WO2014125774A1

WO2014125774A1 - 弁装置

Info

Publication number: WO2014125774A1
Application number: PCT/JP2014/000364
Authority: WO
Inventors: 朋弘穐田; 伊藤　良泰; 尚紀柴田; 貞彦若葉; 恭子久和
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-08-21
Also published as: JP2014152896A; JP6103198B2

Abstract

混合水栓から吐出される湯水の温度や流量を調整することができ、しかも水栓装置の低コスト化及び小型化が可能な弁装置１を提供する。弁装置１は、外筒２と、外筒２に内装される内筒１０とを備える。外筒２は、第１流体側流入口３と、第２流体側流入口４と、混合流体側流出口５とを有し、内筒１０は、第１流体側流入口３に対応する第１流体側開口１２と、第２流体側流入口４に対応する第２流体側開口１３とを有する。内筒１０の回転によって、第１流体側流路１４と第２流体側流路１５が形成される。弁装置１は、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積が変化する内筒１０の回転の範囲内において、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積との合計が一定に、又は第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積との比率が一定に形成されている。

Description

弁装置

　本発明は、流体の流量及び温度を制御する弁装置に関する。

　本出願人は、特許文献１において混合水栓から湯水の吐出及び停止を行う水栓装置を提案している。特許文献１記載の水栓装置は、湯水を吐出する混合水栓と、湯水の温度及び流量を調節する水栓本体と、人体を検知する人体検知手段とを備えている。この水栓装置では、混合水栓と水栓本体とが湯水供給配管により接続され、水栓本体には給湯配管及び給水配管が接続され、給湯配管の管路途中に給湯側電磁弁が設けられ、給水配管の管路途中に給水側電磁弁が設けられている。

　上記水栓装置は、さらに、制御手段を備えており、前記人体検知手段からの情報に基づいて給湯側電磁弁及び給水側電磁弁の開閉動作が前記制御手段で制御される。給湯側電磁弁及び給水側電磁弁の開閉によって、給湯配管からの水栓本体への給湯及び給水配管からの水栓本体への給水がそれぞれ行われ、この水栓本体に湯水供給配管により接続された混合水栓からの湯水の吐出とその停止が行われる。

特開２０１０－２６５７０１号公報

　特許文献１記載の水栓装置は、給湯配管に給湯側電磁弁が設けられ、給水配管に給水側電磁弁が設けられているので、それぞれの電磁弁の開閉によって、給湯配管からの水栓本体への給湯の流量と給水配管からの水栓本体への給水の流量を調整することができる。このように、上記水栓装置では、給湯配管からの水栓本体への給湯の流量と給水配管からの水栓本体への給水の流量とを独立して調整できるので、混合水栓から吐出される湯水の温度や流量を調整することができる。

　その一方で上記水栓装置は、給湯配管及び給水配管の両方に電磁弁を有していることから、部品点数が多く、コスト高という課題がある。また、給湯配管と給水配管のそれぞれに電磁弁を有して水栓装置が構成されることから、水栓装置の小型化が難しいという課題もある。

　本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、混合水栓から吐出される湯水の温度や流量を調整することができ、しかも水栓装置の低コスト化及び小型化が可能な弁装置を提供することを課題としている。

　上記の課題を解決するために、本発明の弁装置は、筒状の外筒と、この外筒に周方向に回転可能に内装される円筒状の内筒とを備え、外筒は、第１流体が流入する第１流体側流入口と、第２流体が流入する第２流体側流入口と、第１流体と第２流体との混合流体が流出する混合流体側流出口とを有し、第１流体側流入口と第２流体側流入口は、外筒の側壁部に、軸方向に互いに離れて設けられ、内筒は、側壁部に、第１流体側流入口に対応する第１流体側開口と、第２流体側流入口に対応する第２流体側開口とを有し、内筒の周方向の回転によって、第１流体側流入口と第１流体側開口とが重なって第１流体側流路が形成されるとともに、第２流体側流入口と第２流体側開口とが重なって第２流体側流路が形成され、第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積はそれぞれ、内筒の周方向の回転に従って変化し、第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積が変化する内筒の回転の範囲内において、第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積との合計が一定に、又は第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積との比率が一定に形成されていることを特徴とする。

　この弁装置においては、内筒は、第１流体側開口と第２流体側開口とからなる組を複数有し、第１流体側開口と第２流体側開口の開口断面積が組毎に異なることが好ましい。

　また、この弁装置においては、内筒は、さらに軸方向にも移動可能に形成されていることが好ましい。

　本発明の弁装置によれば、混合水栓から吐出される湯水の温度や流量を調整することができる。しかも水栓装置の低コスト化及び小型化も可能である。

本発明の弁装置の一実施形態を示す断面図である。図１の弁装置の内筒の回転動作を説明するための弁装置の断面図である。第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との合計が一定であることを説明するための模式図である。図１の弁装置とは別の実施形態である弁装置の内筒を周方向に展開した模式図である。図４の内筒の回転動作を説明するための弁装置の断面図である。第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との比率が一定であることを説明するための模式図である。図１の弁装置の内筒に、第１流体側開口と第２流体側開口とからなる組をさらに二組追加した内筒を周方向に展開した模式図である。第１流体側流路及び第２流体側流路の形成位置を説明するための模式図である。

