JP2011226554A - 電動弁装置およびそれを用いた給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を向上させた電動弁装置およびそれを用いた給湯機を提供すること。
【解決手段】流体通路（１０１、１０２）、前記流体通路（１０１、１０２）に連通する弁穴１０３を有する弁本体１０５と、前記弁本体１０５内に配設され開口部１０６を有する弁体１０８と、減速機構を有する電動駆動装置１１０と、制御装置９４とを備え、前記電動駆動装置１１０により前記弁体１０８を回転させることで、前記開口部１０６と前記弁穴１０３とで形成される貫通部の面積を変化させて流出流量を変化させるとともに、前記流出流量変化開始時は、前記開口部１０６の一端にて前記弁穴１０３を閉塞し始める場合と、前記開口部１０６の他端にて前記弁穴１０３を開口し始める場合とを有することを特徴とする電動弁装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスや石油や電気を熱源とする給湯機や、大気熱と電気を熱源とするヒートポンプ給湯機などの給湯機に用いられ、給湯機の給湯流量を調整する電動弁装置の制御に関するものである。

従来、この種の電動弁装置としては、弁体に開けられた穴と流路面とでできる貫通面積を制御することによって給湯流量を調整する構成としていることが多い。高温の湯と水とを混合して設定した温度の湯にする目的のために使用されているものがある。（例えば、特許文献１参照）。

また、浴槽に湯を張る機能がある給湯機では、カランなどの給湯端末で給湯中に浴槽に注湯するとき、前記給湯端末の流量に影響があり給湯温度が変動するという課題があった。この課題を防止するために、注湯の流量を制御する目的のために使用されているものもある。

図１５は従来の電動弁装置を示したものである。同図において、流体の流入する流体通路１００、１０１の途中に弁穴１０３を有する弁座１０４を形成した弁本体１０５の内部に開口部１０６を具備した弁体１０８を備えた構成としている。また、電動駆動装置１１０はモータと複数の歯車（図示せず）から成り、弁体駆動軸１０９によって弁体１０８と接続されている。

そして電動駆動装置１１０は弁体駆動軸１０９を軸として、弁体１０８を回転させる。このときに形成される弁体１０８の開口部１０６と、流体通路１００、１０１に対応する弁穴１０３とによって出きるそれぞれの貫通面積の割合を変化させて、流体通路１００から入ってくる流体Ｌと流体通路１０１から入ってくる流体Ｍの混合比率を変化させ、流体Ｌと流体Ｍの混合流体Ｎを流体通路１０２から吐出させる。実際の使用としては、例えば、流体通路１００に高温の湯を供給し、流体通路１０１に市水を供給し、弁体１０８の開口部１０６の位置を最適位置に制御することによって、所定の温度の湯を流体通路１０２から吐出して給湯利用する。

図１６に従来の他の電動弁装置を示す。上記図１５と異なるところは、流体通路１００がないことである。また、電動駆動装置１１０の構成の一例を示した。同図おいて、ステッピングモータなどの駆動部１１１は減速機構である歯車機構によって減速され、最終的に弁体駆動軸１０９によって、弁体１０８を回転させる構成である。

なお、電動駆動装置１１０は制御装置９４によって制御される。一例として、３段歯車機構を示す。第一の歯車１１２はステッピングモータなどの駆動部１１１の駆動軸に固定されている。また、第二と第三の歯車１１３、１１４は同軸で固定され、同様に第四と第五の歯車１１５、１１６は同軸で固定さている。そして、第六の歯車１１７は前記弁体駆動軸１０９と同軸で固定されている。

さらに、第一、第二の歯車１１２、１１３で一段目、第三、第四の歯車１１４、１１５で二段目および第五、第六の歯車１１６、１１７で三段目の変速を行う。なお、上記歯車の材質としては、機械的性質が優れ、摩擦係数が小さく、耐摩耗性にすぐれたポリアセタールが使用されることが多い。

図１７は、横軸に弁体駆動軸１０９を回転軸とする弁体１０８の回転角度を取り、縦軸に流量を取って、弁体の回転角度に対する流体の流量変化を示したものである。なお、原点とする回転角度は流量が最大になる弁体１０８の位置であり、図１７では同図の上の図で回転角度がＸの位置になる。

この図で、太い実線の円弧は弁体１０８の非開口部１０７を示し、点線は開口部１０６を示す。通常、弁体１０８は回転角度Ｘの位置にある。そして、カランなどの給湯端末で給湯中に浴槽への注湯の要求がある（同時給湯）と、制御装置９４は、弁体１０８を回転角度Ｙの位置まで回転するように、駆動部１１１を駆動させる。この位置は弁体１０８の非開口部１０７が流体通路１０１の一部を塞ぐので、回転角度Ｘのときよりも流体の流量は減少する。

その結果、カランなどの給湯端末で給湯流量と給湯温度の変動を少なくすることができる。さらに、給湯端末での給湯か、または浴槽への注湯が終了すると、制御装置９４は、弁体１０８を回転角度Ｘの位置になるように駆動部１１１を駆動する。結局、弁体１０８は、回転角度ＸとＹとの間を往復することになる。

上記のような目的で電動弁装置を使用するならば、浴槽への湯張り、その後の足し湯（浴槽に湯を足す）、足し水（浴槽に水を足す）など１日に５回あるとしても１０年で数万回程度の往復運動になる。弁体１０８は弁体駆動軸１０９を通して第六の歯車１１７と接続されているので、第六の歯車１１７も弁体１０８の回転角度ＸとＹに対応する同じ角度で同じ回数だけ回転している。

