JPH06331058A - 自動温度調節式湯水混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多様な自動温調特性を備えた湯水混合装置を提
供することを目的とする。 【構成】湯水の温度を制御する可動弁体（72）は感温コ
イルばね（80）の付勢力とバイアスばね（82）の付勢力
との均衡により位置決めされている。感温コイルばねは
温度に応じてばね定数が変化する形状記憶合金で形成さ
れている。感温コイルばねは、或る温度領域では所定の
温度特性を呈し、他の温度領域では異なる特性を呈す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【産業上の利用分野】本発明は、自動温度調節機能を備
えた湯水混合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な自動温度調節式の湯水混合装置
は、熱膨脹性ワックスが封入された感温素子を備えたも
ので、使用者が温度設定ハンドルを回すことにより希望
給湯温度を設定すると、ワックス感温素子が湯水混合物
の温度に応答しながら混合弁体を位置決めして湯水混合
比を自動的に調節し、湯水混合物の温度を設定値に向っ
て機械的にフィードバック制御するようになっている。
水圧や給湯圧力や給湯機からの給湯温度や水道水温や流
量などの条件が過渡的に変動し、その結果、湯水混合物
の温度が変化すると、ワックス感温素子は温度変化に応
じて伸縮して、混合弁体を変位させて湯水の混合比を修
正し、オーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し
ながら湯水混合物温度を次第にほぼ目標値に収斂させ
る。この種の自動温調混合装置は広く普及しているが、
ワックス感温素子の熱容量が大きいと共に熱伝導性が良
くないので、過渡的温度変化に対する応答が遅く、かな
りのオーバーシュートやアンダーシュートが生じるとい
う欠点がある。

【０００３】ワックス感温素子の斯る欠点を改善するた
め、従来技術においては、湯水混合栓において形状記憶
合金からなる感温素子を用いることが提案されている
（実公昭61-44062号）。この湯水混合栓の感温素子は、
形状記憶合金からなるコイルばねで形成されている。実
公昭61-44062号明細書の記載に従えば、この形状記憶合
金製コイルばねは、通常のコイルばねのような弾力は持
たないが、特定の温度で初期のセット形状に復元しよう
とする形状復元力を有する。温度の上昇時と下降時とで
生じる形状記憶合金のヒステリシス（変形量の差）を吸
収するため、通常のばね材料からなるバイアス・コイル
ばねを併用することが提案されている。

【０００４】この湯水混合栓では、感温素子としてのコ
イルばねは形状記憶合金で形成されており、斯る合金は
ワックス感温素子に比べて熱容量が小さいと共に熱伝導
性に優れているので、この湯水混合栓はワックス感温素
子を用いた湯水混合装置に比べて応答性に優れていると
いう利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前掲従
来技術に記載された湯水混合栓は、特定の温度（臨界温
度）において初期のセット形状に復元しようとする形状
記憶合金の形状記憶効果を利用するようになっているの
で、コイルばねの形状は臨界温度を境として反転を繰り
返すであろう。その結果、臨界温度前後で大きなオーバ
ーシュートとアンダーシュートを繰り返すので、使い勝
手が良くない。特に、シャワーに給湯する場合のよう
に、湯水混合物が使用者の敏感な肌に直接に接触するよ
うな用途においては、熱すぎる湯とぬるすぎる湯とが交
互に吐出されるのは好ましくない。また、形状記憶合金
の臨界温度は決まっているので、多様な温度制御を行う
ことができないものと考えられる。

【０００６】本発明の主たる目的は、用途に応じた使い
勝手の良い湯水混合装置を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、多様な自動温調特性
を備えた湯水混合装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、シャワーや浴槽など
のように湯水混合物が使用者の敏感な肌に直接接触する
ような環境において、デリケートな温度調節を行うこと
の可能な、応答性に優れた湯水混合装置を提供すること
にある。

【０００９】

【発明の構成】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の湯水
混合装置においては、湯水の温度を制御する可動弁体は
感温コイルばねの付勢力とバイアスばねの付勢力との均
衡により位置決めされている。この感温コイルばねは温
度に応じてばね定数が変化するような形状記憶合金で形
成されており、その発生する付勢力は温度に応じて増減
する。この感温コイルばねは、少なくとも２種の異なる
特性領域（例えば、使用者の肌にとって適温の温度領域
における第１の特性領域と、より高温の温度領域におけ
る第２の特性領域）を有し、多様な温度制御を行うよう
になっている。

