(57)【要約】【課題】動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる水栓用発電機及び水栓装置を提供する。【解決手段】動翼羽根部を介した動翼流路を流れる流水によって中心軸のまわりに回転される動翼と、動翼羽根部を介さずに動翼羽根部よりも径外方を迂回するバイパス流路と動翼流路との合流部に設けられ、動翼流路の最外周端よりも中心軸に向けた径内方に突出して動翼流路に対向する突出部とを備え、突出部における動翼流路に対向する端面部が、中心軸の軸方向に対して略垂直である。【選択図】図１
2008263684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の動翼羽根部を有し、前記動翼羽根部を介した動翼流路を流れる流水によって中心軸のまわりに回転される動翼と、
前記動翼羽根部を介さずに前記動翼羽根部よりも径外方を迂回するバイパス流路と前記動翼流路との合流部に設けられ、前記動翼流路の最外周端よりも前記中心軸に向けた径内方に突出して前記動翼流路に対向する突出部と、
を備え、
前記突出部における前記動翼流路に対向する端面部が、前記中心軸の軸方向に対して略垂直であることを特徴とする水栓用発電機。
【請求項２】
複数の動翼羽根部を有し、前記動翼羽根部を介した動翼流路を流れる流水によって中心軸のまわりに回転される動翼と、
前記動翼羽根部を介さずに前記動翼羽根部よりも径外方を迂回するバイパス流路と前記動翼流路との合流部に設けられ、前記動翼流路の最外周端よりも前記中心軸に向けた径内方に突出して前記動翼流路に対向する突出部と、
を備え、
前記突出部における前記動翼流路に対向する端面部に、径外方側部分よりも径内方側部分の方が前記動翼流路側に向かって突出した部分を設けたことを特徴とする水栓用発電機。
【請求項３】
前記径外方側部分と前記径内方側部分との間に、前記中心軸の軸方向に対して略平行な壁面が形成されていることを特徴とする請求項２記載の水栓用発電機。
【請求項４】
前記動翼よりも上流側の流路に固定して設けられ、前記動翼に対して旋回流を与える複数の静翼羽根部を有する静翼をさらに備え、
前記静翼羽根部を介する静翼流路の最外周端より前記動翼流路の最外周端の方が、径外方に突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の水栓用発電機。
【請求項５】
前記動翼流路の内周側壁面に、下流側に向かうにしたがって径外方に末広がりとなる傾斜面が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の水栓用発電機。
【請求項６】
前記バイパス流路は、前記動翼の外周側面に沿って設けられ、
前記動翼の外周側面に、螺旋状の溝が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の水栓用発電機。
【請求項７】
給水流路に設けられた請求項１〜６のいずれか１つに記載の水栓用発電機と、
前記給水流路への水の供給を制御する開閉弁と、
前記給水流路を流れた水を吐水する吐水部と、
を備え、
前記水栓用発電機により発電された電力により前記開閉弁を開閉可能としたことを特徴とする水栓装置。
【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水栓用発電機及び水栓装置に関する。
【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、流体が流通する流路に、羽根部を有する軸流式の水車を設けた発電装置が開示されている。水車の羽根部の外周側には、略円筒状のマグネットが固定され、このマグネットの下流側にマグネットの回転により起電力を発生するコイルが配設されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、流路配管とマグネットとの間に形成された隙間（マグネットの外周面側部分）を流れる水流の割合が多くなり、水車を流れる流量が低減するため、水力エネルギーから回転エネルギーへの変換効率が悪化し、発電効率が低下する問題がある。
【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】
【０００５】
本発明は、動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる水栓用発電機及び水栓装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、複数の動翼羽根部を有し、前記動翼羽根部を介した動翼流路を流れる流水によって中心軸のまわりに回転される動翼と、前記動翼羽根部を介さずに前記動翼羽根部よりも径外方を迂回するバイパス流路と前記動翼流路との合流部に設けられ、前記動翼流路の最外周端よりも前記中心軸に向けた径内方に突出して前記動翼流路に対向する突出部と、を備え、前記突出部における前記動翼流路に対向する端面部が、前記中心軸の軸方向に対して略垂直であることを特徴とする水栓用発電機が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、複数の動翼羽根部を有し、前記動翼羽根部を介した動翼流路を流れる流水によって中心軸のまわりに回転される動翼と、前記動翼羽根部を介さずに前記動翼羽根部よりも径外方を迂回するバイパス流路と前記動翼流路との合流部に設けられ、前記動翼流路の最外周端よりも前記中心軸に向けた径内方に突出して前記動翼流路に対向する突出部と、を備え、前記突出部における前記動翼流路に対向する端面部に、径外方側部分よりも径内方側部分の方が前記動翼流路側に向かって突出した部分を設けたことを特徴とする水栓用発電機が提供される。
