(57)【要約】【課題】内蔵される構成物の配置関係を工夫した水栓金具を提供する。【解決手段】給水流路に対して略平行な中心軸のまわりに回転可能に給水流路に設けられた動翼と、動翼のまわりを囲む筒状を呈し、動翼と一体に回転可能なマグネットと、マグネットにおける軸方向の一方の端面に対向して設けられたコイルと、マグネットの一方の端面側であって且つ給水流路の上方に設けられ、配線を介してコイルと接続された制御部と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水流路に対して略平行な中心軸のまわりに回転可能に前記給水流路に設けられた動翼と、
前記動翼のまわりを囲む筒状を呈し、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、
前記マグネットにおける軸方向の一方の端面に対向して設けられたコイルと、
前記マグネットの前記一方の端面側であって且つ前記給水流路の上方に設けられ、配線を介して前記コイルと接続された制御部と、
を備えたことを特徴とする水栓金具。
【請求項２】
前記コイルは、外周側から引き出されて前記配線に接続していることを特徴とする請求項１記載の水栓金具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水の流れを利用して発電する発電機を備えた水栓金具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蛇口の下に手を差し出すことによって、これをセンサが感知し、蛇口から水を自動的に吐水する自動水栓金具が知られている。また、そのような自動水栓金具の流路に小型発電機を配設し、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、軸流式の自動水栓用発電機において、マグネットの軸方向下流側にコイル及びヨークを配設した構成が開示されている。この構成において、制御部がマグネットの上流側に配置された場合には、コイルに発生した電気を取り出すための配線を、制御部まで取り回すためにマグネットをこえて取り回さなければならず、非常に組み立て工程が煩雑であった。また、制御部が流路の上方にないと、流路配管が結露した場合に制御部が浸水することも懸念される。
【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】
【０００４】
本発明は、内蔵される構成物の配置関係を工夫した水栓金具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、給水流路に対して略平行な中心軸のまわりに回転可能に前記給水流路に設けられた動翼と、前記動翼のまわりを囲む筒状を呈し、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、前記マグネットにおける軸方向の一方の端面に対向して設けられたコイルと、前記マグネットの前記一方の端面側であって且つ前記給水流路の上方に設けられ、配線を介して前記コイルと接続された制御部と、を備えたことを特徴とする水栓金具が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、内蔵される構成物の配置関係を工夫した水栓金具が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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している。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に係る水栓金具３の内部構成を表す模式図である。  
図２は、同水栓金具３の外観及び取付例を表す模式図である。
【０００９】
本実施形態に係る水栓金具３は、例えば洗面台２などに取り付けられる。水栓金具３は、配管４を介して、水道水等の流入口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の径外方向に延出して本体３ａの上部に設けられた吐水部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の近傍にセンサ７が内蔵されている。
【００１０】
水栓金具３の内部には、流入口５から流入し配管４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定流量弁５５が内蔵されている。また、水道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られる。
【００１１】
定流量弁５５より下流側の吐水部３ｂの内部には、水栓用発電機（以下、単に発電機とも称する）１１が内蔵されている。
【００１２】
図３は、水栓用発電機１１の内部を表す模式断面図である。  
図４は、水栓用発電機１１における予旋回静翼１４、動翼１５、軸受１７の斜視図である。  
図５は、水栓用発電機１１におけるマグネットＭの斜視図である。  
図６（ａ）は、水栓用発電機１１におけるヨーク３０の斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の反対側から見た斜視図である。  
図７（ａ）は、同ヨーク３０の中央切断斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の反対側から見た中央切断斜視図である。  
図８（ａ）は、同ヨーク３０における第３ヨーク３３の斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の反対側から見た斜視図である。
【００１３】
