JP3740885B2

JP3740885B2 - 湯水混合装置

Info

Publication number: JP3740885B2
Application number: JP09008299A
Authority: JP
Inventors: 修徳永; 英之松井; 哲典富山; 博司重藤
Original assignee: 東陶機器株式会社
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000283329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湯水混合装置に関し、詳しくは、形状記憶合金などのような、温度によって形状が変化する感温体を用いて、可動弁体を付勢して湯水の混合を行う湯水混合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の可動弁体の一方を、上記感温体で付勢し、他方をバイアスばねで付勢するようにし、可動弁体と上記感温体との間には、湯水の混合を促進させ、感温体に安定した湯水混合水を提供するための混合部材が介在している湯水混合装置が利用されている。
【０００３】
この種の湯水混合装置に内蔵されている混合部材には、図１３、図１４に示す、特再平６−８１５１２９に記載のように、水側入水路に臨んだ可動弁体に連接し、水を混合部材の内周方向に旋回させて、水と直行して流入する湯に、前記旋回する水を衝突させて、水と湯とを混合させるための、複数枚のフィン１００が一体に形成され、前記感温ばねに混合水を接触させる働きをしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記フィン１００は、可動弁体の内周に沿って、混合部材１０１の可動弁体に臨む面上のみに、所定間隔で配置されており、かつ、混合部材１０１の軸線方向に垂直に切断した、フィン１００の断面の長手方向は直線形状からなっているため、フィンの旋回力を発生させるための有効長さが短く、水を混合部材１０１の内周方向に十分に旋回させているとは言い難い。
【０００５】
図１５に従来例の湯水の混合状態を、コンピューターシミュレーションの解析結果により示す。水の旋回力が弱く、湯を十分に攪拌できておらず、水と湯の混合が不十分となり、感温ばねに接触しうる混合水温度が必ずしも適切な温度とは言えなかった。つまりは、水の旋回力が弱いために、旋回水と、鉛直方向から束状となって流入してくる湯に対して、十分な攪拌を達成できず、感温ばねの内周面に接触する混合水温度は所望の温度より低く、感温ばねの内周面に接しない軸線付近の混合水温度が所望の温度より高いという、混合水温度の不均一を生み出していた。このことにより感温ばねが適切な混合水温度を感知することができず、温度調節性能に悪影響を及ぼす場合があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、湯と水を供給し、湯と水の流入量を制御する制御弁体と、混合水の温度を感知する感温手段によって制御弁体を制御することにより任意の温度の混合水を吐出する湯水混合装置において、制御弁体の下流で感温部材の上流側に湯と水の混合を促進する旋回流発生手段として、前記制御弁体と前記感温部材との間に介在し、貫通流路を有する筒状体の制御弁体側の端面に湯と水とを混合する旋回流発生部材を複数枚、貫通流路に突出形成した混合部材を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、混合部材の旋回流発生部材の形状を湾曲状に形成したことを特徴とする。また、混合部材の旋回流発生部材の形状を、混合部材の概略軸中心から外径方向に放物線形状としたことを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明は本体の内部に設けた湯及び水の流路のそれぞれに臨んで本体の軸線方向に移動可能とした制御弁体と、前記制御弁体の両端に対峙して配置した水側弁座及び湯側弁座と、前記制御弁体を前記湯側弁座側に付勢する、温度に応じてばね定数が変化する感温ばねと、前記制御弁体を前記水側弁座側に付勢するバイアスばねと、前記制御弁体と前記感温ばねとの間に介在し、湯と水とを混合するフィンを複数枚設けた混合部材を備えた湯水混合装置であって、前記フィンの形状が前記混合部材の概略軸中心から外径方向に放物線形状を形成してなる混合部材を備えたことを特徴とする湯水混合装置。
