(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された静止部材としてのハウジングと、
流体の体積及び圧力の変化に伴って拡縮する作動室を形成するための可動部材として自転運動を伴わない公転運動のみをする旋回部と、
前記ハウジングに取り付けられたフロントレースと、
前記フロントレースの平滑な後面上を第１の方向に転動する複数個のフロントローラと、
平滑な前面と前記フロントレースの後面との間に複数個の前記フロントローラを挟んで、前記前面上で前記フロントローラを前記第１の方向に転動させて、前記フロントレースに対して平行に前記第１の方向に移動するミドルレースと、
前記ミドルレースの平滑な後面上を前記第１の方向に対して直交する第２の方向に転動する複数個のリアローラと、
前記旋回部に取り付けられ、平滑な前面と前記ミドルレースの後面との間に複数個の前記リアローラを挟んで前記第２の方向に転動させると共に、前記ミドルレースに対して平行に前記第２の方向に移動することにより、前記旋回部と共に自転運動を伴わない公転運動をするリアレースと、
前記フロントレースとミドルレースとの間に設けられて、複数個の前記フロントローラ相互の間隔を保持すると共に、複数個の前記フロントローラを前記第１の方向に揃えて転動させるフロント保持器と、
前記ミドルレースとリアレースとの間に設けられて、複数個の前記リアローラ相互の間隔を保持すると共に、複数個の前記リアローラを前記第１の方向に対して直交する前記第２の方向に揃えて転動させるリア保持器と、
前記フロントレース、前記フロント保持器、及び前記ミドルレースの前方の３者の間に前記第１の方向の相対的移動のみを許すように、前記ミドルレースに固定されると共に、それ以外の前方の２者に対して前記第１の方向に長く形成された２個の長穴を貫通している２本のフロントピンと、
前記ミドルレース、前記リア保持器、及び前記リアレースの後方の３者の間に前記第２の方向の相対的移動のみを許すように、前記ミドルレースに固定されると共に、それ以外の後方の２者に対して前記第２の方向に長く形成された２個の長穴を貫通している２本のリアピンと、
から構成されていて、
前記第１の方向が上下方向であって、上下位置に設けられた上下方向に長い２個の前記長穴をそれぞれ貫通する２本の前記フロントピンによって形成される平面が、前記旋回部の前面において上下方向となっていると共に、前記第２の方向が左右方向であって、左右位置に設けられた左右方向に長い２個の前記長穴をそれぞれ貫通する２本の前記リアピンによって形成される平面が、前記旋回部の前面において左右方向となっていることを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項２】
請求項１において、前記２本のフロントピンが係合する全ての長穴の長手方向によって定められる平面が単一であって、前記２本のフロントピンによって形成される平面と一致していると共に、前記２本のリアピンが係合する全ての長穴の長手方向によって定められる平面もまた単一であって、前記２本のリアピンによって形成される平面と一致していることを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記２本のリアピンによって形成される平面が、前記旋回部及び前記リアレースの中心軸線を含むと共に、前記２本のフロントピンによって形成される平面が、前記フロントレースの中心軸線を含むことを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記２本のリアピンによって形成される平面が、前記旋回部及び前記リアレースの中心軸線を含まないようにオフセットされていると共に、前記２本のフロントピンによって形成される平面が、前記フロントレースの中心軸線を含まないようにオフセットされていることを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記２本のフロントピンとそれらが係合する長穴との間のクリアランスを、前記２本のリアピンとそれらが係合する長穴との間のクリアランスよりも小さくしたことを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記旋回部からなる作動室において取り扱う流体が超臨界圧流体であることを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記流体機械が前記旋回部からなる作動室において流体を圧縮する圧縮機であることを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項８】
請求項７において、圧縮機がスクロール型圧縮機であって、前記旋回部が渦巻き形の羽根を有する可動のスクロール部材からなることを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記流体機械が、加圧された流体を前記旋回部からなる作動室において膨張させて動力を発生する膨張機であることを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【請求項１０】
