(57)【要約】【課題】  整流部材の中央部に軸受部を形成させることで製造コストの低減が図れることの可能な発電装置付自動水栓装置を実現する。【解決手段】  水車３１、永久磁石３４、およびステータコイル４０からなり、流路６に流れる流体の流通により水車３１を回転させて発電する発電手段３０を備える発電装置付自動水栓装置において、水車３１は、永久磁石３４と同軸状態にて形成された軸流式の羽根部３２ａを有するとともに、羽根部３２ａが永久磁石３４の内側を流れる流体の流通により回転されるように構成され、水車３１で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部材４２が設けられるとともに、この整流部材４２は羽根部３２ａの回転軸３３の一端を回転自在に支持するように構成した。これにより、製造コストの低減が図れる。【選択図】        図１
2005314904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水源から吐水口にかけての流路（６）に配設され、水車（３１）と、前記水車（３１）に固設された永久磁石（３４）と、前記永久磁石（３４）の回転により起電力を発生するステータコイル（４０）とからなり、前記流路（６）に流れる流体の流通により前記水車（３１）を回転させて発電する発電手段（３０）を備える発電装置付自動水栓装置において、
前記水車（３１）は、前記永久磁石（３４）と同軸状態にて形成された軸流式の羽根部（３２ａ）を有するとともに、前記羽根部（３２ａ）が前記永久磁石（３４）の内側を流れる流体の流通により回転されるように構成され、
前記水車（３１）で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部材（４２）が設けられるとともに、前記整流部材（４２）は、前記羽根部（３２ａ）の回転軸（３３）の一端を回転自在に支持するように構成したことを特徴とする発電装置付自動水栓装置。
【請求項２】
前記整流部材（４２）は、前記回転軸（３３）の一端を回転自在に支持する軸受部（４２ａ）と、前記軸受部（４２ａ）の外側に前記水車（３１）で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部（４２ｂ）とを一体構成で形成したことを特徴とする請求項１に記載の発電装置付自動水栓装置。
【請求項３】
前記整流部材（４２）は、前記整流部（４２ｂ）が螺旋状に形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電装置付自動水栓装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水などの流体の流通により水車を回転して発電を行なう発電装置付自動水栓装置に関するものであり、特に、軸流式の水車を用いた発電手段の下流側に配設される整流部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電装置付自動水栓装置として、出願人は、給水源から吐水口にかけての流路に配設され、水車と、この水車に固設された永久磁石と、この永久磁石の回転により起電力を発生するステータコイルとからなり、流路に流れる流体の流通により水車を回転させて発電する発電手段とを備える装置であって、前記水車は、永久磁石と同軸状態にて形成された軸流式の羽根部を有するとともに、この羽根部が永久磁石の内側を流れる流体の流通により回転されるように構成したことを特徴とする発明を出願している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特願２００３−３３０３９４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１によれば、軸流式の水車を流路に配設することで、発電手段の下流側には、水車の回転軸を支持する支持部材と、水車で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部材とが必要であって、具体的には、水車の下流側に、水車の回転軸を支持する軸受部を有する支持部材と整流部材とがそれぞれ流路方向に並べて設けている。これにより、これらの部品が別体で形成されて配設させることで、これらの部品の加工費と組み付け費などの製造コストが上昇する問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、整流部材の中央部に軸受部を形成させることで製造コストの低減が図れることの可能な発電装置付自動水栓装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項３に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、給水源から吐水口にかけての流路（６）に配設され、水車（３１）と、この水車（３１）に固設された永久磁石（３４）と、この永久磁石（３４）の回転により起電力を発生するステータコイル（４０）とからなり、流路（６）に流れる流体の流通により水車（３１）を回転させて発電する発電手段（３０）を備える発電装置付自動水栓装置において、