【０００９】
また、前記混合部材の混合フィンが前記混合部材の外径部から一体で支持され、前記混合部材の概略中心方向に、突出して構成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１実施例の斜視図を示す。湯水混合装置としての湯水混合水栓１は筒状の水栓本体２の左側に湯の温度を調節する温度調整ハンドル３を設け、右側にシャワー、バスの切換と流量調整を行う切換ハンドル４を設け、水栓本体２の下部には吐水管５、後部には先端にシャワーヘッドを有するシャワーホース６を設けている。さらに、水栓本体２の左側後部には給湯管７、右側後部には給水管８を設けている。
【００１１】
図２に湯水混合水栓１の縦断面図を示す。湯水混合水栓１は外側ケーシング９内に湯水混合弁１０及び切換弁１１を備えており、水流路及び湯流路から供給される水及び湯を湯水混合弁１０で混合し、これを切換弁１１で切り替えて、吐水管５またはシャワーホース６から吐水する。
【００１２】
まず、湯水混合弁１０について説明する。図３は湯水混合弁１０を拡大した断面、図４はその要部の分解斜視図である。図２に示すように湯水混合弁１０は外側ケーシングの端部に設けられた温度調整ハンドル３と、ケーシング本体１２と、ケーシング本体１２に螺着された水側弁座部材１３とを備えている。
【００１３】
ケーシング本体１２及び水側弁座部材１３内には後述する弁機構等を収納する室を備えている。また、ケーシング本体１２には水側ポート１４及び湯側ポート１５が形成されており、両ポート１４，１５は湯流入室１６に連通している。さらに、湯流入室１６には、制御弁体としての可動弁体１７が摺動自在に嵌合されている。この可動弁体１７は、湯水混合室１８内に収納された感温手段としての感温ばね１９によるばね力を受けると共に、バイアスばね２０によるばね力を受け、これらの力の釣り合いによりその位置が定まる。
【００１４】
上記感温ばね１９は、水側弁座部材１３側に混合部材２１との間に設けられている。この感温ばね１９は、温度に応じてばね定数が変化する金属により形成されており、バイアスばね２０は温度に関してほぼ一定のばね定数を有する通常のばね材料により形成されている。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からなる感温ばね１９のばね定数が温度に応じて変化する。
【００１５】
また、図示左側には、バイアスばね２０の与荷重を調節する与荷重調節装置２２が設けられている。この与荷重調節装置２２は混合湯水の目標温度を変更するものであり、温度調整ハンドル３を回転することにより、スピンドル２３を介してライナ２４が進退し、これによりバイアスばね２０の与荷重が増減する。与荷重の増減により、バイアスばね２０のばね力と感温ばね１９のばね力が釣り合う位置まで可動弁体１７が変位して、目標温度が変更される。
【００１６】
次に温度混合弁１０の湯水の温度調節動作について説明する。給湯管７からの給湯温度、給水管８からの水温度または流量などの条件が定常状態にあり、混合湯水が目標温度で吐水しているときには、可動弁体１７は、湯水混合室１８の混合水の温度により感温ばね１９に発生する力とバイアスばね２０のばね力との釣り合いにより位置が決定されて停止している。この状態から、給湯管７からの給湯温度、給水管８からの水温度または流量など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１８内の混合湯水温度が目標温度からずれて温度偏差を生じる。感温ばね１９はこの温度変化に応じてばね定数を変化させ、その結果、感温ばね１９のばね力が変化する。このとき、湯水混合温度が目標温度より高い場合には、感温ばね１９のばね力が増大し、バイアスばね２０の与荷重を増加させながら可動弁体１７を図２の左方向へ変位させるので、湯の割合が減少すると同時に水の割合が増加し、混合湯水温度が低下する。
