JP3791046B2 - シール構造およびそれを用いた湯水混合装置 - Google Patents
シール構造およびそれを用いた湯水混合装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸線方向への摺動部を有するシール構造および湯と水の混合比率を調節して適温を得る湯水混合技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシール構造を有する湯水混合装置としては、図８（例えば特開平６−１４７３３３号公報）に示すようなものがあった。
【０００３】
図８において、ハウジング１の周壁には軸線方向に間隔をおいて水流入口１ａおよび湯流入口１ｂをそれぞれ開けると共に、これらの流入口１ａ、１ｂに連通する下流側には混合水流出口１ｃが開けてある。水流入口１ａは湯水混合装置の本体の中の給水室に連通し、同様に湯流入口１ｂと混合水流出口１ｃはそれぞれ湯室および混合室に連通し、この混合室を経由して混合水が吐出端から吐出される。
【０００４】
ハウジング１の内部には、水流入口１ａ側および湯流入口１ｂ側にそれぞれ水弁座２および湯弁座３が設けてある。そしてこれら水弁座２と湯弁座３との間には、軸線方向に移動可能な略Ｈ状の縦断面形状の温度調節用の弁体４が組み込まれている。この弁体４は、その軸線方向の両端を水弁座２および湯弁座３との着座面とし、水側と湯側とを区画する隔壁４ａに連通口４ｂが開けられている。そして弁体４の周りには環状のパッキン５を組み込み、このパッキン５をハウジング１の内壁に密着させて水側と湯側とを遮断している。
【０００５】
ハウジング１の内部は、弁体４によって水室１ｄおよび湯室１ｅに区画され、これらの下流に混合室１ｆが形成される。そして混合室１ｆから水室１ｄにかけて、一端が弁体４の隔壁４ａに突き当たるスリーブ６が組み込まれ、このスリーブ６は水室１ｄに臨む周壁に水用の開口６ａを開け、隔壁４ａの連絡口４ｂを包囲する内径に形成してある。そして、スリーブ６によって水室１ｄおよび湯室１ｅと混合室１ｆとが連通し、弁体４の水弁座２および湯弁座３に対する弁開度に応じた量比の水と湯が混合室１ｆへ供給される。
【０００６】
混合室１ｆには、ハウジング１の内壁に一端が突き当たり他端をスリーブ６の端面に嵌め込んだ形状記憶合金のスプリング７が組み込まれている。このスプリング７は、混合室１ｆを通過する混合水の温度に応じて膨張、収縮し、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４をシフトさせる機能を持つ。
【０００７】
弁体４の位置設定は、ハウジング１に対してネジ接合したスピンドル８のハンドル８ａによって行われる。このスピンドル８の一端はスリップワッシャを介してスプリング７に連接され、ハンドル８ａの操作によって軸線方向に移動させることにより、スプリング７を介して弁体４を設定温度値に対応した位置に設定する。さらに、湯室１ｅにはスプリング７と反対方向に弁体４を付勢するバイアススプリング９が組み込まれ、このバイアススプリング９は弁体４を水弁座２側に移動させる機能を持ち、温度設定用のスプリング７に対して弁体４の位置をバランスさせ湯水の混合比が加減されるようになっていた。
【０００８】
しかし上記のような構成において、図９のように弁体４にパッキン５が一体となっていることから、給水圧Ｐｃと給湯圧ＰHとの差圧による作用力Ｆが弁体４を押す力となり、設定温度からずれたりする悪影響があるということから、図１０のような構成が提案されている。図１０において、内壁ガイド１ｇに環状の凹部１ｈを設け、この凹部１ｈの中にパッキン５を嵌め込んで保持した構造で、前記給水圧Ｐｃと給湯圧ＰHとの差圧によって弁体４を押す力Ｆの値が零になって、設定温度が安定保持できるという説明がされている。また、水流入口１ａと湯流入口１ｂの間を移動する弁体４の摺動摩擦力を低減するために、パッキン５の代わりに断面形状が図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような形状である樹脂製のシール環１０を設けた構成も提案されている。図１１において、１０ａはハウジング１の内壁と接する突起であり、その接触面積を小さくして摺動摩擦力を低減するというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし現実としては、図１０の構造にしても給水圧Ｐｃおよび給湯圧ＰHが作用し弁体４を押す実効受圧面積を零にできる構成ではないため、説明されているような給水圧Ｐｃおよび給湯圧ＰHの差圧による作用力Ｆが零にできるというものではなかった。
【００１０】
さらに上記のような従来の湯水混合装置において、水流入口１ａと湯流入口１ｂの間を遮断シールするパッキン５の摺動摩擦力が大きいことから、形状記憶合金のスプリング７およびバイアススプリング９の発生力をともに大きくする等の方策によって、温度ヒステリシスや温度ずれを小さくすることが必要になる。
【００１１】
たとえば図８において、形状記憶合金のスプリング７とバイアススプリング９の力がバランスする位置に弁体４が安定しているときに、給水圧Ｐｃが変動して混合室１ｆの温度が変動すると、形状記憶合金のスプリング９の温度変化に伴って、そのスプリング９の力が変化して、弁体４を移動させて設定温度を保持するべきであるが、パッキン５の摺動摩擦抵抗により弁体４の移動が阻害される。図９および図１０のいずれの構成おいても、パッキン５との摺動面は弁体４の外径とほぼ同じ大きい径シール部なので、パッキン５による摺動摩擦力はいずれも大きく、図８と同様にパッキン５の摺動摩擦抵抗により弁体４の移動が阻害される。
【００１２】
そこで温度変化に伴うスプリング９の力の変化量を大きくすれば、相対的にパッキン５による摺動摩擦の影響を軽減することができる。ところが、温度変化に伴うスプリング９の発生力を大きく変化させるために、形状記憶合金のスプリング７もバイアススプリング９も、ともに太く大きいスプリングになってしまっていた。
【００１３】
したがって、湯水混合装置が大型化したり、太く大きい形状記憶合金スプリング７の熱容量が大きくなって応答時間が遅くなったり、形状記憶合金のスプリング９および湯水混合装置がコスト高になったり、設定温度を変えるときハンドル８ａ操作が重いなど多くの問題点があった。
【００１４】
また、図１１のように樹脂製のシール環１０を用いた場合、スケールやゴミなどが弁体４摺動時にハウジング１の内壁と突起１０ａの間に咬み込むと弁体４がロックされたり、ハウジング１の内壁と突起１０ａの間に隙間をでき湯水間での漏れを生じるため温度調節を行えないという問題点があった。
【００１５】
さらに、シール環１０またはパッキン５の径方向の肉厚などが大きくなり、しめしろが生じると弁体４の摺動摩擦力が大幅に増大する可能性があった。すなわち、ハウジング１の内径および弁体４の溝径およびシール環１０の肉厚の寸法精度が要求され、製造コストが高くなるという問題点があった。
【００１６】
本発明は上記問題点を解決するものであり、弾性シール部材の径方向のしめしろが増加しても軸線方向の摺動摩擦力を増大することがなく、確実にシールを行えるシール構造を提供することを第一の課題としている。
【００１７】
また効果的に感温体ばねおよびバイアスばねを細く小さくでき、応答が速く、コンパクトで、小さい駆動力で操作できる湯水混合装置を提供することを第二の課題としている。
【００１８】
また組立時に弾性シール部材を損傷することなく正確にセットでき、組立性がよいとともに、弾性シール部材の交換等のメンテナンスが容易であるシール構造または湯水混合装置を提供することを第三の課題としている。
【００１９】
また特に寸法精度を要すことなく弁体と弾性シール部材との摺動性およびシール性に優れ、コンパクトなシール構造または湯水混合装置を提供することを第四の課題としている。
【００２０】
またしめしろの寸法精度が向上するとともに、高圧下でも弁体と弾性シール部材との摺動性およびシール性に優れ、コンパクトなシール構造または湯水混合装置を提供することを第五の課題としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記する課題を解決するために、摺動ガイド面の一部に設けられ弾性シール部材を保持する保持溝と、軸部材の外周面に設けられ弾性シール部材に対して摺動する摺動溝と、保持溝に保持される保持部および記弁体の径方向のしめしろの増加による軸線方向への摺動摩擦力増加を抑制する弾性摺動部からなる弾性シール部材を設けて構成したものである。従って、摺動溝により軸部材の摺動径が小さくなり摺動摩擦力の絶対値を低減できるとともに、弾性摺動部によりしめしろ増加による軸線方向への摺動摩擦力増加が抑制される作用を奏するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明のシール構造は、第一の流体流入口と第二の流体流入口を軸線方向に間隔をおいて周壁に開けたハウジングと、第一の流体流入口と第二の流体流入口との間のハウジングの内壁を摺動ガイド面として軸線方向に移動する軸部材と、摺動ガイド面の一部に設けられ弾性シール部材を保持する保持溝と、軸部材の外周面に設けられ弾性シール部材に対して摺動する摺動溝を有し、前記ハウジングは第一の流体流入口を有する第一の流体部材と第二の流体流入口を有する第二の流体部材に分割可能で、前記第一の流体部材と前記第二の流体部材とから保持溝を構成し、前記弾性シール部材を保持溝に保持される保持部と、軸部材の径方向のしめしろの増加による軸線方向への摺動摩擦力増加を抑制する弾性摺動部から構成したものである。
【００２３】
そして、上記発明により、摺動溝により軸部材の摺動径が小さくなり摺動摩擦力の絶対値を低減できるとともに、弾性摺動部によりしめしろ増加による軸線方向への摺動摩擦力増加が抑制されるように作用するので、十分なしめしろを確保でき確実にシールが行えるとともに、摺動性が維持できる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明の湯水混合装置は、水を流入する第一の流体流入口と湯を流入する第二の流体流入口とを軸線方向に間隔をおいて周壁に開けたハウジングと、水流入口と湯流入口との間のハウジングの内壁を摺動ガイド面として軸線方向に移動可能に組み込んだ湯と水の混合比を調節する略円筒状の弁体と、水流入口側で弁体の軸線方向の一端面に対向する水弁座と、湯流入口側で弁体の軸線方向の他端面に対向する湯弁座と、水弁座の下流側に設けた混合水流出口と、混合水の温度上昇に伴い湯の割合を減少させる方向に弁体を付勢する感温体ばねと、弁体を感温体ばねとは反対方向に付勢するバイアスばねと、二つのばねの少なくとも一方の付勢力を可変し混合温度を調節する付勢力調節手段と、摺動ガイド面の一部に設けられ弾性シール部材を保持する保持溝と、略円筒状の弁体の外周面に設けられ弾性シール部材に対して摺動する摺動溝を有し、前記ハウジングは第一の流体流入口を有する第一の流体部材と第二の流体流入口を有する第二の流体部材に分割可能で、前記第一の流体部材と前記第二の流体部材とから保持溝を構成し、前記弾性シール部材を保持溝に保持される保持部と、弁体の径方向のしめしろの増加による軸線方向への摺動摩擦力増加を抑制する弾性摺動部から構成したものである。
【００２５】
そして、上記発明において、感温体ばねとバイアスばねの付勢力とがバランスする位置に略円筒状の弁体が軸線方向に摺動移動して、付勢力調節手段で設定した混合水温度になるとき、略円筒状の弁体の外周面に設けられた弾性シール部材は、ハウジングの内壁の保持溝に保持されており、弁体の外周面の摺動溝が弾性シール部材の弾性摺動部に対して滑りながら相対移動する。ここで、弾性シール部材と摺動する弁体の摺動溝は弁体の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、この弾性シール部材との摺動摩擦力を低減できるとともに、弾性シール部材の弾性摺動部がしめしろの増加により軸線方向の摺動摩擦力の増加を抑制するように作用する。したがって、感温体ばねおよびバイアスばね共に小さい付勢力で弁体を駆動させることができる。このことから、感温体ばねおよびバイアスばねは細く小さいばねで、熱容量が小さく温度変化に対して熱応答速度が速く作動するように作用するとともに、湯水混合装置を小型コンパクトにできるものである。
