JP3064477B2 - 湯水混合制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の湯水混合装置は図５に示す
ようなものがあった（例えば、特開平１−３１２２７９
号公報）。図５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
されておる。そして、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。

【０００３】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、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。

【０００４】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
（図６）。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
出手段（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によって検出され、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な
う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、コイル１２に流す駆動電流Ｉに重畳する
微小交流電流ΔＩが自動調圧弁を流れる流量にかかわら
ず一定である。自動調圧弁３は流量によってその感度が
異なるため重畳する微小交流信号ではヒステリシス特性
や摺動抵抗を軽減できなかったり、また反対に微小交流
信号自身により自動調圧弁３が共振振動を発生したり、
ハンチングを生じた。

【０００６】本発明はかかる従来の課題を解消するもの
で流量に応じて混合弁駆動手段への信号に重畳する微小
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させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
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、駆動量
に応じて流量が決まる流量調節開閉弁と、前記流量調節
開閉弁を駆動する流量調節開閉弁駆動手段と、前記混合
弁駆動手段と前記流量調節開閉弁駆動手段に各々駆動信
号を出力する制御手段とからなり、前記制御手段は前記
混合弁駆動手段への駆動信号に交流信号を重畳する交流
信号発生手段を有し、前記交流信号発生手段は前記混合
弁の共振やハンチングを防止するために前記流量調節開
閉弁駆動手段への駆動量の信号に応じて交流信号の振幅
または周波数の少なくとも１つを調節する構成としたも
のである。

【０００８】また、上記課題を解決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、駆動量に応じて流量
が決まる流量調節開閉弁と、前記流量調節開閉弁を駆動
する流量調節開閉弁駆動手段と、前記混合弁駆動手段と
前記流量調節開閉弁駆動手段に各々駆動信号を出力する
制御手段と、流量を設定する設定手段とからなり、前記
制御手段は前記混合弁駆動手段への駆動信号に交流信号
を重畳する交流信号発生手段を有し、前記交流信号発生
手段は前記混合弁の共振やハンチングを防止するために
前記設定手段の信号に応じて交流信号の振幅または周波
数の少なくとも１つを調節する構成としたものである。

【０００９】

【作用】本発明は、上記した構成により、混合弁の弁体
の共振やハンチングを防止するために流量に応じて最も
効率の良くなるよう混合弁駆動信号に重畳する交流信号
の振幅または周波数の少なくとも１つを変化する。

【００１０】

【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、図１は湯水混合制御装置の断面図で、従来
例の図５と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を
省略している。２２は付勢手段で、自動調圧弁３と付勢
手段２２で混合弁２３を形成する。２４は前記付勢手段
２２の力と対向して可変バイアス力を混合弁２３に付与
する混合弁駆動手段である。混合弁駆動手段２４は、磁
性体からなる第１のプランジャ２５と、前記第１のプラ
ンジャ２５の周りに防水および絶縁された第１のコイル
２６を有し、前記第１のコイル２６は制御手段１８に接
続されている。混合湯温は混合湯温検出手段１５によっ
て検出する。

【００１１】流量は混合部１９より下流において流量調
節開閉弁２０により調節する。流量調節開閉弁２０は弁
筺体２７と、弁筺体内に流量を調節する円錐状の流量制
御弁体２８とそれに対応する弁座２９を設けている。流
量制御弁体２８と流体の１次圧（混合不９の圧力）とバ
ランスをとるため、可撓性受圧体としての溝付ダイヤフ
ラム３０を流量制御弁体２８と弁筺体の間に連結してお
り、さらに溝３０ａを深くして、流量制御弁体２８のリ
フト量にかかわらず、有効受圧面積が前記弁座２９の口
径と常に等しくなるように構成している。ダイヤフラム
３０で１次側と完全に仕切られた背圧室３１と前記流量
制御弁体２８の２次側とは、連通孔３２により連通して
いる。流量制御弁体２８は、付勢手段３３としてのスプ
リング３４により、弁座２９に当接する方向に付勢され
ている。また、第２のコイル３５と、一方の端面を密閉
したパイプ３６があり、第２のコイル３５への通電量に
より駆動される第２のプランジャ３７がパイプ３６内を
摺動する。第２のプランジャ３７はシャフト３８を介し
て流量制御弁体２８と連動する構成となっている。第２
のコイル３５、パイプ３６および第２のプランジャ３７
で流量調節開閉弁駆動手段２１を形成している。

