JP6297459B2 - 流量調節弁および水栓 - Google Patents

Description

本発明は、流量調節弁に関する。

キッチンや浴室の水栓に用いられるダイヤフラム式の流量調整弁が知られている。ダイヤフラム式の流量調整弁は一般に、主水路上に設けられて開度を変化させるダイヤフラム弁からなる主弁と、筒部の先端部にて構成された環状の主弁座とを有し、主弁の開度に応じて流量調節を行う。

この流量調整弁では、水の流れの不均等な作用によって主弁が筒部に対して傾動し、流量調節が円滑に行えない事態が生じうる。そこで従来では、主弁の傾動を抑止するべく、主弁の移動をガイドする主弁ガイドを主弁と一体に移動するよう設けたダイヤフラム式の流量調節弁が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００８−３８９８１号公報

特許文献１に記載されるようなダイヤフラム式の流量調節弁では、通常、製造誤差を吸収するために、主弁ガイドの外周面と主弁座を構成する筒部の内周面との間にクリアランス（環状隙間）を確保する。したがって、主弁ガイドは、このクリアランス内で移動しうる。主弁ガイドがクリアランス内で移動すると、主弁ガイドと筒部とが衝突して異音が発生する虞がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、主弁の傾動を抑止しつつも異音の発生を抑止できる流量調節弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の流量調節弁は、主水路上に設けられ、その開度を変化させるダイヤフラム式の主弁と、筒部の先端部により構成される環状の主弁座と、主弁と一体に移動するよう設けられ、筒部の内部に進入して主弁の移動をガイドする主弁ガイドと、主弁が主弁座から離れた開弁状態において主弁ガイドの外周面または筒部の内周面を摺動する摺動部材と、を備える。

この態様によると、摺動部材が主弁ガイドの外周面または筒部の内周面を摺動するため、主弁ガイドと筒部との衝突が抑止される。

主弁ガイドの外周面または筒部の内周面に装着され、径方向の弾性を有する弾性リングを備えてもよい。摺動部材は、弾性リングが筒部または主弁ガイドから離脱しているとき、筒部の内周面にまたは主弁ガイドの外周面に相対摺動可能に弾性接触し、かつ、主弁ガイドの径方向の移動を規制するよう構成されてもよい。この態様によると、主弁ガイドの径方向の移動が規制され、主弁ガイドと筒部との衝突が抑止される。

摺動部材は、弾性リングに結合され、弾性リングの中心軸と略平行に延びる複数の脚部であってもよい。この場合、簡単な構成で、主弁ガイドと筒部との衝突を抑止できる。

本発明のある態様の水栓は、上述の流量調整弁と、流量調節弁から供給される水を吐水する吐水口と、を備えてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、主弁の傾動を抑止しつつも異音の発生を抑止できる流量調節弁を提供できる。

第１の実施の形態に係る水栓を示す模式図である。 図１の流量調節弁の閉弁状態を示す断面図である。 図１の流量調節弁の開弁状態を示す断面図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、ガイド補助部材を示す斜視図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、流量調節弁の開弁・閉弁動作を説明するための説明図である。 第２の実施の形態に係る流量調節弁の閉弁状態を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る流量調節弁の開弁状態を示す断面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、変形例に係るガイド補助部材を示す斜視図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る水栓１０を示す。水栓１０は、給水元から供給される水を吐水する。水栓１０は、操作部１２と、制御部１４と、駆動部１６と、流量調節弁１８と、吐水管２０と、を備える。操作部１２は、流量の設定指示と、吐水の開始・終了指示とを受け付ける。制御部１４は、受け付けた指示にしたがって駆動部１６を制御する。駆動部１６は、例えばモータであり、流量調節弁１８を調節動作させる。流量調節弁１８が開弁状態になると設定された流量の水が吐水管２０の吐水口２０ａから吐出される。

