JP2011085009A

JP2011085009A - 吐水装置

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Publication number: JP2011085009A
Application number: JP2009271653A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kaneko; 義行金子; Hironori Tokunaga; 紘典徳永
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: JP5534159B2

Abstract

【課題】水栓の使用感を保ちつつ、低消費電力化した吐水装置を提供する。
【解決手段】水栓の流路を流れる水流により発電する発電手段と、前記発電手段により充電される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの両端の第１の電圧を第２の電圧に変換して第２のコンデンサに充電する電圧変換手段と、前記第２のコンデンサからの給電により作動して水栓の流路を開閉する電磁弁と、前記電磁弁を制御する水栓制御手段と、を備え、前記水栓制御手段は、前記発電手段における発電履歴情報に基づいて、前記電圧変換手段を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させることを特徴とする吐水装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、吐水装置に関し、特に消費電力の小さい吐水装置に関する。

トイレや洗面所に設置される自動水栓装置や自動便器洗浄装置などでは、水力発電機を設け、流す水によって発電して蓄電し、それを電源として動作するものが実用化されつつある。蓄電手段としてコンデンサを使用する場合、コンデンサの電圧は、その蓄電量に比例するため、コンデンサの充放電にともなう電圧変動が大きい。そこで、電圧変換手段を用いて、一定の電圧に安定させてコンデンサ（第２のコンデンサ）に蓄電し、水栓装置の回路や電磁弁に給電される（例えば、特許文献１）。

特開２００８−１３８３６９号公報（段落番号００６５、図６）

特許文献１に開示された発明では、電圧変換手段は入・切のみ行って制御されている。一方、電圧変換手段の電圧変換効率を高めるためには、デューティ比を低くすると良い。そのため、発電量が少なくてもコンデンサ（第２のコンデンサ）に電磁弁などを駆動するために必要な蓄電を行うことができるように、電圧変換手段の電圧変換効率が高い、デューティ比が低い状態で電圧変換手段を駆動するように設定されていた。

しかし、デューティ比を低くすると電圧変換手段が出力できる電流が小さくなり、コンデンサ（第２のコンデンサ）の充電時間が長くなる。コンデンサ（第２のコンデンサ）の充電時間が長くなると、電磁弁が駆動できるようになるまでの時間も長くなるため、結果として水栓の使用感が低下する。
本発明は、水栓の使用感を保ちつつ、低消費電力化した吐水装置を提供する。

第１の発明の態様によれば、水栓の流路を流れる水流により発電する発電手段と、前記発電手段により充電される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの両端の第１の電圧を第２の電圧に変換して第２のコンデンサに充電する電圧変換手段と、前記第２のコンデンサからの給電により作動して水栓の流路を開閉する電磁弁と、前記電磁弁を制御する水栓制御手段と、を備え、前記水栓制御手段は、前記発電手段における発電履歴情報に基づいて、前記電圧変換手段を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させることを特徴とする吐水装置が提供される。

これによれば、発電履歴情報により、発電量が多いときには、電磁弁駆動のための第２のコンデンサの充電を速めて電磁弁の開閉の応答性を良くすることで使用感の悪化を抑えることができ、一方、発電量が少ないときには電圧変換手段の変換効率を高めて低消費電力化することができる。

また、第２の発明の態様によれば、前記発電履歴情報は、単位時間ごとに記憶された前記電磁弁の開閉回数又は開合計時間、に基いて予測した現在の時間帯における発電頻度であることを特徴とする吐水装置が提供される。
これによれば、単位時間ごとに発電頻度を予測しているため、精度良く発電頻度、すなわち発電量を判定することができ、さらに使用感を保ちつつ、低消費電力化することができる。

また、第３の発明の態様によれば、水栓の流路を流れる水流により発電する発電手段と、前記発電手段により充電される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの両端の第１の電圧を第２の電圧に変換して第２のコンデンサに充電する電圧変換手段と、前記第２のコンデンサからの給電により作動して水栓の流路を開閉する電磁弁と、前記電磁弁を制御する水栓制御手段と、を備え、前記水栓制御手段は、前記第１のコンデンサの充電電圧を検出し、前記第１のコンデンサの充電電圧に基づいて、前記電圧変換手段を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させることを特徴とする吐水装置が提供される。

これによれば、発電手段の発電量が多く、第１のコンデンサの充電電圧が高いときには、水栓制御手段は、デューティ比を高く設定することにより電磁弁を駆動するための第２のコンデンサの充電を速めて電磁弁の開閉の応答を良くし、使用感の悪化を抑えることができる。一方、発電手段の発電量が少なく、第１のコンデンサの充電電圧が低いときには、水栓制御手段は、デューティ比を低く設定することにより電圧変換手段の変換効率を高めて、電圧変換による消費電力を少なくすることができる。

また、第４の発明の態様によれば、第１〜３のいずれか１つの発明の態様において、前記電圧変換手段から供給された駆動電力により間欠的に駆動し使用者を検出可能な人体検出センサをさらに備え、前記水栓制御手段は、前記人体検出センサの駆動時には、前記デューティ比を所定の値以上に設定することを特徴とする吐水装置が提供される。

