(57)【要約】【課題】弁体を付勢するスプリングの振動（ハンチング）を安定して防止でき、磨耗粉が発生しにくいスプリング装置および制御弁を提供する。【解決手段】略多角形断面１ｂを持ち、前記多角形の一辺１ｃが、おおよそスプリング中心線Ｃを軸とする略円錐面Ｗの一部を形成する圧縮コイルスプリング１と、前記多角形の一辺１ｃに当接する面２ｃを有し、該当接面２ｃもおおよそスプリング中心線Ｃを軸とする略円錐面Ｗの一部を形成している相手側部材２と、を有することを特徴とする圧縮コイルスプリング装置。【選択図】図１
2007333053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略多角形断面（１ｂ）を持ち、前記多角形の一辺（１ｃ）が、おおよそスプリング中心線（Ｃ）を軸とする略円錐面（Ｗ）の一部を形成する圧縮コイルスプリング（１）と、
前記多角形の一辺（１ｃ）に当接する面（２ｃ）を有し、該当接面（２ｃ）もおおよそスプリング中心線（Ｃ）を軸とする略円錐面（Ｗ）の一部を形成している相手側部材（２）と、を有することを特徴とする圧縮コイルスプリング装置。
【請求項２】
前記相手側部材（２）がコイルスプリング形態をとることを特徴とする請求項１に記載の圧縮コイルスプリング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧縮コイルスプリング装置を有することを特徴とする制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮コイルスプリング、特に制御弁のハンチング防止用圧縮コイルスプリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置等の冷凍サイクルにおける冷媒回路中には、例えばコンデンサから送られる冷媒を膨張させるための膨張弁、あるいは圧縮機からの所定圧力以上の冷媒を圧縮機の吸込側に戻す吐出圧力調整弁等の各種の流体制御弁が用いられている。これらの流体制御弁は、通常、スプリングにより弁体を閉弁方向に付勢し、それに対向して作動するダイヤフラムを配置し、流体圧力が変化する時、ダイヤフラムを作動して、コイルスプリングによる閉弁力に抗して開弁させている。
【０００３】
このような流体制御弁においては、その弁体は、コイルスプリングとダイヤフラムの作用により開閉を行うため、振動を生じ易い作動機構となっているほか、弁体の開閉作動時に弁体と弁座間の間隙を通過する流体の乱れによりコイルスプリングの作動が不安定になり振動が生じ易い。
【０００４】
弁体を付勢するコイルスプリングが振動を生じると、弁体の作動自体が振動状態となり、膨張弁や圧力調整弁等の流体制御弁としての作動が不安定となり、所定の機能を奏しえなくなることがあるほか、弁体の耐久性を低下させ、また、弁体自体の異音及び冷媒配管内圧変動による騒音等を発生する原因となる。
【０００５】
その対策として、特許文献１に記載されたスプリング装置が提案されている。これは、図５に示すように、コイルスプリング９１の内側に常時接触するよう付勢されたばね部材９２を設けたものである。弁体を付勢するコイルスプリング９１に、上記のようなばね部材９２のような振動防止部材を設けた制御弁９０において、コイルスプリングが振動（ハンチング）を開始した場合、その振動は多少妨害される。しかし、コイルスプリングとばね部材は、点接触または線接触をするため、コイルスプリングの伸縮により相互に摩擦して磨耗粉が発生しやすい。この磨耗粉が機器類の摺動部やシール部に至ると焼き付きやシール不良を発生させる。また、点接触または線接触においては、摩擦力は不安定であり、振動防止作用は不十分なものであった。なお、振動防止用コイルスプリングとして、特許文献２〜４に開示された技術もある。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−６１８１０号公報
【特許文献２】実開昭６０−５２４３３号公報
【特許文献３】実開昭６０−５２４３４号公報
【特許文献４】実開昭６０−５２４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、弁体を付勢するスプリングの振動（ハンチング）を安定して防止でき、磨耗粉が発生しにくいスプリング装置および制御弁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】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、圧縮コイルスプリング装置は、略多角形断面を持ち、多角形の一辺が、おおよそスプリング中心線を軸とする略円錐面の一部を形成する圧縮コイルスプリングと、前記多角形の一辺に当接する面を有し該当接面もおおよそスプリング中心線を軸とする略円錐面の一部を形成している相手側部材と、を有することを特徴とする。
【０００９】
