(57)【要約】【課題】良好に温度調節性能が発揮できるように混合を促進するスペーサーを具備した温度調節ユニット付き湯水混合栓を提供する。【解決手段】周壁に水側ポートと湯側ポートとを開口し、内部に前記水側ポートと湯側ポートから流入した水及び湯の混合量を調節する弁体と、弁体に当接して湯と水の混合を促進させるスぺーサーと、該スペーサを介して前記弁体を駆動する感温素子とを備えた温度調節ハウジングを本体内部に有する湯水混合栓において、前記スぺーサーの水側ポートに連通する水進入ガイドの外周肩口から中央部流路にかけ湯の流入方向へ勾配面を設けた。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁に水側ポートと湯側ポートとを開口し、内部に前記水側ポートと湯側ポートから流入した水及び湯の混合量を調節する弁体と、弁体に当接して湯と水の混合を促進させるスぺーサーと、該スペーサを介して前記弁体を駆動する感温素子とを備えた温度調節ハウジングを本体内部に有する湯水混合栓において、前記スぺーサーの水側ポートに連通する水進入ガイドの外周肩口から中央部流路にかけて湯の流入方向に勾配面を設けたことを特徴とする湯水混合栓。
【請求項２】
前記スぺーサーの水側ポートに連通する水進入ガイドの外周肩口から中央部流路にかけて湯の流入方向に設けた勾配を２０度〜３０度としたことを特徴とする請求項１に記載の湯水混合栓。
【請求項３】
前記スぺーサーの湯の流入側端面からスペーサーに当接する感温素子との当接端面までの距離を３ｍｍ〜４ｍｍとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の湯水混合栓。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動温度調節機能を有する湯水混合栓に係り、特に感温素子により弁体の位置を適正化して混合水温度の安定を図るようにした湯水混合栓に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係る従来のスぺーサーを搭載した湯水混合栓の装置構成に見られるものを述べると以下の通りである。図８は従来の温度調節ユニットの弁体から混合水流出口に至る部品の構成を示すものであり、図９にその要部の断面拡大図を示す。この構成においては、湯側ポート及び水側ポートの開口比を変化させる弁体６１と、混合水温度の変化に応じて弁体６１を移動させる発生力となる感温素子６２と、弁体６１と感温素子６２との距離を一定間隔開けて湯水の混合を促進させるスぺーサー６３、及び水側弁座部６５と混合水出口を有してユニットハウジングの一端を担う水側ソケット６６から構成されている（たとえば、特許文献１を参照のこと。）。
【０００３】
ここでさらにスぺーサー６３に関して述べると、その役割は湯と水の混合促進であり、以下の作用により効果を現す。
一つ目は、弁体６１に当接して水側流入口に望む位置にある水側ポート側に形成されたフィン６３Ａにより、供給水はフィン６３Ａの外周部からフィン６３Ａの形状に沿ってスぺーサー６３の軸心に対して旋回しながらスぺーサー中央部流路６３Ｃに進入して、湯側流入口を経て弁体６１中央部流路から流入してきた湯とぶつかり、湯と水が攪拌して混合が促進される。
二つ目は、スぺーサー６３は弁体６１と感温素子６２との間に介在して両者を隔ており、水進入ガイド６３Ｂの厚みｔを確保することにより、湯と水が攪拌する位置と感温素子６２の上面とを一定の距離に保つことで、湯と水をこの一定距離内における流れの中で混合させる。適切に混合された湯水混合温度を感温素子６２が感知すれば、温度調節機能が良好に作動することはいうまでもない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−７５０３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置構成に関しては次のような理由により、湯と水の混合不足による感温素子の誤感知で作動性能に不具合が生じる問題が介在していた。
