JP2004045437A - 流量センサ付電気ポット - Google Patents

Abstract

【課題】　流量センサ付電気ポットにおいて、流量センサを構成する透明チューブの汚れに起因する流量センサの感度低下とそれに伴う誤計測を回避して、流量センサの寿命を延ばす。
【解決手段】　流量センサにおいて、透明チューブの外側に配置された発光素子から透明チューブ内の回転羽根に対して光が照射され、回転羽根の隙間を通過した光を受光素子が受光することにより、受光素子から略正弦波信号が出力される。制御部において、この略正弦波信号をしきい値Ｖｒｅｆと比較することにより透過電位０Ｖと遮光電位５Ｖとが交互に繰り返される矩形波を生成し、この矩形波の周期又は周波数から湯水の吐出量を求める。上記のしきい値Ｖｒｅｆは、受光素子から出力される略正弦波信号の変化範囲０〜５Ｖの中間レベル２．５よりも遮光電位側の約４Ｖに設定されている。
【選択図】　図７

Description

　本発明は、湯水の吐出量を計測するための流量センサを備えた流量センサ付電気ポットに関し、詳しくは、流量センサを構成する透明チューブの経時的な汚れに起因する流量センサの感度低下とそれに伴う誤計測を回避するための改良に関する。

　電気ヒータによって飲料用、調理用等の湯を沸かし、保温する電気ポットは広く一般家庭に普及している。近年は、マイクロプロセッサを用いた制御部、温度センサ等を搭載し、押ボタンスイッチや液晶表示器を含む操作パネルを備えた電気ポットが一般的である。例えば、温度センサの検出信号に基づいて制御部は、操作パネルで設定した湯温になるまで電気ヒータを加熱し、その後、保温用のヒータに切り替える自動制御を実行する。

　また、電動ポンプを内蔵し、給湯を電動で行うものが主流になって来ている。使用者は操作パネルの給湯指示ボタンを押すだけで電気ポットから所定の容器に給湯することができる。この場合、通常は給湯指示ボタンを押している間だけ吐出口（湯の注ぎ口）から湯が吐出され、給湯指示ボタンから指を離せば湯の吐出が停止する。このような操作パネルの操作に応じて電動ポンプを制御する処理もマイクロプロセッサを用いた制御部が実行する。

　近年、上記のようなマイクロプロセッサを用いた制御部と電動ポンプを備えた電気ポットに、定量給湯機能を付加しようとする試みが為されている（例えば特許文献１参照）。つまり、操作パネルで設定した給湯量に達するまで電動ポンプによって電気ポットから湯が吐出され、設定した給湯量に達すれば自動的に電動ポンプを停止する機能である。この機能により、計量カップ等を用いなくても適量の湯を電気ポットから得ることができる。

　本出願人は、ユニークな構造を有する流量センサを用いて上記のような定量給湯機能を実現した電気ポットの発明に関する特許出願を先に行った（特許文献２参照）。この流量センサは、吐出管の途中に挿入された透明チューブの中に、水の流れる方向に沿う軸心周りに回転する螺旋形状の回転羽根を有する回転部材を設け、透明チューブの外部に配置され上記の軸心に略垂直な方向から透明チューブ内の回転羽根に向かって光を照射する発光素子及び受光素子を設けたものである。

　透明チューブ内を水が流れると回転部材が回転し、発光素子から出た光が回転羽根の隙間を通過して受光素子に到達する透過状態と、発光素子から出た光が回転羽根に遮られて受光素子に到達しない遮光状態とが交互に繰り返されることにより、受光素子から略正弦波状の電気信号が得られる。この電気信号を所定のしきい値と比較することにより、透過状態に相当する透過電位と遮光状態に相当する遮光電位とが交互に繰り返される矩形波を生成し、この矩形波の周期又は周波数に基づいて、単位時間当たりの湯水の流量又は吐出量を求めることができる。
特開平１０−３２８０２８号公報 特願２００１−０４１０６４号

　しかしながら、その後の寿命試験や他の試験結果から、電気ポットを長期間使用していると流量センサの透明チューブ内壁がミネラル（炭酸カルシウム等）の析出によって汚れ、その結果、水の単位時間当たりの流量又は吐出量の計測値の誤差が大きくなることが分かった。つまり、透明チューブの透明度が内壁の汚れによって低下し、発光素子から出た光が透明チューブ内の回転羽根の隙間を通過して受光素子に到達する割合が低下する結果、受光素子から出力される略正弦波状の電気信号の透過電位側のレベルが中間レベルに近づいていく。

　例えば使用初期において、受光素子から出力される略正弦波状の電気信号が０ボルトから５ボルトまで変化する略正弦波電圧であり、０ボルトが透過電位側のレベルであり、５ボルトが遮光電位側のレベルであるとすると、透明チューブの透明度の低下に伴って、略正弦波電圧の谷が０ボルトから上昇し中間レベル（２．５ボルト）に近づいていく。この結果、しきい値を中間レベルに設定していた場合、しきい値との比較によって生成される矩形波が回転部材の回転数を正しく反映しなくなる場合が発生し、計測値の誤差が大きくなる。

　上記のような透明チューブ内壁の汚れは、クエン酸洗浄と呼ばれるメンテナンスによってきれいにすることができる。クエン酸洗浄によって透明チューブの透明度が高くなれば（復旧すれば）、再び流量センサの計測値の誤差は小さくなる。しかし、クエン酸洗浄は元来タンク内壁の汚れ具合がひどくなったときに実施されるものであり、その時点ではすでに流量センサの透明チューブ内壁の汚れが許容限度を越えている可能性がある。