【０００８】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、給水流路に設けられた前記のいずれかの水栓用発電機と、前記給水流路への水の供給を制御する開閉弁と、前記給水流路を流れた水を吐水する吐水部と、を備え、前記水栓用発電機により発電された電力により前記開閉弁を開閉可能としたことを特徴とする水栓装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる水栓用発電機及び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】
【００１０】
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、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る水栓用発電機１の模式断面図である。  
この水栓用発電機１は、主として、筒体１５、静翼２１、動翼２５、マグネットＭ、ステータ５０などを備え、これらは、ケース１２（図３を参照）の中に収容されている。
【００１２】
ここで、水栓用発電機１の説明をする前に、この水栓用発電機１を備えた水栓装置３の説明をする。  
図２は、その水栓装置３の取付例を表す模式図である。  
図３は、同水栓装置３の模式断面図である。
【００１３】
水栓装置３は、例えば、洗面台２などに取り付けられる。水栓装置３は、配管４を介して、水道水等の流入路５に接続されている。水栓装置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。
【００１４】
水栓装置３の内部には、流入路５から流入し、配管４内を流れてきた給水を、吐水口６へと導く給水流路１０が形成されている。本体３ａの内部には、その給水流路１０を開閉するための電磁弁８が内蔵され、さらに電磁弁８の下流側には、吐水量を一定に制限するための定流量弁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）が、電磁弁８より上流側に内蔵されている。なお、定流量弁５５、減圧弁、調圧弁は、必要に応じて適宜設けるようにすればよい。
【００１５】
定流量弁５５より下流の吐水部３ｂの内部には、水栓用発電機１が備えられている。本体３ａの内部には、水栓用発電機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８の開閉などを制御する制御部５７が設けられている。水栓用発電機１は、電磁弁８及び定流量弁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、水栓用発電機１に直接作用することはない。そのため、水栓用発電機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。
【００１６】
水栓用発電機１に具備されたコイル３６（図１参照）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３６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。
【００１７】
なお、水栓用発電機１は、水栓装置３の水栓金具（本体３ａ及び吐水部３ｂ）の内部に設けられることに限らない。例えば、水栓装置３の水栓金具と、これよりも上流側に設けられた止水栓（元栓）１０５（図２参照）との間を接続する配管（流路）４に設けてもよい。
【００１８】
水栓用発電機１は、止水栓（元栓）１０５と水栓装置３の吐水口６との間の流路に設けられ、止水栓１０５から水栓装置３の吐水口６へと向けて流れる流水の水力によって発電される。水栓装置としては、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、水栓装置において、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。
【００１９】
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。
【００２０】
また、水栓用発電機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。
【００２１】
次に、図１に戻って、水栓用発電機１について説明する。
【００２２】
