JP2015078668A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でエネルギ損失の増加を抑制可能な多段昇圧式のスクロール型圧縮機を提供する。
【解決手段】可動側基板部の軸方向一端側に突出する渦巻き状の低段側可動歯部１１ｂおよび可動側基板部の軸方向他端側に突出する渦巻き状の高段側可動歯部１１ｃを有する可動スクロール１１と、可動側基板部を貫通して配置されて可動スクロール１１を公転運動させるシャフト２５とを備え、可動側基板部の軸方向両側に低段側圧縮機構および高段側圧縮機構を構成する。さらに、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃの巻き数を１として、低段側圧縮機構における低段側圧縮室ＶＬが中間圧吐出穴１２ｄに連通した際に単一の空間で形成されるようにし、高段側圧縮機構における高段側圧縮室ＶＨが高圧吐出穴１３ｄに連通した際に単一の空間で形成されるようにする。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体を多段階に昇圧させるスクロール型圧縮機に関する。

従来、特許文献１に、いわゆるガスインジェクションサイクル（エコノマイザ式冷凍サイクル）に適用される圧縮機として、低段側のスクロール圧縮機構（以下、低段側圧縮機構と記載する。）、および高段側のスクロール圧縮機構（以下、高段側圧縮機構と記載する。）を備え、これらの複数の圧縮機構にて冷媒（流体）を多段階に昇圧させるスクロール型圧縮機が開示されている。

この特許文献１のスクロール型圧縮機のように、複数の圧縮機構を備える圧縮機では、圧縮機全体としての体格が大型化しやすい。これに対して、特許文献１のスクロール型圧縮機では、平板状の基板部の軸方向両側に渦巻き状の歯部を設けた可動スクロールを採用し、この可動スクロールの軸方向両側に低段側圧縮機構および高段側圧縮機構を近接配置することによって、圧縮機全体としての体格の小型化を図っている。

さらに、特許文献１のスクロール型圧縮機では、可動スクロールへ回転駆動力を伝達する回転軸を、可動スクロールの中心部を貫通するように配置し、回転軸の両端部を回転可能に支持している。

このように回転軸の両端側を回転可能に支持する構成では、回転軸の一端側のみを回転可能に支持する構成よりも、回転軸を安定して回転させることが可能な最高回転数を増加させることができる。従って、所望の流量の流体を吐出させるために必要な各圧縮機構の圧縮室の最大容積を縮小させて、より一層の体格の小型化を狙うことができる。

特開平８−１７０５９２号公報

しかしながら、特許文献１のスクロール型圧縮機のように、回転軸が可動スクロールの中心部を貫通して配置される構成では、圧縮機全体としてのエネルギ損失が増加してしまいやすい。

このことをより詳細に説明すると、回転軸が可動スクロールの中心部を貫通していない一般的なスクロール圧縮機構では、回転軸の軸方向から見たときに、可動スクロールに設けられた渦巻き状の可動歯部と固定スクロールに設けられた渦巻き状の固定歯部との隙間に複数の三日月形状の圧縮空間が形成され、この複数の三日月形状の圧縮空間によって圧縮室が形成される。

さらに、これらの複数の圧縮空間は、回転軸の軸中心に対して対称となる位置に形成されて、可動スクロールの公転運動に伴って、容積を縮小させながら外周側から内周側へ旋回移動する。そして、軸中心に対して対称となる位置に形成された２つの圧縮空間が最も内周側（軸中心側）に移動した際に、２つの圧縮空間が互いに連通し、２つの圧縮空間にて圧縮された流体が、固定スクロールの中心部に設けられた吐出穴から吐出される。

ところが、特許文献１のスクロール型圧縮機のように、回転軸が可動スクロールの中心部を貫通して配置される構成では、２つの圧縮空間を軸中心側で連通させることも、中心部に吐出穴を設けることもできない。このため、それぞれの圧縮空間にて昇圧された流体を吐出するためには、複数の圧縮空間が軸中心側に移動する前に、それぞれの圧縮空間にて昇圧された流体同士を合流させなければならない。

この際、それぞれの圧縮空間にて昇圧された流体に圧力差が生じていると、圧力の高い側の圧縮空間から圧力の低い側の圧縮空間へ流体が逆流してしまうので、圧縮機のエネルギ損失を増加させてしまう。また、この逆流を抑制するために、複数の圧縮空間内の流体圧力が一致した際にそれぞれの圧縮空間を連通させる専用の連通路等を設けると、圧縮機内の内部構成が複雑化してしまう。

本発明は、上記点に鑑み、流体を多段階に昇圧させるスクロール型圧縮機において、簡素な構成でエネルギ損失の増加を抑制することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項１に記載の発明では、回転駆動源（２０）から駆動力を得て回転する回転軸（２５）と、回転軸（２５）から伝達される回転駆動力によって公転運動するとともに、平板状の可動側基板部（１１ａ）、可動側基板部（１１ａ）から回転軸（２５）の軸方向一端側へ突出する渦巻き状の低段側可動歯部（１１ｂ）、および可動側基板部（１１ａ）から回転軸（２５）の軸方向他端側へ突出する渦巻き状の高段側可動歯部（１１ｃ）を有する可動スクロール（１１）と、平板状の低段側基板部（１２ａ）、および低段側基板部（１２ａ）から回転軸（２５）の軸方向へ突出して低段側可動歯部（１１ｂ）と噛み合う渦巻き状の低段側固定歯部（１２ｂ）を有する低段側固定スクロール（１２）と、平板状の高段側基板部（１３ａ）、および高段側基板部（１３ａ）から回転軸（２５）の軸方向へ突出して高段側可動歯部（１１ｃ）と噛み合う渦巻き状の高段側固定歯部（１３ｂ）を有する高段側固定スクロール（１３）とを備え、
回転軸（２５）は、可動側基板部（１１ａ）を貫通しており、低段側可動歯部（１１ｂ）と低段側固定歯部（１２ｂ）との間に形成される空間は、可動スクロール（１１）が公転運動することによって容積変化して外部から吸入した流体を昇圧させる低段側圧縮室（ＶＬ）を形成しており、高段側可動歯部（１１ｃ）と高段側固定歯部（１３ｂ）との間に形成される空間は、可動スクロール（１１）が公転運動することによって容積変化して低段側圧縮室（ＶＬ）にて昇圧された流体を昇圧させる高段側圧縮室（ＶＨ）を形成しており、
さらに、低段側可動歯部（１１ｂ）および高段側可動歯部（１１ｃ）の少なくとも一方の巻き数が１以下となっているスクロール型圧縮機を特徴としている。

