JP2827436B2 - 湯水混合制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は湯と水の混合比率を調整し最適な混合湯温を
得る湯水混合制御装置、および流体の流量を制御する流
量制御弁に関するものである。

従来の技術 従来この種の湯水混合制御装置は第６図に示すような
ものがあった。（例えば、特開平１−312279号公報） 第６図において、１は湯流路、２は水流路であり、各
流路に関連して自動調圧弁３が設けられている。自動調
圧弁３は、湯流路１の１次圧力PH1を減圧する湯側弁体
４、湯側弁座５と、水流路２の１次圧力PC1を減圧する
水側弁体６、水側弁座７と、湯側弁体４と水側弁体６を
連結する弁軸８と、湯と水の減圧後の１次圧PH1,PC1の
圧力差で動作するピストン９とで構成されており、湯ま
たは水の圧力が急変してもその圧力で自動調圧弁３が移
動し、湯と水の２次圧PH2とPC2とが常に等しく保たれる
ように作用する。

さらに弁軸８にバイアス手段10が設けられ、バイアス
手段10は弁軸８の端部に結合されたボビン11とそのボビ
ン11上に巻回され絶縁されたコイル12およびコイル12お
よびコイル12をはさむように設けられた永久磁石13を有
し、前記コイル12は可撓部14を介して制御手段18に接続
されている。

制御手段18からコイル12に電流を流すと、その電流は
永久磁石13によって発生している磁界を横切るのでフレ
ミングの法則によって弁軸８にバイアス力が付与され
る。このためバイアス力の分だけ自動調圧点がずれ、例
えば湯と水の２次圧PH2とPC2とが2:1の点で常に調圧さ
れるようになり、結果的に出湯温度が高くなる。このよ
うにコイル12への電流を変化することにより混合湯温を
変える。

制御手段18はコイル12に電流を流す際に微小交流信号
を重畳している。（第７図a,b）これはバイアス手段10
の磁気回路のヒステリシス特性や駆動開始時の摺動抵抗
を軽減するためである。

19は湯と水の混合部であり、混合後は流量調節開閉弁
20を介して出湯されるが、その温度は混合湯温検出器
（例えばサーミスタ）15によって、またその流量は流量
検出手段16によって検知され、設定手段17の値に一致さ
せるべく制御手段18がバイアス手段10と流量調節開閉弁
駆動手段21を付勢し温度調節を行う。

さらに従来の流量制御弁は第８図に示すようなものが
あった。

第８図において、コイル22と、前記コイル22内部を摺
動するプランジャ23と、前記プランジャ23を外部に押し
出す方向に付勢する第１のスプリング24と、流入路25と
流出路26を有する弁筐体27と、前記弁筐27内部を摺動す
るシリンダ28であり、このシリンダ28は複数の調節穴29
を有しており前記プランジャ23と連動している。このシ
リンダ28の調節孔29が流入路25に臨む面積により、シリ
ンダ28の円周方向から中心に向かって流入する液体の流
量を調節する構成である。

前記シリンダ28内に設けた受圧体30であるピストン31
と、流出路26への開口部を構成する弁体32と、弁軸33が
一体で構成している。ピストン31の周囲から微少にリー
クしながら流入路25の１次室34と仕切られた背圧室35
と、前記弁軸33には背圧室35と弁体32の下流の流出路26
につながる２次室36を連通する連通孔37を設けている。
ピストン31には、弁体32が対応する弁座38に当該する方
向に付勢する第２のスプリング39を設けている。また、
前記弁軸33内の背圧室35側にあって、前記連通孔37を開
閉するパイロット弁40を設け、前記パイロット弁40はプ
ランジャ23と連結している。