図２、３は、図１の流量調節弁１８を示す断面図である。図２は流量調節弁１８の閉弁状態を示し、図３は流量調節弁１８の開弁状態を示す。流量調節弁１８は、第１ボディ２８と、第２ボディ３０と、円筒部材３２と、主弁３４と、パイロット弁３６と、駆動軸３８と、回転操作軸４０と、整流部材４６と、主弁ガイド４８と、ガイド補助部材５０と、を備える。
以降、第１ボディ２８に対して第２ボディ３０が設けられる側を上側として説明する。また、円筒部材３２の中心軸に垂直な平面状で中心軸を通る任意の方向を径方向とし、径方向において中心軸から遠い方を外周側、中心軸に近い方を内周側として説明する。これらの表記は、流量調節弁１８が使用される姿勢を制限するものではなく、流量調節弁１８は任意の姿勢で使用され得る。

第１ボディ２８は、上下方向に貫通する貫通孔２８ａと、貫通孔２８ａに連通する非貫通孔２８ｂと、を有する。第２ボディ３０は、それぞれ略円筒形状を有する上側部分３０ａと、中間部分３０ｂと、下側部分３０ｃと、を含む。第２ボディ３０は、下側部分３０ｃが第１ボディ２８に嵌ることによって、第１ボディ２８に対して固定される。下側部分３０ｃと第１ボディ２８との間は第１Ｏリング５６によって水密にシールされる。

円筒部材３２は、第１ボディ２８の貫通孔２８ａの内部に設けられる。円筒部材３２は、その外周面に、径方向外側に張り出す複数の張出部３２ａを有する。円筒部材３２は、複数の張出部３２ａが貫通孔２８ａの周面に嵌ることによって第１ボディ２８に対して固定される。円筒部材３２の上端部は、主弁３４が着座する主弁座３２ｂとして機能する。

円筒部材３２と第２ボディ３０の下側部分３０ｃとの間には流入室５８が形成される。この流入室５８と第１ボディ２８の非貫通孔２８ｂとは流入水路６０を構成する。また、円筒部材３２の内周側は流出水路６２を構成する。給水元から供給される水は流入口６０ａから流入水路６０に流れ込み、流出水路６２を通って流出口６２ａから給水先に出ていく。

主弁３４は、流入水路６０と流出水路６２との間、すなわち主水路上に設けられる。主弁３４は、ダイヤフラム式の弁であり、樹脂材料などによって形成される硬質の主弁本体６４と、ゴムなどの弾性材料によって形成されるダイヤフラム膜６６と、を含む。これらは略円板状の所定の形状を有する。主弁本体６４は、下向きに突出する環状の突出部６４ａを有し、この突出部６４ａがダイヤフラム膜６６に形成された貫通孔６６ａを挿通した状態でダイヤフラム膜６６に対して固定される。

ダイヤフラム膜６６の外周部分が第１ボディ２８に固定されることにより、主弁３４は第１ボディ２８に対して固定される。弾性体であるダイヤフラム膜６６の中心部分とそこに固定された主弁本体６４とは、後述する圧力変動により、ダイヤフラム膜６６の外周部分が第１ボディ２８に固定された状態で上下方向に移動（変位）する。この移動（変位）によって主弁３４と主弁座３２ｂとの距離が変化し、主水路が開閉する。具体的には、主弁３４が主弁座３２ｂに着座することによって主水路が閉じ、主弁３４が主弁座３２ｂから離れることによって主水路が開く。また、主弁３４と主弁座３２ｂとの距離に応じて開度が変化し、主水路を流れる水の流量すなわち給水流量が変化する。

主弁３４の上側の背後には、背圧室６８が形成されている。主弁本体６４には、この背圧室６８と流入室５８とを連通させる第１貫通孔６４ｂが形成されている。第１貫通孔６４ｂは、流入室５８内の水を背圧室６８に導いて背圧室６８の圧力を増大させる。

