JP3261776B2 - 湯水混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湯水混合装置に関し、
詳しくは温度によってばね定数が変化する素材からなる
ばねを用いて温度制御する湯水混合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の湯水混合装置としては、
湯と水の混合比を左右する可動弁体を温度によって形状
が変化する形状記憶合金を用いて付勢することにより、
湯水混合物の温度を一定に制御する自動温度調節式湯水
混合栓が提案されている（実公昭６１−４４０６２）。
これは、形状記憶合金が、特定の温度下で一定の形状に
セットしておくと、その他の温度下で物理的に形状を変
化させても当初のセット温度を与えることにより、再び
セット時の形状に復元するという特徴を有し、従来の感
温素子、例えば、ワックスサーモ等より熱容量が小さ
く、温度変化に対して敏感に作動することを利用したも
のである。

【０００３】この混合栓では、可動弁体の一方をコイル
状形状記憶合金で付勢し、他方をコイルスプリングで付
勢するように構成されており、コイル状形状記憶合金は
湯水混合物に直接接触するよう配置されている。また、
コイル状形状記憶合金は、一定温度で一定コイル長にな
るとされており、このコイル状形状記憶合金は、湯水混
合物の温度の変化により、次のように作動するとされて
いる。

【０００４】湯水混合物の温度が設定温度で定常状態に
あるとき、可動弁体はコイル状形状記憶合金とコイルス
プリングとの釣り合いの位置で停止している。定常状態
にあった湯水混合物の温度が外乱等により変化して一定
の温度になると、コイル状形状記憶合金は、その温度で
セットされた一定のコイル長に復元しようとして、形状
復元力を発生する。この形状復元力は、定常状態にあっ
たコイルスプリングとの釣り合いを崩して、可動弁体を
コイルスプリング側またはコイル状形状記憶合金側へ駆
動する。ここで、コイル状形状記憶合金に対して、設定
温度近傍で、連続的にコイル長をセットすれば、湯水混
合物の温度が設定温度近傍での変化に対して、コイル状
形状記憶合金は、温度変化に伴ってコイル長を変化さ
せ、連続的な形状復元力を発生する。従って、可動弁体
が湯水混合物の温度変化に対応して変位し、湯水の割合
を変化させるので、湯水混合物の温度を設定温度に保持
することができる。

【０００５】一方、湯と水の混合比を左右する可動弁体
を、感温素子（ワックスサーモ）を用いて付勢すること
により湯水混合物の温度を一定に制御すると共に、湯水
混合物の温度と目標温度とに生じた定常温度偏差をフィ
ードバック制御により解消する湯水混合装置が提案され
ている（特開昭６１−３１７８４）。この定常温度偏差
は、湯水混合物の温度変化に対してワックスサーモの体
積変化に基づく可動弁体の変位が目標温度からずれた温
度を中心として作動したときや、ワックスサーモの経年
変化による体積変化率の差、ワックスサーモの体積変化
によって生じる荷重が作用する各部材の経年変化等によ
り生じる。また、この湯水混合装置では、フィードバッ
ク制御によるハンチングを防止するために、モータによ
る可動弁体の駆動速度をワックスサーモによる可動弁体
の駆動速度より遅く設定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
形状記憶合金を用いた湯水混合装置では、湯水混合物の
設定温度の変更は、弁体を付勢するばねに手動で予荷重
を加えることにより行なわれるため、リモコン装置など
を用いて外部からの設定により所望の出湯温度を得るこ
とができないという問題があった。また、形状記憶合金
による温度制御のみでは、所望の出湯温度からずれた温
度で形状記憶合金の形状復元力とコイルスプリングの弾
力が釣り合ったときは、定常温度偏差を生じて所望の出
湯温度とすることができないという問題があった。

【０００７】更に、ワックスサーモを用いた湯水混合装
置に適用したフィードバック制御を形状記憶合金を用い
た湯水混合装置に適用した場合には、形状記憶合金の温
度特性とワックスサーモの温度特性とが異なることによ
り、目標温度によってはハンチングを起こして制御でき
ない場合があるという問題があった。

【０００８】本発明の湯水混合装置は、こうした問題を
解決し、湯水混合物の温度を目標温度で安定して保持す
ることを目的としてなされ、次の構成を採った。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の湯水混合装置
は、図１に例示するように、湯水の混合比を調節する可
動弁体を有する湯水混合弁ＭＶと、所定の温度範囲にお
いて温度に応じてばね定数が変化する材料からなり、前
記混合弁から流出する湯水混合物の温度上昇に伴い湯の
割合を減少させる方向に前記可動弁体を付勢する第１の
ばねＳＰ１と、前記可動弁体を前記方向とは反対方向に
付勢する第２のばねＳＰ２と、前記第１および第２のば
ねの少なくとも一方の予荷重を調節可能な予荷重調節手
段Ｍ１と、前記湯水混合物の温度を検出する温度検出手
段Ｍ２と、前記温度検出手段により検出された温度と目
標温度とに偏差が存在する場合には、該偏差を打ち消す
側に前記予荷重調節手段をフィードバック制御する予荷
重制御手段Ｍ３と該フィードバック制御のゲインを湯水
混合物の温度における前記第１のばねのばね定数の変化
率に基づいて決定する制御ゲイン決定手段Ｍ４と、を備
えたことを要旨とする。