　本発明の弁装置を図面に沿って説明する。図１は本発明の弁装置の一実施形態を示す断面図である。

　図１の弁装置１は、筒状の外筒２と、この外筒２に周方向に回転可能に内装される円筒状の内筒１０とを備える。

　外筒２は、第１流体が流入する第１流体側流入口３と、第２流体が流入する第２流体側流入口４と、第１流体と第２流体との混合流体が流出する混合流体側流出口５とを有する。第１流体側流入口３と第２流体側流入口４は、外筒２の側壁部６に、軸方向に互いに離れて設けられている。

　内筒１０は、側壁部１１に、第１流体側流入口３に対応する第１流体側開口１２と、第２流体側流入口４に対応する第２流体側開口１３とを有する。

　内筒１０の周方向の回転によって、第１流体側流入口３と第１流体側開口１２とが重なって第１流体側流路１４が形成されるとともに、第２流体側流入口４と第２流体側開口１３とが重なって第２流体側流路１５が形成される。

　第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積はそれぞれ、内筒１０の周方向の回転に従って変化する。第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積が変化する内筒１０の回転の範囲内において、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積との合計が一定に形成されている。又は、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積が変化する内筒１０の回転の範囲内において、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積との比率が一定に形成されている。

　弁装置１についてより詳細に説明する。

　弁装置１は、図１に示されるように、円筒状の外筒２と、この外筒２に周方向に回転可能に内装される円筒状の内筒１０とを備える。外筒２と内筒１０は、筒状のケーシング７に水密に収納されている。

　外筒２は、弁装置本体として構成される。外筒２は、第１流体（例えば、水）が流入する第１流体側流入口３と、第２流体（例えば、湯）が流入する第２流体側流入口４と、第１流体と第２流体との混合流体（例えば、湯水混合流体）が流出する混合流体側流出口５とを有する。これら第１流体側流入口３と第２流体側流入口４は、外筒２の主体を構成する円筒状の側壁部６に、軸方向に互いに離れて設けられている。「軸方向に互いに離れて設けられている」とは、第１流体側流入口３と第２流体側流入口４の両方が側壁部６の周方向の一の位置において軸方向にずれて設けられていることのみを意図しない。第１流体側流入口３と第２流体側流入口４それぞれが側壁部６の周方向の異なる位置において軸方向にずれて設けられていることも含むことを意図する。図１の弁装置１では、第２流体側流入口４は側壁部６の第１流体側流入口３の周方向１８０°の位置に設けられており、第１流体側流入口３と第２流体側流入口４それぞれが側壁部６の周方向の異なる位置に設けられている。第１流体側流入口３は、図１の紙面において側壁部６の上側部分に形成され、第２流体側流入口４は、側壁部６の下側部分に形成されている。このように、第１流体側流入口３と第２流体側流入口４は、外筒２の側壁部６に軸方向に互いに離れて設けられている。

　第１流体側流入口３と第２流体側流入口４はともに側壁部６に内外に貫通する開口部として形成されている。側壁部６の軸方向一端部、すなわち、図１の紙面において側壁部６の軸方向（上下方向）の下側端部が開口しており、この開口部分に混合流体側流出口５が形成されている。

　第１流体側流入口３は、第２流体側流入口４よりも混合流体側流出口５から離れて配置されている。後述する内部流路１６の上流側（１次側）に第１流体側流入口３が配置され、下流側（２次側）に第２流体側入口４が配置されているともいえる。

　ケーシング７は、外筒２の第１流体側流入口３に対応した開口４０と、外筒２の第２流体側流入口４に対応した開口４１を有する。ケーシング７には、図示しない第１流体供給配管が開口４０に連結され、第１流体供給配管はケーシング７を介して第１流体側流入口３に接続される。また、ケーシング７には、図示しない第２流体供給配管が開口４１に連結され、第２流体供給配管はケーシング７を介して第２流体側流入口４に接続される。また、ケーシング７は、外筒２の混合流体側流出口５に対応した開口４２も有している。ケーシング７には、図示しない混合流体供給配管が開口４２と連通可能に接続される。第１流体は、第１流体供給配管から開口４０を介して第１流体側流入口３から外筒２内の内筒１０に導入される。第２流体は、第２流体供給配管から開口４１を介して第２流体側流入口４から外筒２内の内筒１０に導入される。内筒１０に導入された流体は、混合流体として混合流体側流出口５から吐出され、混合流体供給配管を通じて所望の箇所に供給される。

　内筒１０は、弁体として構成される。内筒１０は、内筒１０の主体を構成する円筒状の側壁部１１に、第１流体側流入口３に対応する第１流体側開口１２と、第２流体側流入口４に対応する第２流体側開口１３とを有する。第１流体側開口１２及び第２流体側開口１３はそれぞれ側壁部１１に内外に貫通して形成されている。「第１流体側流入口３に対応する第１流体側開口１２」とは、内筒１０の周方向の回転によって第１流体側流入口３に重なる第１流体側開口１２を意図する。また、「第２流体側流入口４に対応する第２流体側開口１３」とは、内筒１０の周方向の回転によって第２流体側流入口４に重なる第２流体側開口１３を意図する。このため、第１流体側開口１２と第２流体側開口１３は、第１流体側流入口３と第２流体側流入口４と同様、内筒１０の側壁部１１に軸方向にずれて設けられている。