　また、電気ポットの積算使用時間（又は湯沸し回数）を不揮発性メモリに記憶しておいて一定時間（回数）が経過すればクエン酸洗浄の実行を表示やブザー鳴動によって使用者に報知することが考えられる。しかし、この場合も、積算使用時間（又は湯沸し回数）と流量センサの透明チューブ内壁の汚れとの関係を一律に決めることは困難である。透明チューブ内壁の汚れの進行度は、使用する水に含まれるミネラル分の多少や使用形態等の条件に大きく依存するからである。

　本発明は、上記のような従来の課題を解決し、流量センサを構成する透明チューブの経時的な汚れに起因する流量センサの感度低下とそれに伴う誤計測を回避することができる流量センサ付電気ポットを提供することを目的とする。

　本発明による電気ポットは、水を加熱するためのヒータ及びタンクと、該タンク内の湯水を外部へ吐出するための電動ポンプ及び吐出管と、該吐出管の途中に挿入された流量センサと、該流量センサの出力信号に基づいて湯水の吐出量を計測する制御部とを備え、流量センサは、透明チューブ内において湯水の流れる方向に沿う軸心周りに回転する回転羽根を有する回転部材と、透明チューブの外部に配置され透明チューブ内の回転羽根に向かって光を照射する発光素子及び受光素子を含み、回転部材の回転に伴って、発光素子から出た光が回転羽根の隙間を通過して受光素子に到達する透過状態と、発光素子から出た光が回転羽根に遮られて受光素子に到達しない遮光状態とが交互に繰り返されることにより、受光素子から略正弦波状の電気信号が得られるように構成され、制御部は、流量センサの受光素子から出力された略正弦波状の電気信号をしきい値と比較することにより、透過状態に相当する透過電位と遮光状態に相当する遮光電位とが交互に繰り返される矩形波を生成し、該矩形波の周期又は周波数から湯水の吐出量を求めるように構成され、上記のしきい値が、受光素子から出力される略正弦波状の電気信号の変化範囲の中間レベルよりも遮光電位側のレベル寄りに設定されていることを特徴とする。

　上記のような構成によれば、電気ポットを長期間使用したときに流量センサの透明チューブ内壁の汚れ（ミネラルの析出）によって透明チューブの透明度が低下し、それに伴って流量センサの受光素子から出力された略正弦波状の電気信号の透過電位側レベルが次第に中間レベルに近づいてきた場合でも、しきい値が中間レベルよりも遮光電位側のレベル寄りに設定されているので、制御装置は湯水の吐出量に相当する周期又は周波数の矩形波を正しく生成することができる。したがって、透明チューブ内壁の汚れに起因する吐出量の誤計測が回避され、流量センサの寿命を延ばすことができる。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

　図１は、本発明の実施形態に係る電気ポットの断面図である。この電気ポット１は、略円筒形のポット本体１１の内部に、真空層を挟んだ二重ステンレススチール製のタンク１２を備えている。いわゆる魔法瓶と同様の構造を有することにより、電気ヒータの通電なしに所定の湯温を一定時間保持できるように構成されている。

　タンク１２の底部に形成された凹部には湯沸し用及び保温用の電気ヒータ１３が取り付けられている。また、給湯（吐出）用の開口１４がタンク１２の底部に設けられ、この開口１４は入力管路１５ａによって電動ポンプ１５の入力側に連通している。電動ポンプ１５の出力側の管路１５ｂは、電気ポット１の底部から上部に向かって略垂直に延びる吐出管１６の基端側に接続されている。吐出管１６の先端側は、流量センサ１７及び転倒時の漏れ防止弁機構１８を通って吐出口１９に至る。吐出管１６は透明のガラス管でできており、その内部の水面はポット本体１１の前面１１ａに設けられた透明窓から視認することができる。これにより、タンク１２内の水面、すなわち残湯量が分かる。

　タンク１２の上部は注水口として開口しており、この開口を閉じるゴムパッキン２１を備えた蓋体２２が電気ポット１のポット本体１１の上側に設けられている。蓋体２２は、後部のヒンジロック機構２３によってポット本体１１に取り外し自在に枢支されると共に、前部のロック機構２４によって開閉自在に構成されている。図示の電気ポット１は、電動ポンプ１５による電動給湯と共に、エアポンプによる手動給湯も可能である。このために、蓋体２２の中央部には押し下げ操作部２５、蛇腹部材２６、弁機構２７等からなるエアポンプが設けられている。なお、２８は電気ポット１が転倒した際に湯水が蒸気孔から外部に漏れるのを防ぐ転倒防止弁である。

　ポット本体１１の手前側上面には、操作パネル２９が設けられている。図２に示すように、操作パネル２９には、表示部３１と複数の押ボタン３２〜３６が設けられている。また、複数のＬＥＤ表示（窓）３７〜３９が設けられている。詳しくは後述するように、電気ポット１の使用者は、操作パネル２９の表示部３１の表示によってタンク１２内の湯温や沸き上がりまでの時間等を知ることができる。また、押ボタン３２〜３６を用いて給湯の指示や給湯量の設定等を行うことができる。

　操作パネル２９の内側には操作パネル２９の表示部３１に対応する液晶表示器や押ボタン３２〜３６に対応するスイッチ、及び制御用のマイクロプロセッサが実装された第１プリント基板（以下、マイコン基板という）が取り付けられている。また、電気ポット１の底部には、電源回路、駆動回路等が実装されたプリント基板（以下、電源基板という）が取り付けられている。