請求項９において、前記膨張機がスクロール型膨張機であって、前記旋回部が渦巻き形の羽根を有する可動のスクロール部材からなることを特徴とする流体機械用のスラスト支持機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスクロール型圧縮機のような流体機械において、渦巻き形の羽根を有する可動のスクロール部材のような、流体を取り扱う作動室を形成するために公転運動をする旋回部に作用するスラスト荷重（軸方向の推力）を受け止めて、旋回部を所定の軸方向位置において公転可能に支持するスラスト支持機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばスクロール型圧縮機における可動スクロール部材のように、拡縮することによって流体を圧縮する作動室を形成するために、可動部材として自転運動を伴わない公転運動のみをする旋回部を有する形式の容積型の圧縮機においては、作動室が流体を圧縮する際に発生する圧縮反力によって、可動スクロール部材のような旋回部に作用するスラスト荷重（軸方向の推力）を支持して、旋回部が所定の軸方向位置から後退しないように、且つ、旋回部が圧縮反力以外の抵抗を受けないで円滑に公転をすることができるようにするために、軸方向に作動するスラスト荷重を支持する軸受としての所謂「スラスト支持機構」が旋回部と固定のハウジングとの間に設置される。
【０００３】
この圧縮機が空調装置において例えばフレオン（商品名）のように比較的に低圧で作動する通常の冷媒を圧縮するために使用される場合には、スラスト支持機構は、圧縮機の旋回部の背面に形成された平滑な摺動面と、それに対向するハウジングの内面の一部に形成された平滑な摺動面とを、単に油膜の存在のもとで摺動接触させるだけのものでもよいが、例えば二酸化炭素（ＣＯ2 ）のように、非常に高い圧力まで圧縮しなければ液化しない所謂「超臨界圧流体」を冷媒として使用する空調装置の圧縮機等においては、スラスト支持機構が支持するスラスト荷重が非常に大きくなるので、スラスト支持機構には油膜の代わりに、複数個の転動するローラと、それらのローラを挟んで転動させ得る平面を有する複数個の円環状のレースからなるスラスト支持機構が使用される。
【０００４】
レースの表面においてローラが転動する方向は一定とするのが望ましいので、公転運動をする圧縮機の旋回部に取り付けられるスラスト支持機構は、旋回部の公転運動を旋回部の面上において例えば上下方向の正弦波運動と左右方向の正弦波運動とに分解して、それらをそれぞれ分担して支持するように、上下方向に転動する複数個のローラの組と、左右方向に転動する複数個のローラの組とを設けると共に、それらのローラの組を直列に積層する必要がある。もっとも、それら２つの組のローラが旋回部の面上で上下方向又は左右方向に転動する必要はなく、ローラの転動方向の選択は自由であって、要は２つのローラの組の転動方向が相互に直交しておればよい。
【０００５】
このように２つのローラの組を直列に積層するスラスト支持機構においては、２つのローラの組の中間に挿入されるミドルレースと、ハウジング側の端部に設けられるフロントレースと、旋回部側の端部に設けられるリアレースとを設けると共に、更に、２つのローラの組のそれぞれにおいて各ローラの転動方向を一定の方向に揃えると共に、各組の複数個のローラの間隔をそれぞれ一定に保持するために、フロントレースとミドルレースとの間、及びミドルレースとリアレースとの間にそれぞれ円環状のローラ保持器を設ける。積層されたこれら複数個のレースやローラ保持器には相対的な正弦波運動を許すために必要な長穴を設けて、それらの長穴を軸方向に貫通する複数本の長い通しピンによってそれらを相互に直列に結合する。この通しピンの数は、それらを旋回部の面上で均等に配置するために、上下方向及び左右方向のそれぞれ両側に１本づつ、合計４本使用するのが最も安定的であると常識的には考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
複数個のレースやローラ保持器とローラの組とを積層するスラスト支持機構において、それらを軸方向に結合する通しピンを例えば常識的に４本使用すると、それに対応してレースやローラ保持器に、それらの正弦波運動を許すための長穴を４個づつ形成する必要が生じる。レース等に形成される複数個の長穴はその形状や位置について高い精度が要求されるので、それぞれのレース又はローラ保持器に精度の高い長穴を４個づつ形成するコストは無視することができないほど大きな額になる。
【０００７】
それだけではなく、このように多数の通しピンと長穴を用いる場合には、個々の通しピンとそれが係合する長穴の側壁とのクリアランスを全て一定にすることは実際には不可能であるから、後に詳細に解析をするような理由により、旋回部の公転運動の１つの成分である正弦波運動の両死点付近において、ミドルレースの回転方向の位置が不安定になる結果、ミドルレースが騒音や振動を発生する原因になるということが本発明者等の試作実験によって明らかになった。
【０００８】
本発明は、積層型のスラスト支持機構における前述のような問題に対処して、レースやローラ保持器に精度の高い長穴を穿孔するためのコストを大幅に低減すると共に、スラスト支持機構のミドルレース等が騒音や振動の発生原因となることがないような、流体機械用の改良されたスラスト支持機構を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載された流体機械用のスラスト支持機構を提供する。