【００２６】
そして、上記請求項１または２記載の発明においては、弁体および弾性シール部材組立時に、まず弁体に弾性シール部材をはめ込み、その後第一の流体部材または第二の流体部材のいずれか一方に弁体をセットし、第一の流体部材と第二の流体部材を嵌合することによってハウジングを形成するので、弾性シール部材を圧入して組立を行う必要がなく、弾性シール部材を損傷することなく確実にセットできる。また、長期間使用し、弾性シール部材が劣化した場合などのメンテナンスも、ハウジングを分割することによって簡単に弾性シール材を交換できる。
【００２７】
また、請求項３に記載の発明のシール構造は、弾性シール部材を断面外周部が略円形となるシール層とシール層内部に多数の中空部を有するＯリングで構成したものである。
【００２８】
そして、上記発明においては、Ｏリングは、Ｏリングの内径，線径または弁体の摺動溝径またはハウジングの摺動ガイド面の径に寸法ばらつきが生じ、圧縮のしめしろが増加しても、内部が中空状であるため弁体またはハウジングへの押しつけ力の増加が通常のＯリングよりも抑制されるので、弁体の軸線方向への摺動摩擦力を増加しないよう作用する。また、外周部のシール層は略円形となっているので通常のＯリングと同様に確実なシールが可能である。
【００２９】
以下、本発明の第１の実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例の湯水混合装置の断面図である。
【００３０】
図において、ハウジング１１の周壁には軸線方向に間隔をおいて水を流入する第一の流体流入口である水流入口１２および湯を流入する第二の流体流入口である湯流入口１３をそれぞれ開けると共に、これらの流入口１２、１３に連通する下流側には混合水流出口１４が開けてある。水流入口１２は湯水混合装置の本体の中の水室１５に連通し、同様に湯流入口１３と混合水流出口１４はそれぞれ湯室１６および混合室１７に連通し、この混合室１７を経由して混合水が混合水流出口１４に至る。
【００３１】
ハウジング１１の内部には、水流入口１２側および湯流入口１３側にそれぞれ水弁座１８および湯弁座１９が設けてある。そしてこれら水弁座１８と湯弁座１９との間には、軸線方向に移動可能で湯と水の混合比を調節する略円筒状の軸部材である弁体２０が組み込まれている。
【００３２】
また、混合水の温度上昇に伴い湯の割合を減少させる方向に弁体２０を付勢する感温体ばね２１と、その弁体２０を感温体ばね２１とは反対方向に付勢するバイアスばね２２との力の釣り合いにより、弁体２０が移動位置決めされる構成で、これら二つのばね２１、２２の少なくとも一方の付勢力を可変し混合温度を調節する付勢力調節手段２３は、図１の実施例ではバイアスばね２２の方を調節する構成である。つまり、ハンドル２４を回転すると送りネジ２５が回転し、可動ばね受け２６が軸方向に進退する構成で、バイアスばね２２の付勢力が調節される。
【００３３】
また、ハウジング１１の内壁で弁体２０の外側をガイドする摺動ガイド面２７の一部に設けられた保持溝２８は、弾性シール部材であるＯリング２９の外周が嵌まる凹溝で、この保持溝２８によって、弁体２０が軸方向に動作してもＯリング２９は定位置のまま保持される。
【００３４】
また、略円筒状の弁体２０の外周面に設けられた摺動溝３０は、弾性シール部材２９の内径とほぼ同じ外径で、Ｏリング２９の幅に弁体２０の軸方向の最大移動幅を加えた幅を有する構成である。なお感温体ばね２１は、形状記憶合金ばねやバイメタルばね等が使用でき、特に形状記憶合金ばねは、温度変化に対する発生力の点で好ましい。
【００３５】
Ｏリング２９には、図１の部分拡大断面図である図２に示すように、断面外周側にはＯリング２９の形状が通常のＯリングと同様となるようにシール層２９ａが形成されており、その内部には多数の中空部２９ｂが設けてある。ここで、Ｏリング２９は、湯水間の漏れがないように保持溝２８と摺動溝３０により径方向のしめしろを有している。Ｏリング２９のおいて保持部２９ｃは保持溝２８に保持されているシール層２９ａ上側であり、弾性摺動部２９ｄはシール層２９ａ下側および中空部２９ｂから構成されている。なお図１には示していないが図２において３１および３２は、ばね受けリングである。
【００３６】
上記構成において動作を説明すると、水流入口１２と湯流入口１３とからそれぞれ水と湯が供給され、弁体２０と水弁座１８との隙間および弁体２０と湯弁座１９との隙間に応じて、混合室３１に混合されながら流入する。その混合室１７に設けられた感温体ばね２１は温度に応じて付勢力が変化し、感温体ばね２１とバイアスばね２２の付勢力とがバランスする位置に略円筒状の弁体２０が軸線方向に摺動移動して、付勢力調節手段２３で設定した混合水温度になる。このとき、略円筒状の弁体２０の外周面に設けられたＯリング２９は、ハウジング１１の内壁の保持溝２８に保持されており、弁体２０の外周面の摺動溝３０が弾性シール部材２９に対して滑りながら相対移動する。ここで、弁体２０の外径部はハウジング１１の内壁である摺動ガイド面２７に軽く接触する程度に摺動し、この摺動摩擦力は小さく、またＯリング２９と摺動する弁体２０の摺動溝３０は弁体２０の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、このＯリング２９との摺動摩擦力も小さい。したがって、感温体ばね２１およびバイアスばね２２共に小さい付勢力で弁体２０を駆動することができる。このことから、感温体ばね２１およびバイアスばね２２は細く小さいばねにできるため、熱容量が小さく、それだけ温度変化に対して敏感に速く作動する。
【００３７】
また、Ｏリング２９には内部に多数の中空部２９ｂが設けられているため、Ｏリング２９の線径および内径，摺動ガイド面の径，摺動溝３０の径などに寸法ばらつきが生じ、Ｏリングのしめしろが増加しても、その圧縮歪みの増加に伴う反力の増加を抑制するようになっている。すなわち、Ｏリング２９のしめしろが増加してもＯリング２９の摺動溝３０への押しつけ力が通常のＯリングよりも大幅に抑制されるので、弁体２０の摺動摩擦力が抑制される。さらに、Ｏリング２９の外周にはシール層２９ａが通常のＯリングと同様に略円形となるように設けてあり、中空部２９ｂがＯリング２９の表面に開口しないので、湯水間のシールを確実に行える。
【００３８】
また、ハウジング１１に保持溝２８を形成し、弁体２０に摺動溝３０を形成した構成により、シール性を確保しながら摺動摩擦力を小さくできる効果のほかに、湯または水の供給圧力の変動に対して、弁体２０の開度を自動補正でき、混合温度性能を安定できるという特有の効果がある。たとえば、他栓の開閉などによって水流入口１２の供給水圧が変動した場合、水弁座１８と弁体２０との開度がそのままであれば水圧に応じて混合室３１に流入する水量が変動し、湯と水の混合比が変動して混合水温度も変動することになる。ところが、供給水圧が上昇すると、弁体２０の摺動溝３０内の水圧も上昇し、弾性シール部材２９はハウジング１１に固定された状態なので、摺動溝３０内の水圧は弁体２０を水弁座１８側に付勢するように作用する。弁体２０と水弁座１８間の流速は速く摺動溝３０内の流速が遅いことから、ベルヌーイの定理からしても弁体２０と水弁座１８間の圧力の方が摺動溝３０内の圧力より低い。したがって供給水圧が上昇すれば、弁体２０を水弁座１８側に付勢する力が増大し、供給水圧が低下した場合には、弁体２０を水弁座１８側に付勢する力が減少する。これは湯側においも同様に作用する。すなわち湯側、水側とも供給圧変動に対して、その影響を打ち消すように弁体２０の開度が自動的に補正される。
【００３９】
つまり、混合水の温度が変動してその温度が感温体ばね２１に伝達されて、感温体ばね２１の付勢力変化によって弁体２０を移動して設定温度に保つ本来の作用は、温度変動してからの修正動作であるのに対し、温度変動が発生する事前に、供給圧の変動圧力によって弁体２０を移動補正するので、温度変動を事前に抑制防止でき、安定した温度性能が得られる。
【００４０】
なお、ばね受けリング３１および３２は、感温体ばね２１およびバイアスばね２２の不要なねじりやこじりを防止しており、弁体３２がさらに安定して作動でき優れた温度調節機能を確保するものである。
【００４１】
本発明の第１の実施例によれば、ハウジング１１の摺動ガイド面２７の一部に弾性シール部材２９を保持する保持溝２８と、弁体２０の外周面に摺動溝３０を設けた構成により、弁体２０の摺動摩擦抵抗を小さくでき、細く小さい感温体ばね２１にできるようになるため、熱応答性に優れ、供給される湯温変動や圧力変動に対し敏感に速く作動することと、供給圧変動によって、弁体２０の開度が自動補正されることにより安定した混合温度を得ることができるという効果がある。
【００４２】
また、Ｏリング２９にその断面外周部が略円形となるシール層２９ａとシール層２９ａ内部に多数の中空部２９ｂを設けた構成により、Ｏリングのしめしろが増加しても、弁体２０の摺動摩擦力増加を抑制できるので、前述した効果を維持しつつ、Ｏリング２９の線径および内径，摺動ガイド面の径，摺動溝３０の径などの許容寸法が範囲が拡げることができる。従って、寸法精度を要しないので量産性が向上し、低コスト化が可能となる。
【００４３】
さらに、二つのばね２１、２２の力を小さくできることから、付勢力調節手段２３のハンドル２４の回転操作も軽く操作性がよく、小型コンパクトな湯水混合装置が得られる。
【００４４】
なお図１の実施例では、付勢力調節手段２３に手動のハンドル２４を用いた場合を説明したが、このような手動に限らずモータ等の電気的駆動手段による場合も同様の効果を得ることができる。
【００４５】
次に本発明の第２の実施例を図３を用いて説明する。図３は本発明の第２の実施例の湯水混合装置の要部断面の構成図である。
【００４６】
図３において、３３はハウジングであり、ハウジング３３はねじにより嵌合され着脱可能な第一の流体流入口を有する第一の流体部材３４と第二の流体流入口を有する第二の流体部材３５から構成されている。ハウジング３３の周壁には軸線方向に間隔をおいて水流入口３６および湯流入口３７をそれぞれ開けると共に、これらの流入口３６、３７に連通する下流側には混合水流出口３８が設けてある。水流入口３６は湯水混合装置の本体の中の水室３９に連通し、同様に湯流入口３７と混合水流出口３８はそれぞれ湯室４０および混合室４１に連通し、この混合室４１を経由して混合水が混合水流出口３８に至る。その混合室４１から混合水流出口３８に至る流路の途中に、混合水の温度を検出する温度検出手段４２が設けられている。
【００４７】
ハウジング３３の内部には、水流入口３６側および湯流入口３７側にそれぞれ水弁座４３および湯弁座４４が設けてある。そしてこれら水弁座４３と湯弁座４４との間には、軸線方向に移動可能で湯と水の混合比を調節する略円筒状の弁体４５が組み込まれている。
【００４８】
また、混合水の温度上昇に伴い湯の割合を減少させる方向に弁体４５を付勢する感温体ばね４６と、その弁体４５を感温体ばね４６とは反対方向に付勢するバイアスばね４７との力の釣り合いにより、弁体４５が移動位置決めされる構成で、これら二つのばね４６、４７の少なくとも一方の付勢力を可変し混合温度を調節する付勢力調節手段である電気的付勢力調節手段４８は、図３の実施例ではバイアスばね４７の方を調節する構成である。つまり、電気的付勢力調節手段４８であるモータ４９の出力軸５０を回転するとネジ軸５１が回転し、可動ばね受け５２が軸方向に進退する構成で、バイアスばね４７の付勢力が調節される。
