特許 6440153 圧力検知形逆止弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6440153

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】圧力検知形逆止弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 15/18 20060101AFI20181210BHJP

   G05D 7/01 20060101ALI20181210BHJP

   G01L 7/00 20060101ALI20181210BHJP

   G01L 7/06 20060101ALI20181210BHJP

   G01L 7/08 20060101ALI20181210BHJP

【ＦＩ】

   F16K15/18 F

   G05D7/01 A

   G01L7/00 A

   G01L7/06

   G01L7/08

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-148424(P2018-148424)

(22)【出願日】2018年8月7日

【審査請求日】2018年9月25日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】517449730

【氏名又は名称】株式会社創設

(74)【代理人】

【識別番号】110002354

【氏名又は名称】特許業務法人平和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】湯淺 将司

(72)【発明者】

【氏名】南雲 愼一

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 実公平４−１９２６６（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 特公昭５９−４５８６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４８９０００８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５３５７２３３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６３６７４３２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第３２１９０５６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４７４７７６３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ １５／１８

Ｇ０１Ｌ

Ｇ０５Ｄ ７／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体供給手段から供給される流体の流入口である入口と、
流体の流出口である出口と、
前記入口につながる入口側流路と、
前記入口側流路と連通するとともに、前記出口につながる流路空間室と、
第1付勢部材により付勢され、外力を受けて変位可能に設けられた第１変位部材と、
第２付勢部材により付勢され、外力を受けて変位可能に設けられた第２変位部材と、を備え、
前記第１変位部材と前記第２変位部材は、ともに前記流路空間室の壁部材であり、
前記第１変位部材は、前記第１付勢部材の付勢力と当該付勢力に対抗する前記流路空間室における圧力による力とに基づいて、流路を開放する位置と遮断する位置とに変位可能であり、
前記第２変位部材は、前記第２付勢部材の付勢力と当該付勢力に対抗する前記流路空間室における圧力による力とに基づいて、前記流体供給手段を作動させる位置と前記流体供給手段の動作を停止させる位置とに変位可能である
ことを特徴とする圧力検知形逆止弁。

【請求項2】

前記第１変位部材は、前記流路空間室と前記入口側流路とを仕切る部材であり、
前記第１付勢部材の付勢力と、前記流路空間室の圧力による力と、前記入口側流路の圧力による力とに基づいて、前記流路空間室と前記入口側流路との間の流路を開放する位置と遮断する位置とに変位可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力検知形逆止弁。

【請求項3】

前記流体供給手段の動作を制御可能な制御手段を備え、
前記第２変位部材は、前記流路空間室における圧力による力が当該力に対抗する前記第２付勢部材の付勢力より大きい場合に前記力に基づいて第１位置に変位し、前記第２付勢部材の付勢力が前記流路空間室における圧力による力より大きい場合に前記付勢力に基づいて第２位置に変位し、
前記制御手段は、前記第２変位部材が前記第１位置に変位したことに基づいて前記流体供給手段の動作を停止させ、前記第２変位部材が前記第２位置に変位したことに基づいて前記流体供給手段を作動させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力検知形逆止弁。

【請求項4】

前記第２変位部材は、外力を受けて変形する可撓性部材であり、
前記流路空間室は、当該流路空間室における圧力の上昇又は下降に伴い、前記第２変位部材が変形することに基づいて膨張又は収縮する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力検知形逆止弁。

