(57)【要約】【課題】省電力の水栓装置を提供する。【解決手段】給水路の外周に設けられ、電源から供給される電気により磁場を発生させるコイル部と、前記給水路の中に設けられ、前記磁場の変化に応じて可動とされたマグネットと、弁座及び弁体を有し、前記マグネットに連動して前記水流の流量を調整するバルブと、を有するバルブ部と、前記バルブ部への通電を制御する制御部と、を備え、前記バルブの開度は、複数ステップの開度に変更可能に設けられ、  前記バルブの開度を変更する際に、前記電源からの通電を行う通電期間と、前記電源からの通電を行わない非通電期間と、を備えた制御をすることを特徴とする水栓装置を提供する。【選択図】図１７
2010230055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水路の外周に設けられ、電源から供給される電気により磁場を発生させるコイル部と、前記給水路の中に設けられ、前記磁場の変化に応じて可動とされたマグネットと、弁座及び弁体を有し、前記マグネットに連動して前記水流の流量を調整するバルブと、を有するバルブ部と、
前記バルブ部への通電を制御する制御部と、
を備え、
前記バルブの開度は、複数ステップの開度に変更可能に設けられ、
前記バルブの開度を変更する際に、前記電源からの通電を行う通電期間と、前記電源からの通電を行わない非通電期間と、を備えた制御をすることを特徴とする水栓装置。
【請求項２】
前記バルブの開度を変更するために前記制御部が前記バルブ部への通電を開始させた時点から前記マグネットが停止して前記バルブの開度の変更が完了する時点までをバルブ開度変更期間とし、前記マグネットが完全に停止した際の前記マグネットの位置を停止位置とした場合に、
前記バルブ開度変更期間における前記マグネットに作用する慣性力が、前記マグネットが前記停止位置で停止する程度に小さくなった時点で、前記制御部は前記バルブ部への通電を停止させることを特徴とする請求項１に記載の水栓装置。
【請求項３】
前記バルブの開度を同時に二ステップ以上変更する場合において、
前記バルブの開度を一ステップ変更する毎に前記通電期間と前記非通電期間とを備えた制御を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の水栓装置。
【請求項４】
前記バルブの開度を同時に二ステップ以上変更する場合において、
前記バルブの開度を変更する最後のステップでのみ前記非通電期間を備えた制御を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の水栓装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水栓装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、電動の流量制御弁が提案されている。例えば、特許文献１では、水栓本体に、給水路を開閉する主弁と、温調弁と、蛇口とシャワーヘッドとの間で吐水を切り替える切替弁とを電気駆動弁として設けるとともに水流で発電する発電機を設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３５３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、省電力の水栓装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、給水路に付設され前記給水路内の水流を利用して発電する発電機を含む電源と、前記給水路の外周に設けられ、前記電源から供給される電気により磁場を発生させるコイル部と、前記給水路の中に設けられ、前記磁場の変化に応じて可動とされたマグネットと、弁座及び弁体を有し、前記マグネットに連動して前記水流の流量を調整するバルブと、前記バルブを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記バルブの位置は、複数のステップに変更可能に設け、前記ステップの変更を操作する操作部を備え、前記制御部は、前記操作部からの信号により前記駆動部を制御するものであって、前記制御部が前記ステップを変更する制御をする際に、前記電源からの通電を行う通電期間と、前記電源からの通電を行わない非通電期間と、を備えた制御をすることを特徴とする水栓装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、省電力の水栓装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る水栓装置を例示するブロック図である。
【図２】バルブ部３を例示する模式図である。
【図３】バルブ３３（弁体３３ａ及び弁座３３ｂ）の構成を例示する模式斜視図である。
【図４】バルブ３３の動作を例示する模式平面図である。
【図５】コイル部３１を例示する模式斜視図である。
【図６】図５に表されるコイル部３１の分解斜視図である。
【図７】マグネット３２を例示する模式斜視図である。
【図８】マグネット３２とヨーク極歯２５３、２６２との配置関係を例示する模式平面図である。
