特許 7439566 水栓用発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-19

(45)【発行日】2024-02-28

(54)【発明の名称】水栓用発電機

(51)【国際特許分類】

   F03B 17/06 20060101AFI20240220BHJP

【ＦＩ】

F03B17/06

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020034147

(22)【出願日】2020-02-28

(65)【公開番号】P2021134781

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-12-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000010087

【氏名又は名称】ＴＯＴＯ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩尾 恵仁斉

(72)【発明者】

【氏名】黒石 正宏

(72)【発明者】

【氏名】古井 直子

(72)【発明者】

【氏名】畠山 真

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０２４７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７７３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１２５９８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００６－１８３４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２００６０５４７９１（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ １３／００－１３／２６；１７／００－１７／０６

Ｆ０３Ｂ １１／００－１１／０８

Ｅ０３Ｃ １／００－ １／１０

Ｈ０２Ｋ ２１／００－２１／４８

Ｈ０２Ｋ １／１７； １／２７－ １／２７９８；１５／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

給水流入口から流入する水が流れる給水流路を有する給水管と、
前記給水流路に配置される軸と、
前記軸の軸まわりに回転可能に取り付けられるロータと、
前記ロータのマグネットの回転によって起電力が発生するコイルと、
前記給水流路を流れる水を該軸に対して略垂直な平面内で前記ロータのインペラの径外方向から該インペラに向けて噴出する孔を有するノズル部と
を備え、
前記ロータは、
前記軸の軸まわりに回転可能な前記インペラを有する動翼部材と、
前記インペラの先端側を閉じるとともに該インペラと一体となって前記軸の軸まわりに回転する蓋部材と、
前記動翼部材の外周部において該動翼部材と一体となって回転可能な前記マグネットと
を備え、
前記蓋部材は、前記インペラと対向する面に、平面視において前記インペラの先端部に対応して放射状に配置され、該インペラのそれぞれの羽根の先端部が嵌まり込む複数の凹部を有し、
前記蓋部材は、前記インペラと対向する面の平面視における中央部に前記軸が挿通される軸部が設けられ、
前記インペラは、前記羽根および前記軸部の基端部の間に水が流入可能な隙間を有し、
前記ロータは、前記軸部が延伸する方向に離間した２つの軸受けを有する、水栓用発電機。

【請求項2】

給水流入口から流入する水が流れる給水流路を有する給水管と、
前記給水流路に配置される軸と、
前記軸の軸まわりに回転可能なインペラを有する動翼部材と、
前記インペラの先端側を閉じるとともに該インペラと一体となって前記軸の軸まわりに回転する蓋部材と、
前記動翼部材の外周部において該動翼部材と一体となって回転可能なマグネットと、
前記マグネットの回転によって起電力が発生するコイルと、
前記給水流路を流れる水を該軸に対して略垂直な平面内で前記インペラの径外方向から該インペラに向けて噴出する孔を有するノズル部と
を備え、
前記蓋部材は、前記インペラと対向する面に、平面視において前記インペラの先端部に対応して放射状に配置され、該インペラのそれぞれの羽根の先端部が嵌まり込む複数の凹部を有し、
前記蓋部材は、前記インペラと対向する面の平面視における中央部に前記軸が挿通される軸部が設けられ、
前記インペラは、前記羽根および前記軸部の基端部の間に水が流入可能な隙間を有し、
前記蓋部材は、前記軸部が前記動翼部材における前記インペラが配置された側とは反対側の端部において突出し、突出した部分で固定される、水栓用発電機。

【請求項3】

給水流入口から流入する水が流れる給水流路を有する給水管と、
前記給水流路に配置される軸と、
前記軸の軸まわりに回転可能なインペラを有する動翼部材と、
前記インペラの先端側を閉じるとともに該インペラと一体となって前記軸の軸まわりに回転する蓋部材と、
前記動翼部材の外周部において該動翼部材と一体となって回転可能なマグネットと、
前記マグネットの回転によって起電力が発生するコイルと、
前記給水流路を流れる水を該軸に対して略垂直な平面内で前記インペラの径外方向から該インペラに向けて噴出する孔を有するノズル部と
を備え、
前記蓋部材は、前記インペラと対向する面に、平面視において前記インペラの先端部に対応して放射状に配置され、該インペラのそれぞれの羽根の先端部が嵌まり込む複数の凹部を有し、
前記動翼部材は、前記インペラが配置された側とは反対側の端部に、該インペラおよび前記蓋部材の互いの位置を決定する位置決め部を有する、水栓用発電機。

