(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体の導入口と、第２の流体の導入口と、第１の流体と第２の流体との混合流体を吐出する吐出口とを有する弁箱、この弁箱内に回転可能に設置され、上記各導入口および上記吐出口の位置に合わせて各々設けられた複数の開口部を有する弁体、および上記弁体を回転駆動する弁体駆動体を備えた混合弁において、
上記第１の流体の導入口と上記第２の流体の導入口とは、上記混合流体の流れる方向に対してずらして配置され、
各導入口の位置に合わせて上記弁体に各々設けられた開口部は、
（１）一方の開口部が全開となる位置にあるときには、他方の開口部が全閉および全開とならない位置にあり、
（２）上記一方の開口部が全閉となる位置にあるときには、上記他方の開口部が全開とならない位置にあり、
（３）上記弁体の回転位置において、
（３−１）上記一方の開口部が全開となる位置から上記他方の開口部が全開となる位置までの範囲で、上記一方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると上記他方の開口部の開口面積が単調に増加する第１の範囲と、
（３−２）上記第１の範囲の外で、上記一方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると上記他方の開口部の開口面積も単調に減少し全閉となる第２の範囲と、
（３−３）上記第１の範囲および上記第２の範囲の外で、上記他方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると上記一方の開口部の開口面積も単調に減少し全閉となる第３の範囲とを有することを特徴とする混合弁。
【請求項２】
一方の開口部が全開となる位置より、他方の開口部が全閉となるように弁体を回転させたとき、その回転角が６０度以下となるように各開口部を配置したことを特徴とする請求項１に記載の混合弁。
【請求項３】
導入口の位置に合わせて弁体に設けられた各開口部の形状は、その断面積が上記導入口の開口断面積より小さくなるような形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合弁。
【請求項４】
第１の流体が水であり、第２の流体が湯であり、弁体駆動体に近い導入口を第１の流体の導入口、もう一方の導入口を第２の流体の導入口としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の混合弁。
【請求項５】
弁箱および弁体は樹脂により形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の混合弁。
【請求項６】
弁体駆動体としてステッピングモーターを用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の混合弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は混合弁およびこの混合弁を用いた給湯器に関するものであり、例えば、貯湯槽を有し、沸きあげた温水を浴槽や一般蛇口に給湯する給湯器において、リモコン等により外部から設定された所望温度の温水を安定して給湯するための湯水混合弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１５〜１７は、実開昭６２−１１９５８６号公報に示された従来の湯水混合弁を示す図である。図１５において、１は弁箱、２、３は入口ポート、４は出口ポートである。弁箱１の入口ポート２、３間の弁室１ａは筒状に形成されていて、その弁室１ａ内にその内径に合致する外形を有した筒状の弁体５が水密的に回動可能に配置されている。この弁体５の一端部５ａの中央には、弁箱１の上端面に装備したステッピングモーター６の駆動軸７が固定され、また他端部５ｂは開口して出口ポート４に連通している。また、弁体５の周面には、図１６に示すように２ヶ所に開口部５ｃ、５ｄが形成されていて、一方の開口部５ｃが入口ポート２に連通し、他方の開口部５ｄが入口ポート３に連通している。
【０００３】
ステッピングモーター６により弁体５を回動させると、入口ポート２、３の開口面積が変化することにより、入口ポート２、３から開口部５ｃ、５ｄを通って弁室１ａ内に流入する水および湯の流量が変化する。図１７の流量特性線図に示されるように、弁体５の回転角θがステッピングモーター６によって変化するのに応じて、水および湯の流量が変化し、水の流量が増加すると湯の流量が減少するように動作する。また、ステッピングモーター６を逆方向に回転させると、水の流量が減少して湯の流量が増加するように動作する。なお、流量特性にヒステリシスが現れるのは、ステッピングモーターの減速ギアのバックラッシに起因する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６２−１１９５８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の湯水混合弁は以上のように構成されており、図１７に示すように、特に湯側の流量特性において弁体回転角θに対する直線性が良くないことがわかる。これは１つには、湯および水の入口ポート２、３が真正面から対向するように配置されているために、入口ポート２が開口し始めて入口ポート３の開口面積が絞られると、入口ポート２から弁体５の開口部５ｃに流れ込む水流と、入口ポート３から弁体５の開口部５ｄに流入する湯の流れが正面衝突することで大きな圧損が生じ、水流による動圧が湯の流入を抑制するように働くため、弁体５の回転角に対して、湯流量の減少勾配が著しく増加することが原因であると考えられる。湯の動圧の方が大きい場合は逆に水側の直線性が悪くなる。
