(57)【要約】【課題】小便器の使用を自動判断して洗浄を行うことができるとともに、安価で簡易な構成の洗浄装置を提供する。【解決手段】水洗弁を有する小便器の裏面に設置され、小便器の振動を検出する振動検出器と、振動検出器で検出した振動信号から小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の信号を抽出するフィルタ回路と、フィルタ回路で抽出した信号の振幅レベルに基づいて、小便器の水洗弁の開閉制御を行う駆動部とを備える小便器を提供する。安価で簡易な構成の振動検出器を用いることにより、安価で且つ簡易な洗浄装置で小便器の使用を的確に判断し、小便器の洗浄を確実に行うことができる。【選択図】図１
2010031585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水洗弁を有する小便器の裏面に設置され、前記小便器の振動を検出する振動検出器と、
前記振動検出器で検出した振動信号から前記小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の信号を抽出するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路で抽出した前記信号の振幅レベルに基づいて、前記小便器の前記水洗弁の開閉制御を行う駆動部と、
を備える小便器の洗浄装置。
【請求項２】
さらに、前記振幅レベルを検出するレベル検出器を備える請求項１に記載に洗浄装置。
【請求項３】
さらに、前記振動検出器で検出した前記振動信号から雑音信号成分を除去する適応型ローパスフィルタを備える請求項１または２に記載の洗浄装置。
【請求項４】
さらに、前記振動検出器で検出した前記振動信号をフーリエ変換して振動スペクトルを出力するフーリエ変換部と、
前記小便器が使用されていない時に予め求められた雑音スペクトルを記憶する記憶部と、
前記振動スペクトルと、前記雑音スペクトルとを減算する減算器と、
前記減算器の出力スペクトルを逆フーリエ変換し、該変換された信号を前記フィルタ回路に出力する逆フーリエ変換部と、
を備える請求項１または２に記載の洗浄装置。
【請求項５】
水洗弁を有する小便器の裏面に設置され、前記小便器の振動を検出する第１の振動検出器と、
前記小便器の裏面に設置され且つ前記小便器の長手方向に第１の振動検出器から所定距離離して設置され、前記小便器の振動を検出する第２の振動検出器と、
第１及び第２の振動検出器の少なくとも一方で検出した振動信号から前記小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の第１信号を抽出する第１フィルタ回路と、
第１の振動検出器で検出した振動信号から前記小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の第２信号を抽出する第２フィルタ回路と、
第２の振動検出器で検出した振動信号から前記小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の第３信号を抽出する第３フィルタ回路と、
第２及び第３信号の位相差を検出する位相差検出回路と、
第１信号の振幅レベルと、第２及び第３信号の位相差とに基づいて、前記小便器の前記水洗弁の開閉制御を行う駆動部と、
を備える小便器の洗浄装置。
【請求項６】
さらに、第１信号の前記振幅レベルを検出するレベル検出器を備える請求項５に記載に洗浄装置。
【請求項７】
さらに、第１及び第２の振動検出器の少なくとも一方で検出した前記振動信号から雑音信号成分を除去して、該雑音信号成分を除去した信号を第１フィルタ回路に出力する適応型ローパスフィルタを備える請求項５または６に記載の洗浄装置。
【請求項８】
さらに、第１及び第２の振動検出器の少なくとも一方で検出した前記振動信号をフーリエ変換して振動スペクトルを出力するフーリエ変換部と、
前記小便器が使用されていない時に予め求められた雑音スペクトルを記憶する記憶部と、
前記振動スペクトルと、前記雑音スペクトルとを減算する減算器と、
前記減算器の出力スペクトルを逆フーリエ変換し、該変換された信号を第１フィルタ回路に出力する逆フーリエ変換部と、
を備える請求項５または６に記載の洗浄装置。
【請求項９】
さらに、第１及び第２の振動検出器で検出した振動信号を加算し、該加算した信号を第１フィルタ回路に出力する加算器を備える請求項５〜８のいずれか一項に記載の洗浄装置。
【請求項１０】
前記振動検出器が、圧電素子であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の洗浄装置。
【請求項１１】
前記振動検出器が、前記小便器の裏面に接着されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小便器の洗浄装置に関し、より詳細には、使用後に自動洗浄を行う小便器に使用して好適な洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
便器の洗浄技術においては、使用後にレバー操作などにより水を流して便器を洗浄する手法が一般的である。しかしながら、特に男子用の小便器においては、使用後に、このレバー操作による洗浄が行われない場合もしばしば見かけられる。
【０００３】
上記問題を解決するために、従来、一定時間毎に水を流す洗浄方法が実施されている。しかしながら、この方法では、使用されていないときにも水が流れるので、水資源の無駄遣いになるといった問題があった。この問題を解決するために、人感センサを用いた自動洗浄装置が開発されている。
【０００４】
従来開発されている自動洗浄装置では、使用後に使用者が小便器から離れたことを人感センサで検知して、自動的に水を流して便器を洗浄する。このような便器の自動洗浄装置では、人感センサとして、例えば赤外線を用いた装置（例えば、特許文献１参照）や、マイクロ波を利用したドップラセンサを用いた装置（例えば、特許文献２及び３参照）が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９６８７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２８５７６５号公報
【特許文献３】特開２００２−２８６８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、従来、様々な小便器の自動洗浄装置が提案されているが、例えば、特許文献１に記載されているような赤外線による人感センサを用いた自動洗浄装置では、次のような問題がある。特許文献１の自動洗浄装置では、図１８に示すように小便器の上面部に人感センサが設けられている。しかしながら、このような構成では、陶器で製造される小便器の上面部にセンサを設置する窓を設けるための製造工程が別途必要になる。この場合、製造工程の増加による製品価格の上昇等を招くことになる。
【０００７】
上記問題をより具体的に説明すると、一般に陶製の小便器にセンサの設置窓を設けるためには、窓部を形成するための型などを別途に設ける工程が必要になる。また、このような窓部は小便器の構造的な強度を弱くするので、小便器を安定に製造するためには、製造工程の改善や、製造工程に時間的な余裕を持たせる必要が生じる。さらに、窓部にセンサを設置する工程も必要となる。これらの製造工程の改善や増加は、製造コストの上昇の要因となる。
【０００８】
上記問題を解決するために、従来、人感センサを小便器の上方の配管などに別体として設けることも実施されている。しかしながら、人感センサを小便器から離して設けた場合には、小便器が使用されていない時にも、人体などが人感センサの前を通過するだけで人感センサが反応し、誤動作するおそれがある。また、人感センサを特に小便器の上方に設けた場合には、子供等の身長の低い使用者の検知が困難になるという問題も生じる。さらに、人感センサを別体として設けた場合には、人感センサが目立つため、悪戯等による破損の被害が発生しやすくなる。
【０００９】
