以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る流路開閉装置について説明する。
まず、図1により本発明の第一実施形態に係るフラッシュバルブ(流路開閉装置)を含む大便器の構成について説明する。図1は本発明の第一実施形態に係るフラッシュバルブを大便器への給水管に取り付けた状態を示す模式図である。
図1に示すように、本発明の第一実施形態に係るフラッシュバルブFV(流路開閉装置)は、大便器SBへの給水管TBの途中に取り付けられている。フラッシュバルブSVは、給水を開始する指示を受けることで、給水管TBを経由する流路を開いて大便器SBに給水を開始する。その後、フラッシュバルブFVは、所定の条件を満たすことで自律的に流路を閉じて給水を停止する。
大便器SBは、封水部SWが設けられている。封水部SWには溜水がなされ、封水が形成されている。大便器SBの使用後にフラッシュバルブFVを操作すると、フラッシュバルブFVから略一定の瞬間流量で洗浄水が供給される。この洗浄水によって、封水部SWの溜水及び汚物が流される。本実施形態の場合、大便器SBはサイホン方式の便器であり、サイホン現象によって洗浄水は汚物とともに下流側へ流される。本実施形態のフラッシュバルブFVは、洗浄後に封水部SWにリフィル水を供給するように構成されている。
フラッシュバルブFVは、本体部10と、電磁弁82とを備えている。本体部10内には、給水源である給水管TBに繋がる一次側流路20と、給水先である大便器SBに繋がる二次側流路30とが形成されている。本体部10内には弁体部材40が配置されている。弁体部材40は、一次側流路20と二次側流路30との間の流路開閉を行うものである。電磁弁82は、バイパス流路80に設けられている。電磁弁82を開くことで、弁体部材40の背圧が下がり弁体部材40は開弁される。
次に、図2及び図3により本発明の第一実施形態に係るフラッシュバルブFVの内部構造について説明する。図2は本発明の第一実施形態に係るフラッシュバルブFVの内部構造を示す断面図であり、図3は図2の断面積調整部材を入れ替えた状態を示す部分断面図である。図2に示すように、フラッシュバルブFVは、本体部10を備えている。本体部10の内部には、一次側流路20と、二次側流路30と、背圧室14と、副背圧室12とが形成されている。
一次側流路20は、給水管TBのフラッシュバルブFVよりも上流側の流路から流入水を受け入れて、二次側流路30に向けて流出させるものである。一次側流路20の上流端には流入口21が設けられている。流入口21は、流入水を受け入れて一次側流路20に送り出す開口部である。
二次側流路30は、一次側流路20から流入する水を給水管TBのフラッシュバルブFVよりも下流側の流路に流出水として流出させるものである。二次側流路30の下流端には流出口31が設けられている。流出口31は、二次側流路30から流出水を送り出す開口部である。
一次側流路20と二次側流路30との間には、弁体部材40が配置されている。弁体部材40は、下流側の一端が二次側流路30に挿入されており、その反対側の他端が背圧室14に臨むように配置されている。弁体部材40は、二次側内部流路30の下流方向に沿って進退自在に配置されている。弁体部材40は、その上部に設けられた主弁体42と、その下部に設けられた定流量弁体44とからなり、両者が一体となって構成されている。
主弁体42は、一次側流路20と二次側流路30との間の流路開閉を行うためのものである。主弁体42は下流側の面において、主弁体面421を有している。弁体部材40が最も下流側に押し込まれると、主弁体面421が一次側流路20の二次側流路30に対する境界面に当接し、一次側流路20と二次側流路30との間の水の流通を遮断するように構成されている。従って、主弁体面421が当接する境界面は、主弁座面201(主弁座)として機能しており、主弁体42及び主弁座面201は主バルブとして機能する。
定流量弁体44は、一次側流路20から二次側流路30へ流れる水の瞬間流量を調整するためのものである。定流量弁体44は、その外側面441において、溝状に形成されたスリット442を有している。スリット442は、均等な間隔で4つ形成され、各スリット442は、断面が矩形の有底な溝であり、外側面441の下端から中程まで形成されている。定流量弁体44の外側面441は、二次側流路30の内側壁と近接して対向している。弁体部材40が、一次側流路20と二次側流路30との間に水を通すように上昇(背圧室14へ入り込む方向、後退方向、開弁方向)すると、水は二次側流路30の内側壁とスリット442により形成された空間を通過し、二次側流路30へと流入する。従って、二次側流路30の内側壁は、定流量弁座面32(定流量弁座)として機能しており、定流量弁体44及び定流量弁座面32は定流量バルブとして機能する。