　図３は、マイコン基板４０、電源基板４１、その他の電気部品で構成される電気回路の主要部のブロック図である。マイコン基板４０には、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４２、Ａ／Ｄ変換器４３、波形整形回路４４、ブザー４６、リセット回路４７、発振回路４８、押ボタン３２〜３６に対応するスイッチ群５１とスイッチ入力回路５２、液晶表示器５３、複数のＬＥＤ５４、及び表示駆動回路５５が実装されている。電源基板４１には、電気ヒータ（湯沸しヒータ及び保温ヒータを含む）１３と電動ポンプ１５の駆動回路４５及び電源回路４９が実装されている。

　タンク１２に貯えられた水（湯）の温度を検出するための温度センサ２０がタンク１２の外壁に取り付けられており、その検出信号はＡ／Ｄ変換器４３でディジタル値に変換されてマイクロプロセッサ４２に入力される。また、詳しくは後述するように、流量センサ１７から出力されるパルス信号は、波形整形回路４４を経て矩形波信号としてマイクロプロセッサ４２に入力される。

　駆動回路４５は、マイクロプロセッサ４２からの出力信号により、電動ポンプ１５及び電気ヒータ１３を駆動する。駆動回路４５はトライアックのようなスイッチング素子及びリレーを用いて構成される。電気ヒータ１３のうちの保温ヒータの加熱能力及び電動ポンプ１５の吐出し能力については、スイッチング素子を用いたＰＷＭ（パルス幅変調）又はデューティ比制御により連続的に可変制御することができる。電気ヒータ１３のうちの湯沸しヒータについては、リレーを用いてオン・オフ制御される。

　ブザー４６は圧電ブザーであり、マイクロプロセッサ４２によって直接、又は駆動回路（図示せず）を介して駆動される。ブザー４６は、湯沸し完了等の報知音やクエン酸洗浄時期の報知音、押ボタンの操作音等を発する際に鳴動する。その他、マイクロプロセッサ４２のリセット回路４７、クロック生成用の発振回路４８、マイクロプロセッサ４２や周辺回路に直流定電圧を供給するための電源回路４９等の回路部品が実装されている。

　次に、流量センサ１７の構造について説明する。図４は、流量センサ１７の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。流量センサ１７は、上ケース６１、下ケース６２、回転部材６３、発光素子（ＬＥＤ）６６が実装されたプリント基板（ＬＥＤ基板）６４、受光素子（ＰＤ）６７が実装されたプリント基板（ＰＤ基板）６５、カバー部材６８等で構成されている。

　上ケース６１は透明樹脂で作られており、回転部材６３を収容する円筒状部分と円筒状部分から突出する鍔部６１ａを備えている。この鍔部６１ａには、ＬＥＤ基板６４及びＰＤ基板６５を固定するための突起部（図示せず）が設けられている。円筒状部分の上端側の中心（軸心）部には、軸受け部６１ｂが形成されている。軸受け部６１ｂは、１２０度間隔で設けられた３本のリブ６１ｃによって円筒状部分に接続されている。

　下ケース６２は、上ケース６１の下端部の内周面に嵌合すると共に吐出管１６の外周面に嵌合する段形状の断面を有する円筒状部材であり、その中心（軸心）部には、軸受け部６２ａが形成されている。上ケース６１の軸受け部６１ｂと同様に、３本のリブ６２ｂによって軸受け部６２ａは下ケース６２の内壁に接続されている。上ケース６１と下ケース６２とが一体となって、回転部材６３を回転自在に支持する軸部材６９の軸受け部６１ｂ，６２ａを有する本体ケースを構成している。上ケース６１はＬＥＤ６６から出た光を透過させる必要があるので透明樹脂で作られるが、下ケース６２は、透明でも不透明でもよい。

　図５は、回転部材６３の構造を示す図であり、（ａ）は軸心方向から見た図、（ｂ）は側面図である。回転部材６３は、不透明の樹脂で作られ、軸心に沿う貫通孔ＨＬが形成された円柱状部分６３ａと、その周囲に螺旋状に形成された回転羽根６３ｂ，６３ｃからなる。２つの回転羽根６３ｂ，６３ｃがいわば二重螺旋形状を形成している。

　図５（ｂ）に示されるように、回転部材６３の円柱状部分６３ａに形成された貫通孔ＨＬに軸部材６９が挿通され、軸部材６９の両端部は上ケース６１及び下ケース６２の軸受け部６１ｂ，６２ａによって支持されている。これにより、回転部材６３は軸心ＡＸ周りに回転自在となっている。また、上ケース６１の軸受け部６１ｂと回転部材６３の先端側（円柱状部分６３ａの上端側）との間には金属製のワッシャ７０が介装されている。

　図４及び図５から分かるように、ＬＥＤ基板６４に実装されたＬＥＤ（発光ダイオード）６６とＰＤ基板６５に実装されたＰＤ（フォトダイオード）６７は、互いに向き合うように配置され、両者を結ぶ直線（光路）ＬＴは、回転部材６３の軸心ＡＸに略垂直で、かつ、軸心ＡＸからずれた位置にある。このため、回転部材６３の回転羽根６３ｂ，６３ｃが図５（ｂ）に示す位置にあるときは、発光素子であるＬＥＤ６６から出た光が透明の上ケース６１を通り回転部材６３の回転羽根６３ｂ，６３ｃの隙間を通過して受光素子であるＰＤ６７に到達する（受光状態）。

　回転部材６３が図５（ｂ）に示す位置から９０度回転すると、光路ＬＴは回転羽根６３ｂ又は６３ｃによって遮られるので、ＬＥＤ６６から出た光はＰＤ６７に到達しない（非受光状態）。なお、図４（ｂ）において、６６ａはＬＥＤ基板６４の配線パターンを介してＬＥＤ６６に接続されたＬＥＤ引出し線であり、同様に６７ａはＰＤ６７に接続されたＰＤ引出し線である。また、ＬＥＤ６６（発光素子）及びＰＤ６７（受光素子）は上記のような働きにより回転部材６３の回転速度を検出するための光センサを構成している。

