(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-13
(45)【発行日】2023-04-21
(54)【発明の名称】浄水器の切換手段におけるシール部溝構造及び浄水器
(51)【国際特許分類】
C02F 1/00 20230101AFI20230414BHJP
C02F 1/28 20230101ALI20230414BHJP
E03C 1/10 20060101ALI20230414BHJP
B67D 3/04 20060101ALI20230414BHJP
F16K 11/06 20060101ALI20230414BHJP
【FI】
C02F1/00 B
C02F1/28 S
E03C1/10
B67D3/04 Z
F16K11/06 Z
(21)【出願番号】P 2019174957
(22)【出願日】2019-09-26
【審査請求日】2022-06-02
(73)【特許権者】
【識別番号】313014077
【氏名又は名称】トクラス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002033
【氏名又は名称】弁理士法人東名国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】笠井 雄真
【審査官】松本 要
(56)【参考文献】
【文献】実開平06-039184(JP,U)
【文献】特開2001-336637(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C02F 1/00
C02F 1/28
E03C 1/00- 1/10
B67D 1/00- 3/04
F16K 11/00-11/24
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
[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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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。
【発明の効果】
【0008】
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。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
【0021】
(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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【符号の説明】
【0024】
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