JP2007024062A - パイロット式流調弁装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主弁16と、背圧室24と、背圧室24の圧力を増大させる導入小孔26と、背圧室24の圧力を減少させるパイロット水路28と、パイロット弁56と、駆動軸40とを備え、パイロット弁56の進退運動に追従して主弁16を進退運動させて主水路の流量調節を行うパイロット式流調弁装置10において、主弁16の突出部30にパイロット弁座32を環状且つ径方向に設けて、パイロット弁56の前進端でパイロット弁56とパイロット弁座32とを径方向にシールさせる。
【選択図】 図1
Description
そこで水栓における操作を軽くする手段として、かかる水栓をパイロット式流調弁装置、即ちパイロット弁を進退運動させることによって主弁をこれに追従して進退運動させ、主水路の開度を変化させる方式のパイロット式流調弁装置を内蔵した水栓とすることが考えられる。
同図において200,202は主水路を形成する1次側の流入水路,2次側の流出水路で、204はその主水路上に設けられたダイヤフラム弁から成る主弁である。
この主弁204は、主弁座206に対し接近離間方向に進退運動して主水路の開度を変化させ、その開度に応じて主水路における流量を調節する。
主弁204には、これを貫通して流入水路200と背圧室208とを連通させる導入小孔210が設けられている。
この導入小孔210は、流入水路200からの水を背圧室208に導いて背圧室208の圧力を増大させる。
主弁204にはまた、これを貫通して背圧室208と流出水路202とを連通させる水抜水路としてのパイロット水路212が設けられている。
このパイロット水路212は、背圧室208内の水を流出水路202に抜いて背圧室208の圧力を減少させる。
図22において220はパイロット弁214を駆動軸216とともに進退駆動させる電気的駆動装置である。
また一方パイロット弁214が図中上向きに後退運動すると、パイロット弁214とパイロット弁座218との隙間が大きくなってパイロット水路212の開度が大となり、ここにおいて背圧室208からパイロット水路212を通じて流出水路202に抜ける水の量が多くなって背圧室208の圧力が減少する。
そして主弁204は、その背圧室208の圧力と流入水路200の圧力とをバランスさせるようにして、パイロット弁214の進退運動に追従して図中上下方向に進退運動し、主水路の開度を変化させる。
そしてその主水路の開度の変化に応じて、流入水路200から流出水路202への水の流量が調節される。
またシール時にシール部材を強く圧縮するものでないため、その際に大きな操作力を必要とせず、止水時においても小さな操作力で軽く操作することができ、しかも確実なシール即ち止水を行うことができる。
この場合突出部によってパイロット弁の縦方向の進退運動を良好に運動案内することができる。
またこのようにすることによって、容易に環状をなすパイロット弁座を設けることができる。
上記図22に示す従来のパイロット式流調弁装置にあっては、パイロット弁214の先端面(図中下端面)に対して背圧室208の圧力が上向きの力として作用し、このためパイロット弁214を閉弁させる際の操作力が大きくなる問題がある。
しかるにこの請求項3に従ってパイロット弁を筒状に構成してこれを突出部に対し外嵌状態に嵌合させた場合、パイロット弁の先端面に対する背圧室からの後退方向の圧力を可及的に小さくすることができ、これによりパイロット弁の閉弁の際の抵抗を小さくし得て、閉弁のための操作力をより軽減することができる。
上記請求項5の場合、突出部とパイロット弁との間を常時シールするシール部材がパイロット弁の進退運動の際に摺動抵抗を生ぜしめるが、この請求項6の場合、かかるシール部材に代えて非接触でシールを行うラビリンスシールが用いられているため、パイロット弁の進退運動の際にそれらの間をシールするシール部材に起因する摺動抵抗を無くすことができ、パイロット弁を進退運動させる際により小さい力で軽やかに行うことが可能となる。
またこの請求項6によれば、突出部とパイロット弁との間の嵌合クリアランスの寸法精度をある程度ラフにすることができ、製造コストを安価にでき、また組付けが容易となる利点が得られる。
このようにすることで、容易にパイロット水路を形成することができ、上記突出部及びパイロット弁周りの構造を簡素化することができる。