これによれば、低段側可動歯部（１１ｂ）および高段側可動歯部（１１ｃ）の少なくとも一方の巻き数が１以下となっているので、低段側可動歯部（１１ｂ）および高段側可動歯部（１１ｃ）のうち巻き数が１以下となっている可動歯部（１１ｂ、１１ｃ）によって形成される圧縮室（ＶＬ、ＶＨ）を単一の空間で形成することができる。

そして、単一の空間で形成された圧縮室（ＶＬ、ＶＨ）から流体を吐出させることで、複数の空間にて昇圧された流体を合流させる必要がなくなり、圧力差のある流体同士を合流させる際に生じるエネルギ損失の増加を確実に抑制できる。

つまり、本請求項に記載の発明によれば、流体を多段階に昇圧させるスクロール型圧縮機において、複数の圧縮空間を連通させる専用の連通路等を追加することなく、簡素な構成でエネルギ損失の増加を抑制することができる。

さらに、低段側可動歯部（１１ｂ）および高段側可動歯部（１１ｃ）の双方の巻き数を１以下とすることで、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構の双方におけるエネルギ損失の増大を抑制することができる。

なお、本請求項における歯部の「巻き数」とは、回転軸方向から見たときに、歯部のうち圧縮空間（圧縮室）を形成して昇圧に寄与する部分が形成される範囲を示しており、一周（３６０°）で巻き数１としている。この「巻き数」は「ラップ数」と呼ばれることもある。

さらに、本請求項における「巻き数が１以下」とは、渦巻き状の歯部の形成される範囲が厳密に３６０°以下になっていることのみを意味するものではなく、歯部の加工誤差、加工時の余肉残り等によって僅かに３６０°より大きくなっているものも含まれる意味である。

また、請求項３に記載の発明では、回転駆動源（２０）から駆動力を得て回転する回転軸（２５）と、回転軸（２５）から伝達される回転駆動力によって公転運動するとともに、平板状の可動側基板部（１１ａ）、可動側基板部（１１ａ）から回転軸（２５）の軸方向一端側へ突出する渦巻き状の低段側可動歯部（１１ｂ）、および可動側基板部（１１ａ）から回転軸（２５）の軸方向他端側へ突出する渦巻き状の高段側可動歯部（１１ｃ）を有する可動スクロール（１１）と、平板状の低段側基板部（１２ａ）、および低段側基板部（１２ａ）から回転軸（２５）の軸方向へ突出して低段側可動歯部（１１ｂ）と噛み合う渦巻き状の低段側固定歯部（１２ｂ）を有する低段側固定スクロール（１２）と、平板状の高段側基板部（１３ａ）、および高段側基板部（１３ａ）から回転軸（２５）の軸方向へ突出して高段側可動歯部（１１ｃ）と噛み合う渦巻き状の高段側固定歯部（１３ｂ）を有する高段側固定スクロール（１３）とを備え、
回転軸（２５）は、可動側基板部（１１ａ）を貫通しており、低段側可動歯部（１１ｂ）と低段側固定歯部（１２ｂ）との間に形成される空間は、可動スクロール（１１）が公転運動することによって容積変化して外部から吸入した流体を昇圧させる低段側圧縮室（ＶＬ）を形成しており、高段側可動歯部（１１ｃ）と高段側固定歯部（１３ｂ）との間に形成される空間は、可動スクロール（１１）が公転運動することによって容積変化して低段側圧縮室（ＶＬ）にて昇圧された流体を昇圧させる高段側圧縮室（ＶＨ）を形成しており、
さらに、低段側圧縮室（ＶＬ）および高段側圧縮室（ＶＨ）の少なくとも一方は、それぞれの内部から流体を吐出させる吐出穴（１２ｄ、１３ｄ）と連通した際に、単一の空間で形成されるスクロール型圧縮機を特徴としている。

これによれば、低段側圧縮室（ＶＬ）および高段側圧縮室（ＶＨ）の少なくとも一方の圧縮室（ＶＬ、ＶＨ）が、それぞれの内部から流体を吐出させる吐出穴（１２ｄ、１３ｄ）と連通した際に、単一の空間で形成されるので、請求項１に記載の発明と同様に、エネルギ損失の増加を確実に抑制できる。

つまり、本請求項に記載の発明によれば、流体を多段階に昇圧させるスクロール型圧縮機において、複数の圧縮空間を連通させる専用の連通路等を追加することなく、簡素な構成でエネルギ損失の増加を抑制することができる。

さらに、低段側圧縮室（ＶＬ）および高段側圧縮室（ＶＨ）の双方が、それぞれ中間圧吐出穴（１２ｄ）および高圧吐出穴（１３ｄ）と連通した際に、単一の空間で形成されるようにすることで、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構の双方におけるエネルギ損失の増大を抑制することができる。

なお、本請求項における「吐出穴（１２ｄ、１３ｄ）と連通した際に、単一の空間で形成される」とは、「吐出穴（１２ｄ、１３ｄ）と連通した際、常に、単一の空間で形成される」という意味ではなく、「吐出穴（１２ｄ、１３ｄ）と連通している間に、少なくとも一時的に、単一の空間で形成される」という意味である。従って、吐出穴（１２ｄ、１３ｄ）と連通した際に、回転軸（２５）の回転変位に伴って、一時的に圧縮室（ＶＬ、ＶＨ）が複数の圧縮空間で形成されることがあってもよい。

