(57)【要約】【課題】シール性を維持しつつ、スクロール部材とチップシールとの摩擦力を低減でき、スクロールコンプレッサの省エネルギー化に寄与できるスクロールコンプレッサ用チップシールを提供する。【解決手段】チップシール１は、スクロールコンプレッサにおけるスクロール部材である固定スクロールと可動スクロールとの間に形成される圧縮室をシールするための渦巻形状であり、少なくともスクロール部材との摺動面５において、チップシール１の幅方向の中央部に溝４を有し、この溝４が、チップシール１の略全長にわたり形成されている。【選択図】図１
2019074025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクロールコンプレッサにおけるスクロール部材である固定スクロールと可動スクロールとの間に形成される圧縮室をシールするための渦巻形状のチップシールであって、
前記チップシールは、少なくとも前記スクロール部材との摺動面において、前記チップシールの幅方向の中央部に溝を有し、該溝が、前記チップシールの略全長にわたり形成されていることを特徴とするスクロールコンプレッサ用チップシール。
【請求項２】
前記溝の溝幅は、前記チップシールの幅寸法の１／２０〜２／５であることを特徴とする請求項１記載のスクロールコンプレッサ用チップシール。
【請求項３】
前記溝幅が、前記チップシールの渦巻の巻き始め端部から巻き終わり端部に向けて、連続的または段階的に大きくなることを特徴とする請求項２記載のスクロールコンプレッサ用チップシール。
【請求項４】
前記溝の溝深さは、前記チップシールの厚さの３５％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のスクロールコンプレッサ用チップシール。
【請求項５】
前記溝は、渦巻きの内周面と外周面のいずれか一方に、前記溝と連結する開口部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載のスクロールコンプレッサ用チップシール。
【請求項６】
前記開口部は、前記摺動面を切欠いた凹部であり、前記チップシールの渦巻の巻き始め端部から巻き終わり端部までの長さ方向に離間して複数個設置されていることを特徴とする請求項５記載のスクロールコンプレッサ用チップシール。
【請求項７】
前記チップシールは、合成樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項記載のスクロールコンプレッサ用チップシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロールコンプレッサ（圧縮機）に用いられる渦巻形状のチップシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロールコンプレッサは、基板とこの基板表面に立設する渦巻壁を有する固定スクロールと可動スクロールが、それぞれ渦巻壁において互いに噛み合わされて、それらの間に圧縮室が形成されている。この圧縮室が固定スクロールの軸線の周りを公転する可動スクロールの作用により渦巻中心側に移動してガスなどの圧縮が行なわれる。ガスなどの圧縮に際して圧縮室の密閉性を確保するために、スクロール部材である固定スクロールと可動スクロールの渦巻壁の端面には、渦巻の延長方向に沿ってシール溝が形成され、この溝内には対向するスクロール基板（鏡板）に接触するシール部材である渦巻形状をしたチップシールが収容されている。
【０００３】
このようなチップシールは、例えば所定の合成樹脂を射出成形することにより、断面が矩形状の長尺部材を渦巻に巻いたような渦巻形状に製造されている（特許文献１参照）。図８に示すように、この種のチップシール２１は、一方のスクロール部材２２の溝２２ａ内で隙間をもって収容され、溝２２ａと対向するスクロール基板２３との間で、ガス２４の圧力によりにスクロール基板２３に向かって溝底２２ｂより浮上する。浮上したチップシール２１は、断面の矩形を構成する一面であるシール面２１ａでスクロール基板２３と摺接し、互いの渦巻壁の間の圧縮室をシールしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２２９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スクロールコンプレッサの省エネルギー化のためには、スクロール部材とチップシールの低摩擦化により、運転時のトルクを低減することが重要である。しかしながら、チップシールの断面が矩形状である場合、スクロール基板との摺動面積が大きく、摺動面での摩擦力が大きくなる。特に、近年における使用条件の過酷化などにより、圧縮圧力が高くなると、その摩擦力が大きくなりやすい。
