JP2005048565A - 自動水栓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的手段のみで所望の吐水量を得、且つ一般家庭浴槽用として備え付けが出来、操作が簡単な自動水栓装置を実現する。
【解決手段】
吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路を設け、該分岐点では通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわがる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段を備えた。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は既存の配水管の先端（吐水口）に取付けが出来る定量吐水装置で、特に歯車など機械的要素を用い、該機械的指令により所望の吐水量を得ることに特徴を有する自動水栓装置に関するものである。

所望の吐水量を自動的に得る従来装置としては、吐水口先にフロートを吊り下げ、吐水中の容器内の水位と共に該フロートが上昇することで止水弁が反応し止水するタイプと、バッテリ（電池含む）又は家庭用電源あるいは装置本体内臓の水力発電機により電力供給し設定操作部からの電気的指令により吐水、止水するタイプの大きくこの二つが知られている。

二つのタイプのうち最近のものとしては、前者には特開平１０−２５２９３３「自動水栓の作動杆」、後者には特開２００３−２７５３８「吐水装置」、特開２００３−９００７２「自動水栓装置」 等がある。

発明が解決しようとする課題

前者においては、該装置の姿勢や水圧によってはフロートが激しく上下動し、それにより連動している吐水／止水弁の開閉が頻繁に繰り返され水位が定まりにくく故障の原因に繋がり兼ねない。また、通常使用時では該装置全体あるいは一部を取り外すか移動させなければならない、という問題があった。

後者においては、電気信号を伝達手段とするため、その源のバッテリや家庭用電源からの供給が途絶えた場合（バッテリ切れや停電）は使用出来ず、発電機内臓型についても水を扱っている以上、該装置内部に水が浸透しショート、誤作動を起し故障の原因となることが考えられる。また、該装置は給湯機を含んだ大掛かりなものが多く、取付けに費用と時間がかかる、という問題が生じていた。

課題を解決するための手段

本発明は、以上の問題を解決するために考え出されたものであり、前述した請求項１ないし請求項９に記載の手段を採用する。また、本発明は浴槽に水を張るときなど一般家庭での使用を考えた場合、装置自身が絶えず吐水するか否かを検知判断する閉回路（フィードバック）制御方式ではなく使用者が吐水量を決めその数値に従って吐水する開回路（オープンループ）制御方式で問題は無いとし、後者の方式を採用の前提としている。

請求項１記載の発明は、吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわがる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備えた自動水栓装置で、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段が作動し、それにより前記残吐水量確認手段も作動、いつでも残吐水量がわかり残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となることを特徴としている。

請求項１に記載の発明について補足説明すると、定量吐水を希望する場合、既存の吐水栓が備わっている場合はそれを開口する以外に、（イ）吐水量目標値設定手段にて所望の吐水量を設定、（ロ）通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換える、の二回の手動操作を必要とするだけでその操作手順や水圧に関係無く機械的伝達手段の働きにより自動的に所望の吐水量が得られる。

請求項２記載の発明は、吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備え、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動し、残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となる自動水栓装置で、前記吐水量目標値設定手段が回転ダイヤル式で、該ダイヤルを手前に引くことにより設定、設定変更及びキャンセルが可能となることを特徴としている。

請求項２に記載の発明について補足説明すると、吐水量目標値設定手段である回転ダイヤルを手前に引くと吐水量測定手段から独立し、ダイヤルを自由に回すことが出来る。即ち、吐水量の設定や設定変更がこの時点で可能となり、目盛を零に合わせると定量吐水通路開閉手段が閉じ定量吐水のキャンセルが成立する。その後、そのダイヤルを前方に押す（元に戻す）と位置決め機構の働きによってそのダイヤルは定位値に戻る。

請求項３記載の発明は、吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては、（Ａ）手前に引くことにより吐水量目標値の設定準備に入ることが出来、設定変更及びキャンセルも可能、更に（Ｂ）回転により吐水量の具体的数値の設定が出来る、以上二点の機能を持つ回転ダイヤル式の吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備え、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動し、残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となる自動水栓装置で、前記吐水量測定手段において、吐水量測定用水車の羽根の設置角度やその後の伝達手段である歯車の構造の工夫によって小スペース内で高減速比を得、４００ｌ（一般的家庭の浴槽内容積は２００ｌ程度）以下であれば吐水量目標値設定が該ダイヤル一回転以内に収まることを特徴としている。

