(57)【要約】【課題】発電機が備えるマグネットへの鉄粉等の付着を防止できる水栓装置を提供する。【解決手段】止水栓と吐水口との間の流路に設けられ流路を前記吐水口に向けて流れる流水により回転される動翼と、動翼に固定され動翼と一体に回転される第１のマグネットと、第１のマグネットの回転により起電力を発生するコイルとを有する発電機と、流路において止水栓より下流側であって発電機より上流側に設けられ流路を開閉する電磁弁と、流路において電磁弁より下流側であって発電機より上流側に設けられた第２のマグネットを有するマグネットフィルターとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
止水栓と吐水口との間の流路に設けられ前記流路を前記吐水口に向けて流れる流水により回転される動翼と、前記動翼に固定され前記動翼と一体に回転される第１のマグネットと、前記第１のマグネットの回転により起電力を発生するコイルとを有する発電機と、
前記流路において前記止水栓より下流側であって前記発電機より上流側に設けられ、前記流路を開閉する電磁弁と、
前記流路において前記電磁弁より下流側であって前記発電機より上流側に設けられた第２のマグネットを有するマグネットフィルターと、
を備えたことを特徴とする水栓装置。
【請求項２】
前記第２のマグネットの磁力は、前記第１のマグネットの磁力よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の水栓装置。
【請求項３】
前記マグネットフィルターは、前記流路を流れる流水中に含まれる固形物をろ過するストレーナをさらに有する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】
前記動翼は、前記流路に対して略平行な軸まわりに回転可能に前記流路に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の水栓装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水栓に供される流水の流れを利用して発電する発電機を備えた水栓装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蛇口の下に差し出された手をセンサで感知し、蛇口から水を自動的に吐水させる自動水栓装置が知られている。また、そのような自動水栓装置の流路に小型発電機を備え、この発電機で得られた電力を蓄電しておき、上述のセンサ等の回路の電力を補う装置も知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、水流の力を受けて回転される回転体の回転軸が、水流が流れる方向に対して略平行ないわゆる軸流式の発電機が開示されている。特許文献１では、流体が流通する流路に羽根部を有する水車を設け、その水車の羽根部の外周側に略円筒状のマグネットが固定されている。
【０００４】
このような軸流式の発電機においては、回転体と共に回転されるマグネットは流路中に設けられ流水に触れる。そのため、流水中に鉄さびや鉄粉等が含まれていると、特にネオジウム等の磁力の強いマグネットを用いた場合には鉄粉等がマグネットに付着しやすく、その付着物がマグネットを収容するケース等の内壁面に擦れるように干渉し、回転不良を引き起こすことが懸念される。
【０００５】
そこで、発電機よりも上流側の流路に鉄粉除去用のマグネットを設けることが考えられるが、その鉄粉除去用マグネットの配置位置は、メンテナンス性や除去効率を考慮すると、発電機との位置関係だけでなく、発電機への給水流路を開閉する電磁弁や止水栓との位置関係も工夫する必要がある。
