(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回スクロールの鏡板に渦巻き形のラップを構成し、前記旋回スクロールの前記ラップに噛み合って圧縮作動室を形成するラップを備えた固定スクロールを配設し、旋回スクロールの旋回運動によって前記圧縮作動室で気体を圧縮する圧縮機の、前記各ラップ先端部の溝に設けた圧縮機用チップシールにおいて、前記チップシールをポリテトラフルオロエチレン或いは変性ポリテトラフルオロエチレンを主成分とし、少なくとも、ブロンズ、炭素繊維或いは球状炭素、及び二硫化モリブデンを充填した材料で形成し、ポリテトラフルオロエチレン或いは変性ポリテトラフルオロエチレンの量が５５重量％〜７５重量％であることを特徴とする圧縮機用チップシール。
【請求項２】
請求項１記載の圧縮機用チップシールにおいて、二硫化モリブデンの量が５重量％であることを特徴とする圧縮機用チップシール。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧縮機用チップシールにおいて、ブロンズを１０〜３０重量％、炭素繊維或いは球状炭素を５〜２０重量％充填した材料で形成したことを特徴とする圧縮機用チップシール。
【請求項４】
鏡板に渦巻き形のラップを構成した旋回スクロールと、同じく鏡板に渦巻き形のラップを備えた固定スクロールを有してなり、前記旋回スクロールの前記ラップに固定スクロールの前記ラップを噛み合わせて圧縮作動室を形成し、旋回スクロールの旋回運動によって前記圧縮作動室で気体を圧縮するスクロール圧縮機において、前記各ラップ先端の旋回スクロールもしくは固定スクロールの鏡板に対向する面に、ラップに沿って周方向に延びる溝が形成され、この溝に装着されるチップシールが、前記請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮機用チップシールであることを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール流体機械のスクロールラップ先端部における圧縮気体の漏れを防止するチップシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール圧縮機は、旋回スクロールと固定スクロールがそれぞれの持つ鏡板に稙立された渦巻き形のラップを互いに噛み合わせてそれぞれのラップ間で圧縮作動室を形成し、旋回スクロールが旋回運動することにより、渦巻き形のラップの外周部から中央部に向かって圧縮作動室を移動させつつその容積を縮小させ、圧縮作動室に収容された気体を圧縮する構造になっている。したがって、半径方向外側にある圧縮作動室の内部の気体の圧力は、それよりも半径方向内側にある圧縮作動室内部の気体の圧力よりも低くなるから、隣接する圧縮作動室の間での気体の漏洩を防止する必要がある。
【０００３】
そのため、各スクロールのラップ先端の、対向する鏡板に当接する部分にチップシールを設け、圧縮された気体がラップ先端と鏡板の間を通って圧縮作動室から漏れるのを防止している。
【０００４】
従来チップシールの材料として使用されているポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）は、熱可塑性樹脂の中で最も優れた耐熱性、耐化学薬品性、電気絶縁性を有し、低摩擦性かつ非粘着性の特性を有することが知られている。また、無給油の摺動部材としてＰＴＦＥが耐摩耗性に優れた材料であることも公知である。
【０００５】
またすべり軸受等の摺動材としては、特開平０５−３２０４５５号公報に、ふっ素樹脂をベースレジンとして炭素繊維５〜４５容量％及び金属粉末１〜２５容量％を充填したものを用いる例が示されている。また特開平０９−１３２６９０号公報には、摺動材として、四ふっ化エチレン樹脂等のふっ素樹脂にＡ成分（銅−鉛共晶粉末もしくは銅−鉛−錫共晶粉末または両者の混合粉末）３〜３５重量％、Ｂ成分（酸化錫、三酸化モリブデン及びタングステン化合物から選ばれる１種以上の粉末化合物）１〜２０重量％及び炭素繊維３〜２５重量％を配合してなる組成物が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