【図９】コイル部３１の他の構成を例示する模式図である。
【図１０】発電機２ａを例示する模式断面図である。
【図１１】水栓装置１を浴室に適用した応用例を表した模式斜視図である。
【図１２】水栓装置１の他の構成を例示する模式断面図である。
【図１３】比較例を表した模式図である。
【図１４】バルブ３３のさらに別の構成を例示する模式図である。
【図１５】バルブ３３のさらに別の構成を例示する模式斜視図である。
【図１６】バルブ３３のさらに別の構成を例示する模式断面図である。
【図１７】ステップを変更する場合の制御の通電状態を例示する模式図である。
【図１８】マグネットの位置と制御の通電状態との関係を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
第１の発明は、給水路の外周に設けられ、電源から供給される電気により磁場を発生させるコイル部と、前記給水路の中に設けられ、前記磁場の変化に応じて可動とされたマグネットと、弁座及び弁体を有し、前記マグネットに連動して前記水流の流量を調整するバルブと、を有するバルブ部と、前記バルブ部への通電を制御する制御部と、を備え、前記バルブの開度は、複数ステップの開度に変更可能に設けられ、前記バルブの開度を変更する際に、前記電源からの通電を行う通電期間と、前記電源からの通電を行わない非通電期間と、を備えた制御をすることを特徴とする水栓装置である。
この水栓装置によれば、省電力の水栓装置が提供される。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記バルブの開度を変更するために前記制御部が前記バルブ部への通電を開始させた時点から前記マグネットが停止して前記バルブの開度の変更が完了する時点までをバルブ開度変更期間とし、前記マグネットが完全に停止した際の前記マグネットの位置を停止位置とした場合に、前記バルブ開度変更期間における前記マグネットに作用する慣性力が、前記マグネットが前記停止位置で停止する程度に小さくなった時点で、前記制御部は前記バルブ部への通電を停止させることを特徴とする水栓装置である。
この水栓装置によれば、省電力の水栓装置が提供される。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記バルブの開度を同時に二ステップ以上変更する場合において、前記バルブの開度を一ステップ変更する毎に前記通電期間と前記非通電期間とを備えた制御を行なうことを特徴とする水栓装置である。  
この水栓装置によれば、各ステップ毎に、通電期間と非通電期間とを備えた制御をすることによって、消費電力を節電することができるとともに、安定して駆動させることができる。
【００１１】
第４の発明は、第１または第２の発明において、前記バルブの開度を同時に二ステップ以上変更する場合において、前記バルブの開度を変更する最後のステップでのみ前記非通電期間を備えた制御を行なうことを特徴とする水栓装置である。
この水栓装置によれば、最後のステップ変更をする際のみに、非通電期間を設けた制御をするので、消費電力を節電することができるとともに、安定して駆動させることができる。
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る水栓装置を例示するブロック図である。  
図１に表したように、本発明の実施形態に係る水栓装置１は、給水路Ｓに付設された電源２と、バルブ部３と、を備える。水栓装置１は、例えば、浴室、台所等の水回り空間で用いることができる。
【００１４】
電源２は、給水路Ｓ内の水流を利用して発電する発電機２ａを有する。発電機２ａは、水流により回転する水車を有する発電機であってよい。発電機２ａを用いることにより、水栓装置の各種動作のための交流電源（商用電源）を用いる必要がなくなる。このため、省電力が図られる。また、商用電源を用いた場合、浴室などの水回りでは感電・漏電防止のために絶縁対策を行う必要があるが、本実施形態ではこの必要がなく、装置の簡素化及び費用の低減が図られる。
【００１５】
また、電源２は、発電機２ａで発電された電気を貯蔵する蓄電器２ｂをさらに有してよい。蓄電器２ｂは、例えばキャパシタや電池であってよい。蓄電器２ｂを設けることにより、水流がなく発電機２ａが発電することができないときでも、蓄電器２ｂの電気を用いてバルブの開閉等の各種動作を行うことが可能となる。
【００１６】
また、水栓装置１には、必要に応じ、調圧弁４、電磁弁５、シャワー６、制御部７等がさらに設けられてもよい。調圧弁４により、水栓装置１に適切な圧力の水流が提供され得る。また、電磁弁５により、水流を完全に閉止することができる。後述するようにバルブ部３は水流を完全に閉止しない構成を有するところ、水流を完全に閉止することが求められる場合においては、電磁弁５を設けることが有効である。
【００１７】
制御部７は、マイクロコンピュータやスイッチを有してよく、シャワー６などに設けられた入力手段からの入力情報（リモコン信号等）を受信して各種制御を行うことができる。例えば、コイル部３１に流れる電流を制御することによりバルブ部３の制御を行ったり、電磁弁５の開閉を行ったりすることができる。