特開２０１０−７７２５号公報

電動駆動装置１１０の３段歯車機構の中で、第六の歯車１１７は最も減速された歯車であるので、伝動トルクは最大である。そのため、歯の根元には大きな力がかかる。図１６で示す従来の技術の場合、浴槽への注湯などを対象としているため、前記した往復運動の回数を基に耐久性を考えて歯車機構の歯の設計を行い、電動駆動装置１１０としての小型化や軽量化を図り、製品コストについても最適化を図っている。

しかしながら、前記従来の構成では、給湯端末へ給湯しているときに注湯する時の給湯温度変化を防止するという目的以外で、さらに、使用頻度の大きい目的で使用する場合には、最も電動トルクの大きい第六の歯車１１７の歯が欠ける（欠歯）という耐久性に課題が生じる場合があり、量産性のある従来の電動駆動装置１１０を使用できなくなる。

また、この欠歯を防ぐためには、歯幅を大きくする必要があり、電動駆動装置１１０が大きくなってしまう。結果として、給湯機における電動弁装置の設置位置の自由度が小さくなり、時には給湯機が大きくなってしまうという課題も有する。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、耐久性を向上させた電動弁装置およびそれを用いた給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動弁装置は、流体通路、前記流体通路に連通する弁穴を有する弁本体と、前記弁本体内に配設され開口部を有する弁体と、減速機
構を有する電動駆動装置と、制御装置とを備え、前記電動駆動装置により前記弁体を回転させることで、前記開口部と前記弁穴とで形成される貫通部の面積を変化させて流出流量を変化させるとともに、前記流出流量変化開始時は、前記開口部の一端にて前記弁穴を閉塞し始める場合と、前記開口部の他端にて前記弁穴を開口し始める場合とを有することを特徴とするもので、電動駆動装置の減速機構である歯車の使用する歯を分散化でき、耐久性を向上させることが出きる。

本発明によれば、耐久性の向上を実現する電動弁装置およびそれを用いた給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１における電動弁装置の構成図 同形態における弁体と弁体駆動軸の構成図 同形態における弁体の回転角度に対する流量変化を示す特性図 同形態における歯車の使用領域を示す説明図 本発明の実施の形態２における給湯機の構成図 同形態における弁体の回転角度に対する流量変化を示す特性図 同形態における経過時間に対する流量変化を示す特性図 同形態におけるシャワーヘッドから出た湯の体に当たる場所の説明図 同形態における給湯機の他の構成図 同形態における弁体の回転角度に対する流量変化を示す特性図 同形態における経過時間に対する流量変化を示す特性図 同形態における振幅と周波数に対するシャワー感を説明する説明図 同形態における官能評価試験結果を示す特性図 同形態における節水率に対する流量変化特性の違いを説明した説明図 従来の電動弁装置の構成図 従来の他の電動弁装置の構成図 同電動弁装置の弁体の回転角度に対する流量変化を示す特性図

第１の発明は、流体通路、前記流体通路に連通する弁穴を有する弁本体と、前記弁本体内に配設され開口部を有する弁体と、減速機構を有する電動駆動装置と、制御装置とを備え、前記電動駆動装置により前記弁体を回転させることで、前記開口部と前記弁穴とで形成される貫通部の面積を変化させて流出流量を変化させるとともに、前記流出流量変化開始時は、前記開口部の一端にて前記弁穴を閉塞し始める場合と、前記開口部の他端にて前記弁穴を開口し始める場合とを有することを特徴とする電動弁装置で、減速機構である歯車機構の最も駆動トルクの大きい歯車の使用部分を分散化できるので、耐久性の向上を図ることができる。

第２の発明は、前記流出流量変化の開始時の、前記開口部の一端にて前記弁穴を閉塞し始める場合と、前記開口部の他端にて前記弁穴を開口し始める場合との、回数頻度を略同一としたことを特徴とする電動弁装置で、減速機構である歯車を、異なる位置にて均等に使用することで、歯車の耐久性の向上を図ることができる。

第３の発明は、前記流出流量低下開始前は、前記流出流量が最大になる位置で弁体を待機させることを特徴とする電動弁装置で、電動弁装置が故障しても流体の流出が可能であり、利便性の向上になる。

第４の発明は、熱源部と、シャワー等の給湯端末に給湯する給湯管路とを備え、前記給
湯管路と第１〜３のいずれかの発明の電動弁装置とを接続したことを特徴とする給湯機で、シャワー装置の故障によるメンテナンスを少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における電動弁装置の構成図であり、この構成は、図１６の従来の技術の他の電動弁装置と同様の構成となる。なお、図１６の従来の技術と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

弁体１０８は開口部１０６と非開口部１０７とから成り、従来の技術で説明したように、電動駆動装置１１０は弁体駆動軸１０９を軸として、弁体１０８を回転させる。このときに形成される弁体１０８の開口部１０６と弁穴１０３とによってできる貫通面積の割合を変化させて、流体通路１０１から流入する流体の流量を制御し、流体通路１０２から流出させる。

図２は弁体１０８と弁体駆動軸１０９とを示す。同図の上段の図は弁体１０８の側面の展開図であり、下段の図はＦＦ断面図である。同図では開口部１０６の一例として略長方形の形を示した。また、開口部１０６には回転方向に第一の端面１１８と第二の端面１１９とを有する構成となっている。