【００１２】上記構成で、制御手段１８は第２のコイル
３５への通電量を制御することにより流量を調節するも
ので、流量を０（停止）するには、制御手段１８は第２
のコイル３５への通電を切ることで、スプリング３４に
より付勢された流量制御弁体２８は弁座２９に当接し、
流体は流れなくなる。第２のコイル３５に通電すると、
第２のプランジャ３７を吸引あるいは押しだし、スプリ
ング３４の付勢力に対抗して、流量制御弁体２８をリフ
トさせ、流体（混合湯）が流れ始める。つまり、制御手
段１８は第２のコイル３５への通電量を変えることによ
り、流量制御弁体２８を任意のリフト量に調節し、流量
を制御するものである。図２に、流量調節開閉弁２０に
おける、流体（混合湯）の１次圧力と流量の関係を示し
ている。つまり、流体の１次圧力に関係なく第２のコイ
ル３５へ流す電流値と流体の流量値が一対一で決まるも
のである。

【００１３】図３は制御手段１８の例である。３９は混
合湯温検出手段１５と設定手段１７の信号を入力し混合
弁２３の駆動量を演算する混合弁制御手段、４０は前記
混合弁制御手段３９の信号により混合弁駆動手段（第１
のコイル）２６の駆動量を設定する第１の駆動量設定手
段、４１は設定手段１７の信号を入力し流量調節開閉弁
２０の駆動量を演算する流量調節開閉弁制御手段、４２
は前記流量調節開閉弁制御手段４１の信号により流量調
節開閉弁駆動手段２１の駆動量を設定する第２の駆動量
設定手段である。４３は前記流量調節開閉弁駆動手段２
１への駆動量の信号を入力し微小交流信号を発生する第
１の交流信号発生手段である。４４は前記流量調節開閉
弁制御手段４１の信号を入力し流量調節開閉弁２０の駆
動信号に重畳する微小交流信号を発生する第２の交流信
号発生手段で、磁気回路からなる流量調節開閉弁２０の
ヒステリシス特性や摺動抵抗を軽減するため第２のコイ
ル３５に流す電流に微小交流信号を重畳するためのもの
である。

【００１４】次に本発明の構成の動作を説明する。温度
調節を行なう場合、制御手段１８から第１のコイル２６
に電流を流すと、磁性体からなる第１のプランジャ２５
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２２の付勢力がつりあっ
たところで自動調圧弁３はバランスする。したがって、
第１のコイル２６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２２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２２の力に
対向してプランジャ２５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。

【００１５】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第１のコイル
２６に流す電流を可変し混合弁２３を調節する。この
際、第１のコイル２６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２４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２３を早く動かし混
合湯温の温度調節を行うことが難しい。そこで、第１の
コイル２６に流す電流に単に一定振幅で一定周波数の交
流信号を重畳すると磁気回路からなる混合弁駆動手段２
４のヒステリシス特性や摺動開始時の摺動抵抗は少なく
なる。

【００１６】しかし、混合弁２３の感度は流量によって
異なることがあるため重畳する微小交流信号が一定振幅
で一定周期ではヒステリシス特性や摺動抵抗を軽減でき
ない領域が生じたり、また反対に微小交流信号自身によ
り混合弁２３が共振振動を発生したり、ハンチングをお
こすことがあった。

【００１７】そこで本発明は上記の現象を防ぐために次
のような手段を講じている。混合弁２３はその形状等に
よって特性が微妙に異なっている。そのため混合弁２３
を流れる流量によってその弁感度が異なり、重畳する微
小交流信号の影響が一定でない。したがって、混合弁の
特性に対応した最適化を行う必要がある。

【００１８】したがって、第１の交流信号発生手段４３
は流量に応じて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れば良い。上記に説明したよう
に流量調節開閉弁２０は混合部１９を流れる流体の圧力
に関係なく第２のコイル３５へ流す電流値と流量値が一
対一で決まっている。すなわち流量調節開閉弁２０は第
２の駆動量設定手段４２の出力に対して流量がほぼ正比
例している。

【００１９】したがって、第２の駆動量設定手段４２の
信号を調べれば流量を推定することが可能である。この
ため交流信号発生手段４３は第２の駆動量設定手段４２
の信号を入力しこの信号から換算した流量に応じて混合
弁２３の駆動電流Ｉに重畳する交流電流ΔＩの振幅や周
波数を変化する。そして第１の交流信号発生手段４３の
出力は駆動電流Ｉに重畳するため第１の駆動量設定手段
４０に入力する。

【００２０】例えば、流量が少ない場合感度が高く、流
量が多い場合感度が低い混合弁を用いる時は、図４
（ａ）のように第２の駆動量設定手段４２の出力にほぼ
比例した交流信号を重畳するようにする。合成した駆動
電流は図４（ｂ）のようになる。

