JP2001187973A - 液圧作動式混合弁 - Google Patents

液圧作動式混合弁

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JP2001187973A JP2000353586A JP2000353586A JP2001187973A JP 2001187973 A JP2001187973 A JP 2001187973A JP 2000353586 A JP2000353586 A JP 2000353586A JP 2000353586 A JP2000353586 A JP 2000353586A JP 2001187973 A JP2001187973 A JP 2001187973A
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/13—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
    • G05D23/1393—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures characterised by the use of electric means

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気センサを用いて低電圧のパルス作動式ソ
レノイド弁を駆動し、それによって制御流路内の圧力を
調節する、出口水温を所定値に維持するための、高温水
と低温水との混合弁。 【解決手段】 駆動用ダイヤフラムを横切る制御流路の
圧力差に応じてダイヤフラムが移動し、主混合弁の位置
を変える。温度レベル調節のために消費する電気エネル
ギーが最小になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温流体と低温流
体の混合温度を調節するための電子制御系と組み合わせ
て使用するのに最も適した一体型の液圧作動の混合弁に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】配管部品に電子制御系を使用することは
最近では一般的になっているが、そのさらに広範囲な使
用を妨げているものは主として現在使用されている機械
式部品と比較した場合の高いコストであると思われる。
電子制御系は所望の特性を有するが、電子制御系が十分
に受け入れられないず、使用を妨げている大きな理由は
コストが高く、取り付けが複雑である点にある。すなわ
ち、標準的な手動操作式の配管部品の取付けは配管工だ
けでできるが、電子制御系の取付けには混合アクチュエ
ータおよび電子制御装置を動作させるのに必要な電力線
を配線するためのコストが必要になる。電子制御系の取
付けコストが高くなる他の要因は取付けに必要な部品数
が多いことにある。
【０００３】高温流体と低温流体の混合温度を制御する
のに現在使用されている混合弁は種々の構造を有し、シ
ャワーや手洗い用水栓等の配管に多数取付けられてい
る。一般に、混合弁は流体を混合するための混合手段と
アクチュエータ手段との２つの要素で構成され、高温流
体と低温流体の比率を所望の混合温度が得られるように
変えることができるようになっている。これらの手段は
種々の形状をしており、例えばポペット弁、ゲート弁等
と電気モータまたはソレノイド等とを組合せたものにな
っている。
【０００４】現在最も広く使用されている混合／温度制
御装置は電気モータ式のアクチュエータであると思われ
る。電気モータ式アクチュエータは所望の特徴、例えば
十分な作動力と正確な制御能力とを有するが、混合弁の
アクチュエータとして用いるには多くの欠点がある。そ
の主たる欠点は電力消費が相対的に高いことにある。特
に、電気モータは混合手段を両極端の位置（高温から低
温、低温から高温）へ移動させるのに電力消費を必要と
し、その他の運転調節のためにかなりの動作時間を必要
とする。制御系の中には混合応答を変えるために電気モ
ータ式アクチュエータが継電器、その他の速度制御装置
を必要とするものがある。これによって複雑性がさらに
追加される。電気モータ式アクチュエータの他の欠点は
混合機構の流体から電気モータ式アクチュエータを分離
するための外気に対する流体シールが必要な点にある。
このシールは動的シールすなわち運動用シールであるた
め磨耗して漏れることがある。さらに、シールは流体の
漏れを防ぐのに十分な圧縮力を必要とし、しかも、十分
なトルクと低電力消費にしなければならないという課題
もある。さらに、空気シールに対する流体がシールを通
過してわずかに漏出し、流体から溶解した鉱物が析出し
て、モータのシャフトを動かなくする原因になることが
多い。モータの取付けにも問題がある。モータシャフト
がシールとあまり正確に整合していないので、シールに
対するシャフトの偏心はモータトルクの過剰およびシャ
フト固着の原因となり、シールへの不均一荷重は流体漏
れを早くする。この用途のための小型電気モータは回転
速度が極めて速いため、混合機構を動作させるには十分
な作動トルクと適当な減速をするための歯車減速装置を
備えていなければならない。歯車比が高いために、減速
出力シャフトが過剰トルク状態に達して減速歯車が破損
しないようにするための手段を用いなければならない。
この問題を克服するためには電気モータにすべりクラッ
チ、オーバートラベル機構、その他の手段を設けて歯車
減速装置が損傷しないようにする必要がある。これら全
