(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯および水の混合比の調整機能と、吐水流量の調整機能と、止水機能とを有する混合弁において、
湯および水を導入する二つの入口と導入された湯および水を混合する混合室とを有する弁座本体内にて軸上で第１の弁体が回動されることにより前記二つの入口の開口比が連続的に変化される第１の弁と、
前記第１の弁の下流側に配置されて前記第１の弁体と一体に形成された第２の弁体が軸方向に往復動されることにより前記弁座本体の弁座との間の間隔を調整して前記混合室の混合水が止水または流量調整される第２の弁と、
一体に形成された前記第１および第２の弁体にその軸回りの回動運動および軸方向への往復運動を与える弁体駆動部と、
を備え、
前記弁体駆動部は、中間部に形成された球部にてシール状態で軸支されるとともに内側端部にカム部を有するレバーと、前記レバーの内側端部に対向する前記第２の弁体に回動自在に軸支され、前記カム部との当接面に倣って前記レバーの前記球部の中心を中心とした半径方向の揺動運動を前記第１および第２の弁体の軸線方向の往復運動に変換するローラと、前記カム部を囲うように前記第２の弁体と一体に形成され、前記レバーの揺動運動を許容しつつ前記第１および第２の弁体の軸線を中心とした前記レバーの回動運動を前記第１および第２の弁体に伝える壁とを有していることを特徴とする混合弁。
【請求項２】
前記壁は、前記カム部との当接面が金属板によって補強されていることを特徴とする請求項１記載の混合弁。
【請求項３】
前記第２の弁体を前記弁座本体に対して弁開方向に付勢する第１のばねを備えていることを特徴とする請求項１記載の混合弁。
【請求項４】
前記弁座本体、前記第１および第２の弁体、および前記弁体駆動部を収容するアウタケーシングと、前記弁座本体の二つの入口と外部の高圧配管とを連結する連結部とを備えていることを特徴とする請求項３記載の混合弁。
【請求項５】
前記連結部と前記弁座本体の二つの入口との間をシールするパッキンを備えていることを特徴とする請求項４記載の混合弁。
【請求項６】
前記連結部と前記弁座本体との間に第２のばねを備えていることを特徴とする請求項５記載の混合弁。
【請求項７】
前記第２のばねは、前記弁座本体の二つの入口に設けられた前記パッキンにそれぞれ内蔵されていることを特徴とする請求項６記載の混合弁。
【請求項８】
二つの前記第２のばねの荷重の和は、前記第１のばねの荷重よりも大きいことを特徴とする請求項６記載の混合弁。
【請求項９】
前記第１の弁体の自由端側に形成されたピストンと、前記弁座本体に形成されて前記ピストンが挿入されるシリンダとを有し、弁閉位置近傍における急激な弁開閉動作を緩和するダンパ機構を備えていることを特徴とする請求項１記載の混合弁。
【請求項１０】
前記レバーは、前記第２の弁の弁閉位置よりもさらに弁閉方向に前記第２の弁体を押圧状態にする閉オーバストローク位置まで傾動できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の混合弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は混合弁に関し、特に給水および給湯の水栓を一体化した混合水栓に適用することができる混合弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
混合水栓は、湯および水を適当に混合して温度調節された温水を一つの蛇口から所望の流量で吐出することができるもので、湯と水との混合比率の調整の仕方、バルブの数、あるいは操作ハンドルの形状などにより、各種方式の混合水栓が存在している。
【０００３】
これら混合水栓の中で、シングルレバー式の湯水混合水栓がある。これは、バルブの開閉、吐水量、吐水温度の調整を１本のレバーハンドルの操作で可能にするものであり、これらの操作を片手で同時に行うことが容易であることから広く使用されている。
【０００４】
