(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルへの通電によりプランジャをコイル側へ引き込んでその後のプランジャ位置を保持し、前記コイルへ極性を変えて通電を行い、前記プランジャを前記コイル側から突出させて、プランジャの開又は閉動作を行うラッチングソレノイドと、ラッチングソレノイドの駆動タイミングを制御する制御回路とから成り、該制御回路は入力電流信号を微分し、その信号の立ち上がり及び立ち下がりを検知することにより、プランジャの開又は閉動作に伴う移動完了を検知し、移動完了後のラッチングソレノイドへの通電を遮断するようにしたことを特徴とする水栓の給水制御装置。
【請求項２】
コイルへの通電によりプランジャをコイル側へ引き込んでその後のプランジャ位置を保持し、前記コイルへ極性を変えて通電を行い、前記プランジャを前記コイル側から突出させて、プランジャの開又は閉動作を行うラッチングソレノイドと、ラッチングソレノイドの駆動タイミングを制御する制御回路とから成り、前記制御回路は、前記プランジャを前記コイル側へ引き込むためにラッチングソレノイドへ流れる入力電流信号を微分し、得られた信号が一旦立ち上がった後に立ち下がり再び立ち上がったときを検知し、この検知に基づいて前記通電を遮断し、前記プランジャを前記コイル側から突出させるためにラッチングソレノイドへ流れる入力電流信号を微分し、得られた信号が一旦立ち上がった後に立ち下がり切ったときを検知し、この検知に基づいて前記通電を遮断するようにしたことを特徴とする水栓の給水制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラッチングソレノイドに一旦通電することによりプランジャを移動させてその後のプランジャの位置を保持し、弁を開閉制御する水栓において、必要最小限の電力のみを供給するようにし、余分な電力の供給をカットすることにより、効率のよい電力供給を行うようにした水栓の給水制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、手洗器や洗面器又は小便器等において、人体の一部を検知することで自動的に給水を開始したり遮断するいわゆる自動水栓が公知である。図５は、自動水栓１の動作状況を説明するための概略図である。このような自動水栓１では、使用者が水栓本体の吐出口の前に手を差し出すと、発光器２から照射された赤外線等の人体検知信号が使用者の手によって反射し、受光器３を通じてセンサー受信回路４で受信される。そして、この受信信号はマイコン５によって信号処理され、吐水を必要とすると判断されると、バルブ回路６のコイル１０に通電することによりプランジャ７を移動させてパイロットバルブ８を開閉し、これによりメインバルブ９の開閉制御を行っている。
【０００３】
図６は、一般的なバルブ装置を示す縦断面図であり、メインバルブ（ダイヤフラムバルブ）９が開となって吐水状態である場合を示している。プランジャ７は、コイル１０に通電されていない状態では、スプリング１１に付勢されて上昇位置にあり、弁座１２に着座している。このときメインバルブ９の二次側室１３は小孔１４を通じて一次側室（給水圧室）１５へ連通しており、メインバルブ９の一次側及び二次側の圧力が同圧であるため、メインバルブ９はスプリング１６によって付勢されて弁座１７へ着座し、止水状態にある。
【０００４】
この止水状態からコイル１０に通電がなされると、プランジャ７が電磁力により同図の下方へ引き下げられ、弁座１２を開放する。これにより、メインバルブ９の二次側室１３が大気側へ連通し、圧力が低下するので、メインバルブ９は給水圧によって同図の左側方向へ付勢され、弁座１７を開放し、吐水口から給水を開始するようになる。つまり、吐水状態となる。
【０００５】
なお、プランジャ７は、移動後は永久磁石１８によりその位置が保持される。従って、従来の自動水栓１では、プランジャ７の移動を行うときにのみ、コイル１０へ極性を変えて通電を行い、バルブの開閉を行うことにより低消費電力型とした給水制御装置である。
【０００６】
更に、従来においては、このような低消費電力型の給水制御装置において、プランジャ７の移動が完了したタイミングを入力電流を測定することで検知し、その後の電圧印加を抑制することで省電力化を図るようにしたものも公知である。この低消費電力型では、プランジャ７をコイル１０側へ引き込むときに、プランジャ７がコイル１０に近づくとコイル１０のリアクタンスが上昇するので、入力電流が一旦減少するので、この途中での入力電流の減少を検知することで、プランジャ７の移動が完了したことを検知し、その後の電圧印加を抑制するものである。なお、プランジャ７が移動を完了した後は、コイル１０のリアクタンスの上昇も止まり再び電流は上昇し、飽和状態となる。