本発明は、ハウジングと、旋回部と、フロントレースと、複数個のフロントローラ及びフロント保持器と、ミドルレースと、複数個のリアローラ及びリア保持器と、リアレースとを順次に直列に積層しているスラスト支持機構において、フロントレース、フロント保持器、及びミドルレースの前方の３者の間に第１の方向の相対的移動のみを許すように、ミドルレースに固定されると共に、それ以外の前方の２者に形成された第１の方向の２個の長穴を貫通していることにより、複数個のフロントローラを第１の方向に転動させる単に２本のフロントピンを使用していることと、ミドルレース、リア保持器、及びリアレースの後方の３者の間に第１の方向と直交する第２の方向の相対的移動のみを許すように、ミドルレースに固定されると共に、それ以外の後方の２者に形成された第２の方向の２個の長穴を貫通していることによって、複数個のリアローラを第２の方向に転動させる単に２本のリアピンを使用していることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、本発明のスラスト支持機構の特徴をより簡単に表現すると、積層型のスラスト支持機構において、単に２本のフロントピンと、それら２本のフロントピンによって形成される平面に対して直交する他の平面を形成する単に２本のリアピンとを設けた点に特徴があるということができる。
本発明のスラスト支持機構においては、ミドルレースよりも前側には単に２本のフロントピンが用いられているだけであり、また、後側にも単に２本のリアピンが用いられているだけであるから、通しピンを４本設ける場合に比べて機構が簡単になるだけでなく、フロントピン又はリアピンが係合する対象としてレースや保持器に形成される長穴の数も２個づつで済むので、高い精度が要求される長穴の加工によって必要になるコストを半減させることが可能になる。
【００１１】
本発明のスラスト支持機構においては、上下位置に設けられた上下方向に長い２個の長穴を貫通する２本のフロントピンによって形成される平面を、旋回部の前面において上下方向（垂直方向）とすると共に、左右位置に設けられた左右方向に長い２個の長穴を貫通する２本のリアピンによって形成される平面を、それと直交するように左右方向（水平方向）に定める。それによって設計や部品の位置決めが容易になる。
【００１２】
本発明のスラスト支持機構において最も好ましい実施の形態は、２本のフロントピンと係合するようにフロントレース、ミドルレース、或いはフロント保持器の一部に形成された全ての長穴の長手方向によって定められる平面が単一であって、その平面が同じ２本のフロントピンによって定められる平面と一致していると共に、２本のリアピンと係合するようにミドルレース、リアレース、或いはリア保持器の一部に形成された全ての長穴の長手方向によって定められる平面も単一であって、その平面が同じ２本のリアピンによって定められる平面と一致している場合である。
【００１３】
このようにすれば、フロントピン或いはリアピンと、それらが係合するレースや保持器に形成される長穴との間にクリアランスがあっても、旋回部の公転運動によって生じるミドルレースの正弦波運動の両死点付近において、ミドルレースが慣性力によって移動を続けようとするときに、２本のリアピンと長穴との係合箇所がミドルレースに作用する慣性力を同時に均等に支持するので、ミドルレースの回転方向の位置が不安定になることが避けられて、ミドルレースから騒音や振動が発生するのを未然に防止することができる。
【００１４】
この場合、２本のリアピンによって形成される平面が、旋回部及びリアレースの中心軸線を含むと共に、２本のフロントピンによって形成される平面が、フロントレースの中心軸線を含むようにしてもよいし、２本のリアピンによって形成される平面が、旋回部及びリアレースの中心軸線を含まないようにオフセットされていると共に、２本のフロントピンによって形成される平面が、フロントレースの中心軸線を含まないようにオフセットされていてもよい。いずれも場合も概ね同等の作用効果が得られる。
【００１５】
前述のように、リア側の全ての長穴の長手方向を単一の平面上に統一して、その平面を２本のリアピンによって定められる平面と一致させることができる場合は勿論のことであるが、その条件を満たすことができない場合であっても、２本のフロントピンとそれらが係合する長穴との間のクリアランスを、２本のリアピンとそれらが係合する長穴との間のクリアランスよりも小さくすることにより、ミドルレースの位置が正弦波運動の両死点付近において回転方向に不安定となることを抑止することができるので、その際にミドルレースが騒音や振動を発生することを防止することができる。
【００１６】
本発明のスラスト支持機構が適用される流体機械は、その旋回部からなる作動室において超臨界圧流体を取り扱うことができる。超臨界圧流体を圧縮して液化させるためには高い圧力を流体に加える必要があるので、作動室を形成する旋回部には非常に大きなスラスト荷重が作用するし、高圧の超臨界圧流体を作動室において膨張させる場合も同様であるが、本発明のスラスト支持機構は転動する複数個のローラを使用しているので、そのように非常に大きなスラスト荷重が作用する場合でも旋回部を軽快に公転運動させることができる。
【００１７】
