JP4890008B2 - 流量調整弁 - Google Patents

Description

この発明は、二次側に対する通水量を調整して節水設定も可能な流量調整弁に係り、逆流防止可能な構造に関するものである。

一般に、流量調整弁は、弁体を弁座から離隔する方向に軸移動させることにより、弁座の弁孔開度を調整し、もって二次側に対する通水量を調整するものであるが、そのための具体的手段として種々構造のものが存在する（例えば、特許文献１〜４を参照）。

特開平１０−２１２９０５号公報 特開平１１−９４０９７号公報 特開２００２−１１５７６３号公報 特開２００２−２８６１５９号公報

上記列挙した特許文献１〜４に開示の流量調整弁は、何れも流量を調整するものであって、停水時や逆流時における逆流防止機能はない。従って、当該流量調整弁を設置した配管回路において、逆流を防止するには逆流防止弁（単に「逆止弁」ということもある）を別途に配置する必要があるため、回路構成が複雑となる。さらに、上記４件の流量調整弁は、弁体の弁座に対する着座側先端部を円弧状に形成してる。このため、弁体の移動距離と弁孔開度（流量と技術的に同義）とが非線形の相関関係となる。つまり、先端部を円弧状とした弁体を採用した場合、その曲率に応じて、着座から一定距離は弁孔開度が小さく微調整となるが、当該一定距離を超えて弁体を移動させると、弁孔開度が急激に大きくなる。従って、数段階に流量調整を行うような場合、各段階毎の調整が難しいといった課題もあった。

本発明は上述した課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、流量調整機能に加えて逆流防止機能も備えて多機能とすると共に、段階的な流量調整を正確且つ容易に行える流量調整弁を提供することである。

上述した目的を達成するために本発明では、内部を一次室と二次室に上下区画する仕切り壁に鉛直方向に開口する通水孔を形成すると共に、前記通水孔の中心軸上の二次室側に軸孔を貫設してなるケーシングと、前記通水孔の二次室側に設けた弁座と、この弁座への着座側先端部を重力方向に直径を漸次縮径した円錐形状に形成すると共に、二次側の後端部に凹陥部を形成し、自重または／および前記後端部に作用する逆方向の水圧によって前記先端部の円錐面の一部を前記弁座に着座可能とする一方、順方向の水圧により前記弁座から離隔して開弁可能とした弁体と、ケーシングの前記軸孔に上下動可能に組み付けられ、二次室内下端には、前記弁体の後端部が当接して当該弁体の弁座からの離隔距離を調整すると共に、前記軸孔の段差と係合して上限位置を規定する円盤部を有する開度調整栓棒とを備え、前記弁体は前記ケーシングの前記軸孔から下方に一体的に突設したガイドリングに前記後端部を挿入するという手段を用いた。

上記手段によれば、一次側から二次側に向かう順方向の通水が行われているときは、その水圧によって開弁する一方、停水または逆方向の通水がなされれば、自重によって弁体が着座方向に即座に落下し、自動閉弁する。これと同時に、流量調整機能は、弁体の先端部を円錐形状に形成すると共に、開度調整栓棒により弁体の離隔位置を規制することで発揮される。つまり、先端部を円錐形状とした弁体では、当該先端部の弁孔に対する進入深さに応じて弁孔の開度が調整され、当該開度と対応して流量も調整される。ここで、弁体先端部の弁孔に対する進入深さは、弁体の離隔位置と技術的に同義である。つまり、弁体の離隔位置が高ければ、先端部の進入深さが浅くなり、弁孔の開度も大きくなる。そして、本発明では、開度調整栓棒を上下動することで、弁体の離隔位置の上限設定を可能としている。さらに、本発明では、弁体の先端部を円錐形状に形成しているため、弁孔に対する進入深さ、即ち開度調整栓棒により上限設定される弁体の離隔位置と、弁孔の開度、即ち流量とは、線形の相関関係となる。

また本発明では、弁体が弁座に着座する全閉位置を起点として開度調整栓棒を上下動可能としたので、開度調整栓棒を最も下降させた起点位置とすれば、弁体が弁座から離隔する余地はなくなり、強制的に着座させた状態を維持することにより、止水機能を発揮する。

