JP2008524470A - 流れ制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、接触または近接感知装置に関し、詳細には、水またはその他の液体の温度および流量などの特性を制御する装置に関する。流れる液体の流れ特性を使用者が制御するための装置は、使用者の近接を2次元で感知するための2次元制御面と、使用者の位置を決定するための手段と、前記決定に応答して液体の特性を制御するための手段とを備える。

Description

本発明は、接触または近接感知装置に関し、詳細には、水またはその他の液体の、温度および流量などの特性を制御する装置に関する。

水栓は以前から、風呂、シャワー、台所のシンク、および洗面台の標準的な装備品として、温水および冷水の流量を制御する。これらの装置では、使用者によって望まれる温度および流量の水流を放出するために、少なくとも1つの水栓弁を使用者が操作することが必要となる。使用者が有する流量および温度の一般的なフィードバック機構は、これら2つの因子を感じるために一方の手を使用し、次いで、所望の温度および流量が達成されるまで1つまたは複数の水栓弁を回すことである。

人々が標準的な水栓の使用に困難を感じる多くの例がある。関節炎を患う人や、通常の水栓弁を動作させるための運動技能をもたない人など、標準的な水栓弁レバーの使用に困難を感じる人々は、彼らが水を流したり止めたりすることを容易にするために設置される、特別な水栓弁レバーを必要とする。これらの特別な水栓制御では、依然、手動操作が必要であり、こうした人々すべてにとって適切ではない。病院などの場所は、標準的な水栓の操作に困難を感じるか感じないかわからないすべての人々の要求を満たそうとする試みにより、そのすべての洗面台に設置された長いレバーの水栓を有する。こうしたすべての設備では、依然、その温度および流量が使用者にとって許容可能であるかどうかを判断するために、簡単ではあるが使用者が水温を感じることが必要である。

水栓および水栓弁レバーの洗浄は、家庭、病院、またはその他何らかの業界のいずれにおいても、完全な洗浄が必要とされる場合、時間がかかり、困難な仕事となる可能性がある。すべての水栓設備は、何らかの方法でいくらか異なり、かつ、特に壁など障害物に近すぎるところに設置される場合、到達しにくい場所では、異なる形状を有する。

使用者が、シャワー、風呂、台所のシンク、または洗面台に、近接感知装置を用いて水を分注することができる、上記で説明した問題の解決を試みる方法が見出されることが好ましい。

すなわち、本発明の一態様によれば、流れる液体の流れ特性を使用者が制御するための装置が提供される。この装置は、使用者の近接を2次元で感知するための2次元制御面と、使用者の位置を決定するための手段と、前記決定に応答して液体の特性を制御するための手段とを備える。

指またはつま先の単一回の接触によって、水流を所望の流量で流し、温水および冷水の混合率、またはオンデマンド水加熱器によって供給される水の温度を制御することを可能にすることが、有利となるであろう。これは、指、つま先、またはその他の外肢の存在を2次元で検出するための、近接センサを使用することによって実現することができ、あるいは、接触センサを使用することができる。以下の説明では、近接センサを参照するが、接触センサを使用することもできることを、当業者であれば理解するであろう。近接センサは、使用者または使用者の一部の存在を検出し、近接センサに対して使用者または使用者の一部の位置に関する情報を提供する。

あるいは制御面は、例えば装置の前面が、装置を覆って配置される風呂場のタイルを含む場合、制御領域を備えることができ、タイル自体は、装置と別個に供給することができ、または既存の風呂場のタイルを再使用することができる。

装置は、使用者の決定された位置に対応して、水の流量、温水と冷水の混合率、または水の温度を制御することができる。近接センサが、センサに沿った離散位置を感知するためのいくつかのセンサを備えるシステムでは、装置は、実質的に連続的な変化をもたらすように構成されることができる。例えば、6、7、または8個などセンサの数が多い場合、変化は既に、実質的に連続的となることがある。あるいは、装置は、使用可能な制御分解能を高めるために、使用者の感知された2つの位置の間を補間することができる。

別の利点は、近接感知式温度および流量制御装置の洗浄を、容易にすることが可能になることである。

近接感知装置は、作業台または壁などの表面の後方に配置することができ、または、タイル、風呂、台所のシンク、水栓または洗面台などの、物体内に一体化させることができる。タイルが使用される場合、装置は、使用が容易になる適当な位置で、壁上のその他のタイルの間に配置することができる。装置が後付けである場合、装置は、例えば既存の表面の頂面上に配置することができる。この後付け装置は、電池作動とすることができると共に、充電可能とすることができ、主制御ボックスとの無線接続を有する。これによって、建築工事を伴う、有線型の近接感知装置を制御ボックスに物理的に接続する必要がなくなる。

近接感知式水温および水流制御装置は、水栓を補完または置換することができ、手動でタップを回すのではなく、表面上の所定の位置に接触することによって、水の流れおよび温度を制御することを可能にする。接触または近接感知式水温および水流制御装置は、接触スクリーン表示装置上に見出されるような、容量性または誘導性感知技術、圧力感知技術、抵抗感知技術、またはそれらの方法のいかなる組合せを使用することもできる。

本発明の第2の態様によれば、流れる液体の流量を使用者が制御するための装置が提供される。この装置は、使用者の近接を感知するための制御ストリップと、使用者の位置を決定するための手段と、前記決定に応答して液体の流量を制御するための手段とを備える。