図３は、横軸に弁体駆動軸１０９を回転軸とする弁体１０８の回転角度を取り、縦軸に流量を取って、弁体の回転角度に対する流体の流量変化を示したものである。なお、原点とする回転角度は、同図の上の図Ａで示される弁体１０８の位置で、流量が最大になる位置であり、流体通路１０１に対して開口部１０６が対照になる位置である。

そして、弁体１０８を弁体駆動軸１０９に向かって時計と同じ回転方向（ＣＷ）に回転していくと同図の上の図Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと変化し、またもとのＡに戻る。同図からわかるように、電動弁装置を流れる流量は、Ａ−Ｂ間とＥ−Ａ間で最大で、Ｃ−Ｄ間で最小（閉止）となる。そして、Ｂ−Ｃ間（同図の領域１）とＤ−Ｅ間（同図の領域２）の回転角度領域では、流量が回転角度に対して変化している。

すなわち、弁体１０８を回転させることで、流量制御が可能な領域が領域１と領域２との２箇所存在する。また、領域１では、弁座１０４の弁穴１０３の内側を第一の端面１１８が通過するに従って、開口部１０６と弁穴１０３とでできる貫通面積が変化し、その結果、流量が変化している。領域２では、弁座１０４の弁穴１０３の内側を第二の端面１１９が通過するに従って、開口部１０６と弁穴１０３とでできる貫通面積が変化し、その結果、流量が変化している。

このように、開口部の異なる端面（第一の端面１１８と第二の端面１１９）を使用して前記貫通面積を制御すれば、従来の技術で示した図１７のように１箇所の領域を使用する場合に比べて、最も駆動トルクの大きい歯車（この場合は第六の歯車１１７）の同じ歯を使用する頻度を１／２にすることが可能である。回転方向を時計の回転とは逆方向（ＣＣＷ）にすると、Ａ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｂ、Ａと変化する。流量最大、最小、変化する領域は時計方向に回転させた場合と同様である。

図４は、第五の歯車１１６と第六の歯車１１７の組み合わせにおける第六の歯車１１７の歯の使用領域の概略を示したものである。図３の領域１、領域２がそれぞれ図４の領域１、領域２に相当する。なお、図１の場合は３段歯車機構としているので、ステッピング
モータなどの駆動部１１１の回転方向を、必要とする弁体１０８の回転方向とは逆方向に回転させればよい。すなわち、弁体を時計と同じ回転方向（ＣＷ）に回転させるときは、駆動部１１１の回転方向を時計の回転とは逆方向（ＣＣＷ）にし、弁体を時計の回転とは逆方向（ＣＣＷ）に回転させるときは、駆動部１１１の回転方向を時計と同じ回転方向（ＣＷ）にする。

第六の歯車１１７の同じ歯を使用する頻度を１／２にするには次のようにすればよい。流量制御の要求がない状態のとき、制御装置９４は、弁体１０８の待機位置を図３で示すＡになるように、駆動部１１１を駆動する。そして、流量制御の要求があれば、制御装置９４は、弁体１０８を時計方向に回転させ、領域１において、第一の端面１１８の位置を変化させることによって前記貫通面積を変化させ流量制御を行う。

流量制御の要求が終了すると、制御装置９４は、弁体１０８をＡの位置に戻し、次の流量制御の要求を待つ。そして、次に流量制御の要求があれば、弁体１０８を反時計方向に回転させ、領域２において、第二の端面１１９の位置を変化させることによって前記貫通面積を変化させ流量制御を行う。流量制御の要求が終了すると、弁体１０８をＡの位置に戻し、次の流量制御の要求を待つ。

この動作を繰り返せば、従来の場合に比べ、同じ歯を使用する頻度を１／２にすることが可能である。なお、Ａの位置検出については、従来から用いられている磁石とホール素子（図示せず）を使用すれば容易に行うことができる。上記のように、１回の給湯開始から終了まで使用する端面を交互に使用すれば、異なる位置の歯車を確実に均等に使用することができ、歯車の耐久性の向上を図ることができる。

１回の給湯開始から終了までで使用する端面を変えなくても、日が変われば使用する端面を変えるようにしても異なる位置の歯車を均等に使用することができ、歯車の耐久性の向上を図ることができる。このように適当に規則性を持った制御をすれば、異なる位置の歯車を均等に使用することができ、歯車の耐久性の向上を図ることができる。

また、流量制御が終了したら、前記貫通面積が最大になり、万が一、電動弁装置が故障しても、給湯が可能であり、利便性が向上する。図３の上の図Ａで示される弁体１０８の位置で、流量が最大になる位置であり、流体通路１０１に対して開口部１０６が対照になる位置であれば、回転方向がＣＷでもＣＣＷでもどちらの方向にも弁体１０８をすぐに移動させることができるので、すばやい制御が可能である。

また、図２に示した弁体１０８では、開口部１０６として、１つの略長方形を用いたが、長方形である必要はない。流量制御の内容や流路の形状などで最適な形状を設定すればよい。 さらに開口部１０６は複数あっても良い。１つよりもより使用領域を分散化でき、更なる耐久性向上が図れる可能性がある。

