JPH06174118A

JPH06174118A - 流体弁

Info

Publication number: JPH06174118A
Application number: JP34536692A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tsutsui; 修筒井; Kinya Arita; 欽也有田; Tomoaki Kishida; 智明岸田
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】本切換え／止水弁１３０は、回転ディスク１
６０を駆動する切換え／止水モータ１９０の負荷を低減
する。【構成】回転ディスク１６０は、小径固定ディスク１
５０と大径固定ディスク１８０とに挟まれて回転して流
路を切り換えるが、その側端面１６８に加わる一次流路
に基づく軸方向への力は、小径固定ディスク１５０から
受ける接触抵抗力である。この接触抵抗力は、小径固定
ディスク１５０の受圧面１５４が一次側流路から受ける
力とほぼ等しい。よって、回転ディスク１６０が小径固
定ディスク１５０と接触しない部分は、Ｏリング２１２
を介して一次側流路からシールされ、一次側流体の液圧
による負荷が軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、互いに密接する２枚の
ディスクによって吐水口の切換、止水および流量調節が
行なえる流体弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の流体弁として、例えば図
４に示す三方切換弁３００がある。図４において、三方
切換弁３００は、嵌合孔３０４および該嵌合孔３０４に
連通する一次側流路３０６を形成したケース３０２を備
えており、上記嵌合孔３０４内には、固定ディスク３１
０、回転ディスク３２０が収納されると共に蓋体３３０
が取り付けられている。固定ディスク３１０は、第１接
続流路３１２および第２接続流路３１４を有しており、
蓋体３３０の第１分岐流路３３２および第２分岐流路３
３４にそれぞれ接続されている。また、上記回転ディス
ク３２０は、その中央部にモータ３４０の駆動軸３４２
を取り付けるための取付凹所３２２を有すると共に、そ
の回転位置に応じて、上記第１接続流路３１２または第
２接続流路３１４に接続される第３接続流路３２４を有
している。また、蓋体３３０の第１分岐流路３３２およ
び第２分岐流路３３４の開口周縁部には、第１シートパ
ッキン３３６および第２シートパッキン３３８がそれぞ
れ装着されており、固定ディスク３１０の第１接続流路
３１２および第２接続流路３１４に対してそれぞれシー
ルしている。また、モータ３４０の駆動軸３４２の外周
には、一次側流路３０６の流体に対してシールするため
のＯリング３４４が装着されている。

【０００３】この三方切換弁３００の構成により、モー
タ３４０を駆動すると、回転ディスク３２０が回転す
る。この回転ディスク３２０の回転位置に応じて、第３
接続流路３２４が固定ディスク３１０の第１接続流路３
１２または第２接続流路３１４に接続されることによ
り、一次側流路３０６からの湯水は、第１分岐流路３３
２または第２分岐流路３３４のいずれかに流れることに
なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の三方切
換弁３００では、一次側流路３０６から流入する液圧が
回転ディスク３２０の側端面に加わるが、この液圧は、
回転ディスク３２０を駆動するモータ３４０の負荷とな
る。そのため、回転ディスク３２０をスムーズに回転さ
せるには、その値が小さいことが望ましい。特に、モー
タ３４０を電池で駆動する場合には、摺動抵抗の増大が
電池の消耗を速めることから、その値を最小にすること
が必要である。