筒体１５は、大径部１６と小径部１８とを有す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、図２、３に示される吐水部３ｂ内に配設される。筒体１５は、その中心軸方向が、吐水部３ｂ内の給水流路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。筒体１５は、大径部１６を上流側に、小径部１８を下流側に向けて配設される。筒体１５の内部における主流路には、上流側から順に、静翼２１と動翼２５が設けられている。
【００２３】
大径部１６の上流端の開口は、Ｏリング３３を介して、封止部材３２により液密に塞がれている。封止部材３２の内周部に静翼２１が設けられている。
【００２４】
静翼２１は、円柱体の一方の軸方向端面（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。
【００２５】
静翼２１の下流側には、静翼２１に対してわずかの隙間をあけて動翼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、動翼２５の軸中心（軸部材３５）に対して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。
【００２６】
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の外周面にマグネットＭが固定されて設けられている。動翼２５、動翼リング２８およびマグネットＭは一体となって回転する。
【００２７】
マグネットＭは、筒状を呈し、その軸方向の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。
【００２８】
動翼２５の下流側には、中心軸３５を流路中に支持するための支持部材３４が設けられている。中心軸３５は、支持部材３４の中心から上流側に向けて延在している。支持部材３４は、筒体１５の中心軸に対して略平行、すなわち主流路に対して略平行に設けられている。支持部材３４は、筒体１５の小径部１８の内周面に対して固定されたスリーブ４４と、軸中心からスリーブ４４の内周面に向けて放射状に設けられた複数の連結部材４３とを有し、連結部材４３の中心に中心軸３５が支持されている。複数の連結部材４３は周方向に互いに離間して設けられ、連結部材４３どうしの間は閉塞されず、流水の流れを許容する隙間が形成されている。
【００２９】
中心軸３５は動翼２５の軸中心を貫通しており、動翼２５の下流端は支持部材３４上に回転（摺動）自在に支持され、動翼２５は中心軸３５によって径方向の移動を規制されつつ、中心軸３５のまわりを回転可能となっている。なお、動翼２５と中心軸３５とを一体化し、中心軸３５の軸方向の両端部をそれぞれ静翼２１及び支持部材３４に対して回転自在に係合させて、中心軸３５と一体に動翼２５が回転するようにしてもよい。
【００３０】
筒体１５の大径部１６における下流側の端部は、小径部１８の外周面よりも径外方に張り出した環状のフランジ状に形成され、そのフランジ部１７よりも下流側における小径部１８の外側には、マグネットＭ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。
【００３１】
ステータ５０は、円筒状に巻回されたコイル３６と、コイル３６を囲む磁性体からなるヨーク４０とを有する。ヨーク４０は、周方向に沿って、交互に、且つ互いに離間して並んで設けられた複数のインダクタ（極歯）を有し、それらインダクタは、コイル３６の一方の軸方向端面（図１においては上流側端面）に対向している。そのコイル３６の一方の軸方向端面は、インダクタおよびフランジ部１７を間に挟んで、マグネットＭの下流側端面（着磁面）に対向している。
【００３２】
次に、水栓用発電機１及び水栓装置３の作用について説明をする。
【００３３】
使用者が、水栓装置３の吐水口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８を開にし、給水流路１０が連通される。これにより、水栓用発電機１の筒体１５の内部に流水が供給され、筒体１５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８が閉となり、自動的に水が止まる。
【００３４】
筒体１５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１５の小径部１８を軸方向に流れて筒体１５内部を抜け、吐水口６（図３）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、これに固定されたマグネットＭも回転する。マグネットＭ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マグネットＭの下流側の軸方向端面に対向しているヨーク４０のインダクタの極性が変化してゆく。これにより、インダクタ及びヨーク４０によって導かれる、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８、センサ７、制御部５７の駆動などに使用される。