すなわち、水側流入口からの供給水はスペーサー６３の水側ポート側の水進入ガイド６３Ｂに沿って中央部流路上端６３Ｃに進入し、一方、湯側流入口を経て弁体６１中央部流路から流入してきた湯とぶつかり、湯と水が攪拌し混合する。しかし、この時点では、供給水は湯の流れに対して直角にぶつかるため完全には混合せず、フィン６３Ａの旋回流により湯と水は感温素子６２方向へ旋回しながら流れ混合が促進される。
このため、スペーサー中央部流路上端６３Ｃと感温素子６２との距離ｔが混合に必要な大きさまで確保されていない場合混合促進が不足し、混合が不十分な湯水混合温度を、感温素子６２の上部は感知することになり、感温素子６２の上部以外は良好に攪拌された湯水混合水が接触したとしても、感温素子６２の上部は混合が不十分な湯水混合温度を感知するために、感温素子６２全体の感知温度は不均一となり、結果として感温素子６２は湯水混合温度に見合った作動力を発生できなくなる。
よって、水圧変動などに対して設定温度を一定に保つ機能に影響して、特により精度の高い温度調節性能が要求される場合に対しては、この感温素子６２の感知温度のズレが問題になってくる。
上述したようにスペーサー６３には、距離ｔを限られたスペースでいかに確保できるか若しくはそれに代わる形状をスペーサー６３でいかに実現できるかが要求される。
【０００６】
そこで、本発明では上記の問題点を解決するため、良好に温度調節機能が発揮できるように混合を促進するスペーサーを具備した温度調節ユニット付き湯水混合水栓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】
上記目的を達成するためになされた発明は、周壁に水側ポートと湯側ポートとを開口し、内部に前記水側ポートと湯側ポートから流入した水及び湯の混合量を調節する弁体と、弁体に当接して湯と水の混合を促進させるスぺーサーと、該スペーサを介して前記弁体を駆動する感温素子とを備えた温度調節ハウジングを本体内部に有する湯水混合栓において、前記スぺーサーの水側ポートに連通する水進入ガイドの外周肩口から中央部流路にかけて湯の流入方向に勾配面を設けたことを特徴とする。
【０００８】
スペーサーの水側ポートに連通する水進入ガイドの外周肩口から中央部流路にかけ、湯の流入方向に向かって上り勾配面を設けることで、供給水がスペーサー水進入ガイドに沿って流れると、供給水の湯の流入方向への流れが形成され、湯側開口部を経て弁体中央部流路から流入してきた湯と、供給水がスペーサーの水進入ガイドの上り勾配分だけ感温素子から離れた位置でぶつかり攪拌する。
湯と水が攪拌する位置と感温素子までの距離が勾配分広がることで、感温素子の端部に接触するまでに湯と水の混合が促進されるため、感温素子の端部は、混合が不十分な湯水混合温度を感知し難くなる。よって感温素子には攪拌された湯水混合水のみが接触して良好な温度調節性能を得ることが可能になる。
この場合、供給水の流れを湯の流入方向に形成する水進入ガイドの勾配面は攪拌する位置に近い程、供給水の流れが確実に保持され攪拌する位置に到達するため、効果が大きい。
【０００９】
これに代わって、水側ソケットの水側弁座部に湯の流入方向へ上り勾配面を設け、水の流れを湯の流入方向へ形成し、湯と水の攪拌される位置と感温素子の距離を広げることが挙げられる。しかし、弁体とスペーサーは感温素子により一体で駆動するが、水側弁座部は感温素子の作動に関係なく位置が固定されており、湯と水が攪拌する位置である弁体の中央部流路と水側弁座部の位置関係は変化する。よって、湯と水の攪拌位置と感温素子の距離、すなわち湯と水の混合が促進される距離も一定ではないため、湯と水の混合は不安定となる。更に、水側弁座部の湯の流入方向への上り勾配面にて形成された供給水の流は、流れを形成する上り勾配面がなくなると、湯の流入方向以外に分散するため、流れを湯と水が攪拌する弁体中央部流路まで確実に到達させることは困難である。
【００１０】
第２の発明では、前記スぺーサーの水側ポートに連通する水進入ガイドの外周肩口から中央部流路にかけて湯の流入方向に設けた勾配を２０度〜３０度としたことを特徴とする請求項１に記載の湯水混合栓を提供する。
