JP4958067B2 - 水栓装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁を用いた電気的な制御によって水路を開閉する水栓装置に係り、特に発電手段と一次電池を組み合わせた電源を備える水栓装置に関する。

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では、水力発電機を備え、水栓装置自身が流す水によって発電をして蓄電し、それを電源として動作するものが実用化されている。
蓄電する手段としては、過去はニッカド電池のような二次電池を用いていたが、二次電池は、劣化によって数年で交換が必要になるという問題があり、現在はコンデンサに蓄電する方式が主流となっている。

また、発電量が少なく蓄電電圧が低下して水栓装置が動作不能となることを防止するため、一次電池により、発電不足の状態での動作を保証する方法がある。例えば、蓄電池（二次電池）と並列に乾電池（一次電池）を設けて、切り替えて使う考案がある（特許文献１参照）。

また、特許文献１のように、一次電池（乾電池）を単純にバックアップ用の電池として使用すると、二次電池またはコンデンサ等の蓄電電圧が低下した場合に、一次電池の方が先に消費されてしまうという問題がある。一次電池は発電不足の状態で水栓装置の動作を保証する非常手段であるため、蓄電手段より一次電池が先に消費されてはならない。
そこで、一次電池とコンデンサの間に充電制御手段を設けて、一次電池が不必要に消費されるのを防止する考案がある（特許文献２参照）。

特許文献２の考案では、通常は充電制御手段をオンしておき、電磁弁の通電など大電流を要する場合、すなわちコンデンサの負荷電流が大きく一時的にコンデンサ電圧が低下する時だけ、充電制御手段をオフして一次電池によるバックアップを切り離している。これにより、コンデンサの電荷よりも先に一次電池が消費されることを防止している。

なお、蓄電手段としてコンデンサを使う場合、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伴う電圧変動が大きい。そこで、特許文献２のように、電圧変換回路を用いて、一定の電圧に安定させて水栓装置の回路や電磁弁に給電する。つまり、コンデンサを用いる場合は、電圧変換回路が必要である。

電圧変換回路は、原理的には昇圧、降圧のどちらも可能であるが、コンデンサに数ファラッド程度の大容量のタイプを選択すると、コンデンサの耐圧は２〜５Ｖ程度の低い電圧となることが多い。そのため、電圧変換回路は、昇圧回路の方が設計し易い。

また、発電機によるコンデンサの充電の際、コンデンサの部品破壊を避けるため、コンデンサの耐圧を越えないように充電電圧の制限が必要である。特許文献２では、コンデンサの充電状態に関わらず発電機から継続的に負荷電流を取り出し、発電機に発生するトルクを安定させ、ひいては、水栓装置の流量を安定させることを目的する電力消費回路があり、これがコンデンサの電圧を制限する役割も兼ねている。

実開平２−６６８７２号公報 特開２００１−２０７４９８号公報

従来の回路は、コンデンサの出力を電圧変換回路で電圧変換して水栓の制御回路に給電し、かつ電磁弁も駆動している。つまり、水栓装置の電源としては１系統しかなく、制御回路が動作するためには、まず、コンデンサへの充電が必要である。そして、一次電池からコンデンサに一旦充電されると、その電力は、制御回路にも電磁弁の通電にも使用される。つまり、一次電池からコンデンサに電力が移動してしまうと、それ以降はコンデンサの電力、つまりは一次電池の電力の消費先を選択することはできない。

しかし、水栓装置の制御回路と電磁弁の電力消費には以下の違いがある。
制御回路の消費電力は、大半はセンサ（人体検出手段）のために使われる。例えば、赤外線センサを使えば赤外線の発光電流や受光側の信号処理回路の消費、それらを制御するマイコンの消費などである。

センサは通常、例えば「２Ｈｚでセンシング」というように、周期的に駆動する。そのため、センサの電力消費は、水栓の使用状態にはあまり左右されない。
厳密には、人体を感知した場合に再確認のセンシングを行って駆動回数を増やす制御方法もあり、センサの消費は人体の感知状態に多少影響される。しかし、１日２４時間の殆どは水栓が使用されない状態にあり、センサの消費の大半は人体を感知していない待機状態となる。よって、センサの消費は１日で平均すると固定に近い。