　内筒１０の回転によって第１流体側流入口３と第１流体側開口１２とが重なり連通すると、第１流体側流入口３と第１流体側開口１２とからなる第１流体側流路１４が形成される。第１流体は、第１流体側流路１４を流通して内筒１０内に導入される。また、内筒１０の回転によって第２流体側流入口４と第２流体側開口１３とが重なり連通すると、第２流体側流入口４と第２流体側開口１３とからなる第２流体側流路１５が形成される。第２流体は、第２流体側流路１５を流通して内筒１０内に導入される。

　内筒１０の側壁部１１の内部には第１流体及び第２流体が流通する内部流路１６が形成されている。この内部流路１６は、内筒１０の側壁部１１の軸方向一端部に形成されている開口１７を介して外筒２の混合流体側流出口５に連通している。したがって、第１流体供給配管及び第２流体供給配管から第１流体側流路１４及び第２流体側流路１５を経由して内筒１０内に導入された流体は、内部流路１６を通じて外筒２の混合流体側流出口５から吐出される。

　内筒１０の軸方向他端部には、側壁部１１の中心軸と一致するように回転軸１８が形成されている。回転軸１８は、ステッピングモータなどのモータに連結可能とされ、モータの回転駆動によって内筒１０を周方向に回転させることができる。

　第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積はそれぞれ、内筒１０の周方向の回転に従って変化する。すなわち、内筒１０の周方向の回転に従って第１流体側流入口３に対する第１流体側開口１２の重なり度合いが変わり、第１流体側開口１２の開口度が変わる。第１流体側開口１２の開口部分の開口断面積（周面方向の面積）が第１流体側流路１４の断面積に相当する。ここで、「第１流体側開口１２の開口部分」とは、第１流体側流入口３に対して第１流体側開口１２が重なっている部分を意図する。第２流体側流路１５の断面積の変化についても同様である。内筒１０の周方向の回転に従って第２流体側流入口４に対する第２流体側開口１３の重なり度合いが変わり、第２流体側開口１３の開口度が変わる。第２流体側開口１３の開口部分の開口断面積（周面方向の面積）が第２流体側流路１５の断面積に相当する。ここで、「第２流体側開口１３の開口部分」とは、第２流体側流入口４に対して第２流体側開口１３が重なっている部分を意図する。

　弁装置１は、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積が変化する内筒１０の回転の範囲内において、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積との合計が一定となる関係を有して形成されている。

　このような弁装置の一例を挙げると、第１流体側開口１２と第２流体側開口１３はともに、同一の形状で同一の大きさの開口を有している。ここで、「大きさ」とは、開口断面積を指す（以下、同じ）。これら第１流体側開口１２と第２流体側開口１３の大きさはそれぞれ、対応する第１流体側流入口３と第２流体側流入口４の開口の大きさよりも小さい。さらに、第１流体側開口１２と第２流体側開口１３は内筒１０の側壁部の所定の位置に形成されている。

　図１の弁装置１では、第１流体側開口１２と第２流体側開口１３はともに、図３に示すように、略三角形状で同一の大きさの開口を有している。これら第１流体側開口１２と第２流体側開口１３の大きさは、対応する第１流体側流入口３と第２流体側流入口４の開口の大きさよりも小さくなっている。第１流体側開口１２は、内筒１０の回転によって略三角形状の開口の頂部が最先に第１流体側流入口３に重なるように形成されている。第２流体側開口１３も、内筒１０の回転によって略三角形状の開口の頂部が最先に第２流体側流入口４に重なるように形成されている。こうすることで、後述する図２（ａ）の状態から内筒１０の回転を開始した際、小流量の流体が内筒１０に導入され、混合流体側流出口５から小流量の流体を吐出することができる。したがって、大流量の流体の急激な吐出を抑えることができる。

　第１流体側開口１２と第２流体側開口１３は、第１流体側開口１２の開口度が全開となる位置にあるときに、第２流体側開口１３の開口度が全閉となる位置に形成される。また、第１流体側開口１２と第２流体側開口１３は、第１流体側開口１２の開口度が全閉となる位置にあるときに、第２流体側開口１３の開口度が全開となる位置に形成される。さらに、第１流体側開口１２の全開の開口度が内筒１０の回転に従って減少し、第２流体側開口１３の全閉の開口度が内筒１０の回転に従って増加する位置に形成される。また、第１流体側開口１２の全閉の開口度が内筒１０の回転に従って増加し、第２流体側開口１３の全開の開口度が内筒１０の回転に従って減少する位置に形成される。つまり、第１流体側開口１２が第１流体側流入口３と整合する位置に配置されているとき、第２流体側開口１３は、第２流体側流入口４と整合する位置から第１流体側開口１２の周方向の長さの分だけ内筒１０の回転方向とは逆の回転方向にずれて配置されている。

　この弁装置１の内筒１０の回転動作を図２に基づいて説明する。なお、図１に示した実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

　図２の上段の図は、図１の弁装置１のＡ－Ａ線断面図であり、内筒１０を順次回転させている。図２の下段の図は、図１の弁装置１のＢ－Ｂ線断面図であり、内筒１０を順次回転させている。

　図２（ａ）は、第１流体側流入口３と第１流体側開口１２が重なっていない状態であり、また、第２流体側流入口４と第２流体側開口１３が重なっていない状態を示す。つまり、第１流体側開口１２の開口度と第２流体側開口１３の開口度がともに全閉の状態である。図２（ａ）の状態では、第１流体と第２流体はともに内筒１０内に導入されない。図２（ａ）の状態から内筒１０を周方向（矢印で示す方向）に回転させていくと、第１流体側開口１２の開口度が内筒１０の回転に従って増加する。