【００４９】
また、ハウジング３３の内壁で弁体４５の外側をガイドする摺動ガイド面５３および摺動ガイド面５３の一部に設けられた保持溝５４は、保持溝５４を中心として水側は第一の流体部材３４により、また湯側は第二の流体部材３５によって構成されている。すなわち、保持溝５４はその中心から分割可能となっている。この保持溝５４は弾性シール部材５５の外周側に設けられた保持部５６が嵌まる凹溝で、この保持溝５４によって、弁体４５が軸方向に動作しても弾性シール部材５５は定位置のまま保持される。弾性シール部材５５は、図３の部分拡大断面図である図４に示すようにその断面形状が略Ｙ字形状であり、略Ｙ字形状の外周側の一片が保持溝５４に保持される保持部５６に、また、内周側の他の二片が弁体４５の摺動溝５７と摺動する弾性摺動部５８になっている。
【００５０】
略円筒状の弁体４５の外周面に設けられた摺動溝５７は、弾性シール部材５５の弾性摺動部５８の内径よりも大きい外径で、弾性摺動部５８の幅に弁体４５の軸方向の最大移動幅を加えた幅を有する構成である。ここで、弾性シール部材５５のしめしろは、保持部５６の圧縮歪みではなく、弾性摺動部５８の曲げ歪みにより吸収されている。なお感温体ばね４６は、形状記憶合金ばねやバイメタルばね等が使用でき、特に形状記憶合金ばねは、温度変化に対する発生力の点で好ましい。
【００５１】
さらに、混合水温度の目標値を設定する温度設定手段５９と、温度検出手段４２で検出された温度と温度設定手段５９で設定された目標値に基づいて電気的付勢力調節手段４９を制御する電子制御手段６０とを備えた構成である。
【００５２】
上記構成において、水流入口３６と湯流入口３７とからそれぞれ水と湯が供給され、弁体４５と水弁座４３との隙間および弁体４５と湯弁座４４との隙間に応じて、混合室４１に混合されながら流入する。その混合室４１に設けられた感温体ばね４６は温度に応じて付勢力が変化し、感温体ばね４６とバイアスばね４７の付勢力とがバランスする位置に略円筒状の弁体４５が軸線方向に摺動移動して、電気的付勢力調節手段４８によって可動ばね受け５２の位置が可変されて決まるバイアスばね４７の付勢力に応じた混合水温度になる。このとき、略円筒状の弁体４５の外周面に設けられた弾性シール部材５５の保持部５６はハウジング３３の内壁の保持溝５４に保持されており、弁体４５の外周面の摺動溝５７が弾性シール部材５５の弾性摺動部５８に対して滑りながら相対移動する。ここで、弁体４５の外径部はハウジング３３の内壁である摺動ガイド面５３に軽く接触する程度に摺動し、この摺動摩擦力は小さく、また弾性シール部材５５の弾性摺動部５８と摺動する弁体４５の摺動溝５７は弁体４５の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、この弾性シール部材５５との摺動摩擦力も小さい。したがって、感温体ばね４６およびバイアスばね４７共に小さい付勢力で弁体４５を駆動することができる。このことから、感温体ばね４６およびバイアスばね４７は細く小さいばねにできるため、熱容量が小さく、それだけ温度変化に対して敏感に速く作動する。
【００５３】
弾性シール部材５５の肉厚および内径，摺動ガイド面５３の径，摺動溝３０の径などに寸法ばらつきが生じ、弾性シール部材５５のしめしろが増加しても、弾性シール部材５５はしめしろ増加を圧縮歪みではなく、弾性摺動部５８の曲げ歪みにより吸収しているので、しめしろ増加に伴う反力の増加を抑制するようになっている。すなわち、弾性シール部材５５のしめしろが増加しても弾性摺動部５８の摺動溝３０への押しつけ力が抑制されるので、弁体２０の摺動摩擦力が抑制される。
【００５４】
さらに、弾性摺動部５８は外周側から水および湯の圧力により内側に押さえられており摺動溝５７に密着するようになっているのでシール性がよく、スケールやゴミが咬み込みにくい。かりに、弾性摺動部の肉厚が薄ければ（望ましくは０．２ｍｍ〜１ｍｍ）ゴミやスケールが咬み込んでも、弾性摺動部がその形状になじみ、シール性が確保することができるとともに、摺動摩擦力は増加せず弁体のロックを防ぐことができる。保持部５６は保持溝に密着するように第一の流体部材３４と第二の流体部材３５から保持溝５４を構成しており、第一の流体部材３４と第二の流体部材３５の嵌合した隙間からの漏れや弾性シール部材５５の外周側の漏れを防止している。従って、第一の流体部材３４と第二の流体部材３５の嵌合部にシールテープやパッキンを必要としない。
【００５５】
ハウジング３３は第一の流体部材３４と第二の流体部材３５に分割できるので組立時には、まず、弾性シール部材５５を弁体４５の摺動溝５７にセットし、弁体４５を保持部５６が第二の流体部材３５の保持溝５６に挿入して、第一の流体部材３４を嵌合すればよい。従って、弾性シール部材５５を摺動ガイド面５３から圧入する必要がなく、弾性シール部材５５の破損を防ぐことができる。また、長期間使用した後に弾性シール部材５５が劣化し交換する必要性が生じても、第一の流体部材３４をはずせば弁体４５を無理抜きしなくてもよいので、弁体４５やハウジング３３の摺動ガイド面５３を傷つけることなくメンテナンスが行える。
【００５６】
また、ハウジング３３に保持溝５４を形成し、弁体４５に摺動溝５７を形成した構成により、シール性を確保しながら摺動摩擦力を小さくできる効果のほかに、湯または水の供給圧力の変動に対して、弁体４５の開度を自動補正でき、混合温度性能を安定できるという特有の効果がある。たとえば、他栓の開閉などによって水流入口３６の供給水圧が変動した場合、水弁座４３と弁体４５との開度がそのままであれば水圧に応じて混合室４１に流入する水量が変動し、湯と水の混合比が変動して混合水温度も変動することになる。ところが、供給水圧が上昇すると、弁体４５の摺動溝５７内の水圧も上昇し、弾性シール部材５５はハウジング４７に固定された状態なので、摺動溝５７内の水圧は弁体４５を水弁座４３側に付勢するように作用する。弁体４５と水弁座４３間の流速は速く摺動溝３７内の流速が遅いことから、ベルヌーイの定理からしても弁体４５と水弁座４３間の圧力の方が摺動溝３７内の圧力より低い。したがって供給水圧が上昇すれば、弁体４５を水弁座４３側に付勢する力が増大し、供給水圧が低下した場合には、弁体４５を水弁座４３側に付勢する力が減少する。これは湯側においても同様に作用する。すなわち湯側、水側とも供給圧変動に対して、その影響を打ち消すように弁体５７の開度が自動的に補正される。
【００５７】
つまり、混合水の温度が変動してその温度が感温体ばね４６に伝達されて、感温体ばね４６の付勢力変化によって弁体４５を移動して設定温度に保つ本来の作用は、温度変動してからの修正動作であるのに対し、温度変動が発生する事前に、供給圧の変動圧力によって弁体４５を移動補正するので、温度変動を事前に抑制防止できる。
【００５８】
さらに、感温体ばね４６のヒステリシスや弁体４５のわずかな摺動摩擦などによる温度ずれがもし生じた場合でも、混合水の温度を温度検出手段４２が検出して電子制御手段６０にフィードバックされ、その電子制御手段６０が温度設定手段５９で設定した温度と比較して偏差を解消する方向に電気的付勢力調節手段４８を制御する構成ため、温度設定手段５９で設定された温度に対する温度ずれ、いわゆる温度オフセットが極めて少ない安定した温度性能が得られる。
【００５９】
しかも、上記のように弁体４５の摺動摩擦力が小さいことから、感温体ばね４６およびバイアスばね４７は細く付勢力の小さいばねにできるため、電気的付勢力調節手段４８の駆動力も小さくでき、たとえば微小な低トルクモータにできる。
【００６０】
本発明の第２の実施例によれば、感温体ばね４６およびバイアスばね４７共に小さい付勢力で弁体４５を駆動させることができ、小さい駆動力の電気的付勢力調節手段４８で高速応答の混合温度制御ができる。かつ、温度検出手段４２で検出された温度と温度設定手段５９で設定された目標値に基づいて電気的付勢力調節手段４８を電子制御手段６０が制御するので、安定した温度制御ができるという効果がある。
【００６１】
また、弾性シール部材５５の肉厚および内径，摺動ガイド面５３の径，摺動溝３０の径などに寸法ばらつきが生じ、弾性シール部材５５のしめしろが増加しても、弾性シール部材５５はしめしろ増加を圧縮歪みではなく、弾性摺動部５８の曲げ歪みにより吸収しているので、しめしろ増加に伴う反力の増加を抑制するようになっている。すなわち、弾性シール部材５５のしめしろが増加しても弾性摺動部５８の摺動溝３０への押しつけ力が抑制されるので、弁体２０の摺動摩擦力が抑制され、上記効果を寸法精度を要することなく実現できる。
【００６２】
さらに、シール性がよく、スケールやゴミが咬み込みにくいとともに、ゴミやスケールが咬み込んでも、シール性が確保することができ、摺動摩擦力は増加せず弁体のロックを防ぐことができる。
【００６３】
ハウジング３３は第一の流体部材３４と第二の流体部材３５に分割できるので組立時に、弾性シール部材５５を摺動ガイド面５３から圧入する必要がなく、弾性シール部材５５の破損を防ぐことができる。また、弾性シール部材５５および弁体４５を着脱する際に弾性シール部材５５および弁体４５を無理抜きしなくてもよいので、弁体４５やハウジング３３の摺動ガイド面５３を傷つけることなく簡単にメンテナンスを行うことができる。
【００６４】
次に本発明の第３の実施例を図５を用いて説明する。図５は本発明の第３の実施例の湯水混合装置の部分拡大断面図である。第３の実施例において第２の実施例と相違する点は、弾性シール部材の保持部５６から軸線方向に突出した円弧状の固定部６１と、固定部６１を保持し保持部の径方向へのずれを防止する径方向保持溝６２を備え、固定部６１の円弧面を径方向保持溝６２に密着するよう構成としたことにある。
【００６５】
上記構成において、固定部６１は第一の流体部材３４および第二の流体部材３５の径方向保持溝６２に保持されるため、組立時にその位置決めが簡単に行えるとともに、セット時に径方向のずれを生じない。従って、弁体４５の軸が感温体ばね４６やバイアスばね４７および摺動ガイド部５３の軸に対してずれを生じにくく、弁体４５の傾きを防止するとともに、弾性シール部材５５のしめしろを均一化するように作用するので、弁体の摺動抵抗増加を防止できるとともに、シールの信頼性を向上できる。また、水側の圧力が高く、第一の流体部材３４と第二の流体部材３５の嵌合隙間を通じ、弾性シール部材５５の外周部に高圧がかかると、弾性シール部材５５は内側につぶれようとするが、径方向保持部６２により固定部６１が保持されるため、弾性シール部材５５が保持溝５４から外れたり内側にずれることがない。すなわち、弾性シール部材５５の外周部から力が作用してもしめしろが増加せず、摺動摩擦力の増加を防ぐことができる。さらに、弾性シール部材５５の保持溝５４および径方向保持溝６２の両方でシールを行っており、シールの信頼性向上が可能となる。
【００６６】
本発明の第３の実施例によれば、弁体４５の軸ぶれを防止し、弾性シール部材５５のしめしろを均一化するので、弁体の摺動抵抗増加を防止できるとともに、シールの信頼性を向上できる。
【００６７】
また、弾性シール部材５５が保持溝５４から外れたり内側にずれることがないので、弾性シール部材５５の外周部から力が作用してもしめしろが増加せず、摺動摩擦力の増加を防ぐことができる。
【００６８】
なお、第２および第３の実施例において、摺動溝５７と摺動弾性部５８の間にグリスを用いることによって、より摺動摩擦力を軽減できるとともに、摺動溝５７と摺動弾性部５８の間にスケールやゴミが咬む込むことを防止できる。また、シール性がよいのでグリスの流出を抑えることができ、長期間に渡って摺動摩擦力を低減できる。
【００６９】