　上記のような構造を有する流量センサ１７は、図１に示すように、吐出管１６の途中に挿入されている。図４（ｂ）に示すように、流量センサ１７の上ケースの先端部と吐出管１６との合わせ部分の周囲は、ゴムパッキン７１によって封止されている。また、下ケース６２と吐出管１６との嵌合部分については、同様にゴムパッキン（図示せず）で封止してもよいし、接着剤で封止してもよい。本発明の流量センサ１７は、小型軽量であり、電気ポット１の本体に固定することなく、吐出管１６の途中に挿入するように取り付けるだけでよい。また、吐出管１６における挿入位置は、満水位より上であることが望ましい。

　図１において、電動ポンプ１５が駆動されてタンク１２内の水（湯）が吐出管１６内を下から上へ流れると、その水が流量センサ１７を通る際に螺旋形状の回転羽根６３ｂ，６３ｃ（すなわち回転部材６３）を回転させる。この回転速度は、水流の速さ、すなわち単位時間あたりの流量に略比例する。また、回転羽根６３ｂ，６３ｃが回転すると、上述のように、図５（ｂ）の受光状態と、それから９０度回転したときの非受光状態とが交互に繰り返される。この結果、受光レベル（例えば低レベル）と非受光レベル（例えば高レベル）との間で変化する略正弦波状の電気信号がＰＤ６７から出力される。この略正弦波状の電気信号の周期（周波数）は、回転部材６３の回転速度に比例している。

　詳しくは後述するが、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電気信号をマイコン基板４０の波形整形回路４４によって矩形波に整形してマイクロプロセッサ４２に入力する。波形整形回路４４は、コンパレータで構成され、略正弦波状の電気信号をしきい値と比較することにより、透過電位（例えば低電位）と遮光電位（例えば高電位）とが交互に繰り返される矩形波を生成する。マイクロプロセッサ４２は、その矩形波の周期又は周波数を内部タイマーによって計測することにより、単位時間あたりの流量を求める。

　次に、本実施形態の電気ポット１の代表的な操作及び動作を、定量自動給湯と共に説明する。まず、図１において、蓋体２２のロック機構２４を解除して蓋体２２を後方へ開き、タンク１２内に所要量の水を入れる。蓋体２２を閉じ、ロック機構２４を確実にロックし、電気ポット１に接続された電気ケーブルのプラグをコンセント（アウトレット）に差し込むと、マイコン基板４０が通電される。マイクロプロセッサ４２がリセットされ、内蔵ＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって動作を開始する。つまり、電気ヒータ１３の通電制御を開始すると共に、図２に示した操作パネル２９の表示部３１に所定の表示を行い、押ボタン３２〜３６の押下が認識されるようになる。

　図２の操作パネル２９において、表示部３１のうち、複数桁７セグメント表示部は、残湯量、湯温、沸き上がりまでの時間等の数値表示を行う。どの数値を表示しているかを示すための文字表示（「残湯量」、「温度」、「あと」、「分」、「ｍｌ」）が３桁７セグメント表示部の周辺に配置され、該当する文字表示が点灯する。

　また、３桁７セグメント表示部の下側に並んでいる３つの三角マークは、表示部３１の下側に印刷で表示された「９８」、「９０」及び「まほうびん」に対応しており、これらは保温選択状態を択一的に示している。沸騰／保温ボタン３５を押下すると、点灯している三角マークが順番に移動して、「９８」、「９０」又は「まほうびん」が選択される。「９８」又は「９０」が選択されると、タンク１２の湯温が略９８℃又は９０℃になるように電気ヒータ１３の通電制御が行われる。「まほうびん」が選択されると、電気ヒータ１３は通電されず、真空層を挟んだ二重構造のタンク１２による魔法瓶としての機能のみによって保温が行われる。また、「沸騰」中は沸騰ＬＥＤ３９が点灯し、「保温」中は保温ＬＥＤ３８が点灯する。

　おやすみボタン３６は「おやすみ」タイマーの設定に使用される。「おやすみ」タイマーが設定されると、表示部３１の「おやすみ」表示が点灯し設定時間経過後にヒータの通電制御による保温が終了する。

　給湯の際に押下される給湯ボタン３２は、安全を確保するために、ロック解除ボタン３３を押下した後２０秒間だけ有効になる。ロック解除ボタン３３を押下すると、給湯ＬＥＤ３７が点灯し、２０秒後に消灯する。給湯ＬＥＤ３７が点灯している間に給湯ボタン３２を押下すると、電動ポンプ１５が駆動され、吐出口１９から湯が吐出される。給湯ボタン３２を押下している間だけ電動ポンプ１５が駆動され、給湯ボタン３２から指を離すと電動ポンプ１５は停止して、給湯が終了する。なお、本実施形態の電気ポット１は、蓋体２２の中央部に設けられた押し下げ操作部２５を押し下げることによって、前述のようにエアポンプによる手動給湯も可能である。押し下げ操作部２５についても安全性を確保するために、ロックレバー（図示せず）が設けられ、ロックレバーのロック状態を解除した後に押し下げ操作部２５の押し下げが可能になる。

　図２に示すように、流量センサ１７を用いた自動定量給湯の給湯量を設定するための給湯量設定ボタン（増加ボタン３４ａ及び減少ボタン３４ｂ）が操作パネル２９に設けられている。自動定量給湯の機能を利用する場合は、給湯量設定ボタン３４ａ及び３４ｂを用いて、表示部３１に表示される設定給湯量を増減することにより、所望の給湯量を設定する。

