(57)【要約】  【課題】本発明は、定流量弁と逆止弁を一体化した逆止機能付き定流量弁であって、小型化、低コスト化に適した逆止機能付き定流量弁を提供することを目的とする。  【解決手段】本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁１は、弁箱１０、弁体２０、定流量用圧縮バネ３０、逆止用圧縮バネ４０、Ｃ形止め輪５０，５１、ガイド５５，５６を備えている。定流量用圧縮バネ３０と逆止用圧縮バネ４０は、弁体２０を上流側に付勢するバネ部材であるが、非通水時には、バネ定数の小さい逆止用圧縮バネ４０のみが作用するように、定流量用圧縮バネ３０は、隙間を空けて設置されている。流体の圧力が大きくなり、弁体２０が下流側へ移動するにつれて、弁箱１０の小径部１６と弁体２０の定流量用テーパ部２１との隙間が小さくなり、流量が一定に保たれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量を一定に保つための逆止機能付き定流量弁において、
流体が流れる流路を内部に有する弁箱と、
前記弁箱の流路に軸方向に往復移動可能に設置された弁体であって、軸方向に移動することで前記弁箱の流路内壁との隙間を変化させて流路断面積を変化させる定流量用弁部と、前記弁箱の流路内壁と接触して逆止弁として作用する逆止用弁部と、を有する弁体と、
前記弁体を上流側へ付勢するバネ部材であって、非通水時に前記逆止用弁部を前記弁箱の流路内壁に圧接させて逆止弁を閉じた状態とするバネ部材と、
を備えることを特徴とする逆止機能付き定流量弁。
【請求項２】
前記バネ部材を第１バネ部材として、
前記弁体を上流側へ付勢する第２バネ部材であって、前記逆止弁が閉じた状態では自由状態となるように隙間を持って設置され、通水時に前記逆止弁が開いて前記弁体が前記隙間長さ以上に下流側に移動すると、前記弁体を前記上流側へ付勢し始める第２バネ部材をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の逆止機能付き定流量弁。
【請求項３】
前記第２バネ部材のバネ定数が、前記第１バネ部材のバネ定数よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の逆止機能付き定流量弁。
【請求項４】
前記第１バネ部材及び前記第２バネ部材はコイルバネであり、一方のバネ部材の内径を他方のバネ部材の外径よりも大きくし、一方のバネ部材の内側に他方のバネ部材を同軸に重ねて配置したことを特徴とする請求項２又は３記載の逆止機能付き定流量弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を一定に保つための定流量弁に関し、特に、逆止弁の機能も併せ持つ定流量弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体の安定供給や有効利用等のために、一次側（流体供給側）の圧力が変動しても流量を一定に保つための定流量弁が提供されており、例えば、家庭の配水管や蒸気ボイラの給水系統等において定流量弁が使用されている。
【０００３】
また、流体の逆流を防止するための逆止弁も多数提供されており、家庭の配水管や蒸気ボイラの給水系統等において上記定流量弁と共に使用されることも多い。ところで、従来は、定流量弁と逆止弁をそれぞれ用意して、別々に配管に設置しているため、広い設置場所を確保する必要があり、コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、定流量弁と逆止弁を一体に構成した逆止機能付きの定流量弁が、下記特許文献１において開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１６３８２３号公報
【０００５】
上記特許文献１では、流体の通過する流入口及び流出口が形成されたケース内に、変形によって流量を調整する下流側弾性部材と、流入口を封止するための上流側弾性部材と、下流側弾性部材を介して上流側弾性部材を流入口に押しつける圧縮バネを設置することで、定流量弁と逆止弁を一体化している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記逆止機能付き定流量弁では、流量の調整を弾性部材の変形により行い、逆止機能を圧縮バネの付勢力により弾性部材を流入口に押しつけることで行っており、流量調整機能と逆止機能とを独立した別々の手段により実現しているため、部品点数が増え、低コスト化、小型化には限界があった。
【０００７】