定流量弁体44において、スリット442は上下方向に延びているため、弁体部材40が上昇するほど水の流路断面積は広くなり、流量を増やすように作用する。一方、弁体部材40が、一次側流路20と二次側流路30との間に水を通すように上昇(背圧室14へ入り込む方向)し、その後下降(流出口31へ向かう方向、前進方向、閉弁方向)すると、水の流路断面積は狭くなっていき、流量を絞るように作用する。即ち、定流量弁体44及び定流量弁座面32は、一次側流路20から二次側流路30へ流れる水の瞬間流量を一定に保つように相互間に形成される流路断面積を調整する。
主弁体42の下側であって、定流量弁体44の上側には、その上端面が主弁体面421に当接する均圧部材423が設けられている。均圧部材423は、略円環状に形成され、主弁体42周辺における水圧の偏りを調整する部材である。均圧部材423は、主弁体42周辺の水圧の偏りを抑制することで、主弁体42閉止間際における水圧の偏りを原因とする主弁体42の不安定な閉弁動作を抑制することができる。
主弁体42は、その上部側において収容凹部46が設けられている。収容凹部46は、背圧室14側から後退するように凹状に形成されている。収容凹部46の背圧室14側には、副弁座465が設けられている。収容凹部46は、孔461と、凹部462と、副孔463(背圧流路)とが形成されている。
孔461は、一次側流路20と凹部462とを繋ぐ連通孔として形成されている。孔461は主弁体42に設けられた円筒状のメッシュ部材424により覆われる。メッシュ部材424は一次側流路20から孔461へ流入する水に含まれる異物を取り除く。凹部462は、バネ50と、副弁桿48とを収容している。凹部462内には、副弁桿48の先端の大径部481が配置されている。大径部481は、バネ50と当接しており、バネ50を介して弁体部材40を流出口31に向けて付勢している。
副弁桿48は、棒状に延びる小径部483と、小径部483の先端に設けられている副弁体481とを有している。小径部483は、副弁座465に設けられた連通路464(背圧流路)を貫通している。連通路464と小径部483との間には、通水可能な隙間が形成される。従って、孔461から凹部462に流入した水は、連通路464を通って背圧室14へと流れる。また、孔461を通った水の一部は、副孔463を通って背圧室14へと流れる。尚、連通路464が閉鎖されている場合は、孔461を通った全ての水が副孔463を通って背圧室14へと流れる。
背圧室14と副背圧室12とは、第一位置調整部材60(位置調整部材)によって仕切られて分離されている。第一位置調整部材60には凹部601が設けられている。凹部601は、背圧室14に向けてその外壁が突出する凹部として形成されている。凹部601の背圧室14側には、線形特性を有するバネ70が配置されている。バネ70は、一端が凹部601内に収容され、他端は第二位置調整部材65に当接するように配置されている。
第二位置調整部材65は、その一端側の下面が、副弁桿48の小径部483の一端と離接するように配置されている。第二位置調整部材65は、バネ70の巻き線の中心を貫通するように配置され、本体部10に固定されている。
第二位置調整部材65の固定方法について説明する。本体部10の最上部の中心には、その中心軸が鉛直方向である貫通穴102が形成され、この貫通穴102に対し、円筒形状の保持部材103が挿入された状態で螺合固定されている。保持部材103の中心にはさらに、その中心軸が貫通孔102と共通である貫通孔104が形成されている。貫通孔104の内周には、雌螺子が形成されるとともに、複数の段差面が形成されている。
第二位置調整部材65は、副弁桿48の小径部483の一端と離接する下面の上方に形成された棒状の部分であるシャフト部652を有している。シャフト部652はその外周に雄螺子が形成され有しており、この雄螺子が、保持部材103内周に形成された雌螺子に螺合している。このため、シャフト部652の軸を中心として第二位置調整部材65を回転させると、第二位置調整部材65の位置は上下に移動することとなる。
シャフト部652の上部は、その断面が六角形に形成されている。このため、使用者はレンチ等の工具を用いてシャフト部652を回転させることで、第二位置調整部材65の位置を上下方向に調整することが可能となっている。シャフト部652には、複数の段差面が形成されている。このため、第二位置調整部材65の位置を調整できる範囲は、シャフト部652の段差面が貫通孔102内の段差面に当接する位置がその上限である。
本体部10の最上部には、その外側面から貫通孔104に通じる開口であって、その内周面に雌螺子が形成された固定孔107が形成されている。このため、使用者は第二位置調整部材65の位置を上下方向に調整した後、固定孔107にイモ螺子109を挿入することにより、それ以降において第二位置調整部材65が本体部10に対して回転してしまうことを防止することができる。