このようになした場合においてもパイロット弁の閉弁方向の運動、即ち前進運動によってシール部材を同方向に圧縮弾性変形させてしまうのを防止でき、シール部材の大きな圧縮弾性変形による寿命低下を防止することができるとともに、閉弁時において小さな操作力で軽やかに閉弁操作することができる。
この請求項8では、パイロット弁が主弁の挿入孔に挿入され、即ち主弁がパイロット弁を呑み込む構造をなしているため、パイロット弁に対する背圧室の後退方向の圧力を実質的に作用させないようにすることが可能で、このことによってパイロット弁を閉弁させる際の操作力を小さなものとなすことができる。
このようにしておけば、駆動軸を大きく前進移動させた場合においてもパイロット弁が主弁に突き当たることがなく、従って駆動軸の進退移動のストロークの設定の自由度が高まり、ひいてはパイロット式流調弁装置の設計の自由度が高まる。
この場合、一方に設けた段付形状のシール部が環状のシール部材を介して他方に弾性接触することで閉弁時のシールが行われる。
この場合、駆動軸とパイロット式流調弁装置のボデーとの間をシールするに際して、そのシールを2次側でのシールとなすことができ、そのシール部にかかる圧力を小さなものとすることができる。
図1において、10は本実施形態のパイロット式流調弁装置で、12,14は主水路を形成する1次側の流入水路,2次側の流出水路で、16はその主水路上に設けられたダイヤフラム弁から成る主弁である。
この主弁16は、主弁座22に対して図中上下方向(ここでは縦方向とする)に進退運動して主水路の開度を変化させる。
詳しくは、主弁座22への着座によって主水路を遮断し、また主弁座22から図中上向きに離間することによって主水路を開放する。
また主弁座22からの離間量に応じて主水路の開度を大小変化させ、主水路を流れる水の流量を調節する。
背圧室24は、内部の圧力を主弁16に対して図中下向きの閉弁方向の押圧力として作用させる。
この導入小孔26は、流入水路12からの水を背圧室24に導いて背圧室24の圧力を増大させる。
主弁16にはまた、これを貫通して背圧室24と2次側の流出水路14とを連通させる水抜水路としてのパイロット水路28が設けられている。
このパイロット水路28は、背圧室24内の水を流出水路14に抜いて背圧室24の圧力を減少させる。
この突出部30には、その外周面に沿って主弁16の軸心周りに環状をなすパイロット弁座32が、主弁16の軸心と直角方向に横向きに設けられている。
34はこのパイロット弁座32におけるシール部で、そこに円環状をなすシールリング(シール部材)としてOリング36が装着され保持されている。
この横孔37はパイロット水路28の一部を成すもので、その先端即ち背圧室24側の一端の開口38がパイロット弁座32の外周面で横向きに開口している。
ここでOリング39はパイロット弁56に対し常時弾性接触して、突出部30の外周面とパイロット弁56の内周面との間を水密にシールする働きをなす。
環状の突出部46の外周面には雄ねじ50が設けられていて、この雄ねじ50がボデー42に設けられた雌ねじ52に螺合されている。
駆動軸40は、加えられた回転操作力に基づいてこれら雄ねじ50と雌ねじ52とのねじ送り作用で図中上下方向、即ち縦方向に進退移動する。
この軸部48には外周面に環状溝が形成されていて、そこにシール部材としての円環状のOリング54が装着保持され、かかるOリング54にて軸部48とボデー42との間が水密にシールされている。
58はこの円筒状をなすパイロット弁56のシール部で、かかるシール部58が、パイロット弁56の前進端でOリング36を介して突出部30に一体に構成された円環状のパイロット弁座32のシール部34に径方向に弾性接触し、パイロット水路28を閉鎖した状態とする。
そしてこのパイロット弁56の閉弁状態の下で主弁16が閉弁状態となり、主水路が遮断される。
詳しくは、軸部48のボデー42に対してOリング54にてシールされる部分の外径と、パイロット弁56の外径とが同一外径とされている。
即ち本実施形態において、パイロット弁56及び駆動軸40に対する背圧室24の圧力は実質的にほぼ無視し得る程度の極めて小さいものとされている。
これにより、主弁16を追従して図中上下方向に進退運動させて、主水路の開度を変化させ、主水路の流量調節を行う。