これによれば、電磁弁の開閉動作により第１のコンデンサの充電電圧が低下しても、水栓制御手段は、人体検出センサを駆動するときにはデューティ比を所定の値以上である高い値に設定して必要な出力電圧を確保し、人体検出センサを確実に間欠的に駆動することができる。このとき、人体検出センサの駆動時間は短いため、その短い時間の間だけは電圧変換手段の変換効率は低下するが、第２のコンデンサを充電するための電圧変換手段の昇圧動作の時間は、人体検出センサの駆動時間と比べると長いため、昇圧動作の変換効率は、その影響をほとんど受けない。そのため、水栓制御手段は、人体検出センサを駆動するときにデューティ比を所定の値以上に高く設定することにより、第２のコンデンサを充電するための昇圧動作の変換効率に影響をほとんど与えることなく、人体検出センサを周期的に駆動することができる。

また、第５の発明の態様によれば、第１〜３のいずれか１つの発明の態様において、前記水栓制御手段は、前記電磁弁の駆動時に前記第２のコンデンサの充電電圧を検出し、前記第２のコンデンサの充電電圧が閾値に達していないときには、前記デューティ比を所定の値以上に設定することを特徴とする吐水装置が提供される。

これによれば、水栓制御手段は、デューティ比を所定の値以上に高く設定することにより第２のコンデンサの充電を速め、より早く電磁弁の開閉動作を実行することができる。そのため、電磁弁の応答性の悪化を防止し、使用感の悪化を抑えることができる。

また、第６の発明の態様によれば、第５の発明の態様において、前記水栓制御手段は、前記電磁弁の駆動時に、前記駆動の方向が開弁方向であるか閉弁方向であるかを判断し、前記駆動の方向が前記開弁方向であり且つ前記第２のコンデンサの充電電圧が閾値に達していない場合には前記第１のコンデンサの充電電圧にかかわらず前記デューティ比を所定の値以上に設定し、前記駆動の方向が前記閉弁方向である場合には前記第２のコンデンサの充電電圧にかかわらず前記第１のコンデンサの充電電圧に基づいて前記デューティ比を変化させることを特徴とする吐水装置が提供される。

これによれば、水栓制御手段は、電磁弁を開くときには、デューティ比を所定の値以上に高く設定することにより第２のコンデンサの充電を速め、より早く電磁弁を開く。そのため、電磁弁の応答性の悪化を防止し、使用感の悪化を抑えることができる。また、水栓制御手段がデューティ比を所定の値以上に高く設定することにより電磁弁をより早く開いたとしても、その後に、発電手段は、流路を流れる水流により発電する。そのため、電力の収支を考慮し、水栓制御手段は、デューティ比を所定の値以上に高く設定することにより電磁弁を急いで開くことができる。

一方、水栓制御手段は、電磁弁を閉じるときには、デューティ比を変化させず、急いで電磁弁を閉じることはしない。これは、水栓制御手段が電磁弁を閉じると、その後には流路に水は流れないため、発電手段は発電しないためである。そのため、電力の収支を考慮し、水栓制御手段は、デューティ比を所定の値以上に高く設定してまで電磁弁を急いで閉じる必要はなく、より高い変換効率で電圧変換手段を駆動することができる。これにより、電圧変換による消費電力を少なくすることができる。

また、第７の発明の態様によれば、第３の発明の態様において、前記水栓制御手段は、前記第１のコンデンサの充電電圧を単位時間ごとに記憶し、前記単位時間ごとに記憶された第１のコンデンサの充電電圧により予測した現在の時間帯における発電頻度に基づいて前記デューティ比をさらに変化させることを特徴とする吐水装置が提供される。

これによれば、発電手段の発電量が少なく、第１のコンデンサの充電電圧が低くなると、水栓制御手段は、デューティ比をより低く設定しようとするが、そのときの時間帯における記憶された発電頻度が多い場合には、デューティ比を変化させず、より高いデューティ比を維持する。あるいは、発電手段の発電量が少なく、第１のコンデンサの充電電圧が低いときには、水栓制御手段は、デューティ比をより低く設定しているが、記憶された発電頻度が多い時間帯になると、デューティ比をより高く設定する。これは、記憶された発電頻度が多い時間帯では、発電手段の発電量が多くなることが見込まれるため、水栓制御手段は、デューティ比を低く設定することにより電圧変換手段の変換効率を高める必要はないためである。これにより、ある所定の時間帯、例えば朝などに電磁弁の開閉の応答が悪く、使用感が悪いということを抑えることができる。

本発明の態様によれば、使用感を保ちつつ、低消費電力化した吐水装置が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る吐水装置の構成を例示する回路図である。水栓制御手段のマイクロコンピュータの制御動作を例示するフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る吐水装置の構成を例示する回路図である。本実施形態にかかる吐水装置の動作の具体例を例示するフローチャートである。第２のコンデンサの充電電圧を確認する動作の具体例を例示するフローチャートである。第２のコンデンサの充電電圧を確認する動作の他の具体例を例示するフローチャートである。蓄電量が十分である場合の動作波形を例示するタイミングチャートである。蓄電量が不十分である場合の動作波形を例示するタイミングチャートである。本実施形態にかかる吐水装置の動作の他の具体例を例示するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る吐水装置の構成を例示する回路図である。

本実施例の吐水装置は、水栓制御手段３、電磁弁４、電磁弁通電手段５、第１のコンデンサ６、電圧変換手段７、発電機８（発電手段）、充電電圧制御手段９、一次電池１０、充電制御手段１１、ダイオード１２及びＲＣフィルタ１６を備えている。このＲＣフィルタ１６を構成するコンデンサ１７が第２のコンデンサであり、電磁弁４の駆動時に給電できるよう、電圧変換手段７によって充電されている。

