スクロール式流体機械
【課題】 装着前のチップシールを予め適切な断面形状に形成しておくことにより、これをシール溝に装着したときにシール性能を向上させる。
【解決手段】 固定スクロール３と旋回スクロール８のシール溝７，１２には、紐状のシール用原材料２１を渦巻状に湾曲させて装着することにより、チップシール２０をそれぞれ設ける。この場合、装着前の自由状態におけるシール用原材料２１の断面形状は、内周面２１Ｃの高さ寸法Ｈ1が外周面２１Ｄの高さ寸法Ｈ2よりも短くなった台形状に形成する。これにより、シール用原材料２１を湾曲させてシール溝７，１２に装着したときには、湾曲動作によるチップシール２０の断面形状の歪み等を補償することができ、装着後のチップシール２０を長方形または正方形に近い断面形状に保持することができる。
【解決手段】 固定スクロール３と旋回スクロール８のシール溝７，１２には、紐状のシール用原材料２１を渦巻状に湾曲させて装着することにより、チップシール２０をそれぞれ設ける。この場合、装着前の自由状態におけるシール用原材料２１の断面形状は、内周面２１Ｃの高さ寸法Ｈ1が外周面２１Ｄの高さ寸法Ｈ2よりも短くなった台形状に形成する。これにより、シール用原材料２１を湾曲させてシール溝７，１２に装着したときには、湾曲動作によるチップシール２０の断面形状の歪み等を補償することができ、装着後のチップシール２０を長方形または正方形に近い断面形状に保持することができる。
【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て好適なスクロール式流体機械にに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スクロール式流体機械としては、例えばモータ等の駆動源によって一方のスクロールを他方のスクロールに対して旋回運動させることにより、空気等を圧縮するようにしたスクロール式圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３８０１号公報
【０００４】
この種の従来技術によるスクロール式圧縮機は、鏡板の歯底面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して設けられ、鏡板の歯底面に該固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成する渦巻状のラップ部が立設された旋回スクロールとを備えている。
【０００５】
また、固定スクロールと旋回スクロールのラップ部は、鏡板の内径側から外径側に向けて渦巻状に巻回され、その歯先面には、ラップ部の長さ方向に沿って延びる渦巻状のシール溝が開口している。そして、これらのシール溝内には、各圧縮室の気密性を確保するチップシールが設けられている。
【０００６】
ここで、チップシールは、耐熱性、耐摩耗性、摺動性等の条件を満たすために、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を含む樹脂材料によって形成されている。また、チップシールの断面形状（横断面）は、例えばシール溝の溝形状よりも一回り小さな長方形状に形成されている。
【０００７】
そして、チップシールの断面形状を構成する四辺のうちの一辺は、圧縮機の運転時に相手方の鏡板の歯底面に面接触するシール面となり、このシール面は、相手方の歯底面に摺接することによってシール性を発揮する構成となっている。
【０００８】
また、一般に、ＰＴＦＥを含む樹脂材料は、渦巻状のチップシールとして射出成形するのが難しい。このため、従来技術では、シール溝に装着する前のチップシールを、例えば可撓性を有する細長い紐状のシール用原材料として予め樹脂成形しておき、圧縮機の組立時には、このシール用原材料を渦巻状に湾曲させながら、シール溝に嵌め込む構成としている。
【０００９】
一方、他の従来技術として、チップシールをシール溝に装着したときに、その断面形状が平行四辺形や台形となるように構成したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献２】特開平７−１１９６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述の特許文献１に記載された従来技術では、例えばＰＴＦＥを含む紐状のシール用原材料を湾曲させることにより、これを渦巻状のチップシールとしてシール溝に嵌め込む構成としている。この場合、シール溝の曲率は外径側で小さく、内径側に向けて徐々に大きくなるから、シール溝の外径側には、シール用原材料を緩やかに湾曲させるだけで嵌め込むことができる。
【００１２】
しかし、シール溝の内径側には、シール用原材料を折曲げるように極端に湾曲させた状態で嵌め込む必要がある。このような湾曲部位では、例えばシール用原材料の断面形状が潰れることによって台形状に歪んでしまい、これによってチップシールのシール面が相手方の歯底面に対して斜めに傾斜した状態となることがある。
【００１３】
このため、特許文献１の従来技術では、圧縮運転を行うときに、チップシールの先端側の一部だけが相手方の歯底面に摺接した状態（片当り状態）となることがある。この状態では、チップシールが十分に機能できずに圧縮性能が低下したり、チップシールの偏摩耗等が生じて耐久性が低下するという問題がある。
【００１４】
一方、特許文献２に記載された従来技術では、チップシールをシール溝に装着したときに、その断面形状が平行四辺形や台形となるように構成している。しかし、この場合には、チップシールを渦巻状に湾曲させたときに生じる断面形状の歪み等を考慮していない。
【００１５】
このため、特許文献２の従来技術でも、例えば紐状のシール用原材料を湾曲させてシール溝に嵌め込んだときに、その断面形状に想定外の歪み、変形等が生じ易い。また、チップシールの断面形状が常に平行四辺形や台形に保持されているから、その角隅部で片当り状態が生じ易くなり、特許文献１の場合と同様の問題が生じる。
【００１６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、チップシールの装着時等に生じる断面形状の歪みを補償することができ、チップシールが偏摩耗するのを確実に防止できると共に、圧縮性能や耐久性を向上できるようにしたスクロール式流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明は、鏡板の内径側から外径側に向けて渦巻状のラップ部が立設され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該一方のスクロールのラップ部と重なり合う渦巻状のラップ部が立設された他方のスクロールと、前記各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面に開口して設けられた渦巻状のシール溝と、樹脂材料により形成され該シール溝内に装着されるチップシールとを備えてなるスクロール式流体機械に適用される。
【００１８】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、チップシールは、前記シール溝の底部側に配置される底面と、該底面と対向して前記シール溝の開口側に配置されるシール面と、前記底面とシール面との間に高さ寸法をもって配置された内周面と、該内周面と対向する位置で前記底面とシール面との間に高さ寸法をもって配置された外周面とを有し、前記チップシールの断面形状は、前記シール溝に装着する前の自由状態となっているときに、前記チップシールのシール面を前記外周面に対して内周面が低くなるように構成したことにある。
【００１９】
また、請求項２の発明によると、前記シール面の傾斜角は、前記チップシールの内径側で大きな角度に設定し、前記チップシールの外径側で小さな角度に設定する構成としている。
【００２０】
また、請求項３の発明によると、前記チップシールの断面形状は、前記内周面の高さ寸法が前記外周面の高さ寸法よりも短い台形状に形成し、前記チップシールのシール面は、前記内周面と外周面との寸法差に応じて傾斜させる構成としている。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、シール溝に装着する前の自由状態となっているチップシール（以下、シール用原材料という）の断面形状は、外周面から内周面に向けて高さ寸法が徐々に低くなる形状に形成することができる。これにより、シール用原材料のシール面は、内周面と外周面との寸法差に応じて予め傾斜面として形成しておくことができ、このシール面の傾斜角は、例えばシール用原材料をチップシールとして装着したときの変形状態を考慮して、予め適切な角度に設定することができる。
【００２２】
そして、このシール用原材料を渦巻状に湾曲させることにより、チップシールとしてシール溝に装着することができ、この状態で圧縮運転を行うことができる。このとき、例えばシール溝の曲率が大きな部位でチップシールの断面形状に歪みが生じた場合、または圧縮空気の圧力等によって断面形状が径方向に潰れるように変形した場合には、断面形状を長方形または正方形（以下、これらを総称して長方形という）となるように変形させることができ、これらの場合に生じる断面形状の不適切な変形を補償することができる。
【００２３】