【０００５】本発明は、上記従来の技術の問題を解決す
るものであり、回転ディスクの回転と固定ディスクとの
摺動抵抗を低減し、スムーズな回転ディスクの回転を実
現する流体弁を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明は、一次側流路から二次側流路へ流れ
る液体の流量および流路を変える流体弁において、嵌合
孔を有するケースと、上記嵌合孔に回転自在に支持さ
れ、第１接続流路を有する回転ディスクと、上記嵌合孔
に固定されかつ上記回転ディスクと面接触でシールした
状態で回転摺動させるように該回転ディスクと同軸上に
配置されると共に、その中心軸に貫通孔を有し、回転デ
ィスクの回転位置に応じて、上記第１接続流路と二次側
流路とを接続または遮断する第２接続流路を有する第１
固定ディスクと、上記嵌合孔の底面部に、該嵌合孔より
小径であって一次側流路に臨んで設けられた保持孔と、
該保持孔に保持されかつ一次側流路と上記回転ディスク
の第１接続流路とを接続する第３接続流路を有し、一側
面が一次側流路を流れる流体に対する受圧面となり、他
側面が上記回転ディスクと接触している第２固定ディス
クと、上記保持孔と第２固定ディスクの外周との間をシ
ールするシール部材と、を備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の流体弁では、モータを回転すると、第
１固定ディスクの貫通孔を貫通して設けられた駆動軸に
より回転ディスクが回転する。回転ディスクには、第２
固定ディスクの第３接続流路を介して一次側流路に接続
される第１接続流路が設けられており、該第１接続流路
が第１固定ディスクに設けた第２接続流路に、その回転
ディスクの回転位置に応じて接続または遮断される。こ
れにより、一次側流路は、第１固定ディスクの第３接続
流路、回転ディスクの第１接続流路、第２固定ディスク
の第２接続流路を通じて、二次側流路に接続または遮断
される。

【０００８】ここで、上記回転ディスクは、一次側流路
からの流体圧を受けながらモータの駆動で回転するが、
この一次側流路から受ける流体圧がモータに対する負荷
となる。回転ディスクに加わる力のうち一次側流路の上
流から軸方向に向かう力は、第２固定ディスクから受け
る接触抵抗力であり、この接触抵抗力は、第２固定ディ
スクの受圧面が一次側流路から受ける力とほぼ等しい。
また、回転ディスクの側面のうち第２固定ディスクと接
触しない部分には、シール部材を介して保持孔に保持さ
れた第２固定ディスクのシール作用により、一次側流路
の流体圧が加わらない。したがって、回転ディスクの側
面には、該側面の面積より小さい第２固定ディスクの受
圧面に相当する一次圧が加わり、第２固定ディスクと接
触しない部分には、一次圧が加わらない。その結果、回
転ディスクの側面と第２固定ディスクの受圧面との差分
の面積に相当する一次圧による力の分だけ、モータの負
荷が低減される。

【０００９】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。

【００１０】図１は本発明の一実施例に係る流体弁１５
の断面図であり、浴室等の給湯装置に用いられ、湯と水
とを混合して所望の温度に調節して吐水すると共に、シ
ャワーやバスカランへの切換を行なうものである。

【００１１】同図に示すように、流体弁１５は、ハウジ
ング６１を有し、これに、湯水混合弁６０、予荷重調節
機構１００、温度センサ１１０および切換え／止水弁１
３０が組み込まれている。ハウジング６１には、水入口
８５と湯入口９５が形成されており、水入口８５には水
側水栓が接続され、湯入口９５には給湯機の出湯水栓が
接続される。

【００１２】湯水混合弁６０は、水入口８５および湯入
口９５にそれぞれ連通する環状流路８６，９６と、可動
弁体７０を軸方向摺動自在に収容する弁室６３と、湯水
混合室６４とを有する。弁室６３は、湯水混合弁６０の
軸線に垂直な水側弁座８７および湯側弁座９７と、軸方
向のボア６２によって画定されている。可動弁体７０
は、円筒部７１と半径方向のウェブ７２とを有する。

【００１３】円筒部７１の外径とボア６２の内径との間
には微小なクリアランスが設けてある。可動弁体７０の
ウェブ７２には複数の開口７３が設けてあり、湯入口９
５から弁室６３内に流入した湯は、開口７３を通って湯
水混合室６４に流れ込み、水と混合される。水と湯との
混合の割合は、可動弁体７０が軸方向に変位することに
よって変化する。なお、可動弁体７０が水側弁座８７と
係合する位置まで変位して水を遮断すれば湯のみが流れ
出ることになり、可動弁体７０が湯側弁座９７と係合す
る位置まで変位して湯を遮断すれば水のみが流れ出るこ
とになる。

