(57)【要約】【課題】接触部に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部による誤検知を防ぐことができるタッチ検出装置を提供する。【解決手段】本発明のタッチ検出装置Ａは、対象物が接触する接触部１６を含み、この接触部への対象物の接触を検知する検知部４と、この接触部を振動させる振動励起素子６と、この振動励起素子に電圧を印加することにより、接触部に振動を励起する駆動回路２４と、接触部の振動に基づいて、対象物が接触部に接触したか否かを判定する接触判定回路２２ａと、を有し、接触部が、その外縁部１６ａに向かって水滴を誘導する水滴誘導手段を備えている。【選択図】図３
2018064210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、
対象物が接触する接触部を含み、この接触部への対象物の接触を検知する検知部と、
この接触部を振動させる振動励起素子と、
この振動励起素子に電圧を印加することにより、上記接触部に振動を励起する駆動回路と、
上記接触部の振動に基づいて、対象物が上記接触部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、を有し、
上記接触部が、その外縁部に向かって水滴を誘導する水滴誘導手段を備えていることを特徴とするタッチ検出装置。
【請求項２】
上記水滴誘導手段は、上記接触部の表面上の水滴を重力により外縁部に向かって水滴を誘導するものである請求項１記載のタッチ検出装置。
【請求項３】
上記接触部は、その表面が湾曲面状に突出した形状に形成されている請求項２記載のタッチ検出装置。
【請求項４】
上記接触部は、その背面が平らな面に形成され、この平らな面に上記振動励起素子が取り付けられている請求項３記載のタッチ検出装置。
【請求項５】
上記接触部は、その表面が鉛直面に設定されている請求項２記載のタッチ検出装置。
【請求項６】
上記接触部は、その表面が撥水性を有する請求項２乃至５の何れか１項に記載のタッチ検出装置。
【請求項７】
タッチ操作により吐水及び止水を切り換えることができる水栓装置であって、
請求項１乃至６の何れか１項に記載のタッチ検出装置と、
上記検知部を備えた操作部と、
上記タッチ検出装置により対象物の上記検知部の上記接触部への接触判定に基づいて開閉される開閉弁と、
を有することを特徴とする水栓装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ検出装置に係り、特に、水周り器具に使用するタッチ検出装置、及びそれを備えた水栓装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチやセンサーを利用して使用者による操作を検知し、検知された操作に基づいて、吐水、止水を切り換えたり、吐水形態を変更したりすることができる水周り器具が普及し始めている。このようなキッチン、洗面所、トイレ、バスルーム等の水周りで使用される水栓装置等の水周り器具は、水濡れしやすい環境で使用され、しかも使用頻度が極めて高いと共に、長期の耐用年数が要求される。このため、操作を検知するためのスイッチやセンサーは、機械的な電気接点をもたないことが望ましい。
【０００３】
自動水栓等で利用されている光電式のセンサーは、非接触で操作できるという利点はあるが、検知部が目立つため、デザイン性も優れたものとは言えない。さらに、光電式のセンサーには、検知部に水や泡が付着すると誤動作するという問題もある。
また、静電センサーは、非常に軽いタッチで操作することが可能であるが、水濡れしやすい環境では誤動作が避けられず、水周り器具に利用することは困難である。
さらに、導電体である水栓金具においては、樹脂などによる絶縁が必要であり、デザイン性も優れたものとは言えない。
【０００４】
ここで、例えば、特許文献１には、圧電スイッチが記載されている。この圧電スイッチは、圧電素子を利用したスイッチであり、機械的な電気接点を利用することなく、使用者の押圧操作を検知することができる。
また、特許文献２には、無接点押ボタンスイッチ回路が記載されている。この押ボタンスイッチにおいても、圧電素子を利用して、機械的な電気接点を使用することなく、使用者の押圧操作を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５４−１５３２８４号公報
【特許文献２】特公昭５８−４０８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されている圧電スイッチにおいては、圧電素子に押圧力を加えて弾性変形させ、この弾性変形に基づいて生成された電荷によりスイッチ操作を検知しているので、スイッチを操作するために比較的大きな操作力が必要となり、軽いタッチで操作することができないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載されている無接点押ボタンスイッチ回路は、圧電素子を発振回路の中に組み込んでおき、この圧電素子に押圧力が加えられることにより、圧電素子のインピーダンス等の電気的特性が変化して発振が低下又は停止することを利用して、使用者の押圧操作を検知している。この無接点押ボタンスイッチ回路では、圧電素子への僅かな押圧力でも、その電気的特性が変化し、圧電素子が組み込まれた発振回路の発振状態が変化するので、軽いタッチでも操作を検知することができる。
しかしながら、発振回路の発振状態は回路定数に極めて敏感であるため、操作を検知するための圧電素子を発振回路本体から離れた場所に設置すると、発振状態が不安定となり、誤検知を起こしやすいという問題がある。
【０００８】
例えば、発振回路に組み込まれた圧電素子だけを水栓装置の吐水部近傍に配置し、発振回路の他の部分（発振回路本体）を水栓装置が設置されたカウンターボードの下側に配置した場合、圧電素子と発振回路本体を接続するリード線が比較的長くなる。このため、このリード線がもつインダクタンスや浮遊容量成分が発振回路の動作を不安定にし、誤動作を引き起こす場合がある。このような誤動作を防止するためには、圧電素子を発振回路本体の近傍に配置する必要がある。この場合には、例えば、水栓装置の吐水部近傍に操作部を配置するためには、発振回路全体を吐水部近傍に組み込む必要があり、水栓装置のデザインの自由度が大きく制約されることになる。
【０００９】
