JPS585576A - 湯水混合供給栓 - 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】 この発明は、ケーシング内に純温水供給室と冷水供給室
、および混合室を独立に設け、混合室で商温水と冷水を
混合し、適温水として給湯出来る様にした湯水混合供給
栓に関するものである。

従来用いられている渇水混合供給栓は、尚温水と冷水と
を混合する混合室内にサーモスタットを設け、このサー
モスタットにより高温水と冷水との混合水の温度変化を
検出する構成にしている。

即ち、混合室内のサーモスタッ）ｉこ畠温水と冷水との
供装置を調整するためのバルブを連結し、混合室内の湯
温が一定になる様、サーモスタットのアクチュエータ変
位に連動してバルブを制御し、混合比調整が行われる様
にしている。しかし、こうした構成の湯水混合供給栓は
、サーモスタットを混合室内に設けているため、混合水
閉止を行うのに混合室からの出水口をバルブ閉止する構
成が殆んどであって、そのため、尚温水側と冷水側相互
間は混合室を介して常に連通することになって、＾比例
（一般には冷水側）から低圧側への液流を防止すること
が出来なかった。特に、ガス湯沸器等で高温水の供給を
行っている場合には、湯＃Ｍに背圧がかかることになっ
て、湯沸器の火を消したり、或いは湯沸器を損傷させる
等、危険な状態を誘発する欠点があった。

この発明の目的は、上記欠点を除去した湯水混合供給栓
を提供することである。

以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。先ず
、後述する様にこの発明の構成要素である温度感応バル
ブに適用が好ましい形状記憶合金の性質について概略説
明する。

形状記憶合金とは、マルテンサイト正変態温度以下に於
いてこの合金を成る応力で変形しても、これをマルテン
サイト逆変態温度以上に加熱すると、成る条件下で熱処
理された形状、即ち記憶された形状に戻ってしまう所謂
形状記憶効果を有する合金をいう。この形状記憶合金は
、また、マルテンサイト逆変態温度以上でも応力をかけ
ること１こよって応力誘起マルテンサイトを生じ、この
応のもとて大止（数９６〜１０数％）に耐えることが出
来、この犬走を与えた後応力を除艙すると肖び元の形状
即ち企零の状態番こ戻る性質を有している。

この性質は超弾性と称され、数１０℃から１００℃の温
度範囲で起こり得る。そして更に成る応力下で、マルテ
ンサイト逆変態ｉ／Ｍｌｌ１以上の取るｌ晶反【凰で安
定な応力誘起マルテンサイト相も、加熱されるとこのル
か力に打ち勝ってマルテンサイト逆変態を始め、より−
１−加熱されるとマルテンサイト逆変態を完了して母相
に戻る性質があり、この時薔こ合金に生じる応力σは、
応力誘起マルテンサイト相を生じさせるに要し不詳ｉり
も大きく、σと０１の差はその時の温度【と【１の差Ｃ
ご比例する。この比例間係を示したのが第１図であり、
温度をマルテンサイト逆変態温度以上の温度【１から、
Δ【ずつ温度を順次大きくして【２、ＬＢ−１４の温度
設定をした時、合金内部に発生する応力はσｌ、σ２、
σＢ、σ４とΔσずつ大きくなることがわかる。なお、
マルテンサイト正・逆変態温度、応力誘起マルテンサイ
トを生じるのに要する応力の程度、並びに発生応力差と
温度差の比例係数は、形状記憶合金の柚類、組成、製造
方法、熱処理条件、合金の形状等によって変化し、それ
ぞれ固有の値となる。

次に、上記の性質を有する形状記憶合金を用いた温度感
応バルブの動作原理を第２図〜第４図を参照して説明す
る。

第２図に於いて、（１）は形状記憶合金材料から成る第
１のコイルバネ、（２）は通常の弾性材料から成る第２
のコイルバネ、（３）は介在物、＋４１．　（５１は支
持体である。なお、予め指摘しておくが、以下の説明に
於いては、第１、第２のコイルバネを介在物を介して連
結する構造例を示すが、上記形状記憶合金材料および通
常の弾性材料はどの様な形状であっても良く、また必ら
ずしも介在物を必要とするものでもない。

