JP7262355B2

JP7262355B2 - 浄水器の切換手段におけるシール部溝構造及び浄水器

Info

Publication number: JP7262355B2
Application number: JP2019174957A
Authority: JP
Inventors: 雄真笠井
Original assignee: トクラス株式会社
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2023-04-21
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: JP2021049508A

Description

本発明は浄水器の切換手段におけるシール部溝構造及び浄水器に係り、更に詳しくは、浄水器のケースと切換手段を構成する軸部材との間に配置されるＯリングを収容する凹溝に、応力集中による破損の危険性が及ぶことを抑制できる浄水器の切換手段におけるシール部溝構造及び浄水器に関する。

水栓等に取り付けられる浄水器は、原水や浄水の吐出を選択的に行うための流路切換構造を備えており、その切換方式としては、回転軸若しくは軸部材等を用いたロータリー弁方式、スプール弁方式等の機構が採用されている。これらの切換方式では、浄水器の外側面に位置する回動摘み、レバー等の操作部に対して回転操作若しくは摺動操作を行うことにより、回転軸を周方向に回転若しくは軸方向に移動させ、回転軸に設けられた孔等の開口部を原水及び浄水の各流路に選択的に連通させる構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９－２９０２５５号公報

特許文献１記載の浄水器における流路切換構造は、操作部の回動操作を軸線方向に変換して直線的に移動する軸部材（シリンダ）を含み、当該軸部材の周方向に設けられた凹溝にシール用のＯリングを配置することで、軸部材回りのシール性が確保される構成となっている。
しかしながら、特許文献１にあっては、軸線方向に垂直な方向へ操作力が付与された場合、凹溝の底部角部に応力集中が発生することに起因して軸部材が破損する危険性が高くなるという点について何ら考慮されていない。
すなわち、応力集中による破損原因について更に言及すると、例えば、図７に示されるように、浄水器のケース５０部分を貫通してこれに支持される軸部材５１の周方向に凹溝５２を設けてＯリング５４を配置し、軸部材５１の一端側の操作部５１Ａに操作力Ｆが付与された場合、流路側となる図示の点Ｐ位置を支点としたとき、凹溝５２の底部角部５２Ａ、５２Ｂに応力が発生し、支点Ｐに近い角部５２Ｂに特に応力が集中することで、当該部分が破損し易くなるという問題がある。従って、応力集中による軸部材の破損を回避するためには、軸部材の内径を大きくする必要があり、軸部材の大径化によって切換構造全体の寸法が大きくなり、ひいては浄水器の小型化を達成するための障害となる。

[発明の目的]
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、Ｏリングを収容する凹溝の底部角部形状を工夫することによって軸径を大きくすることなく応力集中に起因した軸部材の破損の危険性を低減することができる浄水器の切換手段におけるシール部溝構造を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、流路切換手段全体の大きさを抑制することで、小型化を図ることのできる浄水器を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、特許請求の範囲記載の構成を採用したものである。具体的には、原水の吐出と浄水の吐出とを選択的に行う切換手段を備えた浄水器の切換手段におけるシール部溝構造において、
前記切換手段は、浄水器のケースに支持されるとともに一端側に操作部を備えた軸部材と、当該軸部材の周方向に設けられた凹溝と、この凹溝に収容されて軸部材とケースとの間をシールするＯリングとを含み、
前記軸部材の軸線に対して垂直方向に向かう操作力が前記操作部に付与されて前記凹溝より内側となる軸部材の外周部分を支点としたときに、前記凹溝は、横断面において、前記操作部側の底部角部曲面よりも支点側の底部角部曲面が大きな曲面に形成される、という構成を採っている。

また、本発明は、原水の受入口を備えたケースと、原水の吐出と浄水の吐出とを選択的に行う切換手段とを備えた浄水器において、
前記切換手段は、前記ケースに支持されるとともに一端側に操作部を備えた軸部材と、当該軸部材の周方向に設けられた凹溝と、この凹溝に収容されて軸部材とケースとの間をシールするＯリングとを含み、
前記軸部材の軸線に対して垂直方向に向かう操作力が前記操作部に付与されて前記凹溝より内側となる軸部材の外周部分を支点としたときに、前記凹溝は、横断面において、前記操作部側の底部角部曲面よりも支点側の底部角部曲面が大きな曲面に形成される、という構成を採っている。