図１０はシングルレバー式湯水混合水栓に使用されている混合弁の動作原理を示す図である。この混合弁は、二つのセラミックディスク１，２から構成されている。セラミックディスク１は、細長い弧状の湯導入口３および水導入口４と混合水流出口５とを有し、セラミックディスク２は、その中央部に大きな開口部６を有している。
【０００５】
これら二つのセラミックディスク１，２は、それぞれ対向する面が鏡面研削されており、下側のセラミックディスク１は固定され、上側のセラミックディスク２は図示しないレバーハンドルによってセラミックディスク１上を摺動できるようにされている。セラミックディスク１の湯導入口３は図面の面の下方部にて給湯配管に連結され、水導入口４は給水配管に連結され、混合水流出口５は吐水口に連結されている。セラミックディスク２の開口部６はその空間にて湯水混合室を構成している。
【０００６】
ここで、上側のセラミックディスク２が図示の位置にあるとすると、下側のセラミックディスク１の湯導入口３から湯が開口部６へ流入し、水導入口４から水が開口部６へ流入する。流入した湯水は開口部６の空間にて混合され、温水となって下側のセラミックディスク１の混合水流出口５より吐水する。次に、レバーハンドルによって上側のセラミックディスク２が回転されると、湯導入口３および開口部６を連通する流水路の断面積と水導入口４および開口部６を連通する流水路の断面積との比率が変化するため、開口部６へ流入する湯量および水量が変化し、これによって吐水温度の調整を行うことができる。
【０００７】
さらに、レバーハンドルによって上側のセラミックディスク２を図示の位置から図の下方に摺動させると、セラミックディスク１の湯導入口３および水導入口４はセラミックディスク２によって閉止され、これにより止水が行われる。逆に、上側のセラミックディスク２を図示の位置から図の上方に摺動させていくと、その移動に伴ってセラミックディスク１の湯導入口３および水導入口４の開口面積が拡大していき、これによって混合水の吐水量が増えていくことになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、湯量および水量を調節することによる温度調整、止水、および吐水量調整を行う部分は耐摩擦性の高いセラミックディスクを用いているが、このセラミックディスクは、摺動面を鏡面研削しなければならないこともあって、混合弁の構成部材の中で非常に高価な部材となっており、混合弁、さらにはこの混合弁を組み込んだ湯水混合水栓のコストアップの要因となっているという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、吐水温度および吐水量の調整を同時に実現できる低コストの混合弁を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、湯および水の混合比の調整機能と、吐水流量の調整機能と、止水機能とを有する混合弁において、湯および水を導入する二つの入口と導入された湯および水を混合する混合室とを有する弁座本体内にて軸上で第１の弁体が回動されることにより前記二つの入口の開口比が連続的に変化される第１の弁と、前記第１の弁の下流側に配置されて前記第１の弁体と一体に形成された第２の弁体が軸方向に往復動されることにより前記弁座本体の弁座との間の間隔を調整して前記混合室の混合水が止水または流量調整される第２の弁と、一体に形成された前記第１および第２の弁体にその軸回りの回動運動および軸方向への往復運動を与える弁体駆動部と、を備え、前記弁体駆動部は、中間部に形成された球部にてシール状態で軸支されるとともに内側端部にカム部を有するレバーと、前記レバーの内側端部に対向する前記第２の弁体に回動自在に軸支され、前記カム部との当接面に倣って前記レバーの前記球部の中心を中心とした半径方向の揺動運動を前記第１および第２の弁体の軸線方向の往復運動に変換するローラと、前記カム部を囲うように前記第２の弁体と一体に形成され、前記レバーの揺動運動を許容しつつ前記第１および第２の弁体の軸線を中心とした前記レバーの回動運動を前記第１および第２の弁体に伝える壁とを有していることを特徴とする混合弁が提供される。
【００１１】