発電機８（発電手段）は、水栓の流路を流れる水流（図示せず）により発電し、その出力端ＶＧは充電電圧制御手段９を介して第１のコンデンサ６の端子ＶＣに接続されている。第１のコンデンサ６の両端の電圧、すなわち第１の電圧は、発電機８（発電手段）により充電される。なお、充電電圧制御手段９は、第１のコンデンサ６の過充電を防止し、また発電機８（発電手段）の負荷変動に伴い吐水装置の流量が変動することを軽減するために挿入されている。

第１のコンデンサ６の端子ＶＣは、充電制御手段１１を介して一次電池１０の出力端ＶＢＡＴに接続されている。一次電池１０としては、例えば、リチウム電池を用いることができる。第１のコンデンサ６は、充電制御手段１１を介して一次電池１０により充電される。

電圧変換手段７は、第１のコンデンサ６の第１の電圧を第２の電圧に変換する。そして、第２の電圧により、ＲＣフィルタ１６の抵抗を介して第２のコンデンサ１７を充電し、この第２のコンデンサ１７の電圧が電磁弁通電手段５に入力される。本実施例においては、電圧変換手段７として昇圧回路を用い、制御線３７により昇圧回路を駆動する駆動パルスのデューティ比の制御が可能な構成を例示している。また、電磁弁通電手段５として、ＭＯＳＦＥＴによるブリッジを用いた構成を例示しており、水栓の流路を開閉する電磁弁４は、このブリッジにより駆動される。そして、電磁弁４の駆動により第２のコンデンサ１７での電荷が消費されて電圧が低下した際に電圧変換手段７に対する電圧低下の影響をＲＣフィルタ１６によって緩和することができる。

ここで、第１の電圧は、一次電池１０で充電可能な電圧であり、例えば、リチウム電池を用いた場合、３Ｖに設定することができる。また、第２の電圧は、電磁弁４の動作が可能な第１の電圧より高い電圧であり、例えば、３．３〜５Ｖに設定することができる。

また、電圧変換手段７の出力端ＶＤＤは、水栓制御手段３のマイクロコンピュータ１及びセンサ（人体検出センサ）２の電源に接続されている。さらに、マイクロコンピュータ１及びセンサ２の電源は、ダイオード１２を介して一次電池１０の出力端ＶＢＡＴにも接続されている。

このように、マイクロコンピュータ１及びセンサ２の電源は、第２の電圧が一次電池１０の電圧より高いときは、電圧変換手段７から供給され、第２の電圧が一次電池１０の電圧より低いときは、一次電池１０から供給される。これにより、一次電池１０の消耗を軽減することができる。

水栓制御手段３は、上記のとおりマイクロコンピュータ１及びセンサ２を有する。マイクロコンピュータ１は、制御線３７を介して電圧変換手段７を制御する。電圧変換手段７は、駆動パルスのデューティ比が大きいほど第２の電圧の立上がりが速くなるが消費電力も大きくなる。マイクロコンピュータ１は、制御線３７を介して電圧変換手段７のデューティ比を制御することにより、第２の電圧の立上がりと消費電力とを制御する。

また、マイクロコンピュータ１は、制御線３５を介して電磁弁通電手段５を制御することにより、電磁弁４を開閉する。本実施例においては、電磁弁通電手段５はブリッジ構成のため、制御線３５は、３５ａ〜３５ｄの４本を有する。

センサ２は、例えば、光電センサ等で構成されており、センサ２が光電センサの場合、手を近づけると手を検出する。センサ２の検出情報は、マイクロコンピュータ１で処理される。マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御し、電磁弁４が通電されて吐水する。その後、センサ２は、手が無くなったことを検出すると、その検出情報がマイクロコンピュータ１で処理される。マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御し、電磁弁４が通電されて止水する。

上記の構成において、マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御して電磁弁４を開閉した回数及び電磁弁４を開いていた合計時間を、発電が行われた回数及び発電が行われた合計時間とみなし、発電履歴情報として記憶する。また、マイクロコンピュータ１は、第１のコンデンサ６の端子ＶＣの電圧すなわち第１の電圧を検出し、その第１の電圧を発電機８の発電量とみなして発電履歴情報として記憶する。例えば、使用頻度を電磁弁４が開放されて発電が行われる発電頻度とみなす。マイクロコンピュータ１は、記憶した発電履歴情報から電圧変換手段７を制御することができる。

例えば、図２に示すように、所定期間の発電履歴情報に基づいて発電頻度を算出し、発電頻度に応じた電圧変換手段７の制御を行うことができる。発電頻度が高い時間帯は発電量も多くなるためデューティ比を高く設定し、使い勝手を保つことができる。また、発電頻度が低い時間帯は発電量が少ないためデューティ比を低く設定し、電圧変換による電力消費を少なくすることができる。
ここで、発電頻度としては、所定の単位時間ごとに発電履歴情報を記憶しておき、その時間帯の過去の、例えば１週間の発電履歴情報の記憶値に基づいて、その時間帯における発電頻度を予測して記憶しておくことが好ましい。