圧縮コイルスプリングが伸縮する場合、相手側部材と面接触をしながら摩擦するので、点接触または線接触に比し磨耗粉が発生しにくい。断面が略円錐面を形成しているので、コイルスプリングが伸縮する場合、相手側部材の略円錐面により強制的に外径が収縮させられ、摩擦力が安定して働き、かつ略円錐面の勾配により伸縮変位に対する摩擦力が一定値とはならず略直線的に変化するので、後述するヒステリシス特性が顕著に大きくなる。そして、圧縮コイルスプリングが縮むときはその外径が膨らむので相手側部材との摩擦力が大きくなり、逆に伸びるときはその外径が縮むので相手側部材との摩擦力が小さくなる。このため、このスプリング装置はヒステリシス特性を有することとなり、ハンチングが起こりにくくなる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、圧縮コイルスプリング装置は、相手側部材がコイルスプリング形態をとることを特徴とする。相手側部材がコイルスプリング形態をとるので、対となる圧縮コイルスプリングと同じ素線を使用することが可能となり、製造が容易となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、制御弁は、請求項１または２に記載の圧縮コイルスプリング装置を有することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態の圧縮コイルスプリング装置を表している。符号１は圧縮コイルスプリング、２は圧縮コイルスプリング１と組合せられる相手側部材、３は相手側部材２を拘束する相手側部材拘束体である。Ｆはスプリング荷重、ｘはスプリング変位である。
【００１３】
圧縮コイルスプリング１は座面１ａを有し、座面１ａを介して圧縮力Ｆを受ける。相手側部材２は、コイルスプリング形態をとるが、座面を有する必要は無い。圧縮コイルスプリング１は、略多角形断面１ｂを持つ。そして、該断面１ｂの外周側における前記多角形の一辺１ｃが、おおよそスプリング中心線Ｃを軸とする略円錐面Ｗの一部を形成している。別の表現をすれば、前記多角形の一辺１ｃは、コイルスプリング中心線に対して傾斜角θを有する。
【００１４】
相手側部材２は、前記略円錐面Ｗ，１ｃに当接する面２ｃを有する。この面２ｃは、前記略円錐面Ｗ，１ｃが転写された形状となっている。すなわち、前記多角形の一辺１ｃに当接する面２ｃも、おおよそスプリング中心線Ｃを軸とする略円錐面Ｗの一部を形成している。相手側部材２は、その背面２ｄが、相手側部材拘束体３の内周面３ａと当接している。
【００１５】
相手側部材拘束体３は、内周面３ａを持つ円筒形状となっている。相手側部材拘束体３は、例えば制御弁の本体に固定されている。あるいは、相手側部材拘束体３は、制御弁の本体と一体化されたものであっても良い。
【００１６】
そして、相手側部材２は、相手側部材拘束体３から拘束力Ｒ２を受けており、その径は収縮されている。このため、相手側部材２は相手側部材拘束体３に対して、背面２ｄおよび内周面３ａを介して密着した状態となっており、相手側部材２が相手側部材拘束体３に対して摺動するときは摩擦力Ｓ２が発生する。
【００１７】
同様に、圧縮コイルスプリング１は、相手側部材２から拘束力Ｒ１を受けており、その径は収縮されている。このため、圧縮コイルスプリング１は、相手側部材２に対して略円錐面Ｗ，１ｃ，２ｃを介して密着した状態となっており、圧縮コイルスプリング１が伸縮する場合、圧縮コイルスプリング１が相手側部材２に対して摺動して摩擦力Ｓ１が発生する。圧縮コイルスプリング１が伸縮する場合、相手側部材２と面接触をしながら摩擦するので、点接触や線接触に比し磨耗粉が発生しにくい。圧縮コイルスプリング１が伸縮する場合、相手側部材２も圧縮コイルスプリング１に一部追従して伸縮する。この場合、相手側部材２は、相手側部材拘束体３との間でも面接触をしながら摺動するので、点接触や線接触に比し磨耗粉が発生しにくい。相手側部材２は、コイルスプリング形態をとるので、対となる圧縮コイルスプリング１と同じ素線を使用することが可能となり、製造が容易となる。
【００１８】
次に、第１実施形態の圧縮コイルスプリング装置のヒステリシス特性を説明する。図４は、本発明に係る圧縮コイルスプリングのヒステリシス特性を表した図である。Ｆは圧縮コイルスプリング１に掛かる圧縮荷重、ｘは圧縮コイルスプリング１の変位、Ｌ１は圧縮コイルスプリング１が収縮（圧縮）するとき（すなわち圧縮荷重が増大しているとき）の経路線図であり、Ｌ２は圧縮コイルスプリング１が伸長するとき（すなわち圧縮荷重が減少しているとき）の経路線図である。
【００１９】
スプリング断面の外周側１ｃが略円錐面を形成しているので、コイルスプリング１が伸縮する場合、相手側部材２の略円錐面２ｃにより強制的に外径が収縮させられる。このため、摩擦力が安定して働き、かつ略円錐面２ｃの勾配により伸縮変位に対する摩擦力が一定値とはならず略直線的に変化するので、ヒステリシス特性が顕著に大きくなる。そして、圧縮コイルスプリング１が縮むときは、その外径が膨らむので相手側部材との摩擦力がその分大きくなる。このため、圧縮コイルスプリング１の変位荷重特性は、経路Ｌ１をたどる。逆に、圧縮コイルスプリング１が伸びるときは、その外径が縮むので相手側部材との摩擦力がその分小さくなる。このため、圧縮コイルスプリング１の変位荷重特性は、経路Ｌ２をたどる。こうして、このスプリング装置はヒステリシス特性を有することとなり、ハンチングが起こりにくくなる。
