(57)【要約】【課題】  湯と水との混合比を調整し、所望の温度の温水を吐出する混合水栓に用いられ、荷重差を維持しつつ、リニア域を拡大すると共に、広い温度範囲で温水の温度を安定してかつ温度変動のばらつきを少なくして調整することができ混合水栓用形状記憶合金ばね及びその製造方法を提供する。【解決手段】  この混合水栓用形状記憶合金ばね１は、Ｎｉ成分が５０．０〜５２．０ａｔ％、Ｔｉ成分が残部とされたＮＩ−Ｔｉ合金で、かつ、線径が１〜４ｍｍの線材を、有効巻数が１．５〜８巻きで、外径が５〜３５ｍｍとなるようにコイル状に形成し、形状記憶処理を施した後、溶融し液状となった金属浴５が収容された槽２に部分的に浸漬させ、槽２から徐々に引き上げながら時効処理を施して、巻き軸方向に連続的に変化する変態点を形成する。すると、荷重差を維持しつつリニア域の温度範囲を拡大でき、段差もなくなる。【選択図】  図２
2006161073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合水栓に配設されたバイアスばねと連動して、湯と水との混合比を調整する弁体を作動させる、混合水栓用形状記憶合金ばねにおいて、
該混合水栓用形状記憶合金ばねは、Ｎｉが５０．０〜５２．０ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮｉ−Ｔｉ合金で、かつ、線径が１〜４ｍｍとされた線材で、有効巻数が１．５〜８巻きで、その外径が５〜３５ｍｍとなるようにコイル状に形成されており、
形状記憶処理が施された後、巻き軸方向に沿って連続的に変態点が変化するように部分的に時効処理を施したことを特徴とする混合水栓用形状記憶合金ばね。
【請求項２】
前記混合水栓用形状記憶合金ばねは、溶融し液状となった金属浴又は塩浴が収容された槽に部分的に浸漬させ、前記槽から徐々に引き上げながら時効処理を施すことにより、巻き軸方向に沿って連続的に変化する変態点が形成されたものである請求項１記載の混合水栓用形状記憶合金ばね。
【請求項３】
前記金属浴は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、又はこれらの合金からなる請求項２記載の混合水栓用形状記憶合金ばね。
【請求項４】
前記時効処理は、３５０〜４５０℃の金属浴又は塩浴で、前記槽から１分／巻き〜２０分／巻きの引き上げ速度で引き上げることにより施される請求項２又は３記載の混合水栓用形状記憶合金ばね。
【請求項５】
前記混合水栓用形状記憶合金ばねは、水洗トイレ用洗浄器、風呂の給湯用蛇口、風呂又は洗面所のシャワー、及び台所流しから選ばれた一種の混合水栓に用いられる請求項１〜４のいずれか１つに記載の混合水栓用形状記憶合金ばね。
【請求項６】
前記混合水栓用形状記憶合金ばねは、Ｎｉが５０．０〜５１．０ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮｉ−Ｔｉ合金で、かつ、線径が２〜３ｍｍの線材で、有効巻数が３．５〜５．５巻きで、その外径が１０〜２５ｍｍとなるようにコイル状に形成され、
前記時効処理は、３９０〜４１０℃の金属浴又は塩浴で、前記槽から９分／巻き〜１１分／巻きの引き上げ速度で引き上げることにより施され、
圧縮されていないときの軸方向の長さが２５〜３８ｍｍである請求項２〜４のいずれか１つに記載の混合水栓用形状記憶合金ばね。
【請求項７】
Ｎｉが５０．０〜５２．０ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮｉ−Ｔｉ合金で、かつ、線径が１〜４ｍｍの線材を、有効巻数が１．５〜８巻きで、外径が５〜３５ｍｍとなるようにコイル状に形成し、形状記憶処理を施した後、
溶融し液状となった金属浴又は塩浴が収容された槽に部分的に浸漬させ、前記槽から徐々に引き上げながら時効処理を施すことにより、巻き軸方向に連続的に変化する変態点を形成することを特徴とする混合水栓用形状記憶合金ばねの製造方法。
【請求項８】
