JP5414650B2 - 皿ばねおよびその皿ばねを有するスプリンクラヘッド - Google Patents

Description

本発明は、皿ばねおよびその皿ばねを有するスプリンクラヘッドに関する。

従来より、色々な製品にバネ材として皿ばねが使用されている。皿ばねはドーナツ状の円板からなり、コイルバネに比べると、ストロークが小さいバネである。このため、所定のストロークが必要となる場合には、皿ばねを何枚か重ね合わせて使用するようにしている。
例えば、特許文献１では、消火用のスプリンクラヘッドの中に皿ばねを使用したものが記載されている。このスプリンクラヘッドは動作する際に、弁体を支持する弁体支持機構が完全に落下するまで、弁体を弁座に圧接させた状態を維持する必要がある。そのために、皿ばねを複数枚重ね合わせることで、所定のストロークを持たせ、作動途中における弁座からの水漏れを防止するようにしている。
また、特許文献２のように、皿ばねにスリットなどを形成して、内周側に起立片を形成することで、ストロークが大きくなるように工夫した皿ばねもある。

特開平８−１７３５７１号公報 特開２００４−３２４７２２号公報

従来の皿ばねは、ストロークが小さいという問題がある。また起立片によりストロークを大きくした場合には、大きな荷重（又は大きな応力）がかかったときに、その起立片が破損するという問題がある。特に、スプリンクラヘッドにおいて、皿ばねを内蔵させる場合には、高荷重と高ストロークを兼ね備えた皿ばねが要望されているが、従来にはそのような皿ばねがなく、複数枚皿ばねを重ね合わせて使用し、更にコイルバネを併用することで所定のストロークを得るようにしていた。

本発明に係る皿ばねは、本体の中央に形成された中央貫通穴と、前記本体の外周部に形成され、荷重を受ける皿ばね部と、前記本体の内周部に形成された撓む部分とを有する皿ばねにおいて、前記中央貫通穴に連続するように放射状に形成された５〜８本のスリットと、隣り合う前記スリットの間に設けられ、前記撓む部分を構成する突起部と、該突起部内に形成され、外周側が広がった三角形状で角が円弧状に形成された貫通穴とを備えたものである。

皿ばねは、外周部に形成した荷重を受ける部分と、内周部に形成した撓む部分とによって構成される。このため、これらの２つの部分をバランス良く変化させることで、皿ばねを任意の荷重と撓み量にすることが可能になる。

皿ばねの平面図、正面図、側面図、斜視図及びＥ−Ｅ断面図である。 本発明の実施形態１に係るスプリンクラヘッドの縦断面図である。 スプリンクラヘッドの動作状態を示す断面図である。 図２のプランジャーの詳細を示した断面図である。 ストッパリング及びその周辺の斜視図及び正面図である。 実施形態２の皿ばねの平面図、正面図、側面図、斜視図及びＥ−Ｅ断面図である。 本発明の実施形態２に係るスプリンクラヘッドの縦断面図である。 図７のスプリンクラヘッドの分解斜視図である。 図７のプランジャーの断面図である。 図７の感熱板カバーの平面図、正面図、Ｃ−Ｃ断面図である。 図７のスライダーの斜視図（下方から見た状態）及び正面図である。

［実施形態１］
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、本発明の実施形態１に係る皿ばねの平面図、正面図、側面図、斜視図及びＥ−Ｅ断面図である。まず図１により皿ばね６４について説明する。
この皿ばね６４の本体は、中央に中央貫通穴６４ａが設けられており、この貫通穴６４ａに連続するように、均等に６０°の間隔で放射状に６本のスリット６４ｂが設けられている。スリット６４ｂは、中央の貫通穴６４ａから外周側の先端部まで幅がほぼ等しく形成されている。隣り合うスリット間には、外周側が広がった扇型状（三角形状で角が円弧状になった）貫通穴６４ｃが設けられている。貫通穴６４ｃは、内周側の角度が一番小さな角度に形成されており、貫通穴６４ｃの大きさは、中央の貫通穴６４ａよりは小さく、また外周側の幅は、スリット６４ｂの幅よりも大きく形成されている。皿ばねの中心から貫通穴６４ｃの外周側までの距離と、皿ばねの中心からスリット６４ｂの外周側までの距離はほぼ等しい。
隣り合うスリッ卜６４ｂ同士の間にある部分は、従来例の皿ばねの起立片に相当する突起部６４ｆである。この突起部６４ｆは、内周側に向かつて上方に傾斜しており、後述する撓む部分として機能するよう構成されている。つまり、この皿ばね６４は、貫通穴６４ｃを有する、内周側が尖った略三角形状の突起部を有するものといえる。なお、皿ばね本体の外周部は、荷重を受ける皿ばね部６４ｅとして構成されている。
この皿ばね６４は、上記のように、６本のスリット６４ｂが設けられているが、スリットの本数は、例えば５本から８本でも良い。このスリット６４ｂの個数が例えば４本のように少ないと（従来例）、応力が高くなり皿ばねが割れる、バックリングを起こす、経年変化を起こしやすいという不具合がある。また、スリット６４ｂが１０本以上あると（従来例）、荷重不足、撓み量の不足、皿ばねが元の形状に戻らない、という不具合がある。このようなことから、本実施の形態においては、スリット６４ｂの個数を例えば６個にしている。

