JP5859303B2

JP5859303B2 - バルブ装置

Info

Publication number: JP5859303B2
Application number: JP2011284946A
Authority: JP
Inventors: 和正松丸; 秀樹斉藤
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013133889A

Description

本発明はバルブ装置に関するものであって、例えば、温水洗浄便座などのバルブユニットに設けられる安全弁として適用可能なものに関する。

温水洗浄便座などのバルブユニットには、給水流路の圧力が所定値を超えて上昇したときに開弁して圧力を逃がす安全弁が設けられている。

従来技術による安全弁には、例えば図８に示すようなものがある。すなわちこの安全弁は、上流側ポート１０１から下流側ポート１０２へ向かう流路１００Ａと、この流路１００Ａから弁孔１０３を介して延びると共に端部が蓋体１１０で封止された弁室１０４と、前記弁孔１０３における弁室１０４側の開口縁に形成された弁座１０５と、前記弁室１０４から分岐した排出ポート１０６が形成されたボディ１００を備え、前記弁室１０４内に、前記弁座１０５へ向けて進退可能に配置された弁体１２０と、一端が前記蓋体１１０に当接されて弁体１２０（弁体１２０に設けられたシール材１２１）を前記弁座１０５へ押し付けるように付勢するスプリング１３０が配置されたものである。また、ボディ１００の内周面には、弁室１０４における弁体１２０の背面空間１０４ａと排出ポート１０６を互いに連通させる溝１０７が形成されている。

上記構成の安全弁は、通常は、弁体１２０のシール材１２１がスプリング１３０の付勢力によって弁座１０５へ押し付けられて弁孔１０３を塞いで（閉弁して）おり、流体は流路１００Ａを上流側ポート１０１から下流側ポート１０２へ向かって流れるようになっている。そして何らかの原因によって、流路１００Ａ内の流体圧力が所定圧力を超えて上昇した場合は、その圧力によって弁体１２０がスプリング１３０の付勢力に抗して弁座１０５から離れ（開弁し）、流路１００Ａ内の流体圧力を、弁孔１０３を介して排出ポート１０６へ開放するものである。

また、ボディ１００に形成された溝１０７は、弁体１２０がスプリング１３０を圧縮する方向へ移動するときに背面空間１０４ａの流体を排出ポート１０６へ排出するものであり、このため、弁体１２０を円滑に開弁動作させることができる（下記の特許文献１参照）。

特開２００４−２５７４８５号公報

しかしながら、上述のような構成を備える安全弁は、その組み立てにおいて、弁室１０４を封止する蓋体１１０をボディ１００にネジ止めによって取り付ける場合は、構成部品やネジ締め付け工数が多くなってしまい、蓋体１１０を回転させることによって係合させて取り付けるものは、蓋体１１０と弁体１２０の間でスプリング１３０が捩り変形による負荷を受けるので、特性に悪影響を及ぼすおそれがあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、組み立てが容易で、スプリングの変形負荷による特性悪化のおそれもないバルブ装置を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るバルブ装置は、弁孔と、この弁孔から延びると共に弁孔と反対側の端部が蓋体で封止された弁室と、前記弁孔における前記弁室側の開口縁に形成された弁座と、前記弁室から分岐した排出ポートが形成されたボディを備え、前記弁室内に、前記弁座へ向けて進退可能に配置された弁体と、一端が前記蓋体に当接されて前記弁体を前記弁座へ押し付けるように付勢するスプリングが配置され、前記蓋体と前記ボディが、そのいずれか一方に形成されて前記スプリングの中心軸線方向へ延びる被掛止爪と、他方に形成されて前記被掛止爪と掛合可能な掛合孔からなるスナップフィット手段により互いに結合され、排出ポートに絞り部を形成し、弁体と蓋体の間の背圧空間を、導圧孔を介して前記絞り部と連通させたことを特徴とする。

請求項２の発明に係るバルブ装置は、請求項１に記載の構成において、前記弁体は、背面側に前記スプリングを保持するポペットと、前記ポペットに嵌着されて前記弁座と密接可能なシール材とからなり、前記ポペットが前記蓋体と当接状態となったときに、前記ポペットの背面側の端部に形成された導圧溝を介して弁室と背圧空間との連通状態が確保されるようになっていることを特徴とする。

請求項３の発明に係るバルブ装置は、請求項１又は２に記載の構成において、絞り部の内径を１.５〜２.９mmとしたものである。

本発明に係るバルブ装置によれば、ボディと蓋体がスナップフィット手段により結合されるので、組み立てが容易で、しかもこのスナップフィット手段の被掛止爪がスプリングの中心軸線方向へ延びており、蓋体をボディにスプリングの中心軸線方向へ押し込むことで前記被掛止爪と掛止部がスナップフィットするものであるため、スプリングの捩り変形負荷による特性悪化が防止される。

