JPH01193472A - 湯水混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、湯水混合装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来、湯水混合装置は、湯側流路と水側流路からの給湯
と給水を混合して適温の混合湯水を形成する湯水混合栓
と、同湯水混合栓によって形成した混合湯水のカランや
シャワー等への吐出量を調整する流量調整弁とから構成
される。

また、かかる湯水混合装置や流量調整弁の弁体の開閉駆
動は、ソレノイドやモータ等のアクチュエータを用いて
行っている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし、かかる湯水混合装置は、弁体駆動源であるアク
チュエータがソレノイドやモータ等であるため、高精度
の適温制御や流量制御を行うことができず、カランやシ
ャワー等の使用者に不快感を与えていた。

また、流量調整弁の弁体は専らダイヤフラム弁によって
構成されているため、流量調整弁用のアクチュエータは
かなりの電力を消費することになり、節電面で好ましく
なかった。

本発明は、上記問題点を解決することができる湯水混合
装置をを提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、湯水混合栓の下流に流量調整弁を連通連結し
てなる湯水混合装置において、同湯水混合栓と流量調整
弁の弁体を、ともに微小距離無段階駆動式アクチュエー
タによって駆動するように構成するとともに、少なくと
も流量調整弁の弁体をダイヤフラム弁によって形成した
ことを特徴とする湯水混合装置に係るものである。

なお、ここで、微小距離無段階駆動式アクチュエータと
は、積層式圧電アクチュエータ、圧電バイモルフアクチ
ュエータ、ステンピングリニャモータ、圧電リニヤモー
タ、超音波モータ　（回転式）と回転ねじの組み合わせ
、ステッピングモータ（回転式）と回転ねじとの組み合
わせ等をいう。

（ホ）作用及び効果 以上述べてきた構成により、本発明は、以下の作用及び
効果を奏する。

■湯水混合栓と流量調整弁の弁体とを、ともに微小距離
無段階駆動式アクチュエータによって駆動可能に構成し
たので、例えば、μｍオーダ或いはサブμ…のオーダに
よって弁体を進退することができ、精密な温度調整及び
流量調整を行うことができ、使用者に不快感を与えるこ
とがない。

■湯水混合栓と流量調整弁の弁体とを、ともに微小距離
無段階駆動式アクチュエータによって駆動可能に構成し
たので、アクチュエータと弁体との間に減速機構を介在
させなくてもよく、湯水混合装置の全体構造を著しくコ
ンパクトにすることができる。

■少な（とも流量調整弁の弁体を、ダイヤフラム弁によ
って形成したので、わずかなスラスト力によって弁体を
開閉することができ、消費電力を可及的に小さくするこ
とによって、節電を図ることができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を詳説す
る。

第１図に本発明に係る湯水混合装置の全体構成を示して
おり、同装置は、湯水混合栓Ａと、同湯水混合栓Ａの下
流側に連通連結した流量調整弁Ｂとから構成されている
。

まず、湯水混合栓Ａの構成について説明する。

図中、１０は円筒状ブロックをなす上下端開口のケーシ
ングであり、同ケーシング１０は、その内部の中央部に
縮径のバルブ摺動案内空間１１を有する混合湯水流路Ｓ
を形成している。

また、ケーシング１０の左右両側壁には、それぞれ両端
開口の筒体１２．１３を突設しており、その内部に湯側
流路１４と水側流路１５を形成している。そして、これ
らの流路１４．１５の外側開口端１４ａ、　１５ａは、
それぞれ給湯配管１６と給水配管１７と連通している。

一方、湯側流路１４と水側流路１５の内側開口端は、そ
れぞれ、ケーシング１０の軸線方向に間隔を開けて配置
した湯側開口１４ｂと水側開口１５ｂとを介して、混合
湯水流路Ｓと連通している。

また、ケーシング１０の混合湯水流路Ｓ内には、筒状の
弁体Ｑ１が上下軸線方向に摺動自在に配設されており、
軸線方向に摺動することによって、湯側開口１４ｂと水
側開口１５ｂを開閉することができるのみならず、両開
口１４ｂ、　１５ｂの開口面積を調整することによって
、混合される湯量と水量を調整してＡ’Ａの混合湯水を
つくることができるものである。

なお、弁体Ｑ１を通常時は上方に付勢して水側開口１５
ｂを閉塞するため、混合湯水流路Ｓ内にはスプリング２
０が配設されており、同スプリング２０は、その上端を
、弁体Ｑ１の内部に取付けたスプリング受板２１に係止
するとともに、その下端を混合湯水流路Ｓの下部周壁に
係止させている。

