JP2007139176A - 湯水混合栓 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温吐水域での温度調整を正確に行え、かつ、早いタイミングのハンチングを防止し、コスト安でバイアスバネの組み付け作業を容易にできる湯水混合栓を提供する。
【解決手段】可動弁体２２と、湯流入室Ｓおよび湯水混合室Ｒと、湯水混合室側に、可動弁体２２を湯側弁座２６と接近する方向に付勢するよう設けられた形状記憶材料よりなる感温バネ２７と、湯流入室側に、感温バネ２７の付勢力と反対方向に作用する付勢力で可動弁体２２を水側弁座３１と接近する方向に付勢するよう設けられ、感温バネ２７の付勢力との釣合いにより可動弁体２２の位置を決定しうるバイアスバネ３２と、水栓本体１の一端に設けられバイアスバネ３２を介して可動弁体２２を移動させて湯水混合水の設定温度を調整する温調ハンドル３とを備えた湯水混合栓において、バイアスバネ３２を、温調ハンドル３の位置によって変化するようなバネ定数を有する単一のバネで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水栓本体内に軸線方向に移動可能に設けられた可動弁体を、形状記憶材料よりなる感温バネとバイアスバネとにより軸線方向の両側から付勢するように構成されている湯水混合栓に関するものである。

この種の湯水混合栓は、水栓本体内に設けられた水側弁座及び湯側弁座と、これら両弁座に選択的に接離するように前記水栓本体内に同軸上で軸線方向に移動可能に設けられた可動弁体と、この可動弁体の上流側および下流側の水栓本体内にそれぞれ形成された湯流入室及び湯水混合室と、前記可動弁体を湯側弁座と接近する方向に付勢するように前記湯水混合室側に設けられた形状記憶材料よりなる感温バネと、この感温バネの付勢力に対抗させて前記可動弁体を水側弁座と接近する方向に付勢するように前記湯流入室側に設けられたバイアスバネと、前記水栓本体の一端に設けられ前記バイアスバネを介して可動弁体を軸線方向に移動させることにより湯水混合水の設定温度を調整する温調ハンドルと、を備えて構成されている。そして、従来一般の湯水混合栓においては、前記バイアスバネとして、図５に示すように、その軸線方向の全長にわたって等ピッチで螺旋状に巻回されてほぼ一定のバネ定数を有するように作製された単一のコイルバネ７０が使用されていた。

しかし、このようにバネ定数がほぼ一定の単一コイルバネ（バイアスバネ）を使用してなる従来一般の湯水混合栓では、前記バイアスバネのバネ定数を湯水混合水の温度（以下、吐水温度という）が４０℃付近で安定するようなバネ定数に選択すると、温調ハンドルの回転角度が限られるために、高温の吐水域、例えば最高温度に設定すべく温調ハンドルを全開位置に回転操作してもバイアスバネ７０の付勢力（押し返す力）が不足気味になり、意図した最高温度の吐水温度が得られない。すなわち、設定温度を高くすると、感温バネが圧縮されて該感温バネの付勢力が増大されることになり、この感温バネの付勢力増大に伴い可動弁体が水側弁座から離間する方向に移動され、その結果、冷水が湯水混合室に流入して、高温吐水域での温度調整を正確に行うことができないという問題がある。
また、等ピッチのバイアスバネ７０は、温調ハンドルがいかなる回転角度にあり、可動弁体が軸線方向のどの位置にある場合もそのバネ定数がほとんど一定であるために、感温バネと共振しやすく、共振すると、早いタイミングでハンチングが起き易いという問題もある。

