| 【発明の名称】 |
止水栓 |
| 【発明者】 |
【氏名】城戸 国男
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| 【要約】 |
【課題】ウォータハンマ現象の発生を防止し、且つ、流路を確実に閉じる。
【解決手段】水供給源と吐水具との間に設けられ、該吐水具を止水操作した時に水供給源から吐水具に圧送される水の供給を断つ止水栓であって、流路２と、ピストン３と、ピストン３の移動によって流路２を開閉する第１の弁機構４と、ピストン３が水供給源側に移動した場合に第１の弁機構４の閉弁よりも先に流路２の通路面積を絞る第２の弁機構５と、ピストン３を吐水具側に向けて押し付ける付勢手段６と、ピストンに３形成されて流路２内の弁機構４，５よりも吐水具側の位置の水から水供給源側に向かう力を受ける第１の受圧面７を備え、ピストン３は、流量の変動による圧力変動に応じて移動して弁機構４，５を開閉操作すると共に、吐水具が止水操作されて流路２内の圧力が上昇して第１の受圧面７に作用する力が増加すると水供給源側に移動して第１の弁機構４を閉弁させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水供給源と吐水具との間に設けられ、該吐水具を止水操作した時に前記水供給源から吐水具に圧送される水の供給を断つ止水栓において、止水栓本体内に形成された流路と、該流路内に配置されたピストンと、該ピストンの前記水供給源側への移動によって前記流路を閉じ且つ前記吐水具側への移動によって前記流路を開く第１の弁機構と、前記ピストンが前記水供給源側に移動した場合に前記第１の弁機構の閉弁よりも先に前記流路の通路面積を絞る第２の弁機構と、前記ピストンを前記吐水具側に向けて押し付ける付勢手段と、前記ピストンに形成されて前記流路内の前記第１及び第２の弁機構よりも前記吐水具側の位置の水から前記水供給源側に向かう力を受ける第１の受圧面を備え、前記ピストンは、前記流路内の流量の変動による圧力変動に応じて移動して前記第１及び第２の弁機構を開閉操作すると共に、前記吐水具が止水操作されて前記流路内の圧力が上昇して前記第１の受圧面に作用する力が増加すると前記水供給源側に移動して第１の弁機構を閉弁させることを特徴とする止水栓。
【請求項２】 前記第２の弁機構は、前記第１の弁機構よりも前記吐水具側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の止水栓。
【請求項３】 前記第１の弁機構は、前記ピストンに形成された弁座と、前記止水栓本体側に形成された弁部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の止水栓。
【請求項４】 前記第２の弁機構は、前記ピストンに形成された第１の円筒部と、前記止水栓本体側に形成され且つ前記第１の円筒部とは径が異なる第２の円筒部とを備え、前記ピストンが前記水供給源側に移動すると前記第１の円筒部が前記第２の円筒部の内側又は外側に隙間を存して進入することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の止水栓。
【請求項５】 前記第１の弁機構よりも前記水供給源側の前記流路を水供給源側流路、前記第１の弁機構と第２の弁機構の間の前記流路を中間流路とし、前記ピストンに、前記水供給源側流路内の流体から前記吐水具側に向かう力を受ける第２の受圧面と、前記中間流路内の流体から前記吐水具側に向かう力を受ける第３の受圧面と、前記水供給源側流路内の流体から前記水供給源側に向かう力を受ける第４の受圧面を形成し、前記第４の受圧面の面積は、前記第２の受圧面の面積よりも大きく且つ前記第２の受圧面と第３の受圧面の合計面積以下であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の止水栓。
【請求項６】 前記流路の途中に前記水供給源側への流体の逆流を阻止する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の止水栓。
【請求項７】 水供給源と吐水具との間に設けられ、該吐水具を止水操作した時に流路内のピストンを水の流れとは逆方向に移動させて弁機構を閉弁させ、前記水供給源から吐水具に圧送される水の供給を断つ止水栓において、前記流路内を流れる水の一部又は全部の流動方向を変化させてその流動慣性力を受ける流体受け部を前記ピストンに形成したことを特徴とする止水栓。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、止水栓に関する。より詳しくは、本発明は、水供給源と吐水具の止水機構との間に設けられ、該止水機構を止水操作した場合に自動的に水供給源から吐水具への水の供給を断つ止水栓に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば蛇口等の水供給源とシャワーヘッド等の吐水具の間に設けられ、シャワーヘッドの手元操作によって止水操作を行った場合に蛇口からシャワーヘッドへの水の流れを自動的に止める止水栓として、特許第２７３９１５０号の止水栓がある。
