| 【発明の名称】 |
混合弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】木村 安秀
【氏名】桑山 健太
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| 【要約】 |
【課題】本発明の目的は、弁座と、該弁座に密着し進退、回動することにより流体通過口の開口面積を変える平面を有する弁体とで構成される混合弁において、十分な吐水量を確保しつつ、操作力を可及的に小さく出来る弁体の駆動方法を、安価でコンパクトに構成することにある。
【解決手段】シングルレバー式混合栓のように、弁座と、該弁座に密着し進退、回動する弁体とで流量と混合比を制御するよう構成される混合弁において、該弁体を駆動するための駆動軸の揺動・回転二方向の中心軸を、球状の軸受けのみで構成し、横転方向の回転については、駆動軸の球状部に突起部を設け前記弁体の上部と接触させて拘束させたため、安価でコンパクトな構成にできた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第一の流体通過口と第二の流体通過口とを設けた平面を有する弁座と、該弁座に密着し進退、回動することにより、前記第一及び第二の流体通過口の開口面積を変える平面を有する弁体と、前記弁体を動かすための揺腕部と、前記進退、回動の二方向の駆動の軸中心としての球状部と、操作入力のための操作部とを有する駆動軸と、該駆動軸の球状部を支える軸受け手段と、前記駆動軸の操作部を外部に露出して、前述の全部材を収容するとともに、混合された流体の流出口を設けた容器とで構成された混合弁。
【請求項２】 請求項１に記載の混合弁であって、前記弁体の有用な作動範囲を駆動した際に形成される前記駆動軸の移動範囲を包絡する面形状の一部分を、突当て部の形状として、前記容器に備えた混合弁。
【請求項３】 請求項１に記載の混合弁であって、前記突起部と、前記弁体の上部とを接触させ、前記駆動軸の横転方向の回転を拘束した混合弁。
【請求項４】 請求項３記載の混合弁であって、前述の球状部に設けた突起部の、前述の弁体の上部との接触部の形状を、前記球状部の前記揺動の軸と同心の円筒形状とした混合弁。
【請求項５】 請求項１記載の混合弁であって、前記揺腕部の側面と前記弁体の通水開口部の側壁で、前記弁体の回動方向の入力を行う混合弁。
【請求項６】 請求項２記載の混合弁であって、前記包絡する面形状が、駆動軸の操作部に備えられた非円形断面形状を含んで形成された混合弁。
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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、流路を構成する２平板の相対的な移動によって、２種類の流体の混合比や流量を変更する混合弁の駆動部位に関する。特に水栓においては、湯水の開閉、混合用として多用されているレバー操作式いわゆるシングルレバー混合栓の弁体を駆動する手段に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】従来の球状の軸受けを利用した弁体の駆動手段においては、特開平０６−２７２７７４に開示されるように弁体の進退方向の揺動軸中心として球状部を利用し、回動方向の回転軸を形成する円筒部と弁体の進退の案内部を兼ねた案内部材を使用することが一般的である。さらに、駆動軸が揺動する際のストッパーとしては、収納しているケースに弁体を衝突させており、回動する際のストッパーとしては、別途、案内部材と収納しているケースの凸部を衝突させるような構成をとっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術の構成を取った場合、以下のような課題が有った。
