| 【発明の名称】 |
切替弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】坪井 宏之
【氏名】中村 貴信
【氏名】鈴木 淳
【氏名】押田 正洋
【氏名】鈴木 高智
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| 【要約】 |
【課題】複数の流出口に切替る切替弁において、低操作トルクで漏水のない長期的に安定した性能を提供する。
【解決手段】弁ケース内部の流出口を切替る弁体が流出口を配置している円周の中心を回転軸として回転自在に収納しており、前記弁体が回転軸と流出口を閉塞する部材とで構成し弁ケースの凹凸に併せ閉塞部材が動きシールできる切替弁。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 弁ケース内部に一又は複数の流入口と同一円周上に配設した複数の流出口を有し、前記流出口を配置している円周の中心を回転軸として回転して前記流出口を切替える弁体を収納してなる切替弁において、前記弁体が回転部材と前記流出口を閉塞する閉塞部材とで構成したことを特徴とする切替弁。
【請求項２】 前記閉塞部材が前記流出口を配置している円周の中心と各々の流出口を結ぶ直線上を移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の切替弁。
【請求項３】 前記閉塞部材の前記流出口を塞ぐ閉塞面が円弧状をなし、この円弧の曲率半径の寸法が前記流出口を配置している円周の中心までの距離寸法より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の切替弁。
【請求項４】 前記閉塞部材が前記回転部材との嵌合部において回転方向に空隙を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の切替弁。
【請求項５】 前記閉塞部材が前記回転部材との嵌合部において回転軸方向に対して垂直方向に空隙を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の切替弁。
【請求項６】 前記閉塞部材が前記回転部材との嵌合部において回転方向及び該回転軸方向に対して垂直方向に空隙を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の切替弁。
【請求項７】 前記閉塞部材がその閉塞面の回転方向の端面が前記流出口を配置している円周面との間に空隙を形成しながら回転移動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の切替弁。
【請求項８】 前記閉塞面の端面の中央部が前記流出口を配置している円周面との空隙が大きくなるように構成していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の切替弁。
【請求項９】 前記閉塞面の回転方向に対し、回転軸方向と直交した端面を凸としこの端面以外は凹にしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の切替弁。
【請求項１０】 前記閉塞部材が全ての流出口を塞ぐように構成したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の切替弁。
【請求項１１】 前記閉塞部材を炭素入り樹脂で構成したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の切替弁。
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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、入水した流体を出水要求に基づいて切り替える切替弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、流路の切替を行う切替弁はボールバルブやシリンダーバルブが一般的である。両者ともシンプルな構造で出水要求に対し一つの動作で簡単に操作できることから利便性の良い水洗装置として利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のこのようなタイプは流路を切り替える弁体はまともに水圧を受けることが多く、操作力の大きな切替弁となっている。