JP2004116083A

JP2004116083A - 自動水栓装置

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Publication number: JP2004116083A
Application number: JP2002279657A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kaneko; 金子　義行; Yoshiaki Kono; 光野　善明
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP4048891B2

Abstract

【課題】小型かつ防水構造の赤外線センサに、形状および防水性能をそのままに偏光板を組み込んでその効果を発揮し、あらゆる材質の洗面器やシンクに対して誤検知しない、かつ意匠性に優れた自動水栓を提供することにある。
【解決手段】センサ部は、検出体に向けて赤外光を投光する投光手段と、検出体により反射された赤外光を受光する受光手段と、投光手段の前面に配置され、所定の偏光成分を透過する第１の偏光手段と、受光手段の前面に配置され、第１の偏光手段が透過する偏光成分と直交する偏光成分を透過する第２の偏光手段とを備え、投光手段と、受光手段と、第１及び第２の偏光手段は、射出成形された複数の樹脂部品からなるセンサケースに水密構造に収納され、センサケースは、赤外光が透過する部分であるケース窓部と、センサケースからケース窓部を除いたケース本体部に分割構成した自動水栓装置。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手洗い等の目的で使用され、物体を検出して自動吐水する自動水栓に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トイレ、洗面所では使用者の手を、台所等では皿や鍋を検出して自動的に吐水する自動水栓は広く普及している。吐水の対象物を検出するセンサは、殆ど赤外線センサが使用されている。対象物に向けて赤外光を発光し、対象物から反射した赤外光の大小または変化によって、物体の有無を判定する。
【０００３】
自動水栓の水栓本体は、トイレ、洗面所では洗面器に、台所ではシンクに取り付けられる。洗面器の例を図７に示す。センサの検出方向と吐水の方向は、使い勝手の点から同一方向が好ましく、図７のようにセンサは洗面器の方向に向けられる。
【０００４】
洗面器は一般に陶器製が多く、通常、センサが発光する赤外光を陶器面で拡散反射する。図７の構成では、センサと洗面器の距離は、センサと手の距離に比較して遠い。よって、洗面器からの反射光に比較して、手からの反射光が大きくなり、自動水栓は手を検出することができる。
【０００５】
この場合、センサと手はより近く、センサと洗面器はより遠い方が、洗面器からの赤外光の反射が相対的に小さくなり、自動水栓の使い勝手は向上する。この距離の関係を理想的にするために、センサを吐水口部分に配置した構成のものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかし、洗面器によっては、赤外光が拡散反射ではなく陶器面で鏡面反射を起こし、センサに大きな反射を返すことがある。更に、台所のシンクは一般にステンレス製であり、洗面器も陶器以外にステンレスやガラスなど光沢のある材質のものも存在し、やはり赤外光が鏡面反射を起こす。
【０００７】
このような鏡面反射は、センサとの距離に関わらず非常に大きな反射レベルとなるので、自動水栓の誤動作の原因となる。前述のセンサを吐水口部分に配置する方法（特許文献１）でも若干の改善にしかならない。
【０００８】
これに対して、偏光手段をセンサの投受光部分に組み込んで有害な鏡面反射成分を除去し、手などの拡散反射成分のみを検出することで、洗面器、シンクの材質に関わらず、自動水栓を安定して動作させる考案が成されている（例えば、特許文献２参照。）。
前述の考案と（特許文献１および特許文献２）を組み合わせれば、洗面器等の鏡面反射で誤動作することなく、良好な使い勝手の自動水栓が実現する。
【０００９】
偏光手段をセンサに組み込む構造の例が、回帰反射板を用いる反射形光電センサの実施例として記載されているものがある（例えば、特許文献３参照。）。
特許文献３では、偏光フィルタをセンサにセットし、その外側に偏光フィルタを保護するため、複屈折性のない透明板を本体ケースにはめ込んでいる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−７００９６号公報（第４頁、第１図）
【特許文献２】特願２００１−２９７３７５号
