JP2002206580A - スプリング収納装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スプリングを巻き込んだときの片寄りを防止
すると共にトルクの損失を抑え、更に小型化を図ること
が可能なスプリング収納装置を提供する。 【解決手段】 ハウジング１１に収納され両端が回転自
在に軸支された回転軸１４と、ハウジングに収納され、
螺旋状をなして回転軸の周りに配置され、一端１５ａが
回転軸に、他端１５ｃがハウジングの係止部１３ｅに係
止されたスプリング１５とを備え、回転軸を回転させて
スプリングを巻き込み、スプリングのばね力により回転
軸を逆方向に回転させるスプリング収納装置において、
スプリング１５は、他端側１５ｂが接線方向に延び、他
端１５ｃが内側に略Ｕ字状に曲げられて係止部とされ、
ハウジング１１の係止部１３ｅは、スプリングの他端側
１５ｂの内側に接線方向に沿って設けられ、スプリング
の他端側内面がハウジングの係止部外面に当接され、ス
プリングの他端１５ｃが係止部１３ｅの基端１３ｅ'に
係止される構成としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スプリング収納装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、流体通路を流れる流体の流量を
制御する制御弁として、流体通路に介挿されて当該流体
通路を開閉制御する弁装置と、この弁装置に装着されて
回転軸が前記弁装置の弁軸に結合され、スプリングのば
ね力により閉弁するリターンスプリング装置と、このリ
ターンスプリング装置に装着されて出力軸が前記回転軸
に結合され、電気モータの回転力により前記リターンス
プリング装置のバネ力に抗して前記弁装置を開弁させる
電動アクチュエータと備えたスプリングリターン型制御
弁がある。

【０００３】前記リターンスプリング装置は、図１３に
示すように図示しないハウジングに収納されて回転自在
に軸支された回転軸１と、螺旋状をなし回転軸１の周り
に同心的に配置されて一端２ａが回転軸１に係止され、
他端２ｂが前記ハウジングに設けられた係止部３に係止
されたスプリング２により構成されており、回転軸１が
前記電動アクチュエータにより図中反時計方向に回転さ
れるとスプリング２が巻き込まれてばね力（トルク）を
蓄え、前記電動アクチュエータの回転力が解除されると
スプリング２に蓄えられたばね力により回転軸１を図中
時計方向に回転させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造のリターンスプリング装置は、スプリング２の他端２
ｂを外側に折り曲げ、係止部３が他端２ｂの外側に配置
されているためにハウジングの形状が大きくなる。ま
た、スプリング２を巻き込んだときに他端２ｂが引っ張
られてきれいな形状に巻き上げられず、図１４に示すよ
うにスプリング全体が片寄ってしまい、ピッチが密の部
分が擦り合い、粗の部分の最外周部がハウジングの内面
と擦り合うこととなる。このため、これらの擦り合う部
分が摩擦となり、巻き込み（巻き上げ）トルクと巻き戻
しトルクとに差（ヒステリシス）が生じ、設計的に余裕
を持たせることが必要となり不都合である。また、スプ
リング２のピッチが粗の部分の最外周部とハウジングの
内面との擦り合いを防止するためには、ハウジングを大
きくすることが必要であり、これに伴いハウジングの形
状が大きくなるという問題がある。

【０００５】また、スプリング２の他端２ｂを係止部３
により係止する場合、自由端とするよりも固定端とする
方が同じトルクを出力するためには応力的に有利である
が、前記係止構造では、図１４に示すようにスプリング
２を巻き込んだときに片寄ってしまうために他端２ｂが
自由端となり、トルクの損失を来すことになる。スプリ
ング２を巻き込んだときの片寄りを防止する手段とし
て、図１５に示すようにスプリング２の周りにガイド４
を周方向に間隔を存して複数立設することで、片寄りを
抑えることが可能である。しかしながら、かかる手段
は、スプリング２の片寄りによる変形を複数のガイド４
により強制的に修正して狭い範囲に収めるために、スプ
リング２の外側の２巻分がガイド４に密着してばねの機
能を充分に発揮し得なくなる。この結果、接触式渦巻き
ばね（ゼンマイ）と同様に摩擦が大きくなり、ヒステリ
シスが発生するために設計的に余裕を持たせる必要があ
り不都合である。

