JP6709408B2 - 制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、弁体を開弁又は閉弁方向に付勢するスプリングを備えた制御弁に関する。

制御弁として、弁機構を駆動するアクチュエータを備えるものが一般的となっている（例えば特許文献１参照）。このような制御弁は、弁孔が形成されたボディ、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体、アクチュエータの駆動力を弁体に伝達する伝達ロッド、弁体を開弁又は閉弁方向に付勢するスプリング等を備える。ボディには弁孔と同軸状のガイド孔が形成され、伝達ロッドがそのガイド孔に挿通されて摺動可能に支持される。スプリングは、ボディと一体に固定された支持面と、弁体と一体変位可能に設けられた支持面との間に介装される。スプリングは、アクチュエータの駆動力に応じて伸縮し、弁体に対して軸線方向の駆動力を付与する。

特開２００５−１７１９０８号公報

ところで、このような制御弁の挙動を発明者らが検証した結果、以下の知見が得られた。すなわち、アクチュエータの作動に応じてスプリングが押し縮められると、スプリングには軸線方向のみならず半径方向の荷重（以下「横荷重」ともいう）が発生し、その横荷重が支持面を介して伝達ロッドに伝達される。それにより、伝達ロッドがガイド孔に対して傾いたり偏心することがある。そのことが、伝達ロッドの引っ掛かり、弁体の作動ヒステリシスの増大や着座性能低下等の要因になることが分かった。

本発明の目的の一つは、弁体を開弁又は閉弁方向に付勢するスプリングを備えた制御弁において、その作動時のヒステリシスや不安定な挙動を低減することにある。

本発明のある態様の制御弁は、流体が導入される導入ポートと、流体が導出される導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ通路に設けられた弁孔と、弁孔と同軸状に形成されたガイド孔と、を有するボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、ガイド孔に挿通されてボディに摺動可能に支持され、弁体と軸線方向に一体変位可能な伝達ロッドと、弁体に対して軸線方向の駆動力を付与するためのアクチュエータと、伝達ロッドと同軸状となるように配置され、弁体に対して直接又は間接的に軸線方向の付勢力を付与するスプリングと、を備える。

スプリングは、ボディと一体に固定された第１支持面と、弁体と一体変位可能に設けられた第２支持面との間に介装され、アクチュエータの駆動力に応じて軸線方向に伸縮可能である。スプリングは、第１支持面と当接する側の端部および第２支持面と当接する側の端部の少なくとも一方に半径方向に拘束されない非拘束端部を有する。第１支持面および第２支持面のうち非拘束端部が当接する面と、非拘束端部との互いの当接面の少なくとも一方が、潤滑性のある被膜を有する。ここでいう「被膜」は「皮膜」の概念を含む。

この態様によると、潤滑性のある被膜の作用によりスプリングの非拘束端部が半径方向に滑り易くなる。このため、制御弁の作動時にスプリングが押し縮められて横荷重を発生させたとしても、非拘束端部が半径方向に滑ることでその横荷重の増大を抑制できる。この結果、その横荷重が伝達ロッドへ伝達されることを抑制できる。その結果、弁体の作動に伴うヒステリシスや不安定な挙動を低減することができる。

本発明によれば、弁体を開弁又は閉弁方向に付勢するスプリングを備えた制御弁において、その作動時のヒステリシスや不安定な挙動を低減することができる。

第１実施形態に係る制御弁の構成を表す断面図である。 スプリングの構成および動作を表す図である。 スプリングの構成および動作を表す図である。 試験結果に基づきスプリングのストロークと横荷重との関係を表したグラフである。 スプリングおよびその周辺構造を表す部分拡大断面図である。 第２実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る制御弁の構成を表す断面図である。
制御弁１は、図示しない自動車用空調装置の可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）の吐出容量を制御する。この圧縮機は、冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する。そのガス冷媒は外部熱交換器（凝縮器又はガスクーラ）にて冷却され、さらに膨張装置により断熱膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内空気を冷却する。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻されて冷凍サイクルを循環する。

圧縮機は、自動車のエンジンによって回転駆動される回転軸を有し、その回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結されている。制御弁１は、その圧縮機の吐出室から制御室へ導入する冷媒流量を制御することで揺動板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。制御弁１は、圧縮機の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室から制御室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧弁として構成されている。

制御弁１は、弁本体２とソレノイド３（「アクチュエータ」として機能する）とを一体に組み付けて構成される。弁本体２は、段付円筒状のボディ５を有する。ボディ５は、本実施形態では真鍮からなるが、アルミニウム合金からなるものとしてもよい。ボディ５には、その上端側からポート１０，１２，１４が設けられている。このうち、ポート１０はボディ５の上端部に設けられ、ポート１２，１４はボディ５の側部に設けられている。ポート１０は吐出室から冷媒を導入する「導入ポート」として機能し、ポート１２は制御室へ冷媒を導出する「導出ポート」として機能する。

