JP2016211241A - 弁機構、および水栓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体からの押圧や摩擦による弁座の変形を防止することができる弁機構を提供する。
【解決手段】流体の流路中に配置され、操作部材の操作に伴って移動する弁体１６と、上記流路中に形成された開口を有する弁座１５とを有し、上記弁体１６が上記弁座１５に隙間なく接触すると上記開口が閉鎖される弁閉状態となり、上記弁体１６と上記弁座１５との間に隙間が生じると上記開口が開放される弁開状態となる弁機構であって、上記弁閉状態から上記弁開状態に移行する際または上記弁開状態から上記弁閉状態に移行する際の上記弁体１６の経路上にリフタ１９を配置し、弁閉状態以外の状態のうち少なくとも一状態において、上記リフタ１９が上記弁体１６と上記弁座１５との間に介在することにより、上記弁体１６が上記弁座１５に全く接触しない状態が維持される。
【選択図】図６

Description

本発明は、流路の開閉を行う弁機構と、このような弁機構を有する水栓装置とに関する。

従来、台所や洗面所、浴室等で使用される水栓装置には、特許文献１のように、浄化材を通過した浄水を吐出する浄水吐出と、水道水等の原水をそのまま吐出する原水吐出とを切り換えることができるものがあった。

この水栓装置では、浄水流路に浄水遮断弁を設け、原水流路に原水遮断弁を設け、押しボタンの操作に伴い、浄水遮断弁と原水遮断弁との一方だけが開放される。
このうち、原水遮断弁は、球形弁体が環状の弁座に嵌まり込むと原水流路が閉鎖され、球形弁体が弁座からずれると原水流路が開放されるものであった。
原水遮断弁では、シール性を高めるため、球形弁体は、コイルスプリングなどによって常に弁座側に付勢されていた。また、シール性を高めるため、弁座は弾性部材で形成されていた。

この水栓装置では、装置のコンパクト化のため、押しボタンの小さな操作量で浄水吐出と原水吐出とを切り換えるようになっていた。これに伴って、浄水吐出から原水吐出へ移行する際の球形弁体のストロークも小さなものになっていた。
そのため、原水遮断弁が開放されている原水吐出のときに、球形弁体は、弁座の開口からずれているものの、弁座から大きくずらすことはできず、コイルスプリングの付勢力によって弁座の一部に押しつけられていた。
特に球形弁体は、弁座とほぼ一点で接触することになるため、接触部分に大きな荷重が集中することになる。
これにより、長期間使用されるうちに、弁座が塑性変形して歪んでしまい、破損したりシール性が低下したりすることがあった。また、原水吐出時でも、弁座の開口のすぐ近くに存在する球形弁体によって、流路抵抗が上昇し、吐出量が低下することがあった。

また、球形でない弁体であって、ストロークを大きくした場合であっても、弁体を移動させる際に弁座との間に摩擦を生じ、弁座を歪ませたり摩耗したりするおそれがあった。

特許第５６７１４９９号公報

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、弁体からの押圧や摩擦による弁座の変形を防止することができる弁機構、およびこのような弁機構を備えた水栓装置を提供することを課題とする。

本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第１の発明は、流体の流路中に配置され、操作部材の操作に伴って移動する弁体と、上記流路中に形成された開口を有する弁座とを有し、上記弁体が上記弁座に隙間なく接触して上記開口が閉鎖される弁閉状態と、上記弁体および上記弁座の間に隙間を設けて上記開口が開放される状態で停止保持される弁開状態とを有する弁機構であって、上記弁閉状態から上記弁開状態に移行する際または上記弁開状態から上記弁閉状態に移行する際の上記弁体の経路上にリフタを配置し、弁閉状態以外の状態のうち少なくとも一状態において、上記リフタが上記弁体と上記弁座との間に介在することにより、上記弁体が上記弁座に全く接触しない状態が維持されることを特徴とする。

第２の発明は、上記弁開状態において、上記リフタが上記弁体と上記弁座との間に介在することにより、上記弁体が上記弁座に全く接触しない状態が維持されることを特徴とする。