ア 原理的に３方向の回転自由度を持つ球状の軸受け手段を用いながらも、揺動、回動の中心軸を別々に設定しているため、前記案内部材のような部品が余分に必要となり、混合弁全体が高価格化、大型化していた。
イ 操作部への入力は、球状部を支点として、揺腕部を経由して弁体の衝突で受ける構造となっており、揺腕部、弁体の被駆動部とも大きな入力、特に揺動方向の過大な入力に耐える強度が必要であった。そのため、駆動軸には、金属を使用して複雑な形状を作製する必要があり、被駆動部は、強度確保のため厚肉で強固な形状とならざるを得ず、結果的に大きな空間を占め、混合弁全体が高価格化、大型化していた。
ウ 駆動軸の横転方向の拘束は、被駆動部の揺腕の受け部に始まり、弁体、案内部材を経由し、最終的に回動方向の回転軸中心をなす円筒部とケースの間で完結する。そのため機構の構成に必要な複数部材の隙間が、直接ガタツキの一因となっていた。
エ 弁体の回動方向の入力を受けるため、弁体上部に揺腕の受け部を突出させる必要があり、上下方向の寸法が大きくなっていた。
本発明の目的は、十分な吐水量を確保しつつ、操作力を可及的に小さくできる弁体の駆動方法を、安価・コンパクトでガタツキをできるだけ小さく構成することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段および作用】本発明において課題を解決するために採用した手段は、弁座と、該弁座に密着し進退、回動することにより流体通過口の開口面積を変える平面を有する弁体とで構成される混合弁において、ア 該弁体を動かすための揺腕部と、球状部と、操作入力のための操作部とを有する駆動軸と、該球状部を支える軸受け手段と該操作部を外部に露出して、前述の全部材を容器に収容することで、進退、回動のための駆動軸の揺動、回転の二方向の回転中心を球状部の軸受けのみで構成し、該二方向の中心軸回りに駆動軸を回転させることで、弁体を駆動する。
イ 前記駆動軸を駆動した際に形成される包絡する面形状の一部分を、突当て部の形状として前記軸受け手段、または前記容器の少なくとも一方に備え、前記駆動軸を該突当て部に突当てることで、前記弁体の有用な作動範囲を規制した。
ウ 前記駆動軸の球状部に突起部を設け、前記弁体の上部と接触させることで前記駆動軸の横転方向の回転を拘束した。また、該突起部の接触部の形状を前記球状部の揺動の軸と同心の円筒形状とし、前記弁体の進退に関わらず、接触状態を維持できるようにした。
エ 前記揺腕を弁体の通水開口部にまで陥入させ、揺腕の側面で弁体の通水開口部側面に直接入力できるようにした。
【０００５】
【発明の実施の形態】好適な事例として、シングルレバー混合栓におけるバルブカートリッジについて詳細実施内容を説明する。図１に示すバルブカートリッジ３０は、ケース１とキャップ７が各部材を収納する容器を構成している。ケースの上部開口１Ｅには、弁体２０を駆動するレバー２の操作部２Ａが露出しており、この操作部を揺動、回転させることにより、弁座としてのステーター６に密着した弁体２０を進退、回動させ、吐水、止水、混合を調節する。図２に示すように、下面には第一の流体としての水の流入口３０Ａ、第二の流体としての湯の流入口３０Ｂおよび混合された混合水の流出口３０Ｃが開口している。図３は構成部品を示す分解図であるが、以下各部について、詳述する。
【０００６】図４、図５に示す弁座としてのステーター６は以下のように構成される。第一の流体通過口の水側通水路６Ａと第二の流体通過口の湯側通水路６Ｂが設けられている平面としてのステータ側密着面６Ｅには、ローター側密着面５Ａが水密に密着しており、該ローター側密着面５Ａが進退、回動することにより両通過口の開口面積を変え、混合比と吐水量の調節を行う。水側通水路６Ａと湯側通水路６Ｂは三日月型の形状から徐々に形状変化しつつ、円筒形状の水側流入口６Ｆ、湯側流入口６Ｇとして下面に開口し、それぞれカートリッジ３０下面の水の流入口３０Ａ、湯の流入口３０Ｂへ連絡している。下面のパッキン当て面６Ｄにはパッキン８が当接され、湯水それぞれの流路をシールすると同時に、パッキン８が押し縮められる反力を受け、ステーター６をローター５に密着させている。混合水通水路６Ｃは混合水の流出路の一部であり、混合水の流出口３０Ｃの直上に連通している。
