(57)【要約】  【課題】  非線型バネを使わずに、板バネと一体になった円筒状弁体を多段に連設する構造としたことで、部品点数も少なくなり、小型で構造も簡単な定流量弁を実現する。  【解決手段】  外周に板バネを少なくとも２以上設けた略円筒形状の円筒状弁体と、該円筒状弁体を複数多段に摺動自在に挿通したガイド棒と、給水口と排水口を連通する筒体であって、前記カイド棒の一端を挿着した状態で前記複数の円筒状弁体を収納する本体ケースと、から成り、前記円筒状弁体の板バネは前記排水口側の円筒状弁体へ当接するように構成されており、前記給水口における圧力変化に伴って前記円筒状弁体の板バネが変形することによって、前記円筒状弁体間の開口面積が変化して流量を調整する複数の可変オリフィス部が形成されていることを特徴とする。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に板バネを少なくとも２以上設けた略円筒形状の円筒状弁体と、該円筒状弁体を複数多段に摺動自在に挿通したガイド棒と、給水口と排水口を連通する筒体であって、前記カイド棒の一端を挿着した状態で前記複数の円筒状弁体を収納する本体ケースと、から成り、前記円筒状弁体の板バネは前記排水口側の円筒状弁体へ当接するように構成されており、前記給水口における圧力変化に伴って前記円筒状弁体の板バネが変形することによって、前記円筒状弁体間の開口面積が変化して流量を調整する複数の可変オリフィス部が形成されていることを特徴とする定流量弁。
【請求項２】
前記円筒状弁体は、圧力変化に伴い開口面積が変化して流量を調整する可変オリフィス部の内側に、開口部の面積が変化しない固定オリフィス部を少なくとも１以上設けた構造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】
前記複数の筒状弁体は、前記給水口側から前記排水口側に向かって外径が大きくなる略円錐形状に多段に構成されており、その夫々の円筒状弁体の板バネは、前記給水口から前記排水口へ向かって順次バネ荷重が小さくなるように構成されており、前記給水口と前記排水口との圧力差が大きくなるに連れて、前記排水口側の前記円筒状弁体から順次可変オリフィス部が閉止されていく構造であることを特徴とする請求項1又は2記載の定流量弁。
【請求項４】
前記円筒状弁体は、軸芯部に略十字状のガイド用フックが設けられ、該ガイド用フックが前記カイド棒に設けられたガイド溝に挟着されて摺動自在であると共に、該ガイド棒の前記排水口側には鍵ツメが設けられ、前記本体ケースの前記排水口に設けられた鍵穴に勘合していることを特徴とする請求項１〜３何れか一項に記載の定流量弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の圧力変化に関係なく、ある一定の流量範囲内で流体が通過するようにした定流量弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の定流量弁は、定流量弁の弁体を、流体の圧力変動に応じて伸縮動作するコイル状の非線形バネにより形成して、圧力変動に応じてバネ隙間の面積を調整し、当該ばね隙間を通過する液体の流量を一定にコントロールしている。
このような場合、流体の圧力変動に応じてバネ隙間の面積を調整するコイル状の非線形ばねを、安定して生産することは難しく、また流体がばね隙間を通過する時に生ずるカルマン渦のため、コイル状の非線形バネが振動し、騒音を発生する問題があった。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
また、固定弁体に対し複数の可動弁体を順次バネ荷重を大とするバネで互いに離反する方向に付勢し、かつ各々の弁体間に夫々のクリアランスを存じてスピンドルで一定の関係位置を保って連設した多段式定流量弁がある。
このような場合、可動弁体間にバネを多段に装着しているため、定流量弁の全長が長くなり機器に組み込むことが困難であったり、また流体がバネ隙間を通過する時に発生するカルマン渦のため、バネ相互間で振動を生じる問題があった。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２３５４７０号公報