請求項３に記載の発明について補足説明すると、水流方向に対して吐水量測定用水車の軸が平行な軸流水車を用い、水車の羽根の設置角度を水流方向に対して（総合的な損失を考慮して）１１度とすることによって、軸を水流方向に対して垂直水平にし水流を垂直に受ける羽根を設置した標準水車に比して回転速度が１／１０と大きく減速し、続いてウォームギヤと五連の歯車列により各々１／６０、６／３８、６／３８、と減速。これを内径１３ｍｍの管内を流れる水について計算すると水１００ｌ当たり該ダイヤルにして９０度分に相当し、一回り４００ｌとなり吐水設定しやすくなっている。

請求項４記載の発明は、請求項３において、必要とする吐水量が４００ｌ以上の大容量の場合は吐水量目標値設定ダイヤルをその量に応じて複数回転することで必要吐水量を得ることを特徴としている。

請求項４に記載の発明について補足説明すると、吐水量目標値設定ダイヤル周辺に目盛が記されており該ダイヤルが何回転し残吐水量はどのくらいかが一目で分かるようになっている。

請求項５記載の発明は、吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備え、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動し、残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となる自動水栓装置で、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受け該装置が作動し、残吐水量が零に近づいてきたとき定量吐水通路開閉手段を自動的に徐々に閉めることで水撃作用による各部品の損失損傷等を防止し、且つ最終的には完閉することを特徴としている。

請求項５に記載の発明について補足説明すると、例えば電気的ＯＮ／ＯＦＦ指令により開閉する電磁弁では急激な弁の開閉のため、それに伴い急激な水の圧力変化が生じ、特に閉口時に弁自身など周辺機器部品の損失損傷が生じやすい。徐々に閉弁すれば問題無いが、そうすると水流が止まる前に水車が止まってしまい吐水口から小流量ではあるが永久的に吐水されることが考えられる。徐々に閉弁し水車が止まる前に強制的に弁を完閉するように、定量吐水通路開閉用弁に開閉の指示を伝えるカムとアームの形状や構造を工夫することにより以上の問題から回避し、高信頼、長寿命化を図ることが出来る。

請求項６記載の発明は、吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備え、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動し、残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となる自動水栓装置で、前記定量吐水通路開閉手段において、該水門の上流側に弁本体を設け開口時は該弁本体を上流側へ移動させ、閉口時は逆に下流側（水門側）へ移動させる開閉手段を用いてることを特徴としている。

請求項６に記載の発明について補足説明すると、自動開閉手段としては電磁弁がよく知られているが、水のように圧力に関係無く体積不変の（非圧縮）流体を扱う自動開閉弁についてはその電磁弁に見られるように水門に対して下流側に弁本体が在り、その弁が下流側に動くことで開弁となり、そして、その弁が上流側（水門側）に動くことで閉弁となる構造を成したものが多い。機械的要素のみで動作する本装置では各要素にかかる負荷を出来るだけ抑える必要がある。上述した構造の弁では、閉弁時に水流に逆らって弁を上流側に移動せねばならず、弁にかかる負荷が大きく、「閉弁」という指令を受けていながら、僅かに漏れてしまうというケースが考えられる。本弁構造に関しては以上を考慮し、水門より上流側にて弁の開閉を行い、水圧を利用して閉弁する方式を採用した（同時に、スプリングも利用）。更に、水は非圧縮流体であるため開口時に弁を上流側に移動することは一般的には困難であるが全く問題無く開閉可能な弁構造を案出し、これを採用する事にした。

請求項７記載の発明は、吐水量目標値設定手段上に、設定した吐水量の値を記憶する吐水量目標値記憶手段を有することを特徴としている。

請求項７に記載の発明について補足説明すると、吐水量目標値設定をするとその後の吐水状況に関係無く該吐水量目標値を維持するセレクトダイヤルが具備されており、それが吐水量目標値記憶手段の役割を果たし、次回吐水する際の目安にもなる。

請求項８記載の発明は、自動水栓装置本体ケースの一部あるいは大部分を透明部材にすることで吐水量目標値設定後、吐水量測定機構の動作の確認が容易に出来ることを特徴としている。

請求項８に記載の発明について補足説明すると、定量吐水にモード設定した場合、使用者にとって本装置が正常に作動しているか否かが気になるところである。そこで、装置本体カバーを透明部材にすることでその内部で使用している歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段の動作確認が一目ででき、メンテナンスにも繋がる。

請求項９記載の発明は、吐水量測定手段及び定量吐水通路開閉手段において、容易に微調整が出来る微調整機構を具備し、本装置の微調整個所上周辺のケース部分を取外し可能な透明部材にすることでセット後も容易に微調整が出来ることを特徴としている。

