、旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの背面側には、その中央部位に位置して円筒状のボス部１１Ｃが突設されている。このボス部１１Ｃの外周側には旋回軸受１２が取り付けられ、この旋回軸受１２は偏心ブッシュ４の旋回軸受穴４Ａ内に挿入されている。
【００２９】
さらに、旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの背面側とケーシング１の間には、その外周部位に位置して自転防止機構としてのボールカップリング３０が取り付けられている。
【００３０】
なお、溝１３及びシール部材１４の形状及び構成は、上記溝５及びシール部材６と略同様であるため、その説明を省略する。
【００３１】
図１に示すように、固定スクロール３と旋回スクロール１１とは、軸線Ｐ−Ｐに対して軸線Ｏ−Ｏを寸法δだけ偏心した状態で、旋回スクロール１１のラップ部１１Ｂが固定スクロール３のラップ部３Ｂに対し重ね合わせるように配設される。これにより、この旋回スクロール１１を固定スクロール３に対して旋回させたときに、その旋回に応じて各ラップ部３Ｂ、１１Ｂ間に容積が変化する複数の圧縮室１７、１７、…が画成されるようになっている。
【００３２】
次に、シール部材６の細部について説明する。なお、シール部材１４は、シール部材６と同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００３３】
まず、シール部材６の下側面６Ａに設けた底面リップ部７について説明する。
【００３４】
図３及び図４に示すように、シール部材６の下側面６Ａには、運転時に溝５内に沿って溝５の底面５Ａとシール部材６の下側面６Ａとの間を通って流動する空気を遮断するように突出するリップ部として底面リップ部７を複数設けてある。
【００３５】
この底面リップ部７は、図３に示すように、シール部材６の長手方向Ａに沿って一定間隔の切込線６Ｋをシール部材６の下側面６Ａから上側面６Ｂ側に向かって、それぞれ斜めに入れることにより、薄肉のリップ部として設けてある。
【００３６】
この切込線６Ｋは、図４に示すように、直線状の切込始線６Ｅから図中一点鎖線で示す直線状の切込終線６Ｆまで切込まれている。
【００３７】
また、シール部材６を直線的に伸長した状態で切込始線６Ｅと切込終線６Ｆは、シール部材６の内側面６Ｃ又は外側面６Ｄに対してそれぞれ傾斜してあり、互いに略平行関係にしてある。
【００３８】
この切込線６Ｋを入れることで、底面リップ部７は、運転時に溝５内に侵入した圧縮空気の圧力により、溝５内の高圧側（図３の左）から低圧側（図３の右）に向かって弾性変形し、溝５内に沿って流動する空気を遮断するように突出して高圧側の差圧室２０Ａと低圧側の差圧室２０Ｂを画成することができる。
【００３９】
ここで、「空気を遮断する」とは、底面リップ部７により高圧側の差圧室２０Ａと低圧側の差圧室２０Ｂとの差圧を生じる程度に空気の流れを遮断することをいい、多少漏れてもよい。
【００４０】
底面リップ部７において、図３及び図４に示すように、溝５の底面５Ａに向かって突出すると共にシール部材６の長手方向Ａに延びるように形成される側面が、差圧室２０Ａ、２０Ｂ内の圧縮空気の圧力を直接受圧する受圧面７Ａとなる。
【００４１】
そして、この受圧面７Ａを、シール部材６を直線的に伸長した状態でシール部材６の内側面６Ｃ及び外側面６Ｄに対して角度α傾斜させて形成したので、溝５内に侵入した圧縮空気の圧力を直接受圧することにより受圧面７Ａの点Ｐには差圧室２０Ａ、２０Ｂ内の差圧が力Ｆｔとして作用する。そして、この力Ｆｔは、図中に矢印で示すように固定スクロール３の外周方向に作用する力、即ち、シール部材６の外側面６Ｄを溝５の外壁面５Ｃに接触させる力Ｆａと、溝５の渦方向に作用する力Ｆｂに分解することができ、この力Ｆａによりシール部材６の外側面６Ｂを溝５の外壁面５Ｃに接触させることができる。
【００４２】
よって、設計時に、この角度αを小さく設定すると、シール部材６の外側面６Ｄを溝５の外壁面５Ｃに押し付ける力Ｆａが大きくなり、一方で、角度αを大きく設定すると、押し付ける力Ｆａが小さくなる。
【００４３】
ここで、溝５の渦方向の長さは、シール部材６の全長と略一致させてあるから、溝５の渦方向に作用する力Ｆｂによりシール部材６が溝５内で渦方向に移動することは殆どない。
【００４４】
次に、シール部材６の内側面６Ｃに設けた側面リップ部８について説明する。
【００４５】
図５及び図６に示すように、シール部材６の内側面６Ｃには、運転時に溝５内に沿って溝５の内壁面５Ｂとシール部材６の内側面６Ｃとの間を通って流動する空気を遮断するように突出するリップ部として側面リップ部８を複数設けてある。
【００４６】
この側面リップ部８は、図５に示すように、シール部材６の長手方向Ｂに沿って一定間隔の切込線６Ｌをシール部材６の内側面６Ｃから外側面６Ｄ側に向かって、それぞれ斜めに入れることにより、薄肉のリップ部として設けてある。
【００４７】
この切込線６Ｌは、図６に示すように、直線状の切込始線６Ｇから図中一点鎖線で示す直線状の切込終線６Ｈまで切込まれている。
【００４８】
また、シール部材６を直線的に伸長した状態で切込始線６Ｇと切込終線６Ｈは、シール部材６の下側面６Ａ又は上側面６Ｂに対してそれぞれ傾斜してあり、互いに略平行関係にしてある。
【００４９】
この切込線６Ｌを入れることで、側面リップ部８は、運転時に溝５内に侵入した圧縮空気の圧力により、溝５内の高圧側（図５の上）から低圧側（図５の下）に向かって弾性変形し、溝５内に沿って流動する空気を遮断するように突出して高圧側の差圧室２１Ａと低圧側の差圧室２１Ｂを画成することができる。
【００５０】
ここで、「空気を遮断する」とは、側面リップ部８により高圧側の差圧室２１Ａと低圧側の差圧室２１Ｂとの差圧を生じる程度に空気の流れを遮断することをいい、多少漏れてもよい。
【００５１】
側面リップ部８において、図５及び図６に示すように、溝５の内側面６Ｃに向かって突出すると共にシール部材６の長手方向Ｂに延びるように形成される側面が、差圧室２１Ａ、２１Ｂ内の圧縮空気の圧力を直接受圧する受圧面８Ａとなる。