【００１７】
一方、湯水混合温度が目標温度より低い場合には、感温ばね１９のばね力が減少し、バイアスばね２０の作用により可動弁体１７を図２の右方向へ変位させるので、湯の割合が増加すると同時に水の割合が減少し、混合湯水温度が上昇する。こうした感温ばね１９の作用により混合湯水温度は、目標温度に向かうよう調節される。
【００１８】
上記湯水混合弁１０において、その目標温度を変更するには、与荷重調節装置２２の一部を構成する温度調整ハンドル３を所定方向に回転することにより行う。温度調整ハンドル３を所定方向に回転すると、スピンドル２３を介してライナ２４が図２の右方向にへ移動してバイアスばね２０が圧縮変位し、バイアスばね２０による可動弁体１７に対する与荷重が増大する。一方、温度調整ハンドルを反対方向に回転すると、スピンドル２３を介してライナ２４が図２の左方向へ移動してバイアスばね２０が伸張変位し、バイアスばね２０による可動弁体に対する予荷重が減少する。
【００１９】
このようなバイアスばね２０の与荷重の増加により、可動弁体１７は湯側ポート１５の流路を広げると同時に水側ポート１４の流路を狭める位置で釣り合うように調節されて、湯量の増加と水の減少により湯水混合比を変更することにより、混合湯水の吐水温度を高くし、逆に、与荷重の減少により、可動弁体１７は湯側ポート１５の流路を狭めると同時に水側ポート１４の流路を広げる位置で釣り合うように調節されて、混合湯水の吐水温度を低くする。
【００２０】
次に湯水混合弁１０の各部構成及びその動作についてさらに詳細に説明する。可動弁体１７は筒状部３０と、この筒状部３０の両端部に設けられた水側着座部３１および湯側着座部３２と筒状部３０の内周部に形成されかつ流路部３３を有する環状係止部３４と、湯側着座部３２から内周側に傾斜状に形成されたガイド面３５とを備えている。上記環状係止部３４はその左端面でバイアスばね２０を支持し、他端部で感温ばね１９を受ける混合部材３６を支持している。
【００２１】
上記可動弁体１７は、感温ばね１９とバイアスばね２０との釣り合いで可動して、その水側着座部３１が水側弁座３７に着座したときには、給湯管７からの湯だけが吐水され、一方湯側着座部３２が湯側弁座３８に着座したときには、給水管８からの水だけが吐水され、両着座部３１、３２のいずれも着座していないときには、その水側ポート１４と湯側ポート１５の流路開口に応じた量の水および湯が吐水されて旋回流発生手段としての混合部材３６にて混合される。
【００２２】
次に可動弁体１７と感温ばね１９との間に介在している混合部材３６について説明する。図３に示すように、混合部材３６は感温ばね１９の左支持端部４０を断熱のためのワッシャ７０を介して受けるばね受け部４１と、このばね受け部４１から複数本突設された旋回流発生部材としてのフィン４２とを備えている。このフィン４２間が水側ポート１４からの水を流通させるフィン間流路４３となる。フィン４２は図５に示すように、湾曲しており、ばね受け部材４１の外周接線に対して所定角度傾斜して取り付けられて、フィン４２の湾曲の延長線が貫通流路４４の中心に集まるように形成している。
【００２３】
水側ポート１４から混合部材３６のフィン間流路４３を通った水と、湯側ポート１５からの湯が混合されて、混合部材３６の貫通流路４４を通って感温ばね１９側に流れる。すなわち、混合部材３６は湯と水とが混合されるまでの距離を確保するとともに、水に旋回力を与えることにより十分に混合されてから感温ばね１９に接触するように作用する。
【００２４】