本発明の第3の態様によれば、2次元制御面を使用者が操作することによって、流れる液体の流れ特性を制御する方法が提供される。この方法は、制御面を使用して使用者の近接を2次元で感知する段階と、使用者の位置を決定する段階と、前記決定に応答して流れ特性を制御する段階とを含む。

本発明の一実施形態は、温水および冷水の流量を、閉から完全な開、およびその間の何らかの位置へと調整するために、手動の最優先の機能を組み込むことができる電気制御弁を使用して、水の流れを電気的に制御する。その最も基本的な形態で、使用者に水の温度および流量を知らせるフィードバック機構は、温度および水の流量を感じる通常のタップと同じである。近接感知面領域上を指が進むとき、指の下でLEDを点灯し、または表示装置の画像を変えて、近接感知装置がどのように反応しているかに関する指示を与えることによって、使用者にフィードバックを与えることができる。

水の温度および流量を制御する近接感知領域は、例えばxおよびyの2つの軸を有する正方形または矩形のマトリックス内の、一連の近接感知ボタンとして構成することができる。一方の軸、例えばx軸は、温水または冷水およびそれら2つの極の間の何らかの温度の選択を可能にすることができ、例えばy軸は、小さい流量または大きい流量、およびそれら2つの極の間の何らかの流量の選択を可能にすることができる。2つの異なる軸の分解能は、マトリックス内の使用可能なボタンの数、およびマトリックスの分解能を高めるために使用される何らかの補間アルゴリズムによって決定することができる。

様々な弁を電気的に制御する制御ユニットは、それに接続される多数の近接感知装置を有することができる。このタイプのシステムのそのような用途の1つは、単一の弁制御ユニットを制御するための近接感知装置を設置するために、複数の簡便な位置があり得る場合である。あるいは、複数の弁制御ユニットを制御するために、単一の近接感知装置を使用することができる。1つの例では、シャワー用の弁制御ユニット、または風呂用の弁制御ユニットのいずれかを制御するために、近接感知装置を使用することができる。

近接感知装置は、近接感知面の領域が作動されているかいないか、またされている場合その位置を、弁制御装置に指示するために、有線、光学式、または無線のいずれかの方法で弁制御装置とインターフェースをとるRS232またはRS485などの通信プロトコルを使用して、弁制御装置と通信する。装置は次いで、弁、および存在する場合は水加熱装置を、制御するための決定を行う。

近接感知装置はまた、近接感知領域を画像で表示することを可能にするLCD画像表示器などの表示装置の後方に配置することができる。これはまた、使用者がどの温度および流量を選択したかに関する、瞬時のフィードバックを可能にする。あるいは、LED表示器またはその他の表示技術を使用することができる。

また近接感知装置または制御ユニットは、音声による方法で使用者にフィードバックを提供することもできる。これは、ユニットがオフモードであるかオンモードであるかを指示するための、近接装置または制御ユニットから使用者への視覚的フィードバックが存在しない場合、有用となり得る。

水温はまた、水温の調整を可能にする一列のボタンを用いて制御することができる。水流は、同様の機構によって、または制限された数の水の流量を与える個別のボタンによって、制御することができる。ボタンの列は、直線または曲線、さらには完全な円など、いかなる形状とすることもできる。

水を流さないようにしながら近接感知装置の表面を洗浄するために、装置をオフ状態に配置することを可能にすることができる。これは、適正な長さの時間だけ近接感知領域を覆って手を配置することによって、または適正な長さの時間だけオフボタンを作動させることによって、実現することができる。次いで、オフ状態の指示を使用者に与えることができる。近接感知装置の機能を再び作動させるためには、装置をオン状態に戻さなければならない。オン状態は、適正な長さの時間だけ近接感知領域を覆って手を配置することによって、または適当な長さの時間だけオンボタンを作動させることによって、回復させることができる。次いで、オン状態を知らせるために、オン状態の指示を使用者に与えることができる。

本発明の第4の態様によれば、風呂、シャワー、洗面台、またはシンクを制御するための方法が提供される。この方法は、2次元制御面の付近で指またはその他の外肢を動かす段階を含み、制御面は、指またはその他の外肢の決定された位置に応答して流れる液体の流れ特性を制御するように構成された装置を制御する。

本発明のこれらおよびその他の態様をさらに、添付の図面を参照しながら、一例としてのみ説明する。

図1aから図1fは、6つの異なる温度および流量のための近接感知タイル1の動作を示す。各図は、左が冷たく右が温かい水平軸上で水温が選択されることを示す。水の流量は、上端が最小流量、下端が最大流量である、垂直軸上で選択される。図は任意のものであり、温度および流量のための軸および方向は、必ずしも図示の通りである必要はない。指またはつま先を上下に位置決めすることによって、それぞれ流量小および流量大の指示子によって指示される流量を減少または増加する。近接感知制御マトリックス2内で指またはつま先を左または右に位置決めすることによって、近接感知マトリックス2の低温側および高温側の間の位置に応じて、水がより冷たくまたはより温かくなる。中央に位置決めされる場合、温度は、温水および冷水を均等に混合したものとなり、または、オンデマンド水加熱器の中間温度となる。制御マトリックス2に対して手が広げて配置された場合、ユニットは水の流れを止める。