一方、特許文献２に記載されている洗浄装置では、小便器の裏面に設置されたドップラセンサから１０ＧＨｚ程度のマイクロ波を発射し、小便器を透過したマイクロ波が使用者から反射して戻ってくるマイクロ波を受信する。したがって、このような洗浄装置では、小便器を透過するマイクロ波を検出するので、小便器に特別なセンサ窓等を設ける必要はない。しかしながら、１０ＧＨｚのマイクロ波の発信器や受信機の設備が極めて高価であるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述した様々な問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、小便器の使用を自動判断して洗浄を行うことができるとともに、安価で簡易な構成の洗浄装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、第１の本発明の小便器の洗浄装置は、水洗弁を有する小便器の裏面に設置された振動検出器と、フィルタ回路と、駆動部とを備える構成とし、各部の機能は次の通りとした。振動検出部は、小便器の振動を検出する。フィルタ回路は、振動検出器で検出した振動信号から小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の信号を抽出する。そして、駆動部は、フィルタ回路で抽出した信号のレベルに基づいて、小便器の水洗弁の開閉制御を行う。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、第２の本発明の小便器の洗浄装置は、小便器の裏面に設置された第１の振動検出器と、小便器の裏面の長手方向に第１の振動検出器から所定距離離して設置された第２の振動検出器とを備える構成とした。また、第２の本発明の洗浄装置は、第１〜３フィルタ回路と、位相差検出回路と、駆動部とを構成とした。そして、各部の機能は次の通りとした。第１及び第２の振動検出器は、小便器の振動を検出する。第１フィルタ回路は、第１及び第２の振動検出器の少なくとも一方で検出した振動信号から小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の第１信号を抽出する。第２フィルタ回路は、第１の振動検出器で検出した振動信号から小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の第２信号を抽出する。第３フィルタ回路は、第２の振動検出器で検出した振動信号から小便器に固有の共振周波数を含む所定帯域の第３信号を抽出する。位相差検出回路は、第２及び第３信号の位相差を検出する。そして、駆動部は、第１信号の振幅レベルと、第２及び第３信号の位相差とに基づいて、小便器の水洗弁の開閉制御を行う。
【００１３】
なお、本明細書で言う「小便器の振動を検出する振動検出器」は、例えば圧電素子のように小便器の振動を直接検出する振動検出器のみならず、例えばマイクロフォンのように小便器の振動を空気振動を介して（音声で）間接的に検出する振動検出器も含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の小便器の洗浄装置では、小便器の裏面に設置された振動検出器で検出した振動信号から小便器に固有の共振周波数成分の信号を抽出し、その信号（振幅レベルまたは振幅レベル及び位相差）に基づいてユーザが小便器を使用しているか否かの判断を行う。この際、振動検出に用いる振動検出器としては、後述するように、安価で簡易な構成の振動検出器を用いることができる。それゆえ、本発明によれば、安価で且つ簡易な設備で小便器の使用を的確に判断し、小便器の洗浄を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：基本構成例
２．第２の実施形態：２つの振動検出器を備える構成例
３．第３の実施形態：フーリエ変換回路部を備える構成例
４．第４の実施形態：２つの振動検出器及びフーリエ変換回路部を備える構成例
【００１６】
［第１の実施形態］
［装置構成］
図１は、本発明に係る小便器の洗浄装置の第１の実施形態の構成例を示すブロック図である。本実施形態の洗浄装置１００は、図１に示すように、小便器１のリム部１ｂの裏面に設置された振動検出素子２と、適応型ローパスフィルタ３と、バンドパスフィルタ４と、減算器５とを備える。また、洗浄装置１００は、２つのレベル検出器６及び７と、比率計算部８と、比較部９と、判定信号出力回路１０と、電源１１とを備える。なお、図１には示していないが、洗浄装置１００の各部は電源１１から電力供給されている。ただし、電力供給の形態はこれに限定されず、外部電源から電力供給を行ってもよい。
【００１７】
小便器１は、陶製の小便器であり、尿水が主に当たるリム部１ｂと、その上下端にそれぞれ設けられた上面部１ａ及び底面部１ｃとから構成される。すなわち、本実施形態の小便器１は、従来使用されている周知のものである。陶製の小便器１は、外力が与えられた際に固有の共振周波数で振動する性質を有している。この共振周波数は約２．５ｋＨｚであり、小便器１が陶製であれば、小便器１の材質や形状が大幅に変更されない限り、その値はほぼ変わらない。
【００１８】
ここで、本実施形態の洗浄装置１００を構成する各部の機能を簡単に説明する。
【００１９】
振動検出素子２（振動検出器）は、小便器１の振動を検出して、その振動に対応した電圧等の信号（図１中のＳａ：以下、振動信号ともいう）を出力する。本実施形態では、振動検出素子２として、振動を電圧に変換する圧電素子を用いた。
【００２０】
図２は、本実施形態で用いた圧電素子の概略構成図である。振動検出素子２は、板状の圧電部材５０と、その上下面に形成された２つの電極５１及び５２とで構成される。また、電極５１及び５２は、リード線５３を介して適応型ローパスフィルタ３に接続されている。なお、振動検出素子２は、両面粘着テープを用いて小便器１に接着固定する。振動検出素子２の配置位置は、小便器１のサイズや振動検出素子２の感度等により適宜変更し得るが、十分な振幅レベルの振動信号を検出するために、尿水が当たる可能性の高い位置の近傍が望ましい。
【００２１】
なお、小便器１の使用時の振動には、尿水が小便器１に当たったときの振動成分（小便器１に固有の共振周波数を含む所定帯域の振動成分）だけでなく、雑音による振動成分が含まれる。その主な雑音としては、例えば配管を流れる水の音（振動）や換気扇などの小便器周辺で恒常的に存在する背景雑音（任意の周波数特性を有する）や、例えば人の移動（足音）や声、エレベータの移動等の突発的な雑音がある。
【００２２】
適応型ローパスフィルタ３は、振動検出素子２の出力端子に接続されており、振動検出素子２の出力信号Ｓａから、上述した恒常的な背景雑音（配管等の雑音）を除去する。適応型ローパスフィルタ３としては、最小２乗平均（ＬＭＳ：Least Mean Square）ローパスフィルタを用い得る。この場合、適応型ローパスフィルタ３は、単位遅延素子を縦続して接続した構成となる。そして、適応型ローパスフィルタ３は、単位遅延素子の各段の出力を重み付け加算すると共に、各段の出力を最小２乗法等により計算して重み付けを定めるような構成となる。
【００２３】
バンドパスフィルタ４（フィルタ回路）は、適応型ローパスフィルタ３の出力端子に接続されており、適応型ローパスフィルタ３の出力信号（図１中の信号Ｓｂ）から、小便器１の共振周波数を含む（中心周波数とする）所定帯域の周波数信号成分（図１中の信号Ｓｃ）を抽出する。
【００２４】
減算器５は、適応型ローパスフィルタ３の出力端子及びバンドパスフィルタ４の出力端子に接続されている。減算器５は、適応型ローパスフィルタ３の出力信号Ｓｂとバンドパスフィルタ４の出力信号Ｓｃとの差を計算し、その差信号（図１中の信号Ｓｄ）を出力する。すなわち、減算器５は、振動検出素子２で検出された検出信号のうち、主に、上述した突発的な雑音の信号成分を含んだ信号（差信号Ｓｄ）を出力する。
【００２５】
レベル検出部６及び７は、それぞれ、バンドパスフィルタ４からの出力信号Ｓｃ及び減算器５からの出力信号Ｓｄの振幅レベル（Ｌｃ及びＬｄ）を検出する。より具体的には、バンドパスフィルタ４からの出力信号Ｓｃ及び減算器５からの出力信号Ｓｄのエンベロープ（包絡線）を検出する。
【００２６】
比率計算部８は、レベル検出部６及び７の出力端子に接続されており、レベル検出部６及び７からそれぞれ出力されたレベル信号Ｌｃ及びＬｄのレベル比率Ｌｒ＝Ｌｃ／Ｌｄを計算して出力する。すなわち、比率計算部８は、小便器１に固有の共振周波数を含む所定帯域の信号成分が雑音成分に対してどの程度の割合となるかを算出する。
【００２７】
比較部９（駆動部）は、比率計算部８及び判定信号出力回路１０の出力端子に接続されている。比較部９は、比率計算部８から出力されたレベル比率Ｌｒの信号と判定信号出力回路１０の出力信号Ｐ１との大小関係を判定して、ユーザが小便器１を使用しているか否かの判定をする。また、比較部９の出力端子は水洗弁１２に接続されており、比較部９の判定結果に基づいて、水洗弁１２の開閉制御を行う。
【００２８】
判定信号出力回路１０は、コンデンサ１０ａと可変抵抗器１０ｂとで構成され、可変抵抗器１０ａは電源１１に接続されている。判定信号出力回路１０は、可変抵抗器１０ａによりコンデンサ１０ｂにかかる電圧、すなわち、判定信号Ｐ１の値を調節できる構成になっている。なお、判定信号Ｐ１は任意の値であり、小便器１の使用環境等に応じて適宜設定される値である。
【００２９】
［洗浄装置の動作］
次に、本実施形態の小便器の洗浄装置の動作を図３〜７を参照しながらより詳細に説明する。