【請求項5】

前記出口の下流流路を開閉可能な開閉手段を備え、
前記入口から流入した流体が前記出口から流出されている第１状態において、前記開閉手段により前記下流流路が閉じられた場合、前記第１変位部材は、前記流路空間室の圧力の上昇に伴い、前記第１付勢部材の付勢力が、前記流路空間室における圧力による力より大きくなることに基づいて流路を遮断する位置に変位するとともに、前記第２変位部材は、前記流路空間室の圧力の上昇に伴い、前記流路空間室における圧力による力が前記第２付勢部材の付勢力より大きくなることに基づいて前記流体供給手段を停止させる位置に変位する第２状態に移行し、
前記第２状態において前記開閉手段により前記下流流路が開かれた場合、前記第１変位部材は、前記流路空間室の圧力の低下に伴い、前記流路空間室における圧力による力が前記第１付勢部材の付勢力より大きくなることに基づいて前記流路を開放する位置に変位するとともに、前記第２変位部材は、前記流路空間室の圧力の低下に伴い、前記流路空間室における圧力による力が前記第２付勢部材の付勢力より小さくなることに基づいて前記流体供給手段を作動させる位置に変位する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力検知形逆止弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力検知機能と逆止弁の機能とを有する圧力検知形逆止弁に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、飲料水や清浄用水などの給水システムでは、水道管（配管）などの流路の所定箇所にポンプ、遮断弁、圧力スイッチなどの機器が設けられ、これらの機器によって流路の開閉やポンプのオン・オフ制御を行い、スムーズな給水を行うとともに、給水が不要の時はポンプ使用電力の削減などが行われている。
図９は、従来の給水システムの概略図である。
図９に示すように、この種の給水システムでは、多くの場合、タンクに貯められている水がポンプにより吸い上げられて給水路に提供され、給水路を通過した水が給水路端部の水栓を介して外部に供給されるようになっている。
ここで、水栓が閉じられると、給水路の水圧は上昇する。
このため、圧力スイッチは、給水路の水圧が設定値（例えば、０．２５ＭＰａ）まで上昇したことを検知すると、所定の信号をコントローラに出力し、この信号を受けたコントローラは、ポンプを停止する制御とともに遮断弁を閉じる制御を行うようにしている。
これにより、給水路の水圧が設定値以上の高圧になるのを防ぐことができ、また、給水路の水圧を設定値に近い適度な高圧に保ちつつ水が逆流しないように遮断することができる。
ここで、水栓が開かれると、給水路の水圧は低下する。
このため、圧力スイッチは、給水路の水圧が設置値（例えば、０．１５ＭＰａ）まで低下したことを検知すると、所定の信号をコントローラに出力し、この信号を受けたコントローラは、ポンプを起動させる制御とともに遮断弁を開く制御を行うようにしている。
これにより、再び、ポンプから水が供給され、給水路を通過した水は水栓を介して外部に供給される。
例えば、特許文献１には、流路の水圧を検出する圧力スイッチと、制御部による制御に基づいて開閉動作を行う電磁弁と、を備えた給水システムを有する除湿機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実用新案登録第３２１５２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、上述した遮断弁や圧力スイッチはいずれも単体の機器であり、遮断弁は流路の開閉、圧力スイッチは水圧検知、といった機器本来の機能しか有していない。
このため、給水システムを構成するには、遮断弁と圧力スイッチをそれぞれ用意して取り付ける必要があり、手間やコストがかさむなどの問題があった。
また、圧力スイッチに関する以下の問題もあった。
圧力スイッチは、大別すると、ダイヤフラムとばね等を用いて位置の変化で圧力を検知してスイッチを作動させる機械式と、ダイヤフラムを介して感圧素子（ピエゾ抵抗など）で圧力を検知してスイッチを作動させる電子式とがあるが、機械式は大型であり、電子式は高価である。
さらに、電子式の圧力スイッチは、信号出力が微弱であるため、電気式のポンプや遮断弁を作動させるためにはその信号出力のみでは使用できない。
このため、図９に示すようにコントローラを設けたり、さらにはリレー（図示省略）を設け、これらを介して、圧力スイッチから出力される微弱な信号に基づいてポンプや遮断弁を制御する必要があった。

【0005】

本発明は、以上のような従来の技術が有する問題を解決するために提案されたものであり、流路の圧力を検知するとともに、検知した圧力に応じて流路の遮断／開放を制御することを可能とし、さらに逆止弁の機能を有する圧力検知形逆止弁の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の圧力検知形逆止弁は、流体供給手段から供給される流体の流入口である入口と、流体の流出口である出口と、前記入口につながる流路である入口側流路と、前記入口側流路と連通するとともに、前記出口につながる流路空間室と、第1付勢部材により付勢され、外力を受けて変位可能に設けられた第１変位部材と、第２付勢部材により付勢され、外力を受けて変位可能に設けられた第２変位部材と、を備え、前記第１変位部材と前記第２変位部材は、ともに前記流路空間室の壁部材であり、前記第１変位部材は、前記第１付勢部材の付勢力と当該付勢力に対抗する前記流路空間室における圧力による力とに基づいて、流路を開放する位置と遮断する位置とに変位可能であり、前記第２変位部材は、前記第２付勢部材の付勢力と当該付勢力に対抗する前記流路空間室における圧力による力とに基づいて、前記流体供給手段を作動させる位置と前記流体供給手段の動作を停止させる位置とに変位可能な構成としてある。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、小型で単純な構造の高機能弁とすることができ、その結果、給水システム全体としても簡素化、低コスト化、高信頼性化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る圧力検知形逆止弁の外観図である。

【図2】本実施形態の圧力検知形逆止弁の要部断面図である。

【図3】本実施形態の圧力検知形逆止弁を備えた給水システムの概略図である。

【図4】本実施形態の圧力検知形逆止弁の状態遷移を示す第１の図である。

【図5】本実施形態の圧力検知形逆止弁の状態遷移を示す第２の図である。

【図6】本実施形態の圧力検知形逆止弁の第１の改良実施例を示す図である。

【図7】本実施形態の圧力検知形逆止弁の第２の改良実施例を示す図である。

【図8】本実施形態の圧力検知形逆止弁の第３の改良実施例を示す図である。

【図9】従来の給水システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の圧力検知形逆止弁の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明の圧力検知形逆止弁は、給水システムの流路に設けられ、流路の圧力を検知する機能、検知した圧力に応じて流路の遮断／開放を制御する機能、逆止弁の機能等を備える点において特徴を有する。
以下、圧力検知形逆止弁（以下、高機能バルブ１という。）を、水を流体とする給水システムの流路に設けた場合について説明する。
ただし、高機能バルブ１は、他の流体（例えば、温水、燃料などの液体、気体等）を供給する流体供給システムに用いることもできる。

