(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口と流出口とを備えたケース体と、前記流入口と流出口を開閉するための回転式の弁体とを備え、前記弁体の表面に前記流入口内又は流出口内に位置する凹溝を形成し、前記弁体の回転に伴って前記凹溝が前記流出口側又は流入口側に入り込むことにより該凹溝を通して該流入口から流出口への流体の流入量を調節することができる流量調節弁であって、前記凹溝の形成角度を、前記弁体の回転中心を頂点とする中心角が１８０度を超える角度に設定し、前記弁体を閉じ位置から最大流入量となる最大開放位置まで回転させる回転範囲内において、前記凹溝を、前記弁体の回転中心を基にして描いたほぼ円弧状の調節溝部と、この調節溝部に連続して形成され、かつ、最大流量となる最大流量溝部とから構成し、前記調節溝部を、開放側始端部位から中間部位までの第１溝部と、前記中間部位から前記最大開放位置となる前記最大流量溝部の直前の位置に相当する終端部位までの第２溝部とから構成し、前記第１溝部が前記流入口に位置し、かつ、前記第２溝部が前記流出口に位置する状態となる中間開放位置から前記最大流量溝部が前記流入口に位置する状態となる最大開放位置までの回転角度に対する流入量の変化度合いが該閉じ位置から該中間開放位置までの回転角度に対する流入量の変化度合いとほぼ同一になるように、該凹溝の形状を設定し、前記２つの溝部が断面形状矩形状となるように該溝部を左右の側壁と底壁とで構成し、かつ、前記第１溝部の始端から第２溝部の終端までの左右幅を終端側ほど広くなるように設定し、前記第１溝部と第２溝部の２箇所から前記流出側ケース部へ流出する流量が設定流量になるように該第２溝部の始端側の底壁面を終端側ほど表面側に位置する昇り傾斜面に形成し、前記第２溝部の傾斜面の終端から前記最大流量溝部までの底壁面を前記第１溝部の底壁面よりも浅く形成したことを特徴とする流量調節弁。
【請求項２】
前記最大開放位置に対する弁体の開度を１００％としたときの前記中間開放位置に対する弁体の開度を６５％に設定してなる請求項１記載の流量調節弁。
【請求項３】
前記流入口と前記弁体との密閉力を高めるための弁座を設け、この弁座を断面形状ほぼ矩形状に形成し、前記弁座の一部を入り込ませるために前記流入口の端面に形成する溝の断面形状をほぼ矩形状に形成してなる請求項１記載の流量調節弁。
【請求項４】
前記弁座を、前記弁部の外形よりも少し小さな優弧部と、この優弧部の両端を直線的に連結する直線部とからなるほぼＤ字形状に構成してなる請求項３記載の流量調節弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば水処理装置の一例である浄化槽等のエア供給路に用いられる流量調節弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記流量調節弁は、小型化を図りながらも、流量調節の範囲を広く取れるものが要望されており、図１に示すものが既に提案されている。
これは、エア流入口２が形成された水平（横）姿勢の流入側円筒状ケース部７と、このケース部７からのエアを流出口１を介して流入方向に対して直角（９０度）となる上下（縦）方向（図では下方）に案内するための姿勢の流出側円筒状ケース部５と、これら２つの口１，２を開閉するために流出側円筒状ケース部５の上端面に設けた環状の弁座９に接触する回転式の弁体３とからなり、この弁体３の回転角度に応じて流出口１への流体の流入量を調節するために弁体３の弁部３Ａの表面に凹溝１０を形成している。
そして、図７及び図８（ａ），（ｂ）に示すように、前記凹溝１０を、弁部３Ａの表面に弁部３Ａの回転中心として描いたほぼ円弧状で、かつ、その円弧が円周の半分よりも大きな優弧に形成すると共に、凹溝１０の終端側ほど左右幅及び上下深さ共に徐々に増大するように形成することによって、前記のように調節の範囲を広く取ることができるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、所定の風量を得るためにはそれに対応する回転角度に弁体３を操作することになるが、実際に弁体３の回転角度（開度）に対する風量を測定してみると、図９（ａ），（ｂ）に示すように、閉じ位置（図９（ａ）の位置）からある特定の回転角度（図９（ｂ）の位置、１３５度付近）から計算値（理論値）よりも風量がアップして回転角度と風量との関係がリニアにならない、つまり一定した調節ができなくなる不都合が発生していた。これは、図６に実線で示すように、前記回転角度の１３５度（最大回転角度の２２５度を１００％とすると、１３５度／２２５度×１００％＝６０％の開度になる時点）から開度に対する風量の傾きが大きくなっていることから明らかである。
