JP5669112B2 - ボールタップ及び防波板 - Google Patents

Description

この発明はボールタップ及び防波板に関し、特に液体槽内の液位等を制御するために使用されるボールタップ及びボールタップの吐出口に設けられて液体の吐出態様を制御するための防波板に関するものである。

図１８は、従来の防波パイプが取り付けられたボールタップを備える水槽を示す概略断面図であり、図１９は、図１８で示したボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図である。

これらの図を参照して、ボールタップ８１は、水槽１６の内部に設置され、青銅合金鋳物等で製作され、筒形状を有し、その側面に給水管１８に接続される給液口２が形成され、中央部分に網状のストレーナ３１が設置されると共にその底面に弁座４を介して吐出口３が形成される弁箱１と、弁箱１の吐出口３に設けられ、その側面に複数の吐出孔８５を備えた直管形状を有する防波パイプ８４と、弁箱１の上部を覆う弁蓋１９と、弁箱１内に上下に摺動自在に設置され、弁座４に係合する弁体６と、弁体６と接続されたスピンドル２０と、スピンドル２０に連結されたレバー機構７と、レバー機構７に接続されたロッド３０と、ロッド３０の先端に接続されたフロート８とから構成される。

防波パイプ８４の下端は、図１８で示した水槽１６の水面１７（フロート８が働き始める水位）よりも低い位置に設置されている。このように設置する理由は後述する。

弁体６は、その上部に取付けられたシートパッキン５を含む。弁体６は、上方位置においてシートパッキン５を介して弁座４と当接するように配置されている。

弁体６に接続され、レバー機構７に当接するスピンドル２０は上下に摺動自在に設置されている。

レバー機構７は、弁箱１の右方で回動自在に接続されたレバー２７と、レバー２７の中央部に回動自在に連結された連結部材２８と、連結部材２８の下方で回動自在に連結され、その左方で弁箱１と回動自在に接続されたレバー２９とからなる。レバー２９はその中央部においてスピンドル２０の下端に当接するように配置されている。

レバー機構７に接続されたロッド３０は、フロート８に接続されている。フロート８は図１８で示した水槽１６内の水面１７に浮いている。

使用に際して、図１８で示した水槽１６において、水位の変動に伴って、フロート８が上下に変動する。これにより、上下に変動したフロート８の浮力が、フロート８に接続されたロッド３０を通して、レバー機構７に伝わり、更にレバー機構７からスピンドル２０に伝達されることで、スピンドル２０が上下に摺動することになる。従って、スピンドル２０に接続された弁体６と弁座４との係合状態が変化するので、ボールタップ８１が開弁又は閉弁することになる。

ここで、ボールタップ８１の閉弁状態から開弁状態に移る過程について具体的に説明する。

図１８を参照して、水位が下降変動して水面１７が下降したとき、フロート８は下降する。これにより、フロート８に接続されたロッド３０が下降する。そして、ロッド３０に接続されたレバー機構７のレバー２７が、弁箱１と接続されたレバー２７の左方端を回動中心として下方に回動する。次に、レバー２７に接続された連結部材２８が下降する。連結部材２８に接続されたレバー２９が、弁箱１と接続されたレバー２９の左方端を回動中心として下方に回動する。更に、レバー２９と連結されたスピンドル２０が下降する。最終的に、スピンドル２０と接続された弁体６が、係合状態にあった弁座４から下方へ離れることになる。従って、ボールタップ８１が開弁状態となり、給水管１８から給液口２に入った水は、弁座４を介して吐出口３に流れ、防波パイプ８４の下端及び吐出孔８５から吐出され、水槽１６に給水される。

ここで、防波パイプ８４の下端は、フロート８が働き始める時の水面１７よりも低い位置に設置されているので、ボールタップ８１からの水は水面１７の下に吐出されることになる。防波パイプ８４の吐出孔８５からも水は吐出されるが、防波パイプ８４の下端から吐出される水の量に比べると少ないので、水面１７の波立ちが少ない。

尚、上述の開弁状態の後、水位が上昇し、水面１７の上昇に伴って、フロート８が規定位置まで上がると、上述の逆の過程を経て、ボールタップ８１は図１９で示した閉弁状態となり、水槽１６への給水が停止する。

上記のような従来のボールタップに取り付けられた防波パイプに対して、平成２４年における厚生労働省の「給水装置の構造及び材質の基準に関する省令」が一部改正された。すなわち、防波パイプは、水道に接続されたボールタップに対して防波パイプを使用した場合には、水道が一時的に断水したとき等に負圧によって、水槽内の水が水道配管系に逆流して水道を汚染する危険性があると判断されることとなり、使用することが出来なくなった。又、水槽内の水の逆流を防ぐために、水槽内の水面の最上面（越流面）からボールタップの吐出口の最下端までの垂直距離（吐水口空間）の最小値が、ボールタップの口径ごとに制定された。