ボディ５においてポート１０とポート１２とを連通させる通路には、段付円筒状の弁座形成部材１６が配設されている。弁座形成部材１６は、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０）を焼き入れして形成され、ボディ５よりも硬度が高い。弁座形成部材１６は、ボディ５の上部に同軸状に挿通され、ボディ５の上部を内方に加締めることにより固定されている。弁座形成部材１６には軸線に沿った貫通孔９５が設けられており、その下半部により弁孔１８が形成されている。ボディ５における弁座形成部材１６の下方には、ポート１２に連通する弁室２０が形成されている。弁座形成部材１６の下半部は、下方に向けて外径が小さくなるテーパ状をなし、弁室２０内に延在している。弁座形成部材１６の下端面に弁座２２が形成されている。弁室２０には、弁座２２に下方から対向するように弁体２４が配設されている。弁体２４が弁座２２に接離することにより弁部の開度が調整される。

弁座形成部材１６における貫通孔９５の半径方向外側には、貫通孔９５と平行なブリード孔９６が設けられている。ブリード孔９６は、閉弁時にも制御室へ最低限の冷媒を流入させることにより、圧縮機におけるオイル循環を確保するためのものである。

ボディ５の内部空間を上下に区画するように隔壁２６が設けられている。隔壁２６の上方には弁室２０が形成され、下方には作動室２８が形成されている。弁室２０は、ポート１２を介して制御室に連通する。作動室２８は、ポート１４を介して吸入室に連通する。隔壁２６の中央には軸線方向に延在するガイド部３０が設けられている。そのガイド部３０を軸線に沿って貫通するようにガイド孔３２が形成され、そのガイド孔３２には長尺状の作動ロッド３４が軸線方向に摺動可能に挿通されている。弁体２４は、作動ロッド３４の上端に同軸状に設けられている。弁体２４と作動ロッド３４とは、ステンレス鋼を切削加工することにより一体成形されている。

ガイド部３０は、隔壁２６の上面側に小さく突出し、下面側に大きく突出している。ガイド部は、下方に向けて外径が小さくなるテーパ状をなし、作動室２８内に延在している。それによりガイド孔３２の長さが十分に確保され、作動ロッド３４が安定に支持されている。弁体２４は、作動ロッド３４と一体に動作し、その上端面にて弁座２２に着脱して弁部を開閉する。弁座形成部材１６の硬度が十分に高いため、弁体２４が繰り返し着座しても弁座２２は変形し難く、弁部の耐久性が確保されている。

作動ロッド３４の下部には止輪３６（Ｅリング）が嵌合され、その止輪３６によって下方への移動が規制されるように円板状のばね受け３８が設けられている。ばね受け３８とボディ５（隔壁２６）との間には、作動ロッド３４を下方（開弁方向）に付勢するスプリング４０（コイルスプリング）が介装されている。スプリング４０は、隔壁２６の下面から下方のばね受け３８に向けて小径化するテーパスプリングとされている。上述のようにガイド部３０をテーパ状としたことで、テーパ状のスプリング４０が配置可能となっている。ボディ５の下部は小径部４２とされ、ソレノイド３との連結部を構成する。

ボディ５の上端開口部には、ポート１０への異物の侵入を抑制するフィルタ部材４４が設けられている。圧縮機の吐出冷媒には金属粉等の異物が含まれることがあるため、フィルタ部材４４は、その異物が制御弁１の内部に侵入することを防止又は抑制する。

一方、ソレノイド３は、円筒状のコア５０と、コア５０に外挿された有底円筒状のスリーブ５２と、スリーブ５２に収容され、コア５０と軸線方向に対向配置されたプランジャ５４と、スリーブ５２に外挿された円筒状のボビン５６と、ボビン５６に巻回された電磁コイル５８と、電磁コイル５８を外方から覆うように設けられた円筒状のケース６０と、ボビン５６の上方にてコア５０とケース６０との間に組み付けられた段付円筒状の接続部材６２と、ケース６０の下端開口部に取り付けられた端部材６４とを備える。ソレノイド３への通電制御には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation ）方式が採用される。

スリーブ５２は非磁性材料からなり、その上半部にコア５０を収容し、下半部にプランジャ５４を収容している。弁本体２とソレノイド３とは、ボディ５の小径部４２（下端部）が接続部材６２の上端開口部に圧入されることにより固定されている。なお、本実施形態においては、ボディ５、弁座形成部材１６、接続部材６２、ケース６０および端部材６４が制御弁１全体のボディを形成している。

コア５０の中央を軸線方向に貫通するように挿通孔６７が形成され、その挿通孔６７を貫通するようにシャフト６８が挿通されている。シャフト６８は、作動ロッド３４と同軸状に設けられ、作動ロッド３４を下方から支持する。シャフト６８の径は作動ロッド３４のそれよりも大きい。そのシャフト６８の下半部にプランジャ５４が組み付けられている。本実施形態において、シャフト６８と作動ロッド３４とが、ソレノイド力を弁体２４に伝達する「伝達ロッド」を構成する。

プランジャ５４は、その上部にてシャフト６８に同軸状に支持されている。シャフト６８の軸線方向中間部の所定位置には止輪７０（Ｅリング）が嵌合され、その止輪７０によってプランジャ５４の上方への移動が規制されている。プランジャ５４の側面には軸線に平行な連通溝７１が設けられており、プランジャ５４とスリーブ５２との間に冷媒を通過させる連通路が形成される。

