(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小便器と、前記小便器に対し洗浄水を供給する洗浄水供給バルブと、前記洗浄水供給バルブの制御をするコントローラと、前記小便器のボール部内に向けて電波を送信する送信手段と、前記送信手段によって送信された電波の反射を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した信号の周波数と前記送信手段によって送信された信号の周波数から出力信号を生成するドップラーセンサと、を有する小便器洗浄装置において、
前記ドップラーセンサから使用者の小便器への接近又は小用中の体の動きによる体動成分の周波数を通過するように設定されている周波数解析手段と、前記周波数解析手段からの体動成分出力を周期的にサンプリングして分散値を演算する分散演算手段とを有するとともに、前記分散演算手段は予め設定された第一の分散値及び前記第一の分散値より小さい第二の分散値を有し、前記体動成分出力が前記第一の分散値を所定時間以上超え、そののち前記第二の分散値以下になると前記洗浄水供給バルブを開成することを特徴とする小便器洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小便器洗浄装置に係り、特に尿流乃至人体検知に応じて、自動洗浄する小便器洗浄装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動便器洗浄装置において、自動洗浄する際の検出手段としては反射型の非接触アクティブセンサにより人体の有無を検出し、ある一定時間の間、人体を検出し、人がいることを判断し、そこから人が去った時に自動洗浄するものが一般的に知られている。また、最近では検出手段としてマイクロ波センサを用いることも提案されている。該マイクロ波センサでの検出判定手段としては、ドップラ周波数のパワースペクトラムを求め、該パワースペクトラムのピーク値が所定の閾値以上に上昇し、且つその後閾値以上のピーク値が一定以上継続した時に人が小用したと判断している。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−８０１５０号公報（第５−７頁、第１１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマイクロ波センサを用いた自動便器洗浄装置では、マイクロ波センサの検出手段としてドップラ周波数のパワースペクトラムを求め、該パワースペクトラムのピーク値が所定の閾値以上に上昇し、且つその閾値以上のピークが一定以上継続した時に使用者が小用をしたと判断している。使用者が小便器の正面から人が近づいて来る場合は支障ないが、使用者以外の人が小便器近傍を横切ったり、使用者以外の複数の人が小便器近傍を通った場合、ドップラ周波数のパワースペクトラムのピーク値が所定の閾値以上且つ、その閾値以上のピーク値が一定以上継続する場合がある為、使用者が小用行為をしないにも関わらず、小用をしたと判断し、誤洗浄をする場合がある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、使用者以外の人が小便器近傍を横切ったり、使用者以外の複数の人が小便器近傍を通った場合でも、誤洗浄をなくした小便器洗浄装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、小便器と、前記小便器に対し洗浄水を供給する洗浄水供給バルブと、前記洗浄水供給バルブの制御をするコントローラと、前記小便器のボール部内に向けて電波を送信する送信手段と、前記送信手段によって送信された電波の反射を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した信号の周波数と前記送信手段によって送信された信号の周波数から出力信号を生成するドップラーセンサと、を有する小便器洗浄装置において、前記ドップラーセンサから使用者の小便器への接近又は小用中の体の動きによる体動成分の周波数を通過するように設定されている周波数解析手段と、前記周波数解析手段からの体動成分出力を周期的にサンプリングして分散値を演算する分散演算手段とを有するとともに、前記分散演算手段は予め設定された第一の分散値及び前記第一の分散値より小さい第二の分散値を有し、前記体動成分出力が前記第一の分散値を所定時間以上超え、そののち前記第二の分散値以下になると前記洗浄水供給バルブを開成する。
