自動水栓装置
【課題】電波センサを用いた自動水栓装置であって、止水中及び吐水中において適した検知範囲を簡易な構成で実現可能な自動水栓装置を提供する。
【解決手段】水栓本体と、水管20と、電波センサと、洗浄水の吐水と止水を行う制御部を備えた自動水栓装置において、電波を通過させるための電波通過用空間と、電波放射口27と、電波放射口27から放射される電波の指向性を決定するための指向性決定手段とを備え、指向性決定手段は、止水中には吐水口26から吐水される洗浄水の吐水方向Aに沿うように指向し、かつ、吐水中には吐水口26から吐水された洗浄水の水流に対して吐水方向Aに沿って連続的に干渉するように、電波放射口27から放射される電波を指向させるように構成され、吐水口部は、吐水中において、電波放射口27から放射される電波を、少なくとも水流の横方向の両側面に干渉させるように構成されている。
【解決手段】水栓本体と、水管20と、電波センサと、洗浄水の吐水と止水を行う制御部を備えた自動水栓装置において、電波を通過させるための電波通過用空間と、電波放射口27と、電波放射口27から放射される電波の指向性を決定するための指向性決定手段とを備え、指向性決定手段は、止水中には吐水口26から吐水される洗浄水の吐水方向Aに沿うように指向し、かつ、吐水中には吐水口26から吐水された洗浄水の水流に対して吐水方向Aに沿って連続的に干渉するように、電波放射口27から放射される電波を指向させるように構成され、吐水口部は、吐水中において、電波放射口27から放射される電波を、少なくとも水流の横方向の両側面に干渉させるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は自動水栓装置に関し、特に電波センサを用いて吐水・止水を自動的に行う自動水栓装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、光電センサを用いて吐水・止水を自動的に行う自動水栓装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような自動水栓装置では、連通管の先端部分に光電センサが内蔵され、光電センサが、検知範囲内の使用者の手の存在を検出するように構成されている。
【0003】
このような自動水栓装置では、使用者が光電センサの検知範囲内に手を差し入れると、光電センサが手の存在を検知するので、吐水口からの吐水が開始される。一方、使用者が検知範囲から手を引き抜くと、光電センサが手の存在を検知しなくなるので、吐水口からの吐水が停止される。
【0004】
しかしながら、光電センサは、指向性が強く、検知範囲が狭い。このため、通常、光電センサは、手洗い動作中、確実に吐水が継続されるように、手を洗う洗浄ポイントに向けて配置される。ところが、このような構成では、吐水の継続は確実に行えるが、洗浄ポイントに手が挿入された後に、光電センサから吐水弁に開弁信号が送信されることになる。そして、現状、水道直圧がかかる吐水弁の開閉速度は、瞬時に開閉を行えるほど速いものではないので、吐水弁の開閉速度の影響で手を吐水口の下部に持っていっているにも関わらず吐水開始まで待たされてしまう状況が発生し、吐水が開始されるタイミングが遅れ、商品上好ましくないという問題があった。
【0005】
一方、光電センサの代わりに、検知範囲が広い電波センサ(マイクロ波センサ)を用いた自動水栓装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に記載の自動水栓装置では、電波センサがシンク側に配置されており、電波センサから放射される電波ビームの方向が上方に向いて放射されるように設定されている。
【0006】
電波センサは光電センサよりも指向性が広く検知範囲が広い。したがって、電波センサを用いた自動水栓装置では、様々な方向から手が吐水口に向けて進入してきても、手が吐水口に到達する前に手を検知することができ、応答性を高めることが可能となる。
【0007】
しかしながら、特許文献2の自動水栓装置では、電波センサがシンク側に配置されているので、吐水口付近の電波強度を高めようとすると、吐水口付近だけでなく、水栓装置の周囲でも電波強度が高まり、必要以上に検知範囲が広くなってしまう。これにより、電波センサをシンク側に配置した自動水栓装置では、手洗い中の石鹸の手もみ動作、手洗い終了後の水切り動作、シンクからの水跳ね等に反応して、誤吐水が生じ易いという問題があった。
【0008】
そこで、本出願人は、連通管内に水管と導波管を並設し、この導波管を通して電波センサから電波を吐水口部まで導く自動水栓装置を提案している(特許文献3参照)。この構成では、止水中は、吐水口に向けて如何なる方向から手が延びて来ても、吐水口付近に手が位置したタイミングで吐水が開始されるように、吐水口周辺に理想形状の検知範囲を設定することが可能となる。また、吐水中は、導波管の電波放射口よりも使用者側の位置を、吐水口から吐出される洗浄水が通過するので、この洗浄水によって電波が減衰され、使用者側に広がり難くなり、吐水中は止水中よりも検知範囲を狭くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平4−360923号公報
【特許文献2】特開2006−219891号公報
【特許文献3】特開2010−144497号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、特許文献3の自動水栓装置では、吐水中は、使用者側の検知範囲が狭くなるので、吐水を継続すべき動作中(例えば、水流から離れた位置における手もみ動作等)において、吐水が停止されてしまうという課題を見出した。
【0011】
また、このような意図しない止水を防止するために、洗浄水によって電波が減衰されても、吐水中の検知範囲を広くするように電波センサの放射強度を大きくすると、止水中においては検知範囲が広がり過ぎて、単に通りかかった人に反応して誤吐水が生じたり、吐水中においても検知範囲が広がり過ぎて、シンク等での水跳ねや手洗い後の水切り動作に反応して吐水が無駄に継続してしまうという新たな課題が生じてしまう。
【0012】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電波センサを用いた自動水栓装置であって、止水中及び吐水中において適した検知範囲を簡易な構成で実現可能な自動水栓装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上述した課題を解決するために、本発明は、支持体に基端部が固定され使用者側に向けて延在する連通管と吐水弁を備えた水栓本体と、連通管内に配置され、水栓本体の端部である吐水口部に形成された吐水口に洗浄水を供給する水管と、使用者の動作状態を検知するための電波センサと、電波センサの検出信号に基づいて吐水弁の開閉を切り替えて、吐水口からの洗浄水の吐水と止水を行う制御手段と、を備えた自動水栓装置において、連通管内面と前記水管との間に形成した電波を通過させるための電波通過用空間と、水栓本体の基端部側に設けられ、電波通過用空間に電波を放出するように配置された電波センサと、電波通過用空間に連通し、連通管内を通過してきた電波を外部に放出するために吐水口部に形成された電波放射口と、電波放射口から放射される電波の指向性を決定するための指向性決定手段と、を備え、指向性決定手段は、止水中には吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向に沿うように指向し、かつ、吐水中には吐水口から吐水された洗浄水の水流に対して吐水方向に沿って連続的に干渉するように、電波放射口から放射される電波を指向させるように構成され、吐水口部は、吐水中において、電波放射口から放射される電波を、少なくとも水流の横方向の両側面に干渉させるように構成されていることを特徴としている。
【0014】
このように構成された本発明によれば、止水中は、吐水口付近から吐水方向に沿って電波センサの検知範囲が設定されるので、吐水口付近に手を差し入れることにより、吐水口に手が到達するときに合わせて吐水を開始させることができる。一方、本発明では、吐水中は、吐水口からの洗浄水の水流の横方向の両側面において、電波放射口から放射された電波が水流と干渉するように構成されている。本発明では、この構成により、電波と洗浄水との干渉面積を増加させて、洗浄水によって電波を減衰させ易くなり、吐水中には、電波センサの検知範囲を吐水口側に小さく縮退させることができる。したがって、吐水中において、シンクからの水跳ね、シンクを流れる水流、手洗い後の水切り動作等の誤検知を防止し、吐水が継続されることを防止することができる。一方、吐水中において、検知範囲が吐水口側に縮退することにより、歯ブラシ等の低電波反射性の樹脂製品を検知可能な電波強度が高い領域も縮小するが、吐水口付近には電波強度が高い領域が存在するので、吐水口付近における歯ブラシ等の洗浄中における誤止水を防止することができる。
【0015】
更に、本発明では、吐水中は、洗浄水の水流の横方向の両側面で電波を反射させることにより、検知範囲を横方向に広げることができる。これにより、手洗い中において、洗浄水の水流から横方向に手をずらして手もみ動作を行う場合であっても、吐水を継続させることができ、使い勝手を向上させることができる。
このように、本発明では、可動部材による電波の指向性の変更や、電波強度の増減等の特段の制御を行うことなく、単に吐水口からの洗浄水の吐水の有無によって、止水中及び吐水中における検知範囲を実用に適した理想的な形状に変更することができる。
【0016】
また、本発明において好ましくは、電波放射口は、水管よりも横方向に大きな幅を有するように形成されている。
このように構成された本発明においては、電波放射口が水管よりも横方向に大きな幅を有するという簡単な構成により、吐水された洗浄水の水流の周囲に回りこむように電波を放射させることが可能となり、吐水中の理想的な検知範囲を形成することができる。
【0017】
また、本発明において好ましくは、電波放射口は、水管の両側面を覆うように構成されている。
このように構成された本発明においては、電波放射口が水管の両側面にも存在するという簡単な構成により、より確実に、吐水された洗浄水の水流の周囲に回り込むように電波を放射させることが可能となり、吐水中の理想的な検知範囲を確実に形成することができる。
【0018】
また、本発明において好ましくは、電波放射口は、略円形である。
このように構成された本発明においては、電波放射口を略円形にするという簡単な構成により、より確実に、吐水された洗浄水の水流の周囲に回り込むように電波を放射させることが可能となり、吐水中の理想的な検知範囲を確実に形成することができる。
【0019】
また、本発明において好ましくは、水管は、略円形の外形を有し、且つ、電波放射口の内部において電波放射口の中心からずれた位置に配置されている。
このように構成された本発明においては、略円形の外形の水管を電波放射口内に配置することにより、水流の周面に対して電波を干渉させ易くすることができる。さらに、本発明では、水管を電波放射口内で一方側にずらして配置しているので、水流の周方向において、洗浄水に対して干渉する電波の量を異ならせて、電波の減衰及び反射の程度に差を生じさせることができ、これにより、吐水中の理想的な検知範囲を形成することができる。
【0020】
また、本発明において好ましくは、水管は、電波放射口の一方側の内面に当接されている。
このように構成された本発明においては、電波放射口の一方側の内面に水管を当接させることにより、この当接部分においては電波が放射されなくなるので、水流の周方向において、より顕著に洗浄水に対する電波の減衰及び反射の程度に差を生じさせることができる。
【0021】
また、本発明において好ましくは、電波放射口の一方側の内面は、電波放射口の内面のうち、使用者側とは反対側の内面である。
このように構成された本発明においては、使用者側とは反対側の部分において電波放射口から電波が放射されないように構成することにより、吐水中において、反射によって使用者側に検知範囲を移動させることができる。これにより、洗浄水の水流から離れた位置での手もみ動作中に誤止水することを防止することができる。また、本発明では、検知範囲が使用者側に移動することによって、シンクの底面から水流の下側(使用者側とは反対側)に水跳ねした洗浄水を検知し難くなるので、水跳ねの誤検知を防止して手洗い終了後に確実に止水することができる。
【0022】
また、本発明において好ましくは、連通管は、その内面が電波を透過しない材料で形成されており、水管は、その外面が電波を透過しない材料で形成されており、連通管の内面に当接するように配置されている。
このように構成された本発明においては、連通管を導波管として構成しているので、別体の導波管を更に連通管内に配置する必要がないので、デザイン自由度を高くすることができる。また、本発明では、電波と水管中の水流との干渉を防止するために水管を電波を透過しない材料で形成しているので、連通管内での電波の減衰を防止し、確実に電波を連通管を通して伝播させることができる。そして、本発明では、連通管内の一方側に水管を当接させて配置するという簡単な構成により、電波放射口の一方側の内面に水管を当接させて、吐水中の理想的な検知範囲を形成することができる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、電波センサを用いた自動水栓装置において、止水中及び吐水中において適した検知範囲を簡易な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施形態における止水中の自動水栓装置の全体構成図である。
【図2】本発明の実施形態における吐水中の自動水栓装置の全体構成図である。
【図3】本発明の実施形態における自動水栓装置の使用状態を上側から見た説明図である。
【図4】本発明の実施形態における自動水栓装置の吐水口付近の断面図である。
【図5】導波管の肉厚とアンテナゲインの関係を示すグラフである。
【図6】本発明の実施形態における自動水栓装置の電波放射口を示す図である。
【図7】本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の断面図である。
【図8】本発明の実施形態における吐水口付近の電波の説明図である。
【図9】本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の入口部分の断面図である。
【図10】本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の入口部分の正面図である。
【図11】本発明の実施形態における検出信号の時間変化を示すグラフである。
【図12】本発明の実施形態における検出信号の時間変化の具体例を示すグラフである。
【図13】本発明の実施形態における自動水栓装置の止水中における説明図である。
【図14】本発明の実施形態における吐水口付近の止水中の電波強度分布を示す図である。
【図15】反射部材が内場合の吐水口付近の電波強度分布を示す図である。
【図16】本発明の実施形態における自動水栓装置の吐水中における説明図である。
【図17】本発明の実施形態における吐水口付近の吐水中の電波強度分布を示す図である。
【図18】本発明の実施形態における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。
【図19】本発明の実施形態における吐水口付近の電波強度分布を示す図である。
【図20】本発明の実施形態における吐水口付近の電波強度分布を示す図である。
【図21】本発明の改変例における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。
【図22】本発明の改変例における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
次に、図1乃至図20を参照して、本発明の実施形態による自動水栓装置を説明する。
図1は、本実施形態の自動水栓装置1が、洗面台に取付けられた状態を示している。洗面台は、所定の凹部形状を有するシンク2と、基台3とを有している。シンク2の底面には、排水口2aが設けられている。
【0026】