【０００６】
また、図１７に示すように、湯側および水側において、流路断面積が小さい時における流量の立上がりが遅く、このため例えば初期状態からまず湯側を全開状態にした後に水側の流路断面積を徐々に増やして所定の温度の湯水を得ようとする場合、水側の流量の立上がりが遅いため、温度制御の立上がり時間が遅くなり、応答性が悪いといった問題があった。また、水側を先に全開にする場合も同様の問題があった。
【０００７】
また、従来の湯水混合弁においては、弁体５の開口部５ｃ、５ｄの形状が共に円形であり、弁体の回転により一方の流路の断面積が減少し、他方の流路の断面積が増加する時に、入口ポートの開口断面積を基準とした流路の断面積比Ｒ（Ｒ＝Ｓ／Ｓ0、Ｓ：回転角θにおける流路断面積、Ｓ0：入口ポートの開口断面積）の弁体回転角θに対する変化率（ΔＲ／Δθ）が、回転角度θに対して水側と湯側で大きく異なり、回転角度に対して急激に流量分配比が変化し、その結果、温度制御の直線性が悪化するという問題があった。
【０００８】
また、流路の断面積比Ｒの小さい領域は圧損係数が大きく、さらに、混合弁の動作としては、弁体の回転により一方の流路断面積が減少すると他方の流路断面積は増加するため、相手側の流体の動圧による影響との相互作用により、断面積の小さい側の流路から流入する水（または湯）の流量減少が著しくなる。このため、流路断面積が小さな領域では、流路が存在するにも関わらず、この流路を介して水（または湯）が流入しないような弁体角度範囲が存在することとなり、その結果、湯水混合弁として機能する有効弁体回転角度範囲が狭められ、温度制御の精度が悪化するといった問題があった。
【０００９】
このように、従来の湯水混合弁では、弁体５の回転角に対する湯水の混合流量の直線性が悪く、このため弁体５の回転角に対する混合水の温度制御にも直線性が得られず温度制御性が悪いといった問題があった。また、温度制御の立上がり時間が遅く、応答性が悪いといった問題があった。
また、これに起因して、給湯器等に上記混合弁を用いた場合、リモコン等により外部から設定された所望温度の混合水を得るのに長い時間を要したり、あるいは吐出される混合水の温度がハンチングして安定しないなどの問題を有していた。
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、弁体の回転角に対して滑らかな混合液の特性変化を示し、制御性が良く、かつ応答性の良い混合弁を供することを目的とする。
【００１１】
さらには、弁体の回転角に対して滑らかな温度変化が安定して得られる給湯器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の混合弁は、第１の流体の導入口と、第２の流体の導入口と、第１の流体と第２の流体との混合流体を吐出する吐出口とを有する弁箱、この弁箱内に回転可能に設置され、上記各導入口および上記吐出口の位置に合わせて各々設けられた複数の開口部を有する弁体、および上記弁体を回転駆動する弁体駆動体を備えた混合弁において、上記第１の流体の導入口と上記第２の流体の導入口とは、上記混合流体の流れる方向に対してずらして配置され、各導入口の位置に合わせて上記弁体に各々設けられた開口部は、（１）一方の開口部が全開となる位置にあるときには、他方の開口部が全閉および全開とならない位置にあり、（２）一方の開口部が全閉となる位置にあるときには、他方の開口部が全開とならない位置にあり、（３）弁体の回転位置において、（３−１）一方の開口部が全開となる位置から他方の開口部が全開となる位置までの範囲で、一方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると他方の開口部の開口面積が単調に増加する第１の範囲と、（３−２）第１の範囲の外で、一方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると他方の開口部の開口面積も単調に減少し全閉となる第２の範囲と、（３−３）第１の範囲および第２の範囲の外で、他方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると一方の開口部の開口面積も単調に減少し全閉となる第３の範囲とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の給湯器は、上記構成の混合弁を、湯と水とを混合する混合弁に用いたものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、この発明の混合弁によれば、第１の流体の導入口と、第２の流体の導入口と、第１の流体と第２の流体との混合流体を吐出