第２図に示される構成に於いて、通常の弾性材料から成
る第２のコイルバネ（２）の発生応力または力は変位に
比例する。いま、第２図で形状記憶合金材料から成る第
１のコイルバネ（１）と前記第２のコイルバネ（２）が
引張り状態で保持されている場合を考える。この時、温
度を【Ｉから【４まで上昇させれば、第１のコイルバネ
（１）は温度ｔ１でより引張られた状態αから第４図の
破線■に沿って温度ｔ４での状態βまで縮み、若干の形
状回復を生じる。先に述べた様に、形状回復応力（発生
応力）の差は温度差に比例し、通常の弾性材料は発生応
力と変位が比例することから、コイルバネ（１）の変位
、即ち介在物（５）の変位は温度変化に比例することに
なる。なお、この例に於いては、コイルバネ（１）の記
憶されている形状は縮小した形状であり、この構造物を
形成する前に別の工程≦こよって（熱処理等）記憶され
る。また、コイルバネ（２）のコイルバネ（１）に与え
る荷重は、形状記憶合金材料を応力誘起マルテンサイト
相にするに必要な大きさとされるのはいうまでもない。

第３図は第２図に比して、構成上支持体（３１，＋４１
の距離を狭めた相違点を有する構造を示し、コイルバネ
（１１，（２１は共に引張り状態で保持されている。

この様な構造で温度を【ｌから【４まで上昇させた時の
コイルバネ（１）の変位、即ち介在物（５）の変位は第
４図の一点鎖線■の様になる。第４図に於ける破線■か
ら一点鎖線＠への変化は支持体（３）と（４）の距離変
化に比例する。また、この様な変化はコイルバネ（２）
の弾性率を変化させても生じる。即ち、コイルバネ（１
）を応力誘起マルテンサイト相にするための両市弾性体
としてコイルバネ（２）を用い、このコイルバネｆｉｌ
、　（２）を連結させることをこよって、第４図に破線
■若しくは一点鎖線０で示す動作曲線を得ることが出来
る一方、支持体＋３＋、　＋４１間の距離或いはコイル
バネ（２）の伸性率を変えることによって、動作曲線を
■から■或いは■から■の様に、各温度に対する応力−
歪曲線の平担部分（プラト一部という）を移動させるこ
とが出来る。この故に、介在物（５）に弁体を固着し、
支持体（４）或いは（３）をケーシングとし、更に支持
体（３）或いは（４）にその位置をバネ方向に変動させ
る調整ノブを取付けれは、ｖＭ度女化によって上記弁体
が上下動し、更に調整ノブｌこよって支持体ｆ３）、　
＋４．ｌ聞の距離を変化させれば介在物（５）の位置、
つまり弁体の位置が変位することとなり、バルブからの
流量が変化する。

後者の動作特性は、当該構造のバルブを高温水供給室と
冷水供給室に別々に設けることによって混合水の設定温
度を可変出来ることに結びつくものである。

なお、以上の説明ではコイルバネ（１）、　（２１を引
張り状態に設定したが、これらを圧動状態に設疋しても
上記とほぼ同様の動作特性を得ることか出来る。ただし
、第４図に示す破線■と一点鎖線０の位置関係は逆転す
る。

次に、以上の形状記憶合蛍祠利とｍ富の１浬性祠料の連
＠＃Ｉ造物を用いた７１４度）感応バルブを有する湯水
混合供給栓の実施側番こついて説明する。第５図は同湯
水混合供給栓の縦断面図である。

同図に於いてケーシング（６）は、尚温水源へ続く烏温
水供給口（５）、冷水源へ続く冷水供給口（Ｂ）、およ
び混合水の出水口（ｑを有し、これらは各々ケーシング
（６）内に設けられる面温水供給室（ｑ、冷水供給室（
Ｅ）、および混合室（））に続いている。畠温水は尚温
水供給室（ｑから通路（ａｌを通り、冷水は冷水供給室
（均から通路（ｂ）を通り混合￥（Ｆ）で混り合う。冷
水供給室（ＥＪ内には、フランジ圀）を１氏部番こ設り
た弁体（１１）が置かれ、その上部のテーパ而か通路（
ｂ）に連続する弁！（ｂ）（こ対向する様、フランジ（
鋤と弁座（ｂ）の間に圧縮状態でセットされた形状記憶
合金コイルバネ（８）と、フランジ（ハ）と後述の摺動
体＋１３１の間に圧縮状態でセットされた通常のコイル
バネＯｕとで弁体（１１）を支持している。また、同様
に高温水供給室（Ｌｅ内にも、フランジ關を底部（こ設
けた弁体（１２＋が置かれ、その上部のテーパ而が通路
（ａ）に連続する弁座（Ｉ）に対向する様、７ランジ（
２０）と弁座室の間に圧縮状態でセットされた通常のコ
イルバネ（９）と、フランジ（２６）と後述の摺動体圓
の間に圧縮状態でセットされた形状記憶合金コイルバネ
（７）とで弁体ａＱを支持している。冷水側と高温水側
で弁体の支持構造が基本的に相違するのは、通常のコイ
ルバネと形状記憶合金コイルバネのセット位置が逆転し
ていることである。この理由は、後述の説明から明らか
な様に、高温水側と冷水側に於いて温度変化に対応する
動作が逆になる必要があるからである。なお、形状記憶
合金コイルバネｆ７１．　＋８）の記憶する形状は、こ
の例では圧縮力を除荷した時の形状である。

