(57)【要約】【課題】チップシールの交換時期を正確且つ確実に知らせることができ、固定スクロールと旋回スクロールの直接接触を事前に回避して種々の不具合の発生を確実に防ぐことができるスクロール型流体機械を提供すること。【解決手段】固定スクロールと旋回スクロールをこれらのスクロール板先端の溝３２ａに嵌装されたチップシール３３を介して互いに当接させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを偏心回転させることによって、両スクロールにて画成される流体室の体積を変化させて真空又は高圧の状態を作り出すスクロール型流体機械において、前記チップシール３３の反摺接面の複数箇所に切込み６１を幅方向に形成する。又、前記切込み６１の深さをチップシール３３の厚さの５０％〜９５％とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールと旋回スクロールをこれらのスクロール板先端の溝に嵌装されたチップシールを介して互いに当接させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを偏心回転させることによって、両スクロールにて画成される流体室の体積を変化させて真空又は高圧の状態を作り出すスクロール型流体機械において、
前記チップシールの反摺接面の複数箇所に切込みを幅方向に形成したことを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記切込みの深さをチップシールの厚さの５０％〜９５％としたことを特徴とする請求項１記載のスクロール型流体機械。
【請求項３】
前記切込みの深さがチップシールの幅方向に異なることを特徴とする請求項１又は２記載のスクロール型流体機械。
【請求項４】
前記切込みの高圧側深さを低圧側深さよりも大きくしたことを特徴とする請求項３記載のスクロール型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定スクロールに対して旋回スクロールを偏心回転させることによって、両スクロールにて画成される流体室の体積を変化させて真空又は高圧の状態を作り出すスクロール型流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空の状態又は高圧の状態を作り出す機器として、互いに噛み合うように配置された固定スクロールと旋回スクロールとを備えるスクロール型流体機械が知られている。このスクロール型流体機械には、サクションアダプタとエキゾーストアダプタとが設けられており、所望の容器内を真空にしたい場合にはサクションアダプタに当該容器が接続され、所望の容器内を高圧にしたい場合にはエキゾーストアダプタに当該容器が接続される。このようにスクロール型流体機械は、真空状態を作り出す用途に供せられることがあるため、スクロール型真空ポンプと呼ばれることがあり、このスクロール型真空ポンプは、理化学分析機器、電子顕微鏡、半導体製造装置等の分野で利用されている。
【０００３】
具体的には、スクロール型流体機械においては、固定スクロールが外枠等を構成する機械本体に対して移動不能に設けられており、固定スクロールは渦巻状の固定スクロール板を有している。又、旋回スクロールは、固定スクロール板の略全面に沿って対向する渦巻状の旋回スクロール板を有しており、旋回スクロール板は、固定スクロール板に対して偏心回転するように機械本体に支持されている。
【０００４】
上記固定スクロールの一部と旋回スクロールの一部とが互いに当接し合うことによって、両スクロール間には密閉された流体室が画成されており、この流体室から気体が極力漏れないようにして該気体を流体室に閉じ込めるために、旋回スクロールと固定スクロールの各スクロール板先端に溝をそれぞれ形成し、その溝にチップシールを嵌装している。
【０００５】
而して、旋回スクロールと固定スクロールの互いに当接する部分は、旋回スクロールが偏心回転しているときに互いに摺動する摺動面を成すとともに、流体室を画成する面を成している。そして、旋回スクロールが偏心回転することによって一時的に密閉状態が解除された流体室へサクションアダプタから流体が流入すると、流体室が再び密閉状態となり、その後は流体室内の体積が次第に小さくなって流体室内の流体が圧縮され、圧縮された流体は、エキゾーストアダプタから流体室外へと排出される。
