JP7441675B2

JP7441675B2 - 開閉弁装置

Info

Publication number: JP7441675B2
Application number: JP2020029460A
Authority: JP
Inventors: 浩司中田; 博司栗本; 直和大西
Original assignee: Lixil Corp
Current assignee: Lixil Corp
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: JP2021134814A

Description

本開示は、開閉弁装置に関する。

特許文献１には、水栓の開閉弁が開示されている。開閉弁は、ボタンが押し込み操作されることにより、吐水及び止水が行なわれるように切換えられる。

特開２０１７－６７１８２号公報

吐水及び止水が行なわれるように切換えられる開閉弁装置において、止水時に生じるウォータハンマー音を低減する技術が求められている。

本開示は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ウォータハンマー音を低減することができる開閉弁装置を提供することを目的とする。

本開示の開閉弁装置は、流入口と流出口が形成され、前記流入口と前記流出口の何れかが第１開口であり、前記流入口と前記流出口のうち前記第１開口とは異なるものが第２開口である通水部材と、閉弁時において、前記第１開口における流路面積を低減する抵抗体と、前記抵抗体によって前記第１開口における流路面積が低減された後に、前記第２開口を閉弁する弁体と、を備えている。

実施形態１に係るシャワーヘッド装置を示す縦断面図である。開閉弁装置及び保持機構の分解斜視図である。第２接続部材、通水部材、及び抵抗体を示す分解斜視図である。通水部材、弁体、及び第１接続部材を示す分解斜視図である。開弁状態における開閉弁装置の断面図である。図５のＶＩ－ＶＩ線断面図である。１回目の押圧操作時の開閉弁装置の断面図である。１回目の押圧操作直後の開閉弁装置の断面図である。閉弁状態における開閉弁装置の断面図である。

＜実施形態１＞
シャワーヘッド装置１０は、浴室内等において、把持部１３を把持して使用される。シャワーヘッド装置１０は、図１に示すように、浴室壁面Ｗに取り付けられたシャワーフック（図示せず）に掛けて使用することもできる。シャワーヘッド装置１０の上流側端部は、給水ホース１１の一端に接続されている。給水ホース１１の他端は、図示しない湯水混合水栓（図示せず）に接続されている。給水ホース１１からシャワーヘッド装置１０への給水及び止水は、使用者が湯水混合水栓を操作することによって切り換えることができる。本開示において「水」は、湯水混合水栓装置において温度調節された湯水を含む。以下の説明において、図１に示す浴室壁面Ｗと反対側がシャワーヘッド装置１０の前側であり、浴室壁面Ｗ側がシャワーヘッド装置１０の後側である。左右方向は、シャワーヘッド装置１０を前側から見た場合における左右の向きである。上下方向は、鉛直方向に沿った上下の向きである。

シャワーヘッド装置１０は、カバー部材１２、散水板１４、ボタン１７、保持機構２０、第１接続部材３０、第２接続部材４０、開閉弁装置５０、を備える。カバー部材１２は、シャワーヘッド装置１０の外形を構成する。散水板１４は、散水板１４を厚さ方向に貫通する複数の散水孔１５が形成されている。シャワーヘッド装置１０内に流入した水は、散水孔１５を通って散水板１４の表面側から散水される。

ボタン１７は、開閉弁装置５０の開弁状態と閉弁状態とを切り替えるための操作部である。ボタン１７は、把持部１３の前側に設けられ、後方に向けて押圧操作される。ボタン１７が押圧操作されると、保持機構２０及び開閉弁装置５０が作動して、開閉弁装置５０の開弁状態と閉弁状態が交互に切り換えられる。このような構成によれば、使用者が手元でボタン１７を押圧操作することによって、シャワーヘッド装置１０を簡便に一時止水することができ、節水に寄与できる。

保持機構２０は、ボタン１７が押圧操作される毎に、開閉弁装置５０の制御軸５１を図５に示す開弁位置と、図９に示す閉弁位置とに交互に移動させ、保持する。保持機構２０は、図２に示すように、伝達部材２１、カム本体２２、回転子２３によって構成されている。伝達部材２１は、ボタン１７側からの動力を、制御軸５１の軸方向に沿った向きに変換して回転子２３に伝達する。保持機構２０の動作態様は、回転子２３をカム本体２２に対して上下２段階に変位させる公知のオルタネイト機構と同様であり、その説明を省略する。回転子２３は、制御軸５１の上端に接触して、制御軸５１の上端位置を規定する。