【０００３】この止水栓は、図９に示すように、摺動筒１０１内の流路１０４にスプリング１０２によって吐水具側に向けて付勢されている筒状弁１０３を配置しており、吐水具が止水操作された場合に吐水具側の圧力が上昇すると、この圧力によって筒状弁１０３を水供給源側に移動させて先端の弁部１０３ａを摺動筒１０１に設けられた弁座１０３ｂに当接させ、水供給源から吐水具への水の流れを止めて吐水具の止水機構に過大な圧力が作用するのを抑えている。また、筒状弁１０３は、流量の増加によって流路１０４内の圧力が上昇すると閉弁方向に移動し、流路１０４の通路面積を減少させて流量を減少させる。一方、流量の減少によって流路１０４内の圧力が減少した場合には、筒状弁１０３はスプリング１０２によって開弁方向に押し戻される。したがって、流路１０４の通路面積が増加し、流量が増える。即ち、筒状弁１０３は、スプリング１０２と流路１０４内の圧力がバランスする位置に移動して流量の変動を抑えて一定に保持する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の止水栓では、吐水具が急激に止水操作された場合、流路１０４内の圧力の急激な上昇によって筒状弁１０３が勢い良く移動して流路１０４を一気に閉じてしまうため、ウォータハンマ現象（水撃現象）が発生する。特に、流水量の増加によって筒状弁１０３が閉弁方向に移動しており弁部１０３ａと弁座１０３ｂの間隔が比較的狭くなっている状態で吐水具が急激に止水操作された場合には、ウォータハンマ現象が発生し易い。
【０００５】一方、ウォータハンマ現象の発生を防止するためには、スプリング１０２の付勢力を強くして筒状弁１０３の閉弁速度を遅くすることも考えられるが、スプリング１０２の付勢力を強くした場合には流路１０４内の圧力上昇によって筒状弁１０３の弁座１０３ｂと弁部１０３ａを完全に密着させるのが困難になる虞がある。
【０００６】本発明は、ウォータハンマ現象の発生を防止することができ、しかも流路を確実に閉じることができる止水栓を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、水供給源と吐水具との間に設けられ、該吐水具を止水操作した時に水供給源から吐水具に圧送される水の供給を断つ止水栓において、止水栓本体内に形成された流路と、該流路内に配置されたピストンと、該ピストンの水供給源側への移動によって流路を閉じ且つ吐水具側への移動によって流路を開く第１の弁機構と、ピストンが水供給源側に移動した場合に第１の弁機構の閉弁よりも先に流路の通路面積を絞る第２の弁機構と、ピストンを吐水具側に向けて押し付ける付勢手段と、ピストンに形成されて流路内の第１及び第２の弁機構よりも吐水具側の位置の水から水供給源側に向かう力を受ける第１の受圧面を備え、ピストンは、流路内の流量の変動による圧力変動に応じて移動して第１及び第２の弁機構を開閉操作すると共に、吐水具が止水操作されて流路内の圧力が上昇して第１の受圧面に作用する力が増加すると水供給源側に移動して第１の弁機構を閉弁させるものである。
【０００８】したがって、水供給源から水が圧送され且つ吐水具が吐水操作されている状態では、止水栓の流路内に水が流れており、この流路内の圧力はあまり上がらない。このため、ピストンは付勢手段によって吐水具側に押し戻されており、第１及び第２の弁機構は開弁状態となって水の流れを許容する。
【０００９】ピストンは、第１の受圧面が受ける力と付勢手段の力が釣り合う位置に移動する。いま、水供給源の水圧が上昇して流路内の流量が増加すると、第１の受圧面が受ける力が増加してその増加分に対応した距離だけピストンが付勢手段に抗して水供給源側に移動する。このため、第２の弁機構によって流路の通路面積が絞られ、流量が減少する。一方、水供給源の水圧が減少して流路内の流量が減少すると、第１の受圧面に作用する力が減少してその減少分に対応した距離だけピストンが付勢手段によって吐水具側に押し戻される。このため、第２の弁機構による絞りが解除されることになり、流量が増加する。このようにして、水供給源の水圧変動による流量の変動が吸収され、吐水具にほぼ一定の量の水が供給される。
