(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小便器本体と、
前記小便器本体の上面を斜めに透過してボウルに向かう電波ビームを放射し、被検知体からの反射波を受信し、検知信号を生成する高周波センサと、
前記検知信号により、前記小便器本体への洗浄水を吐水または止水するバルブと、
を備え、
前記小便器本体の前記上面を含む平面と、前記高周波センサのアンテナの放射面を含む平面と、は、ゼロよりも大きく９０度よりも小さい角度をなして交差線上で交差し、
前記交差線は、前記小便器本体の左右方向と略平行であり、
前記電波ビームは、直線偏波され、
前記電波ビームの励振方向は、前記交差線と交差し、
前記小便器本体を透過する前記電波ビームの強度は、前記上面で反射する前記電波ビームの強度よりも高いことを特徴とする小便器装置。
【請求項２】
小便器本体と、
前記小便器本体の背面を斜めに透過してボウルに向かう電波ビームを放射し、被検知体からの反射波を受信し、検知信号を生成する高周波センサと、
前記検知信号により、前記小便器本体への洗浄水を吐水または止水するバルブと、
を備え、
前記小便器本体の前記背面を含む平面と、前記高周波センサのアンテナの放射面を含む平面と、は、ゼロよりも大きく９０度よりも小さい角度をなして交差線上で交差し、
前記交差線は、前記小便器本体の左右方向と略平行であり、
前記電波ビームは、直線偏波され、
前記電波ビームの励振方向は、前記交差線と交差し、
前記小便器本体を透過する前記電波ビームの強度は、前記背面で反射する前記電波ビームの強度よりも高いことを特徴とする小便器装置。
【請求項３】
前記励振方向は、前記交差線と略直交することを特徴とする請求項１または２に記載の小便器装置。
【請求項４】
前記電波ビームの最大強度方向は、前記アンテナの中心点と前記小便器本体のリップ先端部とを結ぶ直線と略一致することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の小便器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波センサを備えた小便器装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波センサからのドップラー周波数信号により人体、液流などを精度よく検知し、バルブの開閉をタイミングよく制御すると、洗浄水を無駄なく使用できる小便器装置が可能となる。
【０００３】
高周波センサのアンテナをパッチ電極により構成すると、高周波センサの小型化が容易となる。この場合、１０．５２５及び２４．１５ＧＨｚ帯の周波数を使用し、電波法に適合させるためにスプリアス発射強度を規制値以下に抑える必要がある。
【０００４】
洗浄水配管に設けられたバルブの開閉制御をする便器洗浄装置に関する技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、送信波と受信波との差分であるドップラー周波数信号にもとづいてボール部内空間の液流状態を演算しバルブを制御している。
【特許文献１】特許第３７４０６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
小便器装置において、誤検知を抑制しつつ低放射電力で人体や尿流を検知するには、電波ビームの方向を精度よく制御することが必要である。しかしながら、パッチ電極の配置や位相を制御するだけで電波ビームの方向を変えるには限界がある。パッチアンテナの放射面と小便器本体との交差角を調整すると電波ビームの方向を変えることが容易となる。この場合、励振方向によって誘電体媒質の透過率が低下し、被検知物体側に高い透過率で電波ビームが透過しない問題がある。本発明は、この問題に鑑みてなされたものであり、誘電体中の透過率が高められ、被検知体に向けて精度よく電波ビームが放射される高周波センサを備えた小便器装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、小便器本体と、前記小便器本体の上面を斜めに透過してボウルに向かう電波ビームを放射し、被検知体からの反射波を受信し、検知信号を生成する高周波センサと、前記検知信号により、前記小便器本体への洗浄水を吐水または止水するバルブと、を備え、前記小便器本体の前記上面を含む平面と、前記高周波センサのアンテナの放射面を含む平面と、は、ゼロよりも大きく９０度よりも小さい角度をなして交差線上で交差し、前記交差線は、前記小便器本体の左右方向と略平行であり、前記電波ビームは、直線偏波され、前記電波ビームの励振方向は、前記交差線と交差し、前記小便器本体を透過