JP3600405B2

JP3600405B2 - シングルレバー式水栓

Info

Publication number: JP3600405B2
Application number: JP15633597A
Authority: JP
Inventors: 隆弘清水
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: JPH112342A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単栓あるいは湯水混合水栓に採用できるシングルレバー式水栓に関し、特にウォータハンマーを緩和することのできるシングルレバー式水栓に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シングルレバー式混合水栓は、水温と流量とを単一レバーの操作で自在に調節できるため、近年は一般家庭にも広く普及している
この混合水栓は操作が簡単であるため、急激なレバー操作を日常的に行なうことが多く、そのような場合、ウォーターハンマーと呼ばれる現象が発生しやすくなる。ウォーターハンマー現象とは、急激なレバー操作によって止水することで、水道管内を流れる水道水に急ブレーキがかかる状態となり、甲高い衝撃音とともに水道管内の水圧が瞬間的に増大する現象である。
ウォーターハンマーが頻繁に繰り返されれば、混合水栓自体はもちろん、水道管や混合水栓に配管される給湯器等にも衝撃が加わり続け、長期的には弁体の破損や、給湯器の故障の原因等となり、さらには水道管に亀裂が生じかねないことにもなる。
【０００３】
従来、このようなウォーターハンマーの発生を防止するシングルレバー式混合水栓として、たとえば実開平３−３３２７２号公報や特開平６−１７４１１４号公報に記載のピストン機構を有するものが知られている。このピストン機構は、止水時のレバー操作を重くすることにより急な止水操作を抑制するものである。まず、可動ディスクと一体に連動する可動ブロック内に、混合室に開口するシリンダーを設け、このシリンダー内に混合水を導入する。この導入された混合水は止水時にシリンダー外に排出される。その際、シリンダー容積を減少させるための抵抗によりレバー操作が重くなるように設定されている。シリンダー容積を減少させるときの抵抗を発生させるため、シリンダー内はピストンの外径に配置された弾性シールによって密封され、内部流路に連通する小穴や、シリンダー内壁に細い溝等がつけられている。
【０００４】
また、レバー操作を短い時間で繰り返す場合におけるシリンダー内への混合水の導入、排出時の抵抗をゴムを素材としたアンブレラ形の逆止弁やピストンの軸線方向に移動可能なパッキンなどによって導入時には小さく、排出時には大きくする方法も知られている（特開平６−２１３３４０号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゴムを素材とした逆止弁やピストンの軸線方向に移動可能なパッキンを用いると、排出時の断面積を規定する逆止弁やパッキンが溝に食い込むなどして、ウォーターハンマーの発生を長期にわたって防止することが困難であるとの問題がある。
さらに、従来のウォータハンマー緩和機構を有するシングルレバー式水栓は、部品点数が多くなるとともに、ウォータハンマー緩和機能を維持するために、高精度の部品を使用しなければならないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、簡易な機構でウォーターハンマーの発生を長期にわたって防止することができるシングルレバー式水栓を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のシングルレバー式水栓は、流体の入口と出口とを備えたハウジングと、前記入口と出口との間の流路内に設けられた摺動式の可動弁体および固定弁体と、該可動弁体を固定弁体に対して進退および／または回動させる手段と、可動弁体または可動弁体と一体に連動するブロック部材内に設けられ、その略中心を進退方向とし流路内に開口部を有するシリンダー室と、このシリンダー室に進退させる手段と連動して流路内の液体を流入・排出させるためのピストンとを有するシングルレバー式水栓であって、該ピストンは、付勢力によりハウジング内壁に接触し、流路と連通する第１の空隙部と、この第１の空隙部に連通し、シリンダー室側に形成された溝部とを有し、この溝部との間に第１の空隙部よりも狭い第２の空隙部をシリンダー室内の液体が排出される時にのみ形成できる開閉弁を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
