JP2008025632A

JP2008025632A - 湯水混合弁

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Publication number: JP2008025632A
Application number: JP2006196086A
Authority: JP
Inventors: Koji Shimizu; 晃治清水
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】軸方向の長さが短くてコンパクトであり、且つ混合水温度を正確に検知し得て混合水の温度制御を高い精度で行い得る形状記憶合金製の感温ばねを用いた湯水混合弁を提供する。
【解決手段】混合水の温度を調節する混合弁体２０と、混合水の温度を感知して混合弁体２０に対する付勢力を変化させる形状記憶合金製の感温ばね３２と、感温ばね３２による付勢方向とは逆方向に混合弁体２０を付勢するバイアスばね４６と、を備えて混合水を設定温度に自動調節する湯水混合弁１０において、感温ばね３２及びバイアスばね４６のそれぞれをゼンマイ式ばねとなす。
【選択図】図３

Description

この発明はサーモスタット式の湯水混合弁に関し、詳しくは混合水の温度を感知する感温ばねとして形状記憶合金製のばねを用いたものに関する。

従来、混合水を設定温度に自動調節するサーモスタット式の湯水混合弁として、(イ)水流入口及び湯流入口と、(ロ)流入した水と湯とを混合する混合室と、(ハ)位置移動によって水流入口からの水流入量と、湯流入口からの湯流入量との比率を変化させて混合水の温度を調節する混合弁体と、(ニ)混合水の温度を感知して混合弁体に対する付勢力を変化させ、混合水の温度が設定温度より高温側であるとき混合弁体に対する付勢力を増大させ、混合水の温度を低下させる方向に混合弁体を移動させる形状記憶合金製の感温ばねと、(ホ)感温ばねによる付勢方向とは逆方向に混合弁体を付勢するバイアスばねと、を備えたものが公知である。

例えば下記特許文献１に、この種のサーモスタット式の湯水混合弁が開示されている。
図８はその具体例を示している。
同図において２００はケーシング，２０２及び２０４はそれぞれ水流入口及び湯流入口で、２０６は混合弁体である。
水流入口２０２と湯流入口２０４とから流入した水と湯とは、混合室２０８に流入してそこで混合され、その混合水が流出口２１０から図中右向きに流出する。
そして混合弁体２０６は、図中左右の位置移動によって水流入口２０２と湯流入口２０４との開度を変化させ、以って水流入口２０２からの水流入量と湯流入口２０４からの湯流入量との比率を変化させる。

混合室２０８内には、形状記憶合金製の圧縮コイルばねからなる感温ばね２１２が配設されており、その感温ばね２１２によって混合弁体２０６が図中左向きに付勢されている。
この感温ばね２１２は、混合室２０８内の混合水の温度に応じて図中左向きの付勢力を変化させる。
即ち、混合水の温度が設定温度よりも高くなると付勢力を増大させて、混合弁体２０６を図中左向きに微小移動させ、水流入口２０２の開度を広くする一方、湯流入口２０４の開度を狭くする。即ち水の流入量を多く、湯の流入量を少なくそれぞれ変化させる。

また一方、混合水の温度が設定温度よりも低いときは、混合弁体２０６に対する付勢力を小さくして、混合弁体２０６を図中右向きに微小移動させ、水流入口２０２の開度を狭くする一方、湯流入口２０４の開度を広くして水の流入量を少なく、湯の流入量を多くそれぞれ変化させる。

２１４は回転操作軸であって、端部に回転ハンドル２１６が取り付けられている。
回転操作軸２１４は円筒部２１８を有している。円筒部２１８の内周面には雌ねじが形成されており、そこに駆動部材２２０の外周面の雄ねじが螺合されている。

駆動部材２２０は、通常の金属製の圧縮コイルばねからなる第１バイアスばね２２２，第２バイアスばね２２４の付勢力を変化させることによって、混合弁体２０６の位置を図中左右方向にシフトさせる。
詳しくは、回転操作軸２１４の回転によって駆動部材２２０を押し込む方向（図中右方向）に移動させると、第１バイアスばね２２２及び第２バイアスばね２２４が圧縮されて付勢力を高め、ここにおいて感温ばね２１２と第１バイアスばね２２２及び第２バイアスばね２２４による付勢力との均衡が破れて、即ち第１バイアスばね２２２及び第２バイアスばね２２４による付勢力が感温ばね２１２の付勢力に打ち勝って、混合弁体２０６を釣合い位置から図中右向きにシフトさせる。