図2は閉弁状態即ち止水時の状態を表しており、この状態から図3(I)に示しているようにパイロット弁56を図中上向きに後退運動させると、パイロット水路28の横向きの開口38、即ちパイロット水路28が開かれ、ここにおいて背圧室24内の水がパイロット水路28を通じて2次側の流出水路14へと抜き出される。
すると背圧室24の圧力が減少して、1次側の流入水路12の圧力がこれに打勝つに到り、図3(II)に示しているように主弁16を図中上向きに押し上げる。
而して主弁16が図中上向きに押し上げられると、主弁16と主弁座22との間に隙間が生じて、その隙間を通じて流入水路12から流出水路14へと水が流れ込む。即ち主水路において水の流れが生ずる。
そして最終的に図4(III)に示しているようにパイロット弁56のシール部58がOリング36を介してパイロット弁座32のシール部34に径方向に接触してシール状態となったところで、即ちパイロット弁56が閉弁状態となったところで、主弁16が主弁座22に着座して閉弁し、主水路を遮断して水の流通を停止させる(図2参照)。
またシール時にOリング36を強く圧縮するものでないため、その際に大きな操作力を必要とせず、止水時においても小さな操作力で軽く操作することができ、しかも確実なシール即ち止水を行うことができる。
また突出部30によってパイロット弁56の縦方向の進退運動を良好に運動案内することができる。
このようにすれば、パイロット弁56ないし駆動軸40の先端面(図中下端面)に対する背圧室24の圧力の作用を解消することができ、駆動軸40を操作する際の操作力をより小さくできる利点が得られる。
この例は、上記実施形態におけるOリング39に代えて非接触でシールを行うラビリンスシールを用いた例である。
図中60は、突出部30の側に設けたラビリンスシールを表している。
図示のようにここでは突出部30の外周面に沿って軸方向に所定ピッチで複数設けられた環状凹部62、及びそれら環状凹部62と62との間において径方向外向きに突出する環状突出部64にてラビリンスシール60を構成している。
尚他の点については図1〜図4の実施形態と同様である。
またこの実施形態では、突出部30とパイロット弁56との間の嵌合クリアランスの寸法精度をある程度ラフにすることができ、製造コストを安価にでき、また組付けが容易となる利点が得られる。
この例は、パイロット弁座32の上記シール部34に設けたOリング36よりも図中上側、即ちパイロット弁56の後退側の位置において、突出部30の外周面とパイロット弁56との間に狭小な隙間(ここでは環状の隙間)72を形成して、この隙間72をパイロット水路28の一部として構成した例である。
またパイロット弁56のシール部58がOリング36から図中上向きに離間することで隙間72が開かれて、即ちパイロット水路28が開かれて通水が行われ、またその離間量に応じてパイロット水路28の開度が変化させられて、その変化に応じて主水路を流通する水の流量が変化させられる。
この図7に示す実施形態によれば容易にパイロット水路28を形成することができ、上記突出部30及びパイロット弁56周りの構造を簡素化することができる。
これらの図において、74は主弁16の中心部を上下方向即ち縦方向に貫通する形態で設けられた挿入孔で、この挿入孔74の内周面に沿って、円環状をなすパイロット弁座76が径方向内向き即ち横向きに主弁16に一体に設けられている。
78はこのパイロット弁座76におけるシール部で、そこに円環状をなすシール部材としてのOリング80が装着され保持されている。
このパイロット弁82には、図9に示しているように縦孔84とこれに連通した横孔86とが設けられていて、それらによりパイロット水路28が構成されている。
ここで横孔86は、パイロット弁82の外周面で横向きに開口している。
従って軸部48及びパイロット弁82に対して、背圧室24の圧力に基づく図中上向きの力は発生しない。
即ち軸部48及びパイロット弁82を図中下向きに前進移動させるに際して、背圧室24の圧力に起因する抵抗力は生じない。
これにより背圧室24の圧力と流入水路12の圧力とをバランスさせるようにして、主弁16が図中上向きに後退移動して主弁座22から離れ、主水路に水の流れを生ぜしめる。
その後の作用については基本的に上記に示したのと同様である。
また主弁16の挿入孔74内部に挿入されたパイロット弁82によって、主弁16を傾き防止できる利点も有する。