コア５０の上端部にはリング状の軸支部材７２が圧入されており、シャフト６８の上端部がその軸支部材７２によって軸線方向に摺動可能に支持されている。軸支部材７２の外周の一部が切り欠かれることにより、コア５０と軸支部材７２との間に連通路が形成されている。この連通路を介して吸入圧力Ｐｓがソレノイド３の内部にも導かれる。

また、スリーブ５２の下端部がやや縮径されており、リング状の軸支部材７６が圧入されている。この軸支部材７６は、シャフト６８の下端部を摺動可能に軸支している。すなわち、シャフト６８が上方の軸支部材７２と下方の軸支部材７６とにより２点支持されることにより、プランジャ５４を軸線方向に安定に動作することができる。軸支部材７６の外周の一部が切り欠かれることにより、スリーブ５２と軸支部材７６との間に連通路が形成されている。ソレノイド３に導入された吸入圧力Ｐｓは、コア５０とシャフト６８との間の連通路、プランジャ５４とスリーブ５２との間の連通路、軸支部材７６とスリーブ５２との間の連通路を介してスリーブ５２内に満たされる。

軸支部材７６とプランジャ５４との間には、プランジャ５４を上方、つまり閉弁方向に付勢するスプリング７８（コイルスプリング）が介装されている。すなわち、弁体２４は、ばね荷重として、スプリング４０による開弁方向の力とスプリング７８による閉弁方向の力との合力を受ける。ただし、スプリング４０の荷重がスプリング７８のそれよりも大きいため、スプリング４０，７８によるばね荷重は、開弁方向に作用するようになる。

ボビン５６からは電磁コイル５８につながるハーネス６５が延出し、端部材６４を貫通して外部に引き出されている。端部材６４は、ケース６０に内包されるソレノイド３内の構造物を下方から支持するように取り付けられている。

以上の構成において、作動ロッド３４の径が弁孔１８の内径よりやや小さいものの、ほぼ同じ大きさを有するため、弁室２０において弁体２４に作用する制御圧力Ｐｃの影響はほぼキャンセル（相殺）される。このため、弁体２４には、ほぼ弁孔１８の大きさの受圧面積に対して吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が実質的に作用する。弁体２４は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）がソレノイド３に供給された制御電流にて設定された設定差圧に保持されるように動作する。

次に、可変容量圧縮機用制御弁の基本的動作について説明する。
制御弁１において、ソレノイド３が非通電のときには、スプリング４０，７８の合力による開弁方向の荷重により弁体２４が弁座２２から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、圧縮機の吐出室からポート１０に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１２から制御室へと流れることになる。その結果、制御圧力Ｐｃが高められ、圧縮機は吐出容量が最小となる最小容量運転を行うことになる。

一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド３への供給電流値が最大になり、プランジャ５４は、コア５０に最大の吸引力で吸引される。このとき、弁体２４、作動ロッド３４、シャフト６８およびプランジャ５４が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体２４が弁座２２に着座する。この閉弁動作によって制御圧力Ｐｃが低下するため、圧縮機は吐出容量が最大となる最大容量運転を行うことになる。

ここで、容量制御時においてソレノイド３に供給される電流値が所定値に設定されているときには、弁体２４、作動ロッド３４、シャフト６８およびプランジャ５４が一体動作する。このとき、弁体２４は、作動ロッド３４を開弁方向に付勢するスプリング４０のばね荷重と、プランジャ５４を閉弁方向に付勢するスプリング７８のばね荷重と、プランジャ５４を閉弁方向に付勢しているソレノイド３の荷重と、弁体２４が開弁方向に受圧する吐出圧力Ｐｄによる力と、弁体２４が閉弁方向に受圧する吸入圧力Ｐｓによる力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに圧縮機の回転数が上がって吐出容量が増えると、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなって弁体２４に開弁方向の力が作用し、弁体２４は、さらにリフトして吐出室から制御室へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、制御圧力Ｐｃが上昇し、圧縮機は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。

次に、実施形態の主要部であるスプリングおよびその支持構造について説明する。
図２は、スプリング４０の構成および動作を表す図である。図２（Ａ）はスプリング４０の外観を表す斜視図である。図２（Ｂ）はスプリング４０の上端部を表す平面図であり、図２（Ｃ）はスプリング４０の下端部を表す底面図である。図２（Ｄ）はスプリング４０の縦断面図である。図２（Ｅ）は、スプリング４０が押し縮められたときの作用を表す説明図である。

図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、スプリング４０は、テーパ状の圧縮コイルスプリングである。スプリング４０は、ステンレスからなる素線８０を巻回して得られる。素線８０の両端の座巻部は、軸線Ｌに対して直角となるように研磨された平坦面８２，８４をそれぞれ有する。平坦面８２はボディ５に当接する第１当接面となり、平坦面８４はばね受け３８に当接する第２当接面となる。

