JP2015151926A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】流体を多段階に昇圧させるスクロール型圧縮機の昇圧性能の低下を抑制する。
【解決手段】適用されるガスインジェクションサイクルのＣＯＰを極大値に近づけるために、可動スクロール１１の可動側基板部１１ａから軸方向一端側に突出する渦巻き状の高段側可動歯部１１ｂの軸方向突出量ＨＨを、軸方向一端側に突出する渦巻き状の低段側可動歯部１１ｂの軸方向突出量ＨＬよりも小さく設定する。さらに、低段側可動歯部１１ｂの径方向厚み寸法ＴＬを、高段側可動歯部１１ｃの径方向厚み寸法ＴＨよりも小さく設定することによって、可動スクロール１１の低段側重量ＷＬと高段側重量ＷＨとを同等の値とする。これにより、可動スクロール１１全体としての重心を可動側基板部１１ａの略中央部に位置付けて、可動スクロール１１の傾斜を抑制する。
【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てしまいやすい。そこで、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。

特許第３７０８５７３号公報

ところで、特許文献１のように、ガスインジェクションサイクルに適用されて冷媒を二段階に昇圧させるスクロール型圧縮機では、ガスインジェクションサイクルの成績係数（ＣＯＰ）を極大値に近づけるために、高段側圧縮機構の吸入容積を低段側圧縮機構の吸入容積よりも小さく設定しておく必要がある。

そこで、特許文献１のスクロール型圧縮機では、可動スクロールのうち高段側圧縮機構を構成する高段側可動歯部の軸方向突出量を、可動スクロールのうち低段側圧縮機構を構成する低段側可動歯部の軸方向突出量よりも小さくすることによって、高段側圧縮機構の吸入容積を低段側圧縮機構の吸入容積よりも小さくしている。なお、吸入容積とは、圧縮機構が流体の圧縮を開始する際の圧縮室の最大容積である。

ところが、高段側可動歯部の軸方向突出量を低段側可動歯部の軸方向突出量よりも小さくすると、可動スクロールに回転駆動力を伝達する回転軸に垂直な径方向から見たときに、可動スクロール全体としての重心が、基板部の中央部よりも低段側圧縮機構側にずれてしまいやすい。また、一般的に、スクロール型圧縮機の回転軸には偏心部が設けられ、この偏心部は、基板部の中心側に設けられた穴部に回転可能に嵌め込まれている。

このため、可動スクロールの重心点が基板部の中央部からずれていると、可動スクロールを固定スクロールに対して公転運動させた際に、遠心力の作用によって可動スクロールが回転軸に対して傾斜してしまいやすい。

さらに、可動スクロールが回転軸に対して傾斜した状態で回転すると、各圧縮機構における圧縮室の気密性が悪化して、圧縮機の昇圧性能を低下させてしまう原因となる。これに加えて、可動スクロールが固定スクロール等に片当たりすることによって、各圧縮機構の摩耗や焼き付きを生じさせてしまうおそれもある。

本発明では、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の昇圧性能の低下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、平板状に形成された可動側基板部（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、
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、高段側可動歯部（１１ｃ）の軸方向突出量（ＨＨ）は、低段側可動歯部（１１ｂ）の軸方向突出量（ＨＬ）よりも小さくなっており、
回転軸（２５）に垂直な径方向から見たときに、可動スクロール（１１）のうち可動側基板部（１１ａ）の中央部から低段側可動歯部（１１ｂ）側の低段側重量（ＷＬ）と可動側基板部（１１ａ）の中央部から高段側可動歯部（１１ｃ）側の高段側重量（ＷＨ）が同等となっているスクロール型圧縮機を特徴とする。

これによれば、低段側重量（ＷＬ）と高段側重量（ＷＨ）が同等となっているので、回転軸（２５）に垂直な径方向から見たときに、可動スクロール（１１）全体としての重心が、可動側基板部（１１ａ）の略中心側の略中央部に位置付けられる。従って、可動スクロール（１１）を公転運動させた際に、可動スクロール（１１）が回転軸（２５）に対して傾斜しにくい構成とすることができる。