本発明のスラスト支持機構は、例えばスクロール型圧縮機のような圧縮機に使用することができるし、更に例えばスクロール型膨張機のような膨張機に使用することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧縮機用のスラスト支持機構の第１実施例を図１に示す。第１実施例のスラスト支持機構は、例えばスクロール型圧縮機のような容積型の圧縮機において、自転をしないで公転運動のみをする可動スクロール部材のような旋回部１１と、静止部材であるハウジング１０との間に設けられる。図１において、１は平滑な表面を有する円環状のフロントレースであって、圧縮機等のハウジングに対して図示しないピン等の手段によって回転不能に固定されている。２は複数個のフロントローラであって、フロントレース１の表面を上下方向（Ｙ−Ｙ’として示すＹ軸方向）に転動することができる。
【００１９】
３は両面が平滑な表面となっている円環状のミドルレースであって、前述のフロントレース１との間に複数個のフロントローラ２を挟んで支持されていることによって、フロントレース１に対して常に平行な状態で支持され、フロントローラ２が転動することによって上下方向（Ｙ軸方向）に移動することができる。複数個のフロントローラ２が一様に上下方向にのみ転動するように、フロントレース１とミドルレース３との間には円環状のフロント保持器４が設けられる。フロント保持器４には、フロントローラ２を上下方向に転動可能に受け入れる穴が複数個設けられている。フロント保持器４は回転する必要がないので、フロントレース１又はミドルレース３のいずれか一方に固定されているか、或いは適当な手段により、それらの間において回転不能な状態で上下方向にのみ移動可能に案内、支持されている。
【００２０】
５は複数個のリアローラであって、ミドルレース３の平滑な後面上を上下方向（Ｙ軸方向）とは直角の方向、即ち図２の（ａ）及び（ｃ）に示すように左右の方向（Ｘ−Ｘ’として示すＸ軸方向）に転動することができる。６は平滑な表面を有する円環状のリアレースであって、スクロール型圧縮機における可動スクロール部材のような旋回部１１に対して図示しないピン等によって回転不能に固定されており、前述のミドルレース３との間にリアローラ５を挟んで支持されることにより、ミドルレース３に対して常に平行な姿勢を維持しながら、リアローラ５が転動するときにミドルレース３に対して左右方向（Ｘ軸方向）に移動することができる。もっとも、ミドルレース３自体が前述のように上下方向に移動するので、それに連動してリアレース６は旋回部１１と共に左右方向だけでなく上下方向にも移動して公転をすることができる。それによって旋回部１１は公転可能となる。
【００２１】
複数個のリアローラ５がミドルレース３に対して一様に左右方向にのみ転動することができるように、ミドルレース３とリアレース６との間に円環状のリア保持器７が設けられる。リア保持器７にはリアローラ５を左右方向に転動可能に受け入れる穴が複数個設けられている。リア保持器７は回転する必要がないので、ミドルレース３又はリアレース６のいずれかに固定されているか、或いは適当な手段により、それらの間において回転不能な状態で左右方向及び上下方向に移動可能に支持されている。
【００２２】
ミドルレース３の上下に穿孔された２個の圧入穴３ａには２本のフロントピン８ａが圧入、固定されて軸方向の前方に向かって突出していると共に、ミドルレース３の左右に穿孔された２個の圧入穴３ｂには２本のリアピン８ｂが圧入、固定されて軸方向の後方に向かって突出している。２本のフロントピン８ａはフロント保持器４の上下に形成された上下方向の長穴４ａと、フロントレース１の上下に形成された上下方向の長穴１ａを共に貫通して、それらに係合可能となっている。そのためにフロントピン８ａの直径は長穴１ａ，４ａの幅よりも僅かに小さくなっており、それによってミドルレース３はフロントレース１及びフロント保持器４に対して上下方向に移動可能となっている。なお，当然のことであるが、長穴１ａ及び４ａはフロントローラ２が転動する範囲を避けて設ける。
【００２３】
また、ミドルレース３の左右において後方に向かって突出している２本のリアピン８ｂは、リア保持器７の左右に形成された左右方向の長穴７ａと、リアレース６の左右に形成された左右方向の長穴６ａを共に貫通してそれらに係合可能となっている。そのためにリアピン８ｂの直径は長穴６ａ，７ａの幅よりも僅かに小さくなっており、それによってリアレース６及び圧縮機旋回部１１はミドルレース３に対して左右方向に移動可能となっている。なお、この場合も、長穴６ａ及び７ａはリアローラ５が転動する範囲を避けて設けられる。
【００２４】
図示していないが、圧縮機旋回部１１を駆動するためにクランク機構が設けられる。それによって圧縮機旋回部１１は半径が一定の偏心運動を強制される。その際に発生する自転成分を除去して公転のみをさせるために、圧縮機旋回部１１には図示しない自転防止機構が設けられる。第１実施例のスラスト支持機構において、フロントローラ２やリアローラ５として図示のように小さな円柱形の転動体を使用した場合には、円柱形の転動体が一定の方向に転動する性質を有することから、スラスト支持機構自体が自転防止作用を有するが、大きな荷重が作用する状態においては、このスラスト支持機構が必ずしも精度の高い自転防止作用を奏するとは限らないので、圧縮機旋回部１１の側に専用の自転防止機構を設けることが望ましい。それによって、第１実施例のスラスト支持機構は文字通り軸方向の推力としてのスラスト荷重のみを支持すればよいことになるので、機構の内部に無理な力が作用する恐れがなくなって耐久性が向上すると共に、圧縮機旋回部１１が全く自転成分を含まない公転運動のみをするようになる。