　この後、通常の給湯と同様に、ロック解除ボタン３３を押下し、続けて給湯ボタン３２を押下する。給湯ボタン３２を押下し続けていると、湯の吐出量が設定給湯量に達すれば自動的に電動ポンプ１５は停止して、給湯が終了する。つまり、マイコン基板４０のマイクロプロセッサ４２が、前述のようにして、流量センサ１７の出力信号から単位時間当たりの流量を測定し、それを積算することにより吐出量を算出する。そして、吐出量が設定給湯量に達したときに電動ポンプ１５を停止する。

　また、安全性を確保するために、この自動定量給湯を行っているときに給湯ボタン３２から指を離すと、マイクロプロセッサ４２は、吐出量が設定給湯量に達する前であっても直ちに電動ポンプ１５を停止して給湯を終了する。つまり、給湯ボタン３２が押下され続けていることが、自動定量給湯の動作の必要条件となっている。

　また、図２において表示部３１の「クエン酸洗浄」の表示文字は、流量センサ１７の上ケース６１（すなわち透明チューブ）の内壁の汚れを解消するためにクエン酸洗浄を実施すべき適切な時期を報知するときに点灯する。例えば、ＭＰＵ４２に内蔵又は外付けされた不揮発性メモリに電気ポット１の使用時間を積算し、その積算値が所値に達すれば「クエン酸洗浄」の表示文字を点灯させる。あるいは後述するように、流量センサ１７のＰＤ６７から出力される信号に基づいて上ケース６１内壁の汚れ具合を推定し、「クエン酸洗浄」の表示文字を点灯させるようにしてもよい。

　図６は、流量センサ１７及び波形整形回路４４を含む流量検出回路の例を示す回路図である。流量センサ１７の発光素子であるＬＥＤ６６は、電流制限用抵抗Ｒ１を介して電源電圧ＶＤＤと接地電位との間に接続され、所定の電流で駆動される。また、流量センサ１７の受光素子であるＰＤ６７は、感度調整用抵抗Ｒ２を介して接地電位と電源電圧ＶＤＤとの間に接続されている。

　図６の回路例では、電流制限用抵抗Ｒ１の抵抗値を小さくすればＬＥＤ６６に流れる電流が増加し、ＬＥＤ６６から発する光の強さが強くなる。また、感度調整用抵抗Ｒ２の抵抗値を大きくするほど感度が高くなり、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電気信号（電圧波形）の振幅が大きくなる。この略正弦波状の電気信号は、波形整形回路４４のコンパレータ４４ａの入力電圧信号となる。コンパレータ４４ａの基準電圧端子には、電源電圧ＶＤＤを抵抗Ｒ３及びＲ４で分圧した基準電圧（しきい値）Ｖｒｅｆが入力されている。コンパレータ４４ａの出力信号は波形整形後の矩形波としてＭＰＵ４２に入力される。

　図７は、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形と波形整形後の矩形波の第１例を示す波形図である。（ａ）は従来のしきい値Ｖｒｅｆを約２．５Ｖに設定した場合を示し、（ｂ）は本実施形態においてしきい値Ｖｒｅｆを約４Ｖに設定した場合を示している。

　図７（ａ）に示す従来の場合において、電気ポットの使用初期においてＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形（波形整形前）は実線で示すように０Ｖから５Ｖの間で略均等に変化している。そして、略正弦波状の電圧波形をしきい値Ｖｒｅｆ＝２．５Ｖと比較して得られた波形整形後の矩形波では０Ｖ期間と５Ｖ期間とがほぼ均等に繰り返されている。

　しかし、使用期間が長くなり、流量センサ１７の上ケース６１（透明チューブ）の内壁の汚れてくると、光の透過率が低下しＰＤ６７の受光量が減少する。その結果、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形は、破線で示すように０Ｖ側（透過電位側）の電位が上昇し中間電位に近づいてくる。そして、波形整形後の矩形波の０Ｖ期間が破線で示すように狭くなり、本来あるべき箇所に０Ｖ期間が無くなる現象（パルス抜け）が発生する。パルス抜けが生じた箇所では、図７（ａ）に示すように本来の周期Ｔが誤って２倍のＴ’と誤計測されることになる。あるいは、単位時間当たりのパルス数である周波数が本来の値より小さく（低く）なる誤計測が発生する。

　これに対して図７（ｂ）に示す本実施形態の場合は、しきい値Ｖｒｅｆが中間レベル（２．５Ｖ）よりも５Ｖ側（遮光電位側）である約４Ｖに設定されている。このため、使用初期において波形整形後の矩形波では、０Ｖ期間が５Ｖ期間より長くなっている。しかし、繰り返しの周期Ｔは図７（ａ）の場合と同じであり、周期又は周波数は問題なく計測できる。

　図７（ａ）の場合と同様に、使用期間が長くなるに伴ってＰＤ６７の受光量が減少すると、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形は破線で示すように０Ｖ側（透過電位側）の電位が上昇し中間電位に近づいてくる。しかし、しきい値Ｖｒｅｆ＝４Ｖと比較して得られた波形整形後の矩形波は破線で示すように実線の使用初期の状態からほとんど変化せず、上記のようなパルス抜け現象は発生しない。したがって、図７（ｂ）に示す本実施形態の場合は、図７（ａ）に示した従来の場合に比べて、流量センサ１７を正常に使用できる期間（寿命）が長くなる。

　図８は、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形と波形整形後の矩形波の第２例を示す波形図である。（ａ）は略正弦波状の電圧波形が０Ｖから５Ｖの間で略均等に変化している従来の場合を示し、（ｂ）は本実施形態の場合を示している。