図1に示すように、本実施形態の自動水栓装置1は、基台(支持体)3に基端部が固定され使用者側Cに向けて延びる連通管(スパウト)10及び吐水弁30を備えた水栓本体1Aと、連通管10内に挿入された水管20と、使用者の存在又は使用の有無を含む使用者の動作状態を検出するための電波センサ40と、吐水弁30の開閉動作を制御する制御部50とを備えている。
【0027】
連通管10は、中空の管部材であり、例えば鋼材等の金属材料で形成されている。連通管10は、少なくともその内面が電波を反射する材料で形成されている。連通管10は、基台3から鉛直方向に延びた後、先端開口がシンク2の底面を向くように湾曲した形状を有している。連通管10の出口部分は、斜め下方向を向いている。
【0028】
水管20は、吐水弁30に連結され、水栓本体1Aの端部である吐水口部に形成された吐水口26へ洗浄水を供給する。水管20は、全体として可撓性を有する管状部材であり、先端部に取り付けられた吐水キャップ21と、フレキシブル管22から構成されている。吐水キャップ21の吐水口26から、洗浄水が斜め下方向の吐水方向Aに吐出され、これにより、洗浄水は受水部であるシンク2の底面に向けて供給される。
なお、本実施形態では洗浄水が吐水口26から斜め下方向に吐出されるように構成されているが、洗浄水が吐水口26からほぼ真下に向けて吐出されるように構成してもよい。
【0029】
フレキシブル管22は、可撓性を有する管状部材であり、少なくとも連通管10内において、フレキシブル管22の外面は、電波を反射する材料(例えば、金属材料)で形成されている。
フレキシブル管22は、その上流端に吐水弁30が直接的又は間接的に接続され、下流端に吐水キャップ21が接続されている。
【0030】
また、本実施形態では、フレキシブル管22を用いているが、可撓性及び電波透過性を有するチューブで、吐水キャップ21と吐水弁30とを連結してもよい。この場合、チューブの外面の全域に、電波を反射する金属材料等の反射部材(例えば、アルミニウム箔)を配置することが望ましい。
【0031】
吐水弁30は、電磁弁であり、制御部50からの制御信号により、開閉動作を行うように構成されている。また、吐水弁30は、定流量弁であり、開動作時には一定流量の洗浄水が吐水口26に向けて供給される。
【0032】
電波センサ40は、水栓本体1A内に配置され、かつ、水栓本体1Aの基端部側に設けられている。本実施形態では、電波センサ40は、連通管10の基端部側に固定されている。電波センサ40は、マイクロ波ドップラーセンサである。使用周波数は、例えば約10GHz又は約24GHzである。図9に示すように、電波センサ40は、センサ本体部41と、センサ本体部41に取り付けられた電波導入出部42を備えている。センサ本体部41は、局部発信器,送信アンテナ,受信アンテナ,混合器(検波器)等を有する電子部品である。電波導入出部42は、センサ本体部41から外部へ電波を放射すると共に、外部からセンサ本体部41へ反射波を導入する中空の金属製部品である。
【0033】
センサ本体部41は、局部発振器で生成したマイクロ波(送信信号)を送信アンテナから電波導入出部42を介して外部へ放射し、対象物(例えば、人の手)で反射したマイクロ波(反射波)を電波導入出部42を介して受信アンテナで受信する。そして、電波センサ40内の混合器(検波器)が、この反射波と送信信号とを混合し、ドップラー信号を検出するように構成されている。
【0034】
対象物が静止している場合は、送信波と反射波の周波数が同一であるので、電波センサ40は対象物の有無を検出しにくい。しかしながら、対象物が動いている場合は、反射波の周波数が変化するため、混合器の出力に差分信号があらわれる。この差分信号により、電波センサ40は、対象物の有無及び移動方向(接近又は離反)を検出し、検出信号(図11参照)を制御部50へ出力する。検出信号は、対象物の移動速度に応じた周波数成分を有する速度信号であり、移動している対象物が存在することをあらわすものである。
【0035】
制御部50は、マイコン等で構成されており、電波センサ40から検出信号をフィルタ回路51を介して受け取る。制御部50は、図11に示すように、基準値(例えば0V)に対して、ある電圧閾値(絶対値)以上の信号値を有する検出信号を受け取ると、吐水弁30を開状態にする駆動信号を出力し、基準値に対して、ある電圧閾値(絶対値)未満の信号値を有する検出信号を受け取ると、吐水弁30を閉状態にする駆動信号を出力するようにプログラムされている。すなわち、制御部50は、電圧閾値に対する検出信号の信号値に基づいて後述する電波センサ40の検知範囲を決定している。これにより、対象物が検出されているときには、吐水弁30が開状態に保持され吐水状態となる。一方、対象物が検出されていないときは、吐水弁30が閉状態に保持され止水状態となる。
【0036】
フィルタ回路51は、所定の周波数範囲の検出信号のみを通過させるバンドパスフィルタを有する。このフィルタ回路51により、人の手の動きに対応する周波数範囲の検出信号のみが制御部50へ送られるので、誤検出を抑制することができる。
【0037】
図12に検出信号の具体例を示す。
図12(A)は吐水口26から洗浄水が吐水されている状態(洗浄水が妨げられずにシンク2の底面に到達している)、図12(B)は樹脂製のコップに水を溜めている状態、図12(C)は洗浄水の水流中で両手を洗っている状態に対応している。図12では、基準値が約2.5Vである。
【0038】
本実施形態では、制御部50は、2つの閾値を有している。すなわち、吐水を開始するための吐水開始閾値Tsと、吐水を停止する止水閾値Ttである。なお、図12では、これら閾値は、基準値を中心とした範囲で示されている。
制御部50は、止水中において検出信号の振幅が吐水開始閾値Ts以上になると吐水を開始する制御を行い、吐水中に検出信号の振幅が止水閾値Tt未満になると吐水を停止する制御を行う。
【0039】
図12(A)に示すように、止水閾値Ttは、洗浄水が妨げられずにシンク2の底面に到達する場合に検知される小さな検出信号の振幅よりも大きな値に設定されている。また、止水閾値Ttは、洗浄水中で手洗いをしている場合に検知される大きな検出信号の振幅よりも小さな値に設定されている。これにより、手洗い終了後の検出信号は止水閾値Ttよりも小さくなるので、制御部50は、手洗い終了後に吐水を停止することができる。
また、図12(B),(C)に示すように、コップに水を溜めるときや、手洗い動作中には、止水閾値Ttよりも大きな振幅の検出信号が検知され、制御部50は吐水を継続させることができる。これにより、コップに水を溜めている動作中や、手洗い動作中に吐水が停止されることがない。
【0040】
次に、本実施形態の自動水栓装置1の電波センサ40による検知範囲の概略について説明する。自動水栓装置1は、吐水口26からの洗浄水の吐水の有無に応じて、電波センサ40の検知範囲が変更されるように構成されている。
図1及び図3(A)は、止水中の検知範囲a1を示している。検知範囲a1は、吐水口26付近から放射方向B1(吐水方向A)に沿って細長く延びるように形成される。また、コップからシンク2に流された水を検知しないように、検知範囲a1の下端は、シンク2の底面に到達しないように設定されている。
【0041】
一方、図2及び図3(B)は、吐水中の検知範囲a2を示している。本実施形態では、吐水口部からは、止水中及び吐水中にかかわらず、所定の固定方向に電波が放射されるように構成されているが、検知範囲a2は、検知範囲a1よりも大きさが小さくなり、これにより吐水方向Aに沿った長さ、及び、使用者Uへ向かう方向Cに沿った長さが短くなるように形状が変更される。また、検知範囲a2は、その放射方向B2がシンク2の底面への洗浄水の着水位置から使用者側Cに離れた位置に向けられるように形状が変更される。これにより、検知範囲a2は、水流Wの下側の領域が小さくなり、シンク2の底面に当たって水跳ねした洗浄水を検知しなくなる。また、検知範囲a2は、検知範囲a1よりも横方向Dに幅が広げられる。なお、以下の説明において、横方向Dを、幅方向、又は単に横方向ということがある。
【0042】
以下に、本実施形態の自動水栓装置1の細部の構造について説明する。
まず、本実施形態の連通管10について説明する。本実施形態では、連通管10が電波の導波管として機能するように、内径及び長さ等が設定されている。すなわち、電波センサ40から放射された送信電波は、連通管10の内面と水管20の外面との間に形成された電波を通過させるための電波通過用空間内で、連通管10の内面及び水管20の外面で反射を繰り返して下流側へ伝播し、連通管10の先端で吐水口26近傍に設けられた電波放射口27からシンク2へ向けて放射される(図4の放射方向B1参照)。また、人の手で反射された電波(反射波)は、電波放射口27から連通管10内へ入り、連通管10内を伝播して、電波センサ40で受信される。
【0043】
この構造により、本実施形態では、水管20が挿入された剛体である連通管10内に、導波管を組み込む必要がなくなり組立性が良好となる。また、本実施形態では、導波管が不要であるので、小型化を図ることができると共に、製造コストを低減することが可能となる。さらに、本実施形態では、電波センサ40を連通管10の先端部分以外に配置することができるので、連通管10の先端部分を特に小型化することができる。なお、電波センサ40は、連通管10の外部に配置することが望ましいが、連通管10の内部に配置することも可能である。
【0044】
本実施形態では、止水中において、図13に示された検知範囲a1内の対象物を検知できるように、連通管10の電波放射口27から放射される電波ビームパターンが設定されている。詳しくは、この検知範囲a1は、放射方向B1に指向性を有しており、放射方向B1に沿って細長く延びるように設定されている。本実施形態では、この放射方向B1は吐水方向Aとほぼ一致している。
【0045】
本実施形態では、このような止水中における検知範囲a1を形成するように、自動水栓装置1には指向性決定手段が設けられている。本実施形態では、この指向性決定手段は、以下のように反射部材28と、連通管10内(すなわち、電波放射口27内)に水管20を配置した二重管構造を含んでいる。
【0046】
次に、図4及び図5に基づいて、反射部材28を説明する。本実施形態では、連通管10の電波放射口27に別体部品である環状の反射部材28が取り付けられている。この反射部材28は、電波を反射する材料で構成されており、本実施形態では、金属材料で形成されている。反射部材28は、反射面(反射部)28aを有している。反射面28aは、シンク2側を向く環状面である。本実施形態では、反射部材28の壁(径方向の厚さ)は、連通管10の壁(径方向の厚さ)よりも厚く設定されている。
【0047】
図5(A)は、断面矩形の導波管(図5(B)参照)から出力される電波センサのアンテナゲインを示している。図5(A)は、導波管の出口部分の壁の肉厚tを変化させた場合に、肉厚tが厚くなるにしたがって、アンテナゲインが増大していることを示している。これは、肉厚tが大きくなるにしたがって、電波ビームが鋭くなり、放射方向への指向性が増していることを示している。
【0048】
単なる管体から電波が放射される場合、その電波ビームパターンは、無指向性に近く、球状に広がるようになる。このため、本実施形態では、図5の結果に基づいて、電波放射口27に反射部材28を取り付けている。この反射部材28の壁の厚さは、連通管10の内径に応じて、検知範囲a1が形成されるように設定されている。
【0049】
反射面28aは、連通管10内を伝播してきた電波が、連通管10を出た後に連通管10の上流側(放射方向B1と逆方向)へ回り込むことを抑制すると共に、電波の指向方向を設定する。すなわち、反射面28aが、上流側へ進もうとする電波をシンク2の底面の方向へ反射させて当該方向へ指向方向を差し向け、電波ビームパターンに放射方向B1の指向性を持たせる役割を果たす。このように、反射部材28は、放射方向B1へ電波ビームパターンを鋭くして、適切な放射パターンを形成する機能を有する。
【0050】
本実施形態では、反射部材28により、電波を吐水方向Aに沿って集中させることにより、検知範囲a1内の電波強度のより強い領域で樹脂製の歯ブラシやコップ等の電波を透過し易い対象物を検知することができる。一方、検知範囲a1は、吐水口26から離れた位置にある手を誤検知することによる誤った吐水をさせないように、吐水方向Aに沿うように細長く設定されている。
【0051】
なお、本実施形態では、連通管10の先端に、別体の反射部材28を取り付けているが、反射部材28を取り付ける代わりに、連通管10の先端部分の肉厚を厚く形成してもよい。さらには、電波の回り込みを抑制できる程度に連通管10の肉厚が厚ければ、別体の反射部材を取り付けたり、連通管10の先端部分のみを厚く形成しなくてもよい。
【0052】
次に、図6−図8を参照して、二重管構造について説明する。図6は、連通管10の出口部分(下流端部分)を示しており、図7は、連通管10の任意の途中部分でのVII−VII線断面図(図1参照)である。
本実施形態では、水管20は、連通管10の内側面11に当接するように配置されている。図1から分かるように、連通管10の出口部分は、シンク2の底部に向かって斜め下方へ延びている。また、連通管10の出口部分が延びる方向に、自動水栓装置1を使用する際に使用者が立つ位置が設定されている。
【0053】
したがって、連通管10の出口部分において、水管20は、連通管10の内側面11の内(もしくは電波放射口27の内面の内)、使用者の存在する方向C(図4及び図6参照)とは真逆方向に位置する内側面11の部分に当接されている。また、図7に示すように、連通管10の他の部位においても、水管20は、連通管10の内側面11に当接している。
本実施形態では、電波放射口27付近において、水管20が連通管10の内部に配置された二重管構造により、電波ビームパターンが調整されている。
【0054】
本実施形態では、上記構成により、外形が略円形の電波放射口27から放射された電波が、吐水口26から吐水された洗浄水の水流の周囲に回り込んで干渉し易くなっている。特に、電波は、水流の使用者側Cの側面と、水流の横方向の両側面に干渉し易くなっている。
【0055】
また、図6では、吐水口26(又は水管20)の直径が、電波放射口27(又は連通管)の内径の半分より小さいが、図8に示すように、吐水口26の直径を電波放射口27の内径の半分よりも大きく構成してもよい。図8の構成によれば、電波は、水管20の外周面と連通管10の内周面との間に形成された電波放射用の実質的に細長い窓から外部へ放射される。この細長い窓が、電波放射口27の実質的な電波放射部位を構成している。
【0056】
図8の例では、連通管10と水管20の間の空間を伝播する電波の電界成分又は偏波面(矢印で示す)が、水管20の外周面と略直交するように、連通管10に対する水管20のサイズ、又は、電波放射口27に対する吐水口26のサイズが設定されている。すなわち、図8に示すように、細長い窓は、縦方向Lに対して横方向Hの長さが長く、方形導波管の断面形状を湾曲させたものとみなせる。このため、図8の電波モードは、例えば、方形導波管内のTE01モードに類似する。
【0057】
したがって、本実施形態では、吐水口26から吐水された洗浄水の水流Wに対して、電波の電界成分を直交状態で干渉させることができる。これにより、洗浄水の水流Wに電波が干渉すると、電波の減衰及び反射特性が高められ、吐水中の電波の指向性を設定し易くすることができる。特に、電界成分が直交状態で水流Wに干渉することにより、電波が水流Wの表面で反射され易くなる。
【0058】
次に、図9及び図10を参照して、連通管10の入口部分(上流端部分)の構造について説明する。図9は側面から見た断面図であり、図10は下方から見た図である。ただし、図9では、水管20及び電波センサ40の図示が省略されている。
【0059】
図9及び図10に示すように、連通管10の入口部分内には、固定部材12が、連通管10を塞ぐようにネジ13により固定されている。固定部材12は、外形寸法が連通管10の内径寸法とほぼ等しい部材であり、電波を反射する材料で形成されている。本実施形態では、固定部材12は、鋼材等の金属材料で形成されている。
【0060】