そこで、防波パイプを取り外したボールタップの使用状態について説明する。

図２０は、図１８で示した防波パイプを取り外したボールタップの使用状態を示す概略断面図であって、図１８に対応した図である。

尚、このボールタップ８２は、図１８で示したボールタップ８１から防波パイプ８４を取り外したものであるので、ここでは相違点を中心に説明する。

図を参照して、水槽１６内に設置されたボールタップ８２は、開弁状態であり、水槽１６に給水している。ボールタップ８２の吐出口３は、水面１７の上方に位置しているので、吐出口３から吐出された水は水面１７に対して直接給水される。そのため、水槽１６内の水面１７に波立ちが生じ、フロート８が図２０で示した矢印の方向に変動を繰り返し、実線で示した状態から２点鎖線及び破線で示した状態に変動を繰り返すことになる。通常ならフロート８が規定位置まで上がると、ボールタップ８２は閉弁状態となり、止水する。しかし、フロート８が上下変動を繰り返すため、ボールタップ８２は閉弁状態と開弁状態とを繰り返し、いわゆるシャクリ現象を起こすことになり、動作が安定しなかった。

従って、ボールタップはなかなか止水せず、ボールタップからの吐出が断続的となると共に、断続的な騒音を発する等の不都合を起こすことが多かった。場合によっては、断続的な吐出の周期と水槽内の水の変動とが共振を起こすことによって波立ちがさらに増幅される現象が発生することがあった。このような現象が起きたとき、ボールタップからの吐出が騒音の原因となったり、水槽に大きな振動が発生したり、ボールタップの止水位置が設計値と大きく異なったり、あるいは給水配管系に水撃を発生させて給水配管系にダメージを与えたりする等といった不具合が生じることがあった。更に、ボールタップの開閉動作の回数が多くなり、シートパッキンの寿命を短くしていた。この過度な開閉動作によって、シートパッキンと当接する弁座は摩耗し、閉弁時にあっても、水漏れしてしまうこともあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、防波パイプを用いることなく、弁の開閉動作が安定し、耐久性が向上するボールタップ及び防波板を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ボールタップであって、下方に液体を吐出するための吐出口と、吐出口に取り付けられ、開弁時に液体を放射状且つ旋回状に吐出する防波板とを備え、防波板は、水平状態に配置された円形状の中央部分と、中央部分の外方端の全てに対して放射状に接続され、外縁が平面視において円弧形状を有すると共に外縁が側面視において所定の捻じり角を有するように形成された複数の羽根部分とを少なくとも備えたものである。

このように構成すると、吐出される液体による液面の波打ちが抑制される。又、防波板に加わる液体の圧力が弁体の開閉に影響を与えない。更に、液体は羽根部分の各々に沿って隣接する羽根部分の間から吐出する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成において、防波板は、吐出口の下方端でのみ支持されるものである。

このように構成すると、防波板に加わる液体の圧力が弁体の開閉に影響を与えない。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明の構成において、防波板は、吐出される液体によって回転しないように吐出口に取り付けられるものである。

このように構成すると、液体の吐出状態の変動が防止されると共に、防波板の回転による摩耗が阻止される。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の構成において、防波板は、１枚の金属製の円板を加工することにより形成され、中央部分の外径Ｌ_１と羽根部分の外径Ｌ_２の比Ｌ_２／Ｌ_１は、２．４〜３．７であり、羽根部分は、４〜８枚で構成され、捻じり角は、１５度〜５５度であるものである。

このように構成すると、吐出量の低下が抑制される。

請求項５記載の発明は、ボールタップの吐出口に脱着自在に取り付けられる防波板であって、円形状の中央部分と、中央部分の外方の全てにおいて放射状に接続され、外縁が円弧形状を有すると共に外縁が中央部分の上面に対して所定の捻じり角を有するように形成された複数の羽根部分とを少なくとも備えたものである。

このように構成すると、ボールタップから吐出される液体による液面の波打ちが抑制される。

以上説明したように、請求項１記載の発明は、吐出される液体による液面の波打ちが抑制されるため、弁の開閉動作が安定し、耐久性が向上する。又、防波板に加わる液体の圧力が弁体の開閉に影響を与えないため、弁体の開閉動作の信頼性が向上する。更に、液体は羽根部分の各々に沿って隣接する羽根部分の間から吐出するため、吐出状態を容易に調整できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、防波板に加わる液体の圧力が弁体の開閉に影響を与えないため、弁体の開閉動作の信頼性が向上する。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明の効果に加えて、液体の吐出状態の変動が防止されると共に、防波板の回転による摩耗が阻止されるため、吐出される液体の吐出状態が安定し、防波板及び吐出口の耐久性が向上する。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、吐出量の低下が抑制されるため、効率的な構成となる。