【０００６】或いは、図１６に示すように係止部３の近
傍にピン又はネジ棒５を立設してスプリング２の他端２
ｂ近傍を内側から支えることで、スプリング２を巻き込
んだときの片寄りを抑え、全体的に隙間を持たせ、変形
等も少なく、比較的きれいに巻き込むことが可能となる
が、ハウジングにピン又はねじ棒５を立設するためのピ
ン孔又はねじ孔の加工を施すことが必要となり、加工数
や部品点数が多くなり、コスト高となる。

【０００７】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、スプリングを巻き込んだときの片寄りを防止すると
共にトルクの損失を抑え、更に小型化を図ることが可能
なスプリング収納装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明では、ハウジングに収納され両端が回
転自在に軸支された回転軸と、前記ハウジングに収納さ
れ、螺旋状をなして前記回転軸の周りに配置され、一端
が前記回転軸に係止され、他端が前記ハウジングの係止
部に係止されたスプリングとを備え、前記回転軸を回転
させて前記スプリングを巻き込み、前記スプリングのば
ね力により前記回転軸を逆方向に回転させるスプリング
収納装置において、前記スプリングは、他端側が接線方
向に延び、他端が内側に略Ｕ字状に曲げられて係止部と
され、前記ハウジングの係止部は、前記スプリングの他
端側の内側に前記接線方向に沿って設けられ、前記スプ
リングの他端側の内面が前記ハウジングの係止部の外面
に当接され、前記スプリングの他端が前記ハウジングの
係止部の基端に係止されることを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明では、前記ハウジングの係
止部の基端の外面は、前記接線方向から僅かに内側に向
かって形成されていることを特徴とする。スプリング
は、回転軸が回転されるとこれに伴い巻き込まれ、他端
側がハウジングの係止部により接線方向に沿って係止さ
れていることで、他端側が係止部の先端に圧接し、この
圧接した部分がスプリングの見かけ上の固定端となる。
これにより、スプリングの巻き込みにより蓄えられるば
ね力（トルク）の損失が抑えられる（請求項１）。

【００１０】スプリングの他端を係止するハウジングの
係止部の基端外面が、接線方向から僅かに内側を向いて
いることで、スプリングの巻き込みに伴う片寄りに対し
て反対方向への応力が発生して前記片寄りが抑えられ
る。これにより、スプリングが略均一なピッチで巻き込
まれ、巻回部分の擦り合いや、外側部分のハウジング内
面との擦り合いが防止され、スプリングの巻き込みトル
クと巻き戻しトルクとの差（ヒステリシス）が無くな
り、精度の向上が図られる。また、ハウジングの小型化
が図られる（請求項２）。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を実施例
により説明する。図１は、本発明に係るスプリング収納
装置の正面図、図２は、図１の平面図、図３は、図２の
矢線III―IIIに沿う断面図である。図１乃至図３に示す
ようにスプリング収納装置１０は、扁平な円筒形状をな
しハウジング１１内に回転軸１４、スプリング１５、ス
トッパ機構１６が収納されている。ハウジング１１は、
ケース１２とカバー１３からなり、ケース１２は、カバ
ー１３に着脱可能に装着され、これらは、夫々左右両側
部に形成された取付部１２ａ、１３ａにより固定され
る。また、これらの取付部１２ａ、１３ａは、ハウジン
グ１１を他の機器或いは取付部材等に固定するための取
付部１１ａとされる。

【００１２】図４及び図５に示すようにケース１２は、
カップ状をなし、取付部１２ａが開口部１２ｂの左右両
側部に形成されており、上面１２ｃの中央に軸孔１２ｄ
が設けられている。上面１２ｃの内側面所定位置にスト
ッパ１２ｅが突設されている。取付部１２ａは、両端に
孔１２ｈが、一側の孔１２ｈの近傍に小孔１２ｉが設け
られている。