【００５２】
そして、この受圧面８Ａを、シール部材６を直線的に伸長した状態でシール部材６の内側面６Ｃ及び外側面６Ｄに対して角度β傾斜させて形成したので、溝５内に侵入した圧縮空気の圧力を直接受圧することにより受圧面８Ａの点Ｑには差圧室２１Ａ、２１Ｂ内の差圧が力Ｆｓとして作用する。そして、この力Ｆｓは図中に矢印で示すように固定スクロール３の軸方向に作用する力、即ち、シール部材６の上側面６Ｂを相手方の旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に接触させる力Ｆｃと、溝５の渦方向に作用する力Ｆｄに分解することができ、この力Ｆｃによりシール部材６の上側面６Ｂを相手方の旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に接触させることができる。
【００５３】
よって、設計時に、この角度βを小さく設定すると、シール部材６の上側面６Ｂを相手方の旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に押し付ける力Ｆｃが大きくなり、一方で、角度βを大きく設定すると、シール部材６の上側面６Ｂを鏡板１１Ａの表面に押し付ける力Ｆｃが小さくなる。
【００５４】
ここで、溝５の渦方向の長さは、シール部材６の全長と略一致させてあるから、溝５の渦方向に作用する力Ｆｄによりシール部材６が溝５内で渦方向に移動することは殆どない。
【００５５】
また、シール部材６、１４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）等を用いている。
【００５６】
本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次にその動作について説明する。
【００５７】
まず、ケーシング１の外部から電動モータ２によって駆動軸９を回転駆動すると、この回転は、この駆動軸９の先端に取り付けられた偏心ブッシュ４から旋回軸受１２を介して旋回スクロール１１に伝えられ、この旋回スクロール１１は駆動軸９の軸線Ｏ−Ｏを中心にして寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行う。
【００５８】
そして、この旋回運動によって各ラップ部３Ｂ、１１Ｂの間に画成される圧縮室１７、１７、…は中央側に向けて連続的に縮小し、吸込口１５から吸込んだ空気を順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出口１６から外部のエアタンク（図示せず）等に向けて吐出する。
【００５９】
ここで、圧縮運転が開始されると、ラップ部３Ｂ、１１Ｂの溝５、１３内には高圧側の圧縮室１７から圧縮空気の一部が侵入し、例えば、固定スクロール３側のシール部材６は、このシール部材６の下側面６Ａと側面リップ部８の受圧面８Ａで圧縮空気の圧力を受圧することにより、溝５内から浮上し、シール部材６の上側面６Ｂを相手方となる旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に接触させることができ、また、シール部材６の内側面６Ｃと底面リップ部７の受圧面７Ａで圧縮空気の圧力を受圧することにより、シール部材６の外側面６Ｄを溝５の外壁面５Ｃに接触させることができる。
【００６０】
よって、ラップ部３の先端部から固定スクロール３の径方向に向かって圧縮空気が漏れることを防止することができる。
【００６１】
また、シール部材６に形成した各底面リップ部７と側面リップ部８は、溝５内に侵入した圧縮空気の圧力により、その各先端部が溝５の底面５Ａと内壁面５Ｂに向かって弾性変形することによって、溝５の底面５Ａ、内壁面５Ｂとシール部材６との間で渦方向に連通して形成される隙間を通って流動する空気を遮断し、この隙間を伝って高圧側の圧縮室１７から低圧側の圧縮室１７に向け圧縮空気が漏れるのを防止することができる。
【００６２】
なお、前記実施の形態では、固定スクロール３と旋回スクロール１１とを用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、互いに対向した２つのスクロールが何れも回転する全系回転型（両回転型）や、旋回スクロールの鏡板の両面にラップ部を形成し、それぞれのラップ部側に固定スクロールを設けることにより、２つの圧縮室を有する両歯型を用いた構成としてもよい。
【００６３】
また、前記実施の形態では、固定スクロール３のラップ部３Ｂと旋回スクロール１１のラップ部１１Ｂとにそれぞれ溝５、１３を形成し、これらの溝５、１３内にシール部材６、１４を嵌入するものとしたが、本発明はこれに限らず、固定スクロール３のラップ部３Ｂと旋回スクロール１１のラップ部１１のうち、いずれか一方のラップ部に溝を形成し、この溝にシール部材を嵌入するように構成してもよい。
【００６４】
また、前記実施の形態では、シール部材６の下側面６Ａに底面リップ部７を一体形成すると共に、シール部材６の内側面６Ｃに側面リップ部８を一体形成するものとしたが、本発明はこれに限らず、シール部材６の下側面６Ａ、内側面６Ｃ及び外側面６Ｄのうち、いずれか一方の側面にリップ部を形成するように構成してもよい。
【００６５】
また、前記実施の形態では、溝５及びシール部材６の断面形状を矩形にしたが、本発明はこれに限らず、上記断面形状を三角形、台形又は半円形とするように構成してもよい。 例えば、溝５及びシール部材６の断面形状を三角形にした場合では、シール部材の２つの側面が、溝の高圧側の壁面と低圧側の壁面に対向するように嵌入され、溝の高圧側の壁面に対向するシール部材の側面にのみリップ部を設けるだけで、運転中に溝とシール部材の間を流動する空気を遮断できる。また、リップ部の受圧面で圧力を受圧することによりシール部材を相手方のスクロールの鏡板の表面及び溝の低圧側の壁面に押し付けることができる。
【００６６】
また、前記実施の形態では、各底面リップ部７の受圧面７Ａが空気圧力を受圧する受圧面積を略同一になるように形成し、同様に各側面リップ部８の受圧面８Ａの受圧面積も略同一になるように形成したが、本発明はこれに限らず、図８に記載するようにシール部材６０の上側面６１又は下側面６２に対するリップ部の受圧面６３の傾斜角度γ１、γ２、γ３、γ４…をそれぞれ設定してもよい。