請求項５記載の発明は、ボールタップから吐出される液体による液面の波打ちが抑制されるため、ボールタップの開閉動作が安定し、耐久性が向上する。

この発明の第１の実施の形態によるボールタップを備える水槽を示す概略断面図である。 図１で示したボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図である。 図２で示した防波板の概略外観図である。 図２で示した防波板の概略構成図である。 この発明の第２の実施の形態によるボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図であって、図２に対応した図である。 この発明の第３の実施の形態によるボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図であって、図２に対応した図である。 この発明の第４の実施の形態によるボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図であって、図２に対応した図である。 この発明の第５の実施の形態によるボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図であって、図２に対応した図である。 図８で示した防波板の概略外観図であって、図３に対応した図である。 第１の実施の形態に対応するボールタップを備える水槽を示す概略断面図である。 図４で示した捻じり角θを１０〜６０度の範囲で１０度毎に変化させた防波板の概略外観図であって、図３に対応した図である。 図１０で示したボールタップにおいて防波板が無い場合における時系列レバー揺動角度図である。 図１２で示した時系列レバー揺動角度図の最初の１０秒間における時系列レバー揺動角度詳細図である。 図１２で示したボールタップにおいて捻じり角θが３０度である防波板を取り付けた場合における時系列レバー揺動角度図であって、図１２に対応した図である。 図１４で示した時系列レバー揺動角度の最初の１０秒間における時系列レバー揺動角度詳細図であって、図１３に対応した図である。 図１１で示した捻じり角θ毎の防波板に対するレバー揺動角度の標準偏差図である。 図１１で示した捻じり角θ毎の防波板に対する流量図である。 従来の防波パイプが取り付けられたボールタップを備える水槽を示す概略断面図である。 図１８で示したボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図である。 図１８で示した防波パイプを取り外したボールタップの使用状態を示す概略断面図であって、図１８に対応した図である。

図１は、この発明の第１の実施の形態によるボールタップを備える水槽を示す概略断面図であり、図２は、図１で示したボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図である。

尚、この実施の形態によるボールタップ２１は、図２０で示したボールタップ８２の構成と略同一であるため、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、ボールタップ２１の特有の部分について主に説明する。

これらの図を参照して、ボールタップ２１は、開弁時に水を放射状且つ旋回状に吐出する吐出制御手段３３を含む。弁箱１の吐出口３の下方内部は、後述するＣ形止め輪１０が嵌合するように内周に設置されている。

吐出制御手段３３は、弁箱１の吐出口３に脱着自在に設けられ、弁箱１の吐出口３の下方内部の円周溝３６と嵌合するＣ形止め輪１０と、弁箱１の吐出口３でＣ形止め輪１０の上面と当接して支持されるように取り付けられた後述する防波板４１とを含む。

このように構成したことにより、吐出される水等の液体による液面（水面）の波打ちが防波板４１がないものに比べて抑制されるので、弁の開閉動作が安定し、耐久性が向上する。

図３は、図２で示した防波板の概略外観図であり、図４は、図２で示した防波板の概略構成図である。

これらの図を参照して、防波板４１は、ステンレス鋼板からなる１枚の円板を加工することにより形成され、水平状態に配置された円形状の中央部分５６と、中央部分５６の外方端の全てに対して放射状に接続され、外縁が平面視において円弧形状を有すると共に外縁が側面視において所定の捻じり角θを有するように形成された６枚の羽根部分５７とを備えたものである。

次に、防波板４１の外径及び捻じり角θについて説明する。

図４を参照して、防波板４１を平面視したときの中央部分５６の外径Ｌ_１と羽根部分５７の外径Ｌ_２の比Ｌ_２／Ｌ_１は３．３であるが、２．４〜３．７が好ましい。この理由については後述する。

防波板４１を平面視したときに下方に位置する羽根部分５７に対して側面視したとき、羽根部分５７の外縁と水平線とのなす角度を、捻じり角θとしている。尚、羽根部分５７の外縁の右端部及び左端部は、側面視において水平面から図４で示した矢印の方向に各々捻じれて位置している。又、捻じり角θは、１５度〜５５度が好ましい。この理由については、実施例において後述する。