このような従来一般の湯水混合栓が有する問題を解決するために、従来、次に示すような構成の湯水混合栓が提案されている。すなわち、図６〜図８に示すように、水栓本体６６内に湯側弁座６０及び水側弁座６１を設けるとともに、これら両弁座６０，６１に選択的に接離されるように水栓本体６６内に同軸上で軸線方向に移動可能な可動弁体６２を設け、この可動弁体６２を湯側弁座６０と接近する方向に付勢する形状記憶材料よりなる感温バネ６３と、この感温バネ６３の付勢力に対抗するように前記可動弁体６２を水側弁座６１と接近する方向に付勢する一対のバイアスバネ６４，６５とを設け、これらのバイアスバネ６４，６５を介して可動弁体６２を軸線方向に移動させることにより湯水混合水の設定温度を調整する温調ハンドル（図示省略する）を設けてなる湯水混合栓であって、前記一対のバイアスバネ６４，６５は水栓本体６６内に同軸上にて並列して設けられた外径及び長さの異なるコイルバネからなる。そして、この従来提案の湯水混合栓では、可動弁体６２が低温吐水域に位置するときは、図６に示すように、その可動弁体６２に対して両バイアスバネ６４，６５の付勢力が作用しなくなり、可動弁体６２が中温吐水域に位置するときは、図７に示すように、可動弁体６２に対して一方のバイアスバネ６４のみの付勢力が作用し、また、可動弁体６２が高温吐水域に位置するときは、図８に示すように、可動弁体６２に対して両バイアスバネ６４，６５の付勢力が作用するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１３３８４８号公報

上記の特許文献１で示される従来提案の湯水混合栓は、一対のバイアスバネ６４，６５を用い、これらバネ６４，６５を温調ハンドルの回転操作による設定温度に応じて変則的に動作させることにより、可動弁体６２が高温吐水域に位置した状態では、一対のバイアスバネ６４，６５による大きな付勢力を可動弁体６２に作用させて、感温バネ６３の付勢力に十分に対抗させることが可能であり、感温バネ６３が大きく圧縮されてその付勢力が増大されても、可動弁体６２が水側弁座６１から離間する方向に移動されて冷水が湯水混合室に流入し高温吐水域での温度調整を正確に行うことができないという問題、並びに、バネ定数が異なる一対のバイアスバネ６４，６５はもともと振動が発生しにくく、感温バネ６３との共振に起因するハンチングの発生という従来一般の湯水混合栓が有する問題を解決することができる。

しかしながら、特許文献１で示される従来提案の湯水混合栓は、外径及び長さの異なる二つのバイアスバネ６４，６５を用いる必要があるだけでなく、水栓本体６６内にそれら二つのバイアスバネ６４，６５を同軸（同芯）上に保持させるために水栓本体６６内の構造を大幅に改造することも必要で、部品点数の面からも製作加工面からもコスト高になるとともに、水栓本体６６内への組み付け作業にも手間がかかり、さらに、外径の異なる二つのバイアスバネ６４，６５を水栓本体６６内に組み込むために、水栓本体６６の必要外径も自ずと大きくなり、湯水混合栓全体が大型化しやすいという問題があった。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、コストの低減及び組付け作業の容易化、さらには、全体の小型化を図りながら、高温吐水域での温度調整を正確に行え、かつ、早いタイミングでのハンチングの発生を防止することができる湯水混合栓を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る湯水混合栓は、水栓本体内に設けられた水側弁座及び湯側弁座と、これら両弁座に選択的に接離するように前記水栓本体内に同軸上で軸線方向に移動可能に設けられた可動弁体と、この可動弁体の上流側および下流側の水栓本体内にそれぞれ形成された湯流入室及び湯水混合室と、前記可動弁体を湯側弁座と接近する方向に付勢するように前記湯水混合室側に設けられた形状記憶材料よりなる感温バネと、この感温バネの付勢力に対抗させて前記可動弁体を水側弁座と接近する方向に付勢するように前記湯流入室側に設けられたバイアスバネと、前記水栓本体の一端に設けられ前記バイアスバネを介して可動弁体を軸線方向に移動させることにより湯水混合水の設定温度を調整する温調ハンドルとを備えた湯水混合栓において、前記バイアスバネが、前記温調ハンドルを介して可動弁体を前記湯側弁座と水側弁座との中間位置に移動させたときのバネ定数よりも前記可動弁体を湯側弁座に接触する付近の位置まで移動させたときのバネ定数が大きくなるように、少なくとも大小二段のバネ定数を有する単一のバネから構成されていることを特徴としている。

