JPWO2004020886A1 - 開閉弁装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、湯水混合水栓に使用される開閉弁装置３２であって、使用者の押圧操作により作動される操作部３６と、この操作部にその基端が結合された押し棒３８と、この押し棒の先端に設けられたパイロット弁４０と、押し棒の先端とパイロット弁との間に介在するコイルばね４２と、パイロット弁口を備えパイロット弁がこのパイロット弁口に当接及び開離するダイヤフラム式の主弁４６と、この主弁の背面に形成され押し棒、パイロット弁及びコイルばねを収納する圧力室４８と、この主弁の表面が着座及び離座する弁座５２と、を有する。

Description

本発明は、開閉弁装置に係わり、特に、湯と水を適温に混合された混合水を止水及び吐水する湯水混合水栓等に使用される開閉弁装置に関する。

従来から、主弁と、この主弁を開閉するためのパイロット弁とから構成されるパイロット式開閉弁が知られており、多くの形式のパイロット式開閉弁が提案されている。
いずれの形式のパイロット式開閉弁も、基本的に、（１）ボタンなどの操作部、（２）操作部に連動するパイロット弁、並びに、（３）主弁及び主弁背面に設けられた圧力室、を備え、圧力室内の一次圧をパイロット弁により開放することにより主弁を開くという点で共通している。
次に、従来のパイロット式開閉弁の具体的構造を説明する。
図１９は、特開平９−６０９６９号公報（特許文献１）に示されている従来のパイロット式開閉弁の一例を示す概略図である。
図１９に示すように、このタイプのパイロット式開閉弁は、押し釦等により押圧される操作部１００と、この操作部に一体的に連結された押し棒１０２と、この押し棒１０２の先端に設けられたパイロット弁１０４と、パイロット弁１０４が当接及び解離するパイロット弁口１０６を備えたダイヤフラム式の主弁１０８と、この主弁１０８の背面に形成された圧力室１１０を形成するハウジング１１２と、この主弁１１０の表面が着座及び離座する弁座１１４と、を備えている。また、このハウジング１１２の押し棒１０２が挿通される部分には、シール部材１１６が設けられている。さらに、主弁１０８の外周側には、小穴１１８が形成されている。
図２０は、特開平１１−３０４２４５号公報（特許文献２）及び特開２００１−９８５９６号公報（特許文献３）に示されている従来のパイロット式開閉弁の他の例を示す概略図である。
図２０に示すように、このタイプのパイロット式開閉弁は、図２０に示すタイプのものと基本構造は同じであり、これに加えて、操作部１００と押し棒１０２との間には、緩衝機構（コイルばね）１２０が設けられている。
特開平９−６０９６９号公報 特開平１１−３０４２４５号公報 特開２００１−９８５９６号公報

上述した図１９に示す従来のパイロット式開閉弁においては、圧力室１１０内に設けられたパイロット弁１０４を、主弁１０８のパイロット弁口１０６に当接及び解離させることで、パイロット弁１０４を開閉し、止水と吐水を切り替えるようになっている。
そのため、吐水状態から止水状態に切り替えるときは、先ず、押し棒１０２によりパイロット弁１０４をパイロット弁口１０６に当接する方向に押さなければならないが、このとき、押し棒１０２及びパイロット弁１０４が圧力室１１０内の水圧により上向きの力を受けそれに抗して操作部１００を押す必要があるが、この力はごく小さな値である。
次に、パイロット弁１０４が主弁１０８のパイロット弁口１０６に当接すると、主弁１０８には、主弁１０８を弁座１１４から引き離す方向に水圧が作用しているので、この水圧に抗する力で止水操作をしなければならない。このとき、主弁１０８が弁座１１４に向って移動するが、移動速度が小さいために、パイロット弁１０４が主弁１０８を弁座１１４に向って強制的に押すことになる。この主弁１０８が弁座１１４に向って強制的に押されることにより、主弁１０８が弁座１１４に当接したとき、ウォータハンマーが生じ、それにより、操作感も悪くなる。
このように、図１９に示す従来のものでは、止水操作時に、（１）パイロット弁１０４がパイロット弁口１０６に当接するまでと、（２）パイロット弁１０４がパイロット弁口１０６に当接した以降では、操作力に差（ムラ）が生じ、操作感が好ましくないものとなっていた。
また、図２０に示すパイロット式開閉弁においては、操作部１００とパイロット弁１０４の間に緩衝機構１２０を設け、パイロット弁１０４のストローク方向の移動距離（変位量）を吸収して、操作感を良好にしたものである。
しかしながら、このタイプのパイロット式開閉弁では、緩衝機構１１８におけるばねの荷重設定が小さくできないため、それゆえ、ばね定数も小さくできず、緩衝機構１１８を設けても、操作感を良好にすることはできない。
即ち、圧力室１１０内に設けられたパイロット弁１０４を外部から操作する場合、押し棒１０２の断面積に相当する面積に水圧が作用し、この力は、押し棒１０２（パイロット弁１０４）をパイロット弁口１０６から引き離すように働く。このため、緩衝機構１２０のばねの荷重は、この水圧による力以上に設定しなければならない（そうしなければ、パイロット弁１０４をパイロット弁口１０６に当接させることができない）。
そのため、図２０に示す従来のものでは、緩衝機構１１８をコンパクト化するのが難しく、さらに、止水操作時に、依然として、（１）パイロット弁１０４がパイロット弁口１０６に当接するまでと、（２）パイロット弁１０４がパイロット弁口１０６に当接した以降では、操作力に差（ムラ）が生じ、操作感が好ましくないものとなっていた。
一方、押し釦を用いた湯水混合水栓を開発する場合、この湯水混合水栓には、上述したパイロット式開閉弁を使用する必要があるが、これらのパイロット式開閉弁は上述した問題も有するため、これらの問題を解決することが要望されていた。

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、操作力にムラがなく操作感が好ましい開閉弁装置を提供することを目的としている。