また、本発明者らは、軽いタッチで操作することができると共に、水回り器具に使用した場合でも、誤動作を防止することを実現するために、ある程度離間した距離に位置する物体の検知に利用されてきた超音波素子をタッチセンサとして利用し、タッチ操作時に接触部がタッチされたときの振動の残響や減衰を検出することにも着目している。
しかしながら、特に、このような超音波素子をタッチセンサとするタッチ検出装置については、適用する水回りの器具として、水を吐水する水栓装置に適用した場合には、タッチ検出装置の検知部の接触部に水滴が付着する可能性が極めて高く、所定以上の質量の水滴が検知部の検知面等に付着してしまうという問題がある。
したがって、このような接触部の表面上に付着したままの水滴によって、使用者によるタッチ操作時の超音波振動の減衰と同程度の減衰が発生してしまい、使用者のタッチ操作が行われたものと誤検知を引き起こす恐れがあるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、接触部に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部による誤検知を防ぐことができる水周り器具に使用するタッチ検出装置、及び、それを備えた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】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は、水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、対象物が接触する接触部を含み、この接触部への対象物の接触を検知する検知部と、この接触部を振動させる振動励起素子と、この振動励起素子に電圧を印加することにより、上記接触部に振動を励起する駆動回路と、上記接触部の振動に基づいて、対象物が上記接触部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、を有し、上記接触部が、その外縁部に向かって水滴を誘導する水滴誘導手段を備えていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、検知部の接触部が、その外縁部に向かって水滴を誘導する水滴誘導手段を備えているため、仮に、検知部の接触部に水滴が付着したとしても、水滴誘導手段により接触部の外縁部に水滴を誘導して排除することができる。
したがって、接触部に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部による誤検知を防ぐことができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、上記水滴誘導手段は、上記接触部の表面上の水滴を重力により外縁部に向かって水滴を誘導するものである。
このように構成された本発明においては、水滴誘導手段が、検知部の接触部の表面上の水滴を重力により外縁部に向かって水滴を誘導するものであるため、例えば、検知部の接触部の表面について、水平面に対して一方向に傾いている形状や中心部を凸形状にした簡易な形状にするだけで、接触部の表面の水滴を重力のみで容易に外側に誘導して排除することができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、上記接触部は、その表面が湾曲面状に突出した形状に形成されている。
このように構成された本発明においては、接触部の表面が湾曲面状に突出した形状に形成されているため、接触部の湾曲状の表面の水滴を容易に外部へ誘導して排除することができる。
さらに、対象物が接触部の表面に接触する際には、接触部の湾曲状の表面の中央部への接触を促すことができ、接触部の振動を効果的に減衰させることができるため、検知部の検知精度を高めることもできる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、上記接触部は、その背面が平らな面に形成され、この平らな面に上記振動励起素子が取り付けられている。
このように構成された本発明においては、振動励起素子が接触部の背面の平らな面に取り付けられるため、振動励起素子と接触部の背面の平らな面とを接着し易くすることができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、上記接触部は、その表面が鉛直面に設定されている。
このように構成された本発明においては、接触部の表面が鉛直面に設定されているため、接触部の表面の水滴が接触部の表面上に留まることなく、重力によって接触部の下方の外縁部に誘導されて外部へ転がって落ち易くすることができ、接触部の表面の水滴を容易に排除することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、上記接触部は、その表面が撥水性を有する。
このように構成された本発明においては、接触部の表面が撥水性を有することにより、水滴が接触部の表面上に留まることなく、外部へ転がって落ち易くすることができる。
【００１７】
また、本発明は、タッチ操作により吐水及び止水を切り換えることができる水栓装置であって、上記タッチ検出装置と、上記検知部を備えた操作部と、上記タッチ検出装置により対象物の上記検知部の上記接触部への接触判定に基づいて開閉される開閉弁と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、接触部に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部による誤検知を防ぐことができる水栓装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のタッチ検出装置、及びそれを備えた水栓装置によれば、接触部に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部による誤検知を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置、及び、それを備えた水栓装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置の概略構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置の検知部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置において、使用者が検知部にタッチしていない場合の圧電素子の典型的な出力波形を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置において、使用者が検知部にタッチした場合の圧電素子の典型的な出力波形を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態のタッチ検出装置を備えた水栓装置の作用を示すメインフローである。
