JP5446032B2

JP5446032B2 - 湯水混合装置

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Publication number: JP5446032B2
Application number: JP2009044181A
Authority: JP
Inventors: 剛三浦; 賢一青柳; 宏金丸; 正行大場
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2010196404A

Description

本発明は、湯水混合装置に関し、特に、供給された湯及び水を混合し、所定温度の湯水に調整して吐出させる湯水混合装置に関する。

特公平７−１８５０８号公報（特許文献１）には、湯水混合装置が記載されている。この湯水混合装置は、混合弁体、ワックスサーモ、及びモータを有する混合弁と、混合湯温設定器と、混合弁から吐出される湯水の温度を検出する混合湯温検出器と、制御器と、を有する。制御器は、混合湯温検出器により検出された湯水の温度と、混合湯温設定器により設定された温度を時々刻々比較し、検出される温度が設定された温度に一致するようにモータを随時、駆動する。これにより、吐出される湯水の温度は補正され、吐出される湯水の温度と設定温度の偏差が減少される。

特公平７−１８５０８号公報

しかしながら、特公平７−１８５０８号公報に記載の湯水混合装置においては、混合湯温検出器によって検出された温度をフィードバックして制御する際の制御の遅れや、オーバーシュート、ハンチング等により、吐水中の湯水の温度が大きく変動したり、振動的に変化するという問題がある。即ち、使用者が設定温度を変更していないにもかかわらず、吐出される湯水の温度がフィードバック制御により変動すると、使用者に違和感や不快感を与えてしまうという問題がある。

従って、本発明は、設定温度と実際に吐出される湯水の温度の偏差の補正を可能にしながら、使用者に与える違和感、不快感を抑制することができる湯水混合装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、供給された湯及び水を混合し、所定温度の湯水に調整して吐出させる湯水混合装置であって、吐水温度を設定するための温度設定操作部と、主弁体、及び混合された湯水の温度に応じて主弁体に付勢力を作用させ、主弁体を駆動する感温付勢部を備え、流入した湯及び水を混合して複数の温度設定領域に亘る温度の湯水を吐出させることができる混合弁と、この混合弁から流出した湯水の温度を検出する温度センサと、温度設定操作部により設定された温度の湯水が吐出されるように、混合弁に制御信号を出力し、混合弁を制御するコントローラと、を有し、このコントローラは、温度設定操作部により設定された温度設定値と温度センサによって検出された温度の間の差に基づいて、温度の差を減少させるように、各温度設定領域に対する制御信号の補正量を計算する温度補正部を備え、この温度補正部による補正は、次に吐水が開始されたときから、又は、他の温度設定領域から補正量が計算された温度設定領域内に設定温度が変更されたときから、実際に吐水される湯水の温度に反映され、温度補正部は、温度設定値と温度センサによって検出された温度の間の差に関する情報を、温度設定値が上昇方向に変更された際に生じた温度差に関する情報と、温度設定値が下降方向に変更された際に生じた温度差に関する情報とを区別して記憶しており、温度設定値が上昇方向に変更されて設定された場合と、下降方向に変更されて設定された場合で、異なる補正量を算出することを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、温度補正部による補正が、次に吐水が開始されたときから、又は、他の温度設定値から補正量が計算された温度設定値に設定温度が変更されたときから、実際に吐水される湯水の温度に反映されるので、吐水中に吐出される湯水の温度が大きく変動したり、設定温度を変更していないにもかかわらず吐水中に吐出される湯水の温度が変化する等の、使用者に与える違和感、不快感を抑制することができる。
また、このように構成された本発明によれば、感温付勢部を備えた混合弁を有する湯水混合装置にも、本発明を適用することができる。

さらに、このように構成された本発明によれば、温度設定値が上昇方向に変更された際に生じた温度差に関する情報と、温度設定値が下降方向に変更された際に生じた温度差に関する情報を区別しているので、ヒステリシス特性を有する混合弁に対しても、有効に補正を行うことができる。

本発明において、好ましくは、さらに、混合弁に流入する湯の温度を検出する供給湯温センサを有し、温度補正部は、供給湯温センサ及び温度センサによって検出される湯温の時間当たりの変化量が所定値以下になった場合における、温度設定値と温度センサによる検出温度の差に基づいて補正量を算出する。

このように構成された本発明によれば、混合弁に流入する湯の温度及び混合弁から流出する湯水の温度が安定していない状態におけるデータを基に、不適切な補正が行われるのを防止することができる。

本発明の湯水混合装置によれば、設定温度と実際に吐出される湯水の温度の偏差の補正を可能にしながら、使用者に与える違和感、不快感を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による湯水混合装置全体を示す斜視図である。本発明の第１実施形態による湯水混合装置の構成を示すブロック図である。湯水混合装置に使用されている温調バルブの構造を模式的に示す断面図である。湯水混合装置に使用されている温調バルブの特性の一例を示すグラフである。本発明の第１実施形態による湯水混合装置の作用の一例を示すタイムチャートである。本発明の第２実施形態による湯水混合装置全体を示すブロック図である。本発明の第２実施形態による湯水混合装置の作用の一例を示すタイムチャートである。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至図５を参照して、本発明の第１実施形態による湯水混合装置を説明する。図１は、本実施形態による湯水混合装置全体を示す斜視図である。図２は、本実施形態による湯水混合装置の構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態の湯水混合装置に使用されている温調バルブの構造を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、湯水混合装置１は、吐水口２ａが設けられたスパウト部である水栓本体２と、洗面カウンタ８に取り付けられた操作部６と、洗面ボウル４が配置された洗面カウンタ８の下側に配置された水栓機能部１０と、を有する。