【００２５】
第１実施例の圧縮機用のスラスト支持機構はこのように構成されているので、図示しない圧縮機が流体を圧縮することによって旋回部１１が受けるスラスト荷重は、リアレース６、リアローラ５、ミドルレース３、フロントローラ２、及びフロントレース１を介して、固定のハウジング１０によって確実に支持される。フロント保持器４及びリア保持器７は、フロントローラ２及びリアローラ５がそれぞれの転動軌道を外れないようにそれらを案内する。圧縮機が流体を圧縮するとき、圧縮機旋回部１１は自転成分を伴わない公転運動をするが、その公転運動のうちの左右方向（Ｘ軸方向）の運動はリアローラ５がミドルレース３とリアレース６の間で転動することによって殆ど抵抗なく許容される。また、公転運動のうちの上下方向（Ｙ軸方向）の運動はフロントローラ２がミドルレース３とフロントレース１の間で転動することによって殆ど抵抗なく許容される。
【００２６】
従って、圧縮機旋回部１１に作用するスラスト荷重が第１実施例のスラスト支持機構によって確実に支持されて、圧縮機旋回部１１が軸方向に後退（図示例の場合は前進）することが確実に阻止されるにもかかわらず、圧縮機旋回部１１を公転運動させる図示しないクランク機構を含む駆動手段等は、圧縮機の内部に作用する流体の圧縮反力による抵抗を受けるだけであって、スラスト支持機構の摩擦抵抗を受けることがないので、このようなスラスト支持機構を設けていない圧縮機に比べて、圧縮機旋回部１１を比較的小さな動力によって軽快に駆動することが可能になり、それによって圧縮機は高い効率をあげることができる。
【００２７】
しかしながら、このようなことは本発明を含めて転動するローラを使用するこの種のスラスト支持機構に共通する基本的な作用効果であって、第１実施例に代表される本発明のスラスト支持機構における作用効果の特徴は更に別の点にある。従って、以下、第１実施例の作用効果上の特徴について詳しく説明をする。
まず、本発明の第１実施例のスラスト支持機構においては、ミドルレース３の前方に向かって２本のフロントピン８ａと、後方に向かって２本のリアピン８ｂが設けられているだけであるから、それらに対応してフロントレース１及びフロント保持器４やリア保持器７及びリアレース６にも長穴がそれぞれ２個づつ設けられているだけである。この場合、図１から明らかなように、２本のフロントピン８ａが係合するフロントレース１の２個の長穴１ａとフロント保持器４の２個の長穴４ａの長手方向は全て単一の平面内にある。この平面はまた、２本のフロントピン８ａによって形成される平面と一致している。同様に、２本のリアピン８ｂが係合する全ての長穴の長手方向によって定められる平面もまた単一であって、この平面は２本のリアピン８ｂによって形成される平面と一致しており、これら２つの平面は相互に直交している。
【００２８】
ところで、多数の長穴をレースや保持器上の所定の位置に正確に、且つ対応するピンとの係合箇所に所定の大きさのクリアランスが生じるように正確な形状を有するものとして形成することや、多数のピンをレース上の正確な位置に取り付ける工程は、いずれもかなりの困難を伴うためにコストが嵩むから、この場合にフロントレース１、フロント保持器４、リア保持器７、及びリアレース６に設ける長穴の数を僅か２個づつとすることによって、コストを大幅に低減可能としたことは、第１実施例に代表される本発明の第１の特徴である。
【００２９】
圧縮機旋回部１１が一定の公転半径を有する公転運動をするときに、それに伴ってリアレース６はミドルレース３に対して左右方向（Ｘ軸方向）に往復運動をすると共に、ミドルレース３はフロントレース１に対して上下方向（Ｙ軸方向）に往復運動をする。これらの往復運動はいずれも所謂「正弦波運動」であって、圧縮機旋回部１１側が駆動側となって、スラスト支持機構の前方に向かって順次に強制されるものである。従って、第１実施例のスラスト支持機構を構成する複数個の部材の中でも、圧縮機旋回部１１に比較的に近い部材は、それよりも遠い部材に対して正弦波運動に関する駆動側となる。
【００３０】
正弦波運動にはその運動範囲の両端において死点（上死点及び下死点）が存在するので、スラスト支持機構を構成する部材の中でもハウジング１０に固定されないで移動可能なミドルレース３（リアピン８ｂ及びフロントピン８ａを含む）は、それが一定の質量を有するものである以上、上下方向（Ｙ軸方向）の正弦波運動の上死点或いは下死点において、駆動側のリアレース６及び旋回部１１が上方向或いは下方向への移動を終了しても、慣性によって更に上方向或いは下方向へ移動を続けようとする。
【００３１】
なお、ハウジング１０に固定されたフロントレース１に形成されている長穴１ａの長さは、ミドルレース３の正弦波運動の上下方向の上死点及び下死点においても、フロントピン８ａが長穴１ａの端部に接触しない程度に上下方向に十分に長くなっているので、長穴１ａとフロントピン８ａによってミドルレース３の上下方向への慣性運動が阻止されることはない。また、ピンが長穴の中を円滑に摺動することができるように長穴の幅はピンの直径よりも僅かに大きくなっているから、両者の係合箇所には僅かな遊隙（クリアランス）が存在する。従って、ミドルレース３の上下方向の正弦波運動の上死点或いは下死点においては、後述のような理由によってミドルレース３の回転方向の位置が不安定になると、リアピン８ｂがリアレース６の長穴６ａの側壁面に衝突して騒音や振動が発生する可能性がある。