【0010】

図１は、本発明の実施形態に係る高機能バルブの外観図である。
図１に示すように、高機能バルブ１は、複数の段部を有する変形円柱状の弁箱２によって構成される。
弁箱２の形状は、これに限らず、四角柱状、多角柱状など、様々な形状にすることができる。
弁箱２は、上部箱部２ａ、中部箱部２ｂ、下部箱部２ｃの３つの箱部によって構成される。
弁箱２の下部箱部２ｃには、入口３と出口４とが設けられている。
入口３は、水の流入口である。
入口３には流路をなす配管が接続され、ポンプ４０（本発明の流体供給手段）から供給され、上流側の流路を流通してきた水がこの入口３を介して弁箱２の内部に流入される。
出口４は、水の流出口である。
出口４には流路をなす配管が接続され、弁箱２の内部を通過した水がこの出口４を介して下流側の流路に流出される。
本実施形態の高機能バルブ１において、入口３と出口４とは反対方向（１８０度の角度）を向き、かつ、ともに水平方向を向く態様で設けられているが、様々な角度や向きにすることができる。
例えば、入口３と出口４との角度が９０度でもよく、また、一方又は双方が鉛直方向を向く態様でもよい。
弁箱２の上部箱部２ａには、弁箱２と一体構造の半円柱状の支持部材２４が設けられている。
そして、この支持部材２４には、本発明の制御手段の一例であるマイクロスイッチ２５が設けられる。
なお、マイクロスイッチ２５の機能・動作等については後述する。

【0011】

図２は、高機能バルブの要部断面図である。
なお、弁箱２を構成する上部箱部２ａ、中部箱部２ｂ及び下部箱部２ｃは、ボルトなどの結合手段により結合されるが、これら結合手段の図示は省略する。
図２に示すように、弁箱２の内部には、入口側流路５、流路空間室６、及び大気室８が形成されている。
入口側流路５は、入口３につながる流路である。
入口側流路５は、具体的には、入口３から流路空間室６に亘って形成されており、流路空間室６とは当該入口側流路５の下流側出口である円状の連通口（以下、弁座口１３という。）を介して連通されている。

【0012】

流路空間室６は、入口側流路５と連通する空間であるとともに出口につながる空間である。
流路空間室６は、中部箱部２ｂ及び下部箱部２ｃの内部に設けられた空間であり、図２の網点部に示すように、入口側流路５の上方及び側方に配されて底部に段差をもった空間によって構成される。
具体的には、中部箱部２ｂに設けられた部分では円筒状の空間を形成し、下部箱部２ｃに設けられた部分では、出口側が一段下がった形状となっており、上段部分の空間と下段部分の空間とが連通された１つの空間を形成している（図２の網点部参照）。
なお、上段部分の空間と下段部分の空間の間には、これらの空間を仕切るように後記第１ダイヤフラム１０が介在しているが、この第１ダイヤフラム１０の部分には連通孔１５が設けられているため、両空間は互いに連通している。
ただし、説明の便宜上、上段部分の空間における圧力（水圧）をＰ３、下段部分の空間における圧力（水圧）をＰ２と称して区別する場合がある。
このような高機能バルブ１の基本的な構造によれば、上流側の流路を流通してきた水を、入口３→入口側流路５→弁座口１３→流路空間室６→出口４といった流れを経て下流側の流路に流出させることができる。
このほか、流路空間室６の上方には、両側の内壁からせり出した隔壁状の取付部材９が設けられている。この取付部材９には、コイルバネが取り付けられる。

【0013】

流路空間室６は、入口側流路５とは、円板状のダイヤフラム（以下、第１ダイヤフラム１０という。）に設けられた弁体部１１（本発明の第１変位部材）によって仕切られている。
これにより、第１ダイヤフラム１０の弁体部１１は、流路空間室６の隔壁（本発明の壁部材）を構成している。
第１ダイヤフラム１０は、具体的には、その中心部に一体に設けられた弁体部１１によって、流路空間室６と入口側流路５とを仕切るようにしている。
弁体部１１は、第１ダイヤフラム１０において、弁座口１３の周縁部（弁座７）を塞ぐことが可能な大きさの円状領域によって構成されている。
ダイヤフラムは、ゴム、樹脂など、可撓性（弾性）を有する部材からなり、一方向から外力（圧力による力）を受けると反対方向に伸びて変形し、外力がなくなるとその弾性により元の形状に戻る性質を有する。
なお、ダイヤフラムとして、金属の薄膜を同心の波形にプレス加工して弾性を持たせた、いわゆるメタルダイヤフラムを採用することもできる。
メタルダイヤフラムによれば、耐久性を著しく向上させることができる。

【0014】

第１ダイヤフラム１０の弁体部１１は、流路空間室６と入口側流路５との間にある弁座口１３の真上に位置し、取付部材９に取り付けられたコイルバネ（本発明の第１付勢部材。以下、第１バネ１４という）によって下方に向けて付勢力が加えられている。
これにより、弁体部１１は、上方からは流路空間室６の水圧（内圧）Ｐ３による力と第１バネ１４の付勢力Ｆｘを受け、下方からは流路空間室６に対する外圧として入口側流路５の水圧Ｐ１による力を受ける。
弁体部１１が受ける力のうち、「水圧（圧力）による力」は、具体的には、「弁体部１１において水圧が作用する領域の面積」×「水圧」である。
このため、例えば、前記「水圧Ｐ３による力」は、具体的には、「弁座口１３の面積」×「水圧Ｐ３」であり、後記「差圧（Ｐ１−Ｐ３）による力」は、具体的には、「弁座口１３の面積」×「差圧Ｐ１−Ｐ３」である。
なお、第１ダイヤフラム１０のうち、中心部の弁体部１１を除いた場所には連通孔１５が設けられているため、圧力Ｐ２と圧力Ｐ３とはほぼ同じとなり、この場所において上方と下方に作用する圧力による力はほぼ等しくなるため無視できる。

