JP2006104701A - ハンドシャワー装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明では、給水ホースの先端に取り付けられて、湯水を吐出する吐水口が形成されたシャワーヘッドと、前記給水ホースへの流路を開閉する開閉手段と、前記開閉手段を制御する制御手段を有するハンドシャワー装置において、前記シャワーヘッドに加速度を出力する加速度センサを備え、前記制御手段は、前記加速度センサの出力に基づいて前記開閉手段を制御する。
【選択図】 図1
Description
浴室や洗面所などのシャワーは、シャワーヘッド以外の給水元に近い部分に操作ハンドル或いは操作スイッチがあるものが一般的であるが、シャワーヘッドに操作スイッチがあることで、シャワーを持った片手の手元で吐水、止水ができるため、操作性、節水性が向上する。
また、操作スイッチは単なるオン・オフの情報しかないため、間違えてスイッチを押してしまったり、何かにぶつけてスイッチがオンしたり、或いはシャワーヘッドを落とした衝撃でスイッチがオンしてしまうような、使用者が意図しないのにスイッチがオンしてしまう状況でも、通常の操作と同じように吐水されてしまう。
このようなスイッチは、「押す」操作を検出できる部位の面積が極端に狭く、片手で操作しても、もう一方の手を使っても、スイッチ位置を限定されるために使い勝手が悪い。
これは、シャワーヘッドに2つ以上の操作手段を持たせると、シャワーヘッドが大型化し、使用者の手元が狭くなって使い勝手が悪くなるという問題を解決するものである。
操作手段を押すには、シャワーヘッドの持ち方に制約が生じる。また、検知手段に検知させるためにもう一方の手を使う必要があるなど、使い勝手の面で満足のいくものではなかった。
更に、赤外線センサや超音波センサなど、物体を検知するセンサを使用すると、使用者が意図的に検知させるもの(一般的には、使用者の手など、体の一部)以外のものにも反応してしまう可能性があり、誤動作に繋がる要因となる。
また、シャワーヘッドにスイッチを設ける必要がないので、シャワーヘッドの大きさやデザインに制約を与えることがない。加速度センサはシャワーヘッドに内蔵して良いので、防水性能も簡単に実現でき、防水構造のスイッチのような複雑な部材が不要である。
また、シャワーヘッドを「振る」「叩く」といった分かりやすい操作によって制御を行うので、誰にでも簡単に操作できる。
その場合も、従来のスイッチであれば、機能を増やすためにスイッチの数が増えるという問題があったが、加速度センサはシャワーヘッドに内蔵するため、外観に何ら影響を与えない。
1はハンドシャワー装置のシャワーヘッドであり、その先端に加速度センサ2を内蔵している。シャワーヘッド2は、水栓本体3に取り付けても、引き出しても使えるようになっている。このような機能は、台所や洗面所で使用する際に便利である。
4は給水部、5は給湯部であり、それぞれ電磁弁6及び7を経由し、混合弁8から給水ホース9を通ってシャワーヘッド1に給水される。ハンドル10は混合弁を通るの水と湯の比率、流量を調整する。一般に、給湯部5からは高温の湯が供給されるので、給水部4からの水と混合して適温の湯を得る。
なお、水路の構成は、図3のようにしても良い。これは図2と電磁弁、混合弁の接続が異なる。図3では、電磁弁6は給水4からの水を、電磁弁7は混合弁8の出力を通過させる。よって、電磁弁6を開ければ水、電磁弁7を開ければ適温の湯がシャワーヘッド1へ供給される。
最も簡単な構造の加速度センサは、おもりが付いた可動電極をバネで支持し、この可動電極と固定電極との接触の有無によって加速度の大小を検出するものであり、例えば、歩数計などで使用されている。しかし、この方法では加速度が一定の閾値を越えたかどうかしか検出できない。
近年、マイクロマシニング技術の発達によって、加速度の値をアナログ(電圧)またはデジタル出力(出力パルスのデューティーや周波数などによる)する加速度センサが普及している。
加速度センサには、1軸タイプ、2軸タイプ、3軸タイプがあり、それぞれ検出可能な加速度の方向が1方向(X)、2方向(X、Y)、3方向(X、Y、Z)となる。検出の基本原理は各軸とも同じであり、それがいくつ内蔵されているかどうかの違いによる。
本実施例では、図4のように、3軸タイプの加速度センサを使用する。但し、本発明の内容の一部のみを実施のであれば、1軸または2軸の加速度センサも使用可能である。
マイコン14は加速度センサの3つの軸(X、Y、Z)の出力電圧に基づいて、電磁弁6及び7を制御する。
X軸はシャワーの吐水方向に並行な軸で、吐水方向(吐水口から水が出て行く方向)を加速度の正符号とする。X軸の加速度は、吐水方向が真下になるようにシャワーヘッド1を持つ(保持する)と+1g(1g=9.8m/s2)となり、吐水方向が真上を向くようにシャワーヘッド1を持つと、−1gとなる。
本動作プログラムは、ハンドシャワー装置の使用者(以下、使用者と記す)が、吐水/止水の制御や湯温の調整などを行うために、シャワーヘッドを振る、叩くなどの操作を行うので、その操作行為を加速度センサの値から検出するものである。