固定部材12は、円形の開口孔12a及び矩形の開口孔12bが形成されている。固定孔12aの内径寸法は、水管20の外形寸法にほぼ等しく、固定孔12bの内寸法は、電波センサ40の電波導入出部42の外寸法にほぼ等しい。水管20,電波センサ40は、それぞれ、これら開口孔12a,12bに挿入されて固定されている。水管20は、開口孔12aに固定された状態で、連通管10の内側面11に当接している。
【0061】
固定部材12は、吐水弁30が閉じたときに発生するウォータハンマー現象に起因する水管20の振動を低減するための振動低減手段として機能する。すなわち、吐水弁30が閉じたときに吐水弁30から水管20を通じて下流側に伝達される振動は、固定部材12を介して、水管20よりも質量が大きい連通管10及びシンク2の基台3へ伝達される。これにより、振動が水管20の下流へ伝達されることを遮断し、連通管10内での水管20の振動を抑制することができる。振動が抑制されるので、電波センサ40が、人の手の存在を誤って検知してしまうことを抑制することができる。
【0062】
また、水管20,電波センサ40及び連通管10が固定部材12によって固定的に結合されているので、水管20から伝達された振動の影響によって、水管20,電波センサ40及び連通管10を同調して振動させることができる。これにより、水管20,電波センサ40及び連通管10の相対的な振動又は変位が抑制されるので、電波センサ40が、人の手の存在を誤って検知してしまうことをさらに抑制することができる。
【0063】
また、本実施形態では、電波センサ40の電波導入出部42の先端開口42aが固定部材12よりも下流側に位置するように、電波導入出部42が固定部材12に挿入され、固定部材12に固定されている。電波導入出部42の先端開口42aが、連通管10との間の電波の出入口である。よって、ウォータハンマー現象により固定部材12に振動が伝わっても、電波センサ40は、固定部材12の振動を検知し難くなり、誤検知を抑制することができる。
【0064】
なお、本実施形態では、振動低減手段として固定部材12を配置しているが、振動を吸収及び抑制する任意のダンパ部材を、振動低減手段として吐水弁30と連通管10との間で水管20に取り付けても良い。
【0065】
また、水管20を連通管10の内側面11に当接させるための固定部材を連通管10内の適宜な箇所に配置してもよい。この場合、固定部材は、固定部材12とは異なり、電波透過性を有する材料(例えば、樹脂等)で形成することが望ましい。固定部材12は、その表面が電波を反射する材料で形成されているので、電波導入出部42から連通管10内に導入された電波のうち、上流側に向かう電波を下流側へ反射させることができる。これにより、電波放射口27から放射される電波の放射強度が高レベルに保持される。
【0066】
次に、本実施形態の自動水栓装置1の作用について説明する。
図13は、止水中の状況を示している。図13(A)には、電波センサ40の検知範囲a1が示されている。この検知範囲a1は、止水中において、連通管10の電波放射口27から放射される電波ビームにより対象物を検知できる範囲を示している。
【0067】
本実施形態では、止水中において、電波放射口27から放射される電波ビームの空間的な放射パターンが、指向性決定手段により、放射方向B1に指向性を有するように設定されている。なお、本実施形態では、止水中には、放射方向B1は、吐水口26から吐水される洗浄水の吐水方向Aとほぼ一致している。
【0068】
したがって、止水中における電波ビームは、吐水方向Aに沿って指向性を有し、検知範囲a1が吐水方向Aに沿って延びる楕円球体のような細長い形状となるように設定されている。すなわち、検知範囲a1内において、等電波強度面が吐水方向Aに沿って延びる楕円球体のような細長い形状となる。図13(B)に示すように、放射方向B1に直交する検知範囲a1の断面は、ほぼ円形となっている。なお、図13(B)は、図13(A)の矢印部分における検知範囲a1の断面図である。
【0069】
本実施形態では、細長い楕円球状に延びる検知範囲a1は、放射方向B1における中間領域の断面(放射方向B1と直交する方向における断面)が最も大きく、中間領域から離れるにつれて断面が小さくなる。
【0070】
なお、本明細書では、等電波強度面は、電波ビームの等しい電波強度を有する空間点を繋いで形成される面である。また、本明細書では、細長い形状は、楕円球体のように、ある方向の長さが、この方向と直交する任意の方向の長さよりも長い形状を意味している。
【0071】
また、図14は、図13に対応しており、止水中に、電波放射口27から放射された電波の詳細な電波強度分布を示している。図14にも、図13(A)と同様の検知範囲a1が示されている。
なお、図15は、反射部材28が無い場合の電波強度の分布を示している。図15では、電波放射口27から放射された電波は放射状に広がって球状に近い形状の検知範囲a4を形成すると共に、電波は電波放射口27から連通管10の後方(吐水方向Aに対して逆方向)に回り込んでいる。これに対して、図14(反射部材28が有る場合)では、電波は放射方向B1への指向性が高められ、細長く延びるような検知範囲a1を形成すると共に、電波が連通管10の後方に回り込まなくなっている。このように、反射部材28を設けることにより、吐水方向Aへの電波の指向性を高め、電波ビームパターンを鋭くすることができる。
【0072】
検知範囲a1は、このような等電波強度面の内、反射波により電波センサ40が有意に人の手の動きを検知できる最も外側の等電波強度面で画定される空間範囲である。使用者が手洗いのために、この検知範囲a1に手を差し入れると、電波センサ40が手の動きを検知し、検出信号を制御部50へ送信する。制御部50は、検出信号を受け取ると、吐水弁30へ駆動信号を送り、吐水弁30を開状態に切り替える。これにより、手が吐水口26近傍に到達するのに合わせて、洗浄水が吐水口26からタイミング良く吐水される。
【0073】
従来、光電センサを用いた自動水栓装置では、検知範囲が狭かったため、使用者の手の接近に合わせてタイミング良く吐水を開始できなかった。しかしながら、本実施形態によれば、吐水方向Aに対して径方向に膨らむように検知範囲a1が設定されているので、如何なる方向から手が差し入れられても、吐水口26から吐水方向Aに延ばした延長線上に存在する洗浄ポイントに手が到達する前に、使用者の手の接近をより早く検知することができ、タイミング良く吐水を開始することが可能となる。
【0074】
また、単に連通管10の出口端部から電波が放射される場合には、電波ビームは検知範囲bのように、後ろ側に回り込むと共に、球状に広がるので、吐水口26付近における使用者の水切り動作を検知してしまう(図13(A)参照)。
【0075】
しかしながら、本実施形態では、止水中における検知範囲a1が、吐水方向Aに向けて楕円球体のような縦長に設定されているので、吐水口26からの距離が同じでも、洗浄ポイントの電波の放射強度を高くすることができる。よって、水切り動作が検知範囲a1の外側で行われることになるので、水切り動作中に、洗浄水が吐水されることを防止することができる。このように、本実施形態では、吐水させたい位置に存在する使用者の手を検知し易くすることができ、吐水してほしくない位置に存在する手を検知し難くすることができる。
【0076】
図16は、吐水口26から洗浄水Wが吐水されている状況を示している。図16(A)には、吐水中に、電波ビームにより対象物の動きを検知できる検知範囲a2が示されている。
【0077】
また、本実施形態では、吐水口26から吐水された洗浄水と検知範囲a1の電波との干渉を利用して、電波の一部を減衰させると共に、電波を洗浄水によって反射させることにより、検知範囲a2を設定している。電波の減衰は電波の放射強度を弱めて放射パターン(検知範囲)を小さくし、電波の反射は電波の放射パターンの位置を変位させ、洗浄水の水流Wよりも上側又は使用者側Cへずらす。これにより、検知範囲a2は、検知範囲a1と一部領域が重なるが、異なった角度方向に延びて、検知範囲a1に対して位置が異なっており、検知範囲a2の少なくとも一部が検知範囲a1に対して空間的にずれている。
【0078】
すなわち、本実施形態では、電波と洗浄水との干渉によって電波が減衰及び反射する性質を利用して、吐水中の検知範囲a2を止水中の検知範囲a1に対して、大きさ,向き,形状等が異なるように設定している。これにより、本実施形態では、止水及び吐水の状況に応じて(洗浄水の吐出の有無によって)、適切な検知範囲が自動的に設定されるように構成されている。
【0079】
なお、本実施形態では、吐水口26からの洗浄水の水流Wは、止水中の検知範囲a1の略中央部を通過するので、検知範囲a1は吐水方向Aにおける減衰量を、吐水方向Aに直交する方向における減衰量よりも大きくすることができる。これにより、シンク2からの水跳ねやシンク2の底面を流れる水流を検知し難くなる。
【0080】
本実施形態では、図16(A)に示すように、吐水中において、放射方向B2の放射強度が相対的に大きくなり、かつ、検知範囲a2の放射方向B2の検知可能距離が検知範囲a1の放射方向B1の検知可能距離よりも短くなるように検知範囲a2を設定している。このとき、本実施形態では、電波センサ40や制御部50での電波強度等のパラメータを変更することなく、反射部材28による電波の指向方向、電波と洗浄水の水流Wとの干渉の角度や程度、洗浄水の水流Wの流量、吐水口26に対する電波放射口27の寸法等を予め設定しておくことで、検知範囲a2の大きさ,位置(放射方向B2),形状等を設定している。したがって、本実施形態では、付加的な機能部品を必要とせず、吐水の有無のみによって検知範囲a1及びa2を切り替えることができ、自動水栓装置1のデザイン自由度を損ねることなく、止水中及び吐水中に応じた所望の検知範囲を簡単な構成で実現することが可能である。
【0081】
図16に示すように、検知範囲a2は、検知範囲a1よりも、使用者側Cに傾けられているので、検知範囲a2は、検知範囲a1よりも使用者側Cに近い空間を含んでいる。
また、図17は、図16に対応しており、吐水中に、電波放射口27から放射された電波の詳細な電波強度分布を示している。図17にも、図16(A)と同様の検知範囲a2が示されている。図16から、吐水中には、放射方向B2へ向く電波ビームパターンが形成されることが分かる。
【0082】
図6に示すように、電波放射口27は、吐水口26に対して使用者側Cに相対的に偏って位置するように構成されている。すなわち、本実施形態では、吐水口26が、電波放射口27に対して使用者と反対側(すなわち、吐水口26から水栓本体1Aの基端部へ向かう方向)に片寄って位置するので(図4,図6参照)、洗浄水の水流Wは検知範囲a1のうち水栓本体1Aの基端部側へ片寄った領域を通過する。よって、吐水中、電波放射口27から放射される電波ビームは、洗浄水の水流Wによって使用者側Cへ向けて反射され、使用者側Cの放射方向B2に向き又は角度が変えられた検知範囲a2が形成される。
【0083】
詳しくは、電波放射口27内の領域の内、図6において吐水口26の直上に位置する領域から放射される電波が、洗浄水によって放射方向B2又は使用者側Cに反射されるので、吐水中の検知範囲a2は、放射方向B2に向けられる。したがって、検知範囲a2が設定されることにより、検知範囲が全体的にシンク2から遠ざかり、使用者により近い空間が検知範囲に含まれるようになり、手を洗浄水の水流Wに差し入れている間は、検知範囲a2内に手が確実に存在するので、洗浄中には手を検知し続けることができる。
【0084】
また、吐水口26から斜め方向に吐水された洗浄水の水流は、重力によって、下流側ほど吐水方向Aから離れていく(図2参照)。このため、洗浄水の水流は、シンク2の底面に近い下流側ほど、電波強度が高い中心部から一方側へ離れた位置を通過する。これにより、吐水口26から離れた位置(シンク2の底面に近い位置)での電波の減衰が抑制され、検知範囲が吐水方向において縮小され過ぎることが防止される。よって、吐水口26から遠い位置での手洗い動作を確実に検知して、吐水を継続させることができる。
【0085】
また、吐水口26は電波放射口27内に配置されているので、電波放射口27からの電波は、吐水口26の周囲を覆うように放射される。これにより、吐水中は、電波が放射されている空間内を洗浄水の水流Wが通過するので、電波と洗浄水との干渉面積を大きくすることができる。
【0086】
また、図6に示すように、吐水口26は電波放射口27の中心部から外れた位置にある。このため、少なくとも吐水口26付近では、検知範囲a1,a2内において、最も電波強度が高い中心部分の電波が、洗浄水による減衰の影響を受け難い。このため、吐水口26付近では電波強度の高い部分が維持されるため、歯ブラシ等の低電波反射率を有する樹脂製品を吐水中に確実に検知することができる。
【0087】
また、本実施形態では、上述のように洗浄水の水流Wは検知範囲a1のうち水栓本体1A側に片寄った領域を通過する。よって、吐水中、検知範囲a1のうち、使用者側Cの上側領域よりも水栓本体1A側に片寄った下側領域で、洗浄水Wにより電波を大きな割合で減衰させることができる。このように、本実施形態の指向性決定手段(二重管構造)は、検知範囲の上下方向における検知範囲の減衰比率を調整する上下方向の減衰比率調整手段として機能する。
【0088】
また、図6に示すように、電波放射口27は、吐水口26の側方又は横方向にも位置している。この構造により、電波放射口27内の領域の内、図6において吐水口26の側方又は横方向に位置する領域から放射される電波ビームが、洗浄水の水流Wによって横方向に反射されるので、電波ビームの放射パターンが横方向に広げられる。このように、本実施形態の指向性決定手段(二重管構造)は、検知範囲の横方向形状の調整手段として機能する。一方、洗浄水の水流Wにより少なくとも電波の一部が減衰されるので、全体として検知範囲は小さくなる。例えば、電波ビームの放射パターンは、厚さ方向(放射方向及び横方向と直交する方向)にはむしろ小さくされる。これにより、図16(B)に示すように、電波ビームの放射パターン(検知範囲a2)は、図13(B)と比べると、放射方向B2と直交する断面が横方向に伸ばされたような偏平な形状となる。なお、図16(B)は、図16(A)の矢印部分における検知範囲a2の断面図である。
【0089】
図18(A)は、吐水方向Aに対して垂直な方向における止水中の検知範囲a1の断面を示しており、図18(B)は、図18(A)と同じ位置での吐水中の検知範囲a2の断面を示している。止水中は、電波放射口27を吐水方向Aから見たとき、検知範囲a1の断面は、電波放射口27の中心からの半径が長さR1の円形であり、横方向の幅W1を有している。
【0090】
一方、吐水中は、電波放射口27から放射された電波は、図18(B)において矢印で模式的に示されているように、洗浄水の水流Wによって反射する。これにより、検知範囲a2は、その断面が楕円形状に変形し、電波放射口27の中心から使用者側Cの境界までの距離が長さR2であり、横方向に幅W2を有する。好ましくは、R2>R1,W2>W1である。なお、検知範囲a2は、洗浄水の水流Wに対して主たる部分は使用者側Cに位置し、使用者側Cとは反対の方向にはほとんど存在しない。
【0091】
図19は、図18に対応しており、止水中(図19(A))及び吐水中(図19(B))に、電波放射口27から放射された電波の詳細な電波強度分布を示している。図19にも、図18と同様の検知範囲a1,a2が示されている。図19から、吐水中には、電波が横方向及び使用者側Cへ広がっていることが分かる。
また、図20(A),(B)は、それぞれ止水中,吐水中における電波放射口27付近を上方から見た場合の電波強度分布を示している。図20においても図19と同様に、吐水中には、電波が横方向に広がっていることが分かる。
【0092】
本実施形態では、上述の二重管構造において、電波放射口27内で吐水口26が、連通管10の内面に当接又は近接するように、使用者側Cに対して反対側にずれて配置されている。このため、電波放射口27から放射された電波が、洗浄水の水流Wの使用者側Cの側面部分へ向けて放射されることによって干渉が生じ、これに加えて、電波が洗浄水の水流Wの横方向の側面部分へ向けて放射されることによっても干渉が生じる。したがって、本実施形態では、検知範囲a2は、使用者側Cに向けて反射される電波によって使用者側Cへ広がると共に、横方向へ反射される電波によって横方向へも広がる。本実施形態では、検知範囲a2が、検知範囲a1よりも広い使用者側Cの検知領域を有するように、電波が使用者側Cに向けて反射されるので、止水中よりも吐水中の方が使用者側Cの空間でより検知し易くなる。このように、本実施形態の指向性決定手段(二重管構造)は、検知範囲の横方向形状の調整手段として機能することに加えて、検知範囲を使用者側Cへ広げる反射指向性決定手段としても機能する。