また、この欄および特許請求の範囲に記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

一実施形態の冷凍サイクルの全体構成図である。 一実施形態の圧縮機の軸方向断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 可動スクロールの回転変位に伴う低段側圧縮室ＶＬの変化を示す説明図である。 一実施形態の圧縮機のトルク変動を示すグラフである。 比較用圧縮機のトルク変動を示すグラフである。

以下、図面を用いて、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態の多段昇圧式のスクロール型圧縮機１（以下、単に圧縮機１と記載する）は、図１の全体構成図に示す冷凍サイクル１００に適用されている。この冷凍サイクル１００は、空調装置において、空調対象空間へ送風される送風空気を加熱する機能を果たす。

具体的には、本実施形態の冷凍サイクル１００は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１と、圧縮機１から吐出された高圧冷媒と送風空気とを熱交換させて送風空気を加熱する放熱器２と、放熱器２から流出した冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる高段側膨張弁３と、高段側膨張弁３にて減圧された中間圧冷媒の気液を分離する気液分離器４と、気液分離器４にて分離された液相冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低段側膨張弁５と、低段側膨張弁５にて減圧された低圧冷媒と外気とを熱交換させて低圧冷媒を蒸発させる蒸発器６とを備えて構成された蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。

さらに、本実施形態の冷凍サイクル１００では、気液分離器４にて分離された気相冷媒を圧縮機１の中間圧吸入ポート３２ａへ吸入させ、蒸発器６から流出した低圧冷媒を圧縮機１の低圧吸入ポート１２ｃへ吸入させている。つまり、本実施形態の冷凍サイクル１００は、サイクル内で生成された（具体的には、高段側膨張弁３にて減圧された）中間圧冷媒を圧縮機１にて圧縮過程の中間圧冷媒に合流させるガスインジェクションサイクルとして構成されている。

また、この冷凍サイクル１００では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、冷媒としてＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。さらに、冷媒には圧縮機１内の摺動部位を潤滑するための冷凍機油（オイル）が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

次に、図２〜図４を用いて、本実施形態の圧縮機１の詳細構成について説明する。なお、図２の軸方向断面図に示す、上下の各矢印は、圧縮機１を冷凍サイクル１００に搭載した状態における上下の各方向を示している。

圧縮機１は、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機構部１０、回転駆動力を出力する回転駆動源である電動機部２０、電動機部２０から回転駆動力を得て回転し、この回転駆動力を圧縮機構部１０へ伝達する回転軸であるシャフト２５等を有し、これらを圧縮機１の外殻を形成するハウジング３０を介して一体化した電動圧縮機である。なお、本実施形態の圧縮機１は、図２に示すように、冷凍サイクル１００に搭載した状態で、シャフト２５が略水平方向に延びる、いわゆる横置きタイプとして構成されている。

まず、ハウジング３０は、水平方向に延びる筒状部材３１、および筒状部材３１の軸方向一端側（図２では、圧縮機構部１０の反対側）の開口部を閉塞するモータ側蓋部材３２を有している。さらに、筒状部材３１の軸方向他端側（図２では、圧縮機構部１０側）の開口部は、後述する圧縮機構部１０の低段側固定スクロール１２によって閉塞されている。

この筒状部材３１とモータ側蓋部材３２との当接部、および筒状部材３１と低段側固定スクロール１２との当接部等には、Ｏリングからなるシール部材が配置されており、これらの当接部から冷媒が漏れることはない。これにより、筒状部材３１の内周側には、電動機部２０を収容する収容室ＶＡが形成される。さらに、モータ側蓋部材３２には、気液分離器４にて分離された気相冷媒を、この収容室ＶＡの内部へ流入させる中間圧吸入ポート３２ａが形成されている。

電動機部２０は、固定子をなすステータ２１および回転子をなすロータ２２を有している。ステータ２１は、磁性材からなるステータコア２１ａおよびステータコア２１ａに巻き付けられたステータコイル２１ｂによって構成されている。そして、ステータコイル２１ｂに電力を供給することによって、ロータ２２を回転させる回転磁界を発生させる。

ロータ２２は、永久磁石を有して構成されており、ステータ２１の内周側に配置されている。このロータ２２は回転軸方向に延びる円筒状に形成され、さらに、ロータ２２の軸中心穴には、回転軸方向に延びるシャフト２５が固定されている。従って、ステータコイル２１ｂに電力が供給されて回転磁界が発生すると、ロータ２２およびシャフト２５が一体となって回転する。

なお、本実施形態では、シャフト２５およびロータ２２に形成されたキー溝にキー２４を嵌め込むことによって、シャフト２５とロータ２２とを固定しているが、もちろん圧入等の手段によってシャフト２５とロータ２２とを固定してもよい。

シャフト２５は、ロータ２２よりも軸方向長さが長く形成されており、シャフト２５の軸方向一端側の端部は、モータ側蓋部材３２の中心部に配置された電動機部側軸受部２５ａによって回転可能に支持されている。一方、シャフト２５の軸方向他端側は圧縮機構部１０を貫通するように延びて、後述する圧縮機構部１０の高段側固定スクロール１３の中心部に配置された圧縮機構部側軸受部２５ｂによって回転可能に支持されている。

また、シャフト２５の内部には、冷凍機油を摺動部位へ導くための給油通路２５ｃが形成されている。そして、この給油通路２５ｃを介して、シャフト２５と電動機部側軸受部２５ａとの摺動部位、およびシャフト２５と圧縮機構部側軸受部２５ｂとの摺動部位に冷凍機油が供給される。なお、電動機部側軸受部２５ａおよび圧縮機構部側軸受部２５ｂとしては、転がり軸受け、すべり軸受けのいずれを採用してもよい。

次に、圧縮機構部１０は、シャフト２５から伝達される回転駆動力によって公転運動する可動スクロール１１、可動スクロール１１の低段側可動歯部１１ｂと噛み合う低段側固定歯部１２ｂが形成された低段側固定スクロール１２、および可動スクロール１１の高段側可動歯部１１ｃと噛み合う高段側固定歯部１３ｂが形成された高段側固定スクロール１３を有して構成されている。

