(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板の歯底面に渦巻状のラップ部が設けられた固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して設けられ、鏡板の歯底面に前記固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するように渦巻き状のラップ部が設けられた旋回スクロールとを備え、前記旋回スクロールと前記固定スクロールと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、前記凹溝内には対向するスクロールの歯底面に摺接する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、
前記シール部材が摺接する相手方のスクロールの歯底面には、耐腐食性を高める表面処理加工がなされ、
前記シール部材は、相手方の歯底面よりも軟質な層である軟質層と、前記歯底面と摺接する該シール部材の摺接面側部分を含む層であって、前記歯底面以上の硬度をもった硬質充填材を配合し、前記歯底面以上の硬度を有する層である充填材層とにより形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】
前記シール部材が摺接する相手方のスクロールの歯底面は、陽極酸化処理を施したアルミニウム素材であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記シール部材の充填材層はＰＴＦＥに珪藻土、炭化珪素、アルミナ、チタン酸カリウムまたはナノダイヤモンドを充填材として配合したことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項４】
前記鏡板の上に前記シール部材を装着する前記凹溝を形成した前記ラップ部を配置した場合において、前記充填材層は第１の充填材層と前記第１の充填材層よりも下側に配置される第２の充填材層とを備え、前記第１の充填材層の充填材の配合割合を前記第２の充填材層の充填材の配合割合よりも多くすることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項５】
前記軟質層は、前記充填材層に配合される充填材を前記充填材層より少ない割合で配合
して形成されることを特徴とする請求項４に記載のスクロール式流体機械。
【請求項６】
前記軟質層は、第１の軟質層と前記第１の軟質層よりも下側に配置される第２の軟質層とを備え、前記第１の軟質層の充填材の配合割合を前記第２の軟質層の充填材の配合割合よりも多くすることを特徴とする請求項５に記載のスクロール式流体機械。
【請求項７】
前記充填材層と前記軟質層との接合面の縦断面の形状をくさび形、波形または矩形としたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項８】
前記充填材層の側面部の厚さを中心部の厚さよりも厚くなるように形成したことを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
【請求項９】
前記シール部材の長さ方向に間隔をもって形成され、前記凹溝の底面に接触する複数の底面リップ部を設け、前記底面リップ部を前記軟質層よりも硬度の低い極軟質層により形成することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項１０】
前記軟質層は、前記充填材層に配合される充填材を前記充填材層より少ない割合で配合して形成され、前記極軟質層は充填材を配合せず、または前記軟質層よりも少ない割合で配合して形成されることを特徴とする請求項９に記載のスクロール式流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１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リップ部を形成したシール部材を備えている。さらに、特許文献１のスクロール式流体機械のシール部材は、凹溝内に装着されるシール本体部分を軟質の弾性材料によって形成し、相手方の歯底面と摺接する該シール部材の摺接面側部分を前記弾性材料よりも高い硬度をもった硬質層として形成している。
【０００３】
また、特許文献２のスクロール式流体機械は、スクロールラップの摺動面にアルマイトが形成されたものを用い、チップシールは珪藻土が含有された単層のものを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２７５６
【特許文献２】特開２００４−２７７６１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のスクロール式流体機械のチップシールの硬質層は、アルマイトよりも軟質の材料を用いていた。そのため、アルマイト面を平滑にするためには、多大な時間を要しており、チップシールの摩耗量を増大させ、スクロール式流体機械の寿命を延ばすことができなかった。
【０００６】
また、特許文献２のスクロール式流体機械のチップシールには、アルマイトよりも硬度の高い珪藻土が含まれており、アルマイト層の摩耗速度を増加させている。さらに、チップシールが単層であるため、アルマイト層を平滑にした後もアルマイト層の摩耗が続き、スクロール式流体機械の寿命を延ばすことは困難であった。
【０００７】
以上より、スクロール式流体機械の寿命を延ばすためには、チップシールとアルマイト層の双方の摩耗を減らすことが必須であり、特許文献１、２のいずれによってもチップシールとアルマイト層の双方の摩耗を減らすことの実現は困難であった。そのため、特許文献１、２のいずれの場合においてもスクロール式流体機械の寿命を延ばすためにチップシールまたはアルマイト層の少なくともいずれかを厚く形成する必要があり、コストアップを招いていた。
