(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の周面に湯と水の流入口が設けられ、本体の内腔に配設した弁体の一端側が感温バネで付勢され他端側がバイアスバネで付勢され、バイアスバネの付勢力を変化させて弁体の位置を制御する調節部材が設けられ、バイアスバネは一端側が弁体に付勢力を作用させると共に他端側が調節部材に付勢力を作用させ、調節部材を調節することにより湯と水の流入量を変化させて所望する温度の温水を得るようにした湯水混合装置において、調節部材を移動させて弁体を湯流入口を閉じる方向へ着座させたときに調節部材と連携してバイアスバネを調節部材の移動方向と同じ方向へ圧縮する手段と、圧縮されたバイアスバネの付勢力を弁体に対し湯流入口を閉じる方向へ作用させる手段とを設けたことを特徴とする湯水混合装置の制御機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶合金を用いた感温バネとバイアスバネとにより弁体が相対する方向へ付勢される構造の湯水混合装置の制御機構に関し、感温バネのバネ定数が極端に低下する低温領域において水のみを吐出する時には、調節部材によって圧縮したバイアスバネの付勢力を利用して、弁体を湯流入口の閉弁方向へ付勢し、湯流入口を強制的に締め切ることができるようにすると共に、弁体着座時からそれ以降の閉弁操作に伴い弁体に作用する操作力をバイアスバネで緩和することができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、湯水混合水栓の本体内にカートリッジとして組み込まれる湯水混合装置の制御機構は、通常、図７に示すように構成されている。弁体ケース１の中心部を貫通して流路を形成するための内腔２が設けられており、弁体ケース１の周面に湯流入口３及び水流入口４が形成されている。そして、湯流入口３及び水流入口４の位置に、これら流入口３，４の開口面積比を制御し、湯と水の流入量を決定するスプール弁体５が軸方向に沿って摺動自在に配設されている。スプール弁体５は、湯側弁体５ａと水側弁体５ｂとが一体的に連結されており、形状記憶合金からなる感温バネ６及びバイアスバネ７により相対する方向へ付勢され、バランスしている。バイアスバネ７の一端側は栓体８に係止されており、栓体８の軸方向位置を変更することにより、両バネ６及び７の付勢力を変化させ、スプール弁体５のバランス位置を変えて湯水の流入比率を変化させ、得られる温水の温度を変更するようにしている。
【０００３】
今、例えば、ある設定位置でスプール弁体５がバランスしている状態から湯側又は水側の供給圧が変化し、同一開口面積に対する湯と水の流入比率が変化したとすると、混合して得られる温水の温度が変化することになる。感温バネ６は、これを検知して反応するようになる。つまり、感温バネ６は、混合して得られる温水の温度に対応してその付勢力が変化し、温度変化を是正する方向へスプール弁体５を移動させ、自動温度調節機能を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、自動温度調節機能を備えた湯水混合装置で、水のみの吐出を行うときには、スプール弁体５を感温バネ６とバイアスバネ７との付勢力のバランスによってその軸方向位置を調節し、スプール弁体５の湯側弁体５ａを湯側弁座へ着座させる必要がある。
ところが、形状記憶合金からなる感温バネ６を用いた湯水混合装置の制御機構では、混合する温水の温度が低下すると、感温バネ６のバネ定数が小さくなり、感温バネ６で発生する付勢力が弱くなる。そのため、水のみの吐出にしようと操作したときに、スプール弁体５を付勢する付勢力が不足し、湯側流入口３が完全に閉塞されない状態となって湯の流入があり、完全に水のみの吐出が得られないという欠点があった。
【０００５】