また、スリット６４ｂの間に貫通穴６４ｃが設けられているが、これは、皿ばね６４にかかる応力を減らすためである。スリット６４ｂの間に貫通穴６４ｃが無いと、大きな荷重（又は大きな応力）がかかった際、高い応力が発生して皿ばねが割れ、クラックが発生したりするという不具合がある。
また、スリット間の貫通穴６４ｃの形状は、三角形で角を円弧状(扇型状)にしているが、これは各部にかかる応力を分散させるためである。なお、この貫通穴の形状が、従来のように、長穴や四角であると応力が分散せず、大きな荷重がかかった際、皿ばねが割れることになる。

ここで、上記の皿ばね６４の利点を別の観点から説明する。
この皿ばね６４は、荷重を受ける部分と、内周部（中心側）に形成される撓む部分とに分けられる。荷重を受ける部分は、皿ばねの外周部（周縁部）が相当し、撓む部分は突起部（スリット部）の形状が相当する。これらの２つの部分をバランス良く変化させることで、皿ばねを任意の荷重と撓み量にすることが可能になっている。更に、応力を分散させるため、割れたりバックリングが発生したりすることはない。このため、皿ばね６４は、従来の皿ばねでは達成できなかった高荷重と高変位量の２つを両立している。

次に、図１の皿ばね１１を消火用のスプリンクラヘッドに内蔵させた場合について説明する。図２は、本発明の実施形態１に係るスプリンクラヘッドの縦断面図である。
このスプリンクラヘッド１は、ヘッド本体１０、フレーム２０、弁体３０、散水部４０及び弁体支持機構５０（ボール保持機構６０）を備えている。

ヘッド本体１０は、中心部が開口されている。この開口部１１は、後述の放水筒１６とともに放水口１２を形成する。ヘッド本体１０の外周部にはフランジ１３が形成されており、フランジ１３の上側のヘッド本体１０の外周部には給水管に接続されるねじ部１４が形成されており、また、フランジ１３の下側の外周部には、後述するフレーム２０が取り付けられるためのねじ部１５が形成されている。
ヘッド本体１０の内側には円筒状の放水筒１６が下方に突出して形成されている。また、放水筒１６の下端部には、例えば、平らに形成された弁座１７が形成されており、弁体３０によって塞がれている。この放水筒１６の下端部に、弁体３０の外周が嵌るような段部を設けるようにしてもよい。なお、ヘッド本体１０は、フランジ１３の下側の内周部と放水筒１６との間に略穴状または略リング状の空間１８が形成されており、この空間１８には後述のガイドロッド４２が収納される。

フレーム２０は、円筒状に形成されている。フレーム２０の上部の内周部にはねじ部２１が形成され、ヘッド本体１０の下部側に形成されたねじ部１５に取付けられる。フレーム２０の下部には、内側に突出した係止段部２２が設けられ、係止段部２２には後述のボール６１が係止される。

弁体３０は、凸状に形成されており、下部にフランジ部３１を有し、このフランジ部３１で、ヘッド本体１０の弁座１７を塞いでいる。なお弁座１７にはテフロン（登録商標）シートが設けられるか、テフロン（登録商標）コーティングが施される。弁体３０の下部中央には凹部３２が形成され、後述のセットスクリュー６５の頭部が挿入される。弁体３０は、後述する弁体支持機構５０によって支えられている。

散水部４０は、デフレクタ４１、ガイドロッド４２、ストッパリング４３（及び弁体３０）を備えている。

デフレクタ４１は、中央に開口部を有する円板によって構成されており、その開口部に弁体３０の下部が挿入された状態で、弁体３０のフランジ部３１下面に取り付けられている（固定されている）。また、デフレクタ４１には、ガイドロッド４２（例えば３本）が挿入される挿入穴４１ａ（例えば３個）が設けられており、ガイドロッド４２の下端は、その挿入穴４１ａから突出した状態でデフレクタ４１に固着されている。したがって、これらの弁体３０、デフレクタ４１及びガイドロッド４２は一体的に構成されている。

ここで、弁体３０へのデフレクタ４１の取付状態について詳述する。
弁体３０は弁座１７と接触し、止水を保つためのフランジ部３１と、フランジ部３１の下側に突出した、円筒状の脚部とを有しており、この脚部は、その上部がデフレクタ４１の中央開口部（穴）よりわずかに小径の溝部となっており、溝部の下側がデフレクタ４１の中央開口部の穴径よりもわずかに大径の円筒形状となっている。このため、デフレクタ４１は、弁体３０への接続箇所（溝部）で、回動可能な状態となっている。

ガイドロッド４２の上端にはストッパ用の拡径された段部４２ａが形成されており、ガイドロッド４２にはドーナツ状に形成されたストッパリング４３が上下動可能なように取り付けられる（図５参照）。
ストッパリング４３には、ガイドロッド４２を挿通させるための挿通穴（例えば３つ）が設けられており、この挿通穴により、ストッパリング４３は、放水動作時に、ガイドロッド４２に摺動して係止段部２２まで移動可能となるようにガイドロッド４２に取り付けられている。見方をかえると、ガイドロッド４２は、放水動作時に、ストッパリング４３の挿通穴に沿って下方に移動可能となるようにストッパリング４３に取り付けられている。なお、この挿通穴は、段部４２ａより小さく形成されている。このストッパリング４３は、通常時は、デフレクタ４１上に設置され、フレーム２０の高さ方向のほぼ中間であって、フレーム２０に設けたスリットに対向する位置に設けられている。なお、このスリットは、必ずしもストッパリング４３と対向する位置に設けなくてもよい。