また、流路を閉じた後、ハンドルレバーが係止される手段を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、第１の空隙部よりも狭い第２の空隙部が、ピストンに形成された溝部と開閉弁とにより形成されるので、シリンダー室内の水を排出するときの第２の空隙部の断面積を常に一定とすることができる。また、開閉弁を設けるだけの簡易な機構でウォータハンマー緩和機能を維持することができる。
さらに、ピストンをバネなどの付勢力によりハウジング内壁に接触させているので、ピストンに自己復元性があり、簡易な機構でウォータハンマー緩和機能を付与することができる。またハンドルレバーを係止する手段により、シングルレバー式水栓の開閉をより確実に行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のシングルレバー式水栓の一例を図１および図２により説明する。図１はシングルレバー式水栓の断面図を示し、図１（ａ）が吐水時を、図１（ｂ）が止水時をそれぞれ示す。
ハウジング１１内には下蓋１２に密接して表面を鏡面仕上げした固定ディスクなどの固定弁体１３が収納されている。固定弁体１３には下蓋１２の通水路１４、１５と連通した通水路１６、１７が形成されており、通水路１４、１５は一方を水道管から、もう一方を給湯器から配管している。この通水路１４、１５がハウジング１１に備えられた流体の入口となる。また、通水路１４、１５から導入された流体はハウジング１１内の流路を経て出口１８に至る。
この流路内に固定弁体１３と、この固定弁体１３の上部において水密に接し摺動可能な可動ディスクなどの可動弁体２が配置される。可動弁体２には切欠き部１９が形成され、切欠き部１９が固定弁体１３の通水路１６、１７を変位することによって、吐水または止水および水温の調節が行われる。
【００１１】
たとえば、図１（ａ）に示すように吐水方向にレバー１が倒されると、それに連動して可動弁体２を紙面の左方向に動かし吐水することができ、逆に図１（ｂ）に示すように止水方向に倒されると可動弁体２を紙面の右方向に動かし止水することができる。なお、レバー１の操作方向は、上方に操作することで閉栓し、下方に操作することで開栓する下吐水であっても、あるいは、可動弁体の混合室の形状や位置によって上吐水とすることもできる。
【００１２】
また、可動弁体２の上部には、図示を省略した操作ハンドルと連動するレバー１が連結され、これによって可動弁体２を固定弁体１３に対して自在に摺動させ、吐水または止水等の調節を可能とする。レバー１と可動弁体２はハンドルの回動に対して一体に回動し、可動弁体２はハンドルの上下動に対応して固定弁体１３上を摺動しながら進退および／または回動する。なお、可動弁体２の上部に、この可動弁体２と一体に連動するブロック部材を形成することができる。
【００１３】
可動弁体２または可動弁体２と一体に連動するブロック部材には、その略中心が可動弁体２の進退方向に形成されハウジング１１の流路内に開口部を有するシリンダー室と、このシリンダー室内に収納されるピストンとが設けられている。
このシリンダー室の拡大断面図を図２に示す。図２は、図１（ａ）のＡ部の拡大断面図であり、シリンダー室を示す図である。
【００１４】
可動弁体２の中にシリンダー室７が形成され、このシリンダー室７にピストン３が収納されている。ピストン３はシール部材５によってシリンダー室７の内壁に摺接している。また、ピストン３は、ハウジングの流路につながる内径部８と、この内径部８に連通する第１の空隙部９と、この第１の空隙部に連通しシリンダー室側の端面に形成された溝部とを有しており、また、この溝部と第２の空隙部１０を形成できる開閉弁４がピストン３に取り付けられている。
