(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻状ラップを立設した駆動スクロール端板と従動スクロール端板を、対向させて噛合し、駆動スクロールに対して従動スクロールを公転させることにより、両者の回転によって生じる閉鎖空間を、外周より内周側に順次縮小させて移動して、流体を圧縮して吐出するようにした全系回転形スクロール流体機械において、
従動スクロールの中心部に、それと一体的に回転するように設けられ、従動スクロールの中心部より吐出する圧力流体を排出させるようになっている排出筒の先端部に、シール筒を、気密的に、かつ軸線方向に摺動しうるようにして嵌合し、前記圧力流体の一部を前記シール筒に作用させることにより、シール筒に軸線方向の推力を付与して、シール筒の端面を、排出筒内の圧力流体がハウジング内へ漏洩するのを防止するようにしてハウジング内に設けたシールプレートに圧接させて、圧力流体の漏洩を防止させるようにしてなり、さらに、前記シール筒とシールプレートの当接面の少くともいずれか一方を、径方向に相互間隙を大とするような傾斜面としたことを特徴とするスクロール流体機械の軸シール構造。
【請求項２】
シール筒を、排出筒の先端部外面に、軸線方向に摺動しうるようにして嵌合するとともに、シール筒の内面に、排出筒から吐出する圧力流体の圧力を受けうるようにした受圧面を設け、かつシール筒の先端面を、ハウジングにおける圧力流体吐出用開口部に設けたシールプレートに当接させたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械の軸シール構造。
【請求項３】
シール筒を、排出筒の先端部内面に、軸線方向に摺動しうるようにして嵌合するとともに、シール筒に、排出筒から吐出する圧力流体の圧力を受けうるようにした受圧面を設け、かつシール筒の先端面を、ハウジングにおける圧力流体吐出用開口部に設けたシールプレートに当接させたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械の軸シール構造。
【請求項４】
シール筒を、排出筒と一体的に回転しうるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスクロール流体機械の軸シール構造。
【請求項５】
シールプレートを排出筒の先端部外面に抜け止めして嵌合するとともに、その軸線方向の外側において、排出筒の外面にシール筒を軸線方向に摺動しうるようにして嵌合し、排出筒より吐出する圧力流体をシール筒の外端面に作用させることにより、シール筒に軸線方向の内方を向く推力を作用させて、シール筒をシールプレートに圧接させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械の軸シール構造。
【請求項６】
シール筒を、自己潤滑性を有する合成樹脂からなるものとした請求項１〜５のいずれかに記載のスクロール流体機械の軸シール構造。
【請求項７】
シールプレートを、シール筒との摺接面を硬化した耐摩耗性の材料からなるものとした請求項１〜６のいずれかに記載のスクロール流体機械の軸シール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、全系回転形スクロール流体機械において、特に空気圧縮機として利用する場合の、従動スクロール側の吐出口部における軸シール構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール流体機械は、２つのスクロール端板に、それぞれ渦巻状のラップを立設し、これらラップを互いに向かい合わせて噛合せ、スクロールを相対的に公転させることによって、閉鎖空間を作り、この閉鎖空間を、スクロール外周側より内周側に向けて順次縮小移動させることにより、気体を圧縮する機械である。
【０００３】
このスクロール流体機械の構造には、２つの方式がある。
その１つは、固定スクロールと旋回スクロールとからなるもので、ハウジングに固定した固定スクロールに対して、ハウジングに囲繞される旋回スクロールの駆動軸を、偏心して公転させることによって、スクロールに閉鎖空間を作るものである。この方式では、吐出口および吸込口は、固定スクロール側に固定して設けられるので、本発明の課題とするような、回転軸をシールする必要はない。
