JP7412017B2 - 止液機構 - Google Patents

Description

本発明は、液面の上昇に伴うフロートの上昇に連動して弁を閉じる止液機構に関する。

特許文献１は、この種の止液機構を開示する。特許文献１に開示されるボールタップ装置は、フロートを水の浮力で押し上げ、リンク機構によって弁を閉じる構成となっている。

特開平６－１４７３５６号公報

上記特許文献１の構成は、水面が所定の高さになることにより給水を止めることができるが、部品のバラツキ等により、給水が停止するタイミングにバラツキが発生していた。ボールタップは、フロートが水面とともに上昇することで弁を閉じるが、水面の上昇は通常緩やかであるため、弁の閉鎖も緩やかに行われる。従って、完全に給水が止まるまで時間が掛かっていた。また、大きく開いた状態と完全に閉じた状態との間の過渡的な状態が長時間継続するため、弁の状態が曖昧で、給水が停止したか否かを外部から判断することが必ずしも容易でなかった。

更に、特許文献１の構成は、複雑なリンク機構によって弁の開閉の切替えを実現しており、製造コストが増大する原因となっていた。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、簡素な構成で高速な給液を可能にすることにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の止液機構が提供される。即ち、この止液機構は、液面の上昇に伴うフロートの上昇に連動して、供給側と排出側との間の弁を閉じる。止液機構は、弁部材と、圧力室と、を備える。前記弁部材は、前記弁を構成する部材である。前記弁部材は、前記フロートの上昇に伴って前記弁が閉じられるように動作し、前記フロートの下降に伴って前記弁が開かれるように動作する。前記圧力室は、液体が流れる方向において前記弁部材よりも上流側に形成される。前記圧力室には、前記弁の開度が減少した場合に供給側の液体が導かれる。前記圧力室に導かれた液体の圧力により、前記弁部材を閉弁方向に移動させる。前記弁は、円錐面によって液体の流路の開閉を切り替える。

これにより、給水完了が近づいたタイミングで流量が低下するのを簡単な構成で防止して、高速な給水を実現することができる。また、弁が閉じるタイミングを安定させることができる。更に、開弁から閉弁への切替えが極めて短時間で行われるため、給水完了を外部から容易に理解することができる。更に、前記弁は円錐面によって液体の流路の開閉を切り替えるので、弁が閉じることに伴う大きな衝撃（例えば、ウォーターハンマー）が発生することを防止できる。

前記の止液機構においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、止液機構は、ベース部材を備える。前記弁は、２つの弁部材同士の接触状態及び離間状態を切り替えることで、開閉が切り替えられる。一方の弁部材は前記ベース部材に固定され、他方の弁部材は前記フロートと連動して移動する。

これにより、弁の開閉のための簡素な構成を実現できる。

本発明の別の観点によれば、以下の構成の止液機構が提供される。即ち、この止液機構は、液面の上昇に伴うフロートの上昇に連動して、供給側と排出側との間の弁を閉じる。止液機構は、弁部材と、圧力室と、を備える。前記弁部材は、前記弁を構成する部材である。前記弁部材は、前記フロートの上昇に伴って前記弁が閉じられるように動作し、前記フロートの下降に伴って前記弁が開かれるように動作する。前記圧力室は、液体が流れる方向において前記弁部材よりも上流側に形成される。前記圧力室には、前記弁の開度が減少した場合に供給側の液体が導かれる。前記圧力室に導かれた液体の圧力により、前記弁部材を閉弁方向に移動させる。前記圧力室に導かれた液体の圧力により前記弁部材を閉弁方向に移動させた状態において、前記圧力室の圧力が維持される限り、液面が低下しても前記弁が閉弁状態で維持される。

これにより、給水完了が近づいたタイミングで流量が低下するのを簡単な構成で防止して、高速な給水を実現することができる。また、弁が閉じるタイミングを安定させることができる。更に、開弁から閉弁への切替えが極めて短時間で行われるため、給水完了を外部から容易に理解することができる。更に、意図しない弁の開放を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る止水機構の全体的な構成を示す断面図。 図１の状態から水面が上昇し、フロートが第２弁部材を閉弁方向に移動させた状態を示す断面図。 図２の状態から水が圧力室に導かれ、第２弁部材が圧力室の水圧によって閉弁方向に移動する状態を示す断面図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る止水機構１の全体的な構成を示す断面図である。