しかしながら、上記のような実際の風量測定を行っていないため、上記不都合が実際に発生していることが全くわかっていない状態での使用がほとんどであった。特に、前記風量の急激なアップが大きな回転角度からの場合であることから、風量がある程度大きくなっており、そのため、増大量が所定値よりも少し高まっている程度では分かりにくいものであった。
【０００４】
本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、回転角度と風量との関係を弁体の全調節領域においてもリニアな関係に維持させることによって、正確な調節が行える流量調節弁を提供する点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題解決のために、流体の流入口と流出口とを備えたケース体と、前記流入口と流出口を開閉するための回転式の弁体とを備え、前記弁体の表面に前記流入口内又は流出口内に位置する凹溝を形成し、前記弁体の回転に伴って前記凹溝が前記流出口側又は流入口側に入り込むことにより該凹溝を通して該流入口から流出口への流体の流入量を調節することができる流量調節弁であって、前記凹溝の形成角度を、前記弁体の回転中心を頂点とする中心角が１８０度を超える角度に設定し、前記弁体を閉じ位置から最大流入量となる最大開放位置まで回転させる回転範囲内において、前記凹溝を、前記弁体の回転中心を基にして描いたほぼ円弧状の調節溝部と、この調節溝部に連続して形成され、かつ、最大流量となる最大流量溝部とから構成し、前記調節溝部を、開放側始端部位から中間部位までの第１溝部と、前記中間部位から前記最大開放位置となる前記最大流量溝部の直前の位置に相当する終端部位までの第２溝部とから構成し、前記第１溝部が前記流入口に位置し、かつ、前記第２溝部が前記流出口に位置する状態となる中間開放位置から前記最大流量溝部が前記流入口に位置する状態となる最大開放位置までの回転角度に対する流入量の変化度合いが該閉じ位置から該中間開放位置までの回転角度に対する流入量の変化度合いとほぼ同一になるように、該凹溝の形状を設定し、前記２つの溝部が断面形状矩形状となるように該溝部を左右の側壁と底壁とで構成し、かつ、前記第１溝部の始端から第２溝部の終端までの左右幅を終端側ほど広くなるように設定し、前記第１溝部と第２溝部の２箇所から前記流出側ケース部へ流出する流量が設定流量になるように該第２溝部の始端側の底壁面を終端側ほど表面側に位置する昇り傾斜面に形成し、前記第２溝部の傾斜面の終端から前記最大流量溝部までの底壁面を前記第１溝部の底壁面よりも浅く形成して、流量調節弁を構成した。
本願発明者は、弁体を閉じ位置から最大流入量となる最大開放位置まで回転させていくと、弁体の凹溝の始端側と終端側の２箇所で流入口と流出口とが連通する状態となることを発見した。つまり、流量調節弁の小型化を図りながらも、広い範囲に渡って徐々に流量を上げていくためには、上記のように凹溝の形成角度を、前記弁体の回転中心を頂点とする中心角が１８０度を超える角度に設定しなければならないため、弁体を回転していくと、前記のように２箇所で流出する状態が発生するのである。このことは、実際の流入量を測定してみると、測定した流入量が理論上で求めた流入量（凹溝の終端側でのみ流入する流入量）に凹溝の始端から通過する流体の流入量がプラスされた値になっていることから明らかである。従って、凹溝の形状を上記のように設定することによって、図６に２点鎖線で示すように回転角度２２．５度（開度１０％）から１８０度（開度８０％）に渡って流入量が一直線状に変化していくリニアな関係を維持することができるのである。尚、図６では、回転角度２２．５度（開度１０％）から１８０度（開度８０％）の場合を示しているが、用途等に合わせて変更可能であり、この範囲に限定されるものではない。
又、上記のように弁体を回転させることにより、調節溝部にて徐々に流量を増大させることができる。そして、第２溝部の始端側の底壁面を終端側ほど表面側に位置する昇り傾斜面とすることによって、流量が設定値よりも大きく増大することを回避することができる。例えば傾斜面を設けず、直角に立ち上げて流量調節を行う構成の場合に、弁部の凹溝の始端側と終端側の２箇所で流入口と流出口とが連通する状態となる箇所（前記直角に立ち上げる箇所）を精度良く形成する必要があるが、前記のように傾斜面を形成すれば、その必要が無くなるものである。