その結果、人が小便器近傍を横切ったり、複数の人が小便器近傍を通った場合は、人体を検知せず、人が小便器の前に小用をする行為時にのみ、人体を検知することが可能になる。また二つの分散値を用いることにより外来等のノイズをキャンセルすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の小便器洗浄装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
【実施例】
図１は、本発明による小便器洗浄装置を適用した小便器の構成を示す図である。小便器１０の内部には、ドップラーセンサ１１、機能部１２が収められている。小便器１０の上端は、蓋１５となっており、ドップラーセンサ１１と機能部１２が収められている空間のメンテナンス作業が容易にできるようになっている。小便器１０の上方背面には小便器１０のボール部内空間を洗浄する為の水を供給する為の給水部１３が設けられている。ボール部内空間の上部には、洗浄水吐出口１４が設けられている。ボール部内空間の下部には、封水を形成する為のトラップ部１７と排水口１８が設けられている。
【００１４】
ドップラーセンサ１１によって尿が検出された場には、洗浄水が、給水部１３から機能部１２を介して、洗浄水吐出口１４から吐出されてボール部内空間を洗い流し、トラップ部１７を通過して排出口１８から排出される。この際、洗浄水吐出口１４は、ボール部内空間の内壁面の汚れを洗い落とすように配置されているので、洗浄水は、ボール部内壁面に沿って下方に流れ落ちてゆく。一方、使用者から放出される尿は、一旦ボール部内壁面に衝突した後にボール部内壁面に沿って下方に流れてゆく場合と、直接にボール部内下部に向けて放出される場合とがある。いずれの場合においても、使用者が放出してからトラップ部１７に至るまでの尿の流れは、ボール部内壁面とほぼ平行になる。ドップラーセンサ１１は、アンカーを用いてボール部内壁面と平行の方向に電波を送信するように配置されているので、洗浄水と尿の信号を高いS／Ｎ比と低歪で得ることができる。
【００１５】
図２は、ドップラーセンサ１１の機能構成図である。ドップラーセンサ１１は、例えば、１０．５２５ＧＨｚのマイクロ波を送信する送信手段２０と、反射波を受信する受信手段２１と、送信手段２０と受信手段２１とから出力信号を生成する出力生成手段２２から構成されている。なお、本実施形態では、電波を用いた場合のドップラー効果を利用するが、これに限らず、例えば、赤外線等の光波や超音波等の音波を利用するドップラーセンサを用いてもよい。
【００１６】
図３は、機能部１２を具体的に示す構成図である。ドップラーセンサ１１の出力を増幅するアンプ部３１で増幅され、第一の周波数解析手段３２において尿流成分のみの周波数を取り出し、該周波数のサンプリングデータをもとに、第一の統計演算手段３３にて、分散値が求められる。不揮発生記憶部に予め設定された尿流あり分散値Ｂ１を所定時間の間、超えると尿流検知とありとコントローラが判断する。また、不揮発生記憶部（図示せず）に予め設定された分散値Ｂ２を所定時間の間、下回ると尿なしと判断し、尿なしと判断して一定時間後にコントローラから洗浄バルブを開くようにしいている。
以上の構成の小便器洗浄装置において、使用者が小便をした際の作用について、以下に説明する。図４は、排尿中のドップラーセンサ１１の出力信号波形である。アンプ３１は、この信号を増幅する。増幅された信号は周波数解析手段にて尿流信号を取り出す。周波数解析手段の構成として、バンドパスフィルタを採用している。そのため、安価な構成とする事ができる。
【００１７】
バンドパスフィルタは、尿流による信号の周波数を通過するように通過帯域を設定されていて、例えば、図５のような出力信号が得られる。図５において、出力信号は排尿が開始する以前は一定の零レベルを保っているが、排尿が開始されると、零レベルの上下に波打つ波形となる。