【００１０】ここで、前記湯水混合装置において、制御
ゲイン決定手段Ｍ４は、前記第１のばねＳＰ１のばね定
数の変化率が変化しない領域に該検出温度があるときは
制御ゲインを第１の値とし、該変化率が変化する領域に
該検出温度があるときは制御ゲインを該第１の値より小
さな第２の値とする構成とすることもできる。

【００１１】

【作用】以上のように構成された本発明の湯水混合装置
は、第１のばねＳＰ１が湯水混合物の温度に応じてばね
定数を変化させ、湯水の混合比を調節する可動弁体を付
勢して、湯水混合物の温度を目標温度へと制御する。第
１のばねＳＰ１による温度制御のみでは温度検出手段Ｍ
２により検出された湯水混合物の温度と目標温度との間
に偏差を生じる場合、制御ゲイン決定手段Ｍ４が湯水混
合物の温度における前記第１のばねのばね定数の変化率
に基づいてフィードバック制御のゲインを決定し、予荷
重制御手段Ｍ３が該偏差を打ち消す側に予荷重調整手段
Ｍ１を制御して、湯水混合物の温度を目標温度とする。

【００１２】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図２は本発明の一実施例である湯水混合装置の
模式図であり、図３はこの湯水混合装置の斜視図であ
る。

【００１３】湯水混合装置１０は、水道管から水が給水
される給水用脚金具１１と、図示しない給湯機から湯が
給湯される給湯用脚金具１２と、湯水の混合を行なう弁
ユニット１５と、湯水の混合比を電気的に制御する制御
ユニット１８とから構成されている。弁ユニット１５
は、機能的には、給水用脚金具１１から給水される水お
よび給湯用脚金具１２から給水される湯を混合する湯水
混合弁６０と、湯水混合弁６０に組み込まれた可動弁体
７０の位置を調節する予荷重調節機構１００と、湯水混
合物温度ＴＣを検出する温度センサ１１０と、シャワー
１３０またはカラン１４０からの混合湯水の選択および
止水をする切換え／止水弁１２０とを有する。これらの
具体的な構成については後述する。また、制御ユニット
１８は、目標温度ＴＰを表示する液晶表示部（ＬＣＤ）
１６０と、目標温度ＴＰの設定および吐水の選択等の操
作を行なうパネル操作部１７０と、温度センサ１１０に
よって検出される温度信号とパネル操作部１７０からの
信号を入力して予荷重調節機構１００と切換え／止水弁
１２０とＬＣＤ１６０へ出力信号を出力する電子制御装
置１５０とを有する。更に、湯水混合装置１０は電池１
８０に接続されており、各部に必要な電源を供給する構
成となっている。

【００１４】制御ユニット１８を構成するパネル操作部
１７０は、図３に示すように、ＬＣＤ１６０に表示され
る目標温度ＴＰをデクリメントするスイッチ１７１と、
目標温度ＴＰをインクリメントするスイッチ１７２と、
シャワー１３０からの吐水を選択するシャワー選択スイ
ッチ１７５と、カラン１４０からの吐水を選択するカラ
ン選択スイッチ１７６と、止水を選択する止水スイッチ
１７７から構成されている。

【００１５】次に、給水用脚金具１１の拡大断面図であ
る図４を用いて給水用脚金具１１の構造について説明す
る。給水用脚金具１１は、同図に示すように、水道管に
接続される入口２１と湯水混合弁６０に接続される出口
２９とが形成されたハウジング２０を有し、ハウジング
２０には、止水弁２２と圧力制御弁３０が組み込まれて
いる。

【００１６】止水弁２２は、ハウジング２０に液密に締
結されたキャップ２７と、キャップ２７とハウジング２
０にガイドされた弁体２３と、ストレーナ２８とを有す
る。弁体２３は、ハウジング２０とのガイド部２４と端
部２６とを有しており、ガイド部２４には通水時に水の
通路となる開口部２５が設けてある。ガイド部２４はハ
ウジング２０とねじで噛み合っており、弁体２３を回転
させることにより弁体２３が回転軸方向に変位する構造
になっている。従って、弁体２３を回転させて、端部２
６とハウジング２０を着脱させることにより、止水また
は通水する。通水時には、端部２６とハウジング２０と
の隙間から流入した水が開口部２５を通り、ストレーナ
２８によりゴミを除去した後に圧力制御弁３０に流れ込
む。

【００１７】圧力制御弁３０は、弁ユニット１５に供給
する水側圧力を制御する弁であり、ハウジング２０内部
に環状に形成された弁座３１、この弁座３１と協動して
水の流れを制御する弁部材３２、弁部材３２を摺動可能
に収納するガイド部材３５、弁部材３２に固定された弁
軸４０、弁軸４０の末端が組み付けられる金属ベローズ
４５等から構成されている。弁部材３２は、ナット３４
により弁軸４０が固定される本体部３２Ａと、弁座３１
と反対方向に延長する円筒形のスカート３３とを有し、
このスカート３３はハウジング２０に液密に締結された
ガイド部材３５のボア３６内に若干のクリアランスをも
って収納されている。従って、弁部材３２とスカート３
３とガイド部材３５とで形成された二次圧力室３７内に
は弁座３１下流の給水二次圧力Ｐ２が導入される。

