(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水側弁座（１７ｂ）および冷水側弁座（１７ｄ）を内周面に有すると共に、湯水入口（１０）および冷水入口（１５）を備えた円筒状弁筐体（５）と、外周面に混合水導入孔（１４ａ）および環状突起の湯水側弁（１７ａ）および冷水側弁（１７ｃ）が配設された円筒形弁体（４）と、混合水の温度を制御する感温ばね手段とを備える湯水混合弁（１）であって、
前記弁体（４）の両端部が周方向と直交する断面形状が略Ｕ字状の湯水側と冷水側のダイアフラム（２０ａ）、（２０ｂ）を介して前記弁筐体（５）内にフローティング状態で支持され、かつ、前記２つのダイアフラム（２０ａ）、（２０ｂ）と弁筐体（５）と弁体（４）で仕切られた内部において、前記ダイアフラム（２０ａ）、（２０ｂ）と湯水側弁座（１７ｂ）または冷水側弁座（１７ｄ）とにより仕切られた湯水圧作用室（１１）および冷水圧作用室（１６）が形成されており、混合水温の所望温度とのずれに応じて、弁体（４）が感温ばね手段により軸方向に付勢されて湯水側弁（１７ａ）または冷水側弁（１７ｃ）を開閉動するように設けられてなることを特徴とする湯水混合弁。
【請求項２】
前記ダイアフラム（２０ａ）、（２０ｂ）と前記湯水側弁座（１７ｂ）および冷水側弁座（１７ｄ）との水圧に対する有効面積がほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載の湯水混合弁。
【請求項３】
前記感温ばね手段として、混合水導入孔（１４ａ）の出口部（８）に配置され、かつ混合水の温度変化に応じて前記弁体（４）への付勢力が変化する感温コイルばね（１８）と、弁体（４）を介して前記感温コイルばね（１８）と反対の側に混合水の温度を所望温度に調整するバイアス用コイル状ばね（２１）を備えると共に、バイアス用コイルばね（２１）の収容部が混合水の出口部（８）に連通するようにしてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の湯水混合弁。
【請求項４】
前記ダイアフラム（２０ａ）、（２０ｂ）の内縁部と外縁部をそれぞれ複数に分割した弁体（４）と内側弁筐体（３）の分割部で挟持して湯水混合弁が構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の湯水混合弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶合金製コイルばねを感温素子として用いた湯水混合弁に係り、特に弁体の摺動性を改良した湯水弁体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感温素子として形状記憶合金製コイルばねを使用した湯水混合弁については、シリンダー内にピストンを摺動させて混合水を制御する構造が多数存在する。従来例の弁形態の代表として、特開平８−６１５５２号を図９に示す。
【０００３】
すなわち従来例では、シリンダーに該当するハウジング３３に設けられた弁室３４内にピストンに該当する円筒状のスプール３５（弁体）が軸方向摺動自在に配置されていて、湯水の割合を形状記憶合金製の感温コイルばね３６の湯温に対するばね力の変化（形状記憶合金材の横弾性係数Ｇが温度に比例して増加する）を活用して自動的に調節し、所望の混合水温度を得るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、従来例の弁室３４とスプール３５の摺動部の嵌合度合いは、弁の二次側に対し流体（水）の漏れをなくすため、嵌合精度の高いものが要求される。また、嵌合精度が低くて隙間が大きい場合は、一般的にＯリング等のシール部材を用いて水密にする必要がある。このため、何れの場合でも、スプール３５の摺動抵抗が予測した以上に大きなものになり、弁制御に支障をきたすという問題がある。
【０００５】