【００１８】
なお、調圧弁４、電磁弁５、シャワー６、制御部７等は、電源２から供給される電気を用いて動作する構成にしてよい。
【００１９】
次に、バルブ部３について、図２〜図９を参照しつつ説明する。  
まず、バルブ部３の概略構成について、図２を参照しつつ説明する。  
図２は、バルブ部３を例示する模式図である。図２（ａ）は模式平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２０】
バルブ部３は、いわゆるキャンド（caned）型の構造を有する。キャンド型とは、ロータ（弁体）が流体中にあり、隔壁を介して流体の外側から電磁力の作用によりロータを回転させる構造をいう。
【００２１】
図２に表したように、バルブ部３は、給水路Ｓの外周に設けられ、電源２から供給される電気を用いて磁場を変化させるコイル部３１と、給水路Ｓの中に設けられ、磁場の変化に応じてコイル部３１の設置された部分の給水路Ｓに略平行な回転軸の回りに回動するマグネット３２と、流路に対して略垂直な面を有する弁座３３ｂ及び弁体３３ａを有し、マグネット３２の回動に連動して水流の流量を制御するバルブ３３と、を有する。水流の方向は、図示したように上から下（弁体３３ａから弁座３３ｂ）の方向であってよく、あるいはこれと逆の方向であってもよい。なお、コイル部３１が設けられる「給水路Ｓの外周」とは、給水路Ｓを構成する表面（管壁）の外側にある周囲領域を意味する。
【００２２】
また、弁座３３ｂは、給水路Ｓに固定して設けられ、弁体３３ａは、マグネット３２に連動して回動する構成にしてよい。
【００２３】
このように、配管（給水路Ｓの表面）を挟んで給水路Ｓの外と中との間の電磁作用によりバルブ３３を駆動する構成により、従来のような配管からの水漏れを抑えるための軸シール（バルブの回転軸と配管との間を封止する措置）が不要となる。これに伴い、軸シール部の摩擦の問題がなくなる。このため、水栓に付設した水力発電機による発電のような少ない電力でもバルブ３３を駆動することができる。
【００２４】
次に、バルブ３３の構成及び動作について、図３及び図４を参照しつつ説明する。  
図３は、バルブ３３（弁体３３ａ及び弁座３３ｂ）の構成を例示する模式斜視図である。  
図４は、バルブ３３の動作を例示する模式平面図である。図４（ａ）は、最閉止時（開度の最も小さい状態にあるときをいう。以下同じ）におけるバルブ３３を例示した模式平面図であり、図４（ｂ）は、最閉止時から最開放時（開度の最も大きい状態にあるときをいう。以下同じ）に至るまでのバルブ３３の開閉状況を例示した模式平面図である。
【００２５】
図３（ａ）及び（ｂ）に表したように、弁座３３ｂは流路に対して略並行な突出部３３ｔを有してよく、弁体３３ａは突出部３３ｔに係合する円筒部３３ｒを有してよい。弁体３３ａは、突出部３３ｔ及び円筒部３３ｒを介して、弁座３３ｂに対して回動可能となる。回動は、突出部３３ｔの回り、すなわち流路に対して略平行な回転軸の回りに行われる。
【００２６】
また、弁座３３ｂ及び弁体３３ａは、例えば水の流路に対して略並行な方向に開けられた切り込み部Ｐ２及びＰ１をそれぞれ有してよい。前述した回動動作とこれら切り込み部の存在とが相まって、バルブ３３は流量を調節することができる。すなわち、主面上で切り込み部Ｐ１と切り込み部Ｐ２とが重複する領域においては水が通過することができ、それ以外の領域においては水が通過することができない。回動を行うことにより、この重複する領域の面積は変化し、これにより通過する水の量を調節することが可能となる。ここで、「主面」とは、バルブ３３近傍における流路に対して略垂直な面をいう。
【００２７】
また、図３（ａ）に表したように、弁座３３ｂは、突起部３３ｓを有してよい。突起部３３ｓにより、弁体３３ａの回動動作に制限がかけられる。すなわち、切り込み部Ｐ１の表面（側面）が突起部３３ｓと接した場合、弁体３３ａは突起部３３ｓの方向にそれ以上回動することはできない。このように回動を一定範囲内に制限することにより、流量の制御が容易になる。
【００２８】
また、図３（ｂ）に表したように、弁体３３ａはマグネット３２を固定するための突起部３３ｍを有してよい。これにより、弁体３３ａとマグネット３２とは連動することになる。
【００２９】
本実施形態において、水の流量は、バルブ３３が最も閉止したときにおいてもゼロよりも大きい。すなわち、バルブ３３は、水流を完全に閉止することはない。これを可能ならしめるため、バルブ３３は、最閉止時において切り込み部Ｐ１及びＰ２を通る水の通路を形成する構造を有してよい。
【００３０】
図４（ａ）に表した例では、最閉止時において、主面上で切り込み部Ｐ１と切り込み部Ｐ２とが重複する領域（重複領域Ｗ）が存在する。これにより、流量は、最閉止においてもゼロにならない。すなわち、切り込み部Ｐ１及びＰ２を直線的に貫通する水の流路が形成される。また、図示しないが、最閉止時において、主面上で重複領域Ｗが存在しない構成であっても、例えば弁体３３ａと弁座３３ｂとの間に隙間が存在する場合には、切り込み部Ｐ１及びＰ２を通る水の通路が形成され、流量はゼロにならない。これに関しては、後に詳述する。