【００１８】弁軸４０には、弁部材３２と反対側の端に
ばね受け４１が設けられており、ハウジング２０には、
ばね受け４１に対峙してキャップ４２が液密に締結され
ている。ばね受け４１とキャップ４２との間には金属ベ
ローズ４５が液密に配置してあり、背圧室４６を形成し
ている。金属ベローズ４５は一定のばね定数を有するば
ねで、有効受圧面積は弁座３１の有効面積に等しくなる
ように設定されている。背圧室４６には、給湯用脚金具
１２に接続されている圧力導入管５８により給湯機から
の給湯圧力Ｐ３が導入されている。

【００１９】こうして構成された圧力制御弁３０は次の
ように作動する。弁部材３２は、給水一次圧力Ｐ１によ
り開弁方向に作用する力と二次圧力室３７の給水二次圧
力Ｐ２により閉弁方向に作用する力とを受ける。ばね受
け４１は、給水一次圧力Ｐ１により閉弁方向に作用する
力と、金属ベローズ４５により開弁方向に作用するばね
力と、背圧室４６内の給湯圧力Ｐ３により開弁方向に作
用する力とを受ける。弁部材３２とばね受け４１は弁軸
４０によって結合しているので、弁部材３２の給水一次
圧力Ｐ１による開弁方向に作用する力とばね受け４１の
給水一次圧力Ｐ１による閉弁方向に作用する力とはほぼ
釣り合い、二次圧力室３７の給水二次圧力Ｐ２による閉
弁方向に作用する力に対して、金属ベローズ４５による
開弁方向に作用するばね力と背圧室４６内の給湯圧力Ｐ
３による開弁方向に作用する力との合力が釣り合う。従
って、給水二次圧力Ｐ２は金属ベローズ４５のばね力だ
け給湯圧力Ｐ３より高くなり、水道管からの給水一次圧
力Ｐ１および給湯機からの給湯圧力Ｐ３が変動しても、
給水二次圧力Ｐ２と給湯圧力Ｐ３との差圧は一定とな
る。

【００２０】尚、給湯用脚金具１２の構成は特に図示し
ないが、給水用脚金具１１に組み込まれた止水弁２２と
同様の止水弁５２が組み込まれている。

【００２１】次に、弁ユニット１５の拡大断面図である
図５を用いて、弁ユニット１５の構造について説明す
る。弁ユニット１５は同図に示すように、ハウジング６
１を有し、これに、湯水混合弁６０，予荷重調節機構１
００，温度センサ１１０および切換え／止水弁１２０が
組み込まれている。ハウジング６１には、水入口８５と
湯入口９５が形成されており、水入口８５には給水用脚
金具１１の出口２９が接続され、湯入口９５には給湯用
脚金具１２の出口５９が接続される。

【００２２】湯水混合弁６０は、水入口８５および湯入
口９５に夫々連通する環状通路８６および９６と、可動
弁体７０を軸方向摺動自在に収容する弁室６３と、湯水
混合室６４を有する。弁室６３は、湯水混合弁６０の軸
線に垂直な水側弁座８７および湯側弁座９７と、軸方向
のボア６２によって画定されている。可動弁体７０は、
円筒部７１と半径方向のウェブ７２とを有する。円筒部
７１の外径とボア６２の内径との間には微小なクリアラ
ンスが設けてある。可動弁体７０のウェブ７２には複数
の開口７３が設けてあり、湯入口９５から弁室６３内に
流入した湯は、開口７３を通って湯水混合室６４に流れ
込み、水と混合される。水と湯との混合の割合は、可動
弁体７０が軸方向に変位することによって変化する。
尚、可動弁体７０が水側弁座８７と係合する位置まで変
位して水を遮断すれば湯のみが流れ出ることになり、可
動弁体７０が湯側弁座９７と係合する位置まで変位して
湯を遮断すれば水のみが流れ出ることになる。

【００２３】可動弁体７０は、湯水混合室６４内に配置
された感温コイルスプリング８０と弁室６３内に配置さ
れた第２コイルスプリング９０の力の釣り合いによって
位置決めされる構造となっている。このため、感温コイ
ルスプリング８０の一端は止め輪７４によりハウジング
６１に固定されたばね受け７５に支承され、他端は可動
弁体７０に固定されたばね受け７６に支承されている。
また、第２コイルスプリング９０の一端は可動弁体７０
と連動するばね受け７７に支承され、他端は予荷重調節
機構１００の可動ばね受け１０２に支承されている。組
立の便宜のため、ばね受け７６はウェブ７２を貫通し、
ばね受け７７と螺合する構造になっている。