【００６７】
例えば、シール部材６０の高圧側から一定範囲までシール部材６０の上側面６１又は下側面６２に対する各受圧面６３の傾斜角度γを高圧側から低圧側に向かって徐々に小さくするように設定（γ１＜γ２＜γ３＜γ４）することで、溝５内の高圧側では、受圧面６３の傾斜角度γ１が低圧側の受圧面６３の傾斜角度γ４と比べて大きいからリップ部の受圧面積は小さくなり、シール部材６０の上側面６１が相手側のスクロールの鏡板の表面に高い面圧で接触することを防止してスクロールを旋回動作させる際に機械損失を低減できる。一方で、低圧側の受圧面６３の傾斜角度γ４が高圧側の受圧面６３の傾斜角度γ１と比べて小さいからリップ部の受圧面積は大きくなり、鏡板の表面にシール部材６０の上側面６１を押し付ける力を大きくできる。
【００６８】
また、前記実施の形態では、底面リップ部７及び側面リップ部８に高圧側の差圧室２０Ａ、２１Ａと低圧側の差圧室２０Ｂ、２１Ｂの空気圧力を直接受圧する受圧面をそれぞれ形成したが、本発明はこれに限らず、高圧側の差圧室と低圧側の差圧室のうち、いずれか一方の差圧室の空気圧力を受圧する受圧面を形成するように構成してもよい。例えば、図９に記載するように溝の内壁面に溝内に沿って流動する空気を遮断するように、型成形により図９（ｂ）に示すように突出して形成した側面リップ部３０に低圧側の差圧室３１内の均一な圧力を直接受圧する受圧面３４のみを形成することもでき、これによりシール部材３５は、このシール部材３５の下側面３３が受圧する空気圧力と、受圧面３４が受圧する空気圧力により溝５の底面５Ａから浮上し、シール部材３５の上側面３７を相手方のスクロールの鏡板の表面に接触させることができる。
【００６９】
また、前記実施の形態では、底面リップ部７は圧縮空気の高圧側から低圧側に向かって弾性変形し、溝５の底面５Ａとシール部材６との間を気密にシールする一方、側面リップ部８は圧縮空気の高圧側から低圧側に向かって弾性変形し、溝５の内壁面５Ｂとシール部材６との間を気密にシールするように構成したが、本発明はこれに限らず、溝に嵌入され溝の底面又は側面に溝内に沿って流動する空気を遮断して高圧側と低圧側の差圧室を画成する底面リップ部又は側面リップ部を、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すように型成形により突出して形成してもよい。例えば、図１０及び図１１に記載するように高圧側の差圧室４２、５２の空気圧力を直接受圧する受圧面４４ａ、５４ａと低圧側の差圧室４１、５１の空気圧力を直接受圧する受圧面４４ｂ、５４ｂをリップ部４０、５０に、シール部材４５、５５の長手方向Ｃに延びるように形成することもできる。
【００７０】
さらに、前記実施の形態では、スクロール式流体機械をスクロール式空気圧縮機として用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば真空ポンプ，冷媒圧縮機等に適用してもよいものである。
【００７１】
なお、本発明で定義する「受圧面」は、シール部材の長手方向と直交する短手方向の中間部に位置してシール部材の長手方向に延びるように設けてあり、高圧側と低圧側の少なくとも一方の差圧室内の均一な圧力を直接受圧する面のことである。
【００７２】
よって、例えば、図９に記載する実施の形態において、側面リップ部３０に、シール部材３５の短手方向Ｄに延びる側面３６ａ、３６ｂ、３６ｃが形成してあるが、これらは、シール部材の長手方向に延びる面ではないので、本発明で定義する「受圧面」には該当しない。
【００７３】
また、側面リップ部３０には、シール部材３５の長手方向Ｃに延びる端面３６ｄ、３６ｅが形成してあるが、これらは、シール部材３５の短手方向Ｄの中間部に位置して設けた面ではなく、また、相手方のスクロールの鏡板と端面３６ｄの間に生じる不均一な圧力、又は、溝の底面と端面３６ｅの間に生じる不均一な圧力を受圧する面であるから、本発明で定義する差圧室３１内の均一な圧力を直接受圧する「受圧面」には該当しない。
【００７４】
なお、上記では「受圧面」の定義について、側面リップ部の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、底面リップ部の場合でも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係るスクロール式流体機械の実施の形態を示す概略部分縦断面図。
【図２】図１の矢示ａ−ａ方向からみた概略部分横断面図。
【図３】図１に記載のシール部材６の底面リップ部７の開いた状態を示す概略縦断面図。
【図４】図３に記載の底面リップ部７の閉じた状態を示す概略平面図。
【図５】図１に記載のシール部材６の側面リップ部８の開いた状態を示す概略縦断面図。
【図６】図５に記載の側面リップ部８の閉じた状態を示す概略平面図。
【図７】図５の矢示ｂ−ｂ方向からみた概略縦断面図。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図。
【図１０】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図。
【図１１】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図。
【符号の説明】
【００７６】
３ 固定スクロール
３Ａ 鏡板
３Ｂ ラップ
５ 溝
６ シール部材
７ 底面リップ部
７Ａ 受圧面
８ 側面リップ部
８Ａ 受圧面
１１ 旋回スクロール
１１Ａ 鏡板
１１Ｂ ラップ
１３ 溝
１４ シール部材
１７ 圧縮室
２０Ａ 差圧室
２０Ｂ 差圧室
２１Ａ 差圧室
