JPH06235479A - 湯水混合弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本湯水混合弁１０は、広い温度範囲において
混合湯水の温度調節機能を有する。 【構成】 湯水混合弁１０では、感温ばね１３０が混合
湯水の温度に応じてばね定数を変化するが、ばね定数の
変化により生じる感温ばね１３０の荷重とバイアスばね
１５０のばね力との釣合で可動弁体１６０が可動するこ
とにより、混合湯水が目標温度で吐水される。また、感
温ばね１３０は、その荷重特性が温度で異なる第１およ
び第２感温ばね１３０Ａ，１３０Ｂを用いている。各感
温ばね１３０Ａ，１３０Ｂは、それぞれ予め設定された
所定温度範囲内においてその荷重特性を変化させて、可
動弁体１６０を移動させるよう荷重を加える。よって、
各感温ばね１３０Ａ，１３０Ｂにおいてそれぞれ荷重が
変化する温度範囲を合わせた広い温度範囲にて、混合湯
水が温度調節される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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可動弁体を付勢し
て湯水の混合を行なう湯水混合弁に関する。

【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、混合湯水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６１−４４０６
２）。これは、形状記憶合金からなる感温ばねが、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】この湯水混合装置では、可動弁体の一方
を、感温ばねで付勢し、他方を、バイアスばねで付勢す
るように構成されており、感温ばねは、一定温度で一定
コイル長にあり、混合湯水に直接接触するよう配置され
ており、混合湯水の温度の変化により、次のように作動
する。

【０００４】混合湯水の温度が設定温度で定常状態にあ
るとき、可動弁体は、感温ばねとバイアスばねとの釣り
合いの位置で停止している。定常状態にあった混合湯水
の温度が外乱等により変化して一定の温度になると、感
温ばねは、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、定常状態にあったバイアスばねとの釣り合いを崩
して、可動弁体をバイアスばね側または感温ばね側へ駆
動する。ここで、感温ばねに対して、設定温度近傍で、
一定のコイル長をセットすれば、混合湯水の温度が設定
温度近傍での変化に対して、感温ばねは、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、可動弁体が混合湯水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、混合湯水の温度
を設定温度に維持することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記感温ば
ねは、図４に示すような温度に対する荷重特性を有して
いる。ここで、図４は感温ばねを定歪状態に設定し、そ
の温度を変更したときの荷重を示す。図４から明かなよ
うに、感温ばねは、荷重をリニアに変化させることがで
きる温度範囲ＴＲは、８℃〜１０℃でその範囲が狭い。
このため、この湯水混合装置を浴室のシャワーなどの温
度調節に用いた場合には、夏季におけるシャワーから冬
季におけるシャワーまでの広い温度範囲における温度調
節ができないという問題があった。

【０００６】本発明は、上記従来の技術の問題を解決す
るものであり、広い温度範囲において温度調節機能を有
する湯水混合弁を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた請求項１の発明は、湯水の混合比を調節する
可動弁体を有し、該可動弁体の可動により目標温度の混
合湯水を吐水する湯水混合弁において、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
り、混合湯水の上昇温度に伴い湯の割合を減少させる方
向へ上記可動弁体を付勢する感温ばねと、上記可動弁体
を上記方向に対して反対方向に付勢するバイアスばね
と、を備え、上記感温ばねは、温度に対して上記ばね定
数の変化に伴う荷重特性が異なる複数のばねを用いると
共に、それぞれの感温ばねを合わせた荷重特性が所定の
温度範囲内において連続的になるよう設定したこと、を
特徴とする。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１に加え
て、上記感温ばねは、コイル状の第１感温ばねと、第１
感温ばねより大径のコイル状の第２感温ばねとからな
り、第１および第２感温ばねを同心状に配置して可動弁
体に付勢するよう配置したものである。

【０００９】

【作用】本発明に係る湯水混合弁では、感応ばねが混合
湯水の温度に応じてばね定数を変化するが、ばね定数の
変化により生じる感応ばねの荷重とバイアスばねとの釣
合で可動弁体が可動することにより、湯水の混合比が目
標温度になるように調節されて、混合湯水が吐水され
る。また、上記感温ばねは、その荷重特性が温度で異な
る複数のばねを用いている。各感温ばねは、それぞれ予
め設定された所定温度範囲内においてその荷重特性を変
化させて、可動弁体を移動させるよう荷重を加える。し
かも、感温ばねは、複数の感温ばねの荷重特性が所定温
度範囲内において連続的に変化するよう設定されている
ので、各感温ばねにおける荷重の変化する温度範囲を加
えた広い温度範囲にて混合湯水が温度調節される。