【００２４】感温コイルスプリング８０は温度に応じて
ばね定数が変化する金属によって形成されており、第２
コイルスプリング９０は温度に関して一定のばね定数を
有する通常のばね材料によって形成されている。温度に
応じてばね定数が変化する金属材料としては、ニッケル
・チタン合金からなる形状記憶合金（ＳＭＡ）の範疇に
属する合金が知られている。この種のＳＭＡは温度に応
じて弾性係数が変化し、その結果、ＳＭＡからなる感温
コイルスプリング８０のばね定数が温度に応じて変化す
る。ＳＭＡからなる所望の温度特性を有する温度応答性
の感温コイルスプリング８０は、種々の供給者から入手
することができる。例えば、関東特殊製鋼株式会社の
「ＫＴＳ−ＳＭアロイ」がある。

【００２５】また、予荷重調節機構１００に消費される
電池１８０のエネルギを節減するために、感温コイルス
プリング８０のばね定数と予荷重は、そのばね力（発生
荷重）が充分小さくなるように設定する必要がある。一
方、感温コイルスプリング８０は、水のみを吐出すべき
低温条件下（この時には、第２コイルスプリング９０に
加える予荷重はゼロにすることができ、可動弁体７０は
感温コイルスプリング８０のばね力のみによって湯側弁
座９７に押圧される）においては、湯の流入を遮断する
に充分な力で可動弁体７０を湯側弁座９７に押圧するば
ね力を発生する必要がある。このため、感温コイルスプ
リング８０のばね定数と予荷重は、低温時（例えば、給
水温度が５℃の時）に発生するばね力が５００ｇ以下、
好ましくは３００ｇ以下になるように設定する。

【００２６】予荷重調節機構１００は、予荷重調節モー
タ１０５をいずれかの方向に回転させることにより、第
２コイルスプリング９０の予荷重を可変可能に構成され
ている。このため、ハウジング６１に液密に締結された
端部部材１０１には、可動ばね受け１０２が軸方向変位
自在、かつ回転不能にスプライン嵌合してあり、この可
動ばね受け１０２の内ねじには予荷重調節モータ１０５
の出力軸１０３に形成されたウォーム１０４が噛み合っ
ている。また、予荷重調節モータ１０５の出力軸１０３
はＯリング１０６によって軸封されている。

【００２７】こうして構成された予荷重調節機構１００
は、予荷重調節モータ１０５を所定方向に回転させて、
可動ばね受け１０２を図５右方に変位させることによ
り、第２コイルスプリング９０の予荷重を増大させ、予
荷重調節モータ１０５を反対方向に回転させて、可動ば
ね受け１０２を左方に変位させることにより、第２コイ
ルスプリング９０の予荷重を減少させる。

【００２８】温度センサ１１０は、その感温部が湯水混
合弁６０から流出する混合湯水が直接接触するように、
湯水混合弁６０の出口であるばね受け７５の下流側に配
置され、ハウジング６１に液密に締結されている。

【００２９】切換え／止水弁１２０は温度センサ１１０
の下流側に配置されており、ハウジング６１に固定され
た固定ディスク１２１と、この固定ディスク１２１に擦
り合わさった状態で回転する回転ディスク１２５と、こ
の回転ディスク１２５を回転駆動する切換え／止水モー
タ１２７とを有する。固定ディスク１２１は、図６に示
すように２つの吐水ポート１２２および１２３を有し、
一方の吐水ポート１２２は接続金具１３１とシャワーホ
ース１３２（図３参照）を介してシャワー１３０に接続
され、他方の吐水ポート１２３は接続金具１４１と図示
しないスイベル継手を介してカラン１４０に接続されて
いる。回転ディスク１２５は、図７に示すように湯水混
合弁６０の湯水混合室６４に連通する唯一の吐水ポート
１２６を有する。切換え／止水モータ１２７を回転させ
て回転ディスク１２５の吐水ポート１２６を固定ディス
ク１２１の吐水ポート１２２に整合させると、混合湯水
はシャワー１３０に供給され、吐水ポート１２６を固定
ディスク１２１の吐水ポート１２３に整合させると混合
湯水はカラン１４０に供給され、吐水ポート１２６を固
定ディスク１２１のいずれの吐水ポート１２２および１
２３からもオフセットさせると止水される。

【００３０】制御ユニット１８を構成する電子制御装置
１５０は、図８に示すようにマイクロコンピュータを中
心とする論理演算回路として構成される。詳しくは、予
め設定された制御プログラムに従って出湯を制御するた
めの各種演算処理を実行するＣＰＵ１５０ａ、ＣＰＵ１
５０ａで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログ
ラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ１５０ｂ、
同じくＣＰＵ１５０ａで各種演算処理を実行するのに必
要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ１５０
ｃ、電源オフ時においてもデータを保持可能なバックア
ップＲＡＭ１５０ｄ、温度センサ１１０からの信号を入
力する温度センサ入力回路１５０ｅ、パネル操作部１７
０からのスイッチ信号を入力するスイッチ入力回路１５
０ｆ、ＣＰＵ１５０ａでの演算結果に応じて予荷重調節
モータ１０５に駆動信号を出力するモータ駆動回路１５
０ｇ、パネル操作部１７０の吐水選択スイッチ１７５，
１７６または止水スイッチ１７７の入力に応じて切換え
／止水モータ１２７に駆動信号を出力するモータ駆動回
路１５０ｈおよびＬＣＤ１６０に表示信号を出力するＬ
ＣＤ駆動回路１５０ｉ等を備えている。また、電子制御
装置１５０は、電池１８０に接続された定電圧回路１５
０ｊを備えている。