【０００４】
他の１つは、本発明の対象となるもので、駆動スクロール軸に対して従動スクロール軸が偏心しており、駆動スクロールに対して従動スクロールが、公転機構を介して公転するものである。したがって、駆動スクロールおよび従動スクロールが、共に回転する構造となっている。この構造の特徴は、前記固定スクロールを備える方式のものと比較して、回転体の重量バランスが良く、振動発生が少なく、かつ部品点数が少なくて、構造が簡単になることである。
【０００５】
図６は、従来例の軸シール構造を装着した全系回転形スクロール流体機械の全体構造図を示す縦断面図である。図３を参照して、全系回転形スクロール流体機械、およびその軸シール構造を説明する。
【０００６】
図６において、図示しないモータに連係された駆動軸(１)の左端には、後述する駆動スクロール(２)を取付けるための、駆動スクロール取付体(３)が固着されている。駆動スクロール取付体(３)は、駆動軸(１)に嵌合するための軸筒(3c)の外周側に取付部(3b)を設けてなり、軸筒(3c)と取付部(3b)の間には、冷却用空気を吸入するための適数の吸気孔(3a)が設けられている。
【０００７】
駆動スクロール取付体(３)の取付部(3b)には、ボールベアリング(４)が嵌合されている。ボールベアリング(４)の外輪は、台座(５)に固着された駆動スクロールハウジング(６)に固定されており、前記駆動スクロール取付体(３)は、駆動軸(１)に固着された状態で、駆動スクロールハウジング(６)内に回転可能に保持されている。
【０００８】
駆動スクロールハウジング(６)の外周には、駆動スクロール(２)を冷却した空気を放出する複数の放気孔(6a)が設けられている。また、駆動スクロールハウジング(６)には、ボールベアリング(４)の外輪を押圧保持する保持板(17)が、ボルト(18)によって取付けられている。
【０００９】
駆動スクロール(２)は、基本的には円盤状の端板(2d)の背面に設けられたファンブレード(2c)と、端板(2d)の内面である摺動面(2b)に立設された渦巻状ラップ(2a)とを備えている。
【００１０】
ラップ(2a)の相手側摺動面と対面する先端部には凹溝が穿設され、この凹溝には、フッ素樹脂等の自己潤滑性のあるシール部材(７)が嵌入されている。駆動スクロール(２)の背面におけるファンブレード(2c)は、１２０°の角度間隔で、放射状に３個設けられ、ファンブレード(2c)の外端に、前記取付部(3b)をもって、前記駆動スクロール取付体(３)が取付けられている。
【００１１】
駆動スクロール(２)におけるラップ(2a)が立設されている前面、すなわち摺動面(2b)の外周近辺の角度間隔１２０°の３か所に、３対の偏心公転機構(８)が設けられている。この偏心公転機構(８)を介して、摺動面(9b)に前記ラップ(2a)と対向するラップ(9a)を備える従動スクロール(９)が設けられている。
【００１２】
従動スクロール(９)におけるラップ(9a)の渦巻方向は、駆動スクロール(２)のラップ(2a)と噛み合うために、そのラップ(2a)の渦巻方向とは逆である。また、回転中心には、圧縮流体を吐出するための吐出筒(9f)に連なる吐出孔(9e)が設けられている。それ以外は、前記駆動スクロール(２)と同じ寸法の外形形状を有している。
【００１３】
吐出筒(9f)の先端は、後述する従動スクロール取付体(10)における排出筒(10c)内に嵌合されている。前記ラップ(9a)の相手側摺動面と対面する先端部には凹溝が設けられ、この凹溝には、駆動スクロールにおけるのと同じフッ素系樹脂等の自己潤滑性のあるシール部材(７)が嵌合されている。
【００１４】
また、駆動スクロール(２)におけると同じように、従動スクロール(９)の端板(9d)の背面には、１２０°の角度間隔で、放射状に３個のファンブレード(9c)が立設され、ファンブレード(9c)の外端には、後述する従動スクロール取付体(10)を取付けるための取付部(10b)が設けられている。
【００１５】
従動スクロール(９)の摺動面(9b)の外周部近辺には、１２０°間隔の３か所に、３対の偏心公転機構(８)が設けられ、この偏心公転機構(８)を介して、公知のように、従動スクロール(９)は、前記駆動スクロール(２)の回転中心とは偏心した回転中心をもって旋回運動するようになっている。