【００１０】また、請求項２の発明では、上記感温ばね
がコイル状の第１感温ばねと、第１感温ばねより大径の
コイル状の第２感温ばねとからなり、第１および第２感
温ばねを同心状に配置して可動弁体に付勢するよう配置
している。同心状に配置された第１および第２感温ばね
は、可動弁体に対して一致する方向へ付勢力を加え、可
動弁体に捩り力を加えない。よって、可動弁体は傾いた
りすることなく、高いシール性で安定して可動する。

【００１１】

【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。

【００１２】図１は本発明の一実施例に係る湯水混合弁
を示す断面図である。同図において、湯水混合弁１０
は、外側ケーシング２０と、この外側ケーシング２０内
に収納された内側ケーシング３０と、外側ケーシング２
０の端部に取り付けられたキャップ４０と、内側ケーシ
ング３０内に収納されたケーシング本体５０と、を備え
ている。

【００１３】ケーシング本体５０は、後述する弁機構な
どを収納する室を備えており、つまり、図示の左側から
順に、感温ばね室８０、湯水混合室９０、スライド室９
６を備えている。

【００１４】感温ばね室８０には、Ｏリングでシールさ
れた水側弁座部材７０が嵌合されている。水側弁座部材
７０には、水側ポート１０６を有する水側弁座１０８が
形成されている。上記水側ポート１０６は、外側ケーシ
ング２０と内側ケーシング３０との間に形成された水導
入通路１０２に接続されている。一方、ケーシング本体
５０には、図示しない給湯機に接続された湯流路１１４
が形成されると共に、この湯流路１１４に接続される湯
側ポート１１６を有する湯側弁座１１８が形成されてい
る。

【００１５】湯水混合室９０には、上記水側弁座１０８
および湯側弁座１１８に着脱または離反する可動弁体１
６０が摺動自在に嵌合されている。この可動弁体１６０
は、感温ばね室８０内に収納された感温ばね１３０のば
ね力を受けると共に、バイアスばね１５０によるばね力
を受け、これらのばね力の釣合いにより、その位置が定
まる。上記可動弁体１６０は、図２に示すように、筒状
部１６２と、この筒状部１６２の両端部に設けられた水
側着座部１６４および湯側着座部１６６と、筒状部１６
２の内周部に形成されかつ流路部１７２を有する環状係
止部１６８と、を備えている。上記環状係止部１６８
は、その端部でバイアスばね１５０を支持し、また他端
部で感温ばね１３０を受けるスペーサ１９０を支持して
いる。

【００１６】また、可動弁体１６０を可動させる感温ば
ね１３０は、コイル状の第１感温ばね１３０Ａおよび第
２感温ばね１３０Ｂとから構成されている。第１感温ば
ね１３０Ａは、第２感温ばね１３０Ｂに対して大径であ
りかつ同心状に配置されている。すなわち、第１感温ば
ね１３０Ａの一端部は、スペーサ１９０の第１ばね受け
部１９２Ａに支持され、その他端は、水側弁座部材７０
に嵌合されたばね受け部材１８０の底面部１８２の第１
支持部１８３Ａに支持されている。一方、第２感温ばね
１３０Ｂの一端は、スペーサ１９０の第２ばね受け部１
９２Ｂに支持され、その他端は上記底面部１８２の第２
支持部１８３Ｂに支持されている。

【００１７】第１および第２感温ばね１３０Ａ，１３０
Ｂは、バイアスばね１５０により予荷重を与えられた歪
状態で伸縮され、可動弁体１６０を所定範囲のストロー
クＳＴで摺動させる。上記感温ばね１３０Ａ，１３０Ｂ
は、図３に示すような温度に対する荷重特性を有してい
る。図３において、ＳｐA は第１感温ばね１３０Ａの荷
重特性、ＳｐB は第２感温ばね１３０Ｂの荷重特性を示
し、ＳｐABは第１感温ばね１３０Ａと第２感温ばね１３
０Ｂとを加算した荷重特性を示す。第１感温ばね１３０
Ａおよび第２感温ばね１３０Ｂの荷重特性ＳｐA ，Ｓｐ
B は、温度ｔA〜温度ｔB の範囲および温度ｔB 〜温度
ｔC の範囲にてそれぞれリニアな特性を有する。

【００１８】この感温ばね１３０Ａ，１３０Ｂ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、バイアスばね１５０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
る第１および第２感温ばね１３０Ａ，１３０Ｂ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第１および第２感温ばね１３
０Ａ，１３０Ｂは、種々の供給者から入手することがで
きる。また、第１感温ばね１３０Ａと第２感温ばね１３
０Ｂは、合金の組成および熱処理温度を変更することに
より図３に示すような異なった荷重の特性を付加してい
る。