【００１０】例えば、温度変化に対する感温コイルばね
のばね定数の変化が、第１特性領域において緩慢にな
り、第２特性領域において急峻になるように感温コイル
ばねを形成した場合には、湯水混合物が高温になるほど
感温コイルばねの発生付勢力が大きくなるので、給湯機
から湯水混合装置に供給される湯の温度が何等かの原因
により高くなった場合でも、湯の流入を十分な力で閉め
切ることができ、湯水混合物の温度が過剰に高くなるの
を防止することができる。

【００１１】温度変化に対するばね定数の変化が、第１
特性領域において急峻になり、第２特性領域において緩
慢になるように感温コイルばねを設定した場合には、シ
ャワーのように湯水混合物が肌に直接接触するような環
境で給湯するときには、肌に対する適温領域においてデ
リケートな温度調節を行うことができる。

【００１２】このような本発明の特徴やその他の特徴は
以下の実施例の記載に沿ってより詳しく説明する。

【００１３】

【実施例】図１を参照するに、湯水混合装置１０は本体
１２を有し、この本体１２には湯側脚金具１４および水
側脚金具１６から湯水が夫々供給される。湯水混合装置
１０は温調ハンドル１８と切換えハンドル２０を備え、
温調ハンドル１８を操作することにより湯水混合物の温
度が増減され、切換えハンドル２０を操作することによ
りスパウト２２又はシャワーホース２４への湯水混合物
の供給の切換えと流量制御が行われるようになってい
る。図示した実施例では、これらのハンドル１８および
２０は、本体１２に内蔵された後述する自動温調モジュ
ールと制御弁モジュールに連結されている。

【００１４】図２および図３を参照するに、本体１２は
アウタ・ケース２６とインナ・チューブ２８を液密に嵌
合してなり、インナ・チューブ２８の内側には温調モジ
ュール３０が装着してある。アウタ・ケース２６とイン
ナ・チューブ２８との間にはシール部材により湯入口通
路と水入口通路と湯水混合物出口通路が画成されてい
る。より詳しくは、インナ・チューブ２８の外周には、
半径方向外側に突出する夫々１対の環状突起により、略
円周方向に延長する左右のＯリング溝３２および３４
と、略軸方向に延長する閉鎖ループ状の２つの中間Ｏリ
ング溝３６および３８が形成してある。左右のＯリング
溝３２および３４には、夫々、Ｏリング４０および４２
が配置してあると共に、中間Ｏリング溝３６および３８
には、夫々、Ｏリング（図２に現れない）とＯリング４
４（図２）が配置してある。

【００１５】アウタ・ケース２６内周面とインナ・チュ
ーブ２８外周面と溝３６に装着されたＯリング（図２に
現れない）とにより湯入口通路４６（図３）が形成され
る。この湯入口通路４６は湯側脚金具１４に連通してお
り、インナ・チューブ２８に形成された開口４８を介し
て温調モジュール３０の湯入口ポート５０（図４）に湯
を供給するようになっている。左右のＯリング４０と４
２の間においてアウタ・ケース２６内周面とインナ・チ
ューブ２８外周面との間には水入口通路５２が形成して
ある。この水入口通路５２は水側脚金具１６に連通して
おり、インナ・チューブ２８に形成された開口５４を介
して温調モジュール３０の水入口ポート５６（図４）に
水を供給するようになっている。また、アウタ・ケース
２６内周面とインナ・チューブ２８外周面とＯリング４
４により湯水混合物出口通路５８が形成され、この出口
通路５８は一方において、インナ・チューブ２８に形成
された開口６０を介して制御弁モジュール６２（図５に
基づいて後述する）に連通しており、湯水混合物をスパ
ウト２２に供給するようになっている。

【００１６】温調モジュール３０および制御弁モジュー
ル６２は本体１２内に着脱自在に装着するように構成さ
れている。図４を参照しながら温調モジュール３０につ
いて説明するに、この温調モジュール３０は、ケーシン
グ６４と、このケーシングにスナップ嵌合された弁座イ
ンサート６６とを備え、ケーシング６４には湯入口ポー
ト５０に連通する湯側弁座６８が形成してあり、弁座イ
ンサート６６には水入口ポート５６に連通する水側弁座
７０が形成してある。ケーシング６４には、可動混合弁
体７２が摺動可能に嵌合してあり、弁座６８および７０
と協動して湯水入口ポート５０および５６の開口面積を
制御することにより湯水混合物の温度を制御するように
なっている。混合弁体７２には中央開口７４が形成して
あり、湯入口ポート５０から弁室７６および中央開口７
４を介して湯水混合室７８内に流入した湯と、水入口ポ
ート５６から混合室７８内に流入した水とがこの混合室
内で混合され、湯水混合物を形成するようになってい
る。

