(57)【要約】【課題】    本発明によれば、受水部の表面且センサ部の近傍に誘導手段を設けることにより、使用者の手や被洗浄体をセンサ部の検知範囲内に誘導することができ、センサ部からの検知信号自体またはフィルタに通した後の検知信号の電圧値を高くすることができる。【解決手段】    本発明では、吐水部と前記吐水部からの吐水を受水する受水部と、放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部と、前記センサ部から出力される検知信号に基づいて前記吐水部から吐水される水の状態を制御する制御部と、を備えた水栓装置であって、前記誘導手段は、被検知体を前記センサ部の検知範囲に誘導するように、前記吐水部から吐水される水を受ける側の前記受水部表面且つ前記センサ部の検知範囲近傍に設けることにより、被検知体を検知範囲に誘導し、前記センサ部から得られる検知信号の振幅の電圧値を高くすることや低周波数を遮断するフィルタに通した検知信号の振幅の電圧値を高く維持できることを可能とする水栓装置を提供することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐水部と
前記吐水部からの吐水を受水する受水部と、
放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部と、
前記センサ部から出力される検知信号に基づいて前記吐水部から吐水される水の状態を制御する制御部と、
を備えた水栓装置であって、
さらに使用者の操作を促すための誘導手段を備え、
前記誘導手段は、被検知体を前記センサ部の検知範囲に誘導するように、
前記吐水部から吐水される水を受ける側の前記受水部表面且つ前記センサ部の検知範囲近傍に設けたことを特徴とする水栓装置。
【請求項２】
前記誘導手段は、
前記センサ部の中心から前記吐水部の吐水部取付位置までの水平成分距離が、
前記誘導手段から前記吐水部取付位置までの水平成分距離よりも長い位置に設けられたことを特徴とする請求項１記載の水栓装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗面台やトイレ、キッチンなどの水栓設備に係り、電波センサを用いて使用者の手などの被検知体の検知する際に、好適な誘導手段の設置位置に関する発明である。 
【背景技術】
【０００２】
従来の水栓装置において、使用者の手などの被検知体を検知して吐水するために、受水部の裏側に陶器や樹脂を透過できる電波センサを用いたものは公開されている（特許文献１参照）。この場合、使用者が電波センサの設置位置が分からないために、被検知体がセンサ部の検知範囲内に入らず電波センサで検知できない場合があった。また、吐水や止水の制御の場合は使用者が吐水部の吐水口の前で洗浄行為を行うことを利用すれば良いが、使用者の動作が定まっていない、例えば吐水される水の流量調整や温度調整、吐水形態を切り替えるためのスイッチの用途に使うことは難しい。
【０００３】
また、受水部の裏側に静電容量センサを隠蔽して受水部の表面に、指で操作させるためのマーキングを施しているものは存在する。この場合、静電容量センサから電波センサに置き換えただけでは、使用者はマーキングに対して指先を近づける傾向にあるために、電波の反射しやすい手の平や歯ブラシやコップなどの被洗浄体を持った手をセンサ部の検知範囲内に誘導することができず、センサ部から得られる検知信号の振幅の電圧値が低下する問題があった。また、被検知体の移動の軌跡によってはセンサ部から得られる検知信号の周波数が低下してしまい、低周波数を遮断するフィルタに通した検知信号の電圧値が低下してしまい、被検知体を検知できない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８３４４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、受水部の裏側に電波センサを設置した際に、被検知体を検知範囲に誘導し電波センサで得られる検知信号の電圧値を高くすることや低周波数を遮断するフィルタに通した検知信号の振幅の電圧値