図６は本発明の第４の実施例を示すシール構造を有する自動調圧弁６３の断面図であり、図７は図６の部分拡大断面図である。同図において６４はハウジングであり、ハウジング６４の周壁には軸線方向に間隔をおいて第一の流体流入口である水流入口６５および第二の流体流入口である湯流入口６６が設けてある。水流入口６５は自動調圧弁６３の本体の中の水一次室６７および水二次室６８を経由し水流出口６９に連通し、同様に湯流入口６６は湯一次室７０および湯二次室７１を経由し湯流出口７２に連通している。ハウジング６４内部には水一次室６７と水二次室６８の境界部分に水弁座７３が、また、湯一次室７０と湯二次室７１の境界部分に湯弁座７４が設けてある。
【００７０】
７５は水一次室６７と水二次室６８を区切る水側弁体７６と湯一次室７０と湯二次室７１を区切る湯側弁体７７を連結する軸部材であり、軸部材７５の中心にはハウジング６４の摺動ガイド面７８と摺動する摺動部７９が設けられている。水側弁体７６及び湯側弁体７７は、水弁座７３と湯弁座７４と間を軸線方向に移動可能となっており、そのリフト量に応じて、それぞれ水及び湯の一次側圧力を減圧している。また、摺動部７９の外径と水側弁体７６及び湯側弁体７７の外径をほぼ同一とし、水一次室６７および湯一次室７０において摺動部７９の受圧面積と水側弁体７６及び湯側弁体７７の一次室受圧面積がほぼ一致するように構成しており、一次圧の影響を排除している。
【００７１】
また、ハウジング６４の内壁で摺動部７９の外側をガイドする摺動ガイド面７８の一部に設けられた保持溝８０は、弾性シール部材であるＸリング８１の外周側二片からなる保持部８２が嵌まる凹溝で、この保持溝８０によって、摺動部７９（軸部材７５）が軸方向に動作してもＸリング８１は定位置のまま保持される。
【００７２】
また、摺動部７９の外周面に設けられた摺動溝８３は、Ｘリング８１の内径側二片からなる弾性摺動部８４とほぼ同じであり、Ｘリング８１がしめしろを有する外径で、Ｘリング８１の幅に軸部材７５の軸方向の最大移動幅を加えた幅を有する構成である。
【００７３】
なお、軸部材７５の軸のこじれを防止するためガイド部８５、８６が設けられている。また、８７は組立時に軸部材７５を挿入するための挿入孔であり、軸部材７５が挿入された後、ガイド部８５を設けたプラグ８８をねじ込むようになっている。
【００７４】
以上の構成において本実施例の動作について説明する。軸部材７５にかかる力を考えた場合、水一次室６７と湯一次室７０はＸリング８１によりシールされているので、水側と湯側をそれぞれ別に考えてよい。水一次室６７における水一次圧の軸線方向への受圧面は摺動部７９と水側弁体７６の一次室６７側の面および摺動溝８３水側の面であり、軸線方向左側に圧力を受けるのは摺動部７９、軸線方向右側に圧力を受けるのは水側弁体７６の一次室６７側の面および摺動溝８３水側の面である。摺動部７９の受圧面積と、水側弁体７６の一次室６７側の面と摺動溝８３水側の面の受圧面積の和は等しく、軸線方向の力が相殺されるので、水一次室６７において水一次圧の軸部材７５への影響を無視できる。ここで、軸線方向への力を考えているため受圧面積とは軸に垂直な面への投影した面積である。同様に、湯一次室７０における湯一次圧の軸線方向への受圧面は摺動部７９と湯側弁体７７の一次室７０側の面および摺動溝８３湯側の面であり、軸線方向右側に圧力を受けるのは摺動部７９、軸線方向左側に圧力を受けるのは湯側弁体７７の一次室７０側の面および摺動溝８３湯側の面である。摺動部７９の受圧面積と、湯側弁体７７の一次室７０側の面と摺動溝８３湯側の面の受圧面積の和は等しく、軸線方向の力が相殺されるので、湯一次室７０における湯一次圧の軸部材７５への影響を無視できる。従って、軸部材７５の軸線方向に移動しようとする力は、水および湯二次室６８，７１側で水側および湯側弁体７６，７７の受ける二次圧力の影響のみである。すなわち水および湯二次室６８，７１の二次圧が水側弁体及び湯側弁体７６，７７に及ぼす力（すなわち湯と水の二次圧の圧力差）によって軸線方向に移動する。ここで、水側弁体７６及び湯側弁体７７の二次側受圧面積は等しくしてあるので、湯と水の二次圧が高い側から低い側へと軸部材７５は移動し、圧力が高い側の弁開度を小さくし、圧力が低い側の弁開度を大きくする。従って、圧力が高い側では弁による圧力損失が増加することにより二次圧が減少し、圧力が低い側では弁による圧力損失が減少することにより二次圧が増加する。そして、湯と水の二次側圧が等しくなると、軸部材７５の軸線方向の力がすべて釣り合い、軸部材７５は停止する。すなわち、二次圧の圧力バランスが崩れると圧力差によって軸部材７５が移動し、それに従って水側弁体７６及び湯側弁体７７のリフトが変化することで、一次圧の減圧の割合を変化させ、二次圧を等圧化するというものである。
【００７５】
このとき、摺動部７９もしくはシール部分の摺動抵抗が大きいと、その摺動抵抗を越える力が軸部材７５に加わるまで軸部材７５は移動しない。すなわち摺動抵抗分の圧力差が二次側圧に生じてしまい、その摺動抵抗が大きいほど圧力差が大きくなってしまう。
【００７６】
しかるに、軸部材７５の外周面に設けられたＸリング８１の保持部８２はハウジング６４の内壁の保持溝８０に保持されており、軸部材７５の外周面の摺動溝８３がＸリング８１の弾性摺動部８４に対して滑りながら相対移動する。ここで、軸部材７５の外径部はハウジング６４の内壁である摺動ガイド面７８に軽く接触する程度に摺動し、この摺動摩擦力は小さく、またＸリング８１の弾性摺動部８４と摺動する軸部材７５の摺動溝８３は摺動部７９の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、このＸリング８１との摺動摩擦力も小さい。このことから、水二次圧と湯二次圧の圧力差がほとんど生じることなく、正確に等圧化を行えるものである。また摺動抵抗が小さいので、水または湯の一次圧が変動し、軸部材７５が移動する場合でも敏感に速く作動する。
【００７７】
また、Ｘリング８１の肉厚および内径，摺動ガイド面７８の径，摺動溝８３の径などに寸法ばらつきが生じ、Ｘリング８１のしめしろが増加しても、Ｘリング８１はしめしろ増加を圧縮歪みではなく、弾性摺動部８４および保持部８２の各片の曲げ歪みにより吸収しているので、しめしろ増加に伴う反力の増加を抑制するようになっている。すなわち、Ｘリング８１のしめしろが増加しても弾性摺動部８４の摺動溝８３への押しつけ力が抑制されるので、軸部材７５の摺動摩擦力が抑制される。
【００７８】
以上述べたように本実施例によれば、ここで、Ｘリング８１の弾性摺動部８４と摺動する軸部材７５の摺動溝８３は摺動部７９の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、Ｘリング８１との摺動摩擦力も小さいので、水二次圧と湯二次圧の圧力差がほとんど生じることなく、敏感に速く正確に等圧化を行うことができる。
【００７９】
また、Ｘリング８１はしめしろ増加を圧縮歪みではなく、弾性摺動部８４および保持部８２の各片の曲げ歪みにより吸収しているので、Ｘリング８１のしめしろが増加しても弾性摺動部８４の摺動溝８３への押しつけ力が抑制され、軸部材７５の摺動摩擦力が抑制することができる。従って、寸法精度を要することなく、量産性を向上し、低コスト化が実現できる。
【００８０】
なお、本発明の第１から第４の実施例以外においても軸部材または弁体が軸線方向に摺動するシール構造であれば、同様の効果が得られる。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明のシール構造は、摺動溝により軸部材の摺動径が小さくなり摺動摩擦力の絶対値を低減できるとともに、弾性摺動部によりしめしろ増加による軸線方向への摺動摩擦力増加が抑制されるように作用するので、十分なしめしろを確保でき確実にシールが行えるとともに、摺動性が維持できる。
【００８２】
また、本発明の湯水混合装置は、摺動摩擦力を低減できるとともに、弾性シール部材の弾性摺動部がしめしろの増加により軸線方向の摺動摩擦力の増加を抑制するように作用するので、感温体ばねおよびバイアスばね共に小さい付勢力で弁体を駆動させることができ、感温体ばねおよびバイアスばねは細く小さいばねで、熱容量が小さく温度変化に対して熱応答速度が速く作動するように作用するとともに、湯水混合装置を小型コンパクトにできるものである。
【００８３】
さらに、ハウジングは第一の流体部材と第二の流体部材に分割可能であり、第一の流体部材と第二の流体部材とから保持溝を構成したことにより、弾性シール部材を圧入して組立を行う必要がなく、弾性シール部材を損傷することなく確実にセットできる。また、長期間使用し、弾性シール部材が劣化した場合などのメンテナンスも、ハウジングを分割することによって簡単に弾性シール材を交換できる。
【００８４】
加えて、弾性シール部材を断面外周部が略円形となるシール層とシール層内部に多数の中空部を有するＯリングで構成したことにより、Ｏリングの圧縮のしめしろが増加しても、内部が中空状であるため弁体またはハウジングへの押しつけ力の増加が通常のＯリングよりも抑制されるので、弁体の軸線方向への摺動摩擦力を増加しないという効果がある。また、外周部のシール層は通常のＯリングと同様に略円形となっているので確実なシールが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例における湯水混合装置の断面図
【図２】 同湯水混合装置の部分拡大断面図
【図３】 本発明の第２の実施例における湯水混合装置の要部断面の構成図
【図４】 同湯水混合装置の部分拡大断面図
【図５】 本発明の第３の実施例における湯水混合装置の部分拡大断面図
【図６】 本発明の第４の実施例の自動調圧弁の断面図
【図７】 同自動調圧弁の部分拡大断面図
【図８】 従来の湯水混合装置の断面図
【図９】 同湯水混合装置の部分拡大断面図
【図１０】 同湯水混合装置の部分拡大断面図
【図１１】 （ａ）従来の湯水混合装置の中央部に突起を設けたツール環の部分拡大断面図
（ｂ）従来の湯水混合装置の両端に突起を設けたツール環の部分拡大断面図
（ｃ）従来の湯水混合装置の中央及び両端に突起を設けたツール環の部分拡大断面図
【符号の説明】
１１ ハウジング
１２ 水流入口
１３ 湯流入口
１４ 混合水流出口
１８ 水弁座
１９ 湯弁座
２０ 弁体
２１ 感温体ばね
２２ バイアスばね
２３ 付勢力調節手段
２７ 摺動ガイド面
２８ 保持溝
２９ Ｏリング（弾性シール部材）
２９ｃ 保持部
２９ｄ 弾性摺動部
３０ 摺動溝
４８ 電気的付勢力調節手段（付勢力調節手段）
５３ 摺動ガイド面
５４ 保持溝
５５ 弾性シール部材
５６ 保持部
５７ 摺動溝
５８ 弾性摺動部
６１ 固定部
６２ 径方向保持溝
６４ ハウジング
６５ 水流入口（第一の流体流入口）
６６ 湯流入口（第二の流体流入口）
７５ 軸部材
７８ 摺動ガイド面
７９ 摺動部
８０ 保持溝
８１ Ｘリング（弾性シール部材）
８２ 保持部
８３ 摺動溝
８４ 弾性摺動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸線方向への摺動部を有するシール構造および湯と水の混合比率を調節して適温を得る湯水混合技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシール構造を有する湯水混合装置としては、図８（例えば特開平６−１４７３３３号公報）に示すようなものがあった。
【０００３】
図８において、ハウジング１の周壁には軸線方向に間隔をおいて水流入口１ａおよび湯流入口１ｂをそれぞれ開けると共に、これらの流入口１ａ、１ｂに連通する下流側には混合水流出口１ｃが開けてある。水流入口１ａは湯水混合装置の本体の中の給水室に連通し、同様に湯流入口１ｂと混合水流出口１ｃはそれぞれ湯室および混合室に連通し、この混合室を経由して混合水が吐出端から吐出される。
【０００４】