その結果、可動スクロール（１１）が回転軸（２５）に対して傾斜してしまうことによる低段側圧縮室（ＶＬ）および高段側圧縮室（ＶＨ）の気密性の悪化を抑制することができる。さらに、可動スクロール（１１）が低段側固定スクロール（１２）および高段側固定スクロール（１３）等に片当たりすることによる摩耗や焼き付きを抑制することができる。

すなわち、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の昇圧性能の低下を抑制することができる。

なお、本請求項における、低段側重量（ＷＬ）と高段側重量（ＷＨ）が同等となっているとは、低段側重量（ＷＬ）と高段側重量（ＷＨ）が完全に一致していることのみを意味するものではなく、製造上の誤差等により僅かに異なっていることを含む意味である。つまり、可動スクロール（１１）が回転軸（２５）に対して傾斜してしまうことによるスクロール型圧縮機の昇圧性能の低下を抑制可能な程度に、低段側重量（ＷＬ）および高段側重量（ＷＨ）が一致していることを意味している。

具体的には、低段側可動歯部（１１ｂ）の径方向厚み寸法（ＴＬ）が、高段側可動歯部（１１ｃ）の径方向厚み寸法（ＴＨ）よりも小さくなっていることによって、低段側重量（ＷＬ）と高段側重量（ＷＨ）が同等となっていてもよい。

さらに、上記特徴のスクロール型圧縮機において、回転軸（２５）が、可動側基板部（１１ａ）を貫通していてもよい。回転軸（２５）が可動側基板部（１１ａ）を貫通している構成では、可動スクロール（１１）が回転軸（２５）に対して傾斜しやすいので、低段側重量（ＷＬ）と高段側重量（ＷＨ）が同等となっていることによる昇圧性能抑制効果を、効果的に得ることができる。

なお、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。

第１実施形態の冷凍サイクルの全体構成図である。 第１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。 第１実施形態の可動スクロールの軸方向断面図である。 第２実施形態の可動スクロールおよびオルダムリングの外観斜視図である。

（第１実施形態）
図１〜図５を用いて、本発明の第１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とを備える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５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〜図４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から出力された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を介して一体化することによって構成された電動圧縮機である。また、この圧縮機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、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リングあるいはガスケット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、後述する圧縮機構部１０の可動スクロール１１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の中心部の表裏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と高段側固定スクロール１３との間に、可動スクロール１１がシャフト２５の偏心部２５ｄ周りに自転することを防止する自転防止機構２６が設けられている。なお、図２では、図示の明確化のため、自転防止機構２６を１つのみ図示しているが、自転防止機構２６は、複数設けられていてもよい。

より具体的には、本実施形態では、自転防止機構２６として、軸方向に延びるピン部材２６ａ、および軸方向から見た断面が円形状に形成されてピン部材２６ａの変位を規制するリング穴２６ｂによって形成されたピン−ホール式のものを採用している。さらに、ピン部材２６ａは、可動スクロール１１の可動側基板部１１ａのうち高段側可動歯部１１ｃが配置された面に圧入等の手段によって固定されており、リング穴２６ｂは、高段側固定スクロール１３側に形成されている。

そして、この自転防止機構２６が設けられていることによって、シャフト２５が回転した際に、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低段側固定スクロール１２および高段側固定スクロール１３に対して公転運動する。

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１１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。ここで、「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の範囲を示しており、一周（３６０°）で巻き数１となる。

つまり、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、この低段側可動歯部１１ｂでは、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。さらに、「巻き数」は、「ラップ数」と呼ばれることもある。

低段側固定スクロール１２の外周部には、図２に示すように、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バッファ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（吐出弁）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、軸方向から見たときに、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。

また、本実施形態では、図５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の軸方向突出量ＨＨ（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の軸方向突出量ＨＬ（各基板部からの突出量）よりも小さく形成されている。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の吸入容積と低段側圧縮室ＶＬの吸入容積との容積比が調整されている。

さらに、本実施形態では、図５に示すように、低段側可動歯部１１ｂの径方向厚み寸法ＴＬが、高段側可動歯部１１ｃの径方向厚み寸法ＴＨよりも小さくなっている。これにより、可動スクロール１１のうち可動側基板部１１ａの中央部から低段側可動歯部１１ｂ側の低段側重量ＷＬと可動側基板部１１ａの中央部から高段側可動歯部１１ｃ側の高段側重量ＷＨが略同等となっている。