する前記電波ビームの強度は、前記上面で反射する前記電波ビームの強度よりも高いことを特徴とする小便器装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の一態様によれば、小便器本体と、前記小便器本体の背面を斜めに透過してボウルに向かう電波ビームを放射し、被検知体からの反射波を受信し、検知信号を生成する高周波センサと、前記検知信号により、前記小便器本体への洗浄水を吐水または止水するバルブと、を備え、前記小便器本体の前記背面を含む平面と、前記高周波センサのアンテナの放射面を含む平面と、は、ゼロよりも大きく９０度よりも小さい角度をなして交差線上で交差し、前記交差線は、前記小便器本体の左右方向と略平行であり、前記電波ビームは、直線偏波され、前記電波ビームの励振方向は、前記交差線と交差し、前記小便器本体を透過する前記電波ビームの強度は、前記背面で反射する前記電波ビームの強度よりも高いことを特徴とする小便器装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
誘電体中の透過率が高められ、被検知体へ向けて精度よく電波ビームが放射される高周波センサを備えた小便器装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の実施形態にかかる小便器装置の構成を説明する図である。  
小便器本体１２は、例えば陶器（比誘電率：εｒ）からなり、その表面に上面１２ａ及び背面１２ｂを有する。高周波センサ３０は上面１２ａまたは背面１２ｂに配設されており、電波ビーム１４を放射する。高周波センサ３０の放射パターンが制御され、高周波センサ３０からは、送信波と被検知体からの反射波との差分周波数であるドップラー周波数信号が制御部１６へ入力される。制御部１６はオン−オフ信号を出力し、バルブ１８の開閉を制御し洗浄水１９を吐水または止水する。
【００１０】
高周波センサ３０は小便器本体１２に対して相対的に固定され、小便器本体１２を透過してボウルに電波ビーム１４を放射する。ここで、上面１２ａとアンテナの放射面とが略平行であると、電波ビーム１４がアンテナの放射面３２ａから略垂直方向に放射され、電波ビーム１４は略鉛直下方を向く。この場合、小便器本体１２のボウルに貯留した封水の揺れを人体のドップラー周波数と誤検知するおそれがある。  
一方、アンテナの放射面と背面１２ｂとが略平行であると、電波ビーム１４は水平方向に向く。この場合、蛍光灯ノイズや小便器本体１２のそばを通過する人体などの外乱を検知しやすい。
【００１１】
本実施形態の場合、アンテナから放射される電波が入射する小便器本体１２の入射面を含む平面と、アンテナの放射面を含む平面と、はゼロよりも大きく９０度よりも小さい角度をなして交差線で交差している。そして、電波ビームの励振方向を、この交差線に対して略垂直とする。  
具体的には、小便器本体１２の上面１２ａとアンテナの放射面３２ａ、または背面１２ｂと放射面３２ａとのなす角度αを、ゼロよりも大きく、９０度よりも小さくする。また、上面１２ａと放射面３２ａとの交差線１７または背面１２ｂと放射面３２ａとの交差線１７は、矢印で表す小便器本体１２の左右方向と略平行とする。すなわち、放射面３２ａと上面１２ａ、または放射面３２ａと背面１２ｂとの間に生じる空隙が小便器本体１２の左右方向に対して略同一となるように角度αを保ちつつ配置されている。このようにすると、上記の誤検知及び外乱の影響を低減することができる。さらに、小便器本体１２の左右方向と略直交する方向に電波ビーム１４を向けることが容易となり、連立小便器の干渉を抑制でき、被検知体の検知精度を改善できる。
【００１２】
図２は、本実施形態にかかる小便器装置１０における高周波センサ３０の配置を説明する図であり、図２（ａ）は模式斜視図、図２（ｂ）はパッチアンテナの模式平面図、図２（ｃ）は電波ビームを表す図である。  
陶器などの上面１２ａに、高周波センサ３０が配置される。上面１２ａと、パッチアンテナ３２の放射面３２ａと、の交差角がαであるように高周波センサ３０が配置される。パッチアンテナ３２から放射された電波ビーム１４は、上面１２ａにおいて透過ビームと反射ビームを生じる。なお、上面１２ａではなく背面１２ｂでも同様である。
【００１３】
図２（ｂ）に表すように、Ａ−Ａ線及びＢ−Ｂ線の両側に４つの給電素子３２ｃが配置される。Ａ−Ａ線と、直交するＢ−Ｂ線との交点である中心点３６はパッチアンテナ３２の略中心であり電波ビーム１４の放射の中心である。給電点３５は発振器と接続され、電波ビーム１４が励振される。電波ビーム１４の励振方向は矢印に表すようにＡ−Ａ線に沿って平行で、放射面３２ａ上にある。このようなパッチアンテナ３２を用いると、直線偏波の励振が容易にできる。