を高く維持することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、吐水部と前記吐水部からの吐水を受水する受水部と、放射した電波の反射波によって被検知体の移動に関する情報を取得するセンサ部と、前記センサ部から出力される検知信号に基づいて前記吐水部から吐水される水の状態を制御する制御部と、を備えた水栓装置であって、さらに使用者の操作を促すための誘導手段を備え、前記誘導手段は、被検知体を前記センサ部の検知範囲に誘導するように、前記吐水部から吐水される水を受ける側の前記受水部表面且つ前記センサ部の検知範囲近傍に設けることにより、被検知体を検知範囲に誘導し、前記センサ部から得られる検知信号の振幅の電圧値を高くすることや低周波数を遮断するフィルタに通した検知信号の振幅の電圧値を高く維持できることを可能とする水栓装置を提供することができる。
【０００７】
上記目的を達成するために請求項２記載の発明によれば、前記誘導手段は、前記センサ部の中心から前記吐水部の吐水部取付位置までの水平成分距離が、前記誘導手段から前記吐水部取付位置までの水平成分距離よりも長い位置に設けられたことを特徴とする水栓装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、受水部の裏側に電波センサを隠蔽しても、被検知体をセンサ部の検知範囲内に誘導できるため、電波センサから得られる検知信号の振幅の電圧値を高くすることや低周波数を遮断するフィルタに通した検知信号の振幅の電圧値を高く維持できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における、水栓装置の概略構成図である。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側断面図である。
【図２】本発明における、受水部の各名称を説明する図である。図２（ａ）は上縁、図２（ｂ）は壁面、図２（ｃ）は操作面を示す。
【図３】センサ部１００と制御部２００の具体例のブロック図である。
【図４】本発明における誘導手段５０の形状の一例である。図４（ａ）は単純な図形、図４（ｂ）は方向性を持つもの、図４（ｃ）は近傍にセンサ部１００が設置してあることを示す図である。
【図５】受水部４０の受水側表面と裏面を説明する図である。図５（ａ）は受水部４０の受水側表面、図５（ｂ）は受水部の裏面を示している。
【図６】本発明における第１の実施例の具体例を説明する図である。
【図７】センサ部１００の中心を説明する図である。図７（ａ）はセンサ部１００が送受信一体の場合、図７（ｂ）はセンサ部１００が送受信別体の場合、図７（ｃ）はホーンアンテナと組み合わせた場合、図７（ｄ）は導波管と組み合わせた場合を説明する図である。
【図８】本発明における第２の実施例の具体例を説明する図である。
【図９】本発明における第３の実施例の具体例を説明する図である。図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は側断面図である。
【図１０】水平成分距離の定義を説明する図である。図１０（ａ）は距離の定義、図１０（ｂ）は複数の距離を比較する場合を説明する図である。
【図１１】本発明における第３の実施例において、吐水部取付位置に対する誘導手段５０とセンサ部１００の水平成分距離を比較する図である。
【図１２】本発明における第４の実施例の具体例を説明する図である。
【図１３】被検知体の移動する軌跡によって、センサ部１００に対する被検知体の相対速度が変化することを説明する図である。
【図１４】図１４（ａ）はセンサ部１００の中心から被検知体までの距離と検知信号の振幅の電圧値との関係を説明する図である。図１４（ｂ）は低周波数を遮断するようにフィルタ２１０を設定した際の周波数特性を説明する図である。
【図１５】センサ部１００の電波の放射方向によって、検知信号の周波数が変化することを説明する図である。