【特許文献３】特公平６−９３５２１号（第４頁、第１図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
自動水栓のセンサ部は、使用中や掃除の際に水がかかるため、センサ自体が防水構造でなければならない。仮に、偏光手段として、偏光板または偏光ビームスプリッタ等を使用する場合、これらを防水構造のセンサの内部に組み込む必要がある。
【００１２】
しかし、特許文献３のような従来の構造では、十分な防水性能を実現できない。既存のセンサに、偏光板と保護用のカバーをはめ込んでいくという思想であり、簡易的な防水性能が限界である。自動水栓のように、日々、水にさらされる環境では、偏光板をはじめとする部品を水から完全に保護することはできない。
【００１３】
また、自動水栓のセンサは、自動水栓のスパウト（水栓本体）の大きさに影響するため、意匠性の点から小型であることが要求される。また、組み立てやメンテナンスの面から、スパウトに組み込み易く、外し易いように、スパウトに固定するための複雑な形状を要求される。
【００１４】
図９は、図８の自動水栓のセンサ部の斜視図である。その内部構造を示す断面図を図１０に示す。図１０において、１１はケースであり、材質は赤外光を透過する樹脂で、一般に射出成形によって製造される。
２は投光素子である赤外発光ダイオード、３は受光素子であるフォトダイオードであり、信号処理回路が実装された回路基板４に電気的に接続されている。また、回路基板４には信号線５が接続され、電源の入力と信号出力を行う。
【００１５】
投光素子２と受光素子３は、投受光の窓が空けられた素子ホルダー６１に固定される。素子ホルダー６１の材質は赤外光を透過しない樹脂であり、投受光素子を保持するとともに、投受光間を遮光する役割もある。また、素子ホルダー６１も、射出成形によって製造される。
【００１６】
素子ホルダー６１、投光素子２、受光素子３、回路基板４は、センサケース１１に組み込まれ、最後に注型剤７を流し込んでセンサは密閉され、防水構造となる。
注型剤７の種類を、センサケース１１の材質と密着性の良いものを選択することで、図１０のセンサ部の防水性能は強力なものとなる。
図１１は、図１０を、構成する各部品（注型剤７を除く）に分解した図である。
【００１７】
図１１は、図１０のセンサ部に、センサの基本構造を変えずに偏光板８及び９を組み込んだ場合の斜視図である。
偏光板８及び９の形状は長方形で、同一の偏光板を直交させて配置している。図１３は図１２の内部構造を示す断面図である。素子ホルダー６の側に偏光板が入るスペースを空け、ここに偏光板８及び９をセットして従来通りの組立を行えば、防水構造となる。投受光素子の光学的な位置関係など、図１０と同じであり、偏光板を組み込みことによる影響が最も少ない。
【００１８】
しかしながら、この構成では複屈折という現象により、偏光板を組み込んだ効果が得られない可能性が高い。複屈折とは、物質中の屈折率が光の振動方向によって異なる現象で、特に樹脂成形品では、成形時の残留応力によって顕著に発生する。
【００１９】
センサケースは図９のように水栓本体への取り付けやデザイン性を考慮した複雑な構造であり、射出成形で製造される。図１１のセンサケースを射出成形する際、特にコーナー部などで樹脂の流れが複雑となり、ケース全体に圧力の不均一部分が生じ易く、複屈折が発生する可能性が高い。センサケースで複屈折が発生すると、偏光された赤外光がセンサケースを透過する際に偏光状態が変化し、鏡面反射を除去するという目的が果たせなくなる。
【００２０】
複屈折を低減するため、複屈折を発生しにくい樹脂材料も開発されているが、完全に複屈折を生じないわけではなく、また、特殊であるため高価である。よって、樹脂材料の選定でこの問題は解決できない。
【００２１】
図１４は、特許文献２のように、センサ部を吐水口部分に配置したスパウトの断面図である。図１５は、センサ部の断面図である。このタイプのセンサは、スパウトを細く見せるため、可能な限り小さくする必要がある。
センサの大きさを決定する要因として、投受光素子の配置の間隔がある。投受光素子は、より近くに配置した方がセンサを小型化できるが、センサ表面に水滴が付着した際に、水滴を経由した赤外光の回り込みが発生しない程度に離さなければならない。よって、水滴で誤動作しない範囲で、より近くに配置することが望ましい。
【００２２】
図１２乃至１３のように、長方形の偏光板をセットした場合のスパウトの吐水口部分の正面図を図１６に示す。
偏光板の取り付け方向を識別するために形状を長方形としているが、長方形の長辺側の長さをセンサに収めるため、図１６の（ａ）または（ｂ）のようにセンサの厚みが増え、吐水口の形状が大きくなってしまう。
吐水口はスパウトの先端であるため、この部分が大きくなればスパウト全体が大きくなってしまい、自動水栓のデザインを損ねることになる。