マイクロコンピュータ１は、上記のとおり、発電履歴情報に基づいて電圧変換手段７を制御することにより、第２の電圧の立上がりと消費電力とのトレードオフの関係を調整する。これにより、使用感を保ちつつ、低消費電力化した吐水装置を提供することができる。

図２は、水栓制御手段のマイクロコンピュータの制御動作を例示するフローチャートである。
図２に表したように、まずマイクロコンピュータ１は、電圧変換手段７を動作させて第１の電圧を第２の電圧に昇圧するか否か判断する（ステップＳ１１：Ｎｏ）。

第２のコンデンサの蓄電量が大きく第２の電圧が十分に大きい場合は、電圧変換手段７を動作させて第１の電圧を第２の電圧に昇圧する必要はない。なお、ステップ１１の処理をとばして、ステップＳ１２に進んでもよい。

昇圧すると判断した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、発電履歴情報から発電頻度を判別する（ステップＳ１２）。
そして発電頻度が、低、中、高のいずれかを判断する（ステップＳ１３：低、中、高）。

発電頻度が低のとき（ステップＳ１３：低）、電圧変換手段７のデューティ比を低く、例えば２５％に設定する（ステップＳ１４）。発電頻度が中のとき（ステップＳ１３：中）、デューティ比を中程度に、例えば、５０％に設定する（ステップＳ１５）。また、発電頻度が高のとき（ステップＳ１３：高）、デューティ比を高く、例えば、７５％に設定する（ステップＳ１６）。

設定されたデューティ比により電圧変換手段７を動作させる（ステップＳ１７）。
発電頻度が低いときは、発電機８（発電手段）による発電量が少ないため、デューティ比を小さく設定して消費電力を削減し、長時間使用できるようにする。また、発電頻度が高いときは、発電機８（発電手段）による発電量が大きいため、デューティ比を高く設定して、第２の電圧の立上がりを速くし使い勝手を落とさないようにする。発電頻度が中程度のときは、デューティ比も中程度とする。

このように、発電頻度の低、中、高に応じて、電圧変換手段７のデューティ比を変換させることにより、使用感を保ちつつ、消費電力を削減することができる。
なお、本実施例においては、通常使用時の制御動作について説明したが、起動時などの初期状態においては、第２の電圧を速く立上げて使用可能状態にするため、電圧変換手段７のデューティ比を７５％で動作を開始することが望ましい。

なお、本実施例においては、発電頻度が低、中、高の３通りあり、電圧変換手段７のデューティ比を２５％、５０％、７５％の３通りに制御する場合について説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、発電頻度は任意数に区分することができ、それに応じて、電圧変換手段７のデューティ比をさらに細かく設定することもできる。

次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る吐水装置の構成を例示する回路図である。
本実施形態にかかる吐水装置では、マイクロコンピュータ１は、検出線３１を介して第１のコンデンサ６の端子ＶＣの電圧（充電電圧）を検出することができる。また、マイクロコンピュータ１は、検出線３３を介して第２のコンデンサ１７の端子ＶＬＳの電圧（充電電圧）を検出することができる。本実施形態では、水栓制御手段３のマイクロコンピュータ１及びセンサ２の電源は、電圧変換手段７の出力端ＶＤＤに接続されている一方で、一次電池１０の出力端ＶＢＡＴには接続されていない。また、ＲＣフィルタ１６は、図１に表した吐水装置と同様に、抵抗１４を有する。その他の構成は、図１に表した吐水装置の構成と同様である。

このような構成において、マイクロコンピュータ１は、検出線３１を介して第１のコンデンサ６の端子ＶＣの電圧（充電電圧）を検出し、その検出した充電電圧に基づいて電圧変換手段７を駆動する駆動パルスのデューティ比を制御することができる。つまり、マイクロコンピュータ１は、記憶した発電履歴情報ではなく、リアルタイムの第１のコンデンサ６の充電電圧に基づいて電圧変換手段７を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させることができる。

これによれば、発電機８の発電量が多く、第１のコンデンサ６の充電電圧が高いときには、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を高く設定することにより電磁弁４を駆動するための第２のコンデンサ１７の充電を速めて電磁弁４の開閉の応答を良くし、使用感の悪化を抑えることができる。一方、発電機８の発電量が少なく、第１のコンデンサ６の充電電圧が低いときには、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を低く設定することにより電圧変換手段７の変換効率を高めて、電圧変換による消費電力を少なくすることができる。

次に、本実施形態にかかる吐水装置の動作の具体例について、図面を参照しつつ説明する。
図４は、本実施形態にかかる吐水装置の動作の具体例を例示するフローチャートである。
また、図５は、第２のコンデンサの充電電圧を確認する動作の具体例を例示するフローチャートである。
また、図６は、第２のコンデンサの充電電圧を確認する動作の他の具体例を例示するフローチャートである。

マイクロコンピュータ１は、センサ２を駆動する（ステップＳ１０３）前に、まず電圧変換手段７を駆動する駆動パルスのデューティ比をより高い値である７５％に設定する（ステップＳ１０１）。より具体的には、マイクロコンピュータ１は、センサ２を駆動するときにはデューティ比をより高く設定し、センサ２を駆動するのに必要な出力電圧（出力端ＶＤＤの電圧）を確保する。