さらに、本発明は、コンパクト化が可能な開閉弁装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明は、湯と水を適温に混合しこの混合水を止水及び吐水する湯水混合水栓に使用される開閉弁装置であって、使用者の押圧操作により作動される操作部と、この操作部にその基端が結合された押し棒部と、この押し棒部の先端に設けられたパイロット弁と、押し棒部の先端とパイロット弁との間に介在する緩衝手段と、パイロット弁口を備えパイロット弁がこのパイロット弁口に当接及び開離するダイヤフラム式の主弁と、この主弁の背面に形成され押し棒部、パイロット弁及び緩衝手段を収納する圧力室と、この主弁の表面が着座及び離座する弁座と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明において、吐水状態から止水状態に切り替えるときは、先ず、押し棒部を押してパイロット弁をパイロット弁口に当接させる。このとき、押し棒部は、その断面積に相当する面積に作用する水圧により上向きの力を受け、これらに抗して操作部を押す必要があるが、この力（操作力）は小さい。次に、パイロット弁が主弁のパイロット弁口に当接すると、主弁が弁座に向って移動し、主弁が弁座に着座し、止水状態に切り替わる。また、緩衝手段が圧力室内に設けられているので、緩衝手段には、パイロット弁がパイロット弁口に当接するまでは力は作用せず、さらに、パイロット弁がパイロット弁口に当接した以降も小さな力（操作力）を作用させればよい。この結果、本発明によれば、止水操作時において、（１）パイロット弁がパイロット弁口に当接するまでと、（２）パイロット弁がパイロット弁口に当接した以降とにおいて、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感が好ましいものとなる。さらに、ばね荷重を小さな値に設定することができ、そのため、ばね定数も小さく設定することができ、開閉弁装置をコンパクト化することができる。
本発明において、好ましくは、緩衝手段は、０．０１〜２Ｎ／ｍｍのばね定数を有するコイルばねである。
このように構成された本発明によれば、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感が好ましいものとなる。
本発明において、好ましくは、緩衝手段は、０．０１〜０．７５Ｎ／ｍｍのばね定数を有するコイルばねである。
このように構成された本発明によれば、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感がより好ましいものとなる。
本発明において、好ましくは、緩衝手段は、コイルばねであり、コイルばねのたわみ量をδｍｍ、水圧をＰ_１ＭＰａ、上記押し棒部の直径をｄｍｍとすると、コイルばねのばね定数が、０．０１〜Ｐ_１ｄ^２π／（４δ）Ｎ／ｍｍである。
このように構成された本発明によれば、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感がより好ましいものとなる。
本発明において、好ましくは、押し棒部は、主弁のパイロット弁口よりも小径に形成されている。
このように構成された本発明によれば、押し棒部は、主弁のパイロット弁口よりも小径に形成されているので、操作部における操作力を小さくすることができ、確実な止水性を確保できる。
本発明において、好ましくは、押し棒部は、ステンレス鋼により形成されている。
このように構成された本発明によれば、押し棒部が小径であっても、水中の使用に対して十分な耐食性が得られ、信頼性が向上する。
本発明は、好ましくは、更に、操作部に連動してパイロット弁を止水状態及び吐水状態に切り替え且つ止水状態及び吐水状態に保持するパイロット弁切替保持機構を有し、このパイロット弁切替保持機構がハートカム構造を有する。
このように構成された本発明によれば、パイロット弁切替保持機構がハートカム機構であるので、押し棒部が往復運動（上下運動）となり、シール部材への負担が少なくなり、高い信頼性が得られる。
本発明において、好ましくは、湯水混合水栓は、水栓本体、カラン吐水用のカラン用押し釦及びシャワー吐水用のシャワー押し釦を有し、これらのカラン用押し釦及びシャワー押し釦は、それぞれ、付勢手段を有し、カラン用押し釦及びシャワー押し釦が、吐水状態で、水栓本体の表面よりも上方に位置するとき、付勢手段により、下方に押し付けられるように構成されている。
このように構成された本発明によれば、使用者が、止水状態から吐水状態とするための吐水操作をした時、カラン用押し釦及びシャワー押し釦は、付勢手段により、下方に押し付けられるので、釦自体が暴れる（振動する）ことを防止することができる。
本発明は、使用者の押圧操作により作動される操作部と、この操作部にその基端が結合された押し棒部と、この押し棒部の先端に設けられたパイロット弁と、押し棒部の先端とパイロット弁との間に介在する緩衝手段と、パイロット弁口を備えパイロット弁がこのパイロット弁口に当接及び開離するダイヤフラム式の主弁と、この主弁の背面に形成され押し棒部、パイロット弁及び緩衝手段を収納する圧力室と、この主弁の表面が着座及び離座する弁座と、を有することを特徴としている。

図１は、本発明の実施形態であるパイロット式開閉弁装置が適用される湯水混合水栓を示す全体斜視図である。
図２は、本発明の実施形態によるパイロット式開閉弁装置の湯水混合水栓への取り付け状態を示す斜視図である。
図３は、本発明の実施形態によるパイロット式開閉弁装置の基本構造を示す概略図である。
図４は、本発明の実施形態による開閉ユニット（パイロット式開閉弁装置）における止水状態（閉状態）を示す断面図である。
図５は、本発明の実施形態による開閉ユニット（パイロット式開閉弁装置）における吐水状態（開状態）を示す断面図である。
図６は、本発明の実施形態による開閉ユニット（パイロット式開閉弁装置）の各部品を展開して示す部品展開図である。