【００３０】
図３は、本実施形態の洗浄動作の手順を示したフローチャートである。なお、以下の説明では、小便器１が使用されている場合について説明する。ただし、小便器１が使用されていない場合であっても、以下の処理が行われる。その場合には、検出した振動信号には小便器１に固有の共振周波数を含む信号成分が含まれないので、後述するステップＳ１８でＮＯ判定となり、比較部９からは駆動信号Ｓｆが出力されない。
【００３１】
まず、ユーザが小便器１を使用すると、尿水は小便器１のリム部１ｂに当たり、その後、底面部１ｃに溜まって排水される。この際、振動検出素子２は、尿水が小便器１のリム部１ｂに当たった際に小便器１に発生する共振振動（共振音）を含む小便器１の振動を検出する（ステップＳ１１）。そして、振動検出素子２は、検出信号Ｓａを適応型ローパスフィルタ３に出力する。
【００３２】
図４Ａに、ステップＳ１１において振動検出素子２で検出される信号Ｓａの周波数特性を示す。なお、図４Ａの横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。検出信号Ｓａには、尿水の衝突により小便器１で発生する共振振動の信号成分Ｓ１だけでなく、上述した恒常的な背景雑音成分Ｓ２及び突発的な雑音成分Ｓ３が含まれる。共振振動成分Ｓ１は、小便器１に固有の共振によるものであるので、その信号成分の周波数は小便器１の固有の共振周波数ｆ０の近傍になる。一方、背景雑音成分Ｓ２は、雑音の発生源に応じてその周波数特性は変わるが、所定の周波数近傍でゲインが大きくなるような周波数特性となる。また、突発的な雑音成分Ｓ３の周波数特性は、振幅が略一律のホワイトノイズに近いものになるものと考えられている。なお、図４Ａに示していないが、振動検出素子２で検出される信号Ｓａに含まれる雑音成分としては、上述した恒常的な背景雑音成分Ｓ２や突発的な雑音成分Ｓ３以外の様々な雑音成分も含まれる。これらの雑音成分のレベルは雑音成分Ｓ２やＳ３に比べて小さく、その成分の影響も小さいので、ここでは省略している。また、検出信号Ｓａの時系列の信号波形（不図示）において、小便器１の使用されている時間帯では、図４Ａに示した雑音信号成分Ｓ２及びＳ３の振幅に、共振信号成分Ｓ１の振幅が加わるので、使用時の振幅は小便器１が使用されていない時間帯の振幅より大きくなる。
【００３３】
次いで、適応型ローパスフィルタ３は、入力された検出信号Ｓａから恒常的な背景雑音成分Ｓ２を除去する（ステップＳ１２）。そして、適応型ローパスフィルタ３は、恒常的な背景雑音成分Ｓ２が除去された信号Ｓｂをバンドパスフィルタ４及び減算器５に出力する。
【００３４】
図４Ｂに、ステップＳ１２において適応型ローパスフィルタ３から出力される信号Ｓｂの周波数特性を示す。なお、図４Ｂの横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。適応型ローパスフィルタ３では、恒常的な背景雑音成分Ｓ２を除去するので、適応型ローパスフィルタ３の出力信号Ｓｂの周波数特性では背景雑音成分Ｓ２が無くなり、尿水の衝突により小便器１で発生する共振振動成分Ｓ１と突発的な雑音成分Ｓ３とが主に残る。
【００３５】
次いで、バンドパスフィルタ４は、入力された信号Ｓｂから小便器１の固有の共振周波数ｆ０（バンドパスフィルタ４の中心周波数）を含む所定帯域Δｆの信号を抽出する（ステップＳ１３）。なお、本実施形態では、バンドパスフィルタ４で抽出された信号に、尿水の衝突により小便器１で発生する共振振動の信号成分Ｓ１全体が含まれるように周波数帯域Δｆを設定した。具体的には、抽出する周波数帯域を１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ（Δｆ＝３ｋＨｚ）とした。そして、バンドパスフィルタ４は、抽出した信号Ｓｃを減算器５及びレベル検出部６に出力する。
【００３６】
図４Ｃに、ステップＳ１３においてバンドパスフィルタ４で抽出された信号Ｓｃの周波数特性を示す。なお、図４Ｃの横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。抽出信号Ｓｃには、尿水の衝突により小便器１で発生する共振振動成分Ｓ１及び同じ帯域の突発的な雑音成分Ｓ３が含まれている。しかしながら、信号Ｓｃのレベル値Ｌｃは、主に小便器１で発生する共振振動の信号成分Ｓ１に依存すると考えられる。
【００３７】
なお、バンドパスフィルタ４の中心周波数ｆ０を設定する際には、上述したような陶製の小便器１に共通した共振周波数ｆ０（約２．５ｋＨｚ）をバンドパスフィルタ４の中心周波数として用いてもよい。また、小便器１により共振周波数ｆ０が多少ばらつくので、実際に用いる小便器１の固有の共振周波数ｆ０をあらかじめ測定して求めておき、その値をバンドパスフィルタ４の中心周波数として用いてもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、小便器１の共振振動の信号成分Ｓ１が全て含まれるようにバンドパスフィルタ４で抽出する帯域幅Δｆを設定している。これは、小便器１により共振周波数ｆ０のばらつきが存在しても、確実に共振周波数ｆ０近傍の信号成分を取り出すためである。それゆえ、実際に用いる小便器１の固有の共振周波数ｆ０をあらかじめ測定している場合には、帯域幅Δｆをより狭くして、求めた共振周波数ｆ０近傍のみの成分を抽出してもよい。
【００３９】
ここで、図３のフローチャートに戻って、次に、減算器５は、適応型ローパスフィルタ３の出力信号Ｓｂからバンドパスフィルタ４の出力信号Ｓｃを減算する（ステップＳ１４）。そして、減算器５は、減算された信号Ｓｄをレベル検出部７に出力する。
【００４０】
図４Ｄに、ステップＳ１４において減算器５から出力される減算信号Ｓｄの周波数特性を示す。なお、図４Ｄの横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。減算信号Ｓｄは、周波数帯域Δｆの周波数成分を含まない信号となる。また、減算器５では、適応型ローパスフィルタ３の出力信号Ｓｂから、主に、小便器１で発生する共振振動成分Ｓ１を除去しているので、減算信号Ｓｄに含まれる主な信号成分は突発的な雑音成分Ｓ３（ホワイトノイズ）となる。それゆえ、減算信号Ｓｄの時系列の信号波形（図６Ａ参照）は、ほぼ振幅一定の平坦な特性となる。
【００４１】
次いで、レベル検出器６は、バンドパスフィルタ４の出力信号Ｓｃの振幅のレベル信号Ｌｃを検出する（ステップＳ１５）。そして、レベル検出器６は検出したレベル信号Ｌｃを比率計算部８に出力する。
【００４２】
図５Ａ及び５Ｂに、ステップＳ１５におけるレベル信号Ｌｃの検出の様子を示す。図５Ａは、レベル検出器６の入力波形であり、図５Ｂは、レベル検出器６の出力波形である。なお、図５Ａ及び５Ｂの横軸は時間であり、図５Ａの縦軸は振幅であり、そして、図５Ｂの縦軸は信号レベルである。レベル検出器６の入力信号Ｓｃの波形は、図５Ａ中の実線で示すような高周波信号であり、小便器１が使用されている時間帯でその振幅が大きくなる。レベル検出器６は、このような高周波信号のエンベロープ（包絡線：図５Ａ中の破線）を検出して出力する。それゆえ、レベル検出器６から出力されるレベル信号Ｌｃは、図５Ｂに示すように、小便器１が使用されている時間帯で信号レベルが大きくなり、それ以外の時間帯では、ほぼ均一レベルの信号波形となる。
【００４３】
次いで、レベル検出器７は、減算器５の出力信号Ｓｄの振幅のレベル信号Ｌｄを検出する（ステップＳ１６）。そして、レベル検出器７は検出したレベル信号Ｌｄを比率計算部８に出力する。なお、本実施形態では、ステップＳ１６をステップＳ１５の後に行っているが、ステップＳ１６をステップＳ１５の前に行ってもよいし、同時に平行して行ってもよい。
【００４４】
図６Ａ及び６Ｂに、ステップＳ１６におけるレベル信号Ｌｄの検出の様子を示す。図６Ａは、レベル検出器７の入力波形であり、図６Ｂは、レベル検出器７の出力波形である。なお、図６Ａ及び６Ｂの横軸は時間であり、図６Ａの縦軸は振幅であり、そして、図６Ｂの縦軸は信号レベルである。レベル検出器７の入力信号Ｓｄに含まれる信号成分は、上述のように、主に突発的な背景雑音成分であるので、レベル検出器７の入力信号Ｓｄの波形は、図６Ａ中の実線で示すような振幅略一定の高周波信号（ホワイトノイズ）となる。それゆえ、レベル検出器７から出力されるレベル信号Ｌｄは、図６Ｂに示すように、信号レベルが略均一の信号波形となる。
【００４５】
次いで、比率計算部８は、入力されたレベル信号Ｌｃ及びＬｄのレベル比率Ｌｒ＝Ｌｃ／Ｌｄを計算し（ステップＳ１７）、レベル比率Ｌｒの信号を比較部９に出力する。
【００４６】