【０００６】
ところで、固定スクロールには、渦巻状の固定スクロール板の他、クランクシャフトから旋回スクロールに伝達された回転運動を公転運動に変換するクランクピンが設けられている。
【０００７】
このように構成されたスクロール型流体機械を圧縮機として使用する場合には、圧縮運転中に発生する熱及び圧縮室内の圧力が固定スクロールと旋回スクロールに作用し、固定スクロール又は旋回スクロールのスクロール板先端に取り付けられたチップシールは、熱膨張によって相手方の鏡板に強く押し付けられるために磨耗が促進される。このチップシールの磨耗量が増えてその厚さが固定スクロールと旋回スクロールのスクロール板先端の溝の深さより薄くなると、固定スクロールと旋回スクロールの互いに当接する部分同士が直接金属接触して異常に発熱したり、接触により生じたスクロール板先端の磨耗粉がクランクピンやクランクシャフトを支持している軸受の内部に入り込んで軸受を損傷させる等の不具合が発生する。
【０００８】
上記不具合を解消するための方策として、例えば特許文献１には、スクロールの最外周に突起を設け、チップシールが規定量以上に磨耗しないようにした構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１２３９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記特許文献１に開示されたスクロール型流体機械では、チップシールの磨耗が進行すると圧縮室内の圧縮流体が漏洩して圧縮効率が低下するため、使用限界以上に磨耗したチップシールは交換する必要がある。
【００１０】
ところで、従来のスクロール型流体機械に使用されているチップシールの材質には、主にＰＴＦＥ樹脂が採用されている。チップシールの摩耗の程度は、ラップ鏡板面と当該チップシールとの滑り面での相対速度や押付力、滑り面の状態、温度等によって大きく左右され、摩耗量は特に雰囲気温度によって大きく変化する。このため、スクロール型流体機械の使用環境によりチップシールの摩耗量は大きく異なり、機械毎の正確な交換時期を把握することは困難であった。
【００１１】
そのため、スクロール型流体機械の損傷を避けるためには、最も厳しい条件での摩耗限界到達時間でチップシールを交換していたため、使用条件によってはチップシールを使用限界に達するより遥かに早い時期に交換する場合があり、ランニングコストの上昇を引き起こしていた。
【００１２】
更に、交換時期を失念した場合には、スクロール型流体機械の圧縮効率が低下し、その結果、エネルギー効率の低下が引き起こされ、最悪の場合にはスクロール板の先端部と鏡板との金属部同士が接触してしまい、スクロール型流体機械が使用不能となる状態に至るという問題があった。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、チップシールの交換時期を正確且つ確実に知らせることができ、固定スクロールと旋回スクロールの直接接触を事前に回避して種々の不具合の発生を確実に防ぐことができるスクロール型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】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、固定スクロールと旋回スクロールをこれらのスクロール板先端の溝に嵌装されたチップシールを介して互いに当接させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを偏心回転させることによって、両スクロールにて画成される流体室の体積を変化させて真空又は高圧の状態を作り出すスクロール型流体機械において、前記チップシールの反摺接面の複数箇所に切込みを幅方向に形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記切込みの深さをチップシールの厚さの５０％〜９５％としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記切込みの深さがチップシールの幅方向に異なることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記切込みの高圧側深さを低圧側深