JPH01229185A - 湯水混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）　産業上の利用分野 この発明は、湯水混合装置の制御装置に関する。

（ロ）　従来の技術 従来、湯側及び水側流量調整弁、又は湯水混合弁と切換
弁などの複数個の弁を有し、これらの弁に配設したアク
チュエータを制御するようにした湯水混合装置の制御装
置では、各アクチュエータにそれぞれ個別の制御回路と
駆動回路を配設するか、又は、共通の制御回路に各アク
チュエータに個別に配設した駆動回路を接続するなど、
いずれにしても、各アクチュエータごとに駆動回路を配
設していた。

（ハ）　発明が解決しようとする問題点かかる構成の制
御装置を備えた湯水混合装置では、アクチュエータごと
に少なくとも一個の駆動回路を要して構造か複雑となり
、また、各アクチュエータが同時に作動する可能性があ
るなめ、電源をアクチュエータの数に対応した大容量の
ものとする必要かあり、制御装置が大型化すると共に、
コストがかさむという欠点があった。

（ニ）　問題点を解決するための手段 本発明では、電気的に駆動されるアクチュエータと連結
された弁を複数個有する湯水混合装置において、各弁に
配設された複数個のアクチュエータを、一個の制御回路
と、同制御回路の制御下にある駆動回路に対応させ、同
駆動回路と各アクチュエータとを切換回路を介して接続
し、同切換回路の切換動作を制御回路で制御すべく構成
しな制＃装置を備えた湯水混合装置を提供するものであ
る。

（ホ）　作用・効果 上記の構成により、本発明では、次の作用効果を有する
。

制御回路と駆動回路か各一個あればよいので構造か簡単
となり、部品数も少なくてすむ。

また、−時に一個のアクチュエータだけを駆動ずれはよ
いので、電源も一個のアクチュエータを駆動するに足り
るものであればよく、制御装置全体を小型化し、コスト
ダウンをはかることができる。

（へ）　実施例 本発明の実施例を図面にもとづき詳説すれば、第１図は
、本発明の湯水混合用の自動開閉弁に用いられる微小距
離無段階駆動式アクチュエータの一形態としての圧電ア
クチュエータｔＡ）（Ａ’）の断面図を示すものである
。

なお、ここで、微小距離無段階駆動式アクチュエータと
は、積層式圧電アクチュエータ、圧電バイモルフアクチ
ュエータ、ステッピングリニヤモータ、圧電リニヤモー
タ、超音波モータ（回転式）と回転ねじの組み合わせ、
ステラピンクモータ（回転式）と回転ねじの組み合わせ
等をいう。

同アクチュエータ（Ａ）（八゛）は、前後壁（１）（２
）を具備する筒状のアクチュエータケーシング（３）内
に同心円的にかつ軸線に沿って進退自在に筒状プランジ
ャ（４）を取付けており、同筒状プランジャ（４）は先
端に係合縁（５）を設けて係合縁（５）の中央にプラン
ジャヘッド（６）が挿通する孔（ア）を形成しており、
筒状のプランジャ（４）中にはプランジャヘッド（６）
を先端突出状に収納している。

すなわち、プランジャヘッド（６）は基端を先端より大
径とし、段部を形成した係合部（８）を有しており、同
係合部（８）は、筒状プランジャ（４）中に収納されて
、筒状プランジャ（４）の退去作動にともなって係合縁
（５）と係合自在であり、プランジャヘッド（６）の先
端は孔（７）を通って筒状プランジャ（４）先端より突
出状となっている。

また、筒状プランジャ（４）中においては係合部（８）
の後端面とアクチュエータケーシング（３）の後壁（２
）との間にスプリング（Ｓ）が介設されており、プラン
ジャヘッド（６）は同スプリング（Ｓ）にて常時先端進
行方向に付勢されて、係合部（８）を筒状プランジャ（
４）の係合縁（５）に常時当接状態としている。