【００１７】図示した実施例では、可動混合弁体７２
は、湯水混合室７８内に配置された感温コイルばね８０
と、弁室７６内に配置されたバイアス・コイルばね８２
との釣り合いにより位置決めされるようになっている。
感温コイルばね８０は、温度に応じてばね定数が変化す
る形状記憶合金で形成してあり、その付勢力は湯水混合
室７８内の温度に応じて増減する。何等かの原因によ
り、湯水混合室７８内の混合物の温度が温調ハンドル１
８により設定された目標温度より上昇した場合には、感
温コイルばね８０が発生する付勢力が増加し、可動混合
弁体７２を図４において左側に変位させるので、湯の流
入量が減少し、混合物温度を低下させる。反対に、湯水
混合室７８内の混合物の温度が目標温度より低下した場
合には、感温コイルばね８０が発生する付勢力が減少
し、バイアスばね８２の作用により可動混合弁体７２が
図４において右側に変位するのを許容するので、湯の流
入量が増加し、混合物温度が上昇する。この感温コイル
ばね８０の特性の詳細については、図９および図１０に
基づいて後述する。

【００１８】湯水混合物の目標温度の設定は、温調ハン
ドル１８を回転させて感温コイルばね８０およびバイア
ス・コイルばね８２の予荷重を増減させることにより行
われる。このため、バイアス・コイルばね８２は可動ば
ね受け８４により支承してあり、この可動ばね受け８４
は、その外周とモジュール・ケーシング６４の内周に形
成された軸方向スプライン８６により、軸方向摺動可能
に但し回転不能にケーシング６４に嵌合されている。可
動ばね受け８４の軸方向位置は、温調ハンドル１８を介
してスピンドル８８を回転させることにより調節され
る。このため、ばね受け８４の内周には内ねじ９０が形
成してあると共に、スピンドル８８の外周には外ねじ９
２が形成してあり、スピンドル８８は可動ばね受け８４
にねじ嵌合されている。スピンドル８８はサークリップ
９４によりケーシング６４に回転可能に、かつ、軸方向
変位不能に装着してある。温調ハンドル１８はセレーシ
ョン９６とビス９８によって取り外し自在にスピンドル
８８に固定してあり、両者が一体的に回転するようにな
っている。

【００１９】図示した実施例では内ねじ９０と外ねじ９
２は左ねじになっており、温調ハンドル１８を介してス
ピンドル８８を図１において矢印１００の方向に回転さ
せると可動ばね受け８４が図４において右方に移動する
ようになっている。これにより、感温コイルばね８０と
バイアス・コイルばね８２は予荷重を増大させながら圧
縮され、これらのばねの釣り合いにより定まる可動混合
弁体７２の位置は図４中右方に変位するので、湯水混合
物の目標温度が上昇する。スピンドル８８を逆方向に回
転させれば、目標温度を低下させることができる。

【００２０】このようにして温調モジュール３０により
形成された湯水混合物は、制御弁モジュール６２に送ら
れる。図示した実施例では、この制御弁モジュール６２
は、開閉機能と流量制御機能と切換え機能を有し、湯水
混合物を流量制御しながらスパウト２２又はシャワーホ
ース２４に供給するようになっている。図５から図８を
参照するに、制御弁モジュール６２は切換えハンドル２
０と連動するスピンドル１０２と、このスピンドル１０
２を回転可能に軸支するケーシング１０４を有し、ケー
シング１０４は本体１２のインナ・チューブ２８に装着
されている。図示した実施例では、この制御弁モジュー
ル６２は、湯水混合物の流れの締め切りと流量制御は精
密加工されたセラミック製の固定ディスク１０６と回転
ディスク１０８により行い、混合物供給先の切換えはプ
ラスチック製のスピンドル１０２に形成された半円筒形
の回転閉鎖部材１１０により行うようになっている。

【００２１】即ち、図５からよく分かるように、ケーシ
ング１０４には、シム１１２、回転ディスク１０８、固
定ディスク１０６、弾性リング１１４、固定ディスク押
え１１６がこの順に装着してあり、固定ディスク押え１
１６はケーシング１０４にスナップ嵌めしてある。図５
および図８からよく分かるように、これらの部材１１
６、１０６、１０８には、直径方向に対向する２つのポ
ート１１８が貫通形成してある。回転ディスク１０８
は、スピンドル１０２に形成された軸方向延長部１２０
によって回転されるもので、回転ディスク１０８が図５
および図８に示した位置にある時には、温調モジュール
３０によって形成された湯水混合物がポート１１８を通
って制御弁モジュール６２の内部空間１２２に流入する
のを許容する。切換えハンドル２０を廻すことにより回
転ディスク１０８をこの位置から９０°回転させると、
混合物の流れは遮断される。固定ディスク１０６と回転
ディスク１０８は精密加工されたセラミックで形成され
ているので、締め切り性能に優れている。

