JPH0444106A - 湯水混合制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、湯水混合栓や水量制御機構等の出湯温度を制
御させるための湯水混合制御装置に関する。

［背景技術とその問題点］ 従来より用いられている電子制御式の湯水混合栓は、水
供給路から湯水混合室へ流入する水量を調節する水側弁
と、水供給路から湯水混合室へ流入する湯量を調節する
湯側弁と、出湯される湯温を設定及び検出するための湯
温設定手段及び湯温検出手段と、水側弁及び湯側弁を駆
動させて湯温をフィードバック制御させるための直流モ
ータを備えており、第８図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）に示
すように、コントローラから出力されるゲート信号Ｇの
ゲート時間ｔ。の間だけ直流モータに電流■８を流し、
直流モータを回転させるようになっていた。

しかして、湯温検出手段によって検出された湯温と設定
温度との温度偏差を求め、この温度偏差に応じた長さの
ゲート信号Ｇを出力させ、ゲート時間ｔ。によって直流
モータの回転角を制御し、直流モータによって水側弁及
び湯側弁の位置を調節させ、設定温度の湯が安定して供
給されるように温度制御していた。

しかし、直流モータによって水側弁と湯側弁を駆動させ
るようにした湯水混合栓にあっては、ゲート信号Ｇのゲ
ート時間ｔ。にょって直流モータへの電流供給時間を変
化させ、直流モータの回転角を制御して水側弁及び湯側
弁を駆動しているので、ゲート時間ｔ。が短い場合には
、直流モータが動かず、湯及び水の流量制御が行われな
かった。

すなわち、第８図（ａ）　（ｂ）に示すように、ゲート
信号Ｇの立ち下がりと同期させて直流モータの駆動回路
をオンにしても、直流モータの電流■８がステップ状に
立ち上がらず、過渡応答特性のために直流モータの起動
トルクを発生させるのに必要なレベルしに達するまでに
時間遅れｔ、を生じる。

このため、第９図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）に示すように
、ゲート時間ｔ。がｔ、よりも短くなると、モータ電流
■□が起動トルク発生レベルＬに達する前にゲート信号
Ｇが再び立ち上がるので、有限なゲート時間ｔｏのゲー
ト信号Ｇが出力されたにも拘らず、直流モータが回転し
なかった。

したがって、従来の湯水混合制御装置にあっては、出湯
温度の設定温度からの微小なずれを補正させるために、
ｔ、よりも短いゲート信号を出力すると直流モータが動
がず、微妙な温度調整を行えないという欠点があった。

また、別な従来例として、水側弁及び湯側弁を駆動する
ためにステッピングモータを用いた湯水混合栓がある。

これは、コントローラでステッピングモータに出力する
パルス数が決定されると、一定のタイミング時間ｔヨ内
にそのパルス数が出力されるようにパルス信号をパルス
幅制御していた。すなわち、第１０図（ａ）　（ｂ）は
パルス数の多い場合を示し、第１１図（ａ）　（ｂ）は
それよりもパルス数の少ない場合を示している。また、
タイミング時間ｔｍの間にパルス信号を出力して出湯温
度を制御しながら、同時に出湯温度センサで出湯温度を
検出し、その検出信号に基づいて、次回のタイミング時
間におけるパルス数を決定していた。

この別な従来例にあっては、上記のように、パルス幅制
御されたパルス信号を出力しながら出湯温度を検出して
いるので、前回のタイミング時間に求められた湯温の調
整値となるようにステッピングモータを駆動している途
中の出湯温度を検出している。すなわち、出湯温度の過
渡状態における温度を検出しているので、検出されてい
る出湯温度が不安定となり、この出湯温度で次回のタイ
ミング時間の制御を行っているため、湯温制御も不安定
となる欠点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、斜上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、微妙な湯温制御にも対
応可能で、安定した湯温制御を行なうことができる湯温
制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の湯水混合制御装置は、水供給路と、湯供給路と
、水供給路及び湯供給路が合流した湯水混合室と、水供
給路から湯水混合室へ供給される水量を調節する水側弁
と、湯供給路から湯水混合室へ供給される湯量を調節す
る湯側弁と、前記水側弁及び湯側弁を駆動するステッピ
ングモータと、湯水混合室の湯温を設定する湯温設定手
段と、湯水混合室の湯温を検出する湯温検出手段と、前
記湯温設定手段と湯温検出手段との出力信号より温度偏
差を求める偏差演算手段と、温度偏差信号に基づいて前
記ステッピングモータへ出力するパルス数を決定する手
段と、一定のタイミング時間内に一定周期のパルス信号
を決定されたパルス数だけ出力すると共に、パルス信号
を出力していない期間に湯温検出信号の読み込みを行わ
せるタイミング制御手段とからなることを特徴としてい
る。