これに対し、電磁弁の電力消費は、使用者を感知して吐水する時だけに発生する。使用者が来なければ消費はゼロであり、水栓が使われる場合と使われない場合で全く異なる。
例えば、一般家庭のトイレなら数人の家族が使うだけで１日１０〜２０回程度の吐水となるが、大きな駅のトイレなら、終日休み無しに利用されるため１日で数１００回にもなる。このように電磁弁の電力消費は、水栓の使われ方により、桁違いに異なる。
そして、一次電池からコンデンサに電力が移動してしまうと、この電磁弁消費に使われる場合もあり、一次電池からすれば非常に大きな負担となる可能性がある。

しかし、電磁弁の消費は、本来、発電された電力によって賄われるべきである。ところが、発電される電力は、水栓の使われ方によって大きな差がある。これが、一次電池の電力が電磁弁消費に使われてしまう要因となる。
例えば駅のトイレでは、手洗いをする時間が短い傾向がある。特に、朝の忙しい時間帯では、使用回数は多くても吐水している時間は短いと考えられる。つまり、駅のトイレの自動水栓装置の電磁弁の消費は多く、それに比較して発電量は少ない。
逆に、昼間のオフィスなどでは、食事前に入念に手を洗い食後に歯磨きをするため、１回の吐水の時間が長い。よって、オフィスの洗面所の自動水栓装置の、昼休みの発電量は電磁弁の消費に対して十分大きい。

このように、発電量と電磁弁の消費電力のバランスは、場所や時間帯でも差がある。それでも、１回の吐水につき発電量が常に電磁弁の消費を上回るように水栓は動作すべきだが、実際には、ユーザーが節水のために吐水量を減らしたり、水圧が低いなどの条件で発電能力が十分でない場合もあり得る。
ゴミなどの影響で発電機の能力が低下する可能性もあり、駅のように極端に短時間の吐水が繰り返される現場もある。さまざまな条件を考えれば、あらゆる現場のあらゆる使用条件で、発電量が電磁弁の消費を必ず上回るという保証は難しい。

発電量が電磁弁の消費を上回らない場合、その不足分は、一次電池からコンデンサに充電されて動作する。そして、一次電池が消耗して水栓が動作できなくなって初めて、発電が不足している事に気づく。その時は既に一次電池の交換が必要な状態となっており、一次電池を入手して交換するまで水栓装置は動作できない。

そこで、このような事態を避けるべく、一次電池が電磁弁の消費になるべく使われないようにするためには、一次電池からコンデンサへの充電が減るように、一次電池によるコンデンサの充電電圧を下げる方が良い。そして、発電機によってコンデンサが充電される時は、なるべく高い電圧まで充電するようにする方が良い。

しかし、従来の水栓装置の電源は、「コンデンサと電圧変換回路で構成される１系統の電源」しかないため、コンデンサの充電電圧をあまり低い状態にすると、発電と電磁弁駆動の消費のバランスが少しでもくずれた場合、コンデンサの電圧が低下して制御回路まで、つまりは全てが動作できなくなる恐れがある。
そのため、コンデンサの充電電圧は、制御回路を動作させるだけのマージンを確保しておく必要があり、それほど低くできない。つまり、その動作マージン分は、一次電池の電力が電磁弁駆動に消費される可能性があることを意味している。