これにより、チップシールのシール面を、相手方となるスクロールの鏡板に対して平行に保持することができ、このシール面を相手方の鏡板に面接触した状態で安定的に摺接させることができる。このため、例えば装着時の湾曲動作や圧縮運転時の空気圧等によってチップシールの断面が不適切な形状に変形したり、チップシールのシール面が傾いた状態で相手方の鏡板に接触（片当り）するのを防止することができる。
【００２４】
従って、チップシールを偏摩耗させることなく、長期間にわたって安定したシール性能を発揮することができ、その寿命を延ばすことができる。そして、シール不良等による空気漏れを抑えることができ、圧縮性能や耐久性を向上させることができる。
【００２５】
また、請求項２の発明によれば、チップシールの内径側では、シール溝の曲率が大きく、またチップシールに加わる圧縮空気の圧力も高いので、断面形状が大きく変形し易い。このため、シール用原材料を形成するときに、内径側のシール面には、予め大きな傾斜角をもたせておくことができる。一方、チップシールの外径側では、シール溝の曲率や圧縮空気の圧力が比較的小さい。このため、シール用原材料の外径側のシール面には、予め小さな傾斜角をもたせておくことができる。
【００２６】
このように、シール面の傾斜角を、内径側と外径側の変形状態に応じてそれぞれ適切な角度に設定しておくことができる。従って、チップシールの内径側と外径側とがそれぞれ異なる断面形状に変形したとしても、個々の部位でシール面を相手方の鏡板に対して平行な位置に保持することができ、チップシールの全長にわたってシール性能を高めることができる。
【００２７】
また、請求項３の発明によれば、シール用原材料の断面形状は、内周面と外周面とが互いに平行で、外周面から内周面に向けて高さ寸法が徐々に小さく（低く）なる台形状に形成することができ、シール用原材料のシール面は、内周面と外周面との寸法差に応じて予め傾斜面として形成することができる。このため、シール用原材料をチップシールとして装着したときには、そのシール面を相手方となるスクロールの鏡板に対して平行に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の第１の実施の形態によるスクロール式流体機械について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
ここで、図１ないし図７は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、スクロール式空気圧縮機を例に挙げて述べる。
【００３０】
図中、１は圧縮機の外殻を構成するケーシングで、該ケーシング１は、軸方向一側が開口した有底筒状に形成され、その軸方向他側には、出力軸２Ａを有するモータ２が取付けられている。また、本実施の形態のスクロール式空気圧縮機は、例えば自動車等の車両に空圧アクチュエータとして搭載される小型の圧縮機となっている。
【００３１】
３はケーシング１の軸方向一側に設けられた固定スクロールで、該固定スクロール３は、円板状の鏡板４と、該鏡板４の歯底面４Ａに軸方向に向けて立設された渦巻状のラップ部５と、鏡板４の外周側に設けられ、該ラップ部５を取囲む筒状の支持部６とによって大略構成されている。
【００３２】
ここで、ラップ部５は、図２に示す如く、例えば最内径端を巻始め端として、最外径端を巻終り端としたときに、内径側から外径側に向けて例えば３巻前，後の渦巻状に巻回されている。そして、ラップ部５の歯先面５Ａは、図３に示す如く、後述する旋回スクロール８のラップ部１０と同様に、相手方となる鏡板９の歯底面９Ａから一定の寸法だけ軸方向に離間し、この歯先面５Ａには後述のシール溝７が設けられている。
【００３３】
７はラップ部５の歯先面５Ａに開口して設けられたシール溝で、該シール溝７は、後述のチップシール２０が装着されるものである。ここで、シール溝７は、図２、図７に示す如く、旋回スクロール８のシール溝１２とほぼ同様に、渦巻状の凹溝として形成され、ラップ部５の長さ方向に延びている。
【００３４】
また、シール溝７の断面形状（横断面）は、図３に示す如く、例えば略コ字状または四角形状に形成されている。そして、シール溝７は、底面７Ａと、該底面７Ａの径方向内側に位置する内側壁面７Ｂと、底面７Ａの径方向外側に位置する外側壁面７Ｃとを有している。
【００３５】
８は固定スクロール３に対向してケーシング１内に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール８は、図１に示す如く、表面側が歯底面９Ａとなった円板状の鏡板９と、該鏡板９の歯底面９Ａから固定スクロール３の鏡板４に向けて軸方向に立設された渦巻状のラップ部１０と、鏡板９の裏面中央に突設され、後述の駆動軸１３が連結されるボス部１１とによって構成されている。
【００３６】
ここで、ラップ部１０は、図２、図３に示す如く、内径側から外径側に向けて例えば３巻前，後の渦巻状に巻回されている。そして、ラップ部１０の歯先面１０Ａ側には、底面１２Ａ、内側壁面１２Ｂおよび外側壁面１２Ｃを有するシール溝１２が設けられ、このシール溝１２にはチップシール２０が装着されている。
【００３７】
１３はケーシング１内に軸受等を介して回転可能に設けられた駆動軸で、該駆動軸１３は、図１に示す如く、基端側がモータ２の出力軸２Ａに取付けられ、モータ２によって回転駆動される。また、駆動軸１３の先端側には、偏心ブッシュ１４と旋回軸受１５とを介して旋回スクロール８のボス部１１が旋回可能に連結されている。この偏心ブッシュ１４は、ボス部１１と駆動軸１３とを径方向に偏心させた状態で互いに連結するものである。
【００３８】
これにより、駆動軸１３が回転するときには、その軸線を中心として旋回スクロール８が一定の旋回半径で旋回運動を行う。この場合、ケーシング１と旋回スクロール８の背面側との間には、旋回スクロール８が旋回運動時に自転するのを防止する例えば３個の自転防止機構１６（１個のみ図示）が設けられている。
【００３９】
また、旋回スクロール８は、固定スクロール３に対し例えば１８０度ずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部５，１０間には、外径側から内径側（中央）にかけて複数の圧縮室１７が画成されている。そして、圧縮機の運転時には、固定スクロール３に設けられた吸込口１８から外径側の圧縮室１７内に空気を吸込みつつ、この空気を各圧縮室１７内で順次圧縮し、最後に、中央側の圧縮室１７内に収容された圧縮空気を、固定スクロール３に設けられた吐出口１９から外部に吐出する。
【００４０】
次に、２０は固定スクロール３と旋回スクロール８のシール溝７，１２内にそれぞれ装着されたチップシールを示している。これらのチップシール２０は、例えば耐熱性、耐摩耗性、摺動性に優れた樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を含む樹脂材料を用いて形成され、具体的には、可撓性を有する後述のシール用原材料２１を渦巻状に湾曲させることによって構成されている。
【００４１】
そして、まず旋回スクロール８のシール溝１２に装着されたチップシール２０を例に挙げて説明すると、このチップシール２０は、相手方となる固定スクロール３の鏡板４との間をシールするもので、図２ないし図４に示す如く、シール溝１２の長さ方向に沿って渦巻状に延び、略四角形の断面形状を有している。
【００４２】
また、チップシール２０は、シール溝１２の底部側に配置される底面２０Ａと、該底面２０Ａと対向してシール溝１２の開口側に配置されるシール面２０Ｂと、底面２０Ａとシール面２０Ｂとを内周側で接続する内周面２０Ｃと、底面２０Ａとシール面２０Ｂとを外周側で接続する外周面２０Ｄと、これらの底面２０Ａ、シール面２０Ｂ、内周面２０Ｃ及び外周面２０Ｄの間に位置する四辺の角隅部２０Ｅとを有している。
【００４３】
ここで、圧縮運転時には、シール溝１２の内周側に位置する圧縮室１７の方が外周側に位置する圧縮室１７よりも高圧となるため、シール溝１２の内周側には圧縮室１７から圧縮空気が流入する。この結果、チップシール２０の底面２０Ａには、図３に示す如く、この圧縮空気によって押圧力Ａが付加される。そして、チップシール２０は、この押圧力Ａによってシール溝１２から浮上し、シール面２０Ｂが相手方の歯底面４Ａに摺接した状態となる。
【００４４】
また、チップシール２０の内周面２０Ｃには、シール溝１２内に流入した圧縮空気によって押圧力Ｂが付加される。この結果、チップシール２０は、この押圧力Ｂによって径方向に潰れるように変形し、外周面２０Ｄがシール溝１２の外側壁面１２Ｃに押付けられた状態となる。これにより、チップシール２０は、ラップ部１０の歯先面１０Ａと相手方の歯底面４Ａとの間をシールし、各圧縮室１７の気密性を確保する構成となっている。
【００４５】
一方、チップシール２０は、図２に示す如く、シール溝１２の内径側と外径側のうち曲率が大きな内径側に装着された内径部２０Ｆと、曲率が小さな外径側に装着された外径部２０Ｇとを有している。そして、内径部２０Ｆは、後述するシール用原材料２１の断面形状を予め適切に成形しておくことにより、圧縮運転時に長方形に近い断面形状をもつように構成されている。
【００４６】
即ち、内径部２０Ｆは、図３に示す如く、シール用原材料２１をシール溝１２の内径側に沿って大きく湾曲させることにより断面形状に歪みが生じ、かつ高圧な内径側の圧縮空気による押圧力Ｂを受けて変形しているときに、各角隅部２０Ｅが直角となった長方形に近い断面形状に保持される。この場合、長方形とは、四隅が直角となった四角形を総称するものとし、正方形を含むものとする。