本具体例に係る水栓用発電機は、図３に表されるように、主として、筒体１３、予旋回静翼１４、動翼１５、マグネットＭ、ステータ９を備え、これらは、図１に表されるケース１２の中に収容されている。
【００１４】
筒体１３は、小径部１３ａと大径部１３ｂ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、図１、２に図示される吐水部３ｂに内蔵され、筒体１３の中心軸方向は、流水方向に対して略平行になるよう設置される。筒体１３は、小径部１３ａを上流側に、大径部１３ｂを下流側に向けて配置される。
【００１５】
筒体１３の内部には、上流側から順に、予旋回静翼１４、動翼１５、軸受１７が設けられている。予旋回静翼１４は小径部１３ａの内部に設けられ、動翼１５及び軸受１７は大径部１３ｂの内部に設けられている。
【００１６】
予旋回静翼１４は、円柱体の一方の端面（上流側に位置する面）に、円錐体を一体に設けた形状を呈する。予旋回静翼１４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１８が設けられている。図４に表すように、静翼羽根部１８は、予旋回静翼１４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。周方向に見て隣り合う静翼羽根部１８間の空間は、静翼流路７１として機能する。予旋回静翼１４は、筒体１３に対して固定され、回転しない。
【００１７】
予旋回静翼１４に対して間隙を隔てて、予旋回静翼１４の下流側に動翼１５が設けられている。動翼１５は、円柱状を呈し、その周面には径外方向に突出した複数の突起状の動翼羽根部１９が設けられている。図４に表すように、動翼羽根部１９は、静翼羽根部１８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。周方向に見て隣り合う動翼羽根部１９間の空間は、動翼流路７２として機能する。動翼１５は、給水流路に対して略平行な中心軸２４を介して、筒体１３に対して固定された軸受１７上に支持されている。動翼１５は、中心軸２４のまわりに回転可能となっている。
【００１８】
軸受１７は、筒体１３の内周面に対して固定されたリング部材２１と、このリング部材２１の中心に設けられた軸支持部２２とが、放射状に設けられた連結部材２３によって結合されてなる。連結部材２３間は、閉塞せず貫通しているため、筒体１３内部の給水の流れを妨げない。
【００１９】
軸受１７の軸支持部２２には、動翼１５の軸中心に固定された中心軸２４が回転可能に支持されている。中心軸２４の先端部は、動翼１５から突出して予旋回静翼１４に嵌め込まれている。中心軸２４の先端部と予旋回静翼１４とは、互いに固定されておらず、筒体１３に対して固定された予旋回静翼１４に対して中心軸２４は回転可能になっている。あるいは、中心軸２４の両端部をそれぞれ軸支持部２２と予旋回静翼１４に固定させ、その中心軸２４に対して回転可能に動翼１５を嵌め込む構成としてもよい。
【００２０】
筒体１３の大径部１３ｂの内部に、動翼流路７２を囲むように動翼羽根部１９に固定された円筒状のマグネットＭが収容されている。図４において２点鎖線で表されるマグネットＭの内周面は、動翼羽根部１９の径外方側の側端面に固定されている。
【００２１】
図５に表すように、マグネットＭの軸方向の端面には、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。
【００２２】
筒体１３の大径部１３ｂの外側には、マグネットＭの上流側端面に対向させてステータ９が配置されている。ステータ９は、ヨーク３０（図６）と、このヨーク３０で囲まれた空間内に収容されたコイル５０（図７において１点鎖線で表す）とからなる。円筒状に巻回されたコイル５０は、その内周面部、外周面部および軸方向の両端面部が、ヨーク３０によって囲まれている。ヨーク３０は、いずれも磁性体からなる第１〜第３ヨーク３１〜３３を結合してなる。
【００２３】
第１ヨーク３１は、コイル５０の内側に配置された略円筒状を呈し、その軸方向の一端部には、複数の極歯３１ａが径外方に向けて一体に設けられている。第１ヨーク３１において、コイル５０の内周面部に対向する部分と、極歯３１ａとは、略直角になっている。極歯３１ａは、コイル５０の周方向に沿って等間隔で配置されている。
【００２４】
第２ヨーク３２は、コイル５０の外周面部を囲むように配置された略円筒状を呈し、その軸方向の一端部には、複数の極歯３２ａが径内方に向けて一体に設けられている。第２ヨーク３２において、コイル５０の外周面部に対向する部分と、極歯３２ａとは、略直角になっている。極歯３２ａは、コイル５０の周方向に沿って等間隔で配置されるとともに、第１ヨーク３１の極歯３１ａの間に配置されている。すなわち、第１ヨーク３１の極歯３１ａと、第２ヨーク３２の極歯３２ａとが、コイル５０の周方向に沿って、交互に、且つ互いに離間して並んでいる。
【００２５】
極歯３１ａ、３２ａは、コイル５０の一方の端面部に対向している。そのコイル５０の一方の端面部は、極歯３１ａ、３２ａ及び筒体１３のフランジ部１３ａを間に挟んで、マグネットＭにおける上流側の端面に対向している。
【００２６】
第３ヨーク３３は、コイル５０の他方の端面部に対向して設けられたリングプレート状を呈する。第３ヨーク３３の内周側には、内周側段部３３ａが環状に形成されている。第３ヨーク３３の外周側には、外周側段部３３ｂが環状に形成されている。内周側段部３３ａ及び外周側段部３３ｂには、それぞれ、凸状の位置決め部３４が設けられている。また、第３ヨーク３３における外周側の一部は切り欠かれて、コイル取り出し部３５が形成されている。
【００２７】