請求項９に記載の発明の具体的特徴は、吐水量測定手段においてはその手段として重要な水車の軸に適当な摩擦力を加えることで吐水量と水車の回転角の調整（校正）が構造的な面と手法的な面から容易に出来るようにした点と、定量吐水通路開閉手段においてはその手段として用いる弁の閉口時に補助をするスプリングの押圧力を可変にし弁の締まり具合を調整出来るようにした点と弁棒の長さも可変にして開弁時の開口量を変えることで定量吐水路内の水の流量調節が出来るようにした点である。また、取外し可のケースを外すとその調整ポイントを捕らえることが出来、セット（配水管に接続し、ケーシングされた状態）後でも容易に調整可能とした点も特徴の一つである。

本発明の実施の形態を図１〜図１６に基づいて説明する。本発明は一般家庭の浴槽内に自動的に所望量を吐水するための自動水栓装置である。図１は一般浴槽水栓用の配水管１に接続するタイプの自動水栓装置２の外観斜視図で、ほぼ直方体を成したケース３内に納められている。ケース３の正面及び側面から上面にかけては一部透明部材１０ａ及び１０ｂが取り付けられており内部構造が分かるようになっている。また、透明部材１０ａ及び１０ｂは容易に着脱が可能でそのため（後述するが）定量吐水流量調節用ねじ部１６ｂ（図６参照）による流量調節や水車効率可変用ねじ部１２ｇ（図１４参照）による校正が容易に出来るようになっている。背面には配水管１に接続するための接続口４があり、これが配水管１と接続することにより本装置２が固定されるようになっている。下面には通常吐水５と定量吐水６の二本の吐水口及び定量吐水通路開閉弁部１７の開閉具合微調整用ねじ部７（図５参照）が具備され、正面には吐水モード（通常吐水／定量吐水／吐水停止）の切換えレバー８及びその操作パネル８ａ（図３参照）と定量吐水設定操作／確認パネル部９（図７参照。これも１０ａ、１０ｂ同様透明部材９ｆでケーシングされ設定確認がしやすくなっている。）が設けられている。

図２は本装置２内部の主要部品組立て構成斜視図、図６は本装置２内部の主要部品組立て投影図（一点鎖線はシャフト２１、２２を固定するための治具３ａ及びケース３の形状を意味し、正面図においては繁雑化回避のためパネル部９は省略している）である。これらの図を元に本装置の動作を簡単に説明する。まず、定量吐水を希望する場合はパネル部９の手前に突き出ている吐水量設定ダイヤル９ａにて吐水量の設定をする。すると、カム１５ｂが合わせて回転、連動してアーム１６は下がり弁棒１７ｂを押し下げ、定量吐水通路開閉弁部１７を開口させる。吐水モード切換えレバー８を定量吐水側にセットしておけば水は定量吐水路１９ａ、１９ｂ内を流れる。水が流れると水車１２ａが回転し、連動して歯車列２０も各々回りカム１５ｂを初期状態（残吐水量０）に戻そうとする。カム１５ｂが初期状態に戻れば機械的構造によりアーム１６、弁棒１７ｂも元に戻り（持ち上がり）定量吐水通路開閉弁部１７が閉口し定量吐水は終了する。