このような欠点を解決するためには、感温バネ６のバネ定数を予め大きく設定しておけば、水のみの吐出を行う場合に、バイアスバネ７の付勢力に勝って湯流入口３を閉塞させることができる。ところが、感温バネ６のバネ定数を予め大きく設定しておくことは、結果として湯水混合装置の全体が大型化し、コストアップの原因にもなっていた。また、水のみの吐出のとき、バイアスバネ７の付勢力を調節する部材で、直接にスプール弁体５を湯側弁座に着座させることも考えられるが、両者を直接に且つ機械的に連結した場合には、スプール弁体５が着座した以降の閉弁操作では、直接に操作力がスプール弁体５に作用し、スプール弁体５が破壊される力を受けることになるという欠点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、低い温度領域ではバイアスバネの付勢力を変化させる部材を利用して圧縮したバイアスバネの付勢力で湯側弁体を着座させることができるようにすると共に、湯側弁体を閉弁方向へ付勢することができ、更にバイアスバネで弁体に作用する力を緩和するようにした湯水混合装置の制御機構を提供せんとするものである。
【０００７】
前記課題を解決するために本発明が採用した手段の特徴とするところは、本体の周面に湯と水の流入口が設けられ、本体の内腔に配設した弁体の一端側が感温バネで付勢され他端側がバイアスバネで付勢され、バイアスバネの付勢力を変化させて弁体の位置を制御する調節部材が設けられ、バイアスバネは一端側が弁体に付勢力を作用させると共に他端側が調節部材に付勢力を作用させ、調節部材を調節することにより湯と水の流入量を変化させて所望する温度の温水を得るようにした湯水混合装置において、調節部材を移動させて弁体を湯流入口を閉じる方向へ着座させたときに調節部材と連携してバイアスバネを調節部材の移動方向と同じ方向へ圧縮する手段と、圧縮されたバイアスバネの付勢力を弁体に対し湯流入口を閉じる方向へ作用させる手段とを設けたことである。
【０００８】
低い温度領域では感温バネのバネ定数が小さく、湯の供給圧に対して十分に対処できない場合があるが、本発明の湯水混合装置は、バイアスバネの付勢力を変化させる調節部材と連携してバイアスバネを圧縮する手段と、圧縮されたバイアスバネの付勢力を弁体に作用させる手段とを設けたので、低温領域でも、弁体を湯流入口の閉止方向へ着座させることができる。しかも、バイアスバネは弁体を閉弁方向へ付勢するように作用する。さらにバイアスバネは、弁体着座時からそれ以降の閉弁操作に伴う弁体に作用する操作力を緩和するための緩衝部材として利用される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。尚、従来の場合と同一符号は同一部材である。図１〜図５は本発明の一実施の形態に関し、図１は本発明に係る湯水混合装置９の全体を示す横断面平面図、図２は湯流入口３及び水流入口４の間の内腔２に配設される流路分割部材１０を示す図面であり、図（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）は正面図である。図３は水側弁体１１ｂを示すものであり、図（Ａ）は側面図、図（Ｂ）は背面図である。図４は調節部材１２を示すものであり、図（Ａ）は背面図、図（Ｂ）は側面図である。図５は摺動連結部材１３を示すものであり、図（Ａ）は側面図、図（Ｂ）は背面図である。
【００１０】
図１に示すように、この実施の形態に係る湯水混合装置９は、二つの筒状部材を螺合締結した本体ケース１４を有し、その内部に弁体ケース１が嵌合装着されている。弁体ケース１の湯流入口３に臨んでは湯側弁体１１ａが軸方向移動自在に嵌合装着されており、また水流入口４に臨んでは水側弁体１１ｂが軸方向移動自在に嵌合装着されている。これらの湯側弁体１１ａと水側弁体１１ｂとは、別々の部材からなり、単独で軸方向移動できるようになっている。また本例では、後述する流路分割部材１０が、湯側弁体１１ａと水側弁体１１ｂとの間に配置されている。
【００１１】