また、排出ポートに形成した絞り部と、弁体と蓋体の間の背圧空間が、導圧孔を介して連通しているので、開弁時にはベンチュリ効果によって弁体がフルストロークで開弁しやすく、このため開弁状態を安定させて弁体の不安定挙動を防止することができる。

さらに、排出ポートに形成した絞り部の内径を１.５〜２.９mmとすることで、開弁時に弁体の開弁状態を安定させて弁体の不安定挙動を防止するといった効果を一層確実に得ることができる。

本発明に係るバルブ装置の好ましい実施の形態としての安全弁を示す断面図である。図１の形態における蓋体を示す断面斜視図である。図１の安全弁の開弁状態を示す部分断面図である。図１の安全弁が組み込まれる温水洗浄便座用バルブユニットの水路構成を概略的に示す説明図である。図１の安全弁の未組み立て状態を示す断面図である。図１の安全弁の組み立て過程を示す斜視図である。図１の安全弁の組み立て過程を示す断面図である。従来のバルブ装置の一例を示す断面図である。

以下、本発明に係るバルブ装置を温水洗浄便座用バルブユニットの安全弁に適用した好ましい実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず全体を図１に示す安全弁（バルブ装置）１は、上流側ポート１１から下流側ポート１２へ向かう給水流路１０Ａと、この給水流路１０Ａから弁孔１３を介して延びると共に端部が蓋体２０で封止された弁室１４と、前記弁孔１３における弁室１４側の開口に形成された弁座１５と、前記弁室１４から分岐した排出ポート１６が形成されたボディ１０を備え、前記弁室１４内に、前記弁座１５へ向けて進退可能に配置された弁体３０と、一端が前記蓋体２０に当接されて弁体３０を前記弁座１５へ押し付けるように付勢するスプリング４０が配置されたものである。

ボディ１０において、弁室１４を取り囲むように形成された筒状部１７の開放端部の内面には弁室１４側へ向けてすぼまる案内斜面１７ａが筒状部１７の円周方向１８０度対称位置に凹設されており、それより弁室１４側には、各案内斜面１７ａと対応する位相上に位置して一対の掛合孔１７ｂが開設されている。

ボディ１０の排出ポート１６には、弁室１４への開口部付近が小径に絞られた絞り部１６ａが形成されている。また、ボディ１０の筒状部１７のうち、弁体３０を摺動自在に保持している弁体保持部１７ｃには、その背面側（弁体３０と蓋体２０の間）の背圧空間１４ａと、前記この絞り部１６ａとを互いに連通する導圧孔１８が形成されている。

排出ポート１６における絞り部１６ａの内径は、好ましくは１.５〜２.９mmとし、更に好ましくは１.８〜２.２mmとする。絞り部１６ａの内径が１.５mm未満の場合は、圧力損失が大きくなって流量が確保されず、安全弁開放による満足な圧力低下を促すことができず、逆に、絞り部１６ａの内径が２.９mm超の場合は、後述するベンチュリ管としての機能が安定せず、弁体３０の不安定挙動（うなり）が発生しやすくなり、１.８〜２.２mmとすることで下流側ポート１２の二次圧が安定して出力されるからである。

蓋体２０は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるＯリング５０を介してボディ１０の筒状部１７の内周へ水密的に挿入されると共にスプリング４０を保持する本体部２１と、この本体部２１における外端部（弁室１４と反対側の端部）の外径部に円周方向１８０度対称位置に形成された一対の被掛止爪２２とを備える。

詳しくは、蓋体２０の被掛止爪２２は、ボディ１０の案内斜面１７ａ及び掛合孔１７ｂと共にスナップフィット手段６０を構成するものであって、スプリング４０の中心軸線方向（伸縮方向）、言い換えれば蓋体２０の挿入方向へ延びており、図２の斜視図にも示すように、半径方向へ弾性的に変形可能なばね部２２ａと、その先端に形成された頭部２２ｂを備え、この頭部２２ｂは、外径面が挿入方向と反対側（外側）へ向けて大径となる傾斜面をなすと共に、この傾斜面の大径端部とばね部２２ａとの間に段差面２２ｃを有し、この段差面２２ｃにおいてボディ１０の掛合孔１７ｂに、僅かな遊びをもって掛合されるようになっている。

