JPS5824669A - 湯水混合供給栓 - 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】 この発明は、ケーシング内に冷水と高温水を導入して両
者を混合し、適温水として給湯できるようにした湯水混
合供給栓に関するものである。

この種の湯水混合供給栓は、混合室内に設けた感温部に
より制御弁を操作して混合水の温度を予め設定した温度
に保つようにしており、感温部の感温体としてはワック
ス等を封入したダイヤフラム式のもの、あるいはバイメ
タルを用いたものが従来から使用されている。ダイヤプ
ラム式のものは温度変化に伴うワックスの体積変化を利
用するものであるか、この方式の場合には何らかの原因
によって混合水温度が異常に上昇した時に、感温部が破
損する危険か非常に大きく、しかも制御できる温度範囲
が狭いという問題点かあり、またバイメタル式の場合に
は、温度変化に伴うバイメタルの変形量がワックス等を
用いたものより小さく、この変形量を大きくするために
拡大機構を付加すると、湯水混合供給栓が必然的に大き
くならざるを得ないという問題点があった。

この発明は、上記のような従来例の問題点を除去した湯
水混合供給栓を提供することを目的としてなされたもの
である。

まず、この発明において感温体として用いられる形状記
憶合金の性質について概略説明する。

形状記憶合金とは、マルテンサイト正変態温度以下に於
いてこの合金を成る応力で変形しても、これをマルテン
サイト逆変態温度以上に加熱すると、成る条件下で熱処
理された形状、即ち記憶された形状に戻ってしまう所謂
形状記憶効果を有する合金をいう。この形状記憶合金は
、また、マルテンサイト逆変態温度以上でも応力をかけ
ることによって応力誘起マルテンサイトを生じ、この応
力のもとて大全（数％〜ｌｏ数％）に耐えることが出来
、この大全を与えた後応力を除荷すると再び元の形状即
ち全零の状態に戻る性質を有している。この性質は超弾
性と称され、数１０℃から１００°Ｃの温度範囲で起こ
り得る。そして更に成る応力下で、マルテンサイト逆変
態温度以上の成る温度ｔ１で安定な応力誘起マルテンサ
イト相も、加熱されるとこの応力に打ち勝ってマルテン
サイト逆変態を始め、より一層加熱されるとマルテンサ
イト逆変態を完了して母相に戻る性質があり、この時に
合金に生じる応力σは、応力誘起マルテンサイト相を生
じさせるに要した応力＃１よりも大きく、σとＣ０の差
はその時の温度ｔとｔｌの差に比例する。この比例関係
を示したのが第１図であり、温度をマルテンサイト逆変
態温度以上の温度【１から、△【ずつ温度を順次大きく
してｔ２、ｔ３、ｔ４の温度設定をした時、合金内部に
発生する応力はＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とΔσずつ大き
くなることがわかる。なお、マルテンサイト正・逆変態
温度、応力誘起マルテンサイトを生じるの憂ζ要する応
力の程度、並びに発生応力差と温度差の比例係数は、形
状記憶合金の種類−組成、製造方法、熱処理条件、合金
の形状等によって変化し、それぞれ固有の値となる。

次に、上記の性質を有する形状記憶合金を用いた温度感
応バルブの動作原理を第２図〜第４図を参照して説明す
る。

第２図に於いて、（１）は形状記憶合金材料から成るＭ
ｌのコイルバネ、（２）は通常の弾性材料がら成るｉＪ
２のコイルバネ％　（３）　？　（４）は支持体、（旬
は介在物である。なお、予め指摘してあくが、以下の説
明に於いては、第１、第２のコイルバネを介在物を介し
て連結する構造例を示すが、上記形状記憶合金材料およ
び通常の弾性材料はどの様な形状であっても良く、また
必らずしも介在物を必要とするものでもない。

第２図に示される構成に於いて、通常の弾性材料から成
る第２のコイルバネ（２）の発生応力または力は変位に
比例する。いま、９ＮＳ２Ｆｌ！Ｊで形状記憶合金材料
から成る第１のコイルバネ（１）と前記第２のコイルバ
ネ（２）が引張り状態で保持されている場合を考える。

