JP3097304B2 - 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８に示す
ようなものがあった。（例えば、特開平１−３１２２７
９号公報）図８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と、湯側弁座５と、水流路２の１次圧力ＰＣ
１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ＰＨ
２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、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。

【０００３】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。
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。

【０００４】

【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、流量調節開閉弁２０を閉止していくと混
合部１９の圧力が変化し自動調圧弁のバランスがくずれ
出湯温度が大幅に変化してしまう。このまま停止してし
まうと次に出湯する際は混合部付近に残留している温度
が大幅に変化している湯が出湯してしまい不快であっ
た。またこれを防ぐため出湯を停止するまで混合湯温を
制御すると自動調圧弁は停止直前の微小流量でのバラン
ス点に移動しているため、このままの状態で再度出湯を
開始すると急に流量が増大し自動調圧弁のバランス点を
調節するための制御手段１８からコイル１２に流す電流
の調節が間に合わない。そのため大流量で温度の定まっ
ていない混合湯が大量に出湯することがあり危険であっ
た。さらに、出湯を開始した後すぐに設定温度を変更さ
れると自動調圧弁３の駆動量が最初安定せず出湯温度が
オーバシュートしたりハンチングを発生してしまうこと
があった。

【０００５】本発明はかかる従来の課題を解消するもの
で出湯を停止する際の混合弁の駆動量を記憶しておき次
に出湯を開始する時は混合弁駆動手段の駆動量を前回停
止処理を行なう前の駆動量に戻し、かつ一定時間経過す
るまでこの駆動量を維持し安定な混合湯を得ることにあ
る。そして出湯が安定する前に設定温度を変更されると
記憶している駆動量に設定温度の変更量にあったバイア
ス量を加え補正しこれを混合弁の初期駆動量とし一定時
間経過終了まではこの補正した駆動信号を維持すること
で出湯直後の混合弁の安定性をよくし、出湯温度も安定
にする。

【０００６】

【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、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、前記流量調節開閉弁の開閉を選択する
開閉信号発生手段と、混合湯温を設定する設定手段と、
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
々駆動信号を一定のサンプリング周期で出力する制御手
段と、前記制御手段の中に設けられた出湯停止信号入力
時に前記混合弁駆動手段の駆動信号を記憶する記憶手段
と、前記開閉信号発生手段から出湯を開始する信号を入
力後一定時間経過するまで前記記憶手段の駆動信号で前
記混合弁駆動手段を駆動するとともに、前記一定時間を
経過するまでに前記設定手段からの信号を入力すると前
記設定手段の信号と前記記憶手段の駆動信号の偏差に応
じた駆動信号の補正を行った後前記一定時間経過終了ま
ではこの補正した駆動信号を維持する混合弁制御手段を
有する構成としたものである。

【０００７】

【作用】本発明は、上記した構成により、出湯開始時に
前回停止する前の駆動量で混合弁を付勢し出湯後の流量
に対応するバイアス点になるようにしてから流量調節開
閉弁を開き出湯を開始する。そして、出湯が安定する前
に設定温度を変更されると記憶している駆動量に設定温
度の変更量にあったバイアス量を加え補正し、これを混
合弁の初期駆動量とし一定時間経過終了まではこの補正
した駆動信号を維持することで出湯直後の混合弁の安定
性をよくする。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に用いて説明
する。図１は湯水混合制御装置の断面図で、従来例の図
８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２
２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。

【０００９】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
きょう体２７と、この弁きょう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（混合部１
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と弁きょう
体２７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２
１を形成している。

【００１０】制御手段１８は第２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）とするには、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。

【００１１】図２は制御手段１８の具体例である。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、４３は開閉信号発生手段４５により
流量調節開閉弁２０を閉止する信号を混合弁制御手段３
９に入力するとその時点の混合弁制御手段３９の値を記
憶する記憶手段、４４は開閉信号発生手段４５により流
量調節開閉弁２０を開成する信号を混合弁制御手段３９
に入力すると一定時間を計測するタイマ手段である。４
５は流量調節開閉弁２０の開閉を選択する開閉信号発生
手段で、通常は開閉スイッチよりなり、混合弁制御手段
３９と流量調節開閉弁制御手段４１に接続してある。

【００１２】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
対抗してプランジャ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。

【００１３】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混合弁制御
手段３９、第１の駆動量設定手段４０により第１のコイ
ル２６に流す電流を可変し混合弁２３を調節する。

【００１４】通常の出湯を行っている場合は以上のよう
な方法で問題は生じないが、開閉信号発生手段４５によ
り出湯を停止する場合は流量調節開閉弁２０を閉止して
いくと混合部１９の圧力が変化し混合弁２３のバランス
がくずれていく。その場合、混合弁２３の制御ゲインが
通常（出湯時）と同じであれば圧力バランスのずれに対
して混合弁２３による動作が追随できず出湯温度が大幅
に変化してしまう。このまま停止してしまうと次に出湯
する際は混合部１９付近に残留し、温度が大幅に変化し
ている湯が出湯してしまい不快かつ危険でもあった。