【0015】

このように、第１ダイヤフラム１０の弁体部１１は、第１バネ１４の付勢力Ｆｘと、当該付勢力に対抗する力として、入口側流路５の水圧Ｐ１と流路空間室６の水圧Ｐ３との圧力差である差圧（Ｐ１−Ｐ３）による力（本発明の「流路空間室における圧力による力」）を受ける。
そして、弁体部１１は、流路空間室６の圧力、入口側流路５の圧力、及び第１バネ１４の付勢力Ｆｘの関係を利用し、入口側流路５の水圧Ｐ１と流路空間室６の水圧Ｐ３との圧力差である差圧（Ｐ１−Ｐ３）による力が、第１バネ１４の付勢力Ｆｘより大きい場合には、その差圧による力に基づいて上方に移動し、この結果、弁座口１３を、入口側流路５から出口４へ向かう方向に水が流れるように開放する（流路の開放）。
一方、差圧（Ｐ１−Ｐ３）による力が第１バネ１４の付勢力Ｆｘより小さい場合に、その付勢力Ｆｘに基づいて、下方に移動し、この結果、弁座口１３を遮断する（流路の遮断）。
このような弁体部１１の給水システムにおける具体的動作については、後記「給水システムにおける高機能バルブの動作」において説明する。

【0016】

流路空間室６の上方には、上部箱部２ａの内部空間として大気室８が設けられている。
大気室８は、室内が大気（空気）で満たされた空間である。
大気室８には、外部に通じる通気孔２０が設けられており、これにより内部の圧力が常に外気（大気圧）と等しくなるようにしている。
流路空間室６と大気室８とは円板状のダイヤフラム（本発明の第２変位部材。以下、第２ダイヤフラム１６という。）によって仕切られている。
これにより、第２ダイヤフラム１６は、流路空間室６の隔壁（本発明の壁部材）を構成している。
ダイヤフラムは、ゴム、樹脂など、可撓性（弾性）を有する部材からなり、一方向から外力（圧力による力）が加わると反対方向に伸びて変形し、外力がなくなるとその弾性により元の形状に戻る性質を有する。
なお、ダイヤフラムとして、金属の薄膜を同心の波形にプレス加工して弾性を持たせた、いわゆるメタルダイヤフラムを採用することもできる。
メタルダイヤフラムによれば、耐久性を著しく向上させることができる。

【0017】

第２ダイヤフラム１６は、流路空間室６と大気室８との間に配置され、大気室８の上壁部にその一端が接しているコイルバネ（本発明の第２付勢部材。以下、第２バネ１７という）により下方に付勢力Ｆｙが加わるようにしている。
これにより、第２ダイヤフラム１６は、上方からは第２バネ１７の付勢力Ｆｙを受け、この付勢力Ｆｙに対抗する力として、下方から流路空間室６の水圧（内圧）Ｐ３（ゲージ圧）による力（本発明の「流路空間室における圧力による力」）を受ける。
このため、第２ダイヤフラム１６は、第２バネ１７の付勢力Ｆｙが流路空間室６の水圧Ｐ３による力より大きい場合は下方に移動（変位）し、水圧Ｐ３による力が付勢力Ｆｙより大きい場合は上方に移動（変位）する。

【0018】

この第２ダイヤフラム１６には、棒部材（以下、ロッド１８という。）が取り付けられる。
具体的には、ロッド１８の一端（上端部）を大気室８（弁箱２）の上壁に設けたロッド用穴を通して弁箱２の外部上方に配置し、他端（下端部）を第２ダイヤフラム１６の中心部に設けた穴に通してナット１９で固定する。
これにより、ロッド１８を、鉛直方向に起立させた状態で第２ダイヤフラム１６に固定することができる。
このため、ロッド１８は、第２ダイヤフラム１６の下方への変位に応じて下方に移動させ、第２ダイヤフラム１６の上方への変位に応じて上方に移動させることができる。
ロッド１８の上端部には、高さ調節が可能なネジ式のアジャスタ２１を取り付けている。
また、ロッド１８には、ロッド用穴に対する抜け防止用のＥリング２２が取り付けられている。

【0019】

ロッド１８の上方には、ポンプ４０を制御可能なマイクロスイッチ２５が、弁箱２の上部箱部２ａと一体構造の支持部材２４を介して設けられる。
なお、マイクロスイッチ２５は、公知の制御装置であることから、本発明との関連事項を除き、詳細な説明を省略する。

【0020】

マイクロスイッチ２５は、押圧操作によって変位する凸状のアクチュエータ２３を備えている。
本実施形態のアクチュエータ２３は、図１，２，４等に示すように、スイッチ本体の下部から下方に突出した態様で用いられ、下方から外力（押圧力）が加えられていない状態では最下位置に配置されるようにバネ等により付勢されている。
アクチュエータ２３の下端部は、ロッド１８からの押し上げに応じて上方向に移動し、ロッド１８の押し上げ位置を下げるとその分だけ下方向に移動するようにしているため、ロッド１８の上下方向の移動に応じてアクチュエータ２３の高さを変位させることができる。