ての要因がモータ式アクチュエータおよび弁混合機構を
さらに複雑にする。例えば、モータがポペット型混合機
構を作動し、ポペットが弁座位置まで駆動される場合に
は、速歯車に対する力の急増を吸収または分散させるた
めの手段を用いないと、力を急に増加させた時に歯車に
過剰な応力が加わることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の1つの目的は
上記のシールの必要性および電気モータの複雑さを無く
すことにある。この目的を達成するために液圧アクチュ
エータを使用する。従来のアクチュエータは1971年2月
９日に発行されたJohn F.Toplanの米国特許第3,561,481
号に記載されている。本発明の別の目的は各種の電子制
御系での使用に適した単一の一体型パッケージ弁を提供
することにある。この単一の一体型パッケージは電子制
御系の設計者と製造業者とに制御系用の基本的な水混合
ハードウェアを提供する。
【０００６】本発明のさらに別の目的は極めて低い電力
で作動可能な混合弁を提供することにある。低電力で作
動可能な混合弁とは簡単に入手可能な電池で長時間動作
させることができる混合弁である。この能力によって給
電用電線を必要とする混合弁の場合のように、電源を取
付けるための電気技術者のコスト不要になるという利点
がある。さらに、電池で動く弁は電力が停止した場合で
も動作が可能であるという利点もある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】驚くべきことに、上記の
目的は電力消費が低い下記要素を単一の一体型パッケー
ジ内に配置した混合弁の組合せで達成できるということ
が分かった： (1)電気的に作動される流量開始／停止手段、(2)高温流
体と低温流体の混合手段、(3)混合手段を作動させる電
気制御式のアクチュエータ。この一体型パッケージは必
要に応じて下記の要素をさらに含むことができる：(a)
流体の混合温度に応じて電気信号を送る温度センサ、
(b)広い給水圧力範囲で最大流量を制限する節水基準に
従って混合流体の容量速度を制御する装置、(c)高温水
と低温水の圧力変化に応じて水混合手段の入口流路にほ
ぼ等しい圧力流体を維持する機械的圧力バランス装置、
(d)高温および低温の入口流路内の逆止弁。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の1つの観点で提供される
弁は、高温水および低温水の入口を有するメインチャン
バーおよび所定レベルからの水温の変化に応じて信号を
送信する温度センサと、メインチャンバーを制御室と混
合室とに分ける弾性部材と、温度センサと組合された高
温水および低温水を排出するための出口と、制御室を混
合手段の出口に連通させる流路と、混合手段の入口側に
連通した流路の2本の制御流路と、弾性部材の移動に応
答する内部混合手段と、各制御流路と組合せた低電圧の
パルス作動式ソレノイド弁とを有し、各パルス弁は温度
センサからの信号に応答してそれぞれ対応する流路の水
圧を制御し、それによって弾性部材および内部混合手段
を移動させ、高温水と低温水の比率を変化させる。
【０００９】低電力という要求を満たし且つ適当な電池
寿命を保証するために、本発明の一実施例では磁気ラッ
チソレノイド弁が使用される。この弁を使用するとミリ
セカンドの電気的オンオフパルスだけを用いて全動作範
囲を通じて混合機構を駆動することができるため、電力
が大幅に節約される。これは動作の全範囲を通じて移動
時に連続的給電を必要とし、多量の電力を消費する電気
モータ作動の弁とは対照的なことである。本発明の別の
観点では、流体の主要な開始・停止動作にラッチ弁を使
用することによって電力要求が最小になり、ラッチ弁の
機能を実行するのにミリセカンドの電力しか必要としな
い。さらに、混合手段と流体の主要な開始・停止手段と
を別体にすることによって流体の主要な開始・停止が頻
繁に行われたときに混合区間をその設定点に保持するこ
とができる。さらに、流体機能のための開始／停止弁に
よって停止時の混合機構の密封シールの必要性が無くな
り、単純さと信頼性とが加わり、混合区間の作動力が低
くなり、電力消費量も低くなる。
【００１０】本発明の別の観点では、混合弁の電力要求
をさらに減らすために、混合弁組立体の別の実施例とし
て圧力バランス弁を追加することができる。このバラン
ス弁の目的は設定混合温度からの変動原因となる圧力変
動の大きさを最小にすることにある。バランス弁によっ
てこれらの変動を除去または減らし、混合機構を設定温
度へ戻すための電気的作動の必要が減少する。すなわ
ち、バランス弁によって電力使用量が大幅に減少する。
さらに、バランス弁は混合機構の高温および低温の入口
に均等な圧力を加えることによって電力をさらに削減す
ることができる。均等化された圧力は基本的に不平衡な
圧力混合機構に力のバランスを与え、最小の力と電力で
この機構を作動させることができる。
【００１１】本発明弁は独特な設計の弁を有している。
すなわち、制御流路を横切って十分な力の差を利用でき
るようにする、メインチャンバー内の内部摩擦として特
徴付けられる圧力降下手段を備えている。換言すれば、
液圧で可動な部材を移動させるのに十分な圧力降下が弁
に生じるように弁を設計しなければならない。電力の観
点からは、温度センサは最小の電力消費の電子制御系に
設計することが容易であり、その電力消費の削減は本発
明の目的ではない。混合弁組立体を構成する他の要素、
例えば流量制御装置および逆止弁は完全に機械式である