【００３２】
しかしながら、第１実施例のスラスト支持機構においては、リアピン８ｂがミドルレース３の後面の左右に離れた位置にそれぞれ１本だけ設けられていて、それら２本のリアピン８ｂが、リアレース６上において左右方向に離れて設けられた２個の長穴６ａと係合し得るだけであるから、ミドルレース３に作用する慣性力によって左右２本のリアピン８ｂが同時に左右の長穴６ａの側壁面に接触して係合し、これら左右に離れた２つの係合箇所によって慣性力が均等に支持されるので、ミドルレース３が正弦波運動の上死点及び下死点において慣性力によって不安定な状態に陥るということがない。
【００３３】
従って、第１実施例のスラスト支持機構によれば、この種の機構においてミドルレース３の上下方向への慣性運動によって発生する可能性がある騒音や振動が効果的に抑制される。なお、リアローラ５が転動することにより、ミドルレース３は左右方向への正弦波運動をしないのと、上下方向に離れた２本のフロントピン８ａが、ハウジング１０に固定されたフロントレース１の２個の長穴１ａの側壁面に同時に接触、係合して形成される２つの係合箇所によって、ミドルレース３が左右方向にも安定に支持されるので、この場合も騒音や振動の発生原因となることがない。このように、ミドルレース３の慣性運動によって発生する騒音や振動を大幅に低減させ得る点が、第１実施例に代表される本発明の作用効果における第２の特徴である。
【００３４】
本発明の実施例によってもたらされる前述のような作用効果が優れていることを比較論証するために、従来の技術水準を示す比較例としてのスラスト支持機構を図３に示す。図１に示す本発明の第１実施例のスラスト支持機構と実質的に同じ構成部分については同じ参照符号を付して説明を省略する。また、図３に示す比較例において問題となる作動状態を図４に示す。
【００３５】
図３に示す比較例においては、本発明の第１実施例におけるフロントピン８ａやリアピン８ｂと違って長さが２倍近くもある通しピン８を４本使用しており、それらの通しピン８が、ミドルレース３に形成された上下及び左右の圧入穴３ａ及び３ｂを貫通していて、それら４本の通しピン８の中間部分がミドルレース３に固定されている。従って、ミドルレース３の前方及び後方のいずれの方向にも４本の通しピン８が突出しているので、それらに対応してフロントレース１’及びフロント保持器４’には上下方向（Ｙ軸方向）の長穴１ａ’，４ａ’がそれぞれ４個づつ設けられていると共に、リアレース６’及びリア保持器７’には左右方向（Ｘ軸方向）の長穴６ａ’，７ａ’がそれぞれ４個づつ設けられている。このように、図３に示す比較例においては、長穴の数が図１に示す本発明の第１実施例の場合の２倍もの数だけ設けられているので、高い精度が必要な長穴の加工に要するコストが本発明の場合の２倍になる。
【００３６】
更に、圧縮機旋回部１１と一体化されたリアレース６’が上下方向の正弦波運動の上死点又は下死点に到達して上下方向の移動を停止したときに、慣性によって移動を続けようとするミドルレース３に固定されている４本の通しピン８のそれぞれ後方部分が、リアレース６’に設けられた４個の長穴６ａ，６ａ’の側壁に対して接触して係合しようとするが、４本もある通しピン８の位置の精度や、４個の長穴６ａ及び６ａ’の形状の精度を高めても、考えられる４つの係合箇所におけるクリアランスの大きさが全て同じで、４本の通しピン８が同時に長穴の側壁面に接触することはあり得ず、４つの係合箇所のうちでクリアランスの最も小さいものが先に接触し、図４に示したように、その接触点を中心としてミドルレース３がいずれかの方向に微小な角度だけ回転することにより２番目の係合箇所が接触する。
【００３７】
仮に、リアレース６’の左右方向の２個の長穴６ａがそれらに対応する通しピン８の後方部分に最初に接触、係合して、これら２つの係合箇所のみによってミドルレース３の上下方向の慣性運動が阻止されるのであれば問題はないが、最初に接触する２つの係合箇所のうちの少なくとも一方が、図３及び図４にＡ及びＢとして示したように、リアレース６’の上下方向の長穴６ａ’と、それらに対応する通しピン８の後方部分とによる係合箇所である場合には問題が生じる。
【００３８】
このような場合には、２番目の係合箇所が接触したときに、そこに作用する力によってミドルレース３が跳ね返されて、３番目の係合箇所が接触する位置までミドルレース３が最初の係合箇所の接触点を中心として反対方向に僅かな角度だけ回転させられる。そして、３番目の係合箇所が接触したときに、そこに作用する力によってミドルレース３が更に跳ね返されて、再び２番目の係合箇所が接触する位置まで再逆転をする。このようなことを繰り返す結果、ミドルレース３の回転方向の位置が不安定になり、通しピン８と長穴の側壁面が着脱を繰り返すことによって大きな騒音や振動が発生するようになる。
【００３９】
なお、圧縮機旋回部１１及びリアレース６が公転をすることによって左右方向（Ｘ軸方向）の正弦波運動をしても、その運動はリアレース６とミドルレース３の後面との間でリアローラ５を転動させるだけであって、ミドルレース３が左右方向に移動することはないから、ミドルレース３に左右方向の慣性力が発生することはない。従って、第１実施例のスラスト支持機構においては、旋回部１１及びリアレース６の左右方向の正弦波運動によってミドルレース３が振動したり、騒音を発生するような恐れはない。