第３の発明は、上記弁開状態において、上記弁体が上記弁座にかかっていることを特徴とする。
本明細書における「かかっている」とは、弁体が自重または付勢部材等によって弁座に向かって付勢されており、もしリフタがなかったと仮定すると、弁体が弁座の一部を押圧してしまうような状態をいうものとする。

第４の発明は、水の流路を有し、この水の流路中に第１の発明の弁機構を設けたことを特徴とする水栓装置である。

第１の発明によれば、上記弁閉状態から上記弁開状態に移行する際または上記弁開状態から上記弁閉状態に移行する際の上記弁体の経路上にリフタを配置し、弁閉状態以外の状態のうち少なくとも一状態において、上記リフタが上記弁体と上記弁座との間に介在することにより、上記弁体が上記弁座に全く接触しない状態が維持されることによって、弁座が弁体から押圧されたり弁体と摩擦したりすることによる塑性変形を防止することができる。
また、弁開状態において、上記弁体が上記弁座に全く接触しない状態が維持される場合には、弁座開口と弁体との間の隙間を広げることにより、流路抵抗を低下させ、流量を大きくすることができる。

第２の発明によれば、上記弁開状態において、上記リフタが上記弁体と上記弁座との間に介在することにより、上記弁体が上記弁座に全く接触しない状態が維持されることにより、比較的長時間弁体が固定される弁開状態において、効果的に弁座の塑性変形を防止し、流量を大きくすることができる。

第３の発明によれば、上記弁開状態において、上記弁体が上記弁座にかかっていることにより、比較的ストロークの小さい弁機構において、効果的に弁座の塑性変形を防止し、流量を大きくすることができる。

第４の発明によれば、水栓装置に第１の発明の弁機構を設けたことにより、弁座の塑性変形を防止することができる。

本発明の第一実施形態に係る水栓装置を示す斜視図である。 同水栓装置の内部を示す水平断面図である。 同水栓装置の流路切換弁を示す分解斜視図である。 同流路切換弁の原水吐出時を示す拡大縦断面図である。 同流路切換弁の浄水吐出時を示す拡大縦断面図である。 同流路切換弁の原水遮断弁を示す拡大断面図であり、（ａ）は浄水吐出時、（ｂ）は移行途中、（ｃ）は原水吐出時を示している。 第二実施形態に係る水栓装置の原水遮断弁を示す拡大断面図であり、（ａ）は浄水吐出時、（ｂ）は移行途中、（ｃ）は原水吐出時、（ｄ）は移行途中、（ｅ）は切り換え押し込み位置を示している。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態に係る水栓装置について説明する。
図１に示すように、この水栓装置１は、台所や洗面所の流し台などに設置される。
水栓装置１は、水栓基部２と、レバーハンドル３と、吐出部４とを有する。

水栓基部２には、図示しない湯が供給される湯導入管と冷水が供給される水導入管とが配置され、湯導入管および水導入管が下流の管に接続される箇所には、湯水混合弁が配置されている。
この湯水混合弁は、レバーハンドル３に連動しており、レバーハンドル３の上下回動により吐水量を増減することができ、レバーハンドル３の左右回動により湯水の混合割合を変更して水の温度を調整することができる。
湯水混合弁の下流は、吐出部４に接続されている。

この実施形態では、吐出部４は水栓基部２に固定されているが、たとえば、水栓基部２と吐出部４との間を充分な長さのホースで連結するなどして、吐出部４が水栓基部２に対して引き出し自在になるようにしてもよい。

吐出部４は、浄水カートリッジ５が収容されるカートリッジ収容部６と、流路切換弁と、流路切換弁の操作部材としての押しボタン７と、水の吐出口８とを有する。
図２に示すように、吐出部４内部の水の流路の一部を構成するカートリッジ収容部６には、交換可能な浄水カートリッジ５が収容される。浄水カートリッジ５を交換する際には、カートリッジ収容部６を軸方向に分解することができる。また、カートリッジ収容部６の下流側には、円筒状のカートリッジ受け９が形成されている。
この浄水カートリッジ５は、円筒形状の活性炭からなる浄化材１０を有し、浄化材の外周と内周とをそれぞれ不織布で覆っている。
浄化材１０の両端部には、上流側キャップ１１と下流側キャップ１２とを取り付けている。
上流側キャップ１１は浄化材１０の一端部を閉鎖している。下流側キャップ１２は、吐出部４のカートリッジ受け９に着脱可能に形成されるとともに、浄化材１０の中央空間部１３とカートリッジ受け９の流路とを連通させる開口を有している。
浄水カートリッジ５の外面とカートリッジ収容部６の内面との間には、水が通過可能な空間が確保されている。