また、ピストン３はコイルバネ６によりハウジング１１の内壁に付勢されている。
【００１５】
上述の構造のシングルレバー式水栓のウォーターハンマー緩和機構について図３により説明する。図３（ａ）は吐水時を、図３（ｂ）は止水時の状態を示す。
吐水方向にレバー１を動かすと、可動弁体２は図３（ａ）に示すように紙面左方向に移動する。しかし、ピストン３はバネの付勢力によりハウジング１１に押さえ付けられ固定されるため、シリンダー室７が形成される。シリンダー室７は真空になるため負圧となる。一方、可動弁体２の外側は水で満たされているため、負圧の影響でピストン内径部８および第１の空隙部９に開閉弁４のたわみにより、水が容易に進入する。なお、図３（ａ）および（ｂ）において、実線の矢印は水の流れを示す。
【００１６】
つぎに、止水方向にレバー１を動かすと、可動弁体２は図３（ｂ）に示すように紙面右方向に移動する。吐水時に溜まったシリンダー室７の水は、ピストン溝と開閉弁４との間で形成される第２の空隙部１０を通り第１の空隙部９およびピストン内径部８を経て、可動弁体２の外部へでる。しかし、第２の空隙部１０は断面積が少ないため僅かな水しか出ず、大部分はシリンダー室７に閉じこめられる。この閉じこめられた水は、レバー１の動きにより動かされた可動弁体２の動きを妨げる。この現象により、急激なレバー操作によるウォーターハンマーを緩和させることができる。
【００１７】
第１の空隙部とは、ピストン内径部とシリンダー室を第２の空隙部を介して連通させる空隙であり、その形状や断面積を厳密に限定するものではない。第１の空隙部の形状を図４により説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ本発明に係るピストン空隙部の例を示す。
たとえば、図４（ａ）に示したピストン３では、第１の空隙部はピストン内径部８にあって第２の空隙部と交わる部分９を指している。また、図４（ｂ）に示したピストン３では、ピストン内径部８の円錐状になっている部分９を指す。
ただし、図４（ａ）のような、ピストン外径に対して開口部の広い形状を採用する場合は、開閉弁４の材質を特に選定する必要が生じる。また、図４（ｂ）のような、開口部が開閉弁４の固定部より比較的近傍にある場合は、開閉弁４が大きくたわまないとスムーズな流体の移動ができないため、この場合も開閉弁４の材質を特に選定する必要が生じる。
第１の空隙部の好ましい設定位置は、できるだけ開閉弁４の固定部より遠くにあり、かつ、開閉弁４によって完全に閉じることができる位置である。
【００１８】
ウォーターハンマーを緩和させるために、ピストン溝と開閉弁４との間で形成される第２の空隙部１０の断面積はウオーターハンマー現象を抑制する上で重要である。このような第２の空隙部１０を形成し、その断面積を維持するために開閉弁４の特性も、また重要となる。
本発明に係るシリンダー室７の体積は３８０ｍｍ^３である。この体積に許容できる第２の空隙部１０の断面積は、０．００６〜０．０４ｍｍ^２の範囲が好ましいことが実験の結果より判明した。０．００６ｍｍ^２より小さいと、シリンダー室７からの水の抜けが悪くなるため、ハンドル操作のトルクが過大となり、止水が困難となる。また、０．０４ｍｍ^２より大きくなると、シリンダー室７から水が抜けすぎハンドル操作のトルクが過小となり、ウオーターハンマーの発生を防ぐことが困難となる。より好ましい範囲は、０．０１〜０．０３ｍｍ^２である。また、第２の空隙部１０の断面積はシリンダー室７の体積に比例して変化させることができる。
第２の空隙部１０は、上述の断面積の範囲にあれば１本でも複数本でもよいが、複数本の場合はそれぞれの１本の断面積が小さくなるため加工が難しくなり、また溝に異物がかみ込む可能性が考えられるため複数本は好ましくない。
第２の空隙部１０の形状、たとえば溝形状は断面積が上述の範囲にあれば、いかなる形状であってもよい。たとえば、四角状、楔状、円形状等のいずれでもよい。
【００１９】