ハウジング１の内部には、水流入口１ａ側および湯流入口１ｂ側にそれぞれ水弁座２および湯弁座３が設けてある。そしてこれら水弁座２と湯弁座３との間には、軸線方向に移動可能な略Ｈ状の縦断面形状の温度調節用の弁体４が組み込まれている。この弁体４は、その軸線方向の両端を水弁座２および湯弁座３との着座面とし、水側と湯側とを区画する隔壁４ａに連通口４ｂが開けられている。そして弁体４の周りには環状のパッキン５を組み込み、このパッキン５をハウジング１の内壁に密着させて水側と湯側とを遮断している。
【０００５】
ハウジング１の内部は、弁体４によって水室１ｄおよび湯室１ｅに区画され、これらの下流に混合室１ｆが形成される。そして混合室１ｆから水室１ｄにかけて、一端が弁体４の隔壁４ａに突き当たるスリーブ６が組み込まれ、このスリーブ６は水室１ｄに臨む周壁に水用の開口６ａを開け、隔壁４ａの連絡口４ｂを包囲する内径に形成してある。そして、スリーブ６によって水室１ｄおよび湯室１ｅと混合室１ｆとが連通し、弁体４の水弁座２および湯弁座３に対する弁開度に応じた量比の水と湯が混合室１ｆへ供給される。
【０００６】
混合室１ｆには、ハウジング１の内壁に一端が突き当たり他端をスリーブ６の端面に嵌め込んだ形状記憶合金のスプリング７が組み込まれている。このスプリング７は、混合室１ｆを通過する混合水の温度に応じて膨張、収縮し、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４をシフトさせる機能を持つ。
【０００７】
弁体４の位置設定は、ハウジング１に対してネジ接合したスピンドル８のハンドル８ａによって行われる。このスピンドル８の一端はスリップワッシャを介してスプリング７に連接され、ハンドル８ａの操作によって軸線方向に移動させることにより、スプリング７を介して弁体４を設定温度値に対応した位置に設定する。さらに、湯室１ｅにはスプリング７と反対方向に弁体４を付勢するバイアススプリング９が組み込まれ、このバイアススプリング９は弁体４を水弁座２側に移動させる機能を持ち、温度設定用のスプリング７に対して弁体４の位置をバランスさせ湯水の混合比が加減されるようになっていた。
【０００８】
しかし上記のような構成において、図９のように弁体４にパッキン５が一体となっていることから、給水圧Ｐｃと給湯圧ＰHとの差圧による作用力Ｆが弁体４を押す力となり、設定温度からずれたりする悪影響があるということから、図１０のような構成が提案されている。図１０において、内壁ガイド１ｇに環状の凹部１ｈを設け、この凹部１ｈの中にパッキン５を嵌め込んで保持した構造で、前記給水圧Ｐｃと給湯圧ＰHとの差圧によって弁体４を押す力Ｆの値が零になって、設定温度が安定保持できるという説明がされている。また、水流入口１ａと湯流入口１ｂの間を移動する弁体４の摺動摩擦力を低減するために、パッキン５の代わりに断面形状が図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような形状である樹脂製のシール環１０を設けた構成も提案されている。図１１において、１０ａはハウジング１の内壁と接する突起であり、その接触面積を小さくして摺動摩擦力を低減するというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし現実としては、図１０の構造にしても給水圧Ｐｃおよび給湯圧ＰHが作用し弁体４を押す実効受圧面積を零にできる構成ではないため、説明されているような給水圧Ｐｃおよび給湯圧ＰHの差圧による作用力Ｆが零にできるというものではなかった。
【００１０】
さらに上記のような従来の湯水混合装置において、水流入口１ａと湯流入口１ｂの間を遮断シールするパッキン５の摺動摩擦力が大きいことから、形状記憶合金のスプリング７およびバイアススプリング９の発生力をともに大きくする等の方策によって、温度ヒステリシスや温度ずれを小さくすることが必要になる。
【００１１】
たとえば図８において、形状記憶合金のスプリング７とバイアススプリング９の力がバランスする位置に弁体４が安定しているときに、給水圧Ｐｃが変動して混合室１ｆの温度が変動すると、形状記憶合金のスプリング９の温度変化に伴って、そのスプリング９の力が変化して、弁体４を移動させて設定温度を保持するべきであるが、パッキン５の摺動摩擦抵抗により弁体４の移動が阻害される。図９および図１０のいずれの構成おいても、パッキン５との摺動面は弁体４の外径とほぼ同じ大きい径シール部なので、パッキン５による摺動摩擦力はいずれも大きく、図８と同様にパッキン５の摺動摩擦抵抗により弁体４の移動が阻害される。
【００１２】
そこで温度変化に伴うスプリング９の力の変化量を大きくすれば、相対的にパッキン５による摺動摩擦の影響を軽減することができる。ところが、温度変化に伴うスプリング９の発生力を大きく変化させるために、形状記憶合金のスプリング７もバイアススプリング９も、ともに太く大きいスプリングになってしまっていた。
【００１３】
したがって、湯水混合装置が大型化したり、太く大きい形状記憶合金スプリング７の熱容量が大きくなって応答時間が遅くなったり、形状記憶合金のスプリング９および湯水混合装置がコスト高になったり、設定温度を変えるときハンドル８ａ操作が重いなど多くの問題点があった。
【００１４】
また、図１１のように樹脂製のシール環１０を用いた場合、スケールやゴミなどが弁体４摺動時にハウジング１の内壁と突起１０ａの間に咬み込むと弁体４がロックされたり、ハウジング１の内壁と突起１０ａの間に隙間をでき湯水間での漏れを生じるため温度調節を行えないという問題点があった。
【００１５】
さらに、シール環１０またはパッキン５の径方向の肉厚などが大きくなり、しめしろが生じると弁体４の摺動摩擦力が大幅に増大する可能性があった。すなわち、ハウジング１の内径および弁体４の溝径およびシール環１０の肉厚の寸法精度が要求され、製造コストが高くなるという問題点があった。
【００１６】
本発明は上記問題点を解決するものであり、弾性シール部材の径方向のしめしろが増加しても軸線方向の摺動摩擦力を増大することがなく、確実にシールを行えるシール構造を提供することを第一の課題としている。
【００１７】
また効果的に感温体ばねおよびバイアスばねを細く小さくでき、応答が速く、コンパクトで、小さい駆動力で操作できる湯水混合装置を提供することを第二の課題としている。
【００１８】
また組立時に弾性シール部材を損傷することなく正確にセットでき、組立性がよいとともに、弾性シール部材の交換等のメンテナンスが容易であるシール構造または湯水混合装置を提供することを第三の課題としている。
【００１９】
また特に寸法精度を要すことなく弁体と弾性シール部材との摺動性およびシール性に優れ、コンパクトなシール構造または湯水混合装置を提供することを第四の課題としている。
【００２０】
またしめしろの寸法精度が向上するとともに、高圧下でも弁体と弾性シール部材との摺動性およびシール性に優れ、コンパクトなシール構造または湯水混合装置を提供することを第五の課題としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記する課題を解決するために、摺動ガイド面の一部に設けられ弾性シール部材を保持する保持溝と、軸部材の外周面に設けられ弾性シール部材に対して摺動する摺動溝と、保持溝に保持される保持部および記弁体の径方向のしめしろの増加による軸線方向への摺動摩擦力増加を抑制する弾性摺動部からなる弾性シール部材を設けて構成したものである。従って、摺動溝により軸部材の摺動径が小さくなり摺動摩擦力の絶対値を低減できるとともに、弾性摺動部によりしめしろ増加による軸線方向への摺動摩擦力増加が抑制される作用を奏するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明のシール構造は、第一の流体流入口と第二の流体流入口を軸線方向に間隔をおいて周壁に開けたハウジングと、第一の流体流入口と第二の流体流入口との間のハウジングの内壁を摺動ガイド面として軸線方向に移動する軸部材と、摺動ガイド面の一部に設けられ弾性シール部材を保持する保持溝と、軸部材の外周面に設けられ弾性シール部材に対して摺動する摺動溝を有し、前記ハウジングは第一の流体流入口を有する第一の流体部材と第二の流体流入口を有する第二の流体部材に分割可能で、前記第一の流体部材と前記第二の流体部材とから保持溝を構成し、前記弾性シール部材を保持溝に保持される保持部と、軸部材の径方向のしめしろの増加による軸線方向への摺動摩擦力増加を抑制する弾性摺動部から構成したものである。
【００２３】
そして、上記発明により、摺動溝により軸部材の摺動径が小さくなり摺動摩擦力の絶対値を低減できるとともに、弾性摺動部によりしめしろ増加による軸線方向への摺動摩擦力増加が抑制されるように作用するので、十分なしめしろを確保でき確実にシールが行えるとともに、摺動性が維持できる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明の湯水混合装置は、水を流入する第一の流体流入口と湯を流入する第二の流体流入口とを軸線方向に間隔をおいて周壁に開けたハウジングと、水流入口と湯流入口との間のハウジングの内壁を摺動ガイド面として軸線方向に移動可能に組み込んだ湯と水の混合比を調節する略円筒状の弁体と、水流入口側で弁体の軸線方向の一端面に対向する水弁座と、湯流入口側で弁体の軸線方向の他端面に対向する湯弁座と、水弁座の下流側に設けた混合水流出口と、混合水の温度上昇に伴い湯の割合を減少させる方向に弁体を付勢する感温体ばねと、弁体を感温体ばねとは反対方向に付勢するバイアスばねと、二つのばねの少なくとも一方の付勢力を可変し混合温度を調節する付勢力調節手段と、摺動ガイド面の一部に設けられ弾性シール部材を保持する保持溝と、略円筒状の弁体の外周面に設けられ弾性シール部材に対して摺動する摺動溝を有し、前記ハウジングは第一の流体流入口を有する第一の流体部材と第二の流体流入口を有する第二の流体部材に分割可能で、前記第一の流体部材と前記第二の流体部材とから保持溝を構成し、前記弾性シール部材を保持溝に保持される保持部と、弁体の径方向のしめしろの増加による軸線方向への摺動摩擦力増加を抑制する弾性摺動部から構成したものである。
【００２５】
そして、上記発明において、感温体ばねとバイアスばねの付勢力とがバランスする位置に略円筒状の弁体が軸線方向に摺動移動して、付勢力調節手段で設定した混合水温度になるとき、略円筒状の弁体の外周面に設けられた弾性シール部材は、ハウジングの内壁の保持溝に保持されており、弁体の外周面の摺動溝が弾性シール部材の弾性摺動部に対して滑りながら相対移動する。ここで、弾性シール部材と摺動する弁体の摺動溝は弁体の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、この弾性シール部材との摺動摩擦力を低減できるとともに、弾性シール部材の弾性摺動部がしめしろの増加により軸線方向の摺動摩擦力の増加を抑制するように作用する。したがって、感温体ばねおよびバイアスばね共に小さい付勢力で弁体を駆動させることができる。このことから、感温体ばねおよびバイアスばねは細く小さいばねで、熱容量が小さく温度変化に対して熱応答速度が速く作動するように作用するとともに、湯水混合装置を小型コンパクトにできるものである。
【００２６】
そして、上記請求項１または２記載の発明においては、弁体および弾性シール部材組立時に、まず弁体に弾性シール部材をはめ込み、その後第一の流体部材または第二の流体部材のいずれか一方に弁体をセットし、第一の流体部材と第二の流体部材を嵌合することによってハウジングを形成するので、弾性シール部材を圧入して組立を行う必要がなく、弾性シール部材を損傷することなく確実にセットできる。また、長期間使用し、弾性シール部材が劣化した場合などのメンテナンスも、ハウジングを分割することによって簡単に弾性シール材を交換できる。
【００２７】
また、請求項３に記載の発明のシール構造は、弾性シール部材を断面外周部が略円形となるシール層とシール層内部に多数の中空部を有するＯリングで構成したものである。
