(57)【要約】【課題】  小型でかつ簡易な構造を備え、しかも、低圧領域でのオーバーシュートを抑え、また、高圧領域でのキャビテーションの発生を抑えることができる定流量弁を提供する。【解決手段】  定流量弁本体の内周部との間に形成される第１流路の断面積を変化させる外側弁部材と、外側弁部材の内側に摺動可能に配置され、外周部と外側弁部材の内周部との間に形成される第２流路の断面積を変化させる内側弁部材と、外側弁部材に水圧が作用すると外側弁部材を摺動させ、第１流路の断面積を減少させるように縮む外側コイルばねと、内側弁部材に水圧が作用すると内側弁部材を摺動させ、第２流路の断面積を減少させるように縮む内側コイルばねで構成される定流量弁において、内側コイルばねのばね定数は、外側コイルばねのばね定数よりも大きく、その外側コイルばねが外側弁部材の移動に伴いばね定数が大きくなることを特徴とする。【選択図】  図１
2010060000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される水の圧力の変動によらず流出させる水の流量を所定量に調整する定流量弁であって、流入口と流出口が形成された定流量弁本体と、この流量弁本体の内側に上記定流量弁本体に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記定流量弁本体の内周部との間に形成される第１流路の断面積を変化させる外側弁部材と、
上記外側弁部材の内側に上記外側弁部材に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記外側弁部材の内周部との間に形成される第２流路の断面積を変化させる内側弁部材と、
上記定流量弁本体と上記外側弁部材との間に配置され、上記外側弁部材を軸方向に付勢し、上記外側弁部材に水圧が作用すると上記外側弁部材を摺動させ、上記第１流路の断面積を減少させるように縮む外側コイルばねと、
上記外側弁部材と上記内側弁部材との間に配置され、上記内側弁部材を軸方向に付勢し、上記内側弁部材に水圧が作用すると上記内側弁部材を摺動させ、上記第２流路の断面積を減少させるように縮む内側コイルばねで構成される定流量弁において
上記内側コイルばねのばね定数は、上記外側コイルばねのばね定数よりも大きく、その外側コイルばねが上記外側弁部材の移動に伴いばね定数が大きくなる単一ばねから構成されていることを特徴とする定流量弁。
【請求項２】
上記外側コイルばねが、上記外側弁部材の移動方向に不等ピッチで巻回されたコイルばねであることを特徴とする請求項１記載の定流量弁。
【請求項３】
供給される水の圧力の変動によらず流出させる水の流量を所定量に調整する定流量弁であって、流入口と流出口が形成された定流量弁本体と、この流量弁本体の内側に上記定流量弁本体に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記定流量弁本体の内周部との間に形成される第１流路の断面積を変化させる外側弁部材と、
上記外側弁部材の内側に上記外側弁部材に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記外側弁部材の内周部との間に形成される第２流路の断面積を変化させる内側弁部材と、
上記定流量弁本体と上記外側弁部材との間に配置され、上記外側弁部材を軸方向に付勢し、上記外側弁部材に水圧が作用すると上記外側弁部材を摺動させ、上記第１流路の断面積を減少させるように縮む外側コイルばねと、
上記外側弁部材と上記内側弁部材との間に配置され、上記内側弁部材を軸方向に付勢し、上記内側弁部材に水圧が作用すると上記内側弁部材を摺動させ、上記第２流路の断面積を減少させるように縮む内側コイルばねで構成される定流量弁において、
上記外側弁部材は、上記外側弁部材を横断するように延びるアーチ部と、このアーチ部に形成され上記内側弁部材を軸方向に摺動可能に支持するよう筒形状に形成された支持突起と、を備え、上記内側弁部材には、上記支持突起の筒形状における内周及び外周の両面に対向壁面を構成するよう円環状の凹部が形成されている定流量弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定流量弁に係わり、特に、供給される水の圧力の変動によらず流出させる水の流量を所定量に調整する定流量弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水道直圧方式の大便器における洗浄水の供給経路等には、給水源からの給水圧の変動によらず洗浄水の流量を所定量に調整する定流量弁が用いられている。