【００４７】
このとき、内径部２０Ｆのシール面２０Ｂは、相手方の鏡板４の歯底面４Ａに対してほぼ平行に保持され、この歯底面４Ａに面接触した状態で摺接するようになるので、チップシール２０は、高圧な内径側の圧縮室１７に対して高いシール性を発揮することができる。
【００４８】
これに対し、チップシール２０の外径部２０Ｇは、内径部２０Ｆほど大きく湾曲していない上に、低圧な外径側の圧縮空気によって小さな押圧力Ｂを受けるので、図４に示す如く、内径部２０Ｆと比較して断面形状の変形が小さくなる。このため、外径部２０Ｇは長方形の断面形状とならず、一部の角隅部２０Ｅだけが相手方の歯底面４Ａに摺接することがある。しかし、外径側の圧縮室１７は圧力が低いので、この状態でもシール性を確保することができる。
【００４９】
さらに、固定スクロール３のシール溝７に装着されたチップシール２０は、図３、図４に示す如く、相手方となる旋回スクロール８（鏡板９）の歯底面９Ａとの間をシールするもので、このチップシール２０についても、旋回スクロール８側のチップシール２０と同様に構成されているものである。
【００５０】
次に、図５及び図６を参照しつつ、シール溝７，１２に装着する前のチップシールであるシール用原材料２１について説明する。
【００５１】
このシール用原材料２１は、例えばＰＴＦＥ等を含む樹脂材料により、可撓性を有する細長い紐状体として形成され、シール溝７，１２への装着時に生じる断面形状の歪みや、圧縮空気の圧力による変形がない状態（自由状態）に保持されている。
【００５２】
そして、シール用原材料２１は、図５、図６に示す如く、底面２１Ａ、シール面２１Ｂ、内周面２１Ｃ、外周面２１Ｄ及び角隅部２１Ｅを有し、内径部２１Ｆと外径部２１Ｇとによって構成されている。これらの部位は、それぞれチップシール２０の同じ名称の部位となるものである。
【００５３】
また、シール用原材料２１の内周面２１Ｃは、底面２１Ａとシール面２１Ｂとの間に高さ寸法Ｈ1をもって配置され、外周面２１Ｄは高さ寸法Ｈ2をもって形成されている。そして、内周面２１Ｃの高さ寸法Ｈ1は、下記数１の式に示すように、外周面２１Ｄの高さ寸法Ｈ2よりも短い寸法値に設定されている。
【００５４】
【数１】
【００５５】
このため、シール用原材料２１の断面形状は、内周面２１Ｃと外周面２１Ｄとが互いに平行で、外周面２１Ｄから内周面２１Ｃに向けて高さ寸法が徐々に小さく（低く）なる台形状に形成されている。そして、シール用原材料２１のシール面２１Ｂは、外周面２１Ｄから内周面２１Ｃに向けて延びつつ、底面２１Ａに近接するように斜めに傾斜している。
【００５６】
この場合、シール面２１Ｂは、例えば内周面２１Ｃと垂直な直線に対して傾斜角θを有し、その傾斜角θは、内周面２１Ｃと外周面２１Ｄとの寸法差（Ｈ2−Ｈ1）に応じた角度となっている。そして、シール面２１Ｂの傾斜角θは、例えばシール用原材料２１をチップシール２０として装着したときの変形状態を考慮して、予め適切な角度に設定されている。
【００５７】
これにより、シール用原材料２１の内径部２１Ｆは、図６中に仮想線で示すチップシール２０のように、シール溝７，１２に装着されることによって径方向に潰れるように歪みを生じ、かつ内周側から押圧力Ｂを受けることによって変形したときに、長方形に近い断面形状をもつようになり、そのシール面２０Ｂは相手方の鏡板４，９に対してほぼ平行に保持されるものである。
【００５８】
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、次にシール用原材料２１の形成、装着作業について説明する。
【００５９】
まず、シール用原材料２１の形成時には、例えばＰＴＦＥ等を含む樹脂材料を用いて、断面形状が四角形の紐状体を樹脂成形し、その表面に切削、研削等の加工処理を施すことにより、図６に示す紐状のシール用原材料２１を形成する。
【００６０】
そして、図７に示すように、このシール用原材料２１の内径部２１Ｆを大きな曲率で湾曲させ、外径部２１Ｇを小さな曲率で湾曲させる。これにより、シール用原材料２１を渦巻状に変形させつつ、これをシール溝７（またはシール溝１２）に嵌め込んで装着する。
【００６１】
次に、スクロール式空気圧縮機の作動について説明すると、まずモータ２によって駆動軸１３を回転駆動したときには、駆動軸１３の回転が偏心ブッシュ１４、旋回軸受１５等を介して旋回スクロール８に伝えられる。これにより、旋回スクロール８は、自転防止機構１６によって自転を規制された状態で、駆動軸１３を中心として旋回運動を行う。
【００６２】
このとき、固定スクロール３のラップ部５と旋回スクロール８のラップ部１０との間に画成された圧縮室１７は、外径側から内径側に向けて連続的に縮小する。これにより、圧縮機は、吸込口１８から吸込んだ外気を各圧縮室１７で順次圧縮し、吐出口１９から外部のタンク(図示せず)等に向けて圧縮空気を吐出する。
【００６３】
また、圧縮運転時には、圧縮室１７からシール溝７，１２の内周側に圧縮空気が流入すると、シール溝７内のチップシール２０は、圧縮空気の押圧力Ａによって相手方の鏡板９の歯底面９Ａに摺接しつつ、押圧力Ｂによってシール溝７の外側壁面７Ｃに押付けられた状態となる。また、シール溝１２内のチップシール２０も同様に、相手方の鏡板４の歯底面４Ａに摺接しつつ、シール溝１２の外側壁面１２Ｃに押付けられた状態となる。
【００６４】
このとき、各チップシール２０の内径部２０Ｆは、渦巻状に湾曲したことで断面形状に歪みが生じ、かつ圧縮空気の押圧力Ｂを受けて変形しているから、長方形に近い断面形状となっている。このため、内径部２０Ｆのシール面２０Ｂは、相手方の歯底面４Ａ（または歯底面９Ａ）と安定的に面接触した状態で摺動することができ、各圧縮室１７の間を確実に遮断することができる。
【００６５】
かくして、本実施の形態では、シール溝７，１２に装着する前のチップシールであるシール用原材料２１の断面形状を、内周面２１Ｃの高さ寸法Ｈ1が外周面２１Ｄの高さ寸法Ｈ2よりも短い台形状に形成し、このシール用原材料２１をチップシール２０としてシール溝７，１２にそれぞれ装着する構成としている。
【００６６】
これにより、シール用原材料２１のシール面２１Ｂを予め傾斜面（テーパ面）として形成しておくことができ、このシール面２１Ｂの傾斜角θは、例えばシール用原材料２１をチップシール２０として装着したときの変形状態を考慮して、予め適切な角度に設定することができる。
【００６７】
このため、例えば旋回スクロール８側のチップシール２０において、曲率が大きな内径部２０Ｆの断面形状に歪みが生じた場合、または圧縮空気の押圧力Ｂによって内径部２０Ｆの断面形状が径方向に潰れるように変形した場合には、予め台形状に形成しておいた断面形状を長方形となるように変形させることができ、これらの場合に生じる断面形状の不適切な変形を補償することができる。
【００６８】
これにより、チップシール２０のシール面２０Ｂを、相手方の鏡板４の歯底面４Ａに対して平行に保持することができ、このシール面２０Ｂを歯底面４Ａに面接触した状態で安定的に摺接させることができる。このため、例えば装着時の湾曲動作や圧縮空気の押圧力Ｂ等によってチップシール２０の断面が不適切な形状に変形したり、そのシール面２０Ｂが傾いた状態で相手方の鏡板４に接触（片当り）するのを防止することができる。
【００６９】
従って、チップシール２０を偏摩耗させることなく、長期間にわたって安定したシール性能を発揮することができ、その寿命を延ばすことができる。そして、シール不良等による空気漏れを抑えることができ、圧縮性能や耐久性を向上させることができる。
【００７０】
特に、本実施の形態では、例えばラップ部５，１０（シール溝７，１２）の内径側の曲率が極端に大きくなる小型の圧縮機に適用しているので、このような小型圧縮機においても、チップシール２０の不適切な変形を抑えて高いシール性能を得ることができる。
【００７１】
一方、固定スクロール３側のチップシール２０についても、旋回スクロール８側と同様のシール用原材料２１を用いているから、これとほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、これら２つのチップシール２０によって各圧縮室１７の気密性を向上させることができる。
【００７２】
次に、図８ないし図１１は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、シール面の傾斜角を内径側で大きく、外径側で小さく形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態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。
【００７３】
３０は固定スクロール３と旋回スクロール８のシール溝７，１２内にそれぞれ装着された渦巻状のチップシールを示し、これらのチップシール３０は、第１の実施の形態とほぼ同様に、内径部３０Ａ、外径部３０Ｂ等を有している。
【００７４】
３１はシール溝７，１２に装着する前のチップシールであるシール用原材料を示し、このシール用原材料３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えばＰＴＦＥ等を含む樹脂材料により、可撓性を有する細長い紐状体として形成されている。そして、シール用原材料３１は、図１０、図１１に示す如く、底面３１Ａ、シール面３１Ｂ、内周面３１Ｃ、外周面３１Ｄ、角隅部３１Ｅ、内径部３１Ｆ、外径部３１Ｇ等を有している。