より具体的には、可動スクロール１１は、シャフト２５の軸方向に垂直に広がる略円形平板状の可動側基板部１１ａを有し、この可動側基板部１１ａには、軸方向一端側（図２では、電動機部２０側）へ向かって突出する渦巻き状の低段側可動歯部１１ｂ、および可動側基板部１１ａから軸方向他端側（図２では、電動機部２０の反対側）へ向かって突出する渦巻き状の高段側可動歯部１１ｃが形成されている。

また、可動スクロール１１の中心部には、可動側基板部１１ａの表裏を貫通する貫通穴が形成されており、この貫通穴には、シャフト２５に形成されて中心軸に対して偏心した偏心部２５ｄが摺動可能に挿入されている。

低段側固定スクロール１２は、可動スクロール１１よりも軸方向一端側に配置され、シャフト２５の軸方向に垂直に広がる略円形平板状の低段側基板部１２ａを有し、この低段側基板部１２ａには、軸方向他端側へ突出して低段側可動歯部１１ｂに噛み合う渦巻き状の低段側固定歯部１２ｂが形成されている。より詳細には、低段側固定歯部１２ｂは、低段側可動歯部１１ｂが嵌め込まれる渦巻き状の溝部の側面によって形成されている。

また、低段側固定スクロール１２の中心部には、低段側基板部１２ａの表裏を貫通する貫通穴が形成されており、この貫通穴には、シャフト２５のうち偏心部２５ｄよりも軸方向一端側の部位が挿入されている。

高段側固定スクロール１３は、可動スクロール１１よりも軸方向他端側に配置され、シャフト２５の軸方向に垂直に広がる平板状の高段側基板部１３ａを有し、この高段側基板部１３ａには、軸方向一端側へ突出して高段側可動歯部１１ｃに噛み合う渦巻き状の高段側固定歯部１３ｂが形成されている。より詳細には、高段側固定歯部１３ｂは、高段側可動歯部１１ｃが嵌め込まれる渦巻き状の溝部の側面によって形成されている。

また、高段側固定スクロール１３の中心部には、前述した圧縮機構部側軸受部２５ｂが配置されており、シャフト２５のうち偏心部２５ｄよりも軸方向他端側の端部が回転可能に支持されている。

つまり、本実施形態の圧縮機構部１０では、シャフト２５の一端側から他端側へ向かって（図２では、電動機部２０側から圧縮機構部１０側へ向かって）、低段側固定スクロール１２、可動スクロール１１および高段側固定スクロール１３が、この順で配置されている。さらに、シャフト２５は、低段側固定スクロール１２および可動スクロール１１の中心部を貫通して配置されている。

また、本実施形態では、可動スクロール１１と低段側固定スクロール１２との間に、可動スクロール１１が偏心部２５ｄ周りに自転することを防止する図示しない自転防止機構が設けられている。このため、シャフト２５が回転すると、可動スクロール１１は偏心部２５ｄ周りに自転することなく、シャフト２５の回転中心を公転中心として旋回しながら公転運動する。

これにより、本実施形態の圧縮機構部１０には、２つのスクロール圧縮機構が構成される。すなわち、可動スクロール１１および低段側固定スクロール１２によって、低段側のスクロール圧縮機構（低段側圧縮機構）が構成され、可動スクロールと高段側固定スクロール１３によって、高段側のスクロール圧縮機構（高段側圧縮機構）が構成される。

より詳細には、低段側圧縮機構では、可動スクロール１１の低段側可動歯部１１ｂと低段側固定スクロール１２の低段側固定歯部１２ｂが噛み合って、複数箇所で接触することにより、図３に示すように、回転軸方向から見たときに三日月形状の低段側圧縮空間が形成される。この低段側圧縮空間は、可動スクロール１１が公転運動することによって容積変化して、低圧冷媒を中間圧冷媒となるまで圧縮する低段側圧縮室ＶＬを形成している。

また、本実施形態では、図３に示すように、低段側可動歯部１１ｂの巻き数を１としている。なお、図３では、一周（３６０°）よりも僅かに大きな範囲を占めるように巻かれた低段側可動歯部１１ｂが図示されているものの、本実施形態において、巻き数が１とは、低段側可動歯部１１ｂのうち、実際に圧縮空間（圧縮室）を形成して昇圧に寄与する部分が形成される範囲の巻き数が１になっていることを意味している。

低段側固定スクロール１２の外周部には、蒸発器６から流出した低圧冷媒を吸入する低圧吸入ポート１２ｃが形成されている。この低圧吸入ポート１２ｃは、最大容積となった低段側圧縮空間と連通するように配置されている。

さらに、低段側固定スクロール１２を軸方向から見たときに、低段側固定スクロール１２のうち、シャフト２５よりも外周側であって、低段側可動歯部１１ｂの最内周部（巻き始め部）よりも内周側の部位には、低段側圧縮室ＶＬにて圧縮された中間圧冷媒をハウジング３０の筒状部材３１の内周側に形成された収容室ＶＡへ吐出させる中間圧吐出穴１２ｄが形成されている。

従って、収容室ＶＡは、前述した電動機部２０を収容する空間としての機能を果たすとともに、中間圧吐出穴１２ｄから吐出された中間圧冷媒の圧力脈動を吸収する空間としての機能を果たす。さらに、この中間圧吐出穴１２ｄの出口部には、収容室ＶＡ側から低段側圧縮室ＶＬ側への冷媒の逆流を防止する逆止弁としてのリード弁が配置されている。

一方、高段側圧縮機構では、可動スクロール１１の高段側可動歯部１１ｃと高段側固定スクロール１３の高段側固定歯部１３ｂが噛み合って、複数箇所で接触することにより、図４に示すように、回転軸方向から見たときに三日月形状の高段側圧縮空間が形成される。この高段側圧縮空間は、可動スクロール１１が公転運動することによって容積変化して、中間圧冷媒を高圧冷媒となるまで圧縮する高段側圧縮室ＶＨを形成している。