筒状プランジャ（４）の外周側には、圧電素子が縮径・
拡径自在で、かつ伸長・短縮自在に配設されている。

すなわち、圧電素子の［ｃ）［ｄ）は筒状プランジャ（
４）の中央部に配設され、アクチュエータケーシング（
３）に基端を固定した断面略し字状の筒状の保持具（９
）によって支持されている。

また、別の圧電素子（ａ）（ｂ）は、筒状プランジャ（
４）の前後端部に弾性ブリッジ（１０）（１１）によっ
て支持配設され、同弾性ブリッジｆ１０）（１１）は、
基端を圧電素子ｆｃ）（ｄ）に固着し、その先端をアク
チュエータケーシング（３）の前後壁（１）（２）に向
けて伸延した片持ち状態に形成されており、同ブリッジ
（１０）（１１）の内周面には、ブレーキシュー（１２
０１３）を固着している。

かかる圧電素子（ａ）（ｂＨｃＨｄ）は、非通電状態に
すると短縮するように構成されている。

即ち、圧電素子（ａＨｂ）は、通電状態では伸長して、
外殻固定のために内径は縮径し、筒状プランジャ（４）
を外周よりクランプすると共に、通電していない状態で
は短縮して外殻固定のため内径は拡径して筒状プランジ
ャ（４）のクランプを解除する。

一方、圧電素子（ｃ）（ｄ）は通電している状態では、
＝　６− 筒状プランジャ（４）ｉを軸線方向に伸長した状態にあ
り、通電していない状態では筒状プランジャ（４）上を
短縮し、その軸線方向の全長を短くすることになる。

そして、筒状プランジャ（４）は、かかる４個の圧電素
子（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を適宜制御することによっ
て、軸線方向に進退作動することになる。

圧電素子（ａＨｂ）（ｃ）（ｄ）は、第１図及び第２図
に示すように、多数の圧電素子片を筒状プランジャ（４
）の軸心方向に積層して形成した円筒状の素子で、円筒
の両端に電極か設けられており、この両端に電圧を印加
することにより、縮径・伸長するように構成されている
。

なお、圧電素子片の素材は、例えは圧電セラミックスを
用いることかでき、かかる圧電セラミックスとしては、
ＡＢＯ３ペロブスカイト形の結晶構造をもつ強誘電材料
であってＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）０３コ系や、ＰＬ
ＺＴ　［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏａ］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ
ａ）系、あるいはＰＺＴを基にした３成分系のものを用
いることかできる。

また、圧電素子（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、第３図に
示すように多数の薄肉リング状の圧電素子片を筒状プラ
ンジャ（４）の軸芯廻りに軸線方向に積層して形成する
こともできる。

この場合、電圧の印加方向を９０度変えることになる。

また、第１図において、（１４）はアクチュエータ（Ａ
）の水密性を高めるなめに設けた摺動抵抗の小さいＵ字
形又はＹ字形パツキンである。

また、本実施例において、プランジャは、その先端に縮
径先端部が形成又は連設されており、同先端部の端面面
積（受圧面積）を、プランジャの断面積より著しく小さ
いものとしている。

従って、後述するように弁等に用いた場合、受圧面積を
著しく小さくできるので、プランジャか受けるスラスト
力を最小にして、プランジャの駆動へのスラスト力の影
響を最小にすることかでき、プランジャの正確な駆動が
可能となる。

また、プランジャの段部を、プランジャが一定距離前方
向に移動した状態（例えば、全閉位置或いはそれより代
かに進んだ位置）で後壁等の後面と当接するようにして
おけは、プランジャ（９）（３０）のそれ以上の前進を
規制でき、過度の前進に起因する弁座及びその当接体ま
たは後述する開閉弁のタイヤフラム等の損傷を確実に防
止することかできる。

なお、上記構成において、圧電素子（ａ）（ｂ）（ｃ）
（ｄ）は、円形断面のみでなく、例えば矩形断面等とす
ることもでき、また第４図及び第５図に示すように、分
割片から形成することもできる。