このような混合弁によれば、二つの入口から導入された湯および水は、第１の弁の回動位置によって決まる混合比にてそれぞれ第１の弁体を通過し、混合室にて湯水混合される。その後、混合室の混合水は、第２の弁の往復動の位置によって決まる流量にて第２の弁体を通過し、吐水される。これにより、弁駆動部が一体に形成された第１の弁体および第２の弁体を、まず、回動することにより吐水温度の調整が可能になり、同時に、軸方向に往復動させることにより、温度調節された混合水の止水および吐水流量の調整が可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、シングルレバー式湯水混合水栓に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明による混合弁を適用した湯水混合水栓の構成を示す縦断面図である。湯水混合水栓１０は、円筒状のアウタケーシング１１と、このアウタケーシング１１の底部に設けられて給湯配管、給水配管および吐水口に連結される連結部１２と、これらアウタケーシング１１および連結部１２によって囲まれた円筒空間に収容される混合弁ユニットとから構成される。
【００１４】
混合弁ユニットは、中央部に配置された弁体２０と、この弁体２０と協働する弁座本体２１とを有している。弁体２０の上方には、図示しないレバーハンドルによって駆動されるレバー２２が配置されている。レバー２２の一部にはレバー球体２３が一体に形成されており、このレバー球体２３は、上部軸受２４および下部軸受２５によって、レバー球体２３の中心を通るレバー２２の長手方向中心線を中心にして回動可能に、かつレバー球体２３の中心を支点として揺動可能に支持され、さらに、パッキン２６によって水が漏れないようシールされている。
【００１５】
弁体２０において、その上部にはレバー２２の下端部を囲うように形成された壁２７を有し、その壁２７には補強金属２８が被着されている。この補強金属２８および壁２７を介してレバー２２の回動運動が弁体２０に伝えられ、これによって弁体２０が回動させられるようになる。その壁２７の内側下部には、回転軸２９を有するローラ３０が収容され、このローラ３０を介してレバー２２の揺動運動が弁体２０の上下方向の動きに変換される。この弁体２０は、弁座本体２１との間にばね３１が設けられ、弁体２０を弁開の方向（上方向）に付勢している。また、弁体２０の中央部にはゴム３２が周設されており、弁座本体２１の弁座３３と協働してポペット弁を構成し、ここで、止水および吐水量調整が行われる。なお、図示の例は、ゴム３２が弁座３３に接触しているので、止水状態を示している。さらに、弁体２０の下部は、弁体２０を挟んで両側に配置された水導入室３４および湯導入室３５が弁座本体２１の中に形成され、弁体２０を回動させることによって水と湯との混合比を変えることができる回転弁を構成している。これら水導入室３４および湯導入室３５には、それぞれ弁座リング３６が配置され、これらの弁座リング３６はそれぞればね３７によって弁体２０の方に付勢されている。これにより、弁座リング３６は常に回転する弁体２０に密着されることになり、一方の流体が１００％になるよう混合比が設定されたときに、この弁体２０によって止水されている他方の流体の漏れを小さくしている。
【００１６】
また、この混合弁ユニットは、上部軸受２４の外周にＯリング３８が配置されており、アウタケーシング１１の内壁との間の水密状態を保持するようにしている。
【００１７】
図２は湯水混合水栓の底面図、図３は混合弁ユニットの底面図である。湯水混合水栓１０の底面において、図２に示したように、連結部１２には、水入口１３、湯入口１４および混合水出口１５が設けられている。水入口１３は給水配管に接続され、湯入口１４は給湯配管に接続され、混合水出口１５は吐水口に接続される。アウタケーシング１１に納められる混合弁ユニットにおいても、図３に示したように、弁座本体２１の底面には、連結部１２の水入口１３および湯入口１４に対応する位置に水入口通路４１および湯入口通路４２が設けられ、連結部１２の混合水出口１５に対応する位置に混合水出口通路４３が設けられている。ここで、水入口通路４１は図１に示した水導入室３４に連通し、湯入口通路４２は湯導入室３５に連通している。
