(57)【要約】【課題】広範な圧力変動に対して安定した流量を維持することの可能な定流量弁を提供する。【解決手段】上流側を向いた弁座１２及びその内周に開設され下流側に通じる流体出口１３を有するボディ１と、弁座１２に支持された状態でボディ１内に配置されゴム状弾性を有する弁体３とを備え、弁座１２と弁体３との間に、上流側と流体出口１３との間を連通し弁体３が上流側からの流体圧力を受けて変形することにより断面積が縮小される可変流路Ａ，Ｂが形成され、ボディ１又は弁体３に、流体出口１３より小径であって上流側と下流側を連通するオリフィス１７が開設されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側を向いた弁座及びその内周に開設され下流側に通じる流体出口を有するボディと、前記弁座に支持された状態で前記ボディ内に配置されゴム状弾性を有する弁体とを備え、前記弁座と前記弁体との間に、前記上流側と前記流体出口との間を連通し前記弁体が上流側からの流体圧力を受けて変形することにより断面積が縮小される可変流路が形成され、前記ボディ又は前記弁体に前記流体出口より小径であって前記上流側と下流側を連通するオリフィスが開設されたことを特徴とする定流量弁。
【請求項２】
弁体が、弁座及び前記弁体のいずれか一方に形成された複数の支持突起を介して前記弁座に浮上支持され、可変流路が、前記弁座と前記弁体の間の隙間からなる第一の可変流路を含み、この第一の可変流路は、前記弁体が前記支持突起による支持力に抗して前記弁座に密接されることにより消滅可能であることを特徴とする請求項１に記載の定流量弁。
【請求項３】
可変流路が、弁座に形成された溝とこれに対向する弁体との間に形成される第二の可変流路を含み、前記弁体が、この第二の可変流路内へ食い込むように変形可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定流量弁。
【請求項４】
オリフィスが弁体に開設され、この弁体が上流側からの流体圧力を受けて変形することにより前記オリフィスの断面積が縮小されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の定流量弁。
【請求項５】
第二の可変流路をなす溝の底部に、弁体が食い込むことのできない深溝が形成されたことを特徴とする請求項３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、例えば温水洗浄便座や給湯器等において、流量をほぼ一定に保つために用いられる定流量弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の定流量弁としては、従来、例えば下記の特許文献に記載のようなものが知られている。この定流量弁は、流入口からの圧力が上昇するとＯリングからなる弁体が流路を狭める方向へ変形し、圧力が低下すると、前記弁体が弾性復元力によって流路を広げる方向へ変形するようになっており、このような作用によって流体の流量を圧力変動に拘らずほぼ一定となるように制御するものである。
【特許文献１】特開２００４−４１９２２号公報
【０００３】
しかしながら、上記従来の定流量弁は、圧力とＯリングの変形との関係が非線形であるため、広範な圧力変動条件では定流量制御が困難であるといった問題が指摘される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、広範な圧力変動に対して安定した流量を維持することの可能な定流量弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る定流量弁は、上流側を向いた弁座及びその内周に開設され下流側に通じる流体出口を有するボディと、前記弁座に支持された状態で前記ボディ内に配置されゴム状弾性を有する弁体とを備え、前記弁座と前記弁体との間に、前記上流側と前記流体出口との間を連通し前記弁体が上流側からの流体圧力を受けて変形することにより断面積が縮小される可変流路が形成され、前記ボディ又は前記弁体に前記流体出口より小径であって前記上流側と下流側を連通するオリフィスが開設されたものである。
【０００６】