図７Ａに、ステップＳ１７において比率計算部８から出力されるレベル比率Ｌｒの信号波形を示す。なお、図７Ａの横軸は時間であり、図７Ａの縦軸は信号レベルである。比率計算部８から出力されたレベル比率Ｌｒは、図７Ａに示すように、小便器１が使用されている間はレベル比率Ｌｒが大きくなり、それ以外の時間帯は平坦な特性となる。なお、上述のように、突発的な雑音成分Ｓ３は一般的にホワイトノイズである。それゆえ、レベル検出器６に入力されるΔｆの帯域の信号Ｓｃに含まれる突発的な雑音成分Ｓ３の信号レベルと、減算器５から出力されたΔｆ以外の帯域の信号Ｓｄに含まれる突発的な雑音成分Ｓ３の信号レベルとは、ほぼ同一となる。したがって、レベル比率Ｌｒ＝Ｌｃ／Ｌｄの信号波形において、小便器１が使用されていない平坦な部分の値は約１となる。
【００４７】
次いで、比較部９は、比率計算部８から出力されたレベル比率Ｌｒの信号と判定信号Ｐ１との大小関係を比較する（ステップＳ１８）。なお、本実施形態では、判定信号Ｐ１の信号レベルが、小便器１が使用していない時の信号レベル、すなわち、１より大きく且つ、小便器１を使用している際に得られる信号レベルの最大値より小さくなるように設定した。
【００４８】
レベル比率Ｌｒの信号レベルが判定信号Ｐ１以上である場合（ステップＳ１８でＹＥＳ判定となった場合）に、比較部９は、所定レベルの信号Ｓｆ（駆動信号）を水洗弁１２に出力する（ステップＳ１９）。一方、レベル比率Ｌｒの信号レベルが判定信号Ｐ１より小さい場合（ステップＳ１８でＮＯ判定となった場合）に、比較部９は、信号Ｓｆを水洗弁１２に出力しない（ステップＳ２０）。
【００４９】
図７Ｂに、ステップＳ１９において比較部９から出力される駆動信号Ｓｆの信号波形を示す。なお、図７Ｂの横軸は時間であり、図７Ｂの縦軸は信号レベルである。本実施形態では、レベル比率Ｌｒが判定信号Ｐ１以上である場合に、比較部９から所定レベルの信号を出力し続けるので、比較部９から出力される駆動信号Ｓｆの波形は、図７Ｂに示すように、矩形状の波形となる。
【００５０】
そして、比較部９は、駆動信号Ｓｆを出力して小便器１の水洗弁１２の開閉制御を行う。具体的には、所定レベルの駆動信号Ｓｆが立ち下がった時点（小便器１の使用が終了した時点）で、水洗弁１２を開けて、所定時間の間小便器１を洗浄する。なお、水洗弁１２は、水洗弁１２の開放から所定時間経過すれば自動的に水洗弁１２が閉じる構成となっている。
【００５１】
図８に、本実施形態における小便器１の使用状況、駆動信号Ｓｆの出力状況及び水洗弁１２の開閉状況のタイミングチャートを示す。本実施形態では、図８に示すように、ユーザが小便器１を使用している間、洗浄装置１００は水洗弁１２に駆動信号Ｓｆを出力し続ける。そして、小便器１の使用が終了した時点で、駆動信号Ｓｆが立ち下がり、この立ち下がりを検出した水洗弁１２は、弁を所定期間開放して水を流し、洗浄を行う。
【００５２】
本実施形態では、上述のようにして小便器１の使用の有無を判断し、小便器１の使用が終了次第、水洗弁１２を開けて小便器１を洗浄する。
【００５３】
上述のように、本実施形態では、比較的安価な圧電素子を振動検出素子２として小便器１の裏面に設置し、それにより検出された振動信号から小便器１の固有の共振周波数を含む帯域の信号を抽出する。そして、その抽出した信号の振幅レベルに基づいて小便器１の水洗弁１２を駆動する。また、上述のように、本実施形態では、従来のように、例えば陶製の便器に特別な窓等を設けたり、１０ＧＨｚのマイクロ波の発信器や受信機等の高価な設備を設けたりする必要はない。すなわち、本実施形態によれば、極めて安価な設備（圧電素子や回路等）で小便器１の使用を的確に判断し、小便器１の洗浄を確実に行うことができる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、小便器１の裏面に振動検出素子２を接着して取り付けているので、その設置を容易に行うことができ、装置構成もより簡易になる。
【００５５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態では、例えば、公衆用に設置された小便器に使用して好適な洗浄装置について説明する。小便器の使用の有無を検出する際、小便器が個室に設置されている場合には上述した第１の実施形態の洗浄装置で問題はない。しかしながら、公衆用に設置された小便器では、その正面等で大声の会話が行われると、その会話の音声に小便器が共振し、その共振振動を振動検出器が検出する。この場合、洗浄装置は小便器が使用されていると誤判断する可能性がある。本実施形態では、このような誤判断を防止することができる小便器の洗浄装置を説明する。
【００５６】
［装置構成］
図９は、本発明に係る小便器の洗浄装置の第２の実施形態の構成例を示すブロック図である。なお、図９において、第１の実施形態と同じ構成部分には同一符号を付した。なお、図９には図示していないが、本実施形態の洗浄装置は、第１の実施形態と同様に電源を内蔵している。
【００５７】
本実施形態の洗浄装置２００は、図９に示すように、小便器１のリム部１ｂの裏面に設置された２つの振動検出素子２ａ及び２ｂと、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した信号を加算する加算器２１とを備える。また、洗浄装置２００は、振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した信号のレベルを判定するレベル判定回路２９と、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した信号の位相差を検出する位相差判定回路３０とを備える。さらに、洗浄装置２００は、レベル判定回路２９及び位相差判定回路３０の出力信号に基づいて、小便器１の使用の有無を判定するＡＮＤ回路部２８を備える。本実施形態では、レベル判定回路２９及び位相差判定回路３０の両方でそれぞれ別個に小便器１の使用の有無を判定し、その両判定結果に基づいてＡＮＤ回路部２８で最終的な判定を行う。以下に、本実施形態の洗浄装置２００を構成する各部の機能を簡単に説明する。
【００５８】
２つの振動検出素子２ａ及び２ｂ（第１及び第２の振動検出器）は、図９に示すように、小便器１のリム部１ｂの裏面に取り付けられ、その上下方向（長手方向）に所定間隔離して接着固定されている。また、小便器１の使用時に尿水がリム部１ｂに当たる平均の高さが、振動検出素子２ａ及び２ｂを結ぶ線の中央位置より下となるように、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂは、上下に離間して配置されている。なお、後述する２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出する信号間の位相差をより確実に検出するためには、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂは、約２０ｃｍ程度離して設置することが好ましい。
【００５９】
加算器２１は、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された信号Ｓａ１及びＳａ２を加算し、その加算信号Ｓａをレベル判定回路２９に出力する。なお、本実施形態において、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された信号を加算する理由は次のとおりである。
【００６０】
図９に示すように、尿水が当たる位置は、上方の振動検出素子２ａより下方の振動検出素子２ｂの方が近くなる。それゆえ、下方の振動検出素子２ｂでは十分なレベルの振動信号を検出することができるが、上方の振動検出素子２ａでは振動信号の検出レベルが低くなる。それゆえ、上方の振動検出素子２ａからの検出信号のみを用いた場合には、レベル判定回路２９で正確に小便器１の使用の有無を判定できなくなる恐れがある。したがって、本実施形態では、上下２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された信号を加算器２１で加算して、レベル判定回路２９での判定に必要な十分な信号レベルを確保する。なお、上下２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された信号には後述するように位相差が生じるので、加算器２１で加算された信号のレベルは、上下２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された信号を同位相で加算した場合のレベルより低くなるが、レベル判定回路２９での判定に必要な十分な信号レベルは確保することができる。
【００６１】
なお、本発明はこれに限定されず、下方の振動検出素子２ｂでは、ある程度大きな信号レベルの振動信号を検出することができるので、レベル判定回路２９の入力信号として、下方の振動検出素子２ｂからの検出信号のみを用いてもよい。また、より高感度の振動検出素子を用いた場合には、上方の振動検出素子２ａの検出信号のみをレベル判定回路２９に入力してもよい。これらの場合には加算器２１を設ける必要は無い。