更にパイロット弁82が主弁16の挿入孔74に挿入され、即ち主弁16がパイロット弁82を呑み込む構造をなしているため、パイロット弁82に対する背圧室24の後退方向の圧力を実質的に作用させないようにすることができ、このことによってパイロット弁82を閉弁させる際の操作力を小さなものとなすことができる。
例えば図1〜図4に示す第1の実施形態の場合、駆動軸40が大きく前進移動すると、パイロット弁56が主弁16に突き当たってしまう。
従ってこの場合には止水操作の際にパイロット弁56が主弁16に突き当たらないように、駆動軸40の進退移動のストロークを設定しなければならない。
しかるにこの実施形態ではその恐れがないため、駆動軸40のストロークを大きく取ることができ、駆動軸40の移動ストロークの設定の自由度が高まり、ひいてはパイロット式流調弁装置10の設計の自由度が高まる。
同図において、90は軸部48の先端部に一体に構成されたパイロット弁で、92はそのパイロット弁90のシール部を表している。
パイロット弁90は、その前進端においてシール部92の外周面をパイロット弁座76側のOリング80の内周面に径方向に弾性接触させる。
即ちかかるOリング80を介してパイロット弁座76のシール部78に径方向に弾性接触させ、パイロット水路28を閉鎖状態とする。
このパイロット弁90には環状の凹部94が設けられている。
この環状の凹部94の軸方向の各端部は、凹部94の最小径部に向かって漸次小径となるテーパ面96とされており、そのテーパ面96の大径側の端部に径方向外向きの段付部98,100が形成されている。
ここにおいて背圧室24内の水がパイロット水路28を通じて流出水路14へと抜き出され、背圧室24の圧力が減少する。
そのため主弁16はパイロット弁90の図中上向きの後退移動に追従するようにして上向きに後退運動し、主弁座22との間に隙間を生ぜしめて、主水路に水の流れを生ぜしめる。
またその際の水の流量はパイロット弁90の後退移動量に応じて制御される。
そして最終的にパイロット弁90が図10(A)に示す閉弁状態となったところで主弁16が閉弁状態となり、主水路における水の流れが停止する。
このようなリブ95を設けておいた場合、パイロット弁90の進退移動に伴ってOリング80が凹部94内部に入り込み、そのOリング80に対して段付部98が当たることによってそこで抵抗を発生させるといった問題を生じない利点が得られる。
この場合リブ75がパイロット弁90に対するガイドとなってパイロット弁90、即ち駆動軸40の傾きがより良好に防止され、閉弁時のシール状態が更に良好となる利点が得られる。
この例では、駆動軸40が2次側の流出水路14の側から主弁16を貫通して駆動軸40の先端部に一体に構成されたパイロット弁90を駆動する構成とされている。
尚この実施形態において、図14に示しているようにパイロット弁90及びパイロット弁座76の構成は図10に示すものと基本的に同様である。
但しこの実施形態では、閉弁動作及び開弁動作の際の主弁16,パイロット弁90の移動の向きが図10に示すものと上下が逆向きとなる。
この実施形態では、駆動軸40とボデー42との間のOリング54によるシールが主水路における2次側でのシールとなる。
従ってOリング54によるシール部分に加わる圧力は小さく、それ故Oリング54によるシール構造は1次側でのシールの場合ほどに耐圧性能を高くする必要が無い。
尚この実施形態において、パイロット弁90,パイロット弁座76を図8及び図9に示す形態で或いはその他形態で構成しても良い。
この例では、背圧室24内の水を抜くための逆止弁102が主弁16に組み込まれている。
ここで逆止弁102は略くさび形状をなしており、通常時は雄テーパ面104(図16(A)中部分拡大図参照)が主弁16の雌テーパ面106(図16(A)中部分拡大図参照)に嵌合した状態にあって、背圧室24から流出水路14への水の流れを阻止している(パイロット水路28からの水の流れを除いて)。
ここで係合部材110はリング状をなしており、図中上側に逆止弁102のみに当接し係合する第1係合部112を、また下側に主弁16に、詳しくは逆止弁102の下端を取り囲んでいる部分に対して当接し係合する第2係合部114を備えている。
その後更に駆動軸40が図中上向きに引き上げられると、図16(B)に示しているように係合部材110の下側の大径の第2係合部114が主弁16に係合して、主弁16全体を図中上向きに持ち上げ、主弁16を主弁座22から強制的に上向きに離間させる。