【０００６】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、シール性を維持しつつ、スクロール部材とチップシールとの摩擦力を低減でき、スクロールコンプレッサの省エネルギー化に寄与できるスクロールコンプレッサ用チップシール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】
【０００７】
本発明のスクロールコンプレッサ用チップシールは、スクロールコンプレッサにおけるスクロール部材である固定スクロールと可動スクロールとの間に形成される圧縮室をシールするための渦巻形状のチップシールであって、上記チップシールは、少なくとも上記スクロール部材との摺動面において、上記チップシールの幅方向の中央部に溝を有し、該溝が、上記チップシールの略全長にわたり形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記溝の溝幅は、上記チップシールの幅寸法の１／２０〜２／５であることを特徴とする。さらに、上記溝幅が、上記チップシールの渦巻の巻き始め端部から巻き終わり端部に向けて、連続的または段階的に大きくなることを特徴とする。
【０００９】
上記溝の溝深さは、上記チップシールの厚さの３５％以下であることを特徴とする。
【００１０】
上記溝は、渦巻きの内周面と外周面のいずれか一方に、上記溝と連結する開口部が設けられていることを特徴とする。さらに、上記開口部は、上記摺動面を切欠いた凹部であり、上記チップシールの渦巻の巻き始め端部から巻き終わり端部までの長さ方向に離間して複数個設置されていることを特徴とする。
【００１１】
上記チップシールは、合成樹脂製であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスクロールコンプレッサ用チップシールは、スクロール部材である固定スクロールと可動スクロールとの間に形成される圧縮室をシールするための渦巻形状のチップシールであり、少なくともスクロール部材との摺動面において、チップシールの幅方向の中央部に溝を有し、該溝がチップシールの略全長にわたり形成されているので、摺動面積が小さくなり、摺動面での摩擦力を小さくできる。この結果、スクロールコンプレッサにおけるスクロール部材のスクロール時のトルクを低減でき、該コンプレッサの省エネルギー化に寄与できる。また、上記溝は潤滑溝としても機能することができるため、摺動面に冷凍機油等の潤滑油を供給することが可能となる。
【００１３】
上記溝の溝幅は、チップシールの幅寸法の１／２０〜２／５であるので、シール性を維持しつつ、シールの機械強度を確保できる。さらに、上記溝幅が、チップシールの渦巻の巻き始め端部から巻き終わり端部に向けて、連続的または段階的に大きくなるので、渦巻きの内周部側では高いシール性を維持しつつ、渦巻きの外周部側では接触面積がより小さくなり、摺動面での摩擦力を一層低減できる。
【００１４】
上記溝の溝深さは、チップシールの厚さの３５％以下であるので、シールの機械強度の低下を防止し、十分なシール性が担保できる。
【００１５】
上記溝は、渦巻きの内周面と外周面のいずれか一方に、溝と連結する開口部が設けられているので、シール性を維持しつつ、開口部から溝に潤滑油が導入され、摺動面での摩擦力をより小さくできる。さらに、開口部は、摺動面を切欠いた凹部であり、チップシールの渦巻の巻き始め端部から巻き終わり端部までの長さ方向に離間して複数個設置されているので、溝部分にもガスなどが導入され、摺動面での摩擦力をより小さくできる。
【００１６】
チップシールは合成樹脂製であるので、低摩擦特性と相手部材の接触面への非攻撃性に優れ、スクロールコンプレッサの高寿命化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のチップシールの一例を示す平面図である。
【図２】チップシールをコンプレッサに組み込んだ状態の断面図である。
【図３】溝の断面形状を示す図である。
【図４】本発明のチップシールの他の例を示す平面図である。
【図５】本発明のチップシールの他の例を示す平面図である。
【図６】チップシールをコンプレッサに組み込んだ状態の断面図である。
【図７】スクロールコンプレッサの圧縮機構部の一部断面図である。