また主弁本体６４には、その中心を上下に方向に貫通して背圧室６８と流出水路６２とを連通する第２貫通孔６４ｃが形成されている。この第２貫通孔６４ｃには棒状のパイロット弁３６が挿通される。パイロット弁３６の外周面と第２貫通孔６４ｃとの間には、環状の隙間が形成される。この隙間は、背圧室６８内の水を流出水路６２に抜いて背圧室６８の圧力を減少させるパイロット水路７０を構成する。

主弁本体６４は、上向きに突出してパイロット弁３６を環囲する環状のパイロット弁座６４ｄを有する。パイロット弁座６４ｄは、第２Ｏリング７２を保持する。図２の閉弁状態では、背圧室６８とパイロット水路７０とは、パイロット弁３６と第２Ｏリング７２とによって遮断される。図３の開弁状態では、パイロット弁３６に形成された凹部３６ａが第２Ｏリング８と径方向で対向し、それらの間には微少な隙間が形成される。つまり、背圧室６８とパイロット水路７０とは、パイロット弁３６と第２Ｏリング７２とによって遮断されず、通じている。

駆動軸３８は、略円柱形状を有し、パイロット弁３６と一体に構成される。回転操作軸４０は、本実施の形態では、図１の駆動部１６によって回転操作される。回転操作軸４０が回転すると、回転操作軸４０と駆動軸３８との間に設けられた流調機構（不図示）が回転操作軸４０の回転量に応じて駆動軸３８およびパイロット弁３６をねじ送りで上下方向に移動させる。

整流部材４６は、流入室５８内に設けられる。横向きに流入室５８に流入した水の流れは、流入室５８の内壁に当たって上向きの流れとなる。この急激な流れの向きの変化によって流れの強いところと弱いところとが生じ、流れが不均等となる。整流部材４６は、これを整える。

主弁ガイド４８は、主弁３４に結合される。主弁ガイド４８は、主弁３４と一体に形成されても、別々に形成された上で結合されてもよい。主弁ガイド４８は、円筒部材３２の内部に進入して主弁３４の移動をガイドする。主弁ガイド４８は、上下方向に所定の肉厚を有する円板部４８ａと、円板部４８ａの下方に設けられ、中心部から放射状に延びる板状の複数の案内羽根４８ｂと、を有する。主弁ガイド４８が円筒部材３２に進入した状態において、円板部４８ａの外周面と円筒部材３２の内周面との間には、所定の環状隙間が形成される。

円板部４８ａの外周面には、径方向内側に凹んだ環状溝４８ｃが形成されている。この環状溝４８ｃには、ガイド補助部材５０が装着される。図４（ａ）、（ｂ）は、ガイド補助部材５０を示す斜視図である。図４（ｂ）では主弁ガイド４８に装着された状態を示す。ガイド補助部材５０は、樹脂材料または金属材料によって形成される。ガイド補助部材５０はＣリング部５０ａとそこからＣリング部５０ａの中心軸と略平行に下向きに延びる複数（ここでは３つ）の脚部５０ｂとを有する。Ｃリング部５０ａと脚部５０ｂとは、一体に形成されても、別々に形成されて上で結合されてもよい。

Ｃリング部５０ａは、その外径が、自由形状状態のときに円筒部材３２の内径よりも僅かに大きくなるよう形成される。Ｃリング部５０ａは、主弁ガイド４８の円筒部材３２内への進入に伴って円筒部材３２の内周面に嵌合したとき、自身の弾性力でその外周面を円筒部材３２の内周面に対し径方向外向きに弾性的に接触させ、主弁ガイド４８の外周面と円筒部材３２の内周面との間の環状隙間をシールする。

各脚部５０ｂは、略四角柱形状を有する。Ｃリング部５０ａが円筒部材３２から離脱して円筒部材３２よりも上方に位置しているとき、すなわちＣリング部５０ａが円筒部材３２内に進入していないときにも、各脚部５０ｂは円筒部材３２内に進入し、円筒部材３２の内周面に弾性的に接触する。