続いて各部動作及び構造等の詳細説明をする。初めに、定量吐水設定をするパネル部９周辺から説明する。パネル部９は図８に示す通り四角形の箱型をした透明ケース９ｆと同ベース９ｅに覆われ、透明ケース９ｆとベース９ｅは本体ケース３と外側から接続固定されている。定量吐水設定ダイヤル９ａは止めねじ９ｈによりシャフト一体歯車１５ａと一体化され、二つの平行キー１５ｃ、１５ｄによりカム１５ｂと吐水量設定指針誘導板９ｇとは回転方向のみ従属結合している（軸１５ｅ方向はフリー。図８では、二つの平行キー１５ｃ、１５ｄはシャフト一体歯車１５ａの下側に位置し図６及び図１１と異なるが、これは便宜上のためであり歯車１５ａとカム１５ｂ、吐水量設定指針誘導板９ｇの相互の位相が合っていればキー溝はカム１５ｂ先端部の首振りカム１５ｂｃ（図１６参照）部分を除く全周の任意の位置で良い。本発明では歯車１５ａの図６及び図１６の通りキー及びキー溝を初期状態正面に対し左側に位置することとする。）。吐水量設定指針誘導板９ｇは半径方向に一本の案内スリット（穴）９ｊが空いており、そことベース９ｅの渦巻状の穴９ｋ（図７参照）に吐水量設定指針（兼残吐水量指針）９ｂが図９のように入り誘導板９ｇとベース９ｅが繋がれている。透明ケース９ｆとベース９ｅ間に在る目標値セット変更ダイヤル９ｄも同様に目標値セット指針９ｃによりベース９ｅと繋がれ（図９及び図１０参照）、いずれも接触部は低摩擦とし負荷がかかりにくい構造とする。ベース９ｅの渦巻状の穴９ｋは図７の通り正面より向かって内側から右回りに空けられている。吐水量設定指針９ｂと目標値セット指針９ｃの位置関係は図７及び図９に示す通り先方（右側）に目標値セット指針９ｃが来るようにする。設定した吐水量目標値の記憶を変更したい場合、即ちその記憶手段である目標値セット指針９ｃを移動したい場合は図７及び図１０に示す通り透明ケース９ｆとベース９ｅの一部両側面の円弧状にカットされている部分９ｏから一部露出している目標値セット変更ダイヤル９ｄを回すことで目標値セット指針９ｃの移動は可能である。止めねじ９ｈにより定量吐水設定ダイヤル９ａと一体化されているシャフト一体歯車１５ａには他に歯車側（図８より左側）に円柱状の穴１５ａｂと環状の溝１５ａａがありその中にラチェット１５ｈが滑らかに入り爪部１５ｈａが環状溝１５ａａと上手く噛み合うことでダイヤル９ａとシャフト一体歯車１５ａの位置決めが出来るようになっている。尚、ラチェット１５ｈは爪部１５ｈａ側に同軸１５ｅ方向に円柱状の穴がありその内面から外側面にかけて放射状にスリット（図８では四等分割）されている。これにより爪部１５ｈａは半径方向に多少の自由度を持つ事でシャフト一体歯車１５ａの環状溝１５ａａとの手動による着脱が可能となる。また、ラチェット１５ｈは二つの止め輪１５ｆ、１５ｇによりシャフト２１に固定されている。シャフト一体歯車１５ａの支持部材としてはその他にケース３に組み込まれている軸受１５ｉがある。これはシャフト一体歯車１５ａのシャフト部を直接支えているものであるが軸方向と回転方向はフリーである。

次に、水車部１２と歯車列２０について説明する。図１３に水車部１２の構成分解斜視図を示す。水車１２ａは水車軸１２ａｂと一体化しており両側面からカバー１２ｅと同１２ｆで覆われている。また、水車軸１２ａｂとウォームギヤ１２ｂはゆるみ止め用ピン１２ｄ及び中間ばめ程度により結合しているため、水車１２ａ、水車軸１２ａｂ及びウォームギヤ１２ｂは一体化していることになる。その反対側（カバー１２ｆ側面側）には水車効率可変用ねじ部１２ｇが具備され、その詳細を図１４に示す。水車効率可変用ねじ部１２ｇの雌ねじ１２ｇａはカバー１２ｆと一体となっており水車軸１２ａｂとの間に軸受１２ａｃ、パッキン１２ａｄ及びパッキン押さえ１２ａｅが図１４の通り設置されている。雄ねじ１２ｇｂの端面には水車軸１２ａｂの端面と接触し摩擦を加えるに適した摩耗しにくいシート状の材料１２ｇｃ（例えばフェルト等）が取り付けられている。雄ねじ１２ｇｂを回すことでそのシート材１２ｇｃと水車軸１２ａｂ端面との接触状態が変化、これにより水車効率を変える仕組みになっている。校正という立場で最適な接触状態位置に雄ねじ１２ｇｂを移動し、雌ねじ１２ｇａ上部にある止めねじ１２ｇｄにより位置固定する。

定量吐水路１９ａ、１９ｂを流れる水は水車部１２を図１３の通り貫通する。水車１２ａはその水流によって回転し、ウォームギヤ１２ｂ、そして、歯車列２０へと回転を伝える。水車１２ａの軸１２ｃはその水流方向と平行とし、その方向に対して水車羽根１２ａａを僅かに傾けて水車軸１２ａｂに設置することで最初の時点で速度比を大きく下げることができる（具体的にはこの速度比を１／１０まで下げる）。軸１２ｃに対する水車１２ａの羽根の設置角度をθ、効率をηとすると二者の関係は数１で表される。

ここで、効率ηを（余裕を見て）５０％とすると羽根の設置角度θは約１１度となる。水車の一般的効率は７０〜９４％といわれている。水車効率可変用ねじ部１２ｇはその効率ηを下げる方向に調整が可能のためこの角度（１１度）で組み込むこととする。