【００３１】
また、図４（ｂ）に表したように、主面上で切り込み部Ｐ１と切り込み部Ｐ２とが重複する領域であるバルブ３３の開度は、複数のステップ、すなわち、多段階に調整される。この調整は、マグネット３２を多段階に回動させることにより行われる。この場合、バルブ３３の最閉止時においても発電機を作動することができるような構成にすることができる。段階的に調整することで、種々の流量調整が可能となり、また動きを早くすることができる。
【００３２】
このようにバルブ３３を非完全止水型に構成することにより、バルブ３３の開閉が容易になる。バルブ３３が完全に閉止されると、上流側と下流側との圧力差が大きくなり、弁体３３ａと弁座３３ｂとの間の摩擦力が大きくなる。しかし、本実施形態によれば、バルブ３３は常に開放された状態にあるため、上流側と下流側との圧力差は相対的に小さく、弁体３３ａと弁座３３ｂとの間の摩擦力は相対的に小さい。このため、バルブ３３の駆動時の消費電力を抑制することができる。この結果、水栓に取り付けた水力発電のような少ない電力でも、連続的にバルブ３３を駆動することができる。また、バルブ３３の開閉の円滑化が図られる。
【００３３】
また、発電機２ａが発電可能となる程度に流量を確保することにより、各種動作の円滑性や迅速性が確保され得る。このため、最閉止時の流量としては、例えば、発電機２ａが水流により回転する水車を有する場合において、少なくとも水車が回転可能な流量であってよい。発電機の発電量は一般的に、流量が増加すると、水車の回転数が増加し、マグネットの回転数が増加する。この結果、発電機の起電圧が上昇し、発電量も増加する。したがって、最も流量の小さいときに発電量は最も小さくなる。この状態で消費側の電力を発電機で賄うことができれば、流量が増えた状態では問題なく電力を賄うことができ、すべての流量域で発電機により電力をカバーできるようになる。
なお、バルブ３３を非完全止水型とする具体的な構造としては、図３及び図４に関して前述したもの以外にも、例えば、弁体３３ａと弁座３３ｂとの間に所定の間隔を設ける構造であってもよい。すなわち、弁体３３ａと弁座３３ｂに、水の通路となる開口または切り欠きをそれぞれ設ける。この場合、弁体３３ａと弁座３３ｂとの相対的な位置関係を変化させることにより、これら開口（または切り欠き）の重なり部の面積を変化させ、水の通路の断面積を変化させることで、流量を制御できる。
そして、これら開口の重なり部がなくなる位置まで弁体３３ａを動かした状態においても、弁体３３ａと弁座３３ｂとの間隙を介して水の通路が確保される。つまり、弁体３３ａの開口（または切り欠き）と、弁体３３ａ及び弁座３３ｂの間隙と、弁座３３ｂの開口（または切り欠き）と、により形成される通路が確保される。従って、バルブ３３の最閉止時においても、弁体３３ａと弁座３３ｂとが離間し、弁体３３ａと弁座３３ｂとの間に水の通路となる間隙が形成され、非完全止水型にすることができる。
【００３４】
次に、コイル部３１及びマグネット３２について、図５〜図９を参照しつつ説明する。
図５は、コイル部３１を例示する模式斜視図である。  
図６は、図５に表されるコイル部３１の分解斜視図である。  
図７は、マグネット３２を例示する模式斜視図である。  
図８は、マグネット３２とヨーク極歯２５３、２６２との配置関係を例示する模式平面図である。  
図９は、コイル部３１の他の構成を例示する模式図である。図９（ａ）は模式断面図であり、図９（ｂ）及び（ｃ）は模式斜視図である。
【００３５】
コイル部３１は、図５、６に表される１対のヨーク２５、２６と、これらヨーク２５、２６が組み合わされて形成される環状の空間内に配設されたコイル配線部２０とを有する。
【００３６】
ヨーク２５、２６は、共に磁性体からなる。ヨーク２５は、コイル配線部２０の一方の端面部に対向される環状部２５１と、コイル配線部２０の周面部に対向される周面部２５２とを有し、さらに環状部２５１の内周縁部には、軸方向に突出した複数の極歯２５３が設けられている。ヨーク２６は、コイル配線部２０の他方の端面部に対向される環状部２６１と、この環状部２６１の内周縁部に、軸方向に突出して設けられた複数の極歯２６２とを有する。ヨーク２５、２６は、磁気回路を形成する機能を有する。極歯２５３、２６２は、磁気誘導を行うインダクタの機能を有する。
【００３７】
ヨーク２５の極歯２５３は、周方向に沿って等間隔で設けられ、ヨーク２６の極歯２６２も周方向に沿って等間隔で設けられており、図５に表されるように、一方のヨークの極歯の間に、他方のヨークの極歯を等間隔に位置させて、両ヨーク２５、２６の極歯２５３、２６２は、コイル配線部２０の内周面に対向する。また、ヨーク２５の極歯２５３の間隔と、ヨーク２６の極歯２６２の間隔と、は略同一にすることができる。
【００３８】
マグネット３２は、図７及び図８に表されるように、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁されており、それぞれのヨーク２５、２６の極歯２５３、２６２は、給水路Ｓの管壁を間に挟んで、マグネット３２のＮ極またはＳ極に対向する。コイル配線部２０は、極歯２５３、２６２および給水路Ｓの管壁を間に挟んで、マグネット３２に対向する。