本実施形態の止水機構（止液機構）１は、加湿器に設けられている。加湿器は、水を貯留するタンク５を備える。タンク５は、内部の水を加湿器に供給する。止水機構１は、タンク５の内部空間の上部に設けられている。

止水機構１は、タンク５に外部から水を供給する経路の途中に設けられている。

止水機構１は、ベース筒（ベース部材）１１と、ホース接続筒１２と、第１弁部材１３と、第２弁部材１４と、カバー筒１５と、フロート１６と、を備える。

第１弁部材１３及び第２弁部材１４は、水の流れの許容及び阻止を切り替えることが可能な弁２０を構成する。この弁２０は、タンク５において水が満量に近くなると、自動的に閉じる。

ベース筒１１は、円筒状の部材として形成されている。止水機構１において、ベース筒１１は、軸を上下方向に向けて配置される。ベース筒１１は、タンク５の上部に固定されている。ベース筒１１の上部には、水を受けるための円形の受け皿３１が一体的に形成されている。受け皿３１は、ベース筒１１の上端部から径方向外側へ広がるように形成されている。

ベース筒１１の中心には、貫通状の軸孔が上下方向に形成されている。この軸孔の上部には、後述のホース接続筒１２が固定される。更に、軸孔の下部には、後述の第１弁部材１３が有する円筒状部分４１が固定されている。

ホース接続筒１２は、概ね円筒状の部材として形成されている。ホース接続筒１２は、軸を上下方向に向けて配置される。ホース接続筒１２は、ベース筒１１の上部に固定されている。ホース接続筒１２の上部は、受け皿３１から上側に突出するように配置されている。ホース接続筒１２の上端部には、例えば水道ホース７を着脱可能に接続することができる。

第１弁部材１３は、円筒状部分４１と、円錐状部分４２と、を一体的に結合した形状となっている。円筒状部分４１及び円錐状部分４２は、何れも、軸を上下方向に向けて配置される。円筒状部分４１は上側に位置し、円錐状部分４２は下側に位置している。

円筒状部分４１の上部は、ベース筒１１の軸孔に差し込まれた状態で固定される。円筒状部分４１の下部は、ベース筒１１から下方へ突出するように配置される。円筒状部分４１の軸孔は、ホース接続筒１２の軸孔と接続している。円筒状部分４１の軸孔は、水が流れる第１流路５１となっている。

円錐状部分４２は、円筒状部分４１の下端部に接続するように配置される。円錐状部分４２は、下方へ近づくにつれて径が小さくなるような台形円錐状に形成されている。円錐状部分４２における径の最大値（即ち、上端部分の径）は、円筒状部分４１の外径よりも大きい。

円錐状部分４２の内部には、水が流れる第２流路５２が形成される。第２流路５２は、前述の第１流路５１と接続される。第２流路５２は、第１流路５１との接続箇所から複数に分岐するように形成される。分岐された第２流路５２のそれぞれの端部は、円錐状部分４２の外周面に開口を形成する。

円錐状部分４２の下部の外周面には、シールリング６８が配置されている。シールリング６８は、円錐状部分４２に形成されている第２流路５２の開口よりも下側に配置される。

第２弁部材１４は、第１弁部材１３の外周側に配置される。

第２弁部材１４は、円錐筒状部分６１と、ガイドフランジ部分６２と、を備える。円錐筒状部分６１とガイドフランジ部分６２は、互いに動かないように固定される。円錐筒状部分６１及びガイドフランジ部分６２は、何れも、軸を上下方向に向けて配置される。ガイドフランジ部分６２は上側に位置し、円錐筒状部分６１は下側に位置している。

円錐筒状部分６１は、中空状の部材である。円錐筒状部分６１の内部には、上述の円錐状部分４２の外周面と対応した形状の円錐状の空間が形成されている。

第１弁部材１３の円錐状部分４２に取り付けられているシールリング６８は、円錐筒状部分６１の内周面に接触可能である。円錐筒状部分６１が円錐状部分４２に対して閉じた状態では、シールリング６８が円錐状部分４２と円錐筒状部分６１の両方に接触する。これにより、円錐状部分４２と円錐筒状部分６１の間の流路を封止することができる。

円錐筒状部分６１の内壁面である円錐面が、円錐状部分４２の外壁面である円錐面（厳密には、シールリング６８）と接触したり離れたりすることで、弁２０が開閉される。部材の円錐面の接触及び離間によって弁２０が開閉する構成であるので、例えば弁２０が閉じた場合に強い衝撃が生じにくい。