弁体３０は、ボディ１０の筒状部１７の内周に軸方向摺動可能に挿入されると共に背面側にスプリング４０を保持するスプリング保持穴３１ａを有する合成樹脂材料等からなる有底円筒状のポペット３１と、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されると共に、前記ポペット３１における弁座１５側を向いた端部に形成された嵌合突起３１ｂに嵌着され、弁座１５と密接可能なシール材３２とからなるものである。

また、ポペット３１の背面側の端部には導圧溝３１ｃが形成されており、弁体３０が図３に示すように開弁動作することによってポペット３１が蓋体２０の本体部２１と当接した状態となったときに、蓋体２０のスプリング保持穴２１ａ及びポペット３１のスプリング保持穴３１ａが密閉されることなく、導圧溝３１ｃを介して弁室１４における背圧空間１４ａとの連通状態が確保されるようになっている。

スプリング４０は金属製のコイルスプリングであって、上述のように一端が弁体３０のポペット３１のスプリング保持穴３１ａに保持されると共に、他端が蓋体２０における本体部２１のスプリング保持穴２１ａに保持され、これらの間に適宜圧縮された状態で介装されることによって、弁体３０を弁座１５へ向けて付勢するものである。

以上のように構成された安全弁１は、図４に水路構成を示す温水洗浄便座用バルブユニットに組み込まれるもので、すなわち市水の給水配管２から供給される水は、水路の開閉を行う電磁弁４を開くことによって、フィルタ付き給水栓３及び前記電磁弁４を経由して減圧弁５を通る際に減圧され、さらに、安全弁１における給水流路１０Ａ（上流側ポート１１及び下流側ポート１２）を経由して熱交換器６へ送られ、ここで必要に応じて加温されてから不図示の洗浄用ノズルから吐水される。

そして安全弁１は、通常は図１に示すように、スプリング４０によって付勢された弁体３０が、その先端のシール材３２において弁座１５に押し付けられて、弁孔１３を塞いで（閉弁して）おり、したがって、図４に示す電磁弁４が開かれると、水は給水流路１０Ａを上流側ポート１１から下流側ポート１２へ向かって流れ、人体局部洗浄用に供される。

また、何らかの原因によって給水流路１０Ａ内の水圧が所定値を超えて上昇した場合は、弁孔１３から弁体３０に作用する前記水圧によって、図３に示すように、弁体３０がスプリング４０の付勢力に抗してボディ１０の筒状部１７の内周を蓋体２０側へ移動し、シール材３２が弁座１５から離れるので（開弁するので）、給水流路１０Ａ内の水圧を、弁孔１３を介して排出ポート１６へ開放し、速やかに水圧を低下させることができる。

詳しくは、弁室１４における弁体３０の背圧空間１４ａは、導圧孔１８を介して排出ポート１６に連通しているので、給水流路１０Ａ内の水圧上昇によって弁体３０が蓋体２０側へ移動を開始すると、これに伴って容積が縮小される前記背圧空間１４ａ内の水は導圧孔１８を介して排出ポート１６へ排出されるので、弁体３０の開弁動作が円滑に行われる。このとき、蓋体２０の被掛止爪２２とボディ１０の掛合孔１７ｂが僅かな遊びをもって掛合されているため、弁体３０の開弁動作によってポペット３１の背面側の端部が蓋体２０の本体部２１と当接する際の衝撃が吸収される。

しかも、排出ポート１６における導圧孔１８の開口部は小径に絞られた絞り部１６ａとなっているので、図３に示す開弁状態において水が弁孔１３から弁室１４を経由して排出ポート１６へ排出される過程で、絞り部１６ａのオリフィス作用によってその上流側、すなわち弁室１４における弁座１５の近傍空間１４ｂの圧力が適宜上昇する。しかも排出ポート１６の絞り部１６ａはベンチュリ管として機能するので、弁室１４から排出ポート１６を通って排出される水は、絞り部１６ａを通る際に流速が上昇することによってその圧力が低下することから、導圧孔１８を介して背圧空間１４ａも低圧となる。このため、上述のような弁座１５の近傍空間１４ｂの圧力上昇と背圧空間１４ａの圧力低下との協働によって、弁体３０はフルストロークで開弁動作しやすくなると共に安定した開弁状態が保持されるので、弁体３０の不安定挙動（うなり）が有効に防止される。

しかも、図３に示すように弁体３０がフルストロークで開弁することによってポペット３１の背面側の端部が蓋体２０の本体部２１と当接した状態となっても、ポペット３１の端部に形成された導圧溝３１ｃを介して蓋体２０のスプリング保持穴２１ａ及びポペット３１のスプリング保持穴３１ａがポペット３１の外周空間と同じ低圧状態となって背圧空間１４ａの一部を構成しているので、上述した開弁状態の安定化が確実に実現される。