　図２（ｂ）は、内筒１０の回転によって第１流体側開口１２の開口度が全開となった状態を示す。一方、第２流体側開口１３の開口度は、依然として全閉した状態である。図２（ｂ）の状態では、第１流体のみが内筒１０内に導入され、内筒１０の内部流路１６に流通し、外筒２の混合流体側流出口から吐出される。図２（ｂ）の状態から内筒１０をさらに周方向に回転させていくと、第１流体側開口１２の全開の開口度が内筒１０の回転に従って減少する。一方、第２流体側開口１３の全閉の開口度は、内筒１０の回転に従って増加する。

　図２（ｃ）は、内筒１０の回転によって、第１流体側開口１２の開口度が半分になった状態を示す。このとき、第２流体側開口１３の開口度も半分になっている。図２（ｃ）の状態では、第１流体と第２流体が内筒１０内に導入され、内筒１０の内部流路１６に流通し、混合流体として外筒２の混合流体側流出口から吐出される。図２（ｃ）の状態から内筒１０をさらに周方向に回転させていくと、第１流体側開口１２の開口度は内筒１０の回転に従ってさらに減少し、全閉の状態となる。一方、第２流体側開口１３の開口度は内筒１０の回転に従ってさらに増加し、全開の状態となる。

　図２（ｄ）は、内筒１０の回転によって、第１流体側開口１２の開口度が全閉になり、第２流体側開口１３の開口度が全開になった状態を示す。図２（ｄ）の状態では、第２流体のみが内筒１０内に導入され、内筒１０の内部流路１６に流通し、外筒２の混合流体側流出口から吐出される。

　図２（ｂ）の状態から図２（ｄ）の状態に至るまで、第１流体側開口１２の開口度と第２流体側開口１３の開口度はともに内筒１０の回転に従って変化する。第１流体側開口１２と第２流体側開口１３はともに、略三角形状で同一の大きさの開口を有し、略三角形状の開口の頂部が同様な位置に配置されている。このため、図２（ｂ）の状態から図２（ｄ）の状態に至るまでの内筒１０の回転の範囲内では、第１流体側開口１２の開口部分の開口断面積と第２流体側開口１３の開口部分の開口断面積との合計が一定となっている。

　図３は、第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との合計が一定であることを説明するための模式図である。図３の上段の図は、弁装置１をケーシング７の開口４０から見た外筒２の模式図であり、下段の図は、弁装置１をケーシング７の開口４１から見た外筒２の模式図である。

　図３（ａ）は、図２（ｂ）の状態の弁装置１の模式図である。この図は、第１流体側開口１２の開口度が全開となり、第２流体側開口１３の開口度が全閉となった状態を示している。

　図３（ｂ）は、図２（ｃ）の状態の弁装置１の模式図である。この図は、第１流体側開口１２の開口度が半分になった状態を示している。また、第２流体側開口１３の開口度も半分になった状態を示している。この図において、第１流体側開口１２の開口部分の開口断面積と第２流体側開口１３の開口部分の開口断面積との合計は、図３（ａ）の第１流体側開口１２の開口部分の開口断面積と等しい。

　図３（ｃ）は、図２（ｄ）の状態の弁装置１の模式図である。この図は、第１流体側開口１２の開口度が全閉となり、第２流体側開口１３の開口度が全開となった状態を示している。この図の第２流体側開口１３の開口部分の開口断面積は、図３（ａ）の第１流体側開口１２の開口部分の開口断面積と等しく、また、図３（ｂ）の第１流体側開口１２の開口部分の開口断面積と第２流体側開口１３の開口部分の開口断面積との合計とも等しい。

　このように第１流体側開口１２の開口度と第２流体側開口１３の開口度が変化する内筒１０の回転の範囲内では、第１流体側開口１２の開口部分の開口断面積と第２流体側開口１３の開口部分の開口断面積との合計が一定となっている。

　第１流体側開口１２の開口部分の開口断面積は第１流体側流路１４の断面積に相当し、第２流体側開口１３の開口部分の開口断面積は第２流体側流路１５の断面積に相当する。このため、弁装置１は、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積が変化する内筒１０の回転の範囲内において、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積との合計が一定となっている。

　このような弁装置は、第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積が変化する内筒の回転の範囲内において、第１流体と第２流体の混合比が異なる流量の一定の混合流体を混合流体側流出口から吐出することができる。したがって、例えば、第１流体として水（又は湯）、第２流体として湯（又は水）を採用した場合には、内筒を所定の範囲内で回転させることで温度の異なる一定量の湯水を吐出することができる。背景技術で説明した水栓装置では湯配管及び給水配管の両方に電磁弁を有しているが、本発明の弁装置を用いれば電磁弁を一つ減らすことができるので、水栓装置の低コスト化及び小型化が図れる。このように本発明の弁装置は、混合水栓から吐出される湯水の温度を調整することができ、水栓装置の低コスト化及び小型化を図ることができる。

　上記の弁装置は、第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積が変化する内筒の回転の範囲内において、第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積との合計が一定となる関係を有して形成されている。

　本発明は、第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積との比率が一定となる関係を有して形成されている弁装置も提供する。

　このような弁装置の一例と挙げると、第１流体側開口と第２流体側開口は、周方向長さが同一で軸方向長さも同一の同一形状の開口、または周方向長さが同一で軸方向長さが異なる軸方向に引き伸ばした相似形状の開口を有する。これら第１流体側開口と第２流体側開口は、第１流体と第２流体の混合比に応じた断面積比率を有する。これら第１流体側開口と第２流体側開口の大きさは、対応する第１流体側流入口と第２流体側流入口の開口の大きさよりも小さい。さらに、これら第１流体側開口と第２流体側開口は内筒の側壁部の所定の位置に配置される。