【００１５】また、流量調節開閉弁２０を停止するまで
出湯温度を制御すると混合弁２３は微小流量でのバラン
ス点に移動しているため再度出湯を開始すると急に流量
が増大し制御手段１８から第１のコイル２６に流す電流
が急峻に変化できず大流量で温度の定まっていない混合
湯が大量に出湯することがあり危険であった。

【００１６】さらに、出湯を開始した後すぐに設定温度
を変更されると自動調圧弁３の駆動量が最初安定せず出
湯温度がオーバシュートしたりハンチングを発生してし
まうことがあった。

【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。通常の出湯時においてはあ
らかじめ設定された温度（もしくは設定手段１７により
設定した温度：以下設定温度Ｔｓとする）に混合湯温検
出手段１５により検出した温度が一致するように混合弁
制御手段３９は駆動量を設定して第１の駆動量設定手段
４０を介して第１のコイル２６を流れる電流を調節して
いる。これをステップ１００〜ステップ１１７にわたる
図３のフローチャートと図４、図５および図６の出力特
性図を用いて説明する。

【００１８】図３においてステップ１００の温度制御で
はまず設定温度と混合湯温検出手段１５の信号の差を求
めてこれを偏差Ｅ（ステップ１０１）とする。この偏差
Ｅを用いて制御量ｆ（Ｅ）をステップ１０２で演算す
る。ここでｆ（Ｅ）はよく知られているＰＩＤ制御やフ
ァジィ制御等どれを用いてもよく制御則の種類は固定し
ない。停止処理を行なわない場合、混合弁制御手段３９
はこのｆ（Ｅ）を用いて駆動量Ｐを演算し第１の駆動量
設定手段４０に信号を出し第１のコイル２６に流す電流
を設定し駆動を行なう（ステップ１０３）。この温度制
御は一定のサンプリング周期で繰り返し行なっている。

【００１９】出湯停止時は開閉信号発生手段４５より出
湯を停止する信号を制御手段１８に入力すると（図４に
おける時刻ｔ１）、流量調節開閉弁制御手段４１は第２
の駆動量設定手段４２を介して第２のコイル３５に流れ
る電流を下げ流量調節開閉弁２０を閉止する。この時、
混合弁制御手段３９も開閉信号発生手段４４の停止信号
を入力し停止時の温度制御に入る。これをフローチャー
トを用いて説明する。図３においてステップ１００の温
度制御で停止処理を開閉信号発生手段４５からの信号に
より判断すると（ステップ１０４）、この停止処理が１
回目かの判断を行なう。もしステップ１０５の１回目で
あれば、まだ停止処理に入っていないため、この状態の
駆動量Ｐを記憶手段４３に記憶（Ｍ）（ステップ１０
６）する。その後ステップ１０７の温度偏差を求め、ス
テップ１０８の制御量ｆ（Ｅ）を演算する。停止処理を
行なう場合、通常の温度制御と異なり混合弁制御手段３
９はこの制御量ｆ（Ｅ）をステップ１０９で定数倍し、
これを駆動量Ｐとして用い第１の駆動量設定手段４０に
信号を出し第１のコイル２６に流す電流を設定し駆動を
行なう。出湯を停止した後、混合弁の駆動電流を維持し
ておく必要がないため通常は駆動量Ｐは零にしておく。

【００２０】その後、再度出湯を開始する信号を開閉信
号発生手段４５から制御手段１８へ入力すると（図４時
刻ｔ２）混合弁制御手段３９は温度制御においてステッ
プ１１０の出湯開始の判断を行い、出湯開始の最初に混
合弁駆動手段２４の駆動量を前回停止処理を行なう流量
が多量のときの駆動量に記憶手段４３から値を設定する
（ステップ１１１）。そして混合弁３に駆動量が伝達さ
れてから流量調節開閉弁２０を開く（図４時刻ｔ３）。
この時ステップ１１２でタイマ手段４４の時間計測を開
始する。通常、制御手段１８はサンプリング制御を行な
っているので次のサンプリング時間にはもう処理はステ
ップ１１３になる。ステップ１１３では出湯開始後予め
設定した時間（図４Δｔ）に到達したかをタイマ手段４
４で計測している。これは出湯を開始した直後は混合部
１９の湯温状態が不安定のため、この時間内に設定温度
を変更されたりするとハンチング等を生じてしまうため
である。このΔｔ内では温度制御は行なわない。出湯開
始後一定時間経過した後は通常の温度制御に入りステッ
プ１０１以降の処理を行なう。これにより混合湯温検出
手段１５が安定してから温度制御に入るため出湯温度が
ハンチング等を生じることが無く安全な出湯を開始でき
る。