前記時効処理を、３５０〜４５０℃の金属浴又は塩浴で、前記槽から１分／巻き〜２０分／巻きの引き上げ速度で引き上げて施す請求項７記載の混合水栓用形状記憶合金ばねの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、別々に流入された湯と冷水との混合比を調整し、所望の温度の温水を吐出する混合水栓に用いられる、混合水栓用形状記憶合金ばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、湯と冷水との混合比を、形状記憶合金を用いて調整し、所望の温度の温水を吐出する混合水栓が知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、下流側に配置された形状記憶合金ばねと、上流側に配置されたバイアスばねと、形状記憶合金ばねとバイアスばねとの間に挟持されて、形状記憶合金ばね及びバイアスばねの動作に連動して、湯と水との混合比を調整する弁体とを備えた混合水栓が開示されている。すなわち、湯の温度が高い場合は、形状記憶合金ばねの形状復帰力によって弾性力が高まることにより、水量が増加して湯の温度が低下する。一方、湯の温度が低い場合には、形状記憶合金ばねの弾性力が低下して、湯量が増加して湯の温度が高まる。こうして、吐出する温水の温度を調整している。
【０００４】
ところで、形状記憶合金ばねを用いた混合水栓の水温を所望の温度に保つためには、形状記憶合金ばねの荷重が、所定の使用温度範囲で、直線的に一定割合で（すわわち、リニアに）増大する性質が必要である。
【０００５】
図３には、形状記憶合金の荷重―温度曲線が示されている。同図中Ａの範囲が、昇温に伴って一定割合で形状記憶合金の荷重が増大する領域（以下、リニア域という）である。混合水栓の温度調整は、上記リニア域と、この間の荷重差（同図中Ｂで示す）とによってその性能が左右される。すなわち、荷重差を維持しつつ、リニア域が拡大されることが必要である。
【０００６】
通常の形状記憶合金を用いた混合水栓の場合、４０℃を基準にすると、±５℃の範囲でのみ温度調整が可能であり、風呂用シャワー以外では十分とはいえなかった。そのため、下記特許文献２、３には、リニア域を拡大したものが開示されている。
【０００７】
下記特許文献２には、可動弁体と、形状記憶合金ばね（感温ばね）と、可動弁体を付勢するバイアスばねとを備えた混合水栓において、形状記憶合金ばねとして、温度に対して荷重特性が異なる複数のばねを用いると共に、それぞれの荷重特性が所定の温度範囲内において連続的に増大するように設定したことを特徴とする混合水栓が開示されている。この混合水栓によれば、リニア域を拡大して、広い温度範囲で湯の温度を調整可能とされている。
【０００８】
また、下記特許文献３には、同一組成よりなるつぎ目のない一本の形状記憶合金線上に部分的に互に異なる２種以上の変態温度を有する形状記憶合金線を用いて形成したことを特徴とする形状記憶合金ばねが開示されている。その実施形態には、コイル形状のばね材を、それぞれ厚さの異なるアスベスト等の断熱材で部分的に覆い、同一温度の炉に入れて一定条件で熱処理することが記載されている。この形状記憶合金ばねによると、一本の形状記憶合金線上に２種以上の変態温度を有する領域を設けたことにより、リニア域を拡大することができるとされている。
【特許文献１】特開２００２−１４７６４５号公報
【特許文献２】特開平６−２３５４７９号公報
【特許文献３】特開平８−２３２０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献２の混合水栓は、形状記憶合金ばねを複数用いているため、構造が複雑となり、コストの増加や、組立て作業性の低下、更には部品管理が煩雑となるといった問題が生じる。
【００１０】
また、上記特許文献２、３の形状記憶合金ばねは、高い変態点を有する範囲と低い変態点を有する範囲との境界がはっきりと生じ、この境界によってリニア域に段差が生じてしまう。リニア域に段差を有する形状記憶記憶合金ばねを、混合水栓に用いると温度変動のばらつきが大きくなってしまって、例えば、調整すべき温水が、突然熱くなったり冷たくなったりして、安定して温度を調整することができなくなる。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、荷重差を維持しつつ、リニア域を拡大すると共に、広い温度範囲で温水の温度を安定してかつ温度変動のばらつきを少なくして調整することができ、更に組立て作業性の低下や、コストの増加等を抑えることができる混合水栓用形状記憶合金ばね及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１は、混合水栓に配設されたバイアスばねと連動して、湯と水との混合比を調整する弁体を作動させる、混合水栓用形状記憶合金ばねにおいて、