ので電力を消費しない。
【００１２】本発明は主たる対象は全体が電子制御装置
であるものにあるが、混合弁が電気作動制御弁および電
子センサの代わりに機械式の温度センサおよび制御アク
チュエータ、例えばバイメタル型または他の代替物を利
用することもできる。これらの用途では、混合温度を制
御する必要性がなくなるだけでなく、混合弁を通る主要
な流れのオンオフ制御のみで混合弁が単一の公称混合温
度に調節され、電子制御系を大幅に単純化することがで
きる。この系は低コストで、いくつかの電子系制御装置
が望まれ、混合温度を連続的に変化させる程ではない系
に適用できる。一般にこの系は市販の手洗い用水栓の用
途に制限されるが、他の広範囲な用途でも重要である。
【００１３】従って、本出願人はエネルギー消費の低い
部品、混合機構の電力要求を低くするための機械装置の
使用と圧力変動による駆動の減少とによって、実用的な
電池で給電される高温流体と低温流体の混合系のための
電力消費が極めて低い電子式混合弁組立体が得られる。
本発明の基本的な目的は電力消費が低く、電池駆動に適
した混合弁パッケージを提供することにあるが、電力供
給線が好ましい（または必要な）用途にはその全てまた
は一部の要素を組合せたものを適用することができる。
従って、本発明は電池給電式の装置に限定されるのもの
ではない。本発明は添付図面を参照した実施例に関する
以下の説明からより良く理解できよう。
【００１４】
【実施例】本発明の一体型の混合弁パッケージは基本と
なる混合機構とそのアクチュエータから他の任意の利用
可能な実施例まで各種のオプションを備えることができ
る。本発明パッケージは必須要素としてセンサと、電気
アクチュエータと、制御機構および装置を備え、電子制
御系はこれらの基本要素の周りに構成することができ
る。さらに、この混合弁内部に一体型の部品を単一の製
造設備で均一に供給できるので、高度な品質管理を行う
ことができる。この混合弁要素の均一性によって周知の
作動のハードウエアで電子制御を設計でき、制御系全体
の正しい動作を保証することができる。一体型の混合弁
部品は電子制御系の予定された仕様に合うようにする。
これに対して混合弁が以下に述べるような一体型パッケ
ージではなく、各種要素を別々に取り付ける電子制御系
では代用部品を使用する危険性が非常に高くなり、その
結果、粗悪品あるいは不良品になりやすい。さらに、基
本的な系の部品の一体型パッケージを使用することによ
って、部品を別々に取付ける場合に比べて、取付けコス
トを大幅に節減できる。混合弁パッケージは主として基
本的電子制御系を必要とするが、要望または必要に応じ
て、基本的な混合弁制御装置に機能を追加するのに必要
な追加のセンサ、弁等を任意の設備に追加することがで
きる。同様に、混合弁パッケージは必要に応じて電子系
設計に最小量の部品を備えることができる。
【００１５】最初に本発明の特徴を全体的に示す図1の
ブロック図を参照する。この図では制御要素と弁要素と
を組合せた組立体が10で示されている。この組立体10は
混合弁11、混合弁アクチュエータ12、混合弁11を作動さ
せる連結部材13および混合弁11の出口流路17とアクチュ
エータ12とを連結する流体制御流路15と16との間に配置
された電気的動作弁14を有している。アクチュエータ12
と混合弁11の出口流路17とを連結する流体制御流路19と
20との間には別の電気的動作弁18が配置されている。制
御流路20は制御流路16の上流で出口流路17と連通し、ア
クチュエータ12を操作するのに必要な圧力降下をさせ
る。制御流路20の連結部と制御流路16の連結部との間に
はオリフィス21が配置されている。このオリフィスは必
要に応じてアクチュエータ12の操作に必要な追加の圧力
降下を行う。出口流路17には流量制御装置22、流体の温
度変化に応じて電気信号を送信する流体温度センサ23、
内部を流れる流れを許可および阻止する電気的に作動す
る弁24および組立体10の出口25がさらに組合されてい
る。組立体10はさらに、入口27、28および出口29、30を
有する釣合い（バランス）弁26を備えている。組立体の
入口33とバランス弁入口27との間には逆止弁31が配置さ
れ、組立体入口34とバランス弁入口28との間に逆止弁32
が配置されている。
【００１６】温度の異なる各流体を入口34、33に供給す
ると、入口34からの流体流は逆止弁32、バランス弁入口
28および混合弁11の出口30へ流れ、同様に、入口33に供
給された流体は逆止弁31、バランス弁26の入口27および
混合弁11の出口29へ流れる。既に述べたように、入口3
3、34から供給されて混合弁11に到達する各流体は混合
弁11から混合物となって出口流路17へ流れ、流量制御装
置22、温度センサ23、電気的作動弁24を通って組立体の
出口25へ流れ、次いで、シャワ−または手洗い用蛇口へ
の連結部へ流れる。入口33、34の供給圧力が変動して混
合物のバランス（従って、出口17における混合温度制
御）が失敗する場合には、バランス弁26が流路29および
30の圧力を均等化する。入口33、34の供給圧力に圧力差
があるときには逆止弁31、32が混合弁11を通るインター
フローを阻止する。逆止弁31、32、バランス弁26、流量
制御装置22、温度センサ23および閉止弁24は市販されて
おり、当業者に周知であるのでその詳細は省略する。
【００１７】図1では、混合弁11の内部の混合手段は連
結部材13を介して液圧アクチュエータ12によって操作さ
れ、29、30から流入する異なる温度の２つの流体の比率