図２に示すように、第１接続部材３０は、開閉弁装置５０（後述する通水部材６０）における上流側に接続されている。第１接続部材３０は、内部に上流側通水路３１が形成されている。第２接続部材４０は、開閉弁装置５０（通水部材６０）における下流側に接続されている。第２接続部材４０は、内部に下流側通水路４１（図３参照）が形成されている。上流側通水路３１から開閉弁装置５０に流入した水は、開閉弁装置５０を通って下流側通水路４１に流出する。開閉弁装置５０は、第１接続部材３０から第２接続部材４０への給水及び止水を切り替える開閉弁である。

開閉弁装置５０は、図２及び図５に示すように、制御軸５１、通水部材６０、抵抗体７０、弁体８０、背圧室９０、パイロット流路９１、パイロット弁９２を備えている。制御軸５１は、細長い棒状であり、通水部材６０の中心に配置されている。制御軸５１の上端は、通水部材６０から上方に突出して回転子２３に接触している。

通水部材６０は、内部に通水路６１が形成された筒状部材である。通水部材６０は、流入口６２と流出口６４が形成されている。流出口６４が第１開口に対応し、流入口６２が第２開口に対応する。流入口６２は、通水部材６０における下端において、下方に向けて開口する。流入口６２の開口縁には、弁体８０が着座する弁座６３が設けられている。流出口６４は、通水部材６０における流入口６２よりも上側において、通水部材６０を径方向に貫通する形で形成されている。通水部材６０は、上部に壁部６５が設けられている。壁部６５は、貫通孔６６が形成され、貫通孔６６に制御軸５１が挿入されている。

抵抗体７０は、図８に示すように、流出口６４における流量を絞る部材である。抵抗体７０は、通水部材６０の内部に配置されている。抵抗体７０は、制御軸５１に一体的に設けられ、制御軸５１と連動する。抵抗体７０は、図３に示すように、制御軸５１から径方向外側に向けて延びた延出部７１と、延出部７１の先端に接続された環状部７２と、を有している。延出部７１は、制御軸５１を中心とする円周方向において等間隔に３個設けられている。複数の延出部７１は、放射状に配置され、環状部７２の内側における水の通過を許容する。環状部７２は、抵抗体７０が最も上昇すると、流出口６４に対して通水路６１側から重なる形で配置される。環状部７２は、抵抗体７０が上昇するのに従って、流出口６４における流路面積を徐々に小さくする。

弁体８０は、図５及び図９に示すように、流入口６２を開閉する部材である。弁体８０は、弁座６３に着座することによって流入口６２を閉塞し、弁座６３から下方に離れることによって流入口６２を開放する。弁体８０は、上方に向かうにつれて縮径するテーパ部８１と、テーパ部８１の下方に設けられたシール部材８２とを有している。弁体８０の閉弁時において、テーパ部８１が流入口６２に進入して、シール部材８２が弁座６３に水密に接触する。

弁体８０は、抵抗体７０と別体である。弁体８０は、閉弁時において一時的に制御軸５１から離れて、抵抗体７０よりも遅い速度で上昇する。弁体８０は、中心を上下に貫通する貫通孔８４が設けられている。弁体８０の背面側（下側）には、第２筒部９７が弁体８０と一体に設けられている。第２筒部９７の内部空間は、貫通孔８４に通じてパイロット流路９１を形成する。

背圧室９０は、弁体８０の背面側に形成されている。背圧室９０は、有底筒状の第１筒部９３と、第１筒部９３の内部を上下に移動する可動部９４とによって形成されている。可動部９４は、パイロット弁９２と一体に設けられている。背圧室９０は、弁体８０よりも上流側に位置する上流側通水路３１に通じる穴９５が形成されている。穴９５は、後述するように弁体８０の閉弁方向への移動速度を調整できる程度に小さい穴である。穴９５は、第１筒部９３の底を貫通して、上流側通水路３１に連通する。背圧室９０は、穴９５を通じて内部に水が流入することによって、弁体８０の閉弁方向への移動を許容する。背圧室９０内には、パイロット弁９２を閉弁方向に向けて付勢するバネ９６が設けられている。バネ９６を構成する巻線の一端部は、穴９５に進退自在に挿入されている。