図1aは、最小流量および冷水のみを選択する、使用者の手50を示す。

図1bは、最小流量および温水のみを選択する、使用者の手50を示す。

図1cは、最大の50[%]の流量、ならびに冷水および温水を均等に混合した温度を選択する、使用者の手50を示す。水がオンデマンド加熱装置から供給される場合、この例で供給される水温は、使用可能な温度段階の中間となる。

図1dは、最大流量および冷水のみを選択する、使用者の手50を示す。

図1eは、最大流量、ならびに冷水および温水を均等に混合した温度を選択する、使用者の手50を示す。水がオンデマンド加熱装置から供給される場合、この例で供給される水温は、使用可能な温度段階の中間となる。

図1fは、最大流量および温水のみを選択する、使用者の手50を示す。

図2は、タイル1の正面図を示す。水の温度および流量は、指またはつま先を、図1に示すのと同じ方法で動作する近接感知領域2内のどこかに位置決めすることによって制御される。

図3は、オンオフ機構を有する温度および流れ制御面を備える、タイルの正面図を示す。水の温度および流量は、指またはつま先を、図1に示すのと同じ方法で動作する近接感知領域2内のどこかに位置決めすることによって制御される。ボタン3は、ユニットの現在の動作以前に使用されたとき使用者によって最後に選択された、温度および流量で水を流す。オフボタン4は、使用者によって選択された現在の温度および流量を記録し、水流を止める。

図4は、温度および流量制御面、オンオフ機構、ならびに閉栓および開栓制御機構を有する、例えば壁面上の別のタイル間に配置することができるタイルの正面図を示す。水の温度および流量は、指またはつま先を、近接感知領域2内のどこかに位置決めすることによって制御される。装置は、近接感知領域2に接触することによってオンにすることができる。ボタン3は、ユニットをオフにする前に使用者によって最後に選択された温度および流量で水を流す。ボタン4は、使用者によって選択された現在の温度および流量を記録し、次いで水を止める。閉栓ボタン5は、例えば風呂または洗面台から排水される水の流れを遮断するために、栓の穴に栓を引き込む。開栓ボタン6は、例えば風呂または洗面台から水を排出することができるように、栓を栓の穴から押し出す。

図5は、タイル1の、温度および流量制御面、オン3およびオフ4機構、閉栓5および開栓6制御機構、ならびに温度8および流量7表示器の正面図を示す。温度指示器8は、現在選択されている水温を示す。流量指示器7は、水の流量を、例えば00が流れなしを指示し、99が流量全開を指示する、00から99のパーセントで示す。

図6は、風呂およびシャワーシステムを制御するために使用することができる、タイル1の温度および流量制御面の正面図を示す。オン3およびオフ4機構が存在する。閉栓5および開栓6制御機構が存在する。使用者がシャワーまたは風呂の水を制御することを可能にする、シャワー9または風呂10選択部を製作することもできる。

図7は、単一の水栓11、温度および流量制御面2、オン3およびオフ4機構、閉栓5および開栓6制御機構、ならびに温度8および流量7表示器を備える、洗面台12の上面図を示す。混合された温水および冷水、または温度が制御された水を洗面台に送達する、単一の水栓11を示す。水の温度および流量は、図1と同じ方法で動作する近接感知領域2に接触することによって制御される。栓の穴13は、それぞれ栓を押し出しまたは引き込む、ボタン6および5によって制御される。温度は、表示器8によって指示され、流量は、表示器7によって指示される。ONボタン3は、前回の使用で最後に選択された温度および流量で水を流し、オフボタン4は、使用者によって選択された現在の温度および流量を記録し、次いで水を止める。

図8は、可変水温制御装置を単一ストリップ2として有する、タイル1の正面図を示す。ストリップの上端に接触すると、水温は低くなる。下端に接触すると、水温は高くなる。上端と下端との間では、接触位置に従って、高温と低温が混合された温度が生み出される。流量全開ボタン16は、最大流量で水を出力する。流量半開ボタン15は、最大流量の半分で水を出力する。オンボタン3は、以前の使用で最後に選択された温度および流量で水を流す。オフボタン4は、水流を止める。

図9は、可変水温制御装置を単一ストリップ2として有する、タイル1の正面図を示す。ストリップの上端に接触すると、水温は低くなる。下端に接触すると、水温は高くなる。上端と下端との間では、接触位置に従って、高温と低温が混合された温度が生み出される。水の流量は、単一のストリップ17によって制御される。上端に接触すると、流量は小さくなる。下端に接触すると、流量は大きくなる。上端と下端との間では、接触位置に従った小流量と大流量の割合の流量が生み出される。オンボタン3は、以前の使用で最後に選択された温度および流量の水流を流す。オフボタン4は、使用者によって選択された現在の温度および流量を記録し、水流を止める。

図10は、可変水温制御装置を、ほぼ完全な円形状の単一ストリップ2として有する、タイル1の正面図を示す。低温および高温の印の間で装置に接触すると、接触得位置に従って高温と低温が混合された温度が生み出される。流量全開ボタン16は、最大流量の水を出力する。流量半開ボタン15は、最大流量の半分の水を出力する。オンボタン3は、最後に選択された温度および流量の水流を流す。オフボタン4は、使用者によって選択された現在の温度および流量を記録し、水流を止める。