【００２８】
そして、上記発明においては、Ｏリングは、Ｏリングの内径，線径または弁体の摺動溝径またはハウジングの摺動ガイド面の径に寸法ばらつきが生じ、圧縮のしめしろが増加しても、内部が中空状であるため弁体またはハウジングへの押しつけ力の増加が通常のＯリングよりも抑制されるので、弁体の軸線方向への摺動摩擦力を増加しないよう作用する。また、外周部のシール層は略円形となっているので通常のＯリングと同様に確実なシールが可能である。
【００２９】
以下、本発明の第１の実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例の湯水混合装置の断面図である。
【００３０】
図において、ハウジング１１の周壁には軸線方向に間隔をおいて水を流入する第一の流体流入口である水流入口１２および湯を流入する第二の流体流入口である湯流入口１３をそれぞれ開けると共に、これらの流入口１２、１３に連通する下流側には混合水流出口１４が開けてある。水流入口１２は湯水混合装置の本体の中の水室１５に連通し、同様に湯流入口１３と混合水流出口１４はそれぞれ湯室１６および混合室１７に連通し、この混合室１７を経由して混合水が混合水流出口１４に至る。
【００３１】
ハウジング１１の内部には、水流入口１２側および湯流入口１３側にそれぞれ水弁座１８および湯弁座１９が設けてある。そしてこれら水弁座１８と湯弁座１９との間には、軸線方向に移動可能で湯と水の混合比を調節する略円筒状の軸部材である弁体２０が組み込まれている。
【００３２】
また、混合水の温度上昇に伴い湯の割合を減少させる方向に弁体２０を付勢する感温体ばね２１と、その弁体２０を感温体ばね２１とは反対方向に付勢するバイアスばね２２との力の釣り合いにより、弁体２０が移動位置決めされる構成で、これら二つのばね２１、２２の少なくとも一方の付勢力を可変し混合温度を調節する付勢力調節手段２３は、図１の実施例ではバイアスばね２２の方を調節する構成である。つまり、ハンドル２４を回転すると送りネジ２５が回転し、可動ばね受け２６が軸方向に進退する構成で、バイアスばね２２の付勢力が調節される。
【００３３】
また、ハウジング１１の内壁で弁体２０の外側をガイドする摺動ガイド面２７の一部に設けられた保持溝２８は、弾性シール部材であるＯリング２９の外周が嵌まる凹溝で、この保持溝２８によって、弁体２０が軸方向に動作してもＯリング２９は定位置のまま保持される。
【００３４】
また、略円筒状の弁体２０の外周面に設けられた摺動溝３０は、弾性シール部材２９の内径とほぼ同じ外径で、Ｏリング２９の幅に弁体２０の軸方向の最大移動幅を加えた幅を有する構成である。なお感温体ばね２１は、形状記憶合金ばねやバイメタルばね等が使用でき、特に形状記憶合金ばねは、温度変化に対する発生力の点で好ましい。
【００３５】
Ｏリング２９には、図１の部分拡大断面図である図２に示すように、断面外周側にはＯリング２９の形状が通常のＯリングと同様となるようにシール層２９ａが形成されており、その内部には多数の中空部２９ｂが設けてある。ここで、Ｏリング２９は、湯水間の漏れがないように保持溝２８と摺動溝３０により径方向のしめしろを有している。Ｏリング２９のおいて保持部２９ｃは保持溝２８に保持されているシール層２９ａ上側であり、弾性摺動部２９ｄはシール層２９ａ下側および中空部２９ｂから構成されている。なお図１には示していないが図２において３１および３２は、ばね受けリングである。
【００３６】
上記構成において動作を説明すると、水流入口１２と湯流入口１３とからそれぞれ水と湯が供給され、弁体２０と水弁座１８との隙間および弁体２０と湯弁座１９との隙間に応じて、混合室３１に混合されながら流入する。その混合室１７に設けられた感温体ばね２１は温度に応じて付勢力が変化し、感温体ばね２１とバイアスばね２２の付勢力とがバランスする位置に略円筒状の弁体２０が軸線方向に摺動移動して、付勢力調節手段２３で設定した混合水温度になる。このとき、略円筒状の弁体２０の外周面に設けられたＯリング２９は、ハウジング１１の内壁の保持溝２８に保持されており、弁体２０の外周面の摺動溝３０が弾性シール部材２９に対して滑りながら相対移動する。ここで、弁体２０の外径部はハウジング１１の内壁である摺動ガイド面２７に軽く接触する程度に摺動し、この摺動摩擦力は小さく、またＯリング２９と摺動する弁体２０の摺動溝３０は弁体２０の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、このＯリング２９との摺動摩擦力も小さい。したがって、感温体ばね２１およびバイアスばね２２共に小さい付勢力で弁体２０を駆動することができる。このことから、感温体ばね２１およびバイアスばね２２は細く小さいばねにできるため、熱容量が小さく、それだけ温度変化に対して敏感に速く作動する。
【００３７】
また、Ｏリング２９には内部に多数の中空部２９ｂが設けられているため、Ｏリング２９の線径および内径，摺動ガイド面の径，摺動溝３０の径などに寸法ばらつきが生じ、Ｏリングのしめしろが増加しても、その圧縮歪みの増加に伴う反力の増加を抑制するようになっている。すなわち、Ｏリング２９のしめしろが増加してもＯリング２９の摺動溝３０への押しつけ力が通常のＯリングよりも大幅に抑制されるので、弁体２０の摺動摩擦力が抑制される。さらに、Ｏリング２９の外周にはシール層２９ａが通常のＯリングと同様に略円形となるように設けてあり、中空部２９ｂがＯリング２９の表面に開口しないので、湯水間のシールを確実に行える。
【００３８】
また、ハウジング１１に保持溝２８を形成し、弁体２０に摺動溝３０を形成した構成により、シール性を確保しながら摺動摩擦力を小さくできる効果のほかに、湯または水の供給圧力の変動に対して、弁体２０の開度を自動補正でき、混合温度性能を安定できるという特有の効果がある。たとえば、他栓の開閉などによって水流入口１２の供給水圧が変動した場合、水弁座１８と弁体２０との開度がそのままであれば水圧に応じて混合室３１に流入する水量が変動し、湯と水の混合比が変動して混合水温度も変動することになる。ところが、供給水圧が上昇すると、弁体２０の摺動溝３０内の水圧も上昇し、弾性シール部材２９はハウジング１１に固定された状態なので、摺動溝３０内の水圧は弁体２０を水弁座１８側に付勢するように作用する。弁体２０と水弁座１８間の流速は速く摺動溝３０内の流速が遅いことから、ベルヌーイの定理からしても弁体２０と水弁座１８間の圧力の方が摺動溝３０内の圧力より低い。したがって供給水圧が上昇すれば、弁体２０を水弁座１８側に付勢する力が増大し、供給水圧が低下した場合には、弁体２０を水弁座１８側に付勢する力が減少する。これは湯側においも同様に作用する。すなわち湯側、水側とも供給圧変動に対して、その影響を打ち消すように弁体２０の開度が自動的に補正される。
【００３９】
つまり、混合水の温度が変動してその温度が感温体ばね２１に伝達されて、感温体ばね２１の付勢力変化によって弁体２０を移動して設定温度に保つ本来の作用は、温度変動してからの修正動作であるのに対し、温度変動が発生する事前に、供給圧の変動圧力によって弁体２０を移動補正するので、温度変動を事前に抑制防止でき、安定した温度性能が得られる。
【００４０】
なお、ばね受けリング３１および３２は、感温体ばね２１およびバイアスばね２２の不要なねじりやこじりを防止しており、弁体３２がさらに安定して作動でき優れた温度調節機能を確保するものである。
【００４１】
本発明の第１の実施例によれば、ハウジング１１の摺動ガイド面２７の一部に弾性シール部材２９を保持する保持溝２８と、弁体２０の外周面に摺動溝３０を設けた構成により、弁体２０の摺動摩擦抵抗を小さくでき、細く小さい感温体ばね２１にできるようになるため、熱応答性に優れ、供給される湯温変動や圧力変動に対し敏感に速く作動することと、供給圧変動によって、弁体２０の開度が自動補正されることにより安定した混合温度を得ることができるという効果がある。
【００４２】
また、Ｏリング２９にその断面外周部が略円形となるシール層２９ａとシール層２９ａ内部に多数の中空部２９ｂを設けた構成により、Ｏリングのしめしろが増加しても、弁体２０の摺動摩擦力増加を抑制できるので、前述した効果を維持しつつ、Ｏリング２９の線径および内径，摺動ガイド面の径，摺動溝３０の径などの許容寸法が範囲が拡げることができる。従って、寸法精度を要しないので量産性が向上し、低コスト化が可能となる。
【００４３】
さらに、二つのばね２１、２２の力を小さくできることから、付勢力調節手段２３のハンドル２４の回転操作も軽く操作性がよく、小型コンパクトな湯水混合装置が得られる。
【００４４】
なお図１の実施例では、付勢力調節手段２３に手動のハンドル２４を用いた場合を説明したが、このような手動に限らずモータ等の電気的駆動手段による場合も同様の効果を得ることができる。
【００４５】
次に本発明の第２の実施例を図３を用いて説明する。図３は本発明の第２の実施例の湯水混合装置の要部断面の構成図である。
【００４６】
図３において、３３はハウジングであり、ハウジング３３はねじにより嵌合され着脱可能な第一の流体流入口を有する第一の流体部材３４と第二の流体流入口を有する第二の流体部材３５から構成されている。ハウジング３３の周壁には軸線方向に間隔をおいて水流入口３６および湯流入口３７をそれぞれ開けると共に、これらの流入口３６、３７に連通する下流側には混合水流出口３８が設けてある。水流入口３６は湯水混合装置の本体の中の水室３９に連通し、同様に湯流入口３７と混合水流出口３８はそれぞれ湯室４０および混合室４１に連通し、この混合室４１を経由して混合水が混合水流出口３８に至る。その混合室４１から混合水流出口３８に至る流路の途中に、混合水の温度を検出する温度検出手段４２が設けられている。
【００４７】
ハウジング３３の内部には、水流入口３６側および湯流入口３７側にそれぞれ水弁座４３および湯弁座４４が設けてある。そしてこれら水弁座４３と湯弁座４４との間には、軸線方向に移動可能で湯と水の混合比を調節する略円筒状の弁体４５が組み込まれている。
【００４８】
また、混合水の温度上昇に伴い湯の割合を減少させる方向に弁体４５を付勢する感温体ばね４６と、その弁体４５を感温体ばね４６とは反対方向に付勢するバイアスばね４７との力の釣り合いにより、弁体４５が移動位置決めされる構成で、これら二つのばね４６、４７の少なくとも一方の付勢力を可変し混合温度を調節する付勢力調節手段である電気的付勢力調節手段４８は、図３の実施例ではバイアスばね４７の方を調節する構成である。つまり、電気的付勢力調節手段４８であるモータ４９の出力軸５０を回転するとネジ軸５１が回転し、可動ばね受け５２が軸方向に進退する構成で、バイアスばね４７の付勢力が調節される。
【００４９】
また、ハウジング３３の内壁で弁体４５の外側をガイドする摺動ガイド面５３および摺動ガイド面５３の一部に設けられた保持溝５４は、保持溝５４を中心として水側は第一の流体部材３４により、また湯側は第二の流体部材３５によって構成されている。すなわち、保持溝５４はその中心から分割可能となっている。この保持溝５４は弾性シール部材５５の外周側に設けられた保持部５６が嵌まる凹溝で、この保持溝５４によって、弁体４５が軸方向に動作しても弾性シール部材５５は定位置のまま保持される。弾性シール部材５５は、図３の部分拡大断面図である図４に示すようにその断面形状が略Ｙ字形状であり、略Ｙ字形状の外周側の一片が保持溝５４に保持される保持部５６に、また、内周側の他の二片が弁体４５の摺動溝５７と摺動する弾性摺動部５８になっている。
【００５０】
略円筒状の弁体４５の外周面に設けられた摺動溝５７は、弾性シール部材５５の弾性摺動部５８の内径よりも大きい外径で、弾性摺動部５８の幅に弁体４５の軸方向の最大移動幅を加えた幅を有する構成である。ここで、弾性シール部材５５のしめしろは、保持部５６の圧縮歪みではなく、弾性摺動部５８の曲げ歪みにより吸収されている。なお感温体ばね４６は、形状記憶合金ばねやバイメタルばね等が使用でき、特に形状記憶合金ばねは、温度変化に対する発生力の点で好ましい。