パイロット流路９１は、背圧室９０に連通する水抜路である。パイロット流路９１には、制御軸５１の軸方向に延びた細長い棒状の挿入部９９が進退自在に挿入されている。パイロット流路９１は、弁体８０の貫通孔８４と第２筒部９７の内部空間に挿入部９９が挿入された状態において、貫通孔８４と第２筒部９７の内部空間に形成された隙間である。第２筒部９７は、パイロット弁９２よりも上方において、第１筒部９３に進退自在に挿入されている。第２筒部９７の下端側の開口縁には、パイロット弁９２が着座するパイロット弁座９８が設けられている。パイロット流路９１は、背圧室９０内の水を、弁体８０よりも下流側に位置する通水路６１に排出する。挿入部９９は、制御軸５１からの動力をパイロット弁９２に伝達する部材である。パイロット弁９２の閉弁時において、挿入部９９の上端は弁体８０の貫通孔８４から上方に突出している（図９参照）。この状態から、挿入部９９が弁体８０に対して下方に移動すると、パイロット弁９２がパイロット弁座９８から離れて開弁する。

パイロット弁９２は、パイロット流路９１を開閉する部材である。パイロット弁９２は、パイロット弁座９８に着座することによってパイロット流路９１を閉塞し、パイロット弁座９８から下方に離れることによってパイロット流路９１を開放する。パイロット弁９２は、挿入部９９の下端に設けられている。つまり、弁体８０とパイロット弁９２は、制御軸５１の軸方向に並んで配置されている。パイロット弁９２は、バネ９６によって閉弁方向に向けて付勢されており、制御軸５１から挿入部９９に力が作用していない状態では、閉弁状態に保持される。

開閉弁装置５０における各部の動作について説明する。開閉弁装置５０の開弁状態においては、図５に示すように、制御軸５１が保持機構２０によって開弁位置に保持されている。制御軸５１の開弁位置においては、抵抗体７０が流出口６４の下方に位置するとともに、弁体８０が流入口６２の弁座６３から下方に離れている。開閉弁装置５０の開弁状態においては、上流側通水路３１から流入口６２に水が流入し、通水路６１を通って、流出口６４から下流側通水路４１に水が流出する（図６参照）。このようにして、開閉弁装置５０に通水され、シャワーヘッド装置１０から散水される。

開閉弁装置５０を開弁状態から閉弁状態に切り替える場合には、使用者は、図７に示すように、ボタン１７を押圧する。開閉弁装置５０を開弁状態から閉弁状態に切り替える場合の押圧操作を１回目の押圧操作とも称する。１回目の押圧操作では、保持機構２０が作動して、制御軸５１は、一旦、開弁位置よりも下方に押し下げられる。制御軸５１に押される形で、弁体８０及び可動部９４が下方に移動する。可動部９４が第２筒部９７内を下方に移動すると、背圧室９０内の水が排水され、背圧室９０が縮小する。この際、パイロット弁９２は開弁状態であり、背圧室９０内の水は、主にパイロット流路９１を通って通水路６１に排出される。

１回目の押圧操作の後、ボタン１７から手を離すと、保持機構２０が作動して、通水部材６０を流通する水の流動圧によって、図８に示すように、回転子２３、制御軸５１、及び抵抗体７０が上方に向けて移動する。回転子２３は図５に示す開弁位置を超えて更に上方に移動し、抵抗体７０は開弁位置から流出口６４における流量を絞る方向に移動する。回転子２３が閉弁位置に至ると、回転子２３の上方への移動が規制され、制御軸５１及び抵抗体７０は閉弁位置に保持される。制御軸５１及び抵抗体７０の閉弁位置において、抵抗体７０が流路抵抗として作用して、流出口６４における流量が絞られる。抵抗体７０によって絞られる流出口６４の流量は、ウォータハンマー音の低減という観点から、図５に示す開弁状態における流量に対して３０％以上７０％以下であることが好ましく、４０％以上６０％以下であることがより好ましく、約５０％がさらに好ましい。