より詳細には、低段側重量ＷＬとは、図５の一点鎖線で示す中央部よりも低段側可動歯部１１ｂ側（紙面左側）の部位の重量であり、高段側重量ＷＨとは、図５の一点鎖線で示す中央部よりも高段側可動歯部１１ｃ側（紙面右側）の部位の重量である。

また、図２、図３に示すように、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（吐出弁）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つである。さらに、圧縮機構側蓋部材３３には、圧縮された高圧冷媒から冷凍機油を分離するオイルセパレータ４０が設けられている。

オイルセパレータ４０は、圧縮機構側蓋部材３３内に形成された鉛直方向（上下方向）に延びる円柱状空間ＶＣの内部に、円柱状空間よりも小径のパイプ部材４０ａを配置することによって構成されている。そして、このオイルセパレータ４０では、吐出室ＶＢから円柱状空間ＶＣ内へ流入した冷凍機油を含む高圧冷媒を、パイプ部材４０ａの周囲で旋回させ、遠心力の作用によって冷媒と冷凍機油とを分離している。

オイルセパレータ４０にて分離された冷凍機油は、圧縮機構側蓋部材３３、固定スクロール２２等に形成されたオイル通路４０ｂを介して、圧縮機構２０および電動モータ３０の摺動部へ導かれる。一方、オイルセパレータ４０にて分離された高圧冷媒は、圧縮機構側蓋部材３３に形成されて高圧冷媒をハウジング３０の放熱器２の冷媒入口側へ吐出する高圧吐出ポート３３ａへ導かれる。

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が低段側固定スクロール１２および高段側固定スクロール１３に対して公転運動（旋回）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、外周側から中心側へ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を介して蒸発器６の冷媒出口側から低段側圧縮室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。

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から吐出室ＶＢ内へ吐出される。

高圧吐出穴１３ｄから吐出室ＶＢへ吐出された高圧冷媒は、オイルセパレータ４０へ流入して冷凍機油が分離される。高圧冷媒から分離された冷凍機油は、円柱状空間ＶＣの下方側に貯留されて、オイル通路４０ｂおよびシャフト２５の給油通路２５ｃを介して、各摺動部へ供給される。一方、冷凍機油が分離された高圧冷媒は、圧縮機構側蓋部材３３に形成された高圧吐出ポート３３ａから放熱器２の冷媒入口側へ吐出される。

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ＶＬ、ＶＨの最大容積を縮小させて、より一層の体格の小型化を図ることができる。

ここで、本実施形態の圧縮機１では、冷凍サイクル１００のＣＯＰを極大値に近づけるために、高段側可動歯部１１ｃの軸方向突出量ＨＨを低段側可動歯部１１ｂの軸方向突出力ＨＬよりも小さくしている。このような構成では、シャフト２５の径方向から見たときに、可動スクロール１１全体としての重心が、図５の一点鎖線で示す可動側基板部１１ａの中央部から低段側可動歯部１１ｂへずれてしまいやすい。

さらに、本実施形態の圧縮機１では、シャフト２５が可動側基板部１１ａの中心部の表裏を貫通して配置されているので、可動スクロール１１全体としての重心が可動側基板部１１ａの中央部からずれていると、可動スクロール１１を公転運動させた際に、遠心力の作用によって可動スクロール１１がシャフト２５に対して傾斜してしまいやすい。

そして、可動スクロール１１がシャフト２５に対して傾斜した状態で回転すると、各圧縮機構における圧縮室ＶＬ、ＶＨの気密性が悪化して、圧縮機１の昇圧性能を低下させてしまう原因となる。さらに、可動スクロール１１が、低段側固定スクロール１２、高段側固定スクロール１３、シャフト２５等に片当たりすることによって、各圧縮機構の摩耗や焼き付きを生じさせてしまうおそれもある。

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の径方向厚み寸法ＴＬを高段側可動歯部１１ｃの径方向厚み寸法ＴＨよりも小さくすることによって、低段側重量ＷＬと高段側重量ＷＨとを略同等としている。これにより、図５に示すように、シャフト２５の径方向から見たときに、可動スクロール１１全体としての重心を、可動側基板部１１ａの略中央部に位置付けている。