該混合水栓用形状記憶合金ばねは、Ｎｉが５０．０〜５２．０ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮｉ−Ｔｉ合金で、かつ、線径が１〜４ｍｍとされた線材で、有効巻数が１．５〜８巻きで、その外径が５〜３５ｍｍとなるようにコイル状に形成されており、
形状記憶処理が施された後、巻き軸方向に沿って連続的に変態点が変化するように部分的に時効処理を施したことを特徴とする混合水栓用形状記憶合金ばねを提供するものである。
【００１３】
上記第１の発明によれば、形状記憶処理が施された後、更に時効処理が施されているので、コイル状に形状記憶しつつ、材料の微妙な組成違いによる変態点のばらつきを均一化して、荷重差を維持しつつ、リニア域を高温側に移動させることができる。しかも、巻き軸方向に沿って連続的に変態点が変化するように部分的に時効処理を施したので、リニア域が形成される温度範囲を拡大することができ、かつ、上記特許文献３のように、高い変態点を有する範囲と、低い変態点を有する範囲との境界がはっきりと生じることがなく、リニア域の全域において段差が全く生じない混合水栓用形状記憶合金ばねが得られる。
【００１４】
そのため、広い温度範囲で温水の温度を安定して、かつ、温度変動のばらつきを少なくして調整できる混合水栓が得られ、しかも部品点数が少ないので簡単な構造となり、部品管理が容易で組立て作業性も向上し、更にはコストを低減することができる。
【００１５】
本発明の第２は、前記第１の発明において、前記混合水栓用形状記憶合金ばねは、溶融し液状となった金属浴又は塩浴が収容された槽に部分的に浸漬させ、前記槽から徐々に引き上げながら時効処理を施すことにより、巻き軸方向に沿って連続的に変化する変態点が形成されたものである混合水栓用形状記憶合金ばねを提供するものである。
【００１６】
上記第２の発明によれば、液状の金属浴等が収容された槽に部分的に浸漬させ、その後、槽から徐々に引き上げながら時効処理を施すことにより、時効処理時間が長いほど、変態点が上昇するので、巻き軸方向に沿って連続的に変化する変態点が形成された混合水栓用形状記憶合金ばねが得られる。また、液状の金属浴等が収容された槽に浸漬させるので、むらがなく均一な時効処理が施されて安定した品質となる。
【００１７】
本発明の第３は、前記第２の発明において、前記金属浴は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、又はこれらの合金からなる混合水栓用形状記憶合金ばねを提供するものである。
【００１８】
上記第３の発明によれば、Ｎｉ−Ｔｉ合金は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、又はこれらの合金とは反応しないので、混合水栓用形状記憶合金ばねの表面に上記金属が付着することがなくなる。そのため、面倒な後処理が不要となり、品質のよい混合水栓用形状記憶合金ばねが作業性よく得られる。
【００１９】
本発明の第４は、前記第２又は第３の発明において、前記時効処理は、３５０〜４５０℃の金属浴又は塩浴で、前記槽から１分／巻き〜２０分／巻きの引き上げ速度で引き上げることにより施される混合水栓用形状記憶合金ばねを提供するものである。
【００２０】
上記第４の発明によれば、上記条件の時効処理を施すことにより、混合水栓用として、好適なリニア域を有する混合水栓用形状記憶合金ばねが得られる。
【００２１】
本発明の第５は、前記第１〜４の発明のいずれか１つにおいて、前記混合水栓用形状記憶合金ばねは、水洗トイレ用洗浄器、風呂の給湯用蛇口、風呂又は洗面所のシャワー、及び台所流しから選ばれた一種の混合水栓に用いられる混合水栓用形状記憶合金ばねを提供するものである。
【００２２】
上記第５の発明によれば、温度変動のばらつきが小さく、温水が突然熱くなったり冷たくなったりすることがないので、例えば、４０℃前後の温度が要求される、水洗トイレ用洗浄器、風呂の給湯用蛇口、風呂又は洗面所のシャワー、台所流し等の混合水栓として好適で、使用者の安全性を高める。
【００２３】
本発明の第６は、前記第２〜４の発明のいずれか１つにおいて、前記混合水栓用形状記憶合金ばねは、Ｎｉが５０．０〜５１．０ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮｉ−Ｔｉ合金で、かつ、線径が２〜３ｍｍの線材で、有効巻数が３．５〜５．５巻きで、その外径が１０〜２５ｍｍとなるようにコイル状に形成され、