【図７】本発明の第１実施形態のタッチ検出装置を備えた水栓装置の作用の一例を示したタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態によるタッチ検出装置の検知部を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるタッチ検出装置、及び、それを備えた水栓装置の概略斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるタッチ検出装置の検知部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
つぎに、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態による水栓装置について説明する。
ここで、本実施形態の水栓装置１は、本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置Ａが組み込まれたものであり、このタッチ検出装置Ａにより使用者の操作を検知して、吐水、止水を切り換えることができるようになっている。
図１は、本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置、及び、それを備えた水栓装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置の概略構成を示す回路図である。図３は、本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置の検知部を拡大して示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の第１実施形態による水栓装置１は、カウンターボードＣ上に取り付けられた水栓本体２と、この水栓本体２の先端部に設けられた検知部４と、この検知部４に取り付けられた振動励起素子である圧電素子６と、水栓本体２の基部２ａに内蔵された湯水混合バルブ８とを備えている。
さらに、水栓装置１は、カウンターボードＣの下側に配置された、湯及び水の供給、停止をそれぞれ切り換える開閉弁である湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂと、これらの電磁弁１０ａ，１０ｂの開閉を制御する制御部である水栓コントローラ１２と、検知部４への操作に応じて水栓コントローラ１２に信号を送る検出回路１４とを備えている。
なお、本実施形態の水栓装置１のうち、検知部４、圧電素子６及び検出回路１４は、タッチ検出装置Ａを構成する。
【００２２】
本実施形態の水栓装置１は、水栓本体２の先端部に設けられた検知部４の接触部１６を使用者が軽くタッチすることにより、湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂのそれぞれが開閉され、止水状態と吐水状態を切り換えることができるようになっている。
したがって、本実施形態においては、検知部４が設けられた水栓本体２の先端部が、水栓装置１のタッチ操作用の操作部Ｂとして機能するようになっている。
【００２３】
つぎに、図１に示すように、水栓本体２は、カウンターボードＣからほぼ垂直に立ち上がった後にほぼ水平方向に屈曲する基部２ａと、この基部２ａの先端２ｂに着脱可能に設けられた吐水部であるシャワーヘッド部２ｃとを備えている。このシャワーヘッド部２ｃは、基部２ａに対して使用者側に引き出した状態で使用可能である、いわゆる、プルアウト式のシャワーヘッドであり、その先端部に検知部４が設けられている。
また、シャワーヘッド部２ｃにおける検知部４の近傍には、吐水部である吐水口２ｄが設けられており、この吐水口２ｄからシャワー吐水が可能となっている。
なお、本実施形態の水栓装置１では、一例として、水栓本体２の基部２ａに対して着脱可能なプルアウト式のシャワーヘッド部２ｃを備えた形態について説明するが、このような形態に限られず、水栓本体２の基部２ａから吐水口２ｄまで一体に設けられた形態であってもよい。
【００２４】
さらに、図１及び図３に示すように、シャワーヘッド部２ｃの先端に設けられた検知部４の接触部１６は、その表面の中央部が突出した湾曲面形状に形成されており、使用者の手指等の対象物が検知部４の接触部１６に接触しているか否かを検知するための信号が検出回路１４に送られるようになっている。
後述するように、検知部４には圧電素子６が内蔵されており、この圧電素子６は、水栓本体２内部に通された２本の信号線１８ａ、１８ｂによって検出回路１４に電気的に接続されている。
【００２５】
また、図３に示すように、表面が湾曲面形状に形成された検知部４の接触部１６は、その外縁部１６ａに向かって水滴を誘導する水滴誘導手段として機能するようになっている。
このような検知部４の接触部１６により、仮に、接触部１６の表面に水滴が付着したとしても、この水滴を重力によって接触部１６の湾曲面状の表面に沿って下方の外縁部１６ａへ誘導して排除することができるため、接触部１６の表面に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部４による誤検知を防ぐことができるようになっている。
また、検知部４の接触部１６の表面が湾曲面状に突出した形状に形成されていることにより、タッチ操作時に、使用者の手指等の対象物を接触部１６の表面に接触させる際には、接触部１６の湾曲状の表面の中央部への接触を促すことができ、接触部１６の振動を効果的に減衰させることができるため、検知部４の検知精度を高めることもできるようになっている。
さらに、図３に示すように、本実施形態では、接触部１６の表面が無電解テフロン(登録商標)ニッケルめっき等の撥水性を有する材料で形成されているため、水滴が接触部１６の表面上に留まることなく、外部へ転がって落ち易くすることができるようになっている。
【００２６】