図７（ａ）は、本実施形態による止水操作時の操作部の移動距離（変位量）と操作力Ｆとの関係を示した線図であり、（ｂ）は図２０に示す従来例による止水操作時の操作部の移動距離（変位量）と操作力Ｆとの関係を示した線図である。
図８（ａ）は、本実施形態による止水操作時の操作部の移動距離（変位量）とコイルばねに作用するばね荷重（Ｎ）との関係を示した線図であり、（ｂ）は図２０に示す従来例による止水操作時の操作部の移動距離（変位量）とコイルばねに作用するばね荷重（Ｎ）との関係を示した線図である。
図９は、本発明の実施形態の他の例を示す開閉弁ユニット（パイロット式開閉弁装置）を示す断面図である。
図１０は、本発明の実施形態の更なる他の例を示す開閉弁ユニット（パイロット式開閉弁装置）を示す断面図である。
図１１は、図２に示された湯水混合水栓の部品である板状の断熱カバー、カラン用押し釦及びシャワー用押し釦の組立体を示す斜視図である。
図１２は、図１１に示す組立体のシャワー用押し釦を押した場合を示す表側から見た斜視図である。
図１３は、図１２に示す組立体を裏側から見た斜視図である。
図１４は、シャワー用押し釦を表側から見た斜視図である。
図１５は、図１４のシャワー用押し釦を裏側から見た斜視図である。
図１６は、使用者がシャワー用押し釦を操作するときの各レベルを示す側面図である。
図１７は、シャワー用押し釦が断熱カバーの裏面側に押しつけられて板ばね部の変形部が弾性変形している状態を示す部分正面図である。
図１８は、湯水混合水栓のカラン用押し釦及びシャワー用押し釦の構造の他の例を示す斜視図である。
図１９は、従来のパイロット式開閉弁の一例を示す概略図である。
図２０は、従来のパイロット式開閉弁の他の例を示す概略図である。

以下に添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
先ず、図１乃至図７により、本発明の第１実施形態による湯水混合水栓に適用したパイロット式開閉弁装置を説明する。
図１は本発明の実施形態であるパイロット式開閉弁装置が適用される湯水混合水栓を示す全体斜視図である。
図１に示すように、符号１は、湯水混合水栓を示し、この湯水混合水栓１は、湯水混合水栓１の設置面である壁面２から突出して設けられている。この湯水混合水栓１は、水栓本体の一部である板状の断熱カバー４を備え、この断熱カバー４に、温度調整用ダイヤル６、カラン吐水用のカラン用押し釦８、シャワー吐水用のシャワー用押し釦１０がそれぞれ設けられている。また、湯水混合水栓１は、下面側が断熱カバー１２で被われている。
温度調整用ダイヤル６により所望の水温が設定され、湯水の混合比が調整されて、適温の吐水がなされる。また、カラン用押し釦８を操作することでカランから吐水され、シャワー吐水用押し釦１０を操作することでシャワーヘッドからシャワー吐水がなされる。
ここで、シャワー用押し釦１０は、カラン用押し釦８より、大きな形に形成されており、使用者の操作性を向上させている。
また、カラン用押し釦８及びシャワー用押し釦１０を、温度調整用ダイヤル６よりも使用者に近い位置に配置することにより、操作性を向上させている。
また、カラン用押し釦８及びシャワー用押し釦１０のそれぞれ操作面を板状の断熱カバー４とほぼ同一面上に設けることにより、操作性を向上させている。
さらに、カラン用押し釦８及びシャワー用押し釦１０にはそれぞれ凸部等を持つ滑り止め１４が設けられている。
混合水栓１の前方下面側付近には、カラン吐水口１６及びシャワー吐水口１８がそれぞれ設けられている。シャワー吐水口１８には図示しないシャワーヘッドに連通したシャワーホース２０が接続されている。
また、湯水混合水栓１の右側面及び左側面には、図２にそれらの一部が示されているが、止水栓２２の調整部、並びに、フィルター及び逆止弁２４のメンテナンス口が設けられている。右側面のものは湯水混合水栓１に流入する水用のものであり、左側面のものは湯用のものである。
湯水混合水栓１の壁固定面には、給水管２６（図２参照）及び給湯管を接続する接続部がそれぞれ設けらている。
使用者は、温度調整用ダイヤル６により所望の温度を設定するとともに、カラン吐水を得たい場合はカラン用押し釦８を、シャワー吐水を得たい場合はシャワー用押し釦１０を押すことにより、直ちに、所望の温度の混合水の吐水を得ることができる。そして、各押し釦８、１０を再度押すと、止水されるようになっている。
このときの湯水混合水栓１内における湯水の流れを説明すると、先ず、給水管２６、給湯管から湯水混合水栓１内に流入した湯水は、湯用、水用それぞれに設けられた止水栓２２により適当な流量に絞られ、湯用、水用それぞれに設けられたフィルターおよび逆止弁２４を通過し、温度調節弁に流入する。温度調節弁はサーモスタット式の湯水混合弁であり、湯と水は所望の設定された温度に自動調整され、湯水混合水が温度調節弁から流出する。その後、湯水混合水はカラン用、シャワー用それぞれに設けられた後述する開閉弁ユニット（パイロット式開閉弁装置）３０，３２（図２には開閉弁装置３２のみが示されている）を経て、カランおよびシャワーノズルから吐水される。
次に、図２及び図３により、本実施形態によるパイロット式開閉弁装置の基本構造を説明する。図２は、本発明の実施形態によるパイロット式開閉弁装置の湯水混合水栓への取り付け状態を示す斜視図であり、図３は、本発明の実施形態によるパイロット式開閉弁装置の基本構造を示す概略図である。
図２に示すように、本実施形態によるパイロット開閉弁装置である開閉弁ユニット３０，３２（図２には開閉弁装置３２のみが示されている）が、ぞれぞれ、湯水混合水栓１のカラン用押し釦８及びシャワー用押し釦１０の下面側に接触して設けられている。これらの開閉弁ユニット３０，３２は、それぞれ、開閉弁ユニット取付用ナット３４により、湯水混合水栓１の本体側に取り付けられている。この開閉弁ユニット取付用ナット３４は、その上端に延長部３４ａが形成されており、開閉弁ユニット３０，３２内に水が浸入するのを防止している。
これ以降、カラン用の開閉弁ユニット３０と、シャワー用の開閉弁ユニット３２は、同一構造となっているため、シャワー用の開閉弁ユニット３２についてのみ説明する。