これにより、水栓装置１には、吐出部４に供給された水が浄水カートリッジ５の外側から浄化材１０を透過し、濾過されて、中央空間部１３、カートリッジ受け９の内側の流路を経て吐出口８から吐出される浄水流路が形成される。
また、水栓装置１には、吐出部４に供給された水が、浄化材１０を透過することなく浄水カートリッジ５の外側を通過し、カートリッジ受け９の外側の流路を経て吐出口８から吐出される原水流路も形成される。

流路切換弁は、浄水流路と原水流路との一方のみを選択的に吐出口に連通させ、浄水吐出と原水吐出とを切り換える機能を有する。
流路切換弁の詳細については後述する。

図４に示すように、吐出口８は、中心のストレート吐出口８ａと、ストレート吐出口８ａの周囲に形成された多数の小孔であるシャワー吐出口８ｂとからなる。
吐出部４は、つまみ１４の回動操作に連動して、ストレート吐出口８ａからの吐水と、シャワー吐出口８ｂからの吐水とを選択的に切り換える水形切換弁を有する。

図４、図５に示すように、流路切換弁は、浄水流路と原水流路とが合流する箇所に設けられている。
流路切換弁は、浄水流路を開閉する浄水遮断弁と、原水流路を開閉する原水遮断弁とを、押しボタン７の操作に連動させてなる。

図４に示すように、原水遮断弁は、原水流路を開閉する弁機構であり、弁座１５と球形弁体１６とを有する。
図３に示すように、弁座１５は、中央に開口を有する環状の部材であり、吐出部４に固定されて、カートリッジ収容部６の下流の原水流路中に配置されている。弁座１５は、弾性部材から形成されている。

弁座１５の開口の直径は、４．５〜７．５ｍｍとするのがよい。
直径を４．５ｍｍ未満にすると、流路が狭くなるため、充分な流量を得ることが難しくなってしまう。好ましくは、直径を５．０ｍｍ以上にするのがよい。
また、直径が７．５ｍｍを超えると、水栓装置が大型化してしまう。好ましくは、直径を７．０ｍｍ以下にするのがよい。

球形弁体１６は、セラミック製の球体であり、直径を弁座１５の開口の直径よりも大きくするのがよい。
さらに、球形弁体１６の直径は、弁座１５の開口の直径の１．５倍以上になるようにするのがよい。このようにすると、球形弁体１６が弁座１５の開口に落ち込む量が小さくなるため、押しボタン７の操作荷重を小さくすることができる。
特に、球形弁体１６の直径を、弁座１５の開口の直径の１．８倍以上にすると、球形弁体１６が弁座１５の開口に落ち込む量をきわめて小さくすることができる。
第一実施形態では、弁座１５の開口の直径を６ｍｍとし、球形弁体１６の直径を１１ｍｍとした。

原水遮断弁の弁体は球形には限定されず、弁座１５の開口を閉鎖できる他の形状であってもよい。
本実施形態のような球形弁体１６にすると、移動する際に回転して、摩擦抵抗を大きく低下させることができるため、原水遮断弁の弁体を球形とするのがよい。

球形弁体１６の材料には、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、真鍮等の金属、ポリカーボネート等の樹脂を使用することができる。
樹脂は、耐食性に優れる点で好ましい。その中でも、ポリカーボネートは高強度で寸法安定性に優れる点で好ましい。
金属は、加工により真円度の高い球体を形成できる点、および高強度で密度が高く自重によるシールも可能となる点で好ましい。その中でも、ＳＵＳは耐食性に優れる点で好ましい。
第一実施形態では、ＳＵＳ製の球形弁体１６を用いた。