【０００７】図６に示すように、弁体２０は、ホールダー４とローター５で構成される。ホールダー４はローター凹部５Ｄにはめ込まれており、レバー２の揺腕部２Ｃからの入力を被駆動部４Ａ、４Ｂで受け、ローター５に伝えている。本実施例では、弁体２０をホールダー４及びローター５で構成しているが、一体的に形成してもよい。ローター側摺動面５Ｂは、ケース側摺動面１Ｄに密着し、パッキン８の締代による反力を支えている。
【０００８】図７に示すように、通水開口５Ｃは略六角形の入水部と矩形の出水部を連続させた形状である。図８に示すように、止水直前には、水側通水路６Ａ、または湯側通水路６Ｂの開口部の内側円弧を、該略六角形の頂部または直線状の辺が通過するため、図２５、図２６の特開平０２−２４０４６５に開示されるような通常使用されている円形の開口形状に比べ、止水間際での開口面積の変化量が少なくなる。本発明は、特開平０６−２７２７７４に説明されるオープンタイプとして記載しているが、ホールダー４とローター５を水密に構成し、ステーターの混合水通水路６Ｃとキャップの混合水流出路７Ａを水密に連絡すれば、弁体の内部を混合水の流路として使用するクローズドタイプにも応用できる。
【０００９】図９に示すように、レバー２の各部構成は以下のようになっている。操作部２Ａは、ケース１の上部より外面に突出し、水栓のレバーが固定され、操作の入力を受ける。球状部２Ｂは、３軸方向の回転が可能なように、ケース１の軸受け面１Ａとサポート３の軸受け面３Ａで支持される。図１０、図１１に示すように、揺腕部２Ｃの先端は、弁体の開、閉方向への力の作用部を構成している被駆動部４Ａ、４Ｂ間に陥入しており、揺動により各被駆動部を押している。
【００１０】図１１に示すように、被駆動部４Ａ、４Ｂは、ステータ側密着面６Ｅとケース側摺動面１Ｄとの間に位置し、密着面５Ａ、６Ｅ間または摺動面５Ｂ、１Ｄ間での摩擦力Ｒ１、Ｒ２と駆動力Ｆとの偏心量Ｄ１、Ｄ２を最小限に留めている。このため円筒形状をなす揺腕部２Ｃの先端は、揺動時にステーター側密着面６Ｅよりも下方へ突出し、混合側通水路６Ｃの入り口側開口内部まで進入する。駆動の際、ローター５には進退方向に転回させるモーメントＭ、つまり摩擦力Ｒ１、Ｒ２が大きな面の方向に食い込む力が発生し、この食い込み力により摩擦力が更に増加する。またローター５の位置によって、パッキン反力や水圧などに起因する密着力が変化するため、摩擦力の大きな面からの偏心量が小さくなるように揺動範囲を選定することが食い込む力を低減するのに効果的である。
【００１１】これにより、ローター５がステータ側密着面６Ｅやケース側摺動面１Ｄへの食い込みが原因となっている該密着面、摺動面の損傷を軽減すると同時に、弁体の駆動力の増加を最小限に留めることが可能となる。グリス、オイル等の流体潤滑剤を使用した場合、流出や耐久的な劣化など品質的に不安定な現象を起こすことがあるため、水没環境下で摺動性の良い材料の組み合わせでローター５と、ステーター６を作製すれば、流体潤滑材を使用せずにバルブを構成することが可能となる。材料の組み合わせとして、セラミックまたは相当の弾性率を持つ材料と樹脂、たとえば、アルミナと、ＰＴＦＥや炭酸カルシウムなどを添加したＰＰＳ、ＰＴＦＥやカーボンなどを添加したＰＯＭ、超高分子ポリエチレンなどがあげられる。また、ローター側密着面５Ａまたはステーター側密着面６ＥにＤＬＣ、ダイアモンドなどの固体潤滑膜を形成すると、摩擦力がさらに軽減され、弁体の移動が滑らかになる。本発明のような構成をとる場合においては、摩擦係数０．１以下になる材料の組み合わせが望ましい。
【００１２】更に流体潤滑材を使用しない場合、バルブカートリッジ単独で流通するような物流形態において、流体潤滑材の流出に起因するバルブの耐久性の劣化や、梱包箱、包装紙などの汚損をさける効果がある。また、バルブカートリッジの交換、補修の際に、手が汚れたり、滑って持ち難い等の補修作業性が改善される。