また、筒状プランジャ（４）は、ブレーキシュー（１２
）（１３）を介して圧電素子（ａＨｂ）によって多数回
クランプされるものであるため、線膨張係数が小さく硬
度、強度、耐クリープ性及び耐摩耗性が大きく、さらに
、加工精度が高いものが望ましく、例えばセラミック素
材としたものが考えられる。

また、第６図に、上記圧電アクチュエータ（八）を制御
するための制御装置（Ｃ）の構成を示している。図示す
るように、制御装置（Ｃ）は、マイクロプロセッサ（ｒ
）と、温度設定器（ｖｌ）、温度センサ（Ｖ２）、流量
設定器（Ｖａ）、流量センサ（ｖ４）と接続した入力イ
ンターフェース（Ｓ）と、制御プログラムを記憶したメ
モリ（Ｕ）と、出力インターフェース（１）と接続した
駆動回路（Ｃ−２）とがら構成された制御回路（Ｃ−１
）と、駆動回路（Ｃ−２）と各アクチュエータ（＾）（
＾°）との間に介設した切換回路（Ｃ−３）で構成され
ている。

駆動回路（Ｃ−２）には、出力インターフェース（１）
からの制御ライン（Ｃ−４）のほかにアクチュエータ駆
動電源（Ｃ−５）からの駆動電源ライン（Ｃ−６）か接
続しており、同駆動回路（Ｃ−２）からの出力は、切換
回路（Ｃ−３）に入力される。

切換回路（Ｃ−３）には、制御回路（Ｃ−１）からのコ
ントロールライン（Ｃ−７）が接続しており、制御回路
（Ｃ−１）の制御出力により、駆動回路（Ｃ−２）の駆
動出力を受けるアクチュエータを選択するようにしてい
る。

なお、（Ｃ−８）は制御電源を示す。

次に、上記制御装置ＦＣ）による各アクチュエータ　　
１０　− 夕の作動制御について説明する。

入力インターフェース（Ｓ）を介して制御回路（Ｃ１）
に入力があると、同制御回路（Ｃ−１）はメモリ（Ｕ）
から読み出した制御プログラムに従って制御駆動すべき
アクチュエータを選出して、切換回路（Ｃ−３）に出力
すると共に、そのアクチュエータの操作量を算出して駆
動回路（Ｃ−２）に出力する。

駆動回路（Ｃ−２）は、制御回路（Ｃ−１）からの出力
を受けて、アクチュエータを駆動するに充分な電力の駆
動出力を切換回路（Ｃ−３）に出力する。

切換回路（Ｃ−３）は上記の駆動出力を、制御回路（Ｃ
−１）が選出したアクチュエータに向けて出力し、同ア
クチ１エータを作動させる。

かかる一連の制御動作を、各一個の制御回路（Ｃ−１）
と駆動回路（Ｃ−２）で複数個のアクチュエータに行わ
せるために、メモリ（Ｕ）に記憶させた制御プログラム
中に次に述べるルーチンを設定している。

一時に一個のアクチュエータを作動させる場合は問題な
いか、同時に複数個のアクチュエータを作動させる必要
が生じたときには、 ■予め作動の優先順位を設定しておき、この順序に従っ
て切換回路（Ｃ−３）を制御し順次アクチュエータを作
動させる。

■一定時間ごとに切換回路（Ｃ−３）に切換動作を行わ
せ、複数個のアクチュエータを順次作動させる。

■アクチュエータ駆動出力をパルス状とし、１パルスご
とに切換回Ｒ（Ｃ−３）に切換動作を行わせ、複数個の
アクチュエータを順次作動させる。この場合、パルスの
周期を短くすることで、見掛は１複数個のアクチュエー
タを同時に作動させることができる。

次に、かかる構成を有するアクチュエータ（Ａ）による
筒状プランジャ（４）及びそれに一部挿入付勢されたプ
ランジャヘッド（６）の移動について、第７図〜第９図
を参照して説明する。