コイル22に通電すると、第１のスプリング24の付勢力
に抗してプランジャ23が吸引されパイロット弁40はリフ
トし連通孔37を開く。その時背圧室35の圧力が低下し、
ピストン31は背圧室35と１次室34の差圧により第２のス
プリング39にうち勝って押し上げられ、同時に弁体32が
弁座38から離脱して流出路26への開口部が形成される。
コイル22への通電をさらに増すとパイロット弁40のリフ
ト量が増し、シリンダ28をリフトさせ、シリンダ28の調
節孔８が流入路25に臨み、シリンダ28の円周方向から中
心方向に向かって流入する流体の流量が増え始める、つ
まり、コイル22へ流す電流値を加減することでシリンダ
28のリフト量の変化が、シリンダ28の調節孔29が流入路
26に臨む面積の変化になり、流体の流量を調節するもの
である。

制御手段41はコイル22に電流を流す際に微小交流信号
を重畳している。（第７図a,b）これはコイル22とプラ
ンジャ23からなる磁気回路のヒステリシス特性や駆動開
始時の摺動抵抗を軽減するためである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成の湯水混合制御装置で
は、コイル電流に重畳する微小交流電流がコイル電流の
大きさにかかわらず一定のため混合弁の特性や流量、圧
力により重畳している微小交流信号によって混合弁が共
振振動を発生したり、ハンチングを生じた。

本発明はかかる従来の課題を解消するものでコイル電
流の大きさに応じて重畳する交流信号の振幅または周波
数の少なくとも１つを変化して混合弁を安定に早く動作
することを第１の目的とする。

さらに、上記のような構成の流量制御弁では、コイル
電流に重畳する微小交流電流がコイル電流の大きさにか
かわらず一定のため流量制御弁の特性や流量、さらに圧
力等により重畳している微小交流信号によって流量制御
弁が共振振動を発生したり、ハンチングを生じた。

第２の目的は本発明は電磁力発生手段の電流の大きさ
に応じて重畳する交流信号の振幅または周波数の少なく
とも１つを変化して流量制御弁を安定に早く動作するこ
とである。

課題を解決するための手段 上記第１の目的を達成するために本発明の湯水混合制
御装置は、湯流路および水流路と、前記湯流路および前
記水流路の流量を調節する混合弁と、前記混合弁を駆動
する混合弁駆動手段と、前記混合弁駆動手段に駆動信号
を出力する制御手段と、前記制御手段から前記混合弁駆
動手段への駆動信号を検出する駆動信号検出手段とから
なり、前記制御手段は前記駆動信号検出手段の信号によ
り振幅または周波数の少なくとも１つを変化し駆動信号
に交流信号を重畳する交流信号発生手段を備えた構成と
したものである。

また第２の目的を達成するために本発明の流量制御弁
は、電磁力発生手段と、流量路と流出路を有する弁筐体
と、前記電磁力発生手段の付勢力で前記弁筐体内部を摺
動して流量を調節するシリンダと、前記電磁力発生手段
の電流を調節する制御手段とからなり、前記制御手段は
前記電磁力発生手段への電流値により振幅または周波数
の少なくとも１つを変化し駆動信号に交流信号を重畳す
る交流信号発生手段を備えた構成としたものである。

作用 本発明の湯水混合制御装置は、上記の構成により、駆
動信号検出手段の信号により重畳する交流信号の振幅ま
たは周波数の少なくとも１つを変化する。

さらに本発明の流量制御弁は、電磁力発生手段の電流
値により重畳する交流信号の振幅または周波数の少なく
とも１つを変化する。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。な
お、第１図は湯水混合制御装置の断面図で第６図と同一
部品については同一番号を付している。42は付勢手段
で、自動調圧弁３と付勢手段42で混合弁43を形成する。
44は前記付勢手段42の力と対向して可変バイアス力を付
与する混合弁駆動手段である。混合弁駆動手段44は、磁
性体からなるプランジャ45と、前記プランジャ45の周り
に防水および絶縁されたコイル46を有し、前記コイル46
は制御手段18に接続されている。