ここでは、開閉弁ユニット３２の詳細構造を説明する前に、図３により、本実施形態による開閉弁ユニット（パイロット式開閉弁装置）の基本構造を説明する。
図３に示すように、開閉弁ユニット３２は、使用者がシャワー用の押し釦１０（図２参照）を押すとこの押圧操作により下方に押される操作部３６と、操作部３６にその基端が結合された押し棒３８と、この押し棒３８の先端に設けられたパイロット弁４０とを備えている。ここで、押し棒３８の先端（下端）とパイロット弁４０との間には緩衝手段であるコイルばね４２が設けられている。開閉弁ユニット３２は、更に，パイロット弁４０の下方には、パイロット弁口（圧力開放穴）４４を備えパイロット弁４０がこのパイロット弁口４４に当接及び解離するダイヤフラム式の主弁４６と、この主弁４６の背面に形成され押し棒３８、パイロット弁４０及びコイルばね４２を収納する圧力室４８を形成するためのハウジング５０と、主弁４６の表面が着座及び離座する弁座５２とを備えている。また、ハウジング５０の押し棒３８が挿通される部分には、シール部材５４が設けられている。さらに、主弁４６の外周側には、小穴（一次圧流入口）５６が形成されている。
次に、開閉弁ユニット３２の基本動作を説明する。この開閉弁ユニット３２においては、圧力室４８内に設けられたパイロット弁４０を、主弁４６のパイロット弁口４４に当接及び解離させることで、パイロット弁４０を開閉し、止水と吐水を切り替えるようになっている。
先ず、吐水状態から止水状態に切り替えるときは、押し棒３８によりパイロット弁４０をパイロット弁口４４に当接する方向に押さなければならない。このとき、押し棒３８は、その断面積に相当する面積に作用する水圧により上向きの力を受け、さらに、シール部材５４による摺動摩擦抵抗があり、これらに抗して操作部３６を押す必要があるが、この力（操作力）は小さな値である。
次に、パイロット弁４０が主弁４６のパイロット弁口４４に当接すると、一次側通水路の一次圧の水が小穴５６を通って圧力室４８内に流入し、これに伴い、主弁４６が遅い速度で、弁座５２に向って移動する。これにより、主弁４６が弁座５２に着座し、止水状態に切り替わる。
さらに、本実施形態では、緩衝手段であるコイルばね４２を、押し棒３８とパイロット弁４０との間、即ち、圧力室４８内に設けたので、このコイルばね４２には、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでは力は作用せず、さらに、詳細は後述するように、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接し以降も小さな力を作用させればよい。
また、止水状態から吐水状態に切り替えるときは、操作部３６を押せば、後述するパイロット弁保持切替機構６２及び付勢用ばね６８により、パイロット弁４０が主弁４６のパイロット弁口（圧力開放穴）４４から解離し、それにより、圧力室４８が開放され、主弁４６が弁座５２から離座し、吐水状態となる（図５参照）。
なお、本実施形態の開閉弁ユニット３２では、上述したように、主弁４６の移動速度を意図的に小さくしているが、これは、主弁４６の閉止時のウォーターハンマーの発生を抑えるためである。即ち、主弁４６に設けられた小穴５６から圧力室４８に一次側の水が流入することで圧力室１１０内が一次圧の水で満たされ、主弁４６が弁座５２の方向に移動するが、小穴５６を通常非常に小さな径としているので、圧力室４８への水の流入速度が抑えられ、これにより、主弁４６の移動速度（閉止速度）を抑え、主弁閉止時のウォーターハンマーの発生を抑えるようにしている。
次に、図４乃至図６により、開閉ユニット（パイロット式開閉弁装置）３２の構造をより具体的に説明する。図４は本実施形態による開閉ユニット（パイロット式開閉弁装置）における止水状態（閉状態）を示す断面図であり、図５は本実施形態による開閉ユニット（パイロット式開閉弁装置）における吐水状態（開状態）を示す断面図であり、図６は本実施形態による開閉ユニット（パイロット式開閉弁装置）の各部品を展開して示す部品展開図である。
先ず、図４に示すように、開閉弁ユニット３２は、図３により既に説明した、操作部３６、押し棒３８、パイロット弁４０、緩衝手段であるコイルばね４２、パイロット弁口（圧力開放穴）４４を備えパイロット弁４０、ダイヤフラム式の主弁４６、圧力室４８を形成するためのハウジング５０（５０ａ，５０ｂ）、弁座５２、シール部材５４、小穴５６を備えている。
次に、上述した小穴（一次圧流入口）５６には、クリーニング用のピン５８が挿入されており、小穴５６の一次圧流入口の通水面積を絞っている。これにより、上述したように、一次圧の圧力室への流入速度を抑制することで主弁４６の閉止速度を緩やかにし、閉止時に発生するウォーターハンマーを低減できるようにしている。
圧力室４８を形成するハウジング５０は、主にパイロット弁４０が配置された空間を取り囲む第１ハウジング５０ａと、主弁４６の背面側の空間を取り囲む第２ハウジング５０ｂから構成されている。
また、最外周側には、操作部３６、第１ハウジング５０ａ、第２ハウジング５０ｂ、弁座５２の４つの部品を組み付けることにより、開閉弁ユニット３２を組み立てるための組付ナット６０が配置されている。
開閉弁ユニット３２は、さらに、パイロット弁切替保持機構６２を備えている。このパイロット弁切替保持機構６２は、上述したカラン用押し釦８及びシャワー用押し釦１０に連動しており、これらの押し釦８，１０を押す毎に、即ち、操作部３６が押される毎に、パイロット弁４０の吐水状態位置と止水状態位置の切り替えを繰り返すと共にパイロット弁４０を吐水状態位置及び止水状態位置に保持する機能を有する。
このパイロット弁切替保持機構６２は、一般にノック式ボールペンのノック機構などで使用される機構でもよいが、本実施形態では、図４に示すように、操作部３６と連動して移動するピン６４と、第１ハウジング５０ａの外周面に形成されピン６４の下方側が弾性変形しながらこれに沿って移動する逆ハート形状のカム溝６６と、止水状態（閉状態）でピン６４を保持する保持用突起６８から形成されたハートカム機構である。