【０００８】
そこで、本発明は、充填材を配合したチップシールの充填材層を運転初期段階で摺接させることにより、コストアップを招かずに高寿命化を実現できるスクロール式流体機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために本発明は、鏡板の歯底面に渦巻状のラップ部が設けられた固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して設けられ、鏡板の歯底面に前記固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するように渦巻き状のラップ部が設けられた旋回スクロールとを備え、前記旋回スクロールと前記固定スクロールと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、前記凹溝内には相手方のスクロールの歯底面に摺接する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、前記シール部材が摺接する相手方のスクロールの歯底面には、耐腐食性を高める表面処理加工がなされ、前記シール部材は、相手方の歯底面よりも軟質な層である軟質層と、前記歯底面と摺接する該シール部材の摺接面側部分を含む層であって、前記歯底面以上の硬度をもった硬質充填材を配合し、前記歯底面以上の硬度を有する層である充填材層とにより形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
コストアップを招かずに高寿命化を実現できるスクロール式流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１によるスクロール式空気圧縮機のシール部材等を拡大して示す要部の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例２を示す図１と同様の要部縦断面図である。
【図３】スクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図４】図３中の矢印IV−IV方向の拡大断面図である。
【図５】図４中の矢印Ｖ−Ｖ方向の拡大断面図である。
【図６】チップシールを示す部分斜視図である。
【図７】本発明の実施例３を示す図１と同様の要部縦断面図である。
【図８】本発明の実施例３を示す図１と同様の要部縦断面図である。
【図９】本発明の実施例３を示す図１と同様の要部縦断面図である。
【図１０】本発明の実施例３を示す図１と同様の要部縦断面図である。
【図１１】本発明の実施例３を示す図１と同様の要部縦断面図である。
【図１２】本発明の実施例３を示す図１と同様の要部縦断面図である。
【図１３】本発明の実施例４を示す図１と同様の要部縦断面図である。
【図１４】本発明の実施例１と従来技術におけるシップシール及び相手面の摩耗量を比較して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施例によるスクロール式流体機械を、図１乃至図６に基づき空気圧縮機として用いた場合を例に挙げて説明する。
【００１３】
ここで、図３は本発明の第１の実施例におけるスクロール式空気圧縮機の縦断面図を示している。図において、１はスクロール式空気圧縮機のケーシングの一部を構成す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、例えばアルミニウム合金等から形成され、その中心が後述の駆動軸１７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に立設さ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。
【００１４】
また、該固定スクロール１のラップ部３は図４に示す如く、内周側が巻始め端となり外周側（図示せず）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ている。そして、該ラップ部３の歯先３Ａは、図５に示すように、後述の旋回スクロール９の歯底面１０Ａから微小なクリアランスＣをもって離間されている。
【００１５】
５はラップ部３の歯先３Ａ側に形成された凹溝を示し、該凹溝は図５に示す如く、ラップ部３の歯先３Ａ側においてその幅方向中間部に、断面コ字状をなすように形成され、該凹溝５の底面５Ａおよび左，右の側面５Ｂ，５Ｃはラップ部３の渦巻き形状に沿ってその巻始め端から巻終わり端まで延びている。そして、該凹溝５内には後述のチップシール６が装着され、相手方となる旋回スクロール９の歯底面１０Ａとの間をシールするようになっている。
【００１６】
６はラップ部３の凹溝５内に装着されたシール部材としてのチップシールを示し、該チップシール６は、例えば弾性樹脂材料により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、該凹溝５の長さ方向に沿って渦巻状に伸長する。
【００１７】
ここで、該チップシール６は図５に示す如く、凹溝５の底面５Ａに当接する受圧面としての下側面６Ａと、該下側面６Ａと上下方向で対向し相手方の歯底面１０Ａに摺接する上側面６Ｂと、渦巻状をなすチップシール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，内側面６Ｃには後述の各下側リップ部７、内側リップ部８がそれぞれ一体的に形成されている。そして、該チップシール６は、下側面６Ａを凹溝５の底面５Ａに当接するように内，外側面６Ｃ，６Ｄが凹溝５内に僅かな隙間をもって挿入され、凹溝５の底面５Ａから相手方となる旋回スクロール９の歯底面１０Ａに向けて浮上可能となっている。
【００１８】