そのため一般家庭に普及させるためには吐水口を絞り水圧の影響を小さくするとか、切替弁の前段に減圧弁もしくは定流量弁のように水圧を機械的に低減させる構造が必要となる。その結果、前者は吐水流量が少なく洗浄性の悪い、後者はシンプルな機構という利点を損ない、寸法が大きく且つ高価な水洗金具となる。また、この手の水洗金具の利用方法として流路の切替時に出水要求以外の方向への漏水を好まないことから、一般的に弁体と弁ケースの流出口周辺の間にシール材を配設している。そのため操作力低減のための上記対策を付与したとしても、摺動面で発生する摩擦によって必ず大きな操作力が必要となる。
【０００４】本発明の目的は、弁体の操作力が低操作トルクで、漏水のない長期的に安定した性能の備えた切替弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、弁ケース内部に一又は複数の流入口と同一円周上に配設した複数の流出口を有し、前記流出口を配置している円周の中心を回転軸として回転して前記流出口を切替える弁体を収納してなる切替弁において、前記弁体が回転部材と前記流出口を閉塞する閉塞部材とで構成したことを特徴とする。
【０００６】流水口を弁ケース内部の同一円周上に配置していることから、弁体を回転させる一動作だけで簡単に出水要求に基づいて流路を切り替えることができる。また弁体を回転する部分と弁ケースの流出口を塞ぐ部分とを別部材にし、仮に第一の流出口を塞いで第２の流出口から吐水させたい場合を想定すると、流入口から入ってきた水の影響を受けて、塞ぎ部材が回転部との連結部をガイドにしながら第１の流出口を閉塞するように移動する。その結果弁ケース内に入ってきた水が、全て第２の流出口から通水される。従来使われていた、弾性体のシール部材無しに出水要求側に完全に通水できるため、切替時にその部分で発生する摺動トルクが小さく、多方向への漏水のない理想的な切替弁を提供することができる。この弁体の回転軸にモータのような電気的動力源を用い切り替え制御するにも、低トルクの小型アクチュエータで構成することができ、小型でシンプルな切替弁を提供することができる。
【０００７】請求項２記載の発明は、前記閉塞部材が前記流出口を配置している円周の中心と各々の流出口を結ぶ直線上を移動可能であることを特徴とする。
【０００８】弁ケース内に流入してきた水の水圧を受けると弁体の閉塞部材が回転部との嵌合をガイドにし、流出口に対し法線方向に移動するため、流出口のシールがより確実に行われ、漏水確率を低減した安定な切替弁を提供することができる。
【０００９】請求項３記載の発明は、前記閉塞部材の前記流出口を塞ぐ閉塞面が円弧状をなし、この円弧の曲率半径の寸法が前記流出口を配置している円周の中心までの距離寸法より小さいことを特徴とする。
【００１０】閉塞部材が流出口を塞いだとき、請求項１、２記載の発明では閉塞部材の閉塞面と弁ケース内の円周面とが流出口以外の全ての面で接触しているため、切替時にその部分の摩擦トルクが発生する。ところが、請求項３では閉塞部材の閉塞面から中心までの距離が、弁ケースの流出口を配置している円周面から該円周面の中心までの距離より小さくしているため、閉塞面と弁ケースの円周部が接しているのは流出口の端部だけとなり、流出口を切替る際の摩擦トルクは、流出口周辺の総長さのみ依存するため、更に低トルクな切替弁を提供することができる。また従来回転軸は、閉塞面と弁ケースの摺動面で発生するトルクによるねじれ方向の強度確保のため、材質は金属あるいは金属並の強度を有するエンジニアリングプラスチックを必要としてきたが、本発明の構造により汎用樹脂を使用することができ、腐食性の優れた、ローコストの切替弁を提供することができる。
【００１１】請求項４記載の発明は、前記閉塞部材が前記回転部材との嵌合部において回転方向に空隙を有していることを特徴とする。
【００１２】請求項３記載の発明では、操作力を低減する効果がある一方で大量生産を考慮した場合、弁ケース及び弁体を樹脂材で構成することが望ましいが、閉塞部材の閉塞面及び弁ケース流出面の成形精度によっては、流出口を閉塞するには不十分で漏水する課題がある。請求項４の発明では、閉塞部材と回転軸の嵌合部の回転方向にクリアランスを取っているため、閉塞部材が回転方向に傾くようになる。その結果、流出口を切替る際、流出口円周面に沿うように閉塞部材が移動するため、流出面のシールを確実にすることができ、操作力が小さく，漏水のない切替弁を提供できる。
