JP2009299293A - 自動水栓装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触型センサと接触型センサの両方を有し、小型化を図ったセンサ部を有する自動水栓装置を提供する。
【解決手段】光電センサを収納するセンサケース３０の少なくとも一部の外周部３０ａ１を水栓本体の内周部２ｄに密着する形状とする。さらに、このセンサケース３０内に、水栓本体を経由した大地との静電容量の変化によって水栓本体の人体接触部分２ａへの人体の接触を検出する静電容量センサを収納し、この静電容量センサのうち静電容量の変化を検出する送信電極５１及び受信電極５２をセンサケース３０の内周部２ｄに沿って配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、トイレやキッチン、洗面室、浴室等に設置される自動水栓装置に関し、さらに詳細には、センサをセンサケースに収納して水栓本体の先端部に設置し、センサの出力に応じて吐水及び止水の制御を行なう自動水栓装置に関する。

従来より、センサによって人の操作を検出して自動的に吐水や止水を行なう自動水栓装置が広く用いられている。

この種の装置において用いられるセンサは、非接触型センサと接触型センサの２つに大別される。

非接触型センサとして、赤外線を投光し、使用者の手からの反射光を検出する光電センサがある。他にも超音波や電波を使う方式を用いた非接触型センサがあるが、センサ部分の小型化、防水性、コスト等の理由で、自動水栓装置においては赤外線を用いた光電センサが最も適しており広く用いられている。

光電センサは、出射した赤外光の反射光を検出するため、検出対象がセンサに近づくほど大きな出力が得られることから、自動水栓本体の吐水口側先端に光電センサを設置する構造が優れている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、接触型センサとして、静電容量式、抵抗膜式、超音波式、光電式、振動式などの種々の方式のセンサがあるが、構成が簡易でかつ可動部が不要で、しかも小型でデザインの自由度の高い静電容量式センサ（以下、「静電容量センサ」という。）が広く普及している。この静電容量センサは、自動水栓装置の操作部に検出電極を設置し、この電極と大地との間の静電容量を検出する回路により、使用者が操作部の電極に指で触れたとき、又は接近したときの大地間静電容量の変化を検出することで、指先のタッチ操作を判定する。

静電容量センサを適用した自動水栓装置として、例えば、静電容量センサを水栓本体の吐水口側先端に配置し、静電容量センサに触れると吐水し、再度触れると止水する制御を行なう自動水栓装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−７００９６号公報 特開２００３-１０５８１７号公報

非接触型センサを用いた自動水栓装置は、利用者が水栓本体の吐水口前方に手を差し出すだけで吐水及び止水を行なうため、手洗いを快適に行なうことができる反面、水汲みや水溜等で連続して吐水させたいときに、水栓本体の吐水口前方に手や物を差し出し続ける必要があり、利便性にかける場合がある。

一方、接触型センサを用いた自動水栓装置は、センサに触れる度に吐水及び止水を行なうことから、水汲みや水溜等を快適に行なうことができる反面、手洗いなどを行なうときに、吐水及び止水のためにセンサに触れる必要があり、利便性にかける場合がある。

そこで、かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定方向に向けて赤外光を投光し、その反射光によって人体の有無を検出する光電センサをセンサケースに収納して水栓本体の先端部に設置し、前記光電センサの出力に応じて吐水及び止水の制御を行なう自動水栓装置において、前記センサケースの少なくとも一部の外周部が前記水栓本体の内周部に密着する形状であり、前記センサケース内に、前記水栓本体を経由した大地との静電容量の変化によって前記水栓本体への人体の接触を検出する静電容量センサを収納すると共に、当該静電容量センサのうち前記静電容量の変化を検出する電極部を前記センサケースの前記密着する部分の内側に沿って配置し、前記光電センサと前記静電容量センサの出力を併用して吐水及び止水の制御を行なうものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記水栓本体内を中空状とし、当該中空状部分に非導電性の材質からなる通水路を通したものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記水栓本体における前記電極部と対向する部位を含む人体接触部分と、当該人体接触部分を除く水栓本体部分とを電気的に分離した構造としたものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発明において、前記光電センサは前記赤外線を投光する発光素子と前記反射光を受光する受光素子とを有し、前記水栓本体内の吐水流線方向に沿って前記発光素子と前記受光素子とを略並行に配置したものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の発明において、少なくとも前記水栓本体の先端部を円筒形状に形成すると共に、前記センサケースの少なくとも一部の外周部を前記円筒形状内周に密着する形状とし、さらに前記円筒形状内周に沿って前記静電容量センサの電極部を形成したものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の発明において、前記静電容量センサの電極部は、パルス電圧を出力する送信電極と、該送信電極と静電結合する受信電極からなり、前記送信電極は前記受信電極より大きい面積であるものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の発明において、前記静電容量センサの信号処理回路と、前記光電センサの信号処理回路を共用するものである。