湯水混合バルブ８は、水栓本体２の基部２ａに内蔵されると共に、湯用電磁弁１０ａの下流側に接続された給湯管２０ａ、及び水用電磁弁１０ｂの下流側に接続された給水管２０ｂにそれぞれ接続されている。また、湯水混合バルブ８には温調ハンドル８ａが取り付けられており、この温調ハンドル８ａを調整することにより、給湯管２０ａから供給された湯及び給水管２０ｂから供給された水の混合比が設定され、吐水口２ｄから吐出される湯水の温度を調整することができる。また、湯水混合バルブ８において混合された湯水は、水栓本体２の内部に配置された通水部材（図示せず）を介して導かれ、吐水口２ｄから吐出される。
【００２７】
湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂは、水栓コントローラ１２からの制御信号に応じて開閉される電磁弁である。湯用電磁弁１０ａは、給湯器（図示せず）からの配管に接続され、開弁されると給湯管２０ａへ湯を流出させるようになっている。水用電磁弁１０ｂは、上水道に接続されており、開弁されると給水管２０ｂへ水を流出させるようになっている。
【００２８】
水栓コントローラ１２は、検出回路１４からの出力信号に応じて、湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂに制御信号を出力し、これらを開閉させるようになっている。
検出回路１４は、検知部４に内蔵された圧電素子６に電気的に接続されると共に、水栓コントローラ１２に判定出力信号を出力するようになっている。
また、検出回路１４は、圧電素子６に交流電圧を印加することにより、これを所定の周波数で超音波振動させると共に、圧電素子６の端子から出力信号を取得するようになっている。
さらに、検出回路１４は、圧電素子６から取得した出力信号に基づいて、対象物である使用者の手指等が検知部４の接触部１６にタッチ（接触）したか否かを判定し、判定結果を判定出力信号として水栓コントローラ１２に出力するようになっている。
【００２９】
具体的には、水栓コントローラ１２及び検出回路１４は、マイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータ、半導体、電気抵抗、コンデンサ等の電子部品、及びマイクロプロセッサ等を作動させるプログラムを組み合わせることにより構成されている。
また、水栓コントローラ１２及び検出回路１４を上述した電子部品により一体的に構成してもよい。
【００３０】
つぎに、図２を参照して、検出回路１４の構成について説明する。
図２に示すように、検出回路１４には、マイクロコンピュータ２２、駆動回路２４、信号変換回路２６、及び分圧回路２８のそれぞれが内蔵されている。
まず、マイクロコンピュータ２２は、これを作動させるプログラムにより機能する接触判定回路２２ａ及び周波数調整回路２２ｂを含む。
つぎに、マイクロコンピュータ２２は、２つの出力ポート（第１の出力ポートＰ１、第２の出力ポートＰ２）からの出力信号により、駆動回路２４を構成する２つのトランジスタ２４ａ，２４ｂを制御するようになっている。
また、マイクロコンピュータ２２は、信号変換回路２６から出力されたアナログ電圧の信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路を内蔵している。マイクロコンピュータ２２に内蔵された各回路は、変換されたディジタル値に基づいて演算を行い、検知部４の接触部１６へのタッチの有無を判定している。
【００３１】
つぎに、駆動回路２４は、電源側に接続されたＰＮＰトランジスタ２４ａ、アース側に接続されたＮＰＮトランジスタ２４ｂ、及び２本の電気抵抗２４ｃ，２４ｄから構成されている。
まず、ＰＮＰトランジスタ２４ａのエミッタ端子は、電源２４ｅに接続され、ベース端子はマイクロコンピュータ２２の出力ポートＰ１に接続されている。
また、電気抵抗２４ｃは、ＰＮＰトランジスタ２４ａのベース−エミッタ間に接続されている。
一方、ＮＰＮトランジスタ２４ｂのエミッタ端子はアースに接続され、ベース端子はマイクロコンピュータ２２の出力ポートＰ２に接続されている。
また、電気抵抗２４ｄは、ＮＰＮトランジスタ２４ｂのベース−エミッタ間に接続されている。
さらに、ＰＮＰトランジスタ２４ａ及びＮＰＮトランジスタ２４ｂの各コレクタ端子は互いに接続され、信号線１８ａを介して圧電素子６の一方の電極（入力端子）に接続されている。また、圧電素子６の他方の電極は、信号線１８ｂを介してアースに接続されている。
【００３２】
ＰＮＰトランジスタ２４ａ及びＮＰＮトランジスタ２４ｂは、マイクロコンピュータ２２の出力ポートＰ１，Ｐ２からの信号により、所定の周期で交互にオン−オフされる。
例えば、ＰＮＰトランジスタ２４ａがオン、ＮＰＮトランジスタ２４ｂがオフとされた状態では、信号線１８ａには電源電圧と等しい電圧が出力される。
一方、ＰＮＰトランジスタ２４ａがオフ、ＮＰＮトランジスタ２４ｂがオンとされた状態では、信号線１８ａはアース電位となる。これらの状態が所定周期で交互に繰り返されることにより、圧電素子６の一方の電極には、信号線１８ａを介して所定周波数の交流電圧が印加される。
また、圧電素子６に交流電圧が印加されていない状態においては、両方のトランジスタ２４ａ，２４ｂがオフにされ、各トランジスタ２４ａ，２４ｂのコレクタは、ハイインピーダンスな状態（実質的に、電気的に切り離された状態）にされる。
なお、本実施形態においては、ＰＮＰトランジスタ２４ａ及びＮＰＮトランジスタ２４ｂを交互にオン−オフすることにより、圧電素子６に交流電圧を印加しているが、ＦＥＴ等、任意のスイッチング素子を使用して交流電圧を印加してもよい。
【００３３】
つぎに、分圧回路２８は、２本の電気抵抗２８ａ，２８ｂから構成され、圧電素子６の一方の端子に現れる電圧を分圧し、適正な電圧に調整するようになっている。
すなわち、電気抵抗２８ａの一方の端子は、信号線１８ａに接続され、他方の端子は電気抵抗２８ｂの一方の端子に接続されている。
また、電気抵抗２８ｂの他方の端子は、アースに接続されている。
これらにより、信号線１８ａに現れた電圧が、電気抵抗２８ａ，２８ｂの抵抗比により分圧され、適正な電圧に調整される。上述したように、圧電素子６に交流電圧が印加されている状態においては、圧電素子６の一方の端子（信号線１８ａ）には、電源電圧とアース電位が所定周期で交互に現れる。
これに対して、駆動回路２４の出力がハイインピーダンスにされた状態（両方のトランジスタ２４ａ，２４ｂがオフ）では、信号線１８ａには、圧電素子６により生成された起電力が現れる。