混合弁体２０６は、そのシフト位置において感温ばね２１２による感温動作に基づいて水流入口２０２，湯流入口２０４の開度を変化させ、水流入量と湯流入量との混合比率を調節し、混合室２０８内の混合水、即ち流出口２１０から流出する混合水の温度を設定温度に自動調節する。

この例に示しているように、従来の湯水混合弁にあっては感温ばね及びバイアスばねとして圧縮コイルばねが用いられており、この場合、感温ばね及びバイアスばねが軸方向に広いスペースを占めることとなって、湯水混合弁が必然的に軸方向に長くなり、大型化してしまうといった問題があった。
また圧縮コイルばねからなる感温ばねの場合、必ずしも混合水の温度を正確に感知しなかったり、或いは軸方向（図中右方向）に流れる水，湯或いは混合水の流動圧の影響を受けてしまい、混合水の温度制御の精度が必ずしも十分で無いといった問題があった。

詳しくは、図８の圧縮コイルばねからなる感温ばね２１２の場合、混合水の温度が低温域であるときには、図９（Ａ）に示しているように軸方向に収縮した状態にあり、このときコイルの一巻き（巻線）ごとの軸方向の間隔は狭く、従って図中矢印で示す方向に混合水が流れるとき、感温ばね２１２は外周面と内周面については混合水に良好に接触するものの、コイルの各巻線の間の部分は隙間が狭く或いは各巻線が接触した状態となるために、その部分には混合水が流入し辛く、そのために外周面と内周面以外の部分では混合水の温度を良好に感知せず、その結果として感温ばね２１２は全体として混合水の温度感知が十分鋭敏でなく、その付勢力の変化が混合水の温度の変化に正確に対応しなくなってしまう。
そしてこのことによって、混合水の温度制御の精度が低下してしまう。詳しくは低温域においては、流出口２１０から流出する混合水の温度が設定温度に対して高くなってしまう。

一方混合水の温度が高温域であるとき、感温ばね２１２は図９（Ｂ）に示しているように軸方向に伸びた状態にあり、特にこのような状態の下では、感温ばね２１２は純粋に混合水の温度の作用を受けるだけでなく、矢印で示す図中右方向の混合水等の流れの流動圧を受けて軸方向に収縮する傾向となり、またその収縮の程度も流量の大小即ち流動圧の大小に応じて変化する。

そしてこの場合にも感温ばね２１２は、その付勢力の変化が純粋に混合水の温度の変化に対応せず、従って混合水の温度制御の精度が不十分となってしまう。
加えてこの圧縮コイルばねからなる感温ばね２１２は軸方向に長さが長いため、特に図９（Ｂ）に示しているように軸方向に伸びた状態にあるときには、混合水の流入側の端と流出側の端とで混合水の温度の感知の仕方が異なってくる。

具体的には、感温ばね２１２の図中左端側では混合直後の混合水の温度を感知し、また図中右端側では混合直後から一定距離流れた後の混合水の温度を感知することとなり、混合水の温度変化を鋭敏に必ずしも拾わなくなる。
このこともまた、混合水の温度制御の精度を低くする要因となる。

特開２００４−８５０１２号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、軸方向の長さが短くてコンパクトであり、且つ混合水温度を正確に検知し得て、混合水の温度制御を高い精度で行い得る形状記憶合金製の感温ばねを用いたサーモスタット式の湯水混合弁を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、(イ)水流入口及び湯流入口と、(ロ)流入した水と湯とを混合する混合室と、(ハ)位置移動によって該水流入口からの水流入量と、該湯流入口からの湯流入量との比率を変化させて混合水の温度を調節する混合弁体と、(ニ)前記混合室内に配置され該混合水の温度を感知して前記混合弁体に対する付勢力を変化させ、混合水の温度が設定温度より高温側であるとき該混合弁体に対する付勢力を増大させ、混合水の温度を低下させる方向に該混合弁体を移動させる形状記憶合金製の感温ばねと、(ホ)該感温ばねによる付勢方向とは逆方向に前記混合弁体を付勢するバイアスばねと、を備えて前記混合水を設定温度に自動調節する湯水混合弁において、前記感温ばね及びバイアスばねのそれぞれをゼンマイ式ばねとなしたことを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記混合弁体を、軸周りに回転して前記水流入量と湯流入量との比率を変化させる回転式の弁体となしてあることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、形状記憶合金製の感温ばね及びバイアスばねとしてそれぞれゼンマイ式ばねを用い、サーモスタット式の湯水混合弁を構成したものである。
かかる本発明によれば、感温ばね及びバイアスばねの何れもが軸方向長の短いものであるため、湯水混合弁を軸方向長の短い薄型に構成でき、湯水混合弁をコンパクトとなすことができる。