【００１０】この状態より吐水具を止水操作すると、吐水具側から流路内に大きな圧力が伝わるので、第１の受圧面に作用する力が増加してピストンを水供給源側に移動させる。したがって、第１の弁機構が閉弁し、流路内の流れ即ち水供給源から吐水具への水の流れを断つ。この場合の吐水具の止水操作による流路内の圧力上昇は急激且つ大きなものであり、何らかの対策を講じていなければ、ピストンが勢い良く移動して第１の弁機構を急激に閉じることになり、水撃現象（ウォータハンマ現象）を発生させてしまう。しかしながら、請求項１記載の止水栓では、ピストンが水供給源側に移動した場合に第１の弁機構が完全に閉弁する前に先ず第２の弁機構が流路の通路面積を絞るので、第２の弁機構の水供給源側の圧力が吐水具側の圧力よりも高くなり、ピストンの移動抵抗が増加する。このため、第１の弁機構が完全に閉弁する前にピストンの移動速度が減少し、第１の弁機構は緩やかに閉弁する。即ち、流路内の流れは緩やかに断たれて水撃現象の発生を防止する。
【００１１】一方、吐水具が吐水操作されて流路内の第１及び第２の弁機構よりも吐水具側の位置の圧力が減少すると、第１の受圧面に作用する力が減少するのでピストンは付勢手段によって吐水具側に押し戻され、第１の弁機構が開弁して水供給源から吐水具への水の流れを許容する。
【００１２】また、請求項２記載の止水栓は、第２の弁機構が、第１の弁機構よりも吐水具側に配置されている。したがって、第１の弁機構が完全に閉弁している止水状態では水供給源側の圧力の影響をより水供給源に近い位置で断つことになり、この圧力の影響を受けるピストンの面積を減らすことができるので、水供給源側の圧力によってピストンが吐水具側に押し退けられることがない。
【００１３】また、請求項３記載の止水栓は、第１の弁機構が、ピストンに形成された弁座と、止水栓本体側に形成された弁部を備えたものである。したがって、水供給源側に移動したピストンが止水栓本体側に当たると第１の弁機構の弁部が弁座に密着して流路を閉じることになる。弁座をピストンに、弁部を止水栓本体側に形成するので、部品点数が減少する。
【００１４】また、請求項４記載の止水栓は、第２の弁機構が、ピストンに形成された第１の円筒部と、止水栓本体側に形成され且つ第１の円筒部とは径が異なる第２の円筒部とを備え、ピストンが水供給源側に移動すると第１の円筒部が第２の円筒部の内側又は外側に隙間を存して進入するものである。したがって、ピストンが水供給源側に移動して第１の円筒部が第２の円筒部の内側又は外側に進入すると、水は隙間を通って流れることになるので流路の通路面積が絞られる。絞り部分の上流側と下流側、即ち第２の弁機構の水供給源側と吐水具側とでは圧力差が生じ、水供給源側の圧力上昇によってピストンが第１の弁機構を閉弁させる方向に移動する場合の抵抗力を生じさせる。
【００１５】また、請求項５記載の第１の弁機構よりも水供給源側の流路を水供給源側流路、第１の弁機構と第２の弁機構の間の流路を中間流路とし、ピストンに、水供給源側流路内の流体から吐水具側に向かう力を受ける第２の受圧面と、中間流路内の流体から吐水具側に向かう力を受ける第３の受圧面と、水供給源側流路内の流体から水供給源側に向かう力を受ける第４の受圧面を形成し、第４の受圧面の面積は、第２の受圧面の面積よりも大きく且つ第２の受圧面と第３の受圧面の合計面積以下としている。
【００１６】第１の弁機構が閉じている場合には、水供給源側の圧力は第２の受圧面と第４の受圧面に伝わるが、第３の受圧面には伝わらない。第２の受圧面よりも第４の受圧面は面積が大きく、これらには水供給源側流路内の圧力がほぼ等しく伝わるので、第４の受圧面に発生するピストンを水供給源側に移動させる力は第２の受圧面に発生するピストンを吐水具側に移動させる力よりも大きくなる。このため、水供給源側流路内の圧力を利用して第１の弁機構の閉弁状態を維持することができる。
【００１７】一方、第１の弁機構が開き、第２の弁機構が流路の通路面積を絞っている状態では、水供給源側流路内の圧力は第１及び第４の受圧面に加えて第３の受圧面にも伝わる。第４の受圧面の面積は第２の受圧面と第３の受圧面の合計面積以下であり、第１及び第４の受圧面には水供給源側流路内の圧力が、第３の受圧面には絞られて若干減少している中間流路内の圧力が伝わるので、第４の受圧面に発生するピストンを水供給源側に移動させる力は、第１及び第３の受圧面に発生するピストンを吐水具側に移動させる力と釣り合うか又は若干小さくなる。このため、第１の弁機構の開弁時には水供給源側流路内の圧力がこれを閉じる方向に作用することがない。
【００１８】また、請求項６記載の止水栓は、流路の途中に水供給源側への流体の逆流を阻止する逆止弁を備えたものである。したがって、断水等によって水供給源側の圧力が吐水具側の圧力よりも低くなった場合には、逆止弁が流路を閉じて水の逆流を防止する。