この時、温度をｔｏからｔ４まで上昇させれば、第１の
コイルバネ（１）は温度ｔ１でより引張られた状態σか
ら第４図の破線■に沿って温度ｔ４での状態βまで縮み
、若干の形状回復を生じる。先に述べた様に、形状回復
応力（発生応力）の差は温度差に比例し、通常の弾性材
料は発生応力と変位が比例することから、コイルバネ（
１）の変位、即ち介在物（５）の変位は温度変化に比例
することになる。なお、この例に於いては、コイルバネ
（１）の記憶されている形状は縮小した形状であり、こ
の構造物を形成する前に別の工程によって（熱処理等）
記憶される。また、コイルバネ（２）のコイルバネ（１
）に与える荷重は、形状記憶合金材料を応力誘起マルテ
ンサイト相にするに必要な大きさとされるのはいうまで
もない。

第３図は第２図に比して、構成上支持体（３）、（４）
の距離を狭めた相違点を有する構造を示し、コイルバネ
（１，）　、　（２）は共に引張り状態で保持されてい
る。

この様な構造で温度をｔｌからｔ４まで上昇させた時の
コイルバネ（１）の変位、即ち介在物（５）の変位は第
４図の一点鎖線■の様になる。第４図に於ける破線のか
ら一点鎖線Ｏへの変化は支持体（３）と（４）の距離変
化に比例する。また、この様な変化はコイルバネ（２）
の弾性率を変化させても生じる。即ち、コイルバネ（１
）を応力誘起マルテンサイト相にするための荷重弾性体
としてコイルバネ（２）を用い、このコイルバネ（１）
　、　（２）を連結させることによって、第４図に破線
■若しくは一点鎖線■で示す動作曲線を得ることが出来
る一方、支持体（３）　、　（４３間の距離或いはコイ
ルバネ（２）の弾性率を変えることによって、動作曲線
を■から■或いは［相］から■の様に、各温度に対する
応力−歪曲線の平担部分（プラト一部という）を移動さ
せることが出来る。この故に、介在物（５）に弁体を固
着し、支持体（４）或いは（３）をケーシングとし、更
に支持体（３）或いは（４）にその位置をバネ方向に変
動させる調整ノブを取付けれは、温度皺化によって上記
弁体が上下動し、更に調整ノブによって支持体（３）、
（４）間の距離を変化させれば介在物（５）の位置、つ
まり弁体の位置か変位することとなり、バルブからの汲
置が変化する。

後者の動作特性は、当該構造のバルブを設けることによ
って混合水の設定温度を可変出来ることに結ひつくもの
である。

なお、以上の説明ではコイルバネ（１）　、　（２）を
引張り状態に設定したが、これらを圧縮状態に設定して
も上記とほぼ同様の動作特性を得ることが出来る。ただ
し、第４図に示す破線のと一点鎖線■の位置関係は逆転
する。

次に、以上のような性質を有する形状記憶合金を感温部
の感温体として用いたこの発明の湯水混合供給栓の実施
例について、１８５図に示す縦断面図を参照して説明す
る。

同図において、（６）は高温水流入路（へ）、冷水流入
路（Ｂ）、混合水流路（Ｑ（ＬＭ、温水送出路に）を備
えたケーシングであり、高温水源から高温水流入路＾に
供給された高温水と、冷水源から冷水流入路（至）に供
給された冷水は混合水流路（ｑ（ロ）で混合され、適温
の温水となって温水送出路（ト）から給湯光へ供給され
る。なお、高温水流入路（へ）と冷水流入路（至）には
逆流を防ぐ逆止弁が内蔵されることもある。（７）は弁
座で高温水流入路（へ）と冷水流入路（至）とを上下に
部分しており、この弁座（７）を挾んで制御弁（８１（
９）か設けられている。制御弁（８）は円筒状で弁座（
７）に対応する部分に穴（８ａ）が設けられ、下端に円
筒状の制御弁（９）が螺着されており、制御弁（８バ９
）は一体になって上下方向に摺動可能にケーシング（６
）の内壁にＱ　ＩＪソング１０（１１）を介して支持さ
れている。また制御弁（８）の内部中央にはばね座（８
ｂ）が設けられ、制御弁（８）の上方の混合水流路０の
出口に設けられた開閉弁座υとの間に形状記憶合金から
なるコイルバネ（至）が配設され、また通常の弾性材料
からなるコイルバネα→がばね座（”８　ｂ）と制御弁
（９）の下方にケーシング（６）に螺合して設けられた
温度調節ノブ８Ｇとの間に配設されており、上記のコイ
ルバネ（至）及びコイルバネα傭よ、適宜の係止手段に
よってそれぞれ引張り状態で取付けられている。なお、
コイルバネα］は引張り力を除荷した時の形状を記憶し
ている。開閉弁座（２）にはこれに対向して開閉弁ＯＱ
か設けられており、この開閉弁αＧはケーシング（６）
に螺合するロッド０に係合され、更にこのロッドａηの
上端がねじ（至）によって開閉ノブＯＩに係合されてい
る。四は０リングである。