開度調整栓棒を上下動させる具体的構造としては、開度調整栓棒をケーシングの軸孔に螺合させると共に、開度調整栓棒に回転ハンドルを分離可能に結合することが好ましい。当該螺合構造によって、開度調整栓棒に水圧等が作用しても不用意な上下動を防止できると共に、回転ハンドルをツマミとして回動動作を開度調整栓棒の上下動に容易に変換できるからである。また、回転ハンドルを分離可能とすることで、回転ハンドルを取り外せば、無権限者によるいたずらを防止すると共に、設置スペースを圧迫することもない。

また、開度調整栓棒と回転ハンドルとをキー結合によって分離可能に結合することで、流量調整や止水作業を対応するキーの回転ハンドルでしかできなくなるため、水道管理上、好ましい。

さらに、ケーシングに回転ハンドルの回転角度に見合った開度表示部を設けることで、開度調整を正確且つ容易に行うことができて好ましい。

また、開度調整栓棒の二次室内先端に緩衝部を設けることで、停水から通水の切換え時や水圧の脈動時に、弁体の開度調整栓棒に対する衝撃音（ウォーターハンマー）を防止できて好ましい。

さらに、弁体をステンレス等の金属製とすることで、弁体の摩耗が軽減されて好ましい。また、比重が水（湯）よりも大きくなるため、自重による着座が可能となって、逆止応答性を高めることができる。

さらにまた、ケーシングの一次室に通水孔を止水可能なボール型止水栓を一体的に設けることで、開度調整栓棒によらずとも一次室側において確実に止水されると共に、当該止水機能によって、二次室にある弁体や弁座を交換するなど、二次側のメンテナンスを行うことができて、より好ましいものである。

以上説明したように本発明によれば、流量調整という基本機能の他、逆流防止機能をも発揮する多機能な流量調整弁を提供することができる。また、弁体の着座側先端部を円錐形状としたので、開度調整栓棒の上下動と流量調整が線形性を有することになって、流量調整を正確且つ容易に行うことができる。さらに、開度調整栓棒を回転ハンドルにより上下動させるため、慣れ親しんだ操作により流量調整が行える上、回転ハンドルをキー結合により開度調整栓棒と連結したので、不正な流量調整や止水作業を不可とするなど、水道管理上のセキュリティーも図ることができる。これと同時に、開度表示部を設けたので、所望の流量調整を正確に行うことができる。また、開度調整栓棒に緩衝部を設けることでウォーターハンマーを防止でき、さらに弁体を金属製とすることで、耐久性が向上する。さらにまた、ボール型止水栓を一体としたので、その止水機能により二次側のメンテナンスを容易に行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１〜５は、本発明の第一実施形態に係る流量調整弁を示したものであり、図１は全体説明図、図２は全開設定時の通水説明図、図３は全開設定時の逆流防止説明図、図４は節水設定時の通水説明図、さらに図５は強制止水時の説明図である。

これらの図において、１０はケーシングであり、本実施形態では下部構造１１と上部構造１２の二分割構造としている。そして、上部構造１２は下部構造１１の上面に形成した取付孔１１ａにＯリング１１ｂを介して、前記取付孔１１ａの下端に形成した雌ネジ部１１ｃに下端雄ネジ部１２ａを螺合することによって分解可能に組み付けている。

下部構造１１は、一次側に袋ナット等の継手部１１ｄを設けると共に、二次側にも雄ネジ等の継手部１１ｅを設けてなる。また、下部構造１１の内部は、アングル状の仕切壁１１ｆによって、下を一次室、上を二次室に区画しており、当該仕切壁１１ｆの水平部分には鉛直方向に開口する通水孔１１ｇを形成している。さらに、１１ｈは、二次室内において取付孔１１ａから一体的に下方に突出するガイドリングであって、後述する弁体の離隔を安定させるものである。なお、下部構造１１における継手部１１ｄ・１１ｅは他の接続構造であってもよい。

一方、上部構造１２は、通水孔１１ｇの中心軸上に軸孔１２ｂを上下方向に貫設してなる。この軸孔１２ｂは、本実施形態において、上から直径が小・中・大の三段構成からなり、中間部には雌ネジ部１２ｃを螺設している。