混合部材３６のフィン４２は水側ポート１４からの水が当たるとフィン４２の曲面により旋回し、それぞれのフィン間流路４３から水を旋回流として湯水混合室１８に流入させる。湯は湯側ポート１５から流入し、湯流入室１６、可動弁体１７の流路部を通過して混合部材３６の左側から流入し、水が外側から旋回して均一に取り囲むようにして混合される。従って、感温ばね１９は混合部材３６による混合湯水の混合されるまでの作用とあいまって、ほぼ均一に混合された混合湯水に接触してその荷重を変える。よって、感温ばね１９は均一な伸縮を行って可動弁体１７をかたむかせるような摺動力を
加えない。
【００２５】
図５から図７に混合部材３６の詳細を示す。図５は平面図、図６は側面図。図７は図５のＡ−Ａ断面図を示す。フィン４２は混合部材３６のばね受け部４１から８本突出して形成されている。図５に示すとおり、貫通流路４４に向かって、貫通流路４４の半径の３分の１程度まで、湾曲してのび、貫通流路４４の中心から見て、一本のフィン４２の終端の延長線上から次のフィン４２の始端が始まるように形成して、フィン４２の外周から流入した水が必ずいずれかのフィン４２に当たるようにしている。また、それぞれのフィン４２の湾曲した延長線が貫通流路４４の中心に集まるようにフィン４２を配置している。このため、水側ポート１４から流入する水がフィン４２に当たり、フィン４２の曲面に沿って貫通流路４４の中心に向かうため、湯水混合のために非常に効果的な旋回流となり、フィン４２の前面から直線状に流入してくる湯との混合が促進される。
【００２６】
図８に混合部材３６による湯と水の混合状態を示す。水が十分に旋回して、湯を攪拌している状態の説明で、コンピューターシミュレーションの解析結果による。フィン４２の外面側は水の領域となり、貫通流路４４の中心部と中心部からフィン４２の終端に向かって伸びる８本の帯状の部分が湯の領域となり、フィン４２の内面側が混合水の領域となる。感温ばね１９の位置する貫通流路４４の周面部はほとんど混合水の領域となり、感温ばね１９はこの混合水の温度を検知するため、温度制御が正確に行われる。
【００２７】
図９は、図８の混合状態の模式図を、別の観点から定量的に表したもので、コンピューターシミュレーションの解析結果による。従来品に比べて本発明の第１実施例のほうが、実際の吐水温度に近い温度がＳＭＡコイルの周辺に分布していることが分かる。特に常用する温度である４０℃前後では大きな改善効果が見られる。
【００２８】
図１０に混合部材の第２実施例平面図を示す。図に示すとおり、混合部材５０のばね受け部材５１に、フィン５３を貫通流路５２に向かって、貫通流路５２の半径の３分の１程度まで、湾曲して形成し、流入する水が旋回流となり、フィン５３の前方から直線状に流入してくる湯との混合が促進される。第１実施例に比べフィン５３の長さが短いため、旋回力はやや弱いが、従来品に比べれば混合は促進される。
【００２９】
図１１に混合部材の第３実施例の平面図を示す。混合部材５５のばね受け部材５６に、直線状のフィン５７が貫通流路５８に向かって、貫通流路５８の半径の３分の２程度まで形成され、フィン５７の外周から流入した水がフィン５７に当たり、旋回流となり、フィン５７の前面から直線状に流入してくる湯との混合が促進される。第１実施例に比べ旋回力は弱いが、従来品に比べれば混合は促進される。
【００３０】
図１２に混合部材の第３実施例の平面図を示す。混合部材６０のばね受け部材６１に、直線状のフィン６２が貫通流路６３に向かって、貫通流路の半径の３分の１程度までのびて形成され、フィン６２の外周から流入した水がフィン６２に当たり、旋回流となり、フィンの前面から直線状に流入してくる湯との混合が促進される。第１実施例に比べ旋回力は弱いが、従来品に比べれば混合は促進される。
【００３１】
【発明の効果】
湯と水を供給し、湯と水の流入量を制御する制御弁体と、混合水の温度を感知する感温手段によって制御弁体を制御することにより任意の温度の混合水を吐出する湯水混合装置において、制御弁体の下流で感温部材の上流側に湯と水の混合を促進する旋回流発生手段として、前記制御弁体と前記感温部材との間に介在し、貫通流路を有する筒状体の制御弁体側の端面に湯と水とを混合するフィンを複数枚、貫通流路に突出形成した混合部材を備えたため、フィンが長く十分な旋回流を与えることができるため、湯と水の混合が十分行え、感知手段が混合水の温度をよい正確に感知することができる。