【特許文献１】特開２００４−３３６９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、発電機が備えるマグネットへの鉄粉等の付着を防止できる水栓装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、止水栓と吐水口との間の流路に設けられ前記流路を前記吐水口に向けて流れる流水により回転される動翼と、前記動翼に固定され前記動翼と一体に回転される第１のマグネットと、前記第１のマグネットの回転により起電力を発生するコイルとを有する発電機と、前記流路において前記止水栓より下流側であって前記発電機より上流側に設けられ、前記流路を開閉する電磁弁と、前記流路において前記電磁弁より下流側であって前記発電機より上流側に設けられた第２のマグネットを有するマグネットフィルターと、を備えたことを特徴とする水栓装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発電機が備えるマグネットへの鉄粉等の付着を防止できる水栓装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る水栓装置における水栓金具３の内部の構成を例示する模式図である。  
図２は、本発明の実施形態に係る水栓装置の外観斜視図である。
【００１１】
本実施形態に係る水栓装置は、止水栓１０５より下流側に設けられ、例えば洗面台２などに取り付けられる水栓金具３を有する。水栓金具３は、配管４及び止水栓１０５を介して、水道水等の供給路５に接続されている。水栓金具３は、円筒状の本体３ａと、この本体３ａの上部に設けられ、本体３ａの径外方向に延出する吐水部３ｂとを有する。吐水部３ｂの先端には、吐水口６が形成され、さらにこの吐水口６の近傍にはセンサ７が内蔵されている。
【００１２】
水栓金具３の内部には、供給路５から流入し、配管４内を流れてきた流水を、吐水口６へと導く流路１０が形成されている。本体３ａの内部には、その流路１０を開閉するための電磁弁５５が内蔵されている。また、水道等の元圧が使用圧よりも高すぎる場合に減圧するための減圧弁または調圧弁（図示省略）を、電磁弁５５より上流側に設けてもよい。
【００１３】
電磁弁５５より下流の吐水部３ｂ内の流路１０には、発電機１が設けられている。すなわち、電磁弁５５は、止水栓１０５と吐水口６との間の流路において、止水栓１０５より下流側であって、発電機１より上流側に設けられている。
【００１４】
本体３ａの内部には、発電機１で発電された電力を充電しておく充電器５６、センサ７の駆動や電磁弁５５の開閉などを制御する制御部５７が設けられている。発電機１は、電磁弁５５よりも下流側に配設されているため、水道の元圧（一次圧）が、発電機１に直接作用することはない。そのため、発電機１は、それほど高い耐圧性を要求されず、このような配置は、信頼性やコストの点で有利である。
【００１５】
発電機１に具備されたコイルと制御部５７とは、図示しない配線を介して接続され、コイルの出力が制御部５７を介して充電器５６に送られるようになっている。
【００１６】
電磁弁５５より下流であって発電機１より上流の本体３ａ内の流路１０には、マグネットフィルター８が設けられている。すなわち、マグネットフィルター８は、止水栓１０５と吐水口６との間の流路において、止水栓１０５及び電磁弁５５より下流側であって、発電機１より上流側に設けられている。
【００１７】
図３は、マグネットフィルター８の模式図である。
【００１８】
マグネットフィルター８は、第２のマグネットＭ２とストレーナ６０を有する。第２のマグネットＭ２は、例えば円筒状を呈し、その軸方向を流路１０に対して略平行にして流路１０のまわりを囲むように設けられている。ストレーナ６０は、流路１０を遮るように設けられた例えばメッシュ状に形成され、流路１０を流れる流水中に含まれる固形物をろ過する。
【００１９】
次に、図４は、発電機１の模式断面図である。
【００２０】
発電機１は、主として、筒体２０、静翼２１、動翼２５、第１のマグネットＭ１、ステータ５０等を備え、これらは、ケース１２（図１を参照）の中に収容されている。
【００２１】
筒体２０は、大径部２０ａ、小径部２０ｂおよびフランジ部２０ｃからなる段付き形状を呈し、その内部が流路に連通した状態で、本実施形態では例えば前述した吐水部３ｂ内に配設される。筒体２０は、その中心軸方向が、吐水部３ｂ内の流路１０を流水が流れる方向に対して略平行となるように配設される。また、筒体２０は、大径部２０ａを上流側に、小径部２０ｂを下流側に向けて配設される。
【００２２】
筒体２０の内部には、上流側から順に、静翼２１、動翼２５、軸受３４が設けられている。大径部２０ａの下流端の開口には、Ｏリング３３を介して、封止部材３２が液密に嵌合している。