すなわち、一般的には感温コイルばね３６の湯温に対する感受性（感温性）を上げるためには感温コイルばね３６の熱容量を小さくする必要がある。つまり、感温コイルばね３６の線径を細くして、熱量に対するばねの体積比を小さくする必要がある。
【０００６】
しかし、感温コイルばね３６の線径を細くすると、ばね力が小さくなり、パワー不足でスプール３５に作用する摺動抵抗に対抗することができなくなる。すなわち、湯温に対するばね力が所定通り機能していても、ばね力が摺動抵抗により吸収されて弁体が動作しない場合が生じ、所謂「ヒステリシス」の大きい弁制御となってしまう。
【０００７】
一方、摺動抵抗があっても問題なくスプールを作動させるには、感温コイルばね３６の線径を太くしてばね力を強くしてやらねばならないが、ばね力の強いものを使用すると、感温コイルばね３６の熱容量が上がり感温性が悪くなるばかりでなく、線径の太さに応じて部品重量が大きくなりコスト高となるため不経済である。
【０００８】
また更に大きな問題点は、湯水に含まれるゴミや異物が前述の摺動部に詰まることで、摺動部に異物が詰まると、スプール３５は全く摺動できなくなり、水を制御する弁としての基本的な問題を生じる。
【０００９】
さらに、図９において弁室３４内におけるスプール３５に働く圧力は、流体の滞留部があると共に水流部があり、スプール３５の動作によって熱水が導入されたり、冷水が導入されたりする等の複雑な条件が重なり合うため安定しない。
特に、スプール３５を挟んだ混合水出口３７の感温コイルばね３６側域と、反対側のバイアスばね３８側域で異なる圧力が生じたときは、感温コイルばね３６側域とバイアスばね３８側域との差圧がスプール３５の有効面積（スプールの外径から内径を引いた部分の面積）に作用することから、弁体３５は設定された位置よりも低圧側へ動いてしまうという問題がある。この動作は湯水混合弁としての温度制御を余計困難なものとしてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は上記従来技術の欠点を除くためになされたものであり、高精度を必要とせずに弁体の制御が可能な湯水混合弁の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を有利に解決するため、第１の発明は、湯水側弁座１７ｂおよび冷水側弁座１７ｄを内周面に有すると共に、湯水入口１０および冷水入口１５を備えた円筒状弁筐体５と、外周面に混合水導入孔１４ａおよび環状突起の湯水側弁１７ａおよび冷水側弁１７ｃが配設された円筒形弁体４と、混合水の温度を制御する感温ばね手段とを備える湯水混合弁１であって、
前記弁体４は両端部が周方向と直交する断面形状が略Ｕ字状の湯水側と冷水側のダイアフラム２０ａ、２０ｂを介して前記弁筐体５内にフローティング状態で支持され、かつ、前記２つのダイアフラム２０ａ、２０ｂと弁筐体５と弁体４で仕切られた内部において、前記ダイアフラム２０ａ、２０ｂと湯水側弁座１７ｂまたは冷水側弁座１７ｄとにより仕切られた湯水圧作用室１１および冷水圧作用室１６が形成されており、混合水温の所望温度とのずれに応じて、弁体４が感温ばね手段により軸方向に付勢されて湯水側弁１７ａまたは冷水側弁１７ｃを開閉動するように設けられてなることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明について、前記ダイアフラム２０ａ、２０ｂと前記湯水側弁座１７ｂおよび冷水側弁座１７ｄとの水圧に対する有効面積がほぼ同じであることを特徴とする。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明について、前記感温ばね手段として、混合水導入孔１４ａの出口部８に配置され、かつ混合水の温度変化に応じて前記弁体４への付勢力が変化する感温コイルばね１８と、弁体４を介して前記感温コイルばね１８と反対の側に混合水の温度を所望温度に調整するバイアス用コイル状ばね２１を備えると共に、バイアス用コイルばね２１の収容部が混合水の出口部８に連通するようにしてなることを特徴とする。