スクロール圧縮機の運転中、チップシールはスクロール部材（鏡板）と摺動するため運転時間が長くなるにつれ摩耗する。チップシールの摩耗量が多くなると、チップシールと鏡板の間から圧縮された気体が漏れ、圧縮性能は低下する。このような状況を回避するため、圧縮性能が低下する前にチップシールを交換しなければならない。このためチップシールの耐摩耗性の向上を図り、チップシールを交換するまでの期間を延ばすことが必要である。
【０００７】
また圧縮性能の向上を図る次世代型機種の運転条件では、チップシールは高面圧及び高温の状況下で摺動することになり、従来のチップシール材では、短期間でチップシールの交換が必要になると予想される。このため高面圧及び高温でも耐摩耗性に優れたチップシールが将来的に必要になってくる。
【０００８】
本発明の目的は、スクロール圧縮機において、耐摩耗性に優れたチップシールを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のチップシールは、ＰＴＦＥ或いは変性ＰＴＦＥからなるベースレジンに、ブロンズ、炭素、二硫化モリブデンを混合して作成したものであり、ポリテトラフルオロエチレン或いは変性ポリテトラフルオロエチレンの量を５５重量％〜７５重量％としたものである。これにより鏡板との摺動部におけるチップシールの耐摩耗性が向上する。二硫化モリブデンの量は５重量％とすることが望ましい。二硫化モリブデンは潤滑性に優れ、チップシールの長寿命化に寄与する。ブロンズの量は１０〜３０重量％の範囲でよい。また、炭素は、炭素繊維でも球状炭素でもよく、５〜２０重量％でよい。ブロンズは熱伝導性に優れ、チップシール内部の熱を外側に伝熱する。炭素は耐摩耗性に優れ、チップシールの長寿命化に寄与する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明するが、本発明は本実施の形態に記載されたもののみに限定されるものではない。
【００１１】
図１に本発明のチップシールの５つの実施の形態の成分構成を示す。実施の形態１ないし実施の形態３は、ベースレジンのＰＴＦＥに、炭素繊維１０重量％、二硫化モリブデン５重量％及びブロンズが充填され、ブロンズの充填量は、実施の形態１が１０重量％、実施の形態２が２０重量％、実施の形態３が３０重量％である。実施の形態４は、実施の形態２の炭素繊維を球状炭素１０重量％に換えたものである。実施の形態５は実施の形態４のベースレジンであるＰＴＦＥを変性ＰＴＦＥに換えたものである。また、従来技術を示す比較例として、ＰＴＦＥ８０重量％、ポリイミド２０％の材料を準備した。
【００１２】
図１に示した材料をスクロール圧縮機でのチップシールの摺動を模擬して評価するため、ピンオンディスク摩耗試験を行った。ピンの材料は図１に示した各材料を用いた。ディスクの材料はアルミニウム合金で、その表面に陽極酸化皮膜処理を施した。その他の試験条件は、面圧０．２ＭＰａ、温度１６０℃、摺動速度２．６ｍ／ｓで、実機条件を模擬してある。なお、チップシールの摩耗特性として所定の摺動時間経過後のピンの摩耗深さを測定し、磨耗量を比較した。
【００１３】
図２に摺動時間５００時間におけるピンの摩耗特性を示す。各実施の形態の摩耗量の比は、比較例の摩耗量を１として算出した。実施の形態１から実施の形態５の各摩耗量の比はいずれも０．７以下になり、耐摩耗性が向上していることが確認できた。実施の形態１から実施の形態３のようにブロンズの充填率を変えた場合の摩耗量は、ブロンズ２０重量％（実施の形態２）が少なかった。ブロンズ充填率が共に２０重量％で、炭素が、炭素繊維（実施の形態２）と球状炭素（実施の形態４）の場合の摩耗量の比はそれぞれ０．４６、０．４８で、同程度の摩耗特性であった。
【００１４】