請求項１に記載の発明によれば、光電センサと静電容量センサとを収納したセンサケースの少なくとも一部の外周部を水栓本体の内周部に密着させ、この密着部分のセンサケース内側に沿って静電容量センサの電極部を設け、接触型センサと非接触型センサの出力を併用して吐水及び止水の制御を行なうので、非接触センサと接触センサの両方の機能を持ちつつ、水栓本体の内周部に密着するので小型化を実現することができる。しかも、水栓本体の内周部と密着するセンサケース内側に沿って静電容量センサの電極部を設けているので、水栓本体に対向する電極部の面積を大きくとることができる。その結果、電極部と水栓本体との静電結合が強くなり、静電容量センサの性能が向上する。

また、請求項２に記載の発明によれば、水栓本体内の中空状部分に非導電性の通水路を通すので、水によって水栓本体が大地と強く静電結合してしまい、水栓本体へ人体が接触しても大地との静電結合の変化が殆ど起きない状態となることを防止して、静電容量センサの性能を向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、水栓本体において人体接触部分とそれ以外の部分を電気的に分離したので、人体が接触していない状態における、電極部と大地との静電結合が小さくなり、静電容量センサの性能を安定させることができる。しかも、電気的に分離した領域を視認可能に構成することで、接触する部分の利用者による把握を容易にすることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、吐水流線方向に沿って発光素子と受光素子とを略並行に配置したので、光電センサを収納したセンサケースを薄型化することができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、センサケースが密着する水栓本体の円筒形状内周に沿って静電容量センサの電極部を形成したので、電極部が曲面となり、平面の電極部よりも電極部の対向面積が増加して、静電容量センサの感度向上を図ることができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、送信電極を受信電極より大きい面積としたので、水栓本体の電圧を変化させる能力を向上させることができる。その結果、水栓本体に付着した水滴等も含めて送信電極と同電圧近くで駆動できるようになり、環境変化要因を排除する効果を高めることができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、静電容量センサと光電センサの信号処理回路を共用するので、各センサを実装する基板を小さくでき、センサケースの小型化を図ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態においては、洗面器に取り付けられる自動水栓装置を例に挙げて説明するが、浴室等に取り付けられるものでものよく、これに限られない。

［１．第１実施形態］
［１．１．自動水栓装置の概要］
まず、自動水栓装置の概要について説明する。図１は第１実施形態における自動水栓装置の全体構成図、図２は水栓本体内部の構成を示す図、図３は水栓本体の一部分解斜視図である。

図１に示すように、第１実施形態における自動水栓装置Ａは、洗面器Ｂに設置される自動水栓装置である。この自動水栓装置Ａは、センサ部１を備えた水栓本体２と、給水路３の中途部に設けられ、水栓本体２への洗浄水の止水及び給水を行なう給水バルブ４と、センサ部１による検出結果に応じて、給水バルブ４を制御し、水栓本体２から洗面器Ｂのボウル面６内への洗浄水の吐水及びその吐水の停止を制御する給水制御部５とを有している。なお、給水バルブ４は、電磁弁などから構成される。

水栓本体２は、ステンレス等の金属部材で構成され、図２及び図３に示すように、逆Ｊ字状に形成されており、その先端の吐水口を下方斜めに向けた湾曲した構造を有している。水栓本体２は細くシンプルなデザインが好まれることから、このように水栓本体２を逆Ｊ字状に形成している。

また、水栓本体２は、洗面器Ｂに取り付けられる基端からその先端にかけてその内部を中空状に形成された筒状とされ、その中空状部分に非導電性の材質からなる通水路である樹脂ホース１０を配置している。この樹脂ホース１０は、その基端が給水路３に接続され、この給水路３から供給される洗浄水をその先端に接続された吐水口継手１１及び吐水口キャップ１２を介して吐水口１３から吐出する。このように水栓本体２が円筒状であることから、この水栓本体２は金属パイプの加工ででき、鋳物に比較して低コストとなる。なお、水栓本体２は、両端に開口を有し内部を中空状としたものであれば、円筒状では角筒状であってもよい。