本実施形態による湯水混合装置１は、操作部６を操作することにより、水栓機能部１０に電気信号が送られ、各機能を実行することができる。即ち、湯水混合装置１は、操作部６を押圧操作することにより、水栓本体２の吐水口２ａからの吐水、止水の切り換え及び吐水流量の調整を行うことができ、操作部６を回転操作することにより、吐水温度の調整を行うことができるように構成されている。即ち、操作部６は温度設定操作部として機能する。

図２に示すように、水栓機能部１０は、給湯管１２ａ及び給水管１２ｂに接続された混合弁である温調バルブ１２と、３つの電磁弁１４、１６、１８と、各電磁弁と水栓本体２の間に夫々接続された３つの定流量弁２０、２２、２４と、温調バルブ１２及び各電磁弁を制御するコントローラ２６と、吐水される湯水の温度を測定する温度検出手段である温度センサ２８と、温調バルブ１２に流入する湯の温度を検出する供給湯温センサ２９と、を有する。

温調バルブ１２の出口管路には、３つの電磁弁、即ち、小流量用電磁弁１４、中流量用電磁弁１６、及び大流量用電磁弁１８が並列に接続されている。さらに、各電磁弁の出口側には、定流量弁が夫々直列に接続されている。即ち、小流量用電磁弁１４の出口側には小流量の定流量弁２０が、中流量用電磁弁１６の出口側には中流量の定流量弁２２が、大流量用電磁弁１８の出口側には大流量の定流量弁２４が夫々接続されている。さらに、各定流量弁の出口側は合流され、水栓本体２に接続されている。

この構成により、小流量用電磁弁１４が開放されると、温調バルブ１２から流出した湯水は小流量用電磁弁１４を通って小流量の定流量弁２０に流入し、ここで所定の小流量に流量が制限されて水栓本体２の吐水口２ａから吐出される。同様に、中流量用電磁弁１６が開放されると湯水は中流量用電磁弁１６を通って中流量の定流量弁２２に流入し、ここで所定の中流量に流量が制限され、大流量用電磁弁１８が開放されると湯水は大流量用電磁弁１８を通って大流量の定流量弁２４に流入し、ここで所定の大流量に流量が制限されて水栓本体２の吐水口２ａから吐出される。

次に、図３を参照して、温調バルブ１２の構成を説明する。
図３に示すように、温調バルブ１２は、温度設定を変更するためのモータ１２ｃを備えており、さらに、混合弁本体３２と、この混合弁本体３２の内部に摺動可能に配置された主弁体３４と、この主弁体３４に付勢力を加えるバイアスバネ３６と、主弁体３４にバイアスバネ３６とは反対の方向に付勢力を加える感温付勢部である形状記憶合金バネ３８と、を有する。さらに、温調バルブ１２は、設定温度に応じて混合弁本体３２内で摺動されるバネ押さえ４０と、このバネ押さえ４０を移動させるための送りねじ４２を有し、送りねじ４２はモータ１２ｃの出力軸に直結されている。

また、図３に示すように、混合弁本体３２には給湯管１２ａ及び給水管１２ｂが接続されており、混合弁本体３２内で主弁体３４が摺動されることにより、混合弁本体３２に流入する湯と水の割合が変化する。温調バルブ１２は、混合弁本体３２内に流入した湯と水が混合され、形状記憶合金バネ３８の内部を通って流出されるように構成されている。バイアスバネ３６は、主弁体３４が湯の流入量を増大させ、水の流入量を減少させる方向に移動されるように、主弁体３４に付勢力を加えている。また、形状記憶合金バネ３８は、逆に、主弁体３４が湯の流入量を減少させ、水の流入量を増大させる方向に移動されるように、主弁体に付勢力を加えている。

さらに、形状記憶合金バネ３８は、温度が高くなると発生する付勢力が増大されるように構成されている。このため、混合された湯水の温度が高くなると、伸張して、湯の流入量を減じ、水の流入量を増大させ、混合された湯水の温度を低下させる。逆に、混合された湯水の温度が低くなると、縮小して、湯の流入量を増大させ、水の流入量を減じて、混合された湯水の温度を上昇させる。これにより、湯水混合弁８から流出する湯水の温度が設定温度に維持される。

また、バネ押さえ４０が送りねじ４２によって移動され、図３における右方向に移動されると、湯の流入量が増加し、水の流入量が減少するので、湯水の温度は上昇する。逆に、バネ押さえ４０が左方向に移動されると、水の流入量が増加し、湯の流入量が減少するので、湯水の温度は低下する。従って、モータ１２ｃによって送りねじ４２を回転させることにより、設定温度が変更される。