７，７，…はチップシール６の下側面６Ａにおいて長さ方向にそれぞれ所定間隔をもって形成された底面リップ部としての下側リップ部を示し、該各下側リップ部７は図６に示すように、チップシール６の下側面６Ａに所定間隔をもって斜めに切込みを入れることにより一体的に形成され、その先端側は自由端となって下側面６Ａから拡開するようになっている。
【００１９】
８，８，…はチップシール６の側面リップ部としての内側リップ部を示し、該各内側リップ部８は前記下側リップ部７とほぼ同様に形成され、チップシール６の内側面６Ｃに所定間隔をもって斜めに切込みを入れることにより一体的に形成され、その先端側は自由端となって内側面６Ｃから拡開するようになっている。
【００２０】
９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９は例えばアルミニウム合金等から形成され、表面側が歯底面１０Ａとなって円板状に形成された鏡板１０と、該鏡板１０の歯底面１０Ａから固定スクロール１の鏡板２に向けて立設され、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１１と、鏡板１０の背面中央に設けられたボス部１２とから構成され、該ボス部１２は後述する駆動軸１７のクランク１７Ａに回転可能に取付けられている。
【００２１】
ここで、該旋回スクロール９のラップ部１１についても図４に示す如く、固定スクロール１のラップ部３と同様に例えば３巻半前後の渦巻状に形成され、その歯先１１Ａ側には、底面１３Ａおよび左，右の側面１３Ｂ，１３Ｃから横断面コ字状をなす凹溝１３が形成されている。
【００２２】
１４は固定スクロール１側のチップシール６と同様に形成されたシール部材としての他のチップシールを示し、該チップシール１４は前記凹溝１３内に装着され、その底面１３Ａに当接する下側面１４Ａと、相手方の歯底面２Ａに摺接する上側面１４Ｂと、内側面１４Ｃおよび外側面１４Ｄとによって構成されている。また、該チップシール１４の下側面１４Ａおよび内側面１４Ｃには、チップシール６と同様に、それぞれ各下側リップ部１５、各内側リップ部１６が一体的に形成されている。
【００２３】
なお、本実施例では、凹溝５、１３及び、チップシール６、１４は固定スクロール１、旋回スクロール９の双方に設けられているが、いずれか一方にのみ設けてもよい。
【００２４】
１７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１７は先端側がケーシング本体内に延びるクランク１７Ａとなり、該クランク１７Ａはその軸線Ｏ2-Ｏ2 が駆動軸１７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１７のクランク１７Ａ内には、旋回スクロール９のボス部１２が旋回軸受１８を介して旋回可能に取付けられ、旋回スクロール９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。
【００２５】
ここで、旋回スクロール９のラップ部１１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、図４に示すように、ラップ部３，１１間には三日月状をなす複数の圧縮室Ｒ，Ｒ，…が画成される。そして、旋回スクロール９を固定スクロール１に対して旋回させた時に、該各圧縮室Ｒはその容積が連続的に縮小され、後述の吸込ポート１９から吸込んだ空気を順次圧縮するようになっている。
【００２６】
１９，２０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１９は最外周側の圧縮室Ｒ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２０は、最内周側の圧縮室Ｒと連通するように鏡板２の中心部に穿設されている。
従来技術によるスクロール式空気圧縮機は上記の如き構成を有するもので、次にその作動について述べる。
【００２７】
まず、ケーシングの外部からモータ等の駆動源（図示せず）によって駆動軸１７を回転駆動すると、この回転は該駆動軸１７のクランク１７Ａから旋回軸受１８を介して旋回スクロール９に伝えられ、該旋回スクロール９は駆動軸１７の軸線Ｏ1-Ｏ1 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。
【００２８】
そして、この旋回運動によって各ラップ部３，１１の間に画成される各圧縮室Ｒは中央に向けて連続的に縮小し、吸込ポート１９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ポート２０から外部のエアタンク（図示せず）等に向けて吐出する。ここで、圧縮運転が開始されると、ラップ部３（１１）の凹溝５（１３）内には図５に示す矢示Ａ方向に高圧側の圧縮室Ｒから圧縮空気の一部が侵入し、チップシール６（１４）は受圧面となる下側面６Ａ（１４Ａ）でこの圧縮空気の圧力を受圧することにより、凹溝５（１３）から浮上し、対向する鏡板１０（２）の歯底面１０Ａ（２Ａ）に向けて押圧される。これにより、該チップシール６（１４）は上側面６Ｂ（１４Ｂ）が相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に摺接し、ラップ部３，１１間に画成される各圧縮室Ｒを気密にシールする。
【００２９】
また、各下側リップ部７（１５）は、各圧縮室Ｒのうち、内周側の圧縮室Ｒから外周側の圧縮室Ｒに向けて、図４中の矢示Ｂ方向に凹溝５（１３）内に侵入した圧縮空気により、各下側リップ部７（１５）の先端側が凹溝５（１３）の底面５Ａ（１３Ａ）に押付けられるようになり、該凹溝５（１３）の底面５Ａ（１３Ａ）とチップシール６（１４）との間を気密にシールする。
【００３０】
