(57)【要約】【課題】流量が少量で且つハンドル操作に応じて流量が変化する小流量域と、流量が大量で且つ小流量域におけるハンドル操作量に比べて流量の変化が急激且つ大である大流量域とに切替可能な流量調節弁装置を提供する。【解決手段】弁体１８の移動によって流体の流量を変化させる流量調節弁装置１０において、弁開度を小さくする方向に弁体１８を付勢するばねとして、超弾性合金ばね２０を用い、流量増大操作に際して初期には超弾性合金ばね２０を通常の弾性域で弾性変形させつつ弁体１８を移動させ、通常の弾性域を超えたところでこれを超弾性変形させつつ弁体１８を移動させ、小流量域から大流量へと切り替えるようにする。【選択図】        図１
2008019950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体の移動によって弁開度を変化させ、流体の流量を変化させる流量調節弁装置において、
前記弁開度を小さくする方向に前記弁体を付勢するばねとして、使用温度域で且つ設定最大流量に到るまでの範囲内で超弾性を発現する超弾性合金ばねを用い、流量増大操作に際して初期には該超弾性合金ばねをマルテンサイト変態を伴わない通常の弾性域で弾性変形させつつ前記弁体を移動させ、該通常の弾性域を超えたところで該超弾性合金ばねを応力誘起マルテンサイト変態により超弾性変形させつつ該弁体を移動させ、流量が小流量の小流量域から流量が大流量に急拡大する大流量域へと切り替えるようになしてあることを特徴とする流量調節弁装置。
【請求項２】
請求項１において、前記弁体をバイアスばねを用いて前記超弾性合金ばねとは逆方向に付勢し、それら超弾性合金ばねによる付勢力と該バイアスばねによる付勢力との釣合位置の変化によって前記弁体を移動させるようになしてあることを特徴とする流量調節弁装置。
【請求項３】
請求項１において、前記弁体に対し操作力を加えることで該弁体を移動させるようになしてあることを特徴とする流量調節弁装置。
【請求項４】
請求項２において、前記弁体に対して前記バイアスばねを介して操作力を加えることで該弁体を移動させるようになしてあることを特徴とする流量調節弁装置。
【請求項５】
請求項１，２の何れかにおいて、前記弁体を、該弁体に作用する流体の流動圧により移動させるようになしてあることを特徴とする流量調節弁装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記弁体を移動操作するためのハンドルを備え、該ハンドルには、ロック解除によってハンドル操作を前記小流量域から大流量域へと操作可能とするロック手段が設けてあることを特徴とする流量調節弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は弁体の移動によって弁開度を変化させ、流量を調節する流量調節弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種流量調節弁装置が各種水栓等に広く用いられている。
ところで従来の流量調節弁装置の場合、ハンドルの操作量、例えば回転操作量に応じて水の流量が小流量から最大流量に到るまでほぼ比例的に増大するようになっており、この場合大流量で水を出したいときにはハンドルを全開若しくはこれに近い状態まで一杯に回転操作することとなるが、その際ハンドルの回転操作量が多くなり、操作に面倒を伴う問題があった。
【０００３】
例えば浴室水栓で吐水管を浴槽側に回して湯張りを行うときには、できるだけ短時間で湯張りを終えるように大流量で水を出す（吐水する）のが普通であるが、この場合早く水の流量（吐水量）を大流量にしようとしてハンドルを操作しても、なかなか水の流量が大流量とならず苛立ちを感じたりする。