　以下、この弁装置について説明する。内筒以外の構成は上記の弁装置の構成と同じなので説明を省略する。

　図４は、図１の弁装置とは別の実施形態である弁装置の内筒を周方向に展開した模式図である。この図には、第１流体側流入口に対応する第１流体側開口と、第２流体側流入口に対応する第２流体側開口を付している。図４では、図１－図３に示した実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

　内筒２０の第１流体側開口２２と第２流体側開口２３はともに、周方向長さが同一で略三角形状の開口を有している。この開口は、軸方向に対称な形状である。すなわち、紙面において上下対称な形状となっている。第２流体側開口２３は、その開口の軸方向長さが第１流体側開口２２よりも長くなっており、第２流体側開口２３の大きさは第１流体側開口２２の大きさよりも大きい。これら第１流体側開口２２と第２流体側開口２３の大きさは、対応する第１流体側流入口３と第２流体側流入口４の開口の大きさよりも小さい。第１流体側開口２２は、内筒２０の回転によって略三角形状の開口の頂部が最先に外筒の第１流体側流入口に重なるように形成されている。第２流体側開口２３も、内筒２０の回転によって略三角形状の開口の頂部が最先に外筒の第２流体側流入口に重なるように形成されている。こうすることで、後述する図５（ａ）の状態から内筒２０の回転を開始した際、小流量の流体が内筒２０に導入され、混合流体側流出口から小流量の流体を吐出することができる。これによって、大流量の流体の急激な吐出を抑えることができる。

　第１流体側開口２２と第２流体側開口２３は、第１流体側開口２２の開口度が全閉となる位置にあるときに、第２流体側開口２３の開口度も全閉となる位置に形成される。また、第１流体側開口２２と第２流体側開口２３は、第１流体側開口２２の開口度が全開となる位置にあるときに、第２流体側開口２３の開口度も全開となる位置に形成される。さらに、第１流体側開口２２の全閉の開口度が内筒２０の回転に従って増加し、第２流体側開口２３の全閉の開口度も内筒２０の回転に従って増加する位置に形成される。また、第１流体側開口２２の全開の開口度が内筒２０の回転に従って減少し、第２流体側開口２３の全開の開口度も内筒２０の回転に従って減少する位置に形成される。つまり、外筒の側壁部の周方向での、第１流体側流入口３と第２流体側流入口４の相互の位置関係と同じ位置関係となるように、第１流体側開口２２と第２流体側開口２３は側壁部１１に互いに周方向にずれて形成される。この実施形態は、第２流体側流入口４が外筒の側壁部の第１流体側流入口３の周方向１８０°の位置に形成されている例であり、第２流体側開口２３は側壁部１１の第１流体側開口２２の周方向１８０°の位置に形成される。

　この弁装置の内筒の回転動作を図５に基づいて説明する。

　図５の上段の図は、図１の弁装置のＡ－Ａ線断面図であるが、図４の内筒２０を適用した弁装置５０であり、内筒２０を順次回転させている。図５の下段の図は、図１の弁装置のＢ－Ｂ線断面図であるが、図４の内筒２０を適用した弁装置５０であり、内筒２０を順次回転させている。なお、図１－図４に示した実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

　図５（ａ）は、第１流体側流入口３と第１流体側開口２２が重なっていない状態であり、また、第２流体側流入口４と第２流体側開口２３が重なっていない状態を示す。つまり、第１流体側開口２２の開口度と第２流体側開口２３の開口度がともに全閉の状態である。図５（ａ）の状態では、第１流体と第２流体はともに内筒２０内に導入されない。図５（ａ）の状態から内筒２０を周方向（矢印で示す方向）に回転させていくと、第１流体側開口２２の開口度が内筒２０の回転に従って増加する。第２流体側開口２３の開口度も、内筒２０の回転に従って増加する。

　図５（ｂ）は、内筒２０の回転によって、第１流体側開口２２の開口度が全開状態の１／３程度になった状態を示す。このとき、第２流体側開口２３の開口度も全開状態の１／３程度になっている。図５（ｂ）の状態では、第１流体と第２流体が内筒２０内に導入され、内筒２０の内部流路１６に流通し、混合流体として外筒２の混合流体側流出口から吐出される。図５（ｂ）の状態から内筒２０をさらに周方向に回転させていくと、第１流体側開口２２の開口度は内筒２０の回転に従ってさらに増加し、全開の状態となる。第２流体側開口２３の開口度も内筒２０の回転に従ってさらに増加し、全開の状態となる。

　図５（ｃ）は、内筒２０の回転によって、第１流体側開口２２の開口度と第２流体側開口２３の開口度がともに全開になった状態を示す。図５（ｃ）の状態も図５（ｂ）の状態と同様に、混合流体側流出口から混合流体が吐出されるが、図５（ｃ）の状態の方が吐出される混合流体の流量は多い。図５（ｃ）の状態から内筒２０をさらに周方向に回転させていくと、第１流体側開口２２の開口度は内筒２０の回転に従って減少し、全閉の状態となる。第２流体側開口２３の開口度も内筒２０の回転に従って減少し、全閉の状態となる。