前記時効処理は、３９０〜４１０℃の金属浴又は塩浴で、前記槽から９分／巻き〜１１分／巻きの引き上げ速度で引き上げることにより施され、
圧縮されていないときの軸方向の長さが２５〜３８ｍｍである混合水栓用形状記憶合金ばねを提供するものである。
【００２４】
上記第６の発明によれば、上記条件の線材を用い、上記条件の時効処理を施すことにより、混合水栓用として、より好適な混合水栓用形状記憶合金ばねが得られる。
【００２５】
本発明の第７は、Ｎｉが５０．０〜５２．０ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮｉ−Ｔｉ合金で、かつ、線径が１〜４ｍｍの線材を、有効巻数が１．５〜８巻きで、外径が５〜３５ｍｍとなるようにコイル状に形成し、形状記憶処理を施した後、
溶融し液状となった金属浴又は塩浴が収容された槽に部分的に浸漬させ、前記槽から徐々に引き上げながら時効処理を施すことにより、巻き軸方向に連続的に変化する変態点を形成することを特徴とする混合水栓用形状記憶合金ばねの製造方法を提供するものである。
【００２６】
上記第７の発明によれば、荷重差を維持しつつ、リニア域が高温側に移動し、かつ、その温度範囲が拡大し、更に、リニア域において段差がなく、巻き軸方向に連続的に変化する変態点が形成された混合水栓用形状記憶合金ばねを製造できる。
【００２７】
本発明の第８は、前記第７の発明において、前記時効処理を、３５０〜４５０℃の金属浴又は塩浴で、前記槽から１分／巻き〜２０分／巻きの引き上げ速度で引き上げて施す混合水栓用形状記憶合金ばねの製造方法を提供するものである。
【００２８】
上記第８の発明によれば、上記条件の時効処理を施すことにより、混合水栓用として、好適なリニア域を有する混合水栓用形状記憶合金ばねを製造できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の混合水栓用形状記憶合金ばねによれば、巻き軸方向に沿って連続的に変化する変態点が形成されているので、荷重差を維持しつつ、リニア域が形成される温度範囲を拡大でき、かつ、リニア域に段差がほとんど生じない混合水栓用形状記憶合金ばねが得られる。
【００３０】
そのため、広い温度範囲で温水の温度を安定して、かつ、温度変動のばらつきを少なくして調整できる混合水栓が得られ、しかも部品点数が少ないので簡単な構造となり、部品管理が容易で組立て作業性も向上し、更にはコストを低減することができる。
【００３１】
また、本発明の混合水栓用形状記憶合金ばねの製造方法によれば、巻き軸方向に連続的に変化する変態点が形成され、荷重差を維持しつつ、リニア域が形成される温度範囲が拡大し、更に、リニア域において段差がほとんどない混合水栓用形状記憶合金ばねを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図１〜５を参照して、本発明の混合水栓用形状記憶合金ばねの一実施形態を説明する。
【００３３】
この混合水栓用形状記憶合金ばね（以下、合金ばねという）１は、図１に示す混合水栓１０に用いられる。
【００３４】
混合水栓１０は、筒状のハウジング２０を有しており、このハウジング２０内に、バルブケース２１と、このバルブケース２１の一端に螺着され調整した湯水を吐出する温水吐出口２２ａを有するバルブキャップ２２とが配置されている。また、バルブケース２１の側壁には、湯流入口２１ａと水流入口２１ｂとが軸方向に沿って並んで形成されている。
【００３５】
更に、筒状の弁体２３が、バルブケース２１内にて軸方向に摺動可能に配置されている。なお、弁体２３の両端は、湯流入口２１ａ及び水流入口２１ｂにかかるようになっている。そして、弁体２３の摺動方向の一方にバイアスばね２４が、他方に本発明の合金ばね１が介装されている。
【００３６】
弁体２３は、内周に環状の突出部２３ａを有し、その下流側（温水吐出口２２ａ側）に第１バネ座２５が、上流側に第２バネ座２６が、突出部２３ａに当接して配置されている。両ばね座２５、２６には、各々湯水の流路が設けられている。
【００３７】
また、合金ばね１外周にブッシュ２７が介装され、このブッシュ２７端面と第１バネ座２５端面とが当接し、合金ばね１の押力がブッシュ２７及び第１バネ座２５を介して弁体２３に作用する。
【００３８】
