JP4127227B2 - 湯水混合栓 - Google Patents

Description

本発明は、浴室や洗面所などに配置され、２系統の配管を経由して個別に供給される湯と水とを混合して吐出する機能を有する湯水混合栓、特に、内部流路を通過する混合水の温度によってバネ定数が変化する形状記憶合金製の感温素子で弁体を付勢した構造を有する自動温度調節機能付きの湯水混合栓に関する。

浴室や洗面所などに配置されている従来の湯水混合栓は、吐水管またはシャワーのいずれから混合水を吐出させるかを選択するための切替ハンドルと、吐出する混合水の温度を調節するための温度調節ハンドルとを備えたものが一般的である。そして、温度調節ハンドルを所定方向に回転させると吐水管などから吐出する混合水の温度が上昇し、反対方向に回転させると混合水の温度が低下するようになっており、温度調節ハンドルの回転を止めた位置に応じた温度の混合水が吐出する機構となっている。

しかしながら、温度調節ハンドルの停止位置で予め設定される混合水の温度は、給水圧や給湯圧が変動すると容易に変化してしまう。そこで、これらの変動に対応して水と湯との混合割合を自動調節し、予め設定された温度を維持する自動温度調節機能を有するものが開発されている。

このような湯水混合栓においては、吐出する混合水の温度を低中温域に設定した場合、この領域では混合水の温度を微調節したいという要請がある。すなわち、温度調節ハンドルを大きく回転させても混合水の温度の変動が小さいことが求められる。一方、混合水の温度を高温域に設定する場合、温度調節ハンドルを少し回転させただけで直ちに高温の混合水を出したいという要請がある。

そこで、このような要請に応えるため、例えば、特許文献１に記載されているような湯水混合弁が提案されている。この湯水混合弁は、水シートと湯シートとを内蔵する筒状のバルブボディと、このバルブボディと同軸的に配置されその軸心線方向に進退可能な弁体と、弁体を湯シート接近方向に付勢する感温バネと、弁体を水シート接近方向に付勢するバイアスバネと、バイアスバネをバルブボディ軸心線方向に進退させる温度調節ハンドルとを備えたものである。そして、弁体が、中温吐出域に位置するときと、低温吐出域または高温吐出域に位置するときとで、バイアスバネによる付勢力を異ならせる付勢力切替手段が設けられている。

特許第３３９５６６０号公報（第８−２２頁）

特許文献１に記載の湯水混合弁においては、弁体に対する付勢力切替手段としてバネが用いられているため、要求される条件に合致した付勢力を発揮するバネを設計するには、バネを構成する線材の外径だけでなく、バネ自体の外径、内径、長さ、巻き数などの諸条件を適切に定める必要があり、設計上の制約が大きい。

また、付勢力切替手段としてバネを使用する場合、バネの伸縮範囲を確保するためのスペースを広く確保する必要があるため、湯水混合弁の大型化を招きやすい。また、バネを所定位置において伸縮可能状態に保持するための固定部材も必要となるため、部品数が増加する。このため、故障の可能性が高まり、製造コストも増加する。

本発明が解決しようとする課題は、低中温域における混合水温度の微調節機能と、高温域における混合水の迅速な昇温性とを兼備し、簡素な構造で設計が容易であり、故障が少なく、耐久性に優れた湯水混合栓を提供することにある。

本発明の湯水混合栓は、外部から供給される水および湯を個別に導入する水側ポートおよび湯側ポートと、水側ポートおよび湯側ポートから導入した水と湯との混合割合を調節する弁体と、弁体を駆動する感温素子と、バイアスバネを介して弁体を感温素子方向に接近離隔させる温度調節用操作手段とを備えた湯水混合栓において、
温度調節用操作手段と弁体との間に、両者間の距離が設定値以下となったときに弁体を感温素子方向へ付勢する高分子弾性材からなる補助弾性体を配置したことを特徴とする。ここで、高分子弾性材とは、合成ゴム材、天然ゴム材、合成樹脂材、合成繊維材などの各種弾性体を総称するものである。