【図８】従来のチップシールをコンプレッサに組み込んだ状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のチップシールを適用するスクロールコンプレッサの圧縮機構部の構造の一例を図７に基づいて説明する。図７は、スクロールコンプレッサの圧縮機構部の一部断面図である。図７に示すように、スクロールコンプレッサは、基板１４ａとその表面に直立する渦巻壁１４ｂを有する固定スクロール１４と、基板１５ａとその表面に直立する渦巻壁１５ｂを有する可動スクロール１５とを備えている。固定スクロール１４と可動スクロール１５が、渦巻壁境界１６において相互に偏心状態にかみ合わされて、それらの間に圧縮室１２が形成されている。可動スクロール１５が固定スクロール１４の軸線の周りで公転することにより、圧縮室１２が渦巻形状の中心側に移動してガスなどの圧縮が行なわれる。固定スクロール１４と可動スクロール１５の渦巻壁端面に、渦巻の延長方向に沿ったシール溝１３が形成されている。本発明のチップシール１１は、シール溝１３内に収容され、対向するスクロール基板と摺接して、圧縮室１２の密閉性を確保するものである。
【００１９】
本発明のスクロールコンプレッサ用チップシールの一例を図１、図２に基づいて説明する。図１は本発明のチップシールをシール面となる相手スクロール部材との摺動面側から見た平面図であり、図２はこのチップシールをコンプレッサに組み込んだ状態の断面図である。チップシール１は、スクロールコンプレッサにおいて、スクロール部材である固定スクロールと可動スクロールの渦巻壁間に形成された圧縮室をシールするためのシール部材である。図１に示すように、チップシール１は、断面が略矩形状の長尺部材を渦巻に巻いたような渦巻形状を有する。この渦巻形状は、巻き始め端部２から巻き終わり端部３に向けて徐々に曲率半径が大きくなる形状である。摺動面５が、対向するスクロール基板との摺動面であり、圧縮室内のガスなどをシールするシール面となる。
【００２０】
図１において、チップシール１は、スクロール部材との摺動面５に、チップシール１の略全長にわたり溝４が形成されている。溝４は、渦巻の内周面１ｂと渦巻の外周面１ａに開口しておらず、摺動面内で閉じた凹溝となっている。また、溝４は、チップシール１の厚み方向の略中央部に設けられている。図１では、溝４はチップシール１の厚み方向の中央位置（内周面および外周面から等距離の位置）を結んだ中央線１ｃを中心に対称に形成されている。このように摺動面５に溝４を設けることで、摺動面積を低減するとともに、該溝内に潤滑油を保持させ、潤滑性を担保することができる。
【００２１】
摺動面の溝は、チップシールの略全長にわたり設けられている。本発明において、略全長にわたる状態は、チップシールの巻き始め端部２から巻き終わり端部３までの連続した状態だけをいうのではなく、不連続の状態も含む。例えば、図１に示すように、摺動面５の巻き始め端部２側と巻き終わり端部３側にそれぞれ、溝４が形成されていない部分があってもよい。また、溝４は、図１のように１本の連続した凹溝でもよく、チップシール１の渦巻の長さ方向で分割された２本以上の凹溝でもよい。
【００２２】
本発明において、溝はチップシールの略全長にわたり形成されるので、チップシールの渦巻の長さ方向における溝の長さ（分割された２本以上の凹溝にあってはその合計長さ）は、チップシールの長さ方向全周に対して６０％以上の長さであり、より好ましくは７０％以上の長さであり、さらに好ましくは８０％以上の長さである。特に、溝としては、チップシールの長さ方向全周に対して８０％以上の長さを有する一本の凹溝であることが好ましい。なお、チップシールの長さ方向全周とは、渦巻形状の長尺部材を展開した長さであり、これは図１における中央線１ｃの長さである。
【００２３】
溝の断面形状は、図２では矩形状の角溝となっているが、潤滑油を保持することが可能な形状であれば、特に限定されない。溝のその他の断面形状を図３に示す。例えば、溝としては、図３（ａ）の円弧状の溝、図３（ｂ）のＶ溝、図３（ｃ）の両側面がテーパ状の角溝などを採用することができる。これらの中でも、摺動面５への潤滑油の供給がスムーズであることから、円弧状の溝やＶ溝とすることが好ましい。
【００２４】
図２において、溝４の溝深さｄは、チップシールの厚さの３５％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましく、１５％以下であることがさらに好ましい。なお、チップシールの厚さとは、摺動面５であるシール面と、反シール面との間のシールの厚みである。溝深さｄをチップシールの厚さの３５％以下とすることで、チップシールの剛性を維持し、摩耗が進行しても、適度に摺動面での摩擦力を低減でき、さらにシール面の変形が起こることなくシール性が保たれる。これにより、摩擦力を低減しつつ、十分なシール性を担保できる。なお、溝深さｄは、溝４において摺動面５からの最大深さをいう。例えば、図３の各溝における溝深さｄは図に示すとおりである。
【００２５】