スプリング４０の表面には無電解メッキが施され、その後の熱処理により硬化されている。この無電解メッキとしては、例えば特開２０００−３０３９８０号公報に記載の潤滑メッキ処理を採用することができる。この潤滑メッキ処理は、スプリング４０の表面にポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」と表記する）を含んだニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）のメッキ処理を施すものである。このメッキ処理によれば、ＰＴＦＥの潤滑作用により、スプリング４０の上下の平坦面８２，８４の摩擦係数を顕著に小さくすることができる。さらに、熱処理を施してそのメッキの被膜を硬化させることにより、メッキの耐摩耗性を向上させることができる。このようなメッキ処理を施すことにより、スプリング４０が押し縮められたときの横荷重の増大を抑制できる。

すなわち、図２（Ｄ）に示すように、スプリング４０に圧縮荷重Ｐが作用すると、スプリング４０には軸線方向の荷重のみならず半径方向の荷重（横荷重）Ｆが発生する。圧縮荷重Ｐの負荷により素線８０が変形することで、図２（Ｅ）に示すようにコイルの同軸度がずれ、それにより横荷重Ｆが発生するものと推察される。同図には、上端の座巻部の中心Ｏ１、および下端の座巻部の中心Ｏ２が示されている。

この点、本実施形態では上述した潤滑メッキにより摩擦係数が小さくされているため、横荷重Ｆが生じたとしても、それに追従してスプリング４０が容易に横滑りすることができる。すなわち、摩擦力Ｆｒを低減することにより、横荷重Ｆのばね受け３８への伝達を抑制することにつながり、作動ロッド３４に無用な横力が負荷されることを防止できる。

図３は、スプリング７８の構成および動作を表す図である。図３（Ａ）はスプリング７８の外観を表す斜視図である。図３（Ｂ）はスプリング７８の上端部を表す平面図であり、図３（Ｃ）はスプリング７８の下端部を表す底面図である。図３（Ｄ）はスプリング７８の縦断面図である。図３（Ｅ）は、スプリング７８が押し縮められたときの作用を表す説明図である。

スプリング７８は、円筒状の圧縮コイルスプリングである。スプリング７８は、ステンレスからなる素線９０を円筒状に巻回して得られる。素線８０の両端の座巻部は、軸線Ｌに対して直角となるように研磨された平坦面９２，９４をそれぞれ有する。平坦面９２は軸支部材７６に当接する第１当接面となり、平坦面９４はプランジャ５４に当接する第２当接面となる。

スプリング７８の表面にもスプリング４０と同様に無電解メッキが施され、その後の熱処理により硬化されている。すなわち、上述した潤滑メッキ処理を施すことにより、スプリング７８が押し縮められたときの横荷重の増大を抑制できる。

すなわち、スプリング７８に圧縮荷重Ｐが作用すると、スプリング７８に横荷重Ｆが発生するが、上述した潤滑メッキにより摩擦係数が小さくされているため、横荷重Ｆに追従してスプリング７８が容易に横滑りすることができる。これは、摩擦力Ｆｒの低減につながり、シャフト６８に無用な横力が負荷されることを防止できる。

発明者らは、コイルスプリングの荷重特性を検証するために、各スプリングに圧縮荷重を付与し、どの程度の横荷重が発生するかを測定する試験を行った。具体的には、スプリングの下端を固定した状態で上端にロードセルを設置し、圧縮荷重を徐々に増加させた。このロードセルは、スプリングの軸線方向の荷重（つまり圧縮荷重）を検出するとともに、その軸線と直角な方向の荷重（つまり横荷重）を検出することができる。この測定試験は、スプリング４０に対応するテーパスプリング（Spring(1)）と、スプリング７８に対応する円筒スプリング（Spring(2)）について、それぞれ３つの試験片（#1〜#3）を用意して行った。ただし、各試験片に上述した潤滑メッキ処理は施していない。

図４は、試験結果に基づきスプリングのストロークと横荷重との関係を表したグラフである。同図の横軸はスプリングのストローク（ｍｍ）、つまり自然長からの縮み量を示し、縦軸は横荷重（Ｎ）を示す。図中太線がテーパスプリング（Spring(1)）を示し、細線が円筒スプリング（Spring(2)）を示す。また、実線が試験片#1、破線が試験片#2、点線が試験片#3をそれぞれ示している。

図示の試験結果により、テーパ状であるか円筒状であるかにかかわらず、スプリングへの圧縮荷重の増大によりストロークが増えるにつれて、横荷重が概ね線形的に増大することが分かる。発明者らは、作動ロッド３４およびシャフト６８（つまり伝達ロッド）が、この横荷重の変化の影響を受け難くすることが、弁体２４の作動安定性を向上させるうえで重要であると認識した。それが、上述のようにスプリングに潤滑メッキ処理を施し、スプリングの一端又は両端を滑らせる構造を採用する動機づけとなった。

図５は、スプリングおよびその周辺構造を表す部分拡大断面図である。図５（Ａ）は図１のＡ部拡大図であり、図５（Ｂ）は図１のＢ部拡大図である。上述のように、スプリングに潤滑メッキ処理を施すことでその摩擦係数を小さくし、横滑りできる構成としたが、その横滑りを実現するためにはスプリングの少なくとも一端部が半径方向に拘束されないことが必要である。本実施形態では、それを考慮してスプリングの周辺構造を工夫した。

