JP3880280B2

JP3880280B2 - パイロット可変圧力制御弁

Info

Publication number: JP3880280B2
Application number: JP2000090686A
Authority: JP
Inventors: 久寿広田; 郁小林
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001273039A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパイロット可変圧力制御弁に関し、特に洗浄弁座にて局部洗浄用の水を放出するノズルを持ったノズルユニットに流量の制御された水を供給することができるパイロット可変圧力制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の洗浄弁座における流量制御部の概略構成例を示す図である。洗浄弁座における流量制御部は、たとえばフィルタ１と、逆止弁２と、止水弁３と、電磁弁４と、定圧弁５と、切換弁６とから構成されている。フィルタ１は、水道配管に接続される入水口に配置される。その下流側にある逆止弁２は、手動で開閉する止水弁３と一体に構成されている。電磁弁４は、水の通路を開閉する弁であり、定圧弁５は、水道の水圧に関係なくその下流側の圧力を一定にする機能を有し、切換弁６は、ステッピングモータにより水を３つの出口に分岐するとともにそれぞれの出水口の流量を調整する機能を有している。３つの水出口は、この先に接続されるノズルユニットの３つの吐水口、すなわち、勢いよく吐水するおしり洗浄用の第１の口、ソフトに吐水するおしり洗浄用の第２の口、およびビデ洗浄用の第３の口にそれぞれ通じる通路に接続される。この切換弁６は、また、定圧力された水を３つの出水口へそれぞれ独立に出すよう切り換える他に、３つの出水口から同時に出すように切り換えることもできる。
【０００３】
入水口に導入された水は、フィルタ１でろ過され、逆止弁２および止水弁３を介して、電磁弁４でオン／オフ制御される。電磁弁４でオン制御された水は定圧弁５により一定の水圧に調整され、最後に、切換弁６によって、ユーザの希望する出水口に切り換えられて出水される。このとき、出水される水は、切換弁６をステッピングモータにより位置制御することでユーザの希望する流量に調節される。この流量調節された水は、ノズルに導かれ、第１〜第３の口のいずれか１つから放出される。そして、使用後は、３つの出水口から同時に水を出すよう切換弁６が制御され、ノズルの洗浄が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の洗浄弁座における流量制御部では、ノズルに接続される切換弁が水の各出水口への切り換え、各出水口における流量の調節、３つの出水口への同時出水の機能をステッピングモータによる制御により行っているため、切換弁のコストが高くなるという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、流量調節部における切換弁が持つ流量調節機能を備えて、切換弁のコストを低減させることができるパイロット可変圧力制御弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、流体の流量制御を行うパイロット可変圧力制御弁において、高圧の流体を受ける流路内に形成された弁座に上流側から着座するように配置され下流側には流量制御された流体の出口が連通されている主弁と、前記主弁の下流側にて前記主弁と同軸のシリンダ内に嵌挿配置されて前記主弁を下流側から駆動するピストンと、前記主弁の上流側の流路に連通する場所に形成され弁棒との間にオリフィスが形成される弁座に上流側から着座するように配置された開閉弁と、前記主弁から見て前記ピストンの裏側に位置するピストン室と前記開閉弁の下流側とを連通するパイロット通路と、前記パイロット通路から流体をリークさせる量を制御する流量調整弁と、前記開閉弁の開閉動作および前記流量調整弁の上流側と下流側との差圧が一定になるような前記流量調整弁の開度調整を行うソレノイドと、を備えていることを特徴とするパイロット可変圧力制御弁が提供される。