【００１６】
駆動スクロール(２)および従動スクロール(９)のラップ(2a)(9a)を、所定空間を残して囲繞するように、駆動スクロール(２)および従動スクロール(９)の端板(2d)(9d)の間に、ダストシールハウジング(11)が設けられている。
【００１７】
ダストシールハウジング(11)は、所定の厚さのアルミダイカストで、ドーナツ状に形成され、外周面に流体の吸込口(11a)を有し、かつ駆動スクロール(２)および従動スクロール(９)の摺動面(2b)(9b)の外周近辺の対応する位置に設けた、フッ素系樹脂等の自己潤滑性のあるダストシール(11c)(11b)が、それぞれ駆動スクロール(２)および従動スクロール(９)と摺接して、ダストシールを完全なものにするとともに、両スクロール(２)(９)の端板(2d)(9d)間の間隔を規制している。
【００１８】
ダストシールハウジング(11)の外周近辺の図示しない位置において、駆動スクロールハウジング(６)と、それと対向する従動スクロールハウジング(13)とは、ボルトで挟着されている。
【００１９】
従動スクロール(９)の背面のファンブレード(9c)の外端部に取付けられた従動スクロール取付体(10)の中心には、圧縮流体を外部に吐出する排出筒(10c)が設けられ、排出筒(10c)には、前述したように、従動スクロール(９)における吐出筒(9f)が嵌合されている。
【００２０】
排出筒(10c)の外方において、従動スクロール取付体(10)には、放射状の３個の取付部(10b)が設けられ、この取付部(10b)に、従動スクロール(９)は固着されている。排出筒(10c)と取付部(10b)との間には、冷却用の空気が流通する３個の通気孔(10a)が設けられている。
【００２１】
従動スクロール取付体(10)の外周部にはボールベアリング(12)が嵌合され、ボールベアリング(12)の外輪は、従動スクロールハウジング(13)に固定されている。かくして、従動スクロール取付体(10)は、従動スクロールハウジング(13)内で、従動スクロール(９)と一体的に回転可能となっている。
【００２２】
従動スクロールハウジング(13)の外周には、従動スクロール(９)を冷却した空気を放出する放気孔(13a)が設けられている。
【００２３】
従動スクロールハウジング(13)には、従動スクロール取付体(10)における排出筒(10c)を覆うハウジングカバー(14)が取付けられ、ハウジングカバー(14)における排出筒(10c)の出口孔(10d)の周囲には、吐出流体が、従動スクロール(９)の背面に流入するのを防止するシール部材セット(15)が、シール押え(16)をもって保持されている。
【００２４】
シール部材セット(15)は、ゴム弾性をもつ２枚のリップパッキン(15a)をもって座金(15b)を挟持して、ハウジングカバー(14)に形成されている凹部に嵌入してなり、リップパッキン(15a)リップ部は、出口孔(10d)の外周部に摺接してシールしている。また、シール押え(16)の中心には、圧縮流体を排出させる開口(16a)が設けられている。
【００２５】
前記ハウジングカバー(14)には、導気孔(14a)が穿設され、この導気孔(14a)から流入する空気は、従動スクロール取付体(10)の３つの通気孔(10a)を通って従動スクロール(９)の背面に流れ、ファンブレード(9c)により、従動スクロールハウジング(13)の放気孔(13a)から外部に吐出されるようになっている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような従来の全系回転形スクロール流体機械において、公転する従動スクロール(９)を支持する従動スクロール取付体(10)における圧縮流体の出口孔(10d)を、ハウジングカバー(14)における導気孔(14a)に通じる大気と遮断するために、ハウジングカバー(14)に２枚のリップパッキン(15a)を設けたものでは、シールの安定性および耐久性に難があることが分かった。
【００２７】
従って本発明は、従動スクロールの中心先端の出口孔部分のシール構造を改善して、上記課題の解決と、構造の簡素化を図ることを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