【００７５】
しかし、シール用原材料３１は、内周面３１Ｃの高さ寸法が内径部３１Ｆから外径部３１Ｇに向けて徐々に大きくなるように形成されている。このため、内周面３１Ｃは、図１０、図１１に示す如く、例えば内径部３１Ｆの位置で高さ寸法Ｈaを有し、外径部３１Ｇの位置では、この高さ寸法Ｈaよりも長尺な高さ寸法Ｈbを有している。また、これらの高さ寸法Ｈa，Ｈbは、下記数２の式に示すように、外周面３１Ｄの高さ寸法Ｈcよりも短い寸法値に形成されている。
【００７６】
【数２】
【００７７】
これにより、シール用原材料３１のシール面３１Ｂの傾斜角は、内径部３１Ｆから外径部３１Ｇに向けて徐々に小さくなるように形成され、内径側と外径側とで異なる角度に設定されている。この場合、シール面３１Ｂの傾斜角は、下記数３の式に示すように、例えば内径部３１Ｆの位置で大なる傾斜角θaに設定され、外径部３１Ｇの位置では、この傾斜角θaよりも小なる傾斜角θbに設定されている。
【００７８】
【数３】
【００７９】
従って、シール用原材料３１をチップシール３０としてシール溝７，１２に装着したときには、図１０中に仮想線で示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、湾曲動作や空気圧等によって大きく変形した後の内径部３０Ａの断面形状をほぼ長方形に保持することができる。
【００８０】
一方、シール用原材料３１の外径部３１Ｇは曲率が小さく、また外径側の圧縮空気から受ける圧力が低いので、断面形状の変形が小さい。しかし、外径部３１Ｇは、シール面３１Ｂが小さな傾斜角θbで傾斜しているから、これをチップシール３０としてシール溝７，１２に装着したときには、図１１中に仮想線で示す如く、変形が小さな外径部３０Ｂの断面形状をほぼ長方形に保持することができる。
【００８１】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、シール用原材料３１の内径部３１Ｆ側でシール面３１Ｂの傾斜角θaを大きく形成し、外径部３１Ｇ側でシール面３１Ｂの傾斜角θbを小さくする構成としている。
【００８２】
この場合、チップシール３０の内径部３０Ａ側では、シール溝７，１２の曲率が大きく、またチップシール３０に加わる圧縮空気の圧力も高いので、断面形状が大きく変形し易い。このため、シール用原材料３１を形成するときに、内径部３１Ｆのシール面３１Ｂには、予め大きな傾斜角θaをもたせておくことができる。
【００８３】
一方、チップシール３０の外径部３０Ｂ側では、シール溝７，１２の曲率や圧縮空気の圧力が比較的小さい。このため、シール用原材料３１の外径部３１Ｇ側のシール面３１Ｂには、予め小さな傾斜角θbをもたせておくことができる。
【００８４】
このように、シール面３１Ｂの傾斜角θa，θbを、内径部３１Ｆ側と外径部３１Ｇ側の変形状態に応じてそれぞれ適切な角度に設定しておくことができる。従って、チップシール３０の内径部３０Ａと外径部３０Ｂとがそれぞれ異なる断面形状に変形したとしても、個々の部位でシール面を相手方の鏡板に対して平行な位置に保持することができ、チップシール３０の全長にわたってシール性能を高めることができる。
【００８５】
なお、前記各実施の形態では、シール用原材料２１，３１のシール面２１Ｂ，３１Ｂを斜めに傾斜させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１２に示す変形例のように、シール用原材料４１の底面４１Ａとシール面４１Ｂの両方を傾斜させる構成としてもよい。この場合、シール用原材料４１は、内周面４１Ｃ、外周面４１Ｄ、角隅部４１Ｅ等を有している。
【００８６】
また、実施の形態では、シール用原材料２１，３１の断面形状を、内周面２１Ｃ，３１Ｃと外周面２１Ｄ，３１Ｄとが互いに平行な台形状に構成した。しかし、本発明は台形の断面形状に限るものではなく、例えばシール用原材料のシール面と外周面とが９０°未満の角度で交わるようにシール面を傾斜させる構成とすれば、シール用原材料の断面形状を台形以外の四角形に形成する構成としてもよい。
【００８７】
また、第１の実施の形態では、チップシール２０の内径部２０Ｆが変形したときにほぼ長方形の断面形状をもつように、内径部２０Ｆの変形状態を基準としてシール用原材料２１の傾斜角θを設定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばチップシールの外径側が変形したときに長方形の断面形状をもつように、外径側の変形状態を基準としてシール用原材料のシール面の傾斜角を設定する構成としてもよい。
【００８８】
また、実施の形態では、固定スクロール３と旋回スクロール８のラップ部５，１０にチップシール２０をそれぞれ設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、ラップ部５，１０の一方だけにチップシールを設け、他方のチップシールを省略する構成としてもよい。
【００８９】
さらに、実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機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、冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】各スクロールのラップ部等を図１中の矢示II−II方向から拡大してみた断面図である。
【図３】シール溝に装着されたチップシールの内径側を図２中の矢示III−III方向から拡大してみた要部拡大断面図である。
【図４】シール溝に装着されたチップシールの外径側を図２中の矢示IV−IV方向から拡大してみた要部拡大断面図である。
【図５】チップシールとなるシール用原材料を示す斜視図である。
【図６】シール用原材料を図５中の矢示VI−VI方向から拡大してみた横断面図である。
【図７】シール用原材料を湾曲させることによりチップシールとしてシール溝に装着する状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す図２と同様の断面図である。
【図９】チップシールとなるシール用原材料を示す斜視図である。
【図１０】シール用原材料の内径側を図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向から拡大してみた横断面図である。
【図１１】シール用原材料の外径側を図９中の矢示XI−XI方向から拡大してみた横断面図である。
【図１２】本発明の変形例によるシール用原材料を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ ケーシング
２ モータ
３ 固定スクロール
４，９ 鏡板
４Ａ，９Ａ 歯底面
５，１０ ラップ部
５Ａ，１０Ａ 歯先面
７，１２ シール溝
７Ａ，１２Ａ 底面
７Ｂ，１２Ｂ 内側壁面
７Ｃ，１２Ｃ 外側壁面
８ 旋回スクロール
１３ 駆動軸
１６ 自転防止機構
１７ 圧縮室
１８ 吸込口
１９ 吐出口
２０，３０ チップシール
２１，３１，４１ シール用原材料（装着前のチップシール）
２０Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ 底面
２０Ｂ，２１Ｂ，３１Ｂ，４１Ｂ シール面
２０Ｃ，２１Ｃ，３１Ｃ，４１Ｃ 内周面
２０Ｄ，２１Ｄ，３１Ｄ，４１Ｄ 外周面
２０Ｅ，２１Ｅ，３１Ｅ，４１Ｅ 角隅部
２０Ｆ，２１Ｆ，３０Ａ，３１Ｆ 内径部
２０Ｇ，２１Ｇ，３０Ｂ，３１Ｇ 外径部
Ｈ1，Ｈ2，Ｈa，Ｈb，Ｈc 高さ寸法
θ，θa，θb 傾斜角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧縮機、真空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械にに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スクロール式流体機械としては、例えばモータ等の駆動源によって一方のスクロールを他方のスクロールに対して旋回運動させることにより、空気等を圧縮するようにしたスクロール式圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３８０１号公報
【０００４】
この種の従来技術によるスクロール式圧縮機は、鏡板の歯底面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、該固定スクロールに対向して設けられ、鏡板の歯底面に該固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成する渦巻状のラップ部が立設された旋回スクロールとを備えている。
【０００５】
また、固定スクロールと旋回スクロールのラップ部は、鏡板の内径側から外径側に向けて渦巻状に巻回され、その歯先面には、ラップ部の長さ方向に沿って延びる渦巻状のシール溝が開口している。そして、これらのシール溝内には、各圧縮室の気密性を確保するチップシールが設けられている。
【０００６】