次に、図２に示すように、コントローラ２６は、操作部６から入力された電気信号に基づいて、各電磁弁及び温調バルブ１２に制御信号を送って、これらを制御するように構成されている。また、コントローラ２６は、温度補正部２６ａを内蔵しており、温度補正部２６ａは、吐水口２ａから実際に吐出される湯水の温度が操作部６によって設定された設定温度に近づくように、温調バルブ１２に送る制御信号を補正するように構成されている。具体的には、コントローラ２６及び温度補正部２６ａは、操作部６、温度センサ２８、供給湯温センサ２９からの信号を入力するための入力インターフェイス、制御プログラム、設定温度、設定流量等を記憶する記憶手段であるメモリ、プログラムを実行するマイクロプロセッサ、各電磁弁及び温調バルブ１２に制御信号を送るための出力インターフェイス（以上、図示せず）等から構成される。コントローラ２６、温度補正部２６ａによる制御の詳細は、後述する。

温度センサ２８は、各定流量弁からの湯水が合流する部分よりも下流側の管路に配置されており、吐水口２ａから吐出される湯水の温度を検出し、検出値をコントローラ２６に送るように構成されている。
供給湯温センサ２９は、給湯管１２ａに配置されており、温調バルブ１２に供給される湯の温度を検出し、検出値をコントローラ２６に送るように構成されている。

次に、図４及び図５を参照して、本発明の第１実施形態による湯水混合装置１の作用を説明する。
図４は、湯水混合装置１に使用されている温調バルブ１２の特性の一例を示すグラフである。図５は、上段から順に、吐水／止水状態、設定温度、温度センサ２８による検出温度、モータ１２ｃの回転角を示したタイムチャートである。

図４は温調バルブ１２の特性を示したグラフであり、横軸が送りねじ４２の回転角θ、縦軸が流出する湯水の温度Ｔを表している。図４に示すように、温調バルブ１２は、送りねじ４２の回転角θと流出する湯水の温度Ｔが概ね折れ線状の関係となる。この図４に示す関係はコントローラ２６の温度補正部２６ａに記憶されている。本実施形態においては、高温領域におけるグラフの傾きが、低温領域におけるグラフの傾きよりも小さくなっている。また、本実施形態において、高温領域におけるグラフの傾きは１／α、低温領域におけるグラフの傾きは１／βであり、低温領域を温度設定領域１、温度設定領域２に区分し、高温領域を温度設定領域３、温度設定領域４に区分している。これらの温度設定領域は、温調バルブの特性に応じて、任意に定めることができる。

次に、図４を参照して、温度補正部２６ａによる温度の補正原理を説明する。
まず、湯水混合装置１の初期状態において、操作部６により温度設定値が温度Ｔ₀に設定されると、コントローラ２６は、予め記憶されている送りねじ４２の所定の回転角θ₀までモータ１２ｃを回転させる。この状態で温調バルブ１２から流出した湯水の温度が温度センサ２８によって検出される。この温度センサ２８によって検出された温度が温度Ｔ₀よりも高いＴ₁である場合には、送りねじ４２の回転角θに対して実際に温調バルブ１２から流出する湯水の温度は、図４に破線で示す直線Ｉに従うと考えられる。

このため、温度補正部２６ａは、コントローラ２６に予め記憶されている直線を平行移動した直線Ｉに基づいて、送りねじ４２の回転角θを補正する。具体的には、回転角θと温度Ｔの関係が直線Ｉに従う場合、温度Ｔ₀の湯水を流出させるために必要な回転角θ₀’は、θ₀’＝θ₀＋α（Ｔ₀−Ｔ₁）により計算される。

一方、送りねじ４２を回転角θ₀まで回転させた際に流出した湯水の温度が温度Ｔ₀よりも低いＴ₂である場合には、実際に温調バルブ１２から流出する湯水の温度は、図４に破線で示す直線ＩＩに従うと考えられ、温度Ｔ₀の湯水を流出させるために必要な回転角θ₀’’は、θ₀’’＝θ₀＋α（Ｔ₀−Ｔ₂）により計算される。

本実施形態においては、温度補正部２６ａは、このような原理に基づき、コントローラ２６から出力される制御信号を補正し、実際に吐水される湯水の温度が、温度設定値に近くなるようにしている。また、吐出される湯水の温度が低い温度設定領域１、２においては、回転角θと温度Ｔの関係を表す傾き１／βの直線を平行移動させることにより、必要な回転角の値を補正している。

さらに、上記の説明では回転角θと温度Ｔの関係は、１本の折れ線により表されていたが、厳密には、温調バルブ１２はヒステリシス特性を持っている。このため、送りねじ４２が、回転角が増大する方向に回転された場合と、減少する方向に回転された場合では、送りねじ４２が同一の回転角に設定されていても、主弁体３４が静止する位置が異なり、吐出される湯水の温度も異なる。即ち、温調バルブ１２から吐出される湯水の温度は、吐出温度を上昇させながら調整した場合と、下降させながら調整した場合では、夫々異なる折れ線に従って変化する。

本実施形態に使用されている温調バルブ１２では、温度設定領域１、２において温度設定値を上昇させた場合の直線の傾きは１／β_U、下降させた場合の傾きは１／β_D、温度設定領域３、４において温度設定値を上昇させた場合の直線の傾きは１／α_U、下降させた場合の傾きは１／α_Dであり、これらの値がコントローラ２６に予め記憶されている。