通常時は、ストッパリング４３の下面は、コイルばね４４に押圧されてデフレクタ４１の上面にほぼ重なる位置にあるが、放水動作時には、デフレクタ４１とガイドロッド４２が下降し、ガイドロッド４２の上端の段部４２ａは、ストッパリング４３にあたるまで下降する（図３（ｃ）参照）。ストッパリング４３の外径は、フレーム２０の係止段部２２の内径よりも大きく形成され、放水動作時に、弁体支持機構５０が落下すると、ストッパリング４３は、コイルばね４４に押されてフレーム２０の係止段部２２まで下降する。
なお、コイルばね４４は、フレーム２０の内周面に接するような大きさ（外径）を有しており、ヘッド本体１０の外周部の下方とストッパリング４３の外周部との間に設けられており、コイルばね４４の設置には大きなスペースがいらないようになっている。

ストッパリング４３の中央に設けられた穴の内径は、放水筒１６の外径よりわずかに大きく形成されている。そしてストッパリング４３は、切欠溝を介して内周の一部を上方に折り曲げることで、断面Ｌ字形状のガイド部材４３ａが内周側の例えば３カ所に設けられている。ストッパリング４３は降下する際には、このガイド部材４３ａにより、ヘッド本体１０の下部に形成された放水筒１６の外周にガイドされる。ストッパリング４３がバランスよく降下できるように、ガイド部材４３ａの数やピッチは適宜設定される。
弁体支持機構５０は、感熱部５１、ボール保持機構６０、皿ばね６４及びセットスクリュー６５を備えている。

感熱部５１は、プランジャー５２、感熱板５３及び断熱材５４を備えている。
プランジャー５２は、円筒状に形成され、下部にフランジ部５２ａが形成されている。また、フランジ部５２ａは、その下面が感熱板５３下面より突出して形成されている。プランジャー５２の内部には、雌ねじ５２ｂが形成され、セットスクリュー６５の脚部にある雄ねじがねじ込まれ両者は結合している。プランジャー５２の上部からドーナツ状の感熱体（例えば半田等）５５が挿入され、プランジャー５２のフランジ部５２ａ上に載っている。この感熱体５５の上部に、円板状であって、断面クランク型の感熱板５３が設けられている。即ち、この感熱板５３は、プランジャー５２のフランジ部５２ａに設けられた感熱体５５を覆う突部５３ａと、この突部５３ａに連続し、ヘッド本体１０の軸芯に対して直交する方向に延びた円板部５３ｂとを備えている。そして、感熱板５３には、後述するボール保持機構６０によって感熱体５５を圧縮するように力がかかっている。

感熱板５３の上部には、ドーナツ状の断熱材５４が設けられ、感熱板５３で受熱した熱が後述するバランサー６３側に逃げないようにしてある。なお、図２に示されるように、断熱材５４と感熱板５３との間には、径の大きい別の感熱板７１を必要に応じて設けるようにしてもよい。

ボール保持機構６０は、ボール６１、スライダー６２、バランサー６３及び皿ばね６４を備えている。なお、バランサー６３は感熱体５５を圧縮する機能を有することからピストンに相当する機能を果たす。
ボール６１の外周下部は、フレーム２０の係止段部２２に係止されている。この状態で、ボール６１を上から押さえるのがスライダー６２であり、スライダー６２からボール６１に力がかかることで、ボール６１には内側に入り込む方向に力が作用する。
バランサー６３は、ボール６１の内側に設けられ、この内側に入りこもうとするボール６１の動きを規制する。スライダー６２及びバランサー６３ともに円板状に形成され、中央には貫通穴があり、バランサー６３の貫通穴にはプランジャー５２が貫通している。プランジャー５２の外径は、バランサー６３の貫通穴の内径よりもわずかに小さく、両者は結合していない。またスライダー６２の貫通穴の内径は、セットスクリュー６５の脚部の外径よりもわずかに大きく形成され、両者は結合していない。

バランサー６３は、貫通穴を有する筒部と、その筒部の上方に設けられた円板部とを組み合わせた形状となっている。バランサー６３の外周下部には段部が形成されている。この外周下部の段部は、フレーム２０の係止段部２２の内周下部にある段部に、当接するように構成されており、バランサー６３の下側から外力がかかった場合には、この部分で衝撃を吸収する。また、バランサー６３の筒部の下部であって中央の貫通穴の周りには、断熱材５４がはまる段部６３ａが突出し、バランサー６３の円板部の上部には、ボール６１があたるボール受け用の段部６３ｂが突出して形成されている。

スライダー６２の外周側下部には凹部６２ａが形成され、その凹部６２ａのボール６１が接する面は、下方に向かって内側に傾斜するようにテーパー状（傾斜部）に形成されている。