コイルバネ叫の底部が当接する摺動体ａ３、形状記憶合
金コイルバネ（７）の底部が当接する摺動体（１４１の
各々は、リング形状のシール材（１５１，Ｑ６１を介し
てケーシング（６）の内壁に摺動自ａＴ１こ構成されて
いて、その下方に突設した突部（１３ａ）、　（１４ａ
）で、ケーシング（６）に螺合する温間ｍ整ノブｕ°０
のテーパ壁面を押圧している。従って、温度調整ノブ（
ｌηをＥ右に回転することによって摺動体（Ｊ（至）、
（１４を同時憂こ上下動させることが出来、第２図、第
３図に示した支持体間隔の調整を自由に行うことが出来
る。以上の構造（こ於いて、温度感応バルブは高温水側
では、弁体ａり、コイルバネ（７１，（９１、摺動体（
１４１およびシール材＋１６１で構成され、冷水側では
、弁体０１１、コイルバネｆ８１．　＋１（１、摺動体
Ｑ３１およびシール材Ｑ５１で構成されること（こなる
。

通路（ａ）と（ｂ）の出口例には通路開閉弁ａ（至）が
配置していて、これに対向する弁座（ｆ）がケーシング
（６）に設けられている。またこの通路開閉弁（旧は、
ケーシング（６）に螺合するロッド叫に係合され、史に
このロンド（旧の上端がネジ（ハ）によって通路開閉ノ
ブ＠に係合されている。従って、この通路開閉ノブ（２
）を左右に回転することによって、上記通路開閉弁（バ
ルブ）の開閉を行わせることが出来る。

次にこの湯水混合供給栓の動作を説明する。

今、成る状縣でこの混合供給栓が機能しているとする。

この足音な状態から、供給される高温水の温度か所定の
／ａ反より尚くなれば、圧縮状態にセットされた形状記
憶合金コイルバネ（７）の形状回復応力は大きくなって
（４図参照）、弁体（１２）を弁座（ａ）により近づけ
、尚温水の流路面積を減少させる。従って尚温水の流量
が減少し、この時冷水側でのバルブ位置変動がなければ
、混合室（Ｉ−”ｌ　ｉこ流入する高温水、冷水混合比
率が変動し、結局混合室内での熱収支が一定化され、混
合水の温度変化が生じない。供給される尚温水の７Ｍ反
が低下した時は上記と逆の現象が生じ、尚温水の流量が
増加する。即ちこの場合でも混合水の温度変化か生じな
くなる。

一方、供給される冷水の温度が所定の温度より低くなれ
ば、圧縮状態にセットされた形状記憶合金コイルバネ（
８）の形状回復応力は小さくなって、弁体（１１）を弁
座（ホ）により近づけるようになり、冷水の流路面積を
減少させることになる。つまり冷水の流量は減少する。

また供給される冷水の／ＭＵか扁くなった時は、上記と
逆の現象が生じ、冷水の流量が増加する。そして、冷水
の流ｍｌの縁少或いは増加によって混合室内での熱収支
が一定化され、混合水の温度が一定に保たれる橡になる
。

即ち、供給される高温水、冷水の温１１′変動に対し、
形状記憶合金コイルバネｆ７１．　＋８１を台む１Ｍ度
感応バルブは自律的に動作点を変え（第４図会照）、つ
まり弁体ｆｉｌｌ、　（１２１の変位量を変人て、供給
水量を増減させる。その結果出水口（Ｃ）から得られる
混合水の高度を一定に保つことが出来る。