【００１１】
スペーサーの水側ポートに連通する水進入ガイドの外周肩口から中央部流路かけての湯の流入方向への上り勾配が大きすぎると供給水の流入口の面積が減少し、供給水の流入時の抵抗が増えるため、供給水の流入量が減少する。一方、勾配が小さすぎると湯と水の攪拌する位置と感温素子の間隔が混合促進に不十分となる。
【００１２】
第３の発明では、前記スぺーサーの湯の流入側端面からスペーサーに当接する感温素子との当接端面までの距離を３ｍｍ〜４ｍｍとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の湯水混合栓を提供する。
【００１３】
スペーサーの湯の流入側端面からスペーサーに当接する感温素子との当接端面までの距離は、長すぎると感温素子の反応が遅くなり、短いと混合促進に不十分となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図１に本発明における実施例の湯水混合栓の斜視図を、図２にその断面図を、図３及び図４にその要部の断面図を、図５にその要部の分解斜視図を、図６及び図７にスペーサーの断面図を示す。
【００１５】
図１において湯水混合栓１は筒状の水栓本体２の左側に混合水の温度を調節する温度調節ハンドル３を設け、右側にはハンドシャワー、吐水管の切り替えと流量調節を行う切り替えハンドル４を設け、水栓本体２の下部には吐水管５、後部には先端にハンドシャワー（図示せず）を有するシャワーホース６を設けている。さらに、水栓本体２の左側後部には給湯管７、右側後部には給水管８を設けている。
【００１６】
図２の湯水混合栓１の縦断面図において湯と水の流れを説明すると、前述した給湯管７と給水管８から水栓本体２に流入した湯と水は、温度調節機能部１２内の湯と水を混合する弁体９の両端の開口（湯側ポート、水側ポート）を経て温度調節機能部１２内に流入する。このとき温度調節ハンドル３を回転作動させることにより湯と水の開口比を変化させて、所望の混合水温度を得ることができる。温度調節機能部１２内の混合水流路はさらに、吐水切替を兼用している流量調節機能部１３に連通している。この流量調節機能部１３内にはシャワー側出口開口部１４、および吐水管側出口１５を各々配置した内筒１０及び外筒１１を有しており、切り替えハンドル４の回転作動によりこれに連動した内筒１０のみが回転して、内筒１０と外筒１１に各々設けられた開口部が一致、或いは不一致を生じて混合水の吐水・止水および流量調節、ならびに、ハンドシャワーと吐水管との流路の切り替えを行うことができる。
【００１７】
さらに図３、図４を用いて本発明に係る温度調節機能部１２について詳述する。
温度調節機能部１２は周壁に水側ポートＡと湯側ポートＢとを軸線方向に間隔をおいて開口しているハウジング３１と、これに螺着された水側ソケット３２とによりカートリッヂ状に構成されており、その内部にハウジング３１の内壁をシール面として軸線方向に移動可能に組み込まれほぼ中空円筒状で概略Ｈ状の断面形状を持つ温度調節用の弁体９等の機能部品を収納している。
ハウジング３１内の機能部品は、弁体９と、水側ソケット３２の水側ポートＡ側で弁体９の軸線方向の一端面に対向する水弁座３３と、ハウジング３１の湯側ポートＢ側で弁体９の軸線方向の端面に対向する湯弁座３４と、水弁座３３の下流側の水側ソケット３２の端部に開けた混合水流出口３５と、水弁座３３から混合水流出口３５までの混合水流路中に組み込まれ弁体９を湯弁座３４側に付勢する感温素子３６と、弁体９と感温素子３６との間に配置して、両者を一定距離隔てるスぺーサー３７と、温度設定用のハンドル３に連接して弁体９を水弁座３３側に付勢するバイアススプリング３８とを備えている。
また、弁体９は、その軸線方向の両端を水弁座３３及び湯弁座３４との着座面とし、この弁体の中心に設けられた開口部により水室Ｃと湯室Ｄとが連通している。
また、弁体９の外周りに環状のＯリング４１を組み込み、このＯリング４１をハウジング３１の内壁に密着させて弁体外周における水側ポートＡと湯側ポートＢとの連通を遮断している。