尚、主弁16の図中下面には溝115が設けられており、背圧室24から抜き出された水は、係合部材110の存在にも拘らずこの溝115を通じて良好に流出水路14側に排出される。
この例もまた、寒冷地等において水抜きを行う際、駆動軸40の図中上向きの移動によって主弁16を強制開弁させるようになした例である。
この実施形態では、図8〜図16に示すOリング80に代えて図中下端側が小径、上端側が大径をなす弾性を有する環状のシール部材116が用いられており、また駆動軸40の下端部には係合部118が設けられていて、駆動軸40の図中上向きの移動時に、この係合部118がシール部材116に係合して、かかるシール部材116を介して主弁16を強制的に図中上向きに移動させ、主弁座22から強制的に離間させる。
この例では、駆動軸40をハンドル122側の上部軸40Aと、主弁16側の下部軸40Bとに軸方向(上下方向)に2分割している。
上部軸40Aには、上端部の外周面にセレーション部が設けられており、このセレーション部が、内周面及び外周面にそれぞれセレーション部を有するセレーションリング120を介して、ハンドル122にねじ結合により固定されたセレーション部材124の内周面のセレーション部に噛み合わされ、かかる上部軸40Aがハンドル122と一体回転するようになっている。
上部軸40Aは、下部に逆カップ状をなす円筒部128を有しており、この円筒部128が、ボデー42に一体に形成された筒状のハウジング部130内部に回転可能に保持されている。
この円筒部128の内周面には、図20にも示しているように雌ねじ132が形成されている。
この突出部134の外周面には雄ねじ136が形成されていて、この雄ねじ136が、上部軸40Aにおける円筒部128の内周面の雌ねじ132に螺合されており、ハンドル122を介して上部軸40Aに加えられる回転駆動力により、下部軸40Bが雄ねじ136と雌ねじ132とのねじ送り作用で図中上下方向に進退移動するようになっている。
この実施形態において、ハンドル122及びこれと一体の上部軸40Aは、ハンドル122の回転操作によって上下移動せず、同方向に固定状態で自身の回転により下部軸40Bを図中上下方向に進退移動させる。
一方ハンドル122を閉弁方向に回転操作すると、パイロット弁90及び主弁16が閉弁して吐水口からの吐水が停止する。
この例は、図18〜図20の実施形態における下部軸40Bの側にOリング39,80を保持させ、そしてOリング39をボデー42の嵌合孔49の内周面に弾性接触させてシールを行い、またOリング80を、主弁16に一体に構成したパイロット弁座76のシール部78に弾性接触させて、閉弁時のシールをなすようにした例である。
尚、他の点については図18〜図20に示す実施形態と同様である。
12 流入水路
14 流出水路
16 主弁
22 主弁座
24 背圧室
26 導入小孔
28 パイロット水路
30 突出部
32,76 パイロット弁座
34,58,78,88,92 シール部
36,39,80 Oリング(シール部材)
37,86 横孔
38 開口
40 駆動軸
56,82,90 パイロット弁
60 ラビリンスシール
72 隙間
74 挿入孔
98,100 段付部
116 シール部材
Claims (12)
- (イ)主弁座に対して接近離間方向に進退運動して主水路の開度を変化させる主弁と
(ロ)該主弁の背後に形成され、内部の圧力を該主弁に対して閉弁方向の押圧力として作用させる背圧室と
(ハ)前記主水路における1次側の流入水路の水を該背圧室に導いて該背圧室の圧力を増大させる導入小孔と
(ニ)該背圧室と前記主水路における2次側の流出水路とを連通させる状態に前記主弁を貫通して設けられ、該背圧室の水を該流出水路に抜いて該背圧室の圧力を減少させるパイロット水路と
(ホ)前記主弁と同方向に進退運動して該主弁の側に設けられたパイロット弁座に対する相対位置を変化させ、該パイロット水路の開度を変化させるパイロット弁と
(ヘ)該パイロット弁を駆動する駆動軸と
を備え、前記パイロット弁の進退運動に追従して前記主弁を進退運動させて前記主水路の流量調節を行うパイロット式流調弁装置において、