第一の周波数解析手段３２は、コンデンサと抵抗器を用いた回路で構成する事が可能である。或いは、他の構成として、マイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の演算器を用いてデジタルフィルタとする事により、簡単な構成にする事が出来る。即ち、アンプ３１の出力を等時間隔でＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ値を必要なフィルター特性に合わせた演算処理に代入することで実現できる。
【００１８】
第一の周波数解析手段３２より得らた信号を基に、第一の統計演算手段３３により、分散値を求める。図６は求めた分散値の波形を示している。分散値の結果から、洗浄水供給バルブを開成するまでのフローについて、図９を基に説明する。排尿が開始され、分散値がＢ１以上（Ｓ７１）になるとタイマをスタートする（Ｓ７２）。分散値がＢ１以上継続して、所定時間（例えば２ｓｅｃ）に達しない場合は、タイマをクリアし、尿流でなく、雑音とみなす。分散値がＢ１以上継続して、所定時間（例えば２．５ｓｅｃ）に達すると尿流ありと判定する（Ｓ７３）。尿あり判定中に分散値がＢ１とＢ２の値であれば、尿流判定を継続する。仮に尿あり判定中に分散値がＢ１とＢ２の値から、再度、分散値がＢ１以上となれば、さらに尿流ありと判定する。分散値がＢ２以下になると尿流なしと判定する。尿流なし判定から所定時間（例えば１０秒）経過すると、タイマーを停止する（Ｓ７５）。タイマーのカウントを基に洗浄水供給バルブ５２を所定時間開成する（Ｓ７６）。
【００１９】
分散値の具体的な求め方について図７と図８を用い説明する。第一の周波数解析手段３３から得られた信号を２ｍｓ間隔で振幅レベルを読み込む。読み込んだ振幅レベル（ｎ１からｎ３２）の３２個のサンプルデータから一つの分散値として求める。求められた分散値のポイントを線でつなぎ合わせると図７の波形となる。分散値を求める式は図８に示す式により得られる。実施例ではサンプリング周期を２ｍｓ、サンプル数を３２個にしているが、マイクロコンピュータの性能により、サンプリング周期、サンプル数の設定は任意に変更可能である。また、統計演算手段は分散値を用いているが、標準偏差或いは平均値を採用してもよい。
【００２０】
次に、コントローラ３５には、タイマ値から洗浄水供給バルブ３６を開けておく時間を導くテーブルが図１０のように予め設定されているので、コントローラ３５は、このテーブルを参照して得られた時間が経過した後で、洗浄水供給バルブ３６を閉じる。以上のようにすれば、尿流継続時間に比例して尿量が増える傾向を利用して、洗浄水量を適切に制御する事ができる。
このように、尿流の値を時系列に分散値でデータをとることにより、使用者の尿流が連続的な尿でなくても、断続的な尿でも尿流を検知することができる。また、分散値或いは標準偏差を用いているため、外来等のノイズが侵入してきてもキャンセルすることができる。さらに尿量時間に応じて洗浄水量を制御しているので、節水効果が可能になる。
【００２１】
図１１は、本発明による便器洗浄装置の第二の構成例を示す図である。
ドップラーセンサ１１の出力を増幅するアンプ部９１で増幅され、第二の周波数解析手段９２において体動成分のみの周波数を取り出し、該周波数のサンプリングデータをもとに、第二の統計演算手段９３にて、分散値を求める。不揮発生記憶部に予め設定された体動あり分散値Ｂ３を所定時間の間、超えると体動検知とありとコントローラが判断する。また、不揮発生記憶部（図示せず）に予め設定された分散値Ｂ４を所定時間の間、下回ると体動なしと判断し、一定時間後にコントローラから洗浄バルブを開くようにしいている。
【００２２】
以上の構成の小便器洗浄装置において、使用者が小便をした際の作用について、以下に説明する。アンプ９１は、ドップラーセンサ１１の出力信号を増幅する。増幅された信号は第二の周波数解析手段９２にて体動信号を取り出す。一般的に周波数解析手段の構成として、バンドパスフィルタを採用している。そのため、安価な構成とする事ができる。
【００２３】
第二の周波数解析手段９２は、体動による信号の周波数を通過するように通過帯域を設定される。一般的に小便器に近づいてくる人の移動速度は０.２ｍ／ｓから０．６ｍ／ｓである。また、ドップラー信号ΔＦは、以下の式で表される。