【００１９】さらに、請求項７記載の発明は、水供給源と吐水具との間に設けられ、該吐水具を止水操作した時に流路内のピストンを水の流れとは逆方向に移動させて弁機構を閉弁させ、水供給源から吐水具に圧送される水の供給を断つ止水栓において、流路内を流れる水の一部又は全部の流動方向を変化させてその流動慣性力を受ける流体受け部をピストンに形成したものである。したがって、流体慣性力を受けて流体受け部に生じる力はピストンの閉弁方向の移動の抵抗力となり、ピストンの閉弁速度を遅くする。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】図１〜図６に、本発明を適用した止水栓の実施形態の一例を示す。この止水栓は、水供給源と吐水具との間に設けられ、吐水具を止水操作した時に水供給源から吐水具に圧送される水の供給を断つもので、止水栓本体１内に形成された流路２と、該流路２内に配置されたピストン３と、ピストン３の水供給源側への移動によって流路２を閉じ且つ吐水具側への移動によって流路２を開く第１の弁機構４と、ピストン３が水供給源側に移動した場合に第１の弁機構４の閉弁よりも先に流路２の通路面積を絞る第２の弁機構５と、ピストン３を吐水具側に向けて押し付ける付勢手段６と、ピストン３に形成されて流路２内の第１及び第２の弁機構４，５よりも吐水具側の位置の水から水供給源側に向かう力を受ける第１の受圧面７を備えており、ピストン３は、流路２内の流量の変動による圧力変動に応じて移動して第１及び第２の弁機構４，５を開閉操作すると共に、吐水具が止水操作されて流路２内の圧力が上昇して第１の受圧面７に作用する力が増加すると水供給源側に移動して第１の弁機構４を閉弁させるものである。
【００２２】止水栓本体１は、例えば摺動筒８と、この摺動筒８にねじ込まれて固定されるキャップ９より構成されている。摺動筒８の先端のねじ部８ａには、水供給源に接続された配管１０が接続される。また、キャップ９のねじ部９ａには、吐水具に接続された配管１１が接続される。キャップ９の内側には、摺動筒８の中心に配置される支持ロッド１２が取り付けられている。
【００２３】ピストン３は、例えば支持ロッド１２に対して摺動する内筒１３と、摺動筒８に対して摺動する外筒１４と、内筒１３と外筒１４を周方向の複数箇所で部分的に連結する連結部１５より構成され、これらは一体成形されている。即ち、ピストン３は二重筒構造となっており、内筒１３と外筒１４の間の連結部１５の隣の空間が流路２の一部となっている。
【００２４】止水栓本体１の摺動筒８とキャップ９との接続部分と、ピストン３の外筒１４の間には、第１の圧力室１６が形成されている。この第１の圧力室１６にはキャップ９と外筒１４の間の隙間通路１７を通じて流路２内の第１及び第２の弁機構４，５よりも吐水具側の位置、即ち後述する吐出具側流路２ｃ内の圧力が導かれている。そして、外筒１４にはこの第１の圧力室１６に臨んで第１の受圧面７が形成されている。また、第１の受圧面７の反対側の空間１８には、付勢手段であるリターンスプリング６が縮められた状態で配置されている。なお、図中符号３７は、リターンスプリング６の伸縮時の引っ掛かりを防止して作動を確実にすると共にピストン３が摺動する摺動部材である。
【００２５】第１の弁機構４は、ピストン３に形成された弁座４ａと、止水栓本体１側に形成された弁部４ｂより構成されている。本実施形態では、内筒１３の水供給源側の端部に溝１９を形成すると共にこの溝１９内にシール材２０を取り付けることで弁座４ａを構成している。また、弁部４ｂは摺動筒８の内周面に一体成形されている。なお、溝１９の底面には、弁部４ｂの先端と同一形状のボス１９ａが形成されており、弁部４ｂはシール材２０をボス１９ａと同じ条件で挟み付けるようになっている。
【００２６】第２の弁機構５は、第１の弁機構４よりも吐水具側に配置されている。第２の弁機構５は、ピストン３に形成された第１の円筒部５ａと、止水栓本体１側に形成され且つ第１の円筒部５ａとは径が異なる第２の円筒部５ｂより構成されている。本実施形態では、ピストン３の内筒１３の水供給源側の端部が第１の円筒部５ａとなっている。また、第２の円筒部５ｂは第１の円筒部５ａよりも大径となっており、摺動筒８に形成されている。この第２の円筒部５ｂは第１の弁機構４の弁部４ｂよりもキャップ９側に延出しており、ピストン３が水供給源側に移動した場合、第１の弁機構４の弁座４ａが弁部４ｂに当たるよりも先に、第１の円筒部５ａが第２の円筒部５ｂの内側に隙間を存して進入する。即ち、第１の円筒部５ａと第２の円筒部５ｂの間の隙間を水が流れることになり、流路２の通路面積が絞られる。
【００２７】ここで、第１の弁機構４よりも水供給源側の流路２を水供給源側流路２ａ、第１の弁機構４と第２の弁機構５の間の流路２を中間流路２ｂ、第２の弁機構５よりも吐水具側の流路２を吐水具側流路２ｃとする。吐水具側流路２ｃ内の圧力は隙間通路１７によって第１の圧力室１６に導かれているので、第１の受圧面７は吐水具側流路２ｃ内の水から水供給源側に向かう力Ｆ１を受ける。