【００３９】
ここで、コイル部３１（コイル配線部２０）に電流が流れると、磁場が変化する。電流の向きにより、環状部２５１側及び環状部２６１側には、それぞれＮ極及びＳ極、またはＳ極及びＮ極の磁場が発生する。これにより、ヨーク２５、２６の極歯２５３、２６２が着磁される。すなわち、ヨーク２５がＮ極のときヨーク２６がＳ極、ヨーク２５がＳ極のときヨーク２６がＮ極という状態になり、極歯２５３は環状部２５１と同一の、また極歯２６２は環状部２６１と同一の極性に着磁される。
【００４０】
マグネット３２は、図７及び図８に表されるように、周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に並んで着磁されている。このため、マグネット３２は、マグネット３２に対向している極歯２５３、２６２の極性と磁気的平衡状態を保つように回転する。これにより、マグネット３２に固定された弁体３３ａも回転する。
【００４１】
また、図９に表したように、コイル部３１は、流路方向に積層して設けられた２つのコイル部３１ａ、３１ｂを有してよい。コイル部３１ａは、流路方向に突出した複数の極歯２５３ａを回動方向に等間隔で有するヨーク２５ａを有してよい。また、流路方向に突出した複数の極歯２６２ａを回動方向に等間隔で有するヨーク２６ａをさらに有してよい。さらに、極歯２５３ａの間に極歯２６２ａを等間隔に配置してもよい。同様に、コイル部３１ｂも、流路方向に突出した複数の極歯２５３ｂを回動方向に等間隔で有するヨーク２５ｂを有してよく、また、流路方向に突出した複数の極歯２６２ｂを回動方向に等間隔で有するヨーク２６ｂをさらに有してよい。さらに、極歯２５３ｂの間に極歯２６２ｂを等間隔に配置してもよい。
図示したように、隣接する極歯２５３ａおよび極歯２６２ａにより形成される円周を隣接する極歯２５３ａおよび極歯２６２ａの中心線で区切った円弧に対する中心角と、隣接する極歯２５３ｂおよび極歯２６２ｂにより形成される円周を隣接する極歯２５３ｂおよび極歯２６２ｂの中心線で区切った円弧に対する中心角と、は略同一である。
【００４２】
ここで、極歯２５３ａおよび極歯２５３ｂにより形成される円周を、隣接する極歯２５３ａおよび極歯２５３ｂの中心線により区切った円弧に対する中心角は、該円周を、隣接する２つの極歯２５３ａおよび極歯２６２ａの中心線により区切った円弧に対する中心角の略２分の１である。図９では、マグネット３２が１２の極性を有し（Ｎ極及びＳ極が６個ずつ）、これに対応して極歯２５３ａおよび極歯２６２ａは各々６個、互いにそれぞれの間に入るように設けられている。隣接する２つの極歯２５３ａおよび極歯２６２ａの形成する円周を各々の中心線により区切った円弧に対する中心角は、３０度である。そして、該円周を、隣接する極歯２５３ａと極歯２５３ｂの中心線とにより区切った円弧に対する中心角は、３０度の２分の１である１５度である。これにより、マグネット３２をよりきめ細かく回動させることができる。
換言すれば、次のようになる。すなわち、コイル部３１ａは、水流の進行方向に突出した複数の第１の極歯（極歯２５３ａ）を回動方向に等間隔で有する第１のヨーク（ヨーク２５ａ）と、水流の進行方向と逆の方向に突出した複数の第２の極歯（極歯２６２ａ）を回動方向に等間隔で有する第２のヨーク（ヨーク２６ａ）と、を有する。また、コイル部３１ｂは、水流の進行方向に突出した複数の第３の極歯（極歯２５３ｂ）を回動方向に等間隔で有する第３のヨーク（ヨーク２５ｂ）と、水流の進行方向と逆の方向に突出した複数の第４の極歯（２６２ｂ）を回動方向に等間隔で有する第４のヨーク（ヨーク２６ｂ）と、を有する。
隣接する極歯２５３ａにより形成される円弧に対する中心角と、隣接する極歯２６２ａにより形成される円弧に対する中心角と、隣接する極歯２５３ｂにより形成される円弧に対する中心角と、隣接する極歯２６２ｂにより形成される円弧に対する中心角と、は略同一である。
そして、主面において隣接する極歯２５３ａと極歯２５３ｂとにより形成される円弧に対する中心角（１５度）は、隣接する極歯２５３ａにより形成される円弧に対する中心角（６０度）の略４分の１である。また、主面において隣接する極歯２６２ａと極歯２６２ｂとにより形成される円弧に対する中心角（１５同様）は、隣接する極歯２６２ａにより形成される円弧に対する中心角（６０度）の略４分の１である。
なお、「隣接する極歯により形成される円弧」とは、主面上において回動中心を中心として隣接する２つの極歯の中心線を通るように円を描いた場合の、隣接する２つの極歯の中心線により区切られた円弧のことである。
【００４３】
図９（ｃ）に表したように、コイル部３１ａ及び３１ｂともに上側から見て右回りに電流が流れる場合、電流の向きに対して右回りに磁界が発生し、この結果、極歯２５３ａ、２５３ｂはＮ極に着磁され、極歯２６２ａ、２６２ｂはＳ極に着磁される。また、図示しないがコイル部３１ａには右回りに、コイル部３１ｂには左回りに電流が流れる場合、極歯２５３ａはＮ極に、極歯２５３ｂはＳ極に着磁され、極歯２６２ａはＳ極に、極歯２６２ｂはＮ極に着磁される。