このような場合、流量が少量で且つハンドル操作にて流量が少しずつ変化する小流量域と、流量が小流量域から急拡大し、小流量域のときと同じハンドル操作量で流量の増大の度合いが大となる大流量域とに切替えできれば好都合であるが、従来、この種の流量調節弁装置については本出願人の知る限り提案も開示もなされていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は以上のような事情を背景とし、流量が少量で且つハンドル操作に応じて流量が変化する小流量域と、流量が小流量域から急拡大し、小流量域のときと同じハンドル操作量の下で流量の増大の度合いが大となる大流量域とに切替可能な流量調節弁装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
而して請求項１のものは、弁体の移動によって弁開度を変化させ、流体の流量を変化させる流量調節弁装置において、前記弁開度を小さくする方向に前記弁体を付勢するばねとして、使用温度域で且つ設定最大流量に到るまでの範囲内で超弾性を発現する超弾性合金ばねを用い、流量増大操作に際して初期には該超弾性合金ばねをマルテンサイト変態を伴わない通常の弾性域で弾性変形させつつ前記弁体を移動させ、該通常の弾性域を超えたところで該超弾性合金ばねを応力誘起マルテンサイト変態により超弾性変形させつつ該弁体を移動させ、流量が小流量の小流量域から流量が大流量に急拡大する大流量域へと切り替えるようになしてあることを特徴とする。
【０００６】
請求項２のものは、請求項１において、前記弁体をバイアスばねを用いて前記超弾性合金ばねとは逆方向に付勢し、それら超弾性合金ばねによる付勢力と該バイアスばねによる付勢力との釣合位置の変化によって前記弁体を移動させるようになしてあることを特徴とする。
【０００７】
請求項３のものは、請求項１において、前記弁体に対し操作力を加えることで該弁体を移動させるようになしてあることを特徴とする。
【０００８】
請求項４のものは、請求項２において、前記弁体に対して前記バイアスばねを介して操作力を加えることで該弁体を移動させるようになしてあることを特徴とする。
【０００９】
請求項５のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記弁体を、該弁体に作用する流体の流動圧により移動させるようになしてあることを特徴とする。
【００１０】
請求項６のものは、請求項１〜５の何れかにおいて、前記弁体を移動操作するためのハンドルを備え、該ハンドルには、ロック解除によってハンドル操作を前記小流量域から大流量域へと操作可能とするロック手段が設けてあることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００１１】
以上のように本発明は、弁体の移動によって弁開度を変化させ、流体の流量を変化させる流量調節弁装置において、弁開度を小さくする方向に弁体を付勢するばねとして超弾性合金ばねを用い、流量増大操作に際して初期には超弾性合金ばねを通常の弾性域で弾性変形させつつ弁体を移動させ、そして通常の弾性域を超えたところで、これを超弾性変形させつつ弁体を移動させ、以って流量が小流量である小流量域から流量が大流量に急拡大する大流量域へと流量を切り替えるようになしたものである。
【００１２】
従来より、流量調節弁装置では弁体付勢用としてばねが用いられているが、このばねは通常の金属から成っている。
この通常の金属の場合、力を加えると弾性域内では弾性変形して力を除くと元の形状に戻るが、その弾性変形域を超えて更に力を加えると塑性変形、即ち永久変形を生じ、力を除いても元の形状には戻らない。
【００１３】
一方、力を加えると変形を生じるが、これを加熱すると元の記憶形状に戻る形状記憶合金が従来知られており、その形状記憶効果に基づいて各種分野で広く使用されている。
この形状記憶合金は、高温相であるオーステナイト相から冷却によってマルテンサイト相に相変態し、そのマルテンサイト相の状態で力を加えると変形を生じるが、これを加熱すると母相（高温相）であるオーステナイト相に相変態して予め記憶させてある形状に戻るものである。
【００１４】