プランジャ７をコイル１０から突出させる場合は、コイル１０に逆向きの電圧を加えればよい。このとき、電流は徐々に上昇し、緩やかなカーブを描いて飽和状態となり、途中で電流が減少するということはない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の入力電流を測定することにより省電力化を実現した給水制御装置では、入力電流の減少を検知することでその後の電圧印加を抑制し、これにより省電力化を実現するものであって、弁開か弁閉のいずれか一方の場合のみの省電力化しか得られないという欠点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、入力電流信号を微分分析することにより、弁開及び弁閉のいずれの場合もプランジャの移動完了を検知し、その後の電圧抑制により優れた省電力化を実現せんとするものである。
【０００９】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、コイルへの通電によりプランジャをコイル側へ引き込んでその後のプランジャ位置を保持し、前記コイルへ極性を変えて通電を行い、前記プランジャを前記コイル側から突出させて、プランジャの開又は閉動作を行うラッチングソレノイドと、ラッチングソレノイドの駆動タイミングを制御する制御回路とから成り、該制御回路は入力電流信号を微分し、その信号の立ち上がり及び立ち下がりを検知することにより、プランジャの開又は閉動作に伴う移動完了を検知し、移動完了後のラッチングソレノイドへの通電を遮断するようにしたことを特徴とする水栓の給水制御装置である。
この発明によれば、プランジャを移動させるための入力電流信号を微分している。この微分値が大きく変動する立ち上がり及び立ち下がりを検知することにより、プランジャの開又は閉のいずれの方向への移動であっても、その移動が完了したことを検知することができる。従って、その後の電力抑制を行うことにより、優れた省電力化が可能である。
【００１０】
また本発明が採用した請求項２の手段は、コイルへの通電によりプランジャをコイル側へ引き込んでその後のプランジャ位置を保持し、前記コイルへ極性を変えて通電を行い、前記プランジャを前記コイル側から突出させて、プランジャの開又は閉動作を行うラッチングソレノイドと、ラッチングソレノイドの駆動タイミングを制御する制御回路とから成り、前記制御回路は、前記プランジャを前記コイル側へ引き込むためにラッチングソレノイドへ流れる入力電流信号を微分し、得られた信号が一旦立ち上がった後に立ち下がり再び立ち上がったときを検知し、この検知に基づいて前記通電を遮断し、前記プランジャを前記コイル側から突出させるためにラッチングソレノイドへ流れる入力電流信号を微分し、得られた信号が一旦立ち上がった後に立ち下がり切ったときを検知し、この検知に基づいて前記通電を遮断するようにしたことを特徴とする水栓の給水制御装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係るものであり、図１は給水制御装置の全体回路図、図２は各部の出力波形を示すタイムチャート、図３は実際の測定結果を示すものであり、図（Ａ）は弁を開にする場合の出力波形図、図（Ｂ）は弁を閉にする場合の出力波形図である。
【００１２】
図１に示すように、この給水制御装置では、電源電圧間において、ｐｎｐ型トランジスタＱ１のコレクタとｎｐｎ型トランジスタＱ３のコレクタとを直列に接続した回路と、同様にｐｎｐ型トランジスタＱ２のコレクタとｎｐｎ型トランジスタＱ４のコレクタとを直列に接続した回路とを並列接続し、該並列回路と抵抗Ｒ１４とを直列に接続している。そして、トランジスタＱ１とＱ３との中間点をラッチングソレノイドＬ１の端子１側に接続し、トランジスタＱ２とＱ４との中間点をラッチングソレノイドＬ１の端子２側に接続している。またトランジスタＱ１のベース側は、抵抗Ｒ１を介してラッチングソレノイドＬ１の端子２側へ接続されると共に、抵抗Ｒ２を介して電源Ｖ１のプラス側へ接続されている。トランジスタＱ２のベース側は、同様に抵抗Ｒ４を介してラッチングソレノイドＬ１の端子１側へ接続されると共に、抵抗Ｒ３を介して電源Ｖ１のプラス側へ接続されている。更に、トランジスタＱ３のベース側は抵抗Ｒ９を介してマイコンＣＰＵ１の出力端子ＯＵＴ３に接続され、トランジスタＱ４のベース側は抵抗Ｒ１０を介してマイコンＣＰＵ１の出力端子ＯＵＴ４に接続されている。