以上の問題は、使用条件によって変動の大きい電磁弁の駆動と、ほぼ固定消費の制御回路（センサ）を、ひとつのコンデンサから電源供給する形式の従来の回路では避けようが無い。
例えば、電磁弁駆動の消費は発電によって賄えると考え、一次電池は制御回路を１０年間駆動するためのものと定義し、それに必要な容量の一次電池を採用したとする。しかし、以上説明したような電磁弁駆動による一次電池の消費が多く発生すれば、一次電池は予定の１０年より短く寿命を終えてしまい、発電によって動き続けるはずの水栓装置が停止する。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、発電手段と一次電池を組み合わせた電源を備えた水栓装置において、さまざまな使用環境であっても、一次電池の設計寿命を確保し、発電された電力を効率的に使用できる水栓装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、発電手段と、前記発電手段と電気的に並列に接続された一次電池と、前記発電手段の出力または前記一次電池によって充電されるコンデンサと、前記一次電池と前記コンデンサとの間に直列に設けられ前記一次電池から前記コンデンサへの充電をオン／オフ制御する充電制御手段と、前記コンデンサの電圧を昇圧する昇圧手段と、前記充電制御手段を制御する水栓制御手段と、を有する水栓装置において、前記水栓制御手段は、前記昇圧手段又は前記一次電池から給電され作動するとともに、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力が前記昇圧手段の昇圧動作可能な最低電圧以上の第１の閾値電圧になると前記充電制御手段をオフ制御するので、
一次電池からコンデンサへの充電が必要最低限となり、その結果、一次電池の消費は変動が少ない水栓制御手段が主なものとなって、一次電池が目標とする電池寿命を保証できる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の水栓装置において、前記昇圧手段は、前記水栓制御手段により昇圧動作がオン／オフ制御され、前記昇圧手段の出力電圧は前記一次電池の電池電圧より高いとともに、前記一次電池と前記昇圧手段の出力電圧が選択的に前記水栓制御手段に給電される給電選択手段を有するので、
昇圧手段のオン／オフ制御によって、水栓制御装置の電源を、昇圧手段出力、すなわち発電手段によって充電されたコンデンサの出力と、寿命を保証したい一次電池の出力のいずれかを容易に選択でき、一次電池の消費のコントロールが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、請求項２に記載の水栓装置において、
前記給電選択手段は前記一次電池から第１のダイオードを介して前記水栓制御手段の電源に接続されるとともに、前記昇圧手段から第２のダイオードを介して前記水栓制御手段のに電源に接続されて構成されたので、
水栓制御手段は一次電池と発電された電力の両方から電源供給を受けることが可能であり、同時に、一次電池が水栓制御手段以外の消費に使用されることを防止できる。

請求項４記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の水栓装置において、
前記水栓制御手段は、前記コンデンサ電圧が前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上となった時、前記昇圧手段の昇圧動作をオンするので、
発電によって蓄電された電力に余裕があるとき、その電力が水栓制御手段に電力供給され、その間、一次電池の消費を減らすことができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項４に記載の水栓装置において、水栓の流路を開閉する電磁弁及び該電磁弁の通電手段を有するとともに、前記第２の閾値電圧は、前記第１の閾値電圧に、前記コンデンサによって前記電磁弁を所定回数動作させる際の前記コンデンサの電圧降下分を加えた電圧であるので、
電磁弁を通電して水栓の流路が開けば発電手段が発電を開始するため、一次電池からコンデンサに充電される電力は水栓装置としての動作を継続するための最低限の動作マージン分となり、一次電池が目標とする電池寿命を保証できる。

請求項６記載の発明によれば、請求項２に記載の水栓装置において、水栓の流路を開閉する電磁弁及び該電磁弁の通電手段を有するとともに、前記給電選択手段は前記一次電池から第１のダイオードを介して前記水栓制御手段の電源に接続され、前記昇圧手段の出力は、前記水栓制御手段の電源に接続され、かつ、抵抗と第２のコンデンサからなるＲＣフィルタ回路を介して前記電磁弁の通電手段の電源に接続されて構成されるので、
昇圧手段の出力がダイオードのような回路損失無しに水栓制御手段に供給され、一次電池から電磁弁の通電手段への電源供給は十分に制限されることになり、一次電池が目標とする電池寿命を保証できる。

請求項７記載の発明によれば、請求項６に記載の水栓装置において、前記水栓制御手段は、前記電磁弁通電後の所定時間、前記昇圧手段の昇圧動作をオンし、前記第２のコンデンサの充電を前記昇圧手段の出力により行うので、
電磁弁の通電エネルギーは、一次電池からではなく、確実に昇圧手段の電源であるコンデンサから電力供給される。

以上のように、本発明によれば、一次電池は殆ど水栓制御手段のためのものとし、それ以外の消費である電磁弁の通電の消費は発電手段から得るように、電源を２つの系統に分けたので、従来のように、一次電池から一旦コンデンサに充電してしまうと何に消費されるか分からないという問題がない。
また、一次電池からコンデンサへの充電を最低限にするように制御するので、一次電池が電磁弁消費に使われることを最低限に抑えることができる。