次に、水車１２ａからシャフト一体歯車１５ａまでの伝達の様子を述べる。図６に示す通り歯車列２０（シャフト一体歯車１５ａ含む）はケース３に固定されているシャフト２１、２２を軸としている。水車１２ａの回転はウォームギヤ１２ｂからシャフト２１を軸とするウォームホイール１３ａに伝わる。この間の条件としてモジュールは０．５の一条ねじ、ウォームホイール１３ａのピッチ円直径を３０ｍｍとしているためギヤ比は１／６０となる。また、定量吐水中の各歯車の回転方向は、その基準としてウォームホイール１３ａが（正面から見て）反時計方向に回るようセットされていれば良い（それにより吐水量設定指針（兼残吐水量指針）９ｂも正常に反時計方向に回ることになる）。ウォームホイール１３ａに伝わった回転は同軸一体の小歯車１３ｂを介し、シャフト２２を軸とする大歯車１４ａに伝わる。同様に同軸一体の小歯車１４ｂを介し、シャフト２１を軸とするシャフト一体歯車１５ａに到達する。大歯車１４ａ、１５ａ及び小歯車１３ｂ、１４ｂのピッチ円直径は各々３８ｍｍ、６ｍｍ（モジュールは１．０）としているためギヤ比は６／３８、６／３８となる。従って、総減速比Ｇは数２の通りとなる。

水車１２ａを標準水車（水流方向に対して車軸は垂直水平で水中外に在り羽根の設置角度はその車軸と一致し羽根の面が水流を垂直に受ける一般的タイプで損失０とする理想的水車）と仮定した場合、定量吐水路１９ｂ内を流れる水１ｌ分に相当する標準水車の角移動量φ_０は数３より求められ、ここで、Ｑは水量１００^３ｍｍ^３（１ｌ分）、ｄは定量吐水路１９ｂの内径１３ｍｍ、Ｒは水車軸１２ａｂから定量吐水路１９ｂの中心までの距離２０ｍｍであり、これらを代入することで角移動量φ_０が分かる。

従って、本装置の水１ｌ送量に対する歯車１５ａ、即ち吐水量設定指針（兼残吐水量指針）９ｂの角移動量φは数４に示す通り、前述した標準水車の角移動量φ_０と総減速比Ｇの積により求まる。

従って、定量吐水１００ｌ当たりの吐水量設定指針（兼残吐水量指針）９ｂの角移動量は９０度ということになり、図７の通りベース９ｅ上の目盛は一周４００ｌとなるわけである。また、１００ｌ吐水の所要時間は速くても５分弱程度であるため、吐水開始後シャフト一体歯車１５ａの回転に合わせて吐水量設定指針（兼残吐水量指針）９ｂとカム１５ｂもゆっくりと回ることになる。

次に、カム１５ｂからアーム１６、定量吐水通路開閉弁部１７について説明する。まず、定量吐水通路開閉弁部１７の開閉に重要なカム１５ｂについて述べる、図１６にカム１５ｂの形状（正面図では螺旋状仕切り板１５ｂｂを破線で図示）を示す。カム１５ｂは円盤状のカム母体１５ｂａとその円筒側面に螺旋状に左巻に巻きついている仕切り板１５ｂｂとその螺旋状の先端に支点１５ｂｅを中心に回転可能な扇状の首振りカム１５ｂｃとそれを定位置（図１６の位置）に戻そうとするバネ１５ｂｄから成っている。

次に、このカ厶１５ｂの回転を伝えるアーム１６について述べる。アーム１６の形状及び位置関係は図６に示す通りである。アーム１６の先端はアーム横移動防止治具２３及び支点１６ａにより上下方向以外は拘束されている（その手前でカ厶１５ｂの仕切り板１５ｂｂの間にアーム１６が入り込んでいるためカム１５ｂも回転方向以外拘束されている）。アーム１６の先端より約１０ｍｍの部分１６ｃは急に細くなっている。これは、吐水設定後、カム１５ｂの回転により扇状首振りカム１５ｂｃがアーム１６上面を先端に向かって滑り扇状首振りカ厶１５ｂｃの先端がアー厶１６の急に細くなっている部分１６ｃに達っしそれ以上進むと急に支えが無くなるためアーム１６は急上昇し定量吐水通路開閉弁部１７は強制的に閉口する、つまり弁部１７の強制的閉口のために案出した形状１６ｃ（と扇状首振りカム１５ｂｃ）である。それより支点１６ａ側の上面ではカム母体１５ｂａの円筒側面と同曲率にカッティングが施され、更に支点１６ａ側では弁棒１７ｂを受ける定量吐水流量調節用ねじ部１６ｂがある。このねじ部１６ｂは弁棒１７ｂが入る程度の内径を持つ雌ねじ１６ｂｂ（アーム１６と一体）と装置正面側に止めねじ１６ｂｃと雌ねじ１６ｂｂに合う雄ねじ１６ｂａから成っている。雄ねじ１６ｂａを上下させることで定量吐水通路開閉弁部１７の開口量も増減し定量吐水の流量の調節が可能となる。最適流量ポイントで止めねじ１６ｂにて雄ねじ１６ｂａを固定する。キャップ１８ａ上方に支点１６ａが在りこの点を中心にアーム１６は上下動する。尚、支点１６ａの軸はキャップ１８ａとの着脱が可能で、それによりセット後のアーム１６の着脱も可能である。