前記主弁の進退方向を縦方向として前記パイロット弁座を横向きに設けて、前記パイロット弁を該横向きのパイロット弁座に沿った方向に進退運動させるようにし、該パイロット弁の前進端で該パイロット弁のシール部を該パイロット弁座のシール部に対して該パイロット弁座若しくは該パイロット弁に設けたシール部材を介して横方向に接触させて前記パイロット水路を閉鎖する閉弁状態とする一方、該パイロット弁の後退運動により該パイロット弁のシール部を該パイロット弁座のシール部より離間させることで該パイロット水路を開き且つ離間量に応じて該パイロット水路の開度を変化させるようになしたことを特徴とするパイロット式流調弁装置。 - 請求項1において、前記パイロット弁座が前記主弁の軸心若しくはこれと平行な軸心周りに環状に設けられていて、前記パイロット弁が該パイロット弁座に対して軸心方向に相対移動可能に嵌合する形態で設けられており、該パイロット弁の前記シール部が前記閉弁時に前記パイロット弁座の環状の周面に対応した環状をなす前記シール部材を介して該パイロット弁座の前記シール部に前記横方向である径方向に接触し、前記パイロット水路を閉鎖するようになしてあることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項2において、前記主弁には前記背圧室の側に突出する突出部が設けられていて該突出部に前記パイロット弁座が環状に設けられ、該突出部に対して前記パイロット弁が相対移動可能に嵌合していることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項3において、前記パイロット弁にて開閉される前記パイロット水路の開口が前記横向きのパイロット弁座の前記シール部よりも該パイロット弁の後退側の位置で横向きに開口していることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項4において、前記パイロット水路の前記横向きの開口よりも前記パイロット弁の後退側の位置において、前記突出部と該パイロット弁との間に、それらの間を常時水密にシールする環状のシール部材が介装されていることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項4において、前記パイロット水路の前記横向きの開口よりも前記パイロット弁の後退側の位置において、前記突出部と該パイロット弁との間を常時非接触でシールするラビリンスシールが設けてあることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項3において、前記突出部の前記パイロット弁座における前記シール部よりも前記パイロット弁の後退側の部分と該パイロット弁との間に隙間が形成されていて、該隙間にて前記パイロット水路が形成されていることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項2において、前記主弁に挿入孔を設け、該挿入孔に前記パイロット弁を進退方向に相対移動可能に嵌入させて、該挿入孔の内周面に沿って前記横向きをなすパイロット弁座を環状に設け、前記対応する環状のシール部材を介して前記パイロット弁の前記シール部を該パイロット弁座の前記シール部に対して前記径方向に接触させシールするようになしたことを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項8において、前記挿入孔が前記主弁を貫通して設けてあるとともに、前記パイロット水路が前記パイロット弁を貫通して設けてあり、該パイロット水路の前記背圧室側の一端を該パイロット弁の外周面で横向きに開口させてあることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項8において、前記挿入孔が前記主弁を貫通して設けてあり、該挿入孔の内周面と前記パイロット弁の外周面との間に前記パイロット水路が形成してあり、該挿入孔の内周面に沿って設けた前記パイロット弁座又は該パイロット弁の外周面の少なくとも一方の前記シール部を段付形状に形成してあることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項1〜10の何れかにおいて、前記駆動軸が前記2次側の流出水路の側から前記主弁を貫通して前記パイロット弁を駆動するようになしてあることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
- 請求項1〜11の何れかにおいて、前記パイロット弁が前記駆動軸の先端部に一体に構成してあることを特徴とするパイロット式流調弁装置。
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