【００２３】
静翼２１は、円柱体の一方の端面（上流側に位置する面）に、円錐体を一体的に設けた形状をしている。静翼２１の周面には、径外方向に突出した複数の突起状の静翼羽根部２２が設けられている。静翼羽根部２２は、例えば、静翼２１の軸中心に対して右方向にねじれつつ、上流側から下流側に向けて傾斜している。静翼２１は、封止部材３２の内周部に対して固定され、回転はしない。
【００２４】
静翼２１の下流側には動翼２５が設けられている。動翼２５の上流側部分は円柱状に形成され、その周面には径外方向に突出した複数の動翼羽根部２６が設けられている。動翼羽根部２６は、静翼羽根部２２とは逆に、軸中心に対して左方向にねじれつつ、上流側から下流側に向けて傾斜している。
【００２５】
動翼２５の外周側には、動翼羽根部２６の周囲を囲むように動翼リング２８が設けられている。動翼リング２８の上流側端部には、径外方に張り出したフランジ部２８ａが一体に設けられ、そのフランジ部２８ａの下流側に、第１のマグネットＭ１が動翼リング２８に固定されて設けられている。動翼２５、動翼リング２８および第１のマグネットＭ１は一体となって、流路に対して略平行な軸まわりに回転する。
【００２６】
第１のマグネットＭ１は、筒状を呈し、その軸方向端面には周方向に沿って交互にＮ極とＳ極とが着磁されている。
【００２７】
動翼２５の下流側には、動翼２５を軸方向に支持する軸受３４が設けられている。軸受３４の中心には軸部材３５が固定されている。軸部材３５は、軸受３４の中心から上流側に向けて延在し、筒体２０の中心軸に対して略平行、すなわち流路に対して略平行に設けられている。軸受３４は、筒体２０の小径部２０ｂに対して固定されている。
【００２８】
軸部材３５は動翼２５の軸中心を貫通しており、動翼２５の下流端は軸受３４上に回転（摺動）可能に支持され、動翼２５は軸部材３５によって径方向の移動を規制されつつ、軸部材３５のまわりを回転可能となっている。
【００２９】
筒体２０の小径部２０ｂの外側には、第１のマグネットＭ１の下流側の軸方向端面（Ｎ極とＳ極とが着磁された着磁面）に対向させるようにしてステータ５０が設けられている。
【００３０】
ステータ５０は、磁性体からなる円筒状のヨーク４０と、このヨーク４０で囲まれた空間内に収容され、円筒状に巻回されたコイル３６とを有する。
【００３１】
ヨーク４０は、周方向に互いに離間して等間隔に設けられ、第１のマグネットＭ１の下流側の軸方向端面（着磁面）に対向する複数のインダクタを有する。
【００３２】
コイル３６の上流側の軸方向端面は、インダクタ及び筒体２０のフランジ部２０ｃを間に挟んで、第１のマグネットＭ１の上流側の軸方向端面（着磁面）に対向している。
【００３３】
以上説明した本実施形態に係る水栓装置において、使用者が、吐水口６の下に手をかざすと、これをセンサ７が感知して、制御部５７が電磁弁５５を開にし、流路１０が連通される。これにより、発電機１の筒体２０の内部に流水が供給され、筒体２０の内部を流れた水は吐水口６から吐水される。使用者が、吐水口６の下から手を遠ざけると、電磁弁５５が閉となり、自動的に水が止まる。
【００３４】
筒体２０内に流れ込んだ流水は、静翼２１の円錐体表面を流れて径外方向に拡散され、図１に例示される構造では、軸中心に対して右方向に旋回するような旋回流となって、静翼羽根部２２間の静翼流路２３を流れる。
【００３５】
静翼流路２３を流れた旋回流は、動翼羽根部２６間の動翼流路２７に流入し、動翼羽根部２６の上側の傾斜面に衝突する。本具体例では、動翼流路２７に流入する旋回流は、軸中心に対して右方向に旋回した流れなので、動翼羽根部２６に対して右方向の力が作用し、動翼２５は右回りに回転する。そして、動翼流路２７を流れた流水は、筒体２０の小径部２０ｂを軸方向に流れて筒体２０内部を抜け、吐水口６へと至る。
【００３６】