図11は、シャワーの操作に使用されるシステムを示す。近接感知装置1は、図示のようにその他のタイルの間に配置することができる。この例では、装置は、タイルを貼りなおすときにタイルの後方に取り付けることができるケーブル21によって、主制御装置24に接続される。制御ボックスは、本線電源25から電力を供給される。近接感知領域2内のどこかでタイルに接触すると、制御ボックス24は、電気制御可変弁20を、接触位置に従って計算された大きさだけ開くように調整するよう命令される。

これによって水が、要求された温度および流量でシャワーヘッド18を通って出力される。弁を動作させる制御ライン26は電力を供給し、主制御装置24へ位置フィードバックを送り返す。冷水が管23に流入し、温水が管22に流入する。温水および冷水は、弁20からの出力後に組み合わされ、シャワーヘッド18を通って分注されるように、管19まで進む。

図12は、図11の流量制御システムを示す概略図である。冷水は、27にてシステムに入り、30にて出力する電気制御可変弁29の片側へと進む。温水は、28にてシステムに入り、30へと出力する電気制御可変弁51に進む。温水および冷水は、位置30にて混合され出力される。

図13は、1つの近接感知装置1がシャワーおよび風呂を制御するシステムを示す。近接感知タイルは、混合された水を、シャワーボタン9が作動される場合に管19を通してシャワーヘッド18へと流すか、風呂ボタン10が作動される場合に水栓11を通して流すかを制御する、3接続2位置ソレノイド弁32を制御する。水の温度および圧力は、ケーブル21を通じて主制御ボックス24と通信する、近接感知領域2によって制御される。これによって、主制御ボックス24が命令を受けて、電気制御可変弁20を、近接感知領域内の指またはつま先の位置に従って計算された大きさだけ開くように、ケーブル26を通して調整する。冷水は、管23内に流入し、温水は管22内に流入する。

図14および図15は、図13の流体制御システムの概略図を示す。冷水は、27にてシステムに入り、30にて出力する電気制御される可変弁29の片側へと進む。温水は、28にてシステムに入り、30へと出力する電気制御される可変弁51を通って進む。温水および冷水は位置30にて、混合され出力される。混合された水は次いで、入力34を通って、3接続2位置の電気制御弁38に流入する。次いで水は、例えば図13の水栓11またはシャワーヘッド18で代替することができる、出力OUT1の37、またはOUT2の52へと送られる。

図16および図17は、風呂37を操作するために使用することができる近接感知式流体制御システムを示す。近接感知領域2ならびにボタン3および4は、ケーブル21を通じて制御ボックス24と通信する。電力は、本線電源25から制御ボックスに供給される。近接感知装置1は、電気制御される可変弁20を、近接感知領域内の指またはつま先の位置に従って計算された大きさだけ開くようにケーブル26を通じて調整するよう、制御ボックス24に命令する。オンボタン3は、作動されると、システムが最後に設定された温度および流量の水流を流す。オフボタンは、作動されると、現在設定されている温度および流量を記録し、水流を止める。冷水は、管23に流入し、温水は、管22に流入し、混合されて水栓11を通って出力される。風呂の排水は、越流導入口39、排水導入口40、主排水管41、および越流管42によって達成される。この流体システムの概略を、図12で説明する。

図18および図19は、洗面台または台所のシンク12を操作するために使用することができる近接感知式流体制御システムを示す。この流体システムは、近接感知制御装置が温度表示器8および流量表示器7も組み込むこと以外は、図17のものと同じである。温度は、摂氏温度または華氏温度で表示することができ、流量は、0が流れなしを指示し、99が流れ最大を指示する、0と99の間で表示することができる。この流体システムの概略を、図12で説明する。

図20は、近接感知回路基板24と一体化されるタイル1のための、可能なアセンブリの分解図を示す。タイル1は、回路基板24の特定の近接感知領域がどこに位置しているかを指示する、その表面上に印刷されたパターン53を示す。タイル1は、回路基板24および背板46を位置決めするための、4つの穴44をその裏面上に有する。この例のための回路基板24は、好ましくは、厚さを最小限に保つためのフレキシブル回路基板である。回路基板24は、ユニット全体が組み立てられるときに回路基板を正しく位置決めするための、4つの穴54をその中に有する。近接感知領域48は、回路47によって感知され、この情報は、ケーブル21を通じて制御ボックスへと伝達される。背板46は、組み立てられたユニットの裏側を覆い、背板46を回路基板24と共にタイル1内に配置することを助けるために、取り付け点45を用いる。組み立てられたユニットを互いに保持するために、耐水性接着剤を使用することができる。

図20の回路基板はまた、その他の装置に一体化させるのにも適しており、応用例に適合させるために、サイズを拡大縮小し、形状を適切に変えることができる。水の流量および温度を制御するための近接感知マトリックスは、例えば台所のシンクの水栓内に一体化させることができる。本明細書における水栓とは、そこから水が風呂、洗面台、またはシンクへと流入する管のことを指す。そのようなシステムの利点は、水栓が定位置に固定されていなければ、使用者が水栓を、例えばその基部上で枢動させて所望の位置へと操作し、かつ流量および温度を同じ手で制御することができることである。例えばその手の親指を、水栓を操作しながら所望の流量および温度を選択するために使用することができる。