駆動回路（Ｃ−２）から切換回路（Ｃ−３）を介し圧電
素子（ａ）に電圧が印加されると、第７図に示すように
、圧電素子（ａ）に電圧を印加、縮径作動せしめて筒状
プランジャ（４）をクランプさせるとともに、圧電素子
（ｂ）の電圧を解除して拡径させて圧電素子（ｂ）によ
る筒状プランジャ（４）のクランプを解除する。

次に、第８図に示すように、圧電素子（ｃ）（ｄ）に電
圧を印加して伸長せしめると、圧電素子（ａ）（ｂ）が
矢印方向に移動し、これに伴って圧電素子（ａ）がクラ
ンプする筒状プランジャ（４）も矢印方向に移動する。

その後第９図に示すように、圧電素子（ａ）の印加電圧
を解除して拡径作動せしめると、筒状プランジャ（４）
のクランプを解除すると共に、圧電素子（Ｃ）（ｄ）の
印加電圧を解除すると、圧電素子ＦＣ）（（１）は矢印
方向に短縮し、筒状プランジャ（４）はさらに矢印方向
に移動する。

その後、上記動作を繰り返すことにより、筒状１ランジ
ヤ（４）をμｍオーダ或はサブμｍオーダのストローク
で尺とり生状に移動することができ、筒状プランジャ（
４）先端のプランジャヘッド（６）に連結、接続した各
種作動装置を精密に動作させることができることになる
。

特に、筒状プランジャ（４）が先端方向に進行すると、
プランジャヘッド（６）は、その分たけスプリング（Ｓ
）の付勢によって同時に進行し、係合部（８）か係合縁
（５）に係合するまで進行して止まり、他方筒状プラン
ジャ（４）が後退する場合には、筒状プランジャ（４）
の係合縁（５）に係合した係合部（８）か後退方向に引
張られて、プランジャヘッド（６）の後退作動を行うこ
とになるものであり、停電時等に圧電素子への電圧印加
が全くなくなると、圧電素子（ａＨｂ）は、拡径して筒
状プランジャ（４）はフリー状態となり、スプリング（
Ｓ）によってプランジャヘッド（６）と共に先端方向に
進行する。

また、筒状プランジャ（４）を先端方向に進行させるべ
く圧電素子（ａ）　（ｂ）（ｃ）（ｄ）への電圧印加操
作を行う場合において、同プランジャ（４）か先端方向
限度まで進行した時には、プランジャヘッド（６）は、
スプリング（Ｓ）の付勢によって同プランジャ（４）と
共に進行するなめ、プランジャヘッド（６）の進行作動
は専らスプリングの付勢力による作動となり、アクチュ
エータの強い作動力を軽減できる。

以上のように構成されたアクチュエータ（八）（八゛）
は、第１実施例として第１０図に示すように湯水混合用
の自動開閉弁ＦＢ）に使用されているものであり、次の
ように構成されている。

ずなわち、筒状の長手ケーシング（Ｄ）において、左右
側に、湯調整用アクチュエータ（八）と水調整用アクチ
ュエータ（Ａ゛）を互いに対向する状態で配設し、その
間に、筒状湯水混合部（１６）を介投し、同湯水混合部
（１θ）の両端開口部に、タイヤフラム弁からなる湯側
及び水用弁体（１７）（１８）をそれぞれ圧接離反自在
に配設し、湯水混合部（１６）の両端の開口部には、各
弁体（１７）（１８）を介して入湯流路（１９）及び入
水流路（２０）をそれぞれ連通し、各弁体（１７）（１
８）の背面には、湯調整用アクチュエータ（八）と水調
整用アクチュエータ（八“）のプランジャヘッド（６）
（６）をそれぞれ押圧・離反自在に配設し、しかも湯水
混合部（１６）の周壁中央部には、混合湯水流路（２１
）を連通遠投している。