このような構成とすれば、温度調節用操作手段と弁体との距離が設定値より大きな低中温域で温度調節用操作手段を操作した場合は、バイアスバネの付勢力のみが弁体に作用して、弁体を移動させることによって混合水の温度を調節する。したがって、微調節可能なバネ定数のバイアスバネを用いることで混合水温度の微調節が可能である。

一方、温度調節用操作手段と弁体との距離が設定値以下に接近するような高温域で温度調節用操作手段を操作した場合、バイアスバネの付勢力に加え、高分子弾性材からなる補助弾性体が弁体を付勢して弁体を感温素子方向へ移動させるので、温度調節用操作手段を少し操作するだけで、混合水温度を迅速に上昇させることができる。

この場合、補助弾性体の付勢力を利用したい温度域において温度調節用操作手段が補助弾性体に接するような補助弾性体を温度調節用操作手段と弁体との間に配置すればよい。即ち、温度調節用操作手段と弁体との距離が設定値以下になったとき温度調節用操作手段が補助弾性体に接するようなサイズの補助弾性体を配置すればよい。すなわち、補助弾性体は、前記設定値に応じて、その温度調節用操作手段の移動方向サイズのみを設定すればよいこととなる。

したがって、前記移動方向サイズ以外の補助弾性体の幅、径などの制約が大幅に緩和され、設計上の自由度が高まり、設計が容易となる。また、温度調節用操作手段と弁体との距離が設定値以下になったときに温度調節用操作手段が補助弾性体に接する状態を維持できればよいので、補助弾性体を保持するための部材も必要としない。このため、部品点数の削減が可能であり、構造が簡素化され、これによって故障可能性の減少およびコスト低減を図ることができる。

また、高分子弾性材からなる補助弾性体は発錆、腐蝕などのおそれがないため、耐久性も優れている。

ここで、前記高分子弾性材として合成ゴム材を用いれば、硬さのバリエーションが広く、加工が容易であり、その構成成分を変更することにより、形状や硬さを任意に設定することができるため、設計上の要請にも比較的容易に対応することができる。したがって、例えば、温度調節機能部の構成においてハウジングを短くするなどの要請があった場合でも適切な弾性力を得ることができる。

特に、合成ゴム材として、シリコーンゴムを用いれば、耐水性、耐熱性および耐塩素性を向上させることができる。また、シリコーンゴムは、他の合成樹脂や天然ゴムなどに比べて、耐熱性が格段に優れているため、給湯側の流路にも配置することができる。さらに、シリコーンゴムは、医療用器具としても広く使用されていることから分かるように、衛生性にも優れているため、飲料水用の水栓にも使用することができるという利点がある。

一方、前記補助弾性体は、バイアスバネの内周領域、バイアスバネの外周領域、バイアスバネの伸縮変形領域のうちのいずれか１カ所以上に配置することが望ましい。バイアスバネの内周領域に補助弾性体を配置すれば、バイアスバネのガタツキを防止することができるため、正確な温度調節が可能となる。バイアスバネの外周領域に補助弾性体を配置すれば、バイアスバネ内への混合水の流入が減少するため、吐水時の異音を減少させることができ、混合水によるバイアスバネの劣化を防ぐことができる。また、バイアスバネの伸縮変形領域に補助弾性体を配置すればバネ材同士の密着を防止できるので、バイアスバネの劣化防止に有効である。

また、前記補助弾性体の形状は筒状、環状、一部切欠環状または塊状のいずれかであることが望ましい。補助弾性体の形状を筒状、環状とすれば、その弾性力による押圧力を弁体の周回上に均一に作用させることが可能となるため、低中温域における混合水温度の微調節機能および高温域における迅速な昇温性がさらに向上する。補助弾性体の形状を一部切欠環状とすれば、バイアスバネに装着して配置することが可能となるため、バネ材同士の密着を回避することができ、バネの劣化防止に有効である。補助弾性体の形状を塊状とすれば、補助弾性体を固定する手段を簡略化することができるため、組み立ての容易化を図ることができるほか、補助弾性体の寸法管理はその外径値のみで良いこととなるため、部品の品質管理の簡素化、容易化も図ることができる。