次に、定量吐水通路開閉弁部１７について述べる。図５に定量吐水通路開閉弁１７の内部構造及び開閉動作を示す。定量吐水中、水は定量吐水路１９ａから同１９ｂに流れるが、その仲介に定量吐水通路開閉弁部１７が在る。それは下流側から軸受部１７ｃ、弁棒１７ｂ、弁本体１７ａとその位置決め用の止めナット１７ｅ、ナット１７ｆとその開閉具合微調整用ねじ部７のキャップ７ａと止めナット７ｂそしてキャップ７ａと弁本体１７ａの間に閉弁補助用のバネ１７ｇが同軸上に組合わさっているもので、弁本体１７ａは図５のように上流側に位置し、水門（下流）側に円錐形状を持つほぼ円柱形を成した形をしており、それ自身の高さは定量吐水路１９ａの内径以上あり閉弁時でも反対側側面（バネ１７ｇ側）が決して定量吐水路１９ａ内に入ることはなく、開閉具合微調整用ねじ部７内に水が流出することのない構造である。それにより水門より上流側に弁本体１７ａを設けても問題なく開口することができる。また、キャップ７ａを上下に動かすことによりバネ１７ｇが作用し定量吐水通路開閉弁部１７の開閉具合を調整することが出来る。

図６及び図１６に示す通りのアーム１６とカム１５ｂの形状をしたモデルを試作し、残吐水量（カム１５ｂの回転角から算出）と定量吐水通路開閉弁開口度（弁１７ａの最大移動量を１００％として）の関係を求めて見た結果、図１５の通りとなった。これによると吐水停止まで残り３５ｌというところで徐々に定量吐水通路開閉弁部１７が閉じはじめ定量吐水通路開閉弁開口度が４０％強に達した時点で弁部１７は強制的に閉まることが分かる。アーム１６と首振りカム１５ｂｃの形状を変えることで残吐水量と定量吐水通路開閉弁開口度の関係を変えることが出来る。

次に、吐水モード切換え弁１１周辺について説明する。配水管１から来る水は接続口４を通り吐水モード切換え弁１１に到達する。図３に吐水モード切換え操作パネル８ａを、図４に吐水モード切換え弁１１の内部構造を各々示す。図４に示す通り、吐水モード切換え弁本体１１ｂ内部の水路１１ｃはＬ字形を成し、接続口４（図より左側）からの水を定量吐水口１１ｆまたは通常吐水口１１ｇに送り出す働きをしている。切換えレバー８と弁本体１１ｂとははめ合い（あるいはねじ）接続により直結、弁本体１１ｂ内部の水路１１ｃの出口の向きとレバー８の向きが一致するよう接続、且つ止めねじ１１ｅによって両者は一体化され、ベース１１ａとキャップ１１ｄの締結により軸１１ｈを中心に自在に回転が出来る構造になっている。従って図３の指示通りレバー８を向かって左に向けると定量吐水路に、下に向けると通常吐水路に流れ、右から上にかけて向けると吐水停止となる事になる。