図21は、温水オンデマンドシャワーシステムを動作させるために使用することができる、近接感知式流体制御システムを示す。近接感知装置1は、図示のようにその他のタイルの間に配置することができる。この例では、装置は、タイルの貼り替え時にタイルの後方に取り付けることができるケーブル21を通じて、主制御装置49に接続される。制御ボックスは、本線電源25から電力を供給される。14によって指示される領域内でタイルに接触することによって、水温が低温と高温の間で制御される。ボタン16が作動されると、水の流量は最大となる。ボタン15が作動されると、水の流量は、使用可能な最大流量の半分となる。オンボタン3は、作動されると、システムが最後に設定された温度および流量の水流を流す。オフボタンは、作動されると、現在設定されている温度および流量を記録し、水流を止める。冷水は、管23に流入し、温水オンデマンド制御ボックス49へと送入される。これは次いで、選択された温度14に従って、16または15によって選択された水の流量で加熱される。加熱された水は、管19を用いて、制御ボックスからシャワーヘッド18へと出力される。

図22は、近接感知水制御システム内の電気接続の、ブロック図を示す。近接感知装置55は、主電気制御弁および水加熱制御装置56から電力を供給される。使用者によって作動されたボタンは、有線、無線、または光学式とすることができる電子制御インターフェースによって、主制御ユニット56へと送信される。主制御ユニット56は、電気制御される多位置弁57と、例えば温水または冷水の流れを制御するために使用することができる、電気制御される可変位置弁58および59と、シャワーシステムのための温水をオンデマンドで供給するために使用することができる水加熱装置60とを、制御する能力を有する。

図23は、近接感知制御装置のブロック図を示す。近接感知マトリックス62は、6つの行および8つの列で構成される48個のボタンからなる。これらのボタンは、近接感知ボタン復号器61によって複合され、情報は、ケーブル接続63を通じて弁制御ユニットへと送信される。ケーブル接続63はまた、正の電圧および接地接続を、電子回路61に供給する。

図24は、近接感知回路のブロック図を示す。近接感知ボタンを、66および67によって表す。水の温度および流量を制御することができる、近接感知マトリックスを構成する、66で表される42個のボタンがある。例えばオン、オフ、シャワー選択、風呂選択、閉栓、開栓など特定の機能を制御するために個別に使用することができる、67で表される6個のボタンがある。電子装置64は、66および67によって表される最高48個の個別のボタンの作動を検出することができる、容量性の感知技術を用いて、人間の近接を検出するように設計される。電子装置64に適当な例は、“QT60486”であり、これは“Quantum Research Group”によって製造される。データシートは、“www.qprox.com”から入手することができ、参照により本明細書に組み込まれる。デジタル通信インターフェース装置65は、この例では、コネクタ68を通じて装置64と弁制御装置とのインターフェースをとるために使用される、標準インターフェース装置である。装置65に適した例は、“MAX3232CUE”であり、これは、“Maxim Semiconductor”および同様の装置を製作するその他いくつかの製造業者によって製造される。

システムは、制御ボックスに組み込まれる処理装置によって制御される。これは、RS232インターフェースを用いて、近接感知回路と通信することができる。処理装置は、RS232など内蔵I/Oインターフェース、電気制御弁においてみられることがある、電動機を制御するためのパルス幅変調器、消去不可能または電気的に消去可能とすることができる内蔵RAMおよび内蔵ROMを具備する、マイクロプロセッサの一部とすることができる。例として、“Microchip Technology Inc.”から入手可能な、マイクロ制御装置のPICシリーズが挙げられる。

好ましくは、処理装置は、制御ボックス内に配置され、近接感知装置および弁制御ユニットへ、RS232によって接続される。あるいは、処理装置は、近接感知装置または弁制御ユニットと共に配置することができる。処理装置が弁制御ユニット内に配置される場合、それは、直流またはステッパ電動機制御回路機構などアナログ支援回路機構の使用によって、電気制御弁とインターフェースをとることができる。アナログ回路機構は、近接感知回路から受け取った入力に従ってマイクロ制御装置によって計算された位置に到達するために、マイクロ制御装置からのデジタル信号を、電気制御弁によって必要とされる正しい電圧および電流に変換することができる。電気制御弁は、マイクロ制御装置が、計算された位置にいつ到達したかを判断し、近接感知装置から新しい情報が受け取られるまでその位置を維持することができるように、その位置情報をマイクロ制御装置に送り返すことができる。

水の温度および流量を制御するために使用者が有する分解能を高めるために、センサ間の補間を用いることができる。機械的タップ制御機構から使用者が受け取る、水の供給の連続的な温度および流れ制御の感覚を使用者に与えるには、使用者の位置を測定するために使用されるセンサの数が不十分である場合に、この分解能の向上が必要とされることがある。実質的に連続的な変化を提供する代替方法として、センサの数を増加することができるが、補間によって、同様の効果をより少ないセンサで実現することができる。

2つのセンサ間の離散補間は、両方のセンサが同時に作動されたかどうかを感知し、両方のセンサが作動されるので、2つのセンサ間の中間位置が作動されたと推定することによって実現され、したがってセンサ間に仮想センサが作り出され、それにより分解能が向上する。連続的な変化のために、両センサにて測定された感知レベル間の比較を行って、どちらのセンサに作動が比率的により近いかを決定することができる。次いで、この作動の制御位置に関して、近似計算を行うことができる。