【００６２】
レベル判定回路２９は、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した振動信号から、小便器１に固有の共振周波数の信号成分を抽出して、その抽出信号の振幅レベルに基づいて小便器１の使用の有無を判定する。本実施形態では、図１と図１０の比較から明らかなように、レベル判定回路２９の構成は、第１の実施形態の洗浄装置１００と同様の構成である。それゆえ、ここでは、レベル判定回路２９の構成の詳細な説明は省略する。
【００６３】
位相差判定回路３０は、図９に示すように、２つのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２及び２３と、位相比較回路２４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５と、比較部２６と、判定信号出力回路２７とを備える。
【００６４】
２つのバンドパスフィルタ２２及び２３（第２及び第３フィルタ回路）は、それぞれ上方の振動検出素子２ａ及び下方の振動検出素子２ｂに接続されている。２つのバンドパスフィルタ２２及び２３は、それぞれ、上方の振動検出素子２ａ及び下方の振動検出素子２ｂで検出された振動信号Ｓａ１及びＳａ２から小便器１に固有の共振周波数を含む（中心周波数とする）所定の帯域の信号を抽出する。そして、バンドパスフィルタ２２及び２３は、それぞれ抽出した信号Ｓｃ１及びＳｃ２を位相比較回路２４に出力する。
【００６５】
なお、バンドパスフィルタ２２及び２３には、レベル判定回路２９内のバンドパスフィルタ４（第１フィルタ回路）と同様のフィルタを用いる。また、バンドパスフィルタ４，２２及び２３で抽出する信号の周波数帯域Δｆ及び中心周波数ｆ０（小便器１に固有の共振周波数）は同じとする。
【００６６】
位相比較回路２４（位相差検出回路）は、バンドパスフィルタ２２及び２３で抽出された信号の位相差を検出する。本実施形態では、図９に示すように、尿水の当たる位置から２つの振動検出素子２ａ及び２ｂまで距離は異なるので、尿水の当たった位置で発生した共振振動がそれぞれの振動検出素子２ａ及び２ｂに到達するまでの時間に差が生じる。それゆえ、バンドパスフィルタ２２及び２３で抽出された信号には位相差が生じる。位相比較回路２４は、この位相差に対応した信号Δφを出力する。なお、この位相差は、尿水が当たっている位置によって変化する。
【００６７】
なお、会話の音声による振動は小便器１の全体に音圧が加わるので、その場合には、振動が振動検出素子２ａ及び２ｂに到達する時間に差が生じることはなく、会話の音声による共振信号の位相は小便器１の位置にかかわらず同じであると考えられる。それゆえ、振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された信号に位相差が有るか否かを判定することにより、会話の音声により発生する振動信号と、小便器１の使用により発生する振動信号とを区別するができる。
【００６８】
ローパスフィルタ２５は、位相比較回路２４から出力された位相差信号Δφを連続性のある信号に変換し、その信号Ｓｇを比較部２６に出力する。
【００６９】
比較部２６は、ローパスフィルタ２５及び判定信号出力回路２７に接続されている。そして、比較部２６は、ローパスフィルタ２５の出力信号Ｓｇと、判定信号出力回路２７から出力される判定信号Ｐ２との大小関係を判定し、小便器１が使用されているか否かを判定する。
【００７０】
判定信号出力回路２７は、レベル検出回路２９の判定信号出力回路１０（第１の実施形態の判定信号出力回路１０：図１参照）と同様に構成を有する。なお、判定信号出力回路２７から出力される判定信号Ｐ２は、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂの配置位置等に応じて適宜設定される。
【００７１】
ＡＮＤ回路部２８（駆動部）は、水洗弁１２に接続されており、レベル判定回路２９及び位相差判定回路３０の両方からの出力信号に基づいて水洗弁１２の開閉を制御する。具体的には、レベル判定回路２９及び位相差判定回路３０の両方から所定レベル信号Ｓｆ及びＳｈが出力されている場合にのみ、ＡＮＤ回路部２８は、所定レベルの信号Ｓｊ（駆動信号）を水洗弁１２に出力する。そして、その駆動信号Ｓｊが立ち下がった際に、水洗弁１２は、その弁を所定期間開放して水を流して洗浄を行う。
【００７２】
［洗浄装置の動作］
次に、本実施形態の小便器の洗浄装置の動作を図１０及び１１を参照しながらより詳細に説明する。
【００７３】
図１０は、本実施形態の洗浄装置２００の動作の手順を示したフローチャートである。なお、本実施形態のレベル判定回路２９の動作（図１０中のステップＳ２３〜２８）は第１の実施形態（図３中のステップＳ１２〜Ｓ１７）と同様であるので、その説明は省略する。また、以下の説明では、小便器１が使用されている場合について説明する。ただし、小便器１が使用されていない場合であっても、以下の処理が行われる。その場合には、検出した振動信号には小便器１に固有の共振周波数を含む信号成分が含まれないので、後述するステップＳ３２でＮＯ判定となり、ＡＮＤ回路部２８からは駆動信号Ｓｊが出力されない。
【００７４】
まず、位相差判定回路３０の処理系統の動作を説明する。
【００７５】
ユーザが小便器１を使用すると、尿水は小便器１のリム部１ｂに当たり、その後、底面部１ｃに溜まって排水される。この際、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂは、小便器１に発生する共振振動を含む振動を検出する（ステップＳ２１）。そして、振動検出素子２ａ及び２ｂは、検出信号Ｓａ１及びＳａ２をそれぞれバンドパスフィルタ２２及び２３に出力する。なお、振動検出素子２ａ及び２ｂは、検出信号Ｓａ１及びＳａ２を加算器２１にも出力する。
【００７６】
次いで、バンドパスフィルタ２２及び２３は、それぞれ検出信号Ｓａ１及びＳａ２から小便器１の固有の共振周波数を含む（共振周波数ｆ０を中心周波数とする）所定帯域の周波数成分の信号Ｓｃ１及びＳｃ２を抽出する（ステップＳ２９）。そして、バンドパスフィルタ２２及び２３は、抽出した信号Ｓｃ１及びＳｃ２を位相比較回路２４に出力する。
【００７７】
図１１Ａ及び１１Ｂに、ステップＳ２９において２つのバンドパスフィルタ２２及び２３で抽出された信号の信号波形を示す。図１１Ａは、下方の振動検出素子２ｂの検出信号Ｓａ２からバンドパスフィルタ２３で小便器１の固有の共振周波数を含む所定帯域の周波数成分の信号Ｓｃ２を抽出した際の信号波形である。そして、図１１Ｂは、上方の振動検出素子２ａの検出信号Ｓａ１からバンドパスフィルタ２２で小便器１の固有の共振周波数を含む所定帯域の周波数成分の信号Ｓｃ１を抽出した際の信号波形である。なお、図１１Ａ及び１１Ｂの横軸は時間であり、縦軸は振幅である。
【００７８】
なお、図１１Ａ及び１１Ｂの信号波形では、信号Ｓｃ１及びＳｃ２に含まれる小便器１に固有の共振周波数の信号成分の位相関係を明確にするために、雑音成分の記載を省略している。実際の信号波形は、雑音成分が含まれるので、例えば、図５Ａの実線に示すような複雑な高周波信号となる。また、小便器１のリム部１ｂに尿水が当たることにより発生する共振振動は、連続して発生する場合もあるが、断続的な振動が継続する場合もある。図１１Ａ及び１１Ｂには、断続的な振動が継続する場合の例を示した。
【００７９】
２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出される共振信号成分の波形は、図１１Ａ及び１１Ｂに示すように、同様の形状の波形となるが、尿水の当たる位置に近い下方の振動検出素子２ｂの方が、波形の変動部分が上方の振動検出素子２ａより早い時間で現れる。なお、図１１Ａ及び１１Ｂの例では、２つの抽出信号Ｓｃ１及びＳｃ２の変動部分の位相差（時間差）が時間によって変化しているが、これは、例えば、尿水の当たる位置により変化したものである。また、上述したように、検出信号に会話の音声による振動成分が含まれる場合、会話の音声による振動は小便器１の全体に音圧が加わるので、そのような振動源による波形変動の位相差は生じない。
【００８０】
ここで、図１０のフローチャートに戻って、次に、位相比較回路２４は、バンドパスフィルタ２２及び２３の出力信号間の位相差を算出し（ステップＳ３０）、その位相差信号Δφをローパスフィルタ２５に出力する。
【００８１】