(１)  渦巻状ラップを立設した駆動スクロール端板と従動スクロール端板を、対向させて噛合し、駆動スクロールに対して従動スクロールを公転させることにより、両者の回転によって生じる閉鎖空間を、外周より内周側に順次縮小させて移動して、流体を圧縮して吐出するようにした全系回転形スクロール流体機械において、従動スクロールの中心部に、それと一体的に回転するように設けられ、従動スクロールの中心部より吐出する圧力流体を排出させるようになっている排出筒の先端部に、シール筒を、気密的に、かつ軸線方向に摺動しうるようにして嵌合し、前記圧力流体の一部を前記シール筒に作用させることにより、シール筒に軸線方向の推力を付与して、シール筒の端面を、排出筒内の圧力流体がハウジング内へ漏洩するのを防止するようにしてハウジング内に設けたシールプレートに圧接させて、圧力流体の漏洩を防止させるようにしてなり、さらに、前記シール筒とシールプレートの当接面の少くともいずれか一方を、径方向に相互間隙を大とするような傾斜面とする。
【００２９】
(２)  上記(１)項において、シール筒を、排出筒の先端部外面に、軸線方向に摺動しうるようにして嵌合するとともに、シール筒の内面に、排出筒から吐出する圧力流体の圧力を受けうるようにした受圧面を設け、かつシール筒の先端面を、ハウジングにおける圧力流体吐出用開口部に設けたシールプレートに当接させる。
【００３０】
(３)  上記(１)項において、シール筒を、排出筒の先端部内面に、軸線方向に摺動しうるようにして嵌合するとともに、シール筒に、排出筒から吐出する圧力流体の圧力を受けうるようにした受圧面を設け、かつシール筒の先端面を、ハウジングにおける圧力流体吐出用開口部に設けたシールプレートに当接させる。
【００３１】
(４)  上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、シール筒を、排出筒と一体的に回転しうるようにする。
【００３２】
(５)  上記(１)項において、シールプレートを排出筒の先端部外面に抜け止めして嵌合するとともに、その軸線方向の外側において、排出筒の外面にシール筒を軸線方向に摺動しうるようにして嵌合し、排出筒より吐出する圧力流体をシール筒の外端面に作用させることにより、シール筒に軸線方向の内方を向く推力を作用させて、シール筒をシールプレートに圧接させるようにする。
【００３３】
(６)  上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、シール筒を、自己潤滑性を有する合成樹脂からなるものとする。
【００３４】
(７)  上記(１)〜(６)項のいずれかにおいて、シールプレートを、シール筒との摺接面を硬化した耐摩耗性の材料からなるものとする。
【００３５】
【実施例】
本発明の実施例を、図面に基づいて具体的に説明する。図１は、本発明の軸シール構造の一実施例を装着したスクロール流体機械の全体構造を示す。図１において、従来例として図６で説明した構造と同一構成部品等については、同一符号を付し、同一構造の重複する部分の詳細説明、および符号は省略する。また、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明上のものであるにすぎない。
【００３６】
図２は、図１の円Ａで囲まれた軸シール部分の拡大図である。
【００３７】
吸込口(11a)から吸引された空気は、偏心公転機構(８)により、駆動スクロール(２)に対して偏心的に公転する従動スクロール(９)によって形成される、内周方向に順次縮小移動する閉鎖空間内で圧縮され、従動スクロール(９)の端板(9d)の中心の吐出孔(9e)から吐出される。この圧縮空気は、従動スクロール取付体(10)の中心の排出筒(10c)内へ気密状態で送られる。
【００３８】
従動スクロール(９)を囲繞する従動スクロールハウジング(13)に嵌合されているボールベアリング(12)を介して回転支持されている従動スクロール取付体(10)の排出筒(10c)の先端部は、やや小径の直管部(30)となっており、この直管部(30)の先端部外周には環状凹溝(31)が切設され、環状凹溝(31)には、Ｏリング(32)が嵌入されている。
【００３９】