【００１３】図１２に示すように、揺腕部２Ｃは操作部２Ａの直線上にはなく、角度を持って球状部２Ｂに接続している。操作部２Ａが最大に後傾した時、揺腕部２Ｃは進退方向に垂直の状態となり、弁体２０の全開位置である最前部に位置する。操作部２Ａが直立した時には、揺腕部２Ｃは弁体２０の止水の位置である最後部に位置する。
【００１４】これにより、駆動軸の揺動角度αに対する進退方向移動量が、最前部近傍のＳ１に比べ、最後部近傍ではＳ２と小さくなる。同時に揺腕部２Ｃの力の作用点が上方へ移動するため、揺動中心から進退方向に対し垂直な方向の距離Ｌ１がＬ２のように小さくなり、操作部２Ａ先端と揺動中心の距離に対する比、すなわちレバー比Ｌ／Ｌ１がＬ／Ｌ２のように大きくなる。
【００１５】また揺腕部２Ｃの先端は、全揺動範囲で、ローター５の通水開口５Ｃに陥入しており、駆動軸の回動方向入力は、該通水開口の側壁５Ｅに作用する。駆動軸の回動方向の入力については、従来案内部材で受けていたが、弁体の通水開口部の側壁に直接作用させる構成としたため、該案内部材が不要となった。
【００１６】図１３に示すように、レバー下部の突出部２Ｆは、先端にレバー２の揺動中心と同心の円筒面となる弁体２０との接触面２Ｇを形成しており、レバー２が揺動しても、弁体２０の上面すなわちホールダー上面４Ｃに接触した状態を保っている。このように接触状態が保たれるため、レバー２を操作する際のガタツキが少なくなり、高品位な操作感になる。
【００１７】更に球状部２Ｂの下部には、レバー２の揺動範囲内で軸受け機能に影響しない範囲に、切り欠き部２Ｅが設けられ、弁体２０の上方通水空間を形成している。従来ほぼ完全な球形をなす球状部により占有されていたケース内部の空間を、該切り欠き部により通水路として利用する事が可能となり、球状部２Ｂを弁体に近接させても圧力損失の増加が最小限にとどめられる。
【００１８】図１４に示すように、操作部２Ａには非円筒形状の凸部２Ｈが形成されており、後述する回動方向の突き当て位置Ｐにおけるレバー２の軸中心回りの自転を規制している。
【００１９】容器としてのケース１の構成は以下のようになっている。図１に示す操作部２Ａが露出するケース１の上部開口１Ｅは、弁体の有用な作動範囲に相当するレバー２の移動の案内となると同時に、レバー操作時のストッパーとして使用している。該ストッパーとしての突当て部の形状１Ａは、図１５に示すように、レバー２の移動範囲を包絡する面形状４０の一部分と同形状の窪みとしている。レバー２の回動方向の突き当て位置Ｐにもストッパー形状４０Ｃと同じ形状の窪みを形成している。
【００２０】よって、操作部２Ａへの過大な入力は、該突き当て面１Ａで支えられるため、揺腕部２Ｃや被駆動部４Ａ、４Ｂは弁体の駆動に要する力に耐えるのみでよく、過剰な強度が不要となったため、コンパクトな形状が可能となった。
【００２１】図１６に示すように、回動方向の突き当て位置Ｐにおいては、操作部２の軸中心回りの捩りトルクＴを、凸部２Ｈと球状部２Ｂとで支える曲げモーメントの入力に変換して受けるため、捩りトルクに対する破壊強度を上げることができる。
【００２２】シール１０の収納のため、図１７に示される操作部と球状部の交線２Ｄが描く軌跡４０Ａに対し、所定の距離Ｄを持ってケース１のシール用溝１Ｃとサポート３のシール用溝（下面）３Ｂが形成されている。球状部の外周を周回する凸形状は、シール溝形状４０Ｂを示す。従来は球状部の赤道面上にシールが配置されていたため、水圧を受ける面積が最大であった。該水圧は、そのまま球状部をシールに押し付ける力として作用し、駆動軸の操作力を大きくする一因となっていた。本発明のシール配置では、前述の水圧を受ける面積が縮小されている。