使用に際して、図２を参照して、防波板４１が取り付けられたボールタップ２１において、開弁時に弁体４を介して、水は吐出口３に流れ込み、吐出口３にある防波板４１の羽根部分５７の各々に沿って隣接する羽根部分５７の間から吐出する。よって、比Ｌ_２／Ｌ_１や捻じり角θを変えることにより防波板４１の吐出状態を容易に調整できることになる。

このとき、防波板４１によって、旋回流が与えられると共に、吐出口３から円錐状に吐出されるので、水が図１で示した水面１７に斜めの角度をもって輪を描くように吐出されるので、吐出エネルギーが減衰されて、水面１７の波立ちが生じにくくなる。よって、フロート８が上下に変動を繰り返すことが少なくなり、ボールタップ２１はシャクリ現象を起こさずに確実に止水することになる。従って、弁の開閉動作が安定し、耐久性が向上する。

又、図２で示した防波板４１は、吐出口３の下方端において、Ｃ形止め輪１０の上面と当接して支持されているだけであるので、防波板４１に加わる水等の液体の圧力が弁体６の開閉に影響を与えない。従って、弁体６の開閉動作の信頼性が向上する。更に、防波板４１は吐出される水等の液体圧によって、不用意に回転したり、取り付けするときに支持した位置から不用意に動いたりすることがないように摩擦力や構造が設定されている。このように構成することで、水等の液体の吐出状態の変動が防止されると共に、防波板４１の回転による摩耗が阻止されるので、吐出される水等の液体の吐出状態が安定し、防波板４１及び吐出口３の耐久性が向上する。

図５は、この発明の第２の実施の形態によるボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図であって、図２に対応した図である。

尚、この実施の形態によるボールタップ２２は、図１で示したボールタップ２１の構成と略同一であるため、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、ボールタップ２２の特有の部分について主に説明する。

図を参照して、ボールタップ２２の弁箱１の吐出口３の下方内部は、後述する外ねじ付きリング１１が螺合するように内周にねじ加工が形成されている。吐出制御手段３３は、弁箱１の吐出口３に脱着自在に設けられ、弁箱１の吐出口３の下方内部と螺合する外ねじ付きリング１１と、弁箱１の吐出口３で外ねじ付きリング１１の上面と当接して支持されるように取り付けられた防波板４１とを含む。尚、ボールタップ２２の吐出制御手段３３は、図２で示したボールタップ２１と同様の効果を奏する。

図６は、この発明の第３の実施の形態によるボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図であって、図２に対応した図である。

尚、この実施の形態によるボールタップ２３は、図１で示したボールタップ２１の構成と略同一であるため、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、ボールタップ２３の特有の部分について主に説明する。

図を参照して、ボールタップ２３の弁箱１の吐出口３の下方外部は、後述する内ねじ付きリング１２が螺合するように外周にねじ加工が形成されている。吐出制御手段３３は、弁箱１の吐出口３に脱着自在に設けられ、弁箱１の吐出口３の下方外部と螺合し、吐出口３の内径よりも小さな内径を有し、吐出口３の下端に当接する内ねじ付きリング１２と、弁箱１の吐出口３の内方側にある内ねじ付きリング１２の上面と当接して支持されるように取り付けられた防波板４１とを含む。尚、ボールタップ２３の吐出制御手段３３は、図２で示したボールタップ２１と同様の効果を奏する。

図７は、この発明の第４の実施の形態によるボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図であって、図２に対応した図である。

尚、この実施の形態によるボールタップ２４は、図１で示したボールタップ２１の構成と略同一であるため、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、ボールタップ２４の特有の部分について主に説明する。

図を参照して、ボールタップ２４の弁箱１の吐出口３における形状が、防波板４１よりも上方での弁箱１の内径Ｌ_３は防波板４１の外径（図４で示した羽根部分５７の外径Ｌ_２に対応）よりも小さく、防波板４１の上端よりも下方での弁箱１の内径Ｌ_４は防波板４１の外径（図４で示した羽根部分５７の外径Ｌ_２に対応）よりも大きくなるように形成されたものである。更に、図１で示した水槽１６において給水管（図示せず）にボールタップ２４の給液口２を螺合させて設置する際、ボールタップ２４自体を回転させても、防波板４１は、取り付けたときの位置から上下に変動したりしなくなるので、スピンドル２０に当たって防波板４１が損傷等を生じる虞がない。