分圧回路２８は、これらの電圧を分圧し、分圧された電圧を信号変換回路２６に出力する。
すなわち、圧電素子６の一方の電極に接続された端子は、交流電圧を印加するための入力端子として機能し、また、この入力端子から、圧電素子６の出力信号が取得される。
【００３４】
つぎに、信号変換回路２６は、２つのコンデンサ２６ａ，２６ｂ、ダイオード２６ｃ、及び電気抵抗２６ｄから構成されている。
コンデンサ２６ａの一方の端子は、分圧回路２８の電気抵抗２８ａ，２８ｂの接続点に接続され、他方の端子は、ダイオード２６ｃのアノード端子に接続されている。
さらに、ダイオード２６ｃのカソード端子は、マイクロコンピュータ２２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器の入力端子に接続されている。
また、ダイオード２６ｃのカソード端子は、コンデンサ２６ｂ及び電気抵抗２６ｄを介してそれぞれアースに接続されている。
これらにより、分圧回路２８からの出力信号は、直流成分がコンデンサ２６ａにより除去され、直流成分が除去された信号がダイオード２６ｃにより検波されると共に、コンデンサ２６ｂにより高周波成分がカットされ、マイクロコンピュータ２２のＡ／Ｄ変換器に入力される。
【００３５】
つぎに、図２及び図３を参照して、検知部４の構成を説明する。
図３に示すように、検知部４は、水栓本体２のシャワーヘッド部２ｃの先端に取り付けられた金属製の部材によって構成されており、水栓本体２と共に水栓装置１の外観を形成している。
検知部４は、使用者の手指等が触れる接触部１６と、この接触部１６の背面１６ｂから軸方向（後方側）に延びる円筒部３０とを備えており、この円筒部３０の中に圧電素子６が取り付けられている。
ここで、接触部１６の背面１６ｂは、平らな面に形成され、この平らな面に圧電素子６が取り付けられているため、圧電素子６と接触部１６の背面１６ｂの平らな面とを接着し易くすることができるようになっている。
【００３６】
圧電素子６は、本実施形態においては、チタン酸バリウム、ジルコンチタン酸鉛等の圧電セラミックスを使用した円盤状の素子であり、この圧電セラミックスの両面にそれぞれ電極が設けられている。これらの電極間に信号線１８ａ、１８ｂを介して交流電圧を印加することにより、圧電素子６は全体として屈曲するような変形を繰り返し、振動する。
また、圧電素子６は、検知部４の接触部１６の背面１６ｂに接着剤により固着されているので、圧電素子６及び接触部１６の背面１６ｂは、一体となって屈曲振動する。
すなわち、圧電素子６に所定周波数の交流電圧を印加することにより、検知部４は数μｍ程度の振幅で屈曲振動する。
また、逆に、圧電素子６が屈曲振動されると、その電極間（信号線１８ａ、１８ｂ間）に起電力が発生する。なお、本実施形態においては、印加される交流電圧の周波数は、圧電素子６と接触部１６の背面１６ｂが一体となって屈曲振動する際の共振周波数である約４０ｋＨｚに設定されている。好ましくは、共振周波数は、約２０ｋＨｚ〜約６０ｋＨｚの超音波帯域に設定する。
【００３７】
つぎに、図４及び図５を参照して、本発明の第１実施形態による水栓装置のタッチ検出装置Ａにおける検出原理を説明する。
図４は、本発明の第１実施形態による水栓装置のタッチ検出装置において、使用者が検知部４にタッチしていない場合の圧電素子６の典型的な出力波形を示し、図５は使用者が検知部４にタッチした場合の圧電素子６の典型的な出力波形を示す。
なお、図４及び図５は、上段にマイクロコンピュータ２２の出力ポートＰ１、Ｐ２（図２）からの出力電圧波形、中段に圧電素子６の出力電圧波形（信号線１８ａ、１８ｂ間の電圧波形）、下段に信号変換回路２６からの出力電圧波形（マイクロコンピュータ２２のＡ／Ｄ変換器入力波形）を示すものである。
また、図４及び図５等は信号波形を模式的に示したものであり、交流電圧の印加中において出力される波の数等、実際の波形とは異なっている。
【００３８】
まず、図４の時刻ｔ１において、圧電素子６への交流電圧の印加が開始される。すなわち、図４の上段に示すように、マイクロコンピュータ２２の出力ポートＰ１、Ｐ２に交互に電圧パルスが出力されることにより、駆動回路２４（図２）のＰＮＰトランジスタ２４ａとＮＰＮトランジスタ２４ｂが交互にオンにされる。これにより、図４の中段に示すように、圧電素子６の両電極間（信号線１８ａ、１８ｂ間）にはパルス状の交流電圧が印加される。
この交流電圧の印加により、圧電素子６は屈曲振動される。上述したように、圧電素子６に印加される交流電圧の周波数は、一体化されて振動する検知部４の接触部１６の背面１６ｂ及び圧電素子６の共振周波数と一致するように設定されている。このため、交流電圧の印加による検知部４の接触部１６の背面１６ｂ及び圧電素子６の屈曲振動の振幅は数μｍ程度であり、他の周波数で振動が励起された場合よりも振幅が大きくなる。
なお、交流電圧の印加中においては、圧電素子６の端子（信号線１８ａ）は、ＰＮＰトランジスタ２４ａ又はＮＰＮトランジスタ２４ｂによって電源電圧又はアースの何れかに接続されているため、圧電素子６の両電極間電圧（図４の中段）は、これらに支配される（圧電素子６の屈曲振動により生成された起電力が表れているのではない）。
【００３９】
つぎに、図４の時刻ｔ２において、圧電素子６への交流電圧の印加が停止される。交流電圧の印加が停止されると、駆動回路２４のＰＮＰトランジスタ２４ａ及びＮＰＮトランジスタ２４ｂはいずれもオフにされ、駆動回路２４の出力はハイインピーダンス（電気的に切り離された状態）となる。
一方、検知部４の接触部１６の背面１６ｂ及び圧電素子６は、時刻ｔ１〜ｔ２間の振動の励起により共振周波数で屈曲振動されており、時刻ｔ２において交流電圧の印加が停止された後もこの振動が残留し（一般的に、この現象を「残響」と言う）、次第に減衰する（振動振幅が小さくなる）。
また、交流電圧の印加停止後は、駆動回路２４の出力がハイインピーダンスとされているので、圧電素子６の両端子間（信号線１８ａ、１８ｂ間）には、圧電素子６の屈曲振動により生成された起電力が表れる（図４中段の時刻ｔ２〜）。
【００４０】
本発明の第１実施形態による水栓装置１のタッチ検出装置Ａは、このような交流電圧の印加停止後において検知部４（及び圧電素子６）に残る「残響振動」の大きさに基づいて、検知部４へのタッチ操作の有無を判定している。
ここで、図４の中段に示すように、検知部４の接触部１６へのタッチ操作が行われていない場合には、交流電圧の印加が停止した時刻ｔ２後の電圧振幅が大きく、その振動が減衰するまでの時間も長くなる。