この形状記憶合金はまた、別の性質として、母相（高温相）であるオーステナイト相で力を加えるとマルテンサイト相変態（応力誘起マルテンサイト相変態）によって約８％程度まで大きく変形し、その後力（応力）を除去すると、母相への相変態によって元の形状に戻る、あたかもゴムのような弾性（超弾性）を示す性質を有している。
本発明は形状記憶合金におけるこのような超弾性としての性質を利用して、かかる超弾性合金ばねを弁体付勢用のばねとして用いたものである。
【００１５】
本発明の流量調節弁装置においては、流量増大操作に際して初期には超弾性合金ばねを通常の弾性域で弾性変形させつつ弁体が移動して弁開度を大きくする。
このときの超弾性合金ばねは、通常の金属から成るばねと同様の働きをなし、弁体に加えられる駆動力に比例した変形量で弾性変形し、その弾性変形に応じて弁体を移動させる。
【００１６】
一方、この超弾性合金ばねが上記の通常の弾性域を超えると、かかる超弾性合金ばねが超弾性を発現し、その後弁体に対する駆動力をそれほど大きくしなくても、超弾性合金ばねが大きく変形して弁体を大きく開方向に移動させる。ここにおいて流量が急激に増大する。
即ち、超弾性合金ばねが通常の弾性域で弾性変形するときの小流量域から、超弾性変形する大流量域に流量が切り替わる。
従ってハンドル操作によって弁体を移動させる場合、ある操作量のところで流量が小流量域からいきなり急激に大流量域へと切り替わる。
【００１７】
従って、例えば本発明の流量調節弁装置を浴室水栓に適用した場合、吐水管から浴槽に湯張りを行う際、ハンドル操作量が比較的少ない段階で吐水管から大流量で吐水を行うことができ、湯張りのための操作を簡単化することができる。
また一方、洗髪時のためにシャワーヘッドからシャワー吐水する場合には、ハンドルの回転操作量に応じて水量の変化を微調節することができる。
かかる本発明によれば、小流量域と流量が急拡大する大流量域との切替機能を有する流量調節弁装置を簡単な構造で構成することができる。
【００１８】
本発明では、弁体をバイアスばねを用いて超弾性合金ばねとは逆方向に付勢し、それら超弾性合金ばねによる付勢力とバイアスばねによる付勢力との釣合位置の変化によって、弁体を移動させるように流量調節弁装置を構成することができる（請求項２）。
【００１９】
本発明は、請求項１において弁体に対し操作力を加えることで弁体を移動させるようになすことができる（請求項３）。
【００２０】
また請求項２に従って弁体をバイアスばねを用いて超弾性合金ばねとは逆方向に付勢するようになした場合において、かかる弁体に対しバイアスばねを介して操作力を加えるようになすことができる（請求項４）。
【００２１】
一方このように弁体に対し操作力を加えるのではなく、弁体に作用する流体の流動圧により弁体を移動させるようになすこともできる（請求項５）。
【００２２】
本発明では、弁体を移動操作するためのハンドルを設け、そのハンドルに、ロック解除によってハンドル操作を上記小流量域から大流量域へと操作可能とするロック手段を設けておくことができる（請求項６）。
このようにしておけば、ハンドルを何気なく操作したときに、いきなり大流量域に切り替わって吐水口から予期せず大流量で吐水がされてしまうといったことを防止することができる。
即ちこのようなロック手段を設けることによって、使用者の意思に基づく小流量域での使用と、大流量域での使用と、を行うようになすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は給水の流量調節弁装置であって、１２はそのケーシングであり、水の流入口１４と流出口１６とが設けられている。
１８は弁体で、この弁体１８は図１に示す閉弁状態から図中左方向に前進移動して流入口１４，流出口１６の開度、即ち弁の開度を広くし、また逆方向である図中右方向に移動することによって弁開度を小とし、最終的に図１に示す閉弁状態となる。
【００２４】
２０は、ばね収容室２２に収容された超弾性合金ばね（圧縮コイルバネ）で、この超弾性合金ばね２０は一端を弁体１８に当接させて、弁体１８を閉弁方向に、即ち弁開度を小さくする方向に付勢している。