図４に示すように、球形弁体１６は、ボール保持体１７に保持されている。ボール保持体１７は、下方が大きく開放されて、球形弁体１６が出入りすることができる。ボール保持体１７の上部と球形弁体１６との間にはコイルスプリング１８が配置され、常に球形弁体１６を下方へ付勢している。
弁座１５の上方には、球形弁体１６が図４中左右方向へ移動できるだけの空間が確保されている。
原水遮断弁では、原水吐出時には球形弁体１６が弁座１５の開口から押しボタン７の側へずれて原水流路を開放し（図４）、浄水吐出時には球形弁体１６が弁座１５の開口に嵌まり込んで原水流路を閉鎖する（図５）。

図６に示すように、原水遮断弁には、リフタ１９が設けられている。
リフタ１９は、原水吐出から浄水吐出に移行する際に球形弁体１６が移動する経路上に配置されている。
リフタ１９は、球形弁体１６の曲面に合致する保持斜面１９ａを有している。原水吐出から浄水吐出に移行させると、球形弁体１６がリフタ１９に乗り上がり、この保持斜面１９ａに沿って保持される。
保持斜面１９ａは、リフタ１９が設置される平面よりも高い位置に形成されている。以下、この段差を段差１９ｂと呼ぶ。このため、球形弁体１６が保持斜面１９ａに保持されているとき、球形弁体１６は、段差１９ｂによって弁座１５から浮き上がった位置に保持され、弁座１５に全く接触しない状態が維持される。

段差１９ｂは、０．３〜０．７ｍｍとするのがよい。
段差１９ｂを０．３ｍｍ未満にすると、球形弁体１６が弁閉状態から弁開状態へ移行する際に、段差部１９ｂの上端を基点に回転し持ち上がってから保持斜面１９ａへ落下する際の感触が大きくなってしまう。好ましくは段差１９ｂを０．４ｍｍ以上とするのがよく、特に０．５ｍｍ以上とするのがよい。
また、段差１９ｂが０．７ｍｍを超えると、球形弁体１６が乗り上げるときの抵抗が大きくなり、操作感が悪化してしまう。好ましくは段差１９ｂを０．６ｍｍ以下とするのがよく、特に０．５ｍｍ以下とするのがよい。
第一実施形態では段差１９ｂを０．４ｍｍとした。

段差１９は、必ずしも設けなくてもよい。
しかし、段差１９ｂを設けると、弁閉状態から弁開状態に球形弁体１６を移行させる際に、球形弁体１６が段差１９ｂの上端を中心に回転することにより、回転後に保持斜面１９ａへ落ちる距離が小さくなり、リフタに乗り上げる際の感触が小さくなるため、段差１９ｂを設けることが好ましい。

リフタ１９は、弁座１５に接触しないような位置に設置するのがよい。このようにすると、リフタ１９が球形弁体１６を保持しているときに、球形弁体１６の重みが間接的にも弁座１５に加わることがなくなる。
もっとも、弁座１５に接触する位置にリフタ１９を配置した場合でも、球形弁体１６から加わる荷重をリフタ１９の底面積に分散することができるので、弁座１５に加わる荷重を緩和することができる。
保持斜面１９ａは、必ずしも球形弁体１６の曲面に合致する必要はないが、球形弁体１６の曲面に合致する曲面にすることにより、球形弁体１６を強固に保持することができる。

図４に示すように、浄水遮断弁は、浄水流路を開閉する弁機構であり、弁座２０と環状弁体２１とを有する。
弁座２０は、吐出部の一部として、カートリッジ受け９の下流の浄水流路に形成されている。弁座２０では、浄水流路の周壁の内径が、上流から下流へ徐々に小さくなっている。
環状弁体２１は、弾性部材からなるＯリングであり、弁座２０の最小径部分よりも大きな外径を有している。
環状弁体２１は、軸部材２２の外面に形成された溝に嵌合されている。軸部材２２の図４中左端はボール保持体１７に固定され、ボール保持体１７とともに図４中左右方向へ移動する。軸部材２２の図４中右端には、徐々に径が大きくなる略円錐状の保持部２２ａが形成され、環状弁体２１はこの保持部２２ａに嵌合されている。軸部材２２の保持部２２ａ以外の部分は、弁座２０の最小径部分よりも細く形成され、弁座２０の開口を貫通し、図４中左右方向へ移動可能になっている。
浄水遮断弁では、原水吐出時には環状弁体２１が弁座２０に密着して浄水流路を閉鎖し（図４）、浄水吐出時には環状弁体２１が弁座２０からカートリッジ受け９の側へ離間して浄水流路を開放する（図５）。