（２２）は入湯パイプ、（２３）は入水パイプであり、
これらの各パイプ（２２Ｎ２３）の先端は、湯水混合部
（１６）の両側端部外周に形成した空間（Ｇ）（Ｇ’）
にそれぞれ連通遠投されており、ダイヤフラム弁よりな
る湯側及び水用弁体（１７）［）は、湯水混合部（１６
）の両端開口部と、その外周の空間（Ｇ）（Ｇ’）とに
圧着・離反自在に設けられていることになり、各弁体（
１７）（１ｓ）の圧着時には、湯水混合部（１６）の両
端開口部と空間（Ｇ）（Ｇ’）とが共に閉塞されて、入
湯及び入水流路（１９Ｎ２０）と湯水混合部（１６）と
の間は完全に遮断されたことになり止水状態となる。

他方、各弁体（１７）　（１８）の一方又は双方か離反
した時には、入湯及び入水流路（１ｇ）（２０）の先端
は、空間（Ｇ）（Ｇ’）を介して湯水混合部（１６）の
両端開口部或は−側端開口部と連通ずることになり、混
合湯水流路（２１）に設けられた温度センサ（ｖ２）の
温度検出値と温度設定器（ｖｌ）により設定した温度と
が一致するよう、また、混合湯水流路（２１）に設けら
れた流量センサ（ν４）の流量検出値と流量設定器（ｖ
３）により設定した流量とか一致するよう、所定の演算
に基づき、制御装置（Ｃ）から発せられる信号によりア
クチュエータが作動せられ、湯又は水、或は湯及び水が
湯水混合部（１６）中に流入し、所定温度、所定流量の
湯水が混合湯水流路（２１）を通って給湯、給水される
ことになる。

また、プランジャヘッド（６）の前後移動範囲を、アク
チュエータ（＾）（八′）の圧電素子（ａ）（ｂＨｃＨ
ｄ）の作用にて微調節することにより、弁体（１７）（
ｉｌｌ）の開放度合いを調整して流水量の調整も行える
ものである。

また、第２実施例として第１１図て、それぞれ一個のア
クチュエータを有する湯水混合栓（Ｐ）と、と同湯水混
合栓（Ｐ）の下流側に連通連結した流量調整弁（Ｑ）を
示しており、湯水混合栓（Ｐ）の構成について説明する
と、図中（５０）は円筒状ブロックをなす上下端開口の
ゲージングであり、同ケーシンク（５０）は、その内部
の中央部に縮径のパルプ摺動案内空間（５１）を有する
混合湯水流路（５２）を形成している。

また、ケーシング（５０）の左右両側壁には、それぞれ
両端開口の筒体（５２）（５３）を突設しており、その
内部に湯側流路（５４）と水ＩＰＩ流路（５５）を形成
している。そして、これらの流路（５４）（５５）の外
側開口端（５４ａ）　（５５ａ）は、それぞれ給湯配管
（５６）と給水配管（５７）と連通している。

一方、湯側流路（５４）と水側流路（５５）の内側開口
端は、それぞれ、ゲージング（５０）の軸線方向に間隔
を開けて配置した湯側開口（５４ｂ）と水測開口（５５
ｂ）とを介して、混合湯水流路（５２）と連通している
。

また、ゲージング（５０）の混合湯水流路（５２）には
、筒状の弁体（５６）が上下軸線方向に摺動自在に配設
されており、軸線方向に摺動することによって、湯側開
口（５４ｂ）と水側開口（５５ｂ）を開閉することがで
きるのみならず、両開口（５４ｂ）　（５５ｂ）の開口
面積を調整することよって、混合される湯量と水量を調
整した適温の混合湯水をつくることかできるものである
。

なお、弁体（５６）を通常時は上方に付勢して水側開口
（５５ｂ）を閉鎖するため、混合湯水流路（５２）内に
はスプリング（５７）か配設されており、同スプリング
（５７）は、その上端を、弁体（５６）の内部に取付け
たスプリング受板（５８）に係止するとともに、その下
端を混合湯水流路（５２）の下部周壁に係止されている
。