【００１８】
次に図４、図５に基づき、感温素子３６について説明する。
感温素子３６は、水側ソケット３２の内端部壁に一端が突き当たり他端をスペーサー３７の端面に付勢して組み込む。この感温素子３６は、混合室Ｅ内を通過する混合水の温度に感応して軸方向の長さが変化し、吐出される混合水の温度が設定温度に保持されるように弁体９をシフトさせる機能を持つ。なお、感温素子３６は形状記憶合金製に限らず、合成樹脂製の形状記憶素子を素材とするものや熱膨張・収縮性を持つワックスを封入した感温体であってもよいが、本発明の構成において最も好ましいのは、感温素子の素材がケーシング等で覆われておらず、温度変化に敏感に反応する形状記憶合金製である。
湯室Ｄに組み込まれたバイアススプリング３８は、感温素子３６の伸長方向とは反対方向に弁体９を付勢して水弁座３３側に移動させる機能を持ち、設定温度に応じて弁体９を湯弁座３４側に移動させる感温素子３６の作動に対して弁体９の位置をバランスさせる。
【００１９】
続いて図４、図５に基づき、本発明の特徴部であるスペーサー３７の説明をする。
スペーサー３７は一端が弁体９の隔壁９Ａに突き当たるように組み込まれる。このスペーサー３７は水室Ｃに臨む周壁にフィン状の部位３７Ａを有している。そして、スペーサー３７によって水側ポートの開口を開け、水室Ｃ及び湯室Ｄとが連通し、弁体９の水弁座３３及び湯弁座３４に対する弁開度に応じた量比の水と湯が混合室Ｅへ供給される。
【００２０】
さらに図５、図６及び図７に示すようにスペーサー３７は水側ポート側に湯水の混合を促進するフィン３７Ａ及び水進入ガイド３７Ｂを有し、水進入ガイド３７Ｂは外周肩口から中央部流路かけて、湯の流入方向へ上り勾配θの面を設けている。図では、一例として平面を示したが、略平面若しくは凹状に湾曲した面でも良い。
【００２１】
この勾配をもった水進入ガイド３７Ｂを設けることにより、湯と水が攪拌する位置と感温素子３６の距離である、スペーサー３７の湯の流入側端面３７Ｃと感温素子３６との当接端面３７Ｄの距離ｔが、湯と水の混合が十分促進できるよに限られたスペースに確保できる。これにより適切に混合された湯水混合温度を感温素子３６が感知することとなる。
【００２２】
また、水進入ガイド３７Ｂに沿って進入する供給水は、従来のように直角に湯の流れ対してぶつかるのではなく、勾配θの角度で湯の流れに進入する。これにより供給水の流れが湯の流入側方向に形成され湯と水がより攪拌されることになり、距離ｔ間での湯と水の混合促進の前でも、湯と水の混合促進が行われる。
【００２３】
ところで、水圧の変化による吐水管からの吐水の温度変化はできるだけ小さくすることが好ましい。たとえば、吐水量を調整することにより、水栓本体内における水圧の変化を生じる。このとき、吐水の温度変化ができるだけ生じないことが好ましい。
【００２４】
そこで、ＪＩＳ規格で規定された自動温度調整性能試験（ＪＩＳ  Ｂ２０６１８．１．１０）に基づき、水側ポートにおける水進入ガイド３７Ｂに勾配θを形成することで、給水圧力の変化の影響が吐水管からの温度変化に及ぼす程度を調べてみた。その結果を以下に示す。
吐水中の給水圧力を０．２ＭＰａ、吐水中の給湯圧力を０．０５ＭＰａ、給水温度を５℃、給湯温度を８０℃に設定し、給水圧力が０．２ＭＰａから０．１ＭＰａに変化したときの全開状態での吐水温度の変化を測定した。
勾配θが１０度のとき、吐水温度の変化は約１．７℃であった。
勾配θが２０度のとき、吐水温度の変化は１℃以内に収まり、約０．６℃であった。
勾配θが３０度のとき、吐水温度の変化は１℃以内に収まり、約０．６℃であった。
勾配θが４０度のとき、供給水の流入口の面積が減少してしまい、供給水の流入時の抵抗が増えるため、十分な流量が確保できなかった。
この結果から、勾配θを２０度乃至３０度とすることで、温度変化を１℃以内に抑えることができ、より混合性能を向上することが確認できた。
【００２５】
また、同様の自動温度調整性能試験において、スペーサーの湯の流入側端面からスペーサーに当接する感温素子との当接端面までの距離ｔの影響が吐水管からの温度変化に及ぼす程度を調べてみた。その結果を以下に示す。