また、水栓本体２は、絶縁部材２ｂで電気的に分離（絶縁）された人体接触部分２ａとそれ以外の水栓本体部分２ｃとから構成されており、後述するように、自動水栓装置Ａの利用者が手を人体接触部分２ａに接触することによってセンサ部１が人体検出を行なうようにしている。なお、人体接触部分２ａと水栓本体部分２ｃとはステンレス等の金属部材で構成されるものであるが、樹脂等の非導電部材で構成しその表面に金属メッキ処理を施すようにしてもよい。このようにすることにより、水栓本体２全体を絶縁部材で構成しつつ、絶縁部材２ｂ以外の水栓本体２表面に金属メッキ処理を施すことにより容易に人体接触部分２ａと水栓本体部分２ｃとを絶縁することができる。しかも、水栓本体２の軽量化を図ることができる。

吐水口継手１１は樹脂部材で構成され、図３に示すように、その一端部の先端周縁に凸状係止部１１ａが形成され、この凸状係止部１１ａに樹脂ホース１０が嵌合されて水密状態で連結される。また、吐水口継手１１の中央部には、センサ部１の外周部に当接する当接部１１ｂ，１１ｃが形成される。センサ部１は後述のように略へ字状に湾曲した形状であり、吐水口継手１１の当接部１１ｂ，１１ｃも湾曲状に形成される。また、吐水口継手１１の他端部には、吐水口キャップ１２の螺合部１２ａと螺合する螺合部１１ｄが形成される。

吐水口キャップ１２は吐水する洗浄水を整流する機能を有しており、中空部に整流部を備えた円筒状に形成される。この吐水口キャップ１２は上述のようにねじ込み式で、交換や掃除をしやすくしている。

水栓本体２の先端部内には、図２に示すように、センサ部１が吐水口継手１１の当接部１１ｂ，１１ｃと水栓本体２内周との間に狭持された状態で配置される。このように、吐水口継手１１と水栓本体２内周との隙間にセンサ部１を密着させて収納することにより、水栓本体を細くすることができるようにしている。

このセンサ部１は、センサケース３０内に光電センサ３２と静電容量センサ３３とを収納しており、光電センサ３２及び静電容量センサ３３による検出結果を出力するための配線等が収納されたケーブル部３１がセンサケース３０の後部から引き出される。ケーブル部３１には、電源電圧線、接地電圧線、スイッチ制御線、検出線などが含まれており、このケーブル部３１を介して光電センサ３２と給水制御部５とが接続される。

給水制御部５は、後述するようにマイクロコンピュータ８１と、給水バルブ駆動回路８２と、電源回路８３とを有している。そして、ケーブル部３１の電源電圧線及び接地電圧線には電源回路８３からそれぞれ電源電圧ＶＤＤ及び接地電圧ＧＮＤが供給される。また、ケーブル部３１のスイッチ制御線には、マイクロコンピュータ８１から制御信号Ｓ１〜Ｓ４が供給され、ケーブル部３１の検出線には、センサ部１から後述する検出信号Ｓ１３が供給される。

そして、給水制御部５は、ケーブル部３１の電源電圧線及び接地電圧線に電源電圧及び接地電圧を供給し、ケーブル部３１のスイッチ制御線に制御信号Ｓ１〜Ｓ４を供給してセンサ部１を動作させ、このセンサ部１から出力される検出信号Ｓ１４をケーブル部３１の検出線を介して入力し、人体の検出動作を行なう。

［１．２．センサ部１の構成及び動作］
次に、センサ部１の構成及び動作について具体的に説明する。図４は第１実施形態におけるセンサ部１の構成を示す図であり、図４（ａ）はセンサ部１の斜視図、図４（ｂ）はセンサ部の平面透視図、図４（ｃ）はセンサ部１の断面図である。

センサ部１は、赤外光を投光し、その反射光によって人体の有無を検出する光電センサ３２と、水栓本体２を経由した大地との静電容量の変化によって水栓本体２への人体の接触を検出する静電容量センサ３３とをセンサケース３０に収納している。光電センサ３２と静電容量センサ３３の回路部品の一部は基板５５上に取り付けられている。

このセンサケース３０は、水栓本体２内の吐水流線Ｒに沿って延伸し、断面視で略へ字状に湾曲した中空状ケースであり、樹脂ケースなどで形成された防水構造の透明ケースである。従って、光電センサ３２からセンサケース３０外へ赤外線を投光することができ、また、投光した赤外線の人体による反射光をセンサケース３０内へ導くことが可能となる。なお、ここではセンサケース３０全体を透明ケースとしたが、赤外線が出射及び入射する部分だけ透明とするようにしてもよい。