すなわち、図５（Ａ）に示すように、スプリング４０は、ボディ５に設けられた支持面３１（第１支持面）と、ばね受け３８に設けられた支持面３３（第２支持面）との間に介装される。すなわち、スプリング４０の平坦面８２が第１当接面として支持面３１に当接し、平坦面８４が第２当接面として支持面３３に当接する。このスプリング４０については、ボディ５に支持される側である基端部４１（上端側大径部）が半径方向に拘束され、ばね受け３８に支持される側である先端部４３（下端側小径部）は半径方向に拘束されない構成とされている。このような構成を実現するために、ボディ５においてスプリング４０を支持する部分の内径と、スプリング４０の基端部４１の外径とがほぼ等しくされている。それにより、スプリング４０の基端側が横方向に変位し難くしている。なお、ガイド部３０の外径は、スプリング４０の内径よりも十分に小さくされている。

一方、ばね受け３８は、作動ロッド３４を挿通する小径部３７と、スプリング４０の下面を支持する大径部３９とを有する。そして、その小径部３７の外径をスプリング４０の先端部４３の内径よりも十分に小さくしている。それにより、上述した潤滑メッキの作用とも相俟って、スプリング４０の先端側がばね受け３８に対して横滑り易くしている。このような構成により、スプリング４０が押し縮められて横荷重が発生したとしても、そのままばね受け３８には伝達されない構成とした。すなわち、スプリング４０において半径方向に非拘束とされた端部（「非拘束端部」ともいう）を滑らせることで横荷重を逃すことにより、作動ロッド３４に無用な横力が作用しないようにされている。

図５（Ｂ）に示すように、スプリング７８は、ボディ５と一体に固定された軸支部材７６の支持面５１（第１支持面）と、弁体２４と一体変位可能であるプランジャ５４に設けられた支持面５３（第２支持面）との間に介装される。すなわち、スプリング７８の平坦面９２が第１当接面として支持面５１に当接し、平坦面９４が第２当接面として支持面５３に当接する。このスプリング７８については、軸支部材７６に支持される側である基端部７７と、プランジャ５４に支持される側である先端部７９とが、双方ともに半径方向に拘束されない構成とされている。このような構成を実現するために、軸支部材７６は、シャフト６８を挿通する小径部７３と、スプリング７８の下面を支持する大径部７５とを有する。そして、その小径部７３の外径をスプリング７８の基端部７７の内径よりも十分に小さくしている。

また、プランジャ５４においてスプリング７８を支持する部分の内径を、スプリング７８の先端部７９の外径よりも大きくしている。このような構成により、上述した潤滑メッキの作用とも相俟って、スプリング７８がその両端において横滑りし易くなっている。その結果、スプリング７８が押し縮められて横荷重が発生したとしても、そのまま軸支部材７６には伝達されることがない。すなわち、スプリング７８の両端を非拘束端部として滑らせることで横荷重を逃すことにより、シャフト６８に無用な横力が作用しないようにされている。

以上に説明したように、本実施形態では、潤滑メッキの作用によりスプリング４０，７８の非拘束端部が半径方向に滑り易くなる。このため、制御弁１の作動時にスプリング４０，７８が押し縮められて横荷重を発生させたとしても、その非拘束端部が半径方向に滑ることでその横荷重の増大を抑制できる。この結果、その横荷重が伝達ロッド（作動ロッド３４，シャフト６８）へ伝達されることを抑制できる。その結果、弁体２４の作動に伴うヒステリシスや不安定な挙動を低減することができる。また、弁体２４の良好な着座性能を維持することができる。

［第２実施形態］
本実施形態では、上述したスプリングを制御弁としての膨張弁に適用する。この膨張弁は、上述した「膨張装置」として機能する。図６は、第２実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。

膨張弁２０１は、アルミニウム合金からなるボディ２０２を有する。ボディ２０２の内部には冷媒の絞り膨張を行う弁部が設けられている。ボディ２０２の長手方向の端部には、「アクチュエータ」として機能するパワーエレメント２０３が設けられている。ボディ２０２の側部には、外部熱交換器側から高温・高圧の液冷媒を導入する導入ポート２０６、膨張弁２０１にて絞り膨張された低温・低圧の冷媒を蒸発器へ向けて導出する導出ポート２０７、蒸発器にて蒸発された冷媒を導入する導入ポート２０８、膨張弁２０１を通過した冷媒を圧縮機側へ導出する導出ポート２０９が設けられている。

膨張弁２０１においては、導入ポート２０６、導出ポート２０７およびこれらをつなぐ冷媒通路により第１通路２１３が構成されている。第１通路２１３の中間部に弁部が設けられている。導入ポート２０６から導入された冷媒は、その弁部にて絞り膨張されて霧状となり、導出ポート２０７から蒸発器へ向けて導出される。一方、導入ポート２０８、導出ポート２０９およびこれらをつなぐ冷媒通路により第２通路２１４が構成されている。第２通路２１４の中間部がパワーエレメント２０３の内部と連通している。導入ポート２０８から導入された冷媒の一部は、パワーエレメント２０３に供給されて感温される。