このような従来の定流量弁としては、例えば、特許文献１に記載されているように、円筒状に延びる定流量弁本体内に固定された固定弁体に対し、複数の可動弁体が直列に配置され、各可動弁体の開閉については、各可動弁体に取り付けられたばね定数が異なるコイルばねの弾性力によって調整されるようになっているものが知られている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載されている従来の定流量弁においては、複数の可動弁体が定流量弁本体内の長手方向に沿って直列に配置されているため、作動スペースを要し、狭く限られたスペースで使用することが難しく、定流量弁の小型化を妨げる要因となっている。したがって、定流量弁の小型化が従来から要請されている。
【０００４】
また、特許文献２に記載されているように、円すいコイルばねを用い、このばねの非線形ばね特性を利用した定流量弁も知られているが、この定流量弁に用いられている円すいコイルばねは、製造上、高い寸法精度と形状精度が要求されるため、歩留りが悪く、製造コストが高くなってしまう。したがって、低コストで簡易な構造を有する定流量弁が従来から要請されている。
【０００５】
上記した要請に応えるために、本出願人は小型でかつ簡易な構造を備えた定流量弁を提案している（特許文献３）。
この特許文献３に示す定流量弁は、供給される水の圧力の変動によらず流出させる水の流量を所定量に調整する定流量弁であって、流入口と流出口が形成された定流量弁本体と、この流量弁本体の内側に上記定流量弁本体に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記定流量弁本体の内周部との間に形成される第１流路の断面積を変化させる外側弁部材と、上記外側弁部材の内側に上記外側弁部材に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記外側弁部材の内周部との間に形成される第２流路の断面積を変化させる内側弁部材と、上記定流量弁本体と上記外側弁部材との間に配置され、上記外側弁部材を軸方向に付勢し、上記外側弁部材に水圧が作用すると上記外側弁部材を摺動させ、上記第１流路の断面積を減少させるように縮む外側コイルばねと、上記外側弁部材と上記内側弁部材との間に配置され、上記内側弁部材を軸方向に付勢し、上記内側弁部材に水圧が作用すると上記内側弁部材を摺動させ、上記第２流路の断面積を減少させるように縮む内側コイルばねで構成されている。
この特許文献３における定流量弁においては、供給される水の圧力が極小さい状態では流量弁本体に摺動可能に配置されている上記外側弁部材と上記内側弁部材は共に作動しないが、水圧が増していくと上記流入口と上記流出口の間に差圧が発生し、その差圧を受けて、ばね定数が小さい上記外側コイルばねで付勢した上記外側弁部材が第一に摺動するが、摺動初期段階では上記第１流路の断面積が水圧と比較して大きいため、十分な差圧が得られず、差圧と比較して上記外側コイルばねのばね力が大きいので、上記外側弁部材の摺動は極小さくなる。水圧が上昇し、上記外側コイルばねのばね力と差圧力が等しくなるまでは上記外側弁部材の摺動は極小さいので上記第１流路の断面積は極緩やかに縮小するので上記第１流路の断面積を通る流量は水圧に応じて大きくなる。上記第１流路の断面積において差圧が生じるまで水圧を段階的に上昇させた場合、ある水圧で差圧と上記外側コイルばねのばね力が拮抗する。さらに水圧を上昇させると生じた差圧が上記外側コイルばねのばね力よりも大きくなり、上記外側弁部材は差圧を受けて摺動し、上記第１流路の断面積も縮小する。上記第１流路の断面積が縮小するので差圧はさらに拡大し、その差圧を受けて上記外側弁部材はさらに摺動することで上記外側断面積は縮小するので断面積を通る流量は急激に減少して上記外側コイルばねは急激に縮んでしまう。結果、上記外側弁部材は急閉止し、オーバーシュートとアンダーシュートが発生する。
また、上記定流量弁において、上記外側弁部材が完全に閉止した状態で水圧を上昇させていくと、差圧が上記内側弁部材に付勢する内側コイルばねのばね力よりも大きくなり、上記内側弁部材が摺動する。上記内側弁部材はある水圧で上記第２流路から発生する噴流によりキャビテーションが誘発され、上記内側弁部材が振動したり異音が発生したりすることがある。