これにより、シャワーヘッドを振る、叩くなどの操作の検出がし易くなり、操作入力をするつもりがなくシャワーヘッドを動かした場合の誤動作を防止する効果もある。
S002で実行するX方向の操作の判定を行うサブルーチンを図7乃至9に示す(ひとつのサブルーチンを3つの図に分割して示す)。この、X方向の操作判定サブルーチンは図7のS101からスタートする。このサブルーチンでは、シャワーヘッド1を「振る」操作と、「叩く」操作があったか、或いは「落下」させた場合のような異常な動きがあったかを判定する。
図11はシャワーヘッド1を「振る」操作である。横軸が時間、縦軸が加速度(G)の値である。最初はシャワーヘッド1の吐水方向を下向きにして保持しているので、Gが1g程度で安定する。それからシャワーヘッド1を下方向に振る、つまり振り下ろすと図11の時刻T1、T2、T3のようにマイナス側のGが発生する。
単にシャワーヘッドを動かすということの検出だけであれば、加速度が所定の値を越えたか否かだけで判断できる。しかし、シャワーヘッドは手に持って自由に動かして使うものであり、使用者が注意して使わなければ、誤動作する可能性が高い。
これを、振り下ろしてから静止するまでの一連の操作行為として識別することにより、確実かつ快適に使用できる。
波形は、図12の波形が連続して繰り返されるだけである。
S102では、X方向のGが1.5gを越えているかをチェックする。以前は静止状態(図6のS001の判定による)であったのに、そこからすぐにX方向のGが1.5gより大きくなるのは、例えばシャワーヘッド1を大きく振り上げた場合である。このような操作行為は、今回はハンドシャワー装置の操作方法として認めていないので、図9のS301の「落下」を判定するフローに進む。詳細は後に説明する。
なお、振り上げる操作を必ず禁止する必要はない。仕様の選択の範疇の問題である。
Gが0.5g未満の場合、S105でタイマーカウンターのTC1をスタートさせる。以降、TC1はS105の実行タイミングを0秒(0ms)としてカウントアップしていく。
TC1が30ms未満の場合、急激にマイナスのGが発生したことになるので、「叩く」操作が行われている可能性が高いと判断し、S113へ進む。
S110でTC1が30ms以上の場合は、「振り下ろし」の操作が行われている可能性が高いと判断し、S111へ進む。
「振る」操作の図11の波形に対応させると、時刻T2がS109に、時刻T3がS115となる。
「叩く」操作の図12の波形に対応させると、時刻T10がS109に、時刻T11がS117となる。
これは、図11の時刻T3からT4の時間が50ms以上あるかどうかの判断である。シャワーヘッド1を振り下ろす操作では、この時間が「叩く」操作のように極端に短くなることはない。この時間が50ms未満なら、図9のS301の「落下」を判定するフローに進む。
これは、図11の時刻T4からT5の時間が50ms以上あるかどうかの判断である。この時間は、振り下ろしたシャワーヘッド1を止める操作なので、極端に短くなることはない。この時間が50ms未満なら、図9のS301の「落下」を判定するフローに進む。
シャワーヘッド1が、つまりGが安定しないままTC3が800msになれば図9のS301の「落下」を判定するフローに進む。
これは、図12の時刻T11からT12の時間が20ms以下で推移したかどうかの判断である。シャワーヘッド1を叩く操作では、短時間のマイナスのGの後にシャワーヘッド1を保持するためのプラスのGに移行する。この時間は「振る」操作のように長くなることはなく、発生するプラスのGも「振る」操作の場合より小さい。
この時間が20msより長ければ、図9のS301の「落下」を判定するフローに進む。
これは、図11の時刻T12からT13の時間が30ms以上あるかどうかの判断である。この時間は、叩いたシャワーヘッド1を保持しようとする操作なので、極端に短くなることはない。この時間が30ms未満なら、図9のS301の「落下」を判定するフローに進む。
シャワーヘッド1が、つまりGが安定しないままTC3が400msになれば図9のS301の「落下」を判定するフローに進む。
S303は、S304乃至S307の判断を行う時間を管理し、100ms経過するとS311に進む。
S304でGが5.0g以上、S305でGが−3.0g以下のいずれかが成立すると、「振る」「叩く」という操作では発生しない異常に大きいGと判断し、直ちにS312に進んで「落下」を確定する。
以上の動作中にTC5が100msに達すると、S311に進んでGの変化の回数Nをチェックする。Nが5以上の場合、「振る」「叩く」の操作や、通常の洗いものをするためにシャワーヘッド1を動かす動作としては、時間あたりにGが変化した回数が多すぎるため、S312で「落下」の判断を確定し、図6のメインルーチンに戻る。
Nが5未満の場合は、「振る」「叩く」の操作でも「落下」でもない、単なるGの変動があっただけとしてS313から図6のメインルーチンに戻る。