また、電源を２系統に分けたため、コンデンサの電圧の上昇、下降を監視することで、一次電池を含まない電力の収支、つまり発電と電磁弁消費のバランスがどうなっているのか、発電が足りているのか不足しているのか、すぐに判別できる。また、一次電池からコンデンサへの充電が必要な場合、その充電回数によっても、発電が不足しているかどうかが分かる。
これによって、発電手段を有する水栓装置として、正常に動作しているかどうか、つまり、必要な消費電力が発電されているかどうかの判断が容易となる。

よって、発電が不足していれば、「何らかの警告をする」「早めに動作を停止して、水栓装置のチェックを促す」等の処置も可能となり、従来のように、一次電池が消耗して動作できなくなって初めて発電不足を認識するということにならない。

以下に、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施例である水栓装置の回路図である。

図１において、３は水栓制御手段であり、水栓装置を構成する各要素に対して「各部の電圧を監視する」「オン／オフ信号を出力する」などの信号の入出力を行い、水栓装置の動作を制御する。１は、水栓制御手段３の中枢となるマイコン、２は水栓装置の使用者を検出するセンサであり、１と２は水栓制御手段３を構成する。

センサ２は、水栓装置が自動水栓装置（手洗い器）であれば手を検出するセンサであり、マイコン１へ検出結果を出力する。
なお、水栓制御手段３にとってセンサ２は必須ではなく、水栓装置の水路の開閉の制御条件となるものであれば、手動の操作スイッチやタイマーなどでも良い。

４は水栓装置の水路を開閉する電磁弁（電気回路上はソレノイド）、５は電磁弁４を通電する電磁弁通電手段である。
なお、電磁弁４は、電磁弁の開／閉の切替時以外に電流を消費しない、ラッチング式の電磁弁であり、電磁弁通電手段５は、電磁弁４を開／閉するために正／逆通電するＨブリッジ回路である。そして、マイコン１のポート操作により、電磁弁４の開通電または閉通電が行われる。

６はコンデンサであり、昇圧手段７と共に電磁弁通電手段５の電源を構成する。図１の昇圧手段７はコイルとダイオードを用いたスイッチング型の昇圧回路であるが、図１の構成に限定されることはなく、例えばコンデンサとダイオードを用いたチャージポンプ回路でもよい。
また、コンデンサ６の電圧をＶＣとすると、ＶＣはマイコン１のＡ／Ｄ変換ポートに入力されており、マイコン１はコンデンサ６の充電電圧ＶＣを監視することができる。

８は発電手段であり、水栓装置の流路に設けられた水力発電機と、その出力を全波整流するダイオードブリッジで構成される。そして、発電手段８の出力によりコンデンサ６を充電する。
９は、発電手段８によってコンデンサ６を充電する際、コンデンサ６の電圧が、所定の電圧を越えて過電圧となって部品破壊しないための充電電圧制限手段である。

１０は一次電池であり、水栓制御手段３の電源となる。また、１１は一次電池１０からコンデンサ６への充電を制御する充電制御手段であり、一次電池１０とコンデンサ６の接続をオン／オフするトランジスタ、充電電流の最大値を制限する抵抗、コンデンサ６による一次電池１０の逆充電を防止するダイオードからなる。
一次電池１０によるコンデンサ６の充電の制御は、マイコン１のポート出力によって前記トランジスタがオン／オフすることで成される。
以上説明した水栓装置の全体の構成を図８に示す。

次に水栓装置の基本動作を説明する。図２は水栓制御手段３が有するマイコン１のメインルーチンのフローチャートである。周期的に繰り返しセンサ２を作動させ、人体を感知すると電磁弁４を駆動して吐水を行うもので、トイレの手洗い器に取り付けられ、センサで自動吐水／止水する、自動水栓装置（手洗い器）で良く知られた動作である。

図２のメインルーチンのプログラムステップＳ００１（以下Ｓ００１）でセンサ２を駆動し、Ｓ００２で人体を感知している場合はＳ００３で吐水中かチェックし、吐水中でなければＳ００５で電磁弁４を開通電して吐水を開始する。
Ｓ００２で人体を感知していない場合はＳ００４で止水中かチェックし、止水中でなければＳ００６で電磁弁４を閉通電して止水状態とする。
こうして、センサ２の感知中は吐水、感知中でない場合は止水、という動作になる。