【特許文献２】実開昭６１−４０５６９号全文明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、生産の信頼性が低くかつ高価な非線形バネを用いずに、小型で部品点数も少ないため安価で、かつ低水圧から大流量の定流量性能を発揮する定流量弁の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１記載の定流量弁においては、外周に板バネを少なくとも２以上設けた略円筒形状の円筒状弁体と、該円筒状弁体を複数多段に摺動自在に挿通したガイド棒と、給水口と排水口を連通する筒体であって、前記カイド棒の一端を挿着した状態で前記複数の円筒状弁体を収納する本体ケースと、から成り、前記円筒状弁体の板バネは前記排水口側の円筒状弁体へ当接するように構成されており、前記給水口における圧力変化に伴って前記円筒状弁体の板バネが変形することによって、前記円筒状弁体間の開口面積が変化して流量を調整する複数の可変オリフィス部が形成されていることを特徴とすることにより、生産の信頼性が低くかつ高価な非線形バネに代えて、板バネを多段に連設させることで、簡単に希望仕様の定流量弁を設計・製作することでき、且つ、生産の信頼性が高く小型の定流量弁を提供可能とした。なお、略円筒状弁体と板バネは、板金加工にて一体で打ち抜きが可能とすれば、部品点数が少なくなるため、より一層定流量弁を安価で製作することが可能となる。
【０００７】
また、請求項２記載の発明によれば、前記円筒状弁体は、圧力変化に伴い開口面積が変化して流量を調整する可変オリフィス部の内側に、開口部の面積が変化しない固定オリフィス部を少なくとも１以上設けた構造であることを特徴とすることにより、本定流量弁の設計をする際に、最大使用圧力時の定流量値を設定するためには、固定オリフィス部の開口面積を設定すればよく、このため設計作業が簡単で、また圧力差が許容範囲を超えて急激に上昇した場合（例えば水撃の発生など）でも、固定オリフィス部を設けたことにより定流量弁内に圧力が溜まらず、破壊などを防ぐことができている。
【０００８】
また、請求項３記載の発明によれば、前記複数の筒状弁体は、前記給水口側から前記排水口側に向かって外径が大きくなる略円錐形状に多段に構成されており、その夫々の円筒状弁体の板バネは、前記給水口から前記排水口へ向かって順次バネ荷重が小さくなるように構成されており、前記給水口と前記排水口との圧力差が大きくなるに連れて、前記排水口側の前記円筒状弁体から順次可変オリフィス部が閉止されていく構造であることを特徴とすることにより、流量が上昇するに連れて、最下段の最も大きな前記円筒状弁体から閉止していくためガタツキも少なく流れも安定し、また略円錐形状に多段にガイド棒に連設することで、流体がスムーズに流れるため、定流量弁の流路抵抗を低く押さえることができ、小型で大流量の定流量弁の実現を可能とした。
【０００９】
また、請求項４記載の発明によれば、前記円筒状弁体は、軸芯部に略十字状のガイド用フックが設けられ、該ガイド用フックが前記カイド棒に設けられたガイド溝に挟着されて摺動自在であると共に、該ガイド棒の前記排水口側には鍵ツメが設けられ、前記本体ケースの前記排水口に設けられた鍵穴に勘合していることを特徴とすることにより、多数の前記円筒状弁体を前記カイド棒に簡単 に組み付けることができ、また当該カイド棒を本体ケースに簡単に装着できるため組立・分解性が大幅に向上した。さらに、当該円筒状弁体が摺動する際に自在に回転しないため、圧力差とオリフィス面積の関係も変動しないことで、本発明の定流量弁の圧力差−流量特性は安定し、また可変オリフィスの流量調整も簡単に実施できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
先ずは、本発明の定流量弁１の構造的な解説をする。
図１、図２は本発明に係わる多段円板式の定流量弁１の断面図を示しており、図３はその分解斜視図である。定流量弁１においては、本体ケース２の内部には非線型バネの代わりとなる板バネ３を外周に４箇所持つ４つの円筒状弁体５を、軸芯方向に摺動自在に多段にガイド軸７に連設している。なお、この本体ケース２は給水口１７側の大径部と排水口側１９側の小径部とから構成されており、その大径部と小径部との繋ぎ部である棚部４には、排水口１９側（最下流側）の円筒状弁体５の板バネが当接している。