【００１４】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、前記ダイアフラム２０ａ、２０ｂの内縁部と外縁部をそれぞれ複数に分割した弁体４と内側弁筐体３の分割部で挟持して湯水混合弁が構成されることを特徴とする。
【００１５】
つまり、本発明の構成をさらに具体的に表現すると、湯水と冷水とを混合する湯水混合弁において、湯水入口と冷水入口を有する弁筐体５であって、環状の湯用弁座１７ｂと水用弁座１７ｄが設けられた弁室（弁筐体の略筒状内周面）内に、前記弁筐体５からダイヤフラム２０ａ，２０ｂでその両端が宙づり状態で支持された弁体４と、その弁体４のほぼ中央の環状突起部１７ｅに湯用弁１７ａと水用弁１７ｃを配し、更に、前記突起部１７ｅの頂上部に複数の混合水導入孔１４ａを配して、前記各弁１７ａ，１７ｃを前記各弁座１７ｂ、１７ｄと対応させることにより、前記各ダイヤフラム２０ａ，２０ｂとの間に環状の湯水圧作用室１１と環状の冷水圧作用室１６とを形成させ、弁室と弁体４の接触をなくしている。
【００１６】
また、湯水圧作用室１１、冷水圧作用室１６においては、各ダイヤフラム２０ａ，ｂの有効面積に対する弁座１７ｂ，ｄの径の有効面積はほぼ同じに構成される。
【００１７】
さらに、弁体４の内部空間を隔壁４ｃを境にバイアス用コイル状ばね２１側域と混合水出口８の感温コイル状ばね１８側域に分け、前記隔壁４ｃに設けられたバランス圧導入管（中空軸）４ｄを介してバイアス用コイル状ばね２１側域へ混合水出口側の感温コイル状ばね１８側域の圧を導入することで、弁体４を挟む域を同圧にするようにしている。
【００１８】
また、前記湯用ダイヤフラム２０ａと水用ダイヤフラム２０ｂのそれぞれの内縁部を、複数に分割した弁体４で挟持し、さらに、前記各ダイヤフラム２０ａ，２０ｂの外縁部を複数に分割した内側弁筐体３で挟持するようにして、外側弁筐体２内に弁機能部を構築している。
【００１９】
＜本発明の作用＞
本発明によると、弁体が弁筐体の円筒状内部にダイヤフラムを介して弁筐体と接触しない状態（フローティング状態）で支持され収容されているので、弁体は弁体の軸中心部の位置で安定する。つまり、弁体と弁筐体との間には摺動部がなく、混合水温の自動調整時等に弁体の移動に抗する摺動抵抗は全く生じない。
【００２０】
また、湯水圧作用室、冷水圧作用室においては、各ダイヤフラムの有効面積に対する弁座の径の有効面積はほぼ同じにしてあることから、互いに作用力は相殺され、弁体の軸方向への動きには影響しない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図１〜図８を参照して説明する。図１は本実施形態の湯水混合弁の作用を説明する概要図である。図２は本実施形態の具体的な構成を示す断面図である。図３〜図７は要部の説明図である。図８は本実施形態の湯水混合弁が湯水混合栓本体に組み込まれた状態を示す説明図である。
【００２２】
図２に示すように、湯水混合弁１は、最外側の外側弁筐体２と、外側弁筐体２の内部に挿入された内側弁筐体３と、さらに内側弁筐体３の内部に挿入された弁体４から構成されている。（なお、外側弁筐体２と内側弁筐体３を包括して弁筐体５とする。）
そして湯水混合弁１は、湯水混合栓２７へカートリッジ方式で組み込まれて使用される（図８参照）。
【００２３】
前記湯水混合栓２７内に配設される外側弁筐体２は、その軸方向一端側に開口２ａ（図２左側）を有すると共に他端側に混合水出口８を備えた底部を有する中空円筒状の外側弁筐体本体２ｆを備えている。開口２ａ近傍の外周側面の環状溝には、Ｏリング５ａが嵌合配置されて、湯水混合栓２７と外側弁筐体２の間からの湯水の漏れを防止している。
【００２４】
一方、外側弁筐体２の大径筒状部２ｆの外周面には、その大径筒状部２ｆの軸方向中間部に所定の軸方向長さ範囲に亘る軸並行平坦面部２ｂが、外側弁筐体２の外周面の一部を削除して形成されている。そして、平坦面部２ｂの周壁を半径方向に貫通してほぼ半円状の湯取り入れ口６が前記平坦面部２ｂの一端側に設けられている（図５ａおよび図６参照）。
【００２５】