またベースレジンをＰＴＦＥ（実施の形態４）から変性ＰＴＦＥ（実施の形態５）に変えた場合、摩耗量の比は、０．４８から０．２８に低下し、図２に示した中では最も優れた耐摩耗性を得た。いずれの実施の形態の材料もそれぞれ比較例よりも耐摩耗性に優れており、使用条件やコストを考慮して、チップシールの材料を選定すればよい。
【００１５】
以下、図１に示した実施の形態の材料で形成したチップシールを装着したスクロール圧縮機について、図３〜図６を参照して説明する。図３は、外周駆動型スクロール圧縮機の全体構造を表す縦断面図である。図４は固定スクロール２の平面図、図５は旋回スクロール３の平面図である。図６は、図３のラップの噛み合い状態を示す断面図で旋回スクロールと固定スクロールのラップによって圧縮作動室が形成される様子や駆動軸の配置の様子を表したものである。
【００１６】
図３に示すスクロール圧縮機は、鏡板１ｈに渦巻き状に形成されたスクロールラップ（以下、ラップという）１ｂを有する固定スクロール１と、同じように鏡板２ｈに形成されたスクロールラップ（以下、ラップという）２ｂを有する固定スクロール２が互いにラップ面を平行にし、軸線を一致させて配置し、前記固定スクロール１と前記固定スクロール２の間に、放熱孔３ｆを有する鏡板３ａの両側に同じく渦巻き状に形成されたスクロールラップ（以下、ラップという）３ｂ、３ｃを有する旋回スクロール３を、ラップ３ｂを前記ラップ１ｂと、ラップ３ｃを前記ラップ２ｂと、それぞれ噛み合わせて配置して構成されている。旋回スクロール３の鏡板３ａの固定スクロール１側でラップ３ｂを前記ラップ１ｂに噛み合わせて圧縮作動室１４が、旋回スクロール３の鏡板３ａの固定スクロール２側でラップ３ｃを前記ラップ２ｂと噛み合わせて圧縮作動室１５が、それぞれ形成されている。
【００１７】
これらの圧縮作動室は、図６に示すように、互いに噛み合う一対のラップで三日月状に形成される。スクロール圧縮機では三日月状の圧縮作動室が中心軸に対して対称に一対、かつ同じ体積で構成される。この圧縮作動室は、外周部から中心に向かって順次その体積が小さくなるように構成されていると共に、旋回スクロール３の旋回運動に伴って圧縮作動室が外周部から中心に向かって渦巻き状に移動しながら容積を縮小しつつ連続的に中心に移動するようになっている。
【００１８】
図３に示すように、固定スクロール１のラップ１ｂの先端部の旋回スクロール３のラップ底面３ｊに対向する面にはチップシール１ｃ、１ｅが、固定スクロール２のラップ２ｂの先端部の旋回スクロール３のラップ底面に対向する面にはチップシール２ｃ、２ｅが、旋回スクロール３のラップ３ｂの先端部の固定スクロール１の底面１ａに対向する面にはチップシール３ｄ、３ｅが、そして旋回スクロール３のラップ３ｃの先端部の固定スクロール２の底面２ａに対向する面にはチップシール３ｍ、３ｎが、それぞれ渦巻きに沿って周方向に複数個に分割されて設けられている。
【００１９】
このようにチップシールを分割することにより、チップシールの成形性、組立性を良くし、さらにはメンテナンスコストの低減を図ることができる。また旋回スクロール３の鏡板３ａには、鏡板３ａ両側（図３において図上、上下）の圧縮作動室１４と１５とが該鏡板３ａのほぼ中央部で連通するように流路８が設けられている。
【００２０】
図３に示したように、旋回スクロール３の鏡板３ａの外周部には、偏心部を有する駆動軸４と、駆動軸４にベルト駆動され駆動軸４と同じ偏心量の偏心部を有する補助駆動軸５とが、旋回スクロール３を挟んで対向する位置に、軸線を互いに平行させ、かつ軸線を各ラップの面に平行させて配置されている。駆動軸４及び補助駆動軸５は旋回スクロール３に設けられた軸受１１ａ、１１ｂでそれぞれ前記偏心部を支持され、回転可能な構造になっている。軸受１１ａ、１１ｂの少なくともいずれか一方、本実施の形態では補助駆動軸５の偏心部分を支持する個所に、弾性支持部１３を有する軸受１１ｂが設けられている。旋回スクロール３は、同期して回転する駆動軸４と補助駆動軸５に駆動され、自転を阻止された状態で旋回運動を行うようになっている。駆動軸４と補助駆動軸５はまた、固定スクロール１，２の鏡板１ｈ、２ｈの外周部に、それぞれ軸受１ｊ，２ｊを介して支持されている。