上述のように、ボール６１には常に内側に移動するように力がかかるので、バランサー６３を下方に、またスライダー６２を上方に移動させるように力が作用する。従って、感熱体５５である半田が溶融して流出すれば、バランサー６３が下方に移動し、それに伴って、ボール６１が内側に入り込み、フレーム２０の係止段部２２との係止状態が解除されるので、ボール保持機構６０は感熱部５１と共に落下する。ボール保持機構６０が落下すれば、それに伴って、散水部４０を構成する弁体３０、ストッパリング４３等が落下して、放水が行われることになる。

セットスクリュー６５は、拡径された頭部と細径の脚部とからなるボルトであって、その脚部の下部がプランジャー５２の上部と結合することで、ボール保持機構６０としてのバランサー６３、スライダー６２及び感熱部５１を一体化している。
皿ばね６４は、図１に示した、中央に貫通穴６４ａのあるものが使用され、この皿ばね６４は、例えば３枚上下方向に組み合わせ、弁体３０とスライダー６２との間に配置される。

皿ばね６４は、貫通穴６４ａ内にセットスクリュー６５が挿通されて、弁体３０とスライダー６２との間に設けられる。つまり、皿ばね６４の貫通穴６４ａは、セットスクリュー６５の頭部の外径とほぼ同じか、それより少し大きく形成されている。また、セットスクリュー６５の頭部の高さは、積層された複数枚の皿ばね６４の自由高さよりも大きく形成されており、皿ばね６４を重ね合わせた際にガイドの役割を果たす。セットスクリュー６５の頭部の高さが低いと、組立て時に、皿ばね６４を必要以上に潰すと機能しなくなることから、そのようなことがない程度にセットスクリュー６５の頭部の高さを設定することで、安定した状態で皿ばね６４を保持することが可能となる。

上記のようなスプリンクラヘッド１には、図２の状態においては、放水口１２の消火水の水圧や部品の組立荷重がボール６１に作用し、ボール６１は内側（中心側）に移動しようとするが、ボール６１は、バランサー６３によってその移動が阻止されており、ボール保持機構６０はボールを保持している。そして、この状態においては、皿ばね６４が弁体３０を上方に押圧しており、弁体３０がヘッド本体１０の放水口１２を封止している。このため、スプリンクラヘッド１には、加圧された消火水が供給されるが、消火水は漏れない。また、散水部４０は、弁体３０にデフレクタ４１が固定され、デフレクタ４１にガイドロッド４２が固定されており、弁体３０が放水口１２を封止している状態では、ガイドロッド４２がヘッド本体１０の空間１８に収納された状態になっている。

次に、図２のスプリンクラヘッド１の動作を説明する。
図３（ａ）〜（ｄ）は、スプリンクラヘッド１の動作過程を示した図である。
（ａ）スプリンクラヘッド１の監視状態においては、ヘッド本体１０の放水口１２には加圧された消火水が供給されており、弁体３０には消火水の圧力が加えられている（図２参照）。火災が発生し、その熱気流が感熱板５３に当たると加熱され、感熱板５３の熱は感熱体５５へ伝播する。そして、感熱体５５が周囲から加熱されて溶融し始めると、溶融した感熱体５５はプランジャー５２と感熱板５３（突部５３ａ）との間に形成された隙間から流出してその体積が減少する（図３（ａ））。
このときバランサー６３によって上方から押されたボール６１が内側に移動することになるが、ボール６１が移動しても弁体３０は弁座１７に圧接されて、放水口１２を塞いだ状態を維持する。これは、皿ばね６４の作用によるもので、皿ばね６４を複数枚重ねることで、皿ばね６４が弁体３０によるシールを維持できるだけの所定量のストロークを有するためである。こうしてボール保持機構６０が完全に落下するまで弁体３０が弁座１７から離れるのを防止して、確実に動作できるようにしている。

（ｂ）感熱体５５が溶融して外部に流出すると、感熱板５３は感熱体５５の流出量に対応して降下する。感熱板５３が降下すると、感熱板５３の上に取り付けられている断熱材５４及びバランサー６３が降下する。バランサー６３が降下すると、バランサー６３とスライダー６２との間の間隙が広がり、内側に付勢されているボール６１がバランサー６３の段部６３ｂを越えて内側に移動し、フレーム２０の係止段部２２とボール６１との係合が解かれる。それによって、弁体３０及び弁体支持機構５０は降下する（図３（ｂ））。

（ｃ）弁体３０の下に配置されている皿ばね６４を含む弁体支持機構５０は落下すると、弁体３０が降下する。また、弁体３０の降下に伴って、弁体３０に取り付けられているデフレクタ４１、デフレクタ４１に取り付けられているガイドロッド４２、及びストッパリング４３が降下する。ガイドロッド４２が降下すると、その上部にある段部４２ａがストッパリング４３に係止され、ストッパリング４３はフレーム２０の係止段部２２に係止され、弁体３０及びデフレクタ４１がガイドロッド４２によりフレーム２０から吊り下げられた状態になる（図３（ｃ））。
本実施の形態では、放水動作時において、デフレクタ４１は、ガイド部材４３ａによりガイドされながらガイドロッド４２と共に下降するので、デフレクタ４１の下降動作が円滑に行われる。またストッパリング４３をフレーム２０の高さ方向のほぼ中間に設けることで、ストッパリング４３自体の下降量も減らせるので、放水時の動作がスムーズになる。
ところで、ストッパリング４３のガイド部材４３ａは、上方に折り曲げられており、このため、放水時の散水障害となりにくい。この点について説明すると、従来のガイド部材は、下方に折り曲げられていたものがあるが、この場合、ガイド部材の長さが長かったり、太かったりすると、放水時、弁体にあたった水が反射する際など、ガイド部材に水があたって、ガイド部材が散水の障害となっていた。つまり、ガイド部材４３ａを上方に折り曲げ、放水時における弁体３０との距離を離すことで、ガイド部材４３ａが散水障害となるのを防止できる。