を変えて混合物の排出流路17へ送る。混合流は流路17を
通過する際に内部圧力降下手段によって上流制御流路20
と下流流路16との間で圧力降下する。その結果、制御流
路20と16との間に生じた圧力差が圧力応答液圧アクチュ
エータ12に加わり、制御弁14または18を開け、連結部材
13を介して混合手段を運動させ、流路17における所望の
流体混合温度と温度センサ23が感知した温度に従って高
温流体と低温流体との比率を調節する。制御弁14、18を
閉じると液圧アクチュエータ12での差圧が無くなり、混
合手段の位置および混合温度が固定される。制御弁14、
18の開閉はミリセカンドパルスで行なわれる。このミリ
セカンドパルスによって液圧アクチュエータが移動して
高温流体と低温流体との割合を次第に変化させ、それに
よって所望の混合温度にする。温度センサ23は混合温度
信号を検出し、それを電子制御系（図示せず）へ送る。
この電子制御系は電子フィードバックループを介して制
御弁14、18を開閉して出口流路17の混合温度を制御す
る。
【００１８】流量制御装置22が混合流路17の流れを一定
の流量に維持する。それによって制御流路20と16との間
に一定の圧力差が得られ、制御弁14、18の所定の開閉時
間の間だけ液圧アクチュエータが移動し、混合弁に一定
の大きい圧力差が維持され、それによって高温流体と低
温流体の混合割合が容易に制御できる。寸法の異なるオ
リフィス35、36を有する上記の平行制御流路を追加する
ことによって多段のアクチュエータ移動速度を得ること
ができる。アクチュエータの速度変化はアクチュエータ
へ（またはアクチュエータから）の流量を制御する異な
る孔径を有する複数の異なる制御流路に配置された制御
弁を電気的に作動することによって得られる。これは、
混合流を極端な高温度から極端な低温度へ（あるいはそ
の逆に）急速に変化させる必要がある場合または正確な
温度制御を行なうために緩やかな（すなわち非常に小さ
な）逐次変化が必要な場合に有用である。流量制御装置
22がない場合には、制御弁14、18を開閉する所定の累積
時間の間に液圧アクチュエータ12の動きを制御流路20と
16との間の流れの圧力差に応じて変える。流量制御装置
22は混合弁動作には必須ではないが、使用するのが好ま
しい。
【００１９】図2には混合弁とアクチュエータとの組立
体の好ましい実施例が11で示されている。この組立体11
はハウジング50、流路55、56と連通した各流体流路53、
54を有する流体入口51、52を備え、これら全ての流路は
全体的に円形の断面形状を有し、流路55、56は摺動自在
なピストン部材57によって分離され、シールリング58で
密封されている。ピストン57には各部材62、63を介して
ポペット弁60、61が取付けられて、シャットル組立体59
を形成している。各ポペット60、61は各弁座64、65との
接触によって制限される距離だけを往復運動する。ポペ
ット60はバネクリップ74によってシャットル組立体59に
固定されている。ポペット61の端部フランジ77と案内部
材76との間にはネジ75によってエラストマーダイヤフラ
ム88が固定されており、シャットル組立体59およびダイ
ヤフラム88はバネ94によって付勢されて、通常はポペッ
ト61が弁座65に対して締め切られ、ポペット60が弁座64
から離れるようになっている。シャットル組立体59はピ
ストン57の加圧面積（直径部分）とポペット60、61の加
圧面積とを釣り合わせ、押圧バネ94の最小の力でシャッ
トル組立体59を作動できることができる圧力バランス組
立体である。バネ94を使用しない場合は、ポペット61の
加圧面積よりもピストン57の加圧バランス面積を相対的
に広くすることによってシャットル組立体59を付勢する
ことができる。ハウジング50内の弁座64、65の下流には
混合室70が形成されている。混合室70と出口73で終る混
合流路72との間にはオリフィス71が配置されている。ハ
ウジング50は制御流路80、81をさらに備えている。これ
らの制御流路80、81はハウジング50に取付けられたアク
チュエータ本体84の流路82、83と連通している。アクチ
ュエータ本体84内には制御流路82と85との間に電気的に
作動される開閉部材90が配置されている。この開閉部材
90は室87の流体が制御流路85、82を通って制御流路80、
さらには混合流路72へ通過するのを許可および阻止す
る。制御流路83と86との間に配置された電気的に作動さ
れる開閉部材89は室66から出た流体が流路81、83、86を
通って室87へ流れるのを許可および阻止する。エラスト
マーダイヤフラム88は外周に環状ビード91を備え、ハウ
ジング50とアクチュエータ本体84との間を流体シールす
る。流路80と82との間、および流路81と83との間には弾
性シールリング92、93が配置され、本体84をハウジング
50に取付けた際の流体シールを完全なものにしている。
ハウジング50にはリングシール96を備えたキャップ95が
取り付けられて混合弁／アクチュエータ組立体は完成す
る。
【００２０】図2の実施例では、出口73での温度を制御
するために入口51、52に導入された異なる温度の流体の
供給割合はシャットル組立体59の軸線方向位置で決ま
る。シャットル組立体59の位置決めは室87内の流体の容
量を制御する制御部材89、90の開閉で行われる。開閉部
材90が開いた位置では混合流路72の圧力が室87に伝達さ
れ、ダイヤフラム部材88に圧力差が生じ、バネ94の力に