ここで、チップシールは、耐熱性、耐摩耗性、摺動性等の条件を満たすために、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を含む樹脂材料によって形成されている。また、チップシールの断面形状（横断面）は、例えばシール溝の溝形状よりも一回り小さな長方形状に形成されている。
【０００７】
そして、チップシールの断面形状を構成する四辺のうちの一辺は、圧縮機の運転時に相手方の鏡板の歯底面に面接触するシール面となり、このシール面は、相手方の歯底面に摺接することによってシール性を発揮する構成となっている。
【０００８】
また、一般に、ＰＴＦＥを含む樹脂材料は、渦巻状のチップシールとして射出成形するのが難しい。このため、従来技術では、シール溝に装着する前のチップシールを、例えば可撓性を有する細長い紐状のシール用原材料として予め樹脂成形しておき、圧縮機の組立時には、このシール用原材料を渦巻状に湾曲させながら、シール溝に嵌め込む構成としている。
【０００９】
一方、他の従来技術として、チップシールをシール溝に装着したときに、その断面形状が平行四辺形や台形となるように構成したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献２】特開平７−１１９６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述の特許文献１に記載された従来技術では、例えばＰＴＦＥを含む紐状のシール用原材料を湾曲させることにより、これを渦巻状のチップシールとしてシール溝に嵌め込む構成としている。この場合、シール溝の曲率は外径側で小さく、内径側に向けて徐々に大きくなるから、シール溝の外径側には、シール用原材料を緩やかに湾曲させるだけで嵌め込むことができる。
【００１２】
しかし、シール溝の内径側には、シール用原材料を折曲げるように極端に湾曲させた状態で嵌め込む必要がある。このような湾曲部位では、例えばシール用原材料の断面形状が潰れることによって台形状に歪んでしまい、これによってチップシールのシール面が相手方の歯底面に対して斜めに傾斜した状態となることがある。
【００１３】
このため、特許文献１の従来技術では、圧縮運転を行うときに、チップシールの先端側の一部だけが相手方の歯底面に摺接した状態（片当り状態）となることがある。この状態では、チップシールが十分に機能できずに圧縮性能が低下したり、チップシールの偏摩耗等が生じて耐久性が低下するという問題がある。
【００１４】
一方、特許文献２に記載された従来技術では、チップシールをシール溝に装着したときに、その断面形状が平行四辺形や台形となるように構成している。しかし、この場合には、チップシールを渦巻状に湾曲させたときに生じる断面形状の歪み等を考慮していない。
【００１５】
このため、特許文献２の従来技術でも、例えば紐状のシール用原材料を湾曲させてシール溝に嵌め込んだときに、その断面形状に想定外の歪み、変形等が生じ易い。また、チップシールの断面形状が常に平行四辺形や台形に保持されているから、その角隅部で片当り状態が生じ易くなり、特許文献１の場合と同様の問題が生じる。
【００１６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、チップシールの装着時等に生じる断面形状の歪みを補償することができ、チップシールが偏摩耗するのを確実に防止できると共に、圧縮性能や耐久性を向上できるようにしたスクロール式流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明は、鏡板の内径側から外径側に向けて渦巻状のラップ部が立設され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該一方のスクロールのラップ部と重なり合う渦巻状のラップ部が立設された他方のスクロールと、前記各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面に開口して設けられた渦巻状のシール溝と、樹脂材料により形成され該シール溝内に装着されるチップシールとを備えてなるスクロール式流体機械に適用される。
【００１８】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、チップシールは、前記シール溝の底部側に配置される底面と、該底面と対向して前記シール溝の開口側に配置されるシール面と、前記底面とシール面との間に高さ寸法をもって配置された内周面と、該内周面と対向する位置で前記底面とシール面との間に高さ寸法をもって配置された外周面とを有し、前記チップシールの断面形状は、前記シール溝に装着する前の自由状態となっているときに、前記チップシールのシール面を前記外周面に対して内周面が低くなるように構成したことにある。
【００１９】
また、請求項２の発明によると、前記シール面の傾斜角は、前記チップシールの内径側で大きな角度に設定し、前記チップシールの外径側で小さな角度に設定する構成としている。
【００２０】
また、請求項３の発明によると、前記チップシールの断面形状は、前記内周面の高さ寸法が前記外周面の高さ寸法よりも短い台形状に形成し、前記チップシールのシール面は、前記内周面と外周面との寸法差に応じて傾斜させる構成としている。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、シール溝に装着する前の自由状態となっているチップシール（以下、シール用原材料という）の断面形状は、外周面から内周面に向けて高さ寸法が徐々に低くなる形状に形成することができる。これにより、シール用原材料のシール面は、内周面と外周面との寸法差に応じて予め傾斜面として形成しておくことができ、このシール面の傾斜角は、例えばシール用原材料をチップシールとして装着したときの変形状態を考慮して、予め適切な角度に設定することができる。
【００２２】
そして、このシール用原材料を渦巻状に湾曲させることにより、チップシールとしてシール溝に装着することができ、この状態で圧縮運転を行うことができる。このとき、例えばシール溝の曲率が大きな部位でチップシールの断面形状に歪みが生じた場合、または圧縮空気の圧力等によって断面形状が径方向に潰れるように変形した場合には、断面形状を長方形または正方形（以下、これらを総称して長方形という）となるように変形させることができ、これらの場合に生じる断面形状の不適切な変形を補償することができる。
【００２３】
これにより、チップシールのシール面を、相手方となるスクロールの鏡板に対して平行に保持することができ、このシール面を相手方の鏡板に面接触した状態で安定的に摺接させることができる。このため、例えば装着時の湾曲動作や圧縮運転時の空気圧等によってチップシールの断面が不適切な形状に変形したり、チップシールのシール面が傾いた状態で相手方の鏡板に接触（片当り）するのを防止することができる。
【００２４】
従って、チップシールを偏摩耗させることなく、長期間にわたって安定したシール性能を発揮することができ、その寿命を延ばすことができる。そして、シール不良等による空気漏れを抑えることができ、圧縮性能や耐久性を向上させることができる。
【００２５】
また、請求項２の発明によれば、チップシールの内径側では、シール溝の曲率が大きく、またチップシールに加わる圧縮空気の圧力も高いので、断面形状が大きく変形し易い。このため、シール用原材料を形成するときに、内径側のシール面には、予め大きな傾斜角をもたせておくことができる。一方、チップシールの外径側では、シール溝の曲率や圧縮空気の圧力が比較的小さい。このため、シール用原材料の外径側のシール面には、予め小さな傾斜角をもたせておくことができる。
【００２６】
このように、シール面の傾斜角を、内径側と外径側の変形状態に応じてそれぞれ適切な角度に設定しておくことができる。従って、チップシールの内径側と外径側とがそれぞれ異なる断面形状に変形したとしても、個々の部位でシール面を相手方の鏡板に対して平行な位置に保持することができ、チップシールの全長にわたってシール性能を高めることができる。
【００２７】
また、請求項３の発明によれば、シール用原材料の断面形状は、内周面と外周面とが互いに平行で、外周面から内周面に向けて高さ寸法が徐々に小さく（低く）なる台形状に形成することができ、シール用原材料のシール面は、内周面と外周面との寸法差に応じて予め傾斜面として形成することができる。このため、シール用原材料をチップシールとして装着したときには、そのシール面を相手方となるスクロールの鏡板に対して平行に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の第１の実施の形態によるスクロール式流体機械について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
ここで、図１ないし図７は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、スクロール式空気圧縮機を例に挙げて述べる。
【００３０】
図中、１は圧縮機の外殻を構成するケーシングで、該ケーシング１は、軸方向一側が開口した有底筒状に形成され、その軸方向他側には、出力軸２Ａを有するモータ２が取付けられている。また、本実施の形態のスクロール式空気圧縮機は、例えば自動車等の車両に空圧アクチュエータとして搭載される小型の圧縮機となっている。
【００３１】