さらに前記筒状の補助弾性体をバイアスバネと略同軸上に配置すれば、筒状の補助弾性体は、バイアスバネと同様、その弾性力による押圧力を弁体の周回上に均一に作用させることができるため、低中温域における混合水温度の微調節機能と、高温域における迅速な昇温性とがさらに向上する。また、筒状の補助弾性体とバイアスバネとが略同軸上にあることにより、筒状の補助弾性体とバイアスバネとの隙間を均一化することができるため、バイアスバネの振動、異音の原因となる混合水の不自然な流れの発生（乱流の発生）を防ぐことができる。

外部から供給される水および湯を個別に導入する水側ポートおよび湯側ポートと、水側ポートおよび湯側ポートから導入した水と湯との混合割合を調節する弁体と、弁体を駆動する感温素子と、バイアスバネを介して弁体を感温素子方向に接近離隔させる温度調節用操作手段とを備えた湯水混合栓において、温度調節用操作手段と弁体との間に、両者間の距離が設定値以下となったときに弁体を感温素子方向へ付勢する高分子弾性材からなる補助弾性体を配置したことにより、低中温域における混合水温度の微調節機能と高温域における混合水の迅速な昇温性とを兼備し、簡素な構造で設計が容易となり、故障が減少し耐久性も優れたものとなる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態である湯水混合栓について説明する。図１は本発明の実施の形態である湯水混合栓を示す斜視図、図２は図１に示す湯水混合栓の垂直断面図、図３は図２の一部拡大図、図４は図３の一部拡大図、図５は図１に示す湯水混合栓を構成する制御機構を示す断面図、図６は図５に示す制御機構の分解斜視図、図７は図４に示す温度調節機能部の動作状態を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の湯水混合栓１は、浴室の壁面Ｗなどに配管された給湯管７および給水管８を経由して個別に供給される湯と水とを混合して吐出する機能を有するものである。この湯水混合栓１においては、吐水管５またはシャワーホース６のいずれから吐水させるかを選択するための切替ハンドル４と、吐出する混合水の温度を調節するための温度調節ハンドル３とが、円筒形状をした水栓本体２の両側に設けられている。温度調節ハンドル３を壁面Ｗ方向へ回転させると吐水管５などから吐出する混合水の温度が上昇し、手前方向に回転させると混合水の温度が低下し、温度調節ハンドル３の回転を止めた位置に応じた温度の混合水が吐出する。

図２，図３に示すように、水栓本体２内部の中央にはシャワー側出口開口部１４が開設され、その右側には切替ハンドル４の回転操作で作動する流量調節機能部１３が配置され、左側には温度調節ハンドル３で作動する温度調節機能部１２が配置されている。流量調節機能部１３は、外筒１１、内筒１０および吐水管側出口１５などを備えている。

温度調節機能部１２は、給水管８および給湯管７からそれぞれ供給される水および湯を個別に導入する水側ポートＡおよび湯側ポートＢと、水側ポートＡおよび湯側ポートＢから水栓本体２内へ導入した水と湯との混合割合を調節する弁体９と、弁体９に当接して湯と水とを混合させるスペーサ３７と、スペーサ３７を介して弁体９を駆動する感温素子３６と、バイアスバネ３８を介して弁体９を感温素子３６方向に接近離隔させる温度調節用操作手段である温度調節ハンドル３とを有している。

感温素子３６は、円筒形状の水側ソケット３２内に配置され、水側ソケット３２内に形成された混合室Ｅ内の混合水の温度を感知し、スペーサ３７を介して弁体９を駆動する。湯側ポートＢから湯室Ｄへ導入された湯は、水側ポートＡから水室Ｃへ導入された水とはスペーサ３７内の混合室Ｅで混合された後、混合水流出口３５を経て、吐水管５またはシャワーホース６（図１参照）へ流出する。

湯水混合栓１に内蔵された温度調節機能部１２において、温度調節用操作手段は、温度調節ハンドル３、スピンドル２１およびスライドブロック２２とで構成され、温度調節ハンドル３を回転させるとスピンドル２１が同時に回転し、スライドブロック２２が感温素子３６方向へ接近離隔するようになっている。