またゼンマイ式ばねからなる感温ばねは、混合水の温度が低温域から高温域の何れの温度域にあっても、その全体にわたって各部を満遍なく均一に混合水に接触させることができ、混合水の温度を正確に感知し得て、その付勢力を混合水温度の変化に応じて追従性高く大小変化させることができる。

またゼンマイ式ばねからなる感温ばねは、混合水に対する軸方向の接触長が短いものであるから、圧縮コイルばねからなる感温ばねと異なって混合水の流れの方向の特定部分で混合水に接触して温度を感知するため、混合水の温度の変化を鋭敏に感知することができる。

加えてこのゼンマイ式ばねからなる感温ばねは、混合水等の軸方向の流れ即ちその流動圧によって大きく変形したり、或いは流動圧の大小によってその変形の程度を異ならせてしまうといったことが特に無く、従って本発明の湯水混合弁の場合、流動圧の大小の影響を排除し得て、正しく混合水の温度だけを正確に感知でき、これにより混合水の温度制御を精度高く行うことが可能となる。

本発明においては、ゼンマイ式ばねからなる感温ばねとして平板状のもの、詳しくは平板材をゼンマイ形状（渦巻形状）に巻回した形状のものを好適に用いることができる。
このようにすれば、混合水に対する感温ばねの接触表面積を大となし得て、混合水の温度を更に正確に感知することができ、混合水の温度の変化に正確に追従して、その付勢力を変化させるようになすことができる。

本発明においては、感温ばねの付勢力の大小変化に基づいて混合弁体を直接又は運動変換機構を介して軸方向に移動させるようになすことも可能であるが、特に本発明では、混合弁体を感温ばねの付勢力の大小変化に基づいて軸周りに回転して水流入量と湯流入量との比率を変化させる回転式の弁体としておくことが望ましい（請求項２）。

このようにしておけば、混合弁体自体が軸方向の混合水等の流れの流動圧を受けて軸方向に位置移動してしまい、このことによって混合水の温度制御が悪化してしまうのを良好に防止でき、混合水の温度制御の精度を更に効果的に高めることができる。
また混合弁体をこのような回転式の弁体とすることで、湯水混合弁の軸方向長を更に短くすることができ、湯水混合弁をよりコンパクト化することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１〜図４において、１０は本実施形態のサーモスタット式の湯水混合弁で、１２はそのケーシングである。
ケーシング１２は円筒形状をなしており、その周壁部に沿って図中右側に水流入口１４が、左側に湯流入口１６がそれぞれ周方向に位置をずられて所定周長に亘って形成されている。
このケーシング１２にはまた、軸方向両端部の内周面に雌ねじ１８が形成されている。
２０は混合弁体で、この実施形態では混合弁体２０は回転式の弁体として構成されている。
この混合弁体２０は、円筒部２２と中心部の軸部２４とを有しており、それらが一体に回転するようになっている。

円筒部２２は、図２にも示しているようにケーシング１２の内周面に回転可能に嵌合されているとともに、その外周面の軸方向中間位置にシール部材としてＯリング２６が保持されており、このＯリング２６のケーシング１２内周面への弾性接触によって、円筒部２２とケーシング１２との間が、図中右側と左側とに区画されている。即ち円筒部２２とケーシング１２との間の図中右側の空間と左側の空間とが、Ｏリング２６にて水密にシールされている。

図３に示しているように、混合弁体２０における円筒部２２の図中右側には水流入口２８が、また左側には湯流入口３０がそれぞれ周方向に位置をずらせて且つそれぞれ所定周長に亘って形成されている。

３２は形状記憶合金製のゼンマイ式ばねからなる感温ばねで、ここでは形状記憶合金製の平板ばね材、詳しくは帯状の平板ばね材を軸線周りにゼンマイ状（渦巻状）に回曲して構成してある。
この感温ばね３２には、外周端と内周端とのそれぞれに折曲形状の係止部３４，３６が設けてある。

３８は感温ばね３２を内部に収容する端部部材であって、その内周面の所定箇所に係止溝４０が設けてあり、この係止溝４０に感温ばね３２の外周端の係止部３４が係止されて、かかる係止部３４が端部部材３８に対し回転方向に固定されている。
この端部部材３８は円筒形状をなしており、軸方向一端部（図中右端部）の外周面には雄ねじ４４が形成されていて、この雄ねじ４４がケーシング１２の図中左端部の雌ねじ部１８にねじ結合されている。