３はケーシング１の軸方向一側に設けられた固定スクロールで、該固定スクロール３は、円板状の鏡板４と、該鏡板４の歯底面４Ａに軸方向に向けて立設された渦巻状のラップ部５と、鏡板４の外周側に設けられ、該ラップ部５を取囲む筒状の支持部６とによって大略構成されている。
【００３２】
ここで、ラップ部５は、図２に示す如く、例えば最内径端を巻始め端として、最外径端を巻終り端としたときに、内径側から外径側に向けて例えば３巻前，後の渦巻状に巻回されている。そして、ラップ部５の歯先面５Ａは、図３に示す如く、後述する旋回スクロール８のラップ部１０と同様に、相手方となる鏡板９の歯底面９Ａから一定の寸法だけ軸方向に離間し、この歯先面５Ａには後述のシール溝７が設けられている。
【００３３】
７はラップ部５の歯先面５Ａに開口して設けられたシール溝で、該シール溝７は、後述のチップシール２０が装着されるものである。ここで、シール溝７は、図２、図７に示す如く、旋回スクロール８のシール溝１２とほぼ同様に、渦巻状の凹溝として形成され、ラップ部５の長さ方向に延びている。
【００３４】
また、シール溝７の断面形状（横断面）は、図３に示す如く、例えば略コ字状または四角形状に形成されている。そして、シール溝７は、底面７Ａと、該底面７Ａの径方向内側に位置する内側壁面７Ｂと、底面７Ａの径方向外側に位置する外側壁面７Ｃとを有している。
【００３５】
８は固定スクロール３に対向してケーシング１内に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール８は、図１に示す如く、表面側が歯底面９Ａとなった円板状の鏡板９と、該鏡板９の歯底面９Ａから固定スクロール３の鏡板４に向けて軸方向に立設された渦巻状のラップ部１０と、鏡板９の裏面中央に突設され、後述の駆動軸１３が連結されるボス部１１とによって構成されている。
【００３６】
ここで、ラップ部１０は、図２、図３に示す如く、内径側から外径側に向けて例えば３巻前，後の渦巻状に巻回されている。そして、ラップ部１０の歯先面１０Ａ側には、底面１２Ａ、内側壁面１２Ｂおよび外側壁面１２Ｃを有するシール溝１２が設けられ、このシール溝１２にはチップシール２０が装着されている。
【００３７】
１３はケーシング１内に軸受等を介して回転可能に設けられた駆動軸で、該駆動軸１３は、図１に示す如く、基端側がモータ２の出力軸２Ａに取付けられ、モータ２によって回転駆動される。また、駆動軸１３の先端側には、偏心ブッシュ１４と旋回軸受１５とを介して旋回スクロール８のボス部１１が旋回可能に連結されている。この偏心ブッシュ１４は、ボス部１１と駆動軸１３とを径方向に偏心させた状態で互いに連結するものである。
【００３８】
これにより、駆動軸１３が回転するときには、その軸線を中心として旋回スクロール８が一定の旋回半径で旋回運動を行う。この場合、ケーシング１と旋回スクロール８の背面側との間には、旋回スクロール８が旋回運動時に自転するのを防止する例えば３個の自転防止機構１６（１個のみ図示）が設けられている。
【００３９】
また、旋回スクロール８は、固定スクロール３に対し例えば１８０度ずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部５，１０間には、外径側から内径側（中央）にかけて複数の圧縮室１７が画成されている。そして、圧縮機の運転時には、固定スクロール３に設けられた吸込口１８から外径側の圧縮室１７内に空気を吸込みつつ、この空気を各圧縮室１７内で順次圧縮し、最後に、中央側の圧縮室１７内に収容された圧縮空気を、固定スクロール３に設けられた吐出口１９から外部に吐出する。
【００４０】
次に、２０は固定スクロール３と旋回スクロール８のシール溝７，１２内にそれぞれ装着されたチップシールを示している。これらのチップシール２０は、例えば耐熱性、耐摩耗性、摺動性に優れた樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を含む樹脂材料を用いて形成され、具体的には、可撓性を有する後述のシール用原材料２１を渦巻状に湾曲させることによって構成されている。
【００４１】
そして、まず旋回スクロール８のシール溝１２に装着されたチップシール２０を例に挙げて説明すると、このチップシール２０は、相手方となる固定スクロール３の鏡板４との間をシールするもので、図２ないし図４に示す如く、シール溝１２の長さ方向に沿って渦巻状に延び、略四角形の断面形状を有している。
【００４２】
また、チップシール２０は、シール溝１２の底部側に配置される底面２０Ａと、該底面２０Ａと対向してシール溝１２の開口側に配置されるシール面２０Ｂと、底面２０Ａとシール面２０Ｂとを内周側で接続する内周面２０Ｃと、底面２０Ａとシール面２０Ｂとを外周側で接続する外周面２０Ｄと、これらの底面２０Ａ、シール面２０Ｂ、内周面２０Ｃ及び外周面２０Ｄの間に位置する四辺の角隅部２０Ｅとを有している。
【００４３】
ここで、圧縮運転時には、シール溝１２の内周側に位置する圧縮室１７の方が外周側に位置する圧縮室１７よりも高圧となるため、シール溝１２の内周側には圧縮室１７から圧縮空気が流入する。この結果、チップシール２０の底面２０Ａには、図３に示す如く、この圧縮空気によって押圧力Ａが付加される。そして、チップシール２０は、この押圧力Ａによってシール溝１２から浮上し、シール面２０Ｂが相手方の歯底面４Ａに摺接した状態となる。
【００４４】
また、チップシール２０の内周面２０Ｃには、シール溝１２内に流入した圧縮空気によって押圧力Ｂが付加される。この結果、チップシール２０は、この押圧力Ｂによって径方向に潰れるように変形し、外周面２０Ｄがシール溝１２の外側壁面１２Ｃに押付けられた状態となる。これにより、チップシール２０は、ラップ部１０の歯先面１０Ａと相手方の歯底面４Ａとの間をシールし、各圧縮室１７の気密性を確保する構成となっている。
【００４５】
一方、チップシール２０は、図２に示す如く、シール溝１２の内径側と外径側のうち曲率が大きな内径側に装着された内径部２０Ｆと、曲率が小さな外径側に装着された外径部２０Ｇとを有している。そして、内径部２０Ｆは、後述するシール用原材料２１の断面形状を予め適切に成形しておくことにより、圧縮運転時に長方形に近い断面形状をもつように構成されている。
【００４６】
即ち、内径部２０Ｆは、図３に示す如く、シール用原材料２１をシール溝１２の内径側に沿って大きく湾曲させることにより断面形状に歪みが生じ、かつ高圧な内径側の圧縮空気による押圧力Ｂを受けて変形しているときに、各角隅部２０Ｅが直角となった長方形に近い断面形状に保持される。この場合、長方形とは、四隅が直角となった四角形を総称するものとし、正方形を含むものとする。
【００４７】
このとき、内径部２０Ｆのシール面２０Ｂは、相手方の鏡板４の歯底面４Ａに対してほぼ平行に保持され、この歯底面４Ａに面接触した状態で摺接するようになるので、チップシール２０は、高圧な内径側の圧縮室１７に対して高いシール性を発揮することができる。
【００４８】
これに対し、チップシール２０の外径部２０Ｇは、内径部２０Ｆほど大きく湾曲していない上に、低圧な外径側の圧縮空気によって小さな押圧力Ｂを受けるので、図４に示す如く、内径部２０Ｆと比較して断面形状の変形が小さくなる。このため、外径部２０Ｇは長方形の断面形状とならず、一部の角隅部２０Ｅだけが相手方の歯底面４Ａに摺接することがある。しかし、外径側の圧縮室１７は圧力が低いので、この状態でもシール性を確保することができる。
【００４９】
さらに、固定スクロール３のシール溝７に装着されたチップシール２０は、図３、図４に示す如く、相手方となる旋回スクロール８（鏡板９）の歯底面９Ａとの間をシールするもので、このチップシール２０についても、旋回スクロール８側のチップシール２０と同様に構成されているものである。
【００５０】
次に、図５及び図６を参照しつつ、シール溝７，１２に装着する前のチップシールであるシール用原材料２１について説明する。
【００５１】
このシール用原材料２１は、例えばＰＴＦＥ等を含む樹脂材料により、可撓性を有する細長い紐状体として形成され、シール溝７，１２への装着時に生じる断面形状の歪みや、圧縮空気の圧力による変形がない状態（自由状態）に保持されている。
【００５２】
そして、シール用原材料２１は、図５、図６に示す如く、底面２１Ａ、シール面２１Ｂ、内周面２１Ｃ、外周面２１Ｄ及び角隅部２１Ｅを有し、内径部２１Ｆと外径部２１Ｇとによって構成されている。これらの部位は、それぞれチップシール２０の同じ名称の部位となるものである。
【００５３】
また、シール用原材料２１の内周面２１Ｃは、底面２１Ａとシール面２１Ｂとの間に高さ寸法Ｈ1をもって配置され、外周面２１Ｄは高さ寸法Ｈ2をもって形成されている。そして、内周面２１Ｃの高さ寸法Ｈ1は、下記数１の式に示すように、外周面２１Ｄの高さ寸法Ｈ2よりも短い寸法値に設定されている。
【００５４】
【数１】
【００５５】
このため、シール用原材料２１の断面形状は、内周面２１Ｃと外周面２１Ｄとが互いに平行で、外周面２１Ｄから内周面２１Ｃに向けて高さ寸法が徐々に小さく（低く）なる台形状に形成されている。そして、シール用原材料２１のシール面２１Ｂは、外周面２１Ｄから内周面２１Ｃに向けて延びつつ、底面２１Ａに近接するように斜めに傾斜している。
【００５６】
この場合、シール面２１Ｂは、例えば内周面２１Ｃと垂直な直線に対して傾斜角θを有し、その傾斜角θは、内周面２１Ｃと外周面２１Ｄとの寸法差（Ｈ2−Ｈ1）に応じた角度となっている。そして、シール面２１Ｂの傾斜角θは、例えばシール用原材料２１をチップシール２０として装着したときの変形状態を考慮して、予め適切な角度に設定されている。