水側弁体１１ｂは、図３に示すように、全体形状は筒状を成しており、上下に半円弧状の溝１５が形成されている。この溝１５には、図５に示す摺動連結部材１３が嵌合装着されるようになっている。摺動連結部材１３の後端側には、図４に示す筒状の調節部材１２の先端側膨大径部１６が嵌合装着されている。この調節部材１２は、先端側の対向する外周面に回り止め用の凸部１７が形成されており、弁体ケース１の内周面に軸方向と平行に穿設した回り止め用のレール溝１８へ嵌合装着されている。また調節部材１２の後端側には雄螺子部１９が形成されており、温度調節ハンドルのハンドル軸２０の先端側に設けられた筒状部内周面の雌螺子部２１へ螺合装着されている。バイアスバネ７は、上記水側弁体１１ｂの筒内及び調節部材１２の筒内に配置され、その一端側が調節部材１２内に配置したバネ装着部材２２に当接して付勢力を作用させ、他端側は水側弁体１１ｂに当接して付勢力を作用させている。
【００１２】
温調ハンドルを回転操作すると、その回転操作力はハンドル軸２０の雌螺子部２１から調節部材１２へ伝達される。調節部材１２は、回り止め用の凸部１７がレール溝１８へ嵌合しているので、回転が抑止され、軸方向へ移動する。その結果、バイアスバネ７の付勢力が変化し、水側弁体７が移動して水流入口４の開口面積を変化させる。
【００１３】
湯側弁体１１ａは、筒状を成しており、一端側に形状記憶合金からなる感温バネ６が当接し、他端側の内周面に、図２に示す十文字状の流路分割部材１０が一体的に取り付けられている。さらに、流路分割部材１０の後端側に低温時操作軸２４の先端側が取り付けられ、低温時操作軸２４の後端側に連携リング２５が外嵌装着されている。すなわち上記湯側弁体１１ａ、流路分割部材１０、低温時操作軸２４及び連携リング２５は、一体化されている。連携リング２５は、湯と水との混合水の温度が低温領域にある場合においてバネ装着部材２２の後端面と接触し、低温領域以外の温度領域では、感温バネ６が湯側弁体１１ａに作用させる付勢力によって、図１に示す如くバネ装着部材２２の後端面から離れて自由に軸方向移動ができるようになっている。
【００１４】
前記流路分割部材１０は、湯流入口３と水流入口４との間の流路を周方向に四分割するものである。また流路分割部材１０の中心寄りの内隅角部には、角形成部材２３が配設され、その一つの面の長さが短辺ａ、他方の面の長さが長辺ｂとされている（ａ＜ｂ）。このような構成により、弁体ケース１内の内腔２における湯流入口３及び水流入口４の間の流路が周方向に四分割され、湯と水とがそれぞれ図２の矢符の如く、各区画内において回転しながら流れるようになり、湯と水の混合が促進される。つまり、温度ムラの発生を防止することができる。
【００１５】
しかも湯と水の供給圧が低い場合、つまり湯と水の流入口３及び４から流入する湯と水の勢いが弱く、通常は中心部まで入り込むことができない場合でも、角形成部材２３を配設することにより、上流側の流入口４から流入する水が、角形成部材２３の稜線によって流れが分散されると同時に、水が勢いよく流れる領域が、短辺ａを含む面２３ａの方向に流れる水と、長辺ｂを含む面２３ｂの方向に流れる水とで、角形成部材２３の終端面側においてズレるようになり、図２の図（Ｂ）の斜線で示すように、短辺ａを含む面２３ａを流れる水が長辺ｂを含む面２３ｂを流れる水の内側にもぐり込み、全体の流れに矢符方向の回転を与える。この回転は、下流側の湯流入口３から流入する湯をも巻き込むので、弱い供給圧であっても十分に中心まで入り込ませて混合攪拌でき、その結果、温度ムラの発生を防止する。
【００１６】