設定温度の変更は、＆Ａ度調整ノブ０７）を回転させる
ことにより、つまり摺動体ｔ１３＋、　Ｉ：１Φの位置
を救えることによって行われる。既述の説明から明らか
な様に、この摺動体０湧、　＋１４１の位置を変えるこ
とによって形状記憶合金コイルバネｔ７１．　ｔ８＋の
止置が凌わり、一方、高温水側と冷水側では同コイルバ
ネ（７１，（８１の位置を通常のコイルバネに対して逆
にセットしていることから、摺動体Ｑ３１．　（１４１
の位置変動は弁体（１１１，１１２１の上下逆方向への
位置変動となるからである。

また、通路（ａｌ、（ｂｌの開閉は、開閉ノブのを回転
させることで同時に行われることになるが、この様に開
閉バルブか上記温度感応バルブと独立して混合室内に設
けられることによって、水栓閉鎖時に高温水と冷水の連
通を防ぐことが出来る。

なお、この発明に於いては、温度感応バルブとして通常
のワックス封入ダイヤフラムを用いたサーモスタットを
弁体に組込んだものであっても良い。しかしより好まし
い実施態様は、上述の様な形状記憶合金材料を利用する
温度感応バルブを用いることである。サーモスタットは
入手が容易で一般化しているが、商温状態でワックスの
膨張が非常に増大してサーモスタット自身が破壊する恐
れがあること、および広範囲の温度域で、弁体の変位量
と温反変化敏との関係に比例相関を出しにくいこと、等
の欠点があるからである。これに対して形状記憶合金材
料は破壊することが全くなく、しかも広い温反軛囲で歪
量と温度変化に比例相関を有する利点がある。

上記の実施例では１通路（ａ）と（ｂ）を並列に配設し
ているが、この通路（ａｌと（ｂ）は要するに各別に構
成されるものであれは良く、例えは同心円状に形成して
も艮い。また、上記の説明では温度変化に対する温度感
応バルブの説明をしたが、この実施例の構成によれば、
圧力変動に対しても有効薔こ作動する。即ち、供給され
る高温水や冷水の圧力が＾くなれば弁体α１１．−（１
２１は弁座の方へ押されて流路面積が減少し、圧力が低
くなれは逆の現象か生じて流路面積が大きくなる。それ
故、混合室での流量相対比率は一定（こなり、熱収支が
一定となって混合水の温度が一定に保たれることになる
。

以上詳述した様に−この発明によれば、混合水閉止特番
こは高温水側と冷水側相互が連通しないため、冷水側か
ら高温水側へ流れが生じることに起因していた湯沸器の
損傷等のトラブルを未然に防ぐことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は形状記憶合金材料の応力−歪曲線（設定温度を
パラメータ）、第２図は形状記憶合金コイルバネと通常
の弾性コイルバネを連結した構造物を支持した状態を示
す図、第３図は同構造物の支持間隔を小さくした時の状
態を不す図、第４図は第２図第３図に示す構造物の動作
曲線を示す図である。また、第５図は上記構造物を温度
感応バルブに用いた、この発明の実施例である湯水混合
供絵栓の縦断面図である。 ６・・・ケーシング、７・・・形状記憶合金コイルバネ
（尚温水側）、８・・・Ｊし状記憶合金コイルバネ（冷
水側）、９・・・通常のコイルバネ（高温水側）、１０
・・・通常のコイルバネ（冷水側）、１１・・・弁体（
冷水側）、１２・・・弁体（尚温水側）、１７・・・温
度調整ノブ、１８・・・通路開閉弁（バルブ）、２０・
・・通路開閉ノブ、ａ・・・通路（高温水側）、ｂ・・
・通路（冷水側）、Ｄ・・・Ｉ［ｉｌ＋温水供給室、Ｅ
・・・冷水供給室、ｋ′・・・混合室。 出　願　人　シャープ株式会社 代理人　弁理士　　小　　森　　久　　末筆１図 σ　　　堕

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）＾温水供給室と冷水供給室の各室内に液温度に応
   じて混合室内に供給する液量を調整する温度感応バルブ
   を設けるとともに、前記混合室と前記＾温水供給室およ
   び冷水供給室を連通ずるそれぞれの通路を開閉する通路
   開閉バルブを混合室内に設け、且つ、前記通路に対する
   前記温度感応バルブの設定位置を調整する調整ノブをケ
   ーシングに設けたことを特徴とする、揚水混合供給栓。
2. （２）前記温度感応バルブは、形状記憶合金と、この形
   状記憶合金を応力誘起マルテンサイト相にする荷重弾性
   体とを含む特許請求の範囲＄　ｆｌ）ｆｊ４記載の湯水
   混合供給栓。