また、図４に示すように、ハウジング３１に内蔵されたスライドブロック２２と弁体９との間には、ヘッド２３、バイアスバネ３８、補助弾性体３９、フック２４および保持座２５からなる制御機構２６が配置され、弁体９の両端部には水弁座３３および湯弁座３４が設けられている。制御機構２６は、図５，図６に示すように、複数の支持脚２３ｃを有する環形状のヘッド２３と、底部に一対の貫通孔２５ａを有する皿状の保持座２５と、略Ｕ字形状のフック２４と、コイル形状のバイアスバネ３８と、円筒形状の補助弾性体３９とで形成されている。

制御機構２６を組み立てる場合、まず、フック２４の折曲部２４ａが保持座２５の凹部に位置するような姿勢でフック２４を保持座２５の貫通孔２５ａに挿通した後、フック２４の両方の端部２４ｂを互いに接近するように押圧してフック２４の外側に補助弾性体３９を装着し、これらの外側にバイアスバネ３８を装着する。そして、フック２４の両方の端部２４ｂを再び接近するように押圧した状態で、ヘッド２３の開口部２３ａに挿入し、端部２４ｂをそれぞれ係止孔２３ｂに挿入すれば、図５に示すように、独立した形状の制御機構２６が完成する。

次に、図７を参照して、制御機構２６を含む温度調節機能部１２の動作について説明する。図１〜図３で示した温度調節ハンドル３が低温域にセットされたときは、図４に示すように、スライドブロック２２は温度調節ハンドル３側（図３参照）に寄っているため、図７（ａ）に示すように、スライドブロック２２は保持座２５から離れた状態にある。

ここで、図３に示す温度調節ハンドル３を温度上昇方向へ回転させると、図４に示すスピンドル２１が同時に回転してスライドブロック２２がバイアスバネ３８方向へ移動していき、やがて図７（ｂ）に示すように、スライドブロック２２の先端面が保持座２５に接触する。このような中温域において温度調節ハンドル３を温度上昇方向あるいは下降方向へ回転させた場合、バイアスバネ３８の付勢力のみが弁体９に作用して、弁体９を移動させることによって混合水の温度を調節する。したがって、微調節可能なバネ定数のバイアスバネ３８を用いることにより、中温域における混合水温度の微調節が可能となる。

次に、温度調節ハンドル３をさらに温度上昇方向へ回転させるとスライドブロック２２がバイアスバネ３８方向へ移動していき、やがて図７（ｃ）に示すように、保持座２５の凸部が補助弾性体３９に接触するため、スライドブロック２２が保持座２５を介して補助弾性体３９を押圧するようになる。

すなわち、スライドブロック２２と弁体９との距離が、補助弾性体３９のサイズで規定される設定値以下となると、スライドブロック２２が保持座２５を介して補助弾性体３９を押圧するようになり、この押圧力によって補助弾性体３９が弁体９を感温素子３６方向へ付勢することとなる。

したがって、このような高温域で温度調節ハンドル３を操作した場合、バイアスバネ３８の付勢力に加え、補助弾性体３９が弁体９を付勢し、弁体９を感温素子３６方向へ移動させるので、温度調節ハンドル３を少し回転させるだけで、混合水の温度は迅速に上昇する。

このように、本実施形態においては、補助弾性体３９の付勢力を利用したい温度域で、温度調節用操作手段の一部をなすスライドブロック２２（保持座２５）が補助弾性体３９に接するようなサイズの補助弾性体３９をスライドブロック２２と弁体９との間に配置すればよい。すなわち、スライドブロック２２と弁体９との距離が設定値以下になったときに、スライドブロック２２が、直接または間接的に補助弾性体３９に接するようなサイズの補助弾性体３９を配置すればよい。したがって、補助弾性体３９は、前記設定値に応じて、そのスライドブロック２２の移動方向のサイズのみを設定すればよいこととなる。