さらに、各内側リップ部８（１６）も、前記と同様に、凹溝５（１３）内に侵入した圧縮空気により、各内側リップ部８（１６）の先端側が凹溝５（１３）の一方の側面５Ｂ（１３Ｂ）に押付けられるようになり、該凹溝５（１３）の側面５Ｂ（１３Ｂ）とチップシール６（１４）との間を気密にシールすると共に、チップシール６（１４）の外側面６Ｄ（１４Ｄ）を他方の側面５Ｃ（１３Ｃ）に押付けて、両者の間を気密にシールさせる。
【００３１】
ところで、上述したスクロール式空気圧縮機においては、固定スクロール１に対して旋回スクロール９を旋回動作させるときに、各圧縮室Ｒが高温状態となり、特に、内周側（吐出ポート２０側）の圧縮室Ｒは高温高圧となるため、これらの圧縮室Ｒを画成する固定スクロール１および旋回スクロール９には歯底面２Ａ，１０Ａの表面等に、例えば深さが６０μｍ程度の酸化アルミニウムの薄膜を形成（所謂、陽極酸化処理）することにより耐腐食性を高めるようにしている。
【００３２】
また、陽極酸化処理は耐腐食性を高めると同時に表面硬度を上げ、耐摩耗性を向上したり、傷等が付きにくくしている。耐摩耗性については特に重要であり、特に無給油式（圧縮室に給油しないもの）のアルミ材の摺同部分については特に有効的に用いられる技術である。
【００３３】
前記陽極酸化処理は、研磨加工等の後加工をしない場合、処理時間や処理電流値（消費電力）の関係等から、その膜厚は１０〜３０μｍ程度が適当であり、ビッカース硬度はＨｖ２００〜４５０程度が適している。これらの条件から生成する陽極酸化処理皮膜の表面粗さはＲmax=５〜３０μｍとなるのが一般的である。
【００３４】
一般的に、陽極酸化処理を施すとその表面は、元のアルミニウム素材に比較して数倍程度粗く、また、硬くなることが知られており、前記歯底面１０Ａ（２Ａ）等の表面が陽極酸化処理により粗く、また、硬くなると、該歯底面１０Ａ（２Ａ）に摺接する相手方の固定スクロール１（旋回スクロール９）のチップシール６（１４）が摩耗し易くなる（ただし、陽極酸化処理した薄膜を形成しないとチップシール材よりもアルミニウム材が極度に摩耗する）上、該チップシール６（１４）と歯底面１０Ａ（２Ａ）との間のシール性が悪化し、特に運転初期段階において、スクロール式空気圧縮機の圧縮性能が低下するという問題が発生する。
【００３５】
一方、表面粗さを抑えるために陽極酸化被膜を薄くすると、歯底面２Ａ，１０Ａの耐腐食性を低下させることになる。そこで、歯底面２Ａ，１０Ａに対して例えば研磨等の仕上げ加工を行い、その表面を滑らかにすることにより歯底面２Ａ（１０Ａ）とチップシール６（１４）との間のシール性を向上させる等の対策が考えられる。
【００３６】
また、特許文献１によれば、硬質層を『３５は硬質層としての硬質被膜を示し、該硬質被膜３５はシール本体３２よりも硬質な材料により薄い帯状に形成されており、この硬質な材料としては、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）等が用いられる他に、例えばＰＴＦＥをベースに充填材としてカーボンファイバー（ＣＦ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、カーボン（Ｃ）、ケブラー、芳香族ポリアミド、または銅粉、青銅粉等を加えたものが挙げられる。』とする対策も考えられる。
【００３７】
しかし、これらの材料の旧モース硬度いずれも４以下であり、は旧モース硬度が５である陽極酸化処理を施したアルミニウム素材（アルマイト材）よりも軟質であるため、運転によってチップシールが歯底面に摺接したとしても、相手方の歯底面を早期に滑らかにすることは困難である。この場合には研磨等の仕上げ加工を行うことによって作業工程が増大し、多大な労力と時間を費やす上に、コストアップを招くという問題、あるいは、相手方の歯底面を滑らかにして該歯底面とシール部材との間のなじみを良くし、密着性を高めるまでの時間が比較的長く掛かり、本来の性能を発揮するまでに時間を費やしてしまうという問題が発生する。
【００３８】
ここで、図１を用いて、本実施例におけるシール部材としてのチップシールについて説明する。図１は本実施例におけるスクロール式空気圧縮機のシール部材等を拡大して示す要部の縦断面図である。図１において、３１は本実施例によるシール部材としてのチップシールを示し、該チップシール３１は図３乃至６におけるチップシール６（１４）に対応するものであり、凹溝５（１３）に装着されるものである。チップシール３１は後述のシール本体（軟質層）３２と、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）と摺接する摺接面側部分を（チップシール３１の上側面３２Ｄ）を含む層であって、該シール本体３２に対して例えば接着やスプレー塗装、加圧成形等の手段により一体的に固着され、高い硬度をもった粒子状の充填材を配合した充填材層（硬質被膜）３５とから大略構成されている。
【００３９】
３２はシール本体部分となるシール本体を示し、該シール本体３２はチップシール６（１４）とほぼ同様に横断面が四角形状をなして形成さる。鏡板２（１０）を下側にラップ部３（１０）を上側にして置き、チップシール３１を凹溝５（１３）内に装着した場合に、シール本体３２は受圧面となる下側面３２Ａ、左，右両側に位置する内側面３２Ｂ、外側面３２Ｃ、さらには摺動面となる上側面３２Ｄを有している。そして、該シール本体３２の下側面３２Ａには底面リップ部となる各下側リップ部３３が一体的に形成され、該各下側リップ部３３は凹溝５（１３）の底面５Ａ（１３Ａ）に弾性的に接触している。また、内側面３２Ｂには側面リップ部となる各内側リップ部３４が一体形成され、該各内側リップ部３４は凹溝５（１３）の一方の側面５Ｂ（１３Ｂ）に弾性的に接触している。
【００４０】