【００２２】更に、ケーシング１０４の外周に装着され
たＯリング１２４、１２６、１２８により、ケーシング
１０４とインナ・チューブ２８との間には軸方向に分離
された環状通路１３０と１３２（図１）が形成されてい
る。環状通路１３０は、一方において、ケーシング１０
４に形成されたポート１３４を介して内部空間１２２に
臨んでいると共に、他方において、開口６０を介して湯
水混合物出口通路５８に連通している。また、環状通路
１３２は、一方において、ケーシング１０４に形成され
たポート１３６を介して内部空間１２２に臨んでいると
共に、他方において、インナ・チューブ２８の湯水混合
物出口１３８を介してシャワーホース２４に連通してい
る。従って、回転閉鎖部材１１０が図５から図７に示し
た角位置にある時には、回転ディスク１０８を通過した
湯水混合物はシャワーホース２４に供給される。切換え
ハンドル２０の操作によりこの位置からスピンドル１０
２を１８０°回転させると、ポート１３６が閉鎖される
と共に、ポート１３４が開放され、湯水混合物はスパウ
ト２２に供給される。

【００２３】次に、温調モジュール３０の感温コイルば
ね８０の特性について説明するに、感温コイルばね８０
はチタン・ニッケル合金などの形状記憶合金により形成
されている。斯る合金は温度に応じて弾性係数が変化
し、その結果として感温コイルばね８０のばね定数が温
度に応じて変化する。感温コイルばね８０は図９に示し
たように勾配の異なる複数の線形区間からなる特性を呈
するように形成することができる。図９を参照するに、
感温コイルばね８０の発生付勢力は、２０〜３２℃の低
温領域では急峻に増加し、肌に適温の３２〜３８℃の適
温領域では比較的緩慢に変化し、それより高温領域では
再び急峻に変化するようになっている。

【００２４】感温コイルばね８０による自動温調は次の
ように行われる。感温コイルばね８０は湯水混合室７８
内の湯水混合物の温度に感応し、その弾性係数は混合物
温度に応じて変化するので、感温コイルばね８０は図９
のグラフに示したように混合物温度に応じたばね力を発
生する。他方、バイアスばね８２はその予荷重に応じた
ばね力を発生し、該予荷重は可動弁体７２の位置に応じ
て変化するので、バイアスばね８２は可動弁体７２の湯
全開位置と水全開位置との間で図９に示したようなばね
力を発生する。従って、可動弁体７２は、バイアスばね
８２が発生する付勢力が感温コイルばね８０の発生付勢
力に釣り合う位置（図９において感温コイルばね８０の
発生付勢力のカーブとバイアスばね８２の発生付勢力の
線との交点に相当する）に位置決めされる。この位置で
は可動弁体７２は温度Ｔ℃の湯水混合物が形成されるよ
うに湯水の供給量を制御する。

【００２５】何等かの原因により、湯水混合物の温度が
過渡的に上がった場合には、感温コイルばね８０が発生
する付勢力が増加し、可動弁体７２を図４中左方へ変位
させる。これにより、湯の供給量が減少し水の供給量が
増加すると同時に、バイアスばね８２は圧縮されその付
勢力が上がる。湯水混合物の新たな温度により定まる感
温コイルばね８０の新たな付勢力と、バイアスばね８２
の新たな付勢力とが釣り合った時点で、可動弁体７２は
静止する。反対に、湯水混合物温度が過渡的に下がった
場合には、上記とは逆に湯の供給量が増加すると共に水
の供給量が減少する。このようにして、混合物温度は感
温コイルばね８０による機械的フィードバックによりＴ
℃に向かって制御される。

【００２６】使用者が湯水混合物温度を変更したい場合
には、温調ハンドル１８を回してバイアスばね８２の予
荷重を増減すると、バイアスばね８２が発生する付勢力
は図９において上下に平行移動し、これに対応して感温
コイルばね８０の発生付勢力のカーブとバイアスばね８
２の発生付勢力のカーブとの交点は図９のグラフの横軸
に沿って左右に移動するので、混合物温度が修正され
る。