Ｏリングを収容する凹溝を上記の構成とすることで、軸部材の破損の危険性を低減することができ、軸部材を大径化する必要性をなくし、切換手段ひいては浄水器の小型化を達成することが可能となる。
また、溝の底部角部の形状を上記の関係を有する曲面とするだけであるから、既存構造に対して大きな設計変更を必要とすることなく構造を複雑化させるおそれもなく実施することができる。

実施形態に係る浄水器の外観を示す正面図。浄水器の中央縦断面図。図２のＡ―Ａ線断面図。図２のＢ部拡大図。図２のＣ部拡大図。解析用軸部材の一部を示す概略正面図。応力集中部位を説明するための断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、位置若しくは方向を示す用語は、特に明示しない限り、図１に示される浄水器を正面視した状態を基準とする。

図１及び図２に示されるように、浄水器１０はほぼ円筒状の胴部１１Ａを備えたケース１１を用いて構成されている。ケース１１の上端側には図示しない蛇口に接続される原水の受入口１３が設けられている。また、ケース１１の内部は、浄化手段１４が収容可能な空間として形成されている。

前記浄化手段１４は、受け皿状の支持部材１５を介して支持されている。この支持部材１５は、中央部に設けられた中央筒１８に支持されて浄化手段１４の上部側に延びる長さを備えた浄水流路筒１９を備えている。
支持部材１５の中央部には、中央孔２０が形成され、浄水流路筒１９、中央筒１８及び中央孔２０により浄水流路が形成されている。なお、支持部材１５の下面側には、円環状のリブ２２が一体に設けられている。

前記胴部１１Ａの下端側には、切換手段２５を保持する円盤状の外形を有し胴部１１Ａと共にケース１１を構成する保持部材２６が配置されている。この保持部材２６は、図１及び図３に示されるように、胴部１１Ａの下端に嵌合可能な周壁２８と、この周壁２８の上部に位置する円盤状の上板２９と、当該上板２９の下面側に位置して図２中左右方向に延びる略角柱状のブロック部材３０とを備えて構成されている。ブロック部材３０は、図２中左右方向に延びる軸挿入穴３１を備え、その軸挿入穴３１の両端は、周壁２８の周方向１８０度対象位置で開口するように設けられている。すなわち、軸挿入穴３１は、保持部材２６の略中央部を径方向に貫通する構成となっており、この軸挿入穴３１に切換手段２５が挿入可能とされている。

前記上板２９には、図２に示されるように、軸部材４４の軸線方向に沿って並設されるとともに、軸挿入穴３１に向かって上下に開通する２つの浄水導入口３３と、これら浄水導入口３３の外側に位置して軸挿入穴３１に向かって上下に開通する各１つの原水導入口３４とを備えている。本実施形態では、浄水導入口３３は中央筒１８の下部に位置し、原水導入口３４は、リブ２２よりも外側に設けられている。リブ２２の外側と浄化手段１４の外側は原水導入口３４に連なる原水流路を構成することとなる。なお、上板２９の上面側には、リブ２２の先端すなわち下端を受容する溝加工が施され、これにより、浄水導入口３３と原水導入口３４とが連通しないように遮断される。
また、ブロック部材３０の下面側には、軸部材４４の軸線方向に沿って並設されるとともに、軸挿入穴３１に向かって上下に開通する３つの浄水吐出口３７と、これらの外側に位置する２つの原水吐出口３８が形成されている。
ブロック部材３０の下面中央部には円環状のリブ４０が形成されており、浄水吐出口３７と原水吐出口３８とが連通しないように遮断される。
なお、保持部材２６の下端に位置する板状部材４１には、その中央部に浄水吐出口３７に連通する中央開口部４２が形成されている一方、その周囲に原水吐出口３８に連通する多数の小さな外側孔４３が形成され、中央開口部４２より浄水が吐出される一方、外側孔４３からシャワー状に原水が吐出される。