図１１Ｃに、ステップＳ３０において位相比較回路２４から出力される信号（位相差信号Δφ）の波形を示す。なお、図１１Ｃの横軸は時間であり、縦軸は位相差である。図１１Ａ及び１１Ｂの例のように断続的な振動が継続する場合には、位相比較回路２４からの出力信号もまた、図１１Ｃに示すように、位相差が断続的に変化する信号になる。なお、位相差信号Δφは、尿水が当たっている位置によって変化する。
【００８２】
次いで、ローパスフィルタ２５は、入力された断続的な位相差信号Δφを、信号レベルが連続的に変化する信号Ｓｇに変換し（ステップＳ３１）、その信号Ｓｇを比較部２６に出力する。図１１Ｄに、ステップＳ３１においてローパスフィルタ２５から出力される信号波形を示す。なお、図１１Ｄの横軸は時間であり、縦軸は信号レベルである。この処理により、図１１Ｃに示すような断続的な位相差信号Δφに対しても安定動作が可能になる。
【００８３】
次いで、比較部２６は、ローパスフィルタ２５の出力信号Ｓｇと判定信号Ｐ２との大小関係を判定する。なお、本実施形態では、図１１Ｄに示すように、判定信号Ｐ２の信号レベルを、ローパスフィルタ２５の出力信号Ｓｇが飽和した際の値より小さく且つＳｇ＝０より大きくなるように設定した。
【００８４】
そして、ローパスフィルタ２５の出力信号Ｓｇの信号レベルが判定信号Ｐ２以上となる場合に、比較部２６は、所定レベルの信号ＳｈをＡＮＤ回路２８に出力する。図１１Ｅに、比較部２６の出力信号Ｓｈの波形を示す。比較部２６は、ローパスフィルタ２５の出力信号Ｓｇの信号レベルが判定信号Ｐ２以上となっている間（検出した２つの信号間に位相差が存在する間）、小便器１が使用されていると判定し、所定レベルの信号ＳｈをＡＮＤ回路２８に出力し続ける。それゆえ、比較部２６の出力信号Ｓｈの波形は矩形状となる。
【００８５】
次に、レベル判定回路２９の処理系統の動作を説明する。
【００８６】
まず、加算器２１は、ステップＳ２１において２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された信号Ｓａ１及びＳａ２を加算し（ステップＳ２２）、その加算信号Ｓａをレベル判定回路２９に出力する。
【００８７】
次いで、レベル判定回路２９は、第１の実施形態と同様にして、加算信号Ｓａから小便器１に固有の共振周波数成分を抽出し、その抽出信号の振幅レベルに基づいて、比較部９から図７Ｂに示すような出力信号ＳｆをＡＮＤ回路部２８に出力する（ステップＳ２３〜２８）。
【００８８】
次いで、ＡＮＤ回路部２８は、レベル判定回路２９及び位相差判定回路３０からそれぞれ出力された信号Ｓｆ及びＳｈに基づいて、小便器１の水洗弁１２の開閉制御を行う。具体的には、まず、レベル判定回路２９及び位相差判定回路３０の両方から信号Ｓｆ及びＳｈがＡＮＤ回路部２８に入力されているか否かを判定する（ステップＳ３２）。すなわち、ＡＮＤ回路部２８は、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した振動信号から抽出した小便器１に固有の共振振動成分のレベル比率Ｌｒが第１の設定信号Ｐ１以上であり、且つ、抽出された共振振動成分間の位相差Δφが第２の設定信号Ｐ２以上であるか否かを判定する。
【００８９】
次いで、レベル判定回路２９及び位相差判定回路３０の両方から信号Ｓｆ及びＳｈがＡＮＤ回路部２８に入力されている場合（ステップＳ３２でＹＥＳ判定の場合）、ＡＮＤ回路部２８は、駆動信号Ｓｊを水洗弁１２に出力する（ステップＳ３３）。この駆動信号Ｓｊにより水洗弁１２の開閉制御をする。具体的には、第１の実施形態と同様に、駆動信号Ｓｊが立ち下がった際に、水洗弁１２を所定期間開放し、洗浄を行う。
【００９０】
一方、レベル判定回路２９及び位相差判定回路３０の両方から信号Ｓｆ及びＳｈがＡＮＤ回路部２８に入力されていない場合（ステップＳ３２でＮＯ判定の場合）には、ＡＮＤ回路部２８は、駆動信号Ｓｊを水洗弁１２に出力せず、水洗弁１２を閉めた状態に維持する（ステップＳ３４）。
【００９１】
本実施形態では、上述のようにして、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した信号から、小便器１に固有の共振周波数成分の信号の振幅レベル及び検出した信号間の位相差に基づいて小便器１の使用の有無を判定する。
【００９２】
上述のように、本実施形態では、比較的安価な圧電素子を振動検出素子２として２つ小便器１の裏面に設置し、それにより検出された振動信号から、小便器１の固有の共振周波数を含む帯域の信号を抽出する。そして、その抽出した信号の振幅レベルに基づいて小便器１の使用の有無を判定し、小便器１の水洗弁１２を駆動する。したがって、第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、極めて安価な設備で小便器１の使用を的確に判断し、小便器１の洗浄を確実に行うことができる。また、本実施形態では、装置構成もより簡易にすることができる。
【００９３】
また、本実施形態では、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された小便器１の固有の共振周波数を含む帯域の信号の振幅レベルだけでなく、信号間の位相差も用いて小便器１の使用の有無を判断する。それゆえ、例えば、公衆用に設置された小便器の正面で大声の会話が行われたような場合であっても、それらの会話により発生する振動信号と、小便器１の使用により発生する振動信号とを区別するができる。それゆえ、本実施形態では、上述のような状況においても確実に小便器１の使用の有無を判断することができる。
【００９４】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態では、例えば、比較的大きな（高価な）小便器に使用して好適な洗浄装置について説明する。一般に、小便器が大きくなると、小便器のリム部の厚さも厚くなる。この場合、次のような問題が生じる。小便器のリム部の厚みが厚くなると、振動検出器で検出できる振動信号のレベルが小さくなる。また、このような場合、小便器の共振振動成分に対して、小便器の周辺に設置されている配管を流れる水等の恒常的な雑音の割合が大きくなる。したがって、小便器のリム部の厚さも厚くなると、小便器に固有の共振周波数成分の信号を十分な振幅レベルで抽出することが困難になり、正確に小便器の有無を判定することができなくなる可能性がある。
【００９５】
第３の実施形態では、小便器のリム部の厚さも厚くなった場合でも、上述のような問題を解決し、小便器の使用の有無を的確に判断でき、小便器の洗浄を確実に行うことができる洗浄装置の例を説明する。
【００９６】
［装置構成］
図１２は、本発明に係る小便器の洗浄装置の第３の実施形態の構成例を示すブロック図である。なお、図１２において、第１の実施形態と同じ構成部分には同一符号を付した。
【００９７】
本実施形態の洗浄装置３００は、図１２に示すように、小便器１のリム部１ｂの裏面に設置された振動検出素子２と、フーリエ変換回路３３と、バンドパスフィルタ４と、減算器５とを備える。また、洗浄装置３００は、２つのレベル検出器６及び７と、比率計算部８と、比較部９と、判定信号出力回路１０とを備える。なお、図１２には図示していないが、本実施形態の洗浄装置は、第１の実施形態と同様に電源を内蔵している。
【００９８】
図１２の本実施形態の洗浄装置の構成と、図１に示した第１の実施形態のそれとの比較から明らかなように、本実施形態では、第１の実施形態の洗浄装置１００の適応型ローパスフィルタ３をフーリエ変換回路３３で置き換えた構成となる。本実施形態では、フーリエ変換回路３３以外の構成は、第１の実施形態と同様とする。それゆえ、ここではフーリエ変換回路３３についてのみ説明する。
【００９９】
フーリエ変換回路３３は、フーリエ変換部３４と、記憶部３５と、減算器３６と、逆フーリエ変換部３７と、スイッチ３８と、スイッチの動作を制御するＮＯＴ回路３９及びＯＲ回路４０から回路群とを備える。フーリエ変換回路３３を構成する各部の機能は次の通りである。
【０１００】
フーリエ変換部３４は、振動検出素子２に接続されており、振動検出素子２で検出された小便器１の振動信号Ｓａを高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）して該振動信号Ｓａに対応するスペクトルに変換する。小便器１が使用されていない時に得られるスペクトルは、小便器１周辺の恒常的な背景雑音や突発的な雑音等の雑音スペクトルである。そして、小便器１の使用時には、小便器１周辺の恒常的な背景雑音や突発的な雑音等だけでなく、尿水が小便器１に当たったときに生じる小便器１に固有の共振周波数成分が含まれたスペクトル（振動スペクトル）が得られる。
【０１０１】
記憶部３５は、小便器１周辺の恒常的な背景雑音や突発的な雑音等の雑音スペクトルを記憶する。なお、本実施形態では、この雑音スペクトルは、小便器１が使用されていない時にスイッチ３８をＯＮ状態することにより、フーリエ変換部３４を介して取得する。