また、本実施形態では、図４に示すように、高段側可動歯部１１ｃの巻き数を、低段側可動歯部１１ｂ同様に１としている。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、高段側可動歯部１１ｃおよび高段側固定歯部１３ｂの軸方向寸法（各基板部からの突出量）が、低段側可動歯部１１ｂおよび低段側固定歯部１２ｂの軸方向寸法（各基板部からの突出量）よりも短く形成されている。これにより、冷凍サイクル１００の成績係数（ＣＯＰ）が極大値に近づくように、高段側圧縮室ＶＨの容積と低段側圧縮室ＶＬの容積との容積比が調整されている。

また、本実施形態の低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃは、シャフト２５の軸方向から見たときに、互いに同位相となるように配置された場合よりも（すなわち、軸方向からみたときに、それぞれの歯部１１ｂ、１１ｃの内周側の巻き始め部と外周側の巻き終わり部が互いに重合するように配置された場合よりも）、低段側圧縮室ＶＬ内の冷媒の圧力変動によってシャフト２５に生じるトルク変動と高段側圧縮室ＶＨ内の冷媒の圧力変動によってシャフト２５に生じるトルク変動とを合算した合計トルク変動の変動幅が縮小するように配置されている。

換言すると、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃは、合計トルク変動の変動幅が最小値に近づくように、回転軸の軸方向から見たときに、中心軸に対して周方向にずれて、異なる位相で配置されている。より具体的には、図３、図４の断面図から明らかなように、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃは、中心軸に対して周方向に１８０°ずれて配置されている。

高段側固定スクロール１３の外周部には、低段側固定スクロール１２の低段側基板部１２ａの表裏を貫通するように形成された中間圧冷媒通路１２ｆを介して、収容室ＶＡ内の中間圧冷媒を吸入する中間圧吸入ポート１３ｃが形成されている。この中間圧吸入ポート１３ｃは、最大容積となった高段側圧縮空間と連通するように配置されている。

さらに、高段側固定スクロール１３を軸方向から見たときに、高段側固定スクロール１３のうち、シャフト２５よりも外周側であって、高段側固定歯部１３ｂの最内周部（巻き始め部）よりも内周側の部位には、高段側圧縮室ＶＨにて圧縮された高圧冷媒を吐出室ＶＢへ吐出させる高圧吐出穴１３ｄが形成されている。この高圧吐出穴１３ｄの出口部には、高段側圧縮室ＶＨへの冷媒の逆流を防止する逆止弁としてのリード弁が配置されている。

吐出室ＶＢは、高段側固定スクロール１３の軸方向他端側（図２では、可動スクロール１１の反対側）と、高段側固定スクロール１３の軸方向他端側に配置された圧縮機構側蓋部材３３との隙間に形成されている。圧縮機構側蓋部材３３は、ハウジング３０を構成する構成部材の１つであり、さらに、圧縮機構側蓋部材３３には、高圧冷媒を圧縮機１から放熱器２側へ吐出する高圧吐出ポート３３ａが形成されている。

そして、吐出室ＶＢは、高圧吐出穴１３ｄから吐出された高圧冷媒の圧力脈動を吸収する空間としての機能を果たすとともに、高圧吐出穴１３ｄから吐出された高圧冷媒から冷凍機油を分離して下方側に貯留する冷凍機油分離手段としての機能を果たす。そして、吐出室ＶＢの下方側に貯留された冷凍機油は、シャフト２５の内部に形成された給油通路２５ｃ等を介して、圧縮機１の各摺動部位へ供給される。

次に、上記構成における本実施形態の圧縮機１および冷凍サイクル１００の作動を説明する。圧縮機１の電動機部２０に電力が供給されてロータ２２およびシャフト２５が回転すると、可動スクロール１１がシャフト２５に対して公転運動（旋回運動）する。これにより、低段側圧縮機構の低段側圧縮室ＶＬおよび高段側圧縮機構の高段側圧縮室ＶＨが、容積を縮小させながら回転移動する。

まず、低段側圧縮機構では、低段側固定スクロール１２に形成された低圧吸入ポート１２ｃから低段側圧縮室ＶＬへ吸入された低圧冷媒が、中間圧冷媒となるまで圧縮されて、中間圧吐出穴１２ｄから収容室ＶＡ内へ吐出される。

より詳細には、前述の如く、本実施形態の低段側可動歯部１１ｂの巻き数は１になっているので、図５に示すように、低圧吸入ポート１２ｃと連通した直後の可動スクロール１１の位置を回転角０°とすると、この位置では、点ハッチングに示すように、低段側可動歯部１１ｂの内周側と外周側に形成された２つの低段側圧縮空間によって低段側圧縮室ＶＬが形成される（図５の回転角０°）。

この位置から、可動スクロール１１が回転変位することによって、低段側可動歯部１１ｂの最内周部（巻き始め部）側で２つの低段側圧縮空間が連通し、単一の低段側圧縮空間によって低段側圧縮室ＶＬが形成される（図５の回転角９０°）。さらに、可動スクロール１１が回転することによって、単一の低段側圧縮空間で形成された低段側圧縮室ＶＬの容積が縮小し、低段側圧縮室ＶＬ内の冷媒が中間圧冷媒となるまで圧縮されて中間圧吐出穴１２ｄから吐出される（図５の回転角９０°→１８０°→２７０°）。

つまり、本実施形態の低段側圧縮室ＶＬは、可動スクロール１１の位置が回転角０°となっている場合を除くと、中間圧吐出穴１２ｄと連通した際には、単一の空間で形成される。一方、可動スクロール１１が回転変位して回転角０°となった際には、シャフト２５の中心軸に対して非対称に配置された２つの空間によって形成される。さらに、本実施形態の低段側圧縮室ＶＬは、軸周りに複数回周回することなく、シャフト２５が１回転する間に吸入した冷媒を吐出する。

なお、図５では、軸方向から見たときに低段側可動歯部１１ｂと低段側固定歯部１２ｂとの間に形成される低段側圧縮室ＶＬが、可動スクロール１１の回転変位に伴って変化する様子を示している。