【0093】
なお、本実施形態では、電波放射口27内において、吐水口26の使用者側Cの空間の方が、横方向の空間よりも広いので、吐水口26の横方向から放射された電波よりも、吐水口26の使用者側Cから放射された電波の方が、より多くの量が洗浄水の水流Wによって反射される。
【0094】
本実施形態では、吐水中は検知範囲a2が、横方向に広げられ、かつ、上方又は使用者側Cに移動するので、手洗い中に手もみ動作等のために手を吐水口26から横方向に又は上方向にずらしても、吐水を継続させることができる。これにより、手を洗い終わって確実に手が吐水口26付近から離れるまでは、手を検知し続け、吐水状態に保つことが可能となる。
なお、本明細書では、幅方向又は横方向とは、連通管10に正対した使用者の横方向を意味し、図1及び図2では紙面に垂直な方向であり、図6−図8では紙面の横方向であり、図3では横方向Dで示されている。
【0095】
また、本実施形態では、上述のように、吐水中には、洗浄水の水流Wによる電波の減衰により電波ビームの検知範囲を狭くすると共に、洗浄水の水流Wによる電波の反射により電波ビームを上方へ変位させており、よって、吐水方向Aにおいて、止水中と比べて吐水中の検知可能距離を短く設定している。すなわち、本実施形態の指向性決定手段は、減衰の程度を適宜に設定することによって(例えば、吐水口26と電波放射口27の大きさの比率の設定等)、検知範囲の吐水方向の長さを短くするための吐水方向減衰量調整手段として機能する。
【0096】
また、本実施形態では、図16(A)に示すように、吐水中、洗浄水の水流Wが電波放射領域、すなわち止水中の検知範囲a1を通過するように構成されている。この構成により、止水中の検知範囲a1に対して吐水中の検知範囲a2を、吐水方向Aと直交する方向よりも吐水方向Aにおいて大きな割合で小さくすることができる。すなわち、本実施形態では、吐水方向Aに直交する方向よりも吐水方向Aにおいて、検知範囲a2を縮小し易くすることができる。すなわち、本実施形態の指向性決定手段は、吐水方向とこの方向に直交する径方向における検知範囲の減衰比率を調整する吐水方向及び径方向の減衰比率調整手段として機能する。
【0097】
本実施形態では、止水中は検知可能距離を長く設定することにより、使用者が遠い位置から吐水口26に向けて手を接近させていっても、早期に手を検知して吐水を開始することができる。一方、吐水中は検知可能距離を短く設定することで、吐水口26の近くにある手を確実に検知することができると共に、吐水口26から遠く離れた手や水流の誤検知、及びこれに伴う止水遅れを防止することができる。
【0098】
また、図16(A)に示すように、吐水口26から吐水された洗浄水の水流Wは、流量に応じて、シンク2に近い下流側ほど自然に流れが乱れる。すなわち、洗浄水Wは、シンク2側で粒状になり、水粒が径方向に広がる。また、シンク2から洗浄水が跳ね返ってくる。したがって、電波センサ40が、洗浄水の水流Wの乱れや、跳ね返りの洗浄水を人の手の動きであると誤検知するおそれがある。
【0099】
しかしながら、本実施形態では、吐水中において電波ビームが下方又は水栓本体1Aの基端部側で減衰し、かつ、上方又は使用者側Cへ変位し、検知可能距離が短く設定されるので、洗浄水Wの流れの乱れや跳ね返りの洗浄水に起因する誤検知を回避して、止水遅れを防止することができる。
【0100】
また、図6に示すように、電波放射口27の一部に吐水口26が配置されており、電波放射口27は吐水口26よりも幅方向の長さが大きいので、電波の一部は、止水中とほぼ同様に放射方向B1(すなわち吐水方向A)に向けて放射される。これにより、使用者が容器に水を溜める場合には、吐水方向Aに放射された電波が、容器内の水表面で反射されるので、電波センサ40は、水表面の揺らぎによって対象物の検知を行うことができる。このため、容器への水溜め動作中において、吐水状態を継続させることができる。
【0101】
また、図6に示すように、吐水口26が断面円形であるので、電波は、わずかではあるが、図6において吐水口26の下側付近(真下を除く)からも放射方向B1に向けて放射される。これにより、電波ビームの放射パターンを縦方向(洗浄水Wの流れの下側を含む)にも確保できる。ただし、本実施形態では、吐水口26が、図6において電波放射口27の最下の内面部分に当接されているので、止水中に吐水口26の真下方向に向けて電波が伝播することは抑制されている。したがって、止水後に吐水口26から水滴が滴下したような場合であっても、この水滴の動きは検知されず、不必要に吐水が開始されることが防止されている。
【0102】
次に、本実施形態における止水閾値Ttの設定方法について説明する。
手洗い終了後に洗浄水を確実に止水する際に障害となるのが、シンク2からの水跳ねである。すなわち、水跳ねの影響により、検出信号の振幅が大きくなってしまう。よって、水跳ねがあっても確実に止水するため、止水閾値を、水跳ねの影響を受けた検出信号の大きさよりも大きな値に設定すればよい。
【0103】
しかしながら、止水閾値を大きな値に設定すると、以下のような問題が生じてしまう。一般に、手洗いは、吐水口26から比較的離れた位置で行われるが、歯ブラシは、洗浄水の勢いの強い吐水口26の近くで洗浄される。したがって、止水閾値を大きな値に設定すると、実質的に検知範囲が狭くなるので、吐水口26から離れた位置で行われる手洗いを検知できなくなって吐水が停止され、使い勝手が悪くなってしまう。また、歯ブラシは、電波の反射率が低い樹脂製の検知物体であるので、歯ブラシの検出信号は振幅が小さい。このため、止水閾値を大きな値に設定すると、歯ブラシが検知されなくなって吐水が停止されてしまう。
【0104】
そこで、本実施形態では、歯ブラシ等の洗浄が吐水口26から比較的離れた遠い位置ではなく、吐水口26に近い位置で行われることを利用して、止水閾値Ttを設定している。すなわち、吐水口26から離れた遠い位置での手洗いを検知する場合の検出信号よりも小さく、且つ、妨げられずにシンク2の底面に到達する洗浄水の水流を検知する場合の検出信号よりも大きい範囲において、吐水口26の近くに差し入れられた低電波反射率の検知物体(歯ブラシ等)を検知する場合の検出信号よりも小さい値に止水閾値Ttを設定する。
【0105】
そして、本実施形態では、吐水中の検知範囲a2が、止水中の検知範囲a1よりも吐水方向Aに短く、且つ、吐水方向Aから離れる方向(放射方向B2)に向けられるように設定されるが、その際、吐水口26に近い位置に差し入れられた歯ブラシを検知する場合の検出信号が設定された止水閾値Ttを超えるように、検知範囲a2を設定する。このように、検知範囲a2と止水閾値Ttを互いに調整して、最適な検知範囲a2及び止水閾値Ttを最終的に決定することができる。
【0106】
このように、本実施形態では、検知範囲a2が検知範囲a1に対して縮小されることにより、シンク2の底面付近の水跳ねが検知されなくなり、手洗い終了後に確実に洗浄水を止水させることができる。また、吐水口26から離れた位置で手洗いをした場合あっても、手洗いの状態では比較的大きな振幅の検出信号が検知され、且つ、止水閾値Ttを高い値に設定していないので、手洗い中は吐水を継続させることができる。さらに、吐水口26付近は、電波放射口27に近く、電波強度の強い部分が存在するので、この電波強度の強い部分によって歯ブラシを検知し、吐水を継続させることができる。
【0107】
ここで、図21に基づいて他の実施形態を説明する。この実施形態では、洗浄水の水流Wによる電波の減衰作用が顕著に現われる。この実施形態では、水管20が連通管10の中央を通過し、電波放射口27の中央に吐水口26が配置されている(図21(B)参照)。水管20の位置が電波放射口27の中央にずれても止水中の検知範囲にはほとんど影響がない。このため、図21(A)に示された止水中の検知範囲は、図13の検知範囲a1とほぼ同一である。
【0108】
一方、図21(C)は、吐水中の検知範囲a3を示している。水管20が電波放射口27の中央に位置しているので、洗浄水Wは検知範囲a1の中心軸上を通過し、電波放射口27から放射された電波は、洗浄水Wの周方向においてほぼ均等に洗浄水Wと干渉する。このため、検知範囲a3の放射方向B3は、吐水方向Aから変位することなく、吐水方向Aとほぼ同一になる。吐水中には、電波放射口27から放射された電波の伝播経路中を洗浄水の水流Wが通過するので、この通過により電波は減衰する。また、電波放射口27から放射された電波が洗浄水の水流W内に進入すると、この進入により電波は減衰する。このように、図21の実施形態では、洗浄水の水流Wと電波との干渉によって電波を減衰させることにより、吐水方向A(放射方向B3)に沿った検知範囲a3の長さが短くなり、止水中の検知範囲a1に対して検知可能距離が短くなる。
なお、図21における洗浄水による電波の減衰効果は、図1の実施形態にも当てはまることは明らかである。
【0109】
本発明は、以下のように改変することができる。
上記実施形態では、連通管10を電波の導波管として使用しているが、これに限らず、専用の導波管を用いて、電波センサ40と連通管10の出口との間で電波を導波管により伝播させるように構成してもよい。また、専用の導波管を用いる場合には、この導波管を連通管10の内部又は外部に配置してもよい。
【0110】
また、上記実施形態では、連通管10及び水管20の断面が円形であったが、これに限らず、円形、矩形等の形状としてもよい。
【0111】
また、連通管10の出口部分において、電波放射口を吐水口に対して、明確に使用者側のみに配置してもよい。さらにこの場合、電波放射口の横幅を、吐水口の横幅と同じか、小さく設定してもよい。例えば、連通管10の断面を半円形に二分して、これら断面半円部分にそれぞれ電波放射口及び吐水口を配置してもよいし、連通管10の出口部分の内、使用者側に小径の電波放射口を設けてもよい。
【0112】
このように構成することにより、吐水中においては、電波ビームと洗浄水の流れとの干渉(反射)によって、電波ビームをほぼ完全に使用者側に向けることができる。これにより、検知範囲が、吐水口の下方に存在しなくなるので、吐水口から離れた位置における大流量時の洗浄水の流れの乱れを電波センサ40が誤って検出してしまうことを防止することができ、手洗いが終わった後に、確実に止水させることが可能となる。
【0113】
また、上記実施形態では、吐水口26が断面円形であったが、これに限らず、図22に示すように、吐水口の断面を縦長な形状にしてもよい。図22は、吐水方向に対して垂直な方向における止水中の検知範囲の断面を示している。
図22の例では、図18と異なり、吐水口26aの断面形状が楕円である。この楕円形状は、長軸方向に長さr1、短軸方向に長さr2(r1>r2)を有する。そして、楕円形状の長軸方向は、水栓本体1Aの基端部から使用者へ向かう方向に沿って配置されている。さらに、図18と同様に、吐水口26aは、その外側面のうち、水栓本体1Aの基端部側の側面が、電波放射口27又は連通管10の内面に当接又は近接して配置されている。
【0114】
吐水口26aが楕円形状であっても止水中の検知範囲にはほとんど影響がない。このため、図22(A)に示された止水中の検知範囲は、図18の検知範囲a1とほぼ同一である。
一方、図22(B)は、吐水中の検知範囲a4の断面を示している。吐水中は、電波放射口27から放射された電波は、図22(B)において矢印で模式的に示されているように、洗浄水の水流Wによって反射する。これにより、図22の例では、検知範囲a4は、その断面が楕円形状に変形し、電波放射口27の中心から使用者側Cの境界までの距離が長さR4であり、横方向に幅W4を有する。好ましくは、R4>R1,W4>W1である。
【0115】
このとき、長軸方向の長さr1の方が、短軸方向の長さr2よりも長いので、吐水口26aから吐水される洗浄水の水流Wの側面のうち、使用者側Cの側面部分よりも使用者側Cに対して直交する横方向の側面部分の方が、電波放射口27から放射される電波をより多く反射する。したがって、横方向に反射される電波の方が、使用者側Cへ反射される電波よりも多くなる。これにより、図22の例では、図18と比べて、長さR4が長さR2よりも短く(R4<R2)、幅W4が幅W2よりも大きい(W4>W2)。このように、図22の例では、吐水口の断面形状を変更することにより、吐水口26aと電波放射口27によって、検知範囲の横方向及び厚さ方向(放射方向及び横方向と直交する方向)の長さの相対比を変更し、吐水中の検知範囲の偏平度合いを調整することができる。また、吐水口26aの長さr1,r2を独立的に変更することにより、検知範囲の横方向及び厚さ方向の絶対長さをそれぞれ調整することもできる。このように、本実施形態の指向性決定手段(二重管構造)は、検知範囲の横方向形状及び厚さ方向形状の調整手段として機能する。
【0116】
なお、上記実施形態では、吐水口部において、水管20が連通管10の内周面の最下部分(すなわち、使用者側Cと反対側の内周面)に当接しているが、これに限らず、水管20が内周面の最上部分(すなわち、使用者側Cの内周面)に当接した構成であってもよい。
【符号の説明】
【0117】
1 自動水栓装置
2 シンク
3 基台
10 連通管
11 内側面
12 固定部材
20 水管
26 吐水口
27 電波放射口
28 反射部材
40 電波センサ
50 制御部
A 吐水方向
B1,B2 放射方向
a1,a2 検知範囲
【技術分野】
【0001】
本発明は自動水栓装置に関し、特に電波センサを用いて吐水・止水を自動的に行う自動水栓装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、光電センサを用いて吐水・止水を自動的に行う自動水栓装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような自動水栓装置では、連通管の先端部分に光電センサが内蔵され、光電センサが、検知範囲内の使用者の手の存在を検出するように構成されている。
【0003】
このような自動水栓装置では、使用者が光電センサの検知範囲内に手を差し入れると、光電センサが手の存在を検知するので、吐水口からの吐水が開始される。一方、使用者が検知範囲から手を引き抜くと、光電センサが手の存在を検知しなくなるので、吐水口からの吐水が停止される。
【0004】
しかしながら、光電センサは、指向性が強く、検知範囲が狭い。このため、通常、光電センサは、手洗い動作中、確実に吐水が継続されるように、手を洗う洗浄ポイントに向けて配置される。ところが、このような構成では、吐水の継続は確実に行えるが、洗浄ポイントに手が挿入された後に、光電センサから吐水弁に開弁信号が送信されることになる。そして、現状、水道直圧がかかる吐水弁の開閉速度は、瞬時に開閉を行えるほど速いものではないので、吐水弁の開閉速度の影響で手を吐水口の下部に持っていっているにも関わらず吐水開始まで待たされてしまう状況が発生し、吐水が開始されるタイミングが遅れ、商品上好ましくないという問題があった。
【0005】
一方、光電センサの代わりに、検知範囲が広い電波センサ(マイクロ波センサ)を用いた自動水栓装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に記載の自動水栓装置では、電波センサがシンク側に配置されており、電波センサから放射される電波ビームの方向が上方に向いて放射されるように設定されている。
【0006】
電波センサは光電センサよりも指向性が広く検知範囲が広い。したがって、電波センサを用いた自動水栓装置では、様々な方向から手が吐水口に向けて進入してきても、手が吐水口に到達する前に手を検知することができ、応答性を高めることが可能となる。
【0007】
しかしながら、特許文献2の自動水栓装置では、電波センサがシンク側に配置されているので、吐水口付近の電波強度を高めようとすると、吐水口付近だけでなく、水栓装置の周囲でも電波強度が高まり、必要以上に検知範囲が広くなってしまう。これにより、電波センサをシンク側に配置した自動水栓装置では、手洗い中の石鹸の手もみ動作、手洗い終了後の水切り動作、シンクからの水跳ね等に反応して、誤吐水が生じ易いという問題があった。