水車（３１）は、永久磁石（３４）と同軸状態にて形成された軸流式の羽根部（３２ａ）を有するとともに、羽根部（３２ａ）が永久磁石（３４）の内側を流れる流体の流通により回転されるように構成され、水車（３１）で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部材（４２）が設けられるとともに、この整流部材（４２）は、羽根部（３２ａ）の回転軸（３３）の一端を回転自在に支持するように構成したことを特徴としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、羽根部（３２ａ）は回転軸（３３）の外側に形成されるので、整流部材（４２）の内側、つまり、回転軸（３３）を支持する部位はデットスペースとなる。これにより、このデットスペースに回転軸（３３）の一端を回転自在に支持するように形成すればよい。従って、水車（３１）の回転軸（３３）を支持する支持部と整流する整流部材（４２）とが一体に構成できることで製造コストの低減が図れる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、整流部材（４２）は、回転軸（３３）の一端を回転自在に支持する軸受部（４２ａ）と、この軸受部（４２ａ）の外側に水車（３１）で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部（４２ｂ）とを一体構成で形成したことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、具体的には、軸受部（４２ａ）がデットスペースに形成され、羽根部（３２ａ）の下流に整流部（４２ｂ）が形成できることで、圧力損失の少ない整流部（４２ｂ）が容易に形成できる。従って、製造コストの低減が図れる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、整流部材（４２）は、整流部（４２ｂ）が螺旋状に形成されたことを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、整流部（４２ｂ）の流路を短くできることで整流部材（４２）の小型化が図れる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図５に基づいて説明する。図１および図２は本発明の発電装置付自動水栓装置を台所用水栓の蛇口に適用したものであり、図１は一実施形態における発電装置付自動水栓装置の全体構成を示す縦断面図、図２は図１に示す上カバー４４を外したときの構成を示す平面図である。
【００１２】
また、図３（ａ）および図３（ｂ）は発電手段３０に構成される水車３１の全体構成を示す斜視図および分解斜視図であり、図４（ａ）は整流部材４２の全体構成を示す縦断面図であり、図４（ｂ）は図３（ａ）に示すＡ矢視図である。図５は発電装置付自動水栓装置の構成部品間の電気系統を示す電気ブロック図である。
【００１３】
まず、本実施形態の発電装置付自動水栓装置は、図１および図２に示すように、台所用水栓などの蛇口先端部の内部に配設させたものであり、給水源から吐水口４２ｃにかけての流路６を形成するボディー１、２と、この流路６を開閉する電磁弁２７と、流路６を流れる流体の流水により水車３１を回転させて発電する発電手段３０と、人体や物を検知する検知手段である赤外線センサ４６と、赤外線センサ４６の他に手動操作により給水、止水をする操作手段であるマニアルスイッチ４７と、発電手段３０からの発電された電力を蓄えるとともに、後述する電気制御装置５０の電源を構成する蓄電手段である複数個のコンデンサ５２および赤外線センサ４６からの検知信号およびマニアルスイッチ４７からの操作信号に基づいて電磁弁２７を開閉制御する制御手段である電気制御装置５０と、蓄電手段であるコンデンサ５２をバックアップするための電池手段であるボタン電池５３と、水車３１で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部材４２とから構成している。