【請求項4】

前記蓋部材は、前記インペラと対向する面の平面視における中央部に前記軸が挿通される軸部が設けられ、
前記インペラは、前記羽根および前記軸部の基端部の間に水が流入可能な隙間を有する、請求項３に記載の水栓用発電機。

【請求項5】

前記凹部は、平面視において前記蓋部材の前記インペラと対向する面の外周縁から中心に至る途中まで延伸しており、前記羽根および前記基端部の間においては延伸していない、請求項１、２、４のいずれか１つに記載の水栓用発電機。

【請求項6】

前記軸部は、側面視において少なくとも前記マグネットと重なる位置まで延伸し、前記軸受けが側面視において少なくとも前記マグネットと重なる位置に設けられている、請求項１に記載の水栓用発電機。

【請求項7】

前記軸部は、側面視において前記動翼部材における前記インペラが配置された側とは反対側の端部まで延伸している、請求項１に記載の水栓用発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、水栓用発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

水栓装置には、たとえば、人体検知センサや、当該センサから送信される信号に基づいて給水路を開閉する電磁弁や、吐水口から吐出される水の温度に応じて水にあてる光の色を変えるためのＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明などの電気システムが組み込まれるようになってきている。

【0003】

これに伴い、水栓装置には、電気システムを動作させるために必要な電力を得るための手段のひとつとして、水力発電機が組み込まれる場合がある。

【0004】

従来、水栓装置に組み込まれる水力発電機（以下、水栓用発電機という）には、小型であり、かつ、発電効率の高い、いわゆる軸流式のものがある。

【0005】

軸流式の水栓用発電機は、たとえば、給水流路を有する給水管と、給水流路に対して略平行な回転軸と、回転軸まわりに回転可能な複数の羽根（インペラ）を有し、羽根の先端側に配置され羽根と共に回転軸まわりに回転する蓋を有するロータと、ロータと一体で回転可能なマグネットと、マグネットの回転で起電力が発生するコイルと、回転軸に対して略平行な方向から流れてくる水を、回転軸に対して略垂直な平面内で羽根の径外方向から羽根に向けて噴出する複数の孔を有するノズル部とを備える（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１４－１６７３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、水栓装置では、節水化が進み、このため、限られた水のエネルギーを有効利用しようと、水力から電気へ効率的に変換して発電効率を高めることが要求されている。

【0008】

しかしながら、上記したような従来の水栓用発電機では、羽根に向かう水流のうち羽根の先端と蓋面との間から羽根の後方へ逃げる水流が発生して水力から電気への変換効率が低下、すなわち、発電効率が低下することがある。このように、従来の水栓用発電機は、発電効率を高める点について改善の余地があった。

【0009】

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、発電効率を高めることができる水栓用発電機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

実施形態の一態様に係る水栓用発電機は、給水流入口から流入する水が流れる給水流路を有する給水管と、前記給水流路に配置される回転軸と、前記回転軸まわりに回転可能なインペラを有する動翼部材と、前記インペラの先端側を閉じるとともに該インペラと一体となって回転軸まわりに回転する蓋部材と、前記動翼部材の外周部において該動翼部材と一体となって回転可能なマグネットと、前記マグネットの回転によって起電力が発生するコイルと、前記給水流路を流れる水を該回転軸に対して略垂直な平面内で前記インペラの径外方向から該インペラに向けて噴出する孔を有するノズル部とを備え、前記蓋部材は、前記インペラと対向する面に、平面視において前記インペラの先端部に対応して放射状に配置され、該インペラのそれぞれの羽根の先端部が嵌まり込む複数の凹部を有する。

【0011】

このような構成によれば、インペラの羽根の先端部と蓋部材のインペラと対向する面（蓋面）との間が入り組んだ、いわゆるラビリンス構造となるため、インペラに向かう水流がインペラの羽根の先端部と蓋面との間から羽根の後方へ逃げにくい。このため、水流がインペラに対して効率的にあたることとなり、水力から電気への変換効率すなわち、発電効率を高めることができる。

【0012】

また、水栓用発電機では、記蓋部材は、前記インペラと対向する面の平面視における中央部に前記回転軸が挿通される軸部が設けられ、前記インペラは、前記羽根および前記軸部の基端部の間に水が流入可能な隙間を有する。