【００４４】
このように、２層のコイル部３１ａ、３１ｂを設け、これらにそれぞれ様々な方向で電流を流すことにより、マグネット３２がコイル部３１に対して磁気的平衡状態となる位置（回転角）が多くなる。従って、図４（ｂ）に表したように例えば１５度おきに弁体３３ａを回転することができるなど、きめ細かな弁制御が可能となる。なお、バルブ３３の開閉を行うに際しては、まず一旦回転角ゼロ度の位置まで弁体３３ａを回転して、その後所望の回転角で弁体３３ａを回転する構成にしてよい。
【００４５】
次に、発電機２ａの一例について、図１０を参照しつつ説明する。  
図１０は、発電機２ａを例示する模式断面図である。  
発電機２ａには、主として、筒体１３０、キャップ１４０、動翼１５０、マグネットＭ、ステータ９０、封止部材５１０が備えられ、これらは、図示しないケースの中に収容されている。尚、キャップ１４０の上方に描かれた矢印は、流水の方向を示している。
【００４６】
筒体１３０は、小径部１３０ａと大径部１３０ｂとからなる段付き形状を呈し、その内部が給水流路に連通した状態で配設される。この際、筒体１３０（動翼１５０）の中心軸方向が、流水の方向に対して略平行となるようにして配設される。また、筒体１３０は、小径部１３０ａを下流側に、大径部１３０ｂを上流側に向けて配設される。
【００４７】
筒体１３０の内部には、上流側から順に、キャップ１４０、動翼１５０、軸受１７０が設けられている。軸受１７０は小径部１３０ａの内部に設けられ、キャップ１４０及び動翼１５０は大径部１３０ｂの内部に設けられている。
【００４８】
大径部１３０ｂの上流端の開口は、Ｏリング５２０を介して、封止部材５１０により液密になるよう塞がれている。封止部材５１０の内部には段付き孔が設けられている。そして、その段部５１０ａは環状に形成され、この段部５１０ａの上にキャップ１４０が支持されている。キャップ１４０は、筒体１３０に対して固定され、回転はしない。  
キャップ１４０の下流側には、動翼１５０が設けられている。動翼１５０は、円柱状を呈し、径内方向に突出した複数の突起状の動翼羽根部１９０が設けられている。周方向に見て隣り合う動翼羽根部１９０間の空間は、動翼流路７２０として機能する。
【００４９】
そして、動翼リング１５０ａの端面やマグネットＭと、筒体１３０や封止部材５１０との間には動翼１５０を回転可能とするための隙間が設けられる。
【００５０】
また、軸受１７０と一体化された中心軸２４０が上流側に向けて突出するようにして設けられている。中心軸２４０は、動翼１５０のボス部１５０ｂを挿通しており、中心軸２４０のまわりを動翼１５０が回転可能とされている。尚、動翼１５０と中心軸２４０とを一体化し、中心軸２４０の両端部をキャップ１４０と軸受１７０とに支持させて、中心軸２４０と一体化された動翼１５０が回転するようにしてもよい。すなわち、給水流路に対して略平行な回転中心を有し、回転中心のまわりに回転可能に給水流路に設けられた動翼羽根部を有する動翼１５０とすればよい。
【００５１】
軸受１７０は、筒体１３０の内周面に対して固定されたリング部材２１０と、このリング部材２１０の中心に設けられた軸支持部２２０とを備え、リング部材２１０と軸支持部２２０とは、放射状に設けられた連結部材２３０によって結合されている。各連結部材２３０の間は、閉塞されておらず貫通しているため、筒体１３０内部の給水の流れが妨げられることはない。
【００５２】
筒体１３０の大径部１３０ｂの内部には、動翼羽根部１９０の下流側であって径外方側の側端面に設けられた動翼リング１５０ａと、動翼リング１５０ａの外周部に固定された円環状のマグネットＭとが収容されている。筒体１３０の小径部１３０ａの外側には、マグネットＭの下流側の径方向に略直角な方向の端面に対向させるようにしてステータ９０が設けられている。
【００５３】
本具体例においては、ステータ９０を、マグネットＭの径方向に略直角な方向の端面に対向配置させる構造のため、ステータ９０をマグネットＭの径外方向に対向配置させる場合（「ラジアル配置」）に比べて、径方向寸法を小さくすることができる。また、動翼１５０の径外方にステータ９０を配置しない分、動翼１５０の径方向寸法の拡大が図れ、発電量を増加させることができる。
【００５４】
また、筒体１３０を樹脂などのような電気伝導度の低い材料で形成するものとすれば、金属で形成した場合と比べて渦電流損が低減できるので、発電量をさらに増加させることができる。この場合、磁束が通過する大径部１３０ｂのみを樹脂などのような電気伝導度の低い材料で形成するようにしてもよい。
【００５５】
筒体１３０内に流れ込んだ流水は、キャップ１４０の円錐体表面を流れて径外方向に拡散される。そして、中心軸２４０に対して平行な方向から流れてくる水流は、中心軸２４０に対して略垂直な平面内において、ノズル１８０から動翼羽根部１９０に向けて噴出される。
【００５６】
動翼羽根部１９０に向けて噴出された水は、動翼羽根部１９０の入口側から出口側に向けて動翼羽根部１９０に沿って動翼流路７２０内を流れ、流水路１５０ｅ、軸受１７０の内側を通過して、筒体１３０内部を抜ける。