【図１６】受水部４０の表面と電波の放射方向の角度が、フィルタ２１０を通した検知信号に及ぼす影響を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１に本発明の水栓装置の概略構成図を示す。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側断面図である。本発明の水栓装置は、吐水口を有する吐水部３０と、吐水口から吐水される水を受水する受水部４０と、電波の送受信を行うセンサ部１００と、センサ部１００から得られた被検知体の検知情報に基づいて前記吐水部３０へ供給する水を制御する制御部２００と、前記受水部４０の受水側表面に前記センサ部１００の検知範囲内Ａに被検知体を誘導するための誘導手段５０から構成している。
【００１１】
本発明における受水部４０について説明する。受水部４０は吐水部３０からの水を受けるためのものである。その垂直方向の断面図は図１（ｂ）のように上方向を開口部とした略矩形の形状となっており、底部から上部開口部にかけて広がりを持っている。図２は受水部の各名称の説明図である。上部開口部の略水平方向にある面を上縁とする（図２（ａ）のＢ１）。上縁と底面との間にある面を壁面とする（図２（ｂ）のＢ２）。壁面の上縁側の一部に傾斜をつけた面を操作面とする（図２（ｃ）のＢ３）。
【００１２】
センサ部１００は、マイクロ波やミリ波などの高周波の電波を放射（送信）し、放射した電波が被検知体に反射することによる反射波を受信して、検知範囲内Ａの被検知体の有無をその検知信号によって判別するものである。
【００１３】
図３（ａ）と図３（ｂ）は、センサ部１００と制御部２００を例示するためのブロック図である。センサ部１００には、アンテナ１１２、送信部１１４、受信部１１６、ミキサ部１１８が設けられている。送信部１１４に接続されたアンテナ１１２からは、高周波、マイクロ波あるいはミリ波などの１０ｋＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯の電波が放射される。具体的には、アンテナ１１２からは、たとえば、１０．５２５ＧＨｚの周波数を有する送信波Ｔ１が放射される。人体などの被検知体からの反射波または透過波Ｔ２は、アンテナ１１２を経由して受信部１１６に入力される。ここで、アンテナは、図３（ａ）に表したように送信側と受信側とを共通としてもよく、または、図３（ｂ）に表したように、送信部１１４にはアンテナ１１２ａを接続し、受信部１１６にはアンテナ１１２ｂを接続してもよい。
送信波の一部と受信波とは、ミキサ部１１８にそれぞれ入力されて合成され、たとえばドップラー効果が反映された検知信号（反射信号）が出力される。ミキサ部１１８から出力された検知信号は制御部２００に向けて出力される。制御部２００には、フィルタ２１０、周波数検出部２２０、判定部２３０、記憶手段２４０、制御対象２５０が設けられている。制御対象２５０は、吐水部１００からの吐水や止水を行うためのバルブや、吐水部１００からの水の温度を調整するための温調バルブなどがある。差分検出部１１８から出力された検出信号は、まずフィルタ２１０において高周波数成分と任意の低周波数成分が取り除かれる。この際のフィルタリング周波数は、例えば１０Ｈｚ〜１００Ｈｚとすることができる。自動水栓（水栓装置）を使用する使用者の手の接近や離遠の速度は、１００Ｈｚ以下であることや、受水部４０に残った水滴が受水部４０の側面や操作面を滑り落ちる速度が１０Ｈｚ程度であることが多いので、このようにすれば、外乱を除去して精度よく検知できる。
差分検出部１１８から出力された検出信号は、周波数の低いベースラインに周波数の高い信号が重畳した波形を有する。高周波数成分には、ドップラー効果に関する情報が含まれる。すなわち、身体などの被検知体が移動すると、ドップラー効果によって反射波の波長がシフトする。ドップラー周波数ΔＦ（Ｈｚ）は、下記の式（１）により表すことができる。
ΔＦ＝Ｆｓ−Ｆｂ＝２×Ｆｓ×ｖ／ｃ          式（１）
但し、Ｆｓ：送信周波数（Ｈｚ）
Ｆｂ：反射周波数（Ｈｚ）
ｖ：物体の移動速度（ｍ／ｓ）
ｃ：光速（＝３００×１０６ｍ／ｓ）