【００３１】次に、こうして構成された湯水混合装置１
０の作動を図９，図１０，図１１に示すフローチャート
に基づいて説明する。

【００３２】図９は、出湯を開始するときに実行される
出湯開始時処理ルーチンを示す。このルーチンは、パネ
ル操作部１７０のシャワー選択スイッチ１７５またはカ
ラン選択スイッチ１７６が押され、スイッチ信号がスイ
ッチ入力回路１５０ｆを介して入力されることにより実
行される。

【００３３】先ず、混合湯水の目標温度ＴＰとしてＲＯ
Ｍ１５０ｂに格納されたデフォルト値ＴＤ（例えば、４
０℃）と、バックアップＲＡＭ１５０ｄに格納された現
在の予荷重調節量である現予荷重調節量ＦＤとを読み込
む処理を実行し（ステップＳ１００，Ｓ１１０）、デフ
ォルト値ＴＤをＬＣＤ１６０に表示する（ステップＳ１
２０）。次いで、湯水混合物温度ＴＣと予荷重調節量Ｆ
Ｓとの関係を表わす図示しないマップにより、デフォル
ト値ＴＤに対応した予荷重調節量ＦＳを求める（ステッ
プＳ１３０）。求めた予荷重調節量ＦＳと現予荷重調節
量ＦＤとの差を実予荷重調節量ΔＦにセットし（ステッ
プＳ１４０）、現予荷重調節量ＦＤを実予荷重調節量Δ
Ｆだけ増加させる（ステップＳ１５０）。すなわち、予
荷重調節モータ１０５を実予荷重調節量ΔＦに対応した
分だけ駆動させることにより、ウォーム１０４が回転
し、可動ばね受け１０２が軸方向位置を変え、第２コイ
ルスプリング９０の予荷重量が調節される。

【００３４】ここで、デフォルト値ＴＤは何度に設定さ
れていてもよいが、出湯開始時に熱水または冷水がシャ
ワー等から出湯するのを防止するために、通常使用する
湯水混合物温度ＴＣとすることが望ましい。また、デフ
ォルト値ＴＤがない構成でもよいが、出湯を終了する時
に通常使用する湯水混合物温度ＴＣとなるよう可動弁体
７０を調節する構成も望ましい。この場合は、ステップ
Ｓ１００ないしＳ１５０は不要である。

【００３５】次に、シャワー選択スイッチ１７５とカラ
ン選択スイッチ１７６とのどちらのスイッチが押された
かを判定する（ステップＳ１６０）。スイッチの判定に
従い、切換え／止水モータ１２７を駆動して、押された
スイッチの側の吐水ポートに回転ディスク１２５の吐水
ポート１２６を整合する（ステップＳ１７０，Ｓ１８
０）。吐水ポート１２２または１２３と回転ディスク１
２５の吐水ポート１２６が整合されることにより、シャ
ワー１３０またはカラン１４０から出湯が開始され、本
ルーチンを終了する。

【００３６】次に、目標温度の設定が変更されたときの
処理を、図１０に示す目標温度変更時処理ルーチンによ
り説明する。このルーチンは、混合湯水の目標温度ＴＰ
を設定するためのスイッチ１７１または１７２が押され
たときに実行される。

【００３７】先ず、設定された目標温度ＴＰと現予荷重
調節量ＦＤとを読み込む処理を実行し（ステップＳ２０
０，２１０）、湯水混合物温度ＴＣと予荷重調節量ＦＳ
との関係を表わす前記のマップにより目標温度ＴＰに対
応した予荷重調節量ＦＳを求める（ステップＳ２２
０）。次いで、求めた予荷重調節量ＦＳと現予荷重調節
量ＦＤとの差を実予荷重調節量ΔＦにセットし（ステッ
プＳ２３０）、現予荷重調節量ＦＤを実予荷重調節量Δ
Ｆだけ増加させて（ステップＳ２４０）、本ルーチンを
終了する。

【００３８】以上、説明した図９および図１０の処理に
より、目標温度ＴＰを設定するためのスイッチ１７１，
１７２によって、設定された温度で混合湯水が吐水され
る。このときの出湯温度の調整はＳＭＡを用いた感温コ
イルスプリング８０により行なわれる。次に、この動作
について説明する。