ピストン溝の構造の一例を図５に示す。図５は、ピストンの断面図および左右側面図である。この場合、第２の空隙部１０はピストンに形成された溝１０ａと開閉弁４との間で形成される。なお、３ａは開閉弁４を固定するための突起部である。
開閉弁４は、その一端がピストンのシリンダー室側面に固定され、他端は自由端となる構造であればよい。また、この自由端は少なくともシリンダーに形成された溝部を覆い、空隙部１０を形成することのできる大きさであればよい。
ピストンのシリンダー室側面に開閉弁４を設けることにより、第１の空隙部よりも狭い第２の空隙部をシリンダー室内の液体が排出される時にのみ形成することができる。
【００２０】
第２の空隙部１０は、開閉弁４の固定部より一番遠く離れた位置に設けるのが望ましい。開閉弁４の固定部に近ければ近いほど、開閉弁４のたわみ量が大きくなるため、遠くの位置にある場合と比較して、開閉弁４の耐久性が劣ることが考えられるためである。このような理由から、開閉弁４の固定部と第２の空隙部は、その距離が一番遠くなるように設定する。
第２の空隙部１０はピストン溝と開閉弁４との間で形成される。開閉弁４は、このように第２の空隙部１０形成部材であると同時に、吐水時に可動弁体２の動きに連動してできるシリンダー室７に水が入りやすいバネ体としての性質が必要となる。まず、薄くてたわみやすい柔軟性が必要となる。
また、止水時にシリンダー室７に発生する圧力に耐える剛性が必要となる。剛性がないと、発生する圧力により開閉弁４がピストン溝に押しつけられて変形して溝を埋めてしまい、第２の空隙部１０を形成することも、その空隙部１０を維持することもできなくなる。さらに、シングルレバー式水栓は耐久性が要求されるため、圧縮クリープ性にも優れていることが要求される。このようなたわみやすく、かつクリープの生じにくい材料であれば特に限定することなく使用することができる。
【００２１】
開閉弁４の材質として、金属であれば圧延鋼板を用いるのがよい。また圧延鋼板を用いた場合、その厚みは５〜５０μｍであることが好ましい。５μｍ未満の厚みであると開閉弁４の取り扱いが容易でなくなり、シングルレバー式水栓への組込性に多くの工数や注意が必要となるからである。また、５０μｍの厚みをこえると、充分にたわむことができなくなり、ウォーターハンマーの防止が不十分になる。より好ましい厚みは１０〜３０μｍである。このような圧延鋼板は、耐錆性を有する材料であることが好ましく、ステンレス鋼が特に好ましい。
【００２２】
開閉弁４の材質として、合成樹脂を使用することができる。その場合、曲げクリープたわみ（ＪＩＳＫ７１１６）が０〜３０％で、かつ曲げ弾性率（ＪＩＳＫ７１７１）が３００〜１０，０００ＭＰａで、さらに引張り降伏ひずみ（ＪＩＳＫ７１６１）が５％以上であることが好ましい。曲げクリープたわみが３０％をこえると、長期の使用で開閉弁が変形し、ウォーターハンマーが防止できなくなり、曲げ弾性率が３００ＭＰａ未満であれば、閉栓時の水圧により、ピストン３の溝９およびピストン溝１０の形状に倣ってシート状の開閉弁が弾性変形し、閉栓できなくなり好ましくない。曲げ弾性率が１０，０００ＭＰａをこえると開栓時にシート状の開閉弁が破壊または作動しなくなる。引張り降伏ひずみ（伸び）が５％未満であると、開栓や閉栓に対してシート状の開閉弁が開弁および閉弁しなくなる。
樹脂製のシート状開閉弁は、５０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍの厚さであればウォーターハンマーを充分に防止することができる。
具体的な材料としては、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等を挙げることができる。また、補強材、充填材等の各種配合材により機械的特性を改善した樹脂組成物であってもよい。
【００２３】
ピストン３は、コイルバネ６の付勢力によりハウジング１１内壁に付勢されている。この付勢力は、吐水時にシリンダー室７を形成することができ、またピストン３をハウジング１１内壁に摺動接触させることのできる力であればよい。