【００２１】
固定スクロール１の鏡板１ｈの周縁及び前記軸受１ｊの周縁に沿ってフランジ部１ｇが形成され、同様に固定スクロール２の鏡板２ｈの周縁及び前記軸受２ｊの周縁に沿って軸線方向に前記フランジ部１ｊに向かって筒状に起ちあがるフランジ部２ｆが形成されている。フランジ部１ｊとフランジ部２ｊの互いに対向する位置にボルト孔１２が形成されており、フランジ部１ｊとフランジ部２ｊはこのボルト孔１２に挿入される図示されていない締結ボルトで締結されている。この締結により、フランジ部１ｊとフランジ部２ｊ、鏡板１ｈ，２ｈ，フランジ部１ｊ，２ｊは、旋回スクロール３を内装し、旋回スクロール３の周りに吸込み室空間１６を形成する容器を構成している。
【００２２】
固定スクロール１には、鏡板１ｈのほぼ中央部に形成されて鏡板１ｈの両側を連通する吐出ポート９と、外表面（ラップ１ｈが形成されている面の反対側の面、図上、上側の面）全体に配置された放熱フィン１ｄが設けられている。放熱フィン１ｄ周りは冷却風の流路になっており、放熱フィン１ｄの放熱効果を高めている。他方の固定スクロール２もその外表面に放熱フィン２ｄを有し、固定スクロール１の場合と同様に放熱フィン２ｄ周りには冷却風の流路が構成されている。また、旋回スクロール３の鏡板３ａ内部には、冷却風の流路となる放熱孔３ｆが設けられており、旋回スクロール３の放熱効果を高めている。
【００２３】
固定スクロール２のフランジ部２ｆには、図４に示すように、フランジ部２ｆを貫通する吸入孔１０が設けられており、この吸入孔１０は、旋回スクロール３全体を覆うように構成されている前記吸込み室空間１６に連通している。また、図５に示すように、旋回スクロール３の鏡板３ａには、図３に示した圧縮作動室１４と１５を互いに連通するように小さな直径の連通孔３ｇがラップ３ｂの間に１８０度間隔で複数個設けられている。
【００２４】
固定スクロール１と２、それに旋回スクロール３は、それぞれアルミニウム合金に代表されるように軽量で熱伝導性のよい材料で構成されている。本実施の形態では固定スクロール１、２及び旋回スクロール３をアルミニウム合金で構成した。旋回スクロール３の方が温度が高くなるため、高温下での機械的強度を保つために旋回スクロール３はシリコン含有量の多いアルミニウム合金で構成し、表面に陽極酸化皮膜処理を施した。
【００２５】
次に本発明の一実施の形態について図７と図８にしたがって説明する。図７は旋回スクロール３のラップ３ｂの先端部と固定スクロール１のラップ底面１ａ、固定スクロール１のラップ１ｂの先端部と旋回スクロール３のラップ底面３ｊがそれぞれ相互に接触する状態を表わす拡大縦断面図である。図８は旋回スクロール３のラップ３ｂと固定スクロール１のラップ１ｂの噛み合い状態を示す斜視図で、説明のため固定スクロール１のラップ１ｂを切り欠いて表示してある。
【００２６】
先に述べたように、固定スクロール１と２（固定スクロール２は図示せず）及び旋回スクロール３はアルミニウム合金で形成されている。旋回スクロール３と固定スクロール１のラップ３ｂ，１ｂの先端には、それぞれチップシールの嵌入用のラップ溝３ｈ、１ｆが形成されており、このラップ溝にチップシール３ｄ、１ｃが嵌入されている。旋回スクロール３が旋回駆動されると逐次形成される圧縮作動室がラップの渦巻きに沿って次第に中心側に移動するが、スクロール中心部側に移動した圧縮作動室の圧力がスクロール外周側の圧縮作動室に比べて高圧となり、ラップで仕切られた隣の圧縮作動室との間で圧力差が生じる。この圧力差により、チップシール３ｄ、１ｃが溝底部からラップ先端に向かって浮上して、それぞれラップ底面１ａ、３ｊに押し付けられ、隣接する圧縮作動室の間のシール性を保つようになっている。
【００２７】