次に、上述の如く構成された湯水混合装置９の動作態様を、吐出する温水の温度が低温領域の場合と低温領域以外の場合とに分けて説明する。先ず、通常の使用状態である低温領域以外の場合を説明すると、湯側弁体１１ａと水側弁体１１ｂとはそれぞれ所定の開口面積で開口しており、湯流入口３と水流入口４とから内腔２内へ流入する湯及び水は、所定の流量比で混合され、所望温度の温水となって吐出される。温水の温度設定は、温調ハンドル軸２０を回動操作して調節部材１２の位置を軸方向に移動させ、バイアスバネ７の付勢力を変化させることにより行う。これにより、感温バネ６の付勢力とバランスを保つように、湯側弁体１１ａ及び水側弁体１１ｂが軸方向に移動するので、湯流入口３及び水流入口４の開口面積の比率が変化する。また、供給圧の変動等によって吐出される温水の温度が設定値から変動した場合には、これを検知した感温バネ６のバネ定数が変化することにより、湯側弁体１１ａ及び水側弁体１１ｂが軸方向に位置移動して水温が設定値となるように湯流入口３と水流入口４との開口面積比率を変化させ、自動温度調節する。
【００１７】
次に、吐出される温水の温度領域が低温領域の場合、形状記憶合金である感温バネ６のバネ定数が小さくなるため、湯の供給圧に対して十分に対抗することができなくなる。このため、水のみの吐出を行おうとする場合に、湯流入口３が完全に閉塞される位置まで湯側弁体１１ａを移動させることが不可能となる。そこで本例の湯水混合装置９では、温調ハンドル軸２０を操作して調節部材１２を図１の右側方向へ移動させ、水流入口４の開口面積を大きくする。さらに調節部材１２を移動させると、やがて、調節部材１２内のバネ装着部材２２の後端面が、低温時操作軸２４の連携リング２５へ当接する。バネ装着部材２２はバイアスバネ７で付勢されているので、以後は、連携リング２５、低温時操作軸２４、流路分割部材１０及びこれに連結された湯側弁体１１ａが一体に図１の右側方向へ移動する。このようにして、温調ハンドル軸２０の回動操作により、湯側弁体１１ａの軸方向位置を制御できる。そして、この位置制御は、湯側弁体１１ａが湯流入口３の弁座へ当接して湯の流入を遮断するまで行うことが可能である。
【００１８】
湯側弁体１１ａが着座した以後、さらに調節部材１２を図１の右方向へ移動させる閉弁操作があった場合には、調節部材１２が摺動連結部材１３と係合して水側弁体１１ａを同図の右方向へ移動させ、バイアスバネ７を圧縮する。つまりバイアスバネ７が、湯側弁体１１ａが弁座に着座した以後の閉弁操作力を圧縮に転換して緩和するように作用するので、湯側弁体１１ａが破損することはない。それに加えて、湯側弁体１１ａが着座した以後のバイアスバネ７の付勢力は、湯側弁体１１ａを閉じる方向へ作用することになる。要するに、この湯水混合装置９は、低温領域では、調節部材１２を介して圧縮したバイアスバネ７の付勢力を利用して湯側弁体１１ａを弁座に着座させ、湯流入口３を閉塞して水のみの吐出を行うことが可能である。またバイアスバネ７を、弁体着座時からそれ以降の閉弁操作に伴う弁体に作用する操作力を緩和する緩衝部材として利用するので、湯側弁体１１ａの破損が防止される。しかも、湯側弁体１１ａが着座した後は、バイアスバネ７はこれを閉弁方向へ付勢することになる。
【００１９】
なお、湯のみの吐出を行う場合は、温調ハンドル軸２０を逆方向へ回動操作し、調節部材１２を図１の左方向へ大きく移動させ、バイアスバネ７の付勢力を変化させて水側弁体１１ｂを水流入口４の弁座へ当接させればよい。
【００２０】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る制御機構を示す湯水混合装置２６を示す概略縦断面図である。この湯水混合装置２６は、弁体ケース１の内腔２に、スプール弁体２７と、調節部材１２と、ハンドル軸２０とが配設されている。スプール弁体２７は、大径部２７ａと小径部２７ｂとを有しており、大径部２７ａの前後端面は湯側弁部２８及び水側弁部２９となっている。なお、この湯水混合装置２６の弁体ケース１の周面に形成された湯流入口３と水流入口４との位置関係は、図１に示す第１の実施の形態に係る湯水混合装置９とは逆になっており、湯流入口３がハンドル軸２０寄り（図６の右方向寄り）に形成されている。またスプール弁体２７の小径部２７ｂの内周面には、バイアスバネ７を装着するための凹部３０が形成されている。