２１Ｂ 差圧室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧縮機、真空ポンプ等に用いられるスクロール式流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロールのラップ部の歯先に沿って矩形状の溝を設け、この溝にシール部材を嵌入したスクロール式流体機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このシール部材は断面が矩形であり、底面にはシール部材の長手方向と直交する切込みを入れることにより前記溝の底面に接触する複数の底面リップ部が設けられている。また、前記シール部材の内側面にも同様の切込みを入れることにより前記溝の内壁面に接触する複数の側面リップ部が設けられている。
【０００４】
この底面リップ部は、前記溝内に圧縮空気が侵入すると、この圧縮空気を受圧して前記溝の底面に向かって弾性変形する。また、前記側面リップ部は、前記溝の内壁面に向かって弾性変形する。
【０００５】
この両リップ部は、前記溝内に侵入した圧縮空気が溝に沿って流動することを妨げるように作用する。
【０００６】
そして、各リップ部間の圧縮空気の圧力を前記シール部材の底面が受圧することにより、シール部材は浮上して相手方のスクロールの鏡板にその上側面が押し付けられる。また、前記シール部材の内側面が受圧することにより、前記溝の外壁面にシール部材の外側面が押し付けられる。
【０００７】
そして、各ラップにより画成される圧縮室が確実にシールされる。
【０００８】
このような従来のスクロール式流体機械において、定常運転状態における前記シール部材の上側面を相手方のスクロールの鏡板に押し付ける力や前記シール部材の外側面を前記溝の外壁面に押し付ける力は、圧縮空気を受圧する前記シール部材の底面又は内側面の面積によって決まる。
よって、従来のスクロール式流体機械において、設計段階におけるシール部材の押し付け力の設定は、シール部材の底面又は内側面の面積を調整することにより行われる。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−９３６６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、前記シール部材の底面又は内側面の面積を変化させると、そのシール部材の寸法や形状に応じた溝を設ける必要がある。
【００１１】
即ち、前記シール部材の底面又は内側面の面積を広げると、前記溝の寸法を大きくする必要があるため前記スクロールを大きくしなければならず、また、前記シール部材の底面又は内側面の面積を狭くすると前記シール部材の強度が低下する。
【００１２】
そこで、本発明は、前記シール部材の底面又は内側面等の面積以外の調整により、前記シール部材を相手方のスクロールの鏡板又は前記溝の壁面に押し付ける力を設計時に調整できるスクロール式流体機械を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決すべく、請求項１に記載のように、鏡板に渦巻状に形成されたラップ部を立設した一方のスクロールと、該一方のスクロールに対向して設けられ鏡板に渦巻状に形成されたラップ部を立設した他方のスクロールと、前記両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の歯先に沿って設けられた溝と、該溝に嵌入され前記溝内に沿って流動する空気を遮断するように突出して高圧側と低圧側の差圧室を画成するリップ部を複数有するシール部材とを備えたスクロール式流体機械において、前記リップ部に、高圧側と低圧側の少なくとも一方の前記差圧室内の圧力を直接受圧する受圧面を、前記シール部材の長手方向に延びるように設けたことを特徴とするスクロール式流体機械を提供するものである。
【００１４】
本発明は、請求項２に記載のように、請求項１に記載のスクロール式流体機械において、前記複数のリップ部の各受圧面の受圧面積を少なくとも２種類としたことを特徴とするスクロール式流体機械を提供するものである。
【００１５】
本発明は、請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械において、前記溝の断面形状が内壁面、外壁面及び底面からなる矩形であり、前記シール部材の断面形状が前記他方のスクロールの鏡板に接触する上側面と前記底面に対向する下側面と前記内壁面に対向する内側面と前記外壁面に対向する外側面とからなる矩形であり、前記リップ部が前記シール部材の下側面と内側面のうち少なくとも一方に設けられ前記溝の底面又は内壁面に向かって突出して形成されたことを特徴とするスクロール式流体機械を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るスクロール式流体機械は、請求項１によれば、前記リップ部に、高圧側と低圧側の少なくとも一方の前記差圧室内の圧力を直接受圧する受圧面を、前記シール部材の長手方向に延びるように設けた構成としたので、設計段階で前記リップ部の受圧面の受圧面積を任意に設定することができ、前記シール部材を他方のスクロールの鏡板や前記溝の側面等への押し付ける力を予め決める際の自由度が広がる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によると、複数のリップ部の各受圧面の受圧面積を少なくとも２種類としたので、前記シール部材の長手方向の位置に応じて前記受圧面の受圧面積を異ならせることができ、押し付け力を細かく設定することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によると、前記リップ部が前記シール部材の下側面と内側面のうち少なくとも一方に設けられ前記溝の底面又は内壁面に向かって突出して形成されているので、前記リップ部の受圧面で圧縮空気を受圧して前記シール部材の上側面を他方のスクロールの鏡板、或いは、前記シール部材の外側面を前記溝の外壁面への押し付け力を個別に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図示する好ましい実施の形態により、本発明に係るスクロール式流体機械の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係るスクロール式流体機械は、一端側が開口した有底筒状のケーシング１と、このケーシング１の一端側に取付けられた固定スクロール３と、ケーシング１の他端側に取付けられた電動モータ２と、この電動モータ２の回転軸２Ａに回転可能に設けられた駆動軸９と、この駆動軸９の先端側に旋回可能に設けられ固定スクロール３のラップ部３Ｂとの間に複数の圧縮室１７を画成するラップ部１１Ｂを有する旋回スクロール１１とから大略構成されている。