以上のように構成された流量調節弁１８の開弁・閉弁動作を説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、流量調節弁１８の開弁・閉弁動作を説明するための説明図である。

（開弁動作）
図５（ａ）のごとく閉弁状態にある流量調節弁１８において、回転操作軸４０が回転して駆動軸３８が上向きに移動すると、これと一体に構成されたパイロット弁３６が上向きに移動する。図５（ｂ）のごとく、凹部３６ａがパイロット弁座６４ｄと径方向で対向する位置までパイロット弁３６が移動すると、パイロット弁３６とパイロット弁座６４ｄとの間に隙間が生じ、背圧室６８内の水がパイロット水路７０を通じて流出水路６２に抜けて背圧室６８の圧力が減少する。このとき、主弁ガイド４８の外周面と円筒部材３２の内周面との間の環状隙間はＣリング部５０ａによってシールされるため、仮に主弁３４および主弁ガイド４８が傾いても、流出水路６２に流れ出る水の流量に急激な変化は生じない。

背圧室６８の圧力が減少すると、背圧室６８の圧力と流入室５８の圧力との差によって図５（ｃ）のごとく主弁３４および主弁ガイド４８は上向きに移動し、圧力がバランスする位置で主弁３４主弁ガイド４８の移動が停止する。主弁ガイド４８が上向きに移動する際、ガイド補助部材５０の脚部５０ｂは円筒部材３２の内周面に対し径方向外向きに弾性的に接触し、主弁ガイド４８の径方向への移動を規制しながら円筒部材３２の内周面を摺動する。主弁３４の移動によって主弁３４と主弁座３２ｂとの間に隙間ができ、流入室５８から流出水路６２に水が流れる。

図５（ｄ）のごとくパイロット弁３６をさらに上向きに移動させると、主弁３４および主弁ガイド４８は、背圧室６８の圧力と流入室５８との圧力をバランスさせるようパイロット弁３６の移動に追従して上向きに移動する。主弁３４と主弁座３２ｂとの隙間は大きくなり、すなわち主水路の開度は大きくなり、主水路を流れる水の流量が増大する。

（閉弁動作）
図５（ｄ）の状態にある流量調節弁１８において、回転操作軸４０が回転して駆動軸３８が下向きに移動すると、これと一体に構成されたパイロット弁３６が下向きに移動する。パイロット弁３６が下向きに移動すると、パイロット弁３６と第２Ｏリング７２との間の隙間が小さくなり（すなわちパイロット水路７０の開度が小さくなり）、背圧室６８から流出水路６２に抜ける水の量が少なくなる。すると、背圧室６８の圧力が増大し、その圧力によって図５（ｃ）のごとく主弁３４および主弁ガイド４８は下向きに移動し、圧力がバランスする位置で主弁３４および主弁ガイド４８の移動が停止する。

主弁ガイド４８が下向きに移動する際、上向きに移動するときと同様に、ガイド補助部材５０の脚部５０ｂは円筒部材３２の内周面に対し径方向外向きに弾性的に接触し、主弁ガイド４８の径方向への移動を規制しながら円筒部材３２の内周面を摺動する。主弁３４の移動によって主弁３４と主弁座３２ｂとの隙間は小さくなり、すなわち主水路の開度は小さくなり、主水路を流れる水の流量が減少する。

図５（ｂ）のごとくパイロット弁３６をさらに下向きに移動させると、主弁３４および主弁ガイド４８は、背圧室６８の圧力と流入室５８との圧力をバランスさせるようパイロット弁３６の移動に追従して下向きに移動し、図５（ｂ）のごとく主弁３４が主弁座３２ｂに着座する。このとき、主弁ガイド４８の外周面と円筒部材３２の内周面との間の環状隙間はＣリング部５０ａによってシールされるため、開弁時と同様に、仮に主弁３４および主弁ガイド４８が傾いても、流出水路６２に流れ出る水の流量に急激な変化は生じない。パイロット弁３６をさらに下向きに移動させると、図５（ａ）のごとくパイロット弁３６と第２Ｏリング７２とによってパイロット水路７０は遮断され、流量調節弁１８は閉弁状態となる。