【００１４】
また、図中に示す４３は水栓の蛇口パイプであって、その下流端に上カバー４４および下カバー４５が設けられ、それらにボディー１、２を固定するように構成している。また、蛇口パイプ４３の上流端が給水源に接続されて給水が流路６に導かれるように構成している。なお、ボディー１、２は、青銅鋳物、または樹脂材料（例えば、ＰＰＳなど）により形成して、図示しないボルトなどの締結部材により連結固定されている。
【００１５】
また、ボディー２には、流入口３、噴流口である流出口４およびこれらを連通する流路６（図中に一点鎖線で示す）と水車３１の回転軸３３の一端を支持する軸穴５が形成されている。この流路６の中途には、図示しないが主弁と副弁とからなるパイロット式開閉弁がボディー１、２の間に挟持されており、流入口３と流出口４とを区画するようにしている。そして、副弁を電磁弁２７で開弁させることで主弁を開弁させるようにしている（詳しい構成については、特願２００３−３３０３９４号による）。
【００１６】
また、ボディー２に形成される流出口４は、下流側に設けられる後述する水車３１にあてる水流の流速を高めるとともに、その水流が水車３１の軸方向に対して旋回するように構成されている。因みに、本実施形態では、軸穴５を中心として外側の円周方向に複数（例えば、２〜４個）の小孔（例えば、φ２〜３ミリ程度）を形成するとともに、これらの小孔が斜め（例えば、４５°程度）に傾けて形成されている。
【００１７】
次に、発電手段３０は、流路６を流れる水流を当てて回転する水車３１、水車に固設された永久磁石３４、および永久磁石３４の回転により起電力を発生するステータコイル４０から構成され、ボディー２の流出口４に図示しない締結部材により連結固定されている。
【００１８】
そして、水車３１は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、軸流式の水車３１であり、ポリアセタール製の水車本体３２にステンレス鋼製の回転軸３３が貫通した状態で固定されている。そして、水車本体３２には、流出口４からの水流をあてるための複数個（例えば、４枚）の羽根部３２ａが回転軸３３の外側に放射状に設け、本実施形態では、上述した流出口４の傾き（例えば、４５°程度）に応じた傾き角（例えば、３０から４５°程度）を有するものである。これにより、流出口４からの水流が水車３１の軸方向に対して旋回する水量のエネルギーをあて易いように形成したものである。
【００１９】
また、水車３１の一端には、羽根部３２ａの外側に円周が帯状の外筒部３２ｂおよび突起部３２ｃが形成されている。そして、この外筒部３２ｂおよび突起部３２ｃの端面に当接するように略円筒形状からなる永久磁石３４が固設されている。従って、流出口４からの水流が外筒部３２ｂおよび永久磁石３４の内側を流れるように構成させている。なお、この永久磁石３４は、水車３１の円周方向にＮ、Ｓ極が交互に着磁されている。
【００２０】
また、図１に示すように、水車３１の回転軸３３の下端部は後述する整流部材４２に固設されたテフロン（登録商標）系樹脂よりなるラジアル軸受３６にて回転自在に支持されるとともに、上端部はボディー２に形成された軸孔５に枢軸されている。そして、水車３１、永久磁石３４および整流部材４２を覆うようにステンレス鋼の薄板よりなるケース３７が設けられている。
【００２１】
さらに、永久磁石３４の外周側におけるケース３７に接するように軟磁性材料よりなるヨーク３８がボディー２に図示しない締結部材にて固定され、ヨーク３８の内部にはステータコイル４０を巻装したコイルボビン４１が装着されている。このステータコイル４０は図示しない端子を介して、図２に示す蓄電手段であるコンデンサ５２に接続されている。なお、ボディー２とケース３７とはＯリング３９にて密閉されている。
【００２２】
また、４２ｃは、整流部材４２に形成された吐水口である。このように、水車３１および永久磁石３４は、流路６中を流れる水が直接あたる位置に配置されている。従って、給水時に、流出口４から流れる水流を永久磁石３４の内周側に流すことで、羽根部３２ａに水流を当てて水車３１、および永久磁石３４を回転させる。
【００２３】
次に、本発明の要部である整流部材４２について図４（ａ）および図４（ｂ）に基づいて説明する。本実施形態の整流部材４２は、上述した水車３１により撹乱された水流を動圧から静圧に整流するとともに、水車３１の回転軸３３を支持するラジアル軸受３６を固設したものである。具体的には、図４（ａ）に示すように、略円筒状に形成され、中央の上方にラジアル軸受３６を固設する軸受部４２ａを設けている。この軸受部４２ａは、ラジアル軸受３６に応じた凹状の溝で形成している。
【００２４】