【００２１】
固定スクロール３は、円板状の鏡板３Ａと、この鏡板３Ａの表面側に立設された渦巻状のラップ部３Ｂとから大略構成され、該ラップ３Ｂの歯先に沿って溝５を形成してあり、この溝５内には、渦巻状のシール部材６を嵌入してある。
【００２２】
ここで、溝５はラップ部３Ｂの幅方向中間部に位置して形成してあり、ラップ部３Ｂの渦巻形状に沿ってその巻始め端から巻終り端まで延びており、溝５の断面形状は、図７に示すように、底面５Ａ、内壁面５Ｂ及び外壁面５Ｃからなる矩形である。
【００２３】
シール部材６は、溝５の底面５Ａに対向する下側面６Ａと、この下側面６Ａと上下方向で対向し旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に接触する上側面６Ｂと、溝５の内壁面５Ｂ、外壁面５Ｃに対面し渦巻状をなすシール部材６の径方向内側、外側に位置する内側面６Ｃ、外側面６Ｄとから構成されており、その断面形状は、矩形である。
【００２４】
そして、このシール部材６は、内側面６Ｃ、外側面６Ｄが溝５内に僅かな隙間をもった状態で溝５内に挿入され、後述するように溝５の底面５Ａ上から相手方となる旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に向けて浮上可能となっている。
【００２５】
なお、固定スクロール３の外周側には、最外周の圧縮室１７に空気を吸込む筒状の吸込口１５を取り付けてあり、固定スクロール３の中央部には、中心の圧縮室１７内の圧縮された圧縮空気を外部に吐出する筒状の吐出口１６を取り付けてある。
【００２６】
駆動軸９は、基端側が電動モータ２の回転軸２Ａに対して螺着され、ケーシング１の中央部位に位置して設けた主軸受１０により軸受けされた状態で電動モータ２により回転駆動される。また、駆動軸９の先端側には略円筒状をなす偏心ブッシュ４が取付けられている。
【００２７】
旋回スクロール１１は、円板状の鏡板１１Ａと、この鏡板１１Ａの表面側に立設された渦巻状のラップ部１１Ｂとから大略構成され、該ラップ部１１Ｂの歯先に沿って溝１３を形成してあり、この溝１３内には、固定スクロール３と同様に渦巻状のシール部材１４を嵌入してある。
【００２８】
また、旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの背面側には、その中央部位に位置して円筒状のボス部１１Ｃが突設されている。このボス部１１Ｃの外周側には旋回軸受１２が取り付けられ、この旋回軸受１２は偏心ブッシュ４の旋回軸受穴４Ａ内に挿入されている。
【００２９】
さらに、旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの背面側とケーシング１の間には、その外周部位に位置して自転防止機構としてのボールカップリング３０が取り付けられている。
【００３０】
なお、溝１３及びシール部材１４の形状及び構成は、上記溝５及びシール部材６と略同様であるため、その説明を省略する。
【００３１】
図１に示すように、固定スクロール３と旋回スクロール１１とは、軸線Ｐ−Ｐに対して軸線Ｏ−Ｏを寸法δだけ偏心した状態で、旋回スクロール１１のラップ部１１Ｂが固定スクロール３のラップ部３Ｂに対し重ね合わせるように配設される。これにより、この旋回スクロール１１を固定スクロール３に対して旋回させたときに、その旋回に応じて各ラップ部３Ｂ、１１Ｂ間に容積が変化する複数の圧縮室１７、１７、…が画成されるようになっている。
【００３２】
次に、シール部材６の細部について説明する。なお、シール部材１４は、シール部材６と同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００３３】
まず、シール部材６の下側面６Ａに設けた底面リップ部７について説明する。
【００３４】
図３及び図４に示すように、シール部材６の下側面６Ａには、運転時に溝５内に沿って溝５の底面５Ａとシール部材６の下側面６Ａとの間を通って流動する空気を遮断するように突出するリップ部として底面リップ部７を複数設けてある。
【００３５】
この底面リップ部７は、図３に示すように、シール部材６の長手方向Ａに沿って一定間隔の切込線６Ｋをシール部材６の下側面６Ａから上側面６Ｂ側に向かって、それぞれ斜めに入れることにより、薄肉のリップ部として設けてある。
【００３６】
この切込線６Ｋは、図４に示すように、直線状の切込始線６Ｅから図中一点鎖線で示す直線状の切込終線６Ｆまで切込まれている。
【００３７】
また、シール部材６を直線的に伸長した状態で切込始線６Ｅと切込終線６Ｆは、シール部材６の内側面６Ｃ又は外側面６Ｄに対してそれぞれ傾斜してあり、互いに略平行関係にしてある。
【００３８】
この切込線６Ｋを入れることで、底面リップ部７は、運転時に溝５内に侵入した圧縮空気の圧力により、溝５内の高圧側（図３の左）から低圧側（図３の右）に向かって弾性変形し、溝５内に沿って流動する空気を遮断するように突出して高圧側の差圧室２０Ａと低圧側の差圧室２０Ｂを画成することができる。
【００３９】
ここで、「空気を遮断する」とは、底面リップ部７により高圧側の差圧室２０Ａと低圧側の差圧室２０Ｂとの差圧を生じる程度に空気の流れを遮断することをいい、多少漏れてもよい。
【００４０】
底面リップ部７において、図３及び図４に示すように、溝５の底面５Ａに向かって突出すると共にシール部材６の長手方向Ａに延びるように形成される側面が、差圧室２０Ａ、２０Ｂ内の圧縮空気の圧力を直接受圧する受圧面７Ａとなる。
【００４１】