また、外側弁筐体２の大径筒状部２ｆには、前記平坦面部２ｂと周方向に仕切り外周面２ｇを介して離れていると共に、前記平坦面部２ｂと延長面が交差する位置関係にあり（図示の場合は直角の位置関係）、中心軸線に並行な平坦面部２ｅが対称に２面形成されている（図５参照）。平坦面部２ｅ上には、前記一端側の湯取り入れ口６と軸方向位置が重複しない位置（他端側）に、中心軸線に直角なスリット状の冷水（水）取り入れ口９が形成されている（図６参照）。
【００２６】
さらに、開口２ａの反対方向（図２右側）には、前記大径筒状部２ｆと一体に小径筒状部２ｃが延出して形成されている。小径筒状部２ｃ端部の小径底壁部２ｄには、図４（図２のＡ矢視図）に示すように、軸心部の丸孔８ａと、等角度間隔を置いて４つの扇状孔８ａとが穿設されて、混合水出口８を構成している。なお、小径筒状部２ｃの外周側面に設けられた環状溝には、漏水を防止するためにＯリング７が嵌合配設されている。
【００２７】
前記外側弁筐体２内に嵌合配設される内側弁筐体３は、組み立ての都合上、軸方向に３つの有底円筒状部材または円筒状部材３ａ，３ｂ，３ｃから構成されている。なお、円筒状部材３ａには、一端側に後述のロッド部２３ａの挿通孔を有する底壁３ｄが設けられている。
【００２８】
前記円筒状部材３ｃの一端側外周面には、Ｏリング嵌設用の環状段部が設けられ、中間部には、図５に示すように、周方向に間隔をおいて冷水入口１５が設けられ、また他端側には、外側弁筐体２における支承溝に嵌合される筒状挿込み部３ｆが設けられ、前記筒状挿込み部３ｆの内側端部に冷水側ダイヤフラム２０ｂの外周側膨出縁部嵌合用環状溝３ｇが設けられている。また前記円筒状部材３ｃの内側軸方向中間部には、内向きに突出する環状の冷水側弁座１７ｄが一体に設けられ、また前記冷水側弁座１７ｄと円筒状部材３ｃの一端側内周面とにより、混合水導入室形成用の内側環状段部が形成されている。
【００２９】
前記円筒状部材３ｃに直列に当接される円筒状部材３ｂの軸方向中間部外周面には、環状溝が設けられると共に、その環状溝部分に円筒状部材３ｂの内側に連通させる湯水入り口１０が周方向に等角度間隔を置いて複数設けられ、かつ前記円筒状部材３ｂの一端側には、前記円筒状部材３ｃの一端側に当接される環状当接面を備えていると共に、その内周側に、一端側から離れた位置において、前記湯水入り口１０の近傍に内向きに突出する環状の湯水側弁座１７ｂが一体に設けられ、その湯水側弁座１７ｂの軸方向一側面と前記円筒状部材３ｂの一端側内周面とにより、混合水導入室形成用の内側環状段部が形成されている。
【００３０】
また前記円筒状部材３ｂの他端側には、筒状挿込み部３ｈが設けられていると共に、その内側には湯水ダイヤフラム２０ａの外周側膨出縁部嵌合用環状溝が形成されている。
【００３１】
他端側に底壁３ｄを有する円筒状部材３ａの一端側には、外側環状段部が設けられ、また他端側外周面には、Ｏリング嵌合用環状溝が設けられている。
【００３２】
前記内側弁筐体３には、軸方向に２つの弁本体、すなわち中空の冷水側弁本体４ｂと湯水側弁本体４ａから構成された弁体４が、内側弁筐体３の内部に組み込まれている。なお、冷水側弁本体４ｂと湯水側弁本体４ａの結合部に環状突起１７ｅが形成される。
【００３３】
前記冷水側弁本体４ｂは、その一端側の端面には、冷水ダイヤフラム２０ｂの内周側環状膨出部嵌合用溝が設けられていると共に、弁本体４ｂの中間部外周面には断面台形の環状溝が設けられ、前記環状溝における他端側よりの環状傾斜面により冷水側弁１７ｃが環状突起を形成するように形成されている。前記冷水側弁１７ｃの外径は、円筒状部材３ｃにおける弁座１７ｄの内径よりも大きく設定されている。前記冷水側弁本体４ｂの他端側には、小径の嵌合用凸部が設けられていると共に、混合水導入孔１４ａが設けられている。
【００３４】