する吐出口とを有する弁箱、この弁箱内に回転可能に設置され、上記各導入口および上記吐出口の位置に合わせて各々設けられた複数の開口部を有する弁体、および上記弁体を回転駆動する弁体駆動体を備えた混合弁において、上記第１の流体の導入口と上記第２の流体の導入口とは、上記混合流体の流れる方向に対してずらして配置され、各導入口の位置に合わせて上記弁体に各々設けられた開口部は、（１）一方の開口部が全開となる位置にあるときには、他方の開口部が全閉および全開とならない位置にあり、（２）一方の開口部が全閉となる位置にあるときには、他方の開口部が全開とならない位置にあり、（３）弁体の回転位置において、（３−１）一方の開口部が全開となる位置から他方の開口部が全開となる位置までの範囲で、一方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると他方の開口部の開口面積が単調に増加する第１の範囲と、（３−２）第１の範囲の外で、一方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると他方の開口部の開口面積も単調に減少し全閉となる第２の範囲と、（３−３）第１の範囲および第２の範囲の外で、他方の開口部が全開となる位置から開口面積が単調に減少すると一方の開口部の開口面積も単調に減少し全閉となる第３の範囲とを有するので、導入口から流出する流体の動圧によって一方の流れが他方の流れを直接的に干渉する度合いが少なくなり、これにより弁体の回転角に対する、２つの流体の混合流量変化の直線性に優れ、弁体の回転角に対して滑らかな混合液の特性変化が得られ、制御性の良い混合弁を供することができる。また、制御に有効な弁体回転角度範囲を拡大することができ、高精度の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１による湯水混合弁の概略構成を示す断面構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による湯水混合弁の弁体回転動作を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による湯水混合弁の流量特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による湯水混合弁における流路の断面積比と弁体回転角との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１および実施の形態２による湯水混合弁における弁体回転角と混合水温度との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２による湯水混合弁の概略構成を示す断面構成図である。
【図７】本発明の実施の形態２による湯水混合弁の流量特性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２による湯水混合弁における弁体回転角と断面積比の変化率との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３による湯水混合弁の概略構成を示す断面構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による湯水混合弁の弁体回転動作を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による湯水混合弁の流量特性を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による湯水混合弁における弁体回転角と混合水温度との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５による湯水混合弁の概略構成を示す断面構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係わる湯水混合弁の動作を示すフローチャート図である。
【図１５】従来の湯水混合弁の構成を示す断面構成図である。
【図１６】従来の湯水混合弁における弁体の構成を示す断面図である。
【図１７】従来の湯水混合弁の流量特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明の実施の形態１による湯水混合弁の概略構成を示す断面構成図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。図１において、１１は弁箱、１２は水導入口、１３は湯導入口であり、各導入口１２、１３は互いの導入口が対向しないように、湯水の流れる方向に対してずらして配置されている。１４は水導入口１２および湯導入口１３より導入された湯水の吐出口である。弁箱１１の導入口１２、１３間の弁室１１ａは筒状に形成されており、その弁室１１ａ内に、その内径に合致する、あるいはその内径よりわずかに小さい外径を有した筒状の弁体１５が回転可能に配置されている。この弁体１５の一端部１５ａには、弁箱１１の上部に装備したステッピングモーター（図示せず）と連結される駆動軸１７が、その中心軸が弁体１５の筒状部の中心軸と一致するように形成されている。