【０００６】
【特許文献１】実開昭６１−４０５６９号公報
【特許文献２】特開平６−３３１０５１号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／１００９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、小型でかつ簡易な構造を備えた定流量弁であって、しかも、低圧領域でのオーバーシュート，アンダーシュートを抑え、また、高圧領域でのキャビテーションの発生を抑えることができる定流量弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、供給される水の圧力の変動によらず流出させる水の流量を所定量に調整する定流量弁であって、流入口と流出口が形成された定流量弁本体と、この流量弁本体の内側に上記定流量弁本体に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記定流量弁本体の内周部との間に形成される第１流路の断面積を変化させる外側弁部材と、上記外側弁部材の内側に上記外側弁部材に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記外側弁部材の内周部との間に形成される第２流路の断面積を変化させる内側弁部材と、上記定流量弁本体と上記外側弁部材との間に配置され、上記外側弁部材を軸方向に付勢し、上記外側弁部材に水圧が作用すると上記外側弁部材を摺動させ、上記第１流路の断面積を減少させるように縮む外側コイルばねと、上記外側弁部材と上記内側弁部材との間に配置され、上記内側弁部材を軸方向に付勢し、上記内側弁部材に水圧が作用すると上記内側弁部材を摺動させ、上記第２流路の断面積を減少させるように縮む内側コイルばねで構成される定流量弁において上記内側コイルばねのばね定数は、上記外側コイルばねのばね定数よりも大きく、その外側コイルばねが上記外側弁部材の移動に伴いばね定数が大きくなる単一ばねから構成されていることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明の定流量弁においては、供給される水の圧力が極小さい状態では流量弁本体に摺動可能に配置されている上記外側弁部材と上記内側弁部材は共に作動しないが、水圧が増していくと上記流入口と上記流出口の間に差圧が発生し、その差圧を受けて、ばね定数が小さい上記外側コイルばねに付勢した上記外側弁部材が第一に摺動する。外側コイルばねが外側弁部材の移動に伴いばね定数が大きくなるばねなので上記外側弁部材が摺動することにより上記第１流路の断面積は縮小し差圧が大幅に拡大し、上記外側弁部材をさらに摺動させる向きに力が働いたとしても、外側コイルばねは上記外側弁部材の摺動に追随して縮んでおり、そのばね定数が大きくなるように変化することになるため上記外側弁部材が急激に閉じる方向への摺動に対しての抵抗力となり、外側弁部材の急閉止を防いで、オーバーシュートとアンダーシュートの発生を抑えることができる。
【００１０】
また、上記外側コイルばねが、上記外側弁部材の移動方向に不等ピッチで巻回されたコイルばねであることを特徴とする。
巻回のピッチを不等にすることでばね定数を変化させているため、ばねの製造も比較的簡単であり、また、ばねの径としては一定であるのでこの外側コイルばねの収納スペースの径も一定でよく、定流量弁の構造を簡単にして小型化することができる。
【００１１】
また、本発明においては、供給される水の圧力の変動によらず流出させる水の流量を所定量に調整する定流量弁であって、流入口と流出口が形成された定流量弁本体と、この流量弁本体の内側に上記定流量弁本体に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記定流量弁本体の内周部との間に形成される第１流路の断面積を変化させる外側弁部材と、上記外側弁部材の内側に上記外側弁部材に対して摺動可能に配置され、この摺動により、外周部と上記外側弁部材の内周部との間に形成される第２流路の断面積を変化させる内側弁部材と、上記定流量弁本体と上記外側弁部材との間に配置され、上記外側弁部材を軸方向に付勢し、上記外側弁部材に水圧が作用すると上記外側弁部材を摺動させ、上記第１流路の断面積を減少させるように縮む外側コイルばねと、上記外側弁部材と上記内