第３ヨーク３３は、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２におけるそれぞれ極歯３１ａ、３２ａが設けられた端部の反対側の端部に結合される。具体的には、第３ヨーク３３の内周側段部３３ａに、第１ヨーク３１の端部（図６、７においては下端部）が係合し、第３ヨーク３３の外周側段部３３ｂに、第２ヨーク３２の端部（図６、７においては下端部）が係合する。第１〜第３ヨーク３１〜３３によって囲まれた空間内に、コイル５０が収容され、コイル５０は、第３ヨーク３３の外周側に形成されたコイル取り出し部３５を介して外部に引き出される。
【００２８】
また、第３ヨーク３３には、例えば凸状の位置決め部３４が設けられており、この位置決め部３４を、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２のそれぞれに形成された凹状の切り欠きに係合させることで、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２は、それぞれ周方向に位置決めされる。これにより、極歯３１ａ、３２ａ間の所定ピッチを精度良く確保できる。なお、第３ヨーク３３に凹状の位置決め部を、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２のそれぞれに凸状の位置決め部を設けてもよい。
【００２９】
図１に表すように、水栓用発電機１１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、水道元圧（一次圧）が、水栓用発電機１１に直接作用しない。したがって、水栓用発電機１１は、それほど高い耐圧性を要求されず、信頼性やコストの点で有利である。
【００３０】
また、水栓金具３の本体３ａの内部には、水栓用発電機１１で発電された電力を充電しておく電池５６と、センサ７の駆動と電磁弁８の開閉を制御する制御部５７が設けられている。電池５６及び制御部５７は、本体３ａの上部であって、給水流路１０における最も上方の位置よりも上方に配置されている。
【００３１】
吐水部３ｂに内蔵された発電機１１において、コイル５０は、マグネットＭの上流側端面に対向して配置されている。コイル５０から見て、吐水口６側にマグネットＭが位置している。マグネットＭから見ると、コイル５０は、吐水口６側ではなく、本体３ａ側に位置している。制御部５７から見ると、コイル５０は、マグネットＭよりも手前側に位置し、制御部５７とコイル５０との間に、マグネットＭが位置していない。コイル５０と制御部５７は、図示しない配線を介して接続され、制御部５７はコイル５０の出力を受ける。
【００３２】
以上のように構成される水栓金具３及び発電機１１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８を開にする。これにより、水栓用発電機１１の筒体１３の内部に流水が供給され、筒体１３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、自動で水が止まる。
【００３３】
筒体１３内に流れ込んだ流水は、予旋回静翼１４の円錐体表面を流れて径外方向に拡散され、本具体例においては、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１８間の静翼流路７１を流れる。
【００３４】
静翼流路７１を流れた旋回流は、動翼流路７２に流入し、動翼羽根部１９の上側の傾斜面に衝突する。本具体例では、動翼流路７２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１９に対して右方向の力が作用し、動翼１５は右回りに回転する。そして、マグネットＭの内周面より内側の動翼流路７２を流れた流水は、軸受１７の内側を通過して、筒体１３内部を抜け、吐水口６へと至る。
【００３５】
動翼１５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の端面は、前述したように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いるため、マグネットＭが回転すると、マグネットＭの端面に対向している極歯３１ａ、３２ａ及びこれらに一体な第１、第２ヨーク３１、３２の極性が変化していく。これにより、コイル５０に対する鎖交磁束の向きが変化し、コイル５０に起電力が生じ、発電する。発電した電力は、電池５６へと充電された後、例えば、電磁弁８、センサ７、制御部５７の駆動に使用される。
【００３６】
本実施形態では、コイル５０と制御部５７とを、マグネットＭに対して同じ側（本実施形態では、例えばマグネットＭの上流側の端面側）に配置した。これにより、コイル５０の出力を取り出すための配線を、マグネットＭをこえて制御部５７まで取りまわさなくて済み、コイル５０と制御部５７との間の配線距離を短でき、組み立て作業が容易になる。
【００３７】
また、コイル５０は、第３ヨーク３３の外周側に形成されたコイル取り出し部３５を介して、外周側から外部に取り出されるので、内周側から取り出す場合に比べて、制御部５７までの配線の取りまわしが容易である。
【００３８】
また、コイル５０からの引き出し配線が通る空間をマグネットＭの外側に大きく確保するために、マグネットＭの径を小さくしたり、マグネットＭが収められる筒体１３のフランジ部１３ａの径を大きくする必要がない。そのため、所望の発電量を確保しつつ、コンパクトな発電機を提供できる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、制御部５７を、給水流路１０における最も上方の位置より上方に設けているため、給水流路１０を形成する流路管の外面に結露した水滴が落下または流路管を伝って流れ落ちても、制御部５７が浸水することを防ぎ、制御部５７の故障を防げる。同様に、電池５６も給水流路１０の上方に設けているため、電池５６が浸水することを防ぎ、電池５６の故障を防げる。