【００１３】請求項５記載の発明は、前記閉塞部材が前記回転部材との嵌合部において回転軸方向に対して垂直方向に空隙を有していることを特徴とする。
【００１４】閉塞部材と弁体の回転部材の嵌合部の構造において、回転軸方向に対し垂直方向にクリアランスを取っているため、閉塞部材が回転方向に直交する側に傾くようになる。その結果、請求項４記載の効果同様流出口を切替る際、流出口円周面及び、又は塞ぎ面の凹凸に併せて閉塞部材が移動するため、流出面のシールを確実にすることができ、操作力が小さく，漏水のない切替弁を提供できる。
【００１５】請求項６記載の発明は、前記閉塞部材が前記回転部材との嵌合部において回転方向及び該回転軸方向に対して垂直方向に空隙を有していることを特徴とする。
【００１６】閉塞部材と弁体の回転部材の嵌合部回転方向及び該回転軸方向に対し垂直方向にクリアランスを取っているため、閉塞部材が回転方向及び該回転軸方向に対し直交する側にも傾くようになる。その結果、流出口を切替る際、流出口円周面及び／又は塞ぎ面が成形時の熱収縮によるひけが発生しても閉塞部材が３６０度に対応できるため、流出面のシールを確実にすることができ、操作力が小さく，漏水のない切替弁を提供できる。弁体の回転軸に電気的な動力源を持ってくる場合にも、低トルクの小型アクチュエータで構成することができる。
【００１７】請求項７記載の発明は、前記閉塞部材がその閉塞面の回転方向の端面が前記流出口を配置している円周面との間に空隙を形成しながら回転移動することを特徴とする。
【００１８】弁ケースを樹脂材で構成する場合、内部の流出口端部には成形特有のバリが発生する為、バリが円周方向にでるように設計はするものの、金型の老朽化や樹脂の流動性によっては円周内部方向に発生する可能性がある。本発明では、閉塞部材の流出口塞ぎ面の回転方向端面が弁ケースと接触しない構造にしているため、流出口端部にバリが発生しても閉塞部材が引っかかることがないため、操作力を常に一定に保つことができ、快適な操作のできる切替弁を提供することができる。
【００１９】請求項８記載の発明は、前記閉塞面の端面の中央部が前記流出口を配置している円周面との空隙が大きくなるように構成していることを特徴とする。
【００２０】本発明では閉塞部材の流出口塞ぎ面の回転方向端面が接触しないようにしてかつ中央部のクリアランスを大きく取っているため、弁ケース内部の流出口端部のバリと弁ケースの成形時熱収縮によるひけが同時に発生した際にも、切替弁作動時に確実に回転できるような構造となり、あらゆる製造条件下でも操作力を常に一定に保つことができ、快適な操作のできる切替弁を提供することができる。
【００２１】請求項９記載の発明は、前記閉塞面の回転方向に対し、回転軸方向と直交した端面を凸としこの端面以外は凹にしたことを特徴とする。
【００２２】本発明では、閉塞部材の塞ぎ面が流出口を塞いでいる際の接触点が閉塞面の回転軸方向に直交した端面のみであるため、水道水内もしくは井戸水内に混入している砂や錆等の異物が咬む確率が低くなっている。その結果常に低トルクの切替弁を維持することができる。また万が一、異物が閉塞部材と弁ケースの隙間に入り込んだとしても弁体を他の流出口に切替る際、速やかに脱出することができ、脱出する際の操作力は大きくなるものの、次回操作時は通常の低トルクに自動的に戻すことができ、使い勝手の良い切替弁を提供することができる。弁体の回転軸に電気的な動力源を持ってくる場合にも、異物が混入しにくく、且つ脱出しやすい構造であることから、故障率の低い電動切替弁を提供することができる。
【００２３】請求項１０記載の発明は、前記閉塞部材が全ての流出口を塞ぐように構成したことを特徴とする。
【００２４】本発明では、出水要求に基づいて、第１の流出口から吐水したい場合には、第２の流出口のみを閉塞し、第２の流出口から吐水したい場合は第１の流出口のみを閉塞し、止水したい場合には両方の流出口を閉塞できるため、流路の切替及び止水が弁体の回転のみでしかも低操作力でできるため、使い勝手の良い切替止水弁を提供することができる。弁体の回転軸に電気的な動力源を持ってくる場合にも、回転トルクの小さい動力源で切替止水弁を提供することができる。