ガイドフランジ部分６２は、リング状の部材である。ガイドフランジ部分６２の下部には、フランジ６３が形成されている。フランジ６３は、ガイドフランジ部分６２の下端部から径方向外側へ広がるように形成されている。フランジ６３の下面に、上述の円錐筒状部分６１の上端部が固定される。フランジ６３と円錐筒状部分６１との固定箇所には、水密性を確保するためのシールリング６６が配置されている。

ガイドフランジ部分６２は、第１弁部材１３の円筒状部分４１の外周側に配置される。ガイドフランジ部分６２は、円筒状部分４１に沿って上下方向にスライド移動することができる。円筒状部分４１の外周面には、ガイドフランジ部分６２との間で水密性を確保するためのシールリング６７が配置されている。

ガイドフランジ部分６２の下方には円錐状部分４２が位置し、ガイドフランジ部分６２の上方にはベース筒１１が位置する。ガイドフランジ部分６２の上下方向の移動ストローク（言い換えれば、第２弁部材１４の移動ストローク）は、円錐状部分４２及びベース筒１１によって規定される。

第１弁部材１３には、流通路８５が形成されている。流通路８５は、第１弁部材１３の内部に形成されている流路と、第１弁部材１３の外側と、を繋ぐように貫通状に形成される。流通路８５の流路断面積は、第１流路５１の流路断面積と比較して小さく、第２流路５２の流路断面積と比較しても小さい。流通路８５は、第１弁部材１３の内部を流れる水を外部に導いて、ガイドフランジ部分６２と円錐状部分４２との間に流すことができる。

カバー筒１５は、概ね円筒状の部材として構成されている。カバー筒１５は、軸を上下方向に向けて配置される。カバー筒１５のうち上側の部分は、ベース筒１１の下部の外側を覆うように配置される。カバー筒１５の上部は、ベース筒１１の円筒部分に対して上下方向にスライド移動可能である。カバー筒１５の内部空間には、第１弁部材１３及び第２弁部材１４が配置される。

カバー筒１５の下部には、カバーフランジ７１が形成されている。カバーフランジ７１は、カバー筒１５の下端部から径方向外側へ広がるように形成されている。カバーフランジ７１の外周部分の下面には、フロート１６の上端部が固定される。カバー筒１５は、フロート１６の上下方向の移動を案内することができる。

フロート１６は、角柱状に形成されている。フロート１６は、軸を上下方向に向けて配置される。フロート１６は、水（タンク５に供給される液体）よりも比重が軽い部品である。このようなフロート１６は、例えば合成樹脂のブロー成形によって内部に空気を密閉したり、発泡樹脂を用いたりすることで、実現することができる。フロート１６に貫通状に形成されている上下方向の軸孔は、水の流路を構成している。第１弁部材１３と第２弁部材１４の間から下方に落下した水は、この流路を介して下方へ流れ、下側の開口からタンク５の底面へ落下する。フロート１６は、角柱状に代えて、例えば円柱状に形成することもできる。

フロート１６の上面に軸孔が形成する開口の周囲は、第２弁部材１４が備える円錐筒状部分６１の下端部と、上下方向で対面している。従って、フロート１６が上昇するのに伴って、第２弁部材１４を押し上げることができる。

カバー筒１５が備えるカバーフランジ７１は、第２弁部材１４が備えるフランジ６３よりも上側にあり、かつ、フランジ６３と上下方向で対面している。従って、フロート１６が下降するのに伴って、カバー筒１５を介して第２弁部材１４を引き下げることができる。

次に、止水機構１の動作について説明する。

図１の状態は、タンク５が空である状態を示している。図１の状態では、自重が作用するフロート１６はカバー筒１５を下方へ引っ張る。この結果、フロート１６、カバー筒１５、及び第２弁部材１４は、何れも、上下方向の可動ストロークの中で下端位置にある。

この状態で、例えば加湿器の使用者は、タンク５に水を貯めるために、ホース接続筒１２に水道ホース７を繋ぎ、蛇口を開いて水道水を供給する。図１の状態で、ホース接続筒１２を通過した水は第１流路５１、第２流路５２の順に流れる。図１の状態では第２弁部材１４が下降位置にあるので、第１弁部材１３から第２弁部材１４が離れている。即ち、弁２０は開いた状態である。第１弁部材１３と第２弁部材１４の間を通過した水は、フロート１６の軸孔の流路を介して下方へ流れ、タンク５に溜められていく。