中間圧吐出穴１２ｄから吐出された中間圧冷媒は、モータ側蓋部材３２に形成された中間圧吸入ポート３２ａを介して収容室ＶＡ内へ流入した中間圧冷媒（気液分離器４から流出した気相冷媒）と合流する。この際、中間圧冷媒が、ステータ２１とロータ２２との隙間（すなわち電動機部２０の内部）を貫流することによって、電動機部２０が冷却される。

中間圧吐出穴１２ｄから吐出された中間圧冷媒と中間圧吸入ポート３２ａから吸入された中間圧冷媒との合流冷媒は、中間圧冷媒通路１２ｆを介して、高段側固定スクロール１３に形成された中間圧吸入ポート１３ｃから高段側圧縮室ＶＨへ吸入される。高段側圧縮室ＶＨへ吸入された中間圧冷媒は高圧冷媒となるまで圧縮されて、高圧吐出穴１３ｄから吐出される。

この際、本実施形態の高段側可動歯部１１ｃの巻き数は１になっており、かつ、高段側可動歯部１１ｃに対して周方向に１８０°ずれて配置されている。

従って、図５で説明した低段側圧縮室ＶＬと同様に、高段側圧縮室ＶＨは、可動スクロール１１の位置が回転角１８０°となっている際を除くと、高圧吐出穴１３ｄと連通した際には、単一の空間で形成される。一方、可動スクロール１１の位置が回転角１８０°となった際には、シャフト２５の中心軸に対して非対称に配置された２つの空間によって形成される。さらに、本実施形態の高段側圧縮室ＶＨは、軸周りに複数回周回することなく、シャフト２５が１回転する間に吸入した冷媒を吐出する。

高圧吐出穴１３ｄから吐出された高圧冷媒は、吐出室ＶＢへ流入し、吐出室ＶＢ内の内部壁面に衝突する。これにより、高圧冷媒の流速が低下し、高圧冷媒に混入していた冷凍機油が重力の作用によって下方側へ落下して貯留される。冷凍機油が分離された高圧気相冷媒は、圧縮機構側蓋部材３３に形成された高圧吐出ポート３３ａから吐出される。

冷凍サイクル１００では、圧縮機１の高圧吐出ポート３３ａから吐出された高圧冷媒が、放熱器２へ流入し、空調対象空間へ送風される送風空気と熱交換して放熱する。これにより、送風空気が加熱される。放熱器２から流出した冷媒は、高段側膨張弁３にて中間圧冷媒となるまで減圧されて、気液分離器４へ流入する。

気液分離器４にて分離された液相冷媒は、低段側膨張弁５にて低圧冷媒となるまで減圧されて、蒸発器６へ流入する。蒸発器６へ流入した冷媒は、外気から吸熱して蒸発する。蒸発器６から流出した冷媒は、圧縮機１の低圧冷媒吸入口１１ｄから吸入されて再び圧縮される。一方、気液分離器４にて分離された気相冷媒は、圧縮機１の中間圧吸入ポート３２ａから吸入されて再び圧縮される。

本実施形態の冷凍サイクル１００は、以上の如く作動して、空調装置において、室内送風空気を加熱することができる。さらに、本実施形態の圧縮機１によれば、可動スクロール１１の可動側基板部１１ａの表裏に低段側圧縮機構および高段側圧縮機構を近接配置しているので、圧縮機全体としての体格の小型化を図ることができる。

これに加えて、本実施形態の圧縮機１では、シャフト２５が低段側固定スクロール１２の中心部および可動スクロール１１の中心部を貫通して配置されて、シャフト２５の両端部を電動機部側軸受部２５ａおよび圧縮機構部側軸受部２５ｂによって回転可能に支持している。

このようにシャフト２５の両端部を回転可能に支持する構成（両持ち支持）では、シャフト２５の一端側のみを回転可能に支持する構成（片持ち支持）よりも、シャフト２５を安定して回転させることが可能な最高回転数を増加させることができる。従って、本実施形態の圧縮機１では、所望の流量の流体を吐出させるために必要な各圧縮機構の圧縮室の最大容積を縮小させることができ、より一層の体格の小型化を図ることができる。

ところで、シャフト（回転軸）が可動スクロールの中心部を貫通していない一般的なスクロール圧縮機構では、回転軸方向から見たときに三日月形状の圧縮室が、複数箇所に形成される。さらに、これらの複数の圧縮空間は、回転軸の軸中心に対して対称となる位置に形成されて、可動スクロールの公転運動に伴って、容積を縮小させながら外周側から内周側へ旋回移動する。

そして、軸中心に対して対称となる位置に形成された２つの圧縮空間が最も内周側（軸中心側）に移動した際に、２つの圧縮空間が互いに連通し、２つの圧縮空間にて圧縮された流体が、固定スクロールの中心部に設けられた吐出穴から吐出される。

ところが、本実施形態のスクロール型圧縮機のように、シャフト２５が低段側固定スクロール１２の中心部および可動スクロール１１の中心部を貫通して配置される構成では、２つの低段側圧縮空間同士、あるいは、２つの高段側圧縮空間同士を軸中心側で連通させることができない。

このため、それぞれの圧縮空間にて昇圧された流体を吐出するためには、複数の圧縮空間が軸中心側に移動する前に、それぞれの圧縮空間にて昇圧された冷媒同士を合流させなければならない。この際、それぞれの圧縮空間にて昇圧された冷媒に圧力差が生じていると、圧力の高い側の圧縮空間から圧力の低い側の圧縮空間へ冷媒が逆流してしまうので、圧縮機のエネルギ損失を増加させてしまう原因となる。

これに対して、本実施形態の圧縮機１では、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃの双方の巻き数を１としているので、図５を用いて説明したように、中間圧吐出穴１２ｄに連通する低段側圧縮室ＶＬを単一の空間で形成することができる。同様に、高圧吐出穴１３ｄに連通する高段側圧縮室ＶＨを単一の空間で形成することができる。