ここで、シール本体３２は耐摩耗性や摺動性に優れた軟質材料により形成されており、この軟質材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、フッ素ゴム、シリコンゴム等が用いられる他に、例えばＰＴＦＥをベース（基材）に充填材として二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、グラファイト、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、カーボンファイバー（ＣＦ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、カーボン（Ｃ）、芳香族ポリアミド、または銅粉、青銅粉等を少量加えたものが挙げられる。
そして、シール本体３２の厚さ（上下方向の寸法）は、特許文献１におけるで述べたチップシールに比べて硬質被膜の厚さ分だけ薄く形成され、上側面３２Ｄに充填材層３５を固着した状態で、チップシール３１の厚さを特許文献１におけるチップシールの厚さとほぼ等しくするようしている。
【００４１】
３５は高い硬度をもった充填材を配合した充填材層としての硬質被膜を示し、該充填材層３５はシール本体３２よりも硬質な材料を充填材として配合し、薄い帯状に形成されている。この硬質な材料としては、例えばＰＴＦＥをベース（基材）に充填材として珪藻土、炭化珪素、アルミナ、チタン酸カリウム、ナノダイヤモンド等の相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）以上の硬度を持つ材料を単独または複合して３〜１０％加えたものが挙げられる。
【００４２】
充填材は、平均粒径は１００μｍ以下であり、かつ旧モース硬度は５〜１０の粒子状の材料で基材に均一に分散しているのが特徴である。一方、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）はアルマイト材料で形成されているため、旧モース硬度は５である。
【００４３】
該充填材層３５は特許文献１において加えた充填材に対し、硬く、相手面への攻撃性が高い材料を配合しているため特許文献１の充填材層よりも短時間で相手面を平滑にすることができる。また、高い硬度をもった充填材が粒子状であるために、相手面が平滑になった後、硬度の高い充填材を配合した充填材層３５が摩滅してなくなり、ＰＴＦＥをベースとした軟質層が露出するようになる。従って、シール本体３２を形成するＰＴＦＥをベースとした軟質層の相手面に対する摩耗速度は充填材層３５と比較して極めて低く、かつ相手面への攻撃性が低いため、シール部材３１、凹溝５（１３）の底面５Ａ（１３Ａ）、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）の摩耗が進行しなくなり、スクロール式圧縮機の寿命を著しく延ばすことができる。
【００４４】
そして、該充填材層３５の下側面３５Ａは、前記シール本体３２の上側面３２Ｄに衝合された状態で例えば接着やスプレー塗装、加圧成形等の手段を用いて一体的に固着され、該充填材層３５の上側面３５Ｂは、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に対するチップシール３１の摺接面を構成している。また、該充填材層３５の厚さは０．１〜０．３ｍｍが適当であるが、運転条件、あるいは圧縮機の出力に依っても多少の変化をつけたり、巻き方向すなわち長手方向位置によって変化をつけてもよい。特に長手方向二分割チップシールの場合は、高温高圧の圧縮空気にさらされる中心側のチップシールの摺接面に構成するのがよい。
【００４５】
然るに、本実施例によれば、ラップ部３（１１）の凹溝５（１３）内に装着し相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に摺接するチップシール３１を、軟質の弾性樹脂材料によって形成され、各下側リップ部３３および各内側リップ部３４を備えたシール本体３２と、該シール本体３２の上側面３２Ｄに一体的に固着された充填材層３５とから構成しているので、下記のような作用効果を得ることができる。
【００４６】
即ち、高温高圧の圧縮空気にさらされる固定スクロール１および旋回スクロール９に陽極酸化処理を施し、歯底面１０Ａ（２Ａ）等の耐腐食性を高めるようにすると、この陽極酸化処理によって歯底面１０Ａ（２Ａ）等は表面が粗くなり、この粗い歯底面１０Ａ（２Ａ）に対してチップシール３１が摺接することになる。しかし、該チップシール３１の摺接面側には、シール本体３２より高い硬度を有する充填材層３５を一体的に設け、当該スクロール式空気圧縮機の運転初期段階には該充填材層３５を表面の粗い歯底面１０Ａ（２Ａ）に摺接させるようにしているから、軟質の弾性樹脂からなるシール本体３２が表面の粗い歯底面１０Ａ（２Ａ）に対して直接的に摺動するのを防止でき、充填材層３５でシール本体３２を保護できると共に、チップシール３１全体の耐久性や寿命を確実に延ばすことができる。
【００４７】
そして、運転初期状態では、陽極酸化処理により表面が粗くなった歯底面１０Ａ（２Ａ）に対して、高い硬度を有する充填材層３５を摺接させることにより、該充填材層３５の上側面３５Ｂを歯底面１０Ａ（２Ａ）になじませ、該歯底面１０Ａ（２Ａ）の表面を、例えば研磨等を施した状態とほぼ同様に短時間で滑らかにすることができ、両者の密着性を高めて歯底面１０Ａ（２Ａ）とチップシール３１との間のシール性を確実に向上できる。この結果、各圧縮室Ｒ（図４参照）間の密閉性を効果的に高めることができ、運転初期段階におけるスクロール式空気圧縮機の圧縮性能を低下させることなく、安定した圧縮性能を確保できる。
【００４８】
また、運転初期段階から一定の時間が経過し、仮に、充填材層３５が摩耗することによって、シール本体３２の上側面３２Ｄが歯底面１０Ａ（２Ａ）に摺接するようになった場合でも、この段階においては、高い硬度をもった充填材が微細な粒子状であり、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）は充填材層３５によって表面が平滑に研磨された状態となるから、シール本体３２の上側面３２Ｄを相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に滑らかに摺接させることができ、両者の摺動面における高いシール性を確保できる。