また、この軸受部４２ａの外周側に整流部４２ｂが形成されている。整流部４２ｂは、図４（ｂ）に示すように、吐水口４２ｃを円周方向に対して略６等分に区画するように、外周部と内周部とを連結するように形成している。なお、本実施形態では、上方と下方とが均一の板厚にて形成されている。なお、これらの整流部４２ｂは、流路６方向に対して平行となるように形成されている。これにより、水車３１で撹乱された水流を吐水口４２ｃから整流させて吐水することができる。
【００２５】
次に、電気制御装置５０は、図５に示すように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを中心とした周知のマイクロコンピュータからなるＣＰＵ５１ａ、電磁弁２７を駆動する駆動回路５１ｂ、および発電手段３０からの電力を整流、蓄電する整流蓄電回路５１ｃを有する電子制御部品類から構成された二つに分割した回路基板５１ｄ（図２参照）であってボディー１、２に固設している。
【００２６】
そして、電磁弁２７が駆動回路５１ｂに接続され、コンデンサ５２が複数個（例えば、３個）設けて、ＣＰＵ５１ａと整流蓄電回路５１ｃに接続するように二つの回路基板５１ｄ（図２参照）にそれぞれ配設されている。これにより、電磁弁２７が作動して流路６に水流が流れると、発電手段３０からの発電された電力をコンデンサ５２に蓄えることができる。
【００２７】
赤外線センサ４６は、吐水口４２ｃの下方に、差し入れする人体（例えば、人の手）の有無を検知するためのセンサで有り、吐水口４２ｃの近傍に下方に向けて設けられている。この赤外線センサ４６は赤外線を吐水口４２ｃの下方へ向けて発光する発光素子と、それ自身に入射される赤外線の量に応じて受光電圧を発する受光素子を備えており、この受光電圧が電気制御装置５０のＣＰＵ５１ａに入力されるものである。
【００２８】
これにより、吐水口４２ｃの下方における人の手などの有無を検知することにより、受光素子が受光する赤外線量が変化し受光電圧が変化する。この受光電圧の変化に基づいて電気制御装置５０が電磁弁２７の開閉を制御して、吐水口４２ｃにおける給水、止水を制御する。なお、この赤外線センサ４６の作動は、上述したコンデンサ５２からの電源の給電により検知するものであって、このコンデンサ５２の蓄電容量に応じて人体検知する検知周期を可変させるとともに、低い蓄電容量のときには検知を停止するようになっている。
【００２９】
従って、コンデンサ５２の蓄電容量が低い時のバックアップ電源として乾電池であるボタン電池５３を設けるとともに、コンデンサ５２と電気的に接続するように構成して回路基板５１ｄの近傍に配置している。さらに、コンデンサ５２の蓄電容量が低く、かつボタン電池５３の電池容量が低下したときには、手動操作によるマニアルスイッチ４７を操作するようにしている。
【００３０】
このマニアルスイッチ４７は操作のし易い蛇口先端頭部に設けられており、このスイッチ４７を手動操作することで、操作信号が電気制御装置５０に入力されて赤外線センサ４６による検知信号がなくても電磁弁２７の開閉を制御するようにしてある。従って、マニアルスイッチ４７を操作することで電磁弁２７の開閉を制御して吐水口４２ｃから給水するとともに、流水により発電手段３０が発電されてコンデンサ５２に電力が蓄えられることになる。
【００３１】
なお、本実施形態では、流路６を形成するボディー１、２、電磁弁２７、発電手段３０、赤外線センサ４６、コンデンサ５２、電気制御装置５０、マニアルスイッチ４７、ボタン電池５３を全て蛇口先端の上カバー４４、下カバー４５内に配設したが、これに限らず、少なくともボディー１、２、電磁弁２７、発電手段３０、赤外線センサ４６、コンデンサ５２、電気制御装置５０を蛇口先端の上カバー４４、下カバー４５内に配設することが望ましい。
【００３２】
次に、流路６の中途に設けられた発電手段３０、およびその下流側に設けられた整流部材４２の作動について説明する。まず、赤外線センサ４６により人の手の有りが検知されることで、電気制御装置５０により電磁弁２７が制御されて、パイロット式開閉弁が開弁して流出口４から水車３１の羽根部３２ａに流出口４からの水流があたり水車３１が回転する。
【００３３】
これにより、５〜１５Ｌ／分の給水が行なわれるとともに、水車３１の回転にともない永久磁石３４が回転し、永久磁石３４からヨーク３８に伝わる磁束の流れが変化し、この変化を妨げる方向にステータコイル４０に電流が流れ発電が行なわれるものである。そして、水車３１で撹乱された水流が整流部材４２の整流部４２ｂを流通することで、動圧を静圧に整流されて吐水口４２ｃから外部に吐水される。
【００３４】