また、請求項２の発明に係る定流量弁は、請求項１に記載の構成において、弁体が、弁座及び前記弁体のいずれか一方に形成された複数の支持突起を介して前記弁座に浮上支持され、可変流路が、前記弁座と前記弁体の間の隙間からなる第一の可変流路を含み、この第一の可変流路は、前記弁体が前記支持突起による支持力に抗して前記弁座に密接されることにより消滅可能としたものである。
【０００７】
また、請求項３の発明に係る定流量弁は、請求項１又は２に記載の構成において、可変流路が、弁座に形成された溝とこれに対向する弁体との間に形成される第二の可変流路を含み、前記弁体が、この第二の可変流路内へ食い込むように変形可能としたものである。
【０００８】
また、請求項４の発明に係る定流量弁は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、オリフィスが弁体に開設され、この弁体が上流側からの流体圧力を受けて変形することにより前記オリフィスの断面積が縮小されるものである。
【０００９】
また、請求項５の発明に係る定流量弁は、請求項３に記載の構成において、第二の可変流路をなす溝の底部に、弁体が食い込むことのできない深溝が形成されたものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明に係る定流量弁によれば、上流側からの流体圧力を受けて弁体が変形することによって、上流側と前記流体出口との間を連通する可変流路の断面積が縮小するため、流体圧力が上昇することによる流量の増加が抑制される。また、オリフィスは上流側と下流側を常時連通するため、流体圧力上昇時の可変流路の断面積の縮小による流量の減少が補償され、安定した定流量制御機能が得られる。
【００１１】
請求項２の発明に係る定流量弁によれば、請求項１の効果に加え、高圧時に消滅する第一の可変流路を有し、この第一の可変流路は、弁座と、この弁座に複数の支持突起を介して浮上支持された弁体との間に形成されるため流路断面積が大きく、このため低圧領域でも大きな流量を確保することができ、安定した定流量制御機能が得られる。
【００１２】
請求項３の発明に係る定流量弁によれば、請求項１又は２の効果に加え、上流側からの流体圧力を受けて、弁体が第二の可変流路内へ食い込むように変形することによって、第二の可変流路の断面積が縮小するため、圧力変動に対して安定した定流量制御機能が得られる。
【００１３】
請求項４の発明に係る定流量弁によれば、請求項１〜３のいずれかによる効果に加え、弁体に開設されたオリフィスが、可変流路における定流量制御機能を補うので、圧力変動に対して安定した定流量制御機能が得られる。
【００１４】
請求項５の発明に係る定流量弁によれば、請求項３による効果に加え、深溝が、流体圧力上昇時に可変流路の断面積が縮小することによる流量の減少が補償され、圧力変動に対して安定した定流量制御機能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る定流量弁の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る定流量弁の第一の形態を流路の上流側から見た図、図２は、図１の定流量弁からアダプタを除去した状態を示す図、図３は、図１の定流量弁を分解して示す分解斜視図、図４は、図１におけるＩ−Ｉで切断した初期状態の断面図、図５は、図１におけるII−IIで切断した初期状態の断面図、図６は、図１におけるＩ−Ｉで切断した低圧力負荷時の断面図、図７は、図１におけるII−IIで切断した低圧力負荷時の断面図、図８は、図１におけるＩ−Ｉで切断した中圧力負荷時の断面図、図９は、図１におけるII−IIで切断した中圧力負荷時の断面図、図１０は、図１におけるＩ−Ｉで切断した高圧力負荷時の断面図、図１１は、図１におけるII−IIで切断した高圧力負荷時の断面図、図１２は、第一の形態による定流量弁における圧力と流量との関係を示す線図である。
【００１６】
図１、図２及び図３において、参照符号１は水道配管等の給水流路（不図示）に装着されるボディ、参照符号２はこのボディ１における上流側を向いた周壁１１の端部に取り付けられるアダプタ、参照符号３はボディ１内に配置される弁体である。
【００１７】