【００３７】
回転軸方向に流れる流水によって回転体を回転させる軸流式の発電機において、水力エネルギーを効率良く利用して動翼２５を回転させるために、動翼２５に旋回流を与えることが効果的であり、本実施形態では、動翼２５の上流側に設けた静翼２１によって、動翼２５に与える旋回流を形成している。
【００３８】
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１５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。このように動翼羽根部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。
【００３９】
また、動翼リング２８を設けずに、マグネットＭを直接、動翼羽根部２６の周囲を囲むように設けることで、そのマグネットの内周面によって、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。
【００４０】
動翼２５及びこれに固定されたマグネットＭの回転を許容するためには、これらの周囲に設けられた静止体（封止部材３２、筒体１５）との間に隙間を設ける必要があるが、その隙間は、流水が動翼羽根部２６を介さないで流れるバイパス流路となってしまう。
【００４１】
図４は、本発明者等が本発明に至る過程で検討をした第１の比較例に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
この第１の比較例の構造では、封止部材３２の下流側端面と、動翼リング２８及びマグネットＭとの間の隙間、マグネットＭの外周面と筒体１５の大径部１６内周面との間の隙間、マグネットＭ及び動翼リング２８の下流側端面と、筒体１５のフランジ部１７との間の隙間によってバイパス流路が形成される。
【００４２】
静翼２１を流れた流水は、動翼羽根部２６（動翼流路２７）を介さずに動翼羽根部２６（動翼流路２７）よりも径外方を迂回するバイパス流路を流れるバイパス流Ｆｂと、動翼羽根部２６（動翼流路２７）を流れる主流Ｆａとに分岐する。このうち、主流Ｆａは、前述したように動翼２５を回転させつつ動翼流路２７を通り、そのまま下流へと流出する。一方、バイパス流Ｆｂは、マグネットＭのまわりのバイパス流路を通り、動翼２５の回転すなわち発電に寄与することなく、そのまま下流へと流れ、動翼流路２７の下流側で主流と合流する。そのため、バイパス流路を流れるバイパス流Ｆｂの量が多くなると、発電に寄与する動翼流路２７を流れる主流Ｆａの量がその分少なくなり、発電効率の低下をまねく。
【００４３】
図４に示した第１の比較例の構造におけるバイパス流出量と羽根車効率とをシミュレーションにより求めると、バイパス流出量は約６１％、羽根車効率は約６％となった。これは、発電機に供給された流水のうち６割以上のものが発電に寄与せず、バイパス流路を経由して流出していることを意味する。尚、このときのシミュレーションの条件は、発電機に供給する流水量を毎分１．８リットル、動翼の回転を２５００ｒｐｍ、必要トルクを０．５ｍＮ・ｍ（ミリニュートン・メートル）とした。また、この条件で必要となる水圧は７１．６ｋＰａ（キロパスカル）となった。
【００４４】
ここで、「羽根車効率」は、水力エネルギーを回転エネルギーに変換する際の効率を示すものであり、η＝（Ｔ・Ｎ）／（ΔＰ・Ｑ）で求めることができる。  
ここで、Ｔは回転トルク、Ｎは回転数、ΔＰは水圧、Ｑは流量である。そのため、分子のＴ・Ｎは回転エネルギー、分母のΔＰ・Ｑは水力エネルギーとなる。
【００４５】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【００４６】
本実施形態では、バイパス流路への流水の流入を抑制する手段として、バイパス流路の出口近傍（バイパス流と主流との合流部）に主流Ｆａが衝突する突出部６０を設けている。
【００４７】
突出部６０は、主流Ｆａが流れる動翼流路２７の最外周端２７ａよりも中心軸３５に向けた径内方に突出して、その上流側の端面部６１が動翼流路２７に対向している。端面部６１は、中心軸３５の軸方向に対して略垂直な円環状の平坦面からなり、筒体１５のフランジ部１７の上流側端面と略同一平面上に設けられている。
【００４８】
尚、本実施形態では、突出部６０は、中心軸３５の支持部材３４の一構成要素であるスリーブ４４に設けているが、これに限定されるわけではない。例えば、突出部６０を独立した部材で構成することもできるし、筒体１５のフランジ部１７を径内方に延出させて突出部としてもよい。
【００４９】
次に、突出部６０の作用について説明する。
【００５０】
動翼流路２７から流出した主流Ｆａは、突出部６０の端面部６１に衝突し、径内方に向けて略直角に流れ方向を変換し、その後、突出部６０の角部で下流側に向けて略直角に方向を変える。この際、端面部６１に衝突した主流Ｆａの一部は、バイパス流路の出口側に向けて流れ、これがバイパス流Ｆｂと衝突することになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力が高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆｂの流出が阻害されることになる。このように、バイパス流路の出口近傍の圧力が高まり、出口が塞がれる結果となるので、バイパス流路への流水の流入が抑制され、その分、発電に寄与する主流Ｆａの流量が増加し、発電効率を向上させることができる。