打ち勝つ力が生じ、ポペット61が弁座65から離れて供給
流路54からの流れが増加する。それと同時に、ポペット
60が弁座64に接近して流路53からの流体の供給が減少す
る。両方の流体は一緒になって混合室70に流入し、オリ
フィス71、混合流路72、出口73へと流れる。開閉部材90
を閉じると、ダイヤフラム88上の圧力差が無くなり、そ
れによってシャットル組立体59の軸線方向位置およびポ
ペット60、61を通る流れの比率が固定される。開閉部材
89が開いた位置では室87が室66と連通し、室66から室87
への流れが許可され、バネ94の力によってシャットル組
立体59がポペット61を閉鎖し、ポペット60を開口する方
向へ向かって移動する。開閉部材89が閉じると、室66か
ら室87への流れが阻止され、シャットル組立体59のそれ
以上の移動が停止し、室70内と混合流路72内との混合比
率が固定される。部材89、90の開口時間によってシャッ
トル59の軸線方向移動距離および位置が決まり、互いに
離れたポペット60、61は各弁座64、65へ向かってまたは
各弁座64、65から移動し、流路53、54からの流体の混合
室70への流れ割合を変える。開閉部材89または90の開口
時間の間隔が長いと、シャットル59の軸線方向移動は大
きくなる（所望の混合温度が一方の極端な温度から他方
の極端な温度へ変化する場合等）。開口部材89、90とし
て電気的に作動される磁気ラッチ弁を利用すれば、開口
部材89、90の開閉に必要な数ミリセカンドの単一の電気
パルスによってシャットル組立体59を極端に低い電力で
上記の極端な移動距離移動させることができる。流体を
さらに正確に比率制御および混合温度制御するためにシ
ャットル組立体59をさらに小さな増分で位置決め制御す
る必要がある場合には、開閉部材89、90をその最小ミリ
セカンド時間能力で電気的にパルス制御して開閉する。
必要な混合温度制御の精度に応じて選択された混合温度
に合うまで開閉部材89と90との間に数回のミリセカンド
パルスサイクルを加える。温度が合った時にはシャット
ル組立体59の位置決めに追加の電気パルスや電気エネル
ギーの消費は無くなり、流体割合が維持される。
【００２１】圧力降下手段は図2では弁内部の流れの構
造で構成される。この流れ構造によって室66から混合室
70を通って出口流路72へ流れる際に流体に圧力降下が生
じる。バネ部材94に逆うのに必要な力に応じた所望の圧
力降下が得られるように流れ構造の圧力降下度を増減さ
せることができる。
【００２２】図3は図2の変形実施例を示している。この
実施例では弁ハウジング50内に室70、入口孔160、流路7
9および制御流路80を有し、これらは全て混合流体を排
出するための出口部品73と連通している。流路79内には
環状弁座161と制御流路80の上流側の入口孔160から延び
たボス162とが同軸に形成され、圧力応答部材164の表面
166からなる有効加圧面積は弁座161に当接し、溝付部材
168は孔160の壁と摺動係合して圧力応答部材164を案内
し、上記表面166は弁座161に当接している。押圧バネ16
7はボス169と係合して圧力応答部材164およびその表面1
66の有効加圧面積を弁座161へ押圧している。それによ
って弁座161および表面166に一定の圧力降下が生じる。
バネ保持器171は出口部品73とハウジング50との間に挟
まれ、固定位置に固定されている。
【００２３】図3の実施例では、室70から出口73への流
れが変化した場合（水栓等の用途、一般に0.5〜2.5GPM
の範囲）、バネ167の力が流れに逆らって圧力応答部材1
64（従って、表面166の有効加圧面積）に作用し、弁座
表面161と表面166との間に形成されたオリフィス上に圧
力降下が生じる。弁座表面161からの表面166および圧力
応答部材164の移動距離によってバネ167および表面166
の有効加圧面積に決まる圧力降下を維持するのに必要な
流れ断面が確立される。従って、選択された設計範囲内
の任意の流量で、表面166は弁座表面161からの距離に応
じて変化し、表面166の設計有効加圧面積に逆らって作
用するバネ167の力によって一定の圧力降下を維持する
流れ断面が与えられる。従って、図3と図2の両方を参照
すると、流量が変化しても所望の一定の圧力降下が弁座
表面161および表面166の流れ断面（従って、室66から制
御流路80、82への連通流の流れ断面）によって維持され
る。従って、アクチュエータ90が開位置にあるときに、
圧力応答部材88にもほぼ一定の圧力降下が得られる。
【００２４】図2の実施例は流量調節が一般に2.5GPM値
に維持されるシャワーの流量調節に最適である。図2の
弁の中で使用される図3の実施例ではエアレータ流量制
御が広い流れ範囲（通常0.5〜2.5GPM）で変化する手洗
い用水栓の用途に最適である。どららの実施例を選択す
るかは用途、追加コストに対する図3の構造によって得
られる操作上の融通性および正当性に依存する。
【００２５】図4では本発明の別の装置の実施例が100で
示されている。この装置100は全体的に円形の断面形状
を有する流体の入口流路102、103を備えたハウジング10
1を有している。入口流路102、103は流路104、105と連
通しており、流路104、105の端はオリフィス106、107に
なっている。このオリフィス106、107は軸受111、112内
で回転するシャフト110に固定された回転可能な混合円
板108に摺動自在に接触している。シャフト110にはピニ
オン113が取付けられ、このピニオン113はラック114と