【0021】

マイクロスイッチ２５は、アクチュエータ２３が所定の高位置（以下、ポンプ停止位置という。）まで上がったときにはポンプ４０の動作を停止する制御を行い、アクチュエータ２３が所定の低位置（以下、ポンプ起動位置という。）まで下がったときにはポンプ４０を起動（作動）させる制御を行う（ポンプ４０のオン・オフ制御）。
具体的には、マイクロスイッチ２５は、図示しない端子を介して回路を開閉する機能（回路の開動作／閉動作）を有しており、この端子やリード線等を介してポンプ４０の電力供給路（電源を含む）と接続している。
これにより、マイクロスイッチ２５は、アクチュエータ２３がポンプ停止位置に到達すると開動作を行って電力供給路を遮断し、アクチュエータ２３がポンプ起動位置に到達すると閉動作を行って電力供給路を接続することができるため、ポンプ４０のオン・オフ制御が可能となる。

【0022】

アクチュエータ２３は、具体的には、流路空間室６の水圧Ｐ３が上限設定値（例えば、０．２５ＭＰａ）のときにポンプ停止位置に配置し（図４（ｃ）参照）、流路空間室６の水圧Ｐ３が下限設定値（例えば、０．１５ＭＰａ）のときにポンプ起動位置に配置するようにしている（図５（ａ）参照）。なお、ポンプ停止位置とポンプ起動位置との距離差を応差という。
すなわち、流路空間室６の水圧Ｐ３の大小に応じて第２ダイヤフラム１６の上下方向に対する変位位置が異なり、第２ダイヤフラム１６の上下方向の変位位置に応じてロッド１８の高さ位置が変位し、ロッド１８の高さ位置に応じてアクチュエータ２３の高さ位置が変位するため、例えば、流路空間室６の測定水圧Ｐ３が０．２５ＭＰａのときのアクチュエータ２３の高さ位置がポンプ停止位置となるように調整を行い、流路空間室６の測定水圧Ｐ３が０．１５ＭＰａのときのアクチュエータ２３の高さ位置がポンプ起動位置となるように調整を行う。
この調整は、例えば、ロッド１８に設けたアジャスタ２１によるロッド１８の長さ・高さの調整、対応する応差を有するマイクロスイッチ２５や対応するダイヤフラムの選択、バネの選択などにより行うことができる。

【0023】

これにより、高機能バルブ１では、流路空間室６の水圧Ｐ３が０．２５ＭＰａまで上昇したことに伴いアクチュエータ２３が高位置であるポンプ停止位置に到達したことに基づいてポンプ４０を停止させ、他方、流路空間室６の水圧Ｐ３が０．１５ＭＰａまで低下したことに伴いアクチュエータ２３が低位置であるポンプ起動位置に到達したことに基づいてポンプ４０を起動させることができる。

【0024】

＜高機能バルブの給水システムにおける動作＞
上述した構造及び構成を備えた高機能バルブ１の給水システムにおける具体的動作について図３〜図５を参照しながら説明する。
図３は、高機能バルブを備えた給水システムの概略図である。
図４は、高機能バルブの状態遷移を示す第１の図であり、図５は、高機能バルブの状態遷移を示す第２の図である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）〜（ｂ）の各図上部にはアクチュエータ２３部分の拡大図を示す。

【0025】

図３に示すように、給水システムは、ポンプ４０、水栓５０、水が貯水されたタンクや給水路等を備えて構成され、給水路の所定箇所に高機能バルブ１を設けている。
この給水システムでは、タンクに貯水されている水がポンプ４０により吸い上げられて給水路に提供され、給水路を流通した水が下流流路に取り付けられた水栓５０（開閉手段）を介して外部に供給するようになっている。
このように、ポンプ４０から供給される水が水栓５０から流出されている場合、高機能バルブ１では、入口側の水圧（入口側流路５の水圧Ｐ１）の方が出口側の水圧Ｐ２よりも高い状態となっている。
流路空間室６において上段部分の空間と下段部分の空間とは一連につながっており、水圧Ｐ２と水圧Ｐ３とは同じ圧力であるため、入口側流路５の水圧Ｐ１の方が流路空間室６の水圧Ｐ３よりも高い状態である。
加えて、入口側流路５の水圧Ｐ１と流路空間室６の水圧Ｐ３との差圧（Ｐ１−Ｐ３）による力は、第１バネ１４の付勢力Ｆｘより高いため、弁体部１１は、弁座口１３を開放する位置にある（図４（ａ）参照）。
このため、高機能バルブ１の内部では、図４（ａ）の矢印に示すように、入口３から流入した水が、入口側流路５→弁座口１３→流路空間室６を経て出口４から流出している状態（第１状態）にある。
なお、このとき、マイクロスイッチ２５のアクチュエータ２３は、ポンプ起動位置（図５（ａ）参照）とポンプ停止位置（図４（ｃ）参照）の間に配置されている。

【0026】

この状態（第１状態）において、水栓５０が閉じられると、出口側の水圧Ｐ２が徐々に上昇する。
流路空間室６の上段部分の空間と下段部分の空間とを仕切る第１ダイヤフラム１０の部分には連通孔１５が設けられているため、水圧Ｐ２の上昇とともに水圧Ｐ３も上昇する。
これに伴って、入口側流路５の水圧Ｐ１と流路空間室６の水圧Ｐ３との差圧（Ｐ１−Ｐ３）が小さくなり、第１バネ１４の付勢力Ｆｘに抗する力が弱まる。
このため、第１ダイヤフラム１０の弁体部１１は、第１バネ１４の付勢力Ｆｘによって弁座口１３を遮断する方向（下方）に移動する（図４（ａ）→図４（ｂ））。
なお、図４（ｂ）は、弁体部１１が弁座口１３を遮断する直前の状態であり、弁体部１３が、遮断位置よりやや上方に位置している状態を示している。
他方、流路空間室６の水圧Ｐ３の上昇とともに、第２バネ１７の付勢力Ｆｙに抗する力が強まる。
このため、第２ダイヤフラム１６が上方向に変位し、これに伴うロッド１８の上方向への移動によって、アクチュエータ２３は上方に移動する。