【0008】
そこで、本出願人は、連通管内に水管と導波管を並設し、この導波管を通して電波センサから電波を吐水口部まで導く自動水栓装置を提案している(特許文献3参照)。この構成では、止水中は、吐水口に向けて如何なる方向から手が延びて来ても、吐水口付近に手が位置したタイミングで吐水が開始されるように、吐水口周辺に理想形状の検知範囲を設定することが可能となる。また、吐水中は、導波管の電波放射口よりも使用者側の位置を、吐水口から吐出される洗浄水が通過するので、この洗浄水によって電波が減衰され、使用者側に広がり難くなり、吐水中は止水中よりも検知範囲を狭くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平4−360923号公報
【特許文献2】特開2006−219891号公報
【特許文献3】特開2010−144497号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、特許文献3の自動水栓装置では、吐水中は、使用者側の検知範囲が狭くなるので、吐水を継続すべき動作中(例えば、水流から離れた位置における手もみ動作等)において、吐水が停止されてしまうという課題を見出した。
【0011】
また、このような意図しない止水を防止するために、洗浄水によって電波が減衰されても、吐水中の検知範囲を広くするように電波センサの放射強度を大きくすると、止水中においては検知範囲が広がり過ぎて、単に通りかかった人に反応して誤吐水が生じたり、吐水中においても検知範囲が広がり過ぎて、シンク等での水跳ねや手洗い後の水切り動作に反応して吐水が無駄に継続してしまうという新たな課題が生じてしまう。
【0012】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電波センサを用いた自動水栓装置であって、止水中及び吐水中において適した検知範囲を簡易な構成で実現可能な自動水栓装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上述した課題を解決するために、本発明は、支持体に基端部が固定され使用者側に向けて延在する連通管と吐水弁を備えた水栓本体と、連通管内に配置され、水栓本体の端部である吐水口部に形成された吐水口に洗浄水を供給する水管と、使用者の動作状態を検知するための電波センサと、電波センサの検出信号に基づいて吐水弁の開閉を切り替えて、吐水口からの洗浄水の吐水と止水を行う制御手段と、を備えた自動水栓装置において、連通管内面と前記水管との間に形成した電波を通過させるための電波通過用空間と、水栓本体の基端部側に設けられ、電波通過用空間に電波を放出するように配置された電波センサと、電波通過用空間に連通し、連通管内を通過してきた電波を外部に放出するために吐水口部に形成された電波放射口と、電波放射口から放射される電波の指向性を決定するための指向性決定手段と、を備え、指向性決定手段は、止水中には吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向に沿うように指向し、かつ、吐水中には吐水口から吐水された洗浄水の水流に対して吐水方向に沿って連続的に干渉するように、電波放射口から放射される電波を指向させるように構成され、吐水口部は、吐水中において、電波放射口から放射される電波を、少なくとも水流の横方向の両側面に干渉させるように構成されていることを特徴としている。
【0014】
このように構成された本発明によれば、止水中は、吐水口付近から吐水方向に沿って電波センサの検知範囲が設定されるので、吐水口付近に手を差し入れることにより、吐水口に手が到達するときに合わせて吐水を開始させることができる。一方、本発明では、吐水中は、吐水口からの洗浄水の水流の横方向の両側面において、電波放射口から放射された電波が水流と干渉するように構成されている。本発明では、この構成により、電波と洗浄水との干渉面積を増加させて、洗浄水によって電波を減衰させ易くなり、吐水中には、電波センサの検知範囲を吐水口側に小さく縮退させることができる。したがって、吐水中において、シンクからの水跳ね、シンクを流れる水流、手洗い後の水切り動作等の誤検知を防止し、吐水が継続されることを防止することができる。一方、吐水中において、検知範囲が吐水口側に縮退することにより、歯ブラシ等の低電波反射性の樹脂製品を検知可能な電波強度が高い領域も縮小するが、吐水口付近には電波強度が高い領域が存在するので、吐水口付近における歯ブラシ等の洗浄中における誤止水を防止することができる。
【0015】
更に、本発明では、吐水中は、洗浄水の水流の横方向の両側面で電波を反射させることにより、検知範囲を横方向に広げることができる。これにより、手洗い中において、洗浄水の水流から横方向に手をずらして手もみ動作を行う場合であっても、吐水を継続させることができ、使い勝手を向上させることができる。
このように、本発明では、可動部材による電波の指向性の変更や、電波強度の増減等の特段の制御を行うことなく、単に吐水口からの洗浄水の吐水の有無によって、止水中及び吐水中における検知範囲を実用に適した理想的な形状に変更することができる。
【0016】
また、本発明において好ましくは、電波放射口は、水管よりも横方向に大きな幅を有するように形成されている。
このように構成された本発明においては、電波放射口が水管よりも横方向に大きな幅を有するという簡単な構成により、吐水された洗浄水の水流の周囲に回りこむように電波を放射させることが可能となり、吐水中の理想的な検知範囲を形成することができる。
【0017】
また、本発明において好ましくは、電波放射口は、水管の両側面を覆うように構成されている。
このように構成された本発明においては、電波放射口が水管の両側面にも存在するという簡単な構成により、より確実に、吐水された洗浄水の水流の周囲に回り込むように電波を放射させることが可能となり、吐水中の理想的な検知範囲を確実に形成することができる。
【0018】
また、本発明において好ましくは、電波放射口は、略円形である。
このように構成された本発明においては、電波放射口を略円形にするという簡単な構成により、より確実に、吐水された洗浄水の水流の周囲に回り込むように電波を放射させることが可能となり、吐水中の理想的な検知範囲を確実に形成することができる。
【0019】
また、本発明において好ましくは、水管は、略円形の外形を有し、且つ、電波放射口の内部において電波放射口の中心からずれた位置に配置されている。
このように構成された本発明においては、略円形の外形の水管を電波放射口内に配置することにより、水流の周面に対して電波を干渉させ易くすることができる。さらに、本発明では、水管を電波放射口内で一方側にずらして配置しているので、水流の周方向において、洗浄水に対して干渉する電波の量を異ならせて、電波の減衰及び反射の程度に差を生じさせることができ、これにより、吐水中の理想的な検知範囲を形成することができる。
【0020】
また、本発明において好ましくは、水管は、電波放射口の一方側の内面に当接されている。
このように構成された本発明においては、電波放射口の一方側の内面に水管を当接させることにより、この当接部分においては電波が放射されなくなるので、水流の周方向において、より顕著に洗浄水に対する電波の減衰及び反射の程度に差を生じさせることができる。
【0021】
また、本発明において好ましくは、電波放射口の一方側の内面は、電波放射口の内面のうち、使用者側とは反対側の内面である。
このように構成された本発明においては、使用者側とは反対側の部分において電波放射口から電波が放射されないように構成することにより、吐水中において、反射によって使用者側に検知範囲を移動させることができる。これにより、洗浄水の水流から離れた位置での手もみ動作中に誤止水することを防止することができる。また、本発明では、検知範囲が使用者側に移動することによって、シンクの底面から水流の下側(使用者側とは反対側)に水跳ねした洗浄水を検知し難くなるので、水跳ねの誤検知を防止して手洗い終了後に確実に止水することができる。
【0022】
また、本発明において好ましくは、連通管は、その内面が電波を透過しない材料で形成されており、水管は、その外面が電波を透過しない材料で形成されており、連通管の内面に当接するように配置されている。
このように構成された本発明においては、連通管を導波管として構成しているので、別体の導波管を更に連通管内に配置する必要がないので、デザイン自由度を高くすることができる。また、本発明では、電波と水管中の水流との干渉を防止するために水管を電波を透過しない材料で形成しているので、連通管内での電波の減衰を防止し、確実に電波を連通管を通して伝播させることができる。そして、本発明では、連通管内の一方側に水管を当接させて配置するという簡単な構成により、電波放射口の一方側の内面に水管を当接させて、吐水中の理想的な検知範囲を形成することができる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、電波センサを用いた自動水栓装置において、止水中及び吐水中において適した検知範囲を簡易な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の実施形態における止水中の自動水栓装置の全体構成図である。
【図2】本発明の実施形態における吐水中の自動水栓装置の全体構成図である。
【図3】本発明の実施形態における自動水栓装置の使用状態を上側から見た説明図である。
【図4】本発明の実施形態における自動水栓装置の吐水口付近の断面図である。
【図5】導波管の肉厚とアンテナゲインの関係を示すグラフである。
【図6】本発明の実施形態における自動水栓装置の電波放射口を示す図である。
【図7】本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の断面図である。
【図8】本発明の実施形態における吐水口付近の電波の説明図である。
【図9】本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の入口部分の断面図である。
【図10】本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の入口部分の正面図である。
【図11】本発明の実施形態における検出信号の時間変化を示すグラフである。
【図12】本発明の実施形態における検出信号の時間変化の具体例を示すグラフである。
【図13】本発明の実施形態における自動水栓装置の止水中における説明図である。
【図14】本発明の実施形態における吐水口付近の止水中の電波強度分布を示す図である。
【図15】反射部材が内場合の吐水口付近の電波強度分布を示す図である。
【図16】本発明の実施形態における自動水栓装置の吐水中における説明図である。
【図17】本発明の実施形態における吐水口付近の吐水中の電波強度分布を示す図である。
【図18】本発明の実施形態における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。
【図19】本発明の実施形態における吐水口付近の電波強度分布を示す図である。
【図20】本発明の実施形態における吐水口付近の電波強度分布を示す図である。
【図21】本発明の改変例における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。
【図22】本発明の改変例における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
次に、図1乃至図20を参照して、本発明の実施形態による自動水栓装置を説明する。
図1は、本実施形態の自動水栓装置1が、洗面台に取付けられた状態を示している。洗面台は、所定の凹部形状を有するシンク2と、基台3とを有している。シンク2の底面には、排水口2aが設けられている。
【0026】
図1に示すように、本実施形態の自動水栓装置1は、基台(支持体)3に基端部が固定され使用者側Cに向けて延びる連通管(スパウト)10及び吐水弁30を備えた水栓本体1Aと、連通管10内に挿入された水管20と、使用者の存在又は使用の有無を含む使用者の動作状態を検出するための電波センサ40と、吐水弁30の開閉動作を制御する制御部50とを備えている。
【0027】
連通管10は、中空の管部材であり、例えば鋼材等の金属材料で形成されている。連通管10は、少なくともその内面が電波を反射する材料で形成されている。連通管10は、基台3から鉛直方向に延びた後、先端開口がシンク2の底面を向くように湾曲した形状を有している。連通管10の出口部分は、斜め下方向を向いている。
【0028】
水管20は、吐水弁30に連結され、水栓本体1Aの端部である吐水口部に形成された吐水口26へ洗浄水を供給する。水管20は、全体として可撓性を有する管状部材であり、先端部に取り付けられた吐水キャップ21と、フレキシブル管22から構成されている。吐水キャップ21の吐水口26から、洗浄水が斜め下方向の吐水方向Aに吐出され、これにより、洗浄水は受水部であるシンク2の底面に向けて供給される。
なお、本実施形態では洗浄水が吐水口26から斜め下方向に吐出されるように構成されているが、洗浄水が吐水口26からほぼ真下に向けて吐出されるように構成してもよい。
【0029】
フレキシブル管22は、可撓性を有する管状部材であり、少なくとも連通管10内において、フレキシブル管22の外面は、電波を反射する材料(例えば、金属材料)で形成されている。
フレキシブル管22は、その上流端に吐水弁30が直接的又は間接的に接続され、下流端に吐水キャップ21が接続されている。
【0030】
また、本実施形態では、フレキシブル管22を用いているが、可撓性及び電波透過性を有するチューブで、吐水キャップ21と吐水弁30とを連結してもよい。この場合、チューブの外面の全域に、電波を反射する金属材料等の反射部材(例えば、アルミニウム箔)を配置することが望ましい。
【0031】
吐水弁30は、電磁弁であり、制御部50からの制御信号により、開閉動作を行うように構成されている。また、吐水弁30は、定流量弁であり、開動作時には一定流量の洗浄水が吐水口26に向けて供給される。
【0032】
電波センサ40は、水栓本体1A内に配置され、かつ、水栓本体1Aの基端部側に設けられている。本実施形態では、電波センサ40は、連通管10の基端部側に固定されている。電波センサ40は、マイクロ波ドップラーセンサである。使用周波数は、例えば約10GHz又は約24GHzである。図9に示すように、電波センサ40は、センサ本体部41と、センサ本体部41に取り付けられた電波導入出部42を備えている。センサ本体部41は、局部発信器,送信アンテナ,受信アンテナ,混合器(検波器)等を有する電子部品である。電波導入出部42は、センサ本体部41から外部へ電波を放射すると共に、外部からセンサ本体部41へ反射波を導入する中空の金属製部品である。
【0033】
センサ本体部41は、局部発振器で生成したマイクロ波(送信信号)を送信アンテナから電波導入出部42を介して外部へ放射し、対象物(例えば、人の手)で反射したマイクロ波(反射波)を電波導入出部42を介して受信アンテナで受信する。そして、電波センサ40内の混合器(検波器)が、この反射波と送信信号とを混合し、ドップラー信号を検出するように構成されている。
【0034】
対象物が静止している場合は、送信波と反射波の周波数が同一であるので、電波センサ40は対象物の有無を検出しにくい。しかしながら、対象物が動いている場合は、反射波の周波数が変化するため、混合器の出力に差分信号があらわれる。この差分信号により、電波センサ40は、対象物の有無及び移動方向(接近又は離反)を検出し、検出信号(図11参照)を制御部50へ出力する。検出信号は、対象物の移動速度に応じた周波数成分を有する速度信号であり、移動している対象物が存在することをあらわすものである。
【0035】