（ｄ）弁体３０が降下すると放水口１２は開放され、加圧された消火水がデフレクタ４１から散水されて火災を消火する（図３（ｄ））。

次に、本発明のスプリンクラヘッドを構成する部品であるプランジャー５２、及びスライダー６２の特徴部分について、それぞれ詳細に説明する。

（プランジャー５２）
図４は、プランジャー５２の詳細を示した断面図である。
図２のプランジャー５２は、上記のように、その先端部が感熱板５３よりも下方に突出して設けられている。図２からその該当部分を抽出すると、図４の断面図に示されるようになるが、何らかの物がスプリンクラヘッド１にぶつかった場合（特に下方から）には、プランジャー５２がこのように突出しているので、その物がプランジャー５２に当たり、感熱板５３に、その物が当たるのが避けられる。プランジャー５２は、感熱板５３に比べてその剛性が高くなるような部材で構成されているので、変形するおそれがない。このため、プランジャー５２が感熱板５３に食い込むようなおそれがなく、作動不良が起きない。

また、プランジャー５２は、その上端部がバランサー６３の上端までの長さを有し（図２参照）、セットスクリュー６５がプランジャー５２と結合しており、剛性が高くなっている。このため、スプリンクラヘッド１に対して横方向からの外力が加わったとしても、プランジャー５２又はセットスクリュー６５が変形するおそれがなく、作動不良が起きない。特に、バランサー６３の外周下部にある段部は、係止段部２２の内周下部にある段部と係止しているので、横方向や下方向からの外力に強く、受けた外力はフレーム２０へと伝わる。

（スライダー６２）
まず、スライダー６２、ボール６１などからなるボール保持機構６０を有するスプリンクラヘッド１に求められる構成について説明する。ボール６１がフレーム２０の係止段部２２から完全に外れる前に、弁体３０が弁座１７から離れると、作動途中の漏水によって不作動を生じるおそれがあることから、スプリンクラヘッド１には、弁体を支える残存荷重が必要となる。また、残存荷重を確保するためには、スライダー６２の下降量（作動ストロークという）を抑える必要がある。このため、従来では、コイルばねのような変位量の大きいばねを使用することで、スライダー６２の作動ストロークよりもコイルばねの変位量を大きくして、作動途中の水漏れを防止している。
本発明では、スライダー６２の形状を変更することで、スライダー６２の作動ストロークを小さくし、かつ、皿ばね６４の形状を工夫することで、皿ばね自体の変位量を大きくして、嵩張るコイルばねを使わずに済むようにした。

ここで、図２に戻ってスライダー６２の形状に着目すると、スライダー６２の外周部側の凹部６２ａのボール６１と接する面はテーパーが形成されており、このテーパー面がボール６１と接触している。
スライダー６２はこのような形状が採用されたことにより、ボール６１がスライダー６２の内側に入り込んでバランサー６３に乗り上げるときの、スライダー６２の軸方向の移動量（作動ストローク）が、スライダー６２の内側に凹部が設けられずに平らになっている場合（従来例）に比べて少なくて済み、このため、皿ばね６４に必要な変位量、つまりボール６１が係止段部２２から完全に外れるまで弁体３０を弁座１７に圧接しておくために必要なストロークを少なくすることが可能になっている。

（皿ばね６４）
本実施形態においては、皿ばねを、放射状のスリットと、スリット間に設けられる貫通穴とからなる断面形状が蓮根型となるものを使用して、組立荷重と、止水に必要なストロークを確保するようしたが、スプリンクラヘッドに使用される皿ばねの形状は、この形状に限定されない。例えば、組立荷重と止水に必要なストロークを有するもので、かつ耐食性を考慮したものであれば、適時１枚から複数枚の類似の皿ばねを組み合わせて使用するようにしてもよい。

［実施形態２］
図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態2の皿ばねの平面図、正面図、側面図、斜視図及びＥ−Ｅ断面図である。

この皿ばね６４は、本体の中央に中央貫通穴６４ａを有し、その周囲を構成する外周部６４ｅ（以下、皿ばね部ともいう）と、それから中心に向かって突起した突起部（梁部）６４ｆとから構成されている。外周部６４ｅは荷重を受ける部分として機能を果たし、内周部にある突起部６４ｆは、撓む部分として機能するように構成されている。