【００４０】
図５及び図６に、発生する振動と騒音の大きさについて、図１に示す本発明の第１実施例のスラスト支持機構と、図３に示す比較例のスラスト支持機構とを対比して試験、評価を行った結果を示す。これらの図において、本発明の場合の振動や騒音の音圧は実線によって示されており、比較例のそれらは破線によって示されている。図５及び図６から明らかなように、比較例に対する本発明の騒音低減効果は、８４．２ｄＢＡ−８２．５ｄＢＡであって、本発明によって約２ｄＢも騒音の音圧レベルが低減することが判った。このように、本発明を実施することによりスラスト支持機構の静粛性が確保されるだけでなく、前述のように各部材に設ける長穴の数を半減させることができるためコスト低減効果も大きい。
【００４１】
図７に本発明の第２実施例としてのスラスト支持機構の構成を示す。図１に示す第１実施例のスラスト支持機構と比べて異なる点は、第１実施例においてフロントレース１やフロント保持器４に設けられている上下方向（Ｙ軸方向）の長穴１ａ，４ａが、フロントレース１やフロント保持器４の上下方向の中心線上に形成されているのに対して、第２実施例においては同じくＹ軸方向ではあっても、中心線とは異なる平行にオフセットされた線上に形成されていることが異なる。また、第２実施例においては、リアレース６やリア保持器７に設けられる左右方向（Ｘ軸方向）の長穴６ａ，７ａも、左右方向の中心線に対して平行にオフセットされた線上に形成されている。従って、フロントピン８ａ及びリアピン８ｂのためにミドルレース３上に形成される圧入穴３ａ及び３ｂの位置も、第１実施例におけるそれらの位置とは異なっている。
【００４２】
第２実施例のスラスト支持機構はこのように第１実施例とは若干異なる構成を有するが、それによって異なる作用をする訳ではなく、第１実施例の場合と実質的に同様な作用効果を奏する。図８に示す本発明の第３実施例としてのスラスト支持機構の構成は、各長穴の位置が上下方向及び左右方向の中心線に関して第２実施例とは反対側にオフセットされている点に特徴があるが、この場合も実質的に第１実施例や第２実施例と同様な作用効果を奏する。第２実施例や第３実施例から明らかになったことは、本発明によって各部材に２個づつ設けられる長穴の位置がＹ軸方向又はＸ軸方向の中心線から若干シフトしていても、それによって特に異なる作用効果を奏することはないということである。従って、２個の長穴やフロントピン８ａ及びリアピン８ｂを設ける位置には若干の自由度があるということが分かる。
【００４３】
図９に本発明の第４実施例としてのスラスト支持機構の構成を示す。第４実施例における構成上の第１の特徴は、第１実施例においては２本のフロントピン８ａが、軸方向の中央にあるミドルレース３の圧入穴３ａに圧入されて固定されているのに対して、第４実施例においてはフロントレース１（或いは、ハウジング１０）に設けられた２個の圧入穴１ｂに圧入されて固定されていて、これらのフロントピン８ａがフロント保持器４に設けられた上下方向の長穴４ａに係合すると共に、ミドルレース３にも上下方向に２個の長穴３ａ’が形成されていて、これらの長穴３ａ’にフロントピン８ａが係合していることである。第４実施例の第２の特徴は、リアピン８ｂもまたリアレース６（或いは、旋回部１１）に設けられた２個の圧入穴６ｂに圧入されて固定されていて、これら２本のリアピン８ｂがリア保持器７に形成された左右方向の長穴７ａのみならず、ミドルレース３に形成された長穴３ａ’に係合していることである。
【００４４】
第４実施例のスラスト支持機構はこのように第１実施例とは若干異なる構成を有するが、それによって異なる作用をする訳ではなく、第１実施例の場合と実質的に同様な作用効果を奏する。図１０に示す本発明の第５実施例としてのスラスト支持機構や、図１１に示す本発明の第６実施例としてのスラスト支持機構は、第１実施例の変形例に相当する第２実施例及び第３実施例と同様に、第４実施例に対する変形例に相当するものであって、いずれも長穴やピン８ａ，８ｂ等の位置が、上下方向及び左右方向の中心線に関してどちらかの側にオフセットされている点に特徴がある。しかしながら、いずれの場合も実質的に第４実施例と同様な、従って、第１実施例と実質的に同様な作用効果を奏する。
【００４５】
図１２に本発明の第７実施例としてのスラスト支持機構の構成を示す。この場合もミドルレース３の圧入穴３ａ及び３ｂに固定されるフロントピン８ａとリアピン８ｂはそれぞれ２本づつであって、それらに対応して前後のレースや保持器に形成される長穴の数も、前述の各実施例と同様に図３の比較例の半分に低減させることができるが、リアレース６に設ける長穴は、あえて図３の比較例の場合と同様に、上下位置に設けられた左右方向（Ｘ軸方向）に長い長穴６ａ’を用いている。それに伴って、フロントレース１の左右両側には上下方向（Ｙ軸方向）に長い長穴１ａ’が形成される。
【００４６】