【００２８】ピストン３には、水供給源側流路２ａ内の流体から吐水具側に向かう力Ｆ２を受ける第２の受圧面２１と、中間流路２ｂ内の流体から吐水具側に向かう力Ｆ３を受ける第３の受圧面２２と、水供給源側流路２ａ内の流体から水供給源側に向かう力Ｆ４を受ける第４の受圧面２３が形成されている。本実施形態では、第１の弁機構４の弁座４ａの弁部４ｂよりも水供給源側の部分、即ち弁座４ａの水供給源側流路２ａに臨む部分が第２の受圧面２１となっている。また、第１の弁機構４の弁座４ａの弁部４ｂよりも吐水具側の部分、即ち弁座４ａの中間流路２ｂに臨む部分が第３の受圧面２２となっている。さらに、内筒１３と支持ロッド１２との間には第２の圧力室２４が形成されており、内筒１３の第２の圧力室２４に臨む面が第４の受圧面２３となっている。なお、第２の圧力室２４には内筒１３と支持ロッド１２の間の隙間通路２５を通じて水供給源側流路２ａ内の圧力が導かれている。第４の受圧面２３の面積Ｓ４は、第２の受圧面２１の面積Ｓ２よりも大きく且つ第２の受圧面２１と第３の受圧面２２の合計面積（Ｓ２＋Ｓ３）以下である。本実施形態では、Ｓ４は（Ｓ２＋Ｓ３）よりも小さくなっている。また、第１の受圧面７の面積Ｓ１は第２の受圧面２１と第３の受圧面２２の合計面積（Ｓ２＋Ｓ３）よりも十分大きく設計されている。即ち、Ｓ２＜Ｓ４＜（Ｓ２＋Ｓ３）≪Ｓ１となっている（図６）。
【００２９】ここで、第１の受圧面７が吐水具側流路２ｃから受ける圧力をＰ１、第２の受圧面２１が水供給源側流路２ａから受ける圧力をＰ２、第３の受圧面２２が中間流路２ｂから受ける圧力をＰ３、第４の受圧面２３が水供給源側流路２ａから受ける圧力をＰ４とすると、ピストン３には、第１の受圧面７が受ける力Ｆ１（＝Ｐ１・Ｓ１）、第２の受圧面２１が受ける力Ｆ２（＝Ｐ２・Ｓ２）、第３の受圧面２２が受ける力Ｆ３（＝Ｐ３・Ｓ３）、第４の受圧面２３が受ける力Ｆ４（＝Ｐ４・Ｓ４）、リターンスプリング６の付勢力ｆが作用する。これらの力のうち、Ｆ２，Ｆ３，ｆはピストン３を開弁させる方向に作用し、Ｆ１，Ｆ４はピストン３を閉弁させる方向に作用する。
【００３０】この止水栓には、流路２の途中に水供給源側への流体の逆流を阻止する逆止弁２６が設けられている。逆止弁２６は水供給源側流路２ａ内に配置されており、配管１０との間をシールするシール材２７の内周縁を水供給源側流路２ａ内に突出させて弁座２６ａを形成する一方、支持ロッド１２の先端に取り付けられたスプリング２８によって弁体２６ｂを吐水具側から弁座２６ａに当接可能に支持している。スプリング２８は比較的弱い力で容易に縮むように設計されている。したがって、水供給源側流路２ａ内に水供給源側から吐水具側に向う水流が発生すると、逆止弁２６は容易に開弁する。
【００３１】この止水栓は、以下のように作動して流路２を自動的に開閉する。
【００３２】水供給源から水が圧送されており、且つ吐水具が吐水操作されている場合には、図１に示すように、逆止弁２６を押し開いて水供給源側流路２ａ→中間流路２ｂ→吐水具側流路２ｃへと水が流れている。この状態では圧力Ｐ１〜Ｐ４はほぼ同一値となっており、また、Ｓ２＜Ｓ４＜（Ｓ２＋Ｓ３）≪Ｓ１であることから、力Ｆ１〜Ｆ４のうち、閉弁方向に作用する閉弁力Ｆｃ（＝Ｆ１＋Ｆ４）は、開弁方向に作用する開弁力Ｆｏ（＝Ｆ２＋Ｆ３）よりも大きくなり、水圧は（Ｆｃ−Ｆｏ）の大きさの閉弁方向の動作力Ｆｐとなってピストン３に作用する。しかしながら、流路２内に水が流れている状態では、圧力Ｐ１〜Ｐ４は比較的小さな値となっており、この状態のピストン動作力Ｆｐは比較的小さな値となる。このピストン動作力Ｆｐに比べてリターンスプリング６の付勢力ｆは十分大きな値に設計されている（Ｆｐ≪ｆ）ので、ピストン３はリターンスプリング６の付勢力ｆによって吐水具側に押し戻されており、第１及び第２の弁機構４，５は開弁状態を維持されて水の流れを許容する。
【００３３】この状態では、流路２内の圧力変動によってピストン３はピストン動作力Ｆｐと付勢力ｆが釣り合う位置に移動して第２の弁機構５を開閉操作し流量を調節する。いま、水供給源の水圧が上昇して流路２内の流量が増加すると、流路２内の圧力も上昇して最も面積が大きな第１の受圧面７に作用する力Ｆ１が大きく増加する。これに対して、第１の受圧面７に比べると面積が小さな第２〜第４の受圧面２１〜２３に作用する力Ｆ２〜Ｆ４の増加は僅かである。このため、閉弁力Ｆｃ（＝Ｆ１＋Ｆ４）の増加分が開弁力Ｆｏ（＝Ｆ２＋Ｆ３）の増加分より大きくなり、閉弁方向に作用するピストン動作力Ｆｐが増加する。したがって、ピストン動作力Ｆｐの増加分に対応した距離だけピストン３が水供給源側に移動し、第２の弁機構５によって流路２の通路面積が絞られて流量が減少する（図２）。この場合、第２の弁機構５を第１の弁機構４よりも吐水具側に配置しているので、第２の弁機構５が流路２の通路面積を絞ったとき、第２の弁機構５より水供給源側の位置の圧力が導かれている第２の圧力室２４内の圧力が上昇するが、第４の受圧面２３に作用する力Ｆ４に対し、同じ水供給源側の圧力を受ける第２、第３の受圧面２１，２２に作用する力Ｆ２＋Ｆ３が大きいため、ピストン３が水供給源側に移動し過ぎて第１の弁機構４が閉じてしまうのを防止することが出来る。また、第２の弁機構５は、第１の円筒部５ａを第２の円筒部５ｂの内側に進入させて流路２を絞るので、中間流路２ｂから吐水側流路２ｃへの水の流れの方向を大きく曲げることなくスムーズに水を流すことが出来る。