第１通路２１３の中間部には弁孔２１６が設けられ、その弁孔２１６の導入ポート２０６側の開口端縁により弁座２１７が形成されている。弁座２１７に導入ポート２０６側から対向するように弁体２１８が配置されている。弁体２１８は、弁座２１７に着脱して弁部を開閉する球状のボール弁体２４１と、そのボール弁体２４１を下方から支持する弁体受け２４３とを接合して構成されている。

ボディ２０２の下端部には、内外を連通させる連通孔２１９が形成されており、その上半部により弁体２１８を収容する弁室２４０が形成されている。弁室２４０は、弁孔２１６に連通し、弁孔２１６と同軸状に形成されている。弁室２４０は、また、側部にて上流側通路２３７を介して導入ポート２０６に連通している。弁孔２１６は、下流側通路２３９を介して導出ポート２０７に連通している。すなわち、上流側通路２３７、弁室２４０、弁孔２１６および下流側通路２３９が、第１通路２１３を構成している。

連通孔２１９の下半部には、その連通孔２１９を外部から封止するようにアジャストねじ２２０が螺着されている。弁体２１８（正確には弁体受け２４３）とアジャストねじ２２０との間には、弁体２１８を閉弁方向に付勢するスプリング２６０が介装されている。アジャストねじ２２０のボディ２０２への螺入量を調整することで、スプリング２６０の荷重を調整することができる。アジャストねじ２２０とボディ２０２との間には、冷媒の漏洩を防止するためのＯリング２２４が介装されている。

一方、ボディ２０２の上端部には凹部２５０が設けられ、凹部２５０の底部に内外を連通させる開口部２５２が設けられている。パワーエレメント２０３は、下部が凹部２５０に螺着され、開口部２５２を閉止するようにボディ２０２に組み付けられている。凹部２５０とパワーエレメント２０３との間の空間により、感温室２５４が形成されている。

パワーエレメント２０３は、ボディ２０２との間に感温室２５４を形成するように設けられたハウジング２２５と、そのハウジング２２５内を軸線方向に仕切るダイヤフラム２２８とを備える。ダイヤフラム２２８は、「感圧部材」として機能する。ダイヤフラム２２８の下面に当接するようにディスク２２９が配置されている。パワーエレメント２０３の内部は、ダイヤフラム２２８により密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切られる。密閉空間Ｓ１は、感温室２５４と離隔され、感温用のガスが封入されている。開放空間Ｓ２は、感温室２５４に開放され、開口部２５２を介して第２通路２１４に連通する。ディスク２２９は、開放空間Ｓ２に配置され、ダイヤフラム２２８と同軸状に当接する。

パワーエレメント２０３とボディ２０２との間には、冷媒の漏洩を防止するためのＯリング２３０が介装されている。第２通路２１４を通過する冷媒の一部は、開口部２５２を介して感温室２５４に導入され、ディスク２２９に設けられた溝部２５３を通ってダイヤフラム２２８の下面に導かれる。それにより、その冷媒の温度および圧力が、ダイヤフラム２２８に伝達される。また、その冷媒の温度は、ディスク２２９を介した熱伝導によってもダイヤフラム２２８に伝達される。

ボディ２０２の中央部には、第１通路２１３と第２通路２１４との間の隔壁２３５を貫通するように挿通孔２３４が設けられている。この挿通孔２３４は、小径部２４４と大径部２４６とを有する段付孔となっており、小径部２４４には長尺状のシャフト２３３が摺動可能に挿通されている。シャフト２３３は、金属製（例えばステンレス製）のロッドであり、ディスク２２９と弁体２１８との間に介装されている。これにより、ダイヤフラム２２８の変位よる軸線方向の駆動力が、ディスク２２９およびシャフト２３３を介して弁体２１８へ伝達され、弁部が開閉される。なお、ディスク２２９は、ハウジング２２５に係止されることにより、その下方への変位が規制される。それにより、ダイヤフラム２２８の開弁方向への過度な変位が防止されている。

シャフト２３３の上半部は第２通路２１４を横断し、下半部は挿通孔２３４の小径部２４４に摺動可能に支持されている。大径部２４６（「取付孔」として機能する）には、シャフト２３３に軸線方向と直角な方向の一定の付勢力、つまり適度な横荷重（摺動荷重）を付与するための防振ばね２４８が収容されている。シャフト２３３がその防振ばね２４８の横荷重を受けることにより、冷媒圧力の変動によるシャフト２３３や弁体２１８の振動が抑制される。なお、防振ばね２４８の具体的構造については、例えば特開２０１３−２４２１２９号公報に記載の構成を採用することができるため、その詳細な説明については省略する。

なお、本実施形態では、挿通孔２３４とシャフト２３３との間にＯリング等のシール部材は設けられていないが、シャフト２３３と小径部２４４とのクリアランスが十分に小さいため、第１通路２１３から第２通路２１４への冷媒の漏れは抑制される。すなわち、いわゆるクリアランスシールが実現されている。変形例においては、Ｏリング等のシール部材を設けてもよい。