【0013】

このような構成によれば、インペラのそれぞれの羽根と軸部との間の隙間からノズル部へ流入してきた水が羽根を押した後に滞留することなく軸部の周りへ流れ込むため、効率的にインペラを回すことができる。その上、軸部の周りへ流れ込んだ水は適宜ノズル部へ流出される孔につながった複数の羽根の間の隙間から流出される際に羽根を再び押すことになるため、さらに効率的にインペラを回すことができる。

【0014】

また、水栓用発電機では、前記凹部は、平面視において前記蓋部材の前記インペラと対向する面の外周縁から中心に至る途中まで延伸しており、前記羽根および前記基端部の間においては延伸していない。

【0015】

凹部がインペラと対向する面の外周縁から中心にまで延伸していると、軸部の周りへ流れ込んだ水において凹部により渦流が発生してしまう可能性がある。そこで、このような構成によれば、軸部の周りへ流れ込んだ水において、渦流が発生してしまうことを抑制でき、ノズル部内において効率的に水を流すことができるため、より効率的にインペラを回すことができる。

【0016】

また、水栓用発電機では、前記軸部は、前記回転軸に沿って延伸しているとともに、延伸方向の両端部に前記回転軸の軸受けを有する。

【0017】

このような構成によれば、たとえば、軸受けを離して設けることができ、遠い距離の離れた２点で回転軸を支持できるようになるため、回転軸の傾きを抑制するとともに蓋部材を回転軸まわりに安定して回転させることができる。

【0018】

また、水栓用発電機では、前記軸部は、側面視において少なくとも前記マグネットと重なる位置まで延伸している。

【0019】

このような構成によれば、軸受けを離して設けることができ、遠い距離の離れた２点で回転軸を支持できるようになるため、回転軸の傾きをより確実に抑制することができる。

【0020】

また、水栓用発電機では、前記軸部は、側面視において前記動翼部材における前記インペラが配置された側とは反対側の端部まで延伸している。

【0021】

このような構成によれば、軸受け位置を離すことができるため、回転軸の傾きをより確実に抑制することができる。

【0022】

また、水栓用発電機では、前記蓋部材は、前記軸部が前記動翼部材における前記インペラが配置された側とは反対側の端部において突出し、突出した部分で固定される。

【0023】

このような構成によれば、蓋部材の軸部が動翼部材における反対側の端部から突出するため、突出した部分を溶着させるなど、蓋部材の固定に供することができる。また、蓋部材の軸部を動翼部材における反対側の端部で固定することで、たとえば、蓋部材を動翼部材におけるインペラが配置された側の端部で接着や溶着によって固定するような場合よりもインペラの回転などに対する影響を抑制することができる。

【0024】

また、水栓用発電機では、前記動翼部材は、前記インペラが配置された側とは反対側の端部に、該インペラおよび前記蓋部材の互いの位置を決定する位置決め部を有する。

【0025】

このような構成によれば、動翼部材における反対側の端部でインペラと蓋部材との位置合わせが可能となるため、両者の位置合わせが容易となり、組み立て性を高めることができる。

【発明の効果】

【0026】

実施形態の一態様によれば、発電効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、実施形態に係る水栓用発電機を備える水栓装置の説明図である。

【図2】図２は、実施形態に係る水栓用発電機の分解斜視図である。

【図3】図３は、ロータの分解斜視図である。

【図4】図４は、ロータの側断面図である。

【図5】図５は、動翼部材の斜視図である。

【図6】図６は、（ａ）動翼部材の平面図、（ｂ）動翼部材の側面図、（ｃ）動翼部材の底面図である。

【図7】図７は、一方の蓋部材の斜視図である。

【図8】図８は、（ａ）一方の蓋部材の平面図、（ｂ）一方の蓋部材の側面図、（ｃ）一方の蓋部材の底面図である。

【図9】図９は、他方の蓋部材の斜視図である。

【図10】図１０は、他方の蓋部材の平面図である。

【図11】図１１は、本例における水流の態様の説明図である。

【図12】図１２は、比較例における水流の態様の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する水栓用発電機の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0029】