【００４９】
従って、本実施例によれば、固定スクロール１（旋回スクロール９）の歯底面２Ａ（１０Ａ）等に陽極酸化処理を施した場合でも、研磨等の仕上げ加工を特別に行う必要がなくなり、製造時の作業性や生産性を大幅に向上できる上に、当該スクロール式空気圧縮機を効率よく運転でき、圧縮性能を確実に高めることができる。
【００５０】
さらに、シール本体３２の上側面３２Ｄには、高い硬度を有する帯状の充填材層３５を、例えば接着等の手段で一体的に固着することによりチップシール３１を形成しているので、該チップシール３１の製作が容易となり、チップシール３１としての品質を安定させることができる上に、下側の軟質なシール本体３２と上側の充填材層３５とによって耐摩耗性と高圧縮性能を両立でき、信頼性および寿命を向上することができる。
【００５１】
本実施例では、チップシールの相手面が陽極酸化処理による皮膜を例に述べたが、塗装や蒸着等の表面処理加工面に対しても有効である。
【００５２】
図１４に本発明の本実施例と特許文献１、特許文献２におけるチップシール３１とチップシール３１の摺接する相手面である相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）との摩耗量を比較して示したグラフである。図１４では、縦軸に摩耗量を示し、横軸に運転時間を示した。また、縦軸の上側はチップシール３１の摩耗量、下側は相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）の摩耗量を示した。また、本実施例における摩耗量を太線で、特許文献１における摩耗量を破線で、特許文献２における摩耗量を点線で示し、チップシール３１の摩耗限界量及び相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）の摩耗量の限界値を実線で示した。
【００５３】
本実施例を特許文献１と比較すると、本実施例では充填材層３５を設けたため、充填材層３５が相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）を平滑化させるため、チップシール３１の運転初期における摩耗が特に少なくなっている。このため、本実施例によれば特許文献１と比較してチップシール３１の摩耗量を減らすことができ、チップシール３１の寿命を飛躍的に延ばすことができる。
【００５４】
また、本実施例を特許文献２と比較すると、充填材摩滅後の相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）の摩耗量が特に少なくなっている。このため、本実施例によれば、充填材摩滅後の相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）の摩耗量を減らすことができ、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）の寿命を飛躍的に延ばすことができる。
【００５５】
以上より、特許文献１、２のいずれの場合でも、チップシール３１とチップシール３１の摺接する相手面である相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）との少なくともいずれか一方の摩耗量が増加してしまう。スクロール式流体機械の寿命を延ばすためには、チップシール３１とチップシール３１の摺接する相手面である相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）との双方の摩耗量を減らすことが必須であり、特許文献１、２のいずれの場合でもスクロール式流体機械の寿命を延ばすことは困難であった。一方、本実施例によれば、チップシール３１とチップシール３１の摺接する相手面である相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）との双方の摩耗量を減らすことができる。従って、本実施例によれば、チップシール３１や相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）を厚く形成しなくても低コストで特許文献１、特許文献２と比較してスクロール式流体機械の寿命を飛躍的に延ばすことができる。
【実施例２】
【００５６】
次に、図２は本発明の第２の実施例を示す。本実施例の特徴は、凹溝５（１３）内に装着されるシール部材としてのチップシール４１を成形するときに、充填材層４３において、該チップシール４１の基材と充填材との配合割合を変化させることである。即ち、本実施例の特徴は、シール本体部分となる軟質層４２と、鏡板２（１０）を下側にラップ部３（１０）を上側にして置き、チップシール４１を凹溝５（１３）内に装着した場合に、該チップシール４１を軟質層４２と、軟質層４２の上側に位置し相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に摺接する充填材層４３とから一体に形成し、充填材層４３に配合する充填材の割合を上側ほど大きくすることである。例えば、充填材層４３を第１の充填材層と第２の充填材層とから形成され、第１の充填材層は第２の充填材層よりも上側に配置され、第１の充填材層における充填材の配合割合を第２の充填材層の充填材の配合割合より多くする。ここでは、充填材層を第１の充填材層と、第２の充填材層の２層構造としたが、上側にある充填材層が下側にある充填材層よりも充填材の配合割合が多ければ、３層以上であってもよい。また、充填材の配合割合を徐々に変化させることにより、上側の充填材層４３から下側に向けて徐々に硬度を下げるようにしたシール部材を形成してもよい。
