JP5341539B2 - 定流量弁 - Google Patents

Description

本発明は、定流量弁に係り、特に、水を代表とする流体を、その供給圧力の変動に拘わらず一定流量で装置へ供給することができる定流量弁に関する。

例えば、給湯用温水器等の給水設備には、水道水の供給圧力にバラツキがあっても一定流量で水道水を給水設備に供給できるように定流量弁が備え付けられている。従来の定流量弁では、流体の流路内に円錐形状のコイル状バネからなる弁体が設置されており、この弁体が流体の圧力変動に伴って伸縮動作することで、コイル状バネの各巻線間の隙間が変動し、当該隙間を通過する流体を一定流量とするようになっている（例えば特許文献１参照）。

特開平６−２３５４７０号公報

ここで、近年においては、定流量弁自体の小型化が望まれている。特に、従来の定流量弁であると、要求流量によってはコイル状バネを大型にしなければ吐水できるだけの各巻線間の隙間を確保できない。このため、要求流量の大きい給水設備に対しては定流量弁が大型になってしまう。さらには、設置スペースに制約がある給水設備であると定流量弁を適用することができないという問題もある。
このため、本発明の課題は、要求流量の大きい給水設備や、設置スペースに制約のある供給設備に対しても設置できるように、小型化の可能な定流量弁を提供することである。

請求項１記載の発明に係る定流量弁は、
弁体をなす円錐形状のコイル状バネと、
流体の流路を形成し、前記コイル状バネの小径端部側が前記流路の上流側を向くように当該コイル状バネを前記流路内に収容する筐体と、
前記コイル状バネの各巻線間を通過する流体とは別個に流体を流すバイパスとを備え、
前記筐体には、前記コイル状バネの大径端部における最外周部分の少なくとも一部を固定する固定部が設けられており、
前記コイル状バネの小径端部には、当該小径端部を閉塞する閉塞部材が取り付けられており、
前記筐体は、前記筒状の筐体本体と、前記筐体本体の内側に配置された筒状のホルダーと、前記筐体本体の内側下部に配置され、前記コイル状バネが載置される台座とを備え、
前記筐体本体に形成された溝部と、前記ホルダーと、前記台座とがなす内部空間が前記バイパスとなり、当該バイパスの全体と前記台座内の前記流路とが平行に形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、コイル状バネの各巻線間を通過する流体とは別個に流体を流すバイパスが設けられているので、コイル状バネ側の流量以外にもバイパスによって流量を確保することができる。これにより、要求流量の大きな給水設備であっても、大型とせずに定流量弁を適用することが可能となる。
そして、コイル状バネを小型にしたとしても一般的な要求流量は確保することはできる。このようにコイル状バネの小型化が図られると、定流量弁自体の小型化も可能となり、設置スペースに制約のある給水設備等に対しても定流量弁を適用することが可能となる。

本実施形態の定流量弁の概略構成を示す上面図である。 図１のII−II断面図である。 図２の定流量弁の通水状態を示す断面図である。 本実施形態の定流量弁の第一の変形例を示す上面図である。 図４のV−V断面図である。 本実施形態の定流量弁の第二の変形例を示す断面図である。 本実施形態の定流量弁の第三の変形例を示す断面図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態の定流量弁の概略構成を示す上面図であり、図２は図１におけるII−II断面図である。

図１及び図２に示すように定流量弁１は、弁体２と、流体の流路３を形成し、流路３内に弁体２を収容する筐体４とを有する。

弁体２は、金属製の円錐形状のコイル状バネであり、その小径端部２１側が流路３の上流側を向くように流路３内に配置されている。この弁体２は、その変位量に対する通過孔面積の変化状況の特性が、収縮するにしたがって減少する右下がりの非線形特性である。また、弁体２の小径端部２１には、当該小径端部２１の内側空間を閉塞する閉塞部材としてのバネ受け部２３が組み付けられている。このバネ受け部２３の外周部には緩衝部材２４が支持されている。

緩衝部材２４は、柔軟性のある合成ゴムや合成樹脂製でプロペラ形状のものである。緩衝部材２４は、中央部に貫通孔を有する円板状の座板２５と、座板２５の周囲から放射方向（例えば座板２５の直径方向に対向する２本）に延びた羽２６とによって構成されていて、弁体２のサージングを防止する機能を備えたものである。