この補間は、3つ以上のセンサに広げることができ、例えば、4つのセンサが正方形の形で配置された場合に、各センサ対の間の離散補間センサを既に説明したように決定することができ、4つのセンサがすべて同時に作動される場合、4つのセンサ全体の中間に、作動された離散仮想センサがあることを推定することができる。各対間の連続的な変化は、上記で2つの別個のセンサ間で説明したように動作し、4つのセンサがすべて作動された場合、4つのセンサすべての感知レベルを測定することにより、どちらのセンサに作動が比率的に近いかが決定され、この作動の近似制御位置を決定することができ、したがって分解能が向上する。

以下のシーケンスは、近接感知装置からの入力データを処理するために、処理装置上で実行されるプログラムコードを使用して実装され、あるいはシーケンスは、有限状態機械など専用ハードウェアを用いて実装されることができる。

図25は、制御ボックスが使用者によってオンにされた後に生じるシーケンスに関する。ユニットは、オンにされた後にRESET状態（69）から抜ける。RESET後の次の段階は、現在STATEをOFF状態に設定すること（70）である。これは、設置中の偶発的な作動がないことを保証し、これはまた、弁の制御を非作動化させるために使用されるモードであるので、弁を作動させて水流を流すことなく、近接感知装置の表面の洗浄を行うことができる。次いで制御ユニットが、IDLE状態（71）に入り、キーの作動を待機し続ける。

図26は、キーの押下を待機する間に生じるシーケンスに関する。ルーチンは、何らかのキーの作動を連続的にチェックする（72）。1つまたは複数のキーが作動される（73）と、システムの現在状態がONである（74）かOFFである（75）かがチェックされ、続いてOFFルーチン（76）またはONルーチン（77）のいずれかを実行する。

図27は、OFF状態のルーチン（76）に関する。最初に行われる決定は、最小数Xより多いキーが作動されているかどうか、またはONボタンが作動されているかどうかを決定すること（78）である。最小数Xまたはそれ未満のキーが作動されているか、またはONボタンが作動されていない場合（79）、使用者にオフモードが指示され（84）、プログラムはIDLEルーチン（71）に戻る。最小数Xよりも多いキーが作動されているか、またはONボタンが作動されている場合（79）、引き続きこれがY秒間チェックされる（80）。この時間がY秒以下である場合（81）、使用者にOFFモードが指示され（84）、プログラムはIDLEルーチン（71）に戻る。時間がY秒よりも長い場合（81）、モードはオンに変わり（82）、それが使用者に指示され（83）、次いでプログラムはIDLEルーチン（71）に戻る。

図28は、ON状態ルーチン（77）に関する。最初に行われる決定は、最小数Xより多いキーが作動されたかどうか、あるいはOFFボタンが作動されたかどうかを決定することである（85）。Xの適当な値は、マトリックス内の近接センサの間隔によって決めることができ、間隔が密接なセンサには、さらに離隔されているセンサより大きい値のXが必要とされることがある。この値は、近接感知装置が使用者の指によって制御される正常な操作では超えられないが、使用者が近接感知装置上に手を押し付けることによって超えられるようなものとすることができる。最小数Xまたはそれ未満のキーが作動された場合、またはOFFボタンが押されていない場合（86）、使用者によって選択された必要とされる温度および流量に従って、弁が開かれる（88）。次いでルーチンは、プログラムをIDLE状態（71）に戻す。最小数Xより多いキーが作動されているか、またはOFFボタンが作動されている場合（86）、弁が閉じられ、水流が止められる（87）。最小数Xより多いキーが作動されている（80）か、またはOFFボタンがY秒間以下だけ作動された（81）場合、プログラムはIDLE状態（71）に戻る。時間がY秒よりも長い場合（81）、現在状態は、OFFに変更され（70）、OFFモードが使用者に指示される（84）。Yの適切な値は、応用例に応じて決めることができるが、一般に、Yは、通常使用者が偶発的にまたは不用意に近接感知装置上に手を留めることが予想される時間よりも、長くすることができる。次いでプログラムは、IDLEモード（71）に戻る。

図29は、2次元制御面の一例を、制御装置への個人の近接位置を水温および流量情報へと変換するための表として表す。この例では、温度は、温水と冷水の比率の混合によって決定される。表はその代わりに、温水と冷水の比率の混合ではなく、温度を組み込むことができ、例えばそれを、選択された温度まで水を加熱する加熱装置へと伝達することができる。

この例における2次元制御面は、以下の段落で説明される、図29に示す7×4マトリックスとして表される。

1から4の番号が付されY軸上に配置された4つの行があり、行1が上端に、行4が下端にある。ここでY軸は、流量小が上端に指示され、流量大が下端に指示されて水の流量を制御する。行1は25[%]の最大可能流量を、行2は50[%]の最大可能流量を、行3は75[%]の最大可能流量を、行4は100[%]の最大可能流量を表すことができる。行1から4によって表される流量の線形変化は、1つの例である。水流の指数関数的な変化など、別の変化率も可能である。