また、ケーシング１０の下端には内部に混合湯水連絡流
路１８ａを形成した筒体１８が突設されており、かかる
混合湯水連絡流路１８ａの内側開口端は混合湯水流路Ｓ
と連絡しており、一方、その外側開口端は、混合湯水配
管１９と連絡している。

さらに、ケーシング１０の上部には、上記構成を有する
弁体Ｑｌを駆動するための微小距離無段階駆動式アクチ
ュエータの一形態としての圧電アクチュエータＣ１が配
設されており、以下、同アクチュエータＣ１の構成を説
明する。

圧電アクチュエータＣ１は、本実施例では、第１図に示
すように、前後壁ａ、ｂを具備する筒状のアクチュエー
タケーシングＣ内に、同心円的にかつ軸線に沿って進退
自在にプランジャｄを取付け、同プランジャｄの先端を
弁体Ｑ１と一体をなすスプリング受板２１の後部と当接
自在となし、さらに、プランジャｄの外周面上に、同心
円的に、４つの圧電素子ｅ、ｆ、ｇ、ｈからなる圧電素
子組立体りを配設することによって構成している。

また、図示の実施例において、圧電素子ｇ＋ｔｌは、ア
クチュエータケーシングＣの中央部に配設されており、
アクチュエータケーシングＣに基端を固定した保持具Ｈ
の先端に固着されている。

また、１＋ｊ　はその基端を圧電素子ｇ、ｈに固着する
とともにその先端を前後壁ａ、ｂに向けて伸延する片持
ち梁状の弾性ブリッジである。

そして、同弾性ブリッジｉ、ｊ　の先端は、その外周面
に圧電素子ｅ、ｆを取付けるとともに、その内周面に、
ブレーキシューに、ｌを固着している。

そして、この圧電素子６．ｆ、ｇ、ｈは、電源をオフし
た際に縮むように構成されている。

即ち、圧電素子ｅｌｆは、通電状態では伸びてその内径
を拡径してプランジャｄのクランプを解除するとともに
、通電していない状態では縮んで内径を縮径してプラン
ジャｄをクランプする。

一方、圧電素子ｇ＋ｈは、通電状態ではプランジャｄ上
を軸線方向に伸びた状態にあり、非通電状態では、プラ
ンジャｄ上を縮み、その軸線方向の全長を短（すること
になる。

そして、プランジャｄは、かかる４つの圧電素子ｅ＋ｆ
＋ｇ＋ｈへの電圧印加手順を後述する制御装置已によっ
て制御することにより、軸線方向に移動することができ
る。

圧電素子ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈは、第１図及び第２図に示すよ
うに、多数の圧電素子片をプランジャｄの軸芯方向に積
層して形成した円筒状の素子で、円筒の両端に電極が設
けられており、この両端に電圧を印加することにより、
伸びるように構成されている。

なお、圧電素子片は、例えば、圧電セラミックスを用い
ることができ、かかる圧電セラミックスとしては、ＡＢ
Ｏ３ペロブスカイト形の結晶構造をもつ強誘電材料であ
ってＰＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ。

Ｔｉ）０３系、やＰＬＺＴ　（Ｐｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）０
３　）、ＰＴ　（ＰｂＴｉ０３　）系、あるいはＰＺＴ
を基にした３成分系のものを用いることができる。

また、圧電素子ｅ、ＬｇＪは、第３図に示すように、多
数の薄肉リング状の圧電素子片をプランジャｄの軸芯廻
りに軸線方向に積層して形成することもできる。この場
合、電圧の印加方向を９０度変えることになる。

また、第１図において、ｍはアクチュエータＣ１の水密
性を高めるために設けた摺動抵抗の小さいＵ字形又はＹ
字形パツキンである。

なお、上記構成において、圧電素子ｅ、ｆ、ｇ、ｈは、
円形断面のみでな（、例えば、矩形断面等とすることも
でき、また、第４図及び第５図に示す如く、分割片から
形成することもできる。

また、プランジャｄは、ブレーキシューに、１によって
多数回クランプされるものであるため、線膨張係数が小
さく、硬度、強度、耐クリープ性及び耐摩耗性が大きく
、さらに、加工精度が高いものが望ましく、例えば、セ
ラミック素材としたものが考えられる。