【００１４】
また、図２（ｃ）のように空間的に広がった電波ビーム１４の放射パターンは、４つの給電素子３２ｃの配置などを変化させることにより制御可能である。図２（ａ）において、放射面３２ａに垂直であり中心点３６を通り、上面１２ａと直交する面を入射面４０と呼ぶことにする。中心点３６近傍から放射され広がった電波ビーム１４は、上面１２ａを透過面として小便器本体１２を構成する陶器などの媒質内への透過ビームと、上面１２ａを反射面とする反射ビームとを生じる。
【００１５】
なお、図２（ｂ）に表した実施形態においては、４つの給電素子３２ｃにより電波ビーム１４の放射パターンを制御している。しかし、パッチアンテナ３２の構成はこれに限定されない。
【００１６】
次に、小便器本体１２をεｒ＝４．１５である陶器とした場合について、放射面３２ａと上面１２ａまたは背面１２ｂとの交差角αにより電波ビーム１４が変化することをシミュレーションを用いて説明する。  
図３は、励振方向が入射面４０と略直交する場合の高周波センサの配置を表し、図３（ａ）は模式斜視図、図３（ｂ）はパッチアンテナの模式平面図である。なお、シミュレーションの周波数は１０．５２５ＧＨｚである。  
以下のシミュレーションにおいて励振方向と、放射面３２ａを含む平面と小便器本体１２の上面１２ａまたは背面１２ｂとの交差線１７との交差角βは略直交している。なお、放射面３２ａが上面１２ａ及び背面１２ｂと直接接触していなくともよい。図４（ａ）は、放射面３２ａを含む平面と上面１２ａ、または放射面３２ａを含む平面と背面１２ｂとが交差する場合を表す。図４（ｂ）は、放射面３２ａを含む平面と上面１２ａを含む平面、または放射面３２ａを含む平面と背面１２ｂを含む平面、とが交差する場合を表す。
【００１７】
βが９０度でない場合においても、交差線１７との直交成分に対してはシミュレーションの結果が適用できる。入射面４０内において電波ビーム１４は、入射ビーム４２と、透過ビーム４４と、反射ビーム４６とを含む。すなわち、入射ビーム４２は、空気と小便器本体１２との比誘電率の違いにより屈折して透過ビーム４４となる成分と、上面１２ａまたは背面１２ｂで反射する反射ビーム４６となる成分とに分かれる。
【００１８】
図５は、α＝０、すなわち放射面３２ａと上面１２ａ、背面１２ｂとが傾かず平行である場合のシミュレーションによる入射面４０内の放射パターンの断面を表し、図５（ａ）は励振方向と入射面４０とが略平行な場合、図５（ｂ）は励振方向と入射面４０とが略直交する場合である。図５の曲線は電波ビーム１４が等しい放射強度となる点を結んで得られ、外側の曲線ほど放射強度が弱い。いずれの場合にも電波ビーム１４は小便器本体１２をよく透過し、透過電力に大きな差を生じない。しかしながら、被検知体がこの位置に存在するとは限らず、この場合、放射面３２ａを上面１２ａ、背面１２ｂに対して傾けた方が電波ビーム１４を被検知体に向けて効率よく放射できる。
【００１９】
図６は、α＝３０°におけるシミュレーションによる入射面４０内の放射パターンの断面図を表し、図６（ａ）は励振方向と入射面４０とが略平行な場合、図６（ｂ）は励振方向と入射面４０とが略直交する場合である。  
図６（ａ）の透過率は、図６（ｂ）の透過率よりも高い。また、図６（ｂ）においては小便器本体１２による反射率が高いことを表している。
【００２０】
図７は、α＝４５°におけるシミュレーションによる入射面４０内の放射パターンの断面図を表し、図７（ａ）は励振方向と入射面４０とが略平行な場合、図７（ｂ）は励振方向と入射面４０とが略直交する場合を表す。  
α＝３０°と比べて、それぞれの透過率は低下する。特に、図７（ｂ）においては、反射率がより高くなり透過ビーム４４の放射強度が図７（ａ）よりも低下し、検知感度が低下する。
図８は、α＝６０°におけるシミュレーションによる入射面４０内の放射パターンの断面図を表し、図８（ａ）は励振方向と入射面４０とが略平行な場合、図８（ｂ）は励振方向と入射面４０とが略直交する場合を表す。それぞれの透過率は本α＝４５°の場合よりもさらに低下する。  
特に、図８（ｂ）において透過ビーム４４は殆ど存在せず、被検知体の検出が困難である。一般に高周波センサ３０は小便器装置により取り付け場所が予め決定される。小便器装置１０において、αを適正に選択することにより、被検知体に対して精度よく電波ビームを向けることができる。すなわち、
図９は、電波ビーム１４の励振方向と交差線１７とのなす角度βを変えた場合、入射面４０内放射パターンの断面図である。アンテナ３２の放射面３２ａを含む平面と、小便器本体１２の上面１２ａまたは背面１２ｂとのなす角度αを４５度とし、図９（ａ）はβ＝８０°、図９（ｂ）はβ＝７５°、図９（ｃ）はβ＝６０°、図９（ｄ）はβ＝５５°、図９（ｅ）はβ＝５０°、図９（ｆ）はβ＝４５°の場合をそれぞれ表す。