ΔＦ＝２×Ｆｓ（送信周波数）×ｖ（物体の移動速度）／ｃ（光速）。
よって、小便器に近づいてくる体動のドップラー周波数は１０Ｈｚ程度から４５Ｈｚ程度である。また、小用中は微妙に体が動いているため、ドップラ信号周波数は数Ｈｚから１０Ｈｚ程度の信号となる。人が小便器に近づいて、小用し小便器から離れるまでの波形は図１２のように観測される。
【００２４】
第二の周波数解析手段９２は、第一の構成例と同様な構成からなり、帯域周波数を人が検知可能なＤＣレベルから５０Ｈｚまでとしている。
第二の周波数解析手段９２より得らた信号を基に、第二の統計演算手段９３により、分散値を求める。図１３は分散値の波形を示している。分散値の結果から、洗浄水供給バルブを開成するまでのフローについて、図１４を基に説明する。人が小便器に接近し、分散値がＢ３以上になるとタイマをスタートする（Ｓ１２２）。分散値がＢ３以上継続して、所定時間（例えば２．５ｓｅｃ）に達しない場合は、タイマをクリアし、人でなく、雑音とみなす。分散値がＢ４以上継続して、所定時間（例えば３ｓｅｃ）に達すると人体ありと判定する（Ｓ１２３）。人体あり判定中に分散値がＢ３とＢ４の値であれば、人体判定を継続する。仮に人体判定中に分散値がＢ３とＢ４の値から、再度、分散値がＢ３以上となれば、さらに人体ありと判定する。分散値がＢ４以下になると人体なしと判定する（Ｓ１２４）。人体なし判定から所定時間（例えば１０秒）経過するとタイマーを停止する（Ｓ１２５）。タイマーのカウントを基に洗浄水供給バルブ９６を所定時間開成する（Ｓ１２６）。
【００２５】
分散値の求め方は、第一の実施例と同じ方式を用いて算出する。
【００２６】
次に、コントローラ９５には、タイマ値から洗浄水供給バルブ９６を開けておく時間を導くテーブルが図１５のように予め設定されているので、コントローラ９５は、このテーブルを参照して得られた時間が経過した後で、洗浄水供給バルブ９６を閉じる。
このように、体動のドップラー信号を分散値でデータをとることにより、外来等のノイズが侵入してきてもキャンセルすることができ、体動のドップラー信号を用い、小便器洗浄することができる。
【００２７】
図１６は、本発明による小便器洗浄装置の第三の構成例を示す図である。
この構成例は、第一の構成例と第二の構成例を組合せ、精度の高い小便器洗浄装置を提供する一実施例である。その作用について説明する。
ドップラーセンサ１１の出力を増幅する第一のアンプ部１４１で増幅され、第一の周波数解析手段１４５において尿流成分のみの周波数を取り出し、該周波数のサンプリングデータをもとに、第一の統計演算手段１４６にて、尿流分散値を求める。さらに増幅されたドップラ信号を第二の周波数解析手段１４２において体動成分のみの周波数成分を取り出し、該周波数のサンプリングデータを基に、第二の統計演算手段１４３にて、体動分散値を求める。比較手段１４７は、尿流分散値と体動分散値から得られた分散値と不揮発生記憶部に予め設定された分散値にて、尿流検知をしたか、体動検知をしたかを判断する。
尿流分散値、体動分散値から洗浄水供給バルブ開成までのフローについて、図１５のフローチャートを基に説明する。まず始めに、人が小便器に近づき、分散値がＢ３以上になるとタイマをスタートする（Ｓ１６３）。分散値がＢ３以上継続して、所定時間（例えば２．５ｓｅｃ）に達しない場合は、タイマをクリアし（Ｓ１６５）、人でなく、雑音とみなす。分散値がＢ３以上継続して、所定時間（例えば３ｓｅｃ）に達すると人体ありと判定する（Ｓ１６５）。人体あり判定中に分散値がＢ３とＢ４の値であれば、人体判定を継続する。仮に人体判定中に分散値がＢ３とＢ４の値から、再度、分散値がＢ３以上となれば、さらに人体ありと判定する。分散値がＢ４以下になると人体なしと判定する（Ｓ１６７）。人体なし判定から所定時間（例えば１０秒）経過すると、タイマーを停止する（Ｓ１６９）。タイマー停止後、体動検知フラグをＯＮにする（Ｓ１７１）。体動検知と同時に尿流検知を実施する。排尿が開始されると分散値がＢ２以上になるとタイマをスタートする（Ｓ１７４）。