【００５７】
これにより、シール用原材料２１の内径部２１Ｆは、図６中に仮想線で示すチップシール２０のように、シール溝７，１２に装着されることによって径方向に潰れるように歪みを生じ、かつ内周側から押圧力Ｂを受けることによって変形したときに、長方形に近い断面形状をもつようになり、そのシール面２０Ｂは相手方の鏡板４，９に対してほぼ平行に保持されるものである。
【００５８】
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、次にシール用原材料２１の形成、装着作業について説明する。
【００５９】
まず、シール用原材料２１の形成時には、例えばＰＴＦＥ等を含む樹脂材料を用いて、断面形状が四角形の紐状体を樹脂成形し、その表面に切削、研削等の加工処理を施すことにより、図６に示す紐状のシール用原材料２１を形成する。
【００６０】
そして、図７に示すように、このシール用原材料２１の内径部２１Ｆを大きな曲率で湾曲させ、外径部２１Ｇを小さな曲率で湾曲させる。これにより、シール用原材料２１を渦巻状に変形させつつ、これをシール溝７（またはシール溝１２）に嵌め込んで装着する。
【００６１】
次に、スクロール式空気圧縮機の作動について説明すると、まずモータ２によって駆動軸１３を回転駆動したときには、駆動軸１３の回転が偏心ブッシュ１４、旋回軸受１５等を介して旋回スクロール８に伝えられる。これにより、旋回スクロール８は、自転防止機構１６によって自転を規制された状態で、駆動軸１３を中心として旋回運動を行う。
【００６２】
このとき、固定スクロール３のラップ部５と旋回スクロール８のラップ部１０との間に画成された圧縮室１７は、外径側から内径側に向けて連続的に縮小する。これにより、圧縮機は、吸込口１８から吸込んだ外気を各圧縮室１７で順次圧縮し、吐出口１９から外部のタンク(図示せず)等に向けて圧縮空気を吐出する。
【００６３】
また、圧縮運転時には、圧縮室１７からシール溝７，１２の内周側に圧縮空気が流入すると、シール溝７内のチップシール２０は、圧縮空気の押圧力Ａによって相手方の鏡板９の歯底面９Ａに摺接しつつ、押圧力Ｂによってシール溝７の外側壁面７Ｃに押付けられた状態となる。また、シール溝１２内のチップシール２０も同様に、相手方の鏡板４の歯底面４Ａに摺接しつつ、シール溝１２の外側壁面１２Ｃに押付けられた状態となる。
【００６４】
このとき、各チップシール２０の内径部２０Ｆは、渦巻状に湾曲したことで断面形状に歪みが生じ、かつ圧縮空気の押圧力Ｂを受けて変形しているから、長方形に近い断面形状となっている。このため、内径部２０Ｆのシール面２０Ｂは、相手方の歯底面４Ａ（または歯底面９Ａ）と安定的に面接触した状態で摺動することができ、各圧縮室１７の間を確実に遮断することができる。
【００６５】
かくして、本実施の形態では、シール溝７，１２に装着する前のチップシールであるシール用原材料２１の断面形状を、内周面２１Ｃの高さ寸法Ｈ1が外周面２１Ｄの高さ寸法Ｈ2よりも短い台形状に形成し、このシール用原材料２１をチップシール２０としてシール溝７，１２にそれぞれ装着する構成としている。
【００６６】
これにより、シール用原材料２１のシール面２１Ｂを予め傾斜面（テーパ面）として形成しておくことができ、このシール面２１Ｂの傾斜角θは、例えばシール用原材料２１をチップシール２０として装着したときの変形状態を考慮して、予め適切な角度に設定することができる。
【００６７】
このため、例えば旋回スクロール８側のチップシール２０において、曲率が大きな内径部２０Ｆの断面形状に歪みが生じた場合、または圧縮空気の押圧力Ｂによって内径部２０Ｆの断面形状が径方向に潰れるように変形した場合には、予め台形状に形成しておいた断面形状を長方形となるように変形させることができ、これらの場合に生じる断面形状の不適切な変形を補償することができる。
【００６８】
これにより、チップシール２０のシール面２０Ｂを、相手方の鏡板４の歯底面４Ａに対して平行に保持することができ、このシール面２０Ｂを歯底面４Ａに面接触した状態で安定的に摺接させることができる。このため、例えば装着時の湾曲動作や圧縮空気の押圧力Ｂ等によってチップシール２０の断面が不適切な形状に変形したり、そのシール面２０Ｂが傾いた状態で相手方の鏡板４に接触（片当り）するのを防止することができる。
【００６９】
従って、チップシール２０を偏摩耗させることなく、長期間にわたって安定したシール性能を発揮することができ、その寿命を延ばすことができる。そして、シール不良等による空気漏れを抑えることができ、圧縮性能や耐久性を向上させることができる。
【００７０】
特に、本実施の形態では、例えばラップ部５，１０（シール溝７，１２）の内径側の曲率が極端に大きくなる小型の圧縮機に適用しているので、このような小型圧縮機においても、チップシール２０の不適切な変形を抑えて高いシール性能を得ることができる。
【００７１】
一方、固定スクロール３側のチップシール２０についても、旋回スクロール８側と同様のシール用原材料２１を用いているから、これとほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、これら２つのチップシール２０によって各圧縮室１７の気密性を向上させることができる。
【００７２】
次に、図８ないし図１１は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、シール面の傾斜角を内径側で大きく、外径側で小さく形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態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。
【００７３】
３０は固定スクロール３と旋回スクロール８のシール溝７，１２内にそれぞれ装着された渦巻状のチップシールを示し、これらのチップシール３０は、第１の実施の形態とほぼ同様に、内径部３０Ａ、外径部３０Ｂ等を有している。
【００７４】
３１はシール溝７，１２に装着する前のチップシールであるシール用原材料を示し、このシール用原材料３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、例えばＰＴＦＥ等を含む樹脂材料により、可撓性を有する細長い紐状体として形成されている。そして、シール用原材料３１は、図１０、図１１に示す如く、底面３１Ａ、シール面３１Ｂ、内周面３１Ｃ、外周面３１Ｄ、角隅部３１Ｅ、内径部３１Ｆ、外径部３１Ｇ等を有している。
【００７５】
しかし、シール用原材料３１は、内周面３１Ｃの高さ寸法が内径部３１Ｆから外径部３１Ｇに向けて徐々に大きくなるように形成されている。このため、内周面３１Ｃは、図１０、図１１に示す如く、例えば内径部３１Ｆの位置で高さ寸法Ｈaを有し、外径部３１Ｇの位置では、この高さ寸法Ｈaよりも長尺な高さ寸法Ｈbを有している。また、これらの高さ寸法Ｈa，Ｈbは、下記数２の式に示すように、外周面３１Ｄの高さ寸法Ｈcよりも短い寸法値に形成されている。
【００７６】
【数２】
【００７７】
これにより、シール用原材料３１のシール面３１Ｂの傾斜角は、内径部３１Ｆから外径部３１Ｇに向けて徐々に小さくなるように形成され、内径側と外径側とで異なる角度に設定されている。この場合、シール面３１Ｂの傾斜角は、下記数３の式に示すように、例えば内径部３１Ｆの位置で大なる傾斜角θaに設定され、外径部３１Ｇの位置では、この傾斜角θaよりも小なる傾斜角θbに設定されている。
【００７８】
【数３】
【００７９】
従って、シール用原材料３１をチップシール３０としてシール溝７，１２に装着したときには、図１０中に仮想線で示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、湾曲動作や空気圧等によって大きく変形した後の内径部３０Ａの断面形状をほぼ長方形に保持することができる。
【００８０】
一方、シール用原材料３１の外径部３１Ｇは曲率が小さく、また外径側の圧縮空気から受ける圧力が低いので、断面形状の変形が小さい。しかし、外径部３１Ｇは、シール面３１Ｂが小さな傾斜角θbで傾斜しているから、これをチップシール３０としてシール溝７，１２に装着したときには、図１１中に仮想線で示す如く、変形が小さな外径部３０Ｂの断面形状をほぼ長方形に保持することができる。
【００８１】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、シール用原材料３１の内径部３１Ｆ側でシール面３１Ｂの傾斜角θaを大きく形成し、外径部３１Ｇ側でシール面３１Ｂの傾斜角θbを小さくする構成としている。
【００８２】
この場合、チップシール３０の内径部３０Ａ側では、シール溝７，１２の曲率が大きく、またチップシール３０に加わる圧縮空気の圧力も高いので、断面形状が大きく変形し易い。このため、シール用原材料３１を形成するときに、内径部３１Ｆのシール面３１Ｂには、予め大きな傾斜角θaをもたせておくことができる。
【００８３】
一方、チップシール３０の外径部３０Ｂ側では、シール溝７，１２の曲率や圧縮空気の圧力が比較的小さい。このため、シール用原材料３１の外径部３１Ｇ側のシール面３１Ｂには、予め小さな傾斜角θbをもたせておくことができる。
【００８４】