センサケース３０内に収納された光電センサ３２は、検出対象がセンサに近づくほど大きな出力が得られることから、その検出精度を向上させるために、検出したい領域にできるだけ近くに設置することが望ましい。そこで、本実施形態における自動水栓装置Ａでは、水栓本体２の先端部に配置することとしている。

また、センサケース３０にはできるだけ水がかからないようにすることが望ましい。そこで、本実施形態における自動水栓装置Ａでは、センサケース３０を吐水口１３よりも上方に配置するようにしている。また、センサケース３０を水栓本体２から突出しないように水栓本体２内に収納しつつも、吐水口キャップ１２の吐水口１３を水栓本体２から突出させることにより、水がよりセンサケース３０にかかりにくいようにしている。

（光電センサ３２）
センサケース３０に収納された光電センサ３２は、入力される電流量に応じた赤外線をボウル面６方向に向けて投光する発光素子４０と、この発光素子４０により投光された赤外線の人体による反射光を受光し、この受光量に応じた電流を出力する受光素子４１と、発光素子４０へ電流を供給して発光素子４０の発光を制御し、受光素子４１から出力される電流に基づいて人体を検出する後述の信号処理回路７２とから構成される。なお、信号処理回路７２は基板５５に配置され、発光素子４０及び受光素子４１はフレキシブル基板などの配線（図示せず）を介して基板５５に接続される。

発光素子４０と受光素子４１とは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、センサケース３０の吐水流線Ｒに沿って略並行に配置されており、これにより光電センサ３２を収納したセンサケース３０の薄型化を図っている。

また、センサケース３０内には、図４（ｂ）に示すように、発光素子４０用の孔部４２と受光素子４１用の孔部４３とを有し、赤外光を透過しない不透明な材料からなる素子固定部４４が配置される。そして、孔部４２に発光素子４０を、孔部４３に受光素子４１をそれぞれ挿入して、発光素子４０及び受光素子４１の位置を規定している。また、孔部４２は、発光素子４０から出射された光の投光範囲を規定し、孔部４３は、受光素子４１へ入射される光の受光範囲を規定する。このように発光素子４０と受光素子４１とを規定位置に位置決めすることから、光電センサ３２の検出範囲を精度よく設定することができる。

（静電容量センサ３３）
センサケース３０に収納された静電容量センサ３３は、水栓本体２を経由した大地（接地電位）との静電容量の変化を検出する電極部５０を有しており、この電極部５０は、パルス電圧を出力するための送信電極５１と、この送信電極５１と静電結合する受信電極５２とから構成される。この送信電極５１及び受信電極５２は共に導電性シートから形成される。

また、静電容量センサ３３は電極部５０で検出する静電容量の変化から人体検出を行なう信号処理回路を有しており、本実施形態においてはこの信号処理回路を光電センサ３２の信号処理回路７２と共用することしている。そのため、センサ３２，３３の信号処理回路が占有する面積を小さくできる。その結果、各センサ３２，３３を実装する基板を小さくでき、センサケース３０の小型化を図ることができる。しかも、従来であれば、センサ部からセンサ検出結果を通知するための検出線が光電センサ用と静電容量センサ用とで２つ必要となるが、本実施形態におけるセンサ部１では１つの検出線でよく、コスト面及びスペース面等で有利となる。なお、センサケース３０内に各センサ３２，３３を収納できるスペースがあれば、光電センサ３２の信号処理回路と静電容量センサ３３の信号処理回路とを別々に構成するようにしてもよい。この場合には、検出線は２つ必要になる。

この信号処理回路７２は、後述のように給水制御部５からの制御信号Ｓ２、Ｓ４に基づき、パルス信号を定期的に送信電極５１へ出力するようにしており、これにより送信電極５１にパルス電圧が印加される。

送信電極５１と受信電極５２は近接して設置されており、その物理的配置（電極間の距離と面積）によって決まる静電結合を有する。更に、送信電極５１から金属である水栓本体２の人体接触部分２ａを介して受信電極５２へと繋がる静電結合も有する。

従って、送信電極５１へ出力されたパルス電圧は、上記の静電結合によって、受信電極５２へと伝達される。

このように送信電極５１にパルス電圧が印加されている状態で、金属部材で構成される人体接触部分２ａを利用者が触ると、利用者を介して水栓本体２の人体接触部分２ａと大地との間に数十〜数百ｐＦの静電容量が発生する。そのため、送信電極５１から水栓本体２の人体接触部分２ａを介して受信電極５２へ伝わっていた信号が大地へと流れる。これは、送信電極５１と受信電極５２の間の静電容量が変化（減少）したことを意味する。