　図８（ａ）に示す従来の場合は、図７（ａ）を用いて説明したように、電気ポットの使用初期では理想的な波形の信号（実線）が得られるが、流量センサ１７の上ケース６１（透明チューブ）の内壁の汚れてくると破線に示すような波形に変化し、波形整形後の矩形波にパルス抜け現象が生じる。その結果、パルス抜けが生じた箇所で本来の周期ＴがＴ’と誤計測され、あるいは単位時間当たりのパルス数である周波数が本来の値より小さく（低く）なる誤計測が発生する。

　図８（ｂ）に示す本実施形態の場合は、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形が、実線で示すように電気ポットの使用初期において０Ｖ側（透過電位側）に飽和し、中間レベル（２．５Ｖ）より０Ｖ側の期間が５Ｖ側（遮光電位側）の期間より長くなるように設定されている。つまり、波形整形後の矩形波は、図８（ｂ）に示すように０Ｖ期間が５Ｖ期間より長い。このため、しきい値Ｖｒｅｆが図８（ａ）の従来の場合と同じく中間レベル（２．５Ｖ）に設定してあっても、流量センサ１７の上ケース６１（透明チューブ）の内壁の汚れに伴って略正弦波状の電圧波形の透過電位側レベルが中間レベルに近づく時期を遅らせることができる。つまり、破線で示すように、透過電位側レベルが０Ｖから上昇しても、中間レベルに達するまでの時間は図８（ａ）の場合に比べて長くなる。換言すれば、図８（ｂ）に示す本実施形態の場合は、図８（ａ）に示した従来の場合に比べて、流量センサ１７を正常に使用できる期間（寿命）が長くなる。

　上述のように流量センサ１７の上ケース６１（透明チューブ）の内壁の汚れてくると、光の透過率が低下しＰＤ６７の受光量が減少するが、この状態はクエン酸洗浄と呼ばれる洗浄煮沸のメンテナンスを実行することにより、解消される。

　電気ポット１を長期間使用していると、水に含まれる炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の成分がタンク１２の内壁に析出し、タンク内がしだいに白く汚れてくる。また、この析出物が剥がれ落ちて電動ポンプ１５の内部に入り込むと、電動ポンプ１５が詰まり、動作不良を引き起こす原因となる。

　そこで、タンク１２の内壁の汚れがひどくなったときは、あるいは一定期間ごとに、クエン酸洗浄を行うことが取扱説明書等により使用者に推奨されている。クエン酸洗浄では、メンテナンス用消耗品として電気ポットの製造者から販売されているクエン酸を水と共にタンク１２内に入れ、所定時間の煮沸を行う。本実施形態の電気ポット１では、操作パネル２９のおやすみボタン３６と沸騰／保温ボタン３５を同時押下することにより、クエン酸洗浄モードが実行される。クエン酸洗浄モードでは、煮沸状態を所定時間継続した後、ヒータ通電を停止する。

　上記のように、クエン酸洗浄モードは元来、タンク１２の内壁の汚れ（析出物）を取り除き電動ポンプ１５の動作不良を回避することを目的として行われる。しかし、クエン酸洗浄によって流量センサ１７の上ケース６１（透明チューブ）の内壁の汚れも洗浄され、流量センサ１７のＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形がほぼ使用初期の状態に復旧する。次に、流量センサ１７のＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形に基づいてクエン酸洗浄を実施すべき時期を使用者に報知する処理について説明する。

　図９は、流量センサ１７及び波形整形回路４４Ａ，４４Ｂを含む流量検出回路の第２例を示す回路図である。この例では、２つの波形整形回路４４Ａ，４４Ｂを用いて２つの矩形波Ａ、Ｂを得る。第１の波形整形回路４４Ａはコンパレータ４４Ａａを用いて構成され、その基準電圧（第１のしきい値）Ｖｒｅｆ１は、図６に示した回路例における基準電圧と同様に、約４Ｖに設定されている。第２の波形整形回路４４Ｂはコンパレータ４４Ｂａを用いて構成され、その基準電圧（第２のしきい値）Ｖｒｅｆ２は、分圧抵抗Ｒ５及びＲ６によって約１Ｖに設定されている。つまり、第２のしきい値Ｖｒｅｆ２は第１のしきい値Ｖｒｅｆ１より０Ｖ側（透過電位側のレベル）寄りに設定されている。

　図１０は、図９の回路例において、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形と波形整形後の矩形波との第１例を示す波形図である。第１の波形整形回路４４Ａからは第１矩形波がＭＰＵ４２に与えられ、第２の波形整形回路４４Ｂからは第２矩形波がＭＰＵ４２に与えられる。

　図１０に実線で示すように、電気ポットの使用初期においてＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形は、０Ｖから５Ｖの間でほぼ均等に変化している。したがって、波形整形後の第１矩形波は５Ｖ期間より０Ｖ期間が長い周期Ｔの矩形波となり、第２矩形波は５Ｖ期間より０Ｖ期間が短い周期Ｔの矩形波となる。　電気ポットの使用期間が長くなるに伴ってＰＤ６７の受光量が減少すると、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形は破線で示すように０Ｖ側（透過電位側）の電位が上昇し、Ｖｒｅｆ２に近づいてくる。このとき、第１矩形波はほとんど変化しないが、第２矩形波は破線で示すように０Ｖ期間が更に短くなり、本来あるべき箇所に０Ｖ期間が無くなる現象（パルス抜け）が発生する。パルス抜けが生じた箇所では、本来の周期Ｔが誤って２倍のＴ’と誤計測されることになる。あるいは、単位時間当たりのパルス数である周波数が本来の値より小さく（低く）なる誤計測が発生する。

　そこで、本例では、吐出量の計測は図６及び図７を用いて説明した例と同様に第１矩形波を用いて行うが、更に第２矩形波を用いてクエン酸洗浄を実施すべき時期を判断して使用者に報知する処理を行う。具体的には以下に説明するように、第１矩形波と第２矩形波との周波数（単位時間当たりのパルス数）を比較し、両者の比が２以上になれば報知を行う。