【００５１】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【００５２】
本実施形態では、バイパス流路への流水の流入を抑制する手段として、バイパス流路の出口近傍（バイパス流と主流との合流部）に主流Ｆａが衝突する突出部７０を設けている。
【００５３】
突出部７０は、主流Ｆａが流れる動翼流路２７の最外周端２７ａよりも中心軸３５に向けた径内方に突出して、その上流側の端面部７１が動翼流路２７に対向している。端面部７１は、その径外方側部分７２よりも径内方側部分７３の方が、動翼流路２７に向かって突出している。
【００５４】
端面部７１の径外方側部分７２は、中心軸３５の軸方向に対して略垂直な円環状の平坦面からなり、筒体１５のフランジ部１７の上流側端面と略同一平面上に設けられている。端面部７１の径内方側部分７３は、径外方側部分７２に続いて設けられ、径内方（中心軸３５）に向かうにしたがって動翼流路２７側に近づくように傾斜し、動翼流路２７に向かうにつれて断面積が漸次減少するような形状を呈している。径内方側部分７３は、径外方側部分７２に対して所定の傾斜角度（図６では、例えば略４５°）動翼流路２７側に傾いている。
【００５５】
本実施形態においても、突出部７０は、中心軸３５の支持部材３４の一構成要素であるスリーブ４４に設けているが、これに限定されるわけではない。例えば、突出部７０を独立した部材で構成することもできるし、筒体１５のフランジ部１７を径内方に延出させて突出部としてもよい。
【００５６】
また、径内方側部分７３の傾斜角度は適宜変更することができ、斜面も直線状である必要はなく、曲線または直線と曲線を組み合わせたようなものであってもよい。また、図示したものは、断面形状が直角三角形であるが、直角三角形以外の三角形や、台形など斜面を複数有するものなどとすることもできるし、各面の寸法比率も適宜変更することができる。ただし、バイパス流路の出口近傍の圧力を高めるのに適した形状や寸法比率とすることが好ましい。
【００５７】
次に、突出部７０の作用について説明する。
【００５８】
動翼流路７２から流出した主流Ｆａは、突出部７０に衝突し、径内方に向けて流れ方向を変換する。この際、図６に矢印で示したように、衝突した主流Ｆａは端面部７１の径内方側部分７３の斜面に沿って一度上流側に流れた後、径内方側部分７３の頂点付近で折り返して下流に流れることになる。
【００５９】
本実施形態においても、端面部７１に衝突した主流Ｆａの一部がバイパス流路の出口側に向けて流れ、これがバイパス流Ｆｂと衝突することになる。すなわち、バイパス流路から流出した流れは、動翼流路７２から流出する流れに対向する流れ成分を有する。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力が高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆｂの流出が阻害されることになる。
【００６０】
また、本実施形態においては、突出部７０の端面部７１に、主流にとって下り勾配となる径内方側部分７３が設けられている。そのため、主流Ｆａの衝突時にその主流Ｆａのバイパス流路側への流れが促され、バイパス流路の出口近傍の圧力をより高めることができる。また、バイパス流Ｆｂが出口に向けて流れる流路に、そのバイパス流の流れにとって上り勾配となる径内方側部分７３があるため、これがバイパス流Ｆｂの抵抗ともなる。そのため、バイパス流Ｆｂの流出がより阻害されるので、バイパス流路への流水の流入もより抑制され、さらに発電効率を向上させることができる。
【００６１】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【００６２】
本実施形態では、バイパス流路への流水の流入を抑制する手段として、バイパス流路の出口近傍（バイパス流と主流との合流部）に主流Ｆａが衝突する突出部８０を設けている。
【００６３】
突出部８０は、主流Ｆａが流れる動翼流路２７の最外周端２７ａよりも中心軸３５に向けた径内方に突出して、その上流側（動翼流路２７側）の端面部８１が動翼流路２７に対向している。端面部８１は、その径外方側部分８２よりも径内方側部分８３の方が、動翼流路２７に向かって突出している。
【００６４】
端面部８１の径外方側部分８２は、中心軸３５の軸方向に対して略垂直な円環状の平坦面からなり、筒体１５のフランジ部１７の上流側端面と略同一平面上に設けられている。径内方側部分８３は、径外方側部分８２よりも動翼流路２７側に突出したスリーブ４４の上流側端部に設けられている。径内方側部分８３と径外方側部分８２との間に、中心軸３５の軸方向に対して略平行な壁面８４が形成されている。壁面８４は、径外方側部分８２に対して略垂直に形成され、径外方側部分８２よりも動翼流路２７に近い上流側に、壁面８４に対して略垂直に径内方側部分８３が形成されている。すなわち、径外方側部分８２、壁面８４および径内方側部分８３によって、バイパス流路の出口近傍に段差が形成されている。