センサ部１００に対して被検知体が相対的に移動すると、式（１）で表されるように、その速度ｖに比例した周波数ΔＦを含む出力信号を得ることができる。出力信号は周波数スペクトラムを有し、スペクトラムのピークに対応するピーク周波数と移動体の速度ｖとの間には相関関係がある。従って、ドップラー周波数ΔＦを測定することにより速度ｖを求めることができる。なお、日本においては、人体を検知する目的には１０．５０〜１０．５５ＧＨｚの範囲、または２４．０５〜２４．２５ＧＨｚの範囲の周波数が使用できる。
【００１４】
誘導手段５０は、使用者の手やコップや歯ブラシなどの被洗浄体をセンサ部１００の検知範囲内Ａに誘導するためのものである。誘導手段５０の形状は、図４（ａ）のように丸や四角のような単純な図形、矢印のように方向性を持つもの（図４（ｂ））、「センサ」や「スイッチ」という言葉や電波を放射しているイラストのように誘導手段５０の近傍にセンサが設置されていることを使用者に想像させるもの（図４（ｃ））などである。誘導手段５０の大きさは、手の平に収まる程度の大きさである。誘導手段５０の設置方法は、印刷するもの、貼って剥がせるようにシールのような粘着性のある面を持つものを貼るものなどがある。誘導手段５０の設置位置は、使用者が誘導手段５０に近づけた手や被洗浄体を、センサ部１００の検知範囲内Ａに入れるように、検知範囲内Ａの近傍に設ける。
【００１５】
受水部４０の受水側表面とは、図５（ａ）の斜線部のように受水部４０の上縁、壁面、操作面、底面のことである。また、受水部４０の裏側とは、側断面図の図５（ｂ）内の太線部と斜線部ように受水部４０の受水側表面ではない面のことであり、受水部４０の素材が特に陶器の場合に存在する空洞な部分も含む。この受水部４０の裏面にセンサ部１００などの電子機器を設置した場合、吐水部３０から吐水される水が掛かりにくいという効果がある。
【００１６】
本発明の第１の実施形態について説明する。図６は、本発明における実施形態の具体例である。受水部４０の上縁に吐水部３０を設け、センサ部１００は吐水部３０からの水や受水部４０に溜める水や跳ねた水が直接掛からないように受水部４０の裏面に設置し、誘導手段５０をセンサ部１００の中心に対向する受水部４０の受水側表面に設置している。使用者は、吐水部３０から吐水させるために手や被洗浄体を誘導手段５０に接近させて吐水を開始させる。
【００１７】
センサ部１００の中心とは、図７のようにセンサ部１００の表面において電波を放射する場所であり、例えば、送受信一体のアンテナ１１２を１枚持つセンサ部の場合はそのアンテナ１１２の中心であり（図７（ａ）の矢印で示す部分）、送信部のアンテナ１１２ａと受信部のアンテナ１１２ｂを持つ場合は送信部のアンテナ１１２ａの中心である（図７（ｂ）の矢印で示す部分）。これらは、センサ部１００近傍の電波強度をパワーメータなどで測定することで、センサ部１００の中心を調べることができる。また、電波センサは、放射電力の向上や放射電波の指向性を高めることを目的にホーンアンテナ１３０ａを（図７（ｃ））、検知範囲内Aからセンサ部１００までの間に距離を置かせる場合や１つの電波センサで複数の検知範囲を持たせるために導波管１３０ｂとを（図７（ｄ））組み合わせて使用する場合がある。一般的に、ホーンアンテナ１３０ａや導波管１３０ｂの電波の進行方向の断面は開口部まで略長方形をしているが、この場合のセンサ部１００の中心は図７（ｃ）および図（ｄ）の矢印の先のように開口部の対角線の交点のことである。
【００１８】
これにより、受水部４０が陶器のように可視光線を通しにくい素材で、吐水部３０からの水が直接掛からないようにまた不慮の破損が生じないようにセンサ部１００を受水部４０の裏側に設置しても、使用者は誘導手段５０に手や被洗浄体を近づけるだけでこれらをセンサ部１００の検知範囲内Ａに入れることができるため、センサ部１００から得られる検知信号の振幅の電圧値を高くすることができる。
【００１９】