【０００７】
このようなパイロット可変圧力制御弁によれば、ソレノイドが非通電のとき、主弁および開閉弁は、上流側の高圧の流体によってそれぞれ閉じており、主弁の下流側には流体は流れない。ここで、ソレノイドを通電すると、開閉弁が開き、高圧の流体が開閉弁のオリフィスを介してパイロット通路に流入し、さらにこのパイロット通路を通ってピストン室に流入する。ピストン室の圧力が上昇することにより、ピストンは主弁の方へ移動し、主弁を開弁方向へ駆動する。これにより、主弁が開き、この主弁を介して流体出口へ高圧の流体が流出する。このとき、流量調整弁は、ソレノイドの通電直後にソレノイドによって全閉位置まで駆動されるが、その後は、パイロット通路内の圧力によって流量調整弁が開き、パイロット通路内の圧力とソレノイドによる駆動力とがバランスする開度で整定し、それ以降は、パイロット通路内の圧力と下流側の圧力との差圧が一定になるように制御する。このことは、ピストン室の圧力がある値に一定に保たれることを意味し、これにより、主弁を通って流れる流体の流量がある値に一定に保たれることになる。この状態で、ソレノイドの駆動力を変えると、ピストン室の圧力がそれに応じた圧力に制御されるため、主弁もそれに応じて変化し、主弁を通って流れる流体の流量も変化するようになる。このように、流体流路の開閉と流量調節との機能を備えたことにより、出口に接続される弁として、流量調節機能を持たない構成の簡単な切換弁を採用することが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、洗浄弁座の流量制御部に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１および図２は本発明の第１の実施の形態に係るパイロット可変圧力制御弁の構成を示す断面図である。特に、この図１は、ソレノイドがオフ動作時における弁配置状態を示し、図２はソレノイドがオン動作時における弁配置状態を示している。
【００１０】
本発明によるパイロット可変圧力制御弁は、図示しないフィルタおよび止水栓を介して水道配管に接続される入水口１１と、図示しない切換弁を介してノズルに接続される出水口１２と、流量調整に使用した水を便器内へ導くためのホースが接続されるドレン出口１３とを有している。
【００１１】
入水口１１の下流には主弁１４が設けられ、軸線方向に往復動自在に弁座１５に嵌挿配置されている。主弁１４の下流側は出水口１２に連通されている。主弁１４は、その上流側に弾性材料で作られたリング状のパッキン１６が嵌合されており、主弁１４の上流側に配置されたスプリング１７による閉弁方向への付勢によって、パッキン１６が弁座１５に押し付けられて全閉状態になる。
【００１２】
主弁１４の下流側にて、その軸線の延長線上には、弁座１５の内径より大きな内径を有するシリンダが形成されており、そのシリンダにはピストン１８が軸線方向に往復動自在に嵌挿配置されている。このピストン１８は、主弁１４と対向する端面に主弁１４の下流側の端面が当接し、外周にはシリンダの内壁面との間にシールをなすＶリング１９が設けられ、主弁１４から見てピストン１８の反対側の空間はピストン室２０を構成している。
【００１３】
また、入水口１１に連通する空間より分岐されて主弁１４の軸線に対して直角方向に動くように配置された止水弁２１を有している。この止水弁２１は、その上流側に配置されたスプリング２２によって閉弁方向へ付勢されている。止水弁２１の弁軸が嵌挿配置されるよう弁座に設けられた貫通孔は、弁軸の外径よりも大きな内径を有し、弁軸との間にオリフィス２３が形成されている。その止水弁２１の下流側はパイロット通路２４を介してピストン室２０に連通されている。止水弁２１の弁軸は、パイロット通路２４を貫通し、さらにその先に設けられたボール弁２５の弁座に嵌挿配置されている。また、止水弁２１の弁軸は、この止水弁２１が全閉状態にあるとき、端面がボール弁２５の弁座より突出した位置に来るような長さを有している。