また、弁体１５の他端部１５ｂは開口しており、湯水の吐出口１４に連通している。１８は、ステッピングモーターを弁箱に固定するためのネジ穴である。弁体１５は弁体押え１９により弁箱１１の弁室１１ａ内に、上下方向の位置ずれが生じないよう固定されている。また、弁体１５の両端部１５ａおよび１５ｂの摺動面には、弁体１５の回転時の抵抗を緩和するための部材として、四弗化エチレン樹脂などの低摩擦抵抗を有する材料により形成されたワッシャ−２０、２１が配置される。２２は、弁体駆動軸１７と弁体押え１９の間の水密を保持するためのＯリングであり、弁体駆動軸１７の回転部にあたるため、本実施の形態では図１に示すように２個配置している。また、２３は弁箱１１と弁体押え１９の間の水密を保持するためのＯリング、２４は弁室１１ａと弁体１５の間の水密を保持するためのＯリングである。１００は混合弁である。
【００２５】
弁体１５の周面には、図１（ａ）（ｂ）に示すように２ヶ所に開口部１５ｃ、１５ｄが形成されていて、弁体１５の一端部１５ａ側に形成された開口部１５ｃは水導入口１２に連通し、弁体１５の他端部１５ｂ側に形成された開口部１５ｄが湯導入口１３に連通しており、水導入口１２は湯導入口１３よりもステッピングモーターに近い位置に配置されている。弁体１５の他端部１５ｂ側、即ち湯水吐出口１４に近い弁体１５の周面には、Ｏリング２４が配置され、弁室１１ａと弁体１５の間隙から湯水吐出口１４への湯水の漏れを防ぐとともに、弁体１５の回転中心軸のぶれを抑えるように作用する。
本実施の形態１では、弁体１５に設けられた開口部１５ｃ、１５ｄは、各々半円と三角形が組み合わされた扇形状を有している。この水側開口部１５ｃについては、水導入口１２と弁体開口部１５ｃにより形成される水側流路と、湯導入口１３と弁体開口部１５ｄにより形成される湯側流路がともに全閉となる状態を初期状態として、この状態から弁体回転角が増加する方向（同図中の矢印にて図示）に三角形の頂点が位置するように三角形部を形成する。逆に湯側開口部１５ｄに関しては、上記初期状態から弁体回転角が増加する方向に半円部を形成する。すなわち、水（湯）導入口と弁体開口部により形成される流路面積が小さい時には、弁体開口部の半円部によって流路が形成されるようにする。
【００２６】
次に弁体１５の回転動作を、図１のＡ−Ａ線から見た横断面図（図２）を用いて詳細に説明する。なお、図において、１５ｃ１は開口部１５ｃの三角形部、１５ｃ２は開口部１５ｃの半円部、１５ｄ１は開口部１５ｄの三角形部、１５ｄ２は開口部１５ｄの半円部である。
図２（ａ）は、弁体が上記初期状態にある状態を示したものである。この場合、前述したとおり、弁体１５に設けられた開口部１５ｃ、１５ｄはいずれも湯水導入口１２、１３と連通しておらず、全閉状態である。図２（ｂ）は上記初期状態から、矢印の方向に弁体１５を回転させて水側の流路を全開とした状態を示す図である。この時、湯側流路については、弁体１５の開口部１５ｄと弁箱の湯導入口１３は連通しておらず、まだ全閉状態である。図２（ｃ）はさらに回転角が増加して湯側流路が開き、湯側、水側の流路の開口率が等しくなった状態を示している。図２（ｄ）で、湯側流路が全開となり、水側流路が全閉状態となる。
本実施の形態１に示した湯水混合弁１００では、以上の弁体回転角度範囲で湯水の混合動作が行われる。即ち、初期状態からの弁体１５の回転方向は、上記初期状態から、まず水側の導入口１２の開口率が増加して全開状態となった後に、湯側の導入口１３の開口率が増加するような方向となる。
【００２７】
上記初期状態となる基準位置からステッピングモーターにより弁体１５を回転させると、図２（ａ）〜（ｄ）に示した弁体回転角度の範囲において、水導入口１２および湯導入口１３と弁体開口部１５ｃ、１５ｄとの間で形成される流路面積が弁体の回転角により変化し、水導入口１２および湯導入口１３から弁体開口部１５ｃ、１５ｄを通って弁室１１ａ内に流入する水および湯の流量が変化する。図２からもわかるように、本実施の形態では最初に水側流路を開いて水を流した後、徐々に湯側流路を開いて湯水混合比を変化させながら所望温度にまで混合水温度を上げるような弁体動作としている。これによって、蛇口あるいはシャワーを開いた直後に熱湯が吐出されることがなく、やけど等の事故を回避できる。
【００２８】
また、本実施の形態では、水導入口１２と湯導入口１３とを、互いの導入口が対向しないように、混合水の流れる方向に対して一定の間隔をおいてずらして配置しているので、水導入口１２と湯導入口１３からの流体の動圧によって一方の流れが他方の流れを直接的に干渉することがなく、これにより弁体の回転角に対する湯水混合比の回転角に対する直線性が優れ、弁体の回転角に対して滑らかな混合温度の変化を可能にする。
【００２９】
また、前述のように、流路の断面積比Ｒの小さい領域においては圧損が大きく、水（または湯）が流入しないような弁体角度範囲が存在するが、本実施の形態の場合、水導入口１２と湯導入口１３とを、互いの導入口が対向しないように、混合水の流れる方向に対して一定の間隔をおいてずらして配置しているので、上流側に位置する水導入口１２の断面積比が大きく、下流側に位置する湯導入口１３の流路断面積比が小さい時、即ち回転角の小さい時、上流からの水流による湯の吸い込みが発生し、従来とは逆に、湯導入口１３より本来の流量より大きな流量の湯が流入する現象が発生する。その結果、温度制御の立上がり時間が速くなるという効果が得られる。