なお、開弁によって排出ポート１６を通った逃し水は、図４に示すように、例えば便器７へ排出される。

また、この実施の形態による安全弁１は、その組み立てにおいては、ボディ１０の筒状部１７の内周へ、図５に示すように弁体３０、スプリング４０及び蓋体２０を順次組み込んで行く。このとき、弁体３０は予めポペット３１の嵌合突起３１ｂにシール材３２を嵌合一体化しておき、あるいは図６に示すように予め蓋体２０にＯリング５０を装着しておき、あるいはさらに、スプリング４０を蓋体２０のスプリング保持穴２１ａか弁体３０のポペット３１のスプリング保持穴３１ａに組み込んでおくと良い。

そしてボディ１０へ蓋体２０を組み込む過程では、図６に示すように、蓋体２０の被掛止爪２２を、ボディ１０の案内斜面１７ａに対して位置合わせしながら蓋体２０をボディ１０の筒状部１７の内周へ挿入して行く。

すると図７に示すように、蓋体２０の被掛止爪２２は、その頭部２２ｂの傾斜した外径面がボディ１０の案内斜面１７ａに当接し、蓋体２０の挿入と共に、内径方向へのばね部２２ａの撓み変形を伴いながら前記案内斜面１７ａの小径側へ乗り上がって行き、やがて前記頭部２２ｂがこの案内斜面１７ａを通過すると、ばね部２２ａの反発力によって頭部２２ｂが掛合孔１７ｂへ落ち込んでスナップフィットし、前記頭部２２ｂの段差面２２ｃが前記掛合孔１７ｂの縁と掛合されることによって、蓋体２０がボディ１０に対して抜け止めされ、図１に示す組み立て状態となる。

したがって、蓋体２０はボディ１０の内周へ押し込むだけで被掛止爪２２と掛合孔１７ｂがスナップフィットして掛止状態で取り付けられるため、組み立てが容易で、しかも蓋体２０の挿入過程でスプリング４０が捩り変形を受けることがないため、スプリング４０の変形負荷による特性悪化を来たすこともない。

なお、スナップフィット手段６０は、例えばボディ１０側に被掛止爪を形成し、蓋体２０側に案内斜面や掛合孔などを設けることで構成することもできる。

また、上述した実施の形態は、本発明を温水洗浄便座用バルブユニットの安全弁に適用したものであるが、本発明のバルブ装置はこれには限定されず、弁孔と、この弁孔から延びると共に弁孔と反対側の端部が蓋体で封止された弁室と、前記弁孔における前記弁室側の開口縁に形成された弁座と、前記弁室から分岐した排出ポートが形成されたボディを備え、前記弁室内に、前記弁座へ向けて進退可能に配置された弁体と、一端が前記蓋体に当接されて前記弁体を前記弁座へ押し付けるように付勢するスプリングが配置された構成を備える種々のバルブ装置に適用可能である。

１安全弁（バルブ装置）
１０ボディ
１０Ａ給水流路
１１上流側ポート
１２下流側ポート
１３弁孔
１４弁室
１４ａ背圧空間
１５弁座
１６排出ポート
１６ａ絞り部
１７ａ案内斜面
１７ｂ掛合孔（掛止部）
１８導圧孔
２０蓋体
２１ａ，３１ａスプリング保持穴
２２被掛止爪
３０弁体
３１ｃ導圧溝
４０スプリング
６０スナップフィット手段

Claims

弁孔と、この弁孔から延びると共に弁孔と反対側の端部が蓋体で封止された弁室と、前記弁孔における前記弁室側の開口縁に形成された弁座と、前記弁室から分岐した排出ポートが形成されたボディを備え、前記弁室内に、前記弁座へ向けて進退可能に配置された弁体と、一端が前記蓋体に当接されて前記弁体を前記弁座へ押し付けるように付勢するスプリングが配置され、前記蓋体と前記ボディが、そのいずれか一方に形成されて前記スプリングの中心軸線方向へ延びる被掛止爪と、他方に形成されて前記被掛止爪と掛合可能な掛合孔からなるスナップフィット手段により互いに結合され、排出ポートに絞り部を形成し、弁体と蓋体の間の背圧空間を、導圧孔を介して前記絞り部と連通させたことを特徴とするバルブ装置。
前記弁体は、背面側に前記スプリングを保持するポペットと、前記ポペットに嵌着されて前記弁座と密接可能なシール材とからなり、前記ポペットが前記蓋体と当接状態となったときに、前記ポペットの背面側の端部に形成された導圧溝を介して弁室と背圧空間との連通状態が確保されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
前記絞り部の内径を１．５〜２．９ｍｍとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ装置。