【００２７】このような自動温調において、感温コイル
ばね８０は３８〜６０℃の高温領域において温度変化に
対してばね定数が急峻に増加するような特性を有するの
で、湯水混合物が高温になるほど感温コイルばね８０の
発生付勢力が大きくなる。従って、湯水混合物の温度が
高くなればなるだけ、可動弁体７２はより大きな付勢力
で湯側弁座７８に圧しつけられるので、湯側弁座７８を
完全に閉め切り、ポート５０からの湯の流入を遮断する
ことができる。従って、給湯機から湯水混合装置１０に
供給される湯の温度が何等かの原因により異常に高くな
った場合でも、湯の流れを十分に絞り、湯水混合物の温
度が過剰に高くなるのを防止することができる。

【００２８】図１０のグラフは感温コイルばね８０の特
性の他の例を示す。図１０から分かるように、この例に
おいては、感温コイルばね８０の発生付勢力は、適温領
域（３２〜３８℃）では急峻に変化し、低温領域および
高温領域では緩慢に変化するようになっている。この実
施例においては、適温領域において僅かな温度変化に対
して感温コイルばね８０の発生付勢力が大きく変化する
ので、オーバーシュートやアンダーシュートを伴うこと
なく、デリケートできめ細かな温度制御をすることがで
き、快適なシャワー浴を実現することができる。

【００２９】以上には、本発明の特定の実施例について
記載したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、感温コイルばね８０およびバイアスばね８２は
圧縮ばねとして記載したが、引っ張りばねとして作用す
るように配置してもよい。また、手動の温調ハンドル１
８に代えて、モータにより感温コイルばね８０およびバ
イアスばね８２の予荷重を増減させ、湯水混合物温度を
電気制御することもできる。また、可動弁体７２はリフ
ト弁として記載したが、他の形式の流体制御弁を使用し
てもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
多様な温調特性を備えた湯水混合装置を提供することが
できる。

【００３１】高温領域において急峻な特性を有する感温
コイルばねを使用した場合（図９）には、可動弁体の高
温閉め切り性能を向上させ、熱い湯が出るのを防止する
ことができる。

【００３２】適温領域において急峻な特性を有する感温
コイルばねを使用した場合（図１０）には、シャワーな
どのように湯水混合物が使用者の敏感な肌に直接接触す
るような条件において、デリケートで快適な温度調節を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の湯水混合装置の斜視図であ
る。

【図２】図２は、図１のII−II線に沿った断面図であ
る。

【図３】図３は、インナ・チューブの外観を示すもの
で、図３(ａ)は正面図、図３(ｂ)は図３(ａ)のＢ矢視
図、図３(ｃ)は図３(ｂ)のＣ矢視図である。

【図４】図４は、図２のIV−IV線に沿った断面図であ
る。

【図５】図５は、図２に示した制御弁モジュールの断面
図である。

【図６】図６は、図５のVI−VI線に沿った断面図であ
る。

【図７】図７は、図５のVII−VII線に沿った断面図であ
る。

【図８】図８は、図５のVIII−VIII線に沿った断面図で
ある。

【図９】図９は、感温コイルばねの特性を示すグラフで
ある。

【図１０】図１０は、感温コイルばねの他の特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０： 湯水混合装置 ３０： 温調モジュール ７２： 可動弁体 ８０： 感温コイルばね ８２： バイアスばね

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湯水混合物の温度に応答する感温素子に
   よって可動弁体を位置決めすることにより湯水混合物の
   温度を調節するようになった自動温度調節式の湯水混合
   装置において、 温度に応じてばね定数が変化する形状記憶合金からなる
   感温コイルばねにより前記感温素子を形成し、前記感温
   コイルばねの付勢力とバイアスばねの付勢力との均衡に
   より前記可動弁体を位置決めし、前記感温コイルばね
   は、温度に応じてばね定数が所定の関係で変化する第１
   の特性領域と、前記第１特性領域とは異なる特性の第２
   の特性領域を有する自動温度調節式湯水混合装置。
2. 【請求項２】 前記第１特性領域においては感温コイル
   ばねのばね定数は温度変化に対し前記第２特性領域にお
   けるよりも緩慢に変化することを特徴とする請求項１に
   基づく湯水混合装置。
3. 【請求項３】 前記第１特性領域においては感温コイル
   ばねのばね定数は温度変化に対し前記第２特性領域にお
   けるよりも急峻に変化することを特徴とする請求項１に
   基づく湯水混合装置。
4. 【請求項４】 前記第１特性領域は、肌に対する適温領
   域である請求項３に基づく湯水混合装置。
5. 【請求項５】 前記適温領域は３２℃から３８℃である
   請求項４に基づく湯水混合装置。