そして、この受圧面７Ａを、シール部材６を直線的に伸長した状態でシール部材６の内側面６Ｃ及び外側面６Ｄに対して角度α傾斜させて形成したので、溝５内に侵入した圧縮空気の圧力を直接受圧することにより受圧面７Ａの点Ｐには差圧室２０Ａ、２０Ｂ内の差圧が力Ｆｔとして作用する。そして、この力Ｆｔは、図中に矢印で示すように固定スクロール３の外周方向に作用する力、即ち、シール部材６の外側面６Ｄを溝５の外壁面５Ｃに接触させる力Ｆａと、溝５の渦方向に作用する力Ｆｂに分解することができ、この力Ｆａによりシール部材６の外側面６Ｂを溝５の外壁面５Ｃに接触させることができる。
【００４２】
よって、設計時に、この角度αを小さく設定すると、シール部材６の外側面６Ｄを溝５の外壁面５Ｃに押し付ける力Ｆａが大きくなり、一方で、角度αを大きく設定すると、押し付ける力Ｆａが小さくなる。
【００４３】
ここで、溝５の渦方向の長さは、シール部材６の全長と略一致させてあるから、溝５の渦方向に作用する力Ｆｂによりシール部材６が溝５内で渦方向に移動することは殆どない。
【００４４】
次に、シール部材６の内側面６Ｃに設けた側面リップ部８について説明する。
【００４５】
図５及び図６に示すように、シール部材６の内側面６Ｃには、運転時に溝５内に沿って溝５の内壁面５Ｂとシール部材６の内側面６Ｃとの間を通って流動する空気を遮断するように突出するリップ部として側面リップ部８を複数設けてある。
【００４６】
この側面リップ部８は、図５に示すように、シール部材６の長手方向Ｂに沿って一定間隔の切込線６Ｌをシール部材６の内側面６Ｃから外側面６Ｄ側に向かって、それぞれ斜めに入れることにより、薄肉のリップ部として設けてある。
【００４７】
この切込線６Ｌは、図６に示すように、直線状の切込始線６Ｇから図中一点鎖線で示す直線状の切込終線６Ｈまで切込まれている。
【００４８】
また、シール部材６を直線的に伸長した状態で切込始線６Ｇと切込終線６Ｈは、シール部材６の下側面６Ａ又は上側面６Ｂに対してそれぞれ傾斜してあり、互いに略平行関係にしてある。
【００４９】
この切込線６Ｌを入れることで、側面リップ部８は、運転時に溝５内に侵入した圧縮空気の圧力により、溝５内の高圧側（図５の上）から低圧側（図５の下）に向かって弾性変形し、溝５内に沿って流動する空気を遮断するように突出して高圧側の差圧室２１Ａと低圧側の差圧室２１Ｂを画成することができる。
【００５０】
ここで、「空気を遮断する」とは、側面リップ部８により高圧側の差圧室２１Ａと低圧側の差圧室２１Ｂとの差圧を生じる程度に空気の流れを遮断することをいい、多少漏れてもよい。
【００５１】
側面リップ部８において、図５及び図６に示すように、溝５の内側面６Ｃに向かって突出すると共にシール部材６の長手方向Ｂに延びるように形成される側面が、差圧室２１Ａ、２１Ｂ内の圧縮空気の圧力を直接受圧する受圧面８Ａとなる。
【００５２】
そして、この受圧面８Ａを、シール部材６を直線的に伸長した状態でシール部材６の内側面６Ｃ及び外側面６Ｄに対して角度β傾斜させて形成したので、溝５内に侵入した圧縮空気の圧力を直接受圧することにより受圧面８Ａの点Ｑには差圧室２１Ａ、２１Ｂ内の差圧が力Ｆｓとして作用する。そして、この力Ｆｓは図中に矢印で示すように固定スクロール３の軸方向に作用する力、即ち、シール部材６の上側面６Ｂを相手方の旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に接触させる力Ｆｃと、溝５の渦方向に作用する力Ｆｄに分解することができ、この力Ｆｃによりシール部材６の上側面６Ｂを相手方の旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に接触させることができる。
【００５３】
よって、設計時に、この角度βを小さく設定すると、シール部材６の上側面６Ｂを相手方の旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に押し付ける力Ｆｃが大きくなり、一方で、角度βを大きく設定すると、シール部材６の上側面６Ｂを鏡板１１Ａの表面に押し付ける力Ｆｃが小さくなる。
【００５４】
ここで、溝５の渦方向の長さは、シール部材６の全長と略一致させてあるから、溝５の渦方向に作用する力Ｆｄによりシール部材６が溝５内で渦方向に移動することは殆どない。
【００５５】
また、シール部材６、１４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）等を用いている。
【００５６】
本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次にその動作について説明する。
【００５７】
まず、ケーシング１の外部から電動モータ２によって駆動軸９を回転駆動すると、この回転は、この駆動軸９の先端に取り付けられた偏心ブッシュ４から旋回軸受１２を介して旋回スクロール１１に伝えられ、この旋回スクロール１１は駆動軸９の軸線Ｏ−Ｏを中心にして寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行う。
【００５８】
そして、この旋回運動によって各ラップ部３Ｂ、１１Ｂの間に画成される圧縮室１７、１７、…は中央側に向けて連続的に縮小し、吸込口１５から吸込んだ空気を順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出口１６から外部のエアタンク（図示せず）等に向けて吐出する。
【００５９】
ここで、圧縮運転が開始されると、ラップ部３Ｂ、１１Ｂの溝５、１３内には高圧側の圧縮室１７から圧縮空気の一部が侵入し、例えば、固定スクロール３側のシール部材６は、このシール部材６の下側面６Ａと側面リップ部８の受圧面８Ａで圧縮空気の圧力を受圧することにより、溝５内から浮上し、シール部材６の上側面６Ｂを相手方となる旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面に接触させることができ、また、シール部材６の内側面６Ｃと底面リップ部７の受圧面７Ａで圧縮空気の圧力を受圧することにより、シール部材６の外側面６Ｄを溝５の外壁面５Ｃに接触させることができる。
【００６０】
よって、ラップ部３の先端部から固定スクロール３の径方向に向かって圧縮空気が漏れることを防止することができる。