制御手段18からコイル46への駆動信号は駆動信号検出
手段47によってその大きさを調べている。

混合湯温は混合湯温検出手段15によって検出する。流
量は流量検出手段16で検出する。

第２図は制御手段18の例である。48は主制御手段で、
49は交流信号発生手段で、50は第１の駆動量設定手段
で、51は第２の駆動量設定手段である。

次に本発明の構成の動作を説明する。

制御手段18からコイル46に電流を流すと、磁性体から
なるプランジャ45はフレミングの法則により弁軸８にバ
イアス力を付与する。このバイアス力と付勢手段42に付
勢力につりがあったところで自動調圧弁はバランスす
る。

したがって、コイル46に流す電流を変化することによ
り自動調圧弁３のバランス点を移動することができる。

例えば、電流の小さい場合は付勢手段42の力の方が強
いため湯側弁体４より水側弁体６の方が大きく開き、出
湯温度が低くなる。

電流を大きくすると付勢手段42の力に対向してプラン
ジャ45を押し出すことにより湯側弁体４が開きだし結果
的に出湯温度が高くなる。

このようにして、制御手段18は混合湯温検出手段15の
信号と設定手段17の信号を入力することにより出湯温度
が設定温度になるようにコイル46に流す電流を可変し混
合弁43を調節する。温度調節された混合湯は混合部19を
通過し混合湯温検出手段15で湯温を検出している。

この際、コイル46に流す電流が直流電流では、磁気回
路からなる混合弁駆動手段44のヒステリシス特性や駆動
開始時の摺動抵抗により混合弁43を早く動かし混合湯温
の温度調節を行うことが難しい。

また、コイル46に流す電流に単に一定振幅で一定周波
数の交流信号を重畳しても磁気回路からなる混合弁駆動
手段44のヒステリシス特性や駆動開始時の摺動抵抗は少
なくなるが規則的な交流信号により混合弁43の共振振動
を発生することがある。

上記の現象を防ぐ手段を以下に説明する。

混合弁43はその形状等によって特性が微妙に異なって
いる。そのため駆動電流によって感度が異なり、重畳す
る交流信号の影響が一定でない。

したがって、混合弁駆動手段（コイル）46への駆動信
号を駆動信号検出手段47で検出し、主制御手段48に検出
した値に応じて出力を渡す。この出力により主制御手段
48は交流信号発生手段49に信号を送り、駆動電流に重畳
する交流信号の振幅や周波数を変化するようにする。交
流信号発生手段49の出力は駆動信号に重畳するため第１
の駆動量設定手段に入力する。

例えば、駆動電流が小さい場合感度が高く、駆動電流
が大きい場合感度が低い混合弁を用いる時は、第３図
（ａ）のように駆動電流にほぼ比例した交流信号を重畳
するようにする。合成した駆動電流は第３図（ｂ）のよ
うになる。

また、駆動電流が大きい場合感度が高く、駆動電流が
小さい場合感度が低い混合弁を用いる時は、第３図
（ｃ）のように駆動電流にはほぼ逆比例した交流信号を
重畳するようにする。合成した駆動電流は第３図（ｄ）
のようになる。

さらに、駆動電流がほぼ中位で感度が高く、駆動電流
が最大と最小で感度が低い混合弁を用いる時は、第３図
（ｅ）のような交流信号を重畳するようにする。合成し
た駆動電流は第３図（ｆ）のようになる。

反対に、駆動電流が最大と最小で感度が高く、駆動電
流がほぼ中位で感度で低い混合弁を用いる時は、第３図
（ｇ）のような交流信号を重畳するようにする。合成し
た駆動電流は第３図（ｈ）のようになる。

このように主制御手段の信号により駆動電流に応じて
重畳する交流信号の振幅を自由に変化することができ
る。このため、混合弁の共振を加え、最も効率の良い交
流信号を重畳するため混合弁を安定に早く動作すること
が可能となる。