【００５１】
さらに、混合水温度の目標値を設定する温度設定手段５９と、温度検出手段４２で検出された温度と温度設定手段５９で設定された目標値に基づいて電気的付勢力調節手段４９を制御する電子制御手段６０とを備えた構成である。
【００５２】
上記構成において、水流入口３６と湯流入口３７とからそれぞれ水と湯が供給され、弁体４５と水弁座４３との隙間および弁体４５と湯弁座４４との隙間に応じて、混合室４１に混合されながら流入する。その混合室４１に設けられた感温体ばね４６は温度に応じて付勢力が変化し、感温体ばね４６とバイアスばね４７の付勢力とがバランスする位置に略円筒状の弁体４５が軸線方向に摺動移動して、電気的付勢力調節手段４８によって可動ばね受け５２の位置が可変されて決まるバイアスばね４７の付勢力に応じた混合水温度になる。このとき、略円筒状の弁体４５の外周面に設けられた弾性シール部材５５の保持部５６はハウジング３３の内壁の保持溝５４に保持されており、弁体４５の外周面の摺動溝５７が弾性シール部材５５の弾性摺動部５８に対して滑りながら相対移動する。ここで、弁体４５の外径部はハウジング３３の内壁である摺動ガイド面５３に軽く接触する程度に摺動し、この摺動摩擦力は小さく、また弾性シール部材５５の弾性摺動部５８と摺動する弁体４５の摺動溝５７は弁体４５の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、この弾性シール部材５５との摺動摩擦力も小さい。したがって、感温体ばね４６およびバイアスばね４７共に小さい付勢力で弁体４５を駆動することができる。このことから、感温体ばね４６およびバイアスばね４７は細く小さいばねにできるため、熱容量が小さく、それだけ温度変化に対して敏感に速く作動する。
【００５３】
弾性シール部材５５の肉厚および内径，摺動ガイド面５３の径，摺動溝３０の径などに寸法ばらつきが生じ、弾性シール部材５５のしめしろが増加しても、弾性シール部材５５はしめしろ増加を圧縮歪みではなく、弾性摺動部５８の曲げ歪みにより吸収しているので、しめしろ増加に伴う反力の増加を抑制するようになっている。すなわち、弾性シール部材５５のしめしろが増加しても弾性摺動部５８の摺動溝３０への押しつけ力が抑制されるので、弁体２０の摺動摩擦力が抑制される。
【００５４】
さらに、弾性摺動部５８は外周側から水および湯の圧力により内側に押さえられており摺動溝５７に密着するようになっているのでシール性がよく、スケールやゴミが咬み込みにくい。かりに、弾性摺動部の肉厚が薄ければ（望ましくは０．２ｍｍ〜１ｍｍ）ゴミやスケールが咬み込んでも、弾性摺動部がその形状になじみ、シール性が確保することができるとともに、摺動摩擦力は増加せず弁体のロックを防ぐことができる。保持部５６は保持溝に密着するように第一の流体部材３４と第二の流体部材３５から保持溝５４を構成しており、第一の流体部材３４と第二の流体部材３５の嵌合した隙間からの漏れや弾性シール部材５５の外周側の漏れを防止している。従って、第一の流体部材３４と第二の流体部材３５の嵌合部にシールテープやパッキンを必要としない。
【００５５】
ハウジング３３は第一の流体部材３４と第二の流体部材３５に分割できるので組立時には、まず、弾性シール部材５５を弁体４５の摺動溝５７にセットし、弁体４５を保持部５６が第二の流体部材３５の保持溝５６に挿入して、第一の流体部材３４を嵌合すればよい。従って、弾性シール部材５５を摺動ガイド面５３から圧入する必要がなく、弾性シール部材５５の破損を防ぐことができる。また、長期間使用した後に弾性シール部材５５が劣化し交換する必要性が生じても、第一の流体部材３４をはずせば弁体４５を無理抜きしなくてもよいので、弁体４５やハウジング３３の摺動ガイド面５３を傷つけることなくメンテナンスが行える。
【００５６】
また、ハウジング３３に保持溝５４を形成し、弁体４５に摺動溝５７を形成した構成により、シール性を確保しながら摺動摩擦力を小さくできる効果のほかに、湯または水の供給圧力の変動に対して、弁体４５の開度を自動補正でき、混合温度性能を安定できるという特有の効果がある。たとえば、他栓の開閉などによって水流入口３６の供給水圧が変動した場合、水弁座４３と弁体４５との開度がそのままであれば水圧に応じて混合室４１に流入する水量が変動し、湯と水の混合比が変動して混合水温度も変動することになる。ところが、供給水圧が上昇すると、弁体４５の摺動溝５７内の水圧も上昇し、弾性シール部材５５はハウジング４７に固定された状態なので、摺動溝５７内の水圧は弁体４５を水弁座４３側に付勢するように作用する。弁体４５と水弁座４３間の流速は速く摺動溝３７内の流速が遅いことから、ベルヌーイの定理からしても弁体４５と水弁座４３間の圧力の方が摺動溝３７内の圧力より低い。したがって供給水圧が上昇すれば、弁体４５を水弁座４３側に付勢する力が増大し、供給水圧が低下した場合には、弁体４５を水弁座４３側に付勢する力が減少する。これは湯側においても同様に作用する。すなわち湯側、水側とも供給圧変動に対して、その影響を打ち消すように弁体５７の開度が自動的に補正される。
【００５７】
つまり、混合水の温度が変動してその温度が感温体ばね４６に伝達されて、感温体ばね４６の付勢力変化によって弁体４５を移動して設定温度に保つ本来の作用は、温度変動してからの修正動作であるのに対し、温度変動が発生する事前に、供給圧の変動圧力によって弁体４５を移動補正するので、温度変動を事前に抑制防止できる。
【００５８】
さらに、感温体ばね４６のヒステリシスや弁体４５のわずかな摺動摩擦などによる温度ずれがもし生じた場合でも、混合水の温度を温度検出手段４２が検出して電子制御手段６０にフィードバックされ、その電子制御手段６０が温度設定手段５９で設定した温度と比較して偏差を解消する方向に電気的付勢力調節手段４８を制御する構成ため、温度設定手段５９で設定された温度に対する温度ずれ、いわゆる温度オフセットが極めて少ない安定した温度性能が得られる。
【００５９】
しかも、上記のように弁体４５の摺動摩擦力が小さいことから、感温体ばね４６およびバイアスばね４７は細く付勢力の小さいばねにできるため、電気的付勢力調節手段４８の駆動力も小さくでき、たとえば微小な低トルクモータにできる。
【００６０】
本発明の第２の実施例によれば、感温体ばね４６およびバイアスばね４７共に小さい付勢力で弁体４５を駆動させることができ、小さい駆動力の電気的付勢力調節手段４８で高速応答の混合温度制御ができる。かつ、温度検出手段４２で検出された温度と温度設定手段５９で設定された目標値に基づいて電気的付勢力調節手段４８を電子制御手段６０が制御するので、安定した温度制御ができるという効果がある。
【００６１】
また、弾性シール部材５５の肉厚および内径，摺動ガイド面５３の径，摺動溝３０の径などに寸法ばらつきが生じ、弾性シール部材５５のしめしろが増加しても、弾性シール部材５５はしめしろ増加を圧縮歪みではなく、弾性摺動部５８の曲げ歪みにより吸収しているので、しめしろ増加に伴う反力の増加を抑制するようになっている。すなわち、弾性シール部材５５のしめしろが増加しても弾性摺動部５８の摺動溝３０への押しつけ力が抑制されるので、弁体２０の摺動摩擦力が抑制され、上記効果を寸法精度を要することなく実現できる。
【００６２】
さらに、シール性がよく、スケールやゴミが咬み込みにくいとともに、ゴミやスケールが咬み込んでも、シール性が確保することができ、摺動摩擦力は増加せず弁体のロックを防ぐことができる。
【００６３】
ハウジング３３は第一の流体部材３４と第二の流体部材３５に分割できるので組立時に、弾性シール部材５５を摺動ガイド面５３から圧入する必要がなく、弾性シール部材５５の破損を防ぐことができる。また、弾性シール部材５５および弁体４５を着脱する際に弾性シール部材５５および弁体４５を無理抜きしなくてもよいので、弁体４５やハウジング３３の摺動ガイド面５３を傷つけることなく簡単にメンテナンスを行うことができる。
【００６４】
次に本発明の第３の実施例を図５を用いて説明する。図５は本発明の第３の実施例の湯水混合装置の部分拡大断面図である。第３の実施例において第２の実施例と相違する点は、弾性シール部材の保持部５６から軸線方向に突出した円弧状の固定部６１と、固定部６１を保持し保持部の径方向へのずれを防止する径方向保持溝６２を備え、固定部６１の円弧面を径方向保持溝６２に密着するよう構成としたことにある。
【００６５】
上記構成において、固定部６１は第一の流体部材３４および第二の流体部材３５の径方向保持溝６２に保持されるため、組立時にその位置決めが簡単に行えるとともに、セット時に径方向のずれを生じない。従って、弁体４５の軸が感温体ばね４６やバイアスばね４７および摺動ガイド部５３の軸に対してずれを生じにくく、弁体４５の傾きを防止するとともに、弾性シール部材５５のしめしろを均一化するように作用するので、弁体の摺動抵抗増加を防止できるとともに、シールの信頼性を向上できる。また、水側の圧力が高く、第一の流体部材３４と第二の流体部材３５の嵌合隙間を通じ、弾性シール部材５５の外周部に高圧がかかると、弾性シール部材５５は内側につぶれようとするが、径方向保持部６２により固定部６１が保持されるため、弾性シール部材５５が保持溝５４から外れたり内側にずれることがない。すなわち、弾性シール部材５５の外周部から力が作用してもしめしろが増加せず、摺動摩擦力の増加を防ぐことができる。さらに、弾性シール部材５５の保持溝５４および径方向保持溝６２の両方でシールを行っており、シールの信頼性向上が可能となる。
【００６６】
本発明の第３の実施例によれば、弁体４５の軸ぶれを防止し、弾性シール部材５５のしめしろを均一化するので、弁体の摺動抵抗増加を防止できるとともに、シールの信頼性を向上できる。
【００６７】
また、弾性シール部材５５が保持溝５４から外れたり内側にずれることがないので、弾性シール部材５５の外周部から力が作用してもしめしろが増加せず、摺動摩擦力の増加を防ぐことができる。
【００６８】
なお、第２および第３の実施例において、摺動溝５７と摺動弾性部５８の間にグリスを用いることによって、より摺動摩擦力を軽減できるとともに、摺動溝５７と摺動弾性部５８の間にスケールやゴミが咬む込むことを防止できる。また、シール性がよいのでグリスの流出を抑えることができ、長期間に渡って摺動摩擦力を低減できる。
【００６９】
図６は本発明の第４の実施例を示すシール構造を有する自動調圧弁６３の断面図であり、図７は図６の部分拡大断面図である。同図において６４はハウジングであり、ハウジング６４の周壁には軸線方向に間隔をおいて第一の流体流入口である水流入口６５および第二の流体流入口である湯流入口６６が設けてある。水流入口６５は自動調圧弁６３の本体の中の水一次室６７および水二次室６８を経由し水流出口６９に連通し、同様に湯流入口６６は湯一次室７０および湯二次室７１を経由し湯流出口７２に連通している。ハウジング６４内部には水一次室６７と水二次室６８の境界部分に水弁座７３が、また、湯一次室７０と湯二次室７１の境界部分に湯弁座７４が設けてある。
【００７０】
７５は水一次室６７と水二次室６８を区切る水側弁体７６と湯一次室７０と湯二次室７１を区切る湯側弁体７７を連結する軸部材であり、軸部材７５の中心にはハウジング６４の摺動ガイド面７８と摺動する摺動部７９が設けられている。水側弁体７６及び湯側弁体７７は、水弁座７３と湯弁座７４と間を軸線方向に移動可能となっており、そのリフト量に応じて、それぞれ水及び湯の一次側圧力を減圧している。また、摺動部７９の外径と水側弁体７６及び湯側弁体７７の外径をほぼ同一とし、水一次室６７および湯一次室７０において摺動部７９の受圧面積と水側弁体７６及び湯側弁体７７の一次室受圧面積がほぼ一致するように構成しており、一次圧の影響を排除している。