【００１８】
図４は連結部と混合弁ユニットとの接続状態を説明するための湯水混合水栓の縦断面図である。連結部１２の水入口１３および湯入口１４は高圧の給水配管および給湯配管が接続されるため、水入口１３および湯入口１４から混合弁ユニットの水入口通路４１および湯入口通路４２に接続される通路は、水および湯が漏れないようにシールされてなければならない。
【００１９】
このため、たとえば水を通す通路では、図４に示したように、連結部１２および混合弁ユニットの対向面側にそれぞれ設けられた段差部に跨がって円筒状のパッキン４４が嵌め込まれている。このパッキン４４の内側には、金属製のリング４５が嵌め込まれ、そのリング４５と連結部１２の水入口１３の段差部との間にはばね４６が挿入されている。これにより、混合弁ユニットは、ばね４６によって常に図の上方へ押されるようになる。なお、このばね４６は、湯の通路側にも設けられており、これら二つのばねの荷重の和は、混合弁ユニット内にて弁体２０を弁開方向に付勢しているばね３１の荷重よりも十分に大きくしてある。
【００２０】
次に、混合弁ユニットの動作について説明する。まず、混合弁ユニットが行う吐水量調整および止水に関する動作から説明する。
図５は混合弁の全開状態を示す湯水混合水栓の縦断面図である。この図の断面は、図１の面に直角な平面で見たものである。レバー２２は、その下端がカム部４７になっており、その下端面はローラ３０と当接している。弁体２０の上部において、ローラ３０の回転軸２９の軸線方向では、図１に示したように、レバー２２のカム部４７は補強金属２８によって挾持されていてレバー２２を弁体２０の中心線を中心に回動することによって弁体２０が回動されるようになっているが、ローラ３０の回転軸２９の軸線と直角な方向では、壁２７が離れた位置に形成されていてレバー２２がそのレバー球体２３を中心にした揺動運動を許容するようになっている。
【００２１】
弁体２０の回転弁を構成する部分において、その回転弁の下流側の弁座本体２１には、水導入室３４から所定の割合で流入する水と湯導入室３５から所定の割合で流入する湯とが混合される混合室４８が形成されている。また、その混合室４８の下の部分はダンパ構造になっている。すなわち、弁体２０の下端はピストン４９になっており、弁座本体２１における混合室４８の底部はシリンダ５０になっている。そのシリンダ５０の内壁には、ダンパ効果を調節するための溝５１が設けられている。
【００２２】
ここで、レバー２２が、図示のように、レバー球体２３を中心に図の時計回りの方向に傾動されると、そのカム部４７のローラ３０との当接面は最も高い位置になる。このとき、弁体２０はばね３１によって上方に付勢されているので、ローラ３０はカム部４７の下端面に倣って相対移動し、弁体２０は図示の最も高い位置にて停止する。したがって、弁座本体２１の弁座３３と弁体２０のゴム３２との間隔が最も広くなり、この混合弁は吐水流量が最大の全開状態となる。混合室４８で混合された混合水は、矢印５２で示したように、弁座３３とゴム３２との間を通って混合水出口通路４３に導かれ、連結部１２の混合水出口１５を介して吐水口へ向かう。
【００２３】
図６は混合弁の小開状態を示す混合弁ユニットの縦断面図である。次に、弁閉方向に操作されることによってレバー２２が図の反時計回りの方向に傾動する。これにより、レバー２２のカム部４７はローラ３０を押し下げるように作用し、これに伴って弁体２０が下方へ移動していき、弁座本体２１の弁座３３と弁体２０のゴム３２との間隔が狭くなって、混合水の流量が絞られ、流量の調整ができることになる。
【００２４】
弁体２０が押し下げられていくと、その下端部にあるピストン４９がシリンダ５０に挿入されていく。そのとき、ピストン４９の下端面がシリンダ５０の溝５１の存在する高さ位置にある間は、シリンダ５０の底にあった水はピストン４９の挿入とともに溝５１を介して流出するため、ダンパの効きは小さい。したがって、弁体２０を押し下げる荷重は小さく、流量調整を軽く操作することができる。