このようにすれば、最も駆動トルクの大きい負荷側の歯車（図１では第六の歯車１１７）の同一歯の使用頻度を半減することが可能であるため、歯の磨耗を少なくすることができ、また、曲げ応力が歯にかかる頻度も半減するので、歯車の歯が欠けることが少なくなり、耐久性が向上する。また、耐久性を向上させるために、ステッピングモータや歯車機構など電動駆動装置１１０を新規に開発する必要もない。

（実施の形態２）
図５は、本実施の形態１における電動弁装置を備えた給湯機の構成図である。図５おいて、本実施の形態２の給湯機は、給水管路３１から送られてくる水を加熱する熱源部２９と流量制御部２２と給湯管路４０とから構成されている。

前記流量制御部２２は、前記給湯管路４０に備えられ水の流量を検出する流量検出手段４３と水の流量を調整する流量調整手段４４と、シャワー利用者の好みの流量や使用上限流量を設定する基準流量設定手段４６と、実際に使用する流量を設定する節水流量設定手段４７と、流量検出手段４３と基準流量設定手段４６と節水流量設定手段４７とからの信号で流量調整手段４４の動作を制御する制御装置２３とから構成されている。

また、給湯管路４０にはカランなどの給湯端末４２やシャワーヘッド４５などが配管接続されている。なお、流量調整手段４４としては、請求項１記載の電動弁装置により形成される。この電動弁装置はステッピングモータなどのモータで弁体を駆動し水流路断面積を変化させることによって所定の流量に制御することができる。

以上のように構成された給湯機について、以下にその動作、作用を説明する。図５において、シャワーの使用者がシャワーを浴びる前に、基準流量設定手段４６でシャワー流量の使用上限流量または、通常シャワーで使用している好みの流量（基準流量）を設定し、さらに、節水流量設定手段４７で実際に使用する節水流量を設定する。

このとき、節水流量は前述基準流量より少ない流量に設定するものとする。たとえば、前述の基準流量を最大流量として、節水流量Ｒｓを基準流量Ｒｋに対する給湯比率Ｙ（Ｙ＝Ｒｓ／Ｒｋ［％］）で設定するようにすれば良い。そして、シャワーの給湯回路を開くと、制御装置２３は流量検出手段４３からの信号でそのときの流量を計測する。

さらに、節水流量設定手段４７で設定した節水流量になるように、流量調整手段４４を調整する。そして、流量が節水流量になると、制御装置２３は節水流量を中心として周期的に流量を変化させるために流量調整手段４４を制御する。すなわち、流量調整手段４４である電動弁装置の弁体を節水流量の位置を中心に開閉を繰り返すように制御する。

図６は、図１の流量調整手段４４である電動弁装置を用いた場合の弁体１０８の上述動作を示したものである。同図は、図３と同様、横軸に弁体駆動軸１０９を回転軸とする弁体１０８の回転角度を取り、縦軸に流量を取って、弁体の回転角度に対する流量変化を示したものである。

なお、原点とする回転角度は、図３の上の図Ａで示される弁体１０８の位置で、流量が最大になる位置であり、流体通路１０１に対して開口部１０６が対照になる位置である。また、点ａ、ｂはそれぞれ節水流量、基準流量になる回転角度の状態を示す。

先ず、給湯がない場合には、制御装置２３は、駆動部１１１を駆動させて、弁体１０８を図６に示す点ｏ（原点）の位置になるように回転させ、この位置で待機する。そして、シャワー利用者がシャワー給湯を開始すると、制御装置２３は流量検出手段４３からの信号でそのときの流量を計測する。

そして、流量がほぼ安定したら、制御装置２３は、節水流量になる位置を検出するために、流量検出手段４３からの信号で流量を計測しながら駆動部１１１を駆動させて弁体１０８を同図に示す点ａの位置になるようにＣＷ方向に回転させる。そして、この回転位置［ａ］を記憶する。さらに、基準流量になる位置を検出するために、流量検出手段４３からの信号で流量を計測しながら駆動部１１１を駆動させて弁体１０８を同図に示す回転位置［ｂ］の位置になるように回転させる。

そして、この回転位置［ｂ］を記憶する。２つの回転位置［ａ］、［ｂ］から、同図に示す振幅ΔＳに相当する弁体１０８の回転角度を用いて、流量変化の最小流量の回転位置
［ｃ］を求める。すなわち、回転位置［ａ］から［ｂ］への変化分の２倍の角度を逆方向に回転させる。

制御装置２３は、駆動部１１１を駆動させて、弁体１０８を回転位置［ｃ］の位置になるように回転させる。その後、所定の周期で前記２倍の角度分をＣＷ，ＣＣＷ交互に回転方向を変化させて回転させる。この場合は図６に示す領域１に相当するので、図４における第六の歯車１１７の領域１の部分の歯を使用することになる。

次にシャワー使用者がシャワーを止めるためにシャワー給湯を停止した場合は次のように動作する。制御装置２３が流量検出手段４３からの信号で計測した流量が所定の流量（例えば流量５Ｌ／分）以下になったらシャワーが終了したと判断し、制御装置２３は駆動部１１１を駆動させて弁体１０８を図６に示す点ｏ（原点）の位置になるように回転させる。そして、次のシャワー給湯があるまで待機する。

そして、シャワー利用者がシャワー給湯を開始すると、制御装置２３は流量検出手段４３からの信号でそのときの流量を計測する。そして、流量がほぼ安定したら、制御装置２３は、節水流量になる位置を検出するために、流量検出手段４３からの信号で流量を計測しながら駆動部１１１を駆動させて弁体１０８を同図に示す点ａ’の位置になるようにＣＣＷ方向に回転させる。