【００２１】出湯開始後、Δｔ以内に設定手段１７によ
り設定温度を変更すると制御は前述したように一定のサ
ンプリング周期で行っているため次のサンプリング周期
時のみステップ１１４の判断でステップ１１５以降の処
理に移っていく。ステップ１１５では変更された設定温
度と前回の設定温度の差を求めΔｘとする。このΔｘを
変数として係数ｇ（Δｘ）をステップ１１６で演算す
る。そしてステップ１１７で出湯直後に設定した駆動量
Ｐを係数ｇ（Δｘ）倍し設定温度に対応する駆動量Ｐを
求める。次のサンプリング周期時には設定温度はすでに
変化した後のためこの係数ｇ（Δｘ）を演算するステッ
プ１１５からステップ１１７は行わず一定時間経過終了
まではこの補正した駆動信号を維持する。

【００２２】これにより例えば図５の時刻ｔ４において
設定温度がＴｓからＴｓ’に変更されてもステップ１１
５からステップ１１７の処理を行なうと駆動量はこの設
定温度に対応して予め小さくなっているため温度変化量
もΔＴｌですますことができる。出湯開始後Δｔ以内に
設定温度を変化しても上記の処理を行なわずに駆動量を
保っていると図６のようにΔｔ経過後温度制御に入った
際、ステップ１０１で温度偏差Ｅを求めると設定温度が
変更されているため大きな値となり、このＥを用いて温
度制御を行なうと急激な駆動量の変化が生じΔＴ２のよ
うな大きい負のオーバシュートを引き起こしてしまい不
快かつ危険である。

【００２３】係数ｇ（Δｘ）は図７（ａ）のように簡単
に設定温度の変化量Δｘの一次関数としてもよい。例え
ば設定温度を上げた場合Δｘは正になり、ｇ（Δｘ）は
１より大きくなる。反対に設定温度を下げた場合Δｘは
負になり、ｇ（Δｘ）は１より小さくなる。また安全性
を考えると設定温度を下げた場合は速く低温にならなけ
ればいけないため図７（ｂ）のようにΔｘが負の場合の
傾きを急に設定してもよい。

【００２４】

【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、出湯開始時に前回停止する前の駆動量で混合
弁を付勢し出湯後の流量に対応するバイアス点になるよ
うにしてから流量調節開閉弁を開き一定時間経過するま
でこの駆動量を維持することで安定な混合湯を得られる
とともに、前記一定時間を経過するまで（出湯が安定す
る前）に設定温度を変更されても設定温度の変更量にあ
ったバイアス量を演算し、これを混合弁の初期駆動量と
し前記一定時間その駆動量を維持することで出湯直後の
混合弁の安全性をよくし、出湯温度も安定にすることが
できる。

【００２５】このため出湯開始直後の大幅な温度変動を
防ぐことができ安全な混合湯温の供給を可能にできる。

【００２６】したがって流量の停止・出湯をひんぱんに
行うシャワー等に用いても不快な温度を感じることが無
く、かつ安全な混合湯温の供給を可能とするため安心し
て器具を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の湯水混合制御装置の一実施例を示す断
面図

【図２】同湯水混合制御装置の制御ブロック図

【図３】同制御ブロックのフローチャート

【図４】本発明の出湯時における出力特性図

【図５】本発明の出湯時における出力特性図

【図６】従来の出湯時における出力特性図

【図７】（ａ）は本発明の係数ｇ（Δｘ）の通常の特性
図 （ｂ）は本発明の係数ｇ（Δｘ）の低温を重視した特性
図

【図８】従来の湯水混合制御装置の断面図

【符号の説明】

１ 湯流路 ２ 水流路 ３ 自動調圧弁（混合弁） １５ 混合湯温検出手段 １７ 設定手段 １８ 制御手段 １９ 混合部 ２０ 流量調節開閉弁 ２１ 流量調節開閉弁駆動手段 ２４ 混合弁駆動手段 ４５ 開閉信号発生手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−125533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153364（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 23/00 - 23/32

Claims (1)

(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、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
   流量調節開閉弁の開閉を選択する開閉信号発生手段と、
   混合湯温を設定する設定手段と、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一定のサ
   ンプリング周期で出力する制御手段と、前記制御手段の
   中に設けられた出湯停止信号入力時に前記混合弁駆動手
   段の駆動信号を記憶する記憶手段と、前記開閉信号発生
   手段から出湯を開始する信号を入力後一定時間経過する
   まで前記記憶手段の駆動信号で前記混合弁駆動手段を駆
   動するとともに、前記一定時間を経過するまでに前記設
   定手段からの信号を入力すると前記設定手段の信号と前
   記記憶手段の駆動信号の偏差に応じた駆動信号の補正を
   行った後前記一定時間経過終了まではこの補正した駆動
   信号を維持する混合弁制御手段とからなる湯水混合制御
   装置。