さよりも大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、チップシールの摩耗量が増えて固定スクロールと旋回スクロールが直接接触する以前にチップシールが切込みの箇所で破断し、その部分から流体が漏れるために当該スクロール型流体機械の性能が低下し、この性能低下によってチップシールの交換時期を正確且つ確実に知らせることができ、固定スクロールと旋回スクロールの直接接触を事前に回避して種々の不具合の発生を確実に防ぐことができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、チップシールに形成される切込みの深さを該チップシールの厚さの５０％〜９５％としたため、固定スクロールと旋回スクロールが直接接触する以前にチップシールが切込みの箇所で確実に破断し、該チップシールの交換時期を正確且つ確実に知ることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、切込みの深さがチップシールの幅方向に異なるため、チップシールは切込み深さが大きい方の残厚さに従って切断時期が決定され、切込み深さが大きい方の切込み深さを抑えれば良いこととなり、チップシールへの切込み加工が容易化する。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、チップシールの低圧側の切込み深さが高圧側のそれよりも小さいため、チップシールとスクロールラップ先端部に形成された溝の低圧側側面との接触面積が大きくなり、チップシールによるシール効果が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明に係るスクロール型流体機械の破断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ部拡大詳細図である。
【００２４】
図１に示すスクロール型流体機械１は、外枠を構成する機械本体（圧縮機部）１０を有しており、該機械本体１０には、サクションアダプタ１１とエキゾーストアダプタ１２がそれぞれ設けられている。そして、サクションアダプタ１１とエキゾーストアダプタ１２には、貫通孔１１ａ，１２ａがそれぞれ形成されており、これらの貫通孔１１ａ，１２ａは、後述の固定スクロールケース２１内部に連通している。
【００２５】
而して、不図示の容器内を真空状態としたい場合には、該容器をサクションアダプタ１１に接続してスクロール型流体機械１を動作させることによって、当該容器内を真空状態にすることができる。即ち、スクロール型流体機械１が駆動されると、容器内の流体であるエアはスクロール型流体機械１によって抜取られ、エキゾーストアダプタ１２から排出される。
【００２６】
他方、不図示の容器内を高圧状態としたい場合には、該容器をエキゾーストアダプタ１２に接続してスクロール型流体機械１を動作させることによって、当該容器内を高圧状態にすることができる。
【００２７】
ところで、図１に示すように、機械本体１０の内部には、固定スクロール２０と旋回スクロール３０が収容されており、機械本体１０の外部には、不図示のモータが内蔵されたモータケース４０が取り付けられている。
【００２８】
図１に示すように、前記固定スクロール２０は、固定スクロールケース２１を有しており、該固定スクロールケース２１は、略同一円形状の２つの端面（鏡面）２１Ａ，２１Ｂと、これらの端面２１Ａ，２１Ｂ同士を接続する周面２１Ｃを有している。ここで、端面２１Ａ，２１Ｂはほぼ平行の位置関係にあり、固定スクロールケース２１は、機械本体１０に対して移動不能に固定されている。
【００２９】
又、固定スクロール２０の内部には、旋回スクロール３０を構成する旋回スクロール円盤３１が設けられており、この旋回スクロール円盤３１は、固定スクロールケース２１の端面２１Ａ，２１Ｂよりも半径が若干大きい略円形状を成し、固定スクロールケース２１の端面２１Ａ，２１Ｂからそれぞれ等しい距離で離間して端面２１Ａ，２１Ｂに対して平行の位置関係で配置されている。そして、旋回スクロール円盤３１の一方の面３１Ａは、固定スクロールケース２１の一方の端面２１Ａに対向し、旋回スクロール円盤３１の他方の面３１Ｂは固定スクロールケース２１の他方の端面２１Ｂに対向している。
【００３０】