【００２１】
調節部材１２はその先端側が、スプール弁体２７の小径部２７ｂ内に軸方向摺動自在に挿通されており、該挿通部分の外周面にバイアスバネ７を装着するための凹部３１が形成されている。バイアスバネ７は、この凹部３１と小径部２７ｂの凹部３０との間に嵌合装着されており、その前後側にはバネ座としてのリング３２と３３とが配設されている。また調節部材１２の中間部には、弁体ケース１の内周面に形成した回り止め用のレール溝１８へ嵌合する凸部３４が形成されている。更に、調節部材１２の後端側は、その外周面に形成された雄螺子部１９がハンドル軸２０の雌螺子部２１へ螺着されている。
【００２２】
このように構成された湯水混合装置２６にあって、吐出する温水の温度が通常の使用状態である低温領域以外の場合は、図６に示すように、バイアスバネ７のバネ座リング３２がスプール弁体２７の凹部３０の前端面に係止し、調節部材１２の凹部３１の前端面からは離れて自由空間を形成している。一方、後端側のバネ座リング３３は、調節部材１２の凹部３１の後端面に係止しており、スプール弁体２７の凹部３０の後端面からは離れて自由空間を形成している。
【００２３】
そして、この場合のスプール弁体２７の湯側弁部２８と水側弁部２９とは、それぞれ所定の開口面積で開口しており、湯流入口３と水流入口４とから所定の流量比で内腔２内へ湯と水とが流入し、混合されて所望する温度の温水となって吐出されている。この場合の温度設定は、温調ハンドル軸２０を回動操作して調節部材１２の軸方向位置を変化させ、前記バネ座リング３２及び３３の自由空間の範囲内でバイアスバネ７の付勢力を変化させて感温バネ６の付勢力とバランスさせ、湯側弁部２８及び水側弁部２９の軸方向位置を変化させ、湯水の流入口３及び４の開口面積の比率を変化させることで行うようにしている。そして、供給圧の変動等によって吐出される温水の温度が設定した温度から変化した場合には感温バネ６がこれを検知してバネ定数を変化させ、湯側弁部２８及び水側弁部２９の軸方向位置を変化させることで湯流入口３の水流入口４に対する開口面積の比率を変化させることで自動温度調節するようにしている。
【００２４】
一方、吐出される温水の温度領域が低温領域の場合は、形状記憶合金である感温バネ６のバネ定数が小さく、湯の供給圧に対して十分に対応することができなくなる。そのため、水のみの吐出を行おうとする場合に、湯側弁部２８の軸方向位置を、完全に湯流入口３が閉塞される位置まで移動させること（図６の右側方向への移動）が不可能となる。そこで、この湯水混合装置２６では、吐出される温水の温度領域が低温領域の場合には、調節部材１２とバイアスバネ７とを介してスプール弁体２７の軸方向位置を移動させ、湯側弁部２８が湯流入口３を完全に閉塞するようにしている。すなわち、温調ハンドル軸２０をこの低温領域で操作すると、調節部材１２が図６の右側方向へ移動し、やがて後端側のバネ座リング３３がスプール弁体２７の凹部３０の後端面に接合して係止するようになる。つまり、調節部材１２の同図の右方向への移動に対しては、調節部材１２とスプール弁体２７とがバイアスバネ７を中間に介在させた状態で機械的に連携されることになる。
【００２５】
従って、その後、調節部材１２とスプール弁体２７とは、バネ座リング３３を介し右方向へ一体に移動するようになり、大径部２７ａの湯側弁部２８が湯流入口３の弁座シートへ緩やかに着座して終了する。つまり、湯流入口３を強制的に閉塞する。これにより、水流入口４は全開状態となり、水のみの吐出が行われる。更に、湯側弁部２８が着座した以降に調節部材１２を閉弁方向へ操作すると、調節部材１２の凹部３１の前端面によってバネ座リング３２が図６の右方向へ引き寄せられ、バイアスバネ７を圧縮するようになる。従って、バイアスバネ７の付勢力は、弁体２７が着座方向に受ける操作力を緩和する緩衝力として機能するから、弁体２７が損傷するということはない。