側弁部材との間に配置され、上記内側弁部材を軸方向に付勢し、上記内側弁部材に水圧が作用すると上記内側弁部材を摺動させ、上記第２流路の断面積を減少させるように縮む内側コイルばねで構成される定流量弁において、上記外側弁部材は、上記外側弁部材を横断するように延びるアーチ部と、このアーチ部に形成され上記内側弁部材を軸方向に摺動可能に支持するよう筒形状に形成された支持突起と、を備え、上記内側弁部材には、上記支持突起の筒形状における内周及び外周の両面に対向壁面を構成するよう円環状の凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、上記支持突起が上記内側弁部材の凹部を摺動する時に、上記支持突起の筒形状内部に内在している水が上記支持突起部への上記内側弁部材の進入で、上記支持突起の内周壁面と上記内側弁部材の円環状の凹部内壁面、支持突起の外周壁面と上記内側弁部材の円環状の凹部外壁面を伝いながら上記内側弁部材の外に出て行く。その際に各壁面と水の粘性抵抗により、上記内側弁部材の摺動方向の反対向きに大きな抵抗が与えられダンパーとしての役割をもつことが出来、第２流路から発生する噴流による内側弁部材のキャビテーションの誘発を抑え、上記内側弁部材が振動したり異音が発生したりすることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、供給される水の圧力の変動によらず流出させる水の流量を所定量に調整する小型でかつ簡易な構造を備え、しかも、低圧領域でのオーバーシュート，アンダーシュートを抑え、また、高圧領域でのキャビテーションの発生を抑えることができる定流量弁を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の定流量弁の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による定流量弁を示す分解斜視図であり、図２は、本発明の第１実施形態による定流量弁を示す斜視図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の定流量弁１は、ほぼ円筒状の定流量弁本体を形成するケーシング２、このケーシング２内に収容された外側コイルばねとしての外側圧縮不等ピッチコイルばね４、外側弁部材６、内側コイルばねとしての内側圧縮コイルばね８、内側弁部材１０、ケーシング２の上流側端部に取り付けられた蓋１２によって構成されている。
ケーシング２の上流側端部に取り付けられた蓋１２には、定流量弁１の流入口１２ａが形成され、ケーシング２の下流側端部には、定流量弁１の流出口２ａが形成されている。
【００１５】
図３は、図２に示す本発明の第１実施形態による定流量弁のＩ−Ｉ断面図であり、図４は、図２に示す本発明の第１実施形態による定流量弁のII−II断面図である。ここで、図３では、定流量弁１内の水の流れを矢印で示している。
図１〜図４に示すように、外側弁部材６は、ケーシング２内に軸方向に摺動可能に配置されており、内側弁部材１０は、外側弁部材６の内側に軸方向に摺動可能に配置されている。
外側弁部材６は、流入口１２ａからケーシング２内に流入した水の圧力を外側弁部材６の上流側端部の受圧部６ａと内側弁部材１０の上流側端部の受圧部１０ｃで受圧し、この受圧部６ａで受圧した水圧に応じて軸方向下流側に摺動するようになっている。
また、図１に示すように、外側弁部材６の主要部である弁体部６ｂは、上流側から下流側に向かって相対的に絞られた形状に形成されている。
さらに、図４に示すように、弁体部６ｂの外周部とケーシング２の流出口２ａとの間には、第１流路として外側可変流路１４が形成されており、外側弁部材６が軸方向に摺動することにより、弁体部６ｂが外側可変流路１４の開度又は流路断面積を可変に調整するようになっている。なお、図３及び図４では、初動低水圧時において、定流量弁１の流入口１２ａからケーシング２内に水が流入するものの、外側弁部材６が軸方向に摺動せずに、外側可変流路１４が最大に開放されている状態を示している。
【００１６】
さらに、ケーシング２の内周部２ｃと外側弁部材６の外周部６ｃとの間には、外側圧縮不等ピッチコイルばね４が外側弁部材６とほぼ同軸に配置されている。