筐体４は、図示しない給水管路内に配置される筒状を成す合成樹脂製のもので、給水管路に当接してゴムパッキンにより気密に嵌合している。なお、筐体４は金属製やゴム製であってもよい。なお、設計条件によってはゴムパッキンを省略することも可能である。そして、この筐体４は、筒状の筐体本体４１と、筐体本体４１の内側に配置された筒状のホルダー４２とを備えている。

筐体本体４１の内側下部には、弁体２が載置される台座４３が設けられている。台座４３は内側に向かって突出しており、この台座４３の上面には、弁体２の大径端部２７が接触し、さらに大径端部２２を介してホルダー４２も載置される。この際、図２に示すように弁体２の大径端部２７の最外周部分の一部が、ホルダー４２と台座４３とによって上下方向で挟持され、弁体２が固定される。つまり、台座４３及びホルダー４２が本発明に係る固定部である。
また、筐体本体４１の壁部の前後左右には、上下方向に沿った溝４４が形成されている。ホルダー４２が筐体本体４１に嵌合すると、ホルダー４２と溝４４のそれぞれの内部空間が仕切られる。ホルダー４２の内部空間が上記の流路３となり、溝４４の内部空間が流路３とは別個に流体を流すバイパスとなる。これにより、バイパスは筐体４の外壁内に形成されることになり、このバイパスによって弁体２の各巻線間を通過する流体とは別個に流体を流すことが可能となる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
使用開始前の状態（図２参照）で給水管路から定流量弁１に流体が流れ込むと、ほとんどの流体が流路３を通過し、一部の流体がバイパスを通過する。ここで、流路３内を流れる流体から水圧を受けると、弁体２は、受圧面積で圧を感知して、バネ力に抗しながら下流側に向かって応動する。例えば水圧が最小のときは、図２に示すように使用開始直後のときであり、弁体２は最も伸張した状態となっている。弁体２の各巻線の間隔は最も大きいために小さい水圧でも一定の流量が確保される。一方、水圧が最大のときには図３に示すように、弁体２が最も収縮した状態となっている。この際、弁体２の各巻線間の間隔も最も小さくなって流量が増加することなく一定の流量が確保される。通水中、水圧が変動した場合においても、その水圧変動に応動して弁体２が伸縮して各巻線の間隔も変動するため、一定の流量が確保される。このようなことで流量コントロールが安定する。

以上のように、本実施形態によれば、弁体２の各巻線間を通過する流体とは別個に流体を流すバイパスが設けられているので、弁体２側の流量以外にもバイパスによって流量を確保することができる。これにより、要求流量の大きな給水設備であっても、大型とせずに定流量弁を適用することが可能となる。
そして、弁体２を小型にしたとしても一般的な要求流量は確保することはできる。このように弁体２の小型化が図られると、定流量弁１自体の小型化も可能となり、設置スペースに制約のあって適用できなかった給水設備（例えばフラッシュバルブ式トイレ）等に対しても定流量弁１を適用することが可能となる。特にフラッシュバルブ式トイレの場合、従来では流量調整機構が必要であったが、定流量弁１を適用することにより、流量調整機構も省略することができる。これにより、流量調整機構の設置時に必要であった調節作業も削減でき、施工時間の短縮も可能となる。

ここで、従来の定流量弁のように、ガイド軸により弁体を支持している場合、弁体を摺動しながら伸縮するので、摺動による摩耗や、コイル状バネとガイド軸との間に異物が介在することによって、コイル状バネの伸縮動作が変化し、流量特性が不安定となってしまうおそれがあった。しかしながら、本実施形態の定流量弁１のように、弁体２の大径端部２７の最外周部分が固定部により固定されていると、従来必要であったガイド軸を省略することができる。ガイド軸を省略できれば、ガイド軸に基づく不具合を防止することができ、定流量弁１の流量特性を安定化することができるだけでなく、部品点数の削減や省スペース化も図ることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、本実施形態では、弁体２をなす円錐形状のコイル状バネを金属製としたが、ＳＭＡ（Shape Memory Alloy：形状記憶合金）製や合成樹脂製でもよい。

また定流量弁１の具体的な配置の仕方や流量制御すべき流体の種類等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態では、固定部（ホルダー４２及び台座４３）によって、弁体２の大径端部２７の最外周部の一部が上下方向で挟持されることで、弁体２を固定した場合を例示しているが、固定方法はこれに限定されるものではない。例えば、大径端部２７の最外周部の一部を横方向で挟持する方法や、接着剤によって接着固定する方法、インサート成型による固定方法、モールドによる固定方法などが挙げられる。