【００２１】また、流量が多い場合感度が高く、流量が
少ない場合感度が低い混合弁を用いる時は、図４（ｃ）
のように第２の駆動量設定手段４２の出力にほぼ逆比例
した交流信号を重畳するようにする。合成した駆動電流
は図４（ｄ）のようになる。

【００２２】さらに、流量がほぼ中位で感度が高く、反
対に流量が最大と最小で感度が低い混合弁を用いる時
は、図４（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図４（ｆ）のようになる。

【００２３】同様に、流量が最大と最小で感度が高く、
反対に流量がほぼ中位で感度が低い混合弁を用いる時
は、図４（ｇ）のような交流信号を重畳するようにな
る。合成した駆動電流は図４（ｈ）のようになる。

【００２４】図４において第２の駆動量設定手段の出力
（流量調節開閉弁の駆動量に相当する横軸）は前述した
ように混合湯の流量に相当する。

【００２５】このように第２の駆動量設定手段４２の信
号から流量を推定し、この流量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
合弁の共振を抑え、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させることが可能となる。

【００２６】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。

【００２７】さらに第１の交流信号発生手段４３は混合
弁制御手段３９の信号も入力し、第２の駆動量設定手段
４２の信号と混合弁２３の駆動量に応じて重畳する交流
信号の振幅や周波数を変化するようにしてもよい。

【００２８】さらに、第１の交流信号発生手段４３は第
２の駆動量設定手段４２の信号を入力しこの信号から流
量を推定するかわりに設定手段１７において設定される
流量の信号を点線で示すように入力することにより混合
湯の流量を推定することも可能である。この場合、第２
の駆動量設定手段４２の信号から流量を換算するのに比
べ演算時間が大幅に短くすることができ制御手段全体の
演算負荷が軽くなる。したがって時間の余裕を利用して
他の制御を付加し安全性の向上を可能にすることもでき
る。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明の湯水混合制御装置
によれば、駆動量に応じて流量が決まる流量調節開閉弁
を用いているため流量検出手段が無くてもこの流量調節
開閉弁を駆動する信号から流量がわかり、この間接的に
求めた流量に対応して混合弁の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。さらに混合弁を流
れる流量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させることが可能となる。

【００３０】また、本発明は設定手段の信号により流量
を決定し、設定した流量に対応して混合弁の駆動信号に
重畳する交流信号を変化することができるため流量検出
手段を設けなくてもよくなりコンパクトな構成が可能と
なり、故障の心配が無くなり信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における湯水混合制御装
置の断面図

【図２】同湯水混合制御装置の圧力と流量の特性図

【図３】同湯水混合制御装置の制御ブロック図

【図４】（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）は同第２の駆
動量設定手段の出力（流量）に対する交流信号発生手段
の各出力特性図（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ）は同第
２の駆動量設定手段の出力（流量）に対する駆動量設定
手段の各出力特性図

【図５】従来の湯水混合制御装置の断面図

【図６】同交流信号特性図

【符号の説明】

１ 湯流路 ２ 水流路 １５ 混合湯温検出手段 １８ 制御手段 ２０ 流量調節開閉弁 ２３ 混合弁 ２４ 混合弁駆動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 平２−240480（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−229180（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−45832（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−96778（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−38993（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/06 - 31/11 G05D 23/13

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、駆動量に応じて流量が決まる
   流量調節開閉弁と、前記流量調節開閉弁を駆動する流量
   調節開閉弁駆動手段と、前記混合弁駆動手段と前記流量
   調節開閉弁駆動手段に各々駆動信号を出力する制御手段
   とからなり、前記制御手段は前記混合弁駆動手段への駆
   動信号に交流信号を重畳する交流信号発生手段を有し、
   前記交流信号発生手段は前記混合弁の共振やハンチング
   を防止するために前記流量調節開閉弁駆動手段への駆動
   量の信号に応じて交流信号の振幅または周波数の少なく
   とも１つを調節する湯水混合制御装置。
2. 【請求項２】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、駆動量に応じて流量が決まる
   流量調節開閉弁と、前記流量調節開閉弁を駆動する流量
   調節開閉弁駆動手段と、前記混合弁駆動手段と前記流量
   調節開閉弁駆動手段に各々駆動信号を出力する制御手段
   と、流量を設定する設定手段とからなり、前記制御手段
   は前記混合弁駆動手段への駆動信号に交流信号を重畳す
   る交流信号発生手段を有し、前記交流信号発生手段は前
   記混合弁の共振やハンチングを防止するために前記設定
   手段の信号に応じて交流信号の振幅または周波数の少な
   くとも１つを調節する湯水混合制御装置。