第２バネ座２６の上流側には、バイアスばね２４が配置され、更にバイアスばね２４の上流側にスピンドルスクリュウ２８が配置されている。バイアスばね２４は、その一端が第２バネ座２６に圧接され、他端がスピンドルスクリュウ２８に圧接されている。スピンドルスクリュウ２８は、バルブケース２１外方に延出されたスピンドルピン２９に螺合され、スピンドルピン２９に螺合した温調ハンドル３０を回動させることにより、バルブケース２１の軸方向に沿って移動する。
【００３９】
また、バルブケース２１及びバルブキャップ２２の外周には、ハウジング２０との間のシール性を保つために、Ｏリング３１が取付けられている。
【００４０】
次に、上記構成からなる混合水栓１０に用いられる、本発明の合金ばね１について説明する。この合金ばね１の材質は、Ｎｉが５０．０〜５２．０ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮｉ−Ｔｉ合金が用いられ、好ましくは、Ｎｉが５０．０〜５１．０ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮＩ−Ｔｉ合金が用いられる。
【００４１】
そして、合金ばね１は、上記材質であって、その線径が１〜４ｍｍ、好ましくは２〜３ｍｍの線材を用いて、１．５〜８巻き、好ましくは３．５〜５．５巻きすることによりコイル状に形成されている。この際の、コイル状とされた合金ばね１の外径は、５〜３５ｍｍ、好ましくは１０〜２５ｍｍとされている。また、合金ばね１は、圧縮されていないときの軸方向の長さが７〜７０ｍｍであって、好ましくは２５〜３８ｍｍである。
【００４２】
このような合金ばね１に形状記憶処理を施した後、更に時効処理を施すことにより、巻き軸方向に沿って連続的に変化する変態点が形成された合金ばね１が得られる。すなわち、上記条件でコイル状に形成された合金ばね１を、そのコイル形状を維持すべく、型枠等により拘束した状態で形状記憶処理を施す。この形状記憶処理は、例えば、３５０〜５５０℃で、３０〜９０分、好ましくは４２５〜４７５℃で、５０〜６０分熱処理することによって施すことができる。
【００４３】
上記のように形状記憶処理を施した後、時効処理を施す。この時効処理は、図２に示す処理装置によってなされる。この処理装置は、図示しない熱処理炉内に配置される槽２と、合金ばね１の一端を固定する治具３と、この治具３を吊り下げて、槽２に対して上下方向に所定速度で移動可能な引き上げ手段４とで構成されている。なお、熱処理炉の加熱手段としては、例えば、高周波による誘電加熱や、電熱ヒータの輻射熱を利用したもの等が適用される。
【００４４】
この槽２内に、溶融し液状となった金属浴又は塩浴が収容される。この実施形態の場合、Ｐｂ―Ｓｎ合金の金属浴５が適用されて、槽２内に収容されている。なお、金属浴としては、Ｐｂ−Ｓｎ合金のみならず、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｂ単独であってもよく、又はこれらの合金であってもよい。これらはいずれもＮｉ−Ｔｉ合金と反応しないので、合金ばね１の表面に上記金属が付着することがなく、面倒な後処理が不要となり、作業性がよく品質のよい合金ばね１が得られる。
【００４５】
そして、３５０〜４５０℃、好ましくは３９０〜４１０℃とした金属浴５中に、処理装置の治具３に取付けた合金ばね１を所定巻数分浸漬させる。すなわち、部分的に合金ばね１を浸漬させる。次いで、１分／巻き〜２０分／巻き、好ましくは、３分／巻き〜９分／巻きの引き上げ速度で、引き上げ手段４を作動させて、合金ばね１を金属浴５から徐々に引き上げることにより時効処理を施す。
【００４６】
こうすると、合金ばね１は、治具３に近いほど時効処理の処理時間が短く、治具３に遠いほど時効処理の処理時間が長くなるので、その巻き軸方向に沿って時効処理の処理時間が変化する。そのため、合金ばね１には、巻き軸方向に沿って連続的に変化する変態点が形成されることとなる。また、液状の金属浴５等が収容された槽２に浸漬させるので、空気等の雰囲気下でなされる時効処理に比べて、むらがなく均一な時効処理が施されて安定した品質となる。
【００４７】
こうして、形状記憶処理が施された後、更に上記の方法で時効処理を施したので、コイル状に形状記憶しつつ、材料の微妙な組成違いによる変態点のばらつきを均一化して、荷重差を維持しつつ、リニア域を高温側に移動させることができる。また、時効処理時間が長いほど変態点が上昇するので、巻き軸方向に沿って連続的に変化する変態点が形成され、リニア域が形成される温度範囲を拡大することができ、かつ、上記特許文献３のように、高い変態点を有する範囲と、低い変態点を有する範囲との境界がはっきりと生じることがなく、リニア域の全域において段差がほとんど生じない合金ばね１が得られる。