【００１４】可動弁体７０は、湯水混合室６４内に配置
された感温コイルスプリング８０と弁室６３内に配置さ
れた第２コイルスプリング９０の力の釣り合いによって
位置決めされる構造となっている。このため、感温コイ
ルスプリング８０の一端は止め輪７４によりハウジング
６１に固定された第１ばね受け７５に支承され、他端は
可動弁体７０に固定された第２ばね受け７６に支承され
ている。また、第２コイルスプリング９０の一端は可動
弁体７０と連動する第３ばね受け７７に支承され、他端
は予荷重調節機構１００の可動ばね受け１０２に支承さ
れている。組立の便宜のため、第２ばね受け７６はウェ
ブ７２を貫通し、第３ばね受け７７と螺合する構造にな
っている。

【００１５】感温コイルスプリング８０は温度に応じて
ばね定数が変化する金属によって形成されており、第２
コイルスプリング９０は温度に関して一定のばね定数を
有する通常のばね材料によって形成されている。温度に
応じてばね定数が変化する金属材料としては、ニッケル
・チタン合金からなる形状記憶合金（ＳＭＡ）の範疇に
属する合金が知られている。この種のＳＭＡは温度に応
じて弾性係数が変化し、その結果、ＳＭＡからなる感温
コイルスプリング８０のばね定数が温度に応じて変化す
る。ＳＭＡからなる所望の温度特性を有する温度応答性
の感温コイルスプリング８０は、種々の供給者から入手
することができる。例えば、関東特殊製鋼株式会社の
「ＫＴＳ−ＳＭアロイ」がある。

【００１６】また、予荷重調節機構１００に消費される
電池のエネルギを節減するために、感温コイルスプリン
グ８０のばね定数と予荷重は、そのばね力（発生荷重）
が充分小さくなるように設定する必要がある。一方、感
温コイルスプリング８０は、水のみを吐出すべき低温条
件下（この時には、第２コイルスプリング９０に加える
予荷重はゼロにすることができ、可動弁体７０は感温コ
イルスプリング８０のばね力のみによって湯側弁座９７
に押圧される）においては、湯の流入を遮断するに充分
な力で可動弁体７０を湯側弁座９７に押圧するばね力を
発生する必要がある。このため、感温コイルスプリング
８０のばね定数と予荷重は、低温時（例えば、給水温度
が５℃の時）に発生するばね力が５００ｇ以下、好まし
くは３００ｇ以下になるように設定する。

【００１７】予荷重調節機構１００は、予荷重調節モー
タ１０５をいずれかの方向に回転させることにより、第
２コイルスプリング９０の予荷重を可変可能に構成され
ている。このため、ハウジング６１に液密に締結された
端部部材１０１には、可動ばね受け１０２が軸方向変位
自在、かつ回転不能にスプライン嵌合してあり、この可
動ばね受け１０２の内ねじには予荷重調節モータ１０５
の出力軸１０３に形成されたウォーム１０４が噛み合っ
ている。また、予荷重調節モータ１０５の出力軸１０３
はＯリング１０６によって軸封されている。

【００１８】こうして構成された予荷重調節機構１００
は、予荷重調節モータ１０５を所定方向に回転させて、
可動ばね受け１０２を図の右方に変位させることによ
り、第２コイルスプリング９０の予荷重を増大させ、一
方、予荷重調節モータ１０５を反対方向に回転させて、
可動ばね受け１０２を図の左方に変位させることによ
り、第２コイルスプリング９０の予荷重を減少させる。

【００１９】上記温度センサ１１０は、その感温部が湯
水混合弁６０から流出する混合湯水が直接接触するよう
に、湯水混合弁６０の出口である第１ばね受け７５の下
流側に配置され、ハウジング６１に液密に締結されてい
る。