以上、第１の実施の形態に係る流量調節弁１８およびそれを含む水栓１０について説明した。
主弁ガイド４８は、主弁３４に結合され、円筒部材３２に進入して主弁３４の移動をガイドする。これにより、主弁３４が大きく傾動するのが抑止される。主弁ガイド４８は、その径方向の移動が、円筒部材３２の内周面に摺動可能に弾性接触するガイド補助部材５０によって規制される。これにより、主弁ガイド４８と円筒部材３２との衝突が抑止され、衝突による異音の発生が抑止される。つまり、主弁３４の傾動を抑止しつつも異音の発生を抑止できる。

脚部５０ｂは、Ｃリング部５０ａが円筒部材３２内に嵌合していない場合にも、円筒部材３２内に嵌合し、径方向外向きの移動が規制される。そのため、脚部５０ｂが結合されたＣリング部５０ａは、径方向に広がるのが抑止される。その結果、Ｃリング部５０ａの内周面と環状溝４８ｃの底部（すなわち円板部４８ａの外周面）との間に隙間ができるのが抑止され、それらの間に異物が侵入するのが抑止される。

（第２の実施の形態）
図６、７は、第２の実施の形態に係る流量調節弁１１８を示す断面図である。図６は流量調節弁１１８の閉弁状態を示し、図７は流量調節弁１１８の開弁状態を示す。図６、７はそれぞれ、図２、３に対応する。第２の実施の形態に係る流量調節弁１１８と第１の実施の形態に係る流量調節弁１８との主な相違は、ガイド補助部材が円筒部材に装着される点である。

流量調節弁１１８は、第１ボディ２８と、第２ボディ３０と、円筒部材１３２と、主弁３４と、パイロット弁３６と、駆動軸３８と、回転操作軸４０と、整流部材４６と、主弁ガイド１４８と、ガイド補助部材１５０と、を備える。

円筒部材１３２には、第１の実施の形態の円筒部材３２と異なり、その上端部の内周面に環状溝１３２ｃが形成されている。主弁ガイド１４８は、円板部１４８ａと、案内羽根４８ｂと、を有する。円板部１４８ａは、第１の実施の形態の円板部４８ａと異なり、環状溝４８ｃを有しない。

ガイド補助部材１５０は、Ｃリング部１５０ａと、Ｃリング部１５０ａからＣリング部１５０ａの中心軸と略平行に上向きに延びる複数（ここでは３つ）の脚部１５０ｂと、を有する。脚部１５０ｂは特に、Ｃリング部１５０ａの上面の内周側から上向きに延びる。Ｃリング部１５０ａは、自由形状状態では、その内径が主弁ガイド１４８の外径よりも僅かに小さくなるよう形成される。Ｃリング部１５０ａは、主弁ガイド１４８が円筒部材１３２内に進入したとき、主弁ガイド１４８によって径方向外向きに広げられる。Ｃリング部１５０ａは自身の弾性力でその内周面を主弁ガイド１４８の外周面に対し径方向内向きに弾性的に接触させ、主弁ガイド１４８の外周面と円筒部材１３２の内周面との間の環状隙間をシールする。

本実施の形態に係る流量調節弁１１８によると、第１の実施の形態に係る流量調節弁１８によって奏される作用効果と同様の作用効果が奏される。

以上、実施の形態に係る流量調節弁について説明した。これらの実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（変形例１）
第１、第２の実施の形態では、脚部が略四角柱形状を有する場合について説明したが、これに限られない。脚部は、主弁ガイドの径方向の移動を規制しながら円筒部材の内周面を摺動できればよく、例えば他の多角柱形状、円柱形状、その他の形状に形成されてもよい。図８（ａ）、（ｂ）は、第１の実施の形態の変形例に係るガイド補助部材２５０を示す。図８（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）、（ｂ）に対応する。本変形例では、脚部２５０ａは、略円柱形状を有する。