また、上記逆止機能付き定流量弁の流量調整機能は、弾性部材の変形により実現されているため、弾性部材が予想外に変形してしまうことで、流量の調整が安定しない可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、定流量弁と逆止弁を一体化した逆止機能付き定流量弁であって、小型化、低コスト化に適した逆止機能付き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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る逆止機能付き定流量弁は、流量を一定に保つための逆止機能付き定流量弁において、流体が流れる流路を内部に有する弁箱と、前記弁箱の流路に軸方向に往復移動可能に設置された弁体であって、軸方向に移動することで前記弁箱の流路内壁との隙間を変化させて流路断面積を変化させる定流量用弁部と、前記弁箱の流路内壁と接触して逆止弁として作用する逆止用弁部と、を有する弁体と、前記弁体を上流側へ付勢するバネ部材であって、非通水時に前記逆止用弁部を前記弁箱の流路内壁に圧接させて逆止弁を閉じた状態とするバネ部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る逆止機能付き定流量弁によれば、定流量弁と逆止弁を一体化した逆止機能付き定流量弁であって、小型化、低コスト化に適した逆止機能付き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】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。まず、図１〜図４に基づいて、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁の構成を示す断面図である。図２は、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁を構成する部品の展開図である。図３は、本実施形態に係る弁箱の構成を示す断面図である。図４は、本実施形態に係る弁体の構成を示す正面図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁１は、弁箱１０、弁体２０、定流量用圧縮バネ３０、逆止用圧縮バネ４０、Ｃ形止め輪５０，５１及びガイド５５，５６を備えている。
【００１３】
弁箱１０は、内部に流路を有する弁本体を構成するステンレス製の円筒形状の部材である。図３に示すように、弁箱１０は、上流側の配管と接続される入口側接続部１１、下流側の配管と接続される出口側接続部１２とを有しており、図中左から右へ流体が通過するように構成されている。
【００１４】
弁箱１０の中央付近には上流側から下流側に向けて流路の内径が徐々に大きくなるテーパ部（シール面）１５が形成されている。また、テーパ部１５の上流側に隣接して、流量を規制するために内径が小さく絞られた小径部（オリフィス）１６が形成されている。
【００１５】
弁体２０は、弁箱１０内に同軸に配置されるステンレス製の棒状のピン部材であり、図４に示すように、両端の小径の軸部２４よりも径が大きい中央付近の大径部２３には、上流側（図中左側）に、上流側から下流側に向けて径の小さくなる定流量用テーパ部（定流量用弁部）２１が形成されている。また、大径部２３の定流量用テーパ部２１の下流側に隣接して、上流側から下流側に向けて径の大きくなる逆止用テーパ部（逆止用弁部）２２が形成されている。また、逆止用テーパ部２２の中程には、リング溝が形成されており、このリング溝には、逆止用のＯリング２５が装着されている。
【００１６】
詳細は後述するが、弁箱１０の小径部１６と、弁体２０の定流量用弁部としての定流量用テーパ部２１との隙間の大きさが変化することで、流量が調整される。また、弁箱１０のテーパ部１５と、弁体２０の逆止用弁部としての逆止用テーパ部２２に設置されたＯリング２５との接触により逆止機能が実現される。
【００１７】
また、とくに本実施形態では、弁箱１０のテーパ部１５のテーパ角と、弁体２０の逆止用テーパ部２２のテーパ角が同じ角度に設定されており、テーパ部１５と逆止用テーパ部２２の表面が互いに平行に位置している。このため、Ｏリング２５が劣化等によって機能しなくなっても、テーパ部１５と逆止用テーパ部２２の表面が接触することで、逆止機能を担保することが可能である。
【００１８】
ガイド５５，５６は、弁体２０が軸方向に往復移動可能なように、弁体２０の両端の軸部２４を支持する環状部材であり、弁箱１０内の上流側にガイド５５、下流側にガイド５６が設置されている。ガイド５５，５６の中央に設けられた小孔内に弁体２０の両側の軸部２４が支持される。ガイド５５，５６の小孔の径は、弁体２０の軸部２４の径よりも大きく、弁体２０の中央付近の大径部２３の径よりも小さく形成されている。ガイド５５，５６の設置間隔は、弁体２０の軸方向の長さよりも短く、大径部２３の軸方向長さよりも長い。よって、弁体２０は、軸部２４において、ガイド５５，５６に案内されて軸方向に往復移動可能に且つ抜けないように支持されることになる。