分散値がＢ１以上継続して、所定時間（例えば２ｓｅｃ）に達しない場合は、タイマをクリアし、尿流でなく、雑音とみなす。分散値がＢ２以上継続して、所定時間（例えば２．５ｓｅｃ）に達すると尿流ありと判定する（Ｓ１６６）。尿あり判定中に分散値がＢ１とＢ２の値であれば、尿流判定を継続する。仮に尿あり判定中に分散値がＢ１とＢ２の値から、再度、分散値がＢ１以上となれば、さらに尿流ありと判定する。分散値がＢ２以下になると尿流なしと判定する（Ｓ１６８）。尿流なし判定から所定時間（例えば１０秒）経過すると、タイマー２を停止（Ｓ１７０）し、尿流検知フラグＯＮにする（Ｓ１７２）。このとき、尿流検知フラグＯＮかを確認する（Ｓ１７３）。尿流検知フラグがＯＮの場合は、尿流検知タイマー２で洗浄水供給バルブ１５０を所定時間開成する（Ｓ１７４）。また、体動検知フラグＯＮで、尿流検知フラグがＯＮで無い場合は、体動検知タイマー１で洗浄水供給バルブ１５０を所定時間開成する。（Ｓ１７５）
【００２８】
次に、コントローラ１４９は、タイマ値から洗浄水供給バルブ１５０を開けておく時間を導くテーブルが図８（尿流検知タイマ）或いは図１３（体動検知タイマ）のように予め設定されているので、コントローラ１５０は、尿流検知フラグがＯＮの時は、図８のテーブルを参照し、体動検知フラグのみがＯＮの時は、図１３のテーブルを参照して得られた時間が経過した後で、洗浄水供給バルブ１５０を閉じる。
このように、尿流検知と体動検知を同時に観測することにより、使用者の排尿が断続的で尿量少なかった場合や前立線肥大症など病気の方でも、使用者が排尿行為した場合は確実に小便器を洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す小便器洗浄装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示すドップラーセンサの機能構成図である。
【図３】本発明の第一の実施例を示す小便器の機能構成図である。
【図４】排尿中のドップラーセンサ出力信号波形である。
【図５】第一の周波数解析手段での出力信号波形である。
【図６】第一の統計的手段で求められる分散値である。
【図７】第一の統計的手段で求められる周波数解析波形図である。
【図８】分散値を求める式である。
【図９】第一の統計的手段で求められた分散値に基づいて、洗浄水を供給するまでの手順を示すフローチャートである。
【図１０】タイマー１値から洗浄水供給バルブを開けておく時間を導くテーブルを説明する図である。
【図１１】本発明の第二の実施例を示す小便器の機能構成図である。
【図１２】第二の周波数解析手段で得られた出力信号波形である。
【図１３】第二の統計的手段で求められる分散値である。
【図１４】第二の統計的手段で求められた分散値に基づいて、洗浄水を供給するまでの手順を示すフローチャートである。
【図１５】タイマー２値から洗浄水供給バルブを開けておく時間を導くテーブルを説明する図である。
【図１６】本発明の第三の実施例を示す小便器の機能構成図である。
【図１７】第一、二の統計的手段で求められた分散値に基づいて、洗浄水を供給するまでの手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…小便器、１１…ドップラーセンサ、１２…機能部、１３…給水部
１４…洗浄水吐水口、１５…蓋、１６…トラップ部、１７…排水口
２０…送信手段、２１…受信手段、２２…差分検出手段
３０…制御部、３１…アンプ、３２…第一の周波数解析手段
３３…第一の統計的手段、３４…流量演算手段、３５…コントローラ
３６…洗浄水供給バルブ
９１…アンプ、９２…第二の周波数解析手段、９３…第二の統計演算手段
９５…コントローラ、９６…洗浄水供給バルブ
１４１…第二アンプ部、１４２…第二の周波数解析手段
１４３…第二の統計演算手段、１４４…第二アンプ部
１４５…第一の周波数解析手段、１４６…第一の統計演算手段
１４７…比較手段、１４８…流量演算手段、１４９…コントローラ
１５０…洗浄水供給バルブ
【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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