【００１４】
ボール弁２５のボールは、ソレノイド作動のシャフト２６に固定されている。ソレノイドは、電磁コイル２７、可動鉄芯２８、固定鉄芯２９およびスプリング３０から構成されている。電磁コイル２７が非通電時は、図１に示したように、スプリング３０によりボール弁２５から離れる方向に可動鉄芯を付勢し、通電時は、図２に示したように、可動鉄芯２８が固定鉄芯２９に吸引され、ボール弁２５に近付く方向に移動する。一端にボールを固定したシャフト２６は、固定鉄芯２９に嵌挿配置され、他端は可動鉄芯２８に固定されている。すなわち、ボール弁２５は、その開度が可動鉄芯２８によって制御される。ボール弁２５の下流側では、固定鉄芯２９とシャフト２６との間、および可動鉄芯２８とこれを収納するシリンダとの間には、リーク路を形成する隙間があいており、このリーク路はドレン出口１３に連通している。つまり、ボール弁２５の下流側は、大気圧となっている。
【００１５】
なお、止水弁２１の弁座に設けられた貫通孔の内径は、これが全開状態にあるときに弁体が弁座より離間する距離の３倍以上にしている。これにより、止水弁２１の内側の圧力は、入水圧力とほぼ等しくなり、弁軸の径に加わることになるため、入水圧力が止水弁２１をソレノイド側へ付勢する力が小さくなり、ボール弁２５の制御への影響力を小さくすることができる。
【００１６】
このように、止水弁２１およびボール弁２５は、ソレノイドによって動作するが、次に、止水弁２１と、ボール弁２５と、ソレノイドとの関係について説明する。なお、説明を簡単にするため、入水口１１に供給される水道水の圧力は変動しないで一定であるとする。
【００１７】
図３はソレノイド電流対止水弁の開度の関係を示す図である。この図において、横軸は電磁コイル２７に流すソレノイド電流ｉ、縦軸は止水弁２１の開度を表している。
【００１８】
まず、ソレノイド電流ｉ＝０のとき、可動鉄芯２８はスプリング３０によってドレン出口１３の側へ付勢されているので、止水弁２１は全閉状態になっている。このとき、ボール弁２５は、図１に示したように、全開状態にあり、止水弁２１の下流側は大気圧になっている。
【００１９】
ここで、ソレノイド電流ｉ＝ｉ１が流れると、可動鉄芯２８は吸引されて固定鉄芯２９の側へ移動することにより、止水弁２１は全開状態になる。なお、ボール弁２５は、ソレノイドの通電直後にその弁座にボールが着座されるが、その後、ソレノイドの吸引力と止水弁２１のオリフィス２３を介してピストン室２０へ流れ込む水の圧力とがバランスする位置の開度になる。
【００２０】
このように、このパイロット可変圧力制御弁において、止水弁２１はソレノイド電流のオン／オフで制御されるため、オン／オフ電磁弁を構成していることになる。
【００２１】
図４はソレノイド電流対ピストン室の圧力の関係を示す図である。この図において、横軸は電磁コイル２７に流すソレノイド電流ｉ、縦軸はピストン室の圧力を表している。
【００２２】
まず、ソレノイド電流ｉ＝０のとき、図１に示したように、可動鉄芯２８はスプリング３０によってドレン出口１３の側へ付勢されているので、止水弁２１はスプリング２２および水道の水圧によって全閉され、水圧とは遮断されている。一方、ボール弁２５は全開状態であるため、ピストン室２０の圧力は大気圧Ｐ０に等しい状態になっている。
【００２３】
ここで、ソレノイド電流ｉ＝ｉ１が流れると、図２に示したように、可動鉄芯２８は吸引されて固定鉄芯２９の側へ移動し、止水弁２１を全開状態にすることで、この止水弁２１を介して水が流れ込み、ピストン室２０の圧力が上昇する。このときの圧力は、パイロット通路２４の圧力からボール弁２５を介して水が漏れ出ることによる減圧分を差し引いた圧力Ｐ１となる。したがって、ボール弁２５はピストン室２０と大気圧との差をソレノイド電流で決まる圧力に一定に保つ差圧弁を構成していることになる。ボール弁２５を通過した微少の水は、リーク路を介してドレン出口１３より排水される。