次に、図５を参照して、本発明の第１実施形態による湯水混合装置１の具体的な作用の一例を説明する。
まず、図５の時刻ｔ０において、使用者が操作部６を押圧操作すると、コントローラ２６は電磁弁に信号を送り、これを開放させる。これにより吐水が開始される。吐水が開始されると、温調バルブ１２に湯を供給する給湯装置（図示せず）が着火され、給湯管１２ａを介して温調バルブ１２に供給される湯の温度が上昇する（図５の上から３段目のグラフの破線）。また、時刻ｔ０において、温度設定値は温度設定領域１に属する温度Ｔ_Aにされているので、コントローラ２６は、送りねじ４２の回転角を温度設定値Ｔ_Aに対応したθ_Aのまま保持する。なお、時刻ｔ０においては、コントローラ２６に、回転角θ_Aに対する実際の吐水温度が記憶されていないため、温度補正部２６ａによる補正は実行されない。

吐水開始後、温調バルブ１２に供給される湯の温度は上昇し、時刻ｔ１において安定する。これに伴い、温調バルブ１２から吐出される湯水の温度も上昇し、時刻ｔ２においてほぼ一定の温度になる。これらの温度は、供給湯温センサ２９及び温度センサ２８によって時々刻々検出され、コントローラ２６に送られる。コントローラ２６は、供給湯温センサ２９による検出温度の時間当たりの変化量、及び温度センサ２８による検出温度の時間当たりの変化量が共に所定の値以下になると、そのときの温度センサ２８による検出温度Ｔ_A1を、回転角θ_Aに対する実際の吐出温度としてメモリ（図示せず）に記憶する。しかしながら、温度センサ２８による検出温度Ｔ_A1は、即座に吐水温度の補正に使用されることはなく、後述するように、所定の時期に吐水温度の補正に利用される。

次に、時刻ｔ３において、使用者が操作部６を回転操作し、温度設定値を温度設定領域２に属する温度Ｔ_Bに変更すると、コントローラ２６は、モータ１２ｃに制御信号を送り、送りねじ４２の回転角を温度設定値Ｔ_Bに対応したθ_Bまで移動させる。なお、時刻ｔ３においては、温度設定領域２における送りねじ４２の回転角と実際の吐出温度の関係がコントローラ２６に記憶されていないため、温度補正部２６ａによる補正は実行されない。さらに、コントローラ２６は、温度センサ２８による検出温度の時間当たりの変化量が所定の値以下になると、そのときの温度センサ２８による検出温度Ｔ_B1を、回転角θ_Bに対する実際の吐出温度としてメモリ（図示せず）に記憶する。記憶された吐出温度は、後に吐水温度の補正に利用される。

時刻ｔ４において、温度設定値が温度設定領域３に属する温度Ｔ_Cに変更されると、コントローラ２６は、モータ１２ｃに制御信号を送り、送りねじ４２の回転角を温度設定値Ｔ_Cに対応したθ_Cまで移動させる。なお、時刻ｔ４においては、温度設定領域３における送りねじ４２の回転角と実際の吐出温度の関係が、コントローラ２６に記憶されていないため、温度補正部２６ａによる補正は実行されない。コントローラ２６は、温度センサ２８による検出温度の時間当たりの変化量が所定の値以下になると、そのときの温度センサ２８による検出温度Ｔ_C1を、回転角θ_Cに対する実際の吐出温度としてメモリ（図示せず）に記憶する。記憶された吐出温度は、後に吐水温度の補正に利用される。

次に、時刻ｔ５において、温度設定値が温度設定領域４に属する温度Ｔ_Dに変更されると、コントローラ２６は、モータ１２ｃに制御信号を送り、送りねじ４２の回転角を温度設定値Ｔ_Dに対応したθ_Dまで移動させる。なお、時刻ｔ５においては、温度設定領域４における送りねじ４２の回転角と実際の吐出温度の関係が、コントローラ２６に記憶されていないため、温度補正部２６ａによる補正は実行されない。さらに、コントローラ２６は、温度センサ２８による検出温度の時間当たりの変化量が所定の値以下になると、そのときの温度センサ２８による検出温度Ｔ_D1を、回転角θ_Dに対する実際の吐出温度としてメモリ（図示せず）に記憶する。記憶された吐出温度は、後に吐水温度の補正に利用される。

次に、時刻ｔ６において、温度設定値が再び温度Ｔ_Cに変更されると、コントローラ２６は、モータ１２ｃに制御信号を送り、送りねじ４２の回転角を温度設定値Ｔ_Cに対応したθ_Cまで移動させる。なお、この時刻ｔ６においては、回転角を減少方向に変更した場合において、温度設定領域３における回転角と実際の吐出温度の関係が、コントローラ２６に記憶されていないため、温度補正部２６ａによる補正は実行されない。さらに、コントローラ２６は、温度センサ２８による検出温度の時間当たりの変化量が所定の値以下になると、そのときの温度センサ２８による検出温度Ｔ_C2を、回転角を減少方向に変更して回転角θ_Cとした場合における実際の吐出温度としてメモリ（図示せず）に記憶する。記憶された吐出温度は、後に吐水温度の補正に利用される。

なお、図５において、時刻ｔ４〜ｔ５間、時刻ｔ６〜ｔ７間は、何れも送りねじ４２の回転角がθ_Cに設定されているが、温調バルブ１２のヒステリシス特性により、回転角を増大させてθ_Cとした場合の温度Ｔ_C1と、回転角を減少させてθ_Cとした場合の温度Ｔ_C2は異なるものとなっている。