本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、使用者が、吐水部３０からの吐水される水の温度や流量を調節するための具体例である。誘導手段５０は方向が１８０°異なる方向性を持つものを２つ設置する。２つの誘導手段５０の設置場所は、受水部４０の裏面に設置した２つのセンサ部１００の中心にそれぞれ対向するように受水部４０の受水側表面に配置している。この際、２つのセンサ部１００を用いるが、水温を上昇させる検知範囲内Ａ１と水温を下げる検知範囲内Ａ２を切り分けるようにセンサ部１００を設置する。使用者が水栓機器の使用前や使用中に水温を上昇させたいときは吐水部３０方向の矢印、下げたいときは吐水部３０方向と逆方向の矢印の誘導手段５０に手や被洗浄体を近づけ水温を調節する。
【００２０】
これにより、受水部４０が陶器のように可視光線を通しにくい素材で、吐水部３０からの水が直接掛からないようにまた不慮の破損が生じないようにセンサ部１００を受水部４０の裏面に設置しても、使用者はそれぞれの誘導手段５０に手や被洗浄体を近づけるだけでこれらをセンサ部１００の検知範囲内Ａに入れることができ、センサ部１００から得られる検知信号の振幅の電圧値がより大きく得られる。これにより、吐水を開始する前や使用中に吐水部３０から吐水される水の温度や流量を調節することができる。
【００２１】
本発明の第３の実施形態について説明する。図９は、使用者が誘導手段５０に手の指先や被洗浄体を近づけて吐水を開始させるための具体例である。吐水部３０は受水部４０の上縁に設置しており、吐水部３０と受水部４０の上縁とが接着している場所の中心を吐水部設置位置とする（図９の矢印の示す位置）。これら２つを接着する際は、吐水部３０からの水が受水部４０の表面から設置位置に設けられた穴を通じて受水部４０の裏面に到達しないよう、ゴム製のオーリングのように耐水性や弾力性のあるの部材を受水部４０と吐水部３０の間に噛ませても良いし、直接取り付けても良い。センサ部１００は吐水部３０から吐水される水が掛からないように受水部４０の裏側に設置している。図９に示すように、誘導手段５０は、吐水部取付位置から誘導手段５０までの水平成分距離が、吐水部取付位置からセンサ部１００の中心までの水平成分距離より短いように設置している。ここで水平成分距離とは、図１０のように任意の２点間を結ぶ線分を垂直成分と水平成分に分解したときの、水平成分のことである。例えば、図１０（ａ）ではａ点とｂ点の水平成分距離はＬｂとなり、図１０（ｂ）ではａ点とｂ点およびａ点とｃ点の水平成分距離はＬｂおよびＬｃであり、この場合はＬｂ＞Ｌｃとなる。
【００２２】
誘導手段５０との距離を求める場合は、吐水部取付位置から誘導手段５０の中心までのベクトルから算出する。吐水部取付位置とセンサ部１００との距離を求める場合は、図１１のようにの吐水部取付位置とセンサ部１００の中心までの距離から算出し、吐水部取付位置と誘導手段の水平成分距離をＬ１、吐水部取付位置とセンサ部１００の中心までの水平成分距離をＬ２とすると、Ｌ２≧Ｌ１となるように誘導手段５０とセンサ部１００を設置する。
【００２３】
これにより、使用者が誘導手段５０に、指先を近づけた際には手の平を、コップや歯ブラシなどの被洗浄体を近づけた際にはそれを持つ手を検知範囲内Ａに誘導することができる。電波センサから得られる検知信号の振幅の電圧値は、センサ部１００から被検知体までの距離や被検知体の材質だけでなく、それに当たる面積にも影響がある。そのため、指先に比べ間隔が空いていない形状の手の平は送信波がセンサ部１００側に反射しやすくなり、センサ部１００からの検知信号の振幅の電圧が上昇することでＳ／Ｎ比も向上しセンサ部１００から得られる情報が処理しやすくなる。
【００２４】
本発明の第４の実施形態について説明する。図１２は、使用者が吐水部３０から水を吐水させる際に、誘導手段５０の近傍を受水部４０の表面に沿って手や被洗浄体を通過させて操作する場合の具体例である。このとき、センサ部１００からの電波の放射方向は、受水部４０の表面に対して略直角ではない。放射方向とは、センサ部１００の中心から電波が放射される方向のことで、センサ部１００の中心を始点とし、センサ部１００の中心から等距離の場所の電波強度を複数点測定し電波強度が最も大きい場所へ向かう方向のことである。ドップラー効果を利用したセンサ部１００で得られる検知信号の振幅の電圧値は、図１３（ａ）のようにセンサ部１００に対する被検知体の相対的な移動速度ｖ１に影響を受ける。このｖ１とは、被検知体の実際の移動速度ｖとは異なる場合があり、図１３（ａ）のように被検知体が移動している際、その移動方向とセンサ部１００の中心から被検知体の位置を結ぶ線分との成す角θを用いると、ｖ１＝ｖ×|ｃｏｓΘ|≧０で表すことができる。例えば、図１３（ｂ）の場合はｖ１＝ｖ×ｃｏｓ０°＝ｖであり、図１３（ｃ）の場合はｖ１＝ｖ×ｃｏｓ６０°＝ｖ／２であり、図１４（ｄ）の場合はｖ１＝ｖ×ｃｏｓ９０°＝０となる。