なお、上述の開閉弁４を有するピストンであれば、ピストン３をハウジング１１内壁に摺動接触させる方法は特に制限されない。
【００２４】
コイルバネ６の付勢力が強い場合、止水時にレバー１が自発的に吐水状態となることを防ぐために、レバー１の閉栓位置を固定する手段を設けることができる。たとえば、レバー１とハウジング１内部とにそれぞれ凹部または凸部を設け、閉栓時に、この凹部と凸部とを相互に係合させることにより、閉栓位置を固定することができる。
【００２５】
【実施例】
図１に示す構造を有し、シリンダー室７の体積が３８０ｍｍ^３であるシングルレバー式水栓を作製した。開閉弁４は、厚さ０．１５ｍｍのポリエチレンシートを用いた。第２の空隙部の断面積は０．０２５ｍｍである。
得られたシングルレバー式水栓を用いて以下に示す耐久試験を行い、ウオーターハンマー緩和性能を評価した。
耐久試験は、耐久試験機（ＮＴＮ精密樹脂社製）にレバーを連結し、図６に示すサイクルで行った。すなわち、レバーを止水状態である右端上部より冷水吐水状態である右端下部とする（矢印Ｒｄ）→右端下部より熱湯８０ ℃吐水状態である左端下部とする（矢印Ｐｍ）→左端下部より止水状態である左端上部とする（矢印Ｌｕ）→左端上部より左端下部とする（矢印Ｌｄ）→左端下部より温水４５ ℃吐水状態である中央下部とする（矢印Ｐｌ）→中央下部より止水状態である中央上部とする（矢印Ｃｕ）→中央上部より中央下部とする（矢印Ｃｄ）→中央下部より右端下部とする（矢印Ｐｒ）→右端下部より右端上部とする（矢印Ｒｕ）。以上を１サイクルとして耐久試験後を行った。
この耐久試験で、２０万回サイクル後でもウォーターハンマー防止機構が機能していた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のシングルレバー式水栓は、シリンダー室に設けられたピストンが第１の空隙部と、この第１の空隙部に連通し、この第１の空隙部よりも狭い第２の空隙部をシリンダー室内の液体が排出される時にのみ形成できる開閉弁を備えてなるので、第２の空隙部の断面積が常に一定とすることができ、簡易な機構でウォーターハンマーの発生を長期にわたって防止することができる。
【００２７】
また、ピストンが付勢力によりハウジング内壁に接触しているので、ピストンに自己復元性があり、簡易な機構でウォータハンマー緩和機能を付与できる。
【００２８】
さらに、ハンドルレバーを係止する手段を有するので、シングルレバー式水栓の開閉をより確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】シングルレバー式水栓の断面図である。
【図２】図１（ａ）のＡ部の拡大断面図である。
【図３】ウォーターハンマー緩和機構を説明する図である。
【図４】ピストン空隙部の例を示す図である。
【図５】ピストン溝の構造の一例を示す図である。
【図６】耐久試験サイクルを説明する図である。
【符号の説明】
１レバー
２可動弁体
３ピストン
４開閉弁
５シール部材
６コイルバネ６
７シリンダー室
８内径部
９第１の空隙部
１０第２の空隙部
１１ハウジング

Claims

流体の入口と出口とを備えたハウジングと、前記入口と出口との間の流路内に設けられた摺動式の可動弁体および固定弁体と、該可動弁体を前記固定弁体に対して進退および／または回動させる手段と、前記可動弁体または前記可動弁体と一体に連動するブロック部材内に設けられ、その略中心を前記進退方向とし前記流路内に開口部を有するシリンダー室と、このシリンダー室に前記進退させる手段と連動して前記流路内の液体を流入・排出させるためのピストンとを有するシングルレバー式水栓であって、
前記ピストンは、付勢力により前記ハウジング内壁に接触し、前記流路と連通する第１の空隙部と、この第１の空隙部に連通し、前記シリンダー室側に形成された溝部とを有し、この溝部との間に前記第１の空隙部よりも狭い第２の空隙部を前記シリンダー室内の液体が排出される時にのみ形成できる開閉弁を備えてなることを特徴とするシングルレバー式水栓。
前記流路を閉じた後、ハンドルレバーが係止される手段を有することを特徴とする請求項１記載のシングルレバー式水栓。