さらに、時刻ｔ７において、温度設定値が再び温度Ｔ_Bに変更されると、コントローラ２６は、モータ１２ｃに制御信号を送り、送りねじ４２の回転角を温度設定値Ｔ_Bに対応したθ_Bまで移動させる。なお、この時刻ｔ７においては、回転角を減少方向に変更した場合において、温度設定領域２における回転角と実際の吐出温度の関係が、コントローラ２６に記憶されていないため、温度補正部２６ａによる補正は実行されない。さらに、コントローラ２６は、温度センサ２８による検出温度の時間当たりの変化量が所定の値以下になると、そのときの温度センサ２８による検出温度Ｔ_B2を、回転角を減少方向に変更して回転角θ_Bとした場合における実際の吐出温度としてメモリ（図示せず）に記憶する。記憶された吐出温度は、後に吐水温度の補正に利用される。

なお、図５において、時刻ｔ３〜ｔ４間、時刻ｔ７〜ｔ８間は、何れも送りねじ４２の回転角がθ_Bに設定されているが、温調バルブ１２のヒステリシス特性により、温度Ｔ_B1と温度Ｔ_B2は異なるものとなっている。

次いで、時刻ｔ８において、温度設定値が再び温度Ｔ_Aに変更されると、コントローラ２６は、モータ１２ｃに制御信号を送り、送りねじ４２の回転角を温度設定値Ｔ_Aに対応したθ_Aまで移動させる。なお、この時刻ｔ８においては、回転角を減少方向に変更した場合において、温度設定領域１における回転角と実際の吐出温度の関係が、コントローラ２６に記憶されていないため、温度補正部２６ａによる補正は実行されない。さらに、コントローラ２６は、温度センサ２８による検出温度の時間当たりの変化量が所定の値以下になると、そのときの温度センサ２８による検出温度Ｔ_A2を、回転角を減少方向に変更して回転角θ_Aとした場合における実際の吐出温度としてメモリ（図示せず）に記憶する。記憶された吐出温度は、後に吐水温度の補正に利用される。

なお、図５において、時刻ｔ２〜ｔ３間、時刻ｔ８〜ｔ９間は、何れも送りねじ４２の回転角がθ_Aに設定されているが、温調バルブ１２のヒステリシス特性により、温度Ｔ_A1と温度Ｔ_A2は異なるものとなっている。

次に、時刻ｔ９において、温度設定値が再び温度Ｔ_Bに変更されると、コントローラ２６に内蔵された温度補正部２６ａは、コントローラ２６から出力される制御信号を補正して、実際に吐出される湯水の温度を温度設定値Ｔ_Bに近づける。即ち、温度補正部２６ａは、回転角を増大させることにより、温度設定値を温度設定領域２に属する温度に設定した直近のデータである回転角θ_Bと実際の吐出温度Ｔ_B1の関係に基づいて補正する。具体的には、温度補正部２６ａにより補正された送りねじ４２の回転角θ_B’は、θ_B’＝θ_B＋β_U×（Ｔ_B−Ｔ_B1）により計算される。このように、温度補正部２６ａによる補正は、他の温度設定領域から補正量が計算された温度設定領域内に設定温度が変更されたときから、実際に吐出される湯水の温度に反映される。この補正により、実際に吐出される湯水の温度はＴ_B3となり、設定温度Ｔ_Bに極めて近いものとなる。

さらに、時刻ｔ１０において、温度設定値が温度Ｔ_Cに変更されると、温度補正部２６ａは、回転角を増大させることにより、温度設定値を温度設定領域３に属する温度に設定した直近のデータである回転角θ_Cと実際の吐出温度Ｔ_C1の関係に基づいて補正する。即ち、送りねじ４２の回転角は、θ_C’＝θ_C＋α_U×（Ｔ_C−Ｔ_C1）に補正される。

次に、時刻ｔ１１において、温度設定値が温度Ｔ_Dに変更されると、温度補正部２６ａは、回転角を増大させることにより、温度設定値を温度設定領域４に属する温度に設定した直近のデータである回転角θ_Dと実際の吐出温度Ｔ_D1の関係に基づいて補正する。即ち、送りねじ４２の回転角は、θ_D’＝θ_D＋α_U×（Ｔ_D−Ｔ_D1）に補正される。

さらに、時刻ｔ１２において、温度設定値が温度Ｔ_Cに変更されると、温度補正部２６ａは、回転角を減少させることにより、温度設定値を温度設定領域３に属する温度に設定した直近のデータである回転角θ_Cと実際の吐出温度Ｔ_C2の関係に基づいて補正する。即ち、送りねじ４２の回転角は、θ_C’’＝θ_C＋α_D×（Ｔ_C−Ｔ_C2）に補正される。このように、温度設定領域３に属する温度に設定された場合でも、回転角を増大させて設定された場合と、回転角を減少させて設定された場合では、補正に使用するデータ及び補正値は異なるものとなる。

次に、時刻ｔ１３において、温度設定値が温度Ｔ_Bに変更されると、温度補正部２６ａは、回転角を減少させることにより、温度設定値を温度設定領域２に属する温度に設定した直近のデータである回転角θ_Bと実際の吐出温度Ｔ_B2の関係に基づいて補正する。即ち、送りねじ４２の回転角は、θ_B’’＝θ_B＋β_D×（Ｔ_B−Ｔ_B2）に補正される。