上記感温ばね３２の今一方の係止部である内周端の係止部３６は、混合弁体２０における中心部の軸部２４に設けられた係止溝４２に係止され、かかる内周端の係止部３６が混合弁体２０の軸部２４、即ち混合弁体２０と一体に回転するようになっている。
以上のようにして感温ばね３２は、固定側である端部部材３８と回転運動する混合弁体２０とにまたがって介装され、混合弁体２０に対して図中反時計方向に付勢力を及ぼす。
尚、混合弁体２０における円筒部２２の内側及び端部部材３８の内側は、図２に示しているように混合室４５とされている。

４６は、混合弁体２０を感温ばね３２の付勢方向とは逆方向に付勢するバイアスばねで、このバイアスばね４６もまたゼンマイ式ばねにて構成されている。
具体的にはこの実施形態では、通常の金属製の平板ばね材、詳しくは帯状をなす平板ばね材を軸線周りにゼンマイ状（渦巻状）に回曲して構成してある。
そしてその外周端と内周端とのそれぞれには折曲形状の係止部４７，４８が設けてある。
内周端の係止部４８は混合弁体２０における軸部２４の係止溝５０に係止され、かかる係止部４８が混合弁体２０と一体に回転するようになっている。
一方外周端の係止部４７は、図２（Ｃ）に示しているようにハンドル５２の内周面の係止溝５４に係止され固定されている。

５６はケーシング１２の図中右端部を閉鎖する蓋で有底円筒形状をなしており、図中左端部の外周面には雄ねじ４４が形成されていて、この雄ねじ４４がケーシング１２の雌ねじ１８にねじ結合されている。
この蓋５６には中心部に挿通孔５８が設けられており、図２にも示しているように混合弁体２０における軸部２４が、この挿通孔５８を挿通している。

軸部２４にはまた、図中右端部に小径部６０が形成されており、この小径部６０が、ハンドル５２の嵌合孔６２に回転可能に嵌合されている。
ハンドル５２は有底円筒形状の回転式のハンドルであって、その内部にバイアスばね４６が収容されている。
この実施形態ではハンドル５２を回転させることで、混合弁体２０に対するバイアスばね４６の付勢力が強く又は弱く変更され、これに基づいて混合弁体２０の回転位置が時計方向又は反時計方向にシフトする。

次に本実施形態の湯水混合弁の作用を説明する。
この実施形態では、ケーシング１２の水流入口１４，湯流入口１６及び混合弁体２０の水流入口２８，湯流入口３０を通じて水と湯とが混合弁体２０の内部に流入し、そしてそれらの混合水が図２の流出口６４から図中左方向に流出する。
このとき、感温ばね３２はその混合水の温度を感知し、図２（Ｂ）に示しているようにその温度に基づいて混合弁体２０に対する図中矢印に示す反時計方向の付勢力を変化させる。
即ち混合水の温度が設定温度よりも高くなると付勢力を増大させて混合弁体２０を図中反時計方向に微小移動させ、図５の（Ｉ）から（II）及び図６の（Ｉ）から（II）への変化で表わしているように、ケーシング１２における水流入口１４と弁体２０における水流入口２８との重複面積を増大させて水の流入量を多くするとともに、ケーシング１２の湯流入口１６と弁体２０における湯流入口３０の重複面積を少なくして湯の流入量を少なくそれぞれ変化させる。

また一方、混合水の温度が設定温度よりも低いときには、混合弁体２０に対する付勢力を小さくして、混合弁体２０を図中時計回りに微小移動させ、水の流入量を少なくする一方、湯の流入量を多くそれぞれ変化させる。
一方ハンドル５２を図２（Ｃ）に示すように図中反時計方向に回転操作すると、その回転の力がバイアスばね４６を介して混合弁体２０に伝えられ、混合弁体２０の回転位置が図中反時計方向にシフトされる。

即ち、ハンドル５２の回転によって感温ばね３２とバイアスばね４６の付勢力の均衡が破れてバイアスばね４６による付勢力が感温ばね３２の付勢力に打ち勝ち、混合弁体２０がそれらの釣合い位置から図中反時計方向にシフトされる。
混合弁体２０は、そのシフト位置において感温ばね３２による感温動作に基づいて水流入量と湯流入量との比率を調節し、混合水の温度をハンドル５２の回転操作による設定温度に自動調節する。

以上のような本実施形態では、感温ばね３２及びバイアスばね４６の何れもが軸方向長の短いものであるため、湯水混合弁１０を軸方向長の短い薄型に構成でき、湯水混合弁１０をコンパクトとなすことができる。

またゼンマイ式ばねからなる感温ばね３２は、混合水の温度が低温域から高温域の何れの温度域にあっても、その全体にわたり各部を満遍なく均一に混合水に接触させることができ、混合水の温度を正確に感知し得て、その付勢力を混合水温度の変化に応じて追従性高く大小変化させることができる。