また、３０は混合湯水流路Ｓに設けた温度センサであり
、混合湯水の温度を検出して、その検出出力を後述する
制御装置已に送り、ＰＩ［ｌ制御等による適温制御を行
わせるものである。

ついで、上記構成を有する湯水混合栓Ａの下流側に連通
連結した流量調整弁Ｂの構成について説明する。

第１図において、４０は流量調整弁Ｂの本体を構成する
Ｌ字筒形状のケーシングであり、同ケーシング４０は、
内部に一側流路４１を形成する流入側管４２と、内部に
他側流路４３を形成する流出側管４４とから構成されて
いる。

そして、流入側管４２はその先端を端壁４２ａによって
閉塞するとともに、その−側上部側壁４２ｂに開口４５
を設けており、また、同開口４５には、ダイヤフラム弁
からなる弁体Ｑ２が取付けられている。

一方、流出側管４４は、その基端側筒状部４４ａを貫通
して、上記開口４５まで伸延しており、その先端を弁体
Ｑ２に接離自在に当接している。

かかる構成によって、後述する圧電アクチュエータＣ２
を駆動して弁体Ｑ２を開閉することによって、流入側管
４２内に形成した一側流路４１と流出側管４４内に形成
した他側流路４３とを連通連結したり遮断することがで
きる。

なお、−側流路４１は、その外側開口端を混合湯水配管
１９と連通しており、他側流路４３はカランやシャワー
等と連通している。

また、ケーシング４０の一側上部側壁４２　ｂには、弁
体Ｑ２と同軸的に、微小距離無段階式アクチュエータの
一つである圧電アクチュエータＣ２が取付られており、
同アクチュエータＣ２を駆動することによって、弁体Ｑ
２を開閉することができる。

圧電アクチュエータＣ２は、湯水混合栓Ａに用いた圧電
アクチュエータＣ１と略同様な構成を有しており、ただ
、以下の構成において、僅かに相違しているにすぎない
。

即ち、本実施例では、圧電アクチュエータＣ２は、その
後壁すの中央であって、プランジャｄと対向する個所に
、手動復帰ボタンｐを取付けている。

そして、同手動復帰ボタンｐは、押圧することによって
その前面が前方に突出してプランジャｄの後端に当接し
、プランジャｄを圧電素子ｅ、ｆのクランプ力に抗して
前方向に押圧移動することができる。

従って、停電時等において、プランジャｄが流量調整弁
Ｂの弁部を開けた状態で停止した場合には、速やかに手
動復帰ボタンｐを押して完全に流量調整弁Ｂを閉じるこ
とができる。

また、本実施例では、プランジャｄは、その先端に縮径
先端部ｑを形成しており、同先端部ｑは、その端面面積
（受圧面積）を、プランジャｄの断面積より著しく小さ
いものとしている。

従って、後述するように弁等に用いた場合、受圧面積を
著しく小さくできるので、プランジャｄが受けるスラス
ト力を最小にすることができ、プランジャｄの駆動への
スラスト力の影響を最小にすることができ、圧電アクチ
ュエータＣ２の正確な駆動が可能となる。

また、プランジャｄの段部を、プランジャｄが一定距離
前方向に移動した状態（例えば、全閉位置或いはそれよ
り僅かに進んだ位置）で前壁ａの後面と当接するように
しておけば、プランジャｄのそれ以上の前進を規制でき
、過度の前進に起因する開閉弁のダイヤフラム等の損傷
を確実に防止することができる。

また、第６図に、上記した湯水混合栓Ａ及び流量調整弁
Ｂの圧電アクチュエータＣ１，Ｃ２を制御するための制
御装置Ｅの構成を示している。

図示するように、制御装置Ｅは、マイクロプロセッサｒ
と、入出力インターフェースｓ、ｔと、上記圧電素子ｅ
、　ｆ　、　ｇ、　ｈの駆動順序プログラムを記憶した
メモリＵとから構成される。

ついで、上記構成を有する湯水混合装置の作動を、第１
図を参照して具体的に説明する。

即ち、第６図に示すように、温度調整ボタンＶを押すと
、その駆動信号に基づいて、制御装置Ｅが、メモリＵか
ら読み出した駆動順序プログラムに従って、第７図に示
すように、圧電素子ｅの電圧を解除して縮めプランジャ
ｄをクランプさせるとともに、圧電素子ｆに電圧を印加
して伸ばしプランジャｄのクランプを解除する。

次に、第８図に示すように、圧電素子ｇ、ｈに電圧を印
加して伸ばすと、圧電素子ｅ、ｆが矢印方向に移動し、
これに伴って圧電素子ｅがクランプするプランジャｄも
矢印方向に移動する。