スプリング２６０は、円筒状のコイルスプリングであり、第１実施形態と同様の潤滑メッキが施されている。アジャストねじ２２０は、スプリング２６０の下半部を収容できるよう有底円筒状をなしている。弁体受け２４３は、スプリング２６０に挿通される軸芯部２４５と、スプリング２６０の上面を支持するフランジ部２４７とを有する。

スプリング２６０は、アジャストねじ２２０に設けられた支持面２５１（第１支持面）と、弁体２１８（弁体受け２４３）に設けられた支持面２５３（第２支持面）との間に介装される。すなわち、スプリング２６０の一端側の平坦面２９２が第１当接面として支持面２５１に当接し、他端側の平坦面２９４が第２当接面として支持面２５３に当接する。

スプリング２６０は、アジャストねじ２２０に支持される側である基端部２６２が半径方向に拘束され、弁体受け２４３に支持される側である先端部２６４は半径方向に拘束されない構成とされている。このような構成を実現するために、アジャストねじ２２０においてスプリング２６０を支持する部分の内径と、スプリング２６０の外径とがほぼ等しくされている。それにより、スプリング２６０の基端側が横方向に変位し難くしている。

一方、弁体受け２４３における軸芯部２４５の外径をスプリング２６０の内径よりも十分に小さくしている。それにより、上述した潤滑メッキの作用とも相俟って、スプリング２６０の先端側が弁体受け２４３に対して横滑りし易くしている。このような構成により、スプリング２６０が押し縮められて横荷重が発生したとしても、そのまま弁体受け２４３には伝達されない構成とした。すなわち、スプリング２６０の非拘束端部を滑らせることで横荷重を逃すことにより、弁体２１８ひいてはシャフト２３３に無用な横力が作用しないようにされている。

すなわち、本実施形態においても、潤滑メッキの作用によりスプリング２６０の非拘束端部が半径方向に滑り易くなる。このため、膨張弁２０１の作動時にスプリング２６０が押し縮められて横荷重を発生させたとしても、その非拘束端部が半径方向に滑ることでその横荷重の増大を抑制できる。この結果、その横荷重が伝達ロッド（シャフト２３３）へ伝達されることを抑制できる。それにより、防振ばね２４８によって設定される一定の適度な横荷重を保持することができる。その結果、弁体２１８の作動に伴うヒステリシスの増大を抑制でき、弁部の不安定な挙動を低減することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、ＰＴＦＥを含んだＮｉ−Ｐの潤滑メッキを無電解メッキ処理（皮膜形成処理）により得る例を示した。この無電解メッキは、ニッケル等の金属を溶解してイオン化し、その金属イオンをスプリング素材上に金属として還元析出させるものである。上記潤滑メッキは、その無電解メッキの過程で潤滑作用のあるＰＴＦＥをメッキ層に含めるものである。ニッケルは自己触媒性を有する金属であり、リンが還元剤として用いられる。メッキ中の金属表面が負に帯電するため、正電荷をもつＰＴＦＥ粒子がその金属表面に吸着し、Ｎｉ−ＰマトリックスにＰＴＦＥ粒子が取り込まれた複合メッキ被膜が形成される。なお、上記実施形態では、潤滑メッキ処理後に熱処理を行ったが、その熱処理を省略してもよい。ただし、潤滑メッキの耐摩耗性の観点からは熱処理を行うのが好ましい。

変形例においては、他の潤滑メッキ処理を採用してもよい。例えば硬質クロムにＰＴＦＥを含めた潤滑メッキとしてもよい。金属元素として、ニッケルやリン以外が含まれてもよい。自己触媒性を有しない金属であってもよい。また、上記実施形態では、「潤滑性のある被膜」として潤滑メッキを例示したが、例えばＰＴＦＥなどの非金属潤滑材をコーティングして被膜を形成してもよい。潤滑剤としてＰＴＦＥ以外のものを採用してもよい。

上記実施形態では、スプリングの表面全体に潤滑メッキを施す例を示したが、部分的に施してもよい。その場合、潤滑メッキをスプリングの両端の平坦面の一方にのみ施してもよいし、双方に施してもよい。また、上記実施形態では、スプリングにのみ潤滑メッキを施したが、スプリングを受けるばね受け、軸支部材、ボディなど、スプリングの座面を有する部材に潤滑メッキを施してもよい。その場合、スプリングに潤滑メッキを施さなくてもよい。あるいは、スプリングとその座面の双方に潤滑メッキを施してもよい。

上記実施形態では、耐食性金属（ステンレス等）を素材とするスプリングを例示したが、耐食性のないばね鋼を素材とするスプリングに対して上記潤滑メッキを施してもよい。一般にメッキ処理は耐食性に劣る材料に対してなされるものであるが、上記実施形態では潤滑性をもたせることを目的とするが故に、耐食性のあるスプリング素材上にあえてメッキを施す意義がある。

上記第１実施形態では、図５（Ａ）に示したように、スプリング４０において作動ロッド３４側の端部を非拘束端部とし、ボディ５側の端部を半径方向に拘束する（つまり「拘束端部」とする）例を示した。すなわち、スプリングにおいて軸線方向への可動側端部を非拘束端部とし、軸線方向への固定側端部を拘束端部とする例を示した。変形例においては逆に、作動ロッド３４側の端部を拘束端部とし、ボディ５側の端部を非拘束端部としてもよい。すなわち、スプリングにおいて軸線方向への固定側端部を非拘束端部とし、軸線方向への可動側端部を拘束端部としてもよい。このようにすることで、スプリングと伝達ロッドとを同軸状に保つことができ、より安定した作動を実現できる可能性がある。