【００４８】
次に、上記合金ばね１を用いた、混合水栓１０の作用について説明する。
図１に示すように、湯Ｈは湯流入口２１ａから合金ばね１内に流入し、水Ｃは水流入口２１ｂから合金ばね１内に流入して、合金ばね１内で湯Ｈと水Ｃとが混合して、温水吐出口２２ａから温水として吐出される。
【００４９】
混合された湯水の温度が設定された温度よりも高い場合は、合金ばね１は形状復帰して伸び、ブッシュ２７及び第１バネ座２５を介して弁体２３を上流側に押して、湯流入口２１ａの開度が小さくなり、水流入口２１ｂの開度が大きくなるので、水Ｃの混合比率が高くなって温水の温度は低くなる。
【００５０】
また、混合された湯水の温度が設定された温度より低い場合は、合金ばね１は縮んで、バイアスばね２４の押力により、弁体２３は下流側に押され、湯流入口２１ａの開度が大きくなり、水流入口２１ｂの開度が小さくなるので、湯Ｈの混合比率が高くなって温水の温度は高くなる。
こうして、温調ハンドル３０によって設定された温度の温水を吐水する。
【００５１】
このように、温水の温度調整においては、合金ばね１は必須の部材となっている。この合金ばね１は、上述したように、リニア域が高温側に移動して温度範囲も拡大し、しかもリニア域において段差がないものである。これを混合水栓に組み込むことにより、吐出温度が広い温度範囲で設定できるとともに湯温が安定で、かつ、温度変動のばらつきを少なくして、温水の温度を調整できる調整できる混合水栓が得られるようになる。また、部品点数が少ないので、混合水栓を簡単な構造とすることができ、部品管理が容易で組立て作業性も向上し、更にはコストを低減することができる。
【００５２】
なお、吐出される温水は、温調ハンドル３０を回動させてスピンドルピン２９を介して、スピンドルスクリュウ２８の位置を調整することにより任意に設定できる。すなわち、温度を高くしたい場合は、スピンドルスクリュウ２８を下流側に移動させ、弁体２３を下流側に移動させる。すると、バイアスばね２４が縮められて、合金ばね１の伸びに対抗する力が大きくなるので、合金ばね１が伸びても、弁体２３の上流側への移動量が小さく、湯の混合比率を高い状態に維持する。
【００５３】
一方、設定温度を低くしたい場合は、スピンドルスクリュウ２８を上流側に移動させると、上記とは逆にバイアスばね２４が伸びるので、弁体２３の下流側への移動量が小さくなり、水の混合比率が高い状態に維持される。
【００５４】
なお、上記合金ばね１を用いた混合水栓１０は、温度変動のばらつきが小さく、温水が突然熱くなったり冷たくなったりすることがないので、例えば、４０℃前後の温度が要求される、水洗トイレ用洗浄器、風呂の給湯用蛇口、風呂又は洗面所のシャワー、台所流し等の混合水栓として好適で、使用者の安全性を高めることができる。
【実施例】
【００５５】
本発明の混合水栓用形状記憶合金ばね１の各特性について試験した。
まず、実施例及び比較例１、２として、次のような形状記憶合金ばねを作製した。
【００５６】
実施例
Ｎｉが５０．４ａｔ％、Ｔｉが残部とされたＮｉ−Ｔｉ合金で、かつ、線径が２．５ｍｍの線材で、有効巻数が４．５巻きで、その外径が１４．５ｍｍとなるようにコイル状に形状記憶合金ばねを作製した。
そして、４５０℃、６０分で形状記憶処理を施した。
【００５７】
更に、図２に示す処理装置で時効処理を行った。この時効処理は、槽２中に溶融し液状とされた４００℃のＰｂ−Ｓｎ合金の金属浴５を収容し、それに治具３に取付けた形状記憶合金ばねを、端面に形成された１巻き分から、有効巻数の２．５巻き分だけ浸漬させて、その後６分／巻きの引き上げ速度で引き上げることにより、部分的に時効処理を施して実施例の形状記憶合金ばねを作製した。なお、圧縮されていないときの軸方向の長さは２７．０ｍｍであった。
【００５８】
比較例１
時効処理の方法を変更した以外は、実施例１と同様の、比較例１の形状記憶合金ばねを作製した。この際の時効処理は、形状記憶合金ばねを、そのほぼ全域である有効巻数４．５巻き分を、４００℃のＰｂ−Ｓｎ合金の金属浴５に浸漬させて２０分間保持した後、すぐに引き上げることにより時効処理を施した。
【００５９】
比較例２