【００３４】一方、水供給源の水圧が減少して流路２内の流量が減少すると、流路２内の圧力も減少して最も面積が大きな第１の受圧面７に作用する力Ｆ１が大きく減少する。これに対して面積が小さな第２〜第４の受圧面２１〜２３に作用する力Ｆ２〜Ｆ４の減少は僅かである。このため、閉弁力Ｆｃが開弁力Ｆｏよりも大きく減少し、開弁方向に作用するピストン動作力Ｆｐが減少する。したがって、ピストン動作力Ｆｐの減少分に対応した距離だけリターンスプリング６の付勢力ｆによってピストン３が吐水具側に押し戻され、第２の弁機構５による通路２の絞りが解除されて流量が増加する（図３）。
【００３５】このようにして、水供給源の水圧変動による流量の変動が吸収され、吐水具にほぼ一定の量の水が供給される。
【００３６】水が流れている状態より吐水具を止水操作すると、吐水具側から流路２内に大きな圧力が伝わる。流路２内の圧力上昇によって上述の通りピストン３は閉弁方向に移動するが、吐水具を止水操作した場合の圧力上昇は上述の流量調節時の圧力上昇よりも著しい。このため、ピストン３が大きく移動して第１の弁機構４が完全に閉弁し、流路２を閉じて水供給源から吐水具への水の流れを断つ。このとき、図２に示すように、第１の弁機構４が完全に閉弁する前に先ず第２の弁機構５が流路２の通路面積を絞るので、中間流路２ｂ内の圧力が吐水具側流路２ｃ内の圧力よりも高くなり、第３の受圧面２２に作用する力Ｆ３が増加する。この力Ｆ３はピストン３を開弁させる方向に作用するので、ピストン３の閉弁方向の移動の抵抗となる。このため、第１の弁機構４が完全に閉弁する前にピストン３の移動速度が減少し、第１の弁機構４は緩やかに閉弁する（図４）。即ち、流路２内の流れは緩やかに断たれてウォータハンマ現象の発生が防止される。このように、リターンスプリング６の付勢力ｆを大きくしなくてもピストン３の移動速度を遅くしてウォータハンマ現象を防止できるので、付勢力ｆが大きくなることに起因した第１の弁機構４の漏れを防止することができ、第１の弁機構４を確実に閉弁させることができる。
【００３７】第１の弁機構４が完全に閉弁すると、第１の弁機構４よりも吐水具側に配置されている第２の弁機構５には水供給源側の圧力が作用することがなく、この圧力の影響を受けるピストン３の面積を減らすことが出来る。また、この状態では、水供給源側流路２ａ内の圧力は第２の受圧面２１と第４の受圧面２３に等しく伝えられている（Ｐ２＝Ｐ４）。第４の受圧面２３の面積Ｓ４は第２の受圧面２１の面積Ｓ２よりも大きいので、第４の受圧面２３に作用する力Ｆ４（＝Ｐ４・Ｓ４）は第２の受圧面２１に作用する力Ｆ２（＝Ｐ２・Ｓ２）よりも大きくなり、ピストン３を開弁させる力よりも大きな閉弁力を発生させることができる。即ち、第１の弁機構４が閉じている場合には、水供給源側流路２ａ内の圧力を利用して第１の弁機構４の閉弁状態を維持する力を発生させることができる。このため、第１の弁機構４を確実に閉弁させておくことが出来る。
【００３８】一方、流路２内の水の流れを止めている状態から吐水具を吐水操作すると、吐水具側流路２ｃ内の圧力が減少するので第１の圧力室１６内の圧力も減少し、第１の受圧面７に作用する力Ｆ１が減少する。このため、水圧による閉弁力Ｆｃ（＝Ｆ１＋Ｆ４）が減少してピストン動作力Ｆｐ（＝Ｆｃ−Ｆｏ）がリターンスプリング６の付勢力ｆよりも小さくなり、ピストン３が吐水具側に押し戻されて第１の弁機構４が開弁し、水供給源から吐水具へと水が流れ始める。
【００３９】第１の弁機構４の開弁により第２の弁機構５によって絞られた流路２を水が流れ始めると、水供給源側流路２ａ内の圧力は若干減圧されて第３の受圧面２２に伝わり、また、第２及び第４の受圧面２１，２３には等しく伝わる（Ｐ２＝Ｐ４＞Ｐ３）。第４の受圧面２３の面積Ｓ４は第２及び第３の受圧面２１，２２の合計面積（Ｓ２＋Ｓ３）よりも小さいので、第４の受圧面２３に作用する力Ｆ４は第２の受圧面２１に作用する力Ｆ２と第３の受圧面２２に作用する力Ｆ３の合力よりも小さい。即ち、水供給源側流路２ａ内の圧力を利用してピストン３を開弁させる力を発生させることができ、第１の弁機構４を確実に開弁させることができる。