【００３９】湯水混合物温度ＴＣが目標温度ＴＰとなっ
て、給湯機からの給湯温度、水道水温または流量等の条
件が定常状態にある時には、可動弁体７０は、湯水混合
室６４内の混合湯水により感温コイルスプリング８０に
発生するばね力と第２コイルスプリング９０のばね力
（予荷重）との釣り合いにより位置が決定され、静止し
ている。この状態から、給湯機からの給湯温度、水道水
温または流量等の条件が外乱により変動すると、この変
動に応じて湯水混合室６４内の湯水混合物温度ＴＣが目
標温度ＴＰからずれて温度偏差ΔＴを生じる。感温コイ
ルスプリング８０は、この温度変化に応じてばね定数を
変化させ、その結果、感温コイルスプリング８０のばね
力が変化する。得られる湯水混合物温度ＴＣが目標温度
ＴＰより高い場合には、感温コイルスプリング８０のば
ね力が増大し、第２コイルスプリング９０の予荷重を増
加させながら可動弁体７０を図５左方に変位させるの
で、湯の割合が減少し、湯水混合物温度ＴＣが低下す
る。反対に、湯水混合物温度ＴＣが目標温度ＴＰより低
い場合には、感温コイルスプリング８０のばね力が減少
し、第２コイルスプリング９０の作用により可動弁体７
０が図５右方に変位するのを許容するので、水の割合が
減少し、湯水混合物温度ＴＣが上昇する。こうした感温
コイルスプリング８０の作用により湯水混合物温度ＴＣ
は目標温度ＴＰに保持される。

【００４０】出湯開始時処理ルーチンにより出湯が開始
された後または目標温度変更時処理ルーチンにより目標
温度ＴＰが変更された後は、図１１に示すフィードバッ
ク制御ルーチンにより、湯水混合物温度ＴＣが制御され
る。本ルーチンは所定時間毎、例えば１００ｍｓ毎に実
行される。

【００４１】本ルーチンでは、先ず、出湯開始から５秒
間経過したか否か、および、目標温度ＴＰの変更から３
秒間経過したか否かを判定し（ステップＳ３００，Ｓ３
１０）、出湯開始から５秒間経過していないとき、また
は、目標温度ＴＰの変更から３秒間経過していないとき
は本ルーチンを終了する。ここで、出湯開始から５秒間
経過した後にのみフィードバック制御を実行するのは、
出湯直後の湯水混合物温度ＴＣが安定していないことに
よる。すなわち、前回の出湯停止からの時間経過によ
り、配管内の湯が所定の温度となっていないため、出湯
直後は目標温度ＴＰよりかなり低い温度の混合湯水とな
り、給湯機からの湯が出始めると急激に温度上昇するか
らである。従って、本実施例の５秒間である出湯開始か
らフィードバック制御を開始するまでの時間は、湯の供
給源である給湯機と湯水混合装置１０との距離等により
定まる値であるので、給湯機からの配管状況等により定
めればよい。また、目標温度ＴＰの変更から３秒間経過
した後にのみフィードバック制御を実行するのは、目標
温度ＴＰの変更直後の湯水混合物温度ＴＣは過渡期にあ
り、安定するのに一定の時間が必要だからである。従っ
て、本実施例では３秒間としたが、この３秒間は湯水混
合装置１０の容量，温度センサ１１０の位置等により決
まる値であるので、湯水混合装置１０の特性により定め
ればよい。

【００４２】次に、目標温度ＴＰと温度センサ１１０に
より検出される湯水混合物温度ＴＣを読み込む処理を実
行し（ステップＳ３２０）、目標温度ＴＰと湯水混合物
温度ＴＣの差を温度偏差ΔＴにセットする（ステップＳ
３３０）。セットされた温度偏差ΔＴの絶対値を閾値Ｔ
ｒｅｆと比較し（ステップＳ３４０）、温度偏差ΔＴの
絶対値が閾値Ｔｒｅｆより小さいときは本ルーチンを終
了する。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、目標温度ＴＰから許
容される温度範囲の最大値で、湯水混合物温度ＴＣを目
標温度ＴＰから１℃以内で制御する場合には閾値Ｔｒｅ
ｆは値１であり、目標温度ＴＰから０．５℃以内で制御
する場合には閾値Ｔｒｅｆは値０．５となる。この閾値
Ｔｒｅｆは、予荷重調節モータ１０５を駆動制御できる
最小値および感温コイルスプリング８０の特性等により
定まる。

【００４３】温度偏差ΔＴの絶対値が閾値Ｔｒｅｆより
大きいときは、ばね定数の変化率ΔＢＫと制御ゲインＫ
との関係を示すマップ（図１２）より制御ゲインＫを求
め（ステップＳ３４５）、温度偏差ΔＴに制御ゲインＫ
を乗じて実予荷重調節量ΔＦを算出し（ステップＳ３５
０）、現予荷重調節量ＦＤを実予荷重調節量ΔＦだけ増
加させて（ステップＳ３６０）、本ルーチンを終了す
る。

【００４４】ここで、図１２は、ばね定数ＢＫ・ばね定
数の変化率ΔＢＫ・制御ゲインＫと温度Ｔとの関係の一
例を示したものである。ばね定数ＢＫは、温度ＴがＴ１
以下の領域（区間Ｕ１）では一定値ＢＫ２を、Ｔ４以上
の領域（区間Ｕ５）では一定値ＢＫ１を示し、Ｔ１から
Ｔ４の領域（区間Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４）では湯水混合物温
度ＴＣに応じて変化する。特にＴ２からＴ３の領域（区
間Ｕ３）では変化率ΔＢＫが一定となり、比例関係が成
立する。Ｔ１からＴ２の領域（区間Ｕ２）またはＴ３か
らＴ４の領域（区間Ｕ４）では、湯水混合物温度ＴＣに
応じてばね定数ＢＫは変化するが、その変化率ΔＢＫは
一定でなく、区間Ｕ３の変化率ΔＢＫに比べて小さい。