時効処理の方法を変更した以外は、実施例１と同様の、比較例２の形状記憶合金ばねを作製した。この際の時効処理は、図３に示すように、形状記憶合金ばねを部分的に金属浴５に浸漬させることにより施される。この場合、２巻き分だけ４００℃のＰｂ−Ｓｎ合金の金属浴５に浸漬させて２０分間保持した後、すぐに引き上げることにより時効処理を施した。すなわち、この比較例２は、軸方向のほほ半分が形状記憶処理を施したままで、残り半分に時効処理が施されている。
【００６０】
試験１
上記実施例、及び、比較例１、２を用いて、各形状記憶合金ばねの温度―荷重特性を試験した。
【００６１】
この温度―荷重特性試験は、図５に示すように、各形状記憶合金ばねを固定する支持台１０１と、各形状記憶合金ばねを押圧して所定長さまで圧縮させる押圧ヘッド１０２と、電熱ヒータ等の加熱手段１０３とを備えた試験装置１００により行う。なお、押圧ヘッド１０２には、各形状記憶合金ばねの反発力による荷重を感知するセンサが併せて備えられている。
【００６２】
すなわち、実施例、及び比較例１、２の形状記憶合金ばねを、押圧ヘッド１０２により、その軸方向の長さが２０ｍｍとなるようにセットした。この状態で１０〜７０℃の温度範囲で加熱した後、更に同温度範囲で冷却し、その際の温度に対する荷重を測定した。
【００６３】
実施例の結果を図６に、比較例１の結果を図７に、比較例２の結果を図８に示す。
【００６４】
図７に示す、時効処理をほぼ全域に施した比較例１の場合は、リニア域の温度範囲が１２℃と狭く、図８に示す、ほぼ半分だけ時効処理を施した比較例２の場合は、リニア域の温度範囲は２０℃と比較例１と比べて広くなるが、段差が生じてしまって、混合水栓に適用するのは問題がある。一方、図６に示す実施例の場合は、荷重差を維持しつつ、リニア域の温度範囲が２０℃と広く、しかもそのリニア域に段差がないので、混合水栓用として好適であることが理解できる。
【００６５】
試験２
上記実施例、及び、比較例１、２の形状記憶合金ばねを混合水栓に用いて、温調ハンドルを回動させた際に、温水の温度がどのように変化するかを測定した。
【００６６】
実施例、及び、比較例１、２の形状記憶合金ばねを、それぞれ図１に示す混合水栓１０に組み込んだ。そして、温調ハンドル３０を回動させて、水流入口２１ｂから水Ｃのみが流入し、湯流入口２１ａには湯Ｈが全く流入しない状態とし、この状態を温調ハンドル角度０°とした。
【００６７】
そして、温調ハンドル３０を１０°刻みで、その角度を０〜３２０°まで回動させた。すると、スピンドルスクリュウ２８が下流側（温水吐出口２２ａ）に移動すると共に、弁体２３が下流側に移動するので、湯流入口２１ａから流入する湯Ｈの量が次第に増加する。
【００６８】
この際の温調ハンドル３０の角度に対する、温水吐出口２２ａから吐出する温水の温度を測定した。その結果を図９に示す。なお、混合水栓１０に流入させる水Ｃの温度は１５℃、湯Ｈの温度は８５℃である。
【００６９】
図９において、温調ハンドル角度の増加に対し、一定割合で直線的に温水温度が変化する範囲が、温調ハンドル３０の回動に追随させて、温水温度を調整できる範囲であることを意味する。
【００７０】
図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、比較例１及び比較例２の形状記憶合金ばねを組み込んだ混合水栓１０は、温調範囲が狭いことが分かる。一方、図９（ａ）に示す実施例の形状記憶合金ばねを組み込んだ混合水栓１０の場合は、温調範囲が約２５℃と極めて広いことが理解できる。そのため、実施例の形状記憶合金ばねを混合水栓用として用いることにより、広い温度範囲で温水の温度を安定させて吐出できることが明らかとなった。
【００７１】
試験３
上記実施例、及び、比較例１、２の形状記憶合金ばねを混合水栓に用い、所定温度となるように温水の温度を調整した後、温水の吐出量を変動（すなわち、温水の圧力を変動）させた際に、温水温度がどのように変化するかを測定した。
【００７２】
上記試験２と同様に、実施例、及び、比較例１、２の形状記憶合金ばねを、それぞれ図１に示す混合水栓１０に組み込んだ。
【００７３】
そして、次のようにして温水の温度が４０℃となるように調整した。
（ａ）湯Ｈを０．２ＭＰａの一定圧力に維持し、水Ｃの圧力を０．０５〜０．６ＭＰａと次第に増加させた。
（ｂ）湯Ｈを０．２ＭＰａの一定圧力に維持し、水Ｃの圧力を０．６〜０．０５ＭＰａと次第に減少させた。