【００４０】逆止弁２６は水供給源から吐水具に向かう水の流れによって押し開かれ、水供給源から供給される水をスムーズに吐水具側に向けて流す。一方、例えば断水等によって水供給源側の圧力が吐水具側の圧力よりも低くなった場合には、逆止弁２６の弁体２６ｂがスプリング２８によって押し戻されて弁座２６ａに当接し、水供給源側流路２ａを閉じる。このため、水の逆流を防止することができる（図５）。
【００４１】この止水栓では、第１の弁機構４の弁座４ａをピストン３に、弁部４ｂを止水栓本体１側に形成している。また、第２の弁機構５の第１の円筒部５ａをピストン３に、第２の円筒部５ｂを止水栓本体１側に形成している。このため、第１及び第２の弁機構４，５を構成するために特別の部品を必要とせず、構成部品の点数を減少させて製造コストを安くすることが出来る。
【００４２】また、ピストン３の内筒１３と外筒１４とを一体成形品としているので、構成部品の点数をさらに減少させることができ、製造コストをより安くすることができる。
【００４３】なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、一体成形したピストン３に第１の弁機構４の弁座４ａと第２の弁機構５の第１の円筒部５ａを形成し、第１の弁機構４と第２の弁機構５とを同時に操作するようにしていたが、例えば、ピストン３を１段目と２段目とがスライド可能な２段構成にすると共に、１段目のピストンに第２の弁機構５を、２段目のピストンに第１の弁機構４をそれぞれ形成し、閉弁時には先ず１段目のピストンを移動させて第２の弁機構５を操作し、１段目のピストンが所定距離移動した後に２段目のピストンを移動させて第１の弁機構４を操作するようにしても良い。この場合、１段目のピストンが所定距離移動すると２段目のピストンに引っ掛かる爪等の係止片を設け、係止片が引っ掛かった後には１段目のピストンに連動して２段目のピストンが移動するように構成することが好ましい。
【００４４】また、上述の説明では、第２の弁機構５の第１の円筒部５ａが第２の円筒部５ｂの内側に隙間を存して進入するようにしていたが、第１の円筒部５ａが第２の円筒部５ｂの外側に隙間を存して進入するようにしても良いことは勿論である。
【００４５】また、上述の説明では、Ｓ４＜（Ｓ２＋Ｓ３）としているが、Ｓ４≒（Ｓ２＋Ｓ３）又はＳ４＝（Ｓ２＋Ｓ３）としても良い。
【００４６】さらに、ピストン３を移動させて流路２を閉じる場合のウォータハンマ現象を防止する止水栓としては上述のものに限らない。例えば、図７に示すように、水供給源と吐水具との間に設けられ、該吐水具を止水操作した時に流路２内のピストン２９を水の流れとは逆方向に移動させて弁機構３０を閉弁させ、水供給源から吐水具に圧送される水の供給を断つ止水栓において、流路２内を流れる水の一部又は全部の流動方向を変化させてその流動慣性力を受ける流体受け部３１をピストン２９に形成するようにしても良い。
【００４７】弁機構３０の弁部３０ａは摺動筒３２内を摺動するピストン２９の先端に設けられ、弁座３０ｂは弁座金具３３に設けられている。ピストン２９はリターンスプリング３４によって開弁方向に付勢されているので、弁座金具３３の通水口３５より摺動筒３２内に流れ込んだ水は、弁機構３０の弁部３０ａと弁座３０ｂとの間からピストン２９内に流入し、ピストン２９内を真っ直ぐ流れた後に流体受け部３１に当たってその流動方向を変化させてからスリット３６よりピストン２９の外に流出する。この状態で吐水具が止水操作されると、流路内２の圧力が上昇するので当該上昇圧力によってピストン２９がリターンスプリング３４の付勢力に抗して閉弁方向に移動する。この時、流体受け部３１は水の流動方向を変化させることで開弁方向に作用する流動慣性力を受けており、この流動慣性力がピストン２９の閉弁方向の移動の抵抗力となってピストン２９の急激な移動を防止する。このため、リターンスプリング３４の付勢力をあまり大きくしなくても、弁機構３０を緩やかに閉弁させることができ、ウォータハンマ現象の発生を確実に防止することが出来る。また、図８に示すように、弁機構３０の弁座３０ｂ側に円筒部３０ｃを設け、閉弁動作時に流路２の通路面積を徐々に絞るようにしても良い。