【０１０２】
減算器３６は、フーリエ変換部３４及び記憶部３５に接続されており、フーリエ変換部３４の出力スペクトルから記憶部３５に記憶された雑音スペクトルを減算する。小便器１の使用時には、この演算により、尿水が小便器１に当たったとき生じる小便器１に固有の共振周波数成分のスペクトルを抽出することができる。
【０１０３】
逆フーリエ変換部３７は、減算器３６の出力スペクトルを、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）して、減算器３６の出力スペクトルに対応する時間軸上の信号に変換する。
【０１０４】
スイッチ３６は、小便器１の雑音スペクトルを検出する期間と、それ以外の期間とを切換えられる。具体的には、小便器１の雑音スペクトルを検出する期間には、スイッチ３６はＯＮ状態となり、それ以外ではＯＦＦ状態になる。
【０１０５】
ＮＯＴ回路３９及びＯＲ回路４０は、直列に接続されており、ＯＲ回路４０の入力端子は比較部９の出力端子及び水洗弁１２に接続されている。また、ＮＯＴ回路３９の出力端子はスイッチ３８に接続されている。ＮＯＴ回路３９及びＯＲ回路４０は、スイッチ３８の開閉を制御する回路群であり、振動検出素子２で小便器１の雑音スペクトルを検出して記憶部３５に記憶する処理のタイミングを制御する。
【０１０６】
ＮＯＴ回路３９及びＯＲ回路４０からなる回路群の動作をより具体的に説明すると、まず、ＯＲ回路４０には、比較部９から出力される駆動信号Ｓｊ、及び、水洗弁１２から出力される水洗弁１２の開閉状況の情報が入力される。なお、水洗弁１２は常にその開閉状況に関する情報を認識している。次いで、これらの入力情報に基づいて、ＮＯＴ回路３９及びＯＲ回路４０からなる回路群は、スイッチ３８の開閉を制御する。この際、比較部９から駆動信号Ｓｊが入力されているとき（小便器１の使用中）、または、水洗弁１２が開放状態にあるとき（小便器１の洗浄中）には、回路群は、スイッチ３８がＯＦＦ状態となるようにスイッチ３８に制御する。それ以外の場合には、回路群はスイッチ３８がＯＮ状態となるようにスイッチ３８に制御する。
【０１０７】
［洗浄装置の動作］
次に、本実施形態の洗浄装置３００の動作を図１３及び１４を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態の洗浄装置３００の動作の手順を示すフローチャートである。また、図１４Ａ〜１４Ｃは、フーリエ変換回路３３を構成する各部の出力スペクトルを示した図であり、横軸には周波数をとり、縦軸にはゲイン（スペクトル強度）をとった。なお、フーリエ変換回路３３の動作以外の動作は第１の実施形態と同様であるので、ここでは、主に、フーリエ変換回路３３の動作を説明する。
【０１０８】
まず、小便器１が使用されていない時の雑音スペクトルを検出する。具体的には、まず、小便器１が使用されていない時に、振動検出素子２が小便器１の振動を検出する（ステップＳ４１）。この際、小便器１周辺の恒常的な背景雑音や突発的な雑音等を含む振動が振動検出素子２で検出される。そして、振動検出素子２は、検出信号Ｓａをフーリエ変換回路３４に出力する。なお、ここでいう「小便器が使用されていない時」は、ユーザが小便器１を使用している期間及び小便器１の洗浄期間以外の時間帯のことをいう。
【０１０９】
次いで、フーリエ変換部３４は、ステップＳ４１で検出した雑音信号を高速フーリエ変換により該雑音信号に対応する雑音スペクトルに変換して出力する（ステップＳ４２）。この際、スイッチ３８は、ＮＯＴ回路３９及びＯＲ回路４０からなる回路群の制御により、ＯＮ状態であるので、ステップＳ４２で出力された雑音スペクトルは記憶部３５に記憶される（ステップＳ４３）。本実施形態では、以上のようにして、小便器１が使用されていない時の雑音スペクトルを検出する。なお、本発明はこれに限定されず、例えば、小便器１の設置時等に、小便器１の雑音スペクトルを予め測定しておき、記憶部３５に記憶しておいてもよい。この場合、ＮＯＴ回路３９及びＯＲ回路４０からなる回路群、並びにスイッチ３８を設ける必要がないので、装置構成がより簡易になる。
【０１１０】
図１４Ｂに、ステップＳ４２で得られる雑音信号の周波数特性（雑音スペクトル）を示す。雑音スペクトルには、例えば配管を流れる水の音（振動）などの小便器周辺の恒常的な背景雑音成分Ｓ２や、例えば人の移動（足音）や声、エレベータの移動等の突発的な雑音成分Ｓ３が含まれる。
【０１１１】
次いで、振動検出素子２は、再度、小便器１の振動を検出し（ステップＳ４４）、その振動信号Ｓａをフーリエ変換部３４に出力する。この際、小便器１が使用されている場合、振動検出素子２で検出した振動信号には、小便器１周辺の恒常的な背景雑音や突発的な雑音等だけでなく、尿水が小便器１に当たったとき生じる小便器１に固有の共振周波数成分の信号が含まれる。以下に説明する処理では、小便器１が使用されている場合、すなわち、スイッチ３８がＯＦＦ状態となっている場合について説明する。なお、小便器１が使用されていない場合であっても、以下の処理が行われる。この場合には、検出した振動信号には小便器１に固有の共振周波数を含む信号成分が含まれないので、比較部９からは駆動信号Ｓｆが出力されない。
【０１１２】
次いで、フーリエ変換部３４は、振動検出素子２で検出した振動信号Ｓａを高速フーリエ変換により、振動信号Ｓａに対応する振動スペクトルに変換する（振動スペクトル）（ステップＳ４５）。そして、フーリエ変換部３４は、変換した振動スペクトルを減算器３６に出力する。
【０１１３】
図１４Ａに、ステップＳ４５において振動検出素子２で検出される信号Ｓａの周波数特性（振動スペクトル）を示す。検出信号Ｓａには、尿水の衝突により小便器１で発生する共振振動の信号成分Ｓ１だけでなく、上述した小便器周辺の恒常的な背景雑音成分Ｓ２や突発的な雑音成分Ｓ３が含まれる。共振振動成分Ｓ１は、小便器１に固有の共振によるものであるので、その信号成分の周波数は小便器１の固有の共振周波数ｆ０の近傍になる。
【０１１４】
次いで、減算器３６は、記憶部３５に記憶された雑音スペクトル（図１４Ｂ）を読み出し、フーリエ変換部３４から入力された振動スペクトル（図１４Ａ）から雑音スペクトルを減算する（ステップＳ４６）。この処理により、主に、尿水が小便器１に当たったとき生じる小便器１に固有の共振周波数成分のスペクトルを抽出する。図１４Ｃに、ステップＳ４６において減算器３６から出力されるスペクトルの特性を示す。減算器３６の出力スペクトルに含まれる信号成分は、主に、尿水の衝突により小便器１で発生する共振振動の信号成分Ｓ１になる。
【０１１５】
次いで、逆フーリエ変換部３７は、逆高速フーリエ変換により、減算器３６の出力スペクトルを該出力スペクトルに対応する時間軸上の信号に変換する（ステップＳ４７）。そして、逆フーリエ変換部３７は、その変換された信号をバンドパスフィルタ４及び減算器５に出力する。その後は、第１の実施形態と同様にして、図３中にステップＳ１３〜Ｓ２０の処理を行い、小便器１の使用の有無を判定し、小便器１の水洗弁１２の開閉制御を行う。
【０１１６】
図１５に、本実施形態における小便器１の使用状況、駆動信号Ｓｆの出力状況、水洗弁１２の開閉状況及びスイッチ３８の開閉状況のタイミングチャートを示す。本実施形態では、図１５に示すように、ユーザが小便器１を使用している間、洗浄装置３００は水洗弁１２に駆動信号Ｓｆを出力し続ける。そして、小便器１の使用が終了した時点で、駆動信号Ｓｆが立ち下がり、この立ち下がりを検出した水洗弁１２は、弁を所定期間開放して洗浄を行う。また、本実施形態では、ユーザが小便器１を使用している間、または、水洗弁１２が開いている間（洗浄期間）には、スイッチ３８はＯＦＦ状態となり、それ以外の期間にはスイッチ３８はＯＮ状態となる。洗浄装置３００は、スイッチ３８がＯＮ状態である間は、周期的または適宜、小便器１周辺の雑音スペクトルを更新し続ける。
【０１１７】
第１の実施形態では、適応型ローパスフィルタ３により小便器１周辺の恒常的な背景雑音成分Ｓ２は除去したが、例えば、人の移動や声、エレベータの移動等の突発的な雑音（ホワイトノイズ）成分Ｓ３は除去していない（図４Ｂ参照）。それに対して、本実施形態では、フーリエ変換回路部３３で小便器１周辺の恒常的な背景雑音成分Ｓ２だけでなく、突発的な雑音成分Ｓ３も除去することができる（図１４Ｃ参照）。それゆえ、本実施形態では、上述したように小便器１のリム部１ｂの厚さが厚くなり、小便器１の共振振動成分に対する雑音成分の割合が大きくなっても、その雑音成分を十分除去することができる。また、本実施形態では、主に、小便器１に固有の共振周波数成分の信号のみを抽出して、その信号に基づいて小便器１の有無を判定することができる。したがって、本実施形態によれば、上述したような小便器１のリム部１ｂの厚さが厚くなった際の問題を解消し、小便器１の使用を的確に判断して、小便器１の洗浄を確実に行うことができる。