直管部(30)の先端部外周には、前方へ突出するシール筒(33)の後部の大径の支持孔(34)が摺動自在に嵌合され、シール筒(33)の後端部に切設された後部が開口する軸方向の長孔(35)には、前記直管部(30)に植設した径方向に突出するノックピン(36)が遊嵌されている。
【００４０】
従ってシール筒(33)は、直管部(30)の前端から、簡単に挿入することができ、かつ排出筒(10c)と一体的に回転する。
【００４１】
シール筒(33)は、自己潤滑性を有する合成樹脂製で、圧縮熱で昇温する温度に耐える樹脂、例えばＰＴＦＥポリ四フッ化エチレン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等に、潤滑性、耐熱性を高めるための充填材を混入したものや、二硫化モリブランを母材としたもの等からなっている。
【００４２】
シール筒(33)の内孔の前部は、その後部の大径の支持孔(34)よりは小径であるが、前記直管部(30)における出口孔(37)よりは大径の通気孔(38)となっており、かつ支持孔(34)と通気孔(38)との境界は傾斜受圧面(39)となっている。従って、この傾斜受圧面(39)と前記直管部(30)の前端面との間には、直管部(30)を流れてきた圧力流体が進入しうるようになっている。
【００４３】
シール筒(33)の先端面は、それよりもやや大径のシールプレート(40)を介して、シール押え(16)の内面を押圧している。
【００４４】
シールプレート(40)におけるシール筒(33)との当接面(40a)は、径方向にシール筒(33)から遠去かる偏平円錐状傾斜面としてある。
【００４５】
シール筒(33)におけるシールプレート(40)との当接面、またはこれら両者の当接面に、同様の傾斜を付与することもある。
【００４６】
シールプレート(40)は、セラミックまたは鋼材の焼き入れ、金属への硬質メッキ等によって摺接面を硬化した材料からなり、鏡面研磨した耐磨耗性の高い摺接面として、シール押え(16)に圧入、打込み、または、接着剤等によって固着されている。
【００４７】
この構成により、シール筒(33)は直管部(30)と一体的に回転し、かつその傾斜受圧面(39)には、従動スクロール取付体(10)の直管部(30)の中を流れる流体の圧力が作用するため、シール筒(33)は、常にシールプレート(40)を介してシール押え(16)を押圧しており、シール筒(33)の先端が摩耗しても、シール筒(33)には常に流体の吐出圧力に応じた推力が作用し、長期に亘ってシールが損われることはない。
【００４８】
しかして、シールプレート(40)の径は、シール筒(33)の径より大であるため、従動スクロール取付体(10)の組立て時に若干の芯ずれがあっても、許容されて作動に支障をきたすことはない。
【００４９】
しかも、シールプレート(40)におけるシール筒(33)との当接面(40a)またはシール筒(33)の前端におけるシールプレート(40)との当接面、もしくはこれら両者の当接面に、径方向にシール筒(33)から遠去かる傾斜を付与してあるから、摺接面積を小として、摺接面の相互のなじみを早め、かつ摺接面の当接状態を一定かつ良好とすることができ、かつ万一いずれかの摺接面の一部が若干偏減りしても、支障のない摺接状態が得られる。
【００５０】
図３は、図１、図２に示したものと基本原理は変わらないが、それらとは逆に、吐出流体の圧力によりシール筒(33)を後退させて、その端面をシールプレート(40)に圧接させるようにしたものである。
【００５１】
排出筒(10c)の先端の直管部(30)の外周後部には、径方向に突出する受止段部(30a)が形成されている。スクロールハウジング(６)と一体をなすシール押え(16)における開口(16a)の内端には、大径の支持孔(41)が連設して形成されている。
【００５２】
支持孔(41)には、前記開口(16a)よりも若干大径の通気孔(38)を有するシール筒(33)が、その外側面に嵌合したキー(42)をもって、回転不能かつ軸方向に摺動可能に嵌合されている。支持孔(41)の内面適所に形成した環溝(41a)にはＯリング(43)を嵌合して、シール筒(33)を支持孔(41)に対しシールしてある。
【００５３】
支持孔(41)の奥端とシール筒(33)の先端面との間には、若干の間隙(44)を設けてある。