ここで超弾性合金ばね２０は、使用温度域で且つ設定最大流量に到るまでの範囲内で、応力誘起マルテンサイト相変態に基づく超弾性を発現するように、その変態温度が定められている。
即ちこの超弾性合金ばね２０は、使用温度域で母相であるオーステナイト相となるようにその変態温度が定められている。
【００２５】
２４は回転式のハンドルで、このハンドル２４に大径の軸部２６が一体回転状態に設けられている。
この軸部２６の外周面には雄ねじ２８が形成されていて、この雄ねじ２８が進退部材３０の内周面の雌ねじ３２に螺合されている。
進退部材３０にはまた、その外周面に雄スプライン部３４が形成され、この雄スプライン部３４が、ケーシング１２の内周側に形成された雌スプライン部３６に噛み合わされている。
従ってこの実施形態では、ハンドル２４を回転操作すると雄ねじ２８と雌ねじ３２とのねじ送りで進退部材３０が図中左右方向に前進後退運動する。
【００２６】
３８は、その一端（図中右端）を進退部材３０に当接させ、また他端（図中左端）をばね受け４０を介して弁体１８に固定のプレート４２に当接させ、弁体１８を超弾性合金ばね２０の付勢方向とは逆方向に付勢するバイアスばね（圧縮コイルばね）で、ここではバイアスばね３８は、超弾性を有しない通常の金属から成っている。
尚バイアスばね３８は、ケーシング１２の内側に形成されたばね収容室４４に収容されている。
【００２７】
図２に示しているように、ハンドル２４には押ボタン式のロックボタン（ロック手段）４６が、ハンドル２４と一体回転状態に設けられている。
このロックボタン４６は、ばね４８によってハンドル２４から突き出す方向に付勢されている。
【００２８】
このロックボタン４６には当接部５０が設けられており、この当接部５０が、ハンドル２４の内側に設けられたストッパ部５２の周方向両端のストッパ面５４，５６に当接することによって、ハンドル２４の回転位置が規制される。
この実施形態では、当接部５０がストッパ面５６に当接した状態の下でロックボタン４６を内方に押し込むと、ここにおいて当接部５０とストッパ面５６との当接によるストッパ作用（ロック作用）が外れて、ハンドル２４が更に図中反時計方向に回転操作可能となる。
【００２９】
この実施形態の流量調節弁装置１０においては、図３（Ｉ）に示す止水位置にあるハンドル２４を図中反時計方向に回転操作すると、図３（II）に示しているようにある位置でロックボタン４６の当接部５０がストッパ部５２のストッパ面５６に当接し、ここにおいて更なるハンドル２４の同方向の回転が阻止される。
そこでロックボタン４６を押し込むと、当接部５０がストッパ面５６から径方向内方に外れてロックボタン４６によるロック作用が解除され、ここにおいてハンドル２４が更に反時計方向に回転操作可能となる。
図３（III）は、このようにしてハンドル２４を最大まで回転させた状態を表している。
【００３０】
本実施形態では、止水位置からロックボタン４６の当接部５０がストッパ部５２のストッパ面５６に当接するまでの範囲が後述の小流量域となり、またそこから更にハンドル２４を反時計方向に回転操作したときが後述の大流量域となる。
即ち、ハンドル２４は小流量域においてはロックボタン４６を押込操作しないままで自由に回転操作でき、そして小流量域においてハンドル２４を最大まで回して以後は、ロックボタン４６を押込操作することによって、これを大流量域まで且つその大流量域において自由に回転操作することができる。
つまりロックボタン４６は、ハンドル２４が小流量域と大流量域との丁度境となる位置まで回ったところでハンドル２４の自由な回転を阻止するように設けられている。
【００３１】
図６は超弾性合金ばね２０の荷重−歪特性を表している。
この超弾性合金ばね２０は、通常の使用温度域で母相であるオーステナイト状態にあり、この状態でこれに力を加えると、具体的には弁体１８を図１中左方向に押して超弾性合金ばね２０に力を加えると、初期には超弾性合金ばね２０はマルテンサイトサイト変態を伴わない通常の弾性域（図中Ｏ〜Ａ）で弾性変形する。