【００１９】
Ｃ形止め輪５０，５１は、それぞれガイド５５，５６の外側に隣接して、弁箱１０の内壁に設けられたリング状溝内に嵌合設置される。このＣ形止め輪５０，５１により、ガイド５５，５６が軸方向に移動しないように弁箱１０に固定される。Ｃ形止め輪５０，５１は、それぞれ入口側接続部１１及び出口側接続部１２から弁箱１０の流路内に挿入され、上記リング状溝内に嵌め込まれて固定される。
【００２０】
定流量用圧縮バネ３０（第２バネ部材）は、定流量を実現するために、流路内を流れる流体の圧力によって下流側に移動する弁体２０を弾性力によって上流側に押し戻すことで、弁箱１０の小径部１６と弁体２０の定流量用テーパ部２１との隙間を調整する。
【００２１】
逆止用圧縮バネ４０（第１バネ部材）は、流体の逆流を防止するために、常時、弁体２０を上流側に付勢するように設置されており、流体が流れていない非通水時（定常状態）では、Ｏリング２５を弁箱１０のテーパ部１５に圧接して、逆止弁を閉じた状態とし、逆止を実現している。
【００２２】
ここで、定流量用圧縮バネ３０の自由高さは14mm、バネ定数は0.53N/mm、逆止用圧縮バネ４０の自由高さは20mm、バネ定数は0.0709N/mmであり、定流量用圧縮バネ３０のほうが短く、バネ定数は大きい。
【００２３】
また、逆止用圧縮バネ４０は、逆止用テーパ部２２の下流側端面２７とガイド５６との間に保持され、定流量用圧縮バネ３０は、上記端面２７の下流側に位置する端面２８とガイド５６との間に保持される。逆止弁が閉じた状態である非通水時の端面２７とガイド５６との距離は、逆止用圧縮バネ４０の自由高さよりも短く、非通水時においても、逆止用圧縮バネ４０は付勢力を発揮している。一方、非通水時の端面２８とガイド５６との距離は、定流量用圧縮バネ３０の自由高さよりも長くなるように設計されており、定流量用圧縮バネ３０の取り付け状態では、逆止用テーパ部２２、すなわち逆止用弁部に対して隙間が形成されている。よって、定流量用圧縮バネ３０は、非通水時には、付勢力を発揮していない自由状態にある。もちろん、定流量用圧縮バネ３０は、ガイド５６との間に隙間を形成するように配置しても良い。
【００２４】
このように、非通水時には、定流量用圧縮バネ３０の端末は、少なくとも端面２８との間又はガイド５６との間に隙間が生じているため、上流側から流体が逆止機能付き定流量弁１内に流れ込んでくる開弁時には、定流量用圧縮バネ３０よりもバネ定数の小さい逆止用圧縮バネ４０だけが作用し、定流量用圧縮バネ３０は作用しないことになる。開弁後、流体の圧力に押されて徐々に弁体２０が下流側に移動し、定流量用圧縮バネ３０の設置隙間が無くなると、定流量用圧縮バネ３０も作用し始め、弁体２０を上流側に押し戻すように働くことになる。
【００２５】
また、弁箱１０の小径部１６に対向して位置する弁体２０の定流量用テーパ部２１は、上述したように、上流側から下流側に向けて径が小さくなる形状を有している。そして、弁体２０が最も上流側に寄った状態（弁が閉じた状態）のときに、径の小さい部分が小径部１６に位置するように構成されている。定流量用テーパ部２１の径が小さければ、小径部１６との間の隙間が大きく、流体の通過領域（流路断面積）が大きくなり、径が大きければ、同隙間が小さく、通過領域（流路断面積）が小さくなる。
【００２６】
弁が閉じた状態から、流体の圧力が大きくなり、弁体２０が下流側に移動すると、小径部１６に位置する定流量用弁部としての定流量用テーパ部２１の径が段々と太くなり、隙間が小さくなるので、流路断面積が小さくなる。一方、弁体２０が下流側に移動するにつれて、各圧縮バネ３０，４０の弾性力も大きくなり、これら弾性力と、一次（入口）側の水圧と二次（出口）側の水圧との差圧とが釣り合う位置で、弁体２０は停止する。
【００２７】
ここで、弁体２０が下流側に移動するにつれて、差圧が大きくなっているが、反対に小径部１６における流路断面積が小さくなるので、定流量弁１内を通過する流量は一定に保たれることになる。
【００２８】
本実施形態において、逆止弁を開けるときに作用する逆止用圧縮バネ４０のバネ定数を小さくしたのは、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁１では、流体の圧力が小さい場合でも弁が開くことが望ましいからである。但し、開弁後も流体の圧力に抗して弁体２０を押し戻す圧縮バネの弾性力が弱いままだと、流体の圧力に負けて弁体２０を押し返すことができず、定流量調整が出来なくなってしまう。よって、本実施形態では、逆止弁が開いた後に作用する、バネ定数の大きい定流量用圧縮バネ３０をさらに設置している。