ボディ１は、図３に示されるように、硬質の合成樹脂材料で有底円筒形に成形されたものであって、円筒状の周壁１１と、その下流側となる端部の内周に形成され上流側を向いた弁座１２とを備え、弁座１２の内周には給水流路の下流側に通じる流体出口１３が開設されている。
【００１８】
また、弁座１２には、流体出口１３から半径方向へ延びる断面略Ｖ字形の一対の浅溝１４，１５と、このうち一方の浅溝１４の最深部に形成された深溝１６と、他方の浅溝１５に位置して開設され流体出口１３よりも著しく小径のオリフィス１７と、複数の支持突起１８が形成され、周壁１１の内周面における円周方向１箇所には位置決め突起１９が形成されている。
【００１９】
アダプタ２は、硬質の合成樹脂材料で円盤状に成形されたものであって、内側面の外径部に突設された嵌合部２１においてボディ１の周壁１１の端部内周に嵌着され、内側面の内径部に弁体押え２２が突設され、複数の流体入口２３が開設されている。
【００２０】
弁体３は、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料で平板状に成形されたものであって、給水流路の上流側（又は下流側）から見た投影形状（図２に示される形状）が、ボディ１における周壁１１の内径より僅かに小径かつボディ１における流体出口１３より大径の円盤の円周方向１８０°対称位置を凹ませた形状をなし、すなわち外周に一対の凹部３１，３２を有する。また、この凹部３１，３２の中間の位相上に位置して、ボディ１における位置決め突起１９と対応する位置決め凹部３３が形成されている。
【００２１】
すなわちこの弁体３は、ボディ１内に、位置決め突起１９と位置決め凹部３３が互いに係合した状態で遊挿され、図４及び図５に示される初期状態ではボディ１における弁座１２に複数の支持突起１８を介して浮上支持されると共に、アダプタ２の弁体押え２２によって上流側への移動が規制されている。そしてこの状態では、弁座１２とこれに浮上支持された弁体３との間に、弁座１２と弁体３の対向面間の隙間からなる第一の可変流路Ａが形成されており、この第一の可変流路Ａは、ボディ１における周壁１１の内周面と弁体３の外周面との間の隙間Ｇと、ボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３１，３２との間に形成された空間Ｓ１，Ｓ２と、アダプタ２と弁体３の間に形成された空間Ｓ３と、アダプタ２における複数の流体入口２３を介して、不図示の給水流路の上流側に連通している。
【００２２】
またこの初期状態では、ボディ１における弁座１２に形成された浅溝１４，１５とこれに対向する弁体３との間にそれぞれ第二の可変流路Ｂが形成されている。この第二の可変流路Ｂは、外径側の端部が、ボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３１，３２との間に形成された空間Ｓ１，Ｓ２へ延びており、すなわち空間Ｓ１，Ｓ２及び空間Ｓ３と、アダプタ２における複数の流体入口２３を介して、不図示の給水流路の上流側と連通しており、内径側の端部が、ボディ１における流体出口１３と連通しており、浅溝１５に開設されたオリフィス１７は、上流側の端部がボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３２との間の空間Ｓ２に向けて開口している。
【００２３】
ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料からなる弁体３は、給水流路の上流側からの水圧（空間Ｓ３側と流体出口１３側との圧力差）によって、ボディ１の支持突起１８をめり込ませるようにしながら弁座１２側へ変位可能であり、これによって第一の可変流路Ａの流路断面積が可変となっている。また、弁体３が弁座１２に密接状態に押し付けられることによって第一の可変流路Ａが消滅した後も更に前記水圧が上昇した場合は、弁体３が浅溝１４，１５へ食い込むように変形可能であり、これによって第二の可変流路Ｂの流路断面積が可変となっているが、浅溝１４に形成された深溝１６は、浅溝１４よりも深くかつ溝幅が狭いので、弁体３が食い込むことができないようになっている。
【００２４】
次に、上述の構成を備える第一の形態による定流量弁の作用について説明する。