［作用コ 本発明にあっては、水側弁及び湯側弁を駆動させるため
のアクチュエータとしてステッピングモータを用いてい
るので、ステッピングモータに入力するパルス信号のパ
ルス数によってモータの回転角を制御させることができ
る。したがって、゛ゲート時間が短く、１〜数本のパル
スを出力した場合でも確実にステッピングモータを回転
させることができる。しかも、１パルス当たりの回転角
の小さなステッピングモータを用いれば、最低制御量も
所望のレベルまで小さくでき、微妙な温度調整も可能に
なる。

さらに、本発明にあっては、一定周期のパルスを用いて
パルス数制御されたパルス信号によりステッピングモー
タを制御しており、タイミング時間内におけるパルス信
号が出力されていない時間に湯温検出手段による出湯温
度の検出を行なっている。したがって、パルス信号出力
と出湯温度の検出とが重複して行なわれておらず、出湯
温度の制御を完了した後に温度を検出しており、出湯温
度の検出値が安定する。したがって、安定した湯温制御
が可能になる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図は、本発明の一実施例に係る湯水混合栓１を示す
概略構成図である。同図において、２は水供給路、３は
湯供給路、４は水供給路２から流入する水と湯供給路３
から流入する湯を混合する湯水混合室である。５ａは水
供給路２から湯水混合室４へ流入する水量を調節する水
側弁、５ｂは湯供給路３から湯水混合室４へ流入する湯
量を調節する湯側弁であって、連結軸６によって互いに
連結されている。７は水側弁５ａ及び湯側弁５ｂを駆動
させるステッピングモータ、８ａはステッピングモータ
７の回転を直線変位に機械的に変換するコンバータであ
って、水側弁５ａ及び湯側弁５ｂとコンバータ８ａとは
軸杆８ｂによって接続されている。また、９は湯水混合
室４内の湯温（出湯温度）を設定するための湯温設定手
段、１０は湯水混合室４内で混合された湯温を検出する
サーミスタ等の出湯温度センサ、１１は、出湯温度セン
サ１０の検出出力及び湯温設定手段９の設定値に基づい
てパルスを出力し、ステッピングモータ７の回転を制御
するコントローラである。

しかして、コントローラ１１は、第３図（ａ）のタイミ
ング時間（最大ゲート時間）　１．ｎ毎にパルス信号Ｐ
の出力と出湯温度Ｔｈの読み込みを行なっている。すな
わち、パルス信号Ｐを出力していない期間上〇の間に出
湯温度センサ１０で検出された出湯温度Ｔｈを読み込み
、設定温度Ｔ、と比較し、出力パルス数Ｎを求め、次回
のタイミング時間ｔ。に第３図（ｂ）に示すようなパル
ス数Ｎのパルス信号（一定周期Δｔのパルス）Ｐを出力
する。

ステッピングモータ７は、コントローラ１１から入力さ
れたパルス信号Ｐのパルス数Ｎ（もしくは、制御ゲート
時間ｔ。−Ｎ×△ｔ）に比例した角度回転し、コンバー
タ８ａを介して温度偏差△Ｔを小さくする方向へ水側弁
５ａ及び湯側弁５ｂを移動させ、湯水混合室４に流入す
る水量と湯量を調節し、湯温が設定温度で安定するよう
に制御する。

しかも、アクチュエータとしてステッピングモータ７を
用いているので、例えば１パルスだけ送っても確実にス
テッピングモータ７が回転し、小さな角度の回転も確実
に行われ、したがって微小な湯温の制御も可能となる。

また、出湯温度Ｔｈの検出は、パルス信号Ｐが出力され
、ステッピングモータ７が駆動されて出湯温度が調整さ
れた後の期間１ｃ（−１゜−ｔｏ）に、出湯温度センサ
１０から検出信号を読み込んでいるので、安定した出湯
温度Ｔｈを検出することかでと、湯温制御も安定する。

一方、パルス信号Ｐの出ている制御ゲート時間ｔ。が最
大ゲート時間ｔ□に等しい間は、ステッピングモータ７
はフリーランとなり、連続的に回転する。

第２図は、上記コントローラ１１の動作を示すブロック
図である。同図において、１２は偏差演算部であって、
タイミング制御手段１８からのタイミング信号によって
出湯温度センサ１０から出湯温度Ｔｈを読み込み、湯温
設定手段９で設定された設定温度Ｔ３と出湯温度センサ
１０で検出された出湯温度Ｔｈの温度偏差ΔＴ−（’ｐ
、−’ｒ’ｈ）を算出する。