【００１３】
一方、トランジスタＱ１〜Ｑ４の並列回路と抵抗Ｒ１４の中間点は、オペアンプＵ２Ａの端子３側にコンデンサＣ４を介して接続されており、端子３側は抵抗Ｒ１６を介して電源Ｖ１のマイナス側端子へ接続されている。コンデンサＣ４と抵抗Ｒ１６とは、（Ａ）点の電圧（ラッチングソレノイドＬ１へ流れる電流に比例する）のいわゆる微分回路を構成している。またオペアンプＵ２Ａの端子２側は抵抗Ｒ６を介して接地されると共に、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ１の並列回路を介してオペアンプＵ２Ａの出力側端子１へ接続されている。更に、オペアンプＵ２Ａの出力側端子１はオペアンプＵ２Ｂで増幅された後、マイコンＣＰＵ１の入力端子ＩＮ２へ入力されるようになっている。
なお、人体（手）検知センサーＳは、マイコンＣＰＵ１の出力端子ＯＵＴ１を通じて電源が供給され、その検知信号はマイコンＣＰＵ１の入力端子ＩＮ１へ入力されるようになっている。
【００１４】
次に、このように構成された給水制御装置の動作態様を、図１の回路図及び図２のタイムチャートを参照して説明する。なお、この装置では、節電のために人体検知センサーＳは、０．５秒ごとにＯＮ動作するように設定されており、ＯＮすると自動的に赤外線を照射してその反射光を受光するようになっている。人体検知センサーＳが使用者の手等を検知すると、センサーＳはマイコンＣＰＵ１の入力端子ＩＮ１へ検知信号を出力する。これにより、マイコンＣＰＵ１は、出力端子ＯＵＴ２を通じてオペアンプＵ２Ａ及びＵ２ＢをＯＮ動作させると共に、出力端子ＯＵＴ４を通じてトランジスタＱ４をＯＮ動作させる。トランジスタＱ３はＯＦＦのままである。
【００１５】
トランジスタＱ４がＯＮになると、トランジスタＱ１のエミッタ側からコレクタ側へ電流が流れ、ラッチングソレノイドＬ１へ開方向の電流が流れる。更に、この電流はトランジスタＱ４のコレクタからエミッタ側へ流れ抵抗Ｒ１４を通じて電源Ｖ１へ戻るようになる。ラッチングソレノイドＬ１は、パイロットバルブのプランジャをコイル側へ引き込み、開動作させるようになる。このラッチングソレノイドＬ１へ流れる電流は、前述した如く、（Ａ）点の電圧に比例しており、微分回路コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ１６を通じて微分され、更にオペアンプＵ２Ｂによって増幅されてＨ，Ｌのデジタル信号となり、マイコンＣＰＵ１の入力端子ＩＮ２へ入力される。
【００１６】
前記ラッチングソレノイドＬ１へ流れる電流は、徐々に増加をするが、プランジャがコイル側へ引き込まれて移動が完了する手前でコイルのリアクタンスの増加により、一旦、低下する。そのため、（Ａ）点の電圧を微分した（Ｂ）点の出力電圧は、図２に示すように、ラッチングソレノイドＬ１に電流が流れると、一旦、立ち上がってＨになり、プランジャの移動時にはＬになる。そして、プランジャの移動完了後に再度立ち上がってＨになる。マイコンＣＰＵ１は、（Ｂ）点の電圧を更にデジタル処理した（Ｃ）点の電圧により、この二度目の立ち上がり信号を検知し、その１〜２ｍｓｅｃ後に、弁開信号及びオペアンプＵ２Ａ，Ｕ２ＢをＯＦＦにすれば、その後の無駄な電源の供給を省くことが可能である。なお、１〜２ｍｓｅｃ遅らせるのは、メインバルブであるダイヤフラムバルブが確実に移動するための時間的余裕を持たせるためである。
【００１７】
このような水栓の使用状態から人体検知センサーＳが人体（手等）を検知しなくなったら、今度はマイコンＣＰＵ１は、出力端子ＯＵＴ２を通じてオペアンプＵ２Ａ及びＵ２ＢをＯＮ動作させると共に、出力端子ＯＵＴ３を通じてトランジスタＱ３をＯＮ動作させる。トランジスタＱ４はＯＦＦのままである。トランジスタＱ３がＯＮになると、トランジスタＱ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流が流れ、ラッチングソレノイドＬ１へ閉方向の電流が流れる。更に、この電流はトランジスタＱ３のコレクタからエミッタ側へ流れ抵抗Ｒ１４を通じて電源Ｖ１へ戻るようになる。ラッチングソレノイドＬ１は、前記とは逆に、パイロットバルブのプランジャがコイル側へ引き込まれた状態からこれを突出させるようになり、閉動作させる。このときのラッチングソレノイドＬ１へ流れる電流は、微分回路コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ１６を通じて微分され、更にオペアンプＵ２Ｂによって増幅されてマイコンＣＰＵ１の入力端子ＩＮ２へ入力される。