さらに、時刻ｔ１４において、温度設定値が温度Ｔ_Aに変更されると、温度補正部２６ａは、回転角を減少させることにより、温度設定値を温度設定領域１に属する温度に設定した直近のデータである回転角θ_Aと実際の吐出温度Ｔ_A2の関係に基づいて補正する。即ち、送りねじ４２の回転角は、θ_A’’＝θ_A＋β_D×（Ｔ_A−Ｔ_A2）に補正される。

以後、温度設定値が異なる温度設定領域に属する温度に変更された場合には、温度補正部２６ａにより、直近のデータを使用して送りねじ４２の回転角が補正される。

次に、図５の時刻ｔ１５において湯水混合装置１は止水状態とされ、時刻ｔ１６において、温度設定値が温度Ｔ_Cに変更される。さらに、時刻ｔ１７において吐水状態とされると、温調バルブ１２に湯を供給する給湯装置（図示せず）が再び着火され、給湯管１２ａを介して温調バルブ１２に供給される湯の温度が上昇する。また、温度補正部２６ａは、回転角を増大させることにより、温度設定値を温度設定領域３に属する温度に設定した直近のデータである回転角θ_Cと実際の吐出温度Ｔ_C3の関係に基づいて、送りねじ４２の回転角を、θ_C’’’＝θ_C＋α_U×（Ｔ_C−Ｔ_C3）に補正する。このように、温度補正部２６ａによる温度補正は、吐水開始時から反映される。

本発明の第１実施形態の湯水混合装置によれば、次に吐水が開始されたとき、及び、他の温度設定領域から補正量が計算された温度設定領域内に設定温度が変更されたときに、温度補正部による補正が実際に吐水される湯水の温度に反映されるので、吐水中に吐出される湯水の温度が大きく変動したり、設定温度を変更していないにもかかわらず吐水中に吐出される湯水の温度が変化する等の、使用者に与える違和感、不快感を抑制することができる。

また、本実施形態の湯水混合装置によれば、温度設定値が上昇方向に変更された際に生じた温度差と、温度設定値が下降方向に変更された際に生じた温度差を区別しているので、ヒステリシス特性を有する温調バルブに対しても、有効に補正を行うことができる。

さらに、本実施形態の湯水混合装置によれば、供給湯温センサ及び温度センサによって検出される湯温の時間当たりの変化量が所定値以下になったときの吐出温度に基づいて補正が行われるので、温調バルブに流入する湯の温度及び温調バルブから流出する湯水の温度が安定していない状態におけるデータを基に、不適切な補正が行われるのを防止することができる。

次に、図６及び図７を参照して、本発明の第２実施形態による湯水混合装置を説明する。本実施形態の湯水混合装置は、使用する温調バルブが、形状記憶合金バネを利用したものでない点、設定温度が複数の段階に段階的に変更される点が上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。

図６は、本実施形態による湯水混合装置全体を示すブロック図である。図７は、上段から順に、吐水／止水状態、設定温度、温度センサによる検出温度、モータの回転角を示したタイムチャートである。

図６に示すように、本実施形態の湯水混合装置１００は、吐水口１０２ａが設けられたスパウト部である水栓本体１０２と、水栓本体１０２に設けられた操作部１０６と、水栓機能部１１０と、を有する。また、水栓機能部１１０は、給湯管１２ａ及び給水管１２ｂに接続された混合弁である温調バルブ１１２と、３つの電磁弁１４、１６、１８と、３つの定流量弁２０、２２、２４と、温調バルブ１１２及び各電磁弁を制御するコントローラ１２６と、温度検出手段である温度センサ２８と、供給湯温センサ２９と、を有する。

操作部１０６は、押しボタン１０６ａを押圧操作することにより吐水、止水を切り換えることができ、押しボタン１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを押圧操作することにより３段階の流量を選択することができるように構成されている。さらに、操作部１０６の温度設定用ボタン１０６ｅ、１０６ｆを押圧操作することにより４段階に温度設定値を変更することができるように構成されている。また、設定されている設定温度は、温度表示部１０６ｇに表示される。従って、温度設定用ボタン１０６ｅ、１０６ｆは温度設定操作部として機能する。

温調バルブ１１２は、混合弁本体（図示せず）と、この混合弁本体内で摺動可能に配置された主弁体（図示せず）と、この主弁体を駆動するモータ１１２ｃとを有する。温調バルブ１１２は、モータ１１２ｃにより、主弁体を混合弁本体内で摺動させることにより、混合弁本体内に流入する湯と水の割合を変化させ、流出する湯水の温度を変化させるように構成されている。即ち、本実施形態においては、温調バルブ１１２の主弁体の位置は、モータ１１２ｃの回転角により一意的に決定される。

コントローラ１２６は、操作部１０６から入力された電気信号に基づいて、各電磁弁及び温調バルブ１１２に制御信号を送って、これらを制御するように構成されている。また、コントローラ１２６は、温度補正部１２６ａを内蔵しており、温度補正部１２６ａは、吐水口１０２ａから実際に吐出される湯水の温度が温度設定用ボタン１０６ｅ、１０６ｆによって設定された設定温度に近づくように、温調バルブ１１２に送る制御信号を補正するように構成されている。

