JP2004285631A - 小便器洗浄装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明では、ドップラセンサの出力を周波数解析する周波数解析手段と、該周波数解析手段に基づいて出力される信号レベルのデータを周期的にサンプリングし、該サンプリングデータの統計値を演算する統計演算手段と該統計値に基づいて尿流の有無を判断する尿流演算手段と前記尿流演算結果に応じて前記バルブの制御を行なうことにより、尿流が連続でなく断続的に放出されたとしても、尿流を精度よく検出することができ、さらに尿流演算結果を基に前記バルブの制御を行なうため、尿流に応じて洗浄水を制御でき、節水が可能となる。
【選択図】 図3
Description
【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乃至請求項2は、便器のボール部内空間に向けて電波を送信する手段と、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との差分に応じた差分信号を生成するドップラーセンサを設置し、該ドップラセンサの出力を周波数解析する周波数解析手段と、該周波数解析手段に基づいて出力される信号レベルのデータを周期的にサンプリングし、該サンプリングデータの統計値を演算する統計演算手段と該統計値に基づいて尿流の有無を判断する尿流演算手段と前記尿流演算結果に応じて前記バルブの制御を行なう制御手段を有している。
その結果、尿流成分の周波数解析手段に基づいて出力されたデータを定期的にサンプリングし、そのデータを基に統計値の演算することにより、尿流が連続でなく断続的に放出されたとしても、尿流を精度よく検出することができ、さらに尿流演算結果を基に前記バルブの制御を行なうため、尿流に応じて洗浄水を制御でき、節水が可能となる。
【0006】
請求項3は、請求項2記載の便器洗浄装置において、前記分散値が一定値より小さい値を、液流乃至尿流の無い状態を表す基準レベルとして定める基準決定手段を有している。
その結果、液流乃至尿流の無い状態を表す基準レベルを定めることにより、尿流乃至液流の量が完全になくなったと判断することができる。
【0007】
請求項4は、請求項3記載の便器洗浄装置において、前記分散値が一定値より大きい値を、液流乃至尿流の有り状態を表す基準レベルとして定める基準決定手段を有している。
その結果、液流乃至尿流の無い状態を表す基準レベルを定めることにより、尿流乃至液流の量が変動しても、その基準レベルを超えているため、尿流乃至液流中であると判断することができる。
【0008】
請求項5は、請求項3乃至請求項4の便器洗浄装置において、前記分散値が前記液流乃至尿流の無い状態を表す基準レベル手段と、前記液流乃至尿流の有り状態を表す前記基準決定レベル手段と、前記基準決定レベルを保持する保持手段を有している。
その結果、尿流乃至液流の有り無しの移行期間を設けることにより、前記尿流乃至液流の量が急激に変動した場合でも、尿流を精度よく検知することが可能となる。
【0009】
請求項6は、請求項1乃至請求項5の記載の便器洗浄装置において、前記液流演算手段は、液流があると判断する時間を計測する計時手段を有している。
その結果、液流演算手段と液流判定時間を計時することにより、総尿量を把握することが可能となり、その総尿量に見合った適切な洗浄水を供給できるため、節水が可能になる。
【0010】
請求項7は、請求項1記載の便器洗浄装置において、前記ドップラセンサーの出力を周波数解析する第二の周波数解析手段と、該周波数手段に基づいて出力される信号レベルを周期的にサンプリングし、該サンプリングデータの統計値を演算する第二の統計演算手段と該統計手段に基づいて人体の有無を判断する人体判断手段を有している。
その結果、周波数解析手段に基づいて出力されたデータを定期的にサンプリングし、そのデータを基に統計値の演算することにより、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。
【0011】
請求項8は、請求項1乃至請求項8記載の便器洗浄装置において、前記尿流判断手段と前記人体判断手段とを比較する比較手段を有している。
その結果、断続的な尿流が続いたり、少量の尿流場合では、尿流検知の判断が出来ない場合でも、前記比較手段と人体検知手段によって、小便器を洗浄することにより、使用者に不快をかけないことができる。
【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
Claims (8)
- 便器本体に対し洗浄水を供給可能とするバルブ付き洗浄水配管を備えた便器に設置され、そのバルブの開閉制御をする便器洗浄装置であって、便器のボール部内空間に向けて電波を送信する手段と、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を設置し、該ドップラセンサの出力を周波数解析する周波数解析手段と、該周波数手段に基づいて出力される信号レベルのデータを周期的にサンプリングし、該サンプリングデータの統計値を演算する統計演算手段と該統計値に基づいて尿流の有無を判断する尿流演算手段と、前記尿流演算結果に応じて前記バルブの制御を行なう制御手段と、を備えたことを特徴とする小便器洗浄装置。
- 請求項1の便器洗浄装置において、前記統計値として、平均値、分散値及び標準偏差の少なくとも一種類を採用したことを特徴とする小便器洗浄装置。
- 請求項2記載の便器洗浄装置において、前記分散値が一定値より小さい値を、尿流の無い状態を表す基準レベルとして定める基準決定手段を備えることを特徴とする小便器洗浄装置。
- 請求項3記載の便器洗浄装置において、前記分散値が一定値より大きい値を、尿流の有り状態を表す基準レベルとして定める基準決定手段を備えることを特徴とする小便器洗浄装置。
- 請求項3乃至請求項4の便器洗浄装置において、前記分散値が前記尿流の無い状態を表す基準レベル手段と、前記液流乃至尿流の有り状態を表す前記基準決定レベル手段と、前記基準決定レベルとを保持する保持手段を有することを特徴とする小便器洗浄装置。
- 請求項1乃至請求項5の記載の便器洗浄装置において、前記液流判断手段は、液流があると判断する時間を計測する計時手段を有することを特徴とする小便器洗浄装置。
- 請求項1記載の便器洗浄装置において、前記ドップラセンサの出力を周波数解析する第二の周波数解析手段と、該周波数手段に基づいて出力される信号レベルを周期的にサンプリングし、該サンプリングデータの統計値を演算する第二の統計演算手段と該統計手段に基づいて人体の有無を判断する人体判断手段と、を備えたことを特徴とする小便器装置。
- 請求項1乃至請求項8記載の便器洗浄装置において、前記尿流判断手段と前記人体判断手段とを比較する比較手段を設けたことを特徴とする便器洗浄装置。
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