最後に、吐水設定から開始までの主要部品の動作について述べる。まず、吐水量設定ダイヤル９ａを手前に引き、一体化している歯車１５ａを歯車列２０から独立させ、フリーの状態にする。図１１（Ｂ）はその時の状態を示す。シャフト２１の先端に在るストッパ２１ａはその引き過ぎを防止するためのものである。歯車１５ａをフリーの状態にしたまま吐水量設定指針（兼残吐水量指針）９ｂが所望の吐水ポイントを指すところまでダイヤル９ａを（時計方向に）回す。シャフト一体歯車１５ａと回転方向で従属しているカム１５ｂも同様に回転する。その際、カム１５ｂ先端部の首振りカム１５ｂｃとアーム１６の一部１６ｃが衝突してしまうが、首振りカム１５ｂｃの反時計方向への回転により衝突が緩和され、カム１５ｂは滑らかに回転することができる。カム１５ｂが時計方向に回転することによりカム１５ｂの形状からアーム１６先端が押し下げられる。そのときの定量吐水通路開閉弁部１７の様子を図１１（Ｂ）に示す（この時点で、吐水モード切換えレバー８を定量吐水モードにしておけば図１１（Ｂ）の矢印のように水が流れる）。吐水設定終了後、図１１（Ａ）のようにダイヤル９ａを元の位置に戻す。その際、歯車１５ａは小歯車１４ｂと噛み合うことになるが、噛み合いやすくなるように相互の歯の形状は一部斜めにカットされている。図１２にその具体的形状例を示す。駆動歯車２４（歯車１４ｂに相当）と軸方向にも自由度を持つ被動歯車２５（歯車１５ａに相当）が在る。相互の歯の対面側は図１２のように斜めにカット２４ａ、２５ａされている。駆動歯車２４では回転方向へも、また、被動歯車２５ではその逆で回される反対方向へも斜めにカット２４ｂ、２５ｂが施されている。それにより被動歯車２５の軸方向による駆動歯車２４との着脱が滑らかに何度でも行うことができる。実際の駆動部である歯車１４ｂの回転数は最大でも０．４ｒｐｍと非常に低速であるためこの形状で全く問題無いものと考える。（この歯車形状以外に、歯車１５ａ軸上に摩擦クラッチ機構を設けても良いが、その機構を設けるスペースが別に必要となるため、場所を取らず機能的にも問題無い直接着脱可能の本方式歯車１４ｂ、１５ａが最適と思われる。）

以上の機械的要素の働きにより本装置は正常に機能する。

発明の効果

本発明は、電源（バッテリ含む）を全く必要としない機械的構造のみで所望の吐水量を得ることが出来る自動水栓装置であり、フロートを用いたタイプでも無く、使用の有無により装置の一部を外したり大きく移動するようなことも無い。定量吐水の設定は、（イ）所望の吐水量を設定し（ロ）定量吐水モードに水路を切り換える、だけで良く、吐水終了時はその直前から徐々に閉弁する機能を持つことで水撃作用による損傷を押さえ、故障の防止、長寿命化を図ることができる。また、機械的構造タイプでありながらコンパクト（図６参照。本体寸法 縦１１０、横１６０、奥行き７０）に押さえられているので、一般家庭の浴室に特に邪魔にならず電源を気にせず操作性の良い装置であると言える。

本発明の自動水栓装置について一例として描いた外観斜視図である。 同自動水栓装置内部の主要部品組立て構成斜視図である。 同自動水栓装置の吐水モード切換え操作パネルの正面図である。 同自動水栓装置における吐水モード切換え弁を分解した断面斜視図である。 同自動水栓装置における定量吐水通路開閉弁の内部構造及びその弁の開閉動作を示す断面説明図である。 同自動水栓装置における主要部品組立て投影図である。 同自動水栓装置における定量吐水設定操作及び確認用パネルの正面図である。 同自動水栓装置における定量吐水設定操作／確認パネルの内部構造を分解した断面斜視図である。 同自動水栓装置における吐水量設定（兼残吐水量）指針及び目標値セット指針の構成を示す断面斜視図である。 同自動水栓装置における目標値セット変更ダイヤルと透明ケース間の構成正面図である。 同自動水栓装置の定量吐水設定前後における定量吐水設定操作／確認パネル内部構造の状態説明図である。 同自動水栓装置適合の軸方向着脱式歯車の形状例である。 同自動水栓装置における水車部周辺の構成分解斜視図である。 同自動水栓装置における水車効率可変用ねじ部の詳細構成図である。 同自動水栓装置のカム及びアーム形状モデルによる残吐水量に対する定量吐水通路開閉弁開口度の変化をグラフ化したものである。 同自動水栓装置におけるカムの組立て投影図である。