【００２５】
まず、先に説明した図４及び図５に示される初期状態では、給水流路の上流側からアダプタ２における複数の流体入口２３を通ってアダプタ２と弁体３との間の空間Ｓ３へ流入する水は、ボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３１，３２との間の空間Ｓ１，Ｓ２、及びボディ１の周壁１１と弁体３の外周面との隙間Ｇを通って、弁体３と弁座１２の間に形成された第一の可変流路Ａ、及び弁体３と浅溝１４，１５及び深溝１６との間に形成された第二の可変流路Ｂから、ボディ１における流体出口１３に至る経路と、前記流体入口２３から、アダプタ２と弁体３との間の空間Ｓ３、ボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３２との間の空間Ｓ２、及びオリフィス１７を通る経路で、給水流路の下流側へ流出する。したがってこの状態では弁体３の全周に流路が形成されており、その断面積が大きいので、図１２の線図に示されるように、上流側からの水圧（空間Ｓ３側と流体出口１３側との圧力差）が例えば０．１５ＭＰａ未満の低水圧領域Ｌでも大きな流量が確保される。
【００２６】
上述の図４及び図５に示される初期状態から、弁体３におけるアダプタ２側を向いた面３ａに上流側から作用する水圧が上昇し、第一及び第二の可変流路Ａ，Ｂ及びオリフィス１７で圧力降下を生じるようになると、上流側からの水圧（空間Ｓ３側と流体出口１３側との圧力差）によって、弁体３は、ボディ１の支持突起１８をめり込ませるようにしながら弁座１２側へ容易に変位し、第一の可変流路Ａの流路断面積が縮小して行くので、低水圧領域Ｌでも水圧の上昇による流量の増大が有効に緩和される。
【００２７】
また、図６及び図７に示されるように、弁体３が弁座１２に密接状態に押し付けられることによって第一の可変流路Ａが消滅した状態では、給水流路の上流側からアダプタ２における複数の流体入口２３を通ってアダプタ２と弁体３との間の空間Ｓ３へ流入する水は、ボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３１，３２との間の空間Ｓ１，Ｓ２を通って、弁体３と浅溝１４，１５及び深溝１６との間に形成された第二の可変流路Ｂ，Ｂから、ボディ１における流体出口１３を通る経路と、前記流体入口２３から、アダプタ２と弁体３との間の空間Ｓ３、ボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３２との間の空間Ｓ２、及びオリフィス１７を通る経路を介して、給水流路の下流側へ流出する。
【００２８】
そしてこの状態から更に水圧が上昇して行くと、図８及び図９に示されるように、弁体３が浅溝１４，１５へ食い込むように変形されることによって第二の可変流路Ｂの流路断面積が縮小して行き、このときの弁体３の変形は、水圧に対してほぼ線形に近似するものとなる。このため、図１２の線図に示されるように、例えば０．１５〜０．４７ＭＰａ程度の中水圧領域Ｍでは、水圧の上昇による流量の増大が著しく緩和されて、有効な定流量制御機能を奏する。
【００２９】
また、例えば０．４７ＭＰａを超えるような高水圧領域Ｈでは、図１０及び図１１に示されるように、弁体３が浅溝１４，１５を完全に埋めるように食い込んだ状態となるが、深溝１６へは、弁体３が殆ど食い込むことができないので、第二の可変流路Ｂは、深溝１６の断面積に相当する分だけ残存することになる。そして、小断面積の第二の可変流路Ｂで流動抵抗が大きくなることによる流量の減少は、断面積が不変のオリフィス１７によって補償されることになる。
【００３０】
したがってこの状態では、給水流路の上流側からアダプタ２における複数の流体入口２３を通ってアダプタ２と弁体３との間の空間Ｓ３へ流入する水は、ボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３１，３２との間の空間Ｓ１，Ｓ２を通って、弁体３と深溝１６との間に形成された狭い第二の可変流路Ｂから、ボディ１における流体出口１３を通る経路と、前記流体入口２３から、アダプタ２と弁体３との間の空間Ｓ３、ボディ１の周壁１１と弁体３の凹部３２との間の空間Ｓ２、及びオリフィス１７を通る経路を介して、給水流路の下流側へ流出する。このため、図１２の線図に示されるように、高水圧領域Ｈでは、水圧が上昇しても流量が殆ど増大せず、有効な定流量制御機能を奏する。