皿ばね６４には、均等に６０°の間隔で放射状に６本の突起部６４ｆが設けられている。この突起部６４ｆは、図示のように、外周側から内周側の先端部まで、ほぼ同じ幅（平行）から成っており、その根元は円弧状に形成されて外周部６４ｅと連結されて、先端側に比べて少しだけ幅広になっている。突起部６４ｆの先端同士の間隔、つまり貫通穴６４ａの直径は、図１の貫通穴６４ａと同様な大きさとなっている。また、この皿ばね６４の外周部６４ｅおよび突起部６４ｆは、中心に向かうに従って高くなる（上側に傾斜する）ように形成されている。
隣り合う突起部６４ｆの間には、外周側が広がった扇型状（三角形状で外周側の角が円弧状になった）貫通穴６４ｃが形成されている。貫通穴６４ｃの大きさは、中央の貫通穴６４ａよりはわずかに小さく、また外周側の幅は、突起部６４ｆの幅よりも大きく形成されるが、内周側の幅は、突起部６４ｆの幅とほぼ等しい大きさに形成されている。この貫通穴６４ｃは、中央に位置する貫通穴６４ａに連続するように放射状に複数、例えば６つ形成されている。
皿ばね６４の直径方向の長さに関して、外周部６４ｅの長さと、突起部６４ｆの長さ、および中央の貫通穴６４ａの直径の長さは、ほぼ等しくバランスのとれた形状になっている。この皿ばね６４においては、突起部６４ｆと外周部６４ｅの皿ばね部とに分けて、突起部６４ｆは撓み（変位量）を、皿ばね部６４ｅは荷重の特性を受け持つように、各々の役割を与えている。

次に、この皿ばね６４の４つの特徴点について説明する。
（１）突起部６４ｆの幅が平行である点
突起部６４ｆの幅の形状が先端側が細くなるようなものだと、突起部がたわむ際、荷重が落ち易い。これは、突起部６４ｆの根元が皿ばね部６４ｅも兼ねる形状のため、突起部６４ｆのたわみが皿ばね部６４ｅの撓みを吸収することから、結果的に荷重が落ちるためである。この点、突起部６４ｆの幅が、外周部６４ｅとの連結部分である根本部が一番太くなっており、それより先端側を平行に形成すると、突起部６４ｆが撓んでも、荷重は落ち難いという効果がある。つまり、突起部６４ｆは撓み（変位量）を、外周部（皿ばね部）６４ｅは荷重の特性を受け持つように、各々の役割を完全に分担することで、突起部６４ｆのたわみは外周部６４ｅの撓みへ影響を及ぼさなくなる。

（２） 突起部６４ｆの幅は、貫通穴６４ｃの外周側の幅に比べて細い点
突起部６４ｆの幅が貫通穴６４ｃの径に比べて大きいと、大きな荷重（又は大きな応力）がかかった際、突起部６４ｆの根元に応力が集中するため、割れる可能性が高い。逆に突起部が細すぎると、同様に突起部の根元に応力が集中するため、割れる可能性が高い。このように、突起部６４ｆの長さと幅のバランスが重要であり、本発明の皿ばねにおいては、突起部の幅:突起部の長さ＝１：３を目安としている。

（３）突起部６４ｆの長さと、外周側の皿ばね部６４ｅの長さがほぼ等しい点
突起部６４ｆの長さが短いと、高荷重となるが、低変位量となってしまう。また、突起部６４ｆの長さが、外周部６４ｅに対して長いと、高変位量ではあるが低荷重となってしまう。そこで、外径寸法が限られた皿ばねにおいて、突起部６４ｆの長さと外周部６４ｅの長さをほぼ等しくすることで、高荷重と高変位量の両方を実現できる。

（４）隣り合う突起部６４ｆと突起部６４ｆの先端同士の間隔が、突起部６４ｆと突起部６４ｆの後端の間隔（貫通穴６４ｃの外周側（円弧部分））の半分程度の長さである点
貫通穴６４ｃの形状が扇型形状（又はおむすび形状）になっていないと、大きな荷重がかかった際に、突起部６４ｆの根元に応力が集中し、割れ易くなると考えられる。突起部６４ｆと皿ばね部６４ｅの接合部には大きな円弧（角丸め）を設けることが重要であり、この円弧によって応力を分散させることが可能となる。また、貫通穴６４ｃの形状を、角部が円弧となるおむすび状に形成することで、突起部６４ｆと外周部６４ｅ（皿ばね部）の役割を明確に分担できるようになり、高荷重と高変位量の両方を兼ねそろえた皿ばねを得ることができる。

次に、図６の皿ばね６４を消火用のスプリンクラヘッドに内蔵させた場合について説明する。図７は、本発明の実施形態２に係るスプリンクラヘッドの縦断面図である。図８は、図７のスプリンクラヘッドの分解斜視図である。これらの図において、図２のスプリンクラヘッドと同一図面符号はその名称及び機能が同一であり、相違点を中心に説明する。

（ヘッド本体１０）
ヘッド本体１０とフレーム２０との結合関係は、ヘッド本体１０に雌ねじが設けられ、フレーム２０に雄ねじが設けられており、フレーム２０の雄ねじがヘッド本体１０の雌ねじに係合して両者が結合されている。このため、ヘッド本体１０とフレーム２０との結合関係において、図２の実施の形態とは、雄ねじと雌ねじの関係が逆になっている。