以上のように、第二位置調整部材65はフラッシュバルブFVの本体部10に対して外部から連通した状態で固定されている。また、第二位置調整部材65の固定位置は、外部からレンチ等の工具を用いて調整することができる。
第一位置調整部材60は、副背圧室12と背圧室14との圧力差によって押される力とバネ70がそれに対抗しようとする力、及び、第一位置調整部材60と弁体部材40に掛かる摺動抵抗とのバランスによって、副背圧室12を広げる、あるいは、副背圧室12を狭めるように摺動するように構成されている。背圧室14に入った水は、バイパス流路80側へと流れる。
副背圧室12は、副一次流路22によって一次側流路20とつながれている。副一次流路22は一次側流路20から上方に向けて延び、副背圧室12へ向けて略直角に屈曲している。副一次流路22の途中には、副一次流路22内部と本体部10外部とを連通させる開口部222が形成されている。開口部222の軸心は副一次流路22と副背圧室12との境界端面の軸心と略同心となるよう形成される。また、この開口部222に対し、第一断面積調整部材226が挿入された状態で螺合固定されている(図2参照)。また、第一断面積調整部材226はドライバー等の工具により取り外し可能であり、第二断面積調整部材228に互いに付け替えることができる(図3参照)。
第一断面積調整部材226は、略円筒状に形成され、その外形は副一次流路22を塞ぐものである。断面積調整部材226の内部には第一断面積調整部材226内を貫通する内部流路226aが設けられており、この内部流路226aにより流路断面積が確保され、副一次流路226は副背圧室12と一次側流路20とを連通させることができる。内部流路226aにより一次側流路20と副背圧室12とが連通し、副背圧室12には一次側流路20にかかる一次圧と同じ圧力がかかることで、副背圧室12は第一位置調整部材60を弁体部材40に近づけるように背圧を作用させる。
第一断面積調整部材226と互いに付け替え可能な第二断面積調整部材228は、略円筒状に形成され、その外形は副一次流路22を塞ぐものである。第一断面積調整部材226に比べて第二断面積調整部材228には内部流路が形成されておらず、副一次流路22における断面積は確保されない。第二断面積調整部材228により副一次流路22が閉止されるため、副背圧室12には一次側流路22にかかる一次圧がかかることがない。そのため、副背圧室12は第一位置調整部材60を弁体部材40に近づけさせるような背圧を作用させることがなく、第二断面積調整部材228が開口部222に挿入されて螺合固定されている場合、第一位置調整部材60は、一次側流路20にかかる流路、即ち給水圧に関わらず移動しない。従って、開口部222、第一断面積調整部材226及び第二断面積調整部材228は、副一次流路22の流路断面積を調整可能な流路調整機構として機能する。
背圧室14と二次側流路30とは、バイパス流路80によって繋がっている。バイパス流路80には電磁弁82が設けられている。電磁弁82が閉じられていれば、背圧室14の内部には一次圧がかかっている。一方、電磁弁82が開けられると、背圧室14の水がバイパス流路80から二次側流路30に流出し、背圧室14の内部圧力が低下する。
次に、図4及び図5により本発明の一実施形態であるフラッシュバルブFVの動作について説明する。図4及び図5は本発明の第一実施形態に係るフラッシュバルブFVの動作を示す図である。図4及び図5それぞれの(a)は給水圧が低圧且つ第一断面積調整部材226が取り付けられた状態を示し、図4及び図5それぞれの(b)は給水圧が低圧且つ第二弾面積調整部材228が取り付けられた状態を示し、図4及び図5それぞれの(c)は給水圧が高圧且つ第一断面積調整部材228が取り付けられた状態を示す。
図4(a)〜(c)に示すように、電磁弁82が閉じられていると、背圧室14及び副背圧室12には、一次側内部流路20と同じ一次圧がかかっている。弁体部材40の主弁体42も一次圧によって流出口31側に押し込まれており、主弁体42が一次側内部流路20と二次側内部流路30の境界面に密着して止水されている。また、副弁体481と副弁座465は当接しているので、副孔463及び連通路464の合算面積(小穴面積)は、副孔463のみの流路断面積となる。
続いて、図5(a)〜(c)に示すように、時刻t1で電磁弁82が開かれると、まず背圧室14内の水が流出する。背圧室14内の水が流出すると、背圧室14内の圧力が低下する。このとき、図5(a)及び(c)に示すように第一断面積調整部材226が取り付けられている場合は、第一断面積調整部材226の内部流路226a及び副一次流路22により、一次側流路20と副背圧室12とが連通しているため、背圧室14と副背圧室12との圧力差が生じる。そのため、第一位置調整部材60が押し下げられる。一方、図5(b)に示すように第二断面積調整部材228が取り付けられている場合は、副一次流露22が閉止されているため、背圧室14と副背圧室12との圧力差が生じず、第一位置調整部材60は移動しない。また、図5(a)〜(c)いずれにおいても第二位置調整部材65は本体部10に固定されているため移動しない。