【００６５】
本実施形態では、バイパス流路における出口近傍の流路は、中心軸３５の軸方向に対して略垂直な方向から、上流側（動翼流路２７側）に向けて略直角に方向変換され、バイパス流路の出口は、図７において真上を向いて、動翼流路２７に対向している。
【００６６】
なお、本実施形態において、径内方側部分８３は、中心軸３５の支持部材３４の一構成要素であるスリーブ４４に設けているが、これに限定されるわけではない。例えば、径内方側部分８３を独立した部材で構成することもできるし、筒体１５のフランジ部１７の径内方側の端部を動翼流路２７側に突出させてもよい。
【００６７】
また、壁面８４も含めた端面部８１の形状や寸法も図示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができ、例えば、略直角な平面を組み合わせて構成されることに限らず、曲面または平面と曲面とを組み合わせたようなものであってもよい。また、径内方側部分８３の上流側への突出高さも適宜変更することができる。ただし、バイパス流路の出口近傍の圧力を高めるのに適した形状や寸法とすることが好ましい。
【００６８】
次に、突出部８０の作用について説明する。
【００６９】
動翼流路７２から流出した主流Ｆａは、突出部８０に衝突し、図７に矢印で示したように、衝突した主流Ｆａは壁面８４に沿って一度上流側に上昇した後、径内方側部分８３を乗り越えるようにして下流に流れることになる。
【００７０】
本実施の形態においても、端面部８１に衝突した主流Ｆａの一部がバイパス流路の出口側に向けて流れ、これがバイパス流Ｆｂと衝突することになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力が高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆｂの流出が阻害されることになる。
【００７１】
また、本実施形態においては、動翼流路２７を流れた主流の一部が壁面８４に沿ってバイパス流路側に導かれ、主流のバイパス流路側への流れが促されるようになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力をより高めることができる。また、出口へと向けて流れるバイパス流Ｆｂにとってその流れを遮る壁面８４があるため、これがバイパス流Ｆｂの抵抗ともなる。そのため、バイパス流Ｆｂの流出がより阻害されるので、バイパス流路への流水の流入もより抑制され、さらに発電効率を向上させることができる。
【００７２】
次に、図８は、前述した突出部の効果を説明するためのグラフ図である。
【００７３】
図８の左側縦軸は羽根車効率、右側縦軸は筒体１５内に導かれた流水のバイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）、横軸は前述の端面部の傾斜角度（中心軸３５の軸方向に対して略垂直な方向から上流側に傾いている角度）を示している。例えば、端面部の傾斜角度が０°とは図５で説明した場合、４５°とは図６で説明した場合、９０°とは図７で説明をした場合をそれぞれ示している。尚、傾斜角度が−４５°とは、特許文献１の図５に開示されたものに相当し、軸方向に対して略垂直な方向から下流側に４５°傾いている場合を表す。また、図８に示したデータは、シミュレーションによるものであり、その条件は、発電機に供給する流水量を毎分１．８リットル、動翼の回転数を２４００ｒｐｍとした。
【００７４】
図８から明らかなように、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆａが衝突する突出部を設け、これに備えられた端面部の傾斜角度を大きくするに従い、バイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの量）を減らすことができ、かつ、羽根車効率を高くすることができる。これは、発電効率を大幅に向上できることをも意味する。
【００７５】
次に、 図９は、本発明の第４の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
図１０は、本実施形態に係る動翼部分の模式斜視図である。
【００７６】
本実施形態では、動翼流路２７の内周側壁面に、下流側に向かうにしたがって径外方に末広がりとなる傾斜面２７ｂを設けている。バイパス流路の出口近傍に向かって少なくとも動翼流路２７における一部の流路断面積が漸減している。
【００７７】
傾斜面２７ｂは、動翼流路２７を流れる主流Ｆａがバイパス流路の出口近傍に向かうような傾斜角度を有する。図９の場合においては、バイパス流路の出口近傍は、動翼流路２７の最外周端２７ａの下流側端面近傍となる。
【００７８】