電磁弁４の通電処理の後、Ｓ００７では、コンデンサ６の電圧ＶＣをチェックするため、ＶＣのＡ／Ｄ変換を行い、Ｓ００８でＶＣが第１の閾値ＶＴＨ１以下に低下していないかチェックする。

ＶＣがＶＴＨ１以下に低下していた場合、Ｓ００９で充電制御手段１１のトランジスタをオンして一次電池１０からコンデンサ６への充電を行う。また、Ｓ００８でＶＣがＶＴＨ１に達している場合、Ｓ０１０で充電制御手段１１のトランジスタをオフして一次電池１０からコンデンサ６への充電を停止する。

但し、コンデンサ６への充電電流は、一次電池１０の電流出力能力と充電制御手段１１の電流制限抵抗によって調整されており、コンデンサ６は１ファラッド前後の大容量のものを使用するので、瞬間的にコンデンサ６の充電が完了することはない。
つまり、コンデンサ６の充電は、図２のメインルーチンをループしながら、ある時間をかけて行い、ＶＣがＶＴＨに達すると充電を停止する。

以上の動作により、コンデンサ６の電圧は、第１の閾値電圧ＶＴＨ１以下に下がらないように一次電池１０によって保持される。つまり、コンデンサの電圧はＶＴＨ１以上にバックアップされている。よって、第１の閾値電圧ＶＴＨ１は、一次電池１０によるコンデンサ６の「バックアップ電圧」と言うことができる。

次に、この回路の動作の特徴を説明する。
水栓制御手段３の電源は一次電池１０である。水栓制御手段３の消費電力は、センサ２の周期的な駆動が主なものとなるので、ほぼ一定と考えられる。よって、一次電池１０に必要な容量のものを選択することにより、水栓制御手段３を、例えば１０年間動作させることが可能となる。

電磁弁通電手段５の電源はコンデンサ６と昇圧手段７であり、その源となるのは、発電手段８の出力である。水栓装置が吐水を行えば、電磁弁通電手段５が電磁弁開閉のための電力を消費するが、同時に発電手段８による発電が行われる。この、電磁弁の消費量よりも発電量が多ければ、発電手段８から電磁弁通電手段５までのエネルギー収支はプラスとなり、一次電池１０からの電力供給を必要としない。

つまり、水栓装置が正常に動作し、発電も設計値どおりの発電出力をすれば、発電手段の出力により電磁弁が通電され、一方、一次電池により水栓制御装置（センサ）が駆動され、この２つのエネルギー収支は全く独立に考えることができる。よって、一次電池１０の寿命も設計値どおりの年数を満たす事ができる。

次に、この「バックアップ電圧ＶＴＨ１」の設定方法を説明する。
昇圧手段７は、コンデンサ６の電圧を電磁弁通電に必要な所定の電圧に昇圧するが、コンデンサ６の電圧が全くゼロでは昇圧はできない。
昇圧回路も含めて、回路にはその構成によって動作可能な最低電圧が決まっている。例えば図１の昇圧手段に使われる昇圧ＩＣであれば、乾電池１本（容量が減ったアルカリ電池など）程度の電圧まで動作可能なものが多く、１．０Ｖ程度が一般的である。

よって、ＶＴＨ１を１．０Ｖとしておき、コンデンサ６の電圧が、少なくともそれ以下に下がらないように一次電池１０でバックアップすれば良い。一度でも電磁弁を開方向に通電できれば、その直後から発電手段８が出力を開始するので、一次電池１０からの電力供給は不要となる。
なお、ＶＴＨ１は昇圧手段７の動作が保証される電圧であればよく、１．０Ｖそのままでなければならないという事はなく、若干のマージンは持たせるべきである。つまり、昇圧手段７の仕様に応じて設定すればよく、この例では、１．０Ｖ以上であれば良い。

図１の回路で、例えば水栓装置が使用されない夜中の間に、コンデンサ６の電圧がコンデンサ自身のリーク電流や昇圧ＩＣの消費（一般に数μＡ程度と少ない）で電圧低下したとする。しかし、水栓が使用される朝の最初の開方向の通電さえ一次電池１０から電力供給してやれば良い。
よって、この場合、一次電池１０から電磁弁４への通電はごく僅かとなり、実質は無視できる。そのため、一次電池１０の寿命は設計値どおりの年数を満たす事ができる。