【0027】

流路空間室６の水圧Ｐ３が上限設定値（例えば、０．２５ＭＰａ）まで上昇すると、アクチュエータ２３はポンプ停止位置に到達する（図４（ｂ）→図４（ｃ））。
マイクロスイッチ２５は、アクチュエータ２３がポンプ停止位置に到達したことに基づいてポンプ４０の電力供給路（電源を含む）を遮断する。
これにより、ポンプ４０の動作が停止され、水の供給が停止する。

【0028】

ポンプ４０が停止されると、入口側流路５の水圧Ｐ１が低下する。
これにより、流路空間室６の水圧Ｐ３が入口側流路５の水圧Ｐ１よりも高くなる。
このため、第１ダイヤフラム１０の弁体部１１は、流路空間室６の水圧Ｐ３と入口側流路５の水圧Ｐ１との差圧（Ｐ３−Ｐ１）による力と第１バネ１４の付勢力Ｆｘとを上方向から受ける。
これにより、弁体部１１は、さらに下方に下がり、弁座口１３を遮断する位置まで移動する（図４（ｂ）→図４（ｃ））。
この結果、高機能バルブ１の内部において流路空間室６から入口側流路５に向かう流路が遮断され、流路空間室６に残存する水は適度な高圧（例えば、ほぼ０．２５ＭＰａ）のまま、かつ、上流側に逆流しないように保持される（逆止弁の機能）。
仮に、逆止弁の機能がない場合、水栓５０を閉じた状態で流路空間室６の水圧Ｐ３は低下するため、水圧Ｐ３が下限設定値になるとポンプ４０が起動され、ポンプ４０の動作により水圧Ｐ３が上限設定値になるとポンプ４０の動作が停止される、といったポンプ４０のオン・オフ動作が繰り返される、いわゆるハンチングと呼ばれる問題を生ずる。
高機能バルブ１は、逆止弁の機能を有するため、水栓５０が閉じられた状態において、ハンチングが発生しないようにすることができる。

【0029】

この状態（第２状態）において水栓５０が開かれると、流路空間室６に残存する水が出口４から下流流路に流出され、出口側の水圧Ｐ２が低下する。
流路空間室６の上段部分の空間と下段部分の空間とを仕切る第１ダイヤフラム１０の部分には連通孔１５が設けられているため、出口側の水圧Ｐ２の低下とともに流路空間室６の水圧Ｐ３も低下する。
流路空間室６の水圧Ｐ３の低下とともに、第２バネ１７の付勢力Ｆｙに抗する力が弱まる。
このため、第２ダイヤフラム１６が下方向に変位し、これに伴うロッド１８の下方向への移動によって、アクチュエータ２３は下方に移動する。
流路空間室６の水圧Ｐ３が下限設置値（例えば、０．１５ＭＰａ）まで低下すると、アクチュエータ２３はポンプ起動位置に到達する（図４（ｃ）→図５（ａ））。
マイクロスイッチ２５は、アクチュエータ２３がポンプ起動位置に到達したことに基づいてポンプ４０の電力供給路を接続する。
これにより、ポンプ４０が起動し、水の供給が開始される。

【0030】

他方、流路空間室６の水圧Ｐ３が低下することにより入口側流路５の水圧Ｐ１との差圧（Ｐ１−Ｐ３）が所定値（例えば７ｋＰａ以上）になると、弁体部１１は、弁座口１３を通して入口側から出口側へ水が流通するのに十分な位置（開放位置）に移動する（図５（ａ）→図５（ｂ））。
これにより、ポンプ４０からは再び水が供給され始め、入口３から流入した水が、入口側流路５→弁座口１３→流路空間室６を経て出口４から流出する。
給水システムでは、タンクに貯水されている水がポンプ４０により吸い上げられて給水路に提供され、給水路を流通した水が下流流路に取り付けられた水栓５０を介して外部に供給される。
なお、水栓５０は、手動による蛇口の他に、電磁弁や水洗トイレ等に使用されているタップ式などの開閉手段でもよい。

【0031】

このように、高機能バルブ１によれば、水栓５０の開閉に伴う水圧の高低に応じてポンプの起動／停止、流路の開放／遮断を行うことができる。
このため、従来の給水システムのように、遮断弁や圧力スイッチをそれぞれ設けなくても、高機能バルブ１だけでこれら複数の機能を担うことができる。

【0032】

ここで、高機能バルブ１が備えるチャタリング防止機能について説明する。
図４（ｂ）の状態から図４（ｃ）の状態に移った際に流路空間室６の圧力が瞬間的に若干低下する。
このため、仮に、ポンプ４０の起動点と停止点（つまりは設定圧力）に差を設けないと、ポンプ４０の起動による圧力上昇や、ポンプ４０の停止による圧力降下が短い周期で繰り返されて、弁体部１１が弁座７を叩くような動作（チャタリング）を起こし、弁体部１１の損傷を招く。
そこで、高機能バルブ１は、応差を有するマイクロスイッチ２５を制御手段として採用している。
すなわち、高機能バルブ１は、このようなマイクロスイッチ２５を備えることで、アクチュエータ２３がポンプ停止位置（流路空間室６の水圧Ｐ３が例えば０．２５ＭＰａの状態）のときにポンプ４０を停止させ、アクチュエータ２３がポンプ起動位置（流路空間室６の水圧Ｐ３が例えば０．１５ＭＰａの状態）のときにポンプ４０を起動させるようにしている。
このため、高機能バルブ１によれば、チャタリングの発生を防止することができる。