【００１９】予荷重調節機構２００は、バイアスばね１
５０の予荷重を調節することにより、混合湯水の目標温
度を変更するものであり、キャップ４０を回転すること
により、スライド機構２５０を介してばね受け部材２１
０が進退し、これによりバイアスばね１５０の予荷重が
増減する。予荷重の増減により、バイアスばね１５０の
ばね力と感温ばね１３０のばね力とが釣り合う位置まで
可動弁体１６０が変位して、目標温度が変更される。

【００２０】次に、上記湯水混合弁１０の湯水の温度調
節動作について説明する。いま、給湯機からの給湯温
度、水道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１６０は、感温ばね室８０内の混合湯水により感温
ばね１３０に発生する力と、バイアスばね１５０のばね
力との釣合により位置が決定されて静止している。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
などの条件が外乱により変動すると、この変動に応じて
感温ばね室８０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１３０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１３０
のばね力が変化する。このとき、混合湯水温度が目標温
度より高い場合には、感温ばね１３０のばね力が増大
し、バイアスばね１５０の予荷重を増加させながら可動
弁体１６０を図１の右方向へ変位させるので、湯の割合
が減少し、混合湯水温度が低下する。そして、可動弁体
１６０の水側着座部１６４が水側弁座１０８に着座した
ときには、給湯機の湯だけが吐水される。

【００２１】一方、混合湯水温度が目標温度より低い場
合には、感温ばね１３０のばね力が減少し、バイアスば
ね１５０の作用により可動弁体１６０が図１の左方向へ
変位するのを許容するので、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。そし
て、可動弁体１６０の湯側着座部１６６が湯側弁座１１
８に着座したときには、水道水だけが吐水される。こう
した感温ばね１３０の作用により可動弁体１６０が水側
ポート１０６と湯側ポート１１６との流路開口に応じた
量の水および湯が吐水され、湯水混合室９０にて混合さ
れて、混合湯水温度は、目標温度に向かうよう調節され
る。

【００２２】こうした構成の湯水混合弁１０において、
その目標温度を変更するには、予荷重調節機構２００の
一部を構成するキャップ４０を所定方向へ回転すること
により行なう。すなわち、キャップ４０を所定方向へ回
転すると、スライド機構２５０を介してばね受け部材２
１０が図１の左方向へ移動してバイアスばね１５０が圧
縮変位し、バイアスばね１５０による可動弁体１６０に
対する予荷重が増大する。一方、キャップ４０を反対方
向へ回転すると、スライド機構２５０を介して図１の右
方向へ移動してバイアスばね１５０が伸張変位し、バイ
アスばね１５０による可動弁体１６０に対する予荷重が
減少する。

【００２３】このようなバイアスばね１５０の予荷重の
増加により、可動弁体１６０は、湯側弁座１１８の流路
を広げると同時に水側弁座１０８の流路を狭める位置で
釣合うよう調節されて、湯量の増加と水の減少による湯
水混合比を変更することにより、混合湯水の吐水温度が
高くなり、逆に、予荷重の減少により、可動弁体１６０
は、湯側弁座１１８の流路を狭めると同時に水側弁座１
０８の流路を広げる位置で釣合うように調節されて、混
合湯水の吐水温度が低くなる。

【００２４】また、上記湯水混合弁１０では、感温ばね
１３０が第１および第２感温ばね１３０Ａ，１３０Ｂの
２つのばねから形成されており、その温度に対する荷重
特性が図３に示すように異なっている。こうした異なっ
た感温ばね１３０では、温度ｔA 〜温度ｔB の範囲で
は、第１感温ばね１３０Ａの荷重がリニアに増減し、第
２感温ばね１３０Ｂの荷重は一定値にある。よって、感
温ばね１３０の荷重特性は、第１感温ばね１３０Ａと第
２感温ばね１３０Ｂの荷重を加算した値であるから、第
１感温ばね１３０Ａの荷重だけで増減し、その第１感温
ばね１３０Ａのばね力で可動弁体１６０が駆動される。
そして、温度ｔB 〜温度ｔC の範囲では、第２感温ばね
１３０Ｂの荷重がリニアに増減し、第１感温ばね１３０
Ａの荷重は一定値にある。よって、感温ばね１３０の荷
重特性は、第１感温ばね１３０Ａと第２感温ばね１３０
Ｂの荷重を加算した値であるから、第２感温ばね１３０
Ｂの荷重だけで増減し、第２感温ばね１３０Ｂのばね力
で可動弁体１６０が駆動される。