【００２３】図１０，図１１に示すように、ケース１とローター５を直接摺動させる構成とすることで、高さ寸法に関係する部品数が最小限となり、パッキン８の締め代寸法に影響を与える厚み方向寸法のばらつきが低減できる。更にカートリッジのバルブ収納部１Ｆの形状が偏平になる。このような偏平の外形を持つカートリッジの場合、従来様々な寸法があった縦長円筒形状のカートリッジに対し、通水路の位置の変換を兼ねたスぺーサーを挟むことにより、従来のカートリッジと互換性をもたせることが可能である。図２０、図２１のスぺーサー５０は、図２４のクローズドタイプに合わせた実施例である。水側、湯側、混合水、それぞれの流路をスぺーサー内部で屈曲させて流入口と接続口の位置を前記クローズドタイプとバルブカートリッジ３０に合わせている。
【００２４】収容する容器の底面となるキャップ７を図１８に示す。該キャップ７には、パッキン８の水側流路８Ａ湯側流路８Ｂが貫通する穴７Ｂと、混合水流出路７Ａが開口しており、混合水流出路７Ａの周囲にはパッキン８の流出口シール８Ｃが陥入している。底面に突出するボス７Ｄは、バルブカートリッジ組み付けの際、位置決めや回り止めに使用する 。
【００２５】図１９に示すリブ７Ｃとケース１の内壁との間にＯリング９を介装し図１０のように水密にすることで、混合水はローター内部の通水開口５Ｃを経由して直接混合水流出路７Ａから流出するだけでなく、ケース内部全体を流れ、一部はローター５の後方まで回り込んで流出する。これにより、流入した混合水の圧力損失を低減できる。
【００２６】図２２の従来の技術に示されるように、オープンタイプは、通常カートリッジ側面に流出口を設け、水栓本体とカートリッジの隙間を流路として使用しているが、図２の混合水の流出口３０Ｃのようにカートリッジの底面のみに流出口を設ければ、図２３のクローズドタイプと同様の使い方が可能となる。
【００２７】
【発明の効果】本発明は、流体通過口を有する弁座と、該弁座に密着し進退、回動することにより、流体通過口の開口面積を変える平面を有する弁体とで構成される混合弁において、該弁体を動かすための揺腕部と、球状部と、操作部とを有する駆動軸と、該球状部を支える軸受け手段と、該操作部を外部に露出して全部材を容器に収容することで、弁体の進退、回動の二方向の回転中心を球状部の軸受けのみで構成し、該二方向の中心軸回りに駆動軸を回転させることで弁体を駆動するよう構成したため、弁体の案内部材が不要となり、安価でコンパクトな構成にできた。
【００２８】前記駆動軸を駆動した際に形成される包絡面形状の一部分を、突当て部の形状として前記軸受け手段、または前記容器の少なくとも一方に備えたため、弁体の駆動に要する揺動方向の力を超える過大な入力は、該突き当て部で支えることとなり、揺腕部や被駆動部の過剰な強度が不要となった。
【００２９】前記駆動軸の球状部に突起部を設け、前記弁体の上部と接触させることで前記駆動軸の横転方向の回転を拘束した。
【００３０】該突起部の接触部の形状を前記球状部の揺動の軸と同心の円筒形状とし、前記弁体の進退に関わらず、接触状態を維持できるようにしたことで、特別な回転規制の部材を使用する必要が無くなった。
【００３１】従来案内部材で受けていた弁体の回動方向の入力を、弁体の通水開口部の側壁に直接作用させたため、案内部材が不要となり、安価でコンパクトな構成にできた。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００１００８７
【氏名又は名称】東陶機器株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月２日（１９９９．６．２） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６２１６（Ｐ２０００−３４６２１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５５２０３ |
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