また前記湯水側弁本体４ａは、その大径筒状部４ｈの一端側に前記冷水側弁１７ｃと同外径寸法で環状傾斜面を有する湯水側弁１７ａを備えていると共に、その湯水側弁１７ａの半径方向内側には、前記冷水側弁本体４ｂの嵌合用凸部を嵌合させるための環状溝を有すると共に、大径中空軸部に一体に小径の中空軸部を有する段付中空軸４ｄを備えた隔壁４ｃが一体に設けられている。前記大径筒状部の他端側には、湯水ダイヤフラム２０ａの内周側膨出縁部嵌合用の環状溝が形成されている。前記段付中空軸４ｄにおよび環状溝に冷水側弁本体４ｂの嵌合用凸部が嵌設されているとともに、感温用コイルばね１８の一端側が係合している。また前記隔壁４ｃの他端側には、環状突起が形成されて、これにバイアス用コイルばね２１の一端側が係合している。
なお、前記湯水側弁１７ａの外径は、円筒状部材３ｂにおける弁座１７ｂの内径よりも大きく設定されている。
【００３５】
前記弁体４を内側弁筐体３に組み込む場合は、まず内側弁筐体３における円筒状部材３ｃを冷水側弁本体４ｂの一端側から遊嵌した状態で、湯水側弁本体４ａを前記冷水側弁本体４ｂに嵌設し、次いで円筒状部材３ｂを湯水側弁本体４ａの他端側から遊嵌すると共に円筒状部材３ｃに接着剤等により固定した状態で、前記冷水側弁本体４ｂに冷水側のダイヤフラム２０ｂを装着すると共に、ダイヤフラムサポート１９を嵌合してカシメ固定し、前記湯水側弁本体４ａの他端側に湯水（熱水）側のダイヤフラム２０ａを装着すると共に、ダイヤフラムサポート１９を嵌合してカシメ固定する。
【００３６】
次いで、バイアス用コイルばね２０およびリテーナ２２を湯水側弁本体４ａ内に順次配設した状態で、有底の円筒状部材３ａを前記円筒状部材３ｂに圧入または接着剤により固定すると共に、湯水側のダイヤフラム２０ａにおける外周側膨出縁部を圧着した状態で挟みこんで固定し、弁体４を内側弁筐体３内に組み込んでユニット化することができる。またこのような弁体４付の内側弁筐体３を外側弁筐体２内に装着すると共に、リターンばね２６およびハンドル接続部材２３を装着してユニット化して、後記のように、この状態をカートリッジとして、混合栓２７内に配設することができる。
【００３７】
内側弁筐体３と弁体４の間には、前記のようにリング状の湯水側ダイヤフラム２０ａおよび冷水側ダイヤフラム２０ｂが配設されている。前記各リング状のダイヤフラム２０ａ，ｂの内周側膨出縁部および外周側膨出縁部は、ほぼ半円状部を備えたほぼ断面Ｕ字状接続部を介して一体化され、前記断面Ｕ字状接続部が弁体４の軸方向の移動に屈曲変形しながら追従可能に構成されている。前記各ダイヤフラム２０ａ，ｂの断面Ｕ字状の接続部が軸方向にその開放側溝が対抗するように配設されている。ダイヤフラム２０ａ，ｂの外周縁は、内側弁筐体３の内周部に設けられた取り付け溝に固定される。また、ダイヤフラム２０ａ，ｂの内周縁は、弁体４とリング状のダイヤフラムサポート１９間の取り付け溝３ｅ（図７参照）に挟みこんで固定される。つまり、弁体４はダイヤフラム２０ａ，ｂによって内側弁筐体３と接触しないフローティング状態（宙吊り状態）で支持され、各ダイヤフラム２０ａ，２０ｂの中心軸線が、軸中心部の位置で安定するようになっている。
【００３８】
なお、ダイヤフラム２０が装着されたリング状の隙間は、断面積がほぼ等面積になるように設定されている。
【００３９】
また、ダイヤフラムサポート１９の内周部と弁体４はカシメにより一体化されており、各ダイヤフラムサポート１９の外径は弁座１７ｂ、ｄの内径よりも小さく設定されている。つまり、ダイアフラムサポート１９は弁室（弁筐体の略筒状内周面）に対して比較的大きな隙間（ギャップ）を有しており、しかも弁体４は軸中心部の位置で安定するため、弁体４の動作にダイアフラムサポート１９が干渉することはない。
【００４０】
内側弁筐体３の軸方向中央部には、周溝（環状溝）が設けられると共に、周溝底に湯水入口１０が設けられている。湯水入口１０は、内側弁筐体３と、弁体４と、湯水側ダイヤフラム２０ａとに面した湯水圧作用室１１に連通している。なお、周溝の近傍には、湯の漏れ出しを防止するため、Ｏリング１２，１３が設けられている。
【００４１】
一方、内側弁筐体３の周壁を貫通して、外側弁筐体２の冷水取り入れ口９に連通する冷水入口１５が設けられている。そして冷水入口１５は、内側弁筐体３と、弁体４と、冷水側ダイヤフラム２０ｂとに面した冷水圧作用室１６に連通している。