そして、この回転位置［ａ’］を記憶する。さらに、基準流量になる位置を検出するために、流量検出手段４３からの信号で流量を計測しながら駆動部１１１を駆動させて弁体１０８を同図に示す回転位置［ｂ’］になるように回転させる。そして、この回転位置［ｂ’］を記憶する。２つの回転位置［ａ’］、［ｂ’］から、同図に示す振幅ΔＳに相当する弁体１０８の回転角度を用いて、流量変化の最小流量の回転位置［ｃ’］を求める。

すなわち、回転位置［ａ’］から［ｂ’］への変化分の２倍の角度を逆方向に回転させるように、制御装置２３は、駆動部１１１を駆動させて、弁体１０８を回転位置［ｃ’］になるように回転させる。その後、所定の周期で前記２倍の角度分をＣＷ，ＣＣＷ交互に回転方向を変化させて回転させる。この場合は図６に示す領域２に相当するので、図４における第六の歯車１１７の領域２の部分の歯を使用することになる。

このように一回のシャワーが終了する度に異なる歯を使用するので、歯の磨耗が少なくなり、曲げ応力が歯にかかる頻度も少なくなるので、歯車の耐久性つまり給湯機の耐久性が向上する。１回のシャワー開始から終了までで使用する端面を変えなくても、日が変われば使用する端面を変えるようにしても異なる位置の歯車を均等に使用することができ、歯車の耐久性の向上を図ることができる。このように適当に規則性を持った制御をすれば、異なる位置の歯車を均等に使用することができ、歯車の耐久性の向上を図ることができる。

また、流量制御が終了したら、前記貫通面積が最大になり、万が一、電動弁装置が故障しても、給湯が可能であり、利便性が向上する。図３の上の図Ａで示される弁体１０８の位置で、流量が最大になる位置であり、流体通路１０１に対して開口部１０６が対照になる位置であれば、回転方向がＣＷでもＣＣＷでもどちらの方向にも弁体１０８をすぐに移動させることができるので、すばやい制御が可能である。

なお、基準流量設定手段４６としては、流量入力部（図示せず）とこの流量入力部で設定された値を表示する表示部（図示せず）を備えたものがある。このときシャワー利用者は基準流量を、表示部に表示される数値を見ながら、前記流量入力部（例えば、テンキー入力や増加減できるキー）を操作して設定する。あるいは、周囲に数値（流量）表示があ
るダイヤルまたはスライド入力部（図示せず）を用いて基準流量を設定してもよい。

さらに、節水流量設定手段４７としても上記で説明した入力部（図示せず）と表示部（図示せず）とを備えたものでもよいし、ダイヤルまたはスライド入力部を備えたものでも良い。このとき節水流量設定手段４７で設定する対象としては、実際にシャワーで使用する節水流量（変化する流量の平均流量）であっても良いし、前述したように基準流量に対する比率（給湯比率）であっても良いし、基準流量より減少させたい流量の基準流量に対する比率（節水率）であっても良い。

また、基準流量設定手段４６で設定する基準流量と節水流量設定手段４７で設定する節水流量とは、シャワーを使用するたびに設置する必要はなく、最初に一度設定をし、その後、必要に応じて再設定すればよい。また、シャワー流量の好みは、人によって大きく異なる可能性がある。家族など使用する人が複数の場合は、例えば、基準流量設定手段４６で設定する基準流量を、複数の人の中で好み流量が最大の人の流量に合わすようにすれば、家族全員がシャワーの使用感を落とさずに使用することができる。

図７は横軸に経過時間をとり、縦軸にそのときのシャワー流量をとって、時間に対するシャワー流量の変化を示したものである。同図で、経過時間Ｔ１でシャワー給湯が開始され、経過時間Ｔ２で節水流量（同図のＲｓ）になったことが確定し、経過時間Ｔ３で基準流量（同図のＲｋ）が確定し、その後、シャワー流量を周期Ｔｓで変化させている。

この時の周波数（Ｆｓ＝１／Ｔｓ）は後述するように約１〜３Ｈｚである。また、基準流量をＲｋ、給湯比率をＹとした場合、振幅を、Ｒｋ×（１００−Ｙ）／１００とすれば、流量変化の最大値が基準流量と同等になるので、使用者のシャワー感を損なうことが少ない。

図８はシャワー流量を変化させた場合のシャワーヘッド４５からの湯の出方を示したものである。同図の左図はシャワーヘッド１を穴が見える側から見た図である。湯が出る穴（たとえば４５ａ、４５ｂなど）が開けられている。同図の右図はシャワーヘッドから出た湯が体などに当たるまでの軌跡の一部と当たる場所を示したものである。

前述したように、流量調整手段４４である電動弁装置の弁体を節水流量の位置を中心に開閉を繰り返すとそれに対応してシャワーヘッド４５の内部の圧力が変化する。すなわち、前記弁体を流路面積が小さくなる方向に移動すると、シャワーヘッド４５の内部の圧力は低下する。逆に、前記弁体を流路面積が大きくなる方向に移動すると、シャワーヘッド４５の内部の圧力は増加する。