【００４５】このばね定数の変化率ΔＢＫに対して制御
ゲインＫを以下のように設定する。すなわち、ばね定数
ＢＫと温度Ｔが比例関係にある領域である区間Ｕ３では
所定値Ｋ１とし、ばね定数ＢＫと温度Ｔが比例関係にな
く変化率ΔＢＫが変化する領域である区間Ｕ２およびＵ
４ではＫ１より小さい所定値Ｋ２とする。また、ばね定
数ＢＫが変化しない領域である区間Ｕ１およびＵ５では
区間Ｕ３と同じ所定値Ｋ１とする。従って、湯水混合物
温度ＴＣを検出することにより制御ゲインＫを求めるこ
とができる。

【００４６】このように制御ゲインＫを設定することに
より、目標温度ＴＰが区間Ｕ２またはＵ４にある場合に
もハンチングすることなく湯水混合物温度ＴＣを目標温
度ＴＰで制御することができる。これは、次の理由によ
る。区間Ｕ２またはＵ４のばね定数の変化率ΔＢＫは区
間Ｕ３の変化率ΔＢＫに比べて小さいので、同一の温度
変化に対してばね定数ＢＫの変化による作用（温度変化
に抗する作用）は、区間Ｕ３より区間Ｕ２またはＵ４の
方が小さい。ここで、同一の実予荷重調節量ΔＦを作用
させると、湯水混合物温度ＴＣの温度変化は、ばね定数
ＢＫの変化による作用が小さい分だけ区間Ｕ３より区間
Ｕ２またはＵ４の方が大きくなる。従って、区間Ｕ３で
適正な制御が可能であった制御ゲインＫの値Ｋ１を区間
Ｕ２またはＵ４で用いると、制御ゲインＫに基づいて算
出される実予荷重調節量ΔＦが適正な値より大きくな
り、目標温度ＴＰ付近を中心としてハンチングする場合
を生じる。この結果、区間Ｕ２またはＵ４においても適
正な制御をするためには、制御ゲインＫを小さくして温
度偏差ΔＴに対する実予荷重調節量ΔＦを小さくするこ
とが好ましい。

【００４７】また、区間Ｕ１またはＵ５では、ばね定数
ＢＫが変化しない領域なので、感温コイルスプリング８
０による温度制御はなく、フィードバック制御のみによ
って温度制御される。従って、本実施例では区間Ｕ１お
よびＵ５での制御ゲインＫを区間Ｕ３と同じ所定値Ｋ１
としたが、区間Ｕ３と同じ所定値Ｋ１でなくてもよく、
より大きな値でも小さな値でも構わない。

【００４８】ここで、本実施例では制御ゲインＫをばね
定数の変化率ΔＢＫに基づいて所定値Ｋ１，Ｋ２とした
が、制御ゲインＫを変化率ΔＢＫに比例定数を乗じて算
出する構成、制御ゲインＫを制御ゲインＫとばね定数の
変化率ΔＢＫと湯水混合物温度ＴＣとの三元マップから
求める構成等も好適である。

【００４９】以上、説明した実施例の湯水混合装置１０
によれば、ばね定数が温度によって変化するＳＭＡを材
料とした感温コイルスプリング８０を用いたので、外乱
等により湯水混合物温度ＴＣが変化しても、感温コイル
スプリング８０のばね定数が温度に応じて変化すること
により可動弁体７０を温度変化を打ち消す側に変位させ
て、湯水混合物温度ＴＣを目標温度ＴＰとすることがで
きる。また、感温コイルスプリング８０は熱容量の小さ
いＳＭＡを材料とし、混合湯水に直接接触する構成とし
たので、湯水混合物温度ＴＣの変化に素早く応じること
ができる。従って、湯水混合物温度ＴＣを目標温度ＴＰ
に保持することができる。

【００５０】更に、湯水混合物温度ＴＣと目標温度ＴＰ
とに温度偏差ΔＴが生じ、感温コイルスプリング８０に
よる温度制御だけでは温度偏差ΔＴを解消することがで
きないときには、フィードバック制御を行なうことによ
り温度偏差ΔＴを解消するので、湯水混合物温度ＴＣを
常に目標温度ＴＰに制御することができる。加えて、ば
ね定数の変化率ΔＢＫに応じて制御ゲインＫを変更して
フィードバック制御を行なうので、ばね定数の変化率Δ
ＢＫが一定でない温度範囲に目標温度ＴＰを設定しても
ハンチングすることがなく、制御範囲を広くすることが
できる。

【００５１】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。

【００５２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の湯水混合
装置では、所定の温度範囲内において温度に応じてばね
定数が変化する材料からなるばねを用いて湯水混合物の
温度を制御することができる。また、目標温度からずれ
た温度で第１のばねＳＰ１と第２のばねＳＰ２のばね力
が釣り合うことにより、湯水混合物の温度と目標温度に
偏差を生じた場合には、偏差を打ち消す側に予荷重調節
手段Ｍ１を制御するので、湯水混合物の温度を目標温度
とすることができる。更に、フィードバック制御のゲイ
ンを湯水混合物の温度における前記第１のばねのばね定
数の変化率に基づいて決定するするので、広い温度範囲
でハンチングすることなく目標温度に制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の湯水混合装置の基本的構造を例示する
ブロック図である。