【００４２】
また、湯水圧作用室１１と冷水圧作用室１６の中間部には、弁１７により湯水圧作用室１１および冷水圧作用室１６から仕切られた混合水導入室１４が形成されている。また、混合水導入室１４と混合水出口８は、弁体４に開口された混合水導入孔１４ａにより連通している。
【００４３】
ここで図３（図２の一部拡大図）に示すとおり、環状の湯水側弁１７ａおよび冷水側弁１７ｃは弁体４の外周側と一体に突設され、弁体４の軸方向移動に従って移動するようになっている。一方、湯水側弁座１７ｂおよび冷水側弁座１７ｄは内側弁筐体３の内周側に形成され、弁座１７ｂ，１７ｄは移動することはない。
【００４４】
例えば、弁体４の軸方向移動により、湯水側弁１７ａと湯水側弁座１７ｂが接触して湯水側が閉弁状態となると、冷水側が全開となり、逆に、冷水側弁１７ｃと冷水側弁座１７ｄが接触して冷水側が閉弁状態となると、湯水側が全開となる。また、全開と全閉の中間状態では、弁１７が中間の開度状態になるように構成されている。
【００４５】
また、弁１７ａ，１７ｃおよび弁座１７ｂ，ｄは、湯水側と冷水側が同寸法に形成されている。そのため、湯水圧作用室１１の圧力と冷水圧作用室１６の圧力が弁体４を押圧する面積は等しくなっている。
【００４６】
さらに、弁座１７ｂ，ｄは、各ダイヤフラム２０ａ，ｂの有効面積に対して弁座１７ｂ，ｄの径の有効面積がほぼ同じになるように設定されている。
【００４７】
弁体４は、軸方向中央部に隔壁４ｃを有し、隔壁４ｃを隔てて軸心部に開口凹部が背中合わせに設けられている。また、弁体４の混合水出口側凹部（図２右側）と外側弁筐体２の小径底壁部２ｄの間には、形状記憶合金製の感温用コイルばね１８（感温ばね手段）が配設されている。感温用コイルばね１８の付勢力は弁体４を湯水側（図２左側）へ付勢している。
【００４８】
また、弁体４の開口側凹部（図２左側）にはバイアス用コイルばね２１（感温ばね手段）が配設され、バイアス用コイルばね２１の付勢力は、弁体４を冷水側（図２右側）へ付勢している。
【００４９】
バイアス用コイルばね２１の外側端には、すり鉢状のリテーナ２２を介して湯水の温度設定を調節するハンドル接続部材２３のロッド部２３ａが当接されている。このロッド部２３ａは内側弁筐体３の底壁３ｄの挿入孔を通って配置、支持されている。そして、底壁３ｄとの接触部のＯリング２４により外部への漏水が防止されるようになっている。
なお、内側弁筐体３の底壁３ｄとハンドル接続部材２３との間には、リターンばね２６が配設されている。
【００５０】
また、弁体４の開口側凹部（図２左側）とリテーナ２２に囲まれたコイルばね室２５は、弁体４の隔壁４ｃの中央部透孔から混合水出口８側近傍へ延出している中空軸４ｄ内を介して混合水出口８側と連通しており、混合水出口８側の圧力と等圧に保たれている。
【００５１】
図８は、湯水混合弁１が湯水混合栓２７に装着される一例を示す。図示のように湯水混合弁１はカートリッジ方式で装着される。温度調節ハンドル２８にハンドル接続部材２３を介して湯水混合弁１のバイアス用コイルばね２１が加圧調整自在に接続され、外側弁筐体２が湯水混合栓２７内に取り付けられる。そして、湯用の脚管２９および冷水用脚管３０の通路に湯水混合弁１の湯取り入れ口６および冷水取り入れ口９がそれぞれ連通されると共に、混合水出口８がカラン・シャワーの出口３１に連通される。なお、止水、カラン、シャワーの切り替えは、湯水混合栓２７の切り換えハンドル３２で行なう。
【００５２】
本発明では、湯水混合弁１はカードリッジ化されているため、規格化された湯水混合栓であれば、いかなる種類の湯水混合栓においても湯水混合弁１を採用することが可能である。したがって、量産による部品の低コスト化、交換による修理などの容易性、湯水混合栓の意匠選択の多様化を図ることができる。
【００５３】
つぎに、湯水混合弁１の作用について主に図１を参照して説明する。図１中において矢印は湯水の流れを示す。なお、図１では具体的な構成は省略してある。
【００５４】