次に、２０は弁座である。この弁座２０は、その弁孔２１をケーシング１０の下部構造１１における通水孔１１ｇと連通させて、仕切壁１１ｆの二次側に嵌入リング２２により固定している。

さらに、３０は弁体である。この弁体３０は、前記弁座２０への着座側先端部３１を重力方向に直径を漸次縮径した円錐形状に形成しており、当該先端部３１を弁孔２１に差し込み進入させた状態で、その円錐面の一部を弁座２０に着座可能としている。さらに、この弁体３０は、その後端部をケーシング１０のガイドリング１１ｈに挿入することで姿勢を安定させ、通水孔１１ｇを介して作用する順方向の水圧によって、弁座２０から離隔するように垂直に移動して開弁動作を行うものである。

なお、弁体３０は、摩耗軽減等による耐久性の観点から、ステンレス等の金属製あるいはセラミック製とすることが好ましい。特に、弁体３０を金属製とすれば、比重が水や湯よりも大きくなるため、自重による自然落下で着座可能となる。

さらに、本実施形態では、弁体３０の後端面に凹陥部３２を形成して、弁体３０の軽量化を図っている。これによって、水圧による開弁応答性が高まると共に、凹陥部３２の分だけ逆流時の受圧面も大きくなるから、逆止応答性も同時に高めることができる。

続いて、４０は開度調整栓棒である。この開度調整栓棒４０は、分解状態にある上部構造１２の軸孔１２ｂに下方から組み付けるもので、軸孔１２ｂの三段構成に対応し、上からＯリング４１を装着して水密性を保持する小軸部４２、軸孔１２ｂの雌ネジ部１２ｃと螺合する雄ネジ部４３を螺設して開度調整栓棒４０を軸孔１２ｂに沿って上下動可能とする中軸部４４、軸孔１２ｂの最も大径部分の段差と係合して開度調整栓棒４０の上限位置を規定する円盤部４５の三段構成からなる。

また、本実施形態では、開度調整栓棒４０の二次室内下端に円盤部４５と隣接して緩衝部４６を設けている。この緩衝部４６は、ゴム等の弾性材をワッシャ４７を介してビス４８により開度調整栓棒４０の上記下端に取付けている。

さらに、本実施形態では、開度調整栓棒４０の上端にキー溝を多数刻設してなるスプライン軸部４９を小軸部４２と連設している。

これに対して、５０はツマミ羽５１を有する回転ハンドルであり、その軸棒５２に開度調整栓棒４０の上記スプライン軸部４９とキー結合可能な差込孔５３を形成してなる。当該構造によれば、スプライン軸部４９にキー結合した回転ハンドル５０を手動で回動することで開度調整栓棒４０を上下動することができる。

上記実施形態に係る流量調整弁の作用効果を図２〜図５に示した説明図に従って詳述すると、先ず、図２のように、開度調整栓棒４０を最も上に回し上げたときは、円盤部４５と共に緩衝部４６も最上位に位置することになる。ここで開度調整栓棒４０の下端に取付けた緩衝部４６は、弁体３０の後端部（図面上は上端部）が当接することにより、弁体３０の離隔位置を規制するものであるから、図２の場合、弁体３０の離隔距離を最も長く確保することができる。弁体３０の離隔距離が長くなれば、円錐形先端部３１の弁孔２１に対する進入深さが浅くなって、弁孔２１の開度も大きくなる。つまり、図２は、一次側から二次側に順方向の通水が行われる結果、その水圧によって弁体３０が最上位まで移動し、最も大きな流量で通水可能とした全開設定時の通水状態を示したものである。なお、本実施形態では、開度調整栓棒４０の下端に緩衝部４６を設け、垂直移動する弁体３０の後端部を当接させて、弁体３０の離隔上限位置を規制することとしたので、前記当接時の衝撃力は緩衝部４６によって吸収・緩和され、衝撃音（ウォーターハンマー）の発生を防止することができる。ただし、本発明においては、緩衝部４６を省略することも可能で、この場合は円盤部４５が弁体３０の離隔上限位置を規制することになる。