これによれば、例えば、電磁弁４の開閉動作により第２のコンデンサ１７の充電電圧が低下しても、マイクロコンピュータ１は、センサ２を駆動するときにはデューティ比をより高い値である７５％に設定して必要な出力電圧を確保し、センサ２を確実に間欠的に駆動することができる。このとき、センサ２の駆動時間は例えば約１ｍｓ（ミリ秒）程度と短い時間であるため、その短い時間の間だけは電圧変換手段７の変換効率は低下するが、第２のコンデンサ１７を充電するための電圧変換手段７の昇圧動作の時間は、センサ２の駆動時間と比べると長いため、昇圧動作の変換効率は、その影響をほとんど受けない。そのため、マイクロコンピュータ１は、センサ２を駆動するときにデューティ比をより高く設定することにより、第２のコンデンサ１７を充電するための昇圧動作の変換効率に影響をほとんど与えることなく、センサ２を周期的に駆動することができる。

続いて、マイクロコンピュータ１は、端子ＶＣの電圧（第１のコンデンサ６の充電電圧）をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換し検出する（ステップＳ１０５）。そして、マイクロコンピュータ１は、その検出した端子ＶＣの電圧が第２の閾値ＶＴＨ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。端子ＶＣの電圧が第２の閾値ＶＴＨ２以上である場合には（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、発電機８の発電量が多く、第１のコンデンサ６の蓄電量が多いため、マイクロコンピュータ１は、使い勝手を確保するためにデューティ比をより高い値である７５％に設定する（ステップＳ１１５）。

一方、端子ＶＣの電圧が第２の閾値ＶＴＨ２よりも小さい場合には（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１は、端子ＶＣの電圧が第１の閾値ＶＴＨ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。端子ＶＣの電圧が第１の閾値ＶＴＨ１以上である場合には（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を中程度の値である５０％に設定する（ステップＳ１１３）。端子ＶＣの電圧が第１の閾値ＶＴＨ１よりも小さい場合には（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、発電機８の発電量が少なく、第１のコンデンサ６の蓄電量が少ないため、電圧変換手段７の変換効率を高めて、電圧変換による消費電力を少なくするためにデューティ比をより低い値である２５％に設定する（ステップＳ１１１）。

続いて、マイクロコンピュータ１は、センサ２が人体を感知したか否かを判断する（ステップＳ１１７）。センサ２が人体を感知した場合には（ステップＳ１１７：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１は、吐水装置が吐水中か否かを判断する（ステップＳ１１９）。吐水装置が吐水中ではない場合には（ステップＳ１１９：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を開くが、その前に端子ＶＬＳの電圧（第２のコンデンサ１７の充電電圧）を確認する（ステップＳ１２１）。

ここで、端子ＶＬＳの電圧を確認する動作の具体例を図５および図６を参照しつつ説明すると、まず、マイクロコンピュータ１は、図５に表したように、端子ＶＬＳの電圧をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換し検出する（ステップＳ２０１）。続いて、マイクロコンピュータ１は、その検出した端子ＶＬＳの電圧が第３の閾値ＶＴＨ３以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０３）。端子ＶＬＳの電圧が第３の閾値ＶＴＨ３以上である場合には（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１は、電磁弁４の開閉動作を実行するために必要な電圧が確保されていると判断し、デューティ比を変化させることなく端子ＶＬＳの電圧を確認する動作を終了する（ステップＳ２０７）。一方、端子ＶＬＳの電圧が第３の閾値ＶＴＨ３よりも小さい場合には（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１は、電磁弁４の開閉動作を実行するために必要な電圧をより早く確保するために、デューティ比をより高い値である７５％に設定する（ステップＳ２０５）。

これによれば、マイクロコンピュータ１は、デューティ比をより高く設定することにより第２のコンデンサ１７の充電を速め、より早く電磁弁４の開閉動作を実行することができる。そのため、電磁弁４の応答性の悪化を防止し、使用感の悪化を抑えることができる。そして、端子ＶＬＳの電圧が第３の閾値ＶＴＨ３以上となったときに、マイクロコンピュータ１は、端子ＶＬＳの電圧を確認する動作を終了する（ステップＳ２０７）。

なお、図６に表したように、マイクロコンピュータ１は、端子ＶＬＳの電圧が第３の閾値ＶＴＨ３よりも小さい場合には（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、今から電磁弁４を閉じる動作を実行するか否かを判断してもよい（ステップＳ２０４）。そして、マイクロコンピュータ１は、今から電磁弁４を閉じる場合には（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、デューティ比を変化させず、今から電磁弁４を開く場合には（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、デューティ比をより高い値である７５％に設定する（ステップＳ２０５）。

これによれば、マイクロコンピュータ１は、電磁弁４を開くときには、デューティ比をより高く設定することにより第２のコンデンサ１７の充電を速め、より早く電磁弁４を開く。そのため、電磁弁４の応答性の悪化を防止し、使用感の悪化を抑えることができる。また、マイクロコンピュータ１がデューティ比をより高く設定することにより電磁弁４をより早く開いたとしても、その後に、発電機８は、流路を流れる水流により発電する。そのため、電力の収支を考慮すると、マイクロコンピュータ１は、デューティ比をより高く設定することにより電磁弁４を急いで開くことがより好ましい。

一方、マイクロコンピュータ１は、電磁弁４を閉じるときには、デューティ比を変化させず、急いで電磁弁４を閉じることはしない。これは、マイクロコンピュータ１が電磁弁４を閉じると、その後には流路に水は流れないため、発電機８は発電しないためである。そのため、電力の収支を考慮すると、マイクロコンピュータ１は、デューティ比をより高く設定してまで電磁弁４を急いで閉じる必要はなく、より高い変換効率で電圧変換手段７を駆動することがより好ましい。これにより、電圧変換による消費電力を少なくすることができる。