また、発電出力が設計値どおり得られない場合、つまり、水栓の流量不足や発電機構のゴミかみなど、なんらかのトラブルが起きた場合の措置として、図３のような動作も可能である。
図３は、図２のメインルーチンにＳ０１１乃至Ｓ０１３の処理を加えたものである。

図３において、Ｓ００８でＶＣが第１の閾値ＶＴＨ１以下に低下し、Ｓ００９で一次電池１０からコンデンサ６への充電を開始した場合、Ｓ０１１で、その充電回数をカウントする。
そして、その回数を、Ｓ０１２でチェックする。前述の説明のように、その回数は、本来であれば１日に１回程度のはずである。

しかし例えば、その回数が「１０回／日」以上であった場合、Ｓ０１２で発電が異常と判断して、Ｓ０１３で「発電不足の警告」を行う。
具体的には、「警告のＬＥＤを点滅させる」「警告のブザーを鳴らす」という警告表示を行う方法でも良い。或いは、「吐水時間を極端に短くする」「吐水時間を通常より長くする」「感知しても吐水しない」など、水栓装置の吐水条件として通常と異なる動作をさせても良い。

このように、本発明によれば、「発電出力により電磁弁駆動」「一次電池によりセンサ駆動」と明確に電源を分けたため、上記のような発電不足の検出が容易となり、警告動作の実行が可能となる。

以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図４は本発明の第２の実施例である水栓装置の回路図であり、図５は水栓制御手段３が有するマイコン１のメインルーチンのフローチャートである。

まず、図４は以下の点が図１と異なる。
一次電池１０から水栓制御回路３への電源供給は、第１のダイオード１２を経由している。また、昇圧手段７の出力から、第２のダイオード１３を経由して水栓制御手段３に電源供給可能に接続されている。よって、一次電池１０と昇圧手段７の、出力電圧の高い方が水栓制御装置３の電源となる。また、その逆方向の電力供給は起きない。

更に、昇圧手段７は、その動作のオン・オフが可能なものであり、水栓制御手段３のマイコン１に出力によって動作のオン・オフが制御される構成となっている。昇圧手段７の昇圧動作がオンであれば、出力は所定の電圧まで昇圧され、昇圧動作がオフであれば、昇圧手段の入力とほぼ同じ電圧が出力される（正確には、昇圧手段７のダイオードの順電圧降下分が低下する）。

ここで、昇圧手段７の昇圧出力電圧は、一次電池１０の出力電圧より高く設定する。具体的には、一次電池１０にリチウム電池を使えば、その出力は高くても３．１Ｖ程度であり、電池が消耗すると３Ｖ以下に低下する。この時、昇圧手段７の出力を３．３Ｖとすれば一次電池１０の電圧より高くなる。
つまり、昇圧手段７の昇圧動作がオンの時は昇圧手段７が水栓制御手段３の電源となり、昇圧手段７の昇圧動作がオフの時は一次電池１０が水栓制御手段３の電源となる。よって、第１のダイオード１２と第２のダイオード１３は、水栓制御手段の電源の給電制御手段として機能する。

次に、図４の回路の動作を図５のフローチャートを用いて説明する。図５のＳ１０１からＳ１０４のセンサ駆動と感知チェックの部分は、図２と同様である。
感知中（Ｓ１０２）で吐水中でない（Ｓ１０３）場合、吐水を開始する必要がある。そこで、Ｓ１０５で昇圧手段７の昇圧を開始する。この時点から、昇圧手段７は電磁弁４の駆動に必要な電圧を出力する。そしてＳ１０６で電磁弁４を開通電し、吐水を開始する。電磁弁の開駆動を終えるとＳ１０７でＳ１０５で昇圧手段７の昇圧を終了する。
Ｓ１０９の閉通電の場合も同様に通電中は昇圧手段７を動作させ、同様に電磁弁通電に必要な電圧を確保する。