一方、図２の状態から停水または逆方向の通水が発生した場合は、図３に示したように、自重または／および二次側に作用する逆方向の水圧によって弁体３０は落下し、先端部３１の円錐面の一部を弁孔２１の内周面に密着させるように弁座２０に着座して逆止作用を行う。

上述のような逆流防止動作を行う流量調整弁にあって、開度調整栓棒４０を回し下げた場合は、図４に示したように、これに伴って円盤部４５および緩衝部４６も下位に変位し、この結果、弁体３０の離隔上限位置も下がる。弁体３０の離隔上限位置が下がれば、円錐形先端部３１の弁孔２１に対する進入深さが深くなって、弁孔２１の開度が小さくなる。つまり、開度調整栓棒４０を回し下げれば、流量が減り、節水状態とすることが可能となる。なお、この節水状態でも、全開状態と同様の逆止作用を行うことはもちろんである。

そして、開度調整栓棒４０を更に回し下げ、これに伴い下位に変位する緩衝部４６により弁体３０を着座位置まで押圧することで、図５に示したように、一次側に順方向の水圧が作用している場合でも、強制的に止水状態とすることができる。

このように、本実施形態では、弁体３０が弁座に着座する図５の全閉位置（強制止水位置）を起点として、開度調整栓棒４０を上下動可能としているのであるが、弁体３０の着座側先端部３１を円錐形状としているため、開度調整栓棒４０の上下動による弁体３０の離隔距離と弁孔２１の開度に見合った流量とは、線形の相関関係となる。即ち、開度調整栓棒４０を上下動して弁体３０の離隔距離を増減調整すれば、その変位長とリニアに流量が増減する。

図６は、弁体３０の離隔距離に対する流量の変化率（弁孔２１の開度と同義）を示した相関グラフであり、上述のように線形の相関グラフとして表される。ここで、流量の変化率は、弁体３０の先端角度によっても変わってくる。つまり、図６に示したように、先端角度を１２０度に設定した本実施形態を基準とすれば、当該角度を例えば１５０度に大きくし、先端部３１をより扁平な円錐形状とした場合は、流量の変化率が大きく、僅かな離隔距離で全閉から全開までを調整できる。その効果としては、開度調整栓棒４０の上下動範囲も小さく設定でき、ケーシング１０を小型化することができる。一方、先端角度を例えば９０度と小さくし、先端部３１をより先尖な円錐形状とした場合は、流量の変化率が緩やかとなり、全閉から全開までの離隔距離を大きく確保できるから、きめ細かい流量調整が可能となる。なお、弁体３０の先端部を円弧形状とすれば、図６において点線で示したように、弁体の離隔距離に対する流量の変化率は、先端部の曲率に見合った曲線的な変化となる。

そして、本実施形態では、回転ハンドル５０による回動動作により開度調整栓棒４０を上下動させるため、開度調整栓棒４０の上下方向の変位長は回転ハンドル５０の回動角度と線形性をもって示される。つまり、回転ハンドル５０の回転角度を大きくすることで、開度調整栓棒４０の上下変位長もリニアに大きくなるから、結果、回転ハンドル５０の回動角度と流量も線形の相関関係にある。言い換えれば、回転ハンドル５０の回転角度を調整することで流量調整が行うことができるのである。従って、回転ハンドル５０の回動角度がわかれば、そのときの流量もわかる。これに基づき、本実施形態では、回転ハンドル５０を一回転したとき全閉から全開までを行うように、開度調整栓棒４０の雄ネジ部４３と軸孔１２の雌ネジ部１２ｃのピッチを設定すると共に、図７に示したように、ケーシング１０の上部構造１２に、回転ハンドル５０の回転角度に見合った開度表示部６０を「１００、７５、５０、２５」といったパーセント標記で設けた。なお、開度表示部６０の具体的な標記方法は、「１／１、３／４、１／２、１／４」といった分数標記や「ＦＵＬＬ、ＨＡＬＦ、ＱＵＡＲＴＥＲ、ＣＬＯＳＥ」といった英語表記、あるいは「全開、半開、半々開、全閉」といった日本語表記など、その他の表記方法でもよい。