この外側圧縮不等ピッチコイルばね４は、図１に示すように、巻回のピッチが序々に狭くなるように構成されており、そのため、外側弁部材６が移動してこの不等ピッチコイルばね４が縮むとばね定数が大きくなるものであり、ばね荷重とばねの縮みは非線形ばね特性を有し、外側弁部材６が作動しない状態では、ケーシング２の内周部２ｃと外側弁部材６の外周部６ｃとの間に、外側弁部材６を軸方向に付勢するように収容されている。定流量弁１の流入口１２ａからケーシング２内に水が流入すると、この水の圧力によって外側弁部材６の上流側端部の受圧部６ａと内側弁部材１０の上流側端部の受圧部１０ｃとが下流側軸方向に押圧されるようになっている。さらに、この外側弁部材６の押圧と内側弁部材１０の押圧が内側圧縮コイルばね８を介して外側弁部材６を押圧することにより、外側圧縮不等ピッチコイルばね４の上流側端部４ａが下流側軸方向に押圧されるようになっている。
また、外側弁部材６の弁体部６ｂの下流側端部は、外側弁部材６を横断するように延びるアーチ部１８を備えている。外側弁部材６の受圧部６ａと内側弁部材１０の上流側端部の受圧部１０ｃとが受圧する水圧の上昇に応じて、外側弁部材６が下流側へ移動し、外側弁部材６から外側圧縮不等ピッチコイルばね４の上流側端部４ａに加わるばね荷重が増すにつれて、外側弁部材６の弁体部６ｂの外周部に形成された段部６ｄがケーシング２の流出口２ａに近づき、最終的には当接して外側可変流路１４が完全に閉鎖されるようになっている。
また、アーチ部１８は円周方向に９０度間隔で形成された脚部を有することになり、この脚部がケーシング２の流出口２の内周に当接することにより、外側弁部材６の移動におけるガイドとして機構すると共に、外側可変流路１４から噴出する水を整流する役目も果たす。
【００１７】
内側弁部材１０の主要部である弁体部１０ａは、上流側から下流側に向かって相対的に絞られた形状に形成されている。
また、外側弁部材６の内周部６ｅと内側弁部材１０の弁体部１０ａとの間には、第２流路として内側可変流路１６が形成されており、内側弁部材１０が外側弁部材６に対して軸方向に摺動することにより、弁体部１０ａが内側可変流路１６の開度又は流路断面積を可変に調整するようになっている。なお、図３及び図４では、定流量弁１の流入口１２ａからケーシング２内に水が流入するものの、内側弁部材１０が外側弁部材６に対して軸方向に摺動せずに、内側可変流路１６が最大に開放されている状態を示している。
【００１８】
外側弁部材６の内周部６ｅと内側弁部材１０の外周部１０ｂとの間には、内側圧縮コイルばね８が内側弁部材１０とほぼ同軸に配置されている。
この内側圧縮コイルばね８は、外側圧縮不等ピッチコイルばね４のコイル平均径よりも小さい平均径を有し、外側圧縮不等ピッチコイルばね４に対して同軸かつ入れ子状に配置されている。さらに、内側圧縮コイルばね８は線形ばね特性を有しており、外側圧縮不等ピッチコイルばね４は非線形ばね特性を有し、尚且つ外側圧縮不等ピッチコイルばね４のばね定数よりも大きいばね定数を有している。すなわち、本実施形態の定流量弁１は、コイル平均径とばね定数とばね特性の異なる２つの圧縮コイルばね４，８を同軸かつ入れ子状に配置することにより、組み合わせて使用するように構成されている。
【００１９】
また、内側圧縮コイルばね８は、内側弁部材１０が作動しない状態では、外側弁部材６の内周部６ｅと内側弁部材１０の外周部１０ｂとの間に、内側弁部材１０を軸方向に付勢するように収容されている。定流量弁１の流入口１２ａからケーシング２内に水が流入すると、この水の圧力によって内側弁部材１０の上流側端部の受圧部１０ｃが下流側軸方向に押圧されて、この内側弁部材１０の押圧により内側圧縮コイルばね８の下流側端部８ｂが外側弁部材６を下流側軸方向に押圧されるようになっている。
さらに、外側弁部材６が外側可変流路１４を完全に閉鎖した後に内側弁部材１０の受圧部１０ｃが受圧する水圧の上昇に応じて、内側弁部材１０が下流側へ移動し、内側弁部材１０から内側圧縮コイルばね８に加わるばね荷重が増すにつれて、内側弁部材１０の外周部１０ｂに形成された段部１０ｄが外側弁部材６の内周部６ｅに当接し、内側可変流路１６が所定の開度または流路断面積まで閉鎖されるようになっている。
【００２０】
なお、上述した実施形態の定流量弁１においては、一例として、流入口１２ａと流出口２ａにおける水圧の差（差圧）Ｐがほぼ０．１５ＭＰａの場合に、まず外側弁部材６が最も下流側に摺動して外側可変流路１４を完全に閉鎖し、差圧Ｐがほぼ１．０ＭＰａの場合に、外側弁部材６が外側可変流路１４を完全に閉鎖した状態で、内側弁部材１０が最も下流側に摺動して内側可変流路１６を最小限度に開放し、それぞれの場合の流出口２ａにおける流量Ｑが下限目標流量値Ｑ０から上限目標流量値Ｑ１までの目標定流量域となる２０Ｌ／ｍｉｎ〜２５Ｌ／ｍｉｎの範囲となるように、外側弁部材６と内側弁部材１０の寸法及び形状と外側圧縮不等ピッチコイルばね４及び内側圧縮コイルばね８の仕様が定められている。