更に、図１に示すように、旋回スクロール円盤３１の中心から偏心した位置には貫通孔３０ａが形成されており、この貫通孔３０ａにはクランクシャフト５０が貫通している。ここで、旋回スクロール円盤３１は、ベアリング５１を介してクランクシャフト５０に回転可能に支持されており、クランクシャフト５０は、ベアリング５２を介して機械本体１０に回転可能に支持されている。従って、旋回スクロール３０は、機械本体１０に間接的に支持された状態となっている。
【００３１】
クランクシャフト５０は、前記モータケース４０に内蔵された不図示のモータに駆動連結されており、モータによって回転駆動される。旋回スクロール円盤３１に形成された貫通孔３０ａ内に位置するクランクシャフト５０においては、クランク山部５３の径方向の中心５３ａはクランクシャフト５０の軸心に対して偏心した位置にある。又、前述のように、貫通孔３０ａは旋回スクロール円盤３１の中心から偏心した位置に形成されているため、クランクシャフト５０が回転することによって旋回スクロール円盤３１は固定スクロールケース２１に対して偏心運動する。
【００３２】
旋回スクロール円盤３１上には、板を渦巻状に巻いたような旋回スクロール板３２が設けられている。より具体的には、旋回スクロール円盤３１の一方の面３１Ａ上に一方の旋回スクロール板３２Ａが設けられており、旋回スクロール円盤３１の他方の面３１Ｂ上に他方の旋回スクロール板３２Ｂが設けられている。そして、これらの旋回スクロール板３２Ａ，３２Ｂは、図２に示すように、帯状の板が渦巻状に丸められた形状を成しており、それぞれの一方の側縁が一方の面３１Ａ、他方の面３１Ｂにそれぞれ立設された状態になっている。
【００３３】
図１に示す断面で見た場合には、旋回スクロール板３２Ａは、旋回スクロール円盤３１の一方の面３１Ａから固定スクロールケース２１の一方の端面２１Ａに至るまで突出した板状を成しており、同様に旋回スクロール板３２Ｂは、旋回スクロール円盤３１の他方の面３１Ｂから固定スクロールケース２１の他方の端面２１Ｂに至るまで突出した板状を成している。そして、旋回スクロール板３２は、旋回スクロール円盤３１と共に旋回スクロール３０を構成している。
【００３４】
又、固定スクロールケース２１の内周面であって端面２１Ａ，２１Ｂの部分には、板状の固定スクロール板２２が設けられている。より具体的には、固定スクロールケース２１の端面２１Ａ上に固定スクロール板２２Ａが設けられており、固定スクロールケース２１の端面２１Ｂ上に固定スクロール板２２Ｂが設けられている。
【００３５】
図２に示すように、固定スクロール板２２Ａ，２２Ｂは、旋回スクロール板３２Ａ，３２Ｂと同様に帯状の板が渦巻状に丸められた形状を成し、それぞれの一方の側縁が固定スクロールケース２１の端面２１Ａ，２１Ｂに立設された状態になっている。
【００３６】
図１に示す断面で見た場合には、固定スクロール板２２Ａは、固定スクロールケース２１の一方の端面２１Ａから旋回スクロール円盤３１の一方の面３１Ａに至るまで突出した板状を成しており、同様に固定スクロール板２２Ｂは、固定スクロールケース２１の他方の端面２１Ｂから旋回スクロール円盤３１の他方の面３１Ｂに至まで突出した板状を成している。
【００３７】
図２に示すように、固定スクロール板２２と旋回スクロール板３２とは互いに噛み合っており、固定スクロール板２２の全面は、旋回スクロール板３２の略全面に沿って対向して配置されている。そして、固定スクロール板２２は、固定スクロールケース２１と共に固定スクロール２０を構成している。
【００３８】
固定スクロール板２２の側面と旋回スクロール板３２の側面とは、同時に２箇所以上で極小隙間となるように接近可能に構成されている。又、旋回スクロール円盤３１の一方の面３１Ａと他方の面３１Ｂは、それぞれ鏡板面になっており、固定スクロール板２２Ａ，２２Ｂの突出方向における先端部とそれぞれ常時互いに当接している。同様に、固定スクロールケース２１の内周面であって固定スクロールケース２１の端面２１Ａ，２１Ｂの部分は、鏡板面になっており、旋回スクロール板３２Ａ，３２Ｂの突出方向における先端部とそれぞれ常時互いに当接している。
【００３９】