【００３１】
また、オリフィス１７は、上述のように水圧の変化によって断面積が変化するものではないので、例えば何らかの原因によって、深溝１６による第二の可変流路Ｂが閉塞したような場合でも最低流量を補償する機能を有する。
【００３２】
なお、上述の形態では弁体３がボディ１の弁座１２に形成された支持突起１８を介して浮上支持されるようにしたが、支持突起は弁体３に形成しても良い。この場合は、水圧上昇時に支持突起がつぶされるように変形しながら弁体３が弁座１２に押し付けられることになる。
【００３３】
次に、図１３は、本発明に係る定流量弁の第二の形態を流路の上流側から見た図、図１４は、図１３の定流量弁からアダプタを除去した状態を示す図、図１５は、図１３の定流量弁を分解して示す分解斜視図、図１６は、図１３におけるIII−IIIで切断した初期状態の断面図、図１７は、図１３におけるIII−IIIで切断した圧力負荷時の断面図である。
【００３４】
図１３、図１４及び図１５において、参照符号４は水道配管等の給水流路（不図示）に装着されるボディ、参照符号５はこのボディ４における上流側を向いた周壁４１の端部に取り付けられるアダプタ、参照符号６はボディ４内に配置される弁体である。
【００３５】
ボディ４は、図１５及び図１６などに示されるように、硬質の合成樹脂材料で有底円筒形に成形されたものであって、円筒状の周壁４１と、その内周に形成され上流側を向いた弁座４２とを備え、弁座４２の内周には給水流路の下流側に通じる流体出口４３が開設されている。また、弁座４２には、流体出口４３から半径方向へ延びる断面略Ｖ字形の複数の浅溝４４が形成され、各浅溝４４の最深部に形成された深溝４５が形成され、弁座４２における円周方向１箇所には位置決め突起４６が形成されている。
【００３６】
アダプタ５は、硬質の合成樹脂材料で円盤状に成形されたものであって、内側面の外径部に形成された嵌合部５１においてボディ４の周壁４１の端部内周に嵌着され、複数の流体入口５２と、ボディ４における位置決め突起４６と対応する位置決め孔５３が開設されている。
【００３７】
弁体６は、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料で平板状に成形されたものであって、給水流路の上流側（又は下流側）から見た投影形状（図１４に示される形状）が、ボディ４における周壁４１の内径より僅かに小径かつボディ４における流体出口４３より大径の円盤の外周面を複数箇所で凹ませた形状をなし、すなわち外周に複数の凹部６１を有する。また、この凹部６１が形成されていない位置には、ボディ４における位置決め突起４６と対応する位置決め凹部６２が形成され、中央部にはボディ４における流体出口４３の略中心に位置して小径のオリフィス６３が開設されている。
【００３８】
すなわちこの弁体６は、ボディ４内に、位置決め突起４６と位置決め凹部６２が互いに係合した状態で遊挿され、図１６に示される初期状態ではボディ４における弁座４２に支持されている。そしてこの初期状態では、ボディ４における浅溝４４及び深溝４５とこれに対向する弁体６との間にそれぞれ可変流路Ｃが形成されている。この可変流路Ｃは、外径側の端部が、ボディ４の周壁４１と弁体６の各凹部６１との間の空間Ｓ４へ延びており、更に弁体６とアダプタ５との間の空間Ｓ５と、アダプタ５の複数の流体入口５２を介して、不図示の給水流路の上流側と連通しており、内径側の端部が、ボディ４における流体出口４３と連通しており、弁体６に開設されたオリフィス６３は、前記空間Ｓ５及び流体出口４３と連通している。
【００３９】
ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料からなる弁体６は、給水流路の上流側からの水圧を受けることによって、外径部が浅溝４４へ食い込むように変形可能であり、これによって可変流路Ｃの流路断面積が可変となっており、かつ内径部が流体出口４３側へ撓むことができるようになっている。また、浅溝４４に形成された深溝４５は、浅溝４４よりも深くかつ溝幅が狭いので、弁体６が食い込むことができないようになっている。