そして、単一の空間で形成された低段側圧縮室ＶＬおよび高段側圧縮室ＶＨから冷媒を吐出させることで、複数の空間にて昇圧された冷媒を合流させる必要がなくなり、圧力差のある冷媒同士を合流させる際に生じるエネルギ損失の増加を確実に抑制できる。つまり、本実施形態の圧縮機１によれば、冷媒を多段階に昇圧させるスクロール型圧縮機において、簡素な構成でエネルギ損失の増加を抑制することができる。

さらに、空調装置に適用される一般的なガスインジェクションサイクルでは、高圧冷媒の最高圧力が１．５〜３ＭＰａ程度となるので、本実施形態の圧縮機１のように、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃの双方の巻き数が１となっていても、実用上充分な昇圧能力を発揮することができる。

また、本実施形態の圧縮機１では、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃが、中心軸に対して周方向に１８０°ずれて配置されているので、合計トルク変動の変動幅を縮小させることができる。

具体的には、本発明者らの検討によれば、図６、図７に示すように、本実施形態の圧縮機１における合計トルク変動の変動幅（図６参照）は、低段側可動歯部１１ｂの位相および高段側可動歯部１１ｃの位相が互いに同位相となるように配置された比較用圧縮機における合計トルク変動の変動幅（図７参照）に対して、５０％以上低減することが判っている。

なお、図６、図７では、可動スクロール１１の回転に伴って、低段側圧縮室ＶＬ内の冷媒の圧力変動によってシャフト２５に生じるトルク変動を破線で示し、高段側圧縮室ＶＨ内の冷媒の圧力変動によってシャフト２５に生じるトルク変動を一点鎖線で示し、さらに、合計トルク変動を太実線で示している。

また、本実施形態では、合計トルク変動の変動幅が最小値に近づくように、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃを周方向に１８０°ずらして配置した例を説明したが、１８０°に限定されることなく、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃを異なる位相で配置することによって、合計トルク変動低減効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、本発明に係る多段昇圧式のスクロール型圧縮機１を空調装置用の冷凍サイクル１００に適用した例を説明したが、本発明のスクロール型圧縮機１の適用はこれに限定されない。つまり、本発明に係るスクロール型圧縮機１は、種々の流体を圧縮する圧縮機として幅広い用途に適用可能である。

さらに、本発明に係るスクロール型圧縮機１を、
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された高圧冷媒と送風空気（あるいは外気）とを熱交換させる放熱器と、放熱器から流出した高圧冷媒の流れを分岐する分岐部と、分岐部にて分岐された一方の高圧冷媒を中間圧冷媒となるまで減圧させる高段側膨張弁と、分岐部にて分岐された他方の高圧冷媒と高段側膨張弁にて減圧された中間圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、内部熱交換器から流出した高圧冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる低段側膨張弁と、低段側膨張弁から流出した低圧冷媒と外気（あるいは送風空気）とを熱交換させて低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
内部熱交換器から流出した中間圧冷媒を圧縮機１の中間圧吸入ポート３２ａへ吸入させ、蒸発器から流出した低圧冷媒を圧縮機１の低圧吸入ポート１２ｃへ吸入させることによって構成されるガスインジェクションサイクルに適用してもよい。

（２）上述の実施形態では、冷凍サイクル１００を空調装置に適用し、送風空気を加熱するために用いた例を説明したが、もちろん、送風空気を冷却するために用いてもよい。この場合は、放熱器２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器６を送風空気を冷却する利用側熱交換器とすればよい。

さらに、冷媒回路を切り替える冷媒回路切替手段を設けて、放熱器２および蒸発器６のうち、利用側熱交換器あるいは室外側熱交換器として用いる熱交換器を切り替えるようにしてもよい。

また、ガスインジェクションサイクルは、通常の冷凍サイクルよりもＣＯＰを向上させることができるので、本発明に係るスクロール型圧縮機１が適用された冷凍サイクルを、エンジン（内燃機関）の廃熱を車室内の暖房に利用できない電気自動車や、エンジンの廃熱を車室内の暖房に利用しにくいハイブリッド車両の空調装置に適用して有効である。

（３）上述の実施形態では、低段側可動歯部１１ｂおよび高段側可動歯部１１ｃの双方の巻き数を１とした例を説明したが、双方の巻き数を１以下としてもよいし、いずれか一方の巻き数を１以下としてもよい。

同様に、上述の実施形態では、低段側圧縮室ＶＬが、中間圧吐出穴１２ｄと連通した際に、単一の空間で形成され、高段側圧縮室ＶＨが、高圧吐出穴１３ｄと連通した際に、単一の空間で形成される例を説明したが、低段側圧縮室ＶＬおよび高段側圧縮室ＶＨのいずれか一方が、それぞれの内部から流体を吐出させる吐出穴１２ｄ、１３ｄと連通した際に、単一の空間で形成されていてもよい。

（４）上述の実施形態では、圧縮機構部１０のうち、電動機部２０側に低段側圧縮機構を配置し、電動機部２０の反対側に高段側圧縮機構を配置した例を説明したが、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構の配置はこれに限定されない。圧縮機構部１０のうち、電動機部２０側に高段側圧縮機構を配置し、電動機部２０の反対側に低段側圧縮機構を配置してもよい。

（５）上述の実施形態の冷凍サイクル１００では、圧縮機１吐出冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成した例を説明したが、例えば、冷媒として二酸化炭素等を採用して、圧縮機１吐出冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成してもよい。

１１ 可動スクロール
１１ｂ 低段側可動歯部
１１ｃ 高段側可動歯部
１２ 低段側固定スクロール
１２ｂ 低段側固定歯部
１３ 高段側固定スクロール
１３ｂ 高段側固定歯部
ＶＬ 低段側圧縮室
ＶＨ 高段側圧縮室

Claims (7)