＜水栓装置＞
まず、図１を参照して実施形態に係る水栓用発電機１０を備える水栓装置（自動水栓装置）１の一例について説明する。図１は、実施形態に係る水栓用発電機１０を備える水栓装置１の説明図である。図１に示すように、水栓装置１は、使用者の手などを検知すると自動で吐水する自動水栓装置であり、たとえば、洗面台７などに設置される。水栓装置１は、配管８を介して、水道水などの流入口（図示せず）に接続される。

【0030】

水栓装置１は、本体２と、吐水口３とを備える。本体２は、たとえば、円筒状であり、水（水道水など）Ｗが供給される。本体２は、所定の固定位置に固定される。吐水口３は、本体２に供給される水Ｗを水栓装置１の外部に吐出する。

【0031】

また、水栓装置１は、検知部４を備える。検知部４は、人体検知センサであり、たとえば、赤外線センサや電波センサである。検知部４は、使用者の手などを検知する。検知部４は、たとえば、吐水口３付近に配置される。

【0032】

また、水栓装置１は、給水流路５と、電磁弁６とを備える。給水流路５は、水栓装置１の内部に形成される。給水流路５は、流入口から流入して配管８内を流れてくる水Ｗを、吐水口３に導く流路である。電磁弁６は、本体２内に配置され、給水流路５を開閉する。

【0033】

なお、水栓装置１は、定流量弁や減圧弁（または調圧弁）をさらに備えてもよい。定流量弁は、電磁弁６の下流側に配置され、吐水量を一定に制限するための弁である。減圧弁（調圧弁）は、電磁弁６の上流側に配置され、水道の元圧（一次圧）が使用圧よりも大幅に高い場合などに減圧するための弁である。

【0034】

また、水栓装置１は、水栓用発電機１０を備える。水栓装置１は、充電部（図示せず）と、制御部（図示せず）とをさらに備える。充電部は、水栓用発電機１０で発電される電力を充電する。制御部は、検知部４や、電磁弁６の開閉などを制御する。水栓用発電機１０は、電磁弁６や定流量弁よりも下流側に配置される。

【0035】

水栓用発電機１０が電磁弁６や定流量弁よりも下流側に配置されることで、水道の元圧（一次圧）が水栓用発電機１０に直接作用することがないため、高い耐圧性を要求されず、信頼性やコストの点で有利となる。

【0036】

また、充電部および制御部は、配線を介して接続され、本体２の上部であって給水流路５の上部よりもさらに上方となる位置に配置されることが好ましい。これにより、たとえば、給水流路５を形成する流路管の外面に結露した水滴が落下または流路管を伝って流れ落ちても、充電部や制御部が浸水するのを防ぐことができ、充電部や制御部の故障を防止することができる。

【0037】

また、制御部は、水栓用発電機１０の後述するコイルと配線を介して接続される。これにより、制御部を介して、コイルの出力（電力）が充電部に送られる。

【0038】

水栓装置１は、生活空間において好適に使用することができる。水栓装置１の使用目的としては、たとえば、キッチン用水栓装置、リビングダイニング用水栓装置、シャワー用水栓装置、トイレ用水栓装置、洗面所用水栓装置などがある。

【0039】

また、水栓用発電機１０は、水栓装置１のような自動水栓装置に限らず、手動スイッチのオンオフによるワンタッチ式の水栓装置、水の流量をカウントして止水する定量吐水式の水栓装置、予め設定された設定時間を経過すると止水するタイマー式の水栓装置などに適用してもよい。また、水栓用発電機１０によって発電された電力を、たとえば、ライトアップ、アルカリイオン水や銀イオン含有水などの電解機能水の生成、流量表示（計量）、温度表示、音声ガイドなどに用いてもよい。

【0040】

なお、水栓装置１では、吐水流量が、たとえば、毎分１００リットル以下、好ましくは毎分３０リットル以下に設定されている。洗面所用水栓装置では、毎分５リットル以下に設定されていることが望ましい。

【0041】

また、トイレ用水栓装置のような吐水流量が比較的大きい場合には、給水管２０から水栓用発電機１０に流れる水を分岐させ、水栓用発電機１０を流れる水の流量を毎分３０リットル以下となるように調整することが望ましい。

【0042】

このような流量調整を行うことで、流量が大きい場合に給水管２０からすべての水Ｗを水栓用発電機１０に流すことで後述するインペラ４１３の回転数が大きくなりすぎて騒音や回転軸の摩耗が増大する、という不具合の発生を抑えることができる。また、インペラ４１３の回転数が増大しても適正回転数でなければ過電流やコイル熱によるエネルギー損失が生じるため発電量が増大しない、などの不具合の発生も抑えることができる。