押しボタン７は、吐出部の外部に露出した押圧面を有し、吐出部４に対して図４中左右方向に移動可能に取り付けられている。

流路切換弁は、押しボタン７と吐出部４の間に、ノック式ボールペンなどに使用されるスラストロック機構を備えており、押しボタン７は押圧操作により浅い停止位置と深い停止位置とに交互に停止する。
図３に示すように、このスラストロック機構は、周面に切換用のリブを形成した第一切換こま２３と、円筒状の内周面に奥行き方向に浅い溝と深い溝を周方向に交互に形成した切換リング２４と、押しボタン７を吐出部４から離間させる方向に付勢するコイルスプリング２５と、第一切換こま２３が押し付けられるたびに第一切換こま２３を周方向に一定角度周回転させる第二切換こま２６とを、組み立ててなる。
押しボタン６を押すたびに第一切換こま２３のリブが切換リング２４の浅い溝と深い溝とに交互に入り込むため、押しボタン６が浅い停止位置と深い停止位置とに交互に停止する。

押しボタン６とボール保持体１７とはスラストロック機構、プッシュロッド２７を介して固定され、ボール保持体１７と軸部材２２も互いに固定されている。
したがって、押しボタン７、球形弁体１６および環状弁体２１は、一体的に図４中左右方向に移動する。

図４に示すように、押しボタン７が浅い停止位置にあるとき、水栓装置は原水吐出となる。
このとき、浄水遮断弁では、環状弁体２１が弁座２０に当接しているため、浄水流路が閉鎖されている。
他方、原水遮断弁では、球形弁体１６が弁座１５の開口に対して押しボタン７の側にずれているため、原水流路が開放されている。
したがって、吐出部４に流入した水は、浄化材１０を透過することなく、原水流路を通過して吐出口８から吐出される。

また、図６（ｃ）に示すように、このとき、球形弁体１６はリフタ１９に乗り上がり、保持斜面１９ａに保持されている。球形弁体１６は、弁座１５から浮き上がった位置に保持され、弁座１５に全く接触しない状態が維持される。
図６（ｃ）に示すように、球形弁体１６は弁座１５の一部の真上に位置するため、もしリフタ１９がなかったと仮定すると、コイルスプリング２５の付勢力と球形弁体１６の自重とによって球形弁体１６が弁座１５の一部を押圧することにより、弁座１５が塑性変形して歪んでしまい、シール性が低下したり破損したりするおそれがある。しかし、リフタ１９によって球形弁体１６が弁座１５に全く接触しない状態が維持されることにより、弁座１５の塑性変形を防止することができる。
また、リフタ１９によって球形弁体１６と弁座１５の開口との間の隙間が広がっているため、流路抵抗が低下し、原水吐出時の吐水量が大きくなる。

図５、図６（ａ）に示すように、押しボタン７が深い停止位置にあるとき、水栓装置１は浄水吐出となる。
このとき、浄水遮断弁では、環状弁体２１が弁座２０に対して上流側に離間しているため、浄水流路が開放されている。
他方、原水遮断弁では、コイルスプリング１８の付勢力によって球形弁体１６が弁座１５に嵌まり込んでいるため、原水流路が閉鎖されている。
したがって、吐出部４に流入した水は、水質浄化１０を透過し、浄水流路を通過して吐出口８から吐出される。

第一実施形態の水栓装置１では、リフタ１９を設けたことにより、原水吐出時に原水遮断弁の球形弁体１６が弁座１５を押圧することによる弁座１５の歪みや破損を防止し、シール性を維持することができる。
また、リフタ１９によって球形弁体１６が弁座１５に全く接触しない状態が維持されることにより、球形弁体１６と弁座１５との摩擦による弁座１５の歪みや摩耗を防止することができる。
さらに、リフタ１９によって球形弁体１６と弁座１５の開口との間の隙間が広がることにより、流路抵抗が低下し、原水吐出時の吐水量を増加させることができる。
原水遮断弁が開放されている原水吐出時（浅い停止位置）において、球形弁体１６は、原水遮断弁が遮断されている浄水吐出時（深い停止位置）の位置からわずか４ｍｍしか移動していないが、このような原水遮断弁においても、リフタ１９を設けたことにより、特に効果的に上記の効果を実現することができる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態の水栓装置１では、原水遮断弁の弁開状態（原水吐出時）において、球形弁体１６が位置する箇所にリフタ１９を設けていた。
図７に示すように、第二実施形態の水栓装置では、さらに、弁座１５から見てリフタ１９と逆方向の位置に別のリフタ２８を設けたことを特徴とする。