【００３０】
また、図３は水側導入口１２が全開の状態の弁体回転角を０度とした場合の、弁室１１ａ内に流入する湯水流量の弁体回転角度依存性の一例を示したものである。図３において、実線は本実施の形態１の流量特性であり、破線（比較例）は、各導入口１２、１３の位置は実施の形態１と同じで、上記導入口１２、１３の位置に合わせて弁体１５に形成された開口部１５ｃ、１５ｄの形状を、各々水導入口１２および湯導入口１３の断面形状と同じ円形とした場合に得られた流量特性である。本実施の形態１による弁体開口部１５ｃ、１５ｄを有する湯水混合弁１００では、各開口部１５ｃ、１５ｄの形状が、図１に示すように、導入口が全開時において、上記導入口の流路断面積が上記導入口の開口断面積より小さくなるような形状であり、かついずれか一方の流路が全開の位置から、水と湯を混合する方向に弁体を回転させた時、弁体の回転方向に三角形部の頂点が配置されるように構成されているので、湯、水それぞれの流路から導入される流量が最大（全開時）の値をとる近辺における弁体回転角度域での流量が、湯水導入口と同じ弁体開口部形状を有する比較例に比べ小さく（図３）、その断面積比Ｒも小さいため（図４）、流路断面積の小さい側より流入する流体に対して、実質的に流量分配比が比較例より減少し、その結果、回転角の変化に対しての温度制御の立上がり時間がより速くなる効果がある。
図５は本実施の形態１と上記比較例における弁体回転角と混合水温度の関係を示した試験結果である。この時、混合弁に導入される湯および水の温度は、それぞれ９０℃および２０℃である。本実施の形態１による弁体開口部の形状を有する湯水混合弁においては、一般的に必要とされる３０〜６０℃の給湯温度範囲を、弁体回転角７度〜７２度において制御でき、比較例の湯水混合弁の場合（弁体回転角１２度〜６９度）よりも温度制御の立上がり時間が速く、かつ温度制御に有効な弁体回転角度範囲を拡大できることが解る。従って、本実施の形態１の場合、温度変化の立上がりが速いため、応答性が良く、かつ高精度の温度制御を行うことが可能になる。
【００３１】
なお、上記実施の形態においては、開口部１５ｃ、１５ｄは、各々半円と三角形が組み合わされた扇形状としたが、略三角形と略半円とが組み合わされた形状であっても良い。
また、開口部１５ｃ、１５ｄの形状は、扇形状でなくとも、導入口の開口断面積Ｓ0より小さい開口断面積を有するような形状のものであってもよい。
【００３２】
実施の形態２．
図６（ａ）は本発明の実施の形態２による湯水混合弁の概略構成を示す断面構成図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。図６において、実施の形態１による湯水混合弁と同一もしくは同等の部材については図１と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３３】
弁体１５の周面には、図６（ａ）（ｂ）に示すように２ヶ所に開口部１５ｃ、１５ｄが形成されていて、弁体１５の一端部１５ａ側に形成された開口部１５ｃは水導入口１２に連通し、弁体１５の他端部１５ｂ側に形成された開口部１５ｄが湯導入口１３に連通しており、水導入口１２は湯導入口１３よりもステッピングモーターに近い位置に配置されている。部材構成は上記実施の形態１で示した混合弁１００と全く同様である。本実施の形態２においては、弁体１５に設けられた開口部１５ｃ、１５ｄは、各々長方形と三角形が組み合わされた、ホームベースに似た形状を有する。水側開口部１５ｃについては、水導入口１２と弁体開口部１５ｃにより形成される水側流路と、湯導入口１３と弁体開口部１５ｄにより形成される湯側流路がともに全閉となる状態を初期状態として、この状態から弁体回転角が増加する方向（図６に示した構成では時計周り）に、三角形の頂点が位置するように三角形部を形成する。逆に湯側開口部１５ｄに関しては、上記初期状態から弁体回転角が増加する方向に長方形部の一辺が形成される。すなわち、水（湯）導入口と弁体開口部により形成される流路面積が小さい時には、弁体開口部の長方形部によって流路が形成されるようにする。なお、始動時の弁体１５の回転方向については、上記した実施の形態１と同様、初期状態からまず水側導入口１２の開口率が増加して全開状態となった後に、湯側導入口１３の開口率が増加するような方向とする。なお、弁体の回転動作の詳細についても、実施の形態１に示した湯水混合弁とまったく同様である。
【００３４】
上記初期状態となる基準位置からステッピングモーターにより弁体１５を回転させると、図２（ａ）〜（ｄ）に示した弁体回転角度の範囲において（但し、本実施の形態２の場合、１５ｃ２は開口部１５ｃの長方形部、１５ｄ２は開口部１５ｄの長方形部である。）、水導入口１２および湯導入口１３と弁体開口部１５ｃ、１５ｄとの間で形成される流路面積が弁体の回転角により変化し、水導入口１２および湯導入口１３から弁体開口部１５ｃ、１５ｄを通って弁室１１ａ内に流入する水および湯の流量が変化する。本実施の形態においても、最初に水側流路を開いて水を流した後、徐々に湯側流路を開いて湯水混合比を変化させながら所望温度にまで混合水温度を上げるような弁体動作としている。