【００４０】
また、本実施形態では、ステータ９を、マグネットＭの軸方向に対向配置させた構造のため、ステータ９をマグネットＭの径外方向に対向配置させた場合に比べて、径方向寸法を小さくすることができる。さらに、発電機１１は、流水方向に対して回転軸２４を略平行にして動翼１５が設けられ、マグネットＭは、その動翼１５と回転中心を一致させて動翼１５の径外方に設けられ、動翼１５は、マグネットＭの内側を流れる水流の力により回転される、いわゆる軸流式の発電機である。したがって、回転軸を流水方向に対して略垂直にして配置された羽根車を用い、その羽根車の回転軸に連結されて羽根車と共に回転するマグネット及びこのマグネットの外周面に対向するコイルを、流路の外側に出っ張るようにして設ける水車式構造に比べて径方向寸法をさくすることができる。このように、本実施形態における構造は、発電機の径方向寸法の小型化に有利なため、円筒状の吐水部３ｂの中に内蔵させても吐水部３ｂの細くスッキリとしたデザイン性を損ねない。また、動翼１５の径外方にステータ９を配置しない分、動翼１５の径方向寸法の拡大が図れ、発電効率を向上させることができる。
【００４１】
図９は、本発明の他の実施形態に係る水栓金具の内部構成を表す模式図である。
【００４２】
本実施形態に係る水栓金具は、そのケース体のデザインが上記実施形態と異なり、上記実施形態のように本体と吐水部とをはっきり区別せず、湾曲した本体６０に直接吐水口４１を設けている。本体６０の内部には、給水流路４０が設けられ、さらに、給水流路４０の下流側から順に、電磁弁８、定流量弁５５、発電機１１が設けられている。
【００４３】
本実施形態においても、コイル５０と制御部５７とを、マグネットＭに対して同じ側（本実施形態では、例えばマグネットＭの下流側の端面側）に配置した。これにより、コイル５０の出力を取り出すための配線を、マグネットＭをこえて制御部５７まで取りまわさなくて済み、コイル５０と制御部５７との間の配線距離を短でき、組み立て作業が容易になる。
【００４４】
また、電池５６及び制御部５７は、本体６０の上部であって、給水流路４０よりも上方に配置されている。したがって、給水流路４０を形成する流路管の外面に結露した水滴が落下または流路管を伝って流れ落ちても、電池５６及び制御部５７が浸水することを防ぎ、電池５６及び制御部５７の故障を防げる。
【００４５】
本発明の実施形態では、給水流路１０、４０の継ぎ目よりも上方に制御部５７を設けているため、その継ぎ目からの漏水が合った場合でも、制御部５７が浸水することを防止できる。ここで、給水流路１０、４０の継ぎ目とは、例えば、図１、９において、給水流路１０、４０と水栓用発電機１１との継ぎ目などを指す。
【００４６】
本発明の水栓金具は、生活空間において好適に使用される。使用目的としては、例えば、キッチン用水栓金具、リビングダイニング用水栓金具、シャワー用水栓金具、トイレ用水栓金具、洗面所用水栓金具などが挙げられる。また、人体検知センサを用いた自動水栓金具に限らず、例えば、手動スイッチのオン／オフによるワンタッチ水栓金具、流量をカウントして止水する定量吐水水栓金具、設定時間を経過すると止水するタイマー水栓金具などにも適用できる。また、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。
【００４７】
本実施形態に係る水栓金具において、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ている。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１１に流れる水流を分岐させて、発電機１１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１１に流すと、動翼１５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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る水栓金具の内部構成を表す模式図である。
【図２】同水栓金具の外観及び取付例を表す模式図である。
【図３】同水栓金具に内蔵される水栓用発電機の内部を表す模式断面図である。
【図４】図３に表す水栓用発電機における予旋回静翼、動翼、軸受の斜視図である。
【図５】同水栓用発電機におけるマグネットの斜視図である。
【図６】同水栓用発電機におけるヨークの斜視図である。
【図７】図６に表すヨークの中央切断斜視図である。
【図８】図６に表すヨークにおける第３ヨークの斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る水栓金具の内部構成を表す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
３…水栓金具、７…センサ、８…電磁弁、９…ステータ、１１…水栓用発電機、１４…予旋回静翼、１５…動翼、１７…軸受、１８…静翼羽根部、１９…動翼羽根部、２４…中心軸、３０…ヨーク、３１…第１ヨーク、３１ａ…極歯、３２…第２ヨーク、３２ａ…極歯、３３…第３ヨーク、３４…位置決め部、３５…コイル取り出し部、５０…コイル、５５…定流量弁、５６…電池、５７…制御部、７１…静翼流路、７２…動翼流路、Ｍ…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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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