より詳細には、図３に示すように、自己潤滑性樹脂から成るチップシール３３が固定スクロールケース２１の一方の端面２１Ａに対向する渦巻状の旋回スクロール板３２Ａの先端部に沿って設けられている。同様に、自己潤滑性樹脂から成るチップシール２３が旋回スクロール円盤３１Ａに対向する渦巻状の固定スクロール板２２Ａの先端部に沿って設けられている。従って、旋回スクロール板３２は、チップシール３３を介して固定スクロールケース２１に当接し、固定スクロール板２２は、チップシール２３を介して旋回スクロール円盤３１に当接している。
【００４０】
而して、チップシール３３によって固定スクロールケース２１の一方の端面２１Ａと旋回スクロール板３２Ａとの間のシール性が高められ、又、チップシール２３によって旋回スクロール円盤３１の一方の面３１Ａと固定スクロール板２２Ａとのシール性が高められている。尚、説明の便宜上、図３には一方の固定スクロール板２２Ａ、旋回スクロール板３２Ａ等について示したが、他方の固定スクロール板２２Ｂ、旋回スクロール板３２Ｂ等についても同様に構成されている。
【００４１】
固定スクロール２０と旋回スクロール３０を構成する各部の当接及び近接によって、固定スクロール２０と旋回スクロール３０との間には、旋回スクロール板３２と固定スクロール板２２及び旋回スクロール円盤３１と固定スクロールケース２１とで囲まれる流体室２０ａが画成されている。この流体室２０ａを画成している面は、旋回スクロール３０が偏心運動しているときに互いに摺動する摺動面と近接部を成す。旋回スクロール板３２が偏心運動すると、固定スクロール板２２と旋回スクロール板３２との近接位置が変化し、この近接位置の変化によって流体室２０ａの体積が減少するように構成されている。
【００４２】
次に、本発明の要旨を図４〜図８に基づいて説明する。
【００４３】
図４は旋回スクロール板の先端に嵌装されるチップシールを示す部分斜視図、図５は切込みが形成されたチップシールの部分斜視図、図６はチッシールの切込みの深さを示す部分断面図、図７は同チップシールが切込み部で破断する直前の状態を示す部分断面図、図８は同チップシールが切込み部で破断した状態を示す部分斜視図である。
【００４４】
図２に二重丸で示した位置６０において、図４に示すように、旋回スクロール板３２Ａの先端に設けられた溝３２ａに嵌装されたチップシール３３の反摺接面（溝３２ａの底面に面する側の面）には、図５に示すように、楔状（Ｖノッチ状）の切込み６１が幅方向に形成されている。
【００４５】
上記切込み６１は、図６に示すように、旋回スクロール板３２Ａおいて高圧側（クランクシャフト５０側）が深く、低圧側（サクションアダプタ１１側）が浅くなっている。具体的には、切込み６１の深さはチップシール３３の厚さの５０％〜９５％、望ましくは７０％〜９２となっており、低圧側の切込み深さはチップシール３３が固定スクロールケース２１の端面２１Ａに接触し、旋回スクロール板３２Ａの先端が固定スクロールケース２１の端面２１Ａから最も離れた位置にあっても、チップシール３３の残部が旋回スクロール板３２Ａと接触を維持する量であり、高圧側の切込み深さは旋回スクロール板３２Ａの先端の溝３２ａの深さより大きい量である。又、この楔状の切込み６１は、固定スクロール板２２Ａの先端に嵌装されたチップシール２３に対しても形成されている。そして、他方の固定スクロール板２２Ｂ、旋回スクロール板３２Ｂ等についても同様に、チップシール２３，３３に切込み６１が形成されている。
【００４６】
例えば、チップシール３３については、楔状の切込み６１が形成された図２に示す位置６０においては、固定スクロールケース２１の端面２１に対して旋回スクロール板３２Ａが偏心運動を行うことによって該チップシール３３が磨耗し、図７に示すように、切込み６１においてチップシール３３の高圧側の残部が無くなるとそこから亀裂が入り、図８に示すように、チップシール３３は切込み６１の部分で分断され、この分断された箇所から流体が高圧側から低圧側へと漏れ、この流体の漏れは当該スクロール型流体機械１の圧縮効率を低下させる。チップシール３３の分断が該チップシール３３の全長の中の１箇所で発生すれば、そこから圧縮された空気又は気体が漏れ、圧縮効率が低下する。更に、２箇所以上でチップシール３３の破断を生じさせることで、スクロール型流体機械１としての性能、例えばスクロール真空ポンプの場合は真空度を著しく低下させることができる。
【００４７】