【００１３】図６乃至図８に示すようにカバー１３は、
取付部１３ａが左右両側部にケース１２の左右の取付部
１２ａと対応して形成され、ケース１２の開口部１２ｂ
に嵌合するフランジ１３ｂが立設されており、取付部１
３ａには孔１２ｈ、１２ｉと対応して孔１３ｈ、ねじ孔
１３ｉが設けられている。底部１３ｃには中央に軸孔１
３ｄが設けられており、フランジ１３ｂ近傍の所定位置
に係止部１３ｅが突設されている。

【００１４】図６に示すように係止部１３ｅは、後述す
る螺旋状をなすスプリング１５の接線Ｌ方向に延びる他
端近傍部分１５ｂに沿って所定長さに形成され（図
９）、厚みがスプリング１５のピッチ程度とされ、高さ
がスプリング１５の幅と略同じ高さ（図７）に設定され
ている。係止部１３ｅは、先端１３ｅ"から基端１３ｅ'
近傍までの外面１３ｆが前記接線Ｌ方向に沿う平面とさ
れ、基端１３ｅ'の外面１３ｆ'が前記接線Ｌ方向から僅
かな角度θ（約４〜６°）をなして内側に向けて形成さ
れている。また、係止部１３ｅの先端１３ｅ"近傍の内
面１３ｇがスプリング１５の外側から２巻目の外周面に
沿うように僅かな角度のテーパ面又は凹曲面とされてい
る。

【００１５】図３に示すように回転軸１４は、スプリン
グ１５の一端１５ａ（図９）を係止する中央部１４ａが
大径とされ（以下「大径部１４ａ」という）、両端がケ
ース１２、カバー１３の軸孔１２ｄ、１３ｄに回転自在
に軸支可能とされ、軸心に角孔１４ｂが貫設されてい
る。図９に示すように大径部１４ａの外周面には半径方
向且つ軸方向に沿って複数例えば、３つのスリット１４
ｃ、１４ｃ'、１４ｃ"が周方向に沿って所定の角度を存
して設けられており、一端面に小孔１４ｄが周方向に１
８０°の間隔で２つ穿設されている。この回転軸１４
は、図３に示すように一端がベアリング１７を介してカ
バー１３に取り付けられている。

【００１６】図９に示すようにスプリング１５は、螺旋
状に巻回され、回転軸１４の大径部１４ａの周りに同心
的に配置され、内側の一端（始端）１５ａが内側に略Ｌ
形に折曲され、外側の他端（終端）近傍部分１５ｂが接
線Ｌ方向に延び、他端（終端）１５ｃが内側に略Ｕ形に
曲げられて係止部とされている。スプリング１５は、一
端１５ａが回転軸１４の前記３つのスリット１４ｃ中の
何れか１つ例えば、中央のスリット１４ｃに嵌合係止さ
れ、他端近傍部分１５ｂの内面が係止部１３ｅの外面１
３ｆ、１３ｆ'に当接し、他端１５ｃが基端１３ｅ'に外
側から係止され、外側から２巻目の外周面の一部が内面
１３ｇに当接されて所定のピッチに保持されている。こ
のように、スプリング１５の他端近傍部分１５ｂの内側
に係止部１３ｅ（図６）を設け、他端１５ｃを内側にＵ
字状に曲げて外側から基端１３ｅ'に係止することで、
スペースの有効利用が図られ、ハウジング１１（図１）
の小型化が可能となる。

【００１７】図１０及び図１１に示すようにストッパプ
レート１８は、円板状をなし回転軸１４の大径部１４ａ
の端面に装着され、２つの小孔１４ｄ（図９）に嵌合さ
れた２本のスプリングピン１９に相対回転不能に係止さ
れ、Ｅリング２０により逸脱不能に係止されている。ス
トッパプレート１８の外周部には係止部１８ａ、１８ｂ
が周方向に１８０°の間隔を存して設けられている。こ
れらの係止部１８ａ、１８ｂは、上方に直角に折曲され
ており、端面がケース１２のストッパ１２ｅに当接して
係止可能とされている。また、ストッパプレート１８の
外周部には、係止部１８ａ、１８ｂに隣接して周方向に
円弧状のガイド部１８ｃ、１８ｄが設けられており、ス
プリング１５の浮き上がりを防止するようになってい
る。このようにして、カバー１３に回転軸１４、スプリ
ング１５及びストッパプレート１８が装着されている。