【００５７】
一方、動翼羽根部１９０に向けて噴出された水の力により動翼１５０が回転すると、これに固定されたマグネットＭも回転する。マグネットＭの径外方向の端面（外周面）は、Ｎ極とＳ極とが周方向（回転方向）に沿って交互に着磁されており、このため、マグネットＭが回転すると、マグネットＭの径外方向の端面（外周面）に対向しているインダクタ３１０ａ、３２０ａ及びこれらに連接する第１、第２ヨーク（図示せず）の極性が変化していく。これにより、コイル（図示せず）に対する鎖交磁束の向きが変化し、コイルに起電力が生じ、発電が行われる。
【００５８】
次に、制御の一例について、図１７を参照しつつ説明する。  
図１７は、ステップを変更する場合のバルブ部への通電状態を例示する模式図である。
【００５９】
図１７（ａ）は、バルブの開度を１ステップ変更した場合のバルブ部への通電状態を模式的に表したものである。
操作部からの信号により、バルブの開度を１ステップ変更する場合に、まず、通電して、その後に、非通電にする。ここでは、通電期間を５０ｍｓｅｃ、非通電期間を５０ｍｓｅｃにしている。
このように、通電期間と非通電期間とを備えた制御をすることによって、全期間にわたって通電させるよりも消費電力を節約することができる。
【００６０】
図１７（ｂ）は、バルブの位置を同時に３ステップ変更した場合のバルブ部への通電状態を模式的に表したものである。
１ステップ毎に、通電期間と非通電期間を備えた制御をする。ここでは、各通電期間を５０ｍｓｅｃ、各非通電期間を５０ｍｓｅｃにしている。
このように、同時に複数ステップ変更する場合に、１ステップ毎に、通電期間と非通電期間とを備えた制御をすることによって、全期間にわたって通電させるよりも消費電力を節約することができる。
【００６１】
図１７（ｃ）は、別の実施態様で、バルブの位置を同時に３ステップ変更した場合のバルブ部への通電状態を模式的に表したものである。この実施形態では、最後のステップ変更をする際のみに、非通電期間を設けた制御をする。ここでは、各通電期間を５０ｍｓｅｃ、非通電期間を５０ｍｓｅｃにしている。
このように、同時に複数ステップ変更する場合に、最後のステップでのみ非通電期間を備えた制御をすることによって、全期間にわたって通電させるよりも消費電力を節約することができる。
【００６２】
次に、マグネットの位置と制御との関係の一例について、図１８を参照しつつ説明する。
図１８は、マグネットの位置と制御の通電状態との関係を例示する模式図である。
バルブの開度を変更するために制御部がバルブ部への通電を開始させた時点におけるマグネットの位置を初期位置、バルブの開度の変更が完了しマグネットが停止した時点におけるマグネットの位置を停止位置、バルブへの通電が開始してからマグネットが停止するまでの期間をバルブ開度変更期間とした場合に、バルブ開度変更期間はバルブ部への通電が行なわれている通電期間をバルブ部への通電が行なわれていない非通電期間とを有している。
バルブ部への通電が始まると、マグネットは振れ幅を次第に小さくしながら、正転方向と逆転方向とを交互に移動する。そして、バルブ開度変更期間において、マグネットに作用する慣性力が、マグネットが停止位置で停止する程度に小さくなった時点で、制御部はバルブ部への通電を停止させる。
このようにすることで、ステップの変更に必要な最低限の通電期間にすることができ、制御部の消費電力を節約することができる。
【００６３】
次に、本実施形態の水栓装置１を浴室に適用した応用例について、図１１を参照しつつ説明する。  
図１１は、水栓装置１を浴室に適用した応用例を表した模式斜視図である。
【００６４】
図１１（ａ）に表したように、本応用例では、筐体９の中に、水力発電機２ａ、バルブ部３、電磁弁５、及び制御部７が配設されている。筐体９は、図１１（ｂ）に表したようにユニットバスのカウンタに設置してよく、また図１１（ｃ）に表したように浴室の壁に埋め込んでよい。また、筐体９の表面近傍には、操作部８が設けられている。また、シャワー６にも操作部８が設けられている。利用者は操作部８に入力を行うことにより、流量調節等の各種動作を行わしめることができる。シャワー６に設けられた操作部８と制御部７との間では、リモコン信号により交信が行われてよい。その他、各構成要素の構成、動作、機能等については、前述した通りである。
【００６５】
次に、本実施形態の水栓装置１の他の構成について、図１２を参照しつつ説明する。  
図１２は、水栓装置１の他の構成を例示する模式断面図である。  
図１２に表したように、弁体３３ａはマグネット３２よりも直径を大きくしてよい。これにより、給水路Ｓの直径が大きい場合に、効率的にバルブ３３の開閉を行うことができる。
【００６６】
次に、本実施形態の水栓装置１の構成について、図１４を参照しつつ説明する。  
図１３は、比較例を表した模式図である。図１３（ａ）は弁体３３ａの構成を表し、図１３（ｂ）は弁体３３ａの受圧状況を表している。
【００６７】