【００７１】
また、ハウジング６４の内壁で摺動部７９の外側をガイドする摺動ガイド面７８の一部に設けられた保持溝８０は、弾性シール部材であるＸリング８１の外周側二片からなる保持部８２が嵌まる凹溝で、この保持溝８０によって、摺動部７９（軸部材７５）が軸方向に動作してもＸリング８１は定位置のまま保持される。
【００７２】
また、摺動部７９の外周面に設けられた摺動溝８３は、Ｘリング８１の内径側二片からなる弾性摺動部８４とほぼ同じであり、Ｘリング８１がしめしろを有する外径で、Ｘリング８１の幅に軸部材７５の軸方向の最大移動幅を加えた幅を有する構成である。
【００７３】
なお、軸部材７５の軸のこじれを防止するためガイド部８５、８６が設けられている。また、８７は組立時に軸部材７５を挿入するための挿入孔であり、軸部材７５が挿入された後、ガイド部８５を設けたプラグ８８をねじ込むようになっている。
【００７４】
以上の構成において本実施例の動作について説明する。軸部材７５にかかる力を考えた場合、水一次室６７と湯一次室７０はＸリング８１によりシールされているので、水側と湯側をそれぞれ別に考えてよい。水一次室６７における水一次圧の軸線方向への受圧面は摺動部７９と水側弁体７６の一次室６７側の面および摺動溝８３水側の面であり、軸線方向左側に圧力を受けるのは摺動部７９、軸線方向右側に圧力を受けるのは水側弁体７６の一次室６７側の面および摺動溝８３水側の面である。摺動部７９の受圧面積と、水側弁体７６の一次室６７側の面と摺動溝８３水側の面の受圧面積の和は等しく、軸線方向の力が相殺されるので、水一次室６７において水一次圧の軸部材７５への影響を無視できる。ここで、軸線方向への力を考えているため受圧面積とは軸に垂直な面への投影した面積である。同様に、湯一次室７０における湯一次圧の軸線方向への受圧面は摺動部７９と湯側弁体７７の一次室７０側の面および摺動溝８３湯側の面であり、軸線方向右側に圧力を受けるのは摺動部７９、軸線方向左側に圧力を受けるのは湯側弁体７７の一次室７０側の面および摺動溝８３湯側の面である。摺動部７９の受圧面積と、湯側弁体７７の一次室７０側の面と摺動溝８３湯側の面の受圧面積の和は等しく、軸線方向の力が相殺されるので、湯一次室７０における湯一次圧の軸部材７５への影響を無視できる。従って、軸部材７５の軸線方向に移動しようとする力は、水および湯二次室６８，７１側で水側および湯側弁体７６，７７の受ける二次圧力の影響のみである。すなわち水および湯二次室６８，７１の二次圧が水側弁体及び湯側弁体７６，７７に及ぼす力（すなわち湯と水の二次圧の圧力差）によって軸線方向に移動する。ここで、水側弁体７６及び湯側弁体７７の二次側受圧面積は等しくしてあるので、湯と水の二次圧が高い側から低い側へと軸部材７５は移動し、圧力が高い側の弁開度を小さくし、圧力が低い側の弁開度を大きくする。従って、圧力が高い側では弁による圧力損失が増加することにより二次圧が減少し、圧力が低い側では弁による圧力損失が減少することにより二次圧が増加する。そして、湯と水の二次側圧が等しくなると、軸部材７５の軸線方向の力がすべて釣り合い、軸部材７５は停止する。すなわち、二次圧の圧力バランスが崩れると圧力差によって軸部材７５が移動し、それに従って水側弁体７６及び湯側弁体７７のリフトが変化することで、一次圧の減圧の割合を変化させ、二次圧を等圧化するというものである。
【００７５】
このとき、摺動部７９もしくはシール部分の摺動抵抗が大きいと、その摺動抵抗を越える力が軸部材７５に加わるまで軸部材７５は移動しない。すなわち摺動抵抗分の圧力差が二次側圧に生じてしまい、その摺動抵抗が大きいほど圧力差が大きくなってしまう。
【００７６】
しかるに、軸部材７５の外周面に設けられたＸリング８１の保持部８２はハウジング６４の内壁の保持溝８０に保持されており、軸部材７５の外周面の摺動溝８３がＸリング８１の弾性摺動部８４に対して滑りながら相対移動する。ここで、軸部材７５の外径部はハウジング６４の内壁である摺動ガイド面７８に軽く接触する程度に摺動し、この摺動摩擦力は小さく、またＸリング８１の弾性摺動部８４と摺動する軸部材７５の摺動溝８３は摺動部７９の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、このＸリング８１との摺動摩擦力も小さい。このことから、水二次圧と湯二次圧の圧力差がほとんど生じることなく、正確に等圧化を行えるものである。また摺動抵抗が小さいので、水または湯の一次圧が変動し、軸部材７５が移動する場合でも敏感に速く作動する。
【００７７】
また、Ｘリング８１の肉厚および内径，摺動ガイド面７８の径，摺動溝８３の径などに寸法ばらつきが生じ、Ｘリング８１のしめしろが増加しても、Ｘリング８１はしめしろ増加を圧縮歪みではなく、弾性摺動部８４および保持部８２の各片の曲げ歪みにより吸収しているので、しめしろ増加に伴う反力の増加を抑制するようになっている。すなわち、Ｘリング８１のしめしろが増加しても弾性摺動部８４の摺動溝８３への押しつけ力が抑制されるので、軸部材７５の摺動摩擦力が抑制される。
【００７８】
以上述べたように本実施例によれば、ここで、Ｘリング８１の弾性摺動部８４と摺動する軸部材７５の摺動溝８３は摺動部７９の外径より細いので、それだけ摺動接触面が細く小さくなり、Ｘリング８１との摺動摩擦力も小さいので、水二次圧と湯二次圧の圧力差がほとんど生じることなく、敏感に速く正確に等圧化を行うことができる。
【００７９】
また、Ｘリング８１はしめしろ増加を圧縮歪みではなく、弾性摺動部８４および保持部８２の各片の曲げ歪みにより吸収しているので、Ｘリング８１のしめしろが増加しても弾性摺動部８４の摺動溝８３への押しつけ力が抑制され、軸部材７５の摺動摩擦力が抑制することができる。従って、寸法精度を要することなく、量産性を向上し、低コスト化が実現できる。
【００８０】
なお、本発明の第１から第４の実施例以外においても軸部材または弁体が軸線方向に摺動するシール構造であれば、同様の効果が得られる。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明のシール構造は、摺動溝により軸部材の摺動径が小さくなり摺動摩擦力の絶対値を低減できるとともに、弾性摺動部によりしめしろ増加による軸線方向への摺動摩擦力増加が抑制されるように作用するので、十分なしめしろを確保でき確実にシールが行えるとともに、摺動性が維持できる。
【００８２】
また、本発明の湯水混合装置は、摺動摩擦力を低減できるとともに、弾性シール部材の弾性摺動部がしめしろの増加により軸線方向の摺動摩擦力の増加を抑制するように作用するので、感温体ばねおよびバイアスばね共に小さい付勢力で弁体を駆動させることができ、感温体ばねおよびバイアスばねは細く小さいばねで、熱容量が小さく温度変化に対して熱応答速度が速く作動するように作用するとともに、湯水混合装置を小型コンパクトにできるものである。
【００８３】
さらに、ハウジングは第一の流体部材と第二の流体部材に分割可能であり、第一の流体部材と第二の流体部材とから保持溝を構成したことにより、弾性シール部材を圧入して組立を行う必要がなく、弾性シール部材を損傷することなく確実にセットできる。また、長期間使用し、弾性シール部材が劣化した場合などのメンテナンスも、ハウジングを分割することによって簡単に弾性シール材を交換できる。
【００８４】
加えて、弾性シール部材を断面外周部が略円形となるシール層とシール層内部に多数の中空部を有するＯリングで構成したことにより、Ｏリングの圧縮のしめしろが増加しても、内部が中空状であるため弁体またはハウジングへの押しつけ力の増加が通常のＯリングよりも抑制されるので、弁体の軸線方向への摺動摩擦力を増加しないという効果がある。また、外周部のシール層は通常のＯリングと同様に略円形となっているので確実なシールが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例における湯水混合装置の断面図
【図２】 同湯水混合装置の部分拡大断面図
【図３】 本発明の第２の実施例における湯水混合装置の要部断面の構成図
【図４】 同湯水混合装置の部分拡大断面図
【図５】 本発明の第３の実施例における湯水混合装置の部分拡大断面図
【図６】 本発明の第４の実施例の自動調圧弁の断面図
【図７】 同自動調圧弁の部分拡大断面図
【図８】 従来の湯水混合装置の断面図
【図９】 同湯水混合装置の部分拡大断面図
【図１０】 同湯水混合装置の部分拡大断面図
【図１１】 （ａ）従来の湯水混合装置の中央部に突起を設けたツール環の部分拡大断面図
（ｂ）従来の湯水混合装置の両端に突起を設けたツール環の部分拡大断面図
（ｃ）従来の湯水混合装置の中央及び両端に突起を設けたツール環の部分拡大断面図
【符号の説明】
１１ ハウジング
１２ 水流入口
１３ 湯流入口
１４ 混合水流出口
１８ 水弁座
１９ 湯弁座
２０ 弁体
２１ 感温体ばね
２２ バイアスばね
２３ 付勢力調節手段
２７ 摺動ガイド面
２８ 保持溝
２９ Ｏリング（弾性シール部材）
２９ｃ 保持部
２９ｄ 弾性摺動部
３０ 摺動溝
４８ 電気的付勢力調節手段（付勢力調節手段）
５３ 摺動ガイド面
５４ 保持溝
５５ 弾性シール部材
５６ 保持部
５７ 摺動溝
５８ 弾性摺動部
６１ 固定部
６２ 径方向保持溝
６４ ハウジング
６５ 水流入口（第一の流体流入口）
６６ 湯流入口（第二の流体流入口）
７５ 軸部材
７８ 摺動ガイド面
７９ 摺動部
８０ 保持溝
８１ Ｘリング（弾性シール部材）
８２ 保持部
８３ 摺動溝
８４ 弾性摺動部
Claims (3)
- 第一の流体流入口と第二の流体流入口を軸線方向に間隔をおいて周壁に開けたハウジングと、前記第一の流体流入口と第二の流体流入口との間の前記ハウジングの内壁を摺動ガイド面として軸線方向に移動する軸部材と、前記摺動ガイド面の一部に設けられ弾性シール部材を保持する保持溝と、前記軸部材の外周面に設けられ前記弾性シール部材に対して摺動する摺動溝を有し、前記ハウジングは第一の流体流入口を有する第一の流体部材と第二の流体流入口を有する第二の流体部材に分割可能であり、第一の流体部材と第二の流体部材とから保持溝を構成し、前記弾性シール部材は前記保持溝に保持される保持部と、前記軸部材の径方向のしめしろの増加による軸線方向への摺動摩擦力増加を抑制する弾性摺動部からなるシール構造。
- 水を流入する第一の流体流入口と湯を流入する第二の流体流入口とを軸線方向に間隔をおいて周壁に開けたハウジングと、前記水流入口と湯流入口との間の前記ハウジングの内壁を摺動ガイド面として軸線方向に移動可能に組み込んだ湯と水の混合比を調節する略円筒状の弁体と、前記水流入口側で前記弁体の軸線方向の一端面に対向する水弁座と、前記湯流入口側で前記弁体の軸線方向の他端面に対向する湯弁座と、前記水弁座の下流側に設けた混合水流出口と、前記混合水の温度上昇に伴い湯の割合を減少させる方向に前記弁体を付勢する感温体ばねと、前記弁体を前記感温体ばねとは反対方向に付勢するバイアスばねと、前記二つのばねの少なくとも一方の付勢力を可変し混合温度を調節する付勢力調節手段と、前記摺動ガイド面の一部に設けられ弾性シール部材を保持する保持溝と、略円筒状の前記弁体の外周面に設けられ前記弾性シール部材に対して摺動する摺動溝を有し、前記ハウジングは第一の流体流入口を有する第一の流体部材と第二の流体流入口を有する第二の流体部材に分割可能で、前記第一の流体部材と前記第二の流体部材とから保持溝を構成し、前記弾性シール部材は前記保持溝に保持される保持部と、前記弁体の径方向のしめしろの増加による軸線方向への摺動摩擦力増加を抑制する弾性摺動部からなる湯水混合装置。
- 弾性シール部材は、断面外周部が略円形となるシール層と、前記シール層内部に多数の中空部を有するＯリングで構成された請求項１記載のシール構造。
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