　図５（ｄ）は、内筒２０の回転によって、第１流体側開口２２の開口度と第２流体側開口２３の開口度がともに全閉になった状態を示す。この状態では、第１流体と第２流体はともに内筒２０内に導入されない。

　図５（ａ）の状態から図５（ｄ）の状態に至るまで、第１流体側開口２２の開口度と第２流体側開口２３の開口度はともに内筒２０の回転に従って変化する。第１流体側開口２２と第２流体側開口２３はそれぞれ、周方向長さが同一で軸方向に対称な形状の開口を有し、しかも大きさの異なる開口を有する。このため、図５（ａ）の状態から図５（ｄ）の状態に至るまでの内筒２０の回転の範囲内では、第１流体側開口２２の開口部分の開口断面積と第２流体側開口２３の開口部分の開口断面積との比率が一定となっている。

　図６は、第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との比率が一定であることを説明するための模式図である。

　図６（ａ）の上段の図は、図５（ｂ）の状態の弁装置５０をケーシング７の開口４０から見た外筒２の模式図である。図６（ａ）の下段の図は、図５（ｂ）の状態の弁装置５０をケーシング７の開口４１から見た外筒２の模式図である。この図は、第１流体側開口２２の開口度が全開状態の１／３程度になった状態を示している。また、第２流体側開口２３の開口度も全開状態の１／３程度になった状態を示している。

　図６（ｂ）の上段の図は、図５（ｃ）の状態の弁装置５０をケーシング７の開口４０から見た外筒２の模式図である。図６（ｂ）の下段の図は、図５（ｃ）の状態の弁装置５０をケーシング７の開口４１から見た外筒２の模式図である。この図は、第１流体側開口２２の開口度が全開になった状態を示している。また、第２流体側開口２３の開口度も全開になった状態を示している。この図において、第１流体側開口２２の開口部分の開口断面積と第２流体側開口２３の開口部分の開口断面積との比率は、図６（ａ）の第１流体側開口２２の開口部分の開口断面積と第２流体側開口２３の開口部分の開口断面積との比率と等しい。

　このように第１流体側開口２２の開口度と第２流体側開口２３の開口度が変化する内筒２０の回転の範囲内では、第１流体側開口２２の開口部分の開口断面積と第２流体側開口２３の開口部分の開口断面積との比率が一定となっている。

　第１流体側開口２２の開口部分の開口断面積は第１流体側流路１４の断面積に相当し、第２流体側開口２３の開口部分の開口断面積は第２流体側流路１５の断面積に相当する。このため、弁装置５０は、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積が変化する内筒２０の回転の範囲内において、第１流体側流路１４の断面積と第２流体側流路１５の断面積との比率が一定となっている。

　このような弁装置は、第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積が変化する内筒の回転の範囲内において、第１流体と第２流体の混合比が一定であり、流量の異なる混合流体を混合流体側流出口から吐出することができる。したがって、例えば、第１流体として水（又は湯）、第２流体として湯（又は水）を採用した場合には、内筒を所定の範囲内で回転させることで、温度が一定で流量の異なる湯水を吐出することができる。背景技術で説明した水栓装置では湯配管及び給水配管の両方に電磁弁を有しているが、本発明の弁装置を用いれば電磁弁を一つ減らすことができるので、水栓装置の低コスト化及び小型化が図れる。このように本発明の弁装置は、混合水栓から吐出される湯水の温度を調整することができ、水栓装置の低コスト化及び小型化を図ることができる。

　上記実施形態では、内筒の第１流体側開口と第２流体側開口はともに略三角形の形状の開口を有しているが、これに限定されず、各々同一又は別異に、半円状、矩形状、楕円状、三角形状、十字状又はこれらを組み合わせた形状等の開口とすることができる。

　また、上記実施形態の弁装置はいずれも第１流体側開口と第２流体側開口とからなる組を一組有しているが、複数組有していてもよい。この場合、第１流体側開口と第２流体側開口の開口断面積の合計または比率が組毎に異なることが好ましい。これによって、各組の開口断面積に応じた流量で混合流体の流量や第１流体と第２流体との混合比を変えることができ、混合流体の段階的な流量調整や混合比の調整を行うことができる。

　図７は、図１の弁装置の内筒に、第１流体側開口と第２流体側開口とからなる組をさらに二組追加した内筒を周方向に展開した模式図である。この図には、第１流体側流入口３と、第２流体側流入口４を付している。図７では、図１－図６に示した実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

　この図の内筒３０は、第１流体側開口１２と第２流体側開口１３とからなる組に加え、さらに、第１流体側開口３２と第２流体側開口３３とからなる組と、第１流体側開口５２と第２流体側開口５３とからなる組とを有している。

　第１流体側開口３２と第２流体側開口３３はともに、略三角形状で同一の大きさの開口を有している。これら第１流体側開口３２と第２流体側開口３３の大きさは、第１流体側開口１２と第２流体側開口１３の大きさよりも大きく、対応する第１流体側流入口３と第２流体側流入口４の開口の大きさよりも小さくなっている。第１流体側開口３２は、内筒３０の回転によって略三角形状の開口の頂部が最先に第１流体側流入口３に重なるように形成されている。第２流体側開口３３も、内筒３０の回転によって略三角形状の開口の頂部が最先に第２流体側流入口４に重なるように形成されている。こうすることで、混合流体側流出口から大流量の流体が急激に吐出されることを抑えることができる。