1. 回転駆動源（２０）から駆動力を得て回転する回転軸（２５）と、
   前記回転軸（２５）から伝達される回転駆動力によって公転運動するとともに、平板状の可動側基板部（１１ａ）、前記可動側基板部（１１ａ）から前記回転軸（２５）の軸方向一端側へ突出する渦巻き状の低段側可動歯部（１１ｂ）、および前記可動側基板部（１１ａ）から前記回転軸（２５）の軸方向他端側へ突出する渦巻き状の高段側可動歯部（１１ｃ）を有する可動スクロール（１１）と、
   平板状の低段側基板部（１２ａ）、および前記低段側基板部（１２ａ）から前記回転軸（２５）の軸方向へ突出して前記低段側可動歯部（１１ｂ）と噛み合う渦巻き状の低段側固定歯部（１２ｂ）を有する低段側固定スクロール（１２）と、
   平板状の高段側基板部（１３ａ）、および前記高段側基板部（１３ａ）から前記回転軸（２５）の軸方向へ突出して前記高段側可動歯部（１１ｃ）と噛み合う渦巻き状の高段側固定歯部（１３ｂ）を有する高段側固定スクロール（１３）とを備え、
   前記回転軸（２５）は、前記可動側基板部（１１ａ）を貫通しており、
   前記低段側可動歯部（１１ｂ）と前記低段側固定歯部（１２ｂ）との間に形成される空間は、前記可動スクロール（１１）が公転運動することによって容積変化して外部から吸入した流体を昇圧させる低段側圧縮室（ＶＬ）を形成しており、
   前記高段側可動歯部（１１ｃ）と前記高段側固定歯部（１３ｂ）との間に形成される空間は、前記可動スクロール（１１）が公転運動することによって容積変化して前記低段側圧縮室（ＶＬ）にて昇圧された流体を昇圧させる高段側圧縮室（ＶＨ）を形成しており、
   前記低段側可動歯部（１１ｂ）および前記高段側可動歯部（１１ｃ）の少なくとも一方の巻き数が１以下であることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記低段側可動歯部（１１ｂ）および前記高段側可動歯部（１１ｃ）の双方の巻き数が１以下であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
3. 回転駆動源（２０）から駆動力を得て回転する回転軸（２５）と、
   前記回転軸（２５）から伝達される回転駆動力によって公転運動するとともに、平板状の可動側基板部（１１ａ）、前記可動側基板部（１１ａ）から前記回転軸（２５）の軸方向一端側へ突出する渦巻き状の低段側可動歯部（１１ｂ）、および前記可動側基板部（１１ａ）から前記回転軸（２５）の軸方向他端側へ突出する渦巻き状の高段側可動歯部（１１ｃ）を有する可動スクロール（１１）と、
   平板状の低段側基板部（１２ａ）、および前記低段側基板部（１２ａ）から前記回転軸（２５）の軸方向へ突出して前記低段側可動歯部（１１ｂ）と噛み合う渦巻き状の低段側固定歯部（１２ｂ）を有する低段側固定スクロール（１２）と、
   平板状の高段側基板部（１３ａ）、および前記高段側基板部（１３ａ）から前記回転軸（２５）の軸方向へ突出して前記高段側可動歯部（１１ｃ）と噛み合う渦巻き状の高段側固定歯部（１３ｂ）を有する高段側固定スクロール（１３）とを備え、
   前記回転軸（２５）は、前記可動側基板部（１１ａ）を貫通しており、
   前記低段側可動歯部（１１ｂ）と前記低段側固定歯部（１２ｂ）との間に形成される空間は、前記可動スクロール（１１）が公転運動することによって容積変化して外部から吸入した流体を昇圧させる低段側圧縮室（ＶＬ）を形成しており、
   前記高段側可動歯部（１１ｃ）と前記高段側固定歯部（１３ｂ）との間に形成される空間は、前記可動スクロール（１１）が公転運動することによって容積変化して前記低段側圧縮室（ＶＬ）にて昇圧された流体を昇圧させる高段側圧縮室（ＶＨ）を形成しており、
   前記低段側圧縮室（ＶＬ）および前記高段側圧縮室（ＶＨ）の少なくとも一方は、それぞれの内部から流体を吐出させる吐出穴（１２ｄ、１３ｄ）と連通した際に、単一の空間で形成されることを特徴とするスクロール型圧縮機。
4. 前記回転軸（２５）が回転変位した際に、前記低段側圧縮室（ＶＬ）および前記高段側圧縮室（ＶＨ）の少なくとも一方が複数の圧縮空間で形成され、前記複数の圧縮空間は前記回転軸（２５）の軸中心に対して非対称に配置されることを特徴とする請求項３に記載のスクロール型圧縮機。
5. 前記吐出穴として、前記低段側固定スクロール（１２）には、前記低段側圧縮室（ＶＬ）の内部から流体を流出させる中間圧吐出穴（１２ｄ）が形成され、前記高段側固定スクロール（１３）には、前記高段側圧縮室（ＶＨ）の内部から流体を流出させる高圧吐出穴（１３ｄ）が形成され、
   前記低段側圧縮室（ＶＬ）は、前記中間圧吐出穴（１２ｄ）と連通した際に、単一の空間で形成され、
   前記高段側圧縮室（ＶＨ）は、高圧吐出穴（１３ｄ）と連通した際に、単一の空間で形成されることを特徴とする請求項３または４に記載のスクロール型圧縮機。
6. 前記低段側可動歯部（１１ｂ）および前記高段側可動歯部（１１ｃ）は、前記回転軸（２５）の軸方向から見たときに、互いに同位相となるように配置された場合よりも、前記低段側圧縮室（ＶＬ）内の流体によって前記回転軸（２５）に生じるトルク変動と前記高段側圧縮室（ＶＨ）内の流体によって前記回転軸（２５）に生じるトルク変動とを合算した合計トルク変動の変動幅が縮小するように配置されていることを特徴とする請求項２または５に記載のスクロール型圧縮機。
7. 前記低段側可動歯部（１１ｂ）および前記高段側可動歯部（１１ｃ）は、前記回転軸（２５）の軸方向から見たときに軸中心に対して周方向に１８０°ずれて配置されていることを特徴とする請求項６に記載のスクロール型圧縮機。

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