このように、シール面３１Ｂの傾斜角θa，θbを、内径部３１Ｆ側と外径部３１Ｇ側の変形状態に応じてそれぞれ適切な角度に設定しておくことができる。従って、チップシール３０の内径部３０Ａと外径部３０Ｂとがそれぞれ異なる断面形状に変形したとしても、個々の部位でシール面を相手方の鏡板に対して平行な位置に保持することができ、チップシール３０の全長にわたってシール性能を高めることができる。
【００８５】
なお、前記各実施の形態では、シール用原材料２１，３１のシール面２１Ｂ，３１Ｂを斜めに傾斜させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１２に示す変形例のように、シール用原材料４１の底面４１Ａとシール面４１Ｂの両方を傾斜させる構成としてもよい。この場合、シール用原材料４１は、内周面４１Ｃ、外周面４１Ｄ、角隅部４１Ｅ等を有している。
【００８６】
また、実施の形態では、シール用原材料２１，３１の断面形状を、内周面２１Ｃ，３１Ｃと外周面２１Ｄ，３１Ｄとが互いに平行な台形状に構成した。しかし、本発明は台形の断面形状に限るものではなく、例えばシール用原材料のシール面と外周面とが９０°未満の角度で交わるようにシール面を傾斜させる構成とすれば、シール用原材料の断面形状を台形以外の四角形に形成する構成としてもよい。
【００８７】
また、第１の実施の形態では、チップシール２０の内径部２０Ｆが変形したときにほぼ長方形の断面形状をもつように、内径部２０Ｆの変形状態を基準としてシール用原材料２１の傾斜角θを設定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばチップシールの外径側が変形したときに長方形の断面形状をもつように、外径側の変形状態を基準としてシール用原材料のシール面の傾斜角を設定する構成としてもよい。
【００８８】
また、実施の形態では、固定スクロール３と旋回スクロール８のラップ部５，１０にチップシール２０をそれぞれ設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、ラップ部５，１０の一方だけにチップシールを設け、他方のチップシールを省略する構成としてもよい。
【００８９】
さらに、実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機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、冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】各スクロールのラップ部等を図１中の矢示II−II方向から拡大してみた断面図である。
【図３】シール溝に装着されたチップシールの内径側を図２中の矢示III−III方向から拡大してみた要部拡大断面図である。
【図４】シール溝に装着されたチップシールの外径側を図２中の矢示IV−IV方向から拡大してみた要部拡大断面図である。
【図５】チップシールとなるシール用原材料を示す斜視図である。
【図６】シール用原材料を図５中の矢示VI−VI方向から拡大してみた横断面図である。
【図７】シール用原材料を湾曲させることによりチップシールとしてシール溝に装着する状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す図２と同様の断面図である。
【図９】チップシールとなるシール用原材料を示す斜視図である。
【図１０】シール用原材料の内径側を図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向から拡大してみた横断面図である。
【図１１】シール用原材料の外径側を図９中の矢示XI−XI方向から拡大してみた横断面図である。
【図１２】本発明の変形例によるシール用原材料を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ ケーシング
２ モータ
３ 固定スクロール
４，９ 鏡板
４Ａ，９Ａ 歯底面
５，１０ ラップ部
５Ａ，１０Ａ 歯先面
７，１２ シール溝
７Ａ，１２Ａ 底面
７Ｂ，１２Ｂ 内側壁面
７Ｃ，１２Ｃ 外側壁面
８ 旋回スクロール
１３ 駆動軸
１６ 自転防止機構
１７ 圧縮室
１８ 吸込口
１９ 吐出口
２０，３０ チップシール
２１，３１，４１ シール用原材料（装着前のチップシール）
２０Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ 底面
２０Ｂ，２１Ｂ，３１Ｂ，４１Ｂ シール面
２０Ｃ，２１Ｃ，３１Ｃ，４１Ｃ 内周面
２０Ｄ，２１Ｄ，３１Ｄ，４１Ｄ 外周面
２０Ｅ，２１Ｅ，３１Ｅ，４１Ｅ 角隅部
２０Ｆ，２１Ｆ，３０Ａ，３１Ｆ 内径部
２０Ｇ，２１Ｇ，３０Ｂ，３１Ｇ 外径部
Ｈ1，Ｈ2，Ｈa，Ｈb，Ｈc 高さ寸法
θ，θa，θb 傾斜角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板の内径側から外径側に向けて渦巻状のラップ部が立設され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該一方のスクロールのラップ部と重なり合う渦巻状のラップ部が立設された他方のスクロールと、前記各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面に開口して設けられた渦巻状のシール溝と、樹脂材料により形成され該シール溝内に装着されるチップシールとを備えてなるスクロール式流体機械において、
前記チップシールは、前記シール溝の底部側に配置される底面と、該底面と対向して前記シール溝の開口側に配置されるシール面と、前記底面とシール面との間に高さ寸法をもって配置された内周面と、該内周面と対向する位置で前記底面とシール面との間に高さ寸法をもって配置された外周面とを有し、
前記チップシールの断面形状は、前記シール溝に装着する前の自由状態となっているときに、前記チップシールのシール面を前記外周面に対して内周面が低くなるように構成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記シール面の傾斜角は、前記チップシールの内径側で大きな角度に設定し、前記チップシールの外径側で小さな角度に設定する構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記チップシールの断面形状は、前記内周面の高さ寸法が前記外周面の高さ寸法よりも短い台形状に形成し、前記チップシールのシール面は、前記内周面と外周面との寸法差に応じて傾斜させる構成としてなる請求項１または２に記載のスクロール式流体機械。
【請求項１】
鏡板の内径側から外径側に向けて渦巻状のラップ部が立設され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該一方のスクロールのラップ部と重なり合う渦巻状のラップ部が立設された他方のスクロールと、前記各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面に開口して設けられた渦巻状のシール溝と、樹脂材料により形成され該シール溝内に装着されるチップシールとを備えてなるスクロール式流体機械において、
前記チップシールは、前記シール溝の底部側に配置される底面と、該底面と対向して前記シール溝の開口側に配置されるシール面と、前記底面とシール面との間に高さ寸法をもって配置された内周面と、該内周面と対向する位置で前記底面とシール面との間に高さ寸法をもって配置された外周面とを有し、
前記チップシールの断面形状は、前記シール溝に装着する前の自由状態となっているときに、前記チップシールのシール面を前記外周面に対して内周面が低くなるように構成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記シール面の傾斜角は、前記チップシールの内径側で大きな角度に設定し、前記チップシールの外径側で小さな角度に設定する構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記チップシールの断面形状は、前記内周面の高さ寸法が前記外周面の高さ寸法よりも短い台形状に形成し、前記チップシールのシール面は、前記内周面と外周面との寸法差に応じて傾斜させる構成としてなる請求項１または２に記載の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１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−９２６８１（Ｐ２００７−９２６８１Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８４９１８（Ｐ２００５−２８４９１８）
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【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１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【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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