（変形例２）
第１、第２の実施の形態では、Ｃリング部５０ａと脚部５０ｂとが結合されている場合について説明したが、これに限られない。脚部５０ｂは、主弁ガイドの径方向の移動を規制しながら円筒部材の内周面を摺動できれば、Ｃリング部５０ａと別体であってもよい。

（変形例３）
第１、第２の実施の形態では、ガイド補助部材はＣリング部と脚部とを有する場合について説明したが、これに限られない。ガイド補助部材はＣリング部の代わりにＯリング部を有してもよい。

（変形例４）
第１、第２の実施の形態では、回転操作軸４０が駆動部１６によって回転操作される場合について説明したが、これに限られない。使用者が手で回転操作軸４０を回転操作してもよい。

上述した実施の形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、実施の形態および変形例において示された各構成要素の単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。例えば請求項に記載の摺動部材は、実施の形態に記載の脚部により実現されてもよい。

１８ 流量調節弁、 ２８ 第１ボディ、 ３０ 第２ボディ、 ３２ 円筒部材、 ３２ｂ 主弁座、 ３４ 主弁、 ３６ パイロット弁、 ３８ 駆動軸、 ４０ 回転操作軸、 ４８ 主弁ガイド、 ５０ ガイド補助部材、 ５０ａ Ｃリング部、 ５０ｂ 脚部、 ６４ 主弁本体、 ６６ ダイヤフラム膜。

Claims (4)

1. 主水路上に設けられ、その開度を変化させるダイヤフラム式の主弁と、
   筒部の先端部により構成される環状の主弁座と、
   前記主弁と一体に移動するよう設けられ、前記筒部の内部に進入して前記主弁の移動をガイドする主弁ガイドと、
   前記主弁が前記主弁座から離れた開弁状態において前記主弁ガイドの外周面または前記筒部の内周面を摺動する摺動部材と、
   前記主弁ガイドの外周面または前記筒部の内周面に装着され、径方向の弾性を有する弾性リングと、を備え、
   前記摺動部材は、前記弾性リングが前記筒部または前記主弁ガイドから離脱しているとき、前記筒部の内周面にまたは前記主弁ガイドの外周面に相対摺動可能に弾性接触し、かつ、前記主弁ガイドの径方向の移動を規制するよう構成されることを特徴とする流量調節弁。
2. 前記摺動部材は、前記弾性リングに結合され、前記弾性リングの中心軸と略平行に延びる複数の脚部であることを特徴とする請求項１に記載の流量調節弁。
3. 請求項１または２に記載の流量調節弁と、
   前記流量調節弁から供給される水を吐水する吐水口と、を備えることを特徴とする水栓。
4. 主水路上に設けられるダイヤフラム式の主弁と、
   筒部の先端部により構成される環状の主弁座と、
   前記主弁と一体に移動するよう設けられ、前記筒部の内部に進入して前記主弁の移動をガイドする主弁ガイドと、
   前記主弁が前記主弁座から離れた開弁状態において前記主弁ガイドの外周面または前記筒部の内周面を摺動する摺動部材と、
   前記主弁ガイドの外周面または前記筒部の内周面に装着され、径方向の弾性を有する弾性リングと、を備え、
   前記摺動部材は、前記弾性リングが前記筒部または前記主弁ガイドから離脱しているとき、前記筒部の内周面にまたは前記主弁ガイドの外周面に相対摺動可能に弾性接触し、かつ、前記主弁ガイドの径方向の移動を規制するよう構成されることを特徴とする弁。

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