したがって、前記移動方向のサイズ以外の補助弾性体３９の幅、径などの制約が大幅に緩和され、設計上の自由度が高まるため、設計が容易である。また、スライドブロック２２と弁体９との距離が設定値以下になったとき、スライドブロック２２が補助弾性体３９を押圧する状態を維持できればよいので、補助弾性体３９を保持するための部材も不要である。このため、部品点数の削減が可能であり、構造が簡素化され、これによって故障可能性の減少およびコスト低減を図ることができる。

本実施形態では、補助弾性体３９を、バイアスバネ３８の内側に配置しているため、バイアスバネ３８のガタツキが発生せず、正確な温度調節が可能である。また、補助弾性体３９としてシリコーンゴム製の円筒状弾性体を用いているため、発錆、腐蝕などのおそれがなく、耐久性も優れている。

また、円筒状をした補助弾性体３９は、バイアスバネ３８と略同軸上に配置しているため、その弾性力による押圧力を弁体９の周回上に均一に作用させることができる。このため、低中温域における混合水温度の微調節が可能であり、高温域における迅速な昇温性を得ることができる。また、補助弾性体３９とバイアスバネ３８とを略同軸上に配置したことにより、補助弾性体３９とバイアスバネ３８との隙間を均一化することができるため、バイアスバネ３８の振動、異音の原因となる混合水の不自然な流れ（乱流）の発生を防ぐことができる。

なお、補助弾性体３９のサイズや硬さなどは他の部材との兼ね合いで決定されるため一義的に定めることはできないが、本実施形態において、硬さ４０度〜６０度程度のシリコーンゴム製の管状体を用いたところ、前述したように、低中温域における混合水温度の微調節が可能となり、高温域における迅速な昇温性も得ることができた。また、補助弾性体３９はシリコーンゴム製であることにより、優れた耐水性、耐熱性および耐塩素性に加え、衛生性を確保することができる。

また、本実施形態の湯水混合栓１においては、図５などで示したように、制御機構２６が独立した部材となっているため、一旦組み立てた後は、補助弾性体３９などが勝手に外れることがない。このため、湯水混合栓１の製造工程における、制御機構２６の取り扱い、組み込み作業は容易であり、製造工程の効率化を図ることができる。

次に、図８〜図１０を参照して、制御機構に関するその他の実施の形態について説明する。図８，図９および図１０（ａ）〜（ｃ）はいずれも制御機構に関するその他の実施の形態を示す斜視図である。なお、図８〜図１０において、図５などで示した制御機構２６と同じ機能、効果を発揮する部材については、同じ符号を付して説明を省略する。

図８に示す制御機構４０においては、円筒形状の補助弾性体４１をバイアスバネ３８の外側に配置している。このため、バイアスバネ３８内への湯の流入が減少し、吐水時の異音発生を抑制することができるほか、湯によるバイアスバネ３８の劣化を防ぐことができる。

図９に示す制御機構５０においては、円筒形状の補助弾性体５１をバイアスバネ３８の外側に配置するとともに、保持座２５に補助弾性体５１を取り付けている。このような構成とすれば、保持材２５と補助弾性体５１とが離れている場合に補助弾性体５１の上端面に湯が当たることで発生する弁体（図示せず）への押圧力が発生しないため、温度調節機能が向上する。また、補助弾性体５１がヘッド２３に接した状態となると、前述したように、バイアスバネ３８への湯の流入が減少するため、吐水時の異音発生を抑制することができるほか、湯によるバイアスバネ３８の劣化を防ぐことができる。なお、制御機構５０において、保持座２５が合成樹脂製であれば、超音波溶着で補助弾性体５１と保持座２５とを接合することができる。

図１０（ａ）に示す制御機構６０においては、塊状の一形態である球体状の補助弾性体６１をバイアスバネ３８の内側に配置している。このような構成とすれば、補助弾性体６１を固定する必要がないため、制御機構６０の組み立てが容易となる。また、補助弾性体６１が球体状であることにより、補助弾性体６１の寸法管理は、外径値のみで良いこととなるため、部品の品質管理が極めて容易となる。