【００３５】
図７は、以上のように構成された湯水混合弁において、水側導入口が全開の状態の弁体回転角を０度とした場合の、弁室１１ａ内に流入する湯水流量の弁体回転角度依存性の一例を表したものである。なお、図７の破線（比較例）は実施の形態１で示された特性と同様、弁体に形成された開口部の形状を、各々水導入口１２、湯導入口１３の断面形状と同じ円形とした場合に得られた流量特性である。図７に示すように、本実施の形態２による弁体開口部１５ｃ、１５ｄを有する湯水混合弁１００では、湯水導入口と同じ円形の弁体開口部形状を有する比較例に比べて、湯、水それぞれの流路から導入される流量が最大値をとる近辺における弁体回転角度域での流量が抑制されており、また湯、水のいずれか一方の流量が絞られる弁体回転角度域における湯水流量の線形性が大幅に改善されていることがわかる。
即ち、本実施の形態では、弁体開口部が三角形部と長方形部を有し、図６に示すように、導入口が全開時において、上記導入口の流路断面積が上記導入口の開口断面積より小さくなるような形状であるため、湯、水のそれぞれの流路から導入される流量が最大値をとる近辺における弁体回転角度域での流量が抑制され、実施の形態１と同様に、回転角の変化に対しての温度制御の立上がり時間がより速くなる効果がある。
また、本実施の形態２による湯水混合弁においては、図８に示すように、弁体の回転により一方の流路の断面積が減少し、他方の流路の断面積が増加する時に、導入口の開口断面積を基準とした流路の断面積比Ｒ（Ｒ＝Ｓ／Ｓ0、Ｓ：回転角θにおける流路断面積、Ｓ0：導入口の開口断面積）の弁体回転角θに対する変化率（ΔＲ／Δθ）が、回転角θに対して水側と湯側でほぼ同じ値を示すため、水側、湯側の流路断面積の比が滑らかに変化するため、その結果、温度制御の直線性が優れたものとなる効果がある。なお、図８において、破線は弁体５の開口部５ｃ、５ｄの形状が共に円形である比較例における断面積比Ｒの弁体回転角θに対する変化率（ΔＲ／Δθ）を示すものであるが、水側と湯側で、各回転角θに対して上記変化率が大きく異なっていることが解る。従って、回転角に対して急激に流量分配比が変化し、温度制御の直線性が良くないものとなる。
また、図８において、湯側の流路断面積が小さい時（回転角θが小さい時）、実施の形態２のものでは、流路の断面積比Ｒの弁体回転角θに対する変化率（ΔＲ／Δθ）が、比較例のものに比べて大きくなっており、これにより、円形形状の開口部を有する比較例よりもホームベース形状の本実施の形態２のものの方が、湯流量の立上がりが速く、したがって小さい回転角で混合水温度が上昇するので、温度制御の立ち上がり時間が速く、かつ温度制御に有効な弁体回転角度範囲を拡大できるという効果も得られる。
【００３６】
図５は本実施の形態２と上記比較例における弁体回転角と混合水温度の関係を示した試験結果である。この時、混合弁に導入される湯および水の温度は、それぞれ８０℃および２０℃である。これより、本実施の形態２による弁体開口部の形状を有する湯水混合弁においては、一般的に必要とされる３０〜６０℃の給湯温度範囲を、弁体回転角５度〜７２度において制御でき、比較例の湯水混合弁の場合（弁体回転角１２度〜６９度）よりも、また実施の形態１の場合（弁体回転角７度〜７２度）よりも温度制御に有効な弁体回転角度範囲を拡大できることが解る。従って、本実施の形態２の場合、応答性が良く、かつより高精度の温度制御を行うことが可能になる。
【００３７】
なお、上記実施の形態２においては、開口部１５ｃ、１５ｄは、各々三角形と長方形が組み合わされた形状としたが、略三角形と略長方形とが組み合わされた形状であっても良い。
【００３８】
実施の形態３．
図９（ａ）は本発明の実施の形態３による湯水混合弁の概略構成を示す断面構成図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。図９において、実施の形態１による湯水混合弁と同一もしくは同等の部材については図１と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態３では、上記実施の形態２に示した湯水混合弁と同じ構成を有する湯水混合弁において、図１０に示すように、弁体１５の周面に設けられた２個の開口部１５ｃ、１５ｄを、湯水導入口１２および１３とにより形成される流路のうち一方が全開となる位置にある時に、他方の流路が全閉または全開とならないような位置に設けたものである。
【００３９】
次に動作について説明する。本実施の形態３における湯水混合弁では、図９、１０に示すように、水導入口側の流路を全開とした状態において、湯側流路についてもある一定の流路開口率を有しており全閉とはなっていない。本実施の形態においても、水側流路と湯側流路が共に全閉となる状態を初期状態とする。始動時の弁体の回転方向は、上記実施の形態１および２に示した湯水混合弁と同様に、初期状態からまず水側の導入口１２の開口率が増加して全開状態となった後に、湯側導入口１３の開口率が増加するような方向とする。初期状態からの回転方向を同図中の矢印で示す。
【００４０】
以上の弁体の回転動作を、図９のＡ−Ａ線から見た横断面図（図１０）を用いて詳細に説明する。