Y方向の操作はシャワーヘッド1を手に持って、使用者から見て左右方向の加速度を生じる操作である。シャワーヘッド1を右から、次に左から「叩く」操作をした場合の加速度(G)の変化を図15に示す。
図12及び図13に比較して、Gの変化の傾向は同じだが、シャワーヘッド1を左右に傾けずに持つと、Gがほぼゼロからスタートする点が異なる。「叩く」動作の変化の特徴はX方向の操作で説明したため省略する。
図10において、S201からスタートし、S202でタイマーカウンタTC1をスタートさせる。S203でGが正か負かをチェックする。負であればS204に、正であればS224に進む。
S204乃至S206のループで、TC1が30ms以内にGが−2.5gまで下がると、S207でTC2をスタートさせる。ここまでが、「叩く」ことによる瞬間的なGの発生の検出である。
Gが−2.5g以下にならないまま30msが経過する、もしくはGが0以上になると、S218から図6のメインルーチンに戻る。
S210でTC3をスタートさせ、上記の手の力の継続をS211乃至S212のループでチェックし、S213でその時間が30ms以上あれば、S214乃至S215のループで、TC1が400msになる前に、Gが0.5g以上1.5g以下の範囲に安定するかチェックする。
これが成立すれば、S216で、左から「叩く」操作が行われたことを確定し、S217から図6のメインルーチンに戻る。
S208以降で上記の動作が成立しない場合は、Xの操作判定のサブルーチンと同じく図9のS301へ進み、「落下」の判定を行う。
「振る」操作が行われた場合、S014で吐水中かチェックし、吐水中でなければS015でZ軸の加速度(G)をチェックする。
S014で吐水中だった場合は、S018で止水してS001に戻る。
こうして、使用者は「振る」という操作行為により、シャワーの吐水、止水を制御できる。
S006でX方向に「1回叩く」操作があった場合、S017に進んで吐水中かチェックする。吐水中であればS018で止水するが、吐水中でない場合は、何もせずS001に戻る。
こうすることにより、「1回叩く」だけで止水することができ、かつ、何かに軽くぶつけるなどした際に、誤って吐水することを防止できる。
具体的には、図2の水路構成であれば、「湯」の場合は電磁弁4及び5を開け、「水」の場合は電磁弁4のみを開ける。図3の水路構成であれば、「湯」の場合は電磁弁5のみを開け、「水」の場合は電磁弁4のみを開ける。
なお、図10のサブルーチンからの情報をフルに使い、「右から叩く」と「湯」、「左から叩く」と「水」としても良い。また、X方向のように、「叩く」回数に基づいて制御を変えても良い。加速度の方向とその変化パターンによって多様な制御が可能である。
S009ではZ軸のGの絶対値が2gを越えていないかチェックする。使用者がしっかりとシャワーヘッド1を持っていれば、Z軸方向のGは極端に大きい値になるはずがないため、Gの絶対値が2gを越えた場合はS008の「落下」と同じ扱いをする。
このような状態が30秒も継続するのは、シャワーの使い方として一般的に無いため、S008の「落下」と同じ扱いをする。
もちろん、シャワーヘッド1が動かない状態で吐水時間は最長1分、シャワーヘッド1が動いても吐水時間は最長10分まで(加速度の変化に関わらず、必ず10分で止水する)、というような制御も可能である。
20は操作行為検出手段、21は吐水方向検出手段、22は制御手段であり、全てはマイコン14のプログラムの実行により機能する。20の操作行為検出手段は図7乃至図10に示したフローチャートに、21の吐水方向検出手段及び22の制御手段は図6のフローチャート内に記載されている。
また、加速度センサ2とコントローラ11を給水ホース9に内蔵した信号線13で接続したが、シャワーヘッド1に電池を内蔵して加速度センサ2を駆動し、電波や赤外線などを使って、ワイアレスでデータをコントローラ11に送る構成も可能である。
また、実施例では3軸の加速度センサを用いたが、1軸の加速度センサ、または2軸の加速度センサを使い、本実施例の一部の機能のみ(例えば、吐水と止水のみ)動作させることも可能である。
2…加速度センサ
3…水栓本体
4…給水部
5…給湯部
6…水側電磁弁
7…湯側電磁弁
8…混合弁
9…給水ホース
10…ハンドル
11…コントローラ
20…操作行為検出手段
21…吐水方向検出手段
22…制御手段
Claims (12)