尚、図１で示した第１の実施の形態のボールタップ２１、図５で示した第２の実施の形態のボールタップ２２、図６で示した第３の実施の形態のボールタップ２３の各々においても、各弁箱１をこの実施の形態のボールタップ２４と同様に形成することで、ボールタップ２４と同様の効果を奏する。又、図２で示した第１の実施の形態のボールタップ２１、図５で示した第２の実施の形態のボールタップ２２、図６で示した第３の実施の形態のボールタップ２３の各々の弁箱１において、防波板４１の上端の位置に、Ｃ形止め輪１０が嵌合するように新たに内周に円周溝を加えて形成し、Ｃ形止め輪１０を弁箱１に新たに嵌合させることで、ボールタップ２４と同様の効果を奏するようになる。

図８は、この発明の第５の実施の形態によるボールタップの閉弁時の内部構造を示す概略拡大断面図であって、図２に対応した図であり、図９は、図８で示した防波板の概略外観図であって、図３に対応した図である。

尚、この実施の形態によるボールタップ２５は、図１で示したボールタップ２１の構成と略同一であるため、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、ボールタップ２５の特有の部分について主に説明する。

これらの図を参照して、ボールタップ２５の弁箱１の吐出口３の下方内部は、吐出制御手段３３となる後述する防波板４２が螺合するように内周にねじ加工が形成されている。防波板４２は、中央部分５６と、羽根部分５７と、更に羽根部分５７の外縁に接続され、その外周はねじ加工が形成されたリング状部分６０とが一体となって構成されている。ボールタップ２５の弁箱１の吐出口３の下方内部と、防波板４２とが螺合している。尚、ボールタップ２５の防波板４２からなる吐出制御手段３３は、図７で示したボールタップ２４と同様の効果を奏する。又、防波板４２に形成されたねじと、防波板４２に螺合する弁箱１の吐出口３の下方内部に形成されたねじとは、ねじの方向が吐出時にねじの螺合状態がゆるまないように形成されている。

尚、上記の各実施の形態では、吐出制御手段として防波板を含んでいるが、吐出口に設けられ、開弁時に液体を放射状且つ旋回状に吐出するものであれば防波板でなくても良い。

又、上記の各実施の形態では、防波板は、中央部分と羽根部分から形成されているが、それ以外の構成から形成されていても良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板は、１枚の円板を加工することにより形成されているが、必ずしも１枚の円板から形成される必要はなく、複数の部材を結合して形成されるものであっても良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板は、ステンレス鋼板からなる円板を加工して形成されているが、材質は使用される液体と強度に適合するものであれば、必ずしも金属に限定されるものでなく、合成樹脂製であっても良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板は、必ずしも板状のものの加工に限定されず、鋳造品、溶接製品、あるいは射出成形品であっても良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板は、吐出口の下端のみで支持されるように取り付けられているが、吐出口の下端以外で支持されるように取り付けられていても良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板の羽根部分は、６枚で構成されていたが、２枚以上で構成されていれば良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板の捻じり角は、３０度であったが、３０度以外であっても良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板の中央部分の外径Ｌ_１と羽根部分の外径Ｌ_２の比Ｌ_２／Ｌ_１は、２．４〜３．７であったが、それ以外であっても良い。

更に、上記の第５の実施の形態では、弁箱は、防波板が回転しないように形成されていたが、防波板が吐出口から外れないものであれば、防波板が回転するように形成されていても良い。

更に、上記の各実施の形態では、ボールタップから水が吐出されているが、必ずしも水である必要はなく、他の液体であっても良い。

更に、上記の第１の実施の形態及び第４の実施の形態の各々では、Ｃ形止め輪を用いて防波板を取り付けていたが、他の方法で取り付けても良い。

更に、上記の第２の実施の形態及び第３の実施の形態の各々では、ねじ付きリングを用いて防波板を取り付けていたが、他の方法で取り付けても良い。

更に、上記の第４の実施の形態では、弁箱の吐出口の形状を変えて防波板を上下に移動しないようにしているが、他の方法で防波板を上下に移動しないようにしても良い。

更に、上記の第５の実施の形態では、防波板の形状を変えて弁箱の吐出口に取り付けているが、他の方法で防波板を取り付けても良い。

更に、上記の第１から第４の実施の形態の各々では、防波板は回転しないように摩擦力や構造が設定されているが、防波板が回転しても安定しているものであれば、防波板は回転しても良い。

更に、上記の第１から第４の実施の形態の各々では、防波板はボールタップとは独立して形成されたものであるが、防波板が吐出口に一体となって形成されていても良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板は、特定形状のものであったが、特定形状以外のものでも良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板の中央部分は、平坦面となっていたが、弁体側に凸状面であっても良い。