【００２５】請求項１１記載の発明は、前記閉塞部材を炭素入り樹脂で構成したことを特徴とする。
【００２６】水道水に接続するような切替弁においては、あらゆる水圧条件に対応できる強度を望まれるため、弁ケースを金属類もしくは、強度のあるポリフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳ）等のエンジニアリングプラスチックを使用するのが一般的で、その際摺動部分の樹脂材としては含油樹脂を使うことが多い。弁ケース材の硬度が高く水中での低速回転で使用すると従来材では、摺動面が摩耗し、操作力が上がる傾向にある。本発明では炭素入り樹脂を採用したため、低摩擦且つ非摩耗量の少ない弁体を構成できる。その結果、住宅事情に併せ、長期間使用するような環境下でも常に一定の操作力を保持することができる切替弁を提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
【実施例１】図１は第１の実施例の外観図、図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。弁ケース１の内部円周面に流出口４、５を配設しておりその対向する面に流入口６を構成している。また弁ケース１内円周部の中心を回転軸として回転する弁体７が回転部材２と閉塞部材３の連結部８で保持されている。流入口６を水道配管に接続すると、水道水は流入通路６ａを通り、弁ケース内部９に入り、弁ケース内部９が水道水圧で満たされると閉塞部材３が連結部８を摺動時のガイドにして、閉塞対象である流出口４の弁ケース内周壁面１５に押しつけられる。よって閉塞部材３は流出口４を好適にシールし、当該流出口への水漏れを起こさず、他方の流出口５から速やかに通水することができる。このように流出口の閉塞を閉塞部材と弁ケースの面接触で行う事ができ、Ｏリング等のシール材を用いる事なしに流出口を閉塞する事が可能なため、閉塞部材３を回転させる際の回転トルクを低減させることができる。閉塞部材３の閉塞面３ａの弧の半径は弁ケース内周側面１５の弧の半径よりも小さい構造にしている。よって閉塞部材３と弁ケース１は流出口４の周辺部４ａのみで接触しているため、切替時の摺動抵抗を低減することができ、低操作トルクの切替弁を実現することができる。
【００２８】図３は弁体７の閉塞部材３と回転部材２の嵌合部を回転軸方向から見た図である。図に示すように閉塞部材３と回転部材２の嵌合部に空隙１１ａ、１１ｂを構成しているため、回転軸部材２を回転させる際、弁ケース内周壁面１５の凹凸に併せ、矢印Ｂ方向に移動可能になる。その結果より確実に流出口４をシールすることができる。
【００２９】図４は弁体７の閉塞部材３と回転部材２の嵌合部を回転方向から見た図である。図に示すように閉塞部材３と回転部材２の嵌合部に空隙１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを構成しているため、回転部材２を回転させる際、弁ケース内周壁面１５の凹凸に併せ、図矢印ｃ方向に移動可能になる。以上の構造を採用し、閉塞部材３と回転部材２のクリアランス１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを設けると弁ケース内周壁面のあらゆる凹凸に併せ閉塞部材３が対応でき、通水しない側の流出口を完全にシールできる切替弁を実現できる。
【００３０】図５は閉塞部材３の閉塞面３ａ方向から見た図であり、図６は図５のＤ−Ｄ’断面図である。図に示すように閉塞部材３の回転方向端面の隅に面取り２０ａ、中央部には２０ａより大きな面取り２０ｂを構成しているため、図７に示す、流路切替時に閉塞部材３が流出口５の端５ａにさしかかった時流出口の端５ａに成形時のバリが発生したり、弁ケース内周壁面がひけを生じても閉塞面３ａの端面が弁ケースと接触することがないため、著しい操作トルクの上昇が無く、切り替え不良を起こすことがない。又図３、４に示すように閉塞部材３が前後左右方向への移動が自在であると、内周壁面の状態によっては閉塞部材３が極端に回転方向以外の方向に向き回転軸を操作しても動かない咬み込んだ状態になるが本発明では閉塞部材端面隅２０ａの面取りを必要最小限に構成しているため、２０ａが回転時のガイドの役割を担い、安定した切替動作が可能になる。
