JP2000346216A - 混合弁 - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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３０
Ｃ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０６−２
７２７７４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、Ｄ
２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４
Ｃ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７
Ａ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】バルブカートリッジの上方斜視図

【図２】バルブカートリッジの下方斜視図

【図３】バルブカートリッジの構成部品の分解斜視図

【図４】ステーターの上方斜視図

【図５】ステーターの下方斜視図

【図６】弁体の分解断面図

【図７】弁体の平面図

【図８】弁部の止水直前の通水開口を示す平面図

【図９】レバー部の分解断面図

【図１０】バルブカートリッジの止水位置での縦断面図

【図１１】バルブカートリッジの吐水位置での縦断面図

【図１２】レバーの揺動の説明図

【図１３】レバーの下方斜視図

【図１４】レバーの上方斜視図

【図１５】レバーの移動範囲を包絡する面形状の説明図

【図１６】軸中心回りの捩りトルクの説明図

【図１７】操作部と球状部の交線が描く軌跡の説明図

【図１８】キャップの下方斜視図

【図１９】キャップの上方斜視図

【図２０】スペーサーの上方斜視図

【図２１】スペーサーの下方斜視図

【図２２】従来の技術（特開平０６−２７２７７４）オ
ープンタイプの断面図

【図２３】従来の技術（特開平０６−２７２７７４）ク
ローズドタイプの断面図

【図２４】従来の技術（特開平０２−２４０４６５）弁
開の状態を示す平面図

【図２５】従来の技術（特開平０２−２４０４６５）弁
閉の状態を示す平面図

【符号の説明】

１…ケース １Ａ…突き当て面 １Ｂ…軸受け面 １Ｃ…シール用溝 １Ｄ…ケース側摺動面 １Ｅ…上部開口 １Ｆ…バルブ収納部 ２…レバー ２Ａ…操作部 ２Ｂ…球状部 ２Ｃ…揺腕部 ２Ｄ…操作部と球状部の交線 ２Ｅ…切り欠き部 ２Ｆ…突出部 ２Ｇ…弁体との接触面 ２Ｈ…凸部 ３…サポート ３Ａ…軸受け面 ３Ｂ…シール用溝（下面） ４…ホールダー ４Ａ…被駆動部（開方向） ４Ｂ…被駆動部（閉方向） ４Ｃ…ホールダー上面 ５…ローター ５Ａ…ローター側密着面 ５Ｂ…ローター側摺動面 ５Ｃ…通水開口 ５Ｄ…ローター凹部 ５Ｅ…側壁 ６…ステーター ６Ａ…水側通水路 ６Ｂ…湯側通水路 ６Ｃ…混合水通水路 ６Ｄ…パッキン当て面 ６Ｅ…ステーター側密着面 ６Ｆ…水側流入口 ６Ｇ…湯側流入口 ７…キャップ ７Ａ…混合水流出路 ７Ｂ…穴 ７Ｃ…リブ ７Ｄ…ボス ８…パッキン ８Ａ…水側流入路 ８Ｂ…湯側流入路 ８Ｃ…流出口シール ９…Ｏリング １０…シール ２０…弁体 ３０…バルブカートリッジ ３０Ａ…水の流入口 ３０Ｂ…湯の流入口 ３０Ｃ…混合水の流出口 ４０…レバーの移動範囲を包絡する面形状 ４０Ａ…操作部２Ａと球状部の交線２Ｄが描く軌跡 ４０Ｂ…シール溝形状 ４０Ｃ…ストッパー形状 ５０…スぺーサー ５０Ａ…水側接続口 ５０Ｂ…湯側接続口 ５０Ｃ…混合水接続口 ５０Ｄ…水側流入口 ５０Ｅ…湯側流入口 ５０Ｆ…混合水流出口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。