次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態による湯水混合装置１００の具体的な作用の一例を説明する。
まず、図７の時刻ｔ１００において、使用者が押しボタン１０６ａを押圧操作すると、コントローラ１２６は電磁弁に信号を送り、これを開放させる。これにより吐水が開始される。吐水が開始されると、給湯管１２ａを介して温調バルブ１２に供給される湯の温度が上昇する。また、時刻ｔ１００において、温度設定値は温度Ｔ_Cにされているので、コントローラ１２６は、モータ１１２ｃの回転角を温度設定値Ｔ_Cに対応したθ_Cのまま保持する。なお、時刻ｔ１００においては、コントローラ１２６に、回転角θ_Cに対する実際の吐水温度が記憶されていないため、温度補正部１２６ａによる補正は実行されない。

温調バルブ１１２に供給される湯の温度、温調バルブ１１２から吐出される湯水の温度は、供給湯温センサ２９及び温度センサ２８によって検出され、コントローラ１２６に送られる。コントローラ１２６は、供給湯温センサ２９による検出温度の時間当たりの変化量、及び温度センサ２８による検出温度の時間当たりの変化量が共に所定の値以下になると、そのときの温度センサ２８による検出温度Ｔ_C1を、回転角θ_Cに対する実際の吐出温度としてメモリ（図示せず）に記憶する。しかしながら、温度センサ２８による検出温度Ｔ_C1は、即座に吐水温度の補正に使用されることはなく、所定の時期に吐水温度の補正に利用される。

次に、時刻ｔ１０１において、使用者が押しボタン１０６ａを押圧操作すると、コントローラ１２６は、電磁弁に制御信号を送ってこれを閉鎖させ、止水状態にする。さらに、時刻ｔ１０２において、使用者が再び押しボタン１０６ａを押圧操作すると、吐水状態となる。

コントローラ１２６に内蔵された温度補正部１２６ａは、先に検出され記憶されている検出温度Ｔ_C1に基づいて、制御信号を補正する。具体的には、温度補正部１２６ａは、補正されたモータ１１２ｃの回転角をθ_C’＝θ_C＋β×（Ｔ_C−Ｔ_C1）により計算する。なお、定数βは、モータ１１２ｃの回転角に対する吐出温度の比例係数の逆数である。設定温度Ｔ_Cに対応するモータ１１２ｃの回転角をθ_C’に補正することにより、温度センサ２８により検出される吐水温度は、設定温度Ｔ_Cに極めて近い温度Ｔ_C2となる。この温度Ｔ_C2は、コントローラ１２６に記憶される。

次に、時刻ｔ１０３において、使用者が温度設定用ボタン１０６ｆを押圧操作して温度設定値をＴ_CからＴ_Dに上昇させると、コントローラ１２６は、モータ１１２ｃに制御信号を送り、モータ１１２ｃの回転角を温度設定値Ｔ_Dに対応した回転角θ_Dに移動させる。なお、時刻ｔ１０３においては、モータ１１２ｃの回転角θ_Dに対応した実際の吐水温度のデータがコントローラ１２６に記憶されていないため、温度補正部１２６ａによる補正は実行されない。温度センサ２８により検出された、回転角θ_Dに対する実際の吐水温度Ｔ_D1は、コントローラ１２６に記憶される。

さらに、時刻ｔ１０４において、使用者が温度設定用ボタン１０６ｅを押圧操作して、温度設定値をＴ_DからＴ_Cに下降させると、コントローラ１２６はモータ１１２ｃに制御信号を送り、モータ１１２ｃの回転角を先に計算された設定温度Ｔ_Cに対応した回転角θ_C’まで回転させる。なお、回転角θ_C’に対する実際の吐出温度Ｔ_C2は、温度設定値Ｔ_Cに完全に一致していないが、極めて設定温度に近いため、温度補正部１２６ａによる再度の補正は行われない。即ち、温度補正部１２６ａは、温度設定値と実際の吐出温度の差が所定の閾値以下であった場合には、次回の温度補正は実行されない。また、本実施形態においては、温調バルブ１１２の主弁体がモータ１１２ｃにより直接駆動されるため、温調バルブのヒステリシスが小さく、設定温度を上昇させた場合、下降させた場合とも同様の温度補正が行われる。

次に、時刻ｔ１０５において、使用者が温度設定用ボタン１０６ｆを押圧操作して、温度設定値を再びＴ_CからＴ_Dに上昇させると、温度補正部１２６ａは、先に検出され記憶されている検出温度Ｔ_D1に基づいて、制御信号を補正する。具体的には、温度補正部１２６ａは、補正されたモータ１１２ｃの回転角をθ_D’＝θ_D＋β×（Ｔ_D−Ｔ_D1）により計算する。設定温度Ｔ_Dに対応するモータ１１２ｃの回転角をθ_D’に補正することにより、温度センサ２８により検出される吐水温度は、設定温度Ｔ_Dに極めて近い温度Ｔ_D2となる。この温度Ｔ_D2は、コントローラ１２６に記憶される。