【００２１】
さらに、図１〜図３に示すように、外側弁部材６のアーチ部１８の中心部には、内側弁部材１０を軸方向に摺動可能に支持する支持突起２２が形成されている。
この支持突起２２は筒状に形成されて内側には凹部２２ａが形成されている。
一方、内側弁部材１０には、外側弁部材６の支持突起２２を摺動可能に受け入れる突起２０が形成され、突起２０の内側には凹部２０ａの内側に突起凸部２０ｂが形成され、結果として凹部２０ａは円環状に形成されている。外側弁部材６の支持突起２２に内側弁部材１０の突起２０が受け入れられている状態では、この支持突起２２が、凹部２０ａに収まり、突起凸部２０ｂが支持突起２２の凹部２２ａに収まることにより、内側弁部材１０が移動して凹部２０ａに支持突起２２が収まるように移動する際には、支持突起２２の内側の凹部２２ａに内在している水が支持突起２２の内周壁面２２ｃと円環状の凹部２０ａの内壁面２０ｃ、及び、支持突起２２の外周壁面２２ｄと円環状の凹部２０ａの外壁面２０ｄを伝いながら上記内側弁部材の外に出て行く。その際に各壁面２０ｃ，２０ｄ，２２ｃ，２２ｄと水の粘性抵抗により、上記内側弁部材１０の摺動方向の反対向きに大きな抵抗が与えられダンパーとしての役割をもつことが出来、水圧が高く第１流路が閉止されて第２流路のみを水が流れるときに発生する噴流による内側弁部材１０のキャビテーションの誘発を抑え、上記内側弁部材が振動したり異音が発生したりすることを防止することができる。
また、外側弁部材６のアーチ部１８は、径方向に放射状に形成された翼部２４を備えており、この翼部２４が外側弁部材６の下流側を整流することにより、水流の乱れによる外側弁部材６の横方向の振動を防止するようになっている。
【００２２】
つぎに、上述した本発明の第１実施形態による定流量弁１の動作（作用）について説明する。
図５は、本実施形態の定流量弁１における水圧と流量との関係、及び、水圧と全流路断面積との関係をそれぞれ定性的に示した特性線図である。ここで、図５において、横軸に流入口１２ａと流出口２ａにおける水圧の差（差圧）Ｐ、左側縦軸に流量Ｑ、右側縦軸に定流量弁１の流出口２ａにおける全流路断面積Ｓをそれぞれ示し、流量線図については実線で示し、全流路断面積の特性線図については破線で示している。
また、図５の線図では、作動中の定流量弁の各作動状態について、定流量弁に流入する水の圧力の小さい順にＯ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表している。
さらに、図６〜図９は、図５の作動状態Ａ〜Ｄにおける各定流量弁を示す断面図である。また、図１０は、本発明の第１実施形態による定流量弁１において、図２のIII−III断面による作動状態Ｄを示す断面図である。
【００２３】
まず、図３〜図５に示すように、初期状態である作動状態Ｏの定流量弁１は、定流量弁１の流入口１２ａからケーシング２内に水が流入しているが、差圧Ｐがほとんど生じていない状態である。この状態では、外側弁部材６と内側弁部材１０は、最も上流側に位置しており、外側可変流路１４と内側可変流路１６は最大に開放されている。
ここで、これら外側可変流路１４と内側可変流路１６が最大に開放された作動状態Ｏにおいて、流量Ｑは差圧Ｐがほとんど生じていないため、ほぼ０となる。
さらに、定流量弁１の外側弁部材６と内側弁部材１０は、流入する水の差圧Ｐが上昇するにつれて、作動状態Ｏから、作動状態Ａ（図５及び図６参照）、作動状態Ｂ（図５及び図７参照）、作動状態Ｃ（図５及び図８参照）、作動状態Ｄ（図５及び図９〜図１０参照）の順で作動する。
【００２４】
図５及び図６に示すように、作動状態Ａの定流量弁１は、外側弁部材６の受圧部６ａと内側弁部材１０の受圧部１０ｃのそれぞれに加わる水圧が作動状態Ｏよりも上昇した状態となる。この状態では、外側圧縮不等ピッチコイルばね４が外側弁部材６の受圧部６ａと内側弁部材１０の上流側端部の受圧部１０ｃとにより下流側軸方向に押圧され、内側圧縮コイルばね８が内側弁部材１０の受圧部１０ｃにより下流側軸方向に押圧されている。このとき、ばね定数の小さい外側圧縮不等ピッチコイルばね４が内側圧縮コイルばね８よりも軸方向に大きく縮むため、また、この外側圧縮不等ピッチコイルばね４は不等ピッチで巻回されていて縮む初期においては特にばね定数が小さいため、ケーシング２内では、外側弁部材６が内側弁部材１０よりも大きく下流側軸方向に摺動する。また、外側可変流路１４と内側可変流路１６は共に開放されており、流量Ｑは水圧の上昇と共に下限目標の流量値Ｑ０に向かって増加しているが、全流路断面積Ｓは減少している。