【００５４】
直管部(30)にはシールプレート(40)を嵌合し、シールプレート(40)を、前記受止段部(30a)に係止してある。
【００５５】
直管部(30)よりシール筒(33)の通気孔(38)へ流入した圧力流体は、前記間隙(44)内において、シール筒(33)を後方へ押し、シール筒(33)の後面がシールプレート(40)を押圧することにより、直管部(30)より突出する圧力流体が、ハウジング内へ漏れるのが完全に防止される。
【００５６】
図４はさらに別の例を示し、直管部(30)内にシール筒(33)を嵌合し、かつシール筒(33)の直管部(30)より突出する先端面を、スクロールハウジング(６)のシール押え(16)における開口(16a)の後端に嵌合したシールプレート(40)に当接させてある。
【００５７】
シール筒(33)の後部に設けた後端が開口する小幅の係止用長孔(35)に、直管部(30)に設けたノックピン(36)の内端を係止してある。
【００５８】
シール筒(33)の外面に刻設した環溝(45)にＯリング(46)を嵌合して、直管部(30)に対しシールしてある。
【００５９】
直管部(30)内の圧力流体により、シール筒(33)は外方へ押され、シールプレート(40)を押圧するので、圧力流体がハウジング間へ洩れることはない。
【００６０】
【発明の効果】
従動スクロール取付体の回転中心軸である排出筒の先端部に、摺動可能に嵌挿したシール筒と、吐出流体圧力によって押圧されるシール筒を受けるシールプレートによってシールするようにしてあるから、構造が簡素化されて、長期の耐久性をもって安定したシールが得られ、かつ、組立時またはメンテナンス時の交換が簡単な軸シール構造が得られる効果がある。
【００６１】
また、シール筒と、シールプレートを面摺接としたことによって、スクロール流体機械の組立の容易化と共に、従動スクロール取付体の組立て時の芯狂いに影響されない軸シール構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による軸シール構造の一実施例を備えるスクロール流体機械の縦断側面図である。
【図２】  図１における円Ａ部分の拡大図である。
【図３】  異なる例を示す図２と同様の図である。
【図４】  異なる例を示す図２と同様の図である。
【図５】  従来の軸シール構造を備えるスクロール流体機械の縦断側面図である。
【符号の説明】
(１)駆動軸
(２)駆動スクロール
(2a)ラップ
(2b)摺動面
(2c)ファンブレード
(2d)端板
(３)駆動スクロール取付体
(3a)吸気孔
(3b)取付部
(3c)軸筒
(４)ボールベアリング
(５)台座
(６)駆動スクロールハウジング
(6a)放気孔
(７)シール部材
(８)偏心公転機構
(９)従動スクロール
(9a)ラップ
(9b)摺動面
(9c)ファンブレード
(9d)端板
(9e)吐出孔
(9f)吐出筒
(10)従動スクロール取付体
(10a)通気孔
(10b)取付部
(10c)排出筒
(10d)出口孔
(11)ダストシールハウジング
(11a)吸込口
(11b)(11c)ダストシール
(12)ボールベアリング
(13)従動スクロールハウジング
(13a)放気孔
(14)ハウジングカバー
(14a)導気孔
(15)シール部材セット
(15a)リップパッキン
(15b)座金
(16)シール押え
(16a)開口
(17)保持板
(18)ボルト
(30)直管部
(30a)受止段部
(31)環状凹溝
(32)Ｏリング
(33)シール筒
(34)支持孔
(35)長孔
(36)ノックピン
(37)出口孔
(38)通気孔
(39)傾斜受圧面
(40)シールプレート
(41)支持孔
(41a)環溝
(42)キー
(43)Ｏリング
(44)間隙
(45)環溝
(46)Ｏリング
(100)従動スクロール取付体
(100e)回り止めピン
(100f)Ｏリング
(100g)長方形の孔
(101)軸シール体
(101a)吐出孔
(101b)挿入孔
(102)軸シールプレート
(103)軸シール押え
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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