一方、図５の中段に示すように、検知部４の接触部１６へのタッチ操作が行われている（検知部４の接触部１６に使用者の手指等が接触している）場合には、時刻ｔ２後の電圧振幅が小さく、その振動も短時間で減衰している。
すなわち、検知部４の接触部１６に使用者の手指等が接触している場合には、検知部４の振動が、接触部１６に接触している手指等に吸収され、交流電圧の印加停止後に残る「残響振動」が小さくなるものと考えられる。
【００４１】
本実施形態においては、図４及び図５の中段に示す圧電素子６の電圧波形の直流成分を除去し、検波した信号変換回路２６の出力波形（図４及び図５の下段）に基づいてタッチの有無を判定している。
具体的には、本実施形態においては、時刻ｔ２後の信号変換回路２６の出力波形によって囲まれた面積（図４及び図５下段の斜線部の面積。励振停止後の検知部４及び圧電素子６の振動エネルギーに比例する。）の大きさに基づいてタッチの有無を判定している。
【００４２】
つぎに、図６及び図７を参照して、本発明の第１実施形態による水栓装置１の作用を説明する。
図６は、本実施形態の水栓装置１の作用を示すメインフローであり、図７は、本実施形態の水栓装置の作用の一例を示したタイムチャートである。
なお、図７のタイムチャートは、図４及び図５のタイムチャートと同様に、１段目に出力ポートＰ１，Ｐ２からの出力電圧波形、２段目に圧電素子６の出力電圧波形、３段目に信号変換回路２６回路からの出力電圧波形を示し、最下段には、検出回路１４から水栓コントローラ１２に出力される判定出力を示したものである。
【００４３】
図６のフローチャートにおける処理は、検出回路１４に内蔵されたマイクロコンピュータ２２及びプログラムによって実行される。
まず、ステップＳ１においては、圧電素子６に印加される交流電圧の周波数調整が周波数調整回路２２ｂにより実行される。この周波数調整は、圧電素子６に印加される交流電圧の周波数を、検知部４及び圧電素子６の共振周波数に正確に一致させるための処理であり、この周波数調整回路２２ｂによる処理は、本実施形態においては、検出回路１４に対する電源投入時に実行される。
具体的には、マイクロコンピュータ２２から圧電素子６に印加する交流電圧の周波数を少しずつ変化させ、交流電圧の印加停止後における検知部４（及び圧電素子６）に残る「残響振動」の大きさ（動作波形を図４とすれば、図４下段の時刻ｔ２後の斜線部の面積）が最大となる周波数を選択することで、周波数調整が実行される。
また、変形例として、検出回路１４に、周波数調整実行用のスイッチ（図示せず）を設けておき、このスイッチの操作により周波数調整が実行されるようにしてもよい。
【００４４】
本実施形態の水栓装置１のタッチ検出装置Ａは、その性能を十分に発揮させるためには、印加する交流電圧の周波数と、共振周波数を十分に一致させておく必要がある。検知部４の接触部１６の背面１６ｂ及び圧電素子６が大きく振動する共振周波数には個体差があり、検出回路１４に対して組み合わせる水栓本体２（検知部４及び圧電素子６）に応じて、印加する交流電圧の周波数を調整することが望ましい。
また、このような周波数調整機能を備えておくことにより、検出回路１４に組み合わせる水栓本体２の個体ごとのバラツキに対応することができると共に、複数種類の水栓本体２に組み合わせることができる汎用の検出回路１４を構成することも可能となる。
【００４５】
つぎに、図６のステップＳ２においては、１０ｍｓタイマーがリセットされる。本実施形態においては、圧電素子６への交流電圧の印加がセンシング周期である１０ｍｓごとに間欠的に実行される。
また、ステップＳ２においては、この交流電圧の印加の間隔を制御する１０ｍｓタイマーがリセットされ、タイマーの積算が開始される。好ましくは、センシング周期は、約１０〜１００ｍｓに設定する。
さらに、ステップＳ３においては、サブルーチンとして、タッチ検出フローが実行される。ステップＳ３において実行されるタッチ検出は、図４及び図５を使用して説明した原理に基づいて実行されるものであるが、具体的処理については説明を省略する。また、図７に示す例では、時刻ｔ１０においてステップＳ３が実行され、圧電素子６に対する交流電圧の印加が行われている。
【００４６】
つぎに、図６のステップＳ４においては、ステップＳ３における検出結果が「タッチ」であったか、「非タッチ」であったかであったかが判定される。「タッチ」であった場合にはステップＳ５に進み、「非タッチ」であった場合にはステップＳ１１に進む。
図７に示す例では、時刻ｔ１０〜ｔ１１間に実行された励振（交流電圧の印加）後の残響が大きいため、「非タッチ」と判定されている。「非タッチ」と判定された後のステップＳ１１においては、ステップＳ２において積算が開始されたタイマーが１０ｍｓになるまで待機され、１０ｍｓ経過するとステップＳ２に戻る。
【００４７】
図６のステップＳ２においては、１０ｍｓタイマーがリセットされて再び積算が開始され、ステップＳ３において再びタッチ検出が実行される。
図７に示す例では、時刻ｔ１０における前回の励振開始から１０ｍｓ経過後の時刻ｔ１２において再びステップＳ３が実行されている。
さらに、図７の例では、時刻ｔ１２において開始された励振停止後（時刻ｔ１３〜）の残響が小さいため、ステップＳ３における検出結果が「タッチ」と判定されている。ステップＳ３において「タッチ」と判定された場合には、ステップＳ４からステップＳ５に進む。
【００４８】
つぎに、図６のステップＳ５においては、ステップＳ３における検出結果が「非タッチ」から「タッチ」に変化したか否かが判断される。
図７の例では、時刻ｔ１０において開始された前回の検出結果が「非タッチ」であり、時刻ｔ１２において開始された今回の検出結果が「タッチ」であるため、ステップＳ６に進む。
【００４９】
つぎに、図６のステップＳ６においては、具体的な説明は省略するが「タッチ確認検出」であるフローチャートが、サブルーチンとして実行される。この「タッチ確認検出」は、ステップＳ３における「タッチ検出」による誤検知を防止するために、ステップＳ３による検出結果が「非タッチ」から「タッチ」に変化した場合に実行される処理である。
具体的には、「タッチ確認検出」は、「タッチ検出」と同じ動作であり、短いタイミングで同じ「タッチ検出」動作を繰り返すことで、偶発的なノイズによる誤動作を防止する。
図７の例では、ステップＳ３における「タッチ検出」が終了した直後の時刻ｔ１４において「タッチ確認検出」が開始されている。