Ｓ１１１乃至Ｓ１１４の動作で、図１のＳ００７乃至Ｓ０１０と同様に、コンデンサ６の電圧ＶＣが第１の閾値ＶＴＨ１以下に低下しないよう、充電制御手段１１のトランジスタを制御して一次電池１０からコンデンサ６への充電を行う。

そして、Ｓ１１５では、ＶＣが第２の閾値ＶＴＨ２以上かどうかチェックする。ＶＴＨ２はＶＴＨ１よりも高い電圧であり、ＶＣがＶＴＨ２以上であれば、電磁弁を少なくとも１回通電してコンデンサ６が放電してもＶＴＨ１まで低下しない電圧となるように設定する。
例えば、ＶＴＨ１が１．０Ｖの時、ＶＴＨ２は１．１Ｖというように、僅かな電圧差で良い。但し、実際の回路においては、ＶＣをマイコン１がＡ／Ｄ変換する際の誤差などがあり、電磁弁を開通電すると必ず十分な発電があるとも限らないので、電磁弁を数回通電できる電圧差以上を設定する。つまり、多少のマージンをとって、ＶＴＨ１に、電磁弁を数回通電した時にコンデンサ６が電圧降下する電圧を加えた値をＶＴＨ２とした方が良い。

コンデンサ６の電圧ＶＣが第１の閾値ＶＴＨ１以上であれば、昇圧手段７が動作できることを意味する。これは、ＶＣとして最低電圧の条件である。
コンデンサ６の電圧ＶＣが第２の閾値ＶＴＨ２以上であれば、最低電圧のＶＴＨ１に対してコンデンサ６の蓄電量に余裕があることを意味する。よって、この状態であれば昇圧手段７をオン状態（Ｓ１１６）とし、昇圧手段７に一次電池１０の出力よりも高い電圧を出力させる。

これにより、昇圧手段７から、つまりコンデンサ６から、ダイオード１３を経由して水栓制御手段３に給電される。その間は一次電池１０の消費がなくなるので、一次電池の寿命をより長くすることができる。
このように、充電制御手段１１により一次電池１０から電磁弁４への通電を制限し、発電量（蓄電量）に余裕があるときは、発電で得た電力をダイオード１３経由で水栓制御手段に給電する。こうして、図４は、一次電池１１の最低限の寿命を保証し、かつ、発電に余裕があれば一次電池の寿命を延ばす回路となっている。

以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図６は本発明の第３の実施例である水栓装置の回路図であり、図７は水栓制御手段３が有するマイコン１のメインルーチンのフローチャートである。

図６は以下の点が図４と異なる。
図６は図４と同様に、一次電池１０から水栓制御回路３への電源供給は、第１のダイオード１２を経由しているが、昇圧手段７の出力からは直接、水栓制御手段３の電源に接続されている。
但し、昇圧手段７が動作していない時は、一次電池１０の電圧の方が高いので一次電池１０から水栓制御手段３に給電され、昇圧手段７が動作している時は、昇圧手段７の出力の方が高いので、昇圧手段７から水栓制御手段３に給電される。

また、昇圧手段７の出力は、抵抗１４とコンデンサ１５からなるＲＣフィルタ回路１６を経由して電磁弁通電手段５に給電される。電磁弁４への通電の際は、直接はコンデンサ１５から電磁弁通電回路５に給電され、コンデンサ１５の電圧が低下すると、電磁弁４の通電終了後、抵抗１４経由でコンデンサ１５が充電される。

第３の実施例では、コンデンサ１５の充電は昇圧手段７の出力によって行われるように動作する。これを図７を用いて説明する。
図７は図５と以下の動作が異なる。図７で、電磁弁４の開（Ｓ２０６）または閉（Ｓ２１０）の通電の際、昇圧手段をオンする（Ｓ２０５、Ｓ２０９）点は図５と同じであるが、通電終了後１秒間、昇圧動作を継続する（Ｓ２０７、Ｓ２１２）。

つまり、電磁弁の通電時および通電後は、コンデンサ１５の電圧が低下するが、その時は必ず昇圧手段７を動作させ、ＲＣフィルタ回路１６の入力に昇圧手段７から給電するように動作する。コンデンサ１５を充電する電力は、電磁弁４の通電のための電力となるが、その電力供給源は、発電の電力を得たコンデンサ６となり、一次電池１０は消費しない。
こうして図６も図４と同様に、一次電池１０は水栓制御手段３にのみ給電する。