【０００６】
前記最大開放位置に対する弁体の開度を１００％としたときの前記中間開放位置に対する弁体の開度を６５％に設定している。
【０００８】
前記流入口と前記弁体との密閉力を高めるための弁座を設け、この弁座を断面形状ほぼ矩形状に形成し、前記弁座の一部を入り込ませるために前記流入口の端面に形成する溝の断面形状をほぼ矩形状に形成することによって、断面形状円形に形成された弁座の場合に、弁体の回転に伴って弁座が溝に対して移動して弁座の一部分が大きな変形力を受けることがなく、常に安定した接触状態を維持させることができる。
【０００９】
前記弁座を、前記弁部の外形よりも少し小さな優弧部と、この優弧部の両端を直線的に連結する直線部とからなるほぼＤ字形状に構成している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の流量調節弁を示している。この流量調節弁は、図に示すように、流入口２と流出口１を塞ぐ回転式の弁体３の回転角度を変更することによって、流入口２から流出口１への流体の流量を調節することができるように構成されている。つまり、流入通路６を通して上方の前記流入口２に案内するためのほぼ水平姿勢の流入側円筒状ケース部７と、前記流入口２からの流体を流入通路６の方向と直交する方向に案内するためのほぼ縦（上下）方向（図では下方向き）の流出通路４を形成する流出側円筒状ケース部５と、前記流出側円筒状ケース部５の上端から上方に延出された弁体収納用の円筒状の収納ケース部８とからなるケース体と、前記流出口１、つまり前記流出口側円筒状ケース部５の上端面に設けた環状の弁座９とを備えている。そして、弁体３の回転角度に応じて流出口１への流体の流入量を調節するために弁体３の弁部３Ａの弁座接触側表面のうちの、前記弁座９で囲まれる範囲内に凹溝１０を形成している。ここでは、前記凹溝１０を流出口１内に位置するように形成して、凹溝１０が流出口１から流入口２側に入り込むように構成しているが、これとは逆に、流入口２内に位置するように凹溝１０を形成して、凹溝１０が流入口２から流出口１側に入り込むように構成してもよい。図に示す１１は、前記弁体３を回転支持すると共に、前記収納ケース部８の上端開口部を閉じるための蓋体である。又、１２は、前記弁体３を回転操作するための手動操作用のハンドルであり、１３は、前記ハンドル１２を固定するためのキャップであり、前記弁体３の上端にねじ止めしている。前記本発明は、特に浄化槽等のエア供給ラインに用いる場合に有効であるが、調節を必要とする他の流体の移動を行うものに用いることができる。前記流体の流入方向と流出方向は、前記のように９０度異なる方向とする他、同一方向あるいはどのような角度の方向に設定してもよい。又、前記弁体３の弁部３Ａを円形に形成することによって、長方形や正方形等の矩形状に形成するものに比べて小型化を図ることができる利点がある。
【００１１】
前記凹溝１０は、図２及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、前記弁部３Ａの回転中心を頂点とする中心角Ｘが１８０度を越える角度（図ではほぼ２１０度）範囲内、換言すれば弁部３Ａの回転中心を通る直線にて２分割した半分よりも広い範囲（図では弁部の全面積のほぼ２／３を占める面積）内に形成し、前記弁体３を閉じ位置から最大流入量となる最大開放位置まで回転させる回転範囲内において、前記弁部３Ａの凹溝１０の始端側と終端側の２箇所で前記流入口２と流出口１とが連通する状態となる中間開放位置（図５（ｅ）の位置）から最大開放位置（図５（ｆ）の位置）までの回転角度に対する流入量の変化度合いが閉じ位置（図５（ａ）の位置）から中間開放位置（図５（ｅ）の位置）までの回転角度に対する流入量の変化度合いとほぼ同一になるように、該凹溝１０の形状を設定している。具体的には、前記凹溝１０を、前記弁部３Ａの回転中心を基にして描いたほぼ円弧状の調節溝部１４と、この調節溝部１４に連続して形成され、かつ、最大流量となる最大流量溝部１５とから構成している。
【００１２】