【００２１】
小便器本体１２を透過するビーム４４はβが９０度において最大であり、βの減少とともに強度が低下する。他方、上面１２ａまたは背面１２ｂでの反射ビーム４６（破線）はβの減少とともに強度が高くなる。この解析結果から、βが５５度以上では反射ビーム４６の強度が透過ビーム４４よりも高くなることが分かる。本実施形態において、透過ビーム４４の強度が反射ビーム４６の強度よりも高くなるように、励振方向と交差線１７とのなす角度βを設定し、被検知体に向けて電波ビーム１４の透過率を高めることができる。このようにすると、低出力の電波ビームでの検知が容易になる。
【００２２】
例えば、公衆トイレなどで、複数の小便器が連立している場合、それぞれの小便器の背面側に高周波センサを取り付ける必要がある。この場合、高周波センサから放射された電波が陶器製の小便器の背面で反射されると、隣接する他の高周波センサに影響を与え、電波の干渉などによる誤検知が生ずる場合もあり得る。
【００２３】
これに対して、本実施形態によれば、高周波センサの電波放射面を誘電体の表面に対して傾斜させ、且つ電波の励振方向を調整することにより、誘電体表面での電波の反射を抑制することができる。その結果として、便器の前にいる使用者などを確実に検知でき、且つ、反射される電波ビームに起因する誤検知なども防止できる。
【００２４】
図１０（ａ）は、第１の実施形態にかかる小便器装置１０を表す模式断面図である。  
高周波センサ３０は図１におけるβ＝９０°とし、励振方向は入射面４０と平行であるとする。また、放射面３２ａと上面１２ａとの交差角αはゼロよりも大きく、９０度よりも小さい。電波ビーム１４が入射面４０内において放射強度が最大となる方向が放射面３２ａに対して略垂直とすると、小便器本体１２の上部内に配設された高周波センサ装置３０からの電波ビーム１４の方向は人体５０に向いている。
【００２５】
例えば、陶器からなる小便器本体１２の上部には高周波センサ３０を収納する凹部が設けられ、上面１２ａとなる凹部の底面と交差角αをなすように高周波センサ３０が配設される。本実施形態において、電波ビーム１４の方向は人体５０を検知するのに最適であり、尿流検知も可能である。他方、蛍光灯ノイズや近くを通過する人体などの外乱の影響をやや受けやすい。
【００２６】
図１０（ｂ）は、第１の実施形態の変形例にかかる小便器装置１０の模式断面図である。電波ビーム１４の放射強度が最大となる方向は、アンテナの中心点３６と小便器本体１２のリップ先端部１２ｃとを結ぶ線に略一致する。このようにすると、尿流と人体とをともに精度よく検知できる。なお、リップ先端部１２ｃは小便器本体１２の下部において左右に対して中心近傍に位置するものとする。
【００２７】
図１１は、第２の実施形態にかかる小便器装置１０の模式断面図である。  
電波ビーム１４の先端部分は小便器本体１２の背面１２ｂの方向を向いている。電波ビーム１４は尿流に向いており、尿流の検知に最適であり、外乱の影響を抑制するのに最適である。他方、電波ビーム１４が人体を向いておらず、人体検知の感度が不十分となることがある。
【００２８】
図１２（ａ）は、第３の実施形態にかかる小便器装置１０の模式断面図である。  
高周波センサ３０は背面１２ｂとの交差角がαとなるように配設される。交差角αはゼロよりも大きく、９０度よりも小さいことが好ましく、６０度以下であることがさらに好ましい。このようにすると、尿流検知に最適であり、人体検知も可能であり、外乱の影響を受けにくい。なお、背面１２ｂとは、図１に表すように人体とは反対側となる小便器本体１２の裏面側である。  図１２（ｂ）は、第３の実施形態の変形例を表す模式図である。  
電波ビーム１４の放射強度が最大となる方向は、アンテナの中心点３６と小便器本体１２のリップ先端部１２ｃとを結ぶ線に略一致し、尿流と人体とを共に精度よく検知できる。
【００２９】
図１２（ｃ）は、第３の実施形態の変形例の放射パターンの断面を表し、α＝６０°、かつ放射パターンの最大強度方向が放射面３２ａに対して略垂直となる場合である。
【００３０】
図１３（ａ）は、第４の実施形態にかかる小便器装置１０を表し、０＜α、放射面３２ａの法線に関して最大強度方向が傾いている場合を表す模式図である。  
また、図１３（ｂ）は、α＝３０°、かつ放射面３２ａの法線と最大強度方向との交差角γが３０度である場合の放射パターンの断面である。  