【００２０】上記切換え／止水弁１３０は、図３に示す
ように、温度センサ１１０の下流側に配置されており、
ハウジング６１内に形成された弁連結流路１３２、環状
段部１３４および嵌合孔１３６を備えている。上記環状
段部１３４には、Ｏリング用環状溝１４４が形成され、
嵌合孔１３６には、Ｏリング用環状溝１４６が形成され
ている。

【００２１】上記環状段部１３４には、小径固定ディス
ク１５０が嵌合されており、この小径固定ディスク１５
０は、その外周部でＯリング用環状溝１４４に収納され
たＯリング２１２によりシールされている。この小径固
定ディスク１５０は、その中心軸に連結流路１５２を有
すると共に、その外面が受圧面１５４、外周面１５６お
よび側端面１５８となっている。

【００２２】また、嵌合孔１３６には、底面１３８およ
び側面１４２に対して回転自在に回転ディスク１６０が
支持されている（図２参照）。回転ディスク１６０は、
中央端面部に有底孔である保持孔１６２を有すると共
に、上記連結流路１５２に連通する中央流路１６４およ
びこの中央流路１６４に接続される扇形流路１６６を備
えており、その外周部が側端面１６８、側端面１７２お
よび外周面１７４となっている。

【００２３】さらに、嵌合孔１３６には、回転ディスク
１６０に接するように収納されかつハウジング６１に固
定された大径固定ディスク１８０が設けられている。上
記大径固定ディスク１８０は、その外周部で上記Ｏリン
グ用環状溝１４６に収納されたＯリング２１４によりシ
ールされている。また、大径固定ディスク１８０は、そ
の中央部に貫通孔１８２を備えると共に、断面扇形の第
１接続流路１８４および第２接続流路１８６と、僅かに
凹所の止水端面１８９とを備えており、その回転ディス
ク１６０側の端面が側端面１８８になっている。

【００２４】また、ハウジング６１の嵌合孔１３６の開
口部には、端面保持部材２００が封止するよう固定され
ている。端面保持部材２００は、その中央部に貫通孔２
０２を備え、さらに、第１接続流路１８４に連通してい
る第１吐水流路２０４および第２接続流路１８６に連通
している第２吐水流路２０６を有している。第１吐水流
路２０４および第２吐水流路２０６は、その内周部でシ
ートパッキン２１６によりシールされている。

【００２５】端面保持部材２００の端面には、切換え／
止水モータ１９０が取り付けられており、この切換え／
止水モータ１９０の駆動軸１９２が上記貫通孔２０２を
貫通し、回転ディスク１６０の保持孔１６２に固定され
ており、切換え／止水モータ１９０の駆動で回転ディス
ク１６０を回転するように構成されている。

【００２６】次に、切換え／止水弁１３０の切換動作に
ついて説明する。切換え／止水弁１３０の切換動作は、
切換え／止水モータ１９０を駆動して駆動軸１９２を介
して回転ディスク１６０を所定位置まで回転することに
より行なう。このとき、回転ディスク１６０の扇形流路
１６６を大径固定ディスク１８０の第１接続流路１８４
に整合すると、湯水混合弁６０の弁連結流路１３２側か
らの混合湯水は、小径固定ディスク１５０の連結流路１
５２から回転ディスク１６０の中央流路１６４および扇
形流路１６６を通り、大径固定ディスク１８０の第１接
続流路１８４に流れ、さらに端面保持部材２００の第１
吐水流路２０４を経てシャワーに供給される。

【００２７】一方、回転ディスク１６０の扇形流路１６
６を大径固定ディスク１８０の第２接続流路１８６に整
合すると、湯水混合弁６０の弁連結流路１３２側からの
混合湯水は、小径固定ディスク１５０の連結流路１５２
から回転ディスク１６０の中央流路１６４および扇形流
路１６６を通り、大径固定ディスク１８０の第２接続流
路１８６に流れ、さらに端面保持部材２００の第２吐水
流路２０６を経てカランに供給される。