タンク５内での水量の増加に伴って、タンク５内の水面が上昇する。水量がタンク５の満量に近づいた適宜のタイミングで、フロート１６に作用する浮力が重力を上回るようになり、フロート１６は上昇を開始する。水面とともに少しずつ上昇するフロート１６は、第２弁部材１４の円錐筒状部分６１に接触し、円錐筒状部分６１を押し上げる。

第１弁部材１３の円錐状部分４２の外周に形成されている流路が、第２弁部材１４の円錐筒状部分６１によって徐々に閉鎖されていく。この結果、第１流路５１及び第２流路５２における水圧が上昇する。図２には、水面Ｗ１とともにフロート１６が上昇した結果、押し上げられた第２弁部材１４によって弁２０が殆ど閉鎖された状態が示されている。

弁２０が閉じていくのに連動して、第１流路５１及び第２流路５２における水圧が上昇する。水圧がある程度上昇すると、第１弁部材１３の内部の水は、流通路８５を通過して、円筒状部分４１の下端部周囲に形成されているリング状の圧力室８１に導入される。この結果、圧力室８１の水圧によってガイドフランジ部分６２が持ち上げられるので、上昇する第２弁部材１４の円錐筒状部分６１が第１弁部材１３の円錐状部分４２に対して強く密着し、強力な閉弁状態が得られる。この状態が図３に示されている。

図２の状態で、第１弁部材１３の内部の水圧が所定の大きさを上回り、圧力室８１への水の導入が開始されたとする。それから図３の状態への移行は極めて短時間で行われる。従って、強力な閉弁状態（言い換えれば、給水完了状態）に移行したことを、水流の急速な遮断に伴う音、第２弁部材１４の動作音等に基づいて外部から判別することは容易である。

図３の状態で、ユーザは水道の蛇口を締め、ホース接続筒１２から水道ホース７を外す。その後、タンク５内の水を用いた加湿器の運転が行われる。

いったん図３の閉弁状態になると、以下の２つの条件の両方が満たされない限り、弁２０が閉じた状態が維持される。（１）タンク５の内部の水が消費されて水面Ｗ１が下降し、フロート１６に生じる浮力よりも重力の方がある程度上回る状態となる。（２）圧力室８１における水圧が失われる。

即ち、いったん圧力室８１の水圧によって弁２０が強力に閉じた後は、水道ホース７を接続した状態であれば、何らかの理由で水面Ｗ１が下降しても弁２０は開かれない。これにより、弁２０の意図しない開放を防止することができる。

本実施形態の止水機構１によれば、第１弁部材１３と第２弁部材１４の間は通常は図１のように大きく開いているため、大きな流量で給水することができる。一方、タンク５が満水状態付近になると、第１弁部材１３と第２弁部材１４の間は、図３に示すように、水圧によって急速に完全に閉止される。従って、タンク５を空の状態から満水状態とするまでの時間を効果的に短縮することができる。また、本実施形態の止水機構１は、開弁状態から閉弁状態への切り換わりが明確であり、状態の変化が外部から把握し易い。従って、タンク５への給水完了の判断がユーザにとって容易であり、作業性が良好である。また、本実施形態では、上記の機能が１つの弁２０だけで実現されている。従って、構成のコンパクト化、コスト低減を実現することができる。

本実施形態においては、ベース筒１１、ホース接続筒１２、第１弁部材１３、第２弁部材１４、カバー筒１５及びフロート１６の全てが、合成樹脂により製造されている。従って、製造コストが安価である。ただし、上記のうち少なくとも何れかを、合成樹脂とは異なる材料（例えば、金属）により構成しても良い。

以上に説明したように、本実施形態の止水機構１は、水面Ｗ１の上昇に伴うフロート１６の上昇に連動して、供給側と排出側との間の弁２０を閉じる。本実施形態の止水機構１は、第２弁部材１４と、圧力室８１と、を備える。第２弁部材１４は、弁２０を構成する。第２弁部材１４は、フロート１６の上昇に伴って弁２０が閉じられるように動作し、フロート１６の下降に伴って弁２０が開かれるように動作する。圧力室８１は、水が流れる方向において第２弁部材１４よりも上流側に形成される。圧力室８１には、弁２０の開度が減少した場合に、供給側の水が導かれる。圧力室８１に導かれた水の圧力により、第２弁部材１４が閉弁方向に移動する。