【００５０】
つぎに、図６のステップＳ７においては、「タッチ確認検出」の結果が「タッチ」であったか否かが判断される。「非タッチ」であった場合には、ステップＳ３における「タッチ」の検出が誤検知であった可能性が高いため、電磁弁の開閉を行うことなく、ステップＳ１１に進み、時刻ｔ１２から１０ｍｓ経過するまで待機される。一方、「タッチ確認検出」の結果が「タッチ」であった場合には、「タッチ」の判定が確定され、ステップＳ８に進む。
【００５１】
つぎに、図６のステップＳ８においては、水栓装置１が吐水状態であるか否かが判断され、吐水中である場合にはステップＳ１０に進み、吐水中でない場合にはステップＳ９に進む。
ステップＳ１０では、吐水状態において新たに検知部４の接触部１６がタッチされた（時刻ｔ１２）ことになるため、湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂが閉弁され、止水状態に切り換えられる。
具体的には、検出回路１４において「タッチ」の検出が確定されると、「タッチ確定」を表す信号が検出回路１４から水栓コントローラ１２に出力され、水栓コントローラ１２は、湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂに制御信号を送って、これらを閉弁させる。
一方、ステップＳ９では、止水状態において新たに検知部４の接触部１６がタッチされた（時刻ｔ１２）ことになるため、湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂが開弁され、吐水状態に切り換えられる。
図７に示す例においては、時刻ｔ１４において開始されたステップＳ６のタッチ確認検出により「タッチ」の検出が確定され、時刻ｔ１５において「タッチ」の検出が確定されたことを示す判定出力が水栓コントローラ１２に出力されている。
【００５２】
このように、検知部４の接触部１６への「タッチ」が検出された場合であっても、ステップＳ３におけるタッチ検出は、所定のセンシング周期である１０ｍｓごとに等間隔で実行される。
すなわち、図７に示す例では、時刻ｔ１２から１０ｍｓ後の時刻ｔ１６においてステップＳ３が実行される。時刻ｔ１６において実行されたタッチ検出においても依然として残響が小さく、検知部４の接触部１６はタッチされたままの状態にあるため、図６のフローにおける処理は、ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ１２の順に実行される。
【００５３】
つぎに、図６のステップＳ１２においては、「タッチ」された状態の継続時間が計測される。具体的には、図７の時刻ｔ１５において「タッチ」の判定が確定された後の経過時間が計測される。
つぎに、図６のステップＳ１３においては、ステップＳ１２において計測されたタッチ継続時間が１分を超えたか否かが判断される。１分を超えていない場合には、ステップＳ１１に進み、使用者が検知部４の接触部１６にタッチしている間は、ステップＳ１１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１１の処理が繰り返される。
一方、１分を超えた場合にはステップＳ１３→Ｓ１０に進み、水栓装置１の状態に関わらず湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂが閉弁される。
すなわち、使用者が１分を超えて検知部４の接触部１６にタッチしているのは異常な操作であり、タッチの誤検知、又は故障の可能性が高い。このため、水栓装置１の状態に関わらず湯用電磁弁１０ａ及び水用電磁弁１０ｂを閉弁させ、水の浪費を防止する。
【００５４】
さらに、図７の時刻ｔ１７において実行されたステップＳ３のタッチ検出において「非タッチ」が検出されると、使用者が検知部４の接触部１６から手指を離したことが認識され、検出回路１４からの判定出力は、「非タッチ」に変更される（時刻ｔ１８）。
しかしながら、水栓装置１の状態は、図７の時刻ｔ１５において切り換えられた状態（吐水状態又は止水状態）が継続される。時刻ｔ１８以後、使用者によって検知部４の接触部１６が再びタッチされるまでは、図６のフローにおいては、ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ１１→Ｓ２→Ｓ３の処理が繰り返される。
【００５５】
その後、使用者が検知部４の接触部１６を再びタッチし、このタッチが確認された場合には、図６のフローでは、ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８の順に処理が行われ、水栓装置１の状態が切り換えられる（図７の時刻ｔ１５以前の状態に戻る）。このように、本実施形態の水栓装置１は、使用者が検知部４の接触部１６にタッチする（使用者が検知部４の接触部１６に触れてから離すまでの動作）ごとに吐水状態と止水状態が交互に切り換えられる。
【００５６】
上述した本発明の第１実施形態による水栓装置１によれば、検知部４の接触部１６が、その外縁部１６ａに向かって水滴を誘導する水滴誘導手段としても機能することにより、仮に、検知部４の接触部１６に水滴が付着したとしても、接触部１６の外縁部１６ａに水滴を誘導して排除することができる。
したがって、接触部１６の表面に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部４による誤検知を防ぐことができる。
【００５７】
また、本実施形態の水栓装置１によれば、水滴誘導手段である検知部４の接触部１６が、その表面上の水滴を重力により外縁部１６ａに向かって水滴を誘導するものであるため、例えば、検知部４の接触部１６の表面について、水平面に対して一方向に傾いている形状や中心部を凸形状にした簡易な形状にするだけで、接触部１６の表面の水滴を重力のみで容易に外側に誘導して排除することができる。
【００５８】
さらに、本実施形態の水栓装置１によれば、検知部４の接触部１６の表面が湾曲面状に突出した形状に形成されているため、接触部１６の湾曲状の表面の水滴を容易に外部へ誘導して排除することができる。
さらに、タッチ操作時に使用者の手指等の対象物を接触部１６の表面に接触させる際には、接触部１６の湾曲状の表面の中央部への接触を促すことができ、接触部１６の振動を効果的に減衰させることができるため、検知部４の検知精度を高めることもできる。
【００５９】