【００２９】
このように、バネ定数の異なる２つのバネを用い、逆止弁が閉じた状態では第１の圧縮バネのみを作用させ、逆止弁が開いた後から作用する第２の圧縮バネをさらに設置しておけば、第１及び第２圧縮バネのバネ定数を調整することで、様々な用途に適した逆止機能付き定流量弁を構成することができる。
【００３０】
もちろん、バネ定数の設定は、本実施形態のように逆止用圧縮バネのバネ定数が小さい場合だけでなく、逆止機能付き定流量弁が設置される系で求められる性能に適応させるべく、適宜、両方同じバネ定数にしても良いし、第２の圧縮バネのバネ定数を小さく設定しても良い。また、設置される環境によっては、一本の圧縮バネで、逆止用と定流量用の双方を兼用させることも可能である。
【００３１】
さらに、図１等に示すように、圧縮バネ３０，４０はコイルバネであり、定流量用圧縮バネ３０の外径よりも逆止用圧縮バネ４０の内径のほうが大きく、逆止用圧縮バネ４０の内側に定流量用圧縮バネ３０が同軸に設置されている。具体的には、棒状の弁体２０の逆止用テーパ部２２よりも下流側が、定流量用圧縮バネ３０の内部を軸方向に貫挿しており、弁体２０の軸部２４等を覆って配置されたこの定流量用圧縮バネ３０が、さらに逆止用圧縮バネ４０で覆われている。
【００３２】
このように、各圧縮バネ３０，４０を同軸に重ねて配置することで、逆止機能付き定流量弁１を小型化することができ、圧縮バネを別々に配置する場合に比べて部品点数を減らすこともできるので、低コスト化も実現できる。もちろん、本実施形態とは逆に、バネ定数の大きい定流量用圧縮バネ３０を外側に配置し、バネ定数の小さい逆止用圧縮バネ４０を外側に配置するように構成しても良い。
【００３３】
以上、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁１の構成について詳細に説明したが、続いて、逆止機能付き定流量弁１の作用について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁１の動作状態を示す図であり、図５（ａ）は、逆止機能付き定流量弁の非通水時の状態を示す図、図５（ｂ）は、逆止機能付き定流量弁の開弁時の状態を示す図、図５（ｃ）は、逆止機能付き定流量弁の通水時の状態を示す図である。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、定常状態である非通水時には、流体が流れていないため、圧縮バネによる弾性力が働くだけであるが、上述したように、定流量用圧縮バネ３０は逆止用テーパ部２２、すなわち逆止用弁部に対して隙間を空けて設置されているため、逆止用圧縮バネ４０だけが働いている。この逆止用圧縮バネ４０だけによる弾性力により、逆止用テーパ部２２のＯリング２５が弁箱１０のテーパ部１５に圧接され、逆止弁が閉じた状態となっている。
【００３５】
逆止用圧縮バネ４０のバネ定数は、上述したように、定流量用圧縮バネ３０のバネ定数よりも小さいため、比較的弱い弾性力により、弁が閉じられていることになる。続いて、流体が流れ始めると、流体の圧力が弁にかかり、一次（入口）側の圧力と二次（出口）側の圧力との差圧による力が、逆止用圧縮バネ４０の弾性力を越えると、弁体２０が徐々に下流側へと動き始め、閉じられていた弁が開く。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、逆止弁が開いた状態では、Ｏリング２５が弁箱１０のテーパ部１５から離れており、入口側から入ってくる流体は、小径部１６と定流量用テーパ部２２との隙間、Ｏリング２５とテーパ部１５との隙間を通過して、出口側へと抜けていく。
【００３７】
流体の圧力が大きくなり、弁体２０が定流量用圧縮バネ３０の設置隙間以上に下流側へ移動すると、定流量用圧縮バネ３０の両端末が端面２８及びガイド５６に接触することになり、定流量用圧縮バネ３０の弾性力も作用し始める。定流量用圧縮バネ３０のバネ定数は、逆止用圧縮バネ４０よりも充分に大きいため、より大きな弾性力が弁体２０に作用することになり、弁体２０の下流側への移動が抑えられる。
【００３８】
徐々に、弁体２０が下流方向に移動すると、小径部１６に位置する弁体２０の定流量用テーパ部２１の径が大きくなり、小径部１６における流路の断面積が徐々に小さくなる。但し、弁体２０が下流側に移動するにつれて差圧も大きくなっているため、小径部１６を通過する流体の流量自体はほぼ一定に保たれる。
【００３９】