【００４０】
次に、上述の構成を備える第二の形態による定流量弁の作用について説明する。
【００４１】
まず、先に説明した図１６に示される初期状態では、給水流路の上流側からアダプタ５における複数の流体入口５２を通ってアダプタ５と弁体６との間の空間Ｓ５へ流入する水は、ボディ４の周壁４１と弁体６の各凹部６１との間の空間Ｓ４を通って、弁体６と浅溝４４及び深溝４５との間に形成された可変流路Ｃから、ボディ４における流体出口４３に至る経路と、前記空間Ｓ５から、弁体６のオリフィス６３を通って前記流体出口４３に至る経路で、給水流路の下流側へ流出する。したがってこの状態では可変流路Ｃ及びオリフィス６３の断面積が大きいので、低水圧領域でも大きな流量が確保される。
【００４２】
そして図１６に示される初期状態から、弁体６におけるアダプタ５側を向いた面６ａに上流側（空間Ｓ５側）から作用する水圧が上昇し、可変流路Ｃ及びオリフィス６３での圧力降下を生じるようになると、その圧力差によって、弁体６は、図１７に示されるように外径部が弁座４２へ押し付けられながら浅溝４４へ食い込むように変形されて行くと共に、内径部が流体出口４３へ向けて撓むように変形される。また、このときの弁体６の変形は、水圧に対してほぼ線形に近似するものとなる。
【００４３】
このため、浅溝４４への弁体６の食い込みにより可変流路Ｃの流路断面積が縮小されると共に、弁体６の撓みによってオリフィス６３の口径φが上流側で僅かに狭くなるような変形を受ける。したがって、中水圧領域では、水圧の上昇による流量の増大が著しく緩和されて、有効な定流量制御機能を奏する。
【００４４】
また、更に水圧が上昇して行くことによって、弁体６が浅溝４４を完全に埋めるように食い込んだ状態となった場合は、深溝４５へは、弁体６が殆ど食い込むことができないので、可変流路Ｃは、深溝４５の断面積に相当する分だけ残存することになる。また、ある程度弁体６が撓んで行くことによってオリフィス６３の縮小率も小さくなるので、流量が補償される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る定流量弁の第一の形態を流路の上流側から見た図である。
【図２】図１の定流量弁からアダプタを除去した状態を示す図である。
【図３】図１の定流量弁を分解して示す分解斜視図である。
【図４】図１におけるＩ−Ｉで切断した初期状態の断面図である。
【図５】図１におけるII−IIで切断した初期状態の断面図である。
【図６】図１におけるＩ−Ｉで切断した低圧力負荷時の断面図である。
【図７】図１におけるII−IIで切断した低圧力負荷時の断面図である。
【図８】図１におけるＩ−Ｉで切断した中圧力負荷時の断面図である。
【図９】図１におけるII−IIで切断した中圧力負荷時の断面図である。
【図１０】図１におけるＩ−Ｉで切断した高圧力負荷時の断面図である。
【図１１】図１におけるII−IIで切断した高圧力負荷時の断面図である。
【図１２】第一の形態による定流量弁における圧力と流量との関係を示す線図である。
【図１３】本発明に係る定流量弁の第二の形態を流路の上流側から見た図である。
【図１４】図１３の定流量弁からアダプタを除去した状態を示す図である。
【図１５】図１３の定流量弁を分解して示す分解斜視図である。
【図１６】図１３におけるIII−IIIで切断した初期状態の断面図である。
【図１７】図１３におけるIII−IIIで切断した圧力負荷時の断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１，４  ボディ
１１，４１  周壁
１２，４２  弁座
１３，４３  流体出口
１４，１５，４４  浅溝
１６，４５  深溝
１７，６３  オリフィス
１８  支持突起
２，５  アダプタ
２３，５２  流体入口
３，６  弁体
３１，３２，６１  凹部
Ａ  第一の可変流路
Ｂ  第二の可変流路
Ｃ  可変流路
Ｇ  隙間
空間Ｓ１〜Ｓ５  空間
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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