【0033】

また、高機能バルブは、第２ダイヤフラム１６を壁部材とする流路空間室６を備えることによって蓄圧機能を有している。
第２ダイヤフラム１６は、外力を受けて変形する可撓性部材である。
このため、流路空間室６の圧力Ｐ３の上昇／下降に伴い、第２ダイヤフラム１６は室外側／室内側に変形し、この第２ダイヤフラム１６の変形に応じ、流路空間室６は膨張／収縮する。
例えば、流路空間室６の水圧Ｐ３が０．２５ＭＰａ程度の高圧もしくはこれ以上の高圧になる場合でも、流路空間室６の容積を拡大することによって一定の高圧状態を維持することができ、他方、その高圧状態から、流路空間室６の水圧Ｐ３が下がる場合でも、流路空間室６の容積を縮小することによってその高圧状態を維持することができる。
すなわち、流路空間室６が、一種の蓄圧器（アキュムレータ）の役割を果たすことになる。
このため、応差が同じでも、流路空間室６に蓄圧機能がある方が、水栓５０が閉じられた状態が続いたときに、弁体部１１や水栓５０などの弁部から水漏れがあるなどしても、水圧Ｐ３の降下が遅くなり、直ちにポンプ４０の起動には至らず、ポンプ４０の停止期間を長くすることができる。
したがって、このような流路空間室６の蓄圧機能によって、例えば、夜間や休日などで、給水が長時間不必要になる場合などでは、水栓５０が閉じられた状態が続くが、そのような状態のときにポンプ４０の起動が度々起こるというような問題がなく、電力の削減ができる効果がある。
なお、上記ポンプ４０の停止期間を更に長くするために、流路空間室６に蓄圧器を繋げることも有効である。

【0034】

また、図示しないタイマーによってチャタリングを防止することもできる。
例えば、水栓５０が閉じられた後から水圧Ｐ３が基準値を下回るまでの時間をタイマーにより計測し、その時間が所定時間（短時間）を超過する場合にはポンプ４０を起動させ、その時間が所定時間以下である場合にはポンプ４０を作動しないように制御することができる。

【0035】

次に、高機能バルブの改良実施例について説明する。
＜第１の改良実施例＞
図６は、第１の改良実施例に係る高機能バルブ１ａの要部断面図である。
図６に示すように、第１の改良実施例に係る高機能バルブ１ａは、前述の高機能バルブ１では第２ダイヤフラム１６をコイルバネ（第２バネ１７）により付勢することで構成していた圧力検知機構を、スプリング機能を有するベローズ１６ａだけで構成している点において異なる。
図６（ａ）は、管開放部が上方に向くように設けられ、管内部において、ロッド１８をその下端部を管下端部に固定して起立させた構造としている。管内部は通気口を通じて弁箱２の外部と通じている。
これにより、管内部は大気圧に保たれ、管外部は流路空間室６と連通された空間を形成している。
図６（ｂ）は、管開放部が下方を向くように設けられ、管外部において、ロッド１８をその下端部を管上端部に固定して起立させた構造としている。
これにより、管外部は大気圧に保たれ、管内部は流路空間室６と連通された空間を形成している。
なお、図６（ａ）と図６（ｂ）とは、図６（ａ）は、管内部が大気で満たされた低圧の空間であり、管外部が水圧をうける高圧の空間である一方、図６（ｂ）は、管外部が大気で満たされた低圧の空間であり、管内部が水圧をうける高圧の空間である点でも異なる。
このような構造の高機能バルブ１ａによれば、ダイヤフラムとコイルバネといった複数の部品を用いず、ベローズ１６ａだけで圧力検知機構を構成することができるため、構造を単純化して、小型化することができる。
また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ベローズ１６ａを弁箱２の側壁ではなく、上部又は下部の構造物にロー付け（溶着）等により取り付けることができるので、弁箱２の側壁に対する支持が必要なダイヤフラムに比べ、弁箱２の横幅（直径）を小さくすることができる。

【0036】

＜第２の改良実施例＞
図７は、第２の改良実施例に係る高機能バルブ１ｂの要部断面図である。
図７に示すように、第２の改良実施例に係る高機能バルブ１ｂは、前述の高機能バルブ１と比べ弁体部１１の構造が異なる。
具体的には、前述の高機能バルブ１は、ダイヤフラムと一体の弁体部１１を用いたが、第２の改良実施例に係る高機能バルブ１ｂは、ダイヤフラムなしの独立した弁体部１１ａを用いている。
より具体的には、弁体部１１ａは、上部がテーパ状に広がった駒状の部材であり、このような弁体部１１ａの形状に合わせ、弁座口１３ａ（座面）の形状をすり鉢状にしている。
そして、弁体部１１ａの下部に設けた棒部材３０に円錐バネ１４ａを設けることで、弁体部１１ａに対し下方（弁座口１３ａを塞ぐ方向）に付勢力が加わるようにしている。
このような構造の高機能バルブ１ｂによれば、ダイヤフラムのように弁箱２の側壁に支持する必要がないため、ダイヤフラムを用いる場合に比べ弁箱２の横幅（直径）を小さくすることができる。
また、付勢部材である円錐バネ１４ａを弁体部１１ａの下部に配置することで、本実施形態のように流路空間室６の上方に隔壁状のバネの取付部材９を設ける必要がないため、高さ方向の寸法を小さくすることができ、弁箱２の分割数を抑えることができる。