上記のような特徴構成を有する本発明では、感温バネの付勢力に対抗するバイアスバネとして、温調ハンドルを介して可動弁体を湯側弁座と水側弁座との中間位置に移動させたときのバネ定数よりも可動弁体を湯側弁座に接触する付近の位置まで移動させたときのバネ定数が大きくなるような少なくとも二段のバネ定数を有する単一バネを用い、この単一バイアスバネを温調ハンドルの回転操作による設定温度に応じて変則的に動作させるようにしているので、中温吐水域付近では、吐水温度を設定温度に安定よく維持することができるのはもとより、高温吐水域では、バイアスバネによる大きな付勢力を可動弁体に作用させて当該高温吐水域で圧縮により付勢力が増大されている感温バネの付勢力に十分に対抗させることが可能であり、したがって、可動弁体が水側弁座から離間する方向に移動されて冷水が湯水混合室に流入することを防いで、高温吐水域において意図した最高温度の吐水温度を容易かつ正確に確保することができる。
また、バイアスバネのバネ定数が変化するので、このバイアスバネが感温バネと共振して振動を起きしにくくなり、早いタイミングでハンチングが発生することも防止できる。

しかも、本発明では、特許文献１で示される従来提案の湯水混合栓が使用していた外径及び長さの異なる二つのバイアスバネが果すところの正確な温度調整機能及びハンチング防止機能を、単一のバイアスバネで果たすことができるので、部品点数の削減が図れるとともに水栓本体内にも特別な構造改造を施す必要がなく、これによって、湯水混合栓全体のコスト低減並びに組付け作業性の向上も図ることができ、加えて、水栓本体内には単一のバイアスバネを組み込めるスペースがあればよいので、水栓本体の必要外径も小さくなり、湯水混合栓全体の小型化を実現できるという効果を奏する。

特に、本発明においては、湯水混合栓の実用的な使用態様からみて、前記バイアスバネとして、前記可動弁体が４０℃付近の設定温度になるように移動されたときのバネ定数よりも前記可動弁体が最高温度付近の設定温度になるように移動されたときのバネ定数が大きくなるように構成されていることが望ましい。

また、本発明において使用する大小二段のバネ定数を有する単一のバイアスバネとしては、可動弁体の移動方向に不等ピッチで螺旋状に巻回されたコイルバネ（請求項３）、あるいは、可動弁体の移動方向に等ピッチまたはほぼ等ピッチで、かつ、その移動方向に漸次径を変化させて巻回された円錐バネ（請求項４）のいずれであってもよいが、上述したような温度調整動作時における同軸維持及び製作加工面から考えると、不等ピッチで螺旋状に巻回されたコイルバネの使用がより好ましい。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、例えば浴室の壁面に設置され、シャワーヘッドまたは蛇口等の吐水管に水、湯または湯水混合水を供給して吐出する湯水混合栓Ａの全体断面図を示す。

図１において、１は筒状の水栓本体で、その一端に水、湯または混合水に供給して吐出・止水機能と流量調整機能を有する切替ハンドル２が設けられているとともに、他端に湯水混合水の温度調節機能を有する温調ハンドル３が設けられている。これら温調ハンドル３及び切替ハンドル２は、操作時に水栓本体１の軸芯Ｘまわりに回動可能に構成されている。また、前記水栓本体１は、一端に後述する切替ユニット４の挿入用開口１ａを有する一方、他端に後述する温調ユニット６の挿入用開口１ｂを有する。

前記切替ハンドル２に接続可能な切替ユニット４は、前記開口１ａを介して水栓本体１の内部に該水栓本体１の軸芯Ｘと同軸になるように挿入配置される。５は切替表示リングである。また、前記温調ハンドル３に接続可能な温調ユニット６は、前記開口１ｂを介して水栓本体３１の内部に該水栓本体１の軸芯Ｘと同軸になるように挿入配置される。