【００１８】そして、ケース１２がカバー１３に装着さ
れる。このとき、作業者は、図３、図１０に示すように
ストッパプレート１８の係止部１８ａ又は１８ｂの何れ
かの係止部例えば、係止部１８ａをケース１２のストッ
パ１２ｅに係止させてスプリング１５に初期ばね力（復
元力）を付与する。この初期ばね力は、図９に示す回転
軸１４の大径部１４ａに周方向に沿って所定の角度を存
して設けた複数のスリット１４ｃ中の最適なスリットを
選択することで調節することが可能とされている。例え
ば、スプリング１５の初期バネ力を大きくするときには
当該スプリング１５を更に巻き込む方向に位置するスリ
ット１４ｃ（図９の右側に位置するスリット１４ｃ'）
に係止し、初期バネ力を小さくするときにはスプリング
１５を巻き戻す方向に位置するスリット１４ｃ（図９の
左側に位置するスリット１４ｃ"）に係止する。これら
のストッパ１２ｅとストッパプレート１８とによりスト
ッパ機構１６が構成され、スプリング１５に初期ばね力
を付与すると共に回転軸１４を初期回転位置に設定す
る。

【００１９】次いで、図１及び図２に示すように作業者
は、ケース１２、カバー１３の対応する取付部１２ａと
１３ａとを合致させ、孔１２ｉにねじ２１を挿通してね
じ孔１３ｉに螺合して固定する。このようにして、スプ
リング収納装置１０が構成される。以下に作用を説明す
る。

【００２０】図１０において回転軸１４が初期位置から
時計方向に回転すると、これに伴いスプリング１５が巻
き込まれ、このときの曲げ応力により他端近傍部分１５
ｂの係止部１３ｅの先端１３ｅ"と対向する箇所１５ｂ'
が前記先端１３ｅ"に圧接し、この圧接した箇所１５ｂ'
が当該スプリング１５の他端１５ｃ側の見かけ上の固定
端となる。これにより、スプリング１５の巻き込みによ
り蓄えられるばね力（トルク）の損失が抑えられる。

【００２１】スプリング１５は、他端近傍部分１５ｂが
係止部１３ｅにより接線Ｌ方向に沿って係止され、先端
１３ｅ"に圧接した箇所１５ｂ'が見かけ上の固定端とな
り、且つ係止部１３ｅの基端１３ｅ'の外面１３ｆ'が前
記接線Ｌ方向から僅かに内側を向いていることにより、
巻き込みに伴う図中左方への片寄りに対向して右方向へ
の応力が発生して前記片寄りが抑えられる。これによ
り、スプリング１５は、略均一なピッチで巻き込まれ、
巻回部分が擦り合ったり、或いは外側の部分がケース１
２の内面に擦り合うことが防止される。

【００２２】この結果、スプリング１５の巻き込みトル
クと巻き戻しトルクとの差（ヒステリシス）が無くな
り、精度の向上が図られると共に設計的に余裕を持たせ
る必要がなくなり、設計上の不都合が解消される。ま
た、スプリング１５のケース１２の内周面との擦り合い
が防止されることで、ハウジング１１の小型化が可能と
なる。

【００２３】図１２は、上記スプリング収納装置１０を
スプリングリターン型制御弁のリターンスプリング装置
として使用した場合の一例を示す。図において、スプリ
ング収納装置１０は、流体通路を開閉制御する弁装置３
０に固定された支持部材３５の支持部３５ａにハウジン
グ１１の取付部１１ａが載置されてボルト３６により固
定され、回転軸１４の下端の角孔に弁軸３１の先端の平
取り部が嵌合されている。スプリング収納装置１０の上
方に電動アクチュエータ３３が配設され、支持部材３５
の支持部３５ｂに載置されてボルト３７により固定さ
れ、その出力軸先端の平取り部が回転軸１４の上端の角
孔に嵌合されている。電動アクチュエータ３３は、通電
されるとモータの回転力によりスプリング収納装置１０
のスプリング１５を巻き込みながら弁装置３０を開弁
し、通電が停止されるとスプリング収納装置１０がスプ
リング１５のばね力により弁装置３０を閉弁する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明で
は、スプリングが巻き込まれたときに曲げ応力により他
端側がハウジングの係止部先端に圧接し、この圧接した
箇所が前記スプリングの見かけ上の固定端となり、前記
スプリングの巻き込みにより蓄えられるばね力の損失が
抑えられ、スプリングのトルクを有効に利用することが
可能となる。また、ハウジングの係止部をスプリングの
接線方向に延びる他端側の内側に沿って設けることで、
ハウジングの小型化を図ることが可能となる。