その後、第９図に示すように、圧電素子ｅに電圧を印加
して伸ばしプランジャｄのクランプを解除するとととも
に、圧電素子ｇ、ｈの印加電圧を解除すると、圧電素子
ｇ、ｈは矢印方向に縮み、圧電素子ｒはさらに矢印方向
に伸びる。

その後、上記動作を繰り返すことにより、プランジャｄ
を、μｍオーダ或いはサブμｍオーダのストロークで尺
とり生状に移動することができ、弁体Ｑ１の進退動を駆
動を精密に動作させることができる。

また、混合湯水連絡流路１８ａ内に設けた温度センサ３
０からの検出値を制御装置已にフィードバンクして、制
御装置Ｅに検出値に基づいて圧電アクチュエータＣＩの
上記駆動を、ＰＩＤ制御する。

従って、弁体Ｑ１の進退は自動的に制御され、湯側開口
１４ｂと水側開口１５ｂを所望の設定開度で開閉して、
湯側流路１４と水側流路１５から混合湯水流路Ｓに給水
量と給湯量を一定の混合割合で混合することができ、所
望温度の混合湯水を得ることができる。

その後、適温の混合湯水は流量調整弁Ｂへ送水され、開
弁Ｂによって、流量センサ（４６）の流量検出値と流量
設定器により設定した流量が一致するように、以下の如
く流量調整されることになる。

即ち、第６図に示すように、流量調整ボタンＷを押すと
、制御装置Ｅが、メモリＵから読み出した駆動順序プロ
グラムに従って、湯水混合栓Ａにおける圧電アクチュエ
ータＣＩと同様に、４つの圧電素子ｅ、ｆ、ｇ、ｈに電
圧を印加したり、解除したりしてプランジャｄを進退動
じて、ダイヤフラム弁からなる圧電アクチュエータＣ２
の弁体Ｑ２を精密かつ正確に作動することができる。

従って、カランやシャワー等へ給送される混合湯水の流
量を精密かつ正確に調整することができる。

また、本実施例において、流量調整弁Ｂの弁体Ｑ２は、
ダイヤフラム弁より形成しているので、スラスト力を小
さくでき、圧電アクチュエータＣが要する電力を可及的
に小さくすることができ、節電を図ることができる。

以上述べてきた如く、本実施例は、以下の作用及び効果
を奏する。

■圧電アクチュエータＣ１，Ｃ２によって弁体Ｑｌ。

Ｑ２を駆動可能に構成したので、電圧の印加回数に応じ
て、μｍオーダ或いはサブμｍのオーダによって弁体Ｑ
ｌ、Ｑ２を進退することができ、精密な温度調整及び流
量調整を行うことができる。

■圧電アクチュエータＣ１，Ｃ２によって弁体Ｑｌ。

Ｑ２を駆動可能に構成したので、アクチュエータＣ１，
Ｃ２と弁体Ｑｌ、Ｑ２との間に減速機構を介在させなく
てもよく、湯水混合装置の全体構造を著しくコンパクト
にすることができる。

■少なくとも流量調整弁Ｂの弁体Ｑ２を、ダイヤフラム
弁によって形成したので、わずかなスラスト力によって
弁体Ｑ２を開閉することができ、消費電力を可及的に小
さくすることによって、節電を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る湯水混合装置の内部構造を示す断
面側面図、第２図は第１図１−１線による横断面図、第
３図〜第５図は他の実施例に係る圧電素子の横断面図、
第６図は制御装置の構成説明図、第７図〜第９図は圧電
アクチュエータの作動状態説明図である。 図中、 Ａ：湯水混合栓 Ｂ：流Ｎ調整弁 ＣＬＣ２：圧電アクチュエータ Ｅ：制御装置 Ｑｌ、Ｑ２　　：弁体 特許出願人　　　東陶機器株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、湯水混合栓（Ａ）の下流に流量調整弁（Ｂ）を連通
   連結してなる湯水混合装置において、 同湯水混合栓（Ａ）と流量調整弁（Ｂ）の弁体（Ｑ１）
   （Ｑ２）を、ともに微小距離無段階駆動式アクチュエー
   タ（Ｃ１）（Ｃ２）によって駆動するように構成すると
   ともに、流量調整弁（Ｂ）の弁体（Ｑ２）をダイヤフラ
   ム弁によって形成したことを特徴とする湯水混合装置。