パイロット弁切替保持機構６２がハートカム機構であるので、圧力室４８をシールするシール部材５４に、押し棒３８の往復運動（上下運動）のみが作用し、上述したノック機構のように押し棒３８の回転運動が作用しないため、シール部材５４への負担が少なくなり、高い信頼性が得られる。
また、符号６９は、付勢用ばねであり、この付勢用ばね６９により、止水状態から吐水状態に切替操作する際、押し釦８，１０が押された際、操作部３６がパイロット弁切替保持機構６２により、止水状態位置における保持を解除し、パイロット弁４０が弁座５２から解離したとき、操作部３６を上方に付勢し、容易に吐水状態に切り替えることができるようになっている。
次に、押し棒３８とパイロット弁４０の結合部について説明する。図４及び図５に示すように、押し棒３８の先端（下端）であって圧力室４８の内部には、上述したように、押し棒３８のストローク方向の移動距離（変位量）を吸収する緩衝手段であるコイルばね４２が設けられている。押し棒３８の先端（下端）に大径部３８ａが形成され、さらに、パイロット弁４０の先端には、パッキン４０ａが装着されている。パイロット弁４０は、中空部４０ｂを有し、この中空部４０ｂにコイルばね４２を内蔵している。パイロット弁４０の上側には、押し棒３８が摺動可能に挿入される挿入穴４０ｃが形成されている。パイロット弁４０は、弾性変形可能な樹脂材料で作られており、組立て時は、パイロット弁４０を変形させながら、押し棒３８を挿入穴４０ｃに挿入し、中空部４０ｂ内に押し棒３８の大径部３８ａを収納するようにしている。ここで、コイルばね４２は押し棒３８とパイロット弁４０とを引き離す方向に作用している。
これにより、止水状態から吐水状態に切り替える吐水操作時には、コイルばね４２の付勢力により押し棒３８の先端の大径部３８ａとパイロット弁４０の上側が係合し、それにより、パイロット弁４０は、押し棒３８の動きと連動し、主弁４６に形成されたパイロット弁口４４から離座する（図５参照）。
吐水状態から止水状態に切り替える止水操作時には、パイロット弁４０が主弁４６に形成されたパイロット弁口４４に当接するとき、押し棒３８の大径部３８ａは、パイロット弁４０の上側から離れて下降するが、押し棒３８のストローク方向の移動距離（変位量）はコイルばね４２により吸収される（図４参照）。
これにより、上述したように、止水操作時において、（１）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでと、（２）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降の両方において、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感が好ましいものとなる。
さらに、本実施形態の開閉弁ユニット３２において、押し棒３８には、上述したように、圧力室４８内の水圧により受ける上向きの力（押し棒３８の断面積に相当する面積に作用する水圧）が作用するので、操作部３６における操作力を小さくするためには、押し棒３８の径は、出来る限り小さいのが好ましい。例えば、押し棒３８を、主弁４６のパイロット弁口４４よりも小径に形成するようにしても良い（図示せず）。これにより、高水圧時にも、操作力（押し力）を低くすることができるとともに確実な止水性を確保できる。
さらに、パイロット弁４０は、止水時、つまりパイロット弁４０がパイロッ弁口４４に着座しているとき、パイロット弁４０は、一次圧を受け、その結果、パイロット弁４０がパイロット弁口４４へ着座する方向に力が働き、止水機能が確実となる。
さらに、押し棒３８は、ステンレス鋼にて形成されている。このため、押し棒３８を小径とした場合であっても、水中の使用に対して十分な耐食性が得られ、信頼性が向上する。
次に、図７及び図８により、上述した本実施形態のパイロット式開閉弁装置（開閉弁ユニット）によれば、図２０に示す従来例に比べて、緩衝手段であるコイルばねに作用する荷重（ばね荷重）が小さくなり、それにより、ばね定数を小さくでき、その結果、良好な操作感を得ることができ、コンパクト化を図ることができるので、以下その理由を説明する。
ここでは、押し棒３８の直径が２ｍｍ、水圧が０．７５ＭＰａ（水道圧の最大値）、シール部材５４の摺動摩擦抵抗に抗する力が０．６Ｎであるという同じ条件で、本実施形態及び従来例を比較する。
図７（ａ）は、本実施形態による止水操作時（吐水状態から止水状態への切替時）の操作部３６の移動距離（変位量）（ｍｍ）と操作力Ｆ（Ｎ）との関係を示した線図であり、図７（ｂ）は、図２０に示す従来例による止水操作時の操作部の移動距離（変位量）（ｍｍ）と操作力Ｆ（Ｎ）との関係を示した線図である。図８（ａ）は、本実施形態による止水操作時の操作部３６の移動距離（変位量）（ｍｍ）とコイルばねに作用するばね荷重（Ｎ）との関係を示した線図であり、図８（ｂ）は、図２０に示す従来例による止水操作時の操作部の移動距離（変位量）（ｍｍ）とコイルばねに作用するばね荷重（Ｎ）との関係を示した線図である。ここで、ｄ０は止水操作開始時の位置、ｄ１はパイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接する位置、ｄ２は操作部３６がパイロット弁切替保持機構６２により移動（変位）可能な最下端の位置を示している。
先ず、本実施形態においては、コイルばね４２は、組付け時にごく小さな荷重（例えば、０．１Ｎ）を作用させた状態でパイロット弁４０の中空部４０ｂに取り付けられている。
次に、ｄ０の位置からｄ１の位置までの間、即ち、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでは、押し棒３８には、上述した水圧により受ける力２．４Ｎ（＝押し棒の断面積×水圧＝３．１４ｍｍ^２×０．７５ＭＰａ）及びシール部材５４の摺動摩擦抵抗に抗する力０．６Ｎの合力に釣り合う操作力３Ｎ（＝２．４Ｎ＋０．６Ｎ）が作用している。この結果、図７（ａ）に示すように、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでは、操作力Ｆは、３Ｎとなる。