更に、上記の第５の実施の形態では、防波板は、ねじ加工により吐出口から外れないようにされているが、他の方法で防波板を外れないようにして取り付けても良い。

更に、上記の各実施の形態では、防波板の羽根部分の捻じり角は、特定値であったが、それ以外でも良い。又、捻じり方向が反対であっても良い。

上記の実施の形態のボールタップ２１〜２５で使用される防波板４１について、吐出口３に取り付けた場合の効果を検証する比較実験及び、捻じり角θの最適値を示す実験を行なった。
１．実験条件
まず、どのような実験条件で行なったかを示す。

図１０は、第１の実施の形態に対応するボールタップを備える水槽を示す概略断面図である。

尚、この実施例によるボールタップ２６は、図１で示したボールタップ２１の構成と略同一であるため、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、ボールタップ２６の特有の部分について主に説明するが、以後の説明においては、ボールタップ２６の構造は図２を随時参照するものとする。

図を参照して、ボールタップ２６は、口径２５Ａの給水管５３と接続され、高さＨ_ｔの水槽１６の内部で、水槽１６の幅Ｌ_ｔ及び奥行きＭ_ｔの各々略中央位置に設置されている。ボールタップ２６の止水時の水面１７の高さは、Ｈ_ｓであり、止水時の吐出口３の下端から水面１７までの高さはＨ_ａである。給水管５３は、口径２５Ａの給水管５２と接続され、給水管５３と給水管５２との間には圧力計６５が設置されている。給水管５２は、口径５０Ａの給水管５１と接続されている。そして、給水管５１は、水槽１６の外にある給水ポンプ（図示せず）につながっている口径２００Ａの給水管５０と接続されている。水槽１６の上端から給水管５０の中心までの高さは、Ｈ_１である。水槽１６の底面には、排水用設備６４が設置されている。

ボールタップ２６の具体的な仕様について下記に示す。
製品：複式ボールタップ（防波板付き）
製造メーカ：株式会社アイエス工業所
型番：ＷＡ２５
口径：２５Ａ
ここで、水槽１６のサイズ、給水管５０の設置位置、止水時の位置についての具体的な数値を下記に示す。
水槽１６の幅Ｌ_ｔ：１５００ｍｍ
水槽１６の高さＨ_ｔ：１３００ｍｍ
水槽１６の奥行きＭ_ｔ：９３５ｍｍ
止水時の水面１７の高さＨ_ｓ：約９６０ｍｍ
止水時の吐出口３の下端から水面１７までの高さＨ_ａ：約６０ｍｍ
水槽１６の上端から給水管５０の中心までの高さＨ_１：２１５ｍｍ
給水ポンプから給水管５０までの距離：約６ｍ
次に、図示しない給水ポンプの具体的な仕様について下記に示す。尚、給水ポンプは吐出量及び圧力を変更できる。
製品：渦巻ポンプ
製造メーカ：株式会社日立製作所
形式：ＪＯＶ−ＣＨ
入口口径：１００ｍｍ
出口口径：８０ｍｍ
吐出量：０〜２．５ｍ^３／ｍｉｎ
圧力：０．１〜０．３７ＭＰａ
駆動電動機：１５ＫＷ
２．実験対象
実験条件となる図１０で示したボールタップ２６において、吐出口３に取り付ける防波板４１の形状をいくつか変えて実験を行なった。そのときの実験対象となる防波板４１の形状について説明する。尚、防波板は、図４で示した比Ｌ_２／Ｌ_１が３．３であるものを用いた。

図１１は、図４で示した捻じり角θを１０〜６０度の範囲で１０度毎に変化させた防波板の概略外観図であって、図３に対応した図である。

尚、この実施例による防波板４１は、図３で示した防波板４１の構成と同一であるため、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、各防波板４１の異なった部分について主に説明する。

図を参照して、図１１の（１）は捻じり角θが１０度のときであり、図１１の（２）は捻じり角θが２０度のときであり、図１１の（３）は捻じり角θが３０度のときであり、図１１の（４）は捻じり角θが４０度のときであり、図１１の（５）は捻じり角θが５０度のときであり、図１１の（６）は捻じり角θが６０度のときである。
３．実験の測定方法
（１）レバーの揺動角度の測定方法
図１０を参照して、水位変動に伴い、水面１７が上下に変動すると、水面１７に浮いたフロート８も上下に変動することになる。このときのフロート８の上下変動は、フロート８及びレバー機構７に接続されたロッド３０と水平線とのなす角α（図１０に図示）で表わすことができる。角αをレバー揺動角度（レバー角度、揺動角度）ということにする。