尚、傾斜面２７ｂの傾斜角度、形状、寸法などは図示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。例えば、傾斜面２７ｂは直線状である必要はなく、曲線または直線と曲線とを組み合わせたようなものであってもよい。また、図１１に示すように複数の傾斜面２７ｂ、２７ｃを組み合わせたものでもよく、必ずしも動翼流路２７の入口部断面積が出口部断面積よりも大きくなるとは限らない。つまり、動翼２５の内径が下流側に向けて漸増する部分が設けられていればよい。ただし、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆａが向かい、バイパス流路の出口近傍の圧力を高めるのに適した傾斜角度、形状、寸法とすることが好ましい。
【００７９】
本実施形態において、動翼流路２７に流入した主流Ｆａは、傾斜面２７ｂに案内されてバイパス流路の出口近傍に向けて動翼流路２７から流出する。そして、その主流Ｆａの一部がバイパス流路の出口近傍にある部材と衝突し、その流れ方向を変換しつつ下流側に向かって流れることになる。
【００８０】
本実施形態においても、主流Ｆａがバイパス流路出口近傍に衝突することで出口近傍の圧力を高めることができる。また、その一部がバイパス流路の出口側に向けて流れようとするため、これがバイパス流Ｆｂと衝突することになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力がより高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆｂの流出がより阻害されることになる。
【００８１】
図１２は、本実施形態に係る動翼部分の効果を説明するためのグラフ図である。  
図１２の左側の棒グラフは本実施形態に係る傾斜面２７ｂを有する場合、右側の棒グラフは傾斜面を有さない場合である。また、各棒グラフの右側はバイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）、左側は羽根車効率を表している。
【００８２】
図１２から分かるように、本実施形態によれば、バイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）を減らし、かつ、羽根車効率を改善することができる。これは、発電効率を向上させることができることを意味する。
【００８３】
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
図１４は、本発明者が本実施形態に係る発明をするに至った過程で検討をした比較例を説明するための模式断面図である。
【００８４】
まず、図１４に示す比較例について説明をする。  
図１４に示す比較例においては、静翼２１の静翼流路２３の最外周端２３ａと、動翼２５の動翼流路２７の最外周端２７ａとが、中心軸３５の軸方向に対して略平行に略同一線上に並ぶように設けられている。
【００８５】
前述したように、静翼流路２３から流出した流水は、旋回流となっているので、外周方向（径外方向）にふくらむように流れようとする。そのため、図１４に矢印で示したような向きの主流Ｆａを生じ、これがバイパス流路の入口近傍に衝突することになる。このように、バイパス流路の入口近傍で主流Ｆａの衝突が起こると入口近傍の圧力が高まり、バイパス流路への流入が助長されることになる。バイパス流路の入口近傍で主流Ｆａの衝突が起こると、動翼流路２７内における圧力損失も大きくなり、例えば、前述の図５〜図７で説明をした突出部を設けたとしてもその効果が減少することになる。
【００８６】
これに対し、図１３に示す本実施形態では、静翼流路２３の最外周端２３ａよりも、動翼流路２７の最外周端２７ａの方が、径外方に突出するようにしている。
【００８７】
そのため、静翼流路２３から流出した流水が旋回流となり外周方向（径外方向）にふくらむように流れようとしても、バイパス流路の入口近傍よりも下流側の動翼流路２７の最外周端２７ａで衝突が起こるようになる。そのため、バイパス流路の入口近傍の圧力上昇が抑制され、バイパス流路への流入が抑制されることになる。また、動翼流路２７内における圧力損失をも抑制することができ、例えば、前述の図５〜図７で説明をした突出部の効果を充分に発揮させることもできる。その結果、主流Ｆａの流量の減少を抑制することができ、発電効率を向上させることができる。
【００８８】
尚、説明の便宜上、図１３では、図１４に比べて静翼流路２３の最外周端２３ｂを内側（径内方向）に設けるようにしているが、静翼流路２３の最外周端位置を変えずに動翼流路２７の最外周端位置を外側（径外方向）に設けるようにしてもよい。
【００８９】
図１５は、本実施形態に係る発明の効果を説明するためのグラフ図である。  
図１５の左側の棒グラフは図１３で説明をした本実施形態に係るものの場合、右側の棒グラフは図１４で説明をしたものの場合である。また、各棒グラフの右側はバイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）、左側は羽根車効率を表している。
【００９０】