【００１２】
次に、この定流量弁１の組立てについて説明する。
図３に示すように、円筒状弁体５の軸芯部には十字形状をしたカイド用フック９が設けられており、ガイド棒７には、ガイド棒７一端（排水口側）からガイド棒７他端（給水口側）の前まで十字形状のガイド溝１１が切ってある。なお、当該ガイド溝１１の一方は貫通している。
そして、カイド棒７のガイド溝１１にガイド用フック９を通すと、各円筒状弁体５は自在に回転せずに軸芯方向へ自在に摺動する。
ガイド棒７一端（排水口側）には鍵ツメ１３が設けられ、当該鍵ツメ１３を本体ケース２の排水口１９に設けられた鍵穴１５に嵌合させ、かつ多段に連設された円筒状弁体５の排水口１９側の板バネ３が棚部４に当接することにより付勢される反力で、ガイド棒７は本体ケース２に安定して挟着される。この状態から逆に、カイド棒７先端の鍵ツメ１５の勘合を外すと、本発明の定流量弁は簡単に各部品毎に分解できるため、分解時のメンテナンス性に優れている。
【００１３】
次に、この定流量弁１の流量調整機構について説明する。給水口１７側（最上段）の最も小さい円筒状弁体を第1円筒状弁体５ａ、以下第２円筒状弁体５ｂ、第３円筒状弁体５ｃ、最も下段の大きな円筒を第４円筒状弁体５ｄとよぶ。
これら円筒状弁体５ａ〜５ｄは大きさが違うものの略同一形状である。代表例として第２円筒状弁体５ｂの上方向と下方向から見た斜視図を図４、図５に示す。この図４、図５に示すように、円筒状弁体５ｂは、内周側筒体５１ｂと外周側筒体５２ｂとから構成されており、内周側筒体５１ｂは軸心に向けて傾斜している。なお、外周側筒体５２ｂの外側４箇所には板バネ３が固定されている。
【００１４】
図６、図７は、この第２円筒状弁体５ｂの上に第１円筒状弁体５ａが当接されている状態の拡大図を示している。第１円筒状弁体５ａの板バネ３ａはが第２筒状弁体５ｂの上面に当接し、この板バネ３ａが撓むと、第１円筒状弁体５ａの外周側筒部５２ａが第２円筒状弁体５ｂの内周側筒部５１ｂに近づくにより、この第１筒状弁体５ａと第２筒状弁体５ｂとの間の開口面積が絞られる。即ち、第１円筒状弁体５ａの外周側筒部５２ａと第２円筒状弁体５ｂの内周側筒部５１ｂとの隙間が可変オリフィス２１ａとして機能する。この可変オリフィス２１ａは板バネ３ａの撓み量が大きくなると開口がゼロになってしまう。
しかし、第１円筒状弁体５ａの内周側筒部５１ａの内側は、軸芯中央に十字形状のガイド用フック９ａを除いて開口しており、この開口が板バネ３の変形によらずに開口面積が一定である固定オリフィス部２３ａとして機能する。
【００１５】
なお、以上のような可変オリフィス２１が、第２筒状弁体５ｂと第３筒状弁体５ｃとの間、第３筒状弁体５ｃと第４筒状弁体５ｄとの間、そして、第４筒状弁体５ｄと棚部４との間、に形成されており、都合４つの可変オリフィス２１が形成されている。
ただし、第４円筒状弁体の板バネ３ｄから第３、第２、第１円筒状弁体の板バネへと、だんだんバネ定数を大きくしているため、圧力差を徐々に上げていくと、第４、第３、第２、第１円筒状弁体の順で、徐々に可変オリフィスが閉止していくため第１円筒状弁体と第２円筒状弁体間の可変オリフィスは最後に閉弁するように構成されている。
【００１６】
この組み上がった状態で、本発明の多段円板式の定流量弁１を流体が流れる配管の中に、給水口１７を上流側方向に、排水口１９を下流側に向けて配置して利用される。
【００１７】
次に、本発明の定流量弁１の作動状況について解説する。
図８は、本発明に係わる定流量弁１の「圧力差−流量特性」を示している。
本発明の定流量弁１の定流量性能要求は、許容定流量範囲幅で管理しており、“要求する使用圧力差の範囲内で、要求する流量範囲幅（定流量性）を持っていればよい。”としている。
要求する圧力差−流量特性の範囲幅を持たせているのは、本発明の定流量弁１を部品として組み込む製品の要求仕様性能から来ており、“定流量性能の許容範囲域”の圧力（縦）方向の幅をより小さくしていけば定流量性能はより高精度となり、また圧力（横）方向の幅を大きくしていけば使用可能領域は広がって、より高性能の定流量弁となるが、生産の歩留まりは低下することになる。