【0043】

＜水栓用発電機＞
次に、図２を参照して実施形態に係る水栓用発電機１０の概略について説明する。図２は、実施形態に係る水栓用発電機１０の分解斜視図である。

【0044】

なお、図２には、鉛直上向き（上方）を正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を示している。以下では、説明の便宜上、Ｘ軸の正方向を右方、Ｘ軸の負方向を左方、Ｙ軸の正方向を前方、Ｙ軸の負方向を後方と規定し、また、Ｘ軸方向を左右方向、Ｙ軸方向を前後方向、Ｚ軸方向を上下方向という場合がある。

【0045】

図２に示すように、水栓用発電機１０は、給水管２０と、実体のある回転しない軸３０と、ロータ４０と、ステータ（図示せず）と、ノズル部５０と、封止部６０とを備える。

【0046】

給水管２０は、大径部２１と、中径部２２と、小径部２３とを備える。給水管２０は、それぞれ円筒状の大径部２１、中径部２２および小径部２３が軸方向（Ｚ軸方向、すなわち、上下方向）に対して略平行に並ぶことで、段付き形状に形成される。給水管２０は、給水流入口と、給水流出口とを有する。給水管２０の内部には、配管８（図１参照）内の水が流れる給水流路が形成されている。なお、図２には、給水管２０の内部における概略的な水の流れを矢線で示している。

【0047】

また、給水管２０の内部には、軸３０が配置されるとともに、軸３０の軸まわりに、ロータ４０、ステータおよびノズル部５０が配置される。給水管２０は、大径部２１に封止部６０が取り付けられることで、大径部２１の開口２１ａが封止される。

【0048】

軸３０は、給水流路に対して、たとえば、略平行となるように配置される。軸３０は、後述するノズル部５０に取り付けられる。軸３０は、ノズル部５０において、図示しない支持部によって支持される。

【0049】

ロータ４０は、軸３０に対して、軸３０の軸まわりに回転可能に取り付けられる。ロータ４０は、動翼部材４１と、蓋部材（以下、一方の蓋部材という）４２と、マグネット４３と、他方の蓋部材４４とを備える。このうち、マグネット４３は、円筒状であり、後述する動翼部材４１の外周部に配置される。言い換えると、マグネット４３は、動翼部材４１を内周部の空間に嵌入させるように配置される。

【0050】

また、マグネット４３は、動翼部材４１と一体となって、軸３０の軸まわりに回転可能である。マグネット４３の外周面には、その周方向に沿ってＮ極およびＳ極が交互に着磁されている。なお、ロータ４０の残りの構成部材である動翼部材４１、一方の蓋部材４２および他方の蓋部材４４については、図３～図１０を用いてそれぞれ後述する。

【0051】

ステータは、マグネット４３の外周側となる位置に配置される。ステータは、たとえば、給水管２０の外周側に配置される。ステータは、たとえば、マグネット４３の軸方向の端面（上端面または下端面）と対向するように配置されてもよいし、マグネット４３の側周面と対向するように配置されてもよい。

【0052】

ステータは、たとえば、ヨークと、コイルとを備える。ヨークは、たとえば、軟磁性体（たとえば、圧延鋼）を材料として形成される。コイルは、たとえば、導線が円環状に巻回されて形成される。コイルでは、マグネット４３の回転によって起電力が発生する。

【0053】

ノズル部５０は、複数の孔（図示せず）を備える。複数の孔（以下、噴射孔という）は、動翼部材４１の外周側において、たとえば、動翼部材４１を囲むように配置される。噴射孔は、軸３０に対して略平行な方向（Ｚ軸方向、すなわち、上下方向）から流れてくる水を、軸３０に対して略垂直な平面（Ｘ－Ｙ平面）内で後述するインペラ４１３の径外方向からこのインペラ４１３に向けて噴出する。

【0054】

封止部６０は、給水管２０の大径部２１の開口２１ａを液密に封止するように、給水管２０に取り付けられる。封止部６０は、ビスなどの締結具６１によって、給水管２０に対して固定される。封止部６０が給水管２０に取り付けられると、ノズル部５０の軸方向（上下方向）の位置が規制される。