【００６１】
また、シール部材６に形成した各底面リップ部７と側面リップ部８は、溝５内に侵入した圧縮空気の圧力により、その各先端部が溝５の底面５Ａと内壁面５Ｂに向かって弾性変形することによって、溝５の底面５Ａ、内壁面５Ｂとシール部材６との間で渦方向に連通して形成される隙間を通って流動する空気を遮断し、この隙間を伝って高圧側の圧縮室１７から低圧側の圧縮室１７に向け圧縮空気が漏れるのを防止することができる。
【００６２】
なお、前記実施の形態では、固定スクロール３と旋回スクロール１１とを用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、互いに対向した２つのスクロールが何れも回転する全系回転型（両回転型）や、旋回スクロールの鏡板の両面にラップ部を形成し、それぞれのラップ部側に固定スクロールを設けることにより、２つの圧縮室を有する両歯型を用いた構成としてもよい。
【００６３】
また、前記実施の形態では、固定スクロール３のラップ部３Ｂと旋回スクロール１１のラップ部１１Ｂとにそれぞれ溝５、１３を形成し、これらの溝５、１３内にシール部材６、１４を嵌入するものとしたが、本発明はこれに限らず、固定スクロール３のラップ部３Ｂと旋回スクロール１１のラップ部１１のうち、いずれか一方のラップ部に溝を形成し、この溝にシール部材を嵌入するように構成してもよい。
【００６４】
また、前記実施の形態では、シール部材６の下側面６Ａに底面リップ部７を一体形成すると共に、シール部材６の内側面６Ｃに側面リップ部８を一体形成するものとしたが、本発明はこれに限らず、シール部材６の下側面６Ａ、内側面６Ｃ及び外側面６Ｄのうち、いずれか一方の側面にリップ部を形成するように構成してもよい。
【００６５】
また、前記実施の形態では、溝５及びシール部材６の断面形状を矩形にしたが、本発明はこれに限らず、上記断面形状を三角形、台形又は半円形とするように構成してもよい。 例えば、溝５及びシール部材６の断面形状を三角形にした場合では、シール部材の２つの側面が、溝の高圧側の壁面と低圧側の壁面に対向するように嵌入され、溝の高圧側の壁面に対向するシール部材の側面にのみリップ部を設けるだけで、運転中に溝とシール部材の間を流動する空気を遮断できる。また、リップ部の受圧面で圧力を受圧することによりシール部材を相手方のスクロールの鏡板の表面及び溝の低圧側の壁面に押し付けることができる。
【００６６】
また、前記実施の形態では、各底面リップ部７の受圧面７Ａが空気圧力を受圧する受圧面積を略同一になるように形成し、同様に各側面リップ部８の受圧面８Ａの受圧面積も略同一になるように形成したが、本発明はこれに限らず、図８に記載するようにシール部材６０の上側面６１又は下側面６２に対するリップ部の受圧面６３の傾斜角度γ１、γ２、γ３、γ４…をそれぞれ設定してもよい。
【００６７】
例えば、シール部材６０の高圧側から一定範囲までシール部材６０の上側面６１又は下側面６２に対する各受圧面６３の傾斜角度γを高圧側から低圧側に向かって徐々に小さくするように設定（γ１＜γ２＜γ３＜γ４）することで、溝５内の高圧側では、受圧面６３の傾斜角度γ１が低圧側の受圧面６３の傾斜角度γ４と比べて大きいからリップ部の受圧面積は小さくなり、シール部材６０の上側面６１が相手側のスクロールの鏡板の表面に高い面圧で接触することを防止してスクロールを旋回動作させる際に機械損失を低減できる。一方で、低圧側の受圧面６３の傾斜角度γ４が高圧側の受圧面６３の傾斜角度γ１と比べて小さいからリップ部の受圧面積は大きくなり、鏡板の表面にシール部材６０の上側面６１を押し付ける力を大きくできる。
【００６８】
また、前記実施の形態では、底面リップ部７及び側面リップ部８に高圧側の差圧室２０Ａ、２１Ａと低圧側の差圧室２０Ｂ、２１Ｂの空気圧力を直接受圧する受圧面をそれぞれ形成したが、本発明はこれに限らず、高圧側の差圧室と低圧側の差圧室のうち、いずれか一方の差圧室の空気圧力を受圧する受圧面を形成するように構成してもよい。例えば、図９に記載するように溝の内壁面に溝内に沿って流動する空気を遮断するように、型成形により図９（ｂ）に示すように突出して形成した側面リップ部３０に低圧側の差圧室３１内の均一な圧力を直接受圧する受圧面３４のみを形成することもでき、これによりシール部材３５は、このシール部材３５の下側面３３が受圧する空気圧力と、受圧面３４が受圧する空気圧力により溝５の底面５Ａから浮上し、シール部材３５の上側面３７を相手方のスクロールの鏡板の表面に接触させることができる。
【００６９】
また、前記実施の形態では、底面リップ部７は圧縮空気の高圧側から低圧側に向かって弾性変形し、溝５の底面５Ａとシール部材６との間を気密にシールする一方、側面リップ部８は圧縮空気の高圧側から低圧側に向かって弾性変形し、溝５の内壁面５Ｂとシール部材６との間を気密にシールするように構成したが、本発明はこれに限らず、溝に嵌入され溝の底面又は側面に溝内に沿って流動する空気を遮断して高圧側と低圧側の差圧室を画成する底面リップ部又は側面リップ部を、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すように型成形により突出して形成してもよい。例えば、図１０及び図１１に記載するように高圧側の差圧室４２、５２の空気圧力を直接受圧する受圧面４４ａ、５４ａと低圧側の差圧室４１、５１の空気圧力を直接受圧する受圧面４４ｂ、５４ｂをリップ部４０、５０に、シール部材４５、５５の長手方向Ｃに延びるように形成することもできる。
【００７０】
さらに、前記実施の形態では、スクロール式流体機械をスクロール式空気圧縮機として用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば真空ポンプ，冷媒圧縮機等に適用してもよいものである。
【００７１】
なお、本発明で定義する「受圧面」は、シール部材の長手方向と直交する短手方向の中間部に位置してシール部材の長手方向に延びるように設けてあり、高圧側と低圧側の少なくとも一方の差圧室内の均一な圧力を直接受圧する面のことである。
【００７２】