1から7の番号が付された7つの列が、左から右へと進むX軸上に配置されており、冷水が左に、温水が右に指示される。列1は冷水のみを、列7は温水のみを、そのそれぞれの行数に割り当てられた流量で生み出す。中央の列、すなわちこの例における列4は、温水と冷水の均等な混合を表し、それらの比率を組み合わせると、そのそれぞれの行に割り当てられた流量の比率と等しくなる。図示の列1から7は、その特定の行に割り当てられた最大流量の比率として、温水流量の線形的な増加および冷水流量の線形的な減少を有するものと示され、ここで温水と冷水の流量比率の組合せは、そのそれぞれの行に割り当てられた最大流量の比率と等しい。この線形性は、一例として用いられる。指数関数的な変化など、水流の別の変化率もまた可能である。

図29に示すマトリックス内の各位置は、各弁の完全に開いた位置の、温水および冷水の比率の値を含む。例えば、マトリックス位置2,2(X,Y)が作動された場合、制御装置は、冷水の弁を41.67[%]開き、温水の弁を8.33[%]開く。

各行内の変化率を制御するための別の可能な方法を、図30に示す。この例では、流量を制御するための基準は、温水と冷水の流量の組合せではなく、それら個々の流量に関する最大流量を、それぞれ各行で有することを中心に展開する。したがって、この例では行4である中央の行は、それぞれの行に割り当てられた最大流量における各弁の等しい最大流量を、使用者が有することを可能にする。これは、特定の行に沿った流量が一定ではないが、温水と冷水の混合比が各列に沿ってそれぞれ同一に維持されるので、各列で温度がそれぞれ等しくなることを意味する。例えば、図30のマトリックス位置4,3(X,Y)は、その列に割り当てられた75[%]の最大流量を有する。したがって、中央行は温水と冷水の混合が等しいので、冷水流量が最大流量の75[%]となり、温水流量も最大流量の75[%]となる。

離散補間を用いて、マトリックスを、7×4のセンサマトリックスから、13×7のセンサマトリックスに拡大することができる。この分解能の向上によって、要求温度および流量を選択するための、より高い能力が使用者に与えられる。連続的な変化の補間を用いると、接触感知装置の性質が、水の温度および流量のより高度な制御を使用者に与えるという点で、機械的なタップの性質に近づく。

その他多くの有効な代替形態が生じることが、当業者には明らかである。本発明は、説明された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内にある、当業者には明らかな修正形態を包含することが理解されるであろう。

ある温度および流量のための近接感知装置を組み込むタイルを操作する使用者の手を示す図である。 別の温度および流量のための近接感知装置を組み込むタイルを操作する使用者の手を示す図である。 別の温度および流量のための近接感知装置を組み込むタイルを操作する使用者の手を示す図である。 別の温度および流量のための近接感知装置を組み込むタイルを操作する使用者の手を示す図である。 別の温度および流量のための近接感知装置を組み込むタイルを操作する使用者の手を示す図である。 別の温度および流量のための近接感知装置を組み込むタイルを操作する使用者の手を示す図である。 温度および流量の指示を組み込むタイルを示す正面図である。 温度、流量およびオン/オフの指示を組み込むタイルを示す正面図である。 温度、流量、オン/オフ、および閉栓/開栓の指示を組み込むタイルを示す正面図である。 温度、流量、オン/オフ、および閉栓/開栓の指示、ならびに温度および流量表示器を組み込むタイルを示す正面図である。 温度、流量、オン/オフ、閉栓/開栓、およびシャワー/風呂の指示、ならびに温度および流量表示器を組み込むタイルを示す正面図である。 近接感知装置を組み込む洗面台を示す上面図である。 可変水温制御装置を単一のストリップとして組み込むタイルを示す正面図である。 可変水温制御装置を単一のストリップとして、及び水流量制御装置を単一のストリップとして組み込む、タイルを示す正面図である。 ほぼ完全な円形の単一のストリップとしての可変水温制御装置を有する、タイルを示す正面図である。 シャワーを操作するために使用されるシステムを示す図である。 図11の流体制御システムを示す概略図である。 1つの近接感知装置1が、シャワーおよび風呂を制御するシステムを示す図である。 第1の動作モードの、図13の流体制御システムを示す概略図である。 第2の動作モードの、図13の流体制御システムを示す概略図である。 近接感知式流体制御システムを組み込む風呂を示す図である。 図16の風呂を操作するために使用することができる近接感知式流体制御システムを示す図である。 近接感知式流体制御システムを組み込む洗面台を示す図である。 図18の洗面台または台所のシンクを操作するために使用することができる、近接感知式流体制御システムを示す図である。 近接感知装置における使用に適した回路基板と一体化されるタイルのためのアセンブリを示す分解図である。 温水オンデマンドシャワーシステムを操作するために使用することができる近接感知式流体制御システムを示す図である。 近接感知水制御システム内の電気接続を示すブロック図である。 近接感知制御装置のブロック図である。 近接感知装置と共に使用するのに適した回路のブロック図である。 使用者によって制御ボックスがオンにされた後に生じるシーケンスのためのフローチャートである。 キーの押下を待機している間に生じるシーケンスのためのフローチャートである。 OFF状態ルーチンのためのフローチャートである。 ON状態ルーチンのためのフローチャートである。 制御装置への個人の近接位置を水温および流量情報へと変換するための表である。 各行内の変化率を制御するための別の可能な方法を示す図である。