図5(a)及び(c)においては、バネ70は、移動しない第二位置調整部材65と第一位置調整部材60との間に配置されているため、第一位置調整部材60が押し下げられるとバネ70は縮んで反力を発生させる。第一位置調整部材60が弁体部材40に近づく量は、第一位置調整部材60が副背圧室12と背圧室14との差圧によって押される力とバネ70がそれに対抗しようとする力、及び第一調整部材60と弁体部材40に掛かる摺動抵抗とのバランスによって定められる。すなわち、第一位置調整部材60は、第二位置調整部材65からの距離を一次圧によって変化させるものである。従って、図5の(a)に示されるように給水圧が低く且つ第一断面積調整部材226が取り付けられている場合は、第一位置調整部材60はあまり押し下げられず、図5の(c)に示されるように給水圧が高く且つ第一断面積調整部材226が取り付けられている場合は、第一位置調整部材60は大きく押し下げられる。
図5(a)〜(c)いずれにおいても、背圧室14内の水が流出すると、弁体部材40が背圧室14側に押し上げられる。弁体部材40の主弁体42(主弁体面421)が主弁座面201から離脱するので、一次側内部流路20から二次側内部流路30に水が流れる。この一次側内部流路20から二次側内部流路30に流れる水の流量は、スリット442を通過する流路を流れる流量であって、一次側内部流路20からスリット442に水が流入する個所における、スリット442の縦方向長さ(流路断面積の大きさ)によって調整される。すなわち、弁体部材40の位置に応じて流量が調整される。
第一位置調整部材60は、弁体部材40のリフト量(最大変位量)を調整し、図5(a)のように比較的少なく押し下げられると弁体部材40のリフト量は大きくなり、図5(b)のように全く押し下げられないと弁体部材40のリフト量はさらに大きくなり、図5(c)のように比較的多く押し下げられると弁体部材40のリフト量は小さくなる。また、副弁体481と副弁座465は離隔しているので、副孔463及び連通路464の合算面積(小穴面積)は、副孔463及び連通路464の流路断面積となる。
図5(a)のように給水圧が低い場合に弁体部材40のリフト量が大きくなり、図5の(c)のように給水圧が高い場合に弁体部材40のリフト量が小さくなるので、大便器SB側に供給される洗浄水の瞬間流量の差は抑制される。また、図5(b)のように第一断面積調整部材244を第二断面積調整部材246に付け替えることで、弁体部材40のリフト量を図5(a)におけるリフト量よりもさらに大きくすることができる。そのため、給水圧の高低に応じて、第一断面積調整部材244を第二断面積調整部材246に付け替えることで、大便器SB側に供給される洗浄水の給水圧による瞬間流量の差はさらに抑制され、略同一なものとなる。尚、大便器SBに供給される洗浄水の瞬間流量を厳密に同一に保つ必要はなく、ある程度の範囲内での同等の瞬間流量を確保できれば足りるものである。
続いて、時刻t2で電磁弁82が閉じられると、副孔463及び連通路464を通って、背圧室14内に水が溜まる。副弁体481と副弁座465は離隔しているので、副孔463及び連通路464の合算面積(小穴面積)は、副孔463及び連通路464の流路断面積となる。従って、背圧室14には一気に多くの水が流入する。図4(a)〜(c)に示すように、背圧室14に一気に多くの水が流入すると、弁体部材40は流出口31方向(閉弁方向)に押し下げられる。主弁体42が主弁座面201に当接するまで弁体部材40が押し下げられると、スリット442が閉じられた状態となるため、大便器SBに対する水の供給が停止される。なお、電磁弁82が閉じられてから、大便器SBに対する水の供給が停止されるまでに大便器SBに供給される水が、大便器SBの封水部SWに供給されるリフィル水として用いられる。
また、第二位置調整部材65は、その位置によって第一位置調整部材60の位置を調整する調整量修正手段として機能している。この調整量修正手段によって、洗浄水の供給量が設計値から外れたような場合であっても、調整量修正手段によって調整することが可能である。従って、無駄水が生じることや、逆に給水量が不足して封水切れや洗浄不良が生じることが確実に防止される。
上述した本発明の第一実施形態によるフラッシュバルブFVによれば、第一断面積調整部材226を第二断面積調整部材228に付け替えることで、副一次流路22を介した副背圧室12への水の流入を防止することができる。そのため、給水圧が低い場合において、第一位置調整部材60により弁体部材40の可動量が抑制されることを防ぐことができ、弁体部材40のリフト量を大きくすることができる。従って、二次側流路30における洗浄水の瞬間流量の低下を抑制することができる。