一方、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまで（ｄ０の位置からｄ１の位置までの間）は、図８（ａ）に示すように、コイルばね４２には、荷重は作用していない、即ち、ばね荷重はゼロである。
次に、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降において、操作力によりコイルばね４２をたわます必要があるが、このコイルばね４２には、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまで、ほとんど荷重が作用していないので、コイルばね４２をたわませるために作用するばね荷重は、極めて小さな荷重（ほぼゼロ）で良い。それゆえ、本実施形態では、操作部３６が移動（変位）可能な最下端の位置ｄ２において、ばね荷重が．０．４Ｎ程度の値となるような小さな値のばね定数を設定した。
具体的に説明すると、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降、即ち、操作部の移動距離がｄ１からｄ２まで変化するときのコイルばね４２のたわみ量（δ）は、４ｍｍである。ここで、組付け時のばね荷重をゼロとした場合、コイルばね４２のばね定数は、０．１Ｎ／ｍｍ（＝０．４Ｎ／４ｍｍ）となり、組付け時のばね荷重を０．１Ｎとした場合には、０．０７５Ｎ／ｍｍ（＝（０．４−０．１）Ｎ／４ｍｍ）となる。
一方、従来例においては、コイルばねが圧力室外に配置されているため、コイルばねには、最初から、上述した水圧により受ける力２．４Ｎ（＝押し棒の断面積×水圧＝３．１４ｍｍ^２×０．７５ＭＰａ）及びシール部材５４の摺動摩擦抵抗に抗する力０．６Ｎの合力に釣り合う操作力３Ｎ（＝２．４Ｎ＋０．６Ｎ）がばね荷重として作用している。この結果、従来例のものにおいて、３．０Ｎのばね荷重が作用しても、コイルばねが微小なたわみしか発生しないような大きなばね定数のコイルばねを使用する必要がある。これは、本実施形態において、コイルばねに作用するばね荷重がほぼゼロであったのに比べ、大きな値となっている。
次に、従来例のものにおいて、図７（ｂ）に示すように、本実施形態と同様に、ｄ０の位置からｄ１の位置までの間、即ち、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでは、押し棒３８には、上述した水圧により受ける力２．４Ｎ（＝面積×水圧＝３．１４ｍｍ^２×０．７５ＭＰａ）及びシール部材５４の摺動摩擦抵抗に抗する力０．６Ｎの合力に釣り合う操作力３Ｎ（＝２．４Ｎ＋０．６Ｎ）が作用している。
一方、従来例のものにおいて、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまで（ｄ０の位置からｄ１の位置までの間）は、図８（ｂ）に示すように、コイルばねには、既に、３Ｎの操作力に相当するばね荷重が作用している。
次に、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降において、操作力によりコイルばねをたわます必要があるが、このコイルばねは、上述したように、大きなばね定数のばねでなければならないため、コイルばねをたわますためには、大きな操作力が必要となる。例えば、３Ｎのばね荷重で０．５ｍｍの変位を生じる６Ｎ／ｍｍのばね定数のコイルばねを使用し、操作部の移動距離（変位量）を吸収するためのコイルばねのたわみ量（δ）が４ｍｍとした場合、さらに、２４Ｎの操作力が必要となる。
ここで、本実施形態のパイロット式開閉弁装置（開閉弁ユニット）における緩衝手段であるコイルばねのばね定数の好ましい範囲を説明する。
先ず、上述したような従来例のコイルばねのばね定数は、緩衝手段（コイルばね）を圧力室の外部に配置しているため、６Ｎ／ｍｍや、さらに大きな値に設定しなければならないが、本実施形態では、０．０１〜２Ｎ／ｍｍの範囲が好ましく、コイルばねのばね定数をこの範囲に設定することにより、止水操作時において、従来技術に比べて、（１）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでと、（２）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降の両方において、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感が好ましいものとなる。
次に、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまで（ｄ０からｄ１の間）の操作力（３Ｎ）を初期操作力とした場合、パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降に付加される操作力（ばね荷重）が、この初期操作力の値（３Ｎ）以下であれば、止水操作時において、従来技術に比べて、（１）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでと、（２）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降の両方において、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感がより好ましいものとなる。
この場合には、コイルばねのばね定数を、０．０１〜Ｐ_１ｄ^２π／（４δ）Ｎ／ｍｍと設定すればよい。ここで、δはコイルばねのたわみ量（ｍｍ）、Ｐ_１は水圧（ＭＰａ）、ｄは押し棒部の直径（ｍｍ）である。
また、上述した場合についてより具体的に説明すると、押し棒の直径が２ｍｍ、水圧が０．７５ＭＰａ（水道圧の最大値）、コイルばね４２のたわみ量が４ｍｍである場合には、コイルばねのばね定数は、０．０１〜０．７５Ｎ／ｍｍ（＝３Ｎ／４ｍｍ）となる。