図８に示すように、旋回スクロール３のラップ３ｂに設けられたラップ溝は、溝区切り３ｋを境に周方向に２つに分割されラップ溝３ｈ、３ｉとなっている。ラップ溝３ｈ、３ｉそれぞれにチップシール３ｄ、３ｅ（図３参照）が嵌入される構造となっている。チップシールの周方向の長さは嵌入されるラップ溝の長さより短くしてあり、気体圧縮時に発生する熱によってチップシール３ｄ及び３ｅが膨張しても、周方向の隙間長さ分だけ自由に膨張できるので、チップシール３ｄ、３ｅ及びラップ溝３ｈ、３ｉに過大な負荷をかけることなく動作させることができる。
【００２８】
本実施の形態では、熱可塑性樹脂の中で耐熱性、耐摩耗性に優れたＰＴＦＥ或いは変性ＰＴＦＥをベースレジンとし、熱伝導性のよいブロンズ及び耐摩耗性のよい炭素繊維または球状炭素、また潤滑性のよい二硫化モリブデンを配合した材料でチップシールを形成している。このチップシールをスクロール圧縮機に用いることにより、伝熱冷却が促進されるとともに耐摩耗性が向上し、チップシールの耐摩耗性が著しく向上した。
【００２９】
以上、固定スクロール１のラップ底面と旋回スクロール３に設けたチップシール３ｄの実施の形態を述べたが、旋回スクロール３のラップ底面と固定スクロール１のラップ先端のチップシールも同様の構造である。また、固定スクロール２と旋回スクロール３との関係も同様の構造である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、スクロール圧縮機の旋回スクロールと固定スクロールのそれぞれのラップ先端部の溝に配設するチップシールを、ベースレジンがＰＴＦＥ或いは変性ＰＴＦＥで、これにブロンズ、炭素、及び二硫化モリブデンを充填した材料で形成することにより、チップシールとラップ底面との摺動部における耐摩耗性の著しい向上を図ることができる。これによりスクロール圧縮機の寿命を向上させることができ、高面圧及び高温の状況下でも耐摩耗性に優れたチップシールを提供する長期間のメンテナンスフリーが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるチップシールの成分構成を示す図である。
【図２】図１に示す実施の形態のチップシールの磨耗量を比較して示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す外周駆動形スクロール圧縮機の断面図である。
【図４】図３に示す圧縮機の固定スクロールを示す平面図である。
【図５】図３に示す圧縮機の旋回スクロールを示す平面図である。
【図６】図３に示す圧縮機において、旋回スクロールに固定スクロールのラップ部を噛み合わせた様子を示す平面図である。
【図７】図３に示す圧縮機において、ラップ溝とチップシールの関係位置を示す拡大縦断面図である。
【図８】図３に示す圧縮機において、旋回スクロールに固定スクロールのラップ部を噛み合わせた様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  固定スクロール
１ａ  ラップ底面
１ｂ  スクロールラップ
１ｃ  チップシール
１ｄ  放熱フィン
１ｅ  チップシール
１ｆ  ラップ溝
１ｇ  フランジ部
１ｈ  鏡板
１ｊ  軸受
２  固定スクロール
２ａ  ラップ底面
２ｂ  スクロールラップ
２ｃ  チップシール
２ｄ  放熱フィン
２ｅ  チップシール
２ｆ  フランジ部
２ｈ  鏡板
２ｊ  軸受
３  旋回スクロール
３ａ  鏡板
３ｂ、３ｃ  スクロールラップ
３ｄ、３ｅ、３ｍ、３ｎ  チップシール
３ｆ  放熱孔
３ｇ  連通孔
３ｈ，３ｉ  ラップ溝
３ｊ  ラップ底面
３ｋ  溝区切り
４  駆動軸
５  補助駆動軸
８  流路
９  吐出ポート
１０  吸入孔
１１ａ、１１ｂ  軸受
１２  ボルト孔
１３  弾性支持部材
１４、１５  圧縮作動室
１６  吸込み室空間
【図１】
0003572481.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003572481.tif 000008
【図８】
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