また、多段の円筒状弁体の数を増やしていくと、より滑らかな定流量性能を得ることができる。
【００１８】
図９は、本発明に係わる定流量弁１の「圧力差−オリフィス（可変および固定オリフィスを含む）面積」を示している。図９より、定流量弁１の上・下流間の圧力差をゼロの状態から次第に上昇させていくと、各円筒状弁体５は、流体からの圧力（以下、流体力という）を受けるため、当該円筒状弁体の外周に設けられた板バネ３は縮み始め、各円筒状弁体の可変オリフィス２１の全開口面積も徐々に小さくなっていく。
本実施例においては、先ず最初に、バネ定数が一番小さな第４円筒状弁体５ｄの可変オリフィス２１ｄが閉止する（Ａ点）。圧力差が上昇すると、次に第３円筒状弁体５ｃの可変オリフィス２１ｃが閉止する（Ｂ点）。また、圧力差が更に上昇すると、上段の第２円筒状弁体５ｂの可変オリフィス２１ｂが閉止し（Ｃ点）、最後には残った第１円筒状弁体５ａの可変オリフィス２１ａが閉止する（Ｄ点）。この時には、全ての可変オリフィス２１が閉止して、固定オリフィス２３のみが開口した状態となる。
【００１９】
また、この状態で圧力差がさらに上昇していくと、流量は定流領域を超えて上昇し続ける。しかし、前記説明の通り、この領域は要求仕様の範囲外であるため、本定流量弁に関して定流量性能は問題としていない。
また本実施例では、固定オリフィス２３用の穴を最上段の第1円筒状弁体５ａの内側に設けており、第1乃至第４円筒状弁体５ａ〜５ｄの内側にも流体が通過する穴部を設けているため、各円筒状弁体５の可変オリフィス２１が全て閉止して固定オリフィス２３のみとなる高圧力差の状態時には、流体は本体ケース２の給水口１７から第1円筒状弁体５ａの穴を通って、さらに第２、第３、第４円筒状弁体５ｂ〜５ｄの穴部を通って本体ケース２の排水口１９から下流側に流れ出て行く。
【００２０】
本発明の多段円板式の定流量弁は、バネ定数の異なる板バネを外周に一体に備えた円筒状弁体を多段に連設させた構造を持つことを特徴としており、定流量弁が持つ圧力損失を低く押さえているため、低い圧力より大流量の定流量性が要求される衛生機器、例えばタンク無しの直圧式水洗便器といったように、使用水圧（例えば、０．０５ＭＰａ乃至０．７５ＭＰａにおいて）の全圧力域において、給水側にはある幅を持った定流量性が要求される機器に好適である。
なぜなら、給水流量が少ないと洗浄性能が低下することで汚物が流れず２度流しをするため、返って大量の水を要し節水に逆効果となったり、逆に流量が多すぎると便器からの水跳ねなどの問題が発生するからである。
今後は、全世界において節水仕様の衛生機器のニーズが高まってくるものと思われるが、本発明の多段円板式定流量弁は、低水圧から大流量の定流量性能を持つため、今後は大いに利用されるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係わる定流量弁の断面（正面）図である。
【図２】本発明に係わる定流量弁の断面（鳥瞰）図である。
【図３】本発明に係わる定流量弁の分解図である。
【図４】本発明に係わる定流量弁の第２円筒状弁体の上面より見た図である。
【図５】本発明に係わる定流量弁の第２円筒状弁体の下面より見た図である。
【図６】本発明に係わる定流量弁の第１、第２円筒状弁体の図である。
【図７】本発明に係わる定流量弁の第１、第２円筒状弁体の断面図である。
【図８】本発明に係わる定流量弁の「圧力差-流量」特性曲線を示す図である。
【図９】本発明に係わる定流量弁の「圧力差-オリフィス面積」特性曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…定流量弁，２…本体ケース，３…板バネ，５…円筒状弁体，７…ガイド棒，９…ガイド用フック，１１…ガイド溝，１３…鍵ツメ，１５…鍵穴，１７…給水口，１９…排水口，２１…可変オリフィス，２３…固定オリフィス
【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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