このため、本実施形態では、コイルばねのばね定数を、０．０１〜０．７５Ｎ／ｍｍの範囲に設定するようにしても良く、それにより、（１）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでと、（２）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降の両方において、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感がより好ましいものとなる。
上述した本実施形態におけるコイルばねのばね定数の最少値は、コイルばねのばね定数を小さくするために必要な条件である、コイルばねのばね腺材の径を小さくする、コイルばねの巻数を少なくする、コイルばねの径を増やすという３つの条件に基づいて、０．０１Ｎ／ｍｍに設定した。
このように、両者を比較すれば明らかであるが、本実施形態では、コイルばね４２のばね定数を、コイルばねを圧力室外に配置した従来のものに比べ、小さく設定することができる。
その結果、図７から明らかであるが、上述したように、止水操作時において、（１）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接するまでと、（２）パイロット弁４０がパイロット弁口４４に当接した以降の両方において、操作力に差（ムラ）がなくなり、操作感が好ましいものとなる。
さらに、本実施形態によれば、図８から明らかなように、ばねに作用するばね荷重が小さくなり、良好な操作感を得ることができ、更には、装置を従来のものより相当コンパクト化することができる。
さらに、シャワー用押し釦１０等を強く押してパイロット弁４０をパイロット弁口４４に急速に当接させて弁を閉じる場合、図１９や図２０に示す従来のものでは、瞬間的にダイヤフラムである主弁４６の膜部分への負荷が大きくなり、ダイヤフラムの寿命が短くなるという問題があったが、本実施形態によれば、コイルばね４２のばね定数を小さな値に設定し、それにより、ばね荷重を小さくしているので、主弁４６の移動速度を遅くすることができ、その結果、主弁に作用する瞬間的な大きな負荷の発生が防止され、ダイヤフラムの寿命を長くすることができる。
次に、図９により本実施形態の他の例を説明する。この例では、組付ナット６０の操作部３６の外周面と接する上端部に延長部６０ａを形成している。この延長部６０ａを設けることにより、操作部３６の外周面と組付ナット６０の延長部６０ａの間から水が浸入し難くなり、防水機能が向上する。この結果、ゴミを噛み込んだり、スケール付着により作動不良が発生したり、作動時に異音が発生したりすることを、効果的に防止することができる。さらに、衛生性も向上する。
次に、図１０により本実施形態の更なる他の例を説明する。この例では、操作部３６の上面及び外周面を覆う操作部カバー７０を設けている。この操作部カバー７０は、操作部３６の外周面において、組付ナット６０及び開閉弁ユニット取付用ナット３４（延長部３４ａなし）により固定されている。
この操作部カバー７０を設けることにより、開閉弁ユニット内に水が浸入し難くなり、防水機能が向上する。この結果、ゴミを噛み込んだり、スケール付着により作動不良が発生したり、作動時に異音が発生したりすることを、効果的に防止することができる。さらに、衛生性も向上する。
次に、図１１乃至図１８により、湯水混合水栓のカラン用押し釦及びシャワー用押し釦の構造を具体的に説明する。
図１１は、図２に示された湯水混合水栓１の部品である板状の断熱カバー４、カラン用押し釦８及びシャワー用押し釦１０の組立体を示す斜視図である。また、図１２は、この組立体のシャワー用押し釦１０を押した場合を示す表側から見た斜視図であり、図１３は、図１２に示す組立体を裏側から見た斜視図である。図１４は、シャワー用押し釦１０を表側から見た斜視図であり、図１５は、図１４のシャワー用押し釦１０を裏側から見た斜視図である。ここで、カラン用押し釦８とシャワー用押し釦１０は同じ構造であるため、ここでは、シャワー用押し釦１０を例として説明する。
図１１乃至図１５に示すように、シャワー用押し釦１０は、釦操作部８０と、水栓本体の一部である断熱カバー４に取り付けるためのアーム部８２と、断熱カバー４に対して付勢した状態にする付勢手段である板ばね部８４とから構成されている。これらの釦操作部８０、アーム部８２及び板ばね部８４は、一体的に形成され、材質はポリプロピレンである。
シャワー用押し釦１０のアーム部８２の先端の両側には、それぞれ取付用の突起８２ａが形成され、これらの突起８２ａが、断熱カバー４に設けられた取付用のフランジ４ａの凹部に嵌め込まれ、組み付けられるようになっている。組み付けた状態で、シャワー用押し釦１０は、断熱カバー４のフランジ４ａの凹部を中心にして揺動可能となっている。
シャワー用押し釦１０の板ばね部８４は、基端側がアーム部８２に結合された一対の弾性変形可能な変形部８４ａと、この変形部８４ａの先端に設けられた当接部８４ｂとにより構成されている。また、この板ばね部８４のアーム部８２への結合位置８４ｃは、揺動中心であるアーム部８２の突起８２ａから出来るだけ離れた位置（換言すれば、釦操作部８０に近い位置）に設定されている。これにより、板ばね部８４が断熱カバー４の裏面側に押しつけられた際に、大きな力が作用し、変形部８４ａが弾性変形し易いようになっている。
次に、このシャワー用押し釦１０の操作の仕方を説明する。図２に示すように、開閉弁ユニット３０，３２（図２は開閉弁ユニット３２のみを示す）が、それぞれ、湯水混合水栓１のカラン用押し釦８及びシャワー用押し釦１０の下面側に接触して設けられている。
また、図４に示すように、開閉弁ユニット３２は、止水状態（閉状態）では、シャワー用押し釦１０の下面側に接触する操作部３６の頂部３６ａの位置は、パイロット弁切替保持機構６２により、レベルＬ０となっている。このレベルＬ０は、図２に示すように、シャワー用押し釦１０の上面と、断熱カバー４の上面（表面）とは同じレベルとなる位置である。なお、レベルＬ０の状態は、図１６（ａ）に示された位置である。