ただし、前記弁体と圧力の変化とは時間遅れがある。この圧力変動に応じてシャワーヘッドから出た湯の軌跡も変化する。図８の点線は、シャワーヘッド４５の穴４５ａからで出た湯の軌跡を示したものであり、中央の点線を中心に上下の点線で示される範囲で変化する。

そして、体に当たる部分は、同図のＡで示す略長方形になる。同様に、穴５ｂから出た湯の体に当たる部分は同図のＢで示す略長方形になる。その他の穴から出た湯についても同様になる。結局、流量を変化させずに一定の軌跡を描く場合に比べて、シャワーヘッドから出た湯が体に当たる面積が増加することになる。

このように、シャワー流量を変化させると、体に当たる面積が大きくので、通常使用している一定流のシャワーの場合と比較して、シャワー感をほぼ同等に維持し、さらに石鹸やシャンプーのすすぎ落としの性能も維持して、節水の効果が得られる。さらに、使用湯
量が少なくなる分、沸き上げる湯量が減少するので省エネルギーの効果もある。

なお、経過時間に対するシャワー流量の変化を説明した図７では、流量の変化の最大値と基準流量とをほぼ同等の流量にしていたが、流量の変化の最大値を基準流量よりも大きくしても良い。この場合、最大流量付近のときにシャワーの強さが大きく感じられ、シャワー感も維持されるので、快適性が維持される。

図５ではシャワー利用者が基準流量設定手段４６によって基準流量を設定する構成としていたが、以下に述べるようにシャワー使用者自身が設定せずに自動的に設定することもできる。図９において、図５と異なる点は、基準流量設定手段４６は流量検出手段４３からの信号で流量を検出し、それを基に基準流量を決定する。また、給湯機にリモコン９を設け、このリモコンの機能の一つとして、節水流量設定手段４７の機能を具備する構成としていることである。

以上のように構成された給湯機について、以下にその動作、作用を説明する。図９において、シャワーの使用者がシャワーを浴びる前に、節水流量設定手段４７の機能を具備するリモコン９を操作して節水流量を設定する。節水流量としては直接流量を設定してもよいが、後述する基準流量に対して減少させる率（節水率）を設定しても良い。ここでは節水率を設定するものとする。

シャワーの使用者がリモコン９を操作して節水率を設定すると、制御装置２３は、流量調整手段４４である電動弁装置の弁体を所定の位置に移動させる。所定の位置とは、後述するように、節水流量を中心に弁体を移動（回転）するために必要な回転代を設けるためであり、例えば、前記電動弁装置の弁体が全開のときの流量に対して約８０〜９０％程度になる位置に設定する。

そして、シャワーの給湯回路を開くと、制御装置２３は流量検出手段４３が検出した信号を用いてそのときの流量を計測する。そして、流量検出手段４３の検出した流量が安定してから所定の時間ΔＴが経過した時点の流量を基準流量として決定する。この基準流量はすなわちシャワー使用者の好みの流量である。

制御装置２３は、この決定された基準流量と先に設定された節水率とから節水流量を求める。節水率をＺ、基準流量をＲｋとすると、節水流量Ｒｓは、Ｒｓ＝Ｒｋ×（１−Ｚ／１００）のようになる。

そして、制御装置２３は、節水流量Ｒｓを中心として周期的に流量を変化させるために流量調整手段４４を制御する。すなわち、流量調整手段４４である電動弁装置の弁体を節水流量の位置を中心に開閉を繰り返すように制御する。

図１０は、図１の流量調整手段４４である電動弁装置を用いた場合の弁体１０８の上記動作を示したものである。同図は、図３と同様、横軸に弁体駆動軸１０９を回転軸とする弁体１０８の回転角度を取り、縦軸に流量を取って、弁体の回転角度に対する流量変化を示したものである。

なお、原点とする回転角度は、図３の上の図Ａで示される弁体１０８の位置で、流量が最大になる位置であり、流体通路１０１に対して開口部１０６が対照になる位置である。また、点ａ、ｂはそれぞれ基準流量、節水流量になる回転角度の状態を示す。

先ず、給湯がない場合には、制御装置２３は、駆動部１１１を駆動させて、弁体１０８を図１０に示す点ｏ（原点）の位置になるように回転させ、この位置で待機する。そして
、シャワー使用者がリモコン９に設けた節水流量設定手段４７で節水率を設定すると、制御装置２３は、駆動部１１１を駆動させて、弁体１０８を図１０に示す回転位置［ａ］の位置になるように回転させ、この位置で待機する。

その後、シャワー利用者がシャワー給湯を開始すると、制御装置２３は流量検出手段４３からの信号でそのときの流量を計測する。そして、流量がほぼ安定したらシャワー流量を確定し、この確定流量を基準流量（Ｒｋ）とする。さらに、この基準流量とリモコン９で設定した節水率（Ｚ％）から節水流量Ｒｓを算出する。

そして、制御装置２３は、節水流量になる位置を決定するために、流量検出手段４３からの信号で流量を計測しながら駆動部１１１を駆動させて弁体１０８を同図に示す点ｂの位置になるようにＣＷ方向に回転させる。そして、この回転位置［ｂ］を記憶する。２つの回転位置［ａ］、［ｂ］から、同図に示す振幅ΔＳに相当する弁体１０８の回転角度を用いて、流量変化させた時の最小流量の回転位置［ｃ］を求める。