従って、可動スクロール１１を公転運動させた際に、可動スクロール１１がシャフト２５に対して傾斜しにくい構成とすることができる。その結果、可動スクロール１１がシャフト２５に対して傾斜してしまうことによる各圧縮機構における圧縮室ＶＬ、ＶＨの気密性の悪化を抑制することができる。さらに、可動スクロール１１が、低段側固定スクロール１２等に片当たりすることによる摩耗や焼き付きを抑制することができる。

つまり、本実施形態の圧縮機１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の昇圧性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態の圧縮機１では、低段側可動歯部１１ｂの径方向厚み寸法ＴＬを高段側可動歯部１１ｃの径方向厚み寸法ＴＨよりも小さくすることによって、低段側重量ＷＬと高段側重量ＷＨとを略同等としているので、極めて容易に、可動スクロール１１全体としての重心を、可動側基板部１１ａの略中央部に近づけることができる。

ところで、本実施形態の圧縮機１のように、低段側可動歯部１１ｂの径方向厚み寸法ＴＬよりも高段側可動歯部１１ｃの径方向厚み寸法ＴＨでは、高段側圧縮室ＶＨの容積が小さくなってしまいやすい。

これに対して、本実施形態の圧縮機１では、自転防止機構２６として、ピン−ホール式のものを採用し、可動側基板部１１ａのうち高段側可動歯部１１ｃが配置された面にピン部材２６ａを固定している。従って、ピン部材２６ａの重量を高段側重量ＷＨに追加することができ、高段側可動歯部１１ｃの径方向厚み寸法ＴＨが不必要に大きくなってしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態の圧縮機１のように、シャフト２５が可動側基板部１１ａの中心部の表裏を貫通して配置される構成では、中間圧吐出穴１２ｄおよび高圧吐出穴１３ｄをシャフト２５の中心部に配置することができず、シャフト２５の外周側に配置しなければならない。従って、各スクロール圧縮機構に複数の圧縮室ＶＬ、ＶＨが形成されると、各スクロール圧縮機構における冷媒吐出側の通路構成が複雑化しやすい。

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、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。従って、各スクロール圧縮機構における冷媒吐出側の通路構成の複雑化を招くことがない。

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。その結果、圧縮機１を作動させた際の騒音および振動を抑制することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、自転防止機構としてピン−ホール式のものを採用した例を説明したが、本実施形態では、図６に示すオルダムリング式の自転防止機構２７を採用した例を説明する。

より具体的には、本実施形態の自転防止機構２７は、軸方向から見たときに円環状（円形状から同軸上に配置された小径の円形状を除いたドーナツ形状）に形成された板状部材からなるオルダムプレート２７ａを有して構成されている。このオルダムプレート２７ａは、可動スクロール１１と低段側固定スクロール１２との間に配置されている。

さらに、オルダムプレート２７ａの可動スクロール１１側の面には、可動スクロール１１側に突出して予め定めた方向（本実施形態では、略水平方向）に延びる第１キー部２７ｂが形成されている。一方、可動スクロール１１のオルダムプレート２７ａ側の面（可動側基板部１１ａのうち低段側可動歯部１１ｂが配置された面）には、第１キー部２７ｂと同方向に延びて、第１キー部２７ｂが摺動可能に嵌め込まれるキー溝部１１ｅが形成されている。

また、オルダムプレート２７ａの低段側固定スクロール１２側の面には、軸方向から見たときに、第１キー部２７ｂに対して９０°回転させた方向（本実施形態では、略鉛直方向）に延びる第２キー部２７ｃが形成されている。一方、低段側固定スクロール１２のオルダムプレート２７ａの面には、第２キー部２７ｃと同方向に延びて、第２キー部２７ｃが摺動可能に嵌め込まれる図示しないキー溝が形成されている。

そして、オルダムプレート２７ａの第１キー部２７ｂが可動スクロール１１のキー溝部１１ｅに摺動可能に嵌め込まれ、オルダムプレート２７ａの第２キー部２７ｃが低段側固定スクロール１２のキー溝に摺動可能に嵌め込まれていることによって、自転防止機構２７が構成される。その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。