また湯側弁部２８が着座した以降のバイアスバネ７の付勢力は、湯側弁部２８を閉じる方向へ付勢することになる。このように、第２の実施の形態の場合も、低温領域では、バイアスバネ７が弁体着座時からそれ以後の閉弁操作に伴う弁体に作用する操作力を緩和するための緩衝部材として機能する。しかも、バイアスバネ７の付勢力を利用して強制的に調節部材１２とスプール弁体２７とを一体に移動させ、湯側弁部２８で湯流入口３を完全に閉塞するようにしており、閉塞後はバイアスバネ７は湯側弁部２８を閉じる方向へ付勢する。そのため、感温バネ６のバネ定数を小さくでき、全体の小型化及びコストアップを抑止することが可能である。
【００２６】
ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、弁体ケースの内腔２内へ設置する水側弁体１１ｂと調節部材１２とを一体形成してもよく、また調節部材１２と摺動連結部材１３とを一体形成してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にあっては、弁体を感温バネとバイアスバネとで付勢し、バイアスバネの付勢力を変化させる調節部材と連携してバイアスバネを圧縮する手段と、圧縮されたバイアスバネの付勢力を弁体に作用させる手段とを設けたので、吐出水の温度が低温となる領域では、バイアスバネの付勢力を利用して弁体を軸方向に移動させ、強制的に湯流入口を閉塞して水のみの吐出を得ることが可能である。しかも、弁体が着座した以降は、バイアスバネはこれを閉弁方向へ付勢することになり、安定した閉弁動作が可能である。さらにバイアスバネは、弁体着座時からそれ以後の閉弁操作に伴う弁体に作用する操作力を緩和する緩衝部材として機能する。
【００２８】
従って、感温バネのバネ定数を小さいものにすることができ、感温バネの大型化による水栓本体自体の大型化を避けることができる。またこれによるコストアップを抑制することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る湯水混合装置の横断面平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る湯水混合装置の流路分割部材を示すものであり、図（Ａ）は斜視図、図（Ｂ）は正面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る湯水混合装置の水側弁体を示すものであり、図（Ａ）は側面図、図（Ｂ）は背面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る湯水混合装置の調節部材を示すものであり、図（Ａ）は正面図、図（Ｂ）は側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る湯水混合装置の摺動連結部材を示すものであり、図（Ａ）は側面図、図（Ｂ）は背面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る湯水混合装置の横断面平面図である。
【図７】従来の湯水混合装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…弁体ケース  ２…内腔  ３…湯流入口  ４…水流入口  ６…感温バネ  ７…バイアスバネ  ９…湯水混合装置  １０…流路分割部材  １１ａ…湯側弁体    １１ｂ…水側弁体  １２…調節部材  １３…摺動連結部材  １４…装置本体ケース  ２０…温調ハンドル軸  ２５…連携リング
【図１】
0003742983.tif 000002
【図３】
0003742983.tif 000003
【図４】
0003742983.tif 000004
【図５】
0003742983.tif 000005
【図６】
0003742983.tif 000006
【図７】
0003742983.tif 000007
【図２】
0003742983.tif 000008