【００３２】
更に弁体１８を介して超弾性合金ばね２０に図中左向きの力（荷重）が加わると、通常の弾性域である限界Ａを超えたところで超弾性合金ばね２０が応力誘起マルテンサイト変態によって超弾性を発現し、かかる超弾性合金ばね２０がその超弾性を伴って変形する。
図６中Ａ〜Ｂはその超弾性域での変形を表しており、図に示しているようにこのとき、超弾性合金ばね２０はわずかな荷重増加によって大きく圧縮方向に弾性変形する。
【００３３】
図６中Ｂは、ハンドル２４を最大開度まで回転させた状態、即ち超弾性合金ばね２０を設定された範囲内で最大まで圧縮させた状態であり、この状態からハンドル２４を逆方向、即ち閉方向に回転操作すると、超弾性合金ばね２０の変形量は図６中Ｂ〜Ｃへと変化し、更にＣ〜Ｄへと変化したうえで通常の弾性域に戻り、そして荷重歪特性のＤ〜Ｏに沿って変形量が減少し、最終的に元の形状へと復元する。
【００３４】
具体的には、図１に示す弁体１８の閉弁状態の下で、ハンドル２４を図３中反時計方向に回転操作すると、図４に示しているように進退部材３０が図中左方向に前進して、超弾性合金ばね２０を通常の弾性域で圧縮弾性変形させつつ弁体１８がバイアスばね３８を介して図中左向きに押され、弁体１８が開弁方向に移動して水の流入口１４，流出口１６を開かせ且つその開度（弁開度）を増大させる。
そして超弾性合金ばね２０が図６Ａの通常の弾性域の限界まで達すると、丁度このときロックボタン４６の当接部５０がストッパ部５２のストッパ面５６に当接して、ハンドル２４の更なる回転が阻止される。ここまでの領域が小流量域となる。
【００３５】
そこでロックボタン４６を押し込んでロック解除し、更にハンドル２４を反時計方向に回転操作すると、超弾性合金ばね２０が超弾性変形し、図６の荷重−歪特性のＡ〜Ｂに従って変形を生じる。
このとき、超弾性合金ばね２０はわずかな力の増大によって容易に且つ大きく変形するために、このＡ〜Ｂの範囲内においては、ハンドル２４をわずかに回転操作するだけで弁体１８が大きく開弁方向に移動して流量は急激に増大し、最終的に図５に示す最大開弁状態、即ち最大流量に達する（図６Ｂに相当する状態）。
その後ハンドル２４を逆方向に回転操作すると、超弾性合金ばね２０は図６の荷重−歪特性のＢ〜Ｃ，Ｃ〜Ｄに沿って変形量が変化して、流量域が小流量域へと移行し、その後更にハンドルを閉位置まで回すことで給水が停止する。
【００３６】
図７はハンドル２４の回転操作量と給水の流量との関係を表したもので、このハンドル操作量と流量との関係は図６の荷重−歪特性に対応したものとなる。
この図７において０，ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ図６における０，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ対応している。
【００３７】
図に示しているように、ハンドル２４を回転操作してａの位置までくると、そこで流量が急激に変化し、同じハンドル２４の回転操作量の下でも流量が急激に増大変化する。
この図７の原点０〜ａまでの領域が小流量域であり、ａを超えたところで大流量域に移行する。
図７においてｂの位置はハンドル２４を最大開度まで回転操作した状態であり、この状態からハンドル２４を今度は逆方向の時計方向に回転操作すると、流量がｂ〜ｃ更にはｃ〜ｄへと変化して小流量域へと移行する。
【００３８】
以上のように本実施形態は、超弾性合金ばね２０を弁体１８付勢用のばねとして用いたもので、この実施形態では、超弾性合金ばね２０を通常の弾性域での弾性変形から超弾性域での超弾性変形に切り替えることによって小流量域から大流量域へと流量を切り替えることができる。
従ってハンドル操作によって弁体１８を移動させる際、ある操作量のところで流量が小流量域からいきなり急激に大流量域へと切り替わる。
【００３９】