前記水栓本体１は、湯配管（図示せず）に連通するように湯配管用継手７が着脱可能に装着された湯接続口８と、水配管（図示せず）に連通するように水配管用継手９が着脱可能に装着された水接続口１０と、Ｌ字型のシャワーホース用継手１１が着脱可能に装着されたシャワーホース接続口１２とが上面側に形成されているとともに、下面側には、吐水管用継手（図示せず）が着脱可能に装着された水、湯または混合水の吐水管接続口を有する。図１において、１１１は、水配管から水栓本体１に流入する水流入路を示し、１１２で示す実線矢印は、水栓本体１内を環状に流れる水の環状流路を示し、１１３で示す点線矢印は湯配管から水栓本体１に流入し、さらに、後述する可動弁体と後述する湯側弁座との隙間を通り湯流入室Ｓから前記可動弁体に形成された中央孔を通って湯水混合室Ｒに至る湯流入路を示し、１１４で示す一点鎖線矢印は、前記水の環状流路１１２から前記可動弁体と後述する水側弁座との隙間を通り湯水混合室Ｒに至る水流入路を示す。

１５は前記切替ユニット４の筒状外ケースで、水栓本体１内に該水栓本体１と同軸の横置き状態で設けられている。この外ケース１５は、樹脂製で筒状水栓本体１の内壁に０リングなどのシール部材１６を介して水密状態に固定されており、この外ケース１５と水栓本体１間に前記水の環状流路１１２が形成されている。なお、前記外ケース１５は、湯水混合室Ｒと吐水管接続口を連通する連通孔及び湯水混合室Ｒとシャワーホース接続口を連通する連通孔とを有する。

１７は前記切替ユニット４の筒状内ケースで、前記外ケース１５内に水栓本体１と同軸の横置き状態で設けられている。この内ケース１７には吐水管連通用切欠およびシャワーホース連通用切欠が形成され、内ケース１７内に設けた筒状の回動部材としての金属製切替バルブ１８が、前記切替ハンドル２の切替操作により切替栓棒１９を介して、吐水管側あるいはシャワーホース側に、内ケース１７の前記吐水管連通用切欠またはシャワーホース連通用切欠を介して水栓本体１の軸芯Ｘのまわりに切り替わるように構成されている。

一方、前記温調ユニット６は、切替ユニット４の外ケース１５の端部にシール可能に当接する端部を有し水栓本体１との間に前記水の環状流路１１２を形成する筒状の外ケース２０と、この外ケース２０内に設けられた筒状のハウジング２１とを主として備えている。前記筒状ハウジング２１は、可動弁体２２を軸線方向に移動可能に収容する筒状の弁体収容部材２３と、前記温調ハンドル３及び可動弁体２２間に水栓本体１と同軸の横置き状態で設けられた筒状の固定ガイド部材２４と、これら両者２３，２４を内側からシール可能に接続するように設けた筒状の接続部材２５とから構成される。前記弁体収容部材２３は、可動弁体２２を介して切替ユニット４側に形成される湯水混合室Ｒの一部を有し、また、可動弁体２２を介して温調ユニット６側に形成される湯流入室Ｓを有し、さらに、可動弁体２２をリング状の湯側弁座２６と接近する方向に付勢する形状記憶材料よりなる感温バネ２７を湯水混合室Ｒの一部に有する。前記湯側弁座２６は接続部材２５の一方端面で可動弁体２２が対向する側に形成されている。

一方、固定ガイド部材２４は、内部に温調ハンドル３の回転操作に連動して回転操作される温調栓棒２８を有するとともに、この温調栓棒２８の回転に伴って可動弁体２２と離接する軸線方向に移動される移動部材２９を収容するとともに、前記温調栓棒２８の回転に伴ってこの移動部材２９を軸線方向に移動するスクリュー棒３０を内部に有する。そして、可動弁体２２を水側弁座３１側に付勢するよう可動弁体２２の感温バネ２７とは反対側の湯流入室Ｓ内、具体的には、固定ガイド部材２４と接続部材２５間にわたりバイアスバネ３２が設けられている。このバイアスバネ３２は、移動部材２９の一方端面と可動弁体２２の先端面内側に取り付けたバネ受け部材３３との間に介設されている。前記水側弁座３１は、弁体収容部材２３の段差部分である内周小径位置に形成されている。そして、湯水混合水の設定温度調整のたびに、温調ハンドル３を回転させることにより、バイアスバネ３２を軸線方向に伸縮させて設定温度である湯水混合水の吐水温度を調整設定するように前記温調栓棒２８と移動部材２９が設けられている。