【００２５】
ドップラー効果を利用した電波センサを用いてセンシングする場合、同じ被検知体であってもセンサ部１００から被検知体までの距離や、フィルタ２１０での周波数特性に影響される。図１４にセンサ部１００からの距離による影響と、フィルタ２１０の周波数特性の一例を示す。図１４（ａ）のように、センサ部１００の中心からの距離によって検知信号の振幅が変化し、センサ部１００から遠いほど検知信号の振幅が減少する。また、フィルタ２１０において、受水部４０の側面や操作面に残っている水滴が滑り落ちるような１０Ｈｚ程度以下の低周波を遮断する周波数特性を持つ場合（図１４（ｂ））、図１３で示したｖ１が遅くなり検知信号の周波数が低くなることで検知信号の振幅が減少することが分かる。したがって、使用者の手や被洗浄体の移動方向に対して電波の放射方向が直角の場合、検知信号の電圧値が得られづらいことが分かる。
【００２６】
これらのことを含め、図１３において、誘導手段５０に対してセンサ部１００を水平成分の距離を持つように設置し、受水部４０の表面に対して電波の放射方向が直角ではないようにかつ電波の放射方向に誘導手段５０を設けていることを図１５および図１６を用いて説明する。図１５には、図１３のように被検知体がセンサ部１００の近傍を通過する際の軌跡を示した図を上に示している。また、被検知体の軌跡とセンサ部１００の中心との関係から得られる検知周波数と検知信号の振幅の関係を示したグラフを下に示している。図１５の左側の図とグラフは、センサ部１００を傾けて設置している状態を示し、電波の放射方向と被検知体の移動の軌跡が略直角でない場合を示している。図１５の右側の図とグラフは、センサ部１００を傾けずに設置している状態を示し、電波の放射方向と被検知体の移動の軌跡が略直角の場合を示しているが、この場合センサ部１００の中心に対しての被検知体の相対速度が０に近づくため検知信号の周波数も０に近づき、図１４（ｂ）の周波数特性に従って検知信号の振幅が大きく減少する。一方、センサ部１００を傾けた際に被検知体とセンサ部１００との距離が広がる場合は、図１４（ａ）に従って検知信号の振幅が減少する。したがって、被検知体の移動の軌跡と電波の放射方向の関係は図１６のようになり、低周波数成分が通りにくいフィルタ２１０を設定したい場合は、誘導手段５０とセンサ部１００との水平成分距離を離して配置し、電波の放射方向を誘導手段５０側に傾けて設置することが望ましい。
【００２７】
これにより、誘導手段５０の近傍の検知範囲内Ａに誘導した手や被洗浄体が受水部４０の表面に沿って移動する場合でも、検知範囲内Ａでのセンサ部１００に対する被検知体の相対的な移動速度ｖ１を高く保つことができる。したがって、図１６のようにフィルタ２１０を、低周波数成分を遮断できる周波数特性に設定しても、フィルタ２１０を通した検知信号の振幅の電圧値を高く保つことができる。
【符号の説明】
【００２８】
３０…吐水部、  ４０…受水部、  ５０…誘導手段、  １００…センサ部、  １１２、１１２ａ、１１２ｂ…アンテナ、  １１４…送信部、  １１６…受信部、  １１８…差分検出部、  ２００…制御部、  ２１０…フィルタ、  ２２０…周波数検出部、  ２３０…判定部、  ２４０…記憶手段、  ２５０…制御対象
【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】
2010209573.tif 000013
【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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