またゼンマイ式ばねからなる感温ばね３２は、混合水に対する軸方向の接触長が短いものであるから、圧縮コイルばねからなる感温ばねと異なって混合水の流れの方向の特定部分で混合水に接触して温度を感知するため、混合水の温度の変化を正確に感知することができる。

加えてこのゼンマイ式ばねからなる感温ばね３２は、軸方向に流れる混合水等の流動圧によって大きく変形したり或いは流動圧の大小によってその変形の程度を異ならせてしまうといったことが特に無く、従って本実施形態の湯水混合弁１０の場合、流動圧の大小の影響を排除し得て、正しく混合水の温度だけを正確に感知でき、これにより混合水の温度制御を精度高く行うことが可能となる。

本実施形態では、平板材を渦巻形状に巻回した形状の感温ばね３２を用いているため、混合水に対する感温ばね３２の接触表面積を大となし得て、混合水の温度を更に正確に感知することができ、混合水の温度の変化に正確に追従してその付勢力を変化させることができる。

また本実施形態においては、感温ばね３２の付勢力の大小変化に基づいて混合弁体２０を軸周りに回転させて水流入量と湯流入量との比率を変化させるようになしてあるため、混合弁体２０自体が軸方向の混合水等の流れの流動圧を受けて軸方向に位置移動してしまい、このことによって混合水の温度制御が悪化してしまうのを良好に防止でき、混合水の温度制御の精度を更に効果的に高めることができる。
また混合弁体２０をこのような回転式の弁体とすることで、湯水混合弁１０の軸方向長を更に短くすることができ、湯水混合弁１０をよりコンパクト化することができる。
加えて本実施形態では混合弁体２０を回転式の弁体として構成してあるため、混合弁体を軸方向に移動させる場合に比べて、混合弁体２０の移動時のＯリング２６による摺動抵抗を小さく抑えることができる利点も有する。

図７は、ゼンマイ式ばねからなる感温ばね３２を、上記実施形態と異なって円錐ないしこれに近い形状で構成した例を示している。
このうち図７（Ａ）のものは、内周側の小径部即ち頂部が外周部に対し図中矢印で示す混合水の流れの方向に対し下流側に位置するようになした例である。
この場合、水流入部及び湯流入部からの流れの方向に沿ってより遠い位置で混合水の温度を感知できるため、より正確な混合水の温度感知が可能である。

但し（Ｂ）に示しているように内周側の小径部、即ち頂部を外周部よりも混合水の流れの方向に対し上流側に位置するようになしても良い。
また（Ｃ）に示しているように水流解析の結果に基づき、混合水における高温，中温，低温の温度分布に合わせてゼンマイばねの形状を定めることもできる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明は例えば弁体を軸方向に移動させて混合水の温度調節を行うようになすことも場合により可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の一実施形態である湯水混合弁の全体斜視図である。同実施形態の湯水混合弁の断面図である。同実施形態の湯水混合弁を各部品に分解して示す斜視図である。同実施形態の湯水混合弁を各部品に分解して示す断面図である。同実施形態の作用説明図である。図５の作用状態を断面図で示した図である。本発明の他の実施形態の図である。従来の湯水混合弁の断面図である。従来の不具合を説明するための図である。

符号の説明

１０湯水混合弁
１４水流入口
１６湯流入口
２０混合弁体
３２感温ばね
４５混合室
４６バイアスばね

Claims

(イ)水流入口及び湯流入口と
(ロ)流入した水と湯とを混合する混合室と
(ハ)位置移動によって該水流入口からの水流入量と、該湯流入口からの湯流入量との比率を変化させて混合水の温度を調節する混合弁体と
(ニ)前記混合室内に配置され該混合水の温度を感知して前記混合弁体に対する付勢力を変化させ、混合水の温度が設定温度より高温側であるとき該混合弁体に対する付勢力を増大させ、混合水の温度を低下させる方向に該混合弁体を移動させる形状記憶合金製の感温ばねと
(ホ)該感温ばねによる付勢方向とは逆方向に前記混合弁体を付勢するバイアスばねと
を備えて前記混合水を設定温度に自動調節する湯水混合弁において
前記感温ばね及びバイアスばねのそれぞれをゼンマイ式ばねとなしたことを特徴とする湯水混合弁。
請求項１において、前記混合弁体を、軸周りに回転して前記水流入量と湯流入量との比率を変化させる回転式の弁体となしてあることを特徴とする湯水混合弁。