　図１１は、クエン酸洗浄を実施すべき時期を判断して使用者に報知する処理の第１例を示すフローチャートである。ＭＰＵ４２は、給湯を開始するとステップ＃１０１においてポンプを駆動し、ステップ＃１０２において第１矩形波のパルス数のカウントを行う。そのカウント値をＡとする。同様にステップ＃１０３において第２矩形波のパルス数のカウントを行い、そのカウント値をＢとする。

　ステップ＃１０４において給湯量表示を行い、ステップ＃１０５において給湯量が設定値に達したか否かを判断する。すなわち、第１矩形波のパルス数Ａが設定値に達するまでステップ＃１０１からステップ＃１０５の処理を繰り返し、設定値に達すれば、ステップ＃１０６でポンプを停止する。

　次に、ステップ＃１０７で第１矩形波のパルス数Ａと第２矩形波のパルス数Ｂとを比較する。ＢがＡの半分以下である場合は、図１０を用いて説明したように、第２矩形波のパルス抜けが１／２以上発生していることを意味する。そうでない場合は、ステップ＃１０８で例えば２回のブザー鳴動によって給湯完了報知を行い、ステップ＃１０９で給湯量を表示して正常終了する。

　ステップ＃１０７でＢがＡの半分以下であった場合は、ステップ＃１１０で例えば３回のブザー鳴動によって給湯注意報知を行う。この報知は、流量センサ１７が汚れによって正確に吐出量を計測できなくなる時期が近づいていることを意味する。そして、ステップ＃１１１で給湯量を表示し、更にステップ＃１１２で「クエン酸洗浄」の表示を点灯して終了する。前述したように、「クエン酸洗浄」の表示は、操作パネル２９の表示部３１に設けられ、クエン酸洗浄を実施すべき時期になったことを使用者に報知するために点灯される。

　図１２は、図９の回路例において、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形と波形整形後の矩形波との第２例を示す波形図である。図１０に示した第１例と同様に、電気ポットの使用初期においてＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形は実線で示すように０Ｖから５Ｖの間でほぼ均等に変化している。したがって、波形整形後の第１矩形波は０Ｖ期間（パルス幅Ｗ１）が５Ｖ期間より長い矩形波となり、第２矩形波は０Ｖ期間（パルス幅Ｗ２）が５Ｖ期間より短い矩形波となる。

　電気ポットの使用期間が長くなるに伴ってＰＤ６７の受光量が減少すると、ＰＤ６７から出力される略正弦波状の電圧波形は破線で示すように０Ｖ側（透過電位側）の電位が上昇し、Ｖｒｅｆ２に近づいてくる。このとき、第１矩形波はほとんど変化しないが、第２矩形波は破線で示すように０Ｖ期間（パルス幅Ｗ２’）が更に短くなる。

　そこで、本例では、吐出量の計測は図６及び図７を用いて説明した例と同様に第１矩形波を用いて行うが、更に第２矩形波を用いてクエン酸洗浄を実施すべき時期を判断して使用者に報知する処理を行う。具体的には以下に説明するように、第１矩形波と第２矩形波とのパルス幅（０Ｖ期間）を比較し、両者の比が所定値以上になれば報知を行う。

　図１３は、クエン酸洗浄を実施すべき時期を判断して使用者に報知する処理の第２例を示すフローチャートである。ＭＰＵ４２は、給湯を開始するとステップ＃２０１においてポンプを駆動し、ステップ＃２０２において第１矩形波のパルス幅Ｗ１を計測し、その平均値Ｗを求める。同様にステップ＃２０３において第２矩形波のパルス幅Ｗ２を計測し、その平均値ｗを求める。更にステップ＃２０４において第１矩形波のパルス数のカウントを行い、そのカウント値をＡとする。

　ステップ＃２０５において給湯量表示を行い、ステップ＃２０６において給湯量が設定値に達したか否かを判断する。すなわち、第１矩形波のパルス数Ａが設定値に達するまでステップ＃２０１からステップ＃２０６の処理を繰り返し、設定値に達すれば、ステップ＃２０７でポンプを停止する。

　次に、ステップ＃２０８において第１矩形波のパルス幅の平均値Ｗと第２矩形波のパルス幅の平均値ｗとを比較する。ｗがＷの１／３より大きいときは、ステップ＃２０９で例えば２回のブザー鳴動によって給湯完了報知を行い、ステップ＃２１０で給湯量を表示して正常終了する。但し、この例では、電気ポットの使用初期においてｗがＷの１／２程度以上に設定され、ｗがＷの１／３以下になればクエン酸洗浄を実施すべき時期であるとして使用者に報知するものとする。

　すなわち、ステップ＃２０８においてｗがＷの１／３以下であると判断された場合は、更にステップ＃２１１でｗがＷの１／５以下であるか否かを判断する。ｗがＷの１／３から１／５の間にある場合（ステップ＃２１１のＮｏ）は、ステップ＃２１２で例えば３回のブザー鳴動によって給湯注意報知を行う。この報知は、流量センサ１７が汚れによって正確に吐出量を計測できなくなる時期が近づいていることを意味し、できるだけ早い時期にクエン酸洗浄を実施すべきことを使用者に知らせるものである。そして、ステップ＃２１３で給湯量を表示し、更にステップ＃２１４で「クエン酸洗浄」の表示を点灯して終了する。