【0055】

＜ロータ＞
次に、図３～図１０を参照してロータ４０について説明する。図３は、ロータ４０の分解斜視図である。図４は、ロータ４０の側断面図である。なお、図４には、ロータ４０の模式断面を示している。また、図３および図４においても、図２と同様、鉛直上向き（上方）を正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を示している。

【0056】

図３および図４に示し、かつ、上記したように、ロータ４０は、動翼部材４１と、一方の蓋部材４２と、マグネット４３と、他方の蓋部材４４とを備える。ロータ４０では、動翼部材４１、一方の蓋部材４２、マグネット４３および他方の蓋部材４４が軸３０（図２参照）上において組み合わされる。

【0057】

図５は、動翼部材４１の斜視図である。図６は、（ａ）動翼部材４１の平面図、（ｂ）動翼部材４１の側面図、（ｃ）動翼部材４１の底面図である。動翼部材４１は、軸３０（図２参照）の軸まわりに回転可能な部材である。

【0058】

図５および図６に示すように、動翼部材４１は、本体４１１と、インペラ４１３と、位置決め部４１６とを備える。本体４１１は、円筒状である。本体４１１の外周面４１１ａには、マグネット４３（図３参照）が取り付けられる場合にマグネット４３の係合凹部４３１（図３参照）と係合させるための係合凸部４１２が設けられる。

【0059】

インペラ４１３は、本体４１１の一端部に本体４１１に対して同軸で設けられる。インペラ４１３は、基板４１４と、複数の羽根４１５を備える。基板４１４は、円板状である。複数の羽根４１５は、基板４１４上に設けられ、図６（ｃ）に示すように、底面視において基板４１４の外周縁から中心に至る途中まで延伸している。

【0060】

また、複数の羽根４１５は、底面視において曲線で構成されることが好ましい。この場合、複数の羽根４１５は、基板４１４の中心に向かうにつれて同様に湾曲している。

【0061】

なお、たとえば、羽根４１５の枚数を１１枚とし、ノズル部５０（図２参照）の噴射孔（図示せず）の数を３つとするなど、羽根４１５は、噴射孔の数の整数倍とは異なる枚数であることが好ましい。これにより、噴射孔から噴出された水が各羽根４１５の外周縁付近に衝突するタイミングをずらすことができ、インペラ４１３の振動や騒音の発生を抑えることができる。

【0062】

インペラ４１３は、軸３０（図２参照）の軸まわりに回転可能である。すなわち、上記したように、動翼部材４１は、軸３０の軸まわりに回転可能である。そして、動翼部材４１の回転によって、マグネット４３は、動翼部材４１と一体となって回転する。

【0063】

位置決め部４１６は、本体４１１のインペラ４１３が配置された側とは反対側の他端部（他端面）に設けられる。位置決め部４１６は、図６（ａ）に示すように、軸３０が挿通される軸孔４１７を中心とする同一円上に配置された複数（たとえば、４つ）の孔４１６ａである。位置決め部４１６は、後述する一方の蓋部材４２の複数（４つ）の突部４２４ａが軸３０の軸方向に沿って孔４１６ａに挿通されることで、インペラ４１５および一方の蓋部材４２の位置を合わせる。なお、この際に、後述する軸部４２３の係合部４２４の突部４２４ａ（図８参照）と、位置決め部４１６の孔４１６ａの大きさをそれぞれ複数用意して、大きさの一致する突部４２４ａと孔と４１６ａのみが挿通できるようにすることで、回転方向の位置を一義的に決めることができる。

【0064】

このような構成によれば、動翼部材４１における反対側の端部でインペラ４１３の先端部４１５ａと一方の蓋部材４２の後述する凹部４２２との位置合わせが可能となるため、両者の位置合わせが容易となり、組み立て性を高めることができる。

【0065】

図７は、一方の蓋部材４２の斜視図である。図８は、（ａ）一方の蓋部材４２の平面図、（ｂ）一方の蓋部材４２の側面図、（ｃ）一方の蓋部材４２の底面図である。一方の蓋部材４２は、動翼部材４１（インペラ４１３）の先端側を閉じるとともに、動翼部材４１（インペラ４１３）と一体となって軸３０（図２参照）の軸まわりに回転する部材である。

【0066】

図７および図８に示すように、一方の蓋部材４２は、蓋部４２１と、軸部４２３とを備える。蓋部４２１は、円板状である。蓋部４２１におけるインペラ４１３の先端側と対向する面（以下、蓋面という）４２１ａには、外周縁が開放された複数の凹部４２２が形成される。