（ｃ）水Ｃを０．２ＭＰａの一定圧力に維持し、湯Ｈの圧力を０．０５〜０．５５ＭＰａと次第に増加させた。
（ｄ）水Ｃを０．２ＭＰａの一定圧力に維持し、湯Ｈの圧力を０．５５〜０．０５ＭＰａと次第に減少させた。
【００７４】
上記（ａ）〜（ｄ）の条件で、温水を４０℃に調整しようとした際に、実際には何℃の温水となるかを測定した。その結果を、図１０に示す。この場合、温度変動幅が小さいほど、安定して所望の温度に設定できることを意味する。なお、混合水栓１０に流入させる水Ｃの温度は１５℃、湯Ｈの温度は８５℃である。
【００７５】
図１０（ｃ）に示すように、比較例２の形状記憶合金ばねを組み込んだ混合水栓は、温度変動が大きく、４０℃に設定しようとしても、湯Ｈ及び水Ｃの圧力がある一定の範囲でなければうまく４０℃に調整できず、温水の温度が大きくばらついてしまうことが分かる。
【００７６】
一方、図１０（ａ）に示すように、実施例の形状記憶合金ばねを組み込んだ混合水栓は、図１０（ｂ）に示す比較例１の場合よりも、更に温度変動幅が小さいので、湯Ｈ及び水Ｃの圧力に関係なく、温水の吐出量を勢いよく流出したり、或いは少しずつ流出したりした場合でも、温水の温度のばらつきが非常に小さいことが明らかとなった。そのため、実施例の形状記憶合金ばねを混合水栓用として用いれば、目的の温度に温水を確実に調整でき、温水が突然熱くなったり冷たくなったりすることがないので、使用者の安全性を確保でき、温水を勢いよく出したいときや、弱めに出したいときでも問題がない。
【００７７】
以上の試験１〜３の結果より、本発明の混合水栓用形状記憶合金ばねを、混合水栓用として用いれば、広い温度範囲で温水の温度を安定して、かつ、温度変動のばらつきを少なくして調整できる混合水栓が得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、別々に流入された湯と冷水との混合比を調整し、所望の温度の温水を吐出する混合水栓に用いられ、荷重差を維持しつつ、リニア域を拡大すると共に、広い温度範囲で温水の温度を安定してかつ温度変動のばらつきを少なくして調整することができ、更に組立て作業性の低下や、コストの増加等を抑えることができる混合水栓用形状記憶合金ばね及びその製造方法として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の混合水栓用形状記憶合金ばねを組み込んだ混合水栓の断面図である。
【図２】同混合水栓用形状記憶合金ばねの製造方法を示す説明図である。
【図３】形状記憶合金のリニア域の説明図である。
【図４】実施例３の形状記憶合金ばねの製造方法を示す説明図である。
【図５】試験１の温度―荷重特性試験の試験装置を示す説明図である。
【図６】試験１における実施例の温度―荷重特性を示す図である。
【図７】試験１における比較例１の温度―荷重特性を示す図である。
【図８】試験１における比較例２の温度―荷重特性を示す図である。
【図９】試験２の温調ハンドル角度―温水温度の関係を示した図であり、（ａ）は実施例の場合、（ｂ）は比較例１の場合、（ｃ）は比較例２の場合を示している。
【図１０】試験３の圧力―温水温度の関係を示した図であり、（ａ）は実施例の場合、（ｂ）は比較例１の場合、（ｃ）は比較例２の場合を示している。
【符号の説明】
【００８０】
１  混合水栓用形状記憶合金ばね（合金ばね）
２  槽
３  治具
４  引き上げ手段
５  金属浴
１０  混合水栓
２０  ハウジング
２１  バルブケース
２１ａ  湯流入口
２１ｂ  水流入口
２２  バルブキャップ
２２ａ  温水吐出口
２３  弁体
２３ａ  突出部
２４  バイアスばね
２５  第１ばね座
２６  第２ばね座
２７  ブッシュ
２８  スピンドルスクリュウ
２９  スピンドルピン
３０  温調ハンドル
３１  Ｏリング
【図１】
2006161073.tif 000003
【図２】
2006161073.tif 000004
【図３】
2006161073.tif 000005
【図４】
2006161073.tif 000006
【図５】
2006161073.tif 000007
【図６】
2006161073.tif 000008
【図７】
2006161073.tif 000009
【図８】
2006161073.tif 000010
【図９】
2006161073.tif 000011
【図１０】
2006161073.tif 000012