上記第１実施形態では、下方の軸支部材がスプリングを支持するばね受けとして機能するとともに、シャフトを軸支する軸受けとしても機能する例を示した。変形例においては、スプリングを支持するばね受けと、シャフトを軸支する軸受けとを個別に設けてもよい。そして、そのばね受けとスプリングとの間に横滑り構造を設けてもよい。

上記第１実施形態では、作動ロッドとシャフトとを別体にて作製した後、両者を軸線方向に同軸状に当接させる形で連結し、ソレノイド力を弁体に伝達する伝達ロッドとして構成する例を示した。変形例においては、作動ロッドとシャフトとを単一の部材により一体成形して伝達ロッドとしてもよい。

上記第１実施形態では、制御弁１をいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧弁として構成する例を示したが、制御弁の制御方式はこれに限らず、種々の方式を採用することができる。例えば制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）を制御目標値である設定差圧に近づけるいわゆるＰｃ−Ｐｓ差圧弁として構成してもよい。すなわち、吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、制御室から吸入室へ導出する冷媒の流量を調整することにより変化させる制御弁に対し、上記実施形態の各構造を適用してもよい。あるいは、吸入圧力Ｐｓを制御目標値である設定圧力に近づけるいわゆるＰｓ制御弁に適用してもよい。

上記実施形態では、上記スプリングおよびその支持構造を有する制御弁を、可変容量圧縮機用制御弁や膨張弁として構成する例を示したが、その用途や制御方式は上記のものに限定されない。すなわち、弁体を開弁又は閉弁方向に付勢するスプリングを備えた制御弁であれば、上記構造を適用することができる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 制御弁、３ ソレノイド、５ ボディ、１０ ポート、１２ ポート、１４ ポート、１８ 弁孔、２０ 弁室、２４ 弁体、３２ ガイド孔、３４ 作動ロッド、３７ 小径部、３８ ばね受け、３９ 大径部、４０ スプリング、４１ 基端部、４３ 先端部、５４ プランジャ、６８ シャフト、７３ 小径部、７５ 大径部、７６ 軸支部材、７７ 基端部、７８ スプリング、７９ 先端部、８０ 素線、８２ 平坦面、８４ 平坦面、９０ 素線、９２ 平坦面、９４ 平坦面、２０１ 膨張弁、２０２ ボディ、２０３ パワーエレメント、２０６ 導入ポート、２０７ 導出ポート、２１６ 弁孔、２１８ 弁体、２２０ アジャストねじ、２２８ ダイヤフラム、２３３ シャフト、２３４ 挿通孔、２４１ ボール弁体、２４３ 弁体受け、２４５ 軸芯部、２４７ フランジ部、２４８ 防振ばね、２６０ スプリング、２６２ 基端部、２６４ 先端部。

Claims (6)

1. 流体が導入される導入ポートと、流体が導出される導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ通路に設けられた弁孔と、前記弁孔と同軸状に形成されたガイド孔と、を有するボディと、
   前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
   前記ガイド孔に挿通されて前記ボディに摺動可能に支持され、前記弁体と軸線方向に一体変位可能な伝達ロッドと、
   前記弁体に対して軸線方向の駆動力を付与するためのアクチュエータと、
   前記伝達ロッドと同軸状となるように配置され、前記弁体に対して直接又は間接的に軸線方向の付勢力を付与するスプリングと、
   を備え、
   前記スプリングは、前記ボディと一体に固定された第１支持面と、前記弁体と一体変位可能に設けられた第２支持面との間に介装され、前記アクチュエータの駆動力に応じて軸線方向に伸縮可能であり、
   前記スプリングは、前記第１支持面と当接する側の端部および前記第２支持面と当接する側の端部の少なくとも一方に半径方向に拘束されない非拘束端部を有し、
   前記第１支持面および前記第２支持面のうち前記非拘束端部が当接する面と、前記非拘束端部との互いの当接面の少なくとも一方が、潤滑性のある被膜を有することを特徴とする制御弁。
2. 前記スプリングの両端が軸線方向に対して直角な平坦面をそれぞれ有し、その一方の平坦面が前記第１支持面と当接する第１当接面となり、他方の平坦面が前記第２支持面と当接する第２当接面となり、
   前記第１当接面および前記第２当接面の少なくとも一方が、前記潤滑性のある被膜を有することを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記第１支持面は、前記潤滑性のある被膜を有しておらず、
   前記第１当接面が前記潤滑性のある被膜を有することを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
4. 前記スプリングの両端がいずれも半径方向に拘束されておらず、
   前記第１当接面および前記第２当接面の双方が、前記潤滑性のある被膜を有することを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
5. 前記スプリングが耐食性金属からなり、前記潤滑性のある被膜を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の制御弁。
6. 前記スプリングは、その表面全体に前記潤滑性のある被膜を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の制御弁。

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