これにより、タンク５が満量間近になったタイミングで流量が低下するのを簡単な構成で防止して、タンク５への高速な給水を実現することができる。また、弁２０が閉弁するタイミングを安定させることができる。更に、開弁状態から完全な閉弁状態への切替えが極めて短時間で行われるため、給水完了を外部から容易に理解することができる。

本実施形態の止水機構１において、弁２０は、第２弁部材１４が有する円錐面によって、第２流路５２の開閉を切り替える。

これにより、弁２０が閉じることに伴う大きな衝撃（例えば、ウォーターハンマー）が発生することを防止できる。

本実施形態の止水機構１は、ベース筒１１を備える。弁２０は、第１弁部材１３と第２弁部材１４の接触状態及び離間状態を切り替えることで、開閉が切り替えられる。第１弁部材１３はベース筒１１に固定され、第２弁部材１４はフロート１６と連動して移動する。

これにより、弁２０の開閉のための簡素な構成を実現できる。

本実施形態の止水機構１では、圧力室８１に導かれた液体の圧力により第２弁部材１４を閉弁方向に移動させた状態において、圧力室８１の圧力が維持される限り、水面Ｗ１が低下しても弁２０が閉弁状態で維持される。

これにより、意図しない弁２０の開放を防止することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。変更は単独で行われても良いし、複数の変更が任意に組み合わせて行われても良い。

ホース接続筒１２に水道ホース７を接続するのに代えて、液体ポンプの吐出口からのホースを接続することもできる。このとき、ポンプの吐出側の圧力を適宜のセンサによって監視し、圧力の上昇が検知されると直ちにポンプを停止するように制御することが好ましい。これにより、ポンプの過大な負荷を効果的に防止することができる。上記の実施形態においては、開弁状態から閉弁状態への切替えが短時間で行われる。従って、センサによる圧力検出に基づいて給水の完了を判断することは容易である。

流通路８５を省略することもできる。この場合でも、弁２０が殆ど閉じられた図２の状態で第１流路５１及び第２流路５２における水圧が上昇すると、第２流路５２から円錐状部分４２の外周側に出た水が、円錐状部分４２の上部と円錐筒状部分６１の上部の間のリング状の隙間を通過して、圧力室８１に導入される。この結果、流通路８５を形成した場合と同様に、ガイドフランジ部分６２を水圧で上昇させて弁２０を強力に閉止することができる。

上記実施形態の止水機構１は、加湿器以外の製品に設けることもできる。

本発明の止液機構は、水以外の液体（例えば、油）に対して適用することもできる。

１ 止水機構（止液機構）
１１ ベース筒（ベース部材）
１４ 第２弁部材（弁部材）
１６ フロート
２０ 弁
８１ 圧力室
Ｗ１ 水面（液面）

Claims (3)

1. 液面の上昇に伴うフロートの上昇に連動して供給側と排出側との間の弁を閉じる止液機構であって、
   前記弁を構成し、前記フロートの上昇に伴って前記弁が閉じられるように動作し、前記フロートの下降に伴って前記弁が開かれるように動作する弁部材と、
   液体が流れる方向において前記弁部材よりも上流側に形成され、前記弁の開度が減少した場合に供給側の液体が導かれる圧力室と、
   を備え、
   前記圧力室に導かれた液体の圧力により、前記弁部材を閉弁方向に移動させ、
   前記弁は、円錐面によって液体の流路の開閉を切り替えることを特徴とする止液機構。
2. 請求項１に記載の止液機構であって、
   ベース部材を備え、
   前記弁は、２つの弁部材同士の接触状態及び離間状態を切り替えることで、開閉が切り替えられ、
   一方の弁部材は前記ベース部材に固定され、他方の弁部材は前記フロートと連動して移動することを特徴とする止液機構。
3. 液面の上昇に伴うフロートの上昇に連動して供給側と排出側との間の弁を閉じる止液機構であって、
   前記弁を構成し、前記フロートの上昇に伴って前記弁が閉じられるように動作し、前記フロートの下降に伴って前記弁が開かれるように動作する弁部材と、
   液体が流れる方向において前記弁部材よりも上流側に形成され、前記弁の開度が減少した場合に供給側の液体が導かれる圧力室と、
   を備え、
   前記圧力室に導かれた液体の圧力により、前記弁部材を閉弁方向に移動させ、
   前記圧力室に導かれた液体の圧力により前記弁部材を閉弁方向に移動させた状態において、前記圧力室の圧力が維持される限り、液面が低下しても前記弁が閉弁状態で維持されることを特徴とする止液機構。

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