図１５から分かるように、本実施形態によれば、バイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）を１／３程度と大幅に減らし、かつ、羽根車効率をも２倍近くまで改善することができる。これは、発電効率を大幅に向上させることができることを意味する。
【００９１】
次に、図１６は、本発明の第６の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式図である。  
図１６（ａ）は発電機要部の模式断面図、図１６（ｂ）は動翼１５１を上方から見た場合の模式図、図１６（ｃ）は動翼１５１を側方から見た場合の模式図である。尚、図１６（ａ）、（ｂ）中の矢印は、動翼１５１の回転方向を示している。
【００９２】
本実施形態では、動翼１５１の外周側面、および上流側端面における外周側部分に螺旋状に延在する突起１５１ａ、１５１ｂをそれぞれ設けている。図１６（ａ）に示すように、突起１５１ａ、１５１ｂはバイパス流路内に臨んで位置する。このとき、図中矢印の方向に動翼１５１が回転するものとすれば、動翼１５１の外周側面に対向するバイパス流路内にある流水は、突起１５１ａと突起１５１ａとの間に形成された螺旋状の溝に案内されて上流側に向かって流れる。
【００９３】
また、動翼１５１の上流側端面における外周側部分に対向するバイパス流路内にある流水は、突起１５１ｂと突起１５１ｂとの間に形成された螺旋状の溝に案内されて径内方（中心軸３５）に向かって流れる。そのため、動翼１５１の外周側面から上流側端面にかけてのバイパス流路内にある流水がバイパス流路入口に向かって流れることになり、バイパス流路への流水の流入が抑制されることになる。
【００９４】
その結果、主流Ｆａの流量の減少を抑制することができ、発電効率を向上させることができる。また、本実施形態においては、バイパス流路を経由してマグネットＭに向かうゴミなどをも排出することができるので、回転不良などの故障をも抑制することもできる。
【００９５】
尚、螺旋状に延在する突起は、動翼１５１の外周側面及び上流側端面の少なくとも一方にあればよい。また、突起１５１ａ、１５１ｂの形状、寸法、配置、ピッチなども図示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００９６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００９７】
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。  
例えば、発電機や水栓装置の各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水栓用発電機を説明するための模式断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る水栓用発電機を備えた水栓装置の取付例を表す模式図。
【図３】本発明の実施形態に係る水栓装置を説明するための模式断面図。
【図４】本発明者が本発明をするに至った過程で検討をした第１の比較例を説明するための模式断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図８】第１〜第３の実施形態における突出部の効果を説明するためのグラフ図。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図１０】同第４の実施形態に係る水栓用発電機における動翼部分の模式斜視図。
【図１１】同第４の実施形態に関して、複数の傾斜面を組み合わせた動翼部分の模式斜視図。
【図１２】同第４の実施形態に係る動翼部分の効果を説明するためのグラフ図。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図１４】本発明者が本実施形態に係る発明をするに至った過程で検討をした第２の比較例を説明するための模式断面図。
【図１５】本実施形態に係る発明の効果を説明するためのグラフ図。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００９９】
１…水栓用発電機、３…水栓装置、７…センサ、８…電磁弁、２１…静翼、２２…静翼羽根部、２３…静翼流路、２３ａ…静翼流路の最外周端、２５…動翼、２６…動翼羽根部、２７…動翼流路、２７ａ…動翼流路の最外周端、２８…動翼リング、３５…中心軸、３６…コイル、４０…ヨーク、５０…ステータ、６０…突出部、６１…端面部、７０…突出部、７１…端面部、７２…径外方側部分、７３…径内方側部分、８０…突出部、８１…端面部、８２…径外方側部分、８３…径内方側部分、８４…壁面
【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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【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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