図１０（ａ）は、弁体が上記初期状態にある状態を示したものである。この場合、弁体１５に設けられた開口部１５ｃ、１５ｄはいずれも湯水導入口１２、１３と連通しておらず、全閉状態である。図１０（ｂ）は初期状態から、矢印の方向に弁体１５を回転させて水側の流路を全開とした状態を示す図である。この時、上記実施の形態１および２で示した湯水混合弁においては、湯側流路は全閉状態となっていたが、本実施の形態３では、湯側の開口部１５ｄの位置をずらしているため、湯側流路についても既に開いた状態となっているのが特徴である。図１０（ｃ）はさらに回転角が増加して、湯側、水側の流路の開口率が等しくなった状態を示している。図１０（ｄ）で、湯側流路が全開となるが、この場合についても水側流路が全閉状態にならないことが、上記実施の形態１および２に示した混合弁と異なる点である。さらに、回転角を増加させると、図１０（ｅ）に示すように水側流路は全閉となり、弁体１５内部には湯のみが導入される。本実施の形態３に示した湯水混合弁では、以上の弁体回転角度範囲で湯水の混合動作を行う。
【００４１】
上記初期状態となる基準位置からステッピングモーターにより弁体１５を回転させると、図１０（ａ）〜（ｅ）に示した弁体回転角度の範囲において、水導入口１２および湯導入口１３と弁体開口部１５ｃ、１５ｄとの間で形成される流路面積が弁体の回転角により変化し、水導入口１２および湯導入口１３から弁体開口部１５ｃ、１５ｄを通って弁室１１ａ内に流入する水および湯の流量が変化する。図１１は、湯側、水側それぞれの弁体開口部の配置として、それぞれの弁体開口部の三角形部が接する円の中心軸のなす角度を、実施の形態２で示したそれぞれの位置から１０度ずらした（実施の形態２が９０度の場合、実施の形態３は１００度）湯水混合弁において、湯水導入口１５ｃおよび１５ｄから弁室１ａ内に流入する湯水流量の弁体回転角に対する依存性を表したものである。図１１より、湯水流量の弁体回転角に対する直線性は、先の実施の形態２に示した湯水混合弁よりもさらに改善されていることがわかる。
【００４２】
さらに、図１２は、上記実施の形態３において、開口部の位置を実施の形態２より１０度ずらした場合と、２０度ずらした湯水混合弁における、弁体回転角と混合水温度の関係を示したものである。この時、混合弁に導入される湯および水の温度は、それぞれ８０℃および２０℃である。図１２より、一般的に必要とされる３０〜６０℃の給湯温度範囲を、開口部の位置を実施の形態２より１０度ずらした場合は弁体回転角５度〜８２度において制御でき、２０度ずらした場合は弁体回転角５度〜９１度において制御できることがわかる。本実施の形態３では先の実施の形態２で示された湯水混合弁の場合（弁体回転角５度〜７２度）よりも温度制御に有効な弁体回転角度範囲をさらに拡大することができるため、より高精度の温度制御を行うことが可能になる。
また、温度制御に有効な弁体回転角度範囲は、ほぼずらした角度分だけ拡大しており、ずらす角度を増やすにしたがって高精度の温度制御が可能となる。
なお、本実施の形態では、弁体に設けた湯側と水側の開口部の配置として、前記実施の形態１および２に示された混合弁における弁体の配置を基準として、最大で２０°までずらした場合の混合弁の特性を記載したが、上記の通り、ずらした角度分だけ制御範囲が拡がることから、ずらす角度φとしては、φ＜９０°までが理論上可能となる。ただし、ずらす角φが大きすぎると、湯側、水側いずれか一方を全開とした時の流路断面積が小さくなり、最大流量が著しく減少するため、実際のφの値としては、６０°程度までが有効であると考えられる。
【００４３】
実施の形態４．
本実施の形態４では、上記実施の形態１〜３で示した湯水混合弁において、弁箱１１を射出成形によって樹脂材料で形成したことを特徴とする。なお、他の構成部材については実施の形態１〜３のいずれかに示された湯水混合弁と同じであるため、詳細な説明は省略する。さらに、弁体の回転動作をはじめとする混合弁の動作についても、実施の形態１〜３のいずれかに示された湯水混合弁とまったく同様であるので詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態４では、弁箱１１の材料として樹脂材料を用いて射出成形等の手段により一体成形しているため、軽量かつ安価な湯水混合弁を実現することができる。さらに、水に対する耐腐食性を大幅に向上することができ、長期にわたり安定な動作が可能で高い信頼性を有する湯水混合弁を実現することができる。また、弁箱１１以外の部材構成は、先の実施の形態１〜３に示した湯水混合弁と同一であるため、これらの湯水混合弁で得られる効果と全く同様の効果を得ることができる。
【００４５】
実施の形態５．
図１３は本発明の実施の形態５による湯水混合弁の概略構成を示す断面構成図である。なお、先の実施の形態１〜４による湯水混合弁と同一もしくは同等の部材については、これらと同一符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施の形態５では、上記実施の形態３に示したいずれかの湯水混合弁と同じ構成を有する湯水混合弁において、湯水吐出口１４の下流に混合水温度を検出する温度検出器２５と、外部より混合水温度を設定する温度設定器２７と、温度検出器２５と温度設定器２７からの信号に基づき比較演算してステッピングモーター１６を駆動する混合弁制御器２６を設けた構成とする。