【００２５】
また、図５及び図７に示すように、作動状態Ｂの定流量弁１は、外側弁部材６の受圧部６ａと内側弁部材１０の受圧部１０ｃのそれぞれに加わる水圧が作動状態Ａよりもさらに上昇した状態となる。この状態では、外側圧縮不等ピッチコイルばね４が外側弁部材６の受圧部６ａと内側弁部材１０の上流側端部の受圧部１０ｃとにより下流側軸方向にさらに押圧され、内側圧縮コイルばね８が内側弁部材１０の受圧部１０ｃにより下流側軸方向にさらに押圧される。このとき、外側弁部材６のアーチ部１８の段部６ｄがケーシング２の流出口２ａに当接し、外側可変流路１４が完全に閉鎖されるが、内側可変流路１６は作動状態Ａの開放状態よりもわずかに閉鎖されている。
また、作動状態ＡからＢへの途中の状態において、流量Ｑは水圧の上昇と共に増加して下限目標の流量値Ｑ０を超えて一旦最大となるが、その後作動状態Ｂでは、流量Ｑは減少して目標の流量値Ｑ０に近づいて目標定流領域に収まる。一方、全流路断面積Ｓについては、作動状態ＡからＢにかけて水圧の上昇と共に減少する。なお、この作動状態ＡからＢへの途中においては、作動状態ＯからＡへの移動時よりも外側圧縮不等ピッチコイルばね４のバネ定数が大きくなるため、外側弁部材６が急激に閉じる方向への摺動に対しての抵抗力となり、外側弁部材６の急閉止を防いで、オーバーシュートを抑えることができ、また、外側コイルばねを等ピッチコイルばねとしてばね定数を大きくしていると、外側可変流路１４が完全に閉鎖され難くアンダーシュートの発生の恐れがあるが、不等ピッチコイルばねとすることで、外側弁部材の閉止に近づくにつれてバネ定数を高めることにより、アンダーシュートの発生を抑えることができる。
【００２６】
さらに、図５及び図８に示すように、作動状態Ｃの定流量弁１は、外側弁部材６の受圧部６ａと内側弁部材１０の受圧部１０ｃのそれぞれに加わる水圧が作動状態Ｂよりもさらに上昇した状態となる。この状態では、外側圧縮不等ピッチコイルばね４はこれ以上縮まず、外側弁部材６のアーチ部１８の段部６ｄがケーシング２の流出口２ａに当接して外側可変流路１４が完全閉鎖された状態まま、内側圧縮コイルばね８が内側弁部材１０の受圧部１０ｃにより下流側軸方向にさらに押圧される。このとき、内側可変流路１６は作動状態Ｂの開放状態よりもさらに閉鎖される。
また、作動状態ＢからＣへの途中の状態において、流量Ｑは水圧の上昇と共に作動状態Ｂの流量よりもわずかに増加して一旦最大となるが、その後作動状態Ｃでは、流量は最小目標の流量値Ｑ０に向かって減少傾向となる。一方、全流路断面積Ｓについては、作動状態ＢからＣにかけて水圧の上昇と共にさらに減少する。
【００２７】
つぎに、図５及び図９〜図１０に示すように、作動状態Ｄの定流量弁１は、外側弁部材６の受圧部６ａと内側弁部材１０の受圧部１０ｃのそれぞれに加わる水圧が作動状態Ｃよりもさらに上昇した状態となる。この状態では、外側圧縮不等ピッチコイルばね４と内側圧縮コイルばね８は共にこれ以上縮まず、また外側弁部材６のアーチ部１８の段部６ｄがケーシング２の流出口２ａに当接して外側可変流路１４が閉鎖された状態のままである。
さらに、内側弁部材１０も下流側軸方向へこれ以上摺動することなく、内側可変流路１６は作動状態Ｃの開放状態よりもわずかに閉鎖されて最小限の開度または流路断面積まで閉鎖された状態となる。すなわち、外側弁部材６と内側弁部材１０がケーシング２に対して最も下流側に位置し、外側可変流路１４が閉鎖されたままの状態で、かつ内側可変流路１６のみが最小限度に開放されて通水状態が維持された状態となる。
また、作動状態ＣからＤへの途中の状態において、流量Ｑは水圧の上昇と共に減少して作動状態Ｄで下限目標流量値Ｑ０に近づく。一方、全流路断面積Ｓについては、作動状態ＣからＤにかけて水圧の上昇と共にさらに減少し、Ｄにおいて全流路面積は最小となる。その後作動状態Ｄよりも水圧が上昇しても、断面積Ｓは変わらずにほぼ一定となり、さらに水圧が上昇するとともに流量は増加する。
【００２８】