前記切換手段２５は、図２に示されるように、原水導入口３４を原水吐出口３８に、若しくは浄水導入口３３を浄水吐出口３７に連通可能となるスパイラル溝４５を外周に備えた軸部材４４と、当該軸部材４４の一端側（図２中右端側）に位置してケース１１の外側に位置する操作部４７と、軸部材４４の操作部４７側の外周部分及び軸部材４４の先端側（図２中左側）の外周部分の周方向に設けられた凹溝５６、５７（図４及び図５参照）と、これら凹溝５６、５７にそれぞれ収容されたＯリング６０、６１とを備えて構成され、これにより、軸部材４４と軸挿入穴３１の内周面すなわちケース１１との間がシールされ、軸挿入穴３１の両端側からの水漏れ防止が図られる。
上記スパイラル溝４５は、原水導入口３４と原水吐出口３８とを連通させる一方、浄水導入口３３と浄水吐出口３８とを連通させることができるピッチで形成され、これにより、原水と浄水の吐出が選択的に行われることとなる。
図１に示されるように、操作部４７の外周部分には軸部材４４の周方向回転位置を示す目印５０が設けられており、操作部４７の内側の縮径部５１回りには、凸部５３が設けられている。この凸部５３は、保持部材２６の右端側に設けられた突片２６Ａに当接して左回りの回転規制が行われる。この突片２６Ａは、図１中紙面直交方向の奥側にも配置されて一対をなし、当該奥側の図示しない突片に凸部５３が当接したときに、右回り方向への回転規制が行われるようになっている。
軸部材４４の先端側（図２中左端側）は保持部材２６よりも外側に突出し、当該突出した部分をＥリング等で固定し、さらに、キャップ５４を嵌合させることにより、軸部材４４の抜け止めが行われる。

本実施形態において、前記凹溝５６、５７のうち、図２中左側の凹溝５７は、図５に示されるように、溝の底部角部が左右対称となる周知の溝形状となっている一方、図２中右側の凹溝５６は、図４に示されるように、その横断面形状において、異なる形状が採用されている。すなわち、凹溝５６において、操作部４７側となる底部角部の曲面Ｒ２に対し、操作部４７に下向きの操作力が加えられたときの支点すなわち軸部材４４の外周部分Ｐに近い底部角部の曲面Ｒ１が大きな曲面に形成されている。

次に、本実施形態における作用について説明する。
操作部４７の凸部５３が突片２６Ａに当接した位置を初期位置とした場合、軸部材４４は、図２に示されるように、浄水導入口３３、浄水吐出口３７がスパイラル溝４５に臨む一方で、原水導入口３４、原水吐出口３８は軸部材４４の外周面によって閉塞される。
従って、原水は、浄化手段１４で浄化された後に浄水流路筒１９内に流れ、中央孔２０、浄水導入口３３、スパイラル溝４５、浄水吐出口３７を経て中央開口部４２より吐出される。

前記操作部４７を周方向右側にほぼ１８０度回転させると、図示省略しているが、原水導入口３４、原水吐出口３８がスパイラル溝４５に臨む一方、浄水導入口３３、浄水吐出口３７は軸部材４４の外周面によって閉塞され、原水は浄化手段１４の外周側及び支持面１６の下面側の原水流路を流れ、原水導入口３４、スパイラル溝４５、原水吐出口３８を経て外側穴４３よりシャワー状に吐出される。

以下に、ＣＡＥにより、図６に示されるテスト用の軸部材の操作部に操作力Ｆを付加した際の、凹溝の底部角部の曲面形状の違いによって生じる応力の違いを簡易的に解析した結果を示す（ケース・Ｏリング等周囲の部材は無い条件下で計算)。条件は以下の通りである。
条件
・Ｆ＝０．９８[N]操作部に対して垂直方向
・拘束条件（支点）：凹溝左側の軸外径部分の円周面を固定（図６中斜線部）
・溝寸法：溝幅Ｗ＝２．１ｍｍ、溝内径ｄ＝４．６ｍｍ、溝外径ｄ１＝６．８ｍｍ
・底部角部形状：Ｒ１＞０．５ｍｍ：Ｒ２:＞０．５ｍｍ
・材料：ＡＢＳ樹脂
・軸の流路形状詳細は省略
結果
ＣＡＥによる解析にて操作部に力を付加した際に生じるミーゼス応力/最大主応力/変位の対象部材上における分布を得た。ここでは、ミーゼス応力の分布の最大値を用いて評価を行った。これは、ＡＢＳ樹脂は一般に延性材料であり、材料の破壊は発生した応力が降伏条件に達した時に生じるためである。形状を変更させて発生する最大応力を小さくすることで、発生した応力が降伏条件により達しにくくすることを目的とし検討を行った。なお、各結果において応力の最大値が得られる箇所(応力集中が発生する箇所)はＲ１の根本部分であった。
以下に解析より得られた、Ｒ１、Ｒ２とミーゼス応力(最大値)の関係を示す。