【００３２】
混合部材のフィンの形状を湾曲状に形成したため、湾曲したフィンに沿って、旋回流が発生しやすくなる。
【００３３】
混合部材のフィンの形状を、混合部材の概略軸中心から外径方向に放物線形状としたため、さらに旋回流が発生しやすくなる。
【００３４】
本体の内部に設けた湯及び水の流路のそれぞれに臨んで、本体の軸線方向に移動可能とした制御弁体と、前記制御弁体の両端に対峙して配置した水側弁座及び湯側弁座と、前記制御弁体を前記湯側弁座側に付勢するとともに、温度に応じてばね定数が変化する感温ばねと、前記制御弁体を前記水側弁座側に付勢するバイアスばねと、前記制御弁体と前記感温ばねとの間に介在し、湯と水とを混合するフィンを複数枚設けた、筒状の混合部材を備えた湯水混合装置であって、前記フィンの形状が前記混合部材の概略軸中心から外径方向に放物線形状であるため、旋回流により感温ばねが位置する外周縁部分の湯水の混合が十分に行われる。
【００３５】
前記混合部材のフィンが前記混合部材の内径部より中心方向に突出してなるため、さらに旋回流が発生しやすく、旋回流により感温ばねが位置する外周縁部分の湯水の混合が十分に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の湯水混合装置の外観斜視図。
【図２】図１の正面縦断面図。
【図３】要部の拡大縦断面図。
【図４】制御弁体、混合部材、感温ばね部の分解斜視図。
【図５】本発明の第１実施例の混合部材の平面図。
【図６】本発明の第１実施例の混合部材の正面図。
【図７】図５のＡ−Ａ線断面図
【図８】本発明の第１実施例の水と湯の混合状態模式図。
【図９】本発明の第１実施例と従来例の吐水温度とＳＭＡ周辺温度の関係を示すグラフ。
【図１０】本発明の第２実施例の混合部材の平面図。
【図１１】本発明の第３実施例の混合部材の平面図。
【図１２】本発明の第１実施例の混合部材の平面図。
【図１３】従来例の混合部材の平面図。
【図１４】従来例の混合部材の正面図。
【図１５】従来例の低水と湯の混合状態模式図。
【符号の説明】
１…湯水混合水栓（湯水混合装置）
１７…可動弁体（制御弁体）
１９…感温ばね（感温手段）
３６…混合部材
４２…フィン（旋回流発生部材）
４４…貫通流路

Claims

湯と水を供給し、湯と水の流入量を制御する制御弁体と、混合水の温度を感知する感温手段によって制御弁体を制御することにより任意の温度の混合水を吐出する湯水混合装置において、制御弁体の下流で感温部材の上流側に湯と水の混合を促進する旋回流発生手段として、前記制御弁体と前記感温部材との間に介在し、貫通流路を有する筒状体の制御弁体側の端面に湯と水とを混合する旋回流発生部材を複数枚、貫通流路に突出形成した混合部材を備えたことを特徴とする湯水混合装置。
混合部材の旋回流発生部材の形状を湾曲状に形成したことを特徴とする請求項１記載の湯水混合装置。
混合部材の旋回流発生部材の形状を、混合部材の概略軸中心から外径方向に放物線形状としたことを特徴とする請求項２記載の湯水混合装置。
本体の内部に設けた湯及び水の流路のそれぞれに臨んで、本体の軸線方向に移動可能とした制御弁体と、前記制御弁体の両端に対峙して配置した水側弁座及び湯側弁座と、前記制御弁体を前記湯側弁座側に付勢するとともに、温度に応じてばね定数が変化する感温ばねと、前記制御弁体を前記水側弁座側に付勢するバイアスばねと、前記制御弁体と前記感温ばねとの間に介在し、湯と水とを混合するフィンを複数枚設けた、筒状の混合部材を備えた湯水混合装置であって、前記フィンの形状が前記混合部材の概略軸中心から外径方向に放物線形状であり、前記フィンが前記混合部材の内径部より中心方向に突出してなることを特徴とする湯水混合装置。