【００２４】
ソレノイド電流ｉをさらに増加させると、固定鉄芯２９への可動鉄芯２８の吸引力が増加し、ソレノイドがシャフト２６を介してボール弁２５を閉じる方向へ駆動していくため、ボール弁２５の開度は徐々に小さくなっていく。それに伴って、ボール弁２５を介して漏れ出る水量が減少し、それに応じてピストン室２０の圧力が上昇していく。
【００２５】
このように、ソレノイド電流ｉ＝ｉ１でオンされた後、ピストン室２０の圧力は、ソレノイド電流ｉに応じて制御される。その制御範囲の下限は、オンするときの電流ｉ１より小さい電流ｉ０であり、この電流ｉ０以下は、ソレノイドがオフする範囲である。
【００２６】
次に、このパイロット可変圧力制御弁の動作について説明する。
ソレノイドが非通電状態にあるときは、図１に示したように、主弁１４および止水弁２１は閉じており、したがって、入水口１１の水は出水口１２に流出することはない。
【００２７】
ソレノイドが電流ｉによって通電されると、図２に示したように、止水弁２１が全開状態、ボール弁２５が全閉状態になる。止水弁２１が開くと、オリフィス２３を介して止水弁２１の下流側へ水が流れ込む。この水は、パイロット通路２４を通って、ピストン室２０へ入り、主弁１４から見てピストン１８の裏側へ荷重をかける。それとともに、止水弁２１の下流側へ流れ込んできた水の圧力が大きくなって、パイロット通路２４内の圧力とボール弁２５の下流側の圧力、すなわち大気圧との差がある値になると、パイロット通路２４内の圧力がボール弁２５のボールを弁座から押し上げ、その差が一定となるように、パイロット通路２４内の水がボール弁２５を通って行く。ボール弁２５を通過した水は、ソレノイド内のリーク路を通ってドレン出口１３より排出される。これにより、ピストン室２０の圧力が、ソレノイドが電流ｉによって決まる圧力に一定に制御されることになる。
【００２８】
一方、ピストン１８は、出水口１２に連通する側の空間の圧力とピストン室２０の圧力との差でその軸線方向に動く。主弁１４が閉じているときは、その下流側の圧力はほぼ大気圧である。このため、止水弁２１およびパイロット通路を介して供給される水によりピストン室２０の圧力が高くなると、ピストン１８は主弁１４の方向へ移動する。ピストン１８には主弁１４の端面が当接されているので、ピストン１８が主弁１４をその開弁方向に押し出す。これにより、主弁１４が開き、入水口１１の水はこの主弁１４を通って出水口１２へ流れる。これにより、ピストン１８の出水口１２に連通する側の空間は、圧力が上昇し、ピストン１８をピストン室２０の方へ押し戻す力が作用する。すると、ピストン室２０の圧力は高くなるが、この圧力を一定に保つようにボール弁２５が働いて、ピストン室２０に通じるパイロット通路２４内の水をドレン出口１３へ流出させるため、ピストン１８がピストン室２０の方へ移動し、これに伴って主弁１４がその閉弁方向へ移動する。主弁１４が閉弁していくことにより、この主弁１４を通過する水の量が絞られていく。これにより、ピストン１８の出水口１２に連通する側の空間は、圧力が低下し、ピストン１８は主弁１４の方へ移動するようになり、主弁１４をその開弁方向へ移動させる力が働く。このようにして、ピストン室２０の圧力と主弁１４の下流側の圧力とがバランスする位置に主弁１４の開度、すなわち出水口１２の吐水量が制御されることになる。
【００２９】
このようにして、主弁１４はピストン室２０の圧力によって決まる弁開度に制御され、そのピストン室２０の圧力はボール弁２５の開度によって制御されることから、入水口１１の水は、ソレノイドの吸引力に応じた流量に制御されて出水口１２より出力されることになる。
【００３０】
この状態でソレノイド電流ｉを増やすと、ソレノイドの吸引力が増加し、ピストン室２０の圧力がより高い圧力に制御されるため、主弁１４が開く方向に移動され、出水口１２より出力される流量を増やすように制御されることになる。
【００３１】