符号の説明

1 タイル
2 近接感知領域
3 ボタン
4 オフボタン
5 開栓ボタン
6 閉栓ボタン
7 流量指示器
8 温度指示器
9 シャワー
10 風呂
11 水栓
12 洗面台
13 栓の穴
14 領域
15 流量半開ボタン
16 流量全開ボタン
17 単一のストリップ
18 シャワーヘッド
19 管
20 電気制御可変弁
21 ケーブル
22 管
23 管
24 主制御装置（近接感知回路基板）
25 本線電源
26 制御ライン
29 電気制御可変弁
32 ３接続２位置ソレノイド弁
37 風呂
38 ３接続２位置電気制御弁
39 越流導入口
40 排水導入口
41 主排水管
42 越流管
44 穴
45 取り付け点
46 背板
47 回路
48 近接感知領域
49 主制御装置
50 使用者の手
51 電気制御可変弁
53 印刷されたパターン
54 穴
55 近接感知装置
56 主電気制御弁および水加熱制御装置
57 多位置弁
58、59 可変位置弁
60 水加熱装置
61 近接感知ボタン復号器
62 近接感知マトリックス
63 ケーブル接続
64 電子装置
65 デジタル通信インターフェース装置
66、67 近接感知ボタン
68 コネクタ

Claims (27)

1. 流れる液体の流れ特性を使用者が制御するための装置であって、
   使用者の近接を2次元で感知するための2次元制御面と、
   前記使用者の位置を決定するための手段と、
   前記決定に応答して前記液体の前記特性を制御するための手段とを備える装置。
2. 前記制御面が、接触感知マトリックスを備える、請求項1に記載の装置。
3. 前記制御面が、近接感知マトリックスを備える、請求項1に記載の装置。
4. 前記液体の前記流れ特性を制御するための前記手段が、前記液体の前記流れ特性を、前記使用者の前記決定された位置に対応して制御するための手段を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記液体の前記流れ特性を制御するための前記手段が、前記液体の前記流れ特性の実質的に連続的な変化をもたらすように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記液体の前記流れ特性が、前記液体の流量を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記液体の前記流れ特性が、前記液体の温度を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
8. 流れる液体の流量を使用者が制御するための装置であって、
   使用者の近接を感知するための制御ストリップと、
   前記使用者の位置を決定するための手段と、
   前記決定に応答して、前記液体の前記流量を制御するための手段とを備える装置。
9. 前記制御ストリップが、接触感知ストリップを含む、請求項8に記載の装置。
10. 前記液体の前記流量を制御するための前記手段が、前記液体の前記流量を、前記使用者の前記決定された位置に対応して制御するための手段を含む、請求項8および9のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記液体の流量を制御するための前記手段が、前記液体の前記流量の実質的に連続的な変化をもたらすように構成される、請求項8から10のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記使用者の前記位置を決定するための前記手段が、データ処理装置を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記使用者の位置を決定するための前記手段が、前記使用者の第1の感知された位置と前記使用者の第2の感知された位置との間を補間するように構成される、請求項1から12のいずれか一項に記載の装置。
14. 表示装置をさらに備え、感知手段の情報を前記表示装置上に出力するように構成される、請求項1から13のいずれか一項に記載の装置。
15. 音声装置をさらに備え、前記音声装置を使用して感知手段の情報を出力するように構成される、請求項1から14のいずれか一項に記載の装置。
16. 少なくとも1つの感知領域をさらに備え、前記感知領域からの出力に応答して栓のソレノイドを作動させるように構成される、請求項1から15のいずれか一項に記載の装置。
17. 少なくとも1つの感知領域をさらに備え、前記感知領域からの出力に応答してオン状態とオフ状態の間で変わるように構成される、請求項1から16のいずれか一項に記載の装置。
18. 少なくとも1つの感知領域をさらに備え、前記感知領域からの出力に応答して、複数の所定の流量の間で選択を行うように構成される、請求項1から17のいずれか一項に記載の装置。
19. 少なくとも1つの感知領域をさらに備え、前記感知領域からの出力に応答して、複数の所定の温度の間で選択を行うように構成される、請求項1から18のいずれか一項に記載の装置。
20. 少なくとも1つの感知領域をさらに備え、前記感知領域からの出力に応答して、風呂モードとシャワーモードの間で変わるように構成される、請求項1から19のいずれか一項に記載の装置。
21. 請求項1から20のいずれか一項の装置を組み込む、風呂、シャワー、洗面台、シンク、タイル、または水栓。
22. 使用者が2次元制御面を操作することによって流れる液体の流れ特性を制御する方法であって、
    前記制御面を使用して、前記使用者の近接を2次元で感知する段階と、
    前記使用者の位置を決定する段階と、
    前記決定に応答して前記流れ特性を制御する段階とを含む方法。
23. 前記決定に応答して前記流れ特性を制御する段階が、前記使用者の前記決定された位置に対応して制御弁を制御する段階を含む、請求項22に記載の方法。
24. 前記決定に応答して前記流れ特性を制御する段階が、前記使用者の前記決定された位置に対応して加熱装置を制御する段階を含む、請求項23に記載の方法。
25. 前記流れ特性が、前記液体の流量を含む、請求項22および23のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記流れ特性が、前記液体の温度を含む、請求項22から24のいずれか一項に記載の方法。
27. 風呂、シャワー、洗面台、またはシンクを制御する方法であって、
    2次元制御面の付近で指またはその他の外肢を動かす段階を含み、
    前記制御面が、前記指またはその他の外肢の決定された位置に応答して流れる液体の流れ特性を制御するように構成された装置を制御する方法。

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