上記の実施例では重畳する交流信号の振幅のみを変化
しているが周波数を変化したり、また振幅と周波数の２
つを同時に変化してもよい。

また制御手段は第２の駆動量設定手段51を用いて流量
調節開閉弁駆動手段21を駆動し流量の調節を行う。

通常の使用状態においては水圧変動時には従来と同様
に自動調圧弁３が動作し、湯側弁体４、水側弁体６とピ
ストン９との受圧面積を等しくしておけばその２次圧PH
2とPC2とは付勢手段42と駆動手段44によるバランス点で
の状態を保つ。

次に流量制御弁の一実施例を図面を用いて説明する。
なお、第４図を流量制御弁の断面で第８図と同一部品に
ついては同一番号を付している。

コイル22とプランジャ23により電磁力発生手段52を形
成している。

流量は流量検出手段53によって検出する。54は流量を
設定する設定手段である。

第５図は制御手段41の例である。55は主制御手段で、
56は交流信号発生手段で、57は駆動量設定手段である。

次に本発明の構成の動作を説明する。

従来の技術で説明したのと同様に電磁力発生手段52に
流す電流により流量を調節している。制御手段41は流量
検出手段53の信号と設定手段54の信号を入力することに
より流量が設定流量になるように電磁力発生手段52に流
す電流を可変しシリンダ28のリフト量を変え、シリンダ
28の調節孔29が流入路25に臨む面積の変化で流体の流量
を調節する。

この際、電磁力発生手段52に流す電流が直流電流で
は、コイル22とプランジャ23からなる磁気回路のヒステ
リシス特性や駆動開始時の摺動抵抗によりシリンダ28を
早く動かし流量の調節を行うことが難しい。

また、電磁力発生手段52に流す電流に単に一定振幅で
一定周波数の交流信号を重畳しても磁気回路のヒステリ
シス特性や駆動開始時の摺動抵抗は少なくなるが規則的
な交流信号により弁体32の共振振動を発生することがあ
る。

上記の現象を防ぐ手段を以下に説明する。

流量制御弁はその形状等によって特性が微妙に異なっ
ている。そのため駆動電流によって感度が異なり、重畳
する交流信号の影響が一定でない。

したがって、主制御手段55は、駆動量設定手段57への
出力に応じて（電磁力発生手段52への電流値に応じて）
交流信号発生手段56に信号を送り、駆動電流に重畳する
交流信号の振幅や周波数を変化するようにする。交流信
号発生手段56の出力は駆動信号に重畳するため駆動量設
定手段57に入力する。

例えば、駆動電流が小さい場合感度が高く、駆動電流
が大きい場合感度が低い弁体を用いる時は、第３図
（ａ）のように駆動電流にほぼ比例した交流信号を重畳
するようにする。合成した駆動電流は第３図（ｂ）のよ
うになる。

また、駆動電流が大きい場合感度が高く、駆動電流が
小さい場合感度が低い弁体を用いる時は、第３図（ｃ）
のように駆動電流にほぼ逆比例した交流信号を重畳する
ようにする。合成した駆動電流は第３図（ｄ）のように
なる。

さらに、駆動電流がほぼ中位で感度が高く、駆動電流
が最大と最小で感度が低い弁体を用いる時は、第３図
（ｅ）のような交流信号を重畳するようにする。合成し
た駆動電流は第３図（ｆ）のようになる。

反対に、駆動電流が最大と最小で感度が高く、駆動電
流がほぼ中位で感度が低い弁体を用いる時は、第３図
（ｇ）のような交流信号を重畳するようにする。合成し
た駆動電流は第３図（ｈ）のようになる。

このように主制御手段55の信号により駆動電流に応じ
て重畳する交流信号の振幅を自由に変化することができ
る。このため、弁体32の共振を抑え、最も効率の良い交
流信号を重畳するため弁体32を安定に早く動作すること
が可能となる。