【００２３】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型かつ防水構造の赤外線センサに、形状および防水性能をそのままに偏光板を組み込んでその効果を発揮し、あらゆる材質の洗面器やシンクに対して誤検知しない、かつ意匠性に優れた自動水栓を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目標を達するために、請求項１は検出体に向けて赤外光を投光し、前記検出体により反射された赤外光の受光量に応じて前記検出体の有無を検出するセンサ部と、水栓の流路を開閉する電磁弁と、前記センサ部による検出結果に基づいて前記電磁弁を制御する電磁弁制御手段とを備えた自動水栓装置において、前記センサ部は、前記検出体に向けて赤外光を投光する投光手段と、前記検出体により反射された赤外光を受光する受光手段と、前記投光手段の前面に配置され、所定の偏光成分を透過する第１の偏光手段と、前記受光手段の前面に配置され、第１の偏光手段が透過する偏光成分と直交する偏光成分を透過する第２の偏光手段とを備え、前記投光手段と、前記受光手段と、前記第１及び第２の偏光手段は、射出成形された複数の樹脂部品からなるセンサケースに水密構造に収納され、前記センサケースは、前記赤外光が透過する部分であるケース窓部と、前記センサケースから前記ケース窓部を除いたケース本体部に分割構成されるので、偏光された赤外光が透過する部分を複屈折の発生しにくい条件で射出成形を行うことができ、かつ、センサケースとしては複雑な形状にも対応可能であり、洗面器等の誤感知がなく、意匠性にも優れた自動水栓装置が実現可能となる。
【００２５】
請求項２は、請求項１の自動水栓装置において、前記ケース窓部と前記ケース本体部は、二色成形によって結合されるので、結合部分の密着性に優れ、防水性も生産性も優れている。
【００２６】
請求項３は、請求項１の自動水栓装置において、前記ケース窓部と前記ケース本体部は、インサート成形によって成形され結合されるので、強度面に優れたセンサ構造にできる。
【００２７】
請求項４は、請求項１の自動水栓装置において、前記ケース窓部と前記ケース本体部は、超音波溶着によって結合されるので、ケース窓部とケース本体部の間に偏光手段を挟み込むことも可能であり、センサ部を、より小型化できる。
【００２８】
請求項５は、請求項１乃至４の自動水栓装置において、前記水栓の流路の先端部は円筒形の形状の吐水口であり、前記センサ部は、吐水口に密着して固定され、吐水口側の形状が円筒形の吐水口の縁部に沿った形状のセンサであって、
前投光手段と前記受光手段は前記円筒形の吐水口の中心に対して直角の位置に配置され、前記第１及び第２の偏光手段はそれぞれ長方形の形状の偏光板であり、その一辺が前記吐水口の縁の接線に平行に配置されるので、量産性に優れた長方形の偏光板を、センサ部の形状を最小にしながら、直交させて配置できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施例に係る自動水栓のセンサ部の断面図である。図１において、センサケース１を除く、２乃至９の構成部品は従来例の図１２と同じである。
【００３０】
すわなち、投光素子２と受光素子３は、投受光の窓が及び偏光板の固定スペースが空けられた素子ホルダー６に固定され、更に回路基板４に電気的に接続される。また、回路基板４には信号線５が接続される。これらの部品はセンサケース１に組み込まれ、最後に注型剤７を流し込んでセンサは密閉される。
【００３１】
図２は、図１を、構成する各部品（注型剤７を除く）に分解した図である。図２において、センサケース１は、２つの部品を接合した部品となっている。図２において、１０１はセンサケース１の赤外光が透過する投受光面の窓部品であり、ほぼ板状の形状になっている。１０２は、センサケース１の投受光面の部品１０１を除くケース本体部分の部品である。部品１０１、１０２共に射出成形で製造される。また、部品１０１の樹脂材料は複屈折の発生しにくい材料が好ましく、一方、部品１０２の樹脂材料は光学的性能の制約はない。
【００３２】
部品１０１と部品１０２の結合には以下の方法がある。
（１）接着
（２）二色成型
（３）インサート成型
（４）超音波溶着
【００３３】
（１）は接着剤を使って接合する方法だが、防水構造のセンサとしての組み立て時ではなく、センサケースという部品の段階で接合するため、接着剤の選択肢が広がる。
仮に、センサに偏光板まで組み込んだ状態で接着剤を使う手順とすれば、接着剤の硬化時間や硬化温度等を、偏光板の性能劣化を引き起こさない条件にしなければならない。十分な防水性能を得るためには、接着剤は接着力を最優先に選ぶべきであり、接着剤の硬化条件と偏光板の性能保持を両立させることは、接着剤選定の大きな制約となる。