次に、図6により上述した本発明の第一実施形態の変形例である第二実施形態について説明する。図6は本発明の第二実施形態に係るフラッシュバルブFVの内部構造を示す部分断面図である。この第二実施形態において、第一実施形態と同一部分には同一符号を付し、説明を省略するとともに、異なる部分のみ説明する。
図6に示すように本発明の第二実施形態に係るフラッシュバルブFVは、保持部材103の第一位置調整部材60下側に設けられる規制部材658を備える。規制部材658は、本体部10に固定される保持部材103に設けられているため、保持部材103と同様に、電磁弁82が開かれ背圧室14内の水が流出しても移動しない。また、規制部材658は、シャフト部652に沿って第一位置調整部材60が下方へと摺動する場合、規制部材658の上端が、その凹部601の副背圧室12側の端部と当接するように配置される。
規制部材658を設けない場合、大便器SBに対する水の供給の停止間際、即ち、主弁体42が主弁座面201に着座する間際に、水圧が上昇することで第一位置調整部材60が弁体部材40を下方へと押し込むことで主弁体42の閉弁の速度が上昇し、ウォーターハンマが大きくなる可能性があった。それに対して、上述した本発明の第二実施形態によるフラッシュバルブFVによれば、規制部材658が、第一位置調整部材60の下方への移動量を規制することができる。そのため、大便器SBに対する水の供給の停止間際に、第一位置調整部材60が、主弁体42を主弁座面201へ着座させる方向への速度を増加させることを抑制し、主弁体42の閉弁速度が上がることで生じるウォーターハンマを抑制することができる。なお、本実施形態においては、保持部材103に設けられる規制部材658により第一位置調整部材60の弁体部材40側への移動を規制しているが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、第一位置調整部材60の弁体部材40側への移動を規制することが可能であればその設ける場所及び形態は問わない。例えば、本体部10のない壁面に環状の凸部を設ける構成としてもよい。
上述した第一実施形態及び第二実施形態においては、流路調整機構は、第一断面積調整部材226と第二断面積調整部材228とを給水圧に応じて付け替えることで、副一次流路22における流路断面積を調整しているが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、部材を付け替えることなく1つの部材にて流路断面積を調整する構成としてもよい。図7により、流路調整機構の変形例について説明する。図7は本発明の第一実施形態及び第二実施形態における流路調整機構の変形例を示す部分断面図である。
図7(a)及び(b)に示すように、この変形例においては、第一断面積調整部材226及び第二断面積調整部材228に替え、開口部222には断面調整部材224が挿入され螺合固定されている。断面積調整部材224は、ヘッド部224aと、このヘッド部224aから延びるボディ部224bとを有する。
ヘッド部224aには略円筒形状であり、開口部222へ取り付けた状態でその一端面が本体部10外へ露出するように形成される。ボディ部224bはヘッド部224aの他端面から延びる略円筒形状であり、ヘッド部224a側を基端とし、先端に向かうにつれ連続的に縮径していくように形成される。即ち、ボディ部224bと副一次流路22内壁との間に流路が形成され、この流路により副一次流路22は一次側流路20と副背圧室12とを連通させることができる。
また、図7(a)及び(b)に示すように、ヘッド部224aをドライバー等の工具により操作することで、ボディ部224bと副一次流路22内壁との間の流路を大きくする方向(図7における(b)から(a))あるいは小さくする方向(図7における(a)から(b))へと、断面積調整部材224を移動させることができる。この断面積調整部材224の移動により、副一次流路22における流路断面積を変化させることができる。従って、開口部222及び断面積調整部材224は流路調整機構として機能する。この変形例の流路調整機構においては、断面積調整部材224を一次側流路20における給水圧に応じて、移動させることで副一次流路20を介して副背圧室12に流れ込む水の流量を調整することができる。従って、上述した第一断面積調整部材226及び第二断面積調整部材228の付け替えによる効果と同様の効果を得ることができる。さらに、断面積調整部材224は、第一断面積調整部材226及び第二断面積調整部材228に比べて、1つの部材にてより細かく副一次流路20を介して副背圧室12に流れ込む水の流量を調整することができる。