　ｗがＷの１／５以下である場合（ステップ＃２１１のＹｅｓ）は、ステップ＃２１５で例えば８回のブザー鳴動によって給湯警告報知を行う。この報知は、すぐにクエン酸洗浄を実施しなければ、流量センサ１７が汚れによって正確に吐出量を計測できなくなることを使用者に知らせるものである。この後、ステップ＃２１６で給湯量を表示し、更にステップ＃２１４で「クエン酸洗浄」を点滅表示して終了する。

　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態限らず、種々の形態で実施することができる。

　例えば、上記の実施形態（図６）では流量センサ１７（ＰＤ６７）の出力信号を波形整形回路４４（コンパレータ４４ａ）で波形整形した後、マイクロプロセッサ４２に入力しているが、コンパレータを内蔵したマイクロコンピュータを用いれば、流量センサ１７の出力信号をマイクロコンピュータに直接入力することが可能である。この場合、コンパレータの基準電圧（しきい値）は、マイクロコンピュータのプログラムによって設定することができる。その設定値をプログラムによって動的に変更することができるので、図９の回路例と同様に複数のしきい値を用いて複数の波形整形後の矩形波を得ることも可能である。

　あるいは、Ａ／Ｄ変換器を内蔵したマイクロコンピュータを用いて、流量センサ１７の出力信号をマイクロコンピュータに直接入力することも可能である。この場合は、流量センサ１７の出力信号を所定のサンプリング周期で読み取ったディジタルデータをソフトウェアによってしきい値と比較し、透過状態と遮光状態との繰り返し周期又は周波数を求めることになる。

　また、上記実施形態では、流量センサの発光素子の電流制限用抵抗と受光素子の感度調整用抵抗の抵抗値を調節することにより、受光素子から出力される略正弦波状の電気信号を、電気ポットの使用初期において透過電位側のレベルが飽和し、中間レベルより透過電位側の期間が遮光電位側の期間より長くなるように設定した。その他の方法として、例えば、流量センサの発光素子から受光素子への光軸と螺旋状回転羽根の軸心との成す角度を調節する（９０度から傾ける）ことにより、あるいは螺旋状回転羽根の捩り角を調整することにより、受光素子から出力される略正弦波状の電気信号を上記のように設定してもよい。

　また、クエン酸洗浄を実施すべき時期になったことを使用者に報知するためのブザー鳴動や表示の内容については適宜変更可能である。その時期を判断するための処理で例示したパルス数やパルス幅の比較方法及びそのしきい値についても上記実施例の例示に限らず、適宜変更してよい。

本発明の実施形態に係る電気ポットの断面図である。 操作パネルの平面図である。 電気回路の主要部のブロック図である。 流量センサの構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 回転部材の構造を示す図であり、（ａ）は軸心方向から見た図、（ｂ）は側面図である。 流量センサ及び波形整形回路を含む流量検出回路の例を示す回路図である。 ＰＤ（受光素子）から出力される略正弦波状の電圧波形と波形整形後の矩形波の第１例を示す波形図であり、（ａ）は従来の場合を示し、（ｂ）は本実施形態の場合を示している。 ＰＤ（受光素子）から出力される略正弦波状の電圧波形と波形整形後の矩形波の第２例を示す波形図であり、（ａ）は従来の場合を示し、（ｂ）は本実施形態の場合を示している。 流量センサ及び波形整形回路を含む流量検出回路の例を示す回路図である。 図９の回路例において、ＰＤから出力される略正弦波状の電圧波形と波形整形後の矩形波との第１例を示す波形図である。 クエン酸洗浄を実施すべき時期を判断して使用者に報知する処理の第１例を示すフローチャートである。 図９の回路例において、ＰＤから出力される略正弦波状の電圧波形と波形整形後の矩形波との第２例を示す波形図である。 クエン酸洗浄を実施すべき時期を判断して使用者に報知する処理の第２例を示すフローチャートである。

符号の説明

　１　電気ポット
　１２　タンク
　１３　ヒータ
　１５　電動ポンプ
　１６　吐出管
　１７　流量センサ
　１９　吐出口
　２９　操作パネル
　３１　表示部
　４２　制御部（マイクロプロセッサ）
　６１　透明チューブ（上ケース）
　６３　回転部材
　６３ｂ，６３ｃ　回転羽根
　６６　発光素子（ＬＥＤ）
　６７　受光素子（ＰＤ）
　ＡＸ　軸心

Claims (1)

1. 　水を加熱するためのヒータ及びタンクと、該タンク内の湯水を外部へ吐出するための電動ポンプ及び吐出管と、吐出経路に挿入された流量センサと、該流量センサの出力信号に基づいて前記湯水の吐出量を計測する制御部とを備えた流量センサ付電気ポットであって、
   　前記流量センサは、透明チューブ内において湯水の流れる方向に沿う軸心周りに回転する回転羽根を有する回転部材と、前記透明チューブの外部に配置され前記透明チューブ内の回転羽根に向かって光を照射する発光素子及び受光素子を含み、前記回転部材の回転に伴って、前記発光素子から出た光が前記回転羽根の隙間を通過して前記受光素子に到達する透過状態と、前記発光素子から出た光が前記回転羽根に遮られて前記受光素子に到達しない遮光状態とが交互に繰り返されることにより、前記受光素子から略正弦波状の電気信号が得られるように構成され、
   　前記制御部は、前記流量センサの受光素子から出力された略正弦波状の電気信号をしきい値と比較することにより、前記透過状態に相当する透過電位と前記遮光状態に相当する遮光電位とが交互に繰り返される矩形波を生成し、該矩形波の周期又は周波数から前記水の吐出量を求めるように構成され、
   　前記しきい値が、前記受光素子から出力される略正弦波状の電気信号の変化範囲の中間レベルよりも前記遮光電位側のレベル寄りに設定されていることを特徴とする流量センサ付電気ポット。
   

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