上述のように制御軸５１が閉弁位置に向けて移動を開始すると、図８に示すように、制御軸５１が挿入部９９から離れて、パイロット弁９２がバネ９６の付勢力によって上方に移動する。パイロット弁９２がパイロット弁座９８に着座すると、パイロット流路９１が閉塞される。背圧室９０内の水圧は、バネ９６の付勢力によって上流側通水路３１における水圧よりも小さくなり、穴９５から背圧室９０内に水が徐々に流入する。穴９５から水が流入すると、流入した水の体積に応じて、可動部９４が上方に向けて徐々に移動する。可動部９４が移動すると、弁体８０は、可動部９４と連動して上方に向けて徐々に移動する。つまり、弁体８０の閉弁方向への移動速度は、穴９５から流入する水の流量（例えば、単位時間において穴９５の断面を通過した水の体積）に応じて設定される。開閉弁装置５０の閉弁時において、弁体８０の閉弁方向への移動速度は、制御軸５１及び抵抗体７０の閉弁位置への移動速度よりも小さく設定されている。弁体８０が通水部材６０における弁座６３に着座すると、上流側通水路３１から流入口６２への水の流入が遮断され、図９に示すように開閉弁装置５０における閉弁が完了する。つまり、開閉弁装置５０は、閉弁時において、図８に示すように抵抗体７０によって流出口６４における流量が絞られた後に、図９に示すように弁体８０が流入口６２を閉弁する。このようにして、開閉弁装置５０によって一時止水され、シャワーヘッド装置１０からの散水が停止される。

開閉弁装置５０を閉弁状態から開弁状態に切り替える場合には、使用者は、再度、ボタン１７を押圧する。開閉弁装置５０を閉弁状態から開弁状態に切り替える場合の押圧操作を２回目の押圧操作とも称する。２回目の押圧操作では、保持機構２０が作動して、制御軸５１は、一旦、閉弁位置よりも下方に押し下げられる。開閉弁装置５０の閉弁状態においては、上述したようにパイロット弁９２が閉弁しており、挿入部９９の上端が弁体８０の貫通孔８４から上方に突出している。挿入部９９の上端は、制御軸５１によって押し下げられて弁体８０の上面と同じ高さまで下方に移動する。挿入部９９と連動して、パイロット弁９２が下方に移動すると、パイロット弁９２が開弁して、パイロット流路９１が開放される。パイロット流路９１が開放されると、背圧室９０内の圧力が下がり、可動部９４及び弁体８０の押し下げを小さい力で行うことができる。制御軸５１が下方に移動すると、制御軸５１に押される形で、可動部９４が下方に移動する。すると、背圧室９０内にある水が、主にパイロット流路９１から排水される。挿入部９９の上端が弁体８０の上面と同じ高さまで下げられた後、弁体８０は、制御軸５１によって可動部９４とともに押し下げられ、開弁する。抵抗体７０は、制御軸５１とともに下方に移動して、流出口６４を開放する。弁体８０が開弁し、抵抗体７０が流出口６４を開放すると、開閉弁装置５０への通水が再開され、シャワーヘッド装置１０から散水される。

２回目の押圧操作の後、ボタン１７から手を離すと、保持機構２０が作動して、通水部材６０を流通する水の流動圧によって、図８に示すように、回転子２３、制御軸５１、及び抵抗体７０が上方に向けて移動する。回転子２３が開弁位置に至ると、回転子２３の上方への移動が規制される。すると、制御軸５１及び抵抗体７０の上方への移動が規制され、保持機構２０によって制御軸５１及び抵抗体７０は開弁位置に保持される。弁体８０は、制御軸５１及び抵抗体７０と連動して、上述した開弁状態における位置に復帰する（図５参照）。

本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態の開閉弁装置５０は、流入口６２と流出口６４が形成された通水部材６０と、閉弁時において、流出口６４における流路面積を低減する抵抗体７０と、抵抗体７０によって流出口６４における流路面積が低減された後に、流入口６２を閉弁する弁体８０と、を備えている。この構成によれば、抵抗体７０によって流量が絞られた後に弁体８０が閉弁するため、抵抗体７０を備えない構成に比して、閉弁時における水の圧力変化を緩和でき、ウォータハンマー音を低減できる。

本実施形態において、弁体８０は、抵抗体７０と別体である。このような構成によれば、抵抗体７０によって流量を絞った後に、弁体８０によって閉弁する構成をコンパクトに実現できる。例えば、弁体を制御軸に一体に設けた構成では、抵抗体７０と弁体８０が同時に移動するから、抵抗体７０と弁体８０が移動した際の流動圧の変化等を考慮して、各部の位置及び大きさ等を設計する必要があり、開閉弁装置５０の大型化が懸念される。これに対して、本実施形態では、例えば、抵抗体７０及び弁体８０が移動するタイミングをズラすことによって、抵抗体７０によって流量を絞った後に、弁体８０によって閉弁することができ、各部の設計自由度が大きくなる。このような構成は、設置空間の大きさに制約があるシャワーヘッド装置１０において、特に有効である。