図２に示すように、チップシール１は、ハウジング７のシール溝内に収容され、対向する相手部材６と摺接して、圧縮室を密閉している。図２においては、相手部材６とハウジング７はスクロール部材（固定スクロールまたは可動スクロール）であり、シール溝を設けてある方のスクロール部材をハウジング７とし、他方のスクロール部材を相手部材６としている。ハウジング７と相手部材６とは隙間８（隙間幅Ｄ）を有して対向しており、溝深さｄと、隙間８の隙間幅Ｄとの関係は、略同一か、溝深さｄが僅かに小さい程度が好ましい。
【００２６】
溝４の溝幅ｗ（図２参照）は、チップシールの幅寸法（総幅）の１／２０〜２／５に設定され、好ましくは１／２０〜１／３に設定されている。チップシールの総幅（以下、シール幅とも言う）とは、内周面と外周面との間のシールの幅である。また、溝４の溝幅ｗは、実寸としては０.１ｍｍ以上が必要である。なお、実寸法での最大値は設定不要である。溝幅ｗがシール幅の１／２０未満であるか、または、０.１ｍｍ未満である場合には、チップシールの面圧を効果的に高くすることが困難であり、摩擦係数の低下効果が得られないおそれがある。一方、溝幅ｗの最大幅をシール幅の２／５までとすることで、シール性と機械強度を確保している。なお、溝幅ｗは、摺動面５に対して開口した部分の幅であり、例えば、図３の各溝における溝幅ｗは図に示すとおりである。
【００２７】
チップシールの総幅は、コンプレッサの容量に関係するが、おおよそ２ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。例えば、シール幅が２ｍｍである場合は、溝の最小幅はシール幅の１／２０であり、実寸法では０.１ｍｍとなる。また、シール幅が１ｍｍである場合は、溝の最小幅は実寸法では０.１ｍｍ（シール幅の１／１０）となる。なおこの場合の、溝の最大幅はシール幅の２／５の０.４０ｍｍである。
【００２８】
ここで、図１では、溝４の溝幅はチップシール１の略全長にわたり一定となっている。例えば、溝幅を一定とせずに、巻き始め端部２から巻き終わり端部３に向かって、異なるように設定してもよい。この場合、圧縮されるガスの圧力分布を考慮して溝幅を異なるように設定することが好ましい。スクロールコンプレッサは、渦巻の外周部側から内周部側（中心側）に向かって、徐々にガスを圧縮していくため、圧縮されるガスの圧力は、内周部側の方が、外周部側よりも高くなっている。例えば、外周部側では、吸入管（図示は省略する）から吸入されたガスはほとんど圧縮されていない状態にあるため、チップシールによって隔てられる高圧側と低圧側との圧力差はそれほど大きくない。そのため、外周部側では、チップシールにそれほど高いシール性を与えなくても、圧縮するのに十分なシール機能を発揮することができると考えられる。一方、内周部側では、高圧側と低圧側との圧力差が大きいため、チップシールに高いシール性が求められると考えられる。
【００２９】
上記の圧力分布を考慮すると、溝幅が異なるように溝を設ける構成では、渦巻の巻き始め端部から巻き終わり端部に向けて、溝幅を連続的または段階的に大きくすることが好ましい。例えば、図４のチップシール１’において、溝は、チップシールの長さ方向で２分割されて構成されている。この場合、内周部側の溝４１の溝幅をｗ１とし、外周部側の溝４２の溝幅をｗ２とすると、ｗ１よりもｗ２の方が大きくなっている。この構成とすることで、略全長にわたる溝を設けて接触面積を低減しつつ、さらに、外周部側では溝幅をより大きくすることで摺動面積をより低減し、内周部側では溝幅を比較的小さくすることで、高いシール性を確保することができる。
【００３０】
その他の構成としては、１本の溝において、溝幅を３段階以上に分け、巻き始め端部から巻き終わり端部に向けて段階的に大きくする構成としてもよい。また、溝幅を連続的に大きくする構成としてもよい。
【００３１】
以上のように、本発明のチップシールでは、摺動面に設けられた溝により、溝のない従来品よりも摺動面積自体が小さくなる。図１や図４に示す本発明のチップシールと、従来品のチップシールとは、溝の有無以外は同寸法である。この場合、摺動面積は、従来品を１００とすると、本発明では６５〜９７となる。
【００３２】
本発明のスクロールコンプレッサ用チップシールの他の例を図５に基づいて説明する。図５は、摺動面に溝と開口部を有するチップシールを摺動面側から見た平面図であり、図６はこのチップシールをコンプレッサに組み込んだ状態の、開口部の位置における断面図である。図５に示すように、チップシール１’’の渦巻の内周面１ｂには、溝４と連結する開口部９が設けられている。図５において、開口部９は、摺動面５を部分的に切欠いた凹部となっている。このように溝４と連結する開口部９を設けることで、摺動面５が他部材と摺動した状態であっても、溝４は、シール外の空間と連通した状態となる。そのため、開口部９を介して潤滑油が溝４に常に供給され、摺動面５における摩擦力をより小さくすることができる。
【００３３】