また、ケーシング（５０）の下端には内部に混合湯水連
絡流路（５９ａ）を形成した筒体（５９）か突設されて
おり、かかる混合湯水連絡流路（５９ａ）の内側開口端
は混合湯水流路（５２）と連絡しており、一方、その外
側開口端は、混合湯水配管（６０）と連絡している。

さらに、ゲージング（５０）の上部には、上記構成を有
する弁体（５６）を駆動するための前記と同様の圧電ア
クチュエータ（八）か配設されている。

また、（６１）は流量調整弁（Ｑ）の本体を構成するＬ
吹笛形状のケーシングであり、同ケーシング（６１）は
、内部に一例流路（６２）を形成する流入側管（６３）
と、内部に他側流路（６４）を形成する流出側管（６５
）とから構成されている。

そして、流入側管（６３）はその先端を端壁（６３ａ）
−１９＝ によって閉塞するとともに、その−重上部側壁（６３ｂ
）に開口（６６）を設けており、また、同開口（６６）
には、タイヤフラム弁からなる弁体（６７）か取付けら
れている。

一方、流出側管（６５）は、その基端側筒状部（６５ａ
）を貫通して、上記開口（６６）ｔで伸延しており、そ
の先端を弁体（６７）に接部自在に当接している。

かかる構成によって、後述する圧電アクチュエータ（八
°）を駆動して弁体（６７）を開閉することによって、
流入側管（６３）に形成しな一側管（６２）と流出側管
（６５）内に形成した他側流路（６４）とを連通連結し
なり遮断することができる。

なお、−側流路（６２）は、その外側開口端を混合湯水
配管（６０）と連通しており、他側流路（６４）はカラ
ンやシャワー等と連通している。

まな、ケーシング（６１）の−重上部側壁には、弁体と
同軸的に、圧電アクチュエータ（八°）が取付けられて
おり、同アクチュエータ（八゛）を駆動することによっ
て、弁体（６７）を開閉することができる。

本発明の実施例は上記のように構成されており、複数個
のアクチュエータを駆動するのに各一個の制御回路と駆
動回路とを、切換回路を介して複数個のアクチュエータ
と接続したことで、駆動回路とアクチュエータ駆動用電
源が一個ですみ、制御装置の構造を簡単にし、部品点数
も少なくなり、特にアクチュエータ駆動用電源が小容量
のものですむことから、制御装置を小形化することがで
きて、コスト上も有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動開閉弁に使用する圧電アクチュエ
ータを示す断面説明図、第２図は第１図Ｉ−Ｉ線による
断面図、第３図〜第５図は圧電素子の他の具体例の説明
図、第６図は制御装置の構成説明図、第７図〜第９図は
本発明の自動開閉弁に使用するアクチュエータの作動順
序を示す説明図、第１０図は第１実施例の湯水混合装置
の断面説明図、第１１図は第２実施例の湯水混合装置の
断面説明図。 （八）（八”）：アクチュエータ （Ｃ−１）　　：制御回路 （Ｃ−２１：四回路 ＦＣ−３）　　：切換回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電気的に駆動されるアクチュエータと連結された弁
   を複数個有する湯水混合装置において、各弁に配設され
   た複数個のアクチュエータ（Ａ）（Ａ′）・・・を、一
   個の制御回路（Ｃ−１）と、同制御回路（Ｃ−１）の制
   御下にある駆動回路（Ｃ−２）に対応させ、同駆動回路
   （Ｃ−２）と各アクチュエータ（Ａ）（Ａ′）・・・と
   を切換回路（Ｃ−３）を介して接続し、同切換回路（Ｃ
   −３）の切換動作を制御回路（Ｃ−１）で制御すべく構
   成した制御装置を備えた湯水混合装置。