本実施形態において、抵抗体７０は、通水部材６０を流通する水の流動圧によって、流出口６４における流量を絞る方向に移動する。このような構成によれば、抵抗体７０を移動させるために、バネ等の付勢部材を設ける必要がなく、部品点数の低減及び開閉弁装置５０の小型化に寄与できる。

本実施形態の開閉弁装置５０は、弁体８０の背面側に形成された背圧室９０を備えている。背圧室９０は、弁体８０よりも上流側に位置する上流側通水路３１に通じる穴９５が形成されている。弁体８０は、穴９５から背圧室９０内に水が流入して、流入口６２を閉弁する方向に移動する。このような構成によれば、背圧室９０に流入する水の流量に応じて弁体８０が移動する速度を調整することができ、抵抗体７０によって流量を絞った後に、弁体８０によって閉弁するタイミングを調整しやすい。

本実施形態の開閉弁装置５０は、背圧室９０に連通するパイロット流路９１と、パイロット流路９１を開閉するパイロット弁９２と、を備えている。開閉弁装置５０は、パイロット弁９２が開弁して背圧室９０内にある水が背圧室９０から排水され、弁体８０が流入口６２を開弁する。このような構成によれば、開弁時には、背圧室９０から水を速やかに排水して、弁体８０の開弁に要する力を小さくすることができる。

＜他の実施形態＞
本開示は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本開示の技術的範囲に含まれる。
（１）開閉弁装置は、閉弁時において、抵抗体が流入口における流路面積を低減し、弁体が流出口を閉弁する構成であってもよい。
（２）上記実施形態以外にも、通水部材、弁体、及び抵抗体の構成は適宜変更可能である。例えば、流出口は通水部材の上端において上方に開口する形で設けられていてもよい。弁体は抵抗体と一体であってもよい。弁体は第２筒部と別体であってもよい。
（３）抵抗体は、通水部材を流通する水の流動圧のみならず、バネ等の付勢力が付与されて移動する構成であってもよい。
（４）弁体の背面側に背圧室を設けず、その他の機構によって弁体の移動速度を調整してもよい。
（５）保持機構は、ハートカム機構等の他のオルタネイト機構であってもよい。
（６）開閉弁装置は、シャワーヘッド装置以外の水栓装置に設けられもよい。

３１…上流側通水路、５０…開閉弁装置、６０…通水部材、６２…流入口（第２開口）、６４…流出口（第１開口）、７０…抵抗体、８０…弁体、８１…テーパ部、８２…シール部材、９０…背圧室、９１…パイロット流路、９２…パイロット弁、９５…穴

Claims

流入口と流出口が形成され、前記流入口と前記流出口の何れかが第１開口であり、前記流入口と前記流出口のうち前記第１開口とは異なるものが第２開口である通水部材と、
閉弁時において、前記第１開口における流路面積を低減する抵抗体と、
前記抵抗体によって前記第１開口における流路面積が低減された後に、前記第２開口を閉弁する弁体と、を備え、
前記抵抗体は、前記通水部材を流通する水の流動圧によって、前記第１開口における流量を絞る方向に移動する開閉弁装置。
流入口と流出口が形成され、前記流入口と前記流出口の何れかが第１開口であり、前記流入口と前記流出口のうち前記第１開口とは異なるものが第２開口である通水部材と、
閉弁時において、前記第１開口における流路面積を低減する抵抗体と、
前記抵抗体によって前記第１開口における流路面積が低減された後に、前記第２開口を閉弁する弁体と、
前記弁体の背面側に形成された背圧室と、を備え、
前記背圧室は、前記弁体よりも上流側に位置する上流側通水路に通じる穴が形成され、
前記弁体は、前記穴から前記背圧室内に水が流入して、前記第２開口を閉弁する方向に移動する開閉弁装置。
前記弁体は、前記抵抗体と別体である請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の開閉弁装置。
前記弁体の背面側に形成された背圧室を備えており、
前記背圧室は、前記弁体よりも上流側に位置する上流側通水路に通じる穴が形成され、
前記弁体は、前記穴から前記背圧室内に水が流入して、前記第２開口を閉弁する方向に移動する請求項１、及び請求項１に従属する請求項３のいずれか１項に記載の開閉弁装置。
前記背圧室に連通するパイロット流路と、
前記パイロット流路を開閉するパイロット弁と、を備えており、
前記パイロット弁が開弁して前記背圧室内にある水が前記パイロット流路から排水され、前記弁体が前記第２開口を開弁する請求項２、請求項２に従属する請求項３、及び請求項４のいずれか１項に記載の開閉弁装置。