（弁体３０）
スプリンクラヘッドの弁体３０は、弁体３０の下方にセットスクリュー６５の上部が収まる凹部がある点では同じであるが、セットスクリュー６５が内部に挿通された皿ばね６４と、弁体３０との間には、ワッシャーＢが設けられる。ワッシャーＢは、所定の厚みを有するドーナツ状の円板である。散水部４０のデフレクタ４１の下面には、図５に示すように、ガイドロット４２の下端、及びガイドロッド４２と対向する部分の下方に折り曲げられたデフレクタ４１の羽（爪）等が出っ張り部分として形成されることから、このワッシャーＢを設けることでデフレクタ４１の下面の出っ張り部分をワッシャーＢの上面でうけて、皿ばね６４に均等な力をかけるようにしてある。

（散水部４０）
スプリンクラヘッドの散水部４０は、その基本構成は図２の実施の形態と同じであるが、コイルばね４４が、ヘッド本体１０の空間１８の上部とストッパリング４３との間に装着されており、この点が図２の例とは相違している。

（プランジャー５２）
図９は、弁体支持機構５０のプランジャー５２の断面図である。
弁体支持機構５０のプランジャー５２は、その先端部が感熱板カバー８０よりも下方に突出して設けられている。何らかの物がスプリンクラヘッド１にぶつかった場合（特に下方から）には、プランジャー５２がこのように突出しているので、その物がプランジャー５２に当たり、感熱板カバー８０に、その物が当たるのが避けられる。プランジャー５２は、感熱板カバー８０に比べてその剛性が高くなるような部材で構成されているので、変形するおそれがない。このため、プランジャー５２が感熱板カバー８０に食い込むようなおそれがなく、作動不良が起きない。

また、プランジャー５２は、その上端部がバランサー６３の上端までの長さを有し（図７参照）、セットスクリュー６５がプランジャー５２と結合しており、剛性が高くなっている。このため、スプリンクラヘッド１に対して横方向からの外力が加わったとしても、プランジャー５２又はセットスクリュー６５が変形するおそれがなく、作動不良が起きない。特に、バランサー６３の外周下部にある段部は、係止段部２２の内周下部にある段部と係止しているので、横方向や下方向からの外力に強く、受けた外力はフレーム２０へと伝わる。

また、プランジャー５２は、そのフランジ部５２ａの下端にテーパー（面取りＣ面）５２ｆが設けられている。プランジャー５２は、フランジ部５２ａのその下端を、このようなフランジ部５２ａの上部よりも細径となる形状にしたことにより、下方及び斜め下方からの外力により下端部が仮に変形したとしても、その変形部分が隙間５２ｄを塞いだり、変形によりプランジャー５２と感熱板カバー８０がかみ合い、結合するおそれがなく、作動性に影響を与えない。

（感熱板カバー８０）
図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、感熱板カバー８０の平面図、正面図及びＣ−Ｃ断面図である。
感熱板カバー８０は、実施形態１の感熱板５３をお椀状に形成して、上側にある感熱板７１を覆えるようにした点で、実施形態１と異なる。つまり、感熱板カバー８０は、下側がお椀状に形成されており、上部が開口し、その中央部にはプランジャーが挿通する開口部８０ａが形成されている。更に、その周壁には、外気を感熱板７１側に取り込むためのスリット状の開口部８０ｂが形成されている。感熱板カバー８０は、感熱板７１を収納し、その開口部８０ｂはその高さ方向の中央部に感熱板７１の周縁部が位置するようにして感熱板７１の周縁部が露出するようにし（図７参照）、熱気流が感熱板７１の周縁部に直接触れるように構成されている。このように開口部８０ｂを通過した熱気流が直接当たるように、感熱板７１の外径は、フレーム２０の係止段部２２の内周側の径とほぼ等しい大きなものが使用されている。
なお、感熱板７１は、図７及び図８に示されるように、平板状に形成され、金属製の感熱板カバー８０の開口８０ａの外側部分（外表面）を介して感熱体５５と熱的に接続されている。そして、感熱板７１は、上記のように、感熱板カバー８０に収納されている。なお、感熱板７１は、感熱体５５に熱を伝達することができれば良いので、それが可能であれば、感熱板７１が感熱体５５に接するのは直接又間接の何れでも良い。

感熱板カバー８０は、金属部材から構成され、その下部は図２の感熱板７１と同様に感熱体５５を包み込むように形成されて感熱体５５と接しており（図７、図９参照）、感熱板としても機能する。感熱板カバー８０は、感熱板７１を外力から保護する役割を果たしており、感熱板７１と同じ材料を用いた場合にはその厚さを厚くする。例えば、感熱板７１の板厚が０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの場合には、感熱板カバー８０の板厚を０．２ｍｍ〜０．３ｍｍにする。
なお感熱板カバー８０の開口部８０ｂの高さは、開口部８０ｂの下辺が、感熱体５５の上面とほぼ同じ高さかまたは、それよりも下側に位置するように設計されており、更に、開口部８０ｂの幅は、ドーナツ状の感熱体５５の外径（即ちプランジャ５２の外径）より大きく形成されている。これにより、開口部８０ｂを通過した熱気流が感熱体５５の加熱を促進するようにしてある。