【００４６】
次に本実施の形態の動作について説明する。
温度設定器２７で所望の混合水温度を設定すると、サーミスタにより構成される温度検出器２５で混合水温度が検出され、温度設定器２７の設定温度信号および温度検出器２５の検出温度信号を混合弁制御器２６が取込んで比較演算し、それらの偏差を抑制する方向の駆動信号をステッピングモーター１６に入力し、弁体１５を回転させることにより混合する湯水流量比を調節しながら、これら一連の動作を繰り返すことによって、得られる混合水温度を設定温度に近づける。図１４は本発明の実施の形態５による混合弁の動作を示すフローチャート図である。図１４において、ステップＳ１では弁体１５の回転角を算出し、ステップＳ２で混合水温度を検出し、検出温度Ｔを取込む。ステップＳ３では設定温度Ｔｓと検出温度Ｔとを比較し、その差ΔＴを演算する。ステップＳ４でΔＴが０より大きければ、低温側へ弁体を回転させるようにし（ステップＳ５）、ΔＴが０より小さければ高温側へ弁体を回転させるようにする（ステップＳ６）。ステップＳ７では、ΔＴの絶対値が２０度以上か否かを判定し、２０度以上の時は、ステップＳ８で、低温側または高温側への弁体の回転移動量を３０度とし、ステップＳ２に戻って再度、混合水温度を検出し、取込む。ΔＴの絶対値が２０度以下の時は、ステップＳ９でΔＴの絶対値が１０度以上か否かを判定し、１０度以上の時はステップＳ１０で低温側または高温側への弁体の回転移動量を１０度とする。以下同様に、ステップＳ１１〜ステップＳ１５で、ΔＴの絶対値が５度以上か否か、３度以上か否かと徐々に設定温度との温度差の値を下げ、その時の弁体の移動量を決定する。ステップＳ１５で弁体回転移動量が０度となれば、ステップＳ１６で弁体の回転を停止する。なお、ステップＳ７〜ステップＳ１４における設定温度との差、及びその時の弁体の移動量については、上記各値に限らなくてもよい。
【００４７】
混合弁制御器２６の温度検出器２５からの温度信号の取込みについては、弁体１５の回転動作終了後、その弁体回転位置における混合水温度が安定して、さらに温度検出器２５が検出する温度値が安定するまでの一定時間が経過した後に行うようにする。すなわち、温度検出は連続的に行われるのではなく、一定間隔をおいて間欠的に行われる。このような制御を行うことにより、湯水吐出口より吐出される混合水温度を、設定温度に対するオーバーシュートあるいはアンダーシュートを発生させることなく迅速に目標温度に近づけることができる。また、湯水混合弁自体は、上記実施の形態３（実施の形態１、２でも可）の構成を有しているため、弁体回転角に対して直線性の優れた流量特性が得られるので、ステッピングモーター１６および弁体１５の回転角に応じて直線的に滑らかな温度調整が可能であり、温度制御性の極めて良い、応答性に優れた給湯器を実現することができる。
【００４８】
なお、上記各実施の形態においては、導入口１２と導入口１３との位置は、互いの導入口が対向しないように、混合流体の流れる方向に対してずらして配置し、かつ互いの導入口における中心軸のなす角度が１８０度となるような位置に配置したが、１８０度以外の角度であっても良い。
また、上記各実施の形態においては、導入口１２と導入口１３との位置は、互いの導入口が対向しないように配置されているが、一部分が対向していてもよい。即ち、各導入口より導入される流体の流速が最大となる導入口の中心軸の位置が、混合流体の流れる方向に対してずれていれば、導入口から流出する流体の動圧によって一方の流れが他方の流れを直接的に干渉する度合いが少なくなり、これにより弁体の回転角に対する、２つの流体の混合流量変化の直線性が改善される効果がある。
【００４９】
また、上記各実施の形態においては、導入口１２と導入口１３に各々水と湯を導入したが、他の異なる２種の流体を各々流し、弁体の回転角によって２つの流体の混合流量を変化させてもよく、これにより弁体の回転角に対して滑らかな混合液の特性変化が得られ、制御性が良く、かつ応答性の良い混合弁を供することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１１  弁箱、１ａ，１１ａ  弁室、２，３  入口ポート、４  出口ポート、１２  水導入口、１３  湯導入口、１４  湯水吐出口、５，１５  弁体、５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ  端部、５ｃ，５ｄ，１５ｃ，１５ｄ  開口部、１５ｃ１，１５ｃ１  三角形部、１５ｃ２，１５ｄ２  半円部、６，１６  ステッピングモーター、７，１７  弁体駆動軸、１８  ネジ穴、１９  弁体押え、２０，２１  ワッシャー、２２，２３，２４  Ｏリング、２５  温度検出器、２６  混合弁制御器、２７  温度設定器、１００  混合弁。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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