噛合っている。ラック114はピニオン113および回転可能
な混合円板108を駆動する。ラック114の一端に取付けら
れたピストン組立体115と他端に取付けられたピストン
組立体116とによってラック114は往復運動され、ピニオ
ン113、シャフト110および混合円板108は回転する。従
って、オリフィス106、107の流体流路面積は混合円板10
8の位置によって変えることができる。ハウジング101内
のオリフィス106、107の下流には混合室117が形成され
ている。この混合室117には絞り弁オリフィス120、121
が配置されている。流量制御装置124、温度センサ125、
出口126は流れ流路122および室117と連通している。混
合室117は制御用流路131、電気制御式開閉部材132およ
び制御用流路133を介して室130と連通している。混合室
117は制御用流路135、電気制御式開閉部材136および制
御用流路137を介して室134と連通している。ピストン組
立体115、116はダイヤフラム140、141を備え、このダイ
ヤフラムの外周には各室130、134と混合室117との間を
流体シールするためのビード142、143が形成されてい
る。弾性体からなるダイヤフラム140、141はピストン14
4、145に取付けられ且つ室130と混合室117との間に形成
されたオリフィス146と、室134と混合室117との間に形
成されたオリフィス147とを有している。
【００２６】ハウジング101には電気的に作動されるオ
ンオフ弁150、152が取付けられている。オンオフ弁150
はその入口151に導入される供給流体から流路102へ向か
う流体の流れを制御し、電気的に作動されるオンオフ弁
152はその入口153に導入される第2供給流体から流路103
へ向かう流体の流れを制御する。
【００２７】図４では、相対的に高温の流体が電気式開
口弁150、152の入口151に供給され、相対的に低温の流
体が入口153に供給されたときに、高温流体は流路102、
104および可変な流れ断面積を有するオリフィス106を通
って流れ、低温流体は流路103、105および可変な流れ断
面積を有するオリフィス107を通って流れる。両方の流
れは室117で混合され、混合円板108の回転位置によって
決まる高温流体用のオリフィス106の流れ断面積と低温
流体用のオリフィス107の流れ断面積とに比例した混合
温度を与える。次いで、混合流体は室117に流れ、絞り
オリフィス120、121を通って混合流路122に流れ、流量
制御装置124、温度センサ125および出口126を通ってシ
ャワーまたは水栓設備(図示せず)へ流れる。混合流の温
度制御は開閉制御部材132、136の開閉によって行われ
る。開閉制御部材132が開くと室117の上流側からオリフ
ィス146を通って室130、流れ流路133、131、さらに開口
制御部材132を通って室117の下流側までの流路ができ
る。オリフィス146を通る流れによってピストン組立体1
15およびダイヤフラム140に圧力降下が生じ、ピストン
組立体115、116、ラック114を移動させる力が生じ、ピ
ニオン113、シャフト110および混合円板108が回転さ
れ、オリフィス106、107の面積が変化し、流路102、103
からの高温流体および低温流体の比率が調節され、混合
温度が制御される。部材132を閉じると、ピストン組立
体115の圧力降下および力が無くなり、ピストン組立体1
15およびラック114の移動および混合円板108の回転が止
まり、それによってオリフィス106、107の面積が固定さ
れる。この混合円板の位置で高温流体および低温流体の
バランスが維持される。開閉制御部材136の開閉動作に
よって、開閉制御部材132の動作で説明したものと同じ
動作で、ピストン組立体116、ラック114および円板108
が移動する。しかし、この場合には混合円板108は反対
方向に回転する。すなわち、開閉制御部材132、136が開
閉すると、混合円板108が一方向またはその反対方向に
回転してオリフィス106、107の面積を変え、それによっ
て高温流体と低温流体の比率を変え、混合温度を制御す
る。開閉制御部材132、136の開口時間を相対的に長くす
ると、混合温度が相対的に大きく変化し、開口時間を相
対的に短くすると、温度制御がより正確になり、混合温
度の変化も小さくなる。流量制御装置124は入口流路10
2、103での流体の供給圧力とは無関係に混合物の流量を
ほぼ一定に維持するのに用いられる。混合室117および
絞りオリフィス120、121を通る混合物の流量がほぼ一定
に維持されるので、混合室117中に一定の圧力降下が維
持される。絞りオリフィス120、121を無くしたり、寸法
を変えることによって、室117に所望の圧力降下を作っ
てピストン組立体115、116へ加わる力を作り、それによ
って混合円板108を作動させることもできる。この一定
の圧力降下は、開閉制御部材132が開くときのピストン
組立体115での圧力降下と、開閉制御部材136が開くとき
のピストン組立体116上の圧力降下と同じものであり、
供給流路102、103内で流体圧力が変化したとしても、開
閉制御部材132または136の所定の開口時間の間は混合円
板108の回転運動は一定になる。流量制御装置124が無い
場合には、供給流路内の圧力変化によって室117の流れ
および圧力降下が増減し、開閉制御部材132または136の
所定の開口時間の間での混合円板108の回転運動が変化
する。流量制御装置124を用いずに混合弁組立体100を機