【００２５】
弁体２０がさらに押し下げられると、図示のピストン４９の下端面がシリンダ５０の溝５１を通過する時点からダンパが効き始めるようになる。ここで、ダンパが効いているときの混合弁ユニットは、レバー２２の操作の仕方によって異なる動作をするので、次に、その動作について説明する。
【００２６】
まず、レバー２２をゆっくり操作することによって流量調整を行う場合、ピストン４９の昇降速度に応じてシリンダ５０の底部に滞留している水がピストン４９の外径とシリンダ５０の内径との差によるすき間を通って流出入し、レバー２２の操作に追従して弁体２０が昇降することになる。
【００２７】
一方、レバー２２を急激な操作によって流量調整を行う場合には、シリンダ５０内の水の流出入がピストン４９の昇降速度に追い付かない。このような場合、弁体２０の昇降運動に従って弁座本体２１も一緒に昇降しようとする。このときの弁座本体２１の動きは、水入口通路４１および湯入口通路４２におけるパッキン４４中に装着されて混合弁ユニットを上方に付勢しているばね４６が圧縮伸長することによって吸収される。その後は、徐々にピストン４９がシリンダ５０内を移動することによって、弁体２０および弁座本体２１は定常状態の位置に安定してくる。したがって、レバー２２で急激な流量調整を行ったときには、混合弁ユニットが昇降運動をし、ばね４６が圧縮伸長するため、図５に示した弁座本体２１と連結部との間のすき間ｄは増減し、やがて、弁座本体２１は安定状態で停止する。
【００２８】
このように、レバー２２の緩動作では、ダンパが支配的な動作をして弁体２０が追従動作をし、急動作では、ばね４６およびダンパによる動作で弁体２０および弁座本体２１が追従動作をすることになる。
【００２９】
図７は混合弁の閉状態を示す混合弁ユニットの縦断面図である。次に、さらに弁閉方向に操作されることによってレバー２２が図の反時計回りの方向に傾動する。これにより、レバー２２のカム部４７はローラ３０をさらに押し下げ、これに伴って弁体２０が下方へ移動し、弁体２０のゴム３２が弁座本体２１の弁座３３に圧接したところで弁体２０は停止し、混合水は止水されることになる。
【００３０】
図８は混合弁の閉オーバストローク状態を示す湯水混合水栓の縦断面図である。次に、レバー２２は止水状態の位置からさらに弁閉方向に操作することができる。これを閉オーバストローク状態というが、この閉オーバストローク状態では、混合弁ユニットが止水状態にあることには変わりはない。レバー２２を図７の位置からさらに反時計回りの方向に傾動すると、レバー２２のカム部４７のローラ３０との当接部は、ローラ３０の頂点を乗り越えたところに移る。このとき、カム部４７は、ローラ３０を止水状態のときよりもさらに押し下げることになる。これに伴って弁体２０および弁座本体２１は下方へ移動されることになるが、この移動量は混合弁ユニットを上方へ付勢しているばね４６によって吸収される。したがって、このとき、ばね４６は常に圧縮状態にされ、弁座本体２１と連結部１２との間のすき間ｄは常に小さくなる。
【００３１】
レバー２２が閉オーバストロークのとき、ローラ３０は、弁体２０を弁開方向に軽く付勢しているばね３１と混合弁ユニットを上方に付勢している二つのばね４６とによって、さらには、弁体２０に弁開方向への圧力を与えている混合室４８の水圧によって、レバー２２のカム部４７を上方に押圧しているが、レバー２２はそれ以上傾動することができないので、その位置に自己保持される。
【００３２】
次に、混合弁ユニットの温度調整に関する動作について説明する。
図９は回転弁を示す図１のａ−ａ矢視断面図である。混合弁ユニットの中央に配置された弁体２０の回転弁を構成する部分は、ほぼ半月状の断面に形成されており、図１から分かるように、レバー２２をその長手方向の中心線を中心に回動することによって回動されるようになっている。弁座本体２１に設けられた水入口通路４１は水導入室３４に連通しており、湯入口通路４２は湯導入室３５に連通している。同様に、弁座本体２１の混合水出口通路４３は図面の面の下方向に延びており、弁座３３を介して、半月状の弁体２０の図の下側に位置する空間である流通路５４を介して水導入室３４および湯導入室３５に連通している。弁体２０を両側からばね３７でそれぞれ付勢している弁座リング３６は、ばね３７による付勢端面側において部分的な切欠き部５３を有しており、水入口通路４１と水導入室３４との間の流路、および湯入口通路４２と湯導入室３５との間の流路を広げるようにしている。