ここで、レバーの揺動角度を測定する方法について説明する。

まず、フロート８に接続されたロッド３０の表面に赤色のテープを貼る。次に、水位変動に伴い、ロッド３０（フロート８）が変動している様子を、図１０を貫通する方向からボールタップ２６をカメラにて動画撮影する。そして、撮影した動画像に対してデジタル画像処理を行ない、赤色の画素を抽出して、直線で近似することでレバー揺動角度を測定した。尚、フロート８の上下変動値は、ボールタップ２６とレバー２７との接続箇所である回動中心からフロート８の中心までの距離（約３２６ｍｍ）とレバー揺動角度から換算できる。

尚、給水ポンプの圧力は０．３７ＭＰａで行なった。
（２）流量の測定方法
流量は、給水ポンプ設備に付設の電磁流量計で測定した。電磁流量計の具体的な仕様について下記に示す。尚、測定値の読み取りは、電磁流量計のアナログ指針を読み取る方式を採用した。又、実験条件となる図１０で示したボールタップ２６のストレーナ３１（図２参照）は取り外した状態で、給水ポンプからの圧力を０．１〜０．３７ＭＰａで変化させて、流量の計測を行なった。
製品：電磁流量計
製造メーカ：株式会社日立製作所
形式：ＦＭＲ−６ＷＡ形
４．実験結果
（１）防波板４１が無い場合の比較実験結果
まず、図１０で示したボールタップ２６で防波板４１を取り付けなかった場合における時系列レバー揺動角度についての比較実験結果を示す。

図１２は、図１０で示したボールタップにおいて防波板が無い場合における時系列レバー揺動角度図である。

図を参照して、縦軸はボールタップ２６に防波板４１を取り付けなかった場合のレバー角度（度）であり、横軸は経過時間（秒）である。測定開始から１００秒くらいまでレバー角度の上下変動が非常に大きい。これは、図１０で示した水面１７の上下変動が非常に大きいことを示している。その後、水面１７の上昇と共に、弁体６（図２参照）が上昇して、弁座４（図２参照）と弁体６（図２参照）との間の通水路が狭くなると共に水量が減り、水面１７の上下変動も少なくなり、止水に至る。

図１３は、図１２で示した時系列レバー揺動角度図の最初の１０秒間における時系列レバー揺動角度詳細図である。

尚、図１３は図１２の測定開始後１０秒間の実験結果からレバー角度の傾き成分を除去して判りやすく拡大したものである。

図を参照して、約８．５秒から約９．５秒までの遥動角度が最大振幅となっており、約１２度である。図１０で示した水面１７の上下変動に換算すると、約６８ｍｍ上下していることになる。
（２）防波板４１を取り付けた場合の実験結果
図１４は、図１２で示したボールタップにおいて捻じり角θが３０度である防波板を取り付けた場合における時系列レバー揺動角度図であって、図１２に対応した図である。

尚、図１４は図１２と略同一の表示形式であるので、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、相違点について主に説明する。

図を参照して、図１０で示したボールタップ２６に捻じり角θが３０度の防波板４１を取り付けたときのレバー角度の変動は、図１２で示したレバー角度の変動と比べると、非常に小さくなっている。すなわち、図１０で示した水面１７の上下変動が、図１２で示した場合と比較すると非常に小さくなっているといえる。

図１５は、図１４で示した時系列レバー揺動角度の最初の１０秒間における時系列レバー揺動角度詳細図であって、図１３に対応した図である。

尚、図１５は図１３と同一の表示形式であるので、ここでの説明は繰り返さない。ここでは、相違点について主に説明する。

図を参照して、約２．９秒から約３．４秒までの遥動角度が最大振幅となっており、約２度である。図１０で示した水面１７の上下変動に換算すると、約１１ｍｍ上下していることになる。図１３と比較すると、最大振幅が著しく小さくなっており、防波板４１の効果が明確に表れているといえる。尚、捻じり角θが３０度以外の防波板４１に対しても同様の実験を行なった結果、前述の４．の（１）で示した防波板４１がない場合に比較すると、捻じり角θが３０度の場合と同じような傾向を示し、後述するように効果は顕著であった。
（３）捻じり角θ毎に対するレバー揺動角度の標準偏差の実験結果
図１１で示した捻じり角θを１０〜６０度の範囲で１０度毎に変化させた防波板４１におけるレバー角度の標準偏差の実験結果を示す。