【００２８】また、回転ディスク１６０の扇形流路１６
６を大径固定ディスク１８０の第１接続流路１８４また
は第２接続流路１８６のいずれにも接続されないオフセ
ットにすると、つまり、止水端面１８９に整合すると止
水する。

【００２９】すなわち、回転ディスク１６０の回転によ
って、その側端面１７２と大径固定ディスク１８０の側
端面１８８との間で摺動させながら、扇形流路１６６を
第１接続流路１８４、第２接続流路１８６または止水端
面１８９とに切り換えることにより、混合湯水の供給先
およびその流量を変更したり止水する。

【００３０】こうした回転ディスク１６０の切換動作に
おいて、回転ディスク１６０の接触力、つまり切換え／
止水モータ１９０の負荷は、通水時の負荷ＦTHおよび止
水時の負荷ＦSTとして、以下で表わされる。すなわち、
通水時の負荷ＦTHにおいて、回転ディスク１６０の側端
面１６８には、式（１）に示すように、小径固定ディス
ク１５０を通じて受ける力、扇形流路１６６で上方に加
わる力、シートパッキン２１６による上方へ向かう締付
反力ｆ、中央流路１６４で下方に加わる力を合わせた接
触力ＦTH1が加わる。

【００３１】一方、回転ディスク１６０の側端面１７２
には、式（２）に示すように、シートパッキン２１６に
よる上方へ向かう締付反力ｆ、小径固定ディスク１５０
を通じて受ける下方に加わる力、扇形流路１６６で上方
に加わる力、中央流路１６４で下向きに加わる力を加算
した接触力ＦTH2が加わる

【００３２】ＦTH1 ＝1/4π（ｄ2²−ｄ1²）・Ｐ＋Ａ・Ｐ＋（ｆ−1/4πｄ1²・Ｐ） …（１）ＦTH2 ＝ｆ＋｛1/4π（ｄ2²−ｄ1²）・Ｐ−Ａ・Ｐ＋1/4πｄ1²・Ｐ｝ …（２）ｄ1：小径固定ディスク１５０の内径ｄ2：小径固定ディスク１５０の外径Ａ：流路１６６、流路１８４、流路１８６の流路面積Ｐ：流体圧よって、回転ディスク１６０には、接触力ＦTH1とＦTH2
とに基づいて式（３）の負荷ＦTHが加わる。ＦTH ＝（ＦTH1＋ＦTH2）／２＝1/4π（ｄ2²−ｄ1²）・Ｐ＋ｆ …（３）ここで、Ａを1/4πｄ1²にほぼ等しいとする。

【００３３】一方、止水時には、回転ディスク１６０の
側端面１６８には、扇形流路１６６による流体圧Ａ・Ｐ
が加わらないから、これを減算して式（４）および式
（５）となる。

【００３４】ＦST1＝1/4π（ｄ2²−ｄ1²）・Ｐ＋Ａ・Ｐ＋（ｆ−1/4πｄ1²・Ｐ−Ａ・Ｐ） …（４）ＦST2＝ｆ−Ａ・Ｐ＋｛1/4π（ｄ2²−ｄ1²）・Ｐ−Ａ・Ｐ＋1/4πｄ1²・Ｐ｝ …（５）

【００３５】よって、回転ディスク１６０には、接触力
ＦST1とＦST2とに基づいて式（３）の負荷ＦSTが加わ
る。ＦST ＝（ＦST1＋ＦST2）／２＝1/4π（ｄ2²−ｄ1²）・Ｐ＋ｆ−Ａ・Ｐ …（６）

【００３６】なお、シートパッキン２１６は、止水時に
ＦSTが負の値になって回転ディスク１６０の位置が不安
定になるのを防止する作用もあるが、この負荷が増大し
ないように最小値に設定する。