　第１流体側開口５２と第２流体側開口５３はともに、２つの台形を軸方向に対称に組み合わせ、かつ、この組み合わせた図形の内筒３０の周方向一端部に半円を組み合わせた形状の開口を有している。第１流体側開口５２と第２流体側開口５３はともに、同一形状で同一の大きさの開口を有している。これら第１流体側開口５２と第２流体側開口５３の大きさは、第１流体側開口３２と第２流体側開口３３の大きさよりも大きく、対応する第１流体側流入口３と第２流体側流入口４の開口の大きさよりも小さくなっている。第１流体側開口５２は、内筒３０の回転によって、半円状に形成された部分が最先に第１流体側流入口３に重なるように形成されている。第２流体側開口５３も、内筒３０の回転によって、半円状に形成された部分が最先に第２流体側流入口４に重なるように形成されている。こうすることで、混合流体側流出口から大流量の流体が急激に吐出されることを抑えることができる。

　第１流体側開口１２，３２，５２と第２流体側開口１３，３３，５３とからなる組は、組毎に、側壁部１１に周方向にずれて形成されている。側壁部１１の周方向での、各組における第１流体側開口と第２流体側開口の相互の位置関係は、各組ともに同じである。

　内筒３０を有する弁装置は、各組の第１流体側開口の開口度と第２流体側開口の開口度が変化する内筒３０の回転の範囲内において、各組の第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との合計が一定となっている。このため、各組の第１流体側流路の断面積と第２流体側流路の断面積が変化する内筒の回転の範囲内において、第１流体と第２流体の混合比が異なる流量の一定の混合流体を混合流体側流出口から吐出することができる。更に、第１流体側開口と第２流体側開口とからなる組は、組毎に開口の大きさが異なっているので、各組の開口断面積に応じた、例えば「大」「中」「小」の流量で混合流体を吐出することができる。したがって、本実施形態の弁装置は、開口断面積に応じた流量で第１流体と第２流体の混合比を変えることが可能となり、各組間で混合流体の段階的な流量調整が可能となる。

　上記実施形態では、第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との合計が一定であり組毎に開口断面積が異なる組を図１の弁装置の内筒に二組追加しているが、これに限定されない。第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との比率が一定であり組毎に開口断面積が異なる組を図４の内筒に追加することもできる。この場合、開口断面積の比率に応じた混合比で第１流体と第２流体との混合流体の流量を変えることが可能となり、各組間で混合流体の段階的な混合比の調整が可能となる。また、第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との比率が一定となる組と、第１流体側開口の開口部分の開口断面積と第２流体側開口の開口部分の開口断面積との合計が一定となる組とを組み合わせた構成でもよい。さらにまた、第１流体側開口と第２流体側開口とからなる組が二組もしくは四組以上有した内筒とすることもできる。いずれの場合も、各組の開口断面積に応じた流量で混合流体の流量や第１流体と第２流体との混合比を変えることができ、混合流体の段階的な流量調整や混合比の調整を行うことができる。

　上記実施形態の弁装置は、内筒が周方向に回転可能に構成されているが、さらに軸方向にも内筒が移動可能に構成することができる。この場合、第１流体側開口と第２流体側開口とからなる組を軸方向に増やすことができ、混合流体の混合比を調整する流量の選択肢を増やすことができる。また、混合流体の流量を調整する混合比の選択肢を増やすことができる。軸方向の移動量を多くすればするほど流量を細かく設定することができ、第１流体と第２流体との混合比の調整及び、混合流体の流量調整の両方をアナログ的に調整することが可能となる。

　内筒の軸方向の移動は、例えば、ネジ機構等が採用される。ネジ機構は、内筒の周方向の回転を軸方向の動きに変える機構である。例えば、内筒の回転軸をネジ軸とすることで、内筒を周方向に回転させながら軸方向へも移動させることができる。

　本実施形態の弁装置は、混合栓を構成することができる。混合栓は、弁装置の他、第１流体供給配管と、第２流体供給配管とを備える。第１流体供給配管は、弁装置の第１流体側流入口に接続されて、弁装置に第１流体を供給する。第２流体供給配管は、弁装置の第２流体側流入口に接続され、１次側圧力が第１流体よりも低い第２流体を弁装置に供給する。

　従来からある混合栓として、２種の流体をそれぞれ供給する２つの配管を同軸上に配置させて各流体を互いに向かい合う方向に流入させ、混合流体として流出させる混合栓がある。このような混合栓では、各配管から流入した流体がぶつかり、圧力損失が大きくなる。このため、２種の流体間で１次側圧力の差が大きくなると、１次側圧力の低い方の流体が流入しにくくなって、混合流体の流量が少なくなることがあった。

　本実施形態の弁装置を備えた混合栓においては、圧力損失の増加を抑えて、１次側圧力に差がある２種の流体の混合流体の流量の減少を抑えることができる。すなわち、図１の弁装置１では第１流体側流入口３が第２流体側流入口４よりも混合流体側流出口５から離れて配置されていることから、第１流体は、第２流体が内部流路１６に流入する位置よりも上流側の位置から内部流路１６に流入することになる。また、弁装置１では、第２流体よりも１次側圧力の高い第１流体が第１流体側流入口３から流入し、第１流体よりも１次側圧力の低い第２流体が第２流体側流入口４から流入する。第１流体及び第２流体はそれぞれ第１流体側流路１４及び第２流体型流路１５を経由し、内部流路１６を流通する。このため、内部流路１６においては、第１流体は第２流体よりも上流側から流れ、かつ、第１流体は第２流体よりも高圧で流れる。内部流路１６において第１流体が高圧で流れると、その第１流体の２次側への高圧の流れによって第２流体が内部流路１６に引き込まれる現象が発生し、圧力損失の増加が抑えられ、混合流体の流量の減少を抑制することが可能となる。