そして、図６に２点鎖線で示すように、前記弁体３の最大回転角度２２５度を１００％としたときの弁体３の開度１０％〜８０％（弁体３の実際の回転角度２２．５度〜１８０度）の範囲において調節をリニアな状態（傾き一定の状態）ですることができるのである。そして、図６に実線で示す従来のものにおいては開度６０％の時点から開度に対する風量の割合が急激に増えて調節が不可能になるものである。この従来のものは、凹溝の調節範囲が本願発明のものよりも狭いものを使用しているため、開度６０％の時点から開度に対する風量の割合が急激に増えるようになっている。又、従来のものは、凹溝の形状（深さ及び左右の幅の大きさ）が本願発明のものと異なるため、開度１０％〜６０％の調節範囲での傾きが本願発明のものと相違している。このため、本願発明との相違を容易に理解できるようにするために比較例として図６に破線で示すものを示している（破線の部分以外は実線のものと同一である）。この比較例のものは、開度６０％の時点から前述のように２箇所から排出されるものであるため、凹溝１０の始端部側の部分の流量分だけ上昇する傾きになっている。尚、実験に際して、最大容量が１００Ｌ（リットル）／分のエアポンプを使用し、このエアポンプから前記流量調節弁までエアを案内するためのパイプの内径が１３ｍｍのものを使用し、流量調節弁から排出されるエアの流量を測定している。
【００１３】
前記調節溝部１４は、開放側始端部位Ｍ１から前記中間開放位置に相当する中間部位Ｍ２までの第１溝部１４Ａと、前記中間開放位置に相当する中間部位Ｍ２から前記最大開放位置となる前記最大流量溝部１５の直前の位置に相当する終端部位Ｍ３までの第２溝部１４Ｂとから構成している。前記溝部１４Ａ，１４Ｂのそれぞれは、左右の側壁１４ａ，１４ｂと底壁１４ｃとでなる断面形状矩形状に形成され、前記第１溝部１４Ａの始端から第２溝部１４Ｂの終端までの左右幅を終端側ほど広くなるように設定し、前記第１溝部１４Ａと第２溝部１４Ｂの２箇所から前記流出側ケース部５へ流出する流量が設定流量になるように該第２溝部１４Ｂの始端側の底壁面１４ｄを終端側ほど表面側に位置する昇り傾斜面に形成し、第２溝部１４Ｂの傾斜面１４ｄの終端から前記最大流量溝部１５までの底壁面１４ｆを前記第１溝部１４Ａの底壁面１４ｅよりも浅く形成している。前記第１溝部１４Ａの始端から第２溝部１４Ｂの終端までの左右幅を前記のように変更することによって、流量調節を行うようにしたが、深さを変更して流量調節を行うようにしてもよい。又、第２溝部１４Ｂの傾斜面１４ｄを無くし、第１溝部１４Ａの終端と第２溝部１４Ｂの始端とを直角に結ぶ構成としてもよい。この場合、直角となる垂直面を形成する位置を前記のように２箇所から流出する時点になるように精度よく形成する必要がある。
【００１４】
前記弁座９は、ゴムや柔軟性を有する合成樹脂等で作成されたパッキンでなり、流出口１と前記弁体３との密閉力を高めるために設けられているが、ケース体を比較的柔軟性を有する合成樹脂等で構成する場合には、弁座９を省略することもできる。そして、図１に示すように、前記弁座９を断面形状ほぼ矩形状（正方形又は長方形）に形成し、前記弁座９の一部を入り込ませるために前記流出口１の端面に形成する溝１６の断面形状をほぼ矩形状（正方形又は長方形）に形成している。前記弁座９を溝１６内にはめ込むことにより装着するようにしたが、溝１６を省略して熱融着又は接着剤等により弁座９を装着するようにしてもよい。
【００１５】
又、図２にも示すように、前記弁座９を、前記弁部３Ａの外形よりも少し小さな優弧部９Ａと、この優弧部９Ａの両端を直線的に連結する直線部９ＢとからなるほぼＤ字形状に構成しているが、他の異なる形状に構成して実施することもできる。
【００１６】
図４に、前記ハンドル１２を回転させることにより、流量調節弁を全閉（回転角度０度）から全開（回転角度２２５度）まで操作したときの前記弁座９に対する凹溝１０の関係を示している。又、図５（ａ）の全閉状態（閉じ位置）から、図５（ｂ）では、ハンドルを２０度（全開時の回転角度２２５度を開度１００％とすれば開度８．９％）回転させた場合を示し、図５（ｃ）では、ハンドルを９０度（開度４０％）回転させた場合を示し、図５（ｄ）では、ハンドルを１３５度（開度６０％）回転させた場合を示し、図５（ｅ）では、ハンドルを１４６．２５度（開度６５％）回転させた場合（中間開放位置）を示し、図５（ｆ）では、ハンドルを２２５度（開度１００％）回転させた全開状態（最大開放位置）を示している。そして、図５（ｄ）から図５（ｅ）に切り替わる時点で前述のように第１溝部１４Ａの始端と第２溝部１４Ｂの始端（傾斜面１４ｄ）の２箇所で流入口２と流出口１とが連通状態になり、この連通状態が前記最大開放位置まで継続されることになる。そして、従来のものでは、図６に示しているように開度６０％の時点から急激に流れる（グラフの傾きが大きくなる）ことになるが、本願のものは傾きが同一（一定）になっており、開度１０％から開度８０％までの範囲で調節ができるようにしている。図５では凹部１０をより分かり易くするために弁座９と重複する部分も実線で示している。尚、前記調節の範囲は、凹部１０の形成角度や凹部１０の形状等により自由に変更することができる。図では、凹部１０を単一のものから構成しているが、複数のものから構成することも可能である。