【００５７】
また、充填材層４３だけでなく、軟質層３２もポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に充填材層３５に加えた充填材を配合して形成し、基材（ＰＴＦＥ）と充填材との配合割合を変化させて形成してもよい。即ち、軟質層４２は、充填材層４３よりも充填材の配合割合を少なくし、充填材層４３に配合された充填材及びチップシールの相手面よりも軟質な材料で形成される。さらに軟質層４２についても第１の軟質層と第２の軟質層とから形成され、第１の軟質層は第２の軟質層よりも上側に配置は、第１の軟質層における充填材の配合割合を第２の軟質層の充填材の配合割合よりも多くする。充填材層と同様に軟質層についても上側にある軟質層が下側にある軟質層よりも充填材の配合割合が多ければ、３層以上であってもよい。また、充填材の配合割合を徐々に変化させることにより、上側の軟質層４２から下側に向けて徐々に硬度を下げるようにしたシール部材を形成してもよい。
【００５８】
ここで、該チップシール４１は軟質層４２及び充填材層４３を除いて前記第１の実施例で述べたチップシール３１とほぼ同様に構成される。鏡板２（１０）を下側にラップ部３（１０）を上側にして置き、チップシール４１を凹溝５（１３）内に装着した場合に、受圧面となる下側面４１Ａ、左，右両側に位置する内側面４１Ｂ、外側面４１Ｃ、および摺接面となる上側面４１Ｄとから横断面が四角形状をなすように形成されている。また、チップシール４１の下側面４１Ａには軟質層４２側に位置して底面リップ部としての各下側リップ部４４が一体形成され、内側面４１Ｂには軟質層４２側に位置して側面リップ部としての各内側リップ部４５が一体形成されている。
【００５９】
そして、チップシール４１の上側層となる充填材層４３は、その上面が相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に摺接するチップシール４１の上側面４１Ｄを構成し、下面側は軟質層４２との境界面４６となっている。また、充填材層４３に配合される充填材は軟質層４２に比較して硬度が高い上に、より大きい耐摩耗性や耐熱性を有し、さらに線膨張率が小さくなるように形成されている。
【００６０】
かくして、このように構成される本実施例でも、前記第１の実施例とほぼ同等の作用効果を得ることができる。特に本実施例では、チップシール４１を下側の軟質層４２または上側の充填材層４３について、充填材の配合割合を変えた複数の層により形成したため、軟質層４２と充填材層４３との境界面４６において、軟質層４２と充填材層４３の材料としての性質がより近いものとなり、剥離等の問題を生じるのを効果的に防止できると共に、チップシール４１を制作するときの工数やコストを確実に低減することができる。また、本実施例では、充填材層４３を充填材の配合割合を変えた複数の層により形成したため、運転初期状態では、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に対して、より高い硬度を有する第１の充填材層を摺接させることができ、第１の充填材層により相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）が滑らかになった後に第１の充填材層よりも硬度の低い第２の充填材層を摺接させることができる。これにより、第１の実施例と比較して、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）を必要以上に磨耗させることなく表面を平滑にすることができる。
【実施例３】
【００６１】
次に、図７〜１２は本発明の第３の実施例を示し、本発明の特徴は、凹溝５（１３）内に装着されるシール部材としてのチップシール３１を成形するときに、該チップシール３１のシール本体部分となる軟質層３２と、該軟質層３２の上側に位置し、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に摺接する充填材層３５との接合面の形状を一直線ではなく、くさび形、波形、矩形等に形成したことにある。
【００６２】
図７〜９では、チップシール３１の側面部から中心部にいくに従い充填材層３５が厚くなるように軟質層３２と充填材層３５との接合面をくさび形に形成した。また、図１０では、充填材層３５が厚くなる部分が複数箇所できるように波形に形成し、図１１では、充填材層３２が厚くなる箇所を矩形（型）に形成した。図１０、１１のように軟質層３２と充填材層３５との接合面を形成することで、図７〜９のように軟質層３２と充填材層３５との接合面を形成した場合に比べて軟質層３２と充填材層３５との密着強度をより上げることができる。また、図１２では、チップシール３１の中心部から側面部に行くに従い充填材層３５が厚くなるように軟質層３２と充填材層３５との接合面をくさび形に形成した。ここで、チップシール３１は、中心部にいくほど多くの面積の部分が重複して相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に対して、摺接する。一方、側面部に行くほど、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）に対して重複して摺接する部分の面積が少なくなる。そこで、図１２のように、チップシール３１の側面部の充填材層３５を中心部の充填材層３５よりも厚くなるように軟質層３２と充填材層３５との接合面を形成することで、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）のチップシール３１の側面部と摺接する部分をより平滑化することができ、相手方の歯底面１０Ａ（２Ａ）のチップシール３１の中心部と摺接する部分を必要以上に磨耗させることを防止できる。
【００６３】