距離ｔが２ｍｍのとき、温度変化は約１．７℃であった。
距離ｔが３ｍｍのとき、吐水温度の変化は１℃以内に収まり、約０．６℃であった。
距離ｔが４ｍｍのとき、吐水温度の変化は１℃以内に収まり、約０．６℃であった。
距離ｔが５ｍｍのとき、吐水温度の変化は約１．５℃であった。
特に、ｔは、短いと混合促進に不十分となり、感温素子の十分な応答が得られなくなる。逆に、この距離ｔは、長すぎると感温素子の反応が遅くなり、適正温度に長い時間収束せずに、適正温度に対して上下した湯温を繰り返し湯温が一定値に定まらない結果となってしまった。そのため、もっとも好ましい距離としては３ｍｍ〜４ｍｍが良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
周壁に水側ポートと湯側ポートとを開口し、内部に前記水側ポートと湯側ポートから流入した水及び湯の混合量を調節する弁体と、弁体に当接して湯と水の混合を促進させるスぺーサーと、該スペーサを介して前記弁体を駆動する感温素子とを備えた温度調節ハウジングを本体内部に有する湯水混合栓において、前記スぺーサーの水側ポートに連通する水進入ガイドの外周肩口から中央部流路にかけ、湯の流入方向へ上り勾配面を設けている。この勾配面により供給水の流れが湯の流入方向へ形成され、湯と水が攪拌する位置と感温素子の距離が勾配分広がり、湯と水はこの距離の範囲おいて十分促進され、適切に混合された湯水混合温度を感温素子が感知することとなるため、感温素子には温度調節作動への悪影響を最小限に抑えた混合水を供給でき、良好な温度調節性能を得ることができる。
尚、スペーサーの水側ポート側の水進入ガイド肉厚を増し、湯と水の攪拌される位置と感温素子の距離を広げることも挙げられるが、水の流入抵抗の増加、ハウジング長寸化の問題がある。端部肉厚増分をフィン方向に加えると、弁体とスペーサー間の水側流入口の面積が減少し、水の流入時の抵抗が増えることで、弁体とスペーサーの駆動の抵抗となり、温度調節性能が低下する。一方、肉厚増分をフィンと逆方向に加えると、ハウジング寸法の肉厚増分の延長が必要となるため、ハウジングが長寸化する。既存のハウジングとの互換性が必要な場合、ハウジング寸法は変更不可であり、肉厚を増すことは否となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の湯水混合栓の斜視図
【図２】本発明の湯水混合栓の断面図
【図３】本発明の要部を示した断面図
【図４】本発明の要部を示した断面図
【図５】本発明の要部を示した分解斜視図
【図６】本発明の要部を示した断面図
【図７】本発明の要部を示した断面図
【図８】従来例の要部を示した分解斜視図
【図９】従来例の要部を示した断面図
【符号の説明】
Ａ…水側ポート
Ｂ…湯側ポート
Ｃ…水室
Ｄ…湯室
Ｅ…混合室
１…湯水混合栓
２…水栓本体
３…温度調節ハンドル
４…切り替えハンドル
５…吐水管
６…シャワーホース
７…給湯管
８…給水管
９…弁体
９Ａ…弁体９の隔壁
１０…内筒
１１…外筒
１２…温度調節機能部
１３…流量調節機能部
１４…シャワー側出口開口部
１５…吐水管側出口
３１…ハウジング
３２…水側ソケット
３３…水弁座
３４…湯弁座
３５…混合水流出口
３６…感温素子
３７…スペーサー
３７Ａ…フィン
３７Ｂ…水進入ガイド
３７Ｃ…中央部流路上端
３７Ｄ…中央部流路上端
３８…バイアススプリング
４１…Ｏリング
６１…弁体
６２…感温素子
６３…スぺーサー
６３Ａ…フィン
６３Ｂ…水進入ガイド
６３Ｃ…中央部流路上端
６３Ｄ…中央部流路上端
６４…水側弁座部
６５…水側ソケット
ｔ…スペーサーの湯の流入側端面から感温素子との当接端面までの距離
θ…スペーサー水進入ガイドの角度
【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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