このような構成をとった場合、先に図３に示す比較例について図４等を参照して説明したように、圧縮機旋回部１１の公転運動のうちで上下方向（Ｙ軸方向）の正弦波運動成分の上死点及び下死点付近において、ミドルレース３に作用する慣性力によって正逆転方向の回転運動が生じ、ミドルレース３が不安定になって騒音や振動を発生する可能性がある。しかしながら、第７実施例においては、図１２（ｂ）に示したように、フロントレース１の長穴１ａ’とフロントピン８ａとの間のクリアランスＣ1 をできるだけ小さくして、図１２（ｃ）に示したリアレース６の長穴６ａ’とリアピン８ｂとの間の通常程度のクリアランスＣ2 よりも小さくしているので、ミドルレース３に図４（ｃ）に示したような正逆転方向の回転運動が発生する状態でも、その回転運動が図１２（ｂ）に示す長穴１ａ’とフロントピン８ａとの係合箇所１２ｂによって阻止されるため、ミドルレース３が騒音や振動を発生することがない。
【００４７】
図１３に本発明の第８実施例としてのスラスト支持機構を示す。第８実施例は第７実施例の変形例に相当するもので、この場合は図１３（ｂ）に示すように、フロントレース１に固定されたフロントピン８ａがミドルレース３の左右方向の両側に設けられた上下方向（Ｙ軸方向）の長穴３ｂ”に係合（係合箇所１３ｂ）すると共に、図１３（ｃ）に示すように、リアレース６に固定されたリアピン８ｂがミドルレース３の上下方向の両側に設けられた左右方向（Ｘ軸方向）の長穴３ａ”に係合（係合箇所１３ｃ）している。そして、図１３（ｂ）に示すクリアランスＣ1 をできるだけ小さくして、図１３（ｃ）に示す通常程度のクリアランスＣ2 よりも小さくすることにより、ミドルレース３に発生する可能性がある回転運動を阻止し、ミドルレース３が騒音や振動が発生するのを防止している。
【００４８】
第７実施例と第８実施例においては、本来はミドルレース３の回転方向の位置が不安定となるような悪条件のもとにおいても、フロント側のピンと長穴の間のクリアランスＣ1 を、リア側のピンと長穴の間のクリアランスＣ2 よりも小さくすることにより、騒音や振動の発生を効果的に抑止することができるが、このようにフロント側のクリアランスＣ1 とリア側のクリアランスＣ2 との間に差をつけることは、好適な実施例である第１実施例から第６実施例までのスラスト支持機構においても実施することが可能なことであり、それによって、騒音や振動の抑止効果が更に高くなる。
【００４９】
図示実施例においては、フロントローラ２及びリアローラ５として全て小さな円柱形のものを示しているが、本発明において「ローラ」と言うのは、単に円柱形のコロだけを意味するのではなく、球形や俵形等のコロを含めて、減摩作用のある転動体一般を意味している。従って、図示実施例におけるフロントローラ２及びリアローラ５は、そのままで例えば鋼球等に置き換えることができる。
【００５０】
なお、図示実施例においては、本発明の流体機械用のスラスト支持機構を具体的にスクロール型圧縮機に適用した場合を例にとって説明しているが、本発明の流体機械用のスラスト支持機構はスクロール型圧縮機のような圧縮機に限らず、例えばスクロール型の膨張機のように、加圧された流体を旋回部からなる作動室に受け入れて膨張させることによって動力を発生する所謂「膨張機」にそのまま適用可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施例の要部を拡大して示すもので、（ａ）は断面の斜視図、（ｂ）は同じ部分の正面断面図、（ｃ）はリアレースを除いた同じ部分の側面図である。
【図３】本発明に対する比較例の構成を示す分解斜視図である。
【図４】比較例の問題を説明するためのもので、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。
【図５】本発明の振動低減効果を示す線図である。
【図６】本発明の騒音低減効果を示す線図である。
【図７】本発明の第２実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の第３実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の第４実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図１０】本発明の第５実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の第６実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の第７実施例の構成を示すもので、（ａ）は全体の分解斜視図、（ｂ）は要部の側面図、（ｃ）は他の要部の側面図である。
【図１３】本発明の第８実施例の構成を示すもので、（ａ）は全体の分解斜視図、（ｂ）は要部の側面図、（ｃ）は他の要部の側面図である。
【符号の説明】
１…フロントレース
１’…比較例のフロントレース
１ａ，１ａ’，３ａ’，３ｂ”，４ａ，４ａ’…上下方向（Ｙ軸方向）の長穴
２…フロントローラ
３…ミドルレース
３ａ，３ｂ…圧入穴
３ａ”，３ｂ’，６ａ，６ａ’，７ａ，７ａ’…左右方向（Ｘ軸方向）の長穴
４…フロント保持器
４’…比較例のフロント保持器
５…リアローラ
６…リアレース
６’…比較例のリアレース
７…リア保持器
７’…比較例のリア保持器
８…比較例の通しピン
８ａ…フロントピン
８ｂ…リアピン
１０…ハウジング
１１…圧縮機の旋回部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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