続いて、図４に表したフローチャートに戻って説明すると、マイクロコンピュータ１は、端子ＶＬＳの電圧を確認し（ステップＳ１２１）、電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を開く（ステップＳ１２３）。一方、ステップＳ１１９において、吐水装置が吐水中である場合には（ステップＳ１１９：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１は、電磁弁４の開く必要なないため、電磁弁通電手段５および電磁弁４の動作を制御することなくステップＳ１０１へ戻る。

また、ステップＳ１１７において、センサ２が人体を感知しない場合には（ステップＳ１１７：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１は、吐水装置が止水中か否かを判断する（ステップＳ１２５）。吐水装置が止水中ではない場合には（ステップＳ１２５：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１は、端子ＶＬＳの電圧を確認し（ステップＳ１２７）、電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を閉じる（ステップＳ１２９）。ここで、端子ＶＬＳの電圧を確認する動作（ステップＳ１２７）は、図５および図６に関して前述した動作と同様である。一方、吐水装置が止水中である場合には（ステップＳ１２５：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１は、電磁弁４を閉じる必要はないため、電磁弁通電手段５および電磁弁４の動作を制御することなくステップＳ１０１へ戻る。

なお、本具体例においては、電圧変換手段７のデューティ比を２５％、５０％、７５％の３通りに制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。電圧変換手段７のデューティ比は、さらに細かく設定されてもよい。

続いて、本実施形態にかかる吐水装置の動作波形を参照し、動作の具体例についてさらに説明する。
図７は、蓄電量が十分である場合の動作波形を例示するタイミングチャートである。
図７に表した具体例では、第１のコンデンサ６の充電電圧は高く、その蓄電量は多いため、マイクロコンピュータ１は、電圧変換手段７を駆動する駆動パルスのデューティ比を５０％に設定している。但し、図４に関して前述したように、マイクロコンピュータ１は、センサ２を駆動するときにはデューティ比を７５％に設定し、センサ２を間欠的に駆動するために必要な出力電圧を確保する。

そして、センサ２が人体を感知すると、マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を開く（タイミングｔ１）。このとき、電磁弁４の開動作により第２のコンデンサ１７の電荷は消費され、その充電電圧は低下する（タイミングｔ１）。本具体例では、前述したように、第１のコンデンサ６の充電電圧は高く、その蓄電量は多いため、デューティ比は５０％に設定されている。そのため、電圧変換手段７の出力電流は大きく、端子ＶＬＳの電圧の立ち上がりは速い。これにより、第１のコンデンサ６の蓄電量が十分である場合には、第２のコンデンサ１７の充電時間を短くし、第２のコンデンサ１７の充電を速めることができる。

続いて、センサ２が人体を感知しなくなると、マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を閉じる（タイミングｔ２）。このとき、電磁弁４を閉じるために必要な第２のコンデンサ１７の充電電圧、すなわち端子ＶＬＳの電圧は第３の閾値ＶＴＨ３以上であるため、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を変化させることなくすぐに電磁弁４を閉じることができる。また、タイミングｔ１における動作と同様に、電磁弁４の閉動作により第２のコンデンサ１７の充電電圧は低下するが（タイミングｔ２）、第２のコンデンサ１７の充電時間は短い。

続いて、センサ２が人体を再び感知したとき（タイミングｔ３）の動作と、その人体を感知しなくなったとき（タイミングｔ４）の動作と、はタイミングｔ１およびｔ２における動作とそれぞれ同様である。図７に表した具体例のように、第１のコンデンサ６の蓄電量が十分である場合には、マイクロコンピュータ１は、デューティ比をより高く設定することにより、電磁弁４の開閉の応答を良くし、使用感の悪化を抑えることができる。

これに対して、第１のコンデンサ６の充電電圧が低く、その蓄電量が少ない場合について、図８を参照しつつ説明する。
図８は、蓄電量が不十分である場合の動作波形を例示するタイミングチャートである。

図８に表した具体例では、第１のコンデンサ６の充電電圧は図７に表した具体例の場合よりも低く、その蓄電量は図７に表した具体例の場合よりも少ないため、マイクロコンピュータ１は、電圧変換手段７を駆動パルスのデューティ比を２５％に設定している。但し、図４に関して前述したように、マイクロコンピュータ１は、センサ２を駆動するにときには、デューティ比を７５％に設定し、センサ２を間欠的に駆動するために必要な出力電圧を確保する。

そして、センサ２が人体を感知すると、マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を開く（タイミングｔ１）。これは、図７に関して前述したタイミングｔ１における動作と同様である。本具体例では、前述したように、第１のコンデンサ６の充電電圧は図７に表した具体例の場合よりも低く、その蓄電量は図７に表した具体例の場合よりも少ないため、デューティ比は２５％に設定されている。そのため、電圧変換手段７の出力電流は図７に表した具体例の場合よりも少なく、端子ＶＬＳの電圧の立ち上がりは図７に表した具体例の場合よりも遅い。