【0067】

複数の凹部４２２は、図８（ａ）に示すように、蓋面４２１ａに、平面視においてインペラ４１３の先端部、すなわち、複数の羽根４１５の先端部４１５ａ（図６（ｃ）参照）に対応して放射状に配置される。複数の凹部４２２は、複数の羽根４１５と同数である。複数の凹部４２２には、複数の羽根４１５の先端部４１５ａが嵌まり込む。

【0068】

また、複数の凹部４２２は、図８（ａ）に示すように、平面視において蓋面４２１ａの外周縁から中心に至る途中まで延伸している。複数の凹部４２２は、複数の羽根４１５および軸部４２３の基端部４２３ａの間においては延伸していない。なお、延伸していない凹部４２２とは、凹部４２２の深さが０．５ミリ以下のものであり、最も好ましくは全く凹んでいないものである。また、複数の凹部４２２は、複数の羽根４１５に対応するように、底面視において曲線で構成されることが好ましい。このため、複数の凹部４２２は、複数の羽根４１５と同様、蓋面４２１ａの中心に向かうにつれて同様に湾曲している。

【0069】

軸部４２３は、円筒状であり、平面視における蓋面４２１ａの中心に基端部４２３ａ側が固定され、蓋面４２１ａ上に立設される。軸部４２３には、蓋部４２１の軸孔４２５から軸３０が挿通される。このため、軸部４２３は、軸３０に対して同軸で延伸している。また、図４に戻り、図示のように、軸部４２３は、延伸方向の両端部に軸受け４２３ｃを備える。すなわち、軸部４２３は、基端部４２３ａに一方の軸受け４２３ｃ、先端部に他方の軸受け４２３ｃを備える。

【0070】

このような構成によれば、動翼部材４１に取り付けた軸部４２３と、そこから最も遠い、後述する他方の蓋部材４４との２点で軸３０を支持できるようになるため、軸３０の傾きを抑制するとともに一方の蓋部材４２を軸３０の軸まわりに安定して回転させることができる。また、軸受け４２３ｃを離して設けることができ、遠い距離の離れた２点で軸を支持できるようになるため、軸３０の傾きをより確実に抑制することができる。

【0071】

また、軸部４２３は、ロータ４０（図２参照）の側面視において、少なくともマグネット４３（図２参照）と重なる位置まで延伸している。好ましくは、軸部４２３は、動翼部材４１の本体４１１におけるインペラ４１３が配置された一端部側とは反対側の他端部まで延伸している。このような構成によれば、軸受け４２３ｃを離して設けることができ、遠い距離の離れた２点で軸を支持できるようになるため、軸３０の傾きをより確実に抑制することができる。

【0072】

また、軸部４２３は、先端部４２３ｂに、動翼部材４１に対する位置決めのための係合部４２４を備える。係合部４２４は、軸部４２３の先端部４２３ｂにおいて軸方向に沿って突出している複数（４つ）の突部４２４ａである。係合部４２４は、位置決め部４１５の孔４１６ａに突部４２４ａが挿通されることで、インペラ４１３に対して一方の蓋部材４２の位置を決めることができ、両者の位置を合わせることができる。

【0073】

突部４２４ａは、位置決め部４１６の孔４１６ａから突出し、突出した部分を固定部として、動翼部材４１および一方の蓋部材４２が一体化される。なお、実際には、突部４２４ａは、後述する他方の蓋部材４４の孔４４１からも突出し、突出した部分を固定部として、動翼部材４１、一方の蓋部材４２、マグネット４３および他方の蓋部材４４が一体化される。

【0074】

このような構成によれば、軸部４２３が動翼部材４１（本体４１１）における一端部側とは反対側の他端部から突出するため、突出した部分を溶着させるなど、動翼部材４１に対する一方の蓋部材４２の固定に供することができる。また、軸部４２３を動翼部材４１（本体４１１）における反対側の他端部で固定することで、たとえば、一方の蓋部材４２を動翼部材４１（本体４１１）におけるインペラ４１３が配置された側の一端部で接着や溶着によって固定するような場合よりもインペラ４１３の回転などに対する影響を抑制することができる。