上述した本発明の第１実施形態による定流量弁１によれば、流入口１２ａから流入した水の差圧に応じた外側弁部材６、内側弁部材１０、外側圧縮不等ピッチコイルばね４、内側圧縮コイルばね８の一連の作動により、定流量弁１に供給される水の圧力の変動によらず流出口２ａから流出させる水の流量を下限目標流量値Ｑ０から上限目標流量値Ｑ１の範囲である目標定流量域内となるように調整することができる。
【００２９】
また、本実施形態の定流量弁１によれば、定流量弁本体を形成するケーシング２内に外側弁部材６が軸方向に摺動可能に配置され、この外側弁部材６の内側に内側弁部材１０が軸方向に摺動可能に配置されている。さらに、外側圧縮不等ピッチコイルばね４がケーシング２の内周部２ｃと外側弁部材６の外周部６ｃとの間に外側弁部材６とほぼ同軸に配置されて、内側圧縮コイルばね８が外側弁部材６の内周部６ｅと内側弁部材１０の外周部１０ｂとの間に内側弁部材１０とほぼ同軸に配置されている。したがって、これらの複数の部材４，６，８，１０が互いのスペースを利用して、ケーシング２内の限られたスペースにコンパクトに集約されているため、定流量弁１の全体を小型化することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態の定流量弁１によれば、コイル平均径とばね定数が異なる２つの線形コイルばね４，８をほぼ同軸かつ入れ子状に配置して、組み合わせて使用するため、小型でかつ簡易な構造を備えた定流量弁を実現することができる。
【００３１】
また、本実施形態の定流量弁１によれば、外側弁部材６が内側弁部材１０を軸方向に摺動可能に支持するアーチ部１８を備えており、このアーチ部１８の支持突起２２が内側弁部材１０の凹部２０に挿入されているため、内側弁部材１０が外側弁部材６に対して正確に軸方向に摺動することができる。また、内側弁部材１０が軸方向に摺動する際、横方向への振動を防止すると共に、水の流動による内側弁部材１０の急激な移動を防止することができる。
【００３２】
なお、上記した実施形態においては、外側コイルばねが上記外側弁部材の移動に伴いばね定数が大きくなる構成として不等ピッチで巻回されたものについて説明してきたが、これに限らず、巻回ピッチは等ピッチで径を変化させて巻回させた円錐ばねを用いるなどの変更をすることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態による定流量弁を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による定流量弁を示す斜視図である。
【図３】図２に示す本発明の第１実施形態による定流量弁のＩ−Ｉ断面図である。
【図４】図２に示す本発明の第１実施形態による定流量弁のII−II断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の定流量弁における水圧と流量との関係、及び、水圧と全流路断面積との関係をそれぞれ定性的に示した特性線図である。
【図６】本発明の第１実施形態による定流量弁の作動状態Ａを示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による定流量弁の作動状態Ｂを示す断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態による定流量弁の作動状態Ｃを示す断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態による定流量弁の作動状態Ｄを示す断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による定流量弁において、図２のIII−III断面による作動状態Ｄを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  定流量弁
２  ケーシング
４  外側圧縮不等ピッチコイルばね
６  外側弁部材
８  内側圧縮コイルばね
１０  内側弁部材
１２  蓋
１４  外側可変流路
１６  内側可変流路
１８  アーチ部
２０  凹部
２２  支持突起
２４  翼部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図３】
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