また、本実施形態の水栓装置１によれば、圧電素子６が検知部４の接触部１６の背面１６ｂの平らな面に取り付けられるため、圧電素子６と接触部１６の背面１６ｂの平らな面とを接着し易くすることができる。
【００６０】
さらに、本実施形態の水栓装置１によれば、検知部４の接触部１６の表面が撥水性を有することにより、水滴が接触部１６の表面上に留まることなく、外部へ転がって落ち易くすることができる。
【００６１】
つぎに、図８を参照して、本発明の第２実施形態によるタッチ検出装置について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態によるタッチ検出装置の検知部を拡大して示す断面図である。
ここで、図８に示す本発明の第２実施形態によるタッチ検出装置の検知部１０４において、図３に示す発明の第１実施形態によるタッチ検出装置Ａの検知部４と同一部分については、同一の符号を付し、これらの説明については省略する。
【００６２】
図８に示すように、本発明の第２実施形態によるタッチ検出装置の検知部１０４においては、接触部１１６の構成のみが、上述した本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置Ａの検知部４の接触部１６の構成と異なっている。
具体的には、図８に示すように、検知部１０４の接触部１１６の表面が鉛直面に設定されていると共に、無電解テフロン(登録商標)ニッケルめっき等の撥水性を有する材料で形成されている。
また、圧電素子６が接触部１１６の背面１１６ｂの平らな面に取り付けられている。
【００６３】
上述した本発明の第２実施形態によるタッチ検出装置によれば、検知部１０４の接触部１１６の表面が鉛直面に設定されていると共に、無電解テフロン(登録商標)ニッケルめっき等の撥水性を有する材料で形成されているため、接触部１１６の表面の水滴が接触部１１６の表面上に留まることなく、重力によって下方の外縁部１１６ａに誘導されて外部へ転がって落ち易くすることができ、接触部１１６の表面の水滴を容易に排除することができる。
したがって、検知部１０４の接触部１１６の表面に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部１０４による誤検知を防ぐことができる。
なお、本実施形態のタッチ検出装置の変形例として、検知部１０４について、接触部１１６の表面を上方から下方に向かって前方側又は後方側に傾斜するように傾斜面に設定し、接触部１１６の表面全体が鉛直面に対して傾斜させることにより、接触部１１６の表面の水滴が留まることなく、傾斜面に沿って落ち易くするようにしてもよい。
【００６４】
つぎに、図９及び図１０を参照して、本発明の第３実施形態によるタッチ検出装置、及び、それを備えた水栓装置について説明する。
図９は、本発明の第３実施形態によるタッチ検出装置、及び、それを備えた水栓装置の概略斜視図であり、図１０は、本発明の第３実施形態によるタッチ検出装置の検知部を拡大して示す断面図である。
ここで、図９及び図１０に示す本発明の第３実施形態によるタッチ検出装置Ａの検知部２０４において、図３に示す発明の第１実施形態によるタッチ検出装置Ａの検知部４と同一部分については、同一の符号を付し、これらの説明については省略する。
【００６５】
図９及び図１０に示すように、本発明の第３実施形態によるタッチ検出装置Ａは、シンクＳの前側のカウンターボードＣ上に検知部２０４の接触面１６が上方に差し向けられた姿勢で配置されている。
また、このタッチ検出装置Ａは、シンクＳの後側のカウンターボードＣ上に配置された水栓装置２００とは、離間した位置に設けられている点で、上述した本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置Ａが水栓装置１の水栓本体２の先端部に設けられた形態と異なっている。
【００６６】
上述した本発明の第３実施形態によるタッチ検出装置Ａによれば、検知部２０４の接触部１６がカウンターボードＣ上にあって、水滴が付着し易い使用状況であっても、検知部２０４の接触部１６の表面が湾曲面状に突出した形状に形成されているため、接触部１６の湾曲状の表面に付着した水滴を容易に外部へ誘導して排除することができる。
したがって、接触部１６の表面に水滴が付着したままの状態にすることなく、検知部２０４による誤検知を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１    水栓装置
２    水栓本体
２ａ  基部
２ｂ  基部の先端
２ｃ  シャワーヘッド部（吐水部）
２ｄ  吐水口（吐水部）
４    検知部
６    圧電素子（振動励起素子）
８    湯水混合バルブ
８ａ  温調ハンドル
１０ａ  湯用電磁弁（開閉弁）
１０ｂ  水用電磁弁（開閉弁）
１２    水栓コントローラ
１４    検出回路
１６    検知部の接触部（水滴誘導手段）
１６ａ  接触部の外縁部
１６ｂ  接触部の背面（平らな面）
１８ａ  信号線
１８ｂ  信号線
２０ａ  給湯管
２０ｂ  給水管
２２    マイクロコンピュータ
２２ａ  接触判定回路
２２ｂ  周波数調整回路
２４    駆動回路
２４ａ  ＰＮＰトランジスタ
２４ｂ  ＮＰＮトランジスタ
２４ｃ  電気抵抗
２４ｄ  電気抵抗
２４ｅ  電源
２６    信号変換回路
２６ａ  コンデンサ
２６ｂ  コンデンサ
２６ｃ  ダイオード
２６ｄ  電気抵抗
２８    分圧回路
２８ａ  電気抵抗
２８ｂ  電気抵抗
３０    検知部の円筒部
１０４    検知部
１１６    検知部の接触部（水滴誘導手段）
１１６ａ  接触部の外縁部
１１６ｂ  接触部の背面（平らな面）
Ａ    タッチ検出装置
Ｂ    タッチ操作用の操作部
Ｃ    カウンターボード
Ｓ    シンク
Ｐ１  第１の出力ポート
Ｐ２  第２の出力ポート
【図１】
2018064210.tif 000003
【図２】
2018064210.tif 000004
【図３】
2018064210.tif 000005
【図４】
2018064210.tif 000006
【図５】
2018064210.tif 000007
【図６】
2018064210.tif 000008
【図７】
2018064210.tif 000009
【図８】
2018064210.tif 000010
【図９】
2018064210.tif 000011
【図１０】
2018064210.tif 000012