【0075】

図９は、他方の蓋部材４４の斜視図である。図１０は、他方の蓋部材４４の平面図である。他方の蓋部材４４は、動翼部材４１（図３参照）の他端部（他端面）に取り付けられる。図９および図１０に示すように、他方の蓋部材４４は、円板状であり、軸３０が挿通される軸孔４４１を中心とする同一円上に配置された複数（たとえば、４つ）の孔４４２ａが形成される。

【0076】

複数（４つ）の孔４４２ａは、動翼部材４１の位置決め部４１６（図５参照）と同様、一方の蓋部材４２（図７参照）の複数（４つ）の突部４２４ａ（図７参照）が軸３０の軸方向に沿って挿通されることで、インペラ４１５に対する一方の蓋部材４２の位置を決める位置決め部４４２となる。

【0077】

次に、図１１および図１２を参照して実施形態に係る水栓用発電機１０における水流の態様について説明する。図１１は、本例（水栓用発電機１０）における水流の態様の説明図である。図１２は、比較例における水流の態様の説明図である。

【0078】

図１１に示すように、水栓用発電機１０では、インペラ４１３の羽根４１５が一方の蓋部材４２の蓋面４２１ａの凹部４２２に嵌まり込んでいるため、羽根４１５の先端部４１５ａおよび凹部４２２が近接している部分は、水Ｗの流れる方向に対して入り組んだ構造、いわゆるラビリンス構造となる。これにより、インペラ４１３に向けて流れる水Ｗのほとんどすべてが羽根４１５に衝突する。

【0079】

図１２に示すように、比較例に係る水栓用発電機１００では、インペラ４１３の羽根４１５の先端部４１５ａおよび凹部４２２が近接している部分は、互いに面で対向している。このため、インペラ４１３に向けて流れる水Ｗは、羽根４１５に衝突する水Ｗ１だけでなく、羽根４１５の先端部４１５ａと蓋面４２１ａとの間（隙間）から羽根４１５の後方へ逃げる水Ｗ２が発生する。

【0080】

このように、上記した実施形態によれば、インペラ４１３の羽根４１５の先端部４１５ａと一方の蓋部材４２の蓋面４２１ａとの間が入り組んだ、いわゆるラビリンス構造となるため、インペラ４１３に向かう水流が羽根４１５の先端部４１５ａと蓋面４２１ａとの間から羽根４１５の後方へ逃げにくい。このため、水流がインペラ４１３の羽根４１５に対して効率的にあたることとなり、水力から電気への変換効率が高まる。これにより、発電効率を高めることができる。

【0081】

また、インペラ４１３の羽根４１５と軸部４２３の基端部４２３ａとの間に水が流入可能な隙間を有するため、それぞれの羽根４１５と軸部４２３との間の隙間からノズル部５０へ流入してきた水が羽根４１５を押した後に滞留することなく軸部４２３の基端部４２３ａの周りへ流れ込むため、効率的にインペラ４１３を回すことができる。その上、軸部４２３の基端部４２３ａの周りへ流れ込んだ水は適宜ノズル部５０へ流出される孔につながった複数の羽根４１５の間の隙間から流出される際に羽根４１５を再び押すことになるため、さらに効率的にインペラ４１３を回すことができる。

【0082】

また、インペラ４１３の羽根４１５の先端部４１５ａ、これに対応する一方の蓋部材４２の凹部４２２が互いに平面視において基板４１４または蓋面４２１ａの途中まで延伸しているため、凹部４２２の面積が小さい。このため、羽根４１５の先端部４１５ａを、凹部４２２に対して容易に嵌め込むことができる。

【0083】

なお、上記した実施形態では、図面上、凹部４２２の底面と羽根４１５の先端部４１５ａとの相対する面は平面であるが、たとえば、凹部４２２の底面と羽根４１５の先端部４１５ａとの相対する面が斜面として形成されてもよい。これにより、羽根４１５の先端部４１５ａの側方端部が凹部４２２の側方端部に対してより確実に接触するようになる。

【0084】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0085】

１０ 水栓用発電機
２０ 給水管
３０ 軸
４１ 動翼部材
４１３ インペラ
４１５ 羽根
４１５ａ 先端部
４１６ 位置決め部
４２ 蓋部材（一方の蓋部材）
４２１ａ インペラと対向する面（蓋面）
４２２ 凹部
４２３ 軸部
４２３ａ 基端部
４２３ｃ 軸受け
４３ マグネット
５０ ノズル部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】