ここで、主弁１４の有効受圧面積をＳ_A、ピストン１８の有効受圧面積をＳ_B（＞Ｓ_A）、入水口１１の圧力をＰ_IN、出水口１２の圧力をＰ_OUT、ピストン室２０の圧力をＰ_X、そして、主弁１４をその閉弁方向へ付勢する力をＦとすると、主弁１４が開く方向と閉じる方向とで釣り合うときの力関係は、
【００３２】
【数１】
（Ｐ_X−Ｐ_OUT）Ｓ_B＝（Ｐ_IN−Ｐ_OUT）Ｓ_A＋Ｆ・・・（１）
で表される。この式（１）において、左辺は主弁１４が開く方向に作用する力、右辺は主弁１４が閉じる方向に作用する力を表している。この式（１）から、出水口１２の圧力は、
【００３３】
【数２】
Ｐ_OUT＝（Ｆ＋Ｓ_A・Ｐ_IN−Ｓ_B・Ｐ_X）／（Ｓ_A−Ｓ_B）・・・（２）
となる。この式（２）において、Ｓ_A，Ｓ_B，Ｆは設計時に決まる固定値であるのに対し、Ｐ_INは水道が引かれている場所によって変化する値、Ｐ_Xはソレノイドの吸引力によって決まる値である。しかし、Ｐ_Xはユーザが希望する水圧になるようにソレノイドの吸引力を調整するため、Ｐ_INが変化したとしても、ユーザはそれに合わせてＰ_Xを調整するため、Ｐ_INの変化は問題ではない。結局、出水口１２の圧力Ｐ_OUTは、ユーザによって調整されるソレノイドの吸引力、つまりソレノイド電流によって変化されるため、ソレノイド電流で吐水流量を変えていることになる。
【００３４】
このようにして流量調節された水は、最終的に切換弁に供給され、この切換弁で、通路が切り換えられて、ノズルユニットの勢いよく吐水するおしり洗浄用の第１の口、ソフトに吐水するおしり洗浄用の第２の口、またはビデ洗浄用の第３の口にそれぞれ導かれる。このため、切換弁は既に流量調節された水を切り換えるだけの機能があればいいので、構造の簡単な切換弁を使用することが可能になる。
【００３５】
図５および図６は本発明の第２の実施の形態に係るパイロット可変圧力制御弁の構成を示す断面図である。なお、図５は、ソレノイドがオフ動作時における弁配置状態を示し、図６はソレノイドがオン動作時における弁配置状態を示している。これらの図５および図６において、図１および図２に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３６】
第１の実施の形態のパイロット可変圧力制御弁との違いは、ピストン１８のシール部分にある。すなわち、第１の実施の形態のパイロット可変圧力制御弁では、ピストン１８とそれを収容しているシリンダとのシールをＶリング１９で行っているのに対し、この第２の実施の形態のパイロット可変圧力制御弁では、ピストンリング３１で行っている。
【００３７】
Ｖリング１９は、出水口１２に通じる空間とピストン室２０との間での水漏れを完全に防止することを目的としているが、摺動抵抗が大きいという性質がある。一方、ピストンリング３１は、摺動抵抗が非常に小さく、ピストン１８をスムーズに動かすことができるが、リングの一部が切れているため、そこから多少水が漏れてしまうという性質がある。しかし、たとえ、ピストン室２０から出水口１２に通じる圧力の小さい空間へ水が漏れたとしても、漏れた水は主弁１４で流量制御された水ととも出水口１２より出てしまうため、何ら問題はない。
【００３８】
以上、本発明をその好適な実施の形態について詳述したが、本発明はこの特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内で各種変化変形が可能である。たとえば入水口側にフィルタおよび止水栓を一体に設けてもよく、出水口側にオーバフローした水をドレンとして排水するオーバフロー弁を一体に設けてもよい。また、ボール弁の下流側に形成されているリーク路を、ソレノイド内を通過せずに直接ドレン出口に導くように形成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、止水弁によりこのパイロット可変圧力制御弁をオン／オフする機能を持たせ、ボール弁により流量調節機能を持たせ、そのオン／オフする機能および流量調節機能をソレノイドの吸引力、すなわちソレノイド電流で制御する構成にした。これにより、このパイロット可変圧力制御弁につながる洗浄弁座のノズルユニットにて、各ノズルへの水路を切り換える切換弁として高価なステッピングモータによる流量制御および水路切り換えを行う必要がなく、単純に水路を切り換えるだけの切換弁を採用することができるため、洗浄弁座のコストを下げることができる。