図５に示す形態では、開口部９は、チップシール１’’の渦巻の巻き始め端部２から巻き終わり端部３までの長さ方向に離間して内周面１ｂに複数個（図５は６個）並べて設置されている。開口部９の個数は特に限定されないが、複数とすることで、溝４における潤滑油の出入りが円滑に行われる。
【００３４】
複数の開口部を設ける構成では、内周面において、隣り合う開口部がすべて等間隔となるように設けてもよく、また、異なる間隔となるように設けてもよい。後者の場合、特に、上記の圧力分布を考慮して、巻き終わり端部から巻き始め端部に向かって、隣り合う開口部の間隔が連続的または段階的に広くなるように設けることが好ましい。上記のとおり、チップシールの内周部側は高いシール性が求められるため、巻き終わり端部から巻き始め端部に向かって間隔を広くし、内周部側の開口部の数を外周部側よりも少なくすることで、シール性を担保している。一方、内周部側は、外周部側に比べてガスの圧力が大きくなるため、開口部が少なくても、高いガス圧によって潤滑油を溝へ十分供給できると考えられる。
【００３５】
また、図５に示す形態では、開口部９の平面形状を矩形状としているが、これに限定されない。例えば、くさび状とし、その凸の広がっている側を内周面側１ｂとしてもよい。つまりこの場合、内周面１ｂから溝４に向けて、開口部９の幅（チップシールの長さ方向の長さ）が狭まる形状となるため、溝４への潤滑油の供給性を高めることができる。またその他に、内周部側の開口部と外周部側の開口部とで幅の大きさが異なる形態としてもよい。例えば、内周部側の開口部の幅を外周部側の開口部の幅よりも小さくすることで、シール性と潤滑油の供給性のバランスを良好にすることができる。
【００３６】
チップシール１’’の厚み方向における開口部９の深さ（図６参照）は、溝４の溝深さｄと略同一か、溝深さｄが僅かに大きい程度が好ましい。これにより、溝４への潤滑油の供給性を良好にすることができる。
【００３７】
チップシール１’’の構成においても、摺動面５に形成された溝４により、溝のない従来品よりも摺動面積自体が小さくなる。また、図６に示すように、開口部９を設けたことで、チップシール１’’は、開口部９を介して溝４に圧縮室のガス１０を一部導入することができる。図中の矢印１０ａと１０ｂは、ガス１０から各面に受ける圧力を示したものである。これにより、上記ガスの圧力として示すように、チップシール１’’は、反シール面が受けるガス圧を、溝４に導入されたガスにより溝底面が受けるガス圧で一部相殺でき、摺動面５での接触圧力は従来品と同一であるが、この摺動面積の低減により接触力は低下するので、従来品と比較して摺動面での摩擦力を一層大きく低減できる。
【００３８】
なお、図５および図６の形態では、開口部９を渦巻の内周面１ｂに設けたが、渦巻の外周面１ａに設けてもよい。
【００３９】
本発明のチップシールは合成樹脂製とすることが好ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、液晶ポリマーなどの合成樹脂が使用できる。これらの合成樹脂に、炭素繊維、ウィスカなどの繊維状充填材、テトラフルオロエチレン樹脂粉末などの固体潤滑剤などが配合された樹脂組成物とすることができる。ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、液晶ポリマーを用いることで射出成形により容易に製造することができる。
【００４０】
図１、図４、図５に示した本発明のチップシールでは、摺動面に溝が形成されているが、摺動面（シール面）に加えて、反シール面に溝が形成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のスクロールコンプレッサ用チップシールは、シール性を維持しつつ、スクロール部材とチップシールとの摩擦力を低減でき、運転時のトルクを低減できるので、スクロールコンプレッサに広く適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１、１’、１’’  チップシール
２  渦巻の巻き始め端部
３  渦巻の巻き終わり端部
４  溝
５  摺動面
６  相手部材
７  ハウジング
８  隙間
９  開口部
１０  ガス
１１  チップシール
１２  圧縮室
１３  シール溝
１４  固定スクロール
１５  可動スクロール
１６  渦巻壁境界
【図１】
2019074025.tif 000003
【図２】
2019074025.tif 000004
【図３】
2019074025.tif 000005
【図４】
2019074025.tif 000006
【図５】
2019074025.tif 000007
【図６】
2019074025.tif 000008
【図７】
2019074025.tif 000009
【図８】
2019074025.tif 000010