この様にすることで、流路２の通路面積の減少に伴ってピストン２９の移動の抵抗力を増加させることができ、ウォータハンマ現象の発生をより確実に防止することができる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の止水栓では、止水栓本体内に形成された流路と、該流路内に配置されたピストンと、該ピストンの水供給源側への移動によって流路を閉じ且つ吐水具側への移動によって流路を開く第１の弁機構と、ピストンが水供給源側に移動した場合に第１の弁機構の閉弁よりも先に流路の通路面積を絞る第２の弁機構と、ピストンを吐水具側に向けて押し付ける付勢手段と、ピストンに形成されて流路内の第１及び第２の弁機構よりも吐水具側の位置の水から水供給源側に向かう力を受ける第１の受圧面を備え、ピストンは、流路内の流量の変動による圧力変動に応じて移動して第１及び第２の弁機構を開閉操作すると共に、吐水具が止水操作されて流路内の圧力が上昇して第１の受圧面に作用する力が増加すると水供給源側に移動して第１の弁機構を閉弁させるので、吐水具を止水操作すると流路を閉じて吐水具への水の流れを止めることが出来る。この場合、第１の弁機構が閉弁する前に先ず第２の弁機構が流路を絞るので、第１の弁機構が閉弁する前にピストンの移動抵抗が増加してピストンの移動速度を遅くすることが出来る。このため、第１の弁機構が一気に閉弁するのを防ぐことができ、ウォータハンマ現象の発生を確実に防止することができる。また、流量の変動に伴う圧力変動に応じてピストンが移動し流量を増減するので、流量の変動を吸収しての流量を一定化させることが出来る。
【００４９】また、請求項２記載の止水栓では、第２の弁機構を第１の弁機構よりも吐水具側に配置しているので、第１の弁機構が完全に閉弁している止水状態で水供給源側の圧力の影響を受けるピストンの面積を減らすことができ、ピストンが押し戻されて第１の弁機構が開いてしまうのを防止することが出来る。
【００５０】また、請求項３記載の止水栓では、第１の弁機構が、ピストンに形成された弁座と、止水栓本体側に形成された弁部を備えているので、部品点数を減らすことができ、製造コストを安くすることができる。
【００５１】また、請求項４記載の止水栓では、第２の弁機構が、ピストンに形成された第１の円筒部と、止水栓本体側に形成され且つ第１の円筒部とは径が異なる第２の円筒部とを備え、ピストンが水供給源側に移動すると第１の円筒部が第２の円筒部の内側又は外側に隙間を存して進入するので、ピストンの移動によって流路を絞ることができる。このため、閉弁時に第２の弁機構よりも水供給源側の圧力を上昇させて第１の弁機構が一気に閉弁するのを防止することができる。
【００５２】また、請求項５記載の止水栓では、第１の弁機構よりも水供給源側の流路を水供給源側流路、第１の弁機構と第２の弁機構の間の流路を中間流路とし、ピストンに、水供給源側流路内の流体から吐水具側に向かう力を受ける第２の受圧面と、中間流路内の流体から吐水具側に向かう力を受ける第３の受圧面と、水供給源側流路内の流体から水供給源側に向かう力を受ける第４の受圧面を形成し、第４の受圧面の面積は、第２の受圧面の面積よりも大きく且つ第２の受圧面と第３の受圧面の合計面積以下としているので、第１の弁機構が閉じている場合に水供給源側の圧力を利用して第１の弁機構の閉弁状態を維持する力を発生させることができる。このため、流路を確実に閉じて止水することができる。一方、第１の弁機構が開いている場合には、水供給源側の圧力が第１の弁機構を閉じる方向に作用することを防止することができ、ピストンの移動をスムーズにして流量調節を円滑に行うことが出来る。
【００５３】また、請求項６記載の止水栓では、流路の途中に水供給源側への流体の逆流を阻止する逆止弁を備えているので、断水等によって水供給源側の圧力が吐水具側の圧力よりも低くなった場合であっても、水の逆流を確実に防止することが出来る。
【００５４】さらに、請求項７記載の止水栓では、流路内を流れる水の一部又は全部の流動方向を変化させてその流動慣性力を受ける流体受け部をピストンに形成しているので、ピストンの閉弁速度を遅くすることができ、ウォータハンマ現象の発生を確実に防止することができる。また、ピストンを開弁方向に付勢する付勢手段の付勢力を過大にする必要がないので、弁機構を確実に閉弁することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２０１３６
【氏名又は名称】東京ピジョン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月１日（１９９９．６．１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８７４６８
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 一美
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６２４０（Ｐ２０００−３４６２４０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５４３０４ |
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