図７は概略図であり、このリフタ２８も、球形弁体１６の曲面に合致する保持斜面２８ａを有している。
保持斜面２８ａは、リフタ２８が設置される平面よりも高い位置に形成されている。このため、球形弁体１６が保持斜面２８ａに保持されているとき、球形弁体１６は、弁座１５から浮き上がった位置に保持され、弁座１５に全く接触しない状態が維持される。

リフタ２８も、弁座１５に接触しないような位置に設置するのがよい。このようにすると、リフタ２８が球形弁体１６を保持しているときに、球形弁体１６の重みが弁座１５に加わることがなくなる。
もっとも、弁座１５に接触する位置にリフタ２８を配置した場合でも、球形弁体１６から加わる荷重をリフタ２８の底面積に分散することができるので、弁座１５に加わる荷重を緩和することができる。
保持斜面２８ａは、必ずしも球形弁体１６の曲面に合致する必要はないが、球形弁体１６の曲面に合致する曲面にすると、球形弁体１６を強固に保持することができる。

流路切換弁のようにスラストロック機構を用いた弁機構では、浅い停止位置と深い停止位置とを切り換える際に、図７（ａ）（ｄ）（ｅ）に示すように、深い停止位置よりもさらにカートリッジ受け９の側に深く押し込んだ切り換え押し込み位置を経由する必要がある。
切り換え押し込み位置では、図７（ｅ）のように球形弁体１６が弁座１５からカートリッジ受け９の側にずれ、リフタ２８に乗り上がり、保持斜面２８ａに沿って保持される。
これにより、球形弁体１６と弁座１４との摩擦による弁座１５の歪みや摩耗を防止することができる。

＜その他の変形例＞
第一実施形態および第二実施形態では、水栓装置において、流路切換弁の原水遮断弁にリフタ１９，２８を設けたが、これには限定されず、特定の流路の開閉を行うあらゆる弁機構に適用することができる。
また、本発明は水栓装置１には限定されず、流体の流路に設けられた他の弁機構にも適用することができる。

１ 水栓装置
４ 吐出部
７ 押しボタン
８ 吐出口
１５ 弁座
１６ 球形弁体
１７ ボール保持体
１８ コイルスプリング
１９ リフタ
１９ａ 保持斜面
２３ 第一切換こま
２４ 切換リング
２５ コイルスプリング
２６ 第二切換こま
２７ プッシュロッド
２８ リフタ
２８ａ 保持斜面

Claims (4)

1. 流体の流路中に配置され、操作部材の操作に伴って移動する弁体と、
   上記流路中に形成された開口を有する弁座とを有し、
   上記弁体が上記弁座に隙間なく接触して上記開口が閉鎖される弁閉状態と、上記弁体および上記弁座の間に隙間を設けて上記開口が開放される状態で停止保持される弁開状態とを有する弁機構であって、
   上記弁閉状態から上記弁開状態に移行する際または上記弁開状態から上記弁閉状態に移行する際の上記弁体の経路上にリフタを配置し、
   弁閉状態以外の状態のうち少なくとも一状態において、上記リフタが上記弁体と上記弁座との間に介在することにより、上記弁体が上記弁座に全く接触しない状態が維持されることを特徴とする弁機構。
2. 上記弁開状態において、上記リフタが上記弁体と上記弁座との間に介在することにより、上記弁体が上記弁座に全く接触しない状態が維持されることを特徴とする請求項１記載の弁機構。
3. 上記弁開状態において、上記弁体が上記弁座にかかっていることを特徴とする請求項２記載の弁機構。
4. 水の流路を有し、
   この水の流路中に請求項１から３のいずれか記載の弁機構を設けたことを特徴とする水栓装置。

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