（Ｒ２≧０．５[ｍｍ]の結果のみ示す (1)は参考値)。
表１より、Ｒ２≧０．５[ｍｍ]の条件下において、Ｒ１＝Ｒ２[(3)(4)]と比較して、Ｒ１＞Ｒ２の時の発生応力が小さくなることが分かる[(5)(6)(8)(9)]。更に、Ｒ１を最大(１．１[ｍｍ])とした時、Ｒ２が小さくても発生応力は小さくなった[(7)(10)]。すなわち、Ｒ２と溝内径ｄの比（Ｒ２/ｄ)がある値(０．１１)よりも大きい場合においては、Ｒ１>Ｒ２とすることで、Ｒ１＝Ｒ２の際よりも強度を向上させることができる。Ｒ２/ｄを０．１１より小さくした際には、強度は低下する傾向にある(表１の範囲外)。これは、Ｒ２を小さくしすぎると部材全体の強度に影響するためであると予想する。ここでは、加工性や強度を考慮し、材料をＡＢＳ、Ｒ寸法を０．５[ｍｍ]以上としたが、形状や使用材料によって条件は異なる為、Ｒ２/ｄの閾値は都度検討を行う必要がある。逆に、Ｒ２をＲ１に近づけすぎた場合はＲ１＝Ｒ２の条件に近づく為、Ｒ１の上限値に関しても、Ｒ２との関係や形状を考慮し都度検討を行う必要がある。
なお、凹溝内径により圧縮率(Ｏリングのつぶし代)を、溝幅にて充填率(Ｏリングと溝幅の断面積の比率)を調整し、Ｏリングの規格と適合させることで、Ｒ形状を問わずシール性を確保することができる。

以上説明したように本発明によれば、凹溝の底部角部の形状を特別に設計することにより応力集中に起因した破損の危険性を低減することができる、という効果を得る。
また、軸部材を大径に設ける必要がなく、これにより、浄水器の小型化を達成することが可能となる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、特定の実施の形態に関して特に図示し、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上に述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
例えば、上記に開示した凹溝の形成位置は、図示構成例に限定されるものではなく、前記実施例と同等の凹溝を備えた流路切換構造に適用することができる。
また、軸部材にスパイラル溝を設けて流路の一部を構成する場合を示したが、スパイラル溝を採用することなく軸部材に孔を設ける場合も含む。

１０…浄水器、１１…ケース、１３…受入口、１４…浄化手段、２２、２５…切換手段、３３…浄水導入口、３４…原水導入口、３７…浄水吐出口、３８…原水吐出口、４４…軸部材、４７…操作部、５６…凹溝、６０…Ｏリング

Claims

原水の吐出と浄水の吐出とを選択的に行う切換手段を備えた浄水器の切換手段におけるシール部溝構造において、
前記切換手段は、浄水器のケースに支持されるとともに一端側に操作部を備えた軸部材と、当該軸部材の周方向に設けられた凹溝と、この凹溝に収容されて軸部材とケースとの間をシールするＯリングとを含み、
前記軸部材の軸線に対して垂直方向に向かう操作力が前記操作部に付与されて前記凹溝より内側となる軸部材の外周部分を支点としたときに、前記凹溝は、横断面において、前記操作部側の底部角部曲面よりも支点側の底部角部曲面が大きな曲面に形成されていることを特徴とする浄水器の切換手段におけるシール部溝構造。
原水の受入口を備えたケースと、原水の吐出と浄水の吐出とを選択的に行う切換手段とを備えた浄水器において、
前記切換手段は、前記ケースに支持されるとともに一端側に操作部を備えた軸部材と、当該軸部材の周方向に設けられた凹溝と、この凹溝に収容されて軸部材とケースとの間をシールするＯリングとを含み、
前記軸部材の軸線に対して垂直方向に向かう操作力が前記操作部に付与されて前記凹溝より内側となる軸部材の外周部分を支点としたときに、前記凹溝は、横断面において、前記操作部側の底部角部曲面よりも支点側の底部角部曲面が大きな曲面に形成されていることを特徴とする浄水器。