次に、この湯水混合供給栓の動作を説明する。

まず温水送出路四）からの温水の供給と停止は、開閉ノ
ブ０鋳を回転して開閉弁αＱを開閉弁座（２）に圧接し
、あるいはこれから離すことによって行なわれる。

今、成る状態でこの混合供給栓か機能しているとする。

この定常状態から供給される高温水の温度が関くなれば
、引張り状態でセットされた形状記憶合金からなるコイ
ルバネ［相］は、その形状回復応力か大きくなって縮み
、制御弁（８）（９）は上方へ移動する。これによって
、弁座（７）と制御弁（８）との間隔は広くなって穴（
８ｍ）から混合水流路（ｑに流入する冷水量が増大し、
逆に弁座（７）と制御弁（９）との間隔は狭くなって穴
（８λ）から混合水流路０に流入する高温水量が減少し
、混合水流路（ｑηを経て温水送出路（ト）から温水と
して供給される混合水の温度はほとんど一定に保たれる
。一方、供給される高温水の温度か低くなれば、コイル
バネ（至）の形状回復応力が小さくなってコイルバネ０
４）の引張り応力によって制御弁（８）（９）は下方へ
移動し、高温水量が増大するとともに冷水量が減少して
混合水の温度はほとんど一定に保たれる様になる。なお
混合水の設定温度そのものは、温度調節ノブ（至）を回
転して開閉弁座（至）との距離を変えることによって調
節することができる。

即ち、この実施例では、混合水流路（財）の部分が感温
部となっていて、ここに設けられた形状記憶合金からな
るコイルバネ（至）が感温体となっているのであり、コ
イルバネ（至）の形状回復応力と通常の弾性材料からな
るコイルバネα弔の応力とのバランスによって、混合水
流路（Ｉ））に流れる混合水の温度を予め設定した温度
に保つようにしているのである。なお、上記の説明では
高温水の温度が変動した場合を述べているが、冷水の温
度か変動した場合や、一方の送水圧力が変化して高温水
と冷水との混合比が変って温度が変動した場合において
も、混合水の温度変化が生じないように作動することは
もちろんである。また、上記の実施例は形状記憶合金か
らなるコイルバネを使用し、これを引張り状態でセット
した例を示しているが、流水路の配置等を適宜選定して
圧縮状態で使用したり、コイルバネ以外の他の形状に加
工したものを用いることもできる。

上述のように、この発明は形状記憶合金を用いて感温体
を構成したものであり、破壊することがないのでワック
ス等を封入したダイヤフラム式のように異常高温時に破
損するというおそれがなく、温度変化に対する形状回復
応力か大きくしかも広い温度範囲で歪量と温度変化に比
例相関を有するので、小型でしかも温度調節作用のすぐ
れた湯水混合供給栓を得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は形状記憶合金材料の応力−歪曲線（設定温度を
パラメータ）、第２図は形状記憶合金製のコイルバネと
通常の弾性材料製のコイルバネを連結した構造物を支持
した状態を示す図、ｊ８３図は同構造物の支持間隔を小
さくした時の状態を示す図、第４図は９４２図及び第３
図に示す構造物の動作曲線を示す内、第５図はこの発明
の一実施例の縦断面図である。 （６）・−・ケーシング、（７）−・弁座、（８）（９
）　＝”制御弁、（至）・・・形状記憶合金からなるコ
イルバネ（感温体）、０４・・・通常の弾性材料からな
るコイルバネ、（ハ）・・・高温水流入路、に）・−冷
水流入路、（ｑ・・・混合水流路、０・・・混合水流路
（感温部）、に）・・−温水送出路。 出　　願　　人　　　シャープ株式会社代理人　弁理士
　　　小　森　久　末 端１図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷水流入路、高温水流入路、これらの両流入路が
   合流する混合水流路をそれぞれ備え、混合水流路に配備
   された感温部により制御弁を操作して混合水温度を設定
   温度に調節するようにした湯水混合供給栓に於いて、感
   温部の感温体を形状記憶合金で構成したことを特徴とす
   る湯水混合供給栓。