　図８は、第１流体側流路及び第２流体側流路の形成位置を説明するための模式図である。この図は、弁装置の概略断面図である。なお、第１流体側流路及び第２流体側流路は実際には互いに軸方向にずれた位置に形成されているが、説明を簡単にするために同一面内に形成されているものとして示す。また、ケーシングを省略している。図８では、図１－図７に示した実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

　圧力損失の増加をより抑制するために、第１流体側流路１４及び第２流体側流路１５のうち少なくとも一方の流路が、その流路を流れる流体の流路方向が内筒１０の内部流路１６の軸線Ｐに向かうように形成されていることが好ましい。図８中の矢印が流路方向を示す。これによって、内部流路１６内に流入した流体が旋回流になることを抑制することができ、圧力損失の増加をより抑えることができる。

　第１流体の流路方向が内筒１０の内部流路１６の軸線Ｐに向かうように形成するには、次のようにすればよい。例えば、第１流体側流路１４を構成する第１流体側流入口３及び第１流体側開口１２は貫通孔として形成されているが、その貫通孔の軸線が軸線Ｐと直交するように貫通孔を形成すればよい。あるいは、第１流体供給配管６１の流路軸線が軸線Ｐと直交するように第１流体供給配管６１を第１流体側流入口３に接続させてもよいし、このような第１流体供給配管６１の接続と組み合わせて上記した貫通孔を形成してもよい。第２流体の流路方向が内筒１０の内部流路１６の軸線Ｐに向かうように形成する場合にも同様である。すなわち、第２流体側流路１５を構成する第２流体側流入口４及び第２流体側開口１３は貫通孔として形成されているが、その貫通孔の軸線が軸線Ｐと直交するように貫通孔を形成すればよい。あるいは、第２流体供給配管６２の流路軸線が軸線Ｐと直交するように第２流体供給配管６２を第２流体側流入口４に接続させてもよいし、このような第２流体供給配管６２の接続と組み合わせて上記した貫通孔を形成してもよい。

　この効果をより向上させるために、図８（ａ）に示すように、第１流体側流路１４と第２流体側流路１５が共に、その流路を流れる流体の流路方向が内筒１０の内部流路１６の軸線Ｐに向かうように形成されていることが好ましい。第１流体は内部流路１６において第２流体よりも高圧で流れるため、第１流体による旋回流の形成が抑制されれば、圧力損失の増加をより効果的に抑制することができる。図８（ａ）では、第２流体側流路１５もその流路を流れる流体の流路方向が内筒１０の内部流路１６の軸線Ｐに向かうように形成されているが、図８（ｂ）のようにすることもできる。すなわち、第２流体側流路１５のみが、その流路を流れる流体の流路方向が内筒１０の内部流路１６の軸線Ｐに向かうように形成されていてもよい。この場合でも第１流体による旋回流の形成が第２流体により抑制され、圧力損失の増加を効果的に抑制することができる。

　以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。例えば、第１流体及び第２流体として水及び湯以外の組み合わせ以外に、他の異なる２種の流体を用いてもよい。また、上記した弁装置は水栓装置に適用可能であるが、このような水栓装置は洗面化粧台をはじめ、流し台などの様々な水回り装置に組み込むことができる。

１，５０　弁装置
２　外筒
３　第１流体側流入口
４　第２流体側流入口
５　混合流体側流出口
６　側壁部
１０，２０，３０　内筒
１１　側壁部
１２，２２，３２，５２　第１流体側開口
１３，２３，３３，５３　第２流体側開口
１４　第１流体側流路
１５　第２流体側流路

Claims

　筒状の外筒と、この外筒に周方向に回転可能に内装される円筒状の内筒とを備え、
　前記外筒は、第１流体が流入する第１流体側流入口と、第２流体が流入する第２流体側流入口と、前記第１流体と前記第２流体との混合流体が流出する混合流体側流出口とを有し、前記第１流体側流入口と前記第２流体側流入口は、前記外筒の側壁部に、軸方向に互いに離れて設けられ、
　前記内筒は、側壁部に、前記第１流体側流入口に対応する第１流体側開口と、前記第２流体側流入口に対応する第２流体側開口とを有し、
　前記内筒の周方向の回転によって、前記第１流体側流入口と前記第１流体側開口とが重なって第１流体側流路が形成されるとともに、前記第２流体側流入口と前記第２流体側開口とが重なって第２流体側流路が形成され、
　前記第１流体側流路の断面積と前記第２流体側流路の断面積はそれぞれ、前記内筒の周方向の回転に従って変化し、前記第１流体側流路の断面積と前記第２流体側流路の断面積が変化する前記内筒の回転の範囲内において、前記第１流体側流路の断面積と前記第２流体側流路の断面積との合計が一定に、又は前記第１流体側流路の断面積と前記第２流体側流路の断面積との比率が一定に形成されていることを特徴とする弁装置。
　前記内筒は、第１流体側開口と第２流体側開口とからなる組を複数有し、第１流体側開口と第２流体側開口の開口断面積が組毎に異なることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
　前記内筒は、さらに軸方向にも移動可能に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の弁装置。