また、本実施形態では、筐体本体４１の溝４４とホルダー４２とがなす内部空間がバイパスである場合を例示して説明したが、図４及び図５に示す定流量弁１Ａのように、台座４３ａにおける、上から見て弁体２から露出した部分に複数の貫通溝６を形成して、その貫通溝６をバイパスとすることも可能である。貫通溝６は、弁体２の下流側で流路３と合流しているために、給水管路から定流量弁１Ａに流体が流れ込むと、ほとんどの流体が弁体２の各巻線間を通過するものの（図５中矢印Ｙ１参照）、一部の流体が貫通溝６を通過し（図５中矢印Ｙ２参照）、弁体２の下流側で合流することになる。

また、本実施形態では、バネ受け部２３が弁体２の小径端部２１の内部空間を閉塞している場合を例示して説明したが、図６に示す定流量弁１Ｂのように、バネ受け部２３ｂに弁体２の伸縮方向に沿う通過孔２９を形成してもよい。この場合、給水管路から定流量弁１Ｂに流体が流れ込むと、ほとんどの流体が弁体２の各巻線間を通過するものの（図６中矢印Ｙ３参照）、一部の流体が通過孔２９を通過し（図６中矢印Ｙ４参照）、弁体２の下流側で合流することになる。このように、通過孔２９がバイパスとして作用することになるので、溝のない筐体本体４１ｂを用いることが可能となる。なお、バネ受け部２３ｂを弁体２から取り外して小径端部２１の内部空間を開放し、その内部空間を通過孔とすることも可能である。

また、図７に示す定流量弁１Ｃのように、流路３内で弁体２を支持して、弁体２の伸縮動作をガイドするガイド軸１０を備える場合には、当該ガイド軸１０にバイパスとなる貫通孔１１を形成することも可能である。この場合、ガイド軸１０はバネ受け部２３ｃの通過孔２９に係合されることで、ガイド軸１０に沿って弁体２が摺動して伸縮動作するようになっている。そして、給水管路から定流量弁１Ｃに流体が流れ込むと、ほとんどの流体が弁体２の各巻線間を通過するものの（図７中矢印Ｙ５参照）、一部の流体がガイド軸１０の貫通孔１１を通過し（図７中矢印Ｙ６参照）、弁体２の下流側で合流することになる。
なお、図７の定流量弁１Ｃでは、弁体２がガイド軸１０を摺動する場合を例示して説明したが、弁体２のバネ受け部２３ｃがガイド軸１０に固定されていて、ガイド軸１０自体が図示しないガイド軸受けに沿って摺動することで、弁体２が伸縮動作するようにしてもよい。

１ 定流量弁
２ 弁体（コイル状バネ）
３ 流路
４ 筐体
６ 貫通溝
１０ ガイド軸
１１ 貫通孔（バイパス）
２１ 小径端部
２２ 大径端部
２３ バネ受け部（閉塞部材）
２４ 緩衝部材
２５ 座板
２６ 羽
２７ 大径端部
２９ 通過孔（バイパス）
４１ 筐体本体
４２ ホルダー（固定部）
４３ 台座（固定部）
４４ 溝

Claims (1)

1. 弁体をなす円錐形状のコイル状バネと、
   流体の流路を形成し、前記コイル状バネの小径端部側が前記流路の上流側を向くように当該コイル状バネを前記流路内に収容する筐体と、
   前記コイル状バネの各巻線間を通過する流体とは別個に流体を流すバイパスとを備え、
   前記筐体には、前記コイル状バネの大径端部における最外周部分の少なくとも一部を固定する固定部が設けられており、
   前記コイル状バネの小径端部には、当該小径端部を閉塞する閉塞部材が取り付けられており、
   前記筐体は、前記筒状の筐体本体と、前記筐体本体の内側に配置された筒状のホルダーと、前記筐体本体の内側下部に配置され、前記コイル状バネが載置される台座とを備え、
   前記筐体本体に形成された溝部と、前記ホルダーと、前記台座とがなす内部空間が前記バイパスとなり、当該バイパスの全体と前記台座内の前記流路とが平行に形成されていることを特徴とする定流量弁。

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