【００２５】したがって、感温ばね１３０は、温度ｔA
〜温度ｔC の範囲において連続したリニアな荷重特性を
有するから、可動弁体１６０は、１つの感温ばねを用い
た場合よりも広い温度範囲において駆動されて、この広
い温度範囲にて温度調節を行なうことができる。

【００２６】また、上記湯水混合弁１０において、第１
感温ばね１３０Ａと第２感温ばね１３０Ｂとは同心状に
配置されて可動弁体１６０に対して付勢し、つまり、両
ばね１３Ａ，１３０Ｂは、可動弁体１６０に対して一致
する方向へ付勢力を加え捩り力を加えない。よって、可
動弁体１６０は傾いたりすることなく、高いシール性で
安定して可動し、湯または水の漏れに伴う吐水温度の不
安定な温度調節もない。

【００２７】なお、上記実施例では、感温ばね１３０を
第１感温ばね１３０Ａおよび第２感温ばね１３０Ｂの２
つの感温ばねを用いた場合を説明したが、これに限ら
ず、３以上の感温ばねを用いてさらに広い温度範囲に設
定することもできる。

【００２８】また、上記実施例では、第１感温ばね１３
０Ａと第２感温ばね１３０Ｂとを並列に配置したが、複
数の感温ばねを直列に連結しても、ほぼ同様な効果を奏
することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の湯水混合弁
よれば、可動弁体を付勢する感温ばねとして、異なる温
度範囲にてばね荷重を変化させる複数のばねを用いるこ
とにより、それぞれの感温ばねに依拠する温度範囲を合
わせた広い温度範囲にて混合湯水の吐水温度を調節する
ことができる。

【００３０】また、請求項２の発明によれば、感温ばね
がコイル状の第１感温ばねと、第１感温ばねより大径の
コイル状の第２感温ばねとからなり、第１および第２感
温ばねを同心状に配置して可動弁体に付勢するよう配置
しているので、第１および第２感温ばねは、可動弁体に
対して一致する方向へ付勢力を加え、可動弁体に捩り力
を加えない。よって、可動弁体は傾いたりすることな
く、高いシール性で安定して可動し、精度の高い温度調
節を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る湯水混合弁を示す概略
図。

【図２】同実施例の要部を拡大して示す断面図。

【図３】同実施例の感温ばねにおける温度と荷重との関
係を示すグラフ。

【図４】従来の技術に係る感温ばねにおける温度と荷重
との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１０…湯水混合弁 ２０…外側ケーシング ３０…内側ケーシング ４０…キャップ ５０…ケーシング本体 ７０…水側弁座部材 ８０…感温ばね室 ９０…湯水混合室 ９６…スライド室 １０２…水導入通路 １０６…水側ポート １０８…水側弁座 １１４…湯流路 １１６…湯側ポート １１８…湯側弁座 １３０…感温ばね １３０Ａ…第１感温ばね １３０Ｂ…第２感温ばね １５０…バイアスばね １６０…可動弁体 １６２…筒状部 １６４…水側着座部 １６６…湯側着座部 １６８…環状係止部 １７２…流路部 １８０…ばね受け部材 １８２…底面部 １８３Ａ…第１支持部 １８３Ｂ…第２支持部 １９０…スペーサ １９２Ａ…第１ばね受け部 １９２Ｂ…第２ばね受け部 ２００…予荷重調節機構 ２１０…ばね受け部材 ２５０…スライド機構 ＳＴ…ストローク

Claims (2)

【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
   し、該可動弁体の可動により目標温度の混合湯水を吐水
   する湯水混合弁において、 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
   する材料からなり、混合湯水の上昇温度に伴い湯の割合
   を減少させる方向へ上記可動弁体を付勢する感温ばね
   と、 上記可動弁体を上記方向に対して反対方向に付勢するバ
   イアスばねと、 を備え、 上記感温ばねは、温度に対して上記ばね定数の変化に伴
   う荷重特性が異なる複数のばねを用いると共に、それぞ
   れの感温ばねを合わせた荷重特性が所定の温度範囲内に
   おいて連続的になるよう設定したこと、 を特徴とする湯水混合弁。
2. 【請求項２】 上記感温ばねは、コイル状の第１感温ば
   ねと、第１感温ばねより大径のコイル状の第２感温ばね
   とからなり、第１および第２感温ばねを同心状に配置し
   て可動弁体に付勢するよう配置した請求項１に記載の湯
   水混合弁。