符号の説明

２ 自動水栓装置
７ 開閉具合微調整用ねじ部
８ 吐水モード（通常吐水／定量吐水／吐水停止）切換えレバー
８ａ 吐水モード切換え操作パネル
９ 定量吐水設定操作／確認パネル部
９ａ 吐水量設定ダイヤル
９ｂ 吐水量設定指針（兼残吐水量指針）
９ｃ 目標値セット指針
９ｄ 目標値セット変更ダイヤル
９ｇ 吐水量設定指針誘導板
９ｋ 渦巻状の穴
１１ 吐水モード切換え弁
１１ｂ 吐水モード切換え弁本体
１１ｃ 水路
１２ 水車部
１２ａ 水車
１２ｂ ウォームギヤ
１２ｇ 水車効率可変用ねじ部
１２ａａ 水車羽根
１２ｇｃ シート材
１３ａ ウォームホイール
１３ｂ 小歯車
１４ａ 大歯車
１４ｂ 小歯車
１５ａ シャフト一体歯車
１５ｂ カム
１５ｈ ラチェット
１５ｂａ カム母体
１５ｂｂ 螺旋状仕切り板
１５ｂｃ 扇状首振りカム
１５ｂｄ バネ
１６ アーム
１６ｂ 定量吐水流量調節用ねじ部
１７ 定量吐水通路開閉弁部
１７ａ 弁本体
１７ｂ 弁棒
１７ｇ バネ
２０ 歯車列
２３ アーム横移動防止治具

Claims (9)

1. 吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備えた自動水栓装置で、
   前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動、いつでも残吐水量がわかり残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となることを特徴とする自動水栓装置。
2. 吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備え、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動し、残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となる自動水栓装置で、
   前記吐水量目標値設定手段が回転ダイヤル式で、該ダイヤルを手前に引くことにより設定、設定変更及びキャンセルが可能となることを特徴とする自動水栓装置。
3. 吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては、（Ａ）手前に引くことにより吐水量目標値の設定準備に入ることが出来、設定変更及びキャンセルも可能、更に（Ｂ）回転により吐水量の具体的数値の設定が出来る、以上二点の機能を持つ回転ダイヤル式の吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備え、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動し、残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となる自動水栓装置で、
   前記吐水量測定手段において、吐水量測定用水車の羽根の設置角度やその後の伝達手段である歯車の構造の工夫によって小スペース内で高減速比を得、４００ｌ（一般的家庭の浴槽内容積は２００ｌ程度）以下であれば吐水量目標値設定が該ダイヤル一回転以内に収まることを特徴とする自動水栓装置。
4. 請求項３において、必要とする吐水量が４００ｌ以上の大容量の場合は吐水量目標値設定ダイヤルを該吐水量に応じて複数回転させることで必要吐水量を得ることを特徴とする自動水栓装置。
5. 吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備え、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動し、残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となる自動水栓装置で、
   前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受け該装置が作動し、残吐水量が零に近づいてきたとき定量吐水通路開閉手段を自動的に徐々に閉めることで水撃作用による各部品の損失損傷等を防止し、且つ最終的には完閉することを特徴とする自動水栓装置。
6. 吐水口に接続可能な接続口と該接続口の下流に通常吐水路と定量吐水路の分流路が設けられ、該分岐点に通常吐水／定量吐水／吐水停止の切換え手段を有し、定量吐水路側においては吐水量目標値を設定する吐水量目標値設定手段と該手段利用の有無により自動的に開閉する定量吐水通路開閉手段と吐水量を測定する吐水量測定手段と残吐水量がわかる残吐水量確認手段と上述した該吐水量目標値設定手段以降の各手段間を歯車やカムなど機械的構造により伝達する機械的伝達手段とを備え、前記吐水量目標値設定手段によって目標とする吐水量の指令を受けたとき、前記機械的伝達手段により自動的に前記定量吐水通路開閉手段が開き、同時に前記通常吐水／定量吐水／吐水停止切換え手段を定量吐水側に切り換え、定量吐水路内の水流によって前記吐水量測定手段及び前記残吐水量確認手段が作動し、残吐水量が零になると前記定量吐水通路開閉手段が前記機械的伝達手段により閉じ、定量吐水終了となる自動水栓装置で、
   前記定量吐水通路開閉手段において、該水門の上流側に弁本体を設け開口時は該弁本体を上流側へ移動させ、閉口時は逆に下流側（水門側）へ移動させる開閉手段を用いてることを特徴とする自動水栓装置。
7. 吐水量目標値設定手段上に、設定した吐水量の値を記憶する吐水量目標値記憶手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項記載の自動水栓装置。
8. 自動水栓装置本体ケースの一部あるいは大部分を透明部材にすることで吐水量目標値設定後、吐水量測定機構の動作の確認が容易に出来ることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項記載の自動水栓装置。
9. 吐水量測定手段及び定量吐水通路開閉手段において、容易に微調整が出来る微調整機構を具備し、本装置の微調整個所上周辺のケース部分を取外し可能な透明部材にすることでセット後も容易に微調整が出来ることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項記載の自動水栓装置。

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