図１３（ａ）に表したように、比較例では、弁体３３ａの、流路に対して略垂直な面（以下「流量調節面３３ｃ」という）は、上流側から下流側に至るまで、略同一の主面面積を有する。換言すると、弁体３３ａの一部であって、第２の切り込み部Ｐ２を通過する水流によって弁体３３ａが回動する作用力を受ける面を、第２の切り込み部Ｐ２を通過する水流の方向に対して平行に設けてある。この場合、図１３（ｂ）に表したように、水が通る通路Ｃ側は相対的に圧力が小さくなる。これは、流路が狭くなり流速が上がった時に穴（通路Ｃ）の周辺で負圧が生じるためである。このため、弁体３３ａが意図に反して右側（通路Ｃ側）に移動するおそれがある。
【００６８】
一方、図１４は、バルブ３３の構成を例示する模式図である。図１３と同様に、図１４（ａ）は弁体３３ａの構成を表し、図１４（ｂ）は弁体３３ａの受圧状況を表している。
【００６９】
図１４（ａ）に表したように、本具体例では、流量調節面３３ｃは、水流の上流側に向かうにつれて主面の面積が小さくなるいわゆるテーパ形状を有する。換言すると、弁体３３ａの一部であって、第２の切り込み部Ｐ２を通過する水流によって弁体３３ａが回動する作用力を受ける面を、第２の切り込み部Ｐ２を通過する水流の方向に対して傾斜させて設けてある。したがって、第２の切り込み部Ｐ２を通過する水流によって弁体３３ａが回動する作用力を受ける側の弁体３３ａの厚みを、弁体３３ａの中で最も小さくなるように、設けてある。
これにより、図１４（ｂ）に表したように回動方向の圧力成分が低減し、通路Ｃ側と逆側との間の回動方向の圧力差が小さくなる。すなわち、同じ圧力を受けた場合でも、テーパ形状により圧力が鉛直方向（流路方向）成分と水平方向（回動方向）成分とに分解され、水平方向の圧力は相対的に小さくなる。このため、弁体３３ａが意図に反して右側（通路Ｃ側）に移動する可能性を低減することができ、もって良好な弁制御に資することになる。
【００７０】
特に、本実施形態ではバルブ部３にキャンド構造を用いていることから軸シールに係る摩擦がなく、弁体３３ａが回転しやすいため、このような構成を用いることは有効である。  
また、流量調節面３３ｃの厚さを薄くすれば、さらに上記圧力差を低減することができ、さらに良好な弁制御が可能になる。
【００７１】
なお、本実施形態に係る水栓装置のバルブ部３は円形の形状を有するものを例に取り上げて説明したが、矩形などの形状を有し、弁体３３ａが線形に移動してもよい。この場合、コイル部３１やマグネット３２は線形形状を有するものを用いることができる。
【００７２】
また、バルブ３３には、図１５に表したシリンダ式のバルブを用いてもよい。図１６に、断面模式図を示す。この場合、弁体３３ａ及び弁座３３ｂは略円筒形状を有し、両者の円筒面が重なるように、弁体３３ａが弁座３３ｂに内設される。弁体３３ａ及び弁座３３ｂはそれぞれ切り込み部Ｐ１及びＰ２を有し、水は切り込み部Ｐ２に向かって流れ込む。そして、弁体３３ａが円筒の中心軸の周りを回動することにより、切り込み部Ｐ１とＰ２とが重複する領域の面積が変化し、これにより流量が調節される。ここで、弁体の両端が、下流側に向かうにつれて主面の面積が小さくなるテーパー構造に設けてあるので、弁体が意図に反して右側に移動する可能性を低減することができ、もって良好な弁制御に資することになる。
【符号の説明】
【００７３】
１  水栓装置、２  電源、２ａ  発電機、２ｂ  蓄電器、３  バルブ部、４  調圧弁、５  電磁弁、６  シャワー、７  制御部、８  操作部、９  筐体、２０  コイル配線部、２０ａ  コイル配線部、２０ｂ  コイル配線部、２５、２５ａ、２５ｂ  ヨーク、２６、２６ａ、２６ｂ  ヨーク、３１  コイル部、３１ａ  コイル部、３１ｂ  コイル部、３２  マグネット、３３  バルブ、３３ａ  弁体、３３ｂ  弁座、３３ｃ  流量調節面、３３ｍ  突起部、３３ｒ  円筒部、３３ｓ  突起部、３３ｔ  突出部、９０  ステータ、１３０  筒体、１３０ａ  小径部、１３０ｂ  大径部、１４０  キャップ、１４０ｂ  空間部、１５０  動翼、１５０ａ  動翼リング、１５０ｂ  ボス部、１５０ｄ  天井部、１５０ｅ  流水路、１７０  軸受、１８０  ノズル、１９０  動翼羽根部、２１０  リング部材、２２０  軸支持部、２３０  連結部材、２４０  中心軸、２５１  環状部、２５１ａ  環状部、２５１ｂ  環状部、２５２  周面部、２５３  ヨーク極歯、２５３ａ  ヨーク極歯、２５３ｂ  ヨーク極歯、２６１  環状部、２６１ａ  環状部、２６１ｂ  環状部、２６２  ヨーク極歯、２６２ａ  ヨーク極歯、２６２ｂ  ヨーク極歯、３１０ａ  インダクタ、３２０ａ  インダクタ、５１０  封止部材、５１０ａ  段部、５２０  Ｏリング、６００  バイパス流路、７２０  動翼流路、Ｃ  通路、Ｍ  マグネット、Ｐ１  切り込み部、Ｐ２  切り込み部、Ｓ  給水路、Ｗ  重複領域
【図１】
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【図２】
2010230055.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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