【００２０】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を説明する。図２は、本発明に係る第２実施形態の圧縮コイルスプリング装置を表している。符号１は圧縮コイルスプリング、４は圧縮コイルスプリング１と組合せられる相手側部材である。相手側部材４は、機能面において、第１実施形態における相手側部材２と相手側部材拘束体３が一体化されたものである。もちろん、単に相手側部材４を第１実施形態の相手側部材２と置き換えて、第１実施形態と同様に相手側部材拘束体３を具備しても良い。
【００２１】
相手側部材４は、コイルスプリング形態ではなく、円柱の中央に螺旋溝が形成されたものである。相手側部材４は、圧縮コイルスプリング１の略円錐面１ｃに当接する面４ｃを有する。この面４ｃは、第１実施形態の相手側部材２と同様に、前記略円錐面１ｃが転写された形状となっている。すなわち、前記略円錐面１ｃに当接する面４ｃも、おおよそスプリング中心線Ｃを軸とする略円錐面の一部を形成している。
【００２２】
第２実施形態の圧縮コイルスプリング装置の作用効果は、第１実施形態の圧縮コイルスプリング装置とおおよそ同じであるのでその説明を省略する。
【００２３】
（その他の実施形態）
図３は、第１実施形態の圧縮コイルスプリング装置を膨張弁に用いた実施形態を表している。図３に示すように、弁本体５１には冷媒の入口５２と出口５３を有し、この入口５２と出口５３とを連通する連通路５４には弁座５を備え、弁座５に対し、下ばね受け６に下端を支持され、上端を上ばね受け７に当接するよう圧縮配設されたコイルスプリング８によって球状の弁体１０が閉弁方向に付勢されて設けられている。
【００２４】
弁本体５１の上部には、弁本体５１に固定された下蓋１１と、その上方を覆う上蓋１２との間にダイヤフラム１３を備え、上蓋１２とダイヤフラム１３間に形成される上側ダイヤフラム室１４には、キャピラリチューブ１５により蒸発器の出口管の管壁に設けた感温筒の圧力を導いている。また、ダイヤフラム１３と下蓋１１間に形成される下側ダイヤフラム室１６は、弁本体５１に設けた均圧孔１７を介して出口５３と連通している。
【００２５】
ダイヤフラム１３の下面には当金１８が当接され、当金１８の下面には、下方から圧縮コイルスプリング１により閉弁方向に付勢される弁体１０の上方に当接するロッド１９の上端部が当接しており、上部ダイヤフラム室１４と下部ダイヤフラム室１６との圧力差により、ロッド１９を下方に押圧して弁体１０を開弁する力と、圧縮コイルスプリング１の閉弁力とのバランスによって、弁体１０は弁座５を閉鎖し、あるいは開口し、また、その開放の度合いを制御し、膨張弁としての機能をなす。なお、ロッド１９の上部外周には、ブッシュ２０に支持されたばね２１により下方に押圧されるパッキン２２を設けている。
【００２６】
この弁本体５１は、第１実施形態の相手側部材拘束体３と同一機能を有する。そして、相手側部材拘束体３たる弁本体５１と、圧縮コイルスプリング１との間には、両方の部材に密着して相手側部材２が介在している。
【００２７】
弁体１０の開弁力と閉弁力とのバランスが不安定となり、弁体１０が振動（ハンチング）を始めようとしたとき、第１実施形態の圧縮コイルスプリング装置の前述したヒステリシス特性によりこの振動は妨害される。
【００２８】
以上説明したように、本発明においては、弁体を付勢するスプリングの振動（ハンチング）を安定して防止でき、磨耗粉が発生しにくいスプリング装置および制御弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る第１実施形態の圧縮コイルスプリング装置の断面図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態の圧縮コイルスプリング装置の断面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の圧縮コイルスプリング装置を備えた制御弁の断面図である。
【図４】本発明に係る圧縮コイルスプリングのヒステリシス特性を表した図である。
【図５】従来の圧縮コイルスプリング装置を備えた制御弁の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    圧縮コイルスプリング
２    相手側部材
３    相手側部材拘束体
【図１】
2007333053.tif 000003
【図２】
2007333053.tif 000004
【図３】
2007333053.tif 000005
【図４】
2007333053.tif 000006
【図５】
2007333053.tif 000007