制御部50は、マイコン等で構成されており、電波センサ40から検出信号をフィルタ回路51を介して受け取る。制御部50は、図11に示すように、基準値(例えば0V)に対して、ある電圧閾値(絶対値)以上の信号値を有する検出信号を受け取ると、吐水弁30を開状態にする駆動信号を出力し、基準値に対して、ある電圧閾値(絶対値)未満の信号値を有する検出信号を受け取ると、吐水弁30を閉状態にする駆動信号を出力するようにプログラムされている。すなわち、制御部50は、電圧閾値に対する検出信号の信号値に基づいて後述する電波センサ40の検知範囲を決定している。これにより、対象物が検出されているときには、吐水弁30が開状態に保持され吐水状態となる。一方、対象物が検出されていないときは、吐水弁30が閉状態に保持され止水状態となる。
【0036】
フィルタ回路51は、所定の周波数範囲の検出信号のみを通過させるバンドパスフィルタを有する。このフィルタ回路51により、人の手の動きに対応する周波数範囲の検出信号のみが制御部50へ送られるので、誤検出を抑制することができる。
【0037】
図12に検出信号の具体例を示す。
図12(A)は吐水口26から洗浄水が吐水されている状態(洗浄水が妨げられずにシンク2の底面に到達している)、図12(B)は樹脂製のコップに水を溜めている状態、図12(C)は洗浄水の水流中で両手を洗っている状態に対応している。図12では、基準値が約2.5Vである。
【0038】
本実施形態では、制御部50は、2つの閾値を有している。すなわち、吐水を開始するための吐水開始閾値Tsと、吐水を停止する止水閾値Ttである。なお、図12では、これら閾値は、基準値を中心とした範囲で示されている。
制御部50は、止水中において検出信号の振幅が吐水開始閾値Ts以上になると吐水を開始する制御を行い、吐水中に検出信号の振幅が止水閾値Tt未満になると吐水を停止する制御を行う。
【0039】
図12(A)に示すように、止水閾値Ttは、洗浄水が妨げられずにシンク2の底面に到達する場合に検知される小さな検出信号の振幅よりも大きな値に設定されている。また、止水閾値Ttは、洗浄水中で手洗いをしている場合に検知される大きな検出信号の振幅よりも小さな値に設定されている。これにより、手洗い終了後の検出信号は止水閾値Ttよりも小さくなるので、制御部50は、手洗い終了後に吐水を停止することができる。
また、図12(B),(C)に示すように、コップに水を溜めるときや、手洗い動作中には、止水閾値Ttよりも大きな振幅の検出信号が検知され、制御部50は吐水を継続させることができる。これにより、コップに水を溜めている動作中や、手洗い動作中に吐水が停止されることがない。
【0040】
次に、本実施形態の自動水栓装置1の電波センサ40による検知範囲の概略について説明する。自動水栓装置1は、吐水口26からの洗浄水の吐水の有無に応じて、電波センサ40の検知範囲が変更されるように構成されている。
図1及び図3(A)は、止水中の検知範囲a1を示している。検知範囲a1は、吐水口26付近から放射方向B1(吐水方向A)に沿って細長く延びるように形成される。また、コップからシンク2に流された水を検知しないように、検知範囲a1の下端は、シンク2の底面に到達しないように設定されている。
【0041】
一方、図2及び図3(B)は、吐水中の検知範囲a2を示している。本実施形態では、吐水口部からは、止水中及び吐水中にかかわらず、所定の固定方向に電波が放射されるように構成されているが、検知範囲a2は、検知範囲a1よりも大きさが小さくなり、これにより吐水方向Aに沿った長さ、及び、使用者Uへ向かう方向Cに沿った長さが短くなるように形状が変更される。また、検知範囲a2は、その放射方向B2がシンク2の底面への洗浄水の着水位置から使用者側Cに離れた位置に向けられるように形状が変更される。これにより、検知範囲a2は、水流Wの下側の領域が小さくなり、シンク2の底面に当たって水跳ねした洗浄水を検知しなくなる。また、検知範囲a2は、検知範囲a1よりも横方向Dに幅が広げられる。なお、以下の説明において、横方向Dを、幅方向、又は単に横方向ということがある。
【0042】
以下に、本実施形態の自動水栓装置1の細部の構造について説明する。
まず、本実施形態の連通管10について説明する。本実施形態では、連通管10が電波の導波管として機能するように、内径及び長さ等が設定されている。すなわち、電波センサ40から放射された送信電波は、連通管10の内面と水管20の外面との間に形成された電波を通過させるための電波通過用空間内で、連通管10の内面及び水管20の外面で反射を繰り返して下流側へ伝播し、連通管10の先端で吐水口26近傍に設けられた電波放射口27からシンク2へ向けて放射される(図4の放射方向B1参照)。また、人の手で反射された電波(反射波)は、電波放射口27から連通管10内へ入り、連通管10内を伝播して、電波センサ40で受信される。
【0043】
この構造により、本実施形態では、水管20が挿入された剛体である連通管10内に、導波管を組み込む必要がなくなり組立性が良好となる。また、本実施形態では、導波管が不要であるので、小型化を図ることができると共に、製造コストを低減することが可能となる。さらに、本実施形態では、電波センサ40を連通管10の先端部分以外に配置することができるので、連通管10の先端部分を特に小型化することができる。なお、電波センサ40は、連通管10の外部に配置することが望ましいが、連通管10の内部に配置することも可能である。
【0044】
本実施形態では、止水中において、図13に示された検知範囲a1内の対象物を検知できるように、連通管10の電波放射口27から放射される電波ビームパターンが設定されている。詳しくは、この検知範囲a1は、放射方向B1に指向性を有しており、放射方向B1に沿って細長く延びるように設定されている。本実施形態では、この放射方向B1は吐水方向Aとほぼ一致している。
【0045】
本実施形態では、このような止水中における検知範囲a1を形成するように、自動水栓装置1には指向性決定手段が設けられている。本実施形態では、この指向性決定手段は、以下のように反射部材28と、連通管10内(すなわち、電波放射口27内)に水管20を配置した二重管構造を含んでいる。
【0046】
次に、図4及び図5に基づいて、反射部材28を説明する。本実施形態では、連通管10の電波放射口27に別体部品である環状の反射部材28が取り付けられている。この反射部材28は、電波を反射する材料で構成されており、本実施形態では、金属材料で形成されている。反射部材28は、反射面(反射部)28aを有している。反射面28aは、シンク2側を向く環状面である。本実施形態では、反射部材28の壁(径方向の厚さ)は、連通管10の壁(径方向の厚さ)よりも厚く設定されている。
【0047】
図5(A)は、断面矩形の導波管(図5(B)参照)から出力される電波センサのアンテナゲインを示している。図5(A)は、導波管の出口部分の壁の肉厚tを変化させた場合に、肉厚tが厚くなるにしたがって、アンテナゲインが増大していることを示している。これは、肉厚tが大きくなるにしたがって、電波ビームが鋭くなり、放射方向への指向性が増していることを示している。
【0048】
単なる管体から電波が放射される場合、その電波ビームパターンは、無指向性に近く、球状に広がるようになる。このため、本実施形態では、図5の結果に基づいて、電波放射口27に反射部材28を取り付けている。この反射部材28の壁の厚さは、連通管10の内径に応じて、検知範囲a1が形成されるように設定されている。
【0049】
反射面28aは、連通管10内を伝播してきた電波が、連通管10を出た後に連通管10の上流側(放射方向B1と逆方向)へ回り込むことを抑制すると共に、電波の指向方向を設定する。すなわち、反射面28aが、上流側へ進もうとする電波をシンク2の底面の方向へ反射させて当該方向へ指向方向を差し向け、電波ビームパターンに放射方向B1の指向性を持たせる役割を果たす。このように、反射部材28は、放射方向B1へ電波ビームパターンを鋭くして、適切な放射パターンを形成する機能を有する。
【0050】
本実施形態では、反射部材28により、電波を吐水方向Aに沿って集中させることにより、検知範囲a1内の電波強度のより強い領域で樹脂製の歯ブラシやコップ等の電波を透過し易い対象物を検知することができる。一方、検知範囲a1は、吐水口26から離れた位置にある手を誤検知することによる誤った吐水をさせないように、吐水方向Aに沿うように細長く設定されている。
【0051】
なお、本実施形態では、連通管10の先端に、別体の反射部材28を取り付けているが、反射部材28を取り付ける代わりに、連通管10の先端部分の肉厚を厚く形成してもよい。さらには、電波の回り込みを抑制できる程度に連通管10の肉厚が厚ければ、別体の反射部材を取り付けたり、連通管10の先端部分のみを厚く形成しなくてもよい。
【0052】
次に、図6−図8を参照して、二重管構造について説明する。図6は、連通管10の出口部分(下流端部分)を示しており、図7は、連通管10の任意の途中部分でのVII−VII線断面図(図1参照)である。
本実施形態では、水管20は、連通管10の内側面11に当接するように配置されている。図1から分かるように、連通管10の出口部分は、シンク2の底部に向かって斜め下方へ延びている。また、連通管10の出口部分が延びる方向に、自動水栓装置1を使用する際に使用者が立つ位置が設定されている。
【0053】
したがって、連通管10の出口部分において、水管20は、連通管10の内側面11の内(もしくは電波放射口27の内面の内)、使用者の存在する方向C(図4及び図6参照)とは真逆方向に位置する内側面11の部分に当接されている。また、図7に示すように、連通管10の他の部位においても、水管20は、連通管10の内側面11に当接している。
本実施形態では、電波放射口27付近において、水管20が連通管10の内部に配置された二重管構造により、電波ビームパターンが調整されている。
【0054】
本実施形態では、上記構成により、外形が略円形の電波放射口27から放射された電波が、吐水口26から吐水された洗浄水の水流の周囲に回り込んで干渉し易くなっている。特に、電波は、水流の使用者側Cの側面と、水流の横方向の両側面に干渉し易くなっている。
【0055】
また、図6では、吐水口26(又は水管20)の直径が、電波放射口27(又は連通管)の内径の半分より小さいが、図8に示すように、吐水口26の直径を電波放射口27の内径の半分よりも大きく構成してもよい。図8の構成によれば、電波は、水管20の外周面と連通管10の内周面との間に形成された電波放射用の実質的に細長い窓から外部へ放射される。この細長い窓が、電波放射口27の実質的な電波放射部位を構成している。
【0056】
図8の例では、連通管10と水管20の間の空間を伝播する電波の電界成分又は偏波面(矢印で示す)が、水管20の外周面と略直交するように、連通管10に対する水管20のサイズ、又は、電波放射口27に対する吐水口26のサイズが設定されている。すなわち、図8に示すように、細長い窓は、縦方向Lに対して横方向Hの長さが長く、方形導波管の断面形状を湾曲させたものとみなせる。このため、図8の電波モードは、例えば、方形導波管内のTE01モードに類似する。
【0057】
したがって、本実施形態では、吐水口26から吐水された洗浄水の水流Wに対して、電波の電界成分を直交状態で干渉させることができる。これにより、洗浄水の水流Wに電波が干渉すると、電波の減衰及び反射特性が高められ、吐水中の電波の指向性を設定し易くすることができる。特に、電界成分が直交状態で水流Wに干渉することにより、電波が水流Wの表面で反射され易くなる。
【0058】
次に、図9及び図10を参照して、連通管10の入口部分(上流端部分)の構造について説明する。図9は側面から見た断面図であり、図10は下方から見た図である。ただし、図9では、水管20及び電波センサ40の図示が省略されている。
【0059】
図9及び図10に示すように、連通管10の入口部分内には、固定部材12が、連通管10を塞ぐようにネジ13により固定されている。固定部材12は、外形寸法が連通管10の内径寸法とほぼ等しい部材であり、電波を反射する材料で形成されている。本実施形態では、固定部材12は、鋼材等の金属材料で形成されている。
【0060】
固定部材12は、円形の開口孔12a及び矩形の開口孔12bが形成されている。固定孔12aの内径寸法は、水管20の外形寸法にほぼ等しく、固定孔12bの内寸法は、電波センサ40の電波導入出部42の外寸法にほぼ等しい。水管20,電波センサ40は、それぞれ、これら開口孔12a,12bに挿入されて固定されている。水管20は、開口孔12aに固定された状態で、連通管10の内側面11に当接している。
【0061】
固定部材12は、吐水弁30が閉じたときに発生するウォータハンマー現象に起因する水管20の振動を低減するための振動低減手段として機能する。すなわち、吐水弁30が閉じたときに吐水弁30から水管20を通じて下流側に伝達される振動は、固定部材12を介して、水管20よりも質量が大きい連通管10及びシンク2の基台3へ伝達される。これにより、振動が水管20の下流へ伝達されることを遮断し、連通管10内での水管20の振動を抑制することができる。振動が抑制されるので、電波センサ40が、人の手の存在を誤って検知してしまうことを抑制することができる。
【0062】
また、水管20,電波センサ40及び連通管10が固定部材12によって固定的に結合されているので、水管20から伝達された振動の影響によって、水管20,電波センサ40及び連通管10を同調して振動させることができる。これにより、水管20,電波センサ40及び連通管10の相対的な振動又は変位が抑制されるので、電波センサ40が、人の手の存在を誤って検知してしまうことをさらに抑制することができる。
【0063】
また、本実施形態では、電波センサ40の電波導入出部42の先端開口42aが固定部材12よりも下流側に位置するように、電波導入出部42が固定部材12に挿入され、固定部材12に固定されている。電波導入出部42の先端開口42aが、連通管10との間の電波の出入口である。よって、ウォータハンマー現象により固定部材12に振動が伝わっても、電波センサ40は、固定部材12の振動を検知し難くなり、誤検知を抑制することができる。
【0064】
なお、本実施形態では、振動低減手段として固定部材12を配置しているが、振動を吸収及び抑制する任意のダンパ部材を、振動低減手段として吐水弁30と連通管10との間で水管20に取り付けても良い。
【0065】
また、水管20を連通管10の内側面11に当接させるための固定部材を連通管10内の適宜な箇所に配置してもよい。この場合、固定部材は、固定部材12とは異なり、電波透過性を有する材料(例えば、樹脂等)で形成することが望ましい。固定部材12は、その表面が電波を反射する材料で形成されているので、電波導入出部42から連通管10内に導入された電波のうち、上流側に向かう電波を下流側へ反射させることができる。これにより、電波放射口27から放射される電波の放射強度が高レベルに保持される。
【0066】
次に、本実施形態の自動水栓装置1の作用について説明する。
図13は、止水中の状況を示している。図13(A)には、電波センサ40の検知範囲a1が示されている。この検知範囲a1は、止水中において、連通管10の電波放射口27から放射される電波ビームにより対象物を検知できる範囲を示している。
【0067】
本実施形態では、止水中において、電波放射口27から放射される電波ビームの空間的な放射パターンが、指向性決定手段により、放射方向B1に指向性を有するように設定されている。なお、本実施形態では、止水中には、放射方向B1は、吐水口26から吐水される洗浄水の吐水方向Aとほぼ一致している。
【0068】
したがって、止水中における電波ビームは、吐水方向Aに沿って指向性を有し、検知範囲a1が吐水方向Aに沿って延びる楕円球体のような細長い形状となるように設定されている。すなわち、検知範囲a1内において、等電波強度面が吐水方向Aに沿って延びる楕円球体のような細長い形状となる。図13(B)に示すように、放射方向B1に直交する検知範囲a1の断面は、ほぼ円形となっている。なお、図13(B)は、図13(A)の矢印部分における検知範囲a1の断面図である。
【0069】
本実施形態では、細長い楕円球状に延びる検知範囲a1は、放射方向B1における中間領域の断面(放射方向B1と直交する方向における断面)が最も大きく、中間領域から離れるにつれて断面が小さくなる。
【0070】
なお、本明細書では、等電波強度面は、電波ビームの等しい電波強度を有する空間点を繋いで形成される面である。また、本明細書では、細長い形状は、楕円球体のように、ある方向の長さが、この方向と直交する任意の方向の長さよりも長い形状を意味している。