能的に作動させることもできるが、円板108の回転位置
決めおよび混合温度制御はより難しくなるでだろう。以
上、本発明の好ましい実施例を説明してきたが、請求の
範囲の精神を逸脱しない限り本発明を種々変更、変形す
ることが可能であるということは理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電子制御系で使用される本発明の一体型の混
合弁組立体の各要素を示すブロック図。
【図２】 バランスしたポペット混合機構と、温度制御
弁と、ダイヤフラムアクチュエータとを組み込んだ本発
明の一実施例を示す図。
【図３】 図２の実施例の出口に配置されたバネ付勢さ
れた圧力降下装置を組み込んだ本発明の一実施例を示す
図。
【図４】 回転円板混合機構と、温度制御弁と、デュア
ルダイヤフラムアクチュエータとを組み込んだ本発明の
別の実施例を示す図。
【符号の説明】
10 組立体 11 混合弁 12 混合弁のアクチュエータ 13 連結部材 14、18 電気的作動弁 15、16 流体制御流路 17 出口流路 19、20 流体制御流路 21 オリフィス 22 流量制御装置 23 流体温度センサ 24 電気的に作動される弁 25 組立体出口 26 バランス弁 27、28 バランス弁入口 29、30 バランス弁出口 31、32 逆止弁 33、34 組立体入口
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｋ 31/126 Ｆ１６Ｋ 31/126 Ｂ

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下記（a）を含む、高温流と低温流体の
    流量と温度を制御する系で使用される液圧作動式混合
    弁： （a） 下記（i）〜（vii）を有するメインチャンバー
    を有するハウジング： （i） 高温流体と低温流体とを受けるための高温およ
    び低温の入口、（ii） 流体の圧力差に応答する、メイ
    ンチャンバーを制御室と混合室とに分ける液圧で可動な
    部材、（iii） 混合された高温・低温流体の出口、（i
    v） 液圧で可動な部材の移動に応答する内部混合手
    段、（v） 液圧で可動な部材に十分な圧力差を与え
    て、この可動部材、従って、混合手段を移動させる、メ
    インチャンバーと組合された圧力降下手段、（vi) 制
    御室を圧力降下手段の上流側に連通させる流路と、圧力
    降下手段の下流側に連通させる流路の少なくとも2本の
    制御流路、（vii） 制御流路内の流体の流れを制御
    し、液圧で可動な部材の移動および内部混合手段を作動
    させ、流体混合物の温度制御をするために高温流体と低
    温流体の比率を変える、少なくとも1本の制御流路と組
    み合わされた制御弁。
  2. 【請求項２】 制御弁が電気的に作動される請求項１に
    記載の混合弁。
  3. 【請求項３】 高温および低温の入口にほぼ等しい流体
    圧力を加えるための圧力バランス弁を備える請求項１に
    記載の混合弁。
  4. 【請求項４】 入口から出口までほぼ一定の流量および
    安定した圧力降下を維持するための出口に配置された流
    量制御手段を備えた請求項1に記載の混合弁。
  5. 【請求項５】 混合された高温と低温の流体の温度変化
    に応じて制御流路内の流量を制御し、液圧で可動な部材
    および内部混合手段を移動させ、流体混合温度制御のた
    めに高温流体と低温流体の比率を変える制御弁と組合さ
    れた温度センサを備える請求項1に記載の混合弁。
  6. 【請求項６】 温度センサが混合流体の温度変化に応じ
    て電気信号を送り、制御弁を制御する請求項５に記載の
    混合弁。
  7. 【請求項７】 入口および出口を流れる流体流を許可お
    よび阻止する弁手段を備える請求項1に記載の混合弁。
  8. 【請求項８】 弁手段が電気的に作動される請求項7に
    記載の混合弁。
  9. 【請求項９】 高温流体と低温流体の入口の下流に逆流
    を阻止するための逆止め弁を備える請求項１に記載の混
    合弁。
  10. 【請求項１０】 逆止め弁が一体型ユニットである請求
    項９に記載の混合弁。
  11. 【請求項１１】 電気的に作動される弁が電気的に作動
    される磁気ラッチ手段によって作動される請求項8に記
    載の混合弁。
  12. 【請求項１２】 下記（a）〜（f）を含む、高温流体と
    低温流体の混合物を所定のほぼ一定の温度レベルに維持
    するための制御系の一部を成す混合弁： （a） 高温流体と低温流体をそれぞれ受ける高温およ
    び低温の入口と、混合された流体を排出するための出
    口、（b） 圧力に応答する液圧で可動な部材によって
    混合室と制御室とに分けられ、混合室は混合弁入口から
    の高温流体と低温流体とを受け、混合弁出口を通って混
    合流体が排出するように配置され、液圧で可動な部材は
    混合室と制御室との間の圧力が釣合った時に定位置に固
    定される、混合弁内のメインチャンバー、（c） 液圧
    で可動な部材の移動によって作動される、入口を通って
    混合室に入った高温流体と低温流体の比率を制御するた
    めの、混合室内の内部弁混合手段、（d） 液圧で可動
    な部材の前後に圧力降下を生じさせ、液圧で可動な部材