次に、図５に示すように、開閉弁ユニット３２は、吐水状態（開状態）では、シャワー用押し釦１０の下面側に接触する操作部３６の頂部３６ａの位置は、パイロット弁切替保持機構６２により、レベルＬ１となっている。このレベルＬ１の位置は、図２に示されたレベルＬ０よりも、ｈ１だけ、高い位置となっている。レベルＬ１の状態は、図１６（ｃ）に示された位置である。
図１６は、使用者がシャワー用押し釦１０を操作するときの各レベルを示す側面図である。図１６（ａ）は、止水状態（閉状態）を示しており、このとき、シャワー用押し釦１０の上面と、断熱カバー４の上面（表面）は同じレベルとなっている。
この状態において、板ばね部８４の当接部８４ｂは、断熱カバー４の裏面と非接触又は僅かに接触した状態となっている。これにより、止水状態では、板ばね部８４には付勢力が発生しないようにし、永久変形の発生を防止している。
図１６（ｂ）は止水状態から吐水状態に切り替える際に使用者が押圧したときの状態を示しており過渡的な状態である。図１６（ｃ）は、使用者が、図１６（ｂ）の状態から吐水操作を終了したときの状態を示している。この場合、シャワー用押し釦１０の上面が、断熱カバー４よりｈ１だけ高い位置となっている。このとき、図１７に示すように、シャワー用押し釦１０は、断熱カバー４の裏面側に押しつけられるので、板ばね部８４の変形部８４ａが弾性変形し、それにより、シャワー用押し釦１０には、開閉弁ユニットに対して下方に押し付ける力が発生する。
この結果、使用者が、止水状態から吐水状態とするための吐水操作をした時、シャワー用押し釦１０は、板ばね部８４により、下方に押し付けられるので、釦自体が暴れる（振動する）ことを防止することができる。
次に、図１８により、湯水混合水栓のカラン用押し釦及びシャワー用押し釦の構造の他の例を説明する。
図１８に示すように、このシャワー用押し釦１０には、上述した例と同様に、釦操作部８０と、断熱カバー４に取り付けるためのアーム部８２と、断熱カバー４に対して付勢した状態にするための板ばね部８６とから構成されている。この例の板ばね部８６は、アーム部８２に平行に延びるように形成されており、基端８６ａが操作部８０の裏面に結合され、先端８６ｂが、断熱カバー４の裏面に押し付けられるようになっている。また、基端８６ａと先端８６ｂの間は、弾性変形可能な変形部８６ｃとなっており、この変形部８６ｃが弾性変形することにより、吐水操作時に、シャワー用押し釦１０の上面が断熱カバー４の上面（表面）より高い位置にあるとき、シャワー用押し釦１０を下方に押しつけるようになっている。
この結果、この例でも、使用者が、止水状態から吐水状態とするための吐水操作をした時、シャワー用押し釦１０は、板ばね部８６により、下方に押し付けられるので、釦自体が暴れる（振動する）ことを防止することができる。
以上説明したように、本発明の開閉弁装置によれば、操作力にムラがなく好ましい操作感となり、さらに、コンパクト化が可能となる。

Claims (9)

1. 湯と水を適温に混合しこの混合水を止水及び吐水する湯水混合水栓に使用される開閉弁装置であって、
   使用者の押圧操作により作動される操作部と、
   この操作部にその基端が結合された押し棒部と、
   この押し棒部の先端に設けられたパイロット弁と、
   上記押し棒部の先端とパイロット弁との間に介在する緩衝手段と、
   パイロット弁口を備え上記パイロット弁がこのパイロット弁口に当接及び開離するダイヤフラム式の主弁と、
   この主弁の背面に形成され上記押し棒部、パイロット弁及び緩衝手段を収納する圧力室と、
   この主弁の表面が着座及び離座する弁座と、
   を有することを特徴とする開閉弁装置。
2. 上記緩衝手段は、０．０１〜２Ｎ／ｍｍのばね定数を有するコイルばねである請求項１記載の開閉弁装置。
3. 上記緩衝手段は、０．０１〜０．７５Ｎ／ｍｍのばね定数を有するコイルばねである請求項１記載の開閉弁装置。
4. 上記緩衝手段は、コイルばねであり、コイルばねのたわみ量をδｍｍ、水圧をＰ_１ＭＰａ、上記押し棒部の直径をｄｍｍとすると、コイルばねのばね定数が、０．０１〜Ｐ_１ｄ^２π／（４δ）Ｎ／ｍｍである請求項１記載の開閉弁装置。
5. 上記押し棒部は、上記主弁のパイロット弁口よりも小径に形成されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の開閉弁装置。
6. 上記押し棒部は、ステンレス鋼により形成されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の開閉弁装置。
7. 更に、上記操作部に連動して上記パイロット弁を止水状態及び吐水状態に切り替え且つ止水状態及び吐水状態に保持するパイロット弁切替保持機構を有し、このパイロット弁切替保持機構がハートカム構造を有する請求項１乃至６の何れか１項に記載の開閉弁装置。
8. 上記湯水混合水栓は、水栓本体、カラン吐水用のカラン用押し釦及びシャワー吐水用のシャワー押し釦を有し、これらのカラン用押し釦及びシャワー押し釦は、それぞれ、付勢手段を有し、カラン用押し釦及びシャワー押し釦が、吐水状態で、水栓本体の表面よりも上方に位置するとき、上記付勢手段により、下方に押し付けられるように構成されている請求項１乃至７の何れか１項に記載の開閉弁装置。
9. 使用者の押圧操作により作動される操作部と、
   この操作部にその基端が結合された押し棒部と、
   この押し棒部の先端に設けられたパイロット弁と、
   上記押し棒部の先端とパイロット弁との間に介在する緩衝手段と、
   パイロット弁口を備え上記パイロット弁がこのパイロット弁口に当接及び開離するダイヤフラム式の主弁と、
   この主弁の背面に形成され上記押し棒部、パイロット弁及び緩衝手段を収納する圧力室と、
   この主弁の表面が着座及び離座する弁座と、
   を有することを特徴とする開閉弁装置。

Images