【００３１】図９は図８のＥ−Ｅ’断面図である。図に示すように閉塞面３ａは回転軸方向に対し垂直方向にレール部２３を構成しているため、弁ケース１の内周側面との接触部はレール部２３上でしかない。その為、断水後の汚れた水や配管内の錆が剥がれて流出してきたり、井戸水内に混入している砂が通水されても、閉塞面と弁ケースの接触面に入りにくい構造になっている。その結果接触面に空隙が生じ漏水が発生したり、水圧が接触面の異物混入部にかかり、著しい摺動トルクの上昇はおきにくい。万が一咬んだ場合でも回転部材２を回転し閉塞部材３を回転させれば、接触面に入り込んだ砂が速やかに閉塞部材３の溝部２４を介して流出口５から排出されるため、異物混入後脱出させる僅かな領域では漏水及び回転トルクの上昇が発生するものの、脱出すれば元のシール性及び操作力に回復するため、水道水の状態に左右されることなく常に一定の性能を保持する切替弁の実現が可能である。よって、弁体の回転軸に電気的な動力源５０を持ってくる場合にも、異物が混入しにくく、且つ脱出しやすい構造であることから、故障率の低い電動切替弁を提供することができる。
【００３２】閉塞部材３の材質として一般的には摺動性の良い含油ポリアセタール（以下ＰＯＭ）を使用するケースが多い。弁ケース１の材質があらゆる水圧に対応できる強度を望まれることから黄銅もしくはＰＰＳを採用しているのが一般的である。水中での１０ｒｐｍ以下の低速切替であれば炭素入りＰＯＭや炭素入りＰＰＳの方が静摩擦係数が小さく且つ非摩耗量も小さいので、住宅の浴室やトイレの水洗金具のように長期間使用される場合においては、低摺動トルクを常時維持することができる切替弁を実現できる。
【００３３】
【実施例２】図１０は切替止水弁の断面図である。第１の実施例同様弁ケース１０１の内部円周面に流出口１０４、１０５を配設しており、その対向する面に流入口１０６を構成している。また弁ケース内円周部の中心を回転軸として回転する弁体１０７が回転部材１０２と閉塞部材１０３の連結部１０８で保持されている。止水状態では閉塞部材１０３が弁ケース内１０９の水圧を受け、回転部材１０２の連結部１０８をガイドにし、流出口１０４，１０５を配設している内周側面に密着し、流出口１０４、１０５を同時に閉塞している。第１の流出口である１０４から通水させる場合には、回転部材１０２を時計回り方向に回せば連結部１０８を介し、閉塞部材１０３が右側に移動するため、第２の流出口１０５を閉塞し流入口１０６から入水した水は弁ケース内１０９を通り、第１の流出口１０４から通水させることができる。一方第２の流水口から通水させる場合は、回転部材１０２を反時計回りに回転させれば可能である。
【００３４】第１の実施例同様、あらゆる状況下で安定した低操作トルク、及び漏水のない切替弁を保持するためには閉塞部材１０３の閉塞面１０３ａの弧のｒを弁ケース内周の弧のｒより小さくしたり、閉塞部材１０３と回転部材の嵌合部のクリアランスを設けたり、閉塞面１０３ａの端面と弁ケース内周側面１１５の間にクリアランスを設けたり、閉塞部材１０３の材質を炭素入り樹脂を採用しても良い。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたごとく本発明では、あらゆる種類の水を通水した場合でも長期間低操作トルクを保持し、漏水のない安定した切替弁を提供することができる。
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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
【識別番号】３９１０２６２８７
【氏名又は名称】富士精工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２０日（１９９９．１２．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】坂口 嘉彦
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７３８１３（Ｐ２００１−１７３８１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６１３４９ |
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