従って、本実施形態の圧縮機１においても、第１実施形態と同様に、圧縮機１全体としての小型化効果等を得ることができる。

さらに、本実施形態の圧縮機１では、自転防止機構２６として、オルダムリング式のものを採用し、可動スクロール１１のオルダムプレート２７ａ側の面にキー溝部１１ｅを形成している。従って、キー溝部１１ｅの容積に相当する分の重量を低段側重量ＷＬから減算することができ、第１実施形態と同様に、高段側可動歯部１１ｃの径方向厚み寸法ＴＨが不必要に大きくなってしまうことを抑制することができる。

（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。

また、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。

（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）上述の第２実施形態で説明した自転防止機構２７では、可動側基板部１１ａのうち低段側可動歯部１１ｂが配置された面にキー溝部１１ｅを形成することによって、低段側重量ＷＬを軽量化させ、低段側重量ＷＬと高段側重量ＷＨとを同等にしやすくした例を説明したが、オルダムリング式の自転防止機構２７として以下のものを採用してもよい。

例えば、第２実施形態と同様のオルダムリング２７ａを可動スクロール１１と高段側固定スクロール１３との間に配置し、可動側基板部１１ａのうち高段側可動歯部１１ｃが配置された面にキー部を形成し、このキー部が摺動可能に嵌め込まれるキー溝をオルダムリング２７ａ側に形成してもよい。

これによれば、キー部の重量を高段側重量ＷＨに加算することができ、第１実施形態と同様に、高段側可動歯部１１ｃの径方向厚み寸法ＴＨが不必要に大きくなってしまうことを抑制することができる。

さらに、高段側重量ＷＨと低段側重量ＷＬとを同等にする手段は、上記の実施形態に開示された手段に限定されない。例えば、高段側可動歯部１１ｃの巻き数と低段側可動歯部１１ｂの巻き数を異なる値にする（具体的には、高段側可動歯部１１ｃの巻き数を低段側可動歯部１１ｂの巻き数よりも多くする）ことによって、高段側重量ＷＨと低段側重量ＷＬとを同等にしてもよい。

（４）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。

（５）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。

１１ 可動スクロール
１１ａ 可動側基板部
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、ＶＨ 低段側圧縮室、高段側圧縮室
ＷＬ、ＷＨ 低段側重量、高段側重量

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、平板状に形成された可動側基板部（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、
   前記高段側可動歯部（１１ｃ）の軸方向突出量（ＨＨ）は、前記低段側可動歯部（１１ｂ）の軸方向突出量（ＨＬ）よりも小さくなっており、
   前記回転軸（２５）に垂直な径方向から見たときに、前記可動スクロール（１１）のうち前記可動側基板部（１１ａ）の中央部から前記低段側可動歯部（１１ｂ）側の低段側重量（ＷＬ）と前記可動側基板部（１１ａ）の中央部から前記高段側可動歯部（１１ｃ）側の高段側重量（ＷＨ）が同等となってい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）の径方向厚み寸法（ＴＬ）は、前記高段側可動歯部（１１ｃ）の径方向厚み寸法（ＴＨ）よりも小さくなってい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. さらに、前記可動スクロール（１１）が前記回転軸（２５）に対して自転することを防止する自転防止機構（２６）を備え、
   前記自転防止機構（２６）は、前記可動スクロール（１１）に固定されたピン部材（２６ａ）、および前記ピン部材（２６ａ）の変位を規制する断面円形状のリング穴（２６ｂ）によって構成されており、
   前記ピン部材（２６ａ）は、前記可動側基板部（１１ａ）のうち前記高段側可動歯部（１１ｃ）が配置された面に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。
4. さらに、前記可動スクロール（１１）が前記回転軸（２５）に対して自転することを防止する自転防止機構（２７）を備え、
   前記自転防止機構（２７）は、前記可動スクロール（１１）に形成されたキー溝部（１１ｅ）と、前記キー溝部（１１ｅ）に摺動可能に嵌め込まれたキー部（２７ｂ）が形成された円環状の板状部材（２７ａ）によって構成されており、
   前記キー溝部（１１ｅ）は、前記可動側基板部（１１ａ）のうち前記低段側可動歯部（１１ｂ）が配置された面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール型圧縮機。
5. 前記回転軸（２５）は、前記可動側基板部（１１ａ）を貫通していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つ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）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請求項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）の巻き数および前記高段側可動歯部（１１ｃ）の巻き数は、等しい値になっており、
   前記低段側可動歯部（１１ｂ）および前記高段側可動歯部（１１ｃ）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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