湯が湯入り口１０から湯水圧作用室１１へ供給され、冷水が冷水入り口１５から冷水圧作用室１６へ供給されると、それぞれの圧力がダイヤフラム２０ａ，ｂを軸方向外方へ押圧する。
【００５５】
ダイヤフラム２０ａ，ｂは、リング状に配設され、かつ弁体４と固定されていることから、湯水側ダイヤフラム２０ａと冷水側ダイヤフラム２０ｂにそれぞれ反対方向へ等しい押圧力が働くと、弁体４はいわば綱引きのバランス状態となり、引き力によって生じる求心力により、弁体４はその中心軸線が内側弁筐体３の軸心部で安定する。
【００５６】
上記求心力とは別に、次のような求心作用も作用していると考えられる。すなわち、弁体４を支持するダイヤフラム２０ａ，ｂにおける外方に膨らむ断面半円状湾曲部（断面Ｕ字状部分）については、しぼみがちなこの断面半円状湾曲部に上記圧力が導入されると、湾曲部は外方に向かってはちきれんばかりに膨らもうとする。弁体４と内側弁筐体３との間にある湾曲部は、圧力に対応した理想の半円断面形状になろうとして常に踏ん張り状態（半径方向に押圧力が作用している状態）にある。この踏ん張り状態が弁体４を包むように働くことから、弁体４はその中心軸線が内側弁筐体３の軸心部で安定するように求心力が作用している。
更に、弁体４は、バイアス用コイルばね２１と感温用コイルばね１８の付勢力の作用点の中心にバランスして設けられていることから、この付勢力によっても求心作用が助勢される。
【００５７】
こうして、弁体４に傾き若しくは偏心が生じても、上記したいずれかの作用により弁体４は軸心に復帰する。したがって、弁体４は内側弁筐体３と接触することがないことから、従来品に見られた摺動抵抗は皆無である。また、ゴミや異物が混入した場合にも、隙間の小さな摺動部がないので、作動不良につながる恐れはない。
【００５８】
なお、湯水圧作用室１１、冷水圧作用室１６においては、各ダイヤフラム２０ａ，ｂの有効面積に対する弁座１７ｂ，ｄの径の有効面積はほぼ同じにしてあることから、互いに作用力は相殺され、弁体４の軸方向への動きには影響しない。
【００５９】
弁体４は、温度調節ハンドル２８（ハンドル接続部材２３）の設定によって定まるバイアス用コイルばね２１の付勢力と感温用コイルばね１８の付勢力との差により軸方向に移動し、付勢力がバランスした位置で停止する。そのときの弁１７の開度に応じて湯量と冷水量が定まり、混合水導入室１４にて混合されて、混合水導入孔１４ａを経て混合水出口８から所望温度の混合水が給湯水される。
【００６０】
この給湯水状態から混合水出口８の温度が上がった場合には、形状記憶合金製感温用コイルばね１８の付勢力が増加し、バイアス用コイルばね２１の対抗付勢力との差分だけ弁１７が湯水側へ移動して混合水導入室１４に入る湯の量が減少する一方、冷水の量が増加して混合水の温度が下がり、所望の温度を保つように自動的に制御される。
【００６１】
また、混合水出口８の温度が下がる場合には、弁１７は逆方向に移動し、混合水導入室１４に入る冷水の量が減少する一方、湯の量が増加して混合水の温度が上がり、混合水の温度が上がるように自動的に制御される。
【００６２】
なお、混合水温度を変更する場合は、温度調節ハンドル２８に接続されているハンドル接続部材２３のロッド部２３ａでリテーナ２２を押圧または開放し、バイアス用コイルばね２１の伸縮を調整することで変更することができる。
【００６３】
本発明を実施する場合、前記内側弁筐体３を構成する円筒状部材３ａ，３ｂ，３ｃ相互の接合手段としては、接着、圧入、ねじ接合等の適宜の接合手段を採用することができる。また外側弁筐体および内側弁筐体の材質としては、合成樹脂製または金属製等の材料を適宜採用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によると、弁体が弁筐体の円筒状内部にダイヤフラムを介して弁筐体と接触しない状態（フローティング状態）で支持され収容されているので、弁体は、その中心軸線が弁筐体の軸中心部の位置で安定する。つまり、弁体と弁筐体との間には摺動部がなく、混合水温の自動調整時等に弁体の移動に抗する摺動抵抗は全く生じず、弁制御に支障をきたすことがない。