【0071】
また、図14は、図13に対応しており、止水中に、電波放射口27から放射された電波の詳細な電波強度分布を示している。図14にも、図13(A)と同様の検知範囲a1が示されている。
なお、図15は、反射部材28が無い場合の電波強度の分布を示している。図15では、電波放射口27から放射された電波は放射状に広がって球状に近い形状の検知範囲a4を形成すると共に、電波は電波放射口27から連通管10の後方(吐水方向Aに対して逆方向)に回り込んでいる。これに対して、図14(反射部材28が有る場合)では、電波は放射方向B1への指向性が高められ、細長く延びるような検知範囲a1を形成すると共に、電波が連通管10の後方に回り込まなくなっている。このように、反射部材28を設けることにより、吐水方向Aへの電波の指向性を高め、電波ビームパターンを鋭くすることができる。
【0072】
検知範囲a1は、このような等電波強度面の内、反射波により電波センサ40が有意に人の手の動きを検知できる最も外側の等電波強度面で画定される空間範囲である。使用者が手洗いのために、この検知範囲a1に手を差し入れると、電波センサ40が手の動きを検知し、検出信号を制御部50へ送信する。制御部50は、検出信号を受け取ると、吐水弁30へ駆動信号を送り、吐水弁30を開状態に切り替える。これにより、手が吐水口26近傍に到達するのに合わせて、洗浄水が吐水口26からタイミング良く吐水される。
【0073】
従来、光電センサを用いた自動水栓装置では、検知範囲が狭かったため、使用者の手の接近に合わせてタイミング良く吐水を開始できなかった。しかしながら、本実施形態によれば、吐水方向Aに対して径方向に膨らむように検知範囲a1が設定されているので、如何なる方向から手が差し入れられても、吐水口26から吐水方向Aに延ばした延長線上に存在する洗浄ポイントに手が到達する前に、使用者の手の接近をより早く検知することができ、タイミング良く吐水を開始することが可能となる。
【0074】
また、単に連通管10の出口端部から電波が放射される場合には、電波ビームは検知範囲bのように、後ろ側に回り込むと共に、球状に広がるので、吐水口26付近における使用者の水切り動作を検知してしまう(図13(A)参照)。
【0075】
しかしながら、本実施形態では、止水中における検知範囲a1が、吐水方向Aに向けて楕円球体のような縦長に設定されているので、吐水口26からの距離が同じでも、洗浄ポイントの電波の放射強度を高くすることができる。よって、水切り動作が検知範囲a1の外側で行われることになるので、水切り動作中に、洗浄水が吐水されることを防止することができる。このように、本実施形態では、吐水させたい位置に存在する使用者の手を検知し易くすることができ、吐水してほしくない位置に存在する手を検知し難くすることができる。
【0076】
図16は、吐水口26から洗浄水Wが吐水されている状況を示している。図16(A)には、吐水中に、電波ビームにより対象物の動きを検知できる検知範囲a2が示されている。
【0077】
また、本実施形態では、吐水口26から吐水された洗浄水と検知範囲a1の電波との干渉を利用して、電波の一部を減衰させると共に、電波を洗浄水によって反射させることにより、検知範囲a2を設定している。電波の減衰は電波の放射強度を弱めて放射パターン(検知範囲)を小さくし、電波の反射は電波の放射パターンの位置を変位させ、洗浄水の水流Wよりも上側又は使用者側Cへずらす。これにより、検知範囲a2は、検知範囲a1と一部領域が重なるが、異なった角度方向に延びて、検知範囲a1に対して位置が異なっており、検知範囲a2の少なくとも一部が検知範囲a1に対して空間的にずれている。
【0078】
すなわち、本実施形態では、電波と洗浄水との干渉によって電波が減衰及び反射する性質を利用して、吐水中の検知範囲a2を止水中の検知範囲a1に対して、大きさ,向き,形状等が異なるように設定している。これにより、本実施形態では、止水及び吐水の状況に応じて(洗浄水の吐出の有無によって)、適切な検知範囲が自動的に設定されるように構成されている。
【0079】
なお、本実施形態では、吐水口26からの洗浄水の水流Wは、止水中の検知範囲a1の略中央部を通過するので、検知範囲a1は吐水方向Aにおける減衰量を、吐水方向Aに直交する方向における減衰量よりも大きくすることができる。これにより、シンク2からの水跳ねやシンク2の底面を流れる水流を検知し難くなる。
【0080】
本実施形態では、図16(A)に示すように、吐水中において、放射方向B2の放射強度が相対的に大きくなり、かつ、検知範囲a2の放射方向B2の検知可能距離が検知範囲a1の放射方向B1の検知可能距離よりも短くなるように検知範囲a2を設定している。このとき、本実施形態では、電波センサ40や制御部50での電波強度等のパラメータを変更することなく、反射部材28による電波の指向方向、電波と洗浄水の水流Wとの干渉の角度や程度、洗浄水の水流Wの流量、吐水口26に対する電波放射口27の寸法等を予め設定しておくことで、検知範囲a2の大きさ,位置(放射方向B2),形状等を設定している。したがって、本実施形態では、付加的な機能部品を必要とせず、吐水の有無のみによって検知範囲a1及びa2を切り替えることができ、自動水栓装置1のデザイン自由度を損ねることなく、止水中及び吐水中に応じた所望の検知範囲を簡単な構成で実現することが可能である。
【0081】
図16に示すように、検知範囲a2は、検知範囲a1よりも、使用者側Cに傾けられているので、検知範囲a2は、検知範囲a1よりも使用者側Cに近い空間を含んでいる。
また、図17は、図16に対応しており、吐水中に、電波放射口27から放射された電波の詳細な電波強度分布を示している。図17にも、図16(A)と同様の検知範囲a2が示されている。図16から、吐水中には、放射方向B2へ向く電波ビームパターンが形成されることが分かる。
【0082】
図6に示すように、電波放射口27は、吐水口26に対して使用者側Cに相対的に偏って位置するように構成されている。すなわち、本実施形態では、吐水口26が、電波放射口27に対して使用者と反対側(すなわち、吐水口26から水栓本体1Aの基端部へ向かう方向)に片寄って位置するので(図4,図6参照)、洗浄水の水流Wは検知範囲a1のうち水栓本体1Aの基端部側へ片寄った領域を通過する。よって、吐水中、電波放射口27から放射される電波ビームは、洗浄水の水流Wによって使用者側Cへ向けて反射され、使用者側Cの放射方向B2に向き又は角度が変えられた検知範囲a2が形成される。
【0083】
詳しくは、電波放射口27内の領域の内、図6において吐水口26の直上に位置する領域から放射される電波が、洗浄水によって放射方向B2又は使用者側Cに反射されるので、吐水中の検知範囲a2は、放射方向B2に向けられる。したがって、検知範囲a2が設定されることにより、検知範囲が全体的にシンク2から遠ざかり、使用者により近い空間が検知範囲に含まれるようになり、手を洗浄水の水流Wに差し入れている間は、検知範囲a2内に手が確実に存在するので、洗浄中には手を検知し続けることができる。
【0084】
また、吐水口26から斜め方向に吐水された洗浄水の水流は、重力によって、下流側ほど吐水方向Aから離れていく(図2参照)。このため、洗浄水の水流は、シンク2の底面に近い下流側ほど、電波強度が高い中心部から一方側へ離れた位置を通過する。これにより、吐水口26から離れた位置(シンク2の底面に近い位置)での電波の減衰が抑制され、検知範囲が吐水方向において縮小され過ぎることが防止される。よって、吐水口26から遠い位置での手洗い動作を確実に検知して、吐水を継続させることができる。
【0085】
また、吐水口26は電波放射口27内に配置されているので、電波放射口27からの電波は、吐水口26の周囲を覆うように放射される。これにより、吐水中は、電波が放射されている空間内を洗浄水の水流Wが通過するので、電波と洗浄水との干渉面積を大きくすることができる。
【0086】
また、図6に示すように、吐水口26は電波放射口27の中心部から外れた位置にある。このため、少なくとも吐水口26付近では、検知範囲a1,a2内において、最も電波強度が高い中心部分の電波が、洗浄水による減衰の影響を受け難い。このため、吐水口26付近では電波強度の高い部分が維持されるため、歯ブラシ等の低電波反射率を有する樹脂製品を吐水中に確実に検知することができる。
【0087】
また、本実施形態では、上述のように洗浄水の水流Wは検知範囲a1のうち水栓本体1A側に片寄った領域を通過する。よって、吐水中、検知範囲a1のうち、使用者側Cの上側領域よりも水栓本体1A側に片寄った下側領域で、洗浄水Wにより電波を大きな割合で減衰させることができる。このように、本実施形態の指向性決定手段(二重管構造)は、検知範囲の上下方向における検知範囲の減衰比率を調整する上下方向の減衰比率調整手段として機能する。
【0088】
また、図6に示すように、電波放射口27は、吐水口26の側方又は横方向にも位置している。この構造により、電波放射口27内の領域の内、図6において吐水口26の側方又は横方向に位置する領域から放射される電波ビームが、洗浄水の水流Wによって横方向に反射されるので、電波ビームの放射パターンが横方向に広げられる。このように、本実施形態の指向性決定手段(二重管構造)は、検知範囲の横方向形状の調整手段として機能する。一方、洗浄水の水流Wにより少なくとも電波の一部が減衰されるので、全体として検知範囲は小さくなる。例えば、電波ビームの放射パターンは、厚さ方向(放射方向及び横方向と直交する方向)にはむしろ小さくされる。これにより、図16(B)に示すように、電波ビームの放射パターン(検知範囲a2)は、図13(B)と比べると、放射方向B2と直交する断面が横方向に伸ばされたような偏平な形状となる。なお、図16(B)は、図16(A)の矢印部分における検知範囲a2の断面図である。
【0089】
図18(A)は、吐水方向Aに対して垂直な方向における止水中の検知範囲a1の断面を示しており、図18(B)は、図18(A)と同じ位置での吐水中の検知範囲a2の断面を示している。止水中は、電波放射口27を吐水方向Aから見たとき、検知範囲a1の断面は、電波放射口27の中心からの半径が長さR1の円形であり、横方向の幅W1を有している。
【0090】
一方、吐水中は、電波放射口27から放射された電波は、図18(B)において矢印で模式的に示されているように、洗浄水の水流Wによって反射する。これにより、検知範囲a2は、その断面が楕円形状に変形し、電波放射口27の中心から使用者側Cの境界までの距離が長さR2であり、横方向に幅W2を有する。好ましくは、R2>R1,W2>W1である。なお、検知範囲a2は、洗浄水の水流Wに対して主たる部分は使用者側Cに位置し、使用者側Cとは反対の方向にはほとんど存在しない。
【0091】
図19は、図18に対応しており、止水中(図19(A))及び吐水中(図19(B))に、電波放射口27から放射された電波の詳細な電波強度分布を示している。図19にも、図18と同様の検知範囲a1,a2が示されている。図19から、吐水中には、電波が横方向及び使用者側Cへ広がっていることが分かる。
また、図20(A),(B)は、それぞれ止水中,吐水中における電波放射口27付近を上方から見た場合の電波強度分布を示している。図20においても図19と同様に、吐水中には、電波が横方向に広がっていることが分かる。
【0092】
本実施形態では、上述の二重管構造において、電波放射口27内で吐水口26が、連通管10の内面に当接又は近接するように、使用者側Cに対して反対側にずれて配置されている。このため、電波放射口27から放射された電波が、洗浄水の水流Wの使用者側Cの側面部分へ向けて放射されることによって干渉が生じ、これに加えて、電波が洗浄水の水流Wの横方向の側面部分へ向けて放射されることによっても干渉が生じる。したがって、本実施形態では、検知範囲a2は、使用者側Cに向けて反射される電波によって使用者側Cへ広がると共に、横方向へ反射される電波によって横方向へも広がる。本実施形態では、検知範囲a2が、検知範囲a1よりも広い使用者側Cの検知領域を有するように、電波が使用者側Cに向けて反射されるので、止水中よりも吐水中の方が使用者側Cの空間でより検知し易くなる。このように、本実施形態の指向性決定手段(二重管構造)は、検知範囲の横方向形状の調整手段として機能することに加えて、検知範囲を使用者側Cへ広げる反射指向性決定手段としても機能する。
【0093】
なお、本実施形態では、電波放射口27内において、吐水口26の使用者側Cの空間の方が、横方向の空間よりも広いので、吐水口26の横方向から放射された電波よりも、吐水口26の使用者側Cから放射された電波の方が、より多くの量が洗浄水の水流Wによって反射される。
【0094】
本実施形態では、吐水中は検知範囲a2が、横方向に広げられ、かつ、上方又は使用者側Cに移動するので、手洗い中に手もみ動作等のために手を吐水口26から横方向に又は上方向にずらしても、吐水を継続させることができる。これにより、手を洗い終わって確実に手が吐水口26付近から離れるまでは、手を検知し続け、吐水状態に保つことが可能となる。
なお、本明細書では、幅方向又は横方向とは、連通管10に正対した使用者の横方向を意味し、図1及び図2では紙面に垂直な方向であり、図6−図8では紙面の横方向であり、図3では横方向Dで示されている。
【0095】
また、本実施形態では、上述のように、吐水中には、洗浄水の水流Wによる電波の減衰により電波ビームの検知範囲を狭くすると共に、洗浄水の水流Wによる電波の反射により電波ビームを上方へ変位させており、よって、吐水方向Aにおいて、止水中と比べて吐水中の検知可能距離を短く設定している。すなわち、本実施形態の指向性決定手段は、減衰の程度を適宜に設定することによって(例えば、吐水口26と電波放射口27の大きさの比率の設定等)、検知範囲の吐水方向の長さを短くするための吐水方向減衰量調整手段として機能する。
【0096】
また、本実施形態では、図16(A)に示すように、吐水中、洗浄水の水流Wが電波放射領域、すなわち止水中の検知範囲a1を通過するように構成されている。この構成により、止水中の検知範囲a1に対して吐水中の検知範囲a2を、吐水方向Aと直交する方向よりも吐水方向Aにおいて大きな割合で小さくすることができる。すなわち、本実施形態では、吐水方向Aに直交する方向よりも吐水方向Aにおいて、検知範囲a2を縮小し易くすることができる。すなわち、本実施形態の指向性決定手段は、吐水方向とこの方向に直交する径方向における検知範囲の減衰比率を調整する吐水方向及び径方向の減衰比率調整手段として機能する。
【0097】
本実施形態では、止水中は検知可能距離を長く設定することにより、使用者が遠い位置から吐水口26に向けて手を接近させていっても、早期に手を検知して吐水を開始することができる。一方、吐水中は検知可能距離を短く設定することで、吐水口26の近くにある手を確実に検知することができると共に、吐水口26から遠く離れた手や水流の誤検知、及びこれに伴う止水遅れを防止することができる。
【0098】
また、図16(A)に示すように、吐水口26から吐水された洗浄水の水流Wは、流量に応じて、シンク2に近い下流側ほど自然に流れが乱れる。すなわち、洗浄水Wは、シンク2側で粒状になり、水粒が径方向に広がる。また、シンク2から洗浄水が跳ね返ってくる。したがって、電波センサ40が、洗浄水の水流Wの乱れや、跳ね返りの洗浄水を人の手の動きであると誤検知するおそれがある。
【0099】
しかしながら、本実施形態では、吐水中において電波ビームが下方又は水栓本体1Aの基端部側で減衰し、かつ、上方又は使用者側Cへ変位し、検知可能距離が短く設定されるので、洗浄水Wの流れの乱れや跳ね返りの洗浄水に起因する誤検知を回避して、止水遅れを防止することができる。
【0100】
また、図6に示すように、電波放射口27の一部に吐水口26が配置されており、電波放射口27は吐水口26よりも幅方向の長さが大きいので、電波の一部は、止水中とほぼ同様に放射方向B1(すなわち吐水方向A)に向けて放射される。これにより、使用者が容器に水を溜める場合には、吐水方向Aに放射された電波が、容器内の水表面で反射されるので、電波センサ40は、水表面の揺らぎによって対象物の検知を行うことができる。このため、容器への水溜め動作中において、吐水状態を継続させることができる。
【0101】