よって、例えば、図９に記載する実施の形態において、側面リップ部３０に、シール部材３５の短手方向Ｄに延びる側面３６ａ、３６ｂ、３６ｃが形成してあるが、これらは、シール部材の長手方向に延びる面ではないので、本発明で定義する「受圧面」には該当しない。
【００７３】
また、側面リップ部３０には、シール部材３５の長手方向Ｃに延びる端面３６ｄ、３６ｅが形成してあるが、これらは、シール部材３５の短手方向Ｄの中間部に位置して設けた面ではなく、また、相手方のスクロールの鏡板と端面３６ｄの間に生じる不均一な圧力、又は、溝の底面と端面３６ｅの間に生じる不均一な圧力を受圧する面であるから、本発明で定義する差圧室３１内の均一な圧力を直接受圧する「受圧面」には該当しない。
【００７４】
なお、上記では「受圧面」の定義について、側面リップ部の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、底面リップ部の場合でも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係るスクロール式流体機械の実施の形態を示す概略部分縦断面図。
【図２】図１の矢示ａ−ａ方向からみた概略部分横断面図。
【図３】図１に記載のシール部材６の底面リップ部７の開いた状態を示す概略縦断面図。
【図４】図３に記載の底面リップ部７の閉じた状態を示す概略平面図。
【図５】図１に記載のシール部材６の側面リップ部８の開いた状態を示す概略縦断面図。
【図６】図５に記載の側面リップ部８の閉じた状態を示す概略平面図。
【図７】図５の矢示ｂ−ｂ方向からみた概略縦断面図。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図。
【図１０】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図。
【図１１】本発明の他の実施の形態を示す概略平面図。
【符号の説明】
【００７６】
３ 固定スクロール
３Ａ 鏡板
３Ｂ ラップ
５ 溝
６ シール部材
７ 底面リップ部
７Ａ 受圧面
８ 側面リップ部
８Ａ 受圧面
１１ 旋回スクロール
１１Ａ 鏡板
１１Ｂ ラップ
１３ 溝
１４ シール部材
１７ 圧縮室
２０Ａ 差圧室
２０Ｂ 差圧室
２１Ａ 差圧室
２１Ｂ 差圧室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板に渦巻状に形成されたラップ部を立設した一方のスクロールと、
該一方のスクロールに対向して設けられ鏡板に渦巻状に形成されたラップ部を立設した他方のスクロールと、
前記両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の歯先に沿って設けられた溝と、
該溝に嵌入されたシール部材と、
該シール部材の長手方向に複数設けられ、該シール部材から突出して前記溝内に沿って
流動する空気を遮断することにより高圧側と低圧側の差圧室を画成するリップ部とを備えたスクロール式流体機械において、
前記リップ部に、前記シール部材の長手方向に延び、前記高圧側と低圧側の少なくとも一方の差圧室内の圧力を直接受圧する受圧面を設けたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
請求項１に記載のスクロール式流体機械において、前記複数のリップ部の各受圧面の受圧面積を少なくとも２種類としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械において、前記溝の断面形状が内壁面、外壁面及び底面からなる矩形であり、前記シール部材の断面形状が前記他方のスクロールの鏡板に接触する上側面と前記底面に対向する下側面と前記内壁面に対向する内側面と前記外壁面に対向する外側面とからなる矩形であり、前記リップ部が前記シール部材の下側面と内側面のうち少なくとも一方に設けられ前記溝の底面又は内壁面に向かって突出して形成されたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項１】
鏡板に渦巻状に形成されたラップ部を立設した一方のスクロールと、
該一方のスクロールに対向して設けられ鏡板に渦巻状に形成されたラップ部を立設した他方のスクロールと、
前記両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の歯先に沿って設けられた溝と、
該溝に嵌入されたシール部材と、
該シール部材の長手方向に複数設けられ、該シール部材から突出して前記溝内に沿って
流動する空気を遮断することにより高圧側と低圧側の差圧室を画成するリップ部とを備えたスクロール式流体機械において、
前記リップ部に、前記シール部材の長手方向に延び、前記高圧側と低圧側の少なくとも一方の差圧室内の圧力を直接受圧する受圧面を設けたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
請求項１に記載のスクロール式流体機械において、前記複数のリップ部の各受圧面の受圧面積を少なくとも２種類としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械において、前記溝の断面形状が内壁面、外壁面及び底面からなる矩形であり、前記シール部材の断面形状が前記他方のスクロールの鏡板に接触する上側面と前記底面に対向する下側面と前記内壁面に対向する内側面と前記外壁面に対向する外側面とからなる矩形であり、前記リップ部が前記シール部材の下側面と内側面のうち少なくとも一方に設けられ前記溝の底面又は内壁面に向かって突出して形成されたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１００５１６（Ｐ２００７−１００５１６Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８７５６８（Ｐ２００５−２８７５６８）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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