従って例えば本実施形態の流量調節弁装置１０を浴室水栓に適用した場合、吐水管から浴槽に湯張りを行う際、ハンドル操作量が比較的少ない段階で吐水管から大流量で吐水を行うことができ、湯張りのための操作を簡単化することができる。
また一方、洗髪等のためにシャワーヘッドからシャワー吐水する場合には、小流量で吐水でき且つハンドルの回転操作量に応じて水量の変化を微調節することができる。
また本実施形態によれば、簡単な構造で小流量域と大流量域との切替機能を有する流量調節弁装置１０を構成することができる。
【００４０】
本実施形態では、弁体１８を移動操作するためのハンドル２４を設け、そのハンドル２４に、ロック解除によってハンドル操作を小流量域から大流量域へと操作可能とするロックボタンが設けてあるため、ハンドル２４を何気なく操作したときに、いきなり大流量域に切り替わって吐水口から予期せず大流量で吐水がされてしまうといったことを防止することができる。
即ちこのようなロックボタンを設けることによって、使用者の意思に基づく小流量域での使用と大流量域での使用とを行うようになすことができる。
【００４１】
図８は本発明の他の実施形態を示している。
この例は、バイアスばねを設けないで断面円形の流路５８上に超弾性合金ばね２０だけを、ばね収容室２２内に設けるとともに、流路５８上に弁座６０と、弁座６０に対して軸方向に当接し又は離間する弁体６２を設け、この弁体６２を超弾性合金ばね２０にて弁座６０への当接方向、即ち閉弁方向に付勢するようになしている。
【００４２】
６４は貫通の開口６６を有するボール弁体で、回転式のハンドル２４に連結され、ハンドル２４の回転操作によって開口６６の向きを変化させる。
【００４３】
この図８の例は、ボール弁体６４の回転により開口６６の向きを変えることによって超弾性合金ばね２０に作用する流動圧を変化させ、これにより弁体６２の開度を変化させて流量調節を行う。
詳しくは、図８（Ａ）の状態はボール弁体６４にて流路５８が閉じられた状態であり、この状態でハンドル２４の回転操作によってボール弁体６４を回転させると、ボール弁体６４の開口６６の向きが変化して、そのボール弁体６４の回転角度に応じて超弾性合金ばね２０に作用する流動圧も漸次変化する。
【００４４】
このとき、超弾性合金ばね２０に対する流動圧が小さいときには、超弾性合金ばね２０は通常の弾性域内で弾性変形し、弁体６２を弁座６０から離して水を小流量で図中左方向に流通させる。即ち水を小流量で給水する。
そして弁体６２を介して超弾性合金ばね２０に作用する水の流動圧がある圧力を超えて大きくなると、ここにおいて超弾性合金ばね２０が通常の弾性域から超弾性域へと移行して、超弾性ばね２０が超弾性変形するようになる。ここにおいて給水の流量が急激に大流量となり、且つハンドル２４のわずかな回転操作で給水の流量が急激に増大する。
この関係については上記第１の実施例と同様である。
【００４５】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態である流量調節弁装置の断面図である。
【図２】同実施形態におけるハンドルをロックボタンとともに示した図である。
【図３】同実施形態におけるハンドルの操作状態を示す図である。
【図４】同実施形態の一作用状態を示した断面図である。
【図５】同実施形態の他の一作用状態を示した断面図である。
【図６】超弾性合金ばねにおける荷重−歪特性を表した図である。
【図７】同実施形態の流量調節装置におけるハンドル操作量と流量との関係を示した図である。
【図８】本発明の他の実施形態の図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  流量調節弁装置
１８  弁体
２０  超弾性合金ばね
２４  ハンドル
３８  バイアスばね
４６  ロックボタン
【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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