【図２】本発明の湯水混合装置１０を例示する模式図で
ある。

【図３】図２に示した湯水混合装置１０の斜視図であ
る。

【図４】湯水混合装置１０を構成する給水用脚金具１１
の断面図である。

【図５】湯水混合装置１０を構成する弁ユニット１５の
拡大断面図である。

【図６】切換え／止水弁１２０に組み込まれた固定ディ
スク１２１の構造図である。

【図７】切換え／止水弁１２０に組み込まれた回転ディ
スク１２５の構造図である。

【図８】電子制御装置１５０を中心とした制御系の電気
的な構成を示すブロック図である。

【図９】電子制御装置１５０により実行される出湯開始
時処理ルーチンを示すフローチャートである。

【図１０】電子制御装置１５０により実行される目標温
度変更時処理ルーチンを示すフローチャートである。

【図１１】電子制御装置１５０により実行されるフィー
ドバック制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図１２】ばね定数ＢＫ・ばね定数の変化率ΔＢＫ・制
御ゲインＫと温度Ｔとの関係を例示するグラフである。

【符号の説明】

Ｍ１…予荷重調節手段 Ｍ２…温度検出手段 Ｍ３…予荷重制御手段 Ｍ４…制御ゲイン決定手段 ＭＶ…湯水混合弁 １０…湯水混合装置 １１…給水用脚金具 １２…給湯用脚金具 １５…弁ユニット １８…制御ユニット ２０…ハウジング ２１…入口 ２２…止水弁 ２３…弁体 ２４…ガイド部 ２５…開口部 ２６…端部 ２７…キャップ ２８…ストレーナ ２９…出口 ３０…圧力制御弁 ３１…弁座 ３２…弁部材 ３３…スカート ３４…ナット ３５…ガイド部材 ３６…ボア ３７…二次圧力室 ４０…弁軸 ４１…ばね受け ４２…キャップ ４５…金属ベローズ ４６…背圧室 ５２…止水弁 ５８…圧力導入管 ５９…出口 ６０…湯水混合弁 ６１…ハウジング ６２…ボア ６３…弁室 ６４…湯水混合室 ７０…可動弁体 ７１…円筒部 ７２…ウェブ ７３…開口 ７４…止め輪 ７５，７６，７７…ばね受け ８０…感温コイルスプリング ８５…水入口 ８６，９６…環状通路 ８７…水側弁座 ９０…第２コイルスプリング ９５…湯入口 ９７…湯側弁座 １００…予荷重調節機構 １０１…端部部材 １０２…可動ばね受け １０３…出力軸 １０４…ウォーム １０５…予荷重調節モータ １０６…Ｏリング １１０…温度センサ １２０…切換え／止水弁 １２１…固定ディスク １２２，１２３，１２６…吐水ポート １２５…回転ディスク １２７…切換え／止水モータ １３０…シャワー １３１…接続金具 １３２…シャワーホース １４０…カラン １４１…接続金具 １５０…電子制御装置 １５０ａ…ＣＰＵ １５０ｂ…ＲＯＭ １５０ｃ…ＲＡＭ １５０ｄ…バックアップＲＡＭ １５０ｅ…温度センサ入力回路 １５０ｆ…スイッチ入力回路 １５０ｇ…モータ駆動回路 １５０ｈ…モータ駆動回路 １５０ｉ…ＬＣＤ駆動回路 １５０ｊ…定電圧回路 １６０…ＬＣＤ １７０…パネル操作部 １７１，１７２…スイッチ １７５…シャワー選択スイッチ １７６…カラン選択スイッチ １７７…止水スイッチ １８０…電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−306318（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−3433（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−184113（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 23/00 - 23/32

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湯水の混合比を調節する可動弁体を有す
   る湯水混合弁と、 所定の温度範囲において温度に応じてばね定数が変化す
   る材料からなり、前記混合弁から流出する湯水混合物の
   温度上昇に伴い湯の割合を減少させる方向に前記可動弁
   体を付勢する第１のばねと、 前記可動弁体を前記方向とは反対方向に付勢する第２の
   ばねと、 前記第１および第２のばねの少なくとも一方の予荷重を
   調節可能な予荷重調節手段と、 前記湯水混合物の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段により検出された温度と目標温度とに
   偏差が存在する場合には、該偏差を打ち消す側に前記予
   荷重調節手段をフィードバック制御する予荷重制御手段
   と、 該フィードバック制御のゲインを湯水混合物の温度にお
   ける前記第１のばねのばね定数の変化率に基づいて決定
   する制御ゲイン決定手段とを備えた湯水混合装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の湯水混合装置であって、 制御ゲイン決定手段は、前記第１のばねのばね定数の変
   化率が変化しない領域に該検出温度があるときは制御ゲ
   インを第１の値とし、該変化率が変化する領域に該検出
   温度があるときは制御ゲインを該第１の値より小さな第
   ２の値とする手段である湯水混合装置。