しかし、
【００３４】
（２）の二色成形は、同一の金型に２つの樹脂を別々に流し込んで成形する方法であり、接合面の密着性が良く、２つの工程を１度で行なうことが出来、量産性に優れている。この方法でケース１を成形することにより、部品１０１と部品１０２をそれぞれ違う樹脂で成形することが可能になる。また、部品１０１を平板のような単純な形状に設計することにより成形時に発生する残留応力を極力減らし、複屈折による影響を最小限に抑えることが可能となる。
【００３５】
（３）のインサート成形では、部品１０１をまず成形し、これを、部品１０２を成形する型にセットして部品１０２部分の樹脂を流して成形する。よって部品１０１を金型内にセットする手間は発生するが、インサート成形では、上記二色成形のような専用の射出成形機は必要としない。更に成形条件が大きく異なる樹脂同士であっても接合部の強度を確保でき、樹脂選定の自由度が広がる。また、上記二色成形と同様に部品１０１を平板のような単純な形状に設計することにより成形時に発生する残留応力を極力減らすことが可能となる。
【００３６】
（４）の超音波溶着は、部品１０１及び１０２を別々に成形して、超音波のエネルギーで接合部分の樹脂を溶かす方法である。専用の装置を必要とし、溶着面の確保等で形状に僅かに制約が生じるが、部品１０１及び１０２をそれぞれ独立に製造、管理できる。この方法もまた、上記２つの成形法と同様に樹脂選定の自由度が広がるとともに、残留応力の発生を極力減らすことが可能となる。
また、溶着時に、溶着部分以外には殆どストレスが無いため、部品１０１と部品１０２の間に偏光板を挟み込むことができる。
【００３７】
以上、（１）乃至（４）の方法のいずれを選択しても、部品１０１は、ほぼ板状の形状とすることができ、射出成形時の樹脂の流れは単純となり、残留応力を最小レベルに抑えることができる。よって、複屈折の発生しにくい樹脂材料を使用すれば、偏光性能を低下させることがない。また、部品１０１と部品１０２の接合は、センサ形状に応じて強固な手段が選択でき、良好な防水性能を実現できる。
【００３８】
図３は本発明の第２の実施例に係る自動水栓のセンサ部の断面図である。図３の構造は、図２の第１の実施例と、センサケースと素子ホルダーの部分が異なる。
【００３９】
図３の素子ホルダー６０１は、図２の素子ホルダー６と、センサケース１の部品１０２が一体となった部品である。但し、樹脂材料は赤外光を透過しない樹脂である。また、図２の部品１０１が独立部品となり、センサ窓１０３となっている。
センサ窓１０３には、複屈折の発生しにくい樹脂材料を使用する。
【００４０】
組立手順は、素子ホルダー６０１に偏光板８及び９をセットした後、センサ窓１０３を超音波溶着する。超音波溶着を用いれば、偏光板８及び９に何らストレスがかからないので、性能劣化等の心配がない。
【００４１】
更に、図２の部品１０２のケースとしての役割を素子ホルダー６０１が担うため、センサ部の外形をより小型にすることができる。また、十分な防水性能も確保される。
【００４２】
図４は本発明の第３の実施例に係る自動水栓の吐水口部分の正面図である。センサは吐水口に接するように配置されている。
【００４３】
図４において、投受光素子は、投受光素子は吐水口の中心に対して９０°の角を成すように配置されている。前述のように、投受光素子の間隔は、センサ表面に水滴が付いた時に誤動作しない程度に離せばよいが、図４は、それとは別な観点から配置を決めている。
【００４４】
そして、偏光板８及び９は、長方形の長辺が吐水口の縁部に接する向きに固定する。この配置によって、偏光板８及び９は、互いに直交する位置関係となる。
また、偏光板の長方形の短辺方向がセンサ部の厚みとなるため、センサ部の厚みを増やす必要がなく、偏光板を追加することによるセンサの大型化を回避できる。よって、図５の如く、吐水口部分をコンパクトにデザインすることができる。
【００４５】
図６は、図４のセンサ部の内部構造の例を示す断面図である。構成的に図１と同様であり、図１に対して機能的に同じ部品には同じ番号を振っている。
図１と同様に、センサケース１を部品１０１と１０２に分けて構成することにより、赤外光の偏光状態を乱すことなく、センサを防水構造とすることができる。
【００４６】
図７は、図４のセンサ部の内部構造の、他の例を示す断面図である。構成的に図３と同様であり、図３に対して機能的に同じ部品には同じ番号を振っている。
図３と同様に、超音波溶着を使用することで、センサの外形を小さくすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、防水構造のセンサ部のケースを別部品の組み合わせで構成することにより、複屈折が発生すると問題となる部分が単純な形状にでき、成形条件のコントロールが容易となり、複屈折の影響を抑えることができる。