前述した流水からの力を受けて動翼２５が回転すると、これに固定された第１のマグネットＭ１も回転する。第１のマグネットＭ１が回転すると、Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に着磁されている第１のマグネットＭ１の上流側の軸方向端面に対向しているインダクタ及びこれらに一体となっているヨーク４０によって形成されるコイル３６に対する鎖交磁束の向きが変化し、コイル３６に起電力が生じ、発電がされる。発電により生じた電力は、充電器５６へと送られ、充電された後、例えば、電磁弁５５、センサ７、制御部５７の駆動などに使用される。
【００３７】
また、本実施形態では、動翼羽根部２６の周囲を囲むように設けた動翼リング２８が、動翼流路２７と筒体２０内壁面とを隔てる隔壁として機能し、動翼流路２７から遠心方向（径外方）へと流れ出る流水がなくなるため、より多くの流水が動翼リング２８の内側の動翼流路２７を流れる。動翼羽根部２６に沿って流れる流量が多くなることで、動翼２５の回転力がより高まり、発電能力を高めることができる。
【００３８】
なお、動翼リング２８を設けずに、第１のマグネットＭ１を動翼羽根部２６の周囲を囲むように設けることで、その第１のマグネットＭ１の内周面によって、動翼流路２７を流れる流水の径外方向への流出を阻止するようにしてもよい。
【００３９】
本実施形態では、第１のマグネットＭ１を備える発電機１よりも上流側の流路に、第２のマグネットＭ２を備えるマグネットフィルター８を設けているため、流水中に鉄さびや鉄粉等が含まれていても、それらは第２のマグネットＭ２に吸着され発電機１には流れ込まず、第１のマグネットＭ１に鉄さびや鉄粉等が付着することを防げる。その結果、その付着物が筒体２０内壁面に擦れるように干渉しながら第１のマグネットＭ１が回転してしまうことを回避でき、第１のマグネットＭ１及びこれと一体に回転する動翼２５の回転性を損ねない。
【００４０】
発電機１の第１のマグネットＭ１の磁力は、鉄粉等の付着を防ぐ観点から比較的小さく、マグネットフィルター８の第２のマグネットＭ２の磁力は、特に流れが速い場合であっても流水中の鉄粉等を確実に除去する観点から、発電機１の第１のマグネットＭ１の磁力よりも大きくすることが望ましい。
【００４１】
また、マグネットフィルター８を止水栓１０５よりも下流側に設けることで、マグネットフィルター８のメンテナンスをする際には、止水栓１０５を閉じて止水栓１０５より下流側への給水を断った状態で作業をすることができ、作業性が良い。
【００４２】
ここで、電磁弁５５の閉時には、それまでスムーズに流れていた流水の流れが急に止められることで電磁弁５５より上流側の流路内に大きな圧力変動が生じるウォーターハンマー現象が起こることがある。
【００４３】
本実施形態では、マグネットフィルター８を電磁弁５５よりも下流側に設けることで、マグネットフィルター８が、電磁弁５５の閉時に発生するウォーターハンマーの影響を受けずに済む。すなわち、第２のマグネットＭ２に捕捉された鉄粉等は、ウォーターハンマーの影響を受けないため第２のマグネットＭ２から脱して再び流水中にまぎれることがなく、発電機１への鉄粉等の流入を確実に阻止できる。また、マグネットフィルター８を電磁弁５５よりも下流側に設けることで、発電機１に近い位置にマグネットフィルター８を設けることができるので、発電機１への鉄粉等の流入を確実に阻止できる。
【００４４】
また、マグネットフィルター８は、第２のマグネットＭ２以外にも、流水中に含まれる固形物をろ過するストレーナ６０を備えるため、鉄粉等の除去と併せて、第２のマグネットＭ２に吸着されない非磁性の固形物の除去も同時に行え、発電機１への異物の流入を抑制して信頼性を高めることができる。
【００４５】
なお、発電機１は、水栓金具３の内部に設けられることに限らない。例えば、図５に表すように、水栓金具３と、これよりも上流側に設けられた止水栓１０５との間を接続する配管４内の流路に設けてもよい。
【００４６】
発電機１は、配管４内流路において、止水栓１０５より下流側であって水栓金具３より上流側に設けられ、電磁弁５５は、その発電機１の上流側であって止水栓１０５より下流側に設けられ、マグネットフィルター８は、発電機１の上流側であって電磁弁５５より下流側に設けられている。
【００４７】
この具体例においても、流水中に鉄さびや鉄粉等が含まれていても、それらは第２のマグネットＭ２に吸着され発電機１には流れ込まず、第１のマグネットＭ１に鉄さびや鉄粉等が付着することを防げる。
【００４８】