制御推論手段１３は、ファジィルール記憶手段１５と、
適合度演算部１４と、重み付は演算部１６と、重心演算
部１７とからなっており、温度偏差へＴとファジィルー
ル記憶手段１５のファジィルールとから推論を行い、Ｎ
（△Ｔ）の値を決定し、出力する。ファジィルール記憶
手段１５は、温度偏差ΔＴと出力パルス数Ｎ（ΔＴ）及
びその符号との関係を制御変数を用いて記述したファジ
ィルールを記憶している。このファジィルールは、ＩＦ
（条件部）〜ＴＨＥＮ　（出力部）形式で記述されてお
り、例えば、［もし、温度偏差へＴがΔＴ＋（ｉｌ、２
．・・・）くらいならば（条件部）、Ｎ（ΔＴ）をＮ、
＜らいにせよ（出力部〕。」という形式で書かれる。「
△Ｔ、＜らい」、「Ｎ１＜らい」という制御変数は、そ
れぞれ第４図及び第５図に示すメンバーシップ関数μｍ
（八Ｔ）、μ、（Ｎ）で定義される。ここで、ファジィ
ルール記憶手段１５は、ファジィルールの条件部（第４
図）を記憶する条件部記憶手段１５ａと、ファジィルー
ルの出力部（第５図）を記憶する出力部記憶手段１５ｂ
とからなっている。

また、適合度演算部１４ば、偏差演算部１２と条件部記
憶手段１５ａとから温度偏差ΔＴのファジィルールの条
件部への適合度Ｘを求める。重み付は演算部１Ｇは、求
めた適合度Ｘと出力部記憶手段１５ｂの出力信号とでフ
ァジィルールの出力部に重み付けを行なう。重心演算部
１７ば、重み付は演算部１６で重み付けされたファジィ
ルールの出力部からＮ（△Ｔ）の値を重心演算で求める
。

１８は、タイミング制御部であって、一定周期Δｔのパ
ルスを発生させており、重心演算部１７でパルス数Ｎが
求められると、ステッピングモータ７へ当該パルス数Ｎ
のパルス信号Ｐを出力し、ステッピングモータ７をパル
ス数制御する。また、タイミング制御部１８は、一定の
タイミング時間ｔ。毎に動作を行っており、第３図に示
すように、一定のタイミング時間先〇の内の制御ゲート
時間ｔ　ｏ　（−Ｎ　Ｘ△も）の間にＮパルスを出力し
、パルス出力を完了すると、残りの時間ｊｅ（＝ｔｍｔ
ｏ）の間に偏差演算部１２ヘタイミング信号を出力して
出湯温度センサ１０から偏差演算部１２へ検出信号を読
み込ませ、制御推論手段１３で出カバルス数Ｎを演算さ
せる。こうして決定されたパルス数Ｎは、次回のタイミ
ング時間ｔ、にステッピングモータ７へ出力する。

次に、本発明の構成の動作を説明する。

偏差演算部１２は、出湯温度センサ１０によって検出さ
れた出湯温度Ｔｈと設定温度Ｔ８がら温度偏差ΔＴ＝　
（’ｒ、−’ｒ、）を求める。求められた温度偏差へＴ
は、制御推論手段１３に入力される。

適合度演算部１４は、入力されたΔＴｏの値に基づき、
条件部記憶手段１５ａの各メンバーシップ関数μ、（八
Ｔ）から各適合度ＸＩを求める。例えば、第４図の横軸
上のΔＴｏに垂線を立て、各メンバーシップ関数μｍ（
ΔＴ）と垂線との交点μｍ（八Ｔｏ）が適合度Ｘ、にな
る。次に、求めた適合度Ｘ１をもとに、重み付は演算部
１６は、第５図に示ず出力部記憶手段１５ｂの各メンバ
ーシップ関数μｌ　（Ｎ）に重み付は演算を行い、重み
付けされた各関数Ｘ１μ、（Ｎ）を出力する。ついで、
第６図に示すように、重心演算部１７は、重み付けされ
た関数Ｘ１μ１（Ｎ）を合成し、その重心におけるＮの
値を求める。これが、入力された△Ｔ。に対するＦ（Δ
Ｔ）の値Ｆ（ΔＴｏ）となる。

こうしてファジィ推論によってパルス数Ｎが出力される
と、タイミング制御部１８によりステッピングモータ７
ヘパルス数Ｎのパルス信号Ｐが入力され、パルス数Ｎに
比例した角度正回転もしくは逆回転させられる。