図８は、本発明の第二実施形態に係る流量調整弁を示したものであり、第一実施形態と共通する部材には同一符号をもって構造を明らかにしたものである。この第二実施形態に係る流量調整弁の特徴は、ケーシング１０の一次室にボール型止水栓６０を一体的に設けたことであり、二次室における弁体３０や開度調整栓棒４０等の構造、さらには開度調整栓棒４０をキー結合可能な回転ハンドル５０によって上下動すること等は、第一実施形態と全く同じである。

この第二実施形態において、ボール型止水栓７０は、内部にＬ字状通水路７１を形成したボール弁体７２を、ケーシング１０の下部構造１１における二次室内に回動可能に収容している。ボール弁体７２の回動は、図示しないレバー等によって行うが、Ｌ字状通路７１の両端開口が通水孔２１および一次側通路と同時連通する位置と、前記両端開口が通水孔２１および／または一次側通路と断通する位置とを切り替え可能としたものである。なお、７３はボール弁体７２を回動可能に支持する弁座である。

当該第二実施形態に係る流量調整弁によれば、第一実施形態と同じ逆止機能、流量調整機能、強制的止水機能を発揮することに加えて、ボール型止水栓７０によって一次室内において止水できるため、別途に上流側で止水するまでもなく、二次室に設けた弁体３０、弁座２２、開度調整栓棒４０等を交換するなど、二次室のメンテナンスを容易に行うことができる。

本発明の第一実施形態に係る流量調整弁の全体説明図 同、全開設定時の通水説明図 同、全開設定時の逆流防止説明図 同、節水設定時の通水説明図 同、強制止水時の説明図 同、弁体の離隔距離に対する流量の変化率を示した相関グラフ 同、開度表示部を示したケーシングの上部構造の平面図 本発明の第二実施形態に係る流量調整弁の全体説明図

符号の説明

１０ ケーシング
２０ 弁座
２１ 弁孔
３０ 弁体
３１ 円錐状先端部
４０ 開度調整栓棒
４６ 緩衝部
５０ 回転ハンドル
６０ 開度表示部
７０ ボール型止水栓

Claims (8)

1. 内部を一次室と二次室に上下区画する仕切り壁に鉛直方向に開口する通水孔を形成すると共に、前記通水孔の中心軸上の二次室側に軸孔を貫設してなるケーシングと、前記通水孔の二次室側に設けた弁座と、この弁座への着座側先端部を重力方向に直径を漸次縮径した円錐形状に形成すると共に、二次側の後端部に凹陥部を形成し、自重または／および前記後端部に作用する逆方向の水圧によって前記先端部の円錐面の一部を前記弁座に着座可能とする一方、順方向の水圧により前記弁座から離隔して開弁可能とした弁体と、ケーシングの前記軸孔に上下動可能に組み付けられ、二次室内下端には、前記弁体の後端部が当接して当該弁体の弁座からの離隔距離を調整すると共に、前記軸孔の段差と係合して上限位置を規定する円盤部を有する開度調整栓棒とを備え、前記弁体は前記ケーシングの前記軸孔から下方に一体的に突設したガイドリングに前記後端部を挿入したことを特徴とした流量調整弁。
2. 開度調整栓棒は、弁体が弁座に着座する全閉位置を起点として上下動可能とした請求項１記載の流量調整弁。
3. 開度調整栓棒は、ケーシングの軸孔に螺合すると共に、回転ハンドルを分離可能に備えた請求項１または２記載の流量調整弁。
4. 開度調整栓棒は、回転ハンドルをキー結合によって分離可能に備えた請求項３記載の流量調整弁。
5. ケーシングに回転ハンドルの回転角度に見合った開度表示部を設けた請求項３または４記載の流量調整弁。
6. 開度調整栓棒の二次室内先端に緩衝部を設けた請求項１から５のうち何れか一項記載の流量調整弁。
7. 弁体は金属製である請求項１から６のうち何れか一項記載の流量調整弁。
8. ケーシングの一次室に通水孔を止水可能なボール型止水栓を一体的に設けた請求項１から７のうち何れか一項記載の流量調整弁。

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