上記のような基本構成を有する湯水混合栓Ａにおいて、前記バイアスバネ３２は、図２に明示するように、前記可動弁体２２の移動方向に不等ピッチ（Ｐ１≠Ｐ２≠Ｐ３≠Ｐ４≠Ｐ５≠Ｐ６≠Ｐ７）で螺旋状に巻回して作製された単一のコイルバネからなり、これによって、４０℃付近の設定温度のときのバネ定数よりも、４０℃よりも高温の吐水域で最高温度付近の設定温度のときのバネ定数が大きくなるように構成されている。具体的に、この実施の形態で用いたバイアスバネ（コイルバネ）３２は、１．６ｍｍの線径を有するＳＵＳ製線材を長さ方向両端の細ピッチ部有効巻数が１．２５Ｔ、中間の粗ピッチ部有効巻数が２．５０Ｔ、総巻数が５．７５Ｔ（座各１Ｔ）で、かつ、コイル外径ＤがΦ１２．４±０．１ｍｍ、全長Ｌが２０．６７ｍｍとなるように螺旋状に巻回することによって作製されている。

ところで、湯水混合栓Ａでは湯水混合水の設定温度が大になるにつれて、温調ハンドル３の回転角度を大きくしていき、この温調ハンドル３の回転量の増大によってバイアスバネ３２に与えられる荷重が大きくなればなるほどバネ長Ｌが短くなり、それに伴ってバイアスバネ３２が発生する付勢力も増大して行く。

図３は、前記のように作製されたバイアスバネ３２のバネ長対バネ荷重の特性図を示しており、同図からも明らかなように、例えば吐水温度が４０℃よりは低い低温の吐水域のときは温調ハンドル３の回転によってバイアスバネ３２に与えられる荷重が３８（Ｎ）のときバネ長が１７．５ｍｍであるが、吐水温度が４０℃付近の中温度の吐水域のときは温調ハンドル３の回転によってバイアスバネ３２に与えられる荷重は５０．０（Ｎ）でバネ長は１６．５ｍｍとなる。このように、低温及び中温の吐水域ではバネ長と荷重の測定値がほぼ同じ勾配を持った直線Ｂ上に位置するバネ定数となるとともに、吐水温度が４０℃よりも高い高温の吐水域のときは温調ハンドル３の回転によってバイアスバネ３２に与えられる荷重が１１５．０（Ｎ）でバネ長が１２．７ｍｍになる。すなわち、高温の吐水域ではバネ長と荷重の測定値がほぼ同じ勾配を持ち、前記直線Ｂよりも勾配の大きい直線Ｃ上に位置するバネ定数となる。

このように、吐水温度４０℃付近のバネ定数よりも、高温の吐水域、例えば最高温度付近のバネ定数が大きく（強く）なるように二段のバネ定数を有する単一のバイアスバネ３２を用いることにより、吐水温度４０℃付近の安定性を維持しながら、温調ハンドル３の全開操作時のバイアスバネ３２の付勢力（押し返す力）を感温バネ２７の付勢力よりも大きくすることができ、意図した最高温度の吐水温度を確保することができる。また、バイアスバネ３２は温度調整動作に伴いそのバネ定数が変化するので、感温バネ２７との共振による振動が抑えられハンチングの発生を防止することができる。

さらに、従来提案の湯水混合栓において、二つのバイアスバネの使用で果たしていた正確な温度調整機能と、早いタイミングでのハンチング防止機能とを、単一のバイアスバネ３２で果たすことができるので、部品点数の削減及び水栓本体１内における特別な構造改造の不要化によって、湯水混合栓Ａ全体のコスト低減並びに組付け作業性の向上も図ることができ、さらに、水栓本体１内には単一のバイアスバネ３２を組み込めるスペースがあればよいので、水栓本体１の必要外径も小さくなり、湯水混合栓Ａ全体の小型化を実現できる。

また、温調ユニット６の外ケース２０と水栓本体１とで水の環状流路１１２を形成している。そのため、湯流入室Ｓの湯により弁体収容部材２３を介して外ケース２０に湯による熱が伝導しても水の環状流路１１によって最も外側の水栓本体１にはその熱が伝わらず、やけど等の火傷を防止し使用の安全性をより高めることができる。