上記のようにして求められる温度偏差△ＴとＮ（ΔＴ）
の関係を第７図に示す。第７図の横軸は符号を含めた温
度偏差であり、縦軸はパルス数Ｎを示し、上半分の象限
はステッピングモータ７の正回転を示し、下半分の象限
は逆回転を示している。この曲線に従えば、温度偏差△
Ｔが大きい場合には、大きなパルス数Ｎが出力され（但
し、制御ゲート時間Ｔ。が最大ゲート時間Ｔ。に等しく
なると、それ以上パルス数は増加しない。）、ステッピ
ングモータ７の回転速度が大きくなり、温度偏差ΔＴの
小さな状態へ速やかに調整されるが、温度偏差ΔＴが小
さくなって出湯温度Ｔｈが設定温度Ｔ、に近い領域では
、小さなパルス数で制御し、ステッピングモータ７を小
さな回転速度で回転させて緩やかに湯温を調整すると共
に微妙な温度調整を行えるようにしている。特に、本発
明では、例えば１パルスのみで微小な角度だけステッピ
ングモータ７を回転さぜることができるので、このよう
に温度偏差ΔＴの小さな領域でパルス数を小さくしても
問題ない。なお、第７図のように直線で近似しがたい曲
線も、ファジィ制御システムを利用すれば、メンバーシ
ップ関数及びファジィルールを適切に定義することによ
り、容易に制御曲線として用いることかできる。

また、第３図では、パルヌ出カの後で出湯温度を読み込
んでいるが、タイミング時間内において、先に出湯温度
を読み込んでパルス数を求め、同一タイミング時間内で
パルスを信号を出力してステッピングモータを駆動させ
るようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、出湯温度と設定温度との温度偏差が小
さく、制御量が微小で、ステッピングモータに１パルス
だけ出力された場合でも、ステッピングモータを確実に
回転させることができる。

したがって、出湯温度の設定温度からの微妙なずれも調
整させることができ、湯温の制御精度もしくは制御装置
の分解能を向上させることができ、湯水混合栓等の使用
感がより良好となる。

さらに、本発明によれば、タイミング時間内におけるパ
ルス信号が出力されていない時間に湯温検出手段による
出湯温度の検出を行なわせているので、パルス信号出力
と出湯温度の検出とが重複して行なわれておらず、出湯
温度の制御を完了した後に温度な検出しており、出湯温
度の検出値が安定する。したがって、安定した湯温制御
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部破断した概略断面
図、第２図は同上のコントローラの構成を示すブロック
図、第３図は最大ゲート時間とパルス信号との関係を示
す図、第４図及び第５図は温度偏差に関するファジィル
ールを示す図、第６図は重み付けされたメンバーシップ
関数を示す図、第７図は温度偏差とファジィ出力との関
係を示す図、第８図及び第９図はいずれも従来例におけ
るゲート信号とモータ電流と直流モータの動作状態の関
係を示す図、第１０図及び第１１図はいずれも別な従来
例におけるタイミング時間とパルス信号の関係を示す図
である。 ２・・・水供給路 ３・・・湯供給路 ４・・・湯水混合室 ５ａ・・・水側弁 ５ｂ・・・湯側弁 ７・・・ステッピングモータ ９・・・湯温設定手段 １０・・・出湯温度センサ １２・・・偏差演算部 １３・・・制御推論手段 １８・・・タイミング制御部 特許出願人　株式会社　ノーリツ 代理人　弁理士　中　野　雅　房 図 （Ｃノ モータ回転−「−ｍ−」− モータ停止 図 ｔ−メ１苧止 図 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水供給路と、湯供給路と、水供給路及び湯供給路
   が合流した湯水混合室と、 水供給路から湯水混合室へ供給される水量を調節する水
   側弁と、湯供給路から湯水混合室へ供給される湯量を調
   節する湯側弁と、前記水側弁及び湯側弁を駆動するステ
   ッピングモータと、 湯水混合室の湯温を設定する湯温設定手段と、湯水混合
   室の湯温を検出する湯温検出手段と、前記湯温設定手段
   と湯温検出手段との出力信号より温度偏差を求める偏差
   演算手段と、 温度偏差信号に基づいて前記ステッピングモータへ出力
   するパルス数を決定する手段と、 一定のタイミング時間内に一定周期のパルス信号を決定
   されたパルス数だけ出力すると共に、パルス信号を出力
   していない期間に湯温検出信号の読み込みを行わせるタ
   イミング制御手段とからなる湯水混合制御装置。