すなわち制御装置２３は、駆動部１１１を駆動させて、回転位置［ａ］から［ｂ］への変化分の角度を同じＣＷ方向に回転させ、弁体１０８を回転位置［ｃ］になるようにする。その後、所定の周期で、回転位置［ａ］から［ｂ］への変化分の２倍の角度分をＣＣＷ，ＣＷ交互に回転方向を変化させて回転させる。この場合は図１０に示す領域１に相当するので、図４における第六の歯車１１７の領域１の部分の歯を使用することになる。

次にシャワー使用者がシャワーを止めるためにシャワー給湯を停止した場合は次のように動作する。制御装置２３が流量検出手段４３からの信号で計測した流量が所定の流量（例えば流量５Ｌ／分）以下になったらシャワーが終了したと判断し、制御装置２３は駆動部１１１によって弁体１０８をＣＣＷ方向に回転させ、点ｏを通り越して点ａ’の位置になるように回転させる。このときの回転位置は［ａ’］である。

そして、次のシャワー給湯があるまで待機する。そして、シャワー利用者がシャワー給湯を開始すると、制御装置２３は流量検出手段４３からの信号でそのときの流量を計測する。そして、流量がほぼ安定したらシャワー流量を確定し、この確定流量を基準流量（Ｒｋ）とする。さらに、この基準流量とリモコン９で設定した節水率（Ｚ％）から節水流量Ｒｓを算出する。

そして、制御装置２３は、節水流量になる位置を検出するために、流量検出手段４３からの信号で流量を計測しながら駆動部１１１を駆動させて弁体１０８を同図に示す点ｂ’の位置になるようにＣＣＷ方向に回転させる。そして、この回転位置［ｂ’］を記憶する。２つの回転位置［ａ’］、［ｂ’］から、同図に示す振幅ΔＳに相当する弁体１０８の回転角度を用いて、流量変化させた時の最小流量の回転位置［ｃ’］を求める。

すなわち、制御装置２３は、駆動部１１１を駆動させて、回転位置［ａ’］から［ｂ’］への変化分の角度を同じＣＣＷ方向に回転させ、弁体１０８を回転位置［ｃ’］になるようにする。その後、所定の周期で、回転位置［ａ’］から［ｂ’］への変化分の２倍の角度分をＣＷ，ＣＣＷ交互に回転方向を変化させて回転させる。この場合は図１０に示す領域２に相当するので、図４における第六の歯車１１７の領域２の部分の歯を使用することになる。

次にシャワー使用者がシャワーを止めるためにシャワー給湯を停止した場合は次のように動作する。制御装置２３が流量検出手段４３からの信号で計測した流量が所定の流量（例えば流量５Ｌ／分）以下になったらシャワーが終了したと判断し、制御装置２３は駆動部１１１によって弁体１０８をＣＷ方向に回転させ、点ｏを通り越して点ａの位置になる
ように回転させる。そして、次のシャワー給湯があるまで待機する。

このように一回のシャワー毎に異なる歯を使用するので、歯の磨耗が少なくなり、曲げ応力が歯にかかる頻度も少なくなるので、歯車の耐久性が向上する。

図１１は横軸に経過時間をとり、縦軸にそのときのシャワー流量をとって、経過時間に対するシャワー流量の変化を示したものである。経過時間Ｔ１でシャワー給湯が開始され、経過時間Ｔ２以降でほぼ流量が一定になる。

このほぼ一定流量になってから所定の時間ΔＴ経過後の経過時間Ｔ３の流量を基準流量とする。この基準流量と前述の節水流量の値を用いて、制御装置２３は、シャワー流量を周期Ｔｓで変化させる。この変化の周波数（＝１／Ｔｓ）は後述するように約１〜３Ｈｚであり、基準流量をＲｋ、節水率をＺとした場合、振幅は、Ｒｋ×Ｚ／１００となる。

このようにすれば、流量変化の最大値は基準流量とほぼ同等になるので、使用者のシャワー感を損なうことが少ない。さらに、シャワーを使用する度に、そのシャワー使用者の通常使用する流量（基準流量）を測定してから、節水流量を中心に流量を変化させるので、家族など異なる複数の人が使用しても、または、同じ人でもその時の気分で使用したい流量が変わっても、それに応じた節水流量を設定するので、快適性向上になる。

上記説明では、所定の時間として、流量がほぼ一定流量になってからの時間ΔＴを所定の時間としたが、次のようにしても良い。シャワー給湯が開始されて、シャワーが出されたことを確定できる確定流量Ｒｘになってからの時間ΔＴｘを所定の時間としても良い。

リモコンの機能の一つとして、節水流量設定手段４７の機能を具備する構成としているが、具体的には、図１での説明と同様、節水率入力部（図示せず）とこの節水率入力部で設定された値を表示する表示部（図示せず）とを備えた構成がある。このときシャワー利用者は節水率を、表示部に表示される数値を見ながら、前記節水率入力部（例えば、テンキー入力や増加減できるキー）を操作して設定する。

あるいは、周囲に数値（節水率）表示があるダイヤルまたはスライド入力部（図示せず）を用いて節水率を設定してもよい。さらに、具体的に節水率を設定しなくても、予め設定された２つ以上の節水率の中から選択する構成にしても良い。例えば、節水率２０％を「大」、節水率１０％を「中」、節水率５％を「小」、節水なしを「切」として、前記リモコン９にスイッチを設ける構成である。このために４個のスイッチを設けても良いし、一つのスイッチで押すたびに上記設定内容が変わるようにしても良い。