また、マグネットフィルター８を止水栓１０５よりも下流側に設けることで、マグネットフィルター８のメンテナンスをする際には、止水栓１０５を閉じて止水栓１０５より下流側への給水を断った状態で作業をすることができ、作業性が良い。
【００４９】
さらに、マグネットフィルター８を電磁弁５５よりも下流側に設けることで、第２のマグネットＭ２に捕捉された鉄粉等は、ウォーターハンマーの影響を受けないため第２のマグネットＭ２から脱して再び流水中にまぎれることがなく、発電機１への鉄粉等の流入を確実に阻止できる。
【００５０】
マグネットフィルターは、図３に示した構成に限らず、例えば図６に示すように、流路１０ａ、１０ｂを流れる流水が第２のマグネットＭ２に衝突するように構成し、流水と第２のマグネットＭ２との接触面積を大きくして流水中に含まれる鉄粉等の除去効率をより高めるようにしてもよい。
【００５１】
第２のマグネットＭ２は円筒状を呈し、その軸方向を流路１０ａ、１０ｂに対して略平行にした状態で保持されている。第２のマグネットＭ２は、第２のマグネットＭ２設置箇所より下流側の流路１０ｂの径外方に張り出すようにして設けられたフランジ部８５に対して、保持部材８０を介して保持されている。第２のマグネットＭ２設置箇所より上流側の流路１０ａにはストレーナ６０が設けられている。
【００５２】
発電機１は、止水栓１０５と吐水口６との間の流路に設けられ、止水栓１０５から吐水口６へと向けて流れる流水の水力によって発電される。用途としては、例えば、キッチン用水栓、リビングダイニング用水栓、シャワー用水栓、トイレ用水栓、洗面所用水栓などが挙げられる。また、吐水口６からの吐出流量は、例えば、毎分１００リットル以下、望ましくは毎分３０リットル以下に設定される。特に、洗面所用水栓においては、毎分５リットル以下に設定されていることが望ましい。また、トイレ用水栓のような吐出流量が比較的多い場合には、給水管から、発電機１に流れる水流を分岐させて、発電機１を流れる流量を毎分３０リットル以下に調整することが望ましい。これは、給水管からのすべての水流を発電機１に流すと、動翼２５の回転数が大きくなり、騒音や軸摩耗が増大する可能性が懸念され、また、回転数が増大しても適正回転数以下でなければ、渦電流やコイル熱によるエネルギー損失が生じるため、発電量は増大しないからである。また、水栓金具が取り付けられる水道管の給水圧としては、例えば、日本においては０．０５（ＭＰａ）程度の低水圧である場合もあり得る。
【００５３】
また、水栓装置は、人体検知センサを用いた自動水栓に限らず、手動スイッチのオン／オフによるワンタッチ水栓、流量をカウントして止水する定量吐水水栓、設定時間を経過すると止水するタイマー水栓などであってもよい。
【００５４】
また、発電機１で発電された電力を、例えば、ライトアップ、アルカリイオン水や銀イオン含有水などの電解機能水の生成、流量表示（計量）、温度表示、音声ガイドなどに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態に係る水栓装置における水栓金具の内部の構成を例示する模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る水栓装置の外観斜視図。
【図３】同水栓装置におけるマグネットフィルターの構成を例示する模式図。
【図４】同水栓装置における発電機の構成を例示する模式断面図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る水栓装置の構成を例示する模式図。
【図６】マグネットフィルターの他の具体例を表す模式図。
【符号の説明】
【００５６】
１…発電機、３…水栓金具、７…センサ、８…マグネットフィルター、２１…静翼、２２…静翼羽根部、２３…静翼流路、２５…動翼、２６…動翼羽根部、２７…動翼流路、３６…コイル、４０…ヨーク、５５…電磁弁、６０…ストレーナ、１０５…止水栓、Ｍ１…第１のマグネット、Ｍ２…第２のマグネット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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