続いて、センサ２が人体を検知しなくなると、マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を閉じる（タイミングｔ２）。これは、図７に関して前述したタイミングｔ２における動作と同様である。このとき、電磁弁４を閉じるために必要な第２のコンデンサ１７の充電電圧、すなわち端子ＶＬＳの電圧は第３の閾値ＶＴＨ３以上であるため、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を変化させることなくすぐに電磁弁４を閉じることができる。

これに対して、その後、比較的早いタイミングでセンサ２が人体を感知すると、そのときの端子ＶＬＳの電圧は、前述したようにより遅く立ち上がるため第３の閾値ＶＴＨ３よりも低い場合がある（タイミングｔ３）。この場合には、マイクロコンピュータ１は、電磁弁４をすぐに開くことはできず、デューティ比をより高い７５％に設定することにより第２のコンデンサ１７の充電を速める（タイミングｔ３）。そして、端子ＶＬＳの電圧が第３の閾値ＶＴＨ３以上になると、マイクロコンピュータ１は、電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を開く（タイミングｔ４）。このとき、第１のコンデンサ６の充電電圧はより低いため、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を再び２５％に設定する（タイミングｔ４）。

これにより、端子ＶＬＳの電圧が第３の閾値ＶＴＨ３よりも低い場合でも、マイクロコンピュータ１は、デューティ比をより高く設定することにより電磁弁４をより早く開くことができる。そのため、電磁弁４の応答性の悪化を防止し、使用感の悪化を抑えることができる。また、電磁弁４がより早く開くことにより、発電機８は、より早いタイミングで発電を開始することができる。

続いて、センサ２が人体を感知しなくなると、タイミングｔ３と同様に、そのときの端子ＶＬＳの電圧は、第３の閾値ＶＴＨ３よりも低い場合がある（タイミングｔ５）。この場合には、マイクロコンピュータ１は、電磁弁４をすぐに閉じることはできない。また、マイクロコンピュータ１は、タイミングｔ３における動作のようにはデューティ比をより高く設定しない。そして、マイクロコンピュータ１は、端子ＶＬＳの電圧が第３の閾値ＶＴＨ３以上になるのを待ってから電磁弁通電手段５を制御することにより電磁弁４を閉じる（タイミングｔ６）。

これにより、マイクロコンピュータ１は、デューティ比をより低い２５％に設定したままであるため、より高い変換効率で電圧変換手段７を駆動することができる。そのため、電圧変換による消費電力を少なくすることができる。また、電磁弁４はすぐには閉じないため、発電機８は、しばらくの間、発電動作を継続することができる。

なお、図７および図８に表した動作波形では、センサ２の駆動に関する周波数は一定であるが、これだけに限定されるわけではない。例えば、センサ２が人体を感知すると、マイクロコンピュータ１は、センサ２の駆動に関する周波数をより高く設定してもよい。これによれば、センサ２は、より精度良く、より早いタイミングで、人体の感知と非感知とを識別することができる。また、センサ２が人体を感知していないときの消費電力を抑えることができる。あるいは、マイクロコンピュータ１は、所定の単位時間ごとにセンサ２の感知回数を記憶し、その記憶値に基づいてセンサ２の駆動に関する周波数を設定してもよい。これによれば、例えば、マイクロコンピュータ１は、夜間などの感知回数が少ない時間帯において周波数をより低く設定することにより消費電力を抑えることができる。

図９は、本実施形態にかかる吐水装置の動作の他の具体例を例示するフローチャートである。
図４に関して前述した具体例では、リアルタイムの第１のコンデンサ６の充電電圧に基づいて電圧変換手段７を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させる場合を例に挙げて説明したが、本具体例の吐水装置は、図２に表した動作と図４に表した動作とを組み合わせた動作を行う。つまり、本具体例の吐水装置は、第１のコンデンサ６の充電電圧に基づいて電圧変換手段７を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させ、さらに、単位時間ごとに記憶された第１のコンデンサ６の充電電圧により予測した現在の時間帯における発電頻度に基づいて電圧変換手段７を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させる。そのため、図９に表したフローチャートでは、図４に表したフローチャートのステップＳ１１１、Ｓ１１３、Ｓ１１５の動作の後に、図２に表したフローチャートのステップＳ１２以降の動作と同様の動作が行われる。

具体的には、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を２５％に設定すると（ステップＳ１１１）、発電履歴情報から発電頻度を判別する（ステップＳ１２）。そして、発電頻度が中、高のいずれかであるか否かを判断する（ステップＳ１８）。発電頻度が低のとき（ステップＳ１８：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を変更することなく設定されたデューティ比により電圧変換手段７を動作させる（ステップＳ１７）。一方、発電頻度が中、高のとき（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を中程度に、例えば、５０％に設定し（ステップＳ１５）、そのデューティ比により電圧変換手段７を動作させる（ステップＳ１７）。

また、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を５０％に設定すると（ステップＳ１１３）、発電履歴情報から発電頻度を判別する（ステップＳ１２）。そして、発電頻度が高であるか否かを判断する（ステップＳ１９）。発電頻度が低、中のとき（ステップＳ１９：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を変更することなく設定されたデューティ比により電圧変換手段７を動作させる（ステップＳ１７）。一方、発電頻度が高のとき（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を高く、例えば、７５％に設定し（ステップＳ１６）、そのデューティ比により電圧変換手段７を動作させる（ステップＳ１７）。

また、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を７５％に設定すると（ステップＳ１１５）、デューティ比を変更することなく設定されたデューティ比により電圧変換手段７を動作させる（ステップＳ１７）。
続いて、ステップＳ１１７以降の動作は、図４に関して前述したステップＳ１１７以降の動作と同様である。