図１６は、図１１で示した捻じり角θ毎の防波板に対するレバー揺動角度の標準偏差図である。

図を参照して、縦軸はレバー角度の標準偏差（度）であり、横軸は図１１で示した捻じり角θを１０〜６０度の範囲で１０度毎に変化させた防波板４１及び防波板４１を取り付けなかったもの（図１６で示した「なし」に対応）である。レバー角度の標準偏差は、図１３及び図１５で示した時系列レバー揺動角度の最初の１０秒間において、レバー角度の傾き成分を除去した時系列レバー揺動角度詳細図から求めたものである。ここで、レバー角度の標準偏差が小さいということは、さざ波のように図１０で示した水面１７の上下変動の振幅が均一な状態が続いていることを表し、防波板４１の効果が良好であるといえる。捻じり角θが１０度〜５０度のときには、標準偏差が小さく表れており、レバー角度の振幅、すなわち水面１７の上下変動が小さい上に、上下変動の振幅が均一であり、望ましいことが判る。
（４）捻じり角θ毎の防波板に対する流量の実験結果
図１１で示した捻じり角θを１０〜６０度の範囲で１０度毎に変化させた防波板４１における流量変化の実験結果を示す。

図１７は、図１１で示した捻じり角θ毎の防波板に対する流量図である。

図を参照して、縦軸は流量（Ｌ／ｍｉｎ）であり、横軸は図１１で示した捻じり角θを１０〜６０度の範囲で１０度毎に変化させた防波板４１及び防波板４１を取り付けなかったもの（図１７で示した「９０度」に対応）である。給水ポンプの圧力は、０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．３ＭＰａ、０．３７ＭＰａの４種類に変化させて計測を行なった。捻じり角θが１０度の場合は、防波板４１の開口面積が小さくなるため、防波板４１なし（「９０度」）の場合に比較して、流量の減少が著しく、望ましくない結果であった。４種類の給水ポンプの圧力において、捻じり角θが２０度〜６０度の場合、防波板４１がない場合と比べて、流量の減少割合が少なかった。
５．総括
上記で示した結果から、水面１７の上下変動が少ない防波板という観点からは、捻じり角θが１０度〜５０度が好ましいものであった。又、流量の減少割合が少ない防波板という観点からは、捻じり角θが２０度〜６０度の場合が好ましいものであった。よって、これらのことから総合的に判断して、防波板４１の捻じり角θが、１５度〜５５度の場合がフロート８の上下変動、すなわち水面１７の上下変動も少なく、且つ、流量の減少割合が少ないので、好ましいといえる。又、製作の容易さからも望ましいことが判明した。尚、防波板４１は、通常６分割（６枚羽根）によって、流量の減少割合が少なく、かつ、十分な旋回流と円錐状の吐出水が得られることも判明した。又、一部口径の大きなボールタップでは、６分割よりも８分割の方が流量の減少割合が少なく、かつ、望ましい旋回流と円錐状の吐出水パターンが得られるものもあることが判っている。同様に、４分割の方が望ましい場合もあることが判っている。更に、防波板の比Ｌ_２／Ｌ_１が３．３であるものを使用していたが、比Ｌ_２／Ｌ_１は２．４〜３．７の範囲にあるときに、流量の減少割合が少なく、かつ、望ましい旋回流と円錐状の吐出水パターンが得られることが判っている。更に、防波板４１は吐出口３にできるだけ近いことが、円錐状の吐出液パターンを得るために望ましい。

３…吐出口
２１〜２６…ボールタップ
３３…吐出制御手段
４１〜４２…防波板
５６…中央部分
５７…羽根部分
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (5)

1. ボールタップであって、
   下方に液体を吐出するための吐出口と、
   前記吐出口に取り付けられ、開弁時に液体を放射状且つ旋回状に吐出する防波板とを備え、
   前記防波板は、
   水平状態に配置された円形状の中央部分と、
   前記中央部分の外方端の全てに対して放射状に接続され、外縁が平面視において円弧形状を有すると共に前記外縁が側面視において所定の捻じり角を有するように形成された複数の羽根部分とを少なくとも備えた、ボールタップ。
2. 前記防波板は、前記吐出口の下方端でのみ支持される、請求項１記載のボールタップ。
3. 前記防波板は、吐出される液体によって回転しないように前記吐出口に取り付けられる、請求項１又は請求項２記載のボールタップ。
4. 前記防波板は、１枚の金属製の円板を加工することにより形成され、
   前記中央部分の外径Ｌ_１と前記羽根部分の外径Ｌ_２の比Ｌ_２／Ｌ_１は、２．４〜３．７であり、
   前記羽根部分は、４〜８枚で構成され、前記捻じり角は、１５度〜５５度である、請求項１から請求項３のいずれかに記載のボールタップ。
5. ボールタップの吐出口に脱着自在に取り付けられる防波板であって、
   円形状の中央部分と、
   前記中央部分の外方の全てにおいて放射状に接続され、外縁が円弧形状を有すると共に前記外縁が前記中央部分の上面に対して所定の捻じり角を有するように形成された複数の羽根部分とを少なくとも備えた、防波板。

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