ここで、本実施例の作用効果は第１および第２の実施例の効果に加え、接合面の表面積を増加させたことにより、密着強度を効果的に上げることができ、信頼性を向上できる。
【００６４】
また、運転によるチップシール摺接面の摩耗が進行したとき、充填材層３５が摩耗して無くなり、急激に軟質層３２が露見することがなく、軟質層３２のみが摺接するまでの間は、充填材層３５と軟質層３２とが、それぞれの摺接面積を徐々に変化させられるから、相手歯底面１０A（２A）の表面が粗く残っていた場合でも徐々に該表面を平滑にすることができる。
【００６５】
さらに、本実施例においては、前記それぞれの摺接面積の比を自由に設定可能であるから、使用条件や運転条件、流体機械の容量等によって適切な摩耗条件に設計対応できる。
【実施例４】
【００６６】
次に、図１３は本発明の第４の実施例を示す。本実施例では、第２の実施例と同様に、充填材層３５だけでなく、軟質層３２も基材であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に充填材層３５に加えた充填材を配合して形成した。本実施例の特徴は、鏡板２（１０）を下側にラップ部３（１０）を上側にして置き、凹溝５（１３）内に装着されるシール部材としてのチップシール３１を形成するときに、該チップシール３１のシール本体部分となる軟質層３２と、該軟質層３２の下側に位置し、凹溝５、１３の底面５Ａ、１３Ａとの機密にシールする側に、軟質層３２よりも硬度の低い極軟質層３２Ｃを形成したことにある。軟質層３２をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に充填材を配合して形成した場合において、該極軟質層３２Ｃはたとえば軟質層３２に配合された充填材を配合せずにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のみで形成したものや、軟質層３２よりも充填材の配合割合が少なく、わずか（５％以下）に充填材を配合した極軟質材料で形成されている。極軟質層３２Ｃは、充填材を配合しないあるいは極微量であるから曲げ弾性率を低く抑えることができ、引張強度は高く保つことができる。
【００６７】
すなわち、下側リップ３３は僅かな空気圧で起き易くできるから、チップシール３１を歯底面１０Ａ（２Ａ）に効果的に押付け、偏当たりがなく気密にシールすることが可能となり、チップシールの巻き方向（長手方向）における局部摩耗等を防止できる。
【００６８】
また、前記各実施例では、チップシール３１の摺動面側に充填材層３５を形成するものとして述べたが、例えば充填材層３５に耐熱性を有する材料（添加剤）を加えたり、温度の影響を受けにくい材料、たとえばチタネート、水ガラス等を基材とすることにより、摩擦熱等に対する耐久性を向上させるようにしてもよい。
【００６９】
さらに、前記各実施例では、固定スクロール１側の凹溝５および旋回スクロール９側の凹溝１３に、それぞれチップシール３１を装着するものとして述べたが、本発明はこれに限らず、固定スクロール１または旋回スクロール９のいずれか一方のラップ部３（１１）のみに凹溝５（１３）を形成し、該凹溝５（１３）内にチップシール３１を装着する構成としてもよい。
【００７０】
さらにまた、前記各実施例では、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、例えば真空ポンプ、冷媒圧縮機等にも広く適用することができる。
【００７１】
本発明によれば、運転初期段階において充填材層を相手方の歯底面に摺接させることにより、この歯底面を滑らかにすることができ、例えば陽極酸化処理される歯底面に対して製造時に特別な仕上げ加工等を行う必要がなくなり、製造時の作業性や生産性を確実に向上できる。また、運転初期段階においてシール部材の充填材層側を相手方の歯底面に摺接させることにより、両者の摺動面をなじませ密着性を高めることができ、シール性を向上させることができると共に、シール部材全体の摩耗を低減でき、耐久性や寿命を延ばすことができる。
【００７２】
さらに、シール部材に複数の底面リップ部とに設けるから、凹溝とシール部材との間に生じる隙間をこれらの各リップ部によって効果的にシールでき、運転初期段階においても各圧縮室間の密閉性を確実に高めることができ、安定した圧縮性能を確保することができる。
【００７３】
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４を組み合わせることにより本発明を実施してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・固定スクロール
２、１０・・・鏡板
３、１１・・・ラップ部
４、１２・・・支持部
５、１３・・・凹溝
６、１４、３１．４１・・・チップシール
７、１５、３３、４４・・・下側リップ部
８、１６、３４、４５・・・内側リップ部
９・・・旋回スクロール
１７・・・駆動軸
１８・・・旋回軸受
１９・・・吸込ポート
２０・・・吐出ポート
３２、４２・・・シール本体（軟質層）
３５、４３・・・充填材層
４６・・・境界面
【図１】
0005525863.tif 000002
【図２】
0005525863.tif 000003
【図３】
0005525863.tif 000004
【図４】
0005525863.tif 000005
【図５】
0005525863.tif 000006
【図６】
0005525863.tif 000007
【図７】
0005525863.tif 000008
【図８】
0005525863.tif 000009
【図９】
0005525863.tif 000010
【図１０】
0005525863.tif 000011
【図１１】
0005525863.tif 000012
【図１２】
0005525863.tif 000013
【図１３】
0005525863.tif 000014
【図１４】
0005525863.tif 000015