【００４０】
また、従来の止水弁、電磁弁および定圧弁の機能に流量調節機能を併せ持つ１つの制御弁として構成されるため、よりコンパクトなパイロット可変圧力制御弁となり、洗浄弁座の水を制御する機構を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパイロット可変圧力制御弁の非動作時の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るパイロット可変圧力制御弁の動作時の構成を示す断面図である。
【図３】ソレノイド電流対止水弁の開度の関係を示す図である。
【図４】ソレノイド電流対ピストン室の圧力の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るパイロット可変圧力制御弁の非動作時の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るパイロット可変圧力制御弁の動作時の構成を示す断面図である。
【図７】従来の洗浄弁座における流量制御部の概略構成例を示す図である。
【符号の説明】
１１入水口
１２出水口
１３ドレン出口
１４主弁
１５弁座
１６パッキン
１７スプリング
１８ピストン
１９Ｖリング
２０ピストン室
２１止水弁
２２スプリング
２３オリフィス
２４パイロット通路
２５ボール弁
２６シャフト
２７電磁コイル
２８可動鉄芯
２９固定鉄芯
３０スプリング
３１ピストンリング

Claims

流体の流量制御を行うパイロット可変圧力制御弁において、
高圧の流体を受ける流路内に形成された弁座に上流側から着座するように配置され下流側には流量制御された流体の出口が連通されている主弁と、
前記主弁の下流側にて前記主弁と同軸のシリンダ内に嵌挿配置されて前記主弁を下流側から駆動するピストンと、
前記主弁の上流側の流路に連通する場所に形成され弁棒との間にオリフィスが形成される弁座に上流側から着座するように配置された開閉弁と、
前記主弁から見て前記ピストンの裏側に位置するピストン室と前記開閉弁の下流側とを連通するパイロット通路と、
前記パイロット通路から流体をリークさせる量を制御する流量調整弁と、
前記開閉弁の開閉動作および前記流量調整弁の上流側と下流側との差圧が一定になるような前記流量調整弁の開度調整を行うソレノイドと、
を備えていることを特徴とするパイロット可変圧力制御弁。
前記ソレノイドは、所定値以上のソレノイド電流で前記開閉弁を開弁し、所定値以上の任意のソレノイド電流で前記流量調整弁の開度を調整することを特徴とする請求項１記載のパイロット可変圧力制御弁。
前記流量調整弁は、下流側にボールが配置されたボール弁であることを特徴とする請求項２記載のパイロット可変圧力制御弁。
前記開閉弁と前記流量調整弁と前記ソレノイドとを同一軸線上に配置し、前記開閉弁は、閉弁時に前記流量調整弁の弁座を貫通して延びる前記弁棒を有し、開弁時に前記ソレノイドから延びるシャフトおよび前記ボール弁のボールを介して前記弁棒が駆動されることを特徴とする請求項３記載のパイロット可変圧力制御弁。
前記主弁および前記開閉弁は、上流側からそれぞれの弁対を閉弁方向に付勢するスプリングを備えていることを特徴とする請求項１記載のパイロット可変圧力制御弁。
前記ピストンは、Ｖリングを周設して前記シリンダとのシールを行うことを特徴とする請求項１記載のパイロット可変圧力制御弁。
前記前記ピストンは、ピストンリングを周設して前記シリンダとのシールを行うことを特徴とする請求項１記載のパイロット可変圧力制御弁。
前記流量調整弁によってリークされた流体を外部に排出するためのリーク路を前記ソレノイド内に形成したことを特徴とする請求項１記載のパイロット可変圧力制御弁。