図１０（ｂ）に示す制御機構７０においては、バイアスバネ３８の伸縮変形領域に、一部切欠環状の一形態であるスプリングワッシャ状の補助弾性体７１を配置しているため、バイアスバネ３８を構成するスプリング材同士の密着を防止することができ、バイアスバネ３８の劣化防止に有効である。また、補助弾性体７１の配置個数を増減することにより付勢力を調節することができるため、湯水混合栓の使用条件が異なることによって生じる付勢力の過不足に容易かつ的確に対応することができる。なお、一部切欠環状の補助弾性体７１は切れ目（切欠部分）があるため、バイアスバネ３８に対する装着性は良好であり、脱着も容易である。

図１０（ｃ）に示す制御機構８０においては、側面に複数の開口部８１ａを有する円筒形状の補助弾性体８１をバイアスバネ３８の外側に配置するとともに、弁体８２の上部に補助弾性体８１を取り付けている。このような構成とすれば、弁体８２の最大外周径付近に補助弾性体８１による押圧力を作用させることができるため、対向する水側シート（図示せず）に対し均一にシールすることが可能となる。このため、高温吐出を所望する場合、給水側からの漏水を最小限に抑止して、より高温の混合水を吐出させることができる。

本発明の湯水混合栓は、一般住宅の浴室や洗面所などに配置される水道機器の一部として広く利用することができる。

本発明の実施の形態である湯水混合栓を示す斜視図である。 図１に示す湯水混合栓の垂直断面図である。 図２の一部拡大図である。 図３の一部拡大図である。 図１に示す湯水混合栓を構成する制御機構を示す部分断面図である。 図５に示す制御機構の分解斜視図である。 図４に示す温度調節機能部の動作状態を示す図である。 制御機構に関するその他の実施の形態を示す斜視図である。 制御機構に関するその他の実施の形態を示す斜視図である。 制御機構に関するその他の実施の形態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 湯水混合栓
２ 水栓本体
３ 温度調節ハンドル
４ 切り替えハンドル
５ 吐水管
６ シャワーホース
７ 給湯管
８ 給水管
９，８２ 弁体
１０ 内筒
１１ 外筒
１２ 温度調節機能部
１３ 流量調節機能部
１４ シャワー側出口開口部
１５ 吐水管側出口
２１ スピンドル
２２ スライドブロック
２３ ヘッド
２３ａ 開口部
２３ｂ 係止孔
２３ｃ 支持脚
２４ フック
２４ａ 折曲部
２４ｂ 端部
２５ 保持座
２５ａ 貫通孔
２６，４０，５０，６０，７０，８０ 制御機構
３１ ハウジング
３２ 水側ソケット
３３ 水弁座
３４ 湯弁座
３５ 混合水流出口
３６ 感温素子
３７ スペーサ
３８ バイアスバネ
３９，４１，５１，６１，７１，８１ 補助弾性体
８１ａ 開口部
Ａ 水側ポート
Ｂ 湯側ポート
Ｃ 水室
Ｄ 湯室
Ｅ 混合室
Ｗ 壁面

Claims (5)

1. 外部から供給される水および湯を個別に導入する水側ポートおよび湯側ポートと、前記水側ポートおよび前記湯側ポートから導入した水と湯との混合割合を調節する弁体と、前記弁体を駆動する感温素子と、バイアスバネを介して前記弁体を前記感温素子方向に接近離隔させる温度調節用操作手段とを備えた湯水混合栓において、
   前記温度調節用操作手段と前記弁体との間に、両者間の距離が設定値以下となったときに前記弁体を前記感温素子方向へ付勢する高分子弾性材からなる補助弾性体を配置したことを特徴とする湯水混合栓。
2. 前記高分子弾性材として合成ゴムを用いた請求項１記載の湯水混合栓。
3. 前記補助弾性体を、前記バイアスバネの内周領域、前記バイアスバネの外周領域、前記バイアスバネの伸縮変形領域のうちのいずれか１カ所以上に配置した請求項１または２記載の湯水混合栓。
4. 前記補助弾性体の形状が筒状、環状、一部切欠環状または塊状のいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載の湯水混合栓。
5. 前記筒状の補助弾性体を前記バイアスバネと略同軸上に配置した請求項４記載の湯水混合栓。

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