    の移動を可能にし、混合手段を移動させる、制御室を横
    切る圧力降下手段、（e） 内部を通る流体の流量を調
    節するために制御流路と組合わされた電気で作動される
    弁を備えた、圧力降下手段の上流側を制御室と連通させ
    る制御流路、（f） 内部を通る流体の流量を調節する
    ために制御流路と組合わされた電気で作動される弁を備
    えた、圧力降下手段の下流側を制御室と連通させる制御
    流路。
  13. 【請求項１３】 液圧で可動な部材がダイヤフラムであ
    る請求項１２に記載の混合弁。
  14. 【請求項１４】 高温および低温の入口にほぼ等しい水
    圧を維持するためのバランス弁を備える請求項１２に記
    載の混合弁。
  15. 【請求項１５】 混合弁の出口から出た混合流体を受け
    るための入口を有する流体制御手段を備え、この流量制
    御手段は出口と、この出口から出た水の流量を所定の一
    定の流量に維持するための手段とを備え、それによって
    混合弁入口から混合弁出口までほぼ安定した圧力降下を
    維持する請求項１２に記載の混合弁。
  16. 【請求項１６】 混合された高温と低温の流体の出口と
    組合された温度センサを備え、この温度センサが排水温
    度の所定レベルからの変化に応じて電気的に作動される
    弁への電気信号を送り、それによって制御室の容量を変
    化させ、液圧で可動な部材で内部弁混合手段を移動さ
    せ、高温流体と低温流体の比率を変えて、所定温度を維
    持する請求項１２に記載の混合弁。
  17. 【請求項１７】 入口および出口を通る流れを許可およ
    び阻止する電気的に作動される弁手段を備える請求項１
    ２に記載の混合弁。
  18. 【請求項１８】 ダイヤフラムが液圧で可動な部材の方
    向を反転させる押圧バネである請求項１３に記載の混合
    弁。
  19. 【請求項１９】 電気的に作動される弁が電気的に作動
    される磁気ラッチ手段によって作動される請求項１７の
    混合弁。
  20. 【請求項２０】 電気エネルギー源として電池を備える
    請求項１９に記載の混合弁。
  21. 【請求項２１】 作動に必要なエネルギーが相対的に低
    くなるように下記（a）〜（i）の段階を含む、高温流体
    と低温流体の混合温度を制御して所定の混合流体温度を
    得る方法： （a） 混合室、高温流体と低温流体の入口および混合
    流体の出口を有する混合弁を用意し、（b） 制御流路
    を用意し、（c） 少なくとも1本の制御流路内の流体の
    流量を制御するための制御弁を用意し、（d） 制御流
    路へ向かうおよび制御流路からの流体の流量に応答する
    液圧で可動な部材を用意し、（e） メインチャンバー
    を制御室と混合室とに分け且つこれらの間の流量を制御
    するための手段を用意し、この混合室を上記の入口およ
    び出口に連通させ、（f） 上記の入口に流入する高温
    流体と低温流体との比率を調節する、混合手段を混合室
    に設け、混合手段は液圧で可動な部材の駆動手段の移動
    によって作動し、（g） 制御弁の作動時に液圧で可動
    な部材が混合手段を移動させることができるように制御
    室に圧力降下手段を設置し、（h） 混合された流体の
    出口温度をモニターし、（i） 出口の水温に応じて制
    御室の容量を液圧的に増減して制御室の容量を増減さ
    せ、それによって混合手段を作動して出口の混合流体の
    温度を変える。
  22. 【請求項２２】 液圧で可動な部材の駆動手段を補助す
    るためのバネ手段を用いて制御室の容量を増加させる段
    階を含む請求項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 (f)段階が制御室の容量を減少させる
    ために制御室を混合流体の出口と連通させ且つ制御室の
    圧力を増加させるために制御室を混合室と連通させる段
    階を含む請求項２１に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 (f)段階が液圧で可動な部材の駆動力
    を最小にするために混合手段と組合された力を圧力のバ
    ランス化段階を含む請求項２１に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 (g)段階が制御室を横切るほぼ一定の
    圧力降下を確立し、液圧で可動な部材が制御弁の逐次的
    開口時間に正比例して混合手段を移動させ、それによっ
    て逐次的開口時間の長短に対応して可動な部材の移動を
    大きくあるいは小さくし、それによって温度変化を大き
    くあるいは小さくする段階を含む請求項２１に記載の方
    法。
  26. 【請求項２６】 制御室を横切って高いまたは低い一定
    の圧力降下を作り、液圧で可動な部材が速いまたは遅い
    一定の移動速度で混合手段を移動させる請求項２５に記
    載の方法。
  27. 【請求項２７】 広いまたは狭い制御流路を設け、液圧
    で可動な部材の流量を大きくするか、小さくすることに
    よって混合手段を速いまたは遅い一定の移動速度で移動
    させる請求項２５に記載の方法。
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