上記の実施例では重畳する交流信号の振幅のみを変化
しているが周波数を変化したり、また振幅と周波数の２
つを同時に変化してもよい。

また、上記の実施例では電磁力発生手段としてコイル
とプランジャを用いているが、コイルと鉄心を用いた構
成としてシリンダに磁石を備え付勢力を非接触で伝える
ようにしてもよい。

発明の効果 以上のように本発明の湯水混合制御装置は、湯流路お
よび水流路と、前記湯流路および前記水流路の流量を調
節する混合弁と、前記混合弁を駆動する混合弁駆動手段
と、前記混合弁駆動手段に駆動信号を出力する制御手段
と、前記制御手段から前記混合弁駆動手段への駆動信号
を検出する駆動信号検出手段とからなり、前記制御手段
は前記駆動信号検出手段の信号により振幅または周波数
の少なくとも１つを変化し駆動信号に交流信号を重畳す
る交流信号発生手段を備えた構成からなり、駆動電流の
大きさに応じて重畳する交流信号の振幅を自由に変化す
ることができる。このため以下の効果有する。

（１） 駆動信号に重畳する交流信号を変化することが
できるため混合弁の共振する交流信号を除き安定した弁
動作を行える。

（２） 混合弁の位置により、最も効率の良い交流信号
を重畳できるため混合弁を安定に早く動作することが可
能となる。

（３） 駆動信号を検出し制御手段にフィードバックす
ることにより、確実に駆動量を調節することができる。

また、本発明の流量制御弁は、電磁力発生手段と、流
入路と流出路を有する弁筐体と、前記電磁力発生手段の
付勢力で前記弁筐体内部を摺動して流量を調節するシリ
ンダと、前記電磁力発生手段の電流を調節する制御手段
とからなり、前記制御手段は前記電磁力発生手段への電
流値により振幅または周波数の少なくとも１つを変化し
駆動信号に交流信号を重畳する交流信号発生手段を備え
た構成からなり、駆動電流の大きさに応じて重畳する交
流信号の振幅を自由に変化することができる。このため
以下の効果有する。

（４） 駆動電流の大きさに応じて直接駆動信号に重畳
する交流信号を変化することができるため弁体の共振す
る交流信号を除き安定した弁動作を行える。

（５） 弁体の位置により、最も効率の良い交流信号を
重畳できるため弁体を安定に早く動作し所定の流量制御
を行えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の湯水混合制御装置の断面
図、第２図は同装置の制御ブロック図、第３図は同装置
の交流信号発生手段の出力特性図、第４図は本発明の一
実施例の流量制御弁の断面図、第５図は同流量制御弁の
制御ブロック図、第６図は従来の湯水混合制御装置の断
面図、第７図は従来の交流信号特性図、第８図は従来の
流量制御弁の断面図である。 １……湯流路、２……水流路、18……制御手段、19……
混合部、43……混合弁、47……駆動信号検出手段、52…
…電磁力発生手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長岡 行夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 城戸内 康夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−175962（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−312279（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−203983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−23768（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湯流路および水流路と、前記湯流路および
   前記水流路の流量を調節する混合弁と、前記混合弁を駆
   動する混合弁駆動手段と、前記混合弁駆動手段に駆動信
   号を出力する制御手段と、前記制御手段から前記混合弁
   駆動手段への駆動信号を検出する駆動信号検出手段とか
   らなり、前記制御手段は前記駆動信号検出手段の信号に
   より振幅または周波数の少なくとも１つを変化を駆動信
   号に交流信号を重畳する交流信号発生手段を有する湯水
   混合制御装置。
2. 【請求項２】電磁力発生手段と、流入路と流出路を逆筐
   体と、前記電磁力発生手段の付勢力で前記弁筐体内部を
   摺動して流量を調節するシリンダと、前記電磁力発生手
   段の電流を調節する制御手段とからなり、前記制御手段
   は前記電磁力発生手段への電流値により振幅または周波
   数の少なくとも１つを変化し駆動信号に交流信号を重畳
   する交流信号発生手段を有する流量制御弁。