また、コンデンサ６の電圧ＶＣが第２の閾値ＶＴＨ２以上の場合は、図４と同様に昇圧手段７をオン状態とする（Ｓ２１８）。つまり、コンデンサ６の蓄電量に余裕があるときは、コンデンサ６から水栓制御手段３に給電し、一次電池１０の消費を抑える。
更に、図６には図４のダイオード１３が無いので、ダイオード分の損失が無く、より効率的に発電した電力が水栓制御手段３に供給されるという利点がある。

本発明の第１の実施形である水栓装置の回路図である。 本発明の第１の実施形である水栓装置のマイコンの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形である水栓装置のマイコンの、図２とは一部異なる動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形である水栓装置の回路図である。 本発明の第２の実施形である水栓装置のマイコンの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形である水栓装置の回路図である。 本発明の第３の実施形である水栓装置のマイコンの動作を示すフローチャートである。 本発明が実施される水栓装置の構成を示す一例である。

符号の説明

１…マイコン
２…センサ
３…水栓制御手段
４…電磁弁
５…電磁弁通電手段
６…コンデンサ
７…昇圧手段
８…発電手段
９…充電電圧制限手段
１０…一次電池
１１…充電制御手段
１２…ダイオード
１３…ダイオード
１４…抵抗
１５…コンデンサ
１６…ＲＣフィルタ

Claims (7)

1. 発電手段と、前記発電手段と電気的に並列に接続された一次電池と、前記発電手段の出力または前記一次電池によって充電されるコンデンサと、前記一次電池と前記コンデンサとの間に直列に設けられ前記一次電池から前記コンデンサへの充電をオン／オフ制御する充電制御手段と、前記コンデンサの電圧を昇圧する昇圧手段と、前記充電制御手段を制御する水栓制御手段と、を有する水栓装置において、前記水栓制御手段は、前記昇圧手段又は前記一次電池から給電され作動するとともに、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力が前記昇圧手段の昇圧動作可能な最低電圧以上の第１の閾値電圧になると前記充電制御手段をオフ制御することを特徴とする水栓装置。
2. 請求項１に記載の水栓装置において、前記昇圧手段は、前記水栓制御手段により昇圧動作がオン／オフ制御され、前記昇圧手段の出力電圧は前記一次電池の電池電圧より高いとともに、前記一次電池と前記昇圧手段の出力電圧が選択的に前記水栓制御手段に給電される給電選択手段を有することを特徴とする水栓装置。
3. 請求項２に記載の水栓装置において、
   前記給電選択手段は前記一次電池から第１のダイオードを介して前記水栓制御手段の電源に接続されるとともに、前記昇圧手段から第２のダイオードを介して前記水栓制御手段のに電源に接続されて構成されたことを特徴とする水栓装置。
4. 請求項２又は３に記載の水栓装置において、
   前記水栓制御手段は、前記コンデンサ電圧が前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上となった時、前記昇圧手段の昇圧動作をオンすることを特徴とする水栓装置。
5. 請求項４に記載の水栓装置において、水栓の流路を開閉する電磁弁及び該電磁弁の通電手段を有するとともに、前記第２の閾値電圧は、前記第１の閾値電圧に、前記コンデンサによって前記電磁弁を所定回数動作させる際の前記コンデンサの電圧降下分を加えた電圧であることを特徴とする水栓装置。
6. 請求項２に記載の水栓装置において、水栓の流路を開閉する電磁弁及び該電磁弁の通電手段を有するとともに、前記給電選択手段は前記一次電池から第１のダイオードを介して前記水栓制御手段の電源に接続され、前記昇圧手段の出力は、前記水栓制御手段の電源に接続され、かつ、抵抗と第２のコンデンサからなるＲＣフィルタ回路を介して前記電磁弁の通電手段の電源に接続されて構成されることを特徴とする水栓装置。
7. 請求項６に記載の水栓装置において、前記水栓制御手段は、前記電磁弁通電後の所定時間、前記昇圧手段の昇圧動作をオンし、前記第２のコンデンサの充電を前記昇圧手段の出力により行うことを特徴とする水栓装置。

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