【００２５】請求項２の発明では、ハウジングの係止部
の基端が接線方向から僅かに内側に向かってスプリング
の他端を係止することで、スプリングが巻き込まれたと
きに片寄りが抑えられて全体が略均一に巻き込まれ、巻
回部分の擦り合いや、ハウジングの内面との擦り合いが
防止され、巻き込みトルクと巻き戻しトルクとの差（ヒ
ステリシス）が無くなり、精度の向上が図られる。更
に、ヒステリシスがなくなることで、設計的に余裕を持
たせる必要がなくなり、設計上の不都合が解消される。
また、ハウジングの構造が簡単となり、前記スプリング
のハウジングとの擦り合いが防止されることによるハウ
ジングの小型化と相まってコストの低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスプリング収納装置の正面図であ
る。

【図２】図１に示すスプリング収納装置の平面図であ
る。

【図３】図２に示すスプリング収納装置の矢線III―III
に沿う断面図である。

【図４】図１に示すスプリング収納装置のケースの底面
図である。

【図５】図４に示すケースの矢線Ｖ―Ｖに沿う断面図で
ある。

【図６】図１に示すスプリング収納装置のカバーの平面
図である。

【図７】図６に示すカバーの側面図である。

【図８】図６に示すカバーの矢線VIII―VIIIに沿う断面
図である。

【図９】図６に示すカバーに回転軸及びスプリングを装
着した状態の平面図である。

【図１０】図９に示す回転軸にストッパプレート及びＥ
リングを装着した状態の平面図である。

【図１１】図１０に示すアセンブリの矢線XI―XIに沿う
断面図である。

【図１２】図１に示すスプリング収納装置の使用例を示
す正面図である。

【図１３】従来のスプリング収納装置におけるスプリン
グの係止構造の一例を示す説明図である。

【図１４】図１３に示すスプリングの巻き込み時におけ
る片寄りを示す説明図である。

【図１５】図１３に示すスプリングの係止構造における
片寄りを防止する構造の一例を示す説明図である。

【図１６】図１３に示すスプリングの係止構造における
片寄りを防止する構造の他の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ スプリング収納装置 １１ ハウジング １２ ケース １２ｅ ストッパ １３ カバー １３ｅ 係止部 １３ｅ' 基端 １３ｅ" 先端 １４ 回転軸 １５ スプリング １５ａ 一端 １５ｂ 他端近傍部分 １５ｃ 他端 １６ ストッパ機構 １８ ストッパプレート １８ａ、１８ｂ 係止部 ３０ 弁装置 ３３ 電動アクチュエータ ３５ 支持部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに収納され両端が回転自在に
   軸支された回転軸と、 前記ハウジングに収納され、螺旋状をなして前記回転軸
   の周りに配置され、一端が前記回転軸に係止され、他端
   が前記ハウジングの係止部に係止されたスプリングとを
   備え、前記回転軸を回転させて前記スプリングを巻き込
   み、前記スプリングのばね力により前記回転軸を逆方向
   に回転させるスプリング収納装置において、 前記スプリングは、他端側が接線方向に延び、他端が内
   側に略Ｕ字状に曲げられて係止部とされ、 前記ハウジングの係止部は、前記スプリングの他端側の
   内側に前記接線方向に沿って設けられ、前記スプリング
   の他端側の内面が前記ハウジングの係止部の外面に当接
   され、前記スプリングの他端が前記ハウジングの係止部
   の基端に係止されることを特徴とするスプリング収納装
   置。
2. 【請求項２】 前記ハウジングの係止部の基端の外面
   は、前記接線方向から僅かに内側に向かって形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載のスプリング収納
   装置。