- 給水ホースの先端に取り付けられて、湯水を吐出する吐水口が形成されたシャワーヘッドと、前記給水ホースへの流路を開閉する開閉手段と、前記開閉手段を制御する制御手段を有するハンドシャワー装置において、前記シャワーヘッドに加速度を出力する加速度センサを備え、前記制御手段は、前記加速度センサの出力に基づいて前記開閉手段を制御することを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項1に記載のハンドシャワー装置において、前記加速度センサの出力に基づいて、使用者によるシャワーヘッドへの操作行為を検出する操作行為検出手段を備え、前記制御手段は、前記操作検出手段の出力に基づいて前記開閉手段を制御することを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項2に記載のハンドシャワー装置において、前記操作行為検出手段は、前記加速度センサの出力の時間的な変化パターンに基づいて、使用者がシャワーヘッドを「振る」「叩く」のいずれかの操作行為を行なったことを検出することを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項3に記載のハンドシャワー装置において、前記「振る」操作行為の検出の判断は、前記加速度センサの出力が、その絶対値が第1の所定値以上の状態が第1の所定時間以上継続し、その後、前記出力の符号が逆転し、かつ絶対値が第2の所定値以上の状態が、前記第1の所定時間よりも短い第2の所定時間以上継続し、その後、前記出力の変化が第3の所定値以下の状態が第3の所定時間以上継続し、以上の3つの状態遷移が第4の所定時間以内に完了した場合であることを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項3に記載のハンドシャワー装置において、前記「叩く」操作行為の判断は、前記加速度センサの出力が、その絶対値が第4の所定値以上の状態が第5の所定時間以下のパルス状に発生し、その後、前記出力の符号が逆転し、かつ絶対値が第5の所定値以上の状態が、前記第5の所定時間よりも長い第6の所定時間以上継続し、その後、前記出力の変化が第6の所定値以下の状態が第7の所定時間以上継続し、以上の3つの状態遷移が第8の所定時間以内に完了した場合であることを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項2乃至5のいずれか1項に記載のハンドシャワー装置において、前記操作行為検出手段は、前記加速度センサの出力の時間的変化パターンに基づいて、シャワーヘッドが「落下」したことを検出し、「落下」が検出された場合には、前記流路を閉じることを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項6に記載のハンドシャワー装置において、前記操作行為検出御手段は、使用者による操作行為で発生し得る加速度の値にマージンを加えた第6の閾値を越える加速度が検出された場合、または、加速度の符号の変化が、短時間に所定回数以上検出された場合に「落下」と判断することを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のハンドシャワー装置において、前記加速度センサの出力に基づいて、前記シャワーヘッドの吐水方向が地面に対してどの向きであるかを検出する吐水方向検出手段を備え、前記制御手段は、前記操作検出手段及び前記吐水方向検出手段の出力に基づいて前記開閉手段を制御することを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項8に記載のハンドシャワー装置において、前記制御手段は、前記操作行為検出手段が流路を開くべき操作行為を出力した場合、流路を開く前に、前記吐水方向検出手段により吐水の向きを確認し、「吐水が下向き」の状態でない場合は、流路を開かないことを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項8に記載のハンドシャワー装置において、前記制御手段は、流路を開いた状態で、前記吐水方向検出手段により吐水の向きを継続して監視し、「吐水が上向き」の状態が第9の所定時間以上継続すると、流路を閉じることを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項1乃至10のいずれか1項に記載のハンドシャワー装置において、流路を開いた状態が連続して所定の制限時間まで継続すると流路を閉じる安全機能を備え、流路を開いた状態で所定値以上の加速度の変化が検出されると、前記吐水制限時間を延長することを特徴とするハンドシャワー装置。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載のハンドシャワー装置において、前記シャワーヘッドの吐水方向に並行な方向の加速度を検出する第1の加速度センサと、前記吐水方向に直交する方向の加速度を検出する第2の加速度センサを備えるとともに、前記流路の開閉手段の他に、流量の多少、水温の高低、水流の形態のいずれかを制御可能な機能を備え、前記制御手段は、前記第1の加速度センサの出力に基づいて前記流路の開閉を制御し、第2の加速度センサの出力に基づいて、流量の多少、水温の高低、水流の形態のいずれかを制御することを特徴とするハンドシャワー装置。
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