本実施形態は、第３の実施形態よりもαを小さくし背面１２ｂのスペースを削減し薄型化できる。しかし、交差角γを３０度よりも大きくするとアンテナゲインが低下し、放射電力が低下し、尿流及び人体の検知精度を共に高く保つことが困難となる。このため、交差角γは０以上、３０度以下であることが好ましい。
【００３１】
図１４は、第５の実施形態にかかる小便器装置１０の模式断面図である。  
高周波センサ３０はリップ先端部１２ｃの高さの近傍の位置とし、電波ビーム１４が上方に向けて放射されるように、背面１２ｂに対して交差角をαだけ傾けて配設される。交差角αを大きくすると電波ビーム１４の透過率を高めることができ、特に尿流検出の精度を改善できる。
【００３２】
第１〜第５の実施形態において、放射面３２ａと小便器本体１２の上面１２ａとがなす角度α、または放射面３２ａと背面１２ｂとがなす角度αを、ゼロよりも大きく９０度よりも小さくする。また、小便器本体１２を透過する電波ビーム１４の強度が、上面１２ａまたは背面１２ｂで反射される反射ビーム４６の強度よりも高くなるように、励振方向と交差線１７との交差角βを設定する。このようにすると透過ビーム４４の方向を被検知体の方向に正しく向けることが容易となり、電波ビーム１４の透過率を高めることができ、低出力の電波ビーム１４により、外乱の影響が抑制され、精度よく被検知体を検出できる小便器装置１０が可能となる。
【００３３】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されず、小便器装置を構成する小便器本体、アンテナ、高周波センサなどの形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】小便器装置の構成を説明する図
【図２】励振方向と入射面とが略平行な場合の高周波センサの配置を説明する図
【図３】励振方向と入射面とが略直交する場合の高周波センサの配置を説明する図
【図４】放射面が表面と直接には接触しない場合の模式断面図
【図５】α＝０の場合のシミュレーションによる放射パターンの断面図
【図６】シミュレーションによる入射面内放射パターンの断面図
【図７】シミュレーションによる入射面内放射パターンの断面図
【図８】シミュレーションによる入射面内放射パターンの断面図
【図９】シミュレーションによる入射面内放射パターンの断面図
【図１０】第１の実施形態にかかる小便器装置の模式断面図
【図１１】第２の実施形態にかかる小便器装置の模式断面図
【図１２】第３の実施形態にかかる小便器装置の模式断面図
【図１３】第４の実施形態にかかる小便器装置の模式断面図
【図１４】第５の実施形態にかかる小便器装置の模式断面図
【符号の説明】
【００３５】
１０  小便器装置、１２  小便器本体、１２ａ  上面、１２ｂ  背面、１２ｃ  リップ先端部、１４  電波ビーム、１７  交差線、１８  バルブ、３０高周波センサ、３２  パッチアンテナ、３２ａ  放射面、３６  中心点
【要約】
【課題】誘電体中の透過率が高められ、被検知物体に向けて精度よく電波ビームが放射される高周波センサを備えた小便器装置を提供する。
【解決手段】小便器本体と、前記小便器本体の上面を透過する電波ビームを放射し、被検知体からの反射波を受信し、検知信号を生成する高周波センサと、前記検知信号により、前記小便器本体への洗浄水を吐水または止水するバルブと、を備え、前記小便器本体の前記上面を含む平面と、前記高周波センサのアンテナの放射面を含む平面と、は、ゼロよりも大きく９０度よりも小さい角度をなして交差線上で交差し、前記交差線は、前記小便器の左右方向と略平行であり、前記小便器本体を透過する前記電波ビームの強度が、前記上面で反射する前記電波ビームの強度よりも高くなるように、前記電波ビームの励振方向が前記交差線と交差してなることを特徴とする小便器装置が提供される。
【選択図】図１【図１】
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【図４】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図２】
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【図３】
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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１２】
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【図１３】
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