なお、上記実施の形態では、単一のバイアスバネとして不等ピッチのコイルバネ３２を用いたが、これに代えて、図４に示すように、可動弁体２２の移動方向に等ピッチまたはほぼ等ピッチで、かつ、その移動方向に漸次径を変化させて巻回させた円錐バネ４２を用いてもよい。この場合、当該円錐バネ４２はその径の変化率の工夫によって、上記実施の形態で示した不等ピッチのコイルバネ（バイアスバネ）３２と同様に、４０℃付近の設定温度のときのバネ定数よりも、４０℃よりも高温の吐水域で最高温度付近の設定温度のときのバネ定数が大きくなるような二段のバネ定数を有するように構成されている。

また、本発明では、バネ定数が変化する単一のバイアスバネであれば、上記不等ピッチのコイルバネ３２、円錐バネ４２に限るものではない。さらに、バイアスバネ３２として、バネ定数が４０℃付近の設定温度のときよりも、最高温度付近の設定温度のときの方が大きく（強く）なるように構成されたものを示したが、高温の吐水域において二つ以上の異なるバネ定数を持つように構成してもよく、この場合は高温になるほど強いバネ定数を持つように構成することは勿論である。

本発明に係る湯水混合栓の実施形態を示す全体断面図である。 本発明に係る湯水混合栓の主要構成であるバイアスバネの拡大側面図である。 図２に示すバイアスバネのバネ長さ対バネ荷重特性図である。 本発明に係る湯水混合栓の主要構成であるバイアスバネの他の例を示す拡大側面図である。 従来一般の湯水混合栓で用いられていたバイアスバネを示す拡大側面図である。 従来提案の湯水混合栓における低温吐水域の動作を示す要部の拡大断面図である。 前記従来提案の湯水混合栓における中温吐水域の動作を示す要部の拡大断面図である。 前記従来提案の湯水混合栓における高温吐水域の動作を示す要部の拡大断面図である。

符号の説明

１ 水栓本体
３ 温調ハンドル
２２ 可動弁体
２６ 湯側弁座
２７ 感温バネ
３１ 水側弁座
３２ バイアスバネ
Ｓ 湯流入室
Ｒ 湯水混合室

Claims (4)

1. 水栓本体内に設けられた水側弁座及び湯側弁座と、これら両弁座に選択的に接離するように前記水栓本体内に同軸上で軸線方向に移動可能に設けられた可動弁体と、この可動弁体の上流側および下流側の水栓本体内にそれぞれ形成された湯流入室及び湯水混合室と、前記可動弁体を湯側弁座と接近する方向に付勢するように前記湯水混合室側に設けられた形状記憶材料よりなる感温バネと、この感温バネの付勢力に対抗させて前記可動弁体を水側弁座と接近する方向に付勢するように前記湯流入室側に設けられたバイアスバネと、前記水栓本体の一端に設けられ前記バイアスバネを介して可動弁体を軸線方向に移動させることにより湯水混合水の設定温度を調整する温調ハンドルとを備えた湯水混合栓において、前記バイアスバネが、前記温調ハンドルを介して可動弁体を前記湯側弁座と水側弁座との中間位置に移動させたときのバネ定数よりも前記可動弁体を湯側弁座に接触する付近の位置まで移動させたときのバネ定数が大きくなるように、少なくとも大小二段のバネ定数を有する単一のバネから構成されていることを特徴とする湯水混合栓。
2. 前記バイアスバネは、前記可動弁体が４０℃付近の設定温度になるように移動されたときのバネ定数よりも、前記可動弁体が最高温度付近の設定温度になるように移動されたときのバネ定数が大きくなるように構成されている請求項１に記載の湯水混合栓。
3. 前記バイアスバネが、可動弁体の移動方向に不等ピッチで螺旋状に巻回されたコイルバネである請求項１または２に記載の湯水混合栓。
4. 前記バイアスバネが、可動弁体の移動方向に等ピッチまたはほぼ等ピッチで、かつ、その移動方向に漸次径を変化させて巻回された円錐バネである請求項１または２に記載の湯水混合栓。

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