【００３７】このように、回転ディスク１６０は、小径
固定ディスク１５０と大径固定ディスク１８０との間で
摺動しながら回転するが、この摺動力が切換え／止水モ
ータ１９０の負荷となる。回転ディスク１６０の側端面
１６８が受ける力のうち、上流から軸方向へ向かう力
は、小径固定ディスク１５０から受ける接触力であり、
この接触力は、小径固定ディスク１５０の受圧面１５４
が弁連結流路１３２から受ける力とほぼ等しい。

【００３８】すなわち、回転ディスク１６０の側端面１
６８のうち小径固定ディスク１５０と接触しない側端面
１６８の部分は、Ｏリング２１２によりシールされて弁
連結流路１３２の流体圧が加わらない。その結果、従来
の技術のように、側端面１６８の全面で受圧する場合の
負荷と比べて、回転ディスク１６０の側端面１６８と小
径固定ディスク１５０の受圧面１５４との差分の面積に
相当する一次圧による力の分だけ、切換え／止水モータ
１９０の負荷が軽減される。上記実施例により、通水時
に１２％、止水時に４５％の負荷抵抗の減少を達成する
ことができた。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、モ
ータで駆動する回転ディスクを第１固定ディスクに対し
て回転することで流路を連通または遮断する流体弁にお
いて、回転ディスクの他端面と摺動しかつ該回転ディス
クより小径の第２固定ディスクを設け、この第２固定デ
ィスクで一次側流路の流体圧を受けることにより、回転
ディスクへの一次側流路からの流体圧が減少するので、
モータの負荷を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る流体弁を示す概略断面
図。

【図２】同実施例に係る回転ディスクおよび固定ディス
クを示す斜視図。

【図３】図１の要部である切換え／止水弁を示す断面
図。

【図４】従来の三方切換弁を示す断面図。

【符号の説明】

１５…流体弁６０…湯水混合弁１００…予荷重調節機構１１０…温度センサ１３０…切換え／止水弁１３２…弁連結流路１３４…環状段部１３６…嵌合孔１３８…底面１４２…側面１４４…Ｏリング用環状溝１４６…Ｏリング用環状溝１５０…小径固定ディスク１５２…連結流路１５４…受圧面１５６…外周面１５８…側端面１６０…回転ディスク１６２…保持孔１６４…中央流路１６６…扇形流路１６８…側端面１７２…側端面１７４…外周面１８０…大径固定ディスク１８２…貫通孔１８４…第１接続流路１８６…第２接続流路１８８…側端面１８９…止水端面１９０…切換え／止水モータ１９２…駆動軸２００…端面保持部材２０２…貫通孔２０４…第１吐水流路２０６…第２吐水流路２１２…Ｏリング２１４…Ｏリング２１６…シートパッキン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次側流路から二次側流路へ流れる液体
の流量および流路を変える流体弁において、嵌合孔を有するケースと、上記嵌合孔に回転自在に支持され、第１接続流路を有す
る回転ディスクと、上記嵌合孔に固定されかつ上記回転ディスクと面接触で
シールした状態で回転摺動させるように該回転ディスク
と同軸上に配置されると共に、その中心軸に貫通孔を有
し、回転ディスクの回転位置に応じて、上記第１接続流
路と二次側流路とを接続または遮断する第２接続流路を
有する第１固定ディスクと、上記嵌合孔の底面部に、該嵌合孔より小径であって一次
側流路に臨んで設けられた保持孔と、該保持孔に保持されかつ一次側流路と上記回転ディスク
の第１接続流路とを接続する第３接続流路を有し、一側
面が一次側流路を流れる流体に対する受圧面となり、他
側面が上記回転ディスクと接触している第２固定ディス
クと、上記保持孔と第２固定ディスクの外周との間をシールす
るシール部材と、を備えたことを特徴とする流体弁。