【０１１８】
また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、小便器１の使用の有無の判定に用いる振動信号の検出器として、比較的安価な圧電素子を用いている。それゆえ、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、安価で簡易な設備で小便器１の使用を的確に判断し、小便器１の洗浄を確実に行うことができる。
【０１１９】
［第４の実施形態］
第４の実施形態では、第３の実施形態で説明したフーリエ変換回路を第２の実施形態の洗浄装置に適用した例を説明する。
【０１２０】
［装置構成］
図１６は、本発明に係る小便器の洗浄装置の第４の実施形態の構成例を示すブロック図である。なお、図１６において、第２及び第３の実施形態と同じ構成部分には同一符号を付した。
【０１２１】
本実施形態の洗浄装置４００は、図１６に示すように、小便器１のリム部１ｂの裏面に設置された２つの振動検出素子２ａ及び２ｂと、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した信号を加算する加算器２１とを備える。また、洗浄装置４００は、振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した信号のレベルを判定するレベル判定回路４９と、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出した信号の位相差を検出する位相差判定回路３０とを備える。さらに、洗浄装置４００は、レベル判定回路４９及び位相差判定回路３０の出力信号に基づいて、小便器１の使用の有無を判定するＡＮＤ回路部２８を備える。なお、図１６には図示していないが、本実施形態の洗浄装置は、第１の実施形態と同様に電源を内蔵している。
【０１２２】
図１６の本実施形態の洗浄装置の構成と、図９に示した第２の実施形態のそれとの比較から明らかなように、本実施形態では、第２の実施形態の洗浄装置２００の適応型ローパスフィルタ３をフーリエ変換回路３３で置き換えた構成となる。そして、フーリエ変換回路３３は、第３の実施形態と同様の構成である。
【０１２３】
本実施形態の洗浄装置４００の動作は、図１０に示した第２の実施形態の処理のステップＳ２２及びＳ２３の代わりに、図１３に示した第３の実施形態の処理（ステップＳ４１〜Ｓ４７）を行う。それゆえ、本実施形態においても、第３の実施形態と同様に、小便器１のリム部１ｂの厚さが厚くなった際の問題を解消し、小便器１の使用を的確に判断して、小便器１の洗浄を確実に行うことができる。
【０１２４】
また、本実施形態では、第２の実施形態と同様に、２つの振動検出素子２ａ及び２ｂで検出された小便器１の固有の共振周波数を含む帯域の信号の振幅レベルだけでなく、信号間の位相差も用いて小便器１の使用の有無を判断する。それゆえ、例えば、公衆用に設置された小便器の正面で大声の会話が行われたような場合であっても、それらの会話により発生する振動信号と、小便器１の使用により発生する振動信号とを区別するができる。それゆえ、本実施形態では、上述のような状況においても確実に小便器１の使用の有無を判断することができる。
【０１２５】
さらに、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、小便器１の使用の有無の判定に用いる振動信号の検出器として、比較的安価な圧電素子を用いている。それゆえ、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、安価で簡易な設備で小便器１の使用を的確に判断し、小便器１の洗浄を確実に行うことができる。
【０１２６】
なお、第４の実施形態では、加算器２１の後段にフーリエ変換回路３３を設けているが、本発明はこれに限定されない。例えば、フーリエ変換回路３３を２つ用意し、各フーリエ変換回路３３をそれぞれ振動検出素子２ａ及び２ｂに直接接続してもよい。
【０１２７】
上記実施形態では、振動検出器として圧電素子を用いた例を説明したが、本発明はこれに限定されず、小便器１の振動を検出することができる振動検出器であれば、任意の振動検出器を用いることができる。例えば、加速度センサ、マイクロフォン、光距離センサ、静電型距離センサ、Ｇ（Gravity）センサ、圧力センサなどを用いてもよい。特に、マイクロフォンは圧電素子や加速度センサに比べて非常に安価であるので、マイクロフォンを振動検出素子２として用いた場合には、より安価な洗浄装置を提供することができる。
【０１２８】
ここで、マイクロフォンを振動検出素子２として用いた場合のマイクロフォンの設置例を図１７に示す。マイクロフォン５４を用いる場合には、マイクロフォン５４の吸音部５４ａを小便器１のリム部１ｂと対向するように配置し、マイクロフォン５４の背部を接着剤５５で覆うようにして接着固定することが好ましい。このようにマイクロフォン５４を接着固定することにより、小便器１の背部の配管等からの雑音を抑制することができる。
【０１２９】
また、上記実施形態では、振動検出素子２を設置する小便器１の裏面に対して何の加工もせずに粘着テープで振動検出素子２を接着固定したが、本発明はこれに限定されない。振動検出素子２が設置される小便器１の裏面部分に、平面部等の部位を設けて振動検出素子２を設置し易くしてもよい。この場合、小便器１の裏面に平面部等の部位を設けることは、製造時の金型等の処理を少し変更することで達成できるので、製造工程の増加等を伴わずに簡単に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】第１の実施形態の洗浄装置のブロック構成図である。
【図２】圧電素子の概略構成図である。
【図３】第１の実施形態における洗浄処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図４Ａは振動検出素子の出力スペクトルであり、図４Ｂは適応型ローパスフィルタの出力スペクトルであり、図４Ｃはバンドパスフィルタの出力スペクトルであり、そして、図４Ｄは減算器の出力スペクトルである。
【図５】図５Ａはレベル検出器の入力波形であり、図５Ｂはレベル検出器の出力波形である。
【図６】図６Ａはレベル検出器の入力波形であり、図６Ｂはレベル検出器の出力波形である。
【図７】図７Ａは比率計算部の出力波形であり、図７Ｂは比較部の出力波形である。
【図８】第１の実施形態の洗浄処理のタイミングチャートである。
【図９】第２の実施形態の洗浄装置のブロック構成図である。
【図１０】第２の実施形態における洗浄処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１Ａは下方の振動検出素子で検出された共振振動成分の信号波形であり、図１１Ｂは上方の振動検出素子で検出された共振振動成分の信号波形であり、図１１Ｃは位相差比較回路の出力波形であり、図１１Ｄはローパスフィルタの出力波形であり、そして、図１１Ｅは比較部の出力波形である。第２の実施形態の洗浄装置を構成する各部の出力信号の特性図である。
【図１２】第３の実施形態の洗浄装置のブロック構成図である。
【図１３】第３の実施形態における洗浄処理の手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１４Ａはフーリエ変換部から出力されたスペクトル（周波数特性）であり、図１４Ｂは記憶部に記憶された雑音スペクトルであり、そして、図１４Ｃは減算器から出力されたスペクトルである。
【図１５】第３の実施形態の洗浄処理のタイミングチャートである。
【図１６】第４の実施形態の洗浄装置のブロック構成図である。
【図１７】マイクロフォンの一設置例を示す図である。
【図１８】従来の小便器の概略正面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１…小便器、２，２ａ，２ｂ…振動検出素子、３…適応型ローパスフィルタ、４，２２，２３…バンドパスフィルタ、５，３６…減算器、６，７…レベル検出器、８…比率計算部、９，２６…比較部、１０，２７…判定信号出力回路、１１…電源、１２…水洗弁、２４…位相比較回路、２５…ローパスフィルタ、２８…ＡＮＤ回路、２９…レベル判定回路、３０…位相差判定回路、３３…フーリエ変換回路、３４…フーリエ変換部、３５…記憶部、３７…逆フーリエ変換部、３８…スイッチ、３９…ＮＯＴ回路、４０…ＯＲ回路、１００，２００，３００…洗浄装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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