そして、図５（ｃ）に示すように、差圧が大きくなり、各圧縮バネ３０，４０の弾性力に抗して弁体２０が最大限近く下流側に移動した場合には、定流量用テーパ部２１の最大径の部分が小径部１６に位置し、小径部１６における流路の断面積は、最も小さくなる。
【００４０】
図６には、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁の流量特性を示す。横軸が差圧（kg/cm2）、縦軸が流量（L/min）を示している。同図に示すように、差圧が0から徐々に大きくなると、流量が増えており、これは、弁体２０が逆止用圧縮バネ４０の弾性力に逆らって下流側に移動して開弁した状態を示している。
【００４１】
差圧が0.5を越えたあたりから、差圧がそれ以上大きくなっても流量がほぼ一定になっている。これは、差圧が大きくなって弁体２０が下流側に移動するにつれて、小径部１６と定流量用テーパ部２１との隙間（流路断面積）が小さくなることで、つまり、単位時間当たりの単位断面積における流量が増えても、流路断面積を小さくすることで、全体の流量を一定に保っている。
【００４２】
以上、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁について詳細に説明したが、本実施形態によれば、定流量弁と逆止弁を一体化したので、設置される配管を短くし、小型化、低コスト化に適した逆止機能付き定流量弁を提供することができる。
【００４３】
特に、逆止用圧縮バネと定流量用圧縮バネをコイルバネとして、同軸に重ねて配置しているので、支持用の部材を共有するなど、さらなる小型化、低コスト化を実現している。また、弁体に定流量用テーパ面と逆止用テーパ面を隣接して設置し、これらに対向するように、弁箱に小径部（オリフィス）とテーパ面（シール面）を隣接して設置していることも、小型化に寄与している。
【００４４】
また、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁は、逆止弁の開弁時には、バネ定数の小さい逆止用圧縮バネのみが作用するように構成しているので、簡単に逆止弁を開けることができると共に、定流量機能を発揮する際には、バネ定数の大きい定流量用圧縮バネも作用するように構成したので、差圧が大きい場合でも確実に定流量機能を実現できる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、逆止機能付き定流量弁を構成する部品の形状、サイズ、材質等は、本発明の作用効果を得られる範囲内で適宜設計変更可能であることは言うまでもない。
【００４６】
また、本実施形態では、逆止用圧縮バネを外側に配置し、内側に定流量用圧縮バネを配置したが、定流量用圧縮バネが外側で、逆止用圧縮バネを内側に設置しても良い。また、弁体を上流側に付勢するバネ部材として、コイルバネ以外にも板バネ等の他のバネ部材を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁を構成する部品の展開図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る本実施形態に係る弁箱の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る弁体の構成を示す正面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁の動作状態を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る逆止機能付き定流量弁の流量特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１              逆止機能付き定流量弁
１０            弁箱
１５            テーパ部
１６            小径部
２０            弁体
２１            定流量用テーパ部（定流量用弁部）
２２            逆止用テーパ部（逆止用弁部）
２３            大径部
２４            軸部
２５            Ｏリング
３０            定流量用圧縮バネ（第２バネ部材）
４０            逆止用圧縮バネ（第１バネ部材）
５０，５１      Ｃ形止め輪
５５，５６      ガイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009074656.tif 000005
【図４】
2009074656.tif 000006
【図５】
2009074656.tif 000007
【図６】
2009074656.tif 000008