以上の一実施形態による発電装置付自動水栓装置によれば、水車３１は、永久磁石３４と同軸状態にて形成された軸流式の羽根部３２ａを有するとともに、羽根部３２ａが永久磁石３４の内側を流れる流体の流通により回転されるように構成され、水車３１で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部材４２が設けられるとともに、この整流部材４２は、羽根部３２ａの回転軸３３の一端を回転自在に支持するように構成したことにより、羽根部３２ａは回転軸３３の外側に形成されるので、整流部材４２の内側はデットスペースとなる。これにより、このデットスペースに回転軸３３の一端を回転自在に支持するように形成すればよい。従って、支持部材と整流部材４２とが一体に構成できることで製造コストの低減が図れる。
【００３５】
具体的に、整流部材４２には、水車の回転軸３３の一端を回転自在に支持するラジアル軸受３６を固設する軸受部４２ａと、その軸受部４２ａの外側に水車３１で撹乱された水流を動圧から静圧に整流する整流部４２ｂとを一体構成で形成したことにより、軸受部４２ａがデットスペースに形成され、羽根部３２ａの下方に整流部４２ｂが形成できることで、圧力損失の少ない整流部４２ｂが形成できる。これにより、製造コストの低減が図れる。
【００３６】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、整流部材４２に形成する整流部４２ｂを吐水口４２ｃの円周方向に対して略６等分に区画するように外周部と内周部とを連結するように形成したが、略６等分に限定されるものではなく、この数値に限定するものではない。また、複数の整流部４２ｂを流路方向に対して平行に形成したが、これに限定するものでなく、具体的には図６に示すように、整流部４２ｂが上流側から下流側に螺旋状になるように形成しても良い。
【００３７】
これによれば、整流部４２ｂの流路を短く形成することができる。これにより、整流部材４２の小型化が図れる。ただし、この場合には、螺旋状の整流部４２ｂを形成し、これを整流部材４２にインサート成形することで一体構成ができる。
【００３８】
また、以上の実施形態では、本発明を台所用水栓の蛇口先端部に適用したが、これに限らず、キッチン用シャワー水栓の先端に構成するシャワーヘッドの蛇口先端部に適用しても良い。この場合には、赤外線センサ４６を用いずに、マニアルスイッチ４７を配設し、このマニアルスイッチ４７による操作信号に基づいて電磁弁２７の開閉制御をさせるようにしても良い。
【００３９】
また、以上の実施形態の発電装置付自動水栓装置は、台所の流し台用の水栓に適用したが、これに限らず、公共向けの手洗い用自動水栓装置、公共向けのトイレ用自動水栓などにも適用できるのは勿論である。さらに、水道水や温水などの流体が流通する流路である流路６に設けて流体の流通により水車３１を回転させて発電させたが、水道水、温水などの流体の他にオイル、海水、空気などの流体を流通させ、その流体の流通により水車３１を回転させて発電させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態における発電装置付自動水栓装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す上カバー４４を外したときの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における（ａ）は水車３１および永久磁石３４の形状を示す斜視図、（ｂ）は水車３１および永久磁石３４の構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態における（ａ）は整流部材４２の全体構成を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す底面図である。
【図５】本発明の第１実施形態における発電装置付自動水栓装置の構成部品間の電気系統を示す電気ブロック図である。
【図６】他の実施形態における整流部材４２の全体構成を示す底面図である。
【符号の説明】
【００４１】
６…流路
３０…発電手段
３１…水車
３２ａ…羽根部
３３…回転軸
３４…永久磁石
４０…ステータコイル
４２…整流部材
４２ａ…軸受部
４２ｂ…整流部
【図１】
2005314904.tif 000003
【図２】
2005314904.tif 000004
【図３】
2005314904.tif 000005
【図４】
2005314904.tif 000006
【図５】
2005314904.tif 000007
【図６】
2005314904.tif 000008