これによれば、例えば、マイクロコンピュータ１は、所定の単位時間ごとに第１のコンデンサ６の充電電圧を検出し、その充電電圧を発電履歴情報として記憶する。また、マイクロコンピュータ１は、その時間帯の過去の、例えば１週間の発電履歴情報の記憶値に基づいて、その時間帯における発電頻度を算出し記憶する。

そして、発電機８の発電量が少なく、第１のコンデンサ６の充電電圧が低くなると、マイクロコンピュータ１は、デューティ比をより低く設定しようとするが、そのときの時間帯における記憶された発電頻度が多い場合には、デューティ比を変化させず、より高いデューティ比を維持する。あるいは、発電機８の発電量が少なく、第１のコンデンサ６の充電電圧が低いときには、マイクロコンピュータ１は、デューティ比をより低く設定しているが、記憶された発電頻度が多い時間帯になると、デューティ比をより高く設定する。これは、記憶された発電頻度が多い時間帯では、発電機８の発電量が多くなることが見込まれるため、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を低く設定することにより電圧変換手段７の変換効率を高める必要はないためである。

例えば、夜間において吐水装置の使用頻度が少なく、一方で、朝に吐水装置の使用頻度が夜間よりも多い場合を考える。この場合には、夜間においては発電頻度が低いため、朝のときに第１のコンデンサ６の充電電圧が低い場合があるが、マイクロコンピュータ１は、朝になるとデューティ比をより高く設定する、あるいはより高いデューティ比を維持する。これは、前述したように、朝になると発電機８の発電量が多くなることが見込まれるため、マイクロコンピュータ１は、デューティ比を低く設定することにより電圧変換手段７の変換効率を高める必要はないためである。これにより、電磁弁４の開閉の応答が毎朝に悪く、使用感が毎朝に悪いということを抑えることができる。

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、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、吐水装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施形態として上述した吐水装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての吐水装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明の吐水装置は、例えば、キッチンや洗面台などの水栓装置や、清水器や、シャワーなどに利用され得る。

１…マイクロコンピュータ
２…センサ
３…水栓制御手段
４…電磁弁
５…電磁弁通電手段
６…第１のコンデンサ
７…電圧変換手段
８…発電機（発電手段）
９…充電電圧制御手段
１０…一次電池
１１…充電制御手段
１２…ダイオード
１４…抵抗
１６…ＲＣフィルタ
１７…第２のコンデンサ
３１、３３…検出線
３５ａ〜３５ｄ、３５、３７…制御線

Claims

水栓の流路を流れる水流により発電する発電手段と、
前記発電手段により充電される第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサの両端の第１の電圧を第２の電圧に変換して第２のコンデンサに充電する電圧変換手段と、
前記第２のコンデンサからの給電により作動して水栓の流路を開閉する電磁弁と、
前記電磁弁を制御する水栓制御手段と、
を備え、
前記水栓制御手段は、前記発電手段における発電履歴情報に基づいて、前記電圧変換手段を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させることを特徴とする吐水装置。
前記発電履歴情報は、単位時間ごとに記憶された前記電磁弁の開閉回数又は開合計時間、に基いて予測した現在の時間帯における発電頻度であることを特徴とする請求項１記載の吐水装置。
水栓の流路を流れる水流により発電する発電手段と、
前記発電手段により充電される第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサの両端の第１の電圧を第２の電圧に変換して第２のコンデンサに充電する電圧変換手段と、
前記第２のコンデンサからの給電により作動して水栓の流路を開閉する電磁弁と、
前記電磁弁を制御する水栓制御手段と、
を備え、
前記水栓制御手段は、前記第１のコンデンサの充電電圧を検出し、前記第１のコンデンサの充電電圧に基づいて、前記電圧変換手段を駆動する駆動パルスのデューティ比を変化させることを特徴とする吐水装置。
前記電圧変換手段から供給された駆動電力により間欠的に駆動し使用者を検出可能な人体検出センサをさらに備え、
前記水栓制御手段は、前記人体検出センサの駆動時には、前記デューティ比を所定の値以上に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の吐水装置。
前記水栓制御手段は、前記電磁弁の駆動時に前記第２のコンデンサの充電電圧を検出し、前記第２のコンデンサの充電電圧が閾値に達していないときには、前記デューティ比を所定の値以上に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の吐水装置。
前記水栓制御手段は、前記電磁弁の駆動時に、前記駆動の方向が開弁方向であるか閉弁方向であるかを判断し、前記駆動の方向が前記開弁方向であり且つ前記第２のコンデンサの充電電圧が閾値に達していない場合には前記第１のコンデンサの充電電圧にかかわらず前記デューティ比を所定の値以上に設定し、前記駆動の方向が前記閉弁方向である場合には前記第２のコンデンサの充電電圧にかかわらず前記第１のコンデンサの充電電圧に基づいて前記デューティ比を変化させることを特徴とする請求項５記載の吐水装置。
前記水栓制御手段は、前記第１のコンデンサの充電電圧を単位時間ごとに記憶し、前記単位時間ごとに記憶された第１のコンデンサの充電電圧により予測した現在の時間帯における発電頻度に基づいて前記デューティ比をさらに変化させることを特徴とする請求項３記載の吐水装置。