【００１７】
前記ハンドル１２の回転角度、つまり０度から２２５度の間の回転角度を規制するための規制機構（図示せず）を設けると共に、回転操作したときの回転角度を容易に把握することができるように蓋体１１側に目盛りを付し、ハンドル１２側に前記目盛りに対する回転位置を示す印又は指針部１７（図４参照）等を設けて実施してもよいし、蓋体１１に対するハンドル１２の回転位置を検出するセンサ（非接触式又は接触式等）を設けると共に、そのセンサの情報に基づいて回転角度（流出量も表示すればより便利である）を表示する表示部を設けて実施することもできる。
【００１８】
【発明の効果】
凹溝の始端側と終端側の２箇所で前記流入口と流出口とが連通する状態となる中間開放位置から最大開放位置までの回転角度に対する流入量の変化度合いが閉じ位置から中間開放位置までの回転角度に対する流入量の変化度合いとほぼ同一になるように、凹溝の形状を設定することによって、流量調節弁の小型化を図りながらも、広い範囲に渡って設定された一定の割合で流入量の調節を行うことができ、小型化及び調節範囲の拡大を必要とする分野において有用な流量調節弁を提供することができる。
又、第２溝部の始端側の底壁面を終端側ほど表面側に位置する昇り傾斜面とすることによって、例えば傾斜面がなく、直角に立ち上げて流量調節を行う構成の場合に、弁部の凹溝の始端側と終端側の２箇所で流入通路と流出通路とが連通する状態となる箇所（前記直角に立ち上げる箇所）を精度良く形成しなくても、流量が設定値よりも大きく増大することを回避することができ、製造面及び組立面において有利になる。
【００２０】
流入口と前記弁体との密閉力を高めるための弁座を断面形状ほぼ矩形状に形成し、弁座の一部を入り込ませるために流入口の端面に形成する溝の断面形状をほぼ矩形状に形成することによって、断面形状円形に形成された弁座の場合に、弁体の回転に伴って弁座が溝に対して移動して弁座の一部分が大きな変形力を受けることがなく、常に安定した接触状態を維持させることができ、長期間に渡って良好に使用することができる流量調節弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】流量調節弁の縦断面図である。
【図２】弁体と横断面にしたケース体とを展開した図である。
【図３】弁体の弁部を示し、（ａ）は、それの底面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】ハンドルの最大回転角度を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、弁座に対する凹溝の任意の回転角度を示す説明図である。
【図６】開度と風量との関係を示すグラフである。
【図７】従来の弁体と横断面にしたケース体とを展開した図である。
【図８】従来の弁体を示し、（ａ）は、それの底面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】従来の弁体の凹溝と弁座とを示し、（ａ）は、全閉状態を示し、（ｂ）は、１３５度回転した状態を示している。
【符号の説明】
１  流出口            ２  流入口
３  弁体              ３Ａ  弁部
４  流出通路          ５  流出側円筒状ケース部
６  流入通路          ７  流入側円筒状ケース部
８  収納ケース部      ９  弁座（パッキン）
９Ａ  優弧部            ９Ｂ  直線部
１０  凹溝              １１  蓋体
１２手動操作用のハンドル
１３キャップ          １４  調節溝部
１４Ａ    第１溝部          １４Ｂ  第２溝部
１４ａ，１４ｂ    側壁            １４ｃ  底壁
１４ｄ    底壁面（傾斜面）  １４ｅ，１４ｆ  底壁面
１５  最大流量溝部      １６  溝
１７  指針部            Ｍ１  始端部位
Ｍ２  中間部位          Ｍ３  終端部位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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