また、偏光板の組み立てとは別に部品の接合を行えるので、防水性能を重視した接合手段が選択できる。
また、低複屈折の高価な樹脂材料を使うとしても、センサの投受光面だけに使用すればよく、コストアップが少ない。
【００４８】
また、センサの投受光面を別部品として、センサケースに超音波溶着する方法を用いれば、ケースと投受光素子ホルダーが一体化でき、センサの小型化に有効である。
【００４９】
また、吐水口部に設置するセンサにおいて、投受光素子を吐水口の中心に対して９０°の位置に配置することにより、偏光板を吐水口の縁部に並行に置くだけで偏光板を直交させることができ、かつセンサの小型化もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るセンサ部の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るセンサ部の構成を示す部品図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係るセンサ部の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る自動水栓の吐水口部の正面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る自動水栓の吐水口部の斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係るセンサ部の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係るセンサ部の構成を示す断面図である。
【図８】本発明に係る自動水栓と洗面器の位置関係を示す構成図である。
【図９】従来の自動水栓のセンサ部の斜視図である。
【図１０】従来の自動水栓のセンサ部の構成を示す断面図である。
【図１１】従来の自動水栓のセンサ部の構成を示す部品図である。
【図１２】従来の自動水栓のセンサ部に偏光板を組み込んだ斜視図である。
【図１３】従来の自動水栓のセンサ部に偏光板を組み込んだ構成を示す断面図である。
【図１４】従来の吐水口センサを組み込んだ自動水栓のスパウトの断面図である。
【図１５】従来の自動水栓の吐水口センサ部の構成を示す断面図である。
【図１６】従来の自動水栓の吐水口センサ部に偏光板を組み込んだ場合の正面図である。
【符号の説明】
１…センサケース、２…投光素子、３…受光素子、４…回路基板、
５…信号線、６…素子ホルダー、７注型材、８…偏光板、９…偏光板
１０…洗面器、１１…ケース、１２…センサ収納部、１３…吐水口
１５…水栓本体、６１…素子ホルダー
１０１…センサケース窓部、１０２…センサケース本体
１０３…センサ窓、６０１…素子ホルダー

Claims

検出体に向けて赤外光を投光し、前記検出体により反射された赤外光の受光量に応じて前記検出体の有無を検出するセンサ部と、
水栓の流路を開閉する電磁弁と、
前記センサ部による検出結果に基づいて前記電磁弁を制御する電磁弁制御手段とを備えた自動水栓装置において、
前記センサ部は、
前記検出体に向けて赤外光を投光する投光手段と、
前記検出体により反射された赤外光を受光する受光手段と、
前記投光手段の前面に配置され、所定の偏光成分を透過する第１の偏光手段と、
前記受光手段の前面に配置され、第１の偏光手段が透過する偏光成分と直交する偏光成分を透過する第２の偏光手段とを備え、
前記投光手段と、前記受光手段と、前記第１及び第２の偏光手段は、
射出成形された複数の樹脂部品からなるセンサケースに水密構造に収納され、
前記センサケースは、前記赤外光が透過する部分であるケース窓部と、前記センサケースから前記ケース窓部を除いたケース本体部に分割構成されることを特徴とする自動水栓装置。
請求項１の自動水栓装置において、
前記ケース窓部と前記ケース本体部は、二色成形によって結合されることを特徴とする自動水栓装置。
請求項１の自動水栓装置において、
前記ケース窓部と前記ケース本体部は、インサート成形によって成形され結合されることを特徴とする自動水栓装置。
請求項１の自動水栓装置において、
前記ケース窓部と前記ケース本体部は、超音波溶着によって結合されることを特徴とする自動水栓装置。
請求項１乃至４の自動水栓装置において、
前記水栓の流路の先端部は円筒形の形状の吐水口であり、
前記センサ部は、吐水口に密着して固定され、吐水口側の形状が円筒形の吐水口の縁部に沿った形状形状のセンサであって、
前投光手段と前記受光手段は前記円筒形の吐水口の中心に対して直角の位置に配置され、前記第１及び第２の偏光手段はそれぞれ長方形の形状の偏光板であり、その一辺が前記吐水口の縁の接線に平行に配置されることを特徴とする自動水栓装置。