【0037】

＜第３の改良実施例＞
図８は、第３の改良実施例に係る高機能バルブ１ｃの要部断面図である。
図８に示すように、第３の改良実施例に係る高機能バルブ１ｃは、前述の高機能バルブ１と比べ弁体部１１の構造が異なる。
具体的には、前述の高機能バルブ１は、ダイヤフラムと一体化した弁体部１１を用いていたが、第３の改良実施例に係る高機能バルブ１ｃは、ダイヤフラムとは異なる部材（例えば、プラスチック）によって独立した弁体部１１ｂを構成している。
また、弁体部１１ｂのうち、弁座当接部３１はゴムなどのシール部材を用いることで密閉性を高めている。
このような構造の高機能バルブ１ｃによれば、ダイヤフラムのように弁箱２の側壁により支持する必要がないため、ダイヤフラムを用いる場合に比べ弁箱２の横幅（直径）を小さくすることができる。
以上のように、本発明の圧力検知形逆止弁は、前述の高機能バルブ１の他、第１〜第３の改良実施例に示されるような様々な構造によって実現することができる。
なお、高機能バルブ１ａ〜１ｃにおける上述以外の構成、動作、機能は、高機能バルブ１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

【0038】

以上説明したように、本実施形態の高機能バルブ１は、入口側流路５と、入口側流路５と連通する空間であって、出口４につながる流路空間室６と、を設け、流路空間室６の壁部材として第１バネ１４により付勢された第１ダイヤフラム１０の弁体部１１、第２バネ１７によって付勢された第２ダイヤフラム１６を設けている。
これにより、流路空間室６における圧力による力と付勢力との大小に基づいて、第１ダイヤフラム１０の弁体部１１を、流路を遮断する位置と開放する位置とに移動させ、第２ダイヤフラム１６を、ポンプ４０を起動する位置と停止する位置とに移動させることができる。
このため、圧力検知機能、流路の遮断／開放機能、逆止弁の機能等を有する小型で高機能な弁を低コストで提供することができる。
また、高機能バルブ１によれば、従来の給水システムのようにコントローラやリレーなどの外部機器を必要とせず、直接、ポンプ４０等の制御を行うことができる。
すなわち、従来の給水システムでは、これらの外部機器を介してポンプ等の制御を行っていたため（図９参照）、高コストで信頼性の低下を招く問題があったが、高機能バルブ１によれば、外部機器を必要としないため、低コストで信頼性の高い流体供給システムを構成することができる。

【0039】

以上、本発明の圧力検知形逆止弁について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明の圧力検知形逆止弁は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述の実施形態では、入口と出口とが１つずつある２方弁を例示して説明したが、３方弁など、入口や出口が複数ある弁に本発明を適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明は、流体を供給するシステム、特に、給水システムにおいて好適に利用可能である。

【符号の説明】

【0041】

１ 高機能バルブ（圧力検知形逆止弁）
２ 弁箱
２ａ 上部箱部
２ｂ 中部箱部
２ｃ 下部箱部
３ 入口
４ 出口
５ 入口側流路
６ 流路空間室
７ 弁座
８ 大気室
９ 取付部材
１０ 第１ダイヤフラム
１１ 弁体部（第１変位部材）
１３ 弁座口
１４ 第１バネ（第１付勢部材）
１５ 連通孔
１６ 第２ダイヤフラム（第２変位部材）
１６ａ ベローズ
１７ 第２バネ（第２付勢部材）
１８ ロッド
１９ ナット
２０ 通気孔
２１ アジャスタ
２２ Ｅリング
２３ アクチュエータ
２４ 支持部材
２５ マイクロスイッチ（制御手段）
４０ ポンプ（流体供給手段）
５０ 水栓（開閉手段）
Ｐ１ 入口側流路の水圧
Ｐ２ 流路空間室の下段部分の空間における水圧
Ｐ３ 流路空間室の上段部分の空間における水圧
Ｆｘ 第１バネの付勢力
Ｆｙ 第２バネの付勢力

【要約】

【課題】圧力検知機能、流路の遮断／開放機能、逆止弁の機能等を備えた高機能の弁を提供する。
【解決手段】入口３と、出口４と、入口側流路５と、入口側流路５と連通するとともに出口４につながる流路空間室６と、第1バネ１４により付勢され外力を受けて変位する第１ダイヤフラム１０の中央部に設けられた弁体部１１と、第２バネ１７により付勢され外力を受けて変位する第２ダイヤフラム１６と、を備え、弁体部１１と第２ダイヤフラム１６は、ともに流路空間室６の壁部材であり、弁体部１１は、第１バネ１４の付勢力Ｆｘと付勢力Ｆｘに対抗する流路空間室６における圧力による力に基づいて、弁座口１３を開放する位置と遮断する位置とに変位可能であり、第２ダイヤフラム１６は、第２バネ１７の付勢力Ｆｙと付勢力Ｆｙに対抗する流路空間室６における圧力による力に基づいて、ポンプ４０を起動させる位置と動作を停止させる位置とに変位可能な構成としてある。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】