【００１８】
前記ラッチングソレノイドＬ１へ流れる電流は、徐々に増加をし、プランジャが移動を完了した時点で飽和状態となる。そのため、（Ａ）点の電圧を微分した（Ｂ）点の出力電圧は、図２に示すように、ラッチングソレノイドＬ１に電流が流れると、立ち上がってＨになり、飽和状態になった以後（プランジャの移動完了後）は、Ｌになる。マイコンＣＰＵ１は、このＬになった時点を検知し、弁閉信号及びオペアンプＵ２Ａ，Ｕ２ＢをＯＦＦにすれば、その後の無駄な電源の供給を省くことが可能である。
【００１９】
このように本実施の形態の給水制御装置では、ラッチングソレノイドＬ１へ流れる電流の値、すなわち（Ａ）点の電圧を微分することにより、弁を開にする場合及び弁を閉にする場合のいずれにおいてもプランジャの移動が完了したことを検知することができ、その後の電源の供給を遮断して節電に寄与することが可能である。図３の図（Ａ）及び図（Ｂ）は、実際の自動水栓のラッチングソレノイドＬ１へ流れる電流値と、図１の（Ａ）点における微分波形とを測定したものである。弁開時及び弁閉時のいずれの場合も、鎖線で示す位置で、電源の供給をＯＦＦするようにすればよい。
【００２０】
図４は本発明の第２の実施の形態に係る回路図を示すものである。この回路図は、図１のトランジスタＱ１〜Ｑ４に相当する部分のみを示したものである。図１のトランジスタＱ２に変えてｎｐｎ型のトランジスタＱ５１を設置し、そのベース側をバッファアンプＵ５１を通じてマイコンＣＰＵ１の出力端子ＯＵＴ３へ接続したものである。その他の回路構成は、前記図１の場合と同じである。この第２の実施の形態では、マイコンＣＰＵ１の出力端子ＯＵＴ３から弁閉の信号が出力されると、トランジスタＱ５１のベース電圧に予め定められた電圧Ｖｘが印加されるようになっている。この時、ラッチ弁には、電源電圧Ｖｃｃではなく、［Ｖｘ−（Ｑ５１のベース・エミッタ電圧約０．７Ｖ）］が加わる。例えば、Ｖｃｃが６Ｖの場合、この回路がなければラッチ弁には６Ｖが加わる。ところが、この回路により、Ｖｘが４Ｖであるとすると、ラッチ弁には４Ｖ−０．７Ｖ＝３．３Ｖが加わり、この電圧低下分だけ、ラッチ弁への入力電圧も減り、節電が図れる。
【００２１】
これは、図６に示すようなバルブ装置では、プランジャ７を引き込むとき（弁を開にするとき）は、コイル１０に大きな電流が必要であるが、プランジャ７を押し出すとき（弁を閉にするとき）は、スプリング１１の付勢力があるため、コイル１０には僅かの電流であってもよいからである。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にあっては、通電によりプランジャを移動させてその後のプランジャ位置を保持するラッチングソレノイドと、ラッチングソレノイドの駆動タイミングを制御する回路とから成り、該制御回路は入力電流信号を微分し、その信号の立ち上がり及び立ち下がりを検知することにより、プランジャの開又は閉動作に伴う移動完了を検知し、移動完了後のラッチングソレノイドへの通電を遮断するようにしたから、プランジャの開又は閉のいずれの方向への移動であっても、その移動が完了したことを検知することができる。従って、その後の電力抑制を行うことにより、優れた省電力化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る給水制御装置の電気回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る給水制御装置の各部の出力波形を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る給水制御装置の実験結果を示す出力波形図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る給水制御装置の電気回路である。
【図５】一般的な自動水栓のしくみを説明するための概略図である。
【図６】従来の給水制御装置に用いられるバルブ装置の縦断面図である。
【符号の説明】
Ｑ１〜Ｑ４，Ｑ５１…トランジスタ、Ｌ１…ラッチングソレノイド、Ｓ…人体（手）検知センサー、ＣＰＵ１…マイコン、Ｃ４…微分回路を構成するコンデ
ンサ、Ｒ１６…微分回路を構成する抵抗、Ｕ２Ａ，Ｕ２Ｂ…オペアンプ
【図１】
0004048523.tif 000002
【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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