【００３３】
ここで、弁体２０が図示のような回転位置にあるとき、水導入室３４および湯導入室３５から流通路５４へ水および湯が流れる通路の面積は同じである。したがって、水および湯の混合比は１：１になる。弁体２０を図の時計回りの方向に回転した場合は、水導入室３４から流通路５４へ水の流れる通路の面積が増加し、湯導入室３５から流通路５４へ湯の流れる通路の面積は減少する。これにより、水の混合比は大きくなり、その混合比で水および湯がそれぞれ流通路５４に流れ込んでいくため、混合室４８から弁座３３を介して混合水出口通路４３に流れてくる混合水は、低い温度に調整されることになる。逆に、弁体２０を図の反時計回りの方向に回転すると、水導入室３４から流通路５４へ水が流れる通路の面積が減少し、湯導入室３５から流通路５４へ湯が流れる通路の面積は増加して、水の混合比は小さくなり、吐水される混合水は高い温度に調整される。このように、弁体２０の回転位置によって吐水温度を調整することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、吐水量の調整および止水を行う部分をポペット弁の構造とし、吐水温度の調整を行う部分を回転弁の構造にし、かつこれらの弁構造が一つのレバーで一体に動作するように構成にした。これにより、吐水温度および吐水量の調整と止水とを行う部分に高価なセラミックディスクを使うことなく混合弁を実現することができるため、低コストの混合弁を提供することができる。
【００３５】
また、弁体が弁閉位置近傍にあるとき、弁体と弁座本体との間でダンパが効くような構成にした。これにより、急激な開閉動作が行われたとしても、ポペット弁の実質的な開閉動作は行われないため、急激な開閉動作で発生するウオーターハンマ現象が発生しにくくなり、流体通路を構成する部分がウオーターハンマによる破壊から防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による混合弁を適用した湯水混合水栓の構成を示す縦断面図である。
【図２】湯水混合水栓の底面図である。
【図３】混合弁ユニットの底面図である。
【図４】連結部と混合弁ユニットとの接続状態を説明するための湯水混合水栓の縦断面図である。
【図５】混合弁の全開状態を示す湯水混合水栓の縦断面図である。
【図６】混合弁の小開状態を示す混合弁ユニットの縦断面図である。
【図７】混合弁の閉状態を示す混合弁ユニットの縦断面図である。
【図８】混合弁の閉オーバストローク状態を示す湯水混合水栓の縦断面図である。
【図９】回転弁を示す図１のａ−ａ矢視断面図である。
【図１０】シングルレバー式湯水混合水栓に使用されている混合弁の動作原理を示す図である。
【符号の説明】
１０  湯水混合水栓
１１  アウタケーシング
１２  連結部
１３  水入口
１４  湯入口
１５  混合水出口
２０  弁体
２１  弁座本体
２２  レバー
２３  レバー球体
２４  上部軸受
２５  下部軸受
２６  パッキン
２７  壁
２８  補強金属
２９  回転軸
３０  ローラ
３１  ばね
３２  ゴム
３３  弁座
３４  水導入室
３５  湯導入室
３６  弁座リング
３７  ばね
３８  Ｏリング
４１  水入口通路
４２  湯入口通路
４３  混合水出口通路
４４  パッキン
４５  リング
４６  ばね
４７  カム部
４８  混合室
４９  ピストン
５０  シリンダ
５１  溝
５２  矢印
５３  切欠き部
５４  流通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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