【００６５】
また本発明では、湯水圧作用室および冷水圧作用室において、各ダイヤフラムの有効面積に対する弁座の径の有効面積はほぼ同じにしてあることから、湯水側の圧力と冷水側の圧力とが互いに相殺され、これらの作用力が弁体の軸方向への動きに影響することはない。したがって、高精度かつ安定した弁制御を行なうことができる。
【００６６】
さらに本発明の湯水混合弁は摺動部がないので、ゴミや異物の混入により制御不良が生じるおそれもない。したがって、弁体の作動の信頼性が飛躍的に向上すると共に、高精度を要する嵌合部の加工が不要となるので製造コストが低減される。
【００６７】
また、コイルばね室は中空軸を介して混合水出口側と連通しており、混合水出口の感温コイルばね側域と反対側のバイアスばね側域の圧力と等圧に保たれているため、湯水混合弁の温度制御は安定したものとなる。
【００６８】
本発明の湯水混合弁はカードリッジ化されているため、規格化された湯水混合栓であれば、いかなる種類の湯水混合栓においても湯水混合弁を採用することが可能である。したがって、量産による部品の低コスト化、交換による修理などの容易性、湯水混合栓の意匠選択の多様化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における湯水混合弁の作用を説明する概要図である。
【図２】一実施形態の具体的な構成を示す断面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】図２のＡ矢視図である。
【図５】（ａ）は図２のＢ−Ｂ断面図であり、（ｂ）は図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】一実施形態の分解状態を示す斜視図である。
【図７】一実施形態の要部の斜視図である。
【図８】一実施形態の適用例を示す説明図である。
【図９】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１    湯水混合弁
２    外側弁筐体
２ａ  開口
２ｂ  平坦面部
２ｃ  小径筒状部
２ｄ  小径底壁部
２ｅ  平坦面部
３    内側弁筐体
３ａ  円筒状部材
３ｂ  円筒状部材
３ｃ  円筒状部材
３ｄ  底壁
３ｅ  取り付け溝
３ｆ  筒状挿込み部
３ｇ  嵌合用環状溝
３ｈ  筒状挿込み部
４    弁体
４ａ  円筒状部材（湯水側弁本体）
４ｂ  円筒状部材（冷水側弁本体）
４ｃ  隔壁
４ｄ  中空軸
４ｈ  大径筒状部
５    弁筐体
５ａ  Ｏリング
６    湯取り入れ口
７    Ｏリング
８    混合水出口
８ａ  丸孔
８ｂ  扇状孔
９    冷水取り入れ口
１０    湯水入口
１１    湯水圧作用室
１２    Ｏリング
１３    Ｏリング
１４    混合水導入室
１４ａ  混合水導入孔
１５    冷水入口
１６    冷水圧作用室
１７    弁
１７ａ  湯水側弁（湯用弁）
１７ｂ  湯水側弁座（湯用弁座）
１７ｃ  冷水側弁（水用弁）
１７ｄ  冷水側弁座（水用弁座）
１７ｅ  環状突起
１８    感温用コイルばね（感温ばね手段）
１９    ダイヤフラムサポート
２０    ダイヤフラム
２０ａ  湯水側ダイヤフラム
２０ｂ  冷水側ダイヤフラム
２１    バイアス用コイルばね（感温ばね手段）
２２    リテーナ
２３    ハンドル接続部材
２３ａ  ロッド部
２４    Ｏリング
２５    コイルばね室
２６    リターンばね
２７    湯水混合栓
２８    温度調節ハンドル
２９    湯用の脚管
３０    冷水用脚管
３１    カラン・シャワーの出口
３２    切り替えハンドル
３３    ハウジング
３４    弁室
３５    スプール
３６    感温コイルばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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