然るに、本実施の形態では、スクロール型流体機械１としての性能は確保できなくても、チップシール３３が旋回スクロール板３２Ａより突出しているため、旋回スクロール板３２Ａは、固定スクロールケース２１の端面２１Ａと接触することなく偏心運動を継続することができる。これにより、旋回スクロール板３２Ａと固定スクロールケース２１の端面（鏡板）２１Ａとの金属同士の接触を避けることができ、当該スクロール型流体機械１自体の破損を防ぐことができる。
【００４８】
又、スクロール型流体機械の一形態であるスクロール真空ポンプは、一般に単独で使用されることは少なく、前述のように理化学分析機器、電子顕微鏡、半導体製造装置等に組み込まれて使用されており、装置側で真空度を測定する等してスクロール真空ポンプが正常に動作しているか否かをモニターしている。従って、チップシール３３が１箇所又は複数箇所で破断されたために所定の真空度が得られなくなった場合、スクロール真空ポンプのスクロール部分が破損して使用不能になる前にスクロール真空ポンプが組み込まれている装置の方でスクロール真空ポンプの異常を容易に検知することが可能になる。
【００４９】
従って、本実施の形態に係るスクロール型流体機械１においては、チップシール２３，３３の交換時期を正確且つ確実に知らせることができ、固定スクロール２０と旋回スクロール３０の直接接触を事前に回避して種々の不具合の発生を確実に防ぐことができる。
【００５０】
又、切込み６１の深さがチップシール３３の幅方向に異なるため、チップシール３３は切込み深さが大きい方の残厚さに従って切断時期が決定され、切込み深さが大きい方の切込み深さを抑えれば良いこととなり、チップシール３３への切込み加工が容易化する。特に、本実施の形態では、チップシール３３の切込み６１の深さが低圧側で小さく高圧側で大きいため、該チップシール３３と溝３２ａの低圧側側面との接触面積が大きくなり、チップシール３３によるシール効果が高められる。
【００５１】
尚、本実施の形態では、チップシール３３，（２３）に楔状の切込み６１を形成したが、チップシール３３，（２３）がポリエーテルエーテルケトン等の成形が容易な材料で構成される場合には、図９に示すようなコの字状の切込み６１を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係るスクロール型流体機械の破断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ部拡大詳細図である。
【図４】本発明に係るスクロール型流体機械の旋回スクロール板の先端に嵌装されたチップシールを示す部分斜視図である。
【図５】切込みが形成されたチップシールの部分斜視図である。
【図６】チッシールの切込みの深さを示す部分断面図である。
【図７】チップシールが切込み部で破断する直前の状態を示す部分断面図である。
【図８】チップシールが切込み部で破断した状態を示す部分斜視図である。
【図９】チップシールに形成される切込みの別形態を示すチップシールの部分斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１          スクロール型流体機械
１０        機械本体
１１        サクションアダプタ
１２        エキゾーストアダプタ
２０        固定スクロール
２０ａ      流体室
２１        固定スクロールケース
２２        固定スクロール板
２３        チップシール
３０        旋回スクロール
３１        旋回スクロール円盤
３２        旋回スクロール板
３２ａ      溝
３３        チップシール
４０        モータケース
５０        クランクシャフト
５１，５２  ベアリング
６１        切込み
【図１】
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【図２】
2007327470.tif 000004
【図３】
2007327470.tif 000005
【図４】
2007327470.tif 000006
【図５】
2007327470.tif 000007
【図６】
2007327470.tif 000008
【図７】
2007327470.tif 000009
【図８】
2007327470.tif 000010
【図９】
2007327470.tif 000011