また、図6に示すように、吐水口26が断面円形であるので、電波は、わずかではあるが、図6において吐水口26の下側付近(真下を除く)からも放射方向B1に向けて放射される。これにより、電波ビームの放射パターンを縦方向(洗浄水Wの流れの下側を含む)にも確保できる。ただし、本実施形態では、吐水口26が、図6において電波放射口27の最下の内面部分に当接されているので、止水中に吐水口26の真下方向に向けて電波が伝播することは抑制されている。したがって、止水後に吐水口26から水滴が滴下したような場合であっても、この水滴の動きは検知されず、不必要に吐水が開始されることが防止されている。
【0102】
次に、本実施形態における止水閾値Ttの設定方法について説明する。
手洗い終了後に洗浄水を確実に止水する際に障害となるのが、シンク2からの水跳ねである。すなわち、水跳ねの影響により、検出信号の振幅が大きくなってしまう。よって、水跳ねがあっても確実に止水するため、止水閾値を、水跳ねの影響を受けた検出信号の大きさよりも大きな値に設定すればよい。
【0103】
しかしながら、止水閾値を大きな値に設定すると、以下のような問題が生じてしまう。一般に、手洗いは、吐水口26から比較的離れた位置で行われるが、歯ブラシは、洗浄水の勢いの強い吐水口26の近くで洗浄される。したがって、止水閾値を大きな値に設定すると、実質的に検知範囲が狭くなるので、吐水口26から離れた位置で行われる手洗いを検知できなくなって吐水が停止され、使い勝手が悪くなってしまう。また、歯ブラシは、電波の反射率が低い樹脂製の検知物体であるので、歯ブラシの検出信号は振幅が小さい。このため、止水閾値を大きな値に設定すると、歯ブラシが検知されなくなって吐水が停止されてしまう。
【0104】
そこで、本実施形態では、歯ブラシ等の洗浄が吐水口26から比較的離れた遠い位置ではなく、吐水口26に近い位置で行われることを利用して、止水閾値Ttを設定している。すなわち、吐水口26から離れた遠い位置での手洗いを検知する場合の検出信号よりも小さく、且つ、妨げられずにシンク2の底面に到達する洗浄水の水流を検知する場合の検出信号よりも大きい範囲において、吐水口26の近くに差し入れられた低電波反射率の検知物体(歯ブラシ等)を検知する場合の検出信号よりも小さい値に止水閾値Ttを設定する。
【0105】
そして、本実施形態では、吐水中の検知範囲a2が、止水中の検知範囲a1よりも吐水方向Aに短く、且つ、吐水方向Aから離れる方向(放射方向B2)に向けられるように設定されるが、その際、吐水口26に近い位置に差し入れられた歯ブラシを検知する場合の検出信号が設定された止水閾値Ttを超えるように、検知範囲a2を設定する。このように、検知範囲a2と止水閾値Ttを互いに調整して、最適な検知範囲a2及び止水閾値Ttを最終的に決定することができる。
【0106】
このように、本実施形態では、検知範囲a2が検知範囲a1に対して縮小されることにより、シンク2の底面付近の水跳ねが検知されなくなり、手洗い終了後に確実に洗浄水を止水させることができる。また、吐水口26から離れた位置で手洗いをした場合あっても、手洗いの状態では比較的大きな振幅の検出信号が検知され、且つ、止水閾値Ttを高い値に設定していないので、手洗い中は吐水を継続させることができる。さらに、吐水口26付近は、電波放射口27に近く、電波強度の強い部分が存在するので、この電波強度の強い部分によって歯ブラシを検知し、吐水を継続させることができる。
【0107】
ここで、図21に基づいて他の実施形態を説明する。この実施形態では、洗浄水の水流Wによる電波の減衰作用が顕著に現われる。この実施形態では、水管20が連通管10の中央を通過し、電波放射口27の中央に吐水口26が配置されている(図21(B)参照)。水管20の位置が電波放射口27の中央にずれても止水中の検知範囲にはほとんど影響がない。このため、図21(A)に示された止水中の検知範囲は、図13の検知範囲a1とほぼ同一である。
【0108】
一方、図21(C)は、吐水中の検知範囲a3を示している。水管20が電波放射口27の中央に位置しているので、洗浄水Wは検知範囲a1の中心軸上を通過し、電波放射口27から放射された電波は、洗浄水Wの周方向においてほぼ均等に洗浄水Wと干渉する。このため、検知範囲a3の放射方向B3は、吐水方向Aから変位することなく、吐水方向Aとほぼ同一になる。吐水中には、電波放射口27から放射された電波の伝播経路中を洗浄水の水流Wが通過するので、この通過により電波は減衰する。また、電波放射口27から放射された電波が洗浄水の水流W内に進入すると、この進入により電波は減衰する。このように、図21の実施形態では、洗浄水の水流Wと電波との干渉によって電波を減衰させることにより、吐水方向A(放射方向B3)に沿った検知範囲a3の長さが短くなり、止水中の検知範囲a1に対して検知可能距離が短くなる。
なお、図21における洗浄水による電波の減衰効果は、図1の実施形態にも当てはまることは明らかである。
【0109】
本発明は、以下のように改変することができる。
上記実施形態では、連通管10を電波の導波管として使用しているが、これに限らず、専用の導波管を用いて、電波センサ40と連通管10の出口との間で電波を導波管により伝播させるように構成してもよい。また、専用の導波管を用いる場合には、この導波管を連通管10の内部又は外部に配置してもよい。
【0110】
また、上記実施形態では、連通管10及び水管20の断面が円形であったが、これに限らず、円形、矩形等の形状としてもよい。
【0111】
また、連通管10の出口部分において、電波放射口を吐水口に対して、明確に使用者側のみに配置してもよい。さらにこの場合、電波放射口の横幅を、吐水口の横幅と同じか、小さく設定してもよい。例えば、連通管10の断面を半円形に二分して、これら断面半円部分にそれぞれ電波放射口及び吐水口を配置してもよいし、連通管10の出口部分の内、使用者側に小径の電波放射口を設けてもよい。
【0112】
このように構成することにより、吐水中においては、電波ビームと洗浄水の流れとの干渉(反射)によって、電波ビームをほぼ完全に使用者側に向けることができる。これにより、検知範囲が、吐水口の下方に存在しなくなるので、吐水口から離れた位置における大流量時の洗浄水の流れの乱れを電波センサ40が誤って検出してしまうことを防止することができ、手洗いが終わった後に、確実に止水させることが可能となる。
【0113】
また、上記実施形態では、吐水口26が断面円形であったが、これに限らず、図22に示すように、吐水口の断面を縦長な形状にしてもよい。図22は、吐水方向に対して垂直な方向における止水中の検知範囲の断面を示している。
図22の例では、図18と異なり、吐水口26aの断面形状が楕円である。この楕円形状は、長軸方向に長さr1、短軸方向に長さr2(r1>r2)を有する。そして、楕円形状の長軸方向は、水栓本体1Aの基端部から使用者へ向かう方向に沿って配置されている。さらに、図18と同様に、吐水口26aは、その外側面のうち、水栓本体1Aの基端部側の側面が、電波放射口27又は連通管10の内面に当接又は近接して配置されている。
【0114】
吐水口26aが楕円形状であっても止水中の検知範囲にはほとんど影響がない。このため、図22(A)に示された止水中の検知範囲は、図18の検知範囲a1とほぼ同一である。
一方、図22(B)は、吐水中の検知範囲a4の断面を示している。吐水中は、電波放射口27から放射された電波は、図22(B)において矢印で模式的に示されているように、洗浄水の水流Wによって反射する。これにより、図22の例では、検知範囲a4は、その断面が楕円形状に変形し、電波放射口27の中心から使用者側Cの境界までの距離が長さR4であり、横方向に幅W4を有する。好ましくは、R4>R1,W4>W1である。
【0115】
このとき、長軸方向の長さr1の方が、短軸方向の長さr2よりも長いので、吐水口26aから吐水される洗浄水の水流Wの側面のうち、使用者側Cの側面部分よりも使用者側Cに対して直交する横方向の側面部分の方が、電波放射口27から放射される電波をより多く反射する。したがって、横方向に反射される電波の方が、使用者側Cへ反射される電波よりも多くなる。これにより、図22の例では、図18と比べて、長さR4が長さR2よりも短く(R4<R2)、幅W4が幅W2よりも大きい(W4>W2)。このように、図22の例では、吐水口の断面形状を変更することにより、吐水口26aと電波放射口27によって、検知範囲の横方向及び厚さ方向(放射方向及び横方向と直交する方向)の長さの相対比を変更し、吐水中の検知範囲の偏平度合いを調整することができる。また、吐水口26aの長さr1,r2を独立的に変更することにより、検知範囲の横方向及び厚さ方向の絶対長さをそれぞれ調整することもできる。このように、本実施形態の指向性決定手段(二重管構造)は、検知範囲の横方向形状及び厚さ方向形状の調整手段として機能する。
【0116】
なお、上記実施形態では、吐水口部において、水管20が連通管10の内周面の最下部分(すなわち、使用者側Cと反対側の内周面)に当接しているが、これに限らず、水管20が内周面の最上部分(すなわち、使用者側Cの内周面)に当接した構成であってもよい。
【符号の説明】
【0117】
1 自動水栓装置
2 シンク
3 基台
10 連通管
11 内側面
12 固定部材
20 水管
26 吐水口
27 電波放射口
28 反射部材
40 電波センサ
50 制御部
A 吐水方向
B1,B2 放射方向
a1,a2 検知範囲
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持体に基端部が固定され使用者側に向けて延在する連通管と吐水弁を備えた水栓本体と、前記連通管内に配置され、前記水栓本体の端部である吐水口部に形成された吐水口に洗浄水を供給する水管と、使用者の動作状態を検知するための電波センサと、前記電波センサの検出信号に基づいて前記吐水弁の開閉を切り替えて、前記吐水口からの洗浄水の吐水と止水を行う制御手段と、を備えた自動水栓装置において、
前記連通管内面と前記水管との間に形成した電波を通過させるための電波通過用空間と、
前記水栓本体の前記基端部側に設けられ、前記電波通過用空間に電波を放出するように配置された前記電波センサと、
前記電波通過用空間に連通し、前記連通管内を通過してきた電波を外部に放出するために前記吐水口部に形成された電波放射口と、
前記電波放射口から放射される電波の指向性を決定するための指向性決定手段と、を備え、
前記指向性決定手段は、止水中には前記吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向に沿うように指向し、かつ、吐水中には前記吐水口から吐水された洗浄水の水流に対して吐水方向に沿って連続的に干渉するように、前記電波放射口から放射される電波を指向させるように構成され、
前記吐水口部は、吐水中において、前記電波放射口から放射される電波を、少なくとも前記水流の横方向の両側面に干渉させるように構成されていることを特徴とする自動水栓装置。
【請求項2】
前記電波放射口は、前記水管よりも横方向に大きな幅を有するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の自動水栓装置。
【請求項3】
前記電波放射口は、前記水管の両側面を覆うように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の自動水栓装置。
【請求項4】
前記電波放射口は、略円形であることを特徴とする請求項3に記載の自動水栓装置。
【請求項5】
前記水管は、略円形の外形を有し、且つ、前記電波放射口の内部において前記電波放射口の中心からずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の自動水栓装置。
【請求項6】
前記水管は、前記電波放射口の一方側の内面に当接されていることを特徴とする請求項5に記載の自動水栓装置。
【請求項7】
前記電波放射口の一方側の内面は、前記電波放射口の内面のうち、使用者側とは反対側の内面であることを特徴とする請求項6に記載の自動水栓装置。
【請求項8】
前記連通管は、その内面が電波を透過しない材料で形成されており、
前記水管は、その外面が電波を透過しない材料で形成されており、前記連通管の内面に当接するように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の自動水栓装置。
【請求項1】
支持体に基端部が固定され使用者側に向けて延在する連通管と吐水弁を備えた水栓本体と、前記連通管内に配置され、前記水栓本体の端部である吐水口部に形成された吐水口に洗浄水を供給する水管と、使用者の動作状態を検知するための電波センサと、前記電波センサの検出信号に基づいて前記吐水弁の開閉を切り替えて、前記吐水口からの洗浄水の吐水と止水を行う制御手段と、を備えた自動水栓装置において、
前記連通管内面と前記水管との間に形成した電波を通過させるための電波通過用空間と、
前記水栓本体の前記基端部側に設けられ、前記電波通過用空間に電波を放出するように配置された前記電波センサと、
前記電波通過用空間に連通し、前記連通管内を通過してきた電波を外部に放出するために前記吐水口部に形成された電波放射口と、
前記電波放射口から放射される電波の指向性を決定するための指向性決定手段と、を備え、
前記指向性決定手段は、止水中には前記吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向に沿うように指向し、かつ、吐水中には前記吐水口から吐水された洗浄水の水流に対して吐水方向に沿って連続的に干渉するように、前記電波放射口から放射される電波を指向させるように構成され、
前記吐水口部は、吐水中において、前記電波放射口から放射される電波を、少なくとも前記水流の横方向の両側面に干渉させるように構成されていることを特徴とする自動水栓装置。
【請求項2】
前記電波放射口は、前記水管よりも横方向に大きな幅を有するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の自動水栓装置。
【請求項3】
前記電波放射口は、前記水管の両側面を覆うように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の自動水栓装置。
【請求項4】
前記電波放射口は、略円形であることを特徴とする請求項3に記載の自動水栓装置。
【請求項5】
前記水管は、略円形の外形を有し、且つ、前記電波放射口の内部において前記電波放射口の中心からずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の自動水栓装置。
【請求項6】
前記水管は、前記電波放射口の一方側の内面に当接されていることを特徴とする請求項5に記載の自動水栓装置。
【請求項7】
前記電波放射口の一方側の内面は、前記電波放射口の内面のうち、使用者側とは反対側の内面であることを特徴とする請求項6に記載の自動水栓装置。
【請求項8】
前記連通管は、その内面が電波を透過しない材料で形成されており、
前記水管は、その外面が電波を透過しない材料で形成されており、前記連通管の内面に当接するように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の自動水栓装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【公開番号】特開2012−77602(P2012−77602A)
【公開日】平成24年4月19日(2012.4.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−196158(P2011−196158)
【出願日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【出願人】(000010087)TOTO株式会社 (3,889)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年4月19日(2012.4.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【出願人】(000010087)TOTO株式会社 (3,889)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]