感熱板カバー８０は、その開口部８０ｂの面積が大きい程又個数が多い程、感熱板７１に対して熱気流を送り込むことができるが、開口部は対向して形成した方が熱気流が流れ易くなることと、開口部と開口部との間に形成される梁（柱）が大きい程外力に耐えられる（強度が強くなる）こととの兼ね合いから、本実施の形態においては、開口部８０ｂは等間隔で４個設けられている。

（スライダー６２）
図１１（ａ）（ｂ）は、ボール保持機構６０のスライダー６２の斜視図及び正面図である。
実施の形態１のスライダー６２は、平らな板の下面を全周にわたって切削してボール６１の接触面である凹部６２ａを形成したものである。これに対して、本実施形態２のスライダー６２は、例えば、平らな板をプレス加工したものである。つまりボール６１との接触面の部分だけを斜め上方に折り曲げて凹部６２ａを形成したものである。
なお、スライダー６２と皿ばね６４との間には、ワッシャーＡが設けられる。ワッシャーＡは、ドーナツ状の薄い円板から構成されている。ワッシャーＡを設ける理由は、スライダー６２の外周にあるボール６１との接触部が上方に折れ曲がっているため、その傾斜に合わせて、皿ばね６４とスライダー６２との間の距離を保つためのスペーサとして機能させるためである。

（皿ばね６４）
皿ばね６４は、中心に向かうに従って高くなるように形成されており、そして、ワッシャーＡとワッシャーＢとによって挟み込まれるようにして構成されている（図７参照）。このようにして構成したことにより皿ばね６４それ自体の構成と均等な力が加わることにより、従来の皿ばねが例えば３枚必要であったとしても、１枚の皿ばね６４で同様な機能を得ることが可能になっている。

以上のように構成されたスプリンクラヘッド１は、火災時に熱気流が感熱板７１及び感熱板カバー８０に当たると、上記の図３（ａ）〜（ｄ）と同様に動作して、消火水がデフレクタ４１から散水されて火災を消火する。

ところで、上記の実施形態においては、ボール、スライダー、バランサーによるボール保持機構を備えた弁体支持機構によって弁体を支持するスプリンクラヘッドで実施の形態を説明したが、感熱体である半田を圧縮する一般的なピストンを有するフラッシュ型のスプリンクラヘッド、例えば、一対のアームから弁体支持機構を構成したレバー式のスプリンクラヘッドに本発明を適用するようにしてもよい。
また、弁体を、放水筒の下端にある弁座に圧接させたが、弁体は、放水筒の内側に設けるようにしてもよい。
なお、ガイドロッドに対して、ストッパリングだけを摺動可能な状態に取り付けたが、デフレクタもガイドロッドに対して摺動可能な状態で取り付けるようにしてもよい。

１ スプリンクラヘッド、１０ ヘッド本体、１１ 開口部、１２ 放水口、１３ フランジ、１４、１５ ねじ部、１６ 放水筒、１７ 弁座、１８ 空間、２０ フレーム、２１ ねじ部、２２ 係止段部、３０ 弁体、３１ フランジ部、３２ 凹部、４０ 散水部、４１ デフレクタ、４１ａ 挿入穴、４２ ガイドロッド、４２ａ 段部、４３ ストッパリング、４３ａ ガイド部材、４４ コイルばね、５０ 弁体支持機構、５１ 感熱部、５２ プランジャー、５２ａ フランジ部、５２ｂ 雌ねじ、５３ 感熱板、５４ 断熱材、５５ 感熱体、６０ ボール保持機構、６１ ボール、６２ スライダー、６２ａ 凹部、６３ バランサー、６４ 皿ばね、６５ セットスクリュー、７１ 感熱板、８０ 感熱板カバー。

Claims (4)

1. 本体の中央に形成された中央貫通穴と、前記本体の外周部に形成され、荷重を受ける皿ばね部と、前記本体の内周部に形成された撓む部分とを有する皿ばねにおいて、
   前記中央貫通穴に連続するように放射状に形成された５〜８本のスリットと、
   隣り合う前記スリットの間に設けられ、前記撓む部分を構成する突起部と、
   該突起部内に形成され、外周側が広がった三角形状で角が円弧状に形成された貫通穴とを備えたことを特徴とする皿ばね。
2. 請求項１の皿ばねを有することを特徴とするスプリンクラヘッド。
3. 本体の中央に形成された中央貫通穴と、前記本体の外周部に形成され、荷重を受ける皿ばね部と、前記本体の内周部に形成された撓む部分とを有する皿ばねを備えたスプリンクラヘッドにおいて、
   前記皿ばねは、
   前記中央貫通穴に連続するように放射状に形成された複数の貫通穴と、
   隣り合う前記貫通穴の間に設けられ、前記皿ばね部と連結された根元部から内周側の先端部までほぼ同じ幅の突起部とを備え、
   前記突起部により前記撓む部分が構成され、
   前記貫通穴が、外周側に広がる扇型形状で外周側の角が円弧状に形成されることを特徴とするスプリンクラヘッド。
4. 前記皿ばねの前記突起部の幅は、前記貫通穴の外周側の幅に比べて細いことを特徴とする請求項３記載のスプリンクラヘッド。

Images