さらに、時刻ｔ１０６において、使用者が押しボタン１０６ａを押圧操作すると、止水状態となる。時刻ｔ１０７において、温度設定用ボタン１０６ｅが２回押圧されると、設定温度は２段階下降してＴ_Bとなる。さらに、時刻ｔ１０８において、押しボタン１０６ａが押圧操作されると、吐水状態となる。吐水状態とされると、コントローラ１２６は、モータ１１２ｃに制御信号を送り、モータ１１２ｃの回転角を温度設定値Ｔ_Bに対応した回転角θ_Bに移動させる。なお、時刻ｔ１０８においては、モータ１１２ｃの回転角θ_Bに対応した実際の吐水温度のデータがコントローラ１２６に記憶されていないため、温度補正部１２６ａによる補正は実行されない。温度センサ２８により検出された、回転角θ_Bに対する実際の吐水温度Ｔ_B1は、コントローラ１２６に記憶される。

なお、止水状態で設定温度が変更された場合において、本実施形態では再び吐水状態とされた時点でモータが回転され、変更された温度設定値に対応した位置（補正された位置を含む）に主弁体が移動されるが、変形例として、設定温度が変更された時点で温度設定値に対応した位置まで主弁体を移動させても良い。

さらに、時刻ｔ１０９において止水状態とされ、時刻ｔ１１０において再び吐水状態とされると、温度補正部１２６ａは、モータ１１２ｃの回転角をθ_B’＝θ_B＋β×（Ｔ_B−Ｔ_B1）に補正する。

本発明の第２実施形態の湯水混合装置によれば、主弁体をアクチュエータによって直接駆動するタイプの温調バルブにも、本発明を適用することができる。また、本実施形態のように、ヒステリシスが少ない特性を有する温調バルブを使用した場合には、設定温度を変更した方向を区別することなく、正確な補正を実行することができる。これにより、補正制御のアルゴリズムを単純化することができる。

さらに、本実施形態の湯水混合装置によれば、温度設定値と実際の吐出温度の差が所定の閾値以下であった場合には、次回の温度補正が実行されないので、微小な補正が頻繁に行われるのを防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、設定温度（温度設定領域）が変更されたとき、及び吐水が開始されたときに補正が実行されたが、何れか一方の場合のみ補正が実行されるように湯水混合装置を構成することもできる。

また、上述した本発明の実施形態においては、実際の吐水温度が温度補正部に記憶され、演算されているが、実際に温度補正部に記憶し、演算する情報として温度に関する任意の情報を用いることができ、このような情報を使用しても、温度設定値と検出された温度の間の差に基づく補正を行うことができる。例えば、温度に関する情報として、設定温度に対する、補正するバルブの回転角度や、補正後のバルブ回転角度を使用して、本発明を実施することができる。

１本発明の第１実施形態による湯水混合装置
２水栓本体
２ａ吐水口
４洗面ボウル
６操作部
８洗面カウンタ
１０水栓機能部
１２温調バルブ
１２ａ給湯管
１２ｂ給水管
１２ｃモータ
１４、１６、１８電磁弁
２０、２２、２４定流量弁
２６コントローラ
２６ａ温度補正部
２８温度センサ
２９供給湯温センサ
３２混合弁本体
３４主弁体
３６バイアスバネ
３８形状記憶合金バネ
４０バネ押さえ
４２送りねじ
１００本発明の第２実施形態による湯水混合装置
１０２水栓本体
１０２ａ吐水口
１０６操作部
１０６ａ押しボタン
１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ押しボタン
１０６ｅ、１０６ｆ温度設定用ボタン
１０６ｇ温度表示部
１１０水栓機能部
１１２温調バルブ
１２６コントローラ
１２６ａ温度補正部

Claims

供給された湯及び水を混合し、所定温度の湯水に調整して吐出させる湯水混合装置であって、
吐水温度を設定するための温度設定操作部と、
主弁体、及び混合された湯水の温度に応じて上記主弁体に付勢力を作用させ、上記主弁体を駆動する感温付勢部を備え、流入した湯及び水を混合して複数の温度設定領域に亘る温度の湯水を吐出させることができる混合弁と、
この混合弁から流出した湯水の温度を検出する温度センサと、
上記温度設定操作部により設定された温度の湯水が吐出されるように、上記混合弁に制御信号を出力し、上記混合弁を制御するコントローラと、を有し、
このコントローラは、上記温度設定操作部により設定された温度設定値と上記温度センサによって検出された温度の間の差に基づいて、温度の差を減少させるように、各温度設定領域に対する上記制御信号の補正量を計算する温度補正部を備え、
この温度補正部による補正は、次に吐水が開始されたときから、又は、他の温度設定領域から補正量が計算された温度設定領域内に設定温度が変更されたときから、実際に吐水される湯水の温度に反映され、
上記温度補正部は、温度設定値と上記温度センサによって検出された温度の間の差に関する情報を、温度設定値が上昇方向に変更された際に生じた温度差に関する情報と、温度設定値が下降方向に変更された際に生じた温度差に関する情報とを区別して記憶しており、温度設定値が上昇方向に変更されて設定された場合と、下降方向に変更されて設定された場合で、異なる補正量を算出することを特徴とする湯水混合装置。
さらに、上記混合弁に流入する湯の温度を検出する供給湯温センサを有し、上記温度補正部は、上記供給湯温センサ及び上記温度センサによって検出される湯温の時間当たりの変化量が所定値以下になった場合における、温度設定値と上記温度センサによる検出温度の差に基づいて補正量を算出する請求項１記載の湯水混合装置。