このように、予め設定された複数の節水率の中から節水率を選択する方法は、簡単に好みの節水率を選べるので、利便性が向上する。また、「大」、「中」、「小」、「切」のどれを選択しているかがわかるように、リモコン９に表示部を設け、その選択状態を表示するとさらに利便性が向上する。

なお、ＬＥＤなどの点灯する数で選択状態を表示しても良い。さらに、リモコン９に表示部を設け、メニュー画面の中で選択できるようにしても良い。また、上記では「大」、「中」、「小」、「切」の４段階の選択であったが、これよりも多くても良いし、少なくても良い。

さらに、前記予め設定された２つ以上の節水率はシャワー装置２１で固定の値であっても良いし、リモコンを操作してシャワー使用者が自分自身に応じた節水率を変更できる構成としても良い。このようにすれば、よりシャワー使用者の好みのシャワー感が得られ、
快適性の向上になる。

上述のように、節水流量を中心に流量を変化させるが、節水率の異なる条件の場合、次のように流量変化の仕様を決定する。図１２は、横軸に流量変化の振幅を取り、縦軸に流量変化の周波数を取って、そのときのシャワー感をあらわしたものである。

例えば、振幅を同じにして周波数を大きくすると、シャワー感としては強く感じる。また、周波数を同じにして振幅を大きくすると、強弱の変化を感じるようになる。特にこの強弱の変化に対しての感じ方は、人によってばらつきが大きい。だから、あまり振幅を大きくしすぎると不快に感じる人の割合が大きくなってしまう。同図に点Ａで示す節水率の大きい場合を基準に節水率の小さい場合の振幅と周波数とは次のように決定する。節水流量を中心に流量を変化させる場合、シャワー感を基準流量（好みの流量）と同等にするために、流量変化の最大値を基準流量と同等に設定する。

また、節水率は基準流量と節水流量との差に比例するため、節水率を小さくするためには、節水流量を大きくすることになるので、結果として流量変化の振幅は小さくなる。しかし、単に振幅を小さくしただけでは、節水率の大きい場合よりも節水流量が大きいので当然シャワー感は強くなる。図６に示すように強く感じる分だけ周波数を小さくして点Ｂの状態にすれば、節水率を小さくしても節水率が大きい場合と同等のシャワー感を得ることができる。

図１３は、基準流量を固定して、振幅と周期（周波数の逆数）をパラメータとしてシャワー感を評価するために行った感応評価の結果である。振幅条件としては、０．５、１．０、１．５、２．０Ｌ／分の４通り、周期条件としては、０．４〜１．１秒まで０．１秒間隔で８通りである。主観評価として、「不快」、「やや不快」、「普通」、「やや快適」、「快適」で答えてもらい、それを点数に置き換えたものであり、３点が普通（基準流量と同等）であり、大きい点数ほど快適性が良いことを示している。

同図からわかるように、振幅が０．５Ｌ／分のとき、周期が１秒前後で大きな点数となっている。また、振幅が１．０Ｌ／分のとき、周期が０．５秒前後で大きな点数になっている。これを周波数に換算すると、約１〜３Ｈｚとなる。シャワーのように流量が１０Ｌ／分程度の場合、流量の変化周波数は約１〜３Ｈｚ程度が快適な周波数となる。

図１４は節水率の大きい場合と小さい場合の経過時間に対する流量の変化を比較したものである。下の図が節水率の大きい場合、上の図が節水率の小さい場合である。例えば、基準流量１０Ｌ／分で、節水率が１０％と５％の場合、振幅はそれぞれ１Ｌ／分、０．５Ｌ／分で、周波数はそれぞれ２Ｈｚ（同図中Ｆａ）、１Ｈｚ（同図中Ｆｂ）程度である。

以上のように、本発明にかかる電動弁装置は、開口部の異なる端面を使用して流量を制御することで耐久性向上を図ったので、前記電動弁装置を組みこむことによって耐久性の優れた給湯機としての利用が可能である。

９４ 制御装置
１０１ 流体通路
１０２ 流体通路
１０３ 弁穴
１０４ 弁座
１０５ 弁本体
１０６ 開口部
１０８ 弁体
１０９ 弁体駆動軸
１１０ 電動駆動装置

Claims (4)

1. 流体通路、前記流体通路に連通する弁穴を有する弁本体と、前記弁本体内に配設され開口部を有する弁体と、減速機構を有する電動駆動装置と、制御装置とを備え、前記電動駆動装置により前記弁体を回転させることで、前記開口部と前記弁穴とで形成される貫通部の面積を変化させて流出流量を変化させるとともに、前記流出流量変化開始時は、前記開口部の一端にて前記弁穴を閉塞し始める場合と、前記開口部の他端にて前記弁穴を開口し始める場合とを有することを特徴とする電動弁装置。
2. 前記流出流量変化開始時の、前記開口部の一端にて前記弁穴を閉塞し始める場合と、前記開口部の他端にて前記弁穴を開口し始める場合との、回数頻度を略同一としたことを特徴とする請求項１に記載の電動弁装置。
3. 前記流出流量低下開始前は、前記流出流量が最大になる位置で弁体を待機させることを特徴とする請求項１または２に記載の電動弁装置。
4. 熱源部と、シャワー等の給湯端末に給湯する給湯管路とを備え、前記給湯管路と請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動弁装置とを接続したことを特徴とする給湯機。