こうして、水栓本体２に人体が触れることにより、送信電極５１から受信電極５２へ流れる電流が減少し、受信電極５２に現れるパルス電圧が所定レベル以下に減少する。信号処理回路７２はこのように受信電極５２へ所定レベル以下のパルス信号が入力されたときに、人体の接触を検出する。

ここで、図４（ｃ）に示すように、センサケース３０の外周部３０ａのうち少なくとも一部の外周部３０ａ１が水栓本体２における人体接触部分２ａの内周部２ｄに密着する形状となっており、送信電極５１と受信電極５２とは、センサケース３０の外周部３０ａ１の内側である内周部３０ｂ１に沿って配置される。

このように、水栓本体２における人体接触部分２ａの内周部２ｄとセンサケース３０の外周部３０ａ１を密着させており、センサケース３０の内周部３０ｂ１に沿って静電容量センサ３３の電極部５０を設けている。つまり、静電容量センサの電極と水栓本体がセンサケースの厚みと同程度まで接近し、その距離が短くなる。そのため、センサケース３０の周壁を介して、水栓本体２の人体接触部分２ａと電極部５０とを近接させ一定間隔で対向させることができ、しかも、その対向部分の面積（以下、「対向面積」とする。）も大きくとることができる。また、センサケース３０の材料は樹脂となるが、樹脂材料の比誘電率は２〜３である。よって、内周部３０ｂ１と電極部５０の間の距離は、センサケース３０の厚み程度しかなく、更にその部分の比誘電率が２〜３であるため、静電結合の条件として非常に有利である。

従って、電極部５０と水栓本体２との静電結合を強くすることができ、静電容量センサ３３の性能を向上させることができる。

さらに、センサケース３０の先端部にある人体接触部分２ａの内周部２ｄは、図４（ａ），（ｃ）に示すように円筒形状に形成されており、この円筒形状の内周部２ｄに沿って静電容量センサ３３の電極部５０が形成される。そのため、電極部５０が曲面となり、平面の電極部よりも対向面積をより増加させることができ、静電容量センサ３３の感度向上を図ることができる。

また、本実施形態における静電容量センサ３３では、図４（ｂ）に示すように、送信電極５１の面積を受信電極５２の面積より大きくしており、これにより、水栓本体２の電位を変化させる能力を向上させている。その結果、水栓本体２に付着した水滴等も含めて送信電極５１と同電位近くで駆動できるようになり、環境変化要因を排除する効果を高めることができる。

さらに、静電容量センサ３３では、図４（ｂ）,（ｃ）に示すように、送信電極５１及び受信電極５２には、その下方側（内周部２ｄへの方向と反対方向）には、絶縁シート（図示せず）を介して接地電圧が印加された導電性シート５３が積層される。これにより、送信電極５１及び受信電極５２に対する外来ノイズの影響を抑制し、静電容量センサ３３の性能を向上させている。

ここで、水栓本体２は、上述したように、電極部５０と対向する部位を含む人体接触部分２ａと、この人体接触部分２ａを除いた水栓本体部分２ｃとを電気的に分離した構造としている。これにより、水栓本体２のうち送信電極５１によって電位を変化させる領域を小さくすることができ、静電容量センサ３３の性能を安定させることができる。しかも、電気的に分離した領域を視認可能（例えば、色を変えたり、質感を変えたり、模様をつけたりする）に構成することで、利用者が人体接触部分２ａを容易に把握させることができる。

また、人体接触部分２ａは絶縁部材２ｂにより水栓本体部分２ｃと絶縁していることから、水栓本体部分２ｃが洗面器Ｂのリムやポップアップ（洗面器Ｂの図示しない排水栓の操作部）等を通じて大地と結合した場合であっても、人体接触部分２ａを大地から絶縁することができる。なお、人体接触部分２ａは送信電極５１によって電位を変化させる領域であることから、できるだけその面積を小さくすることが望ましく、ここでは、水栓本体２の先端部分を人体接触部分２ａとしている。

さらに、本実施形態の自動水栓装置Ａでは、給水管として非導電性の樹脂ホース１０を用いている。前述のように、静電容量センサ３３は、利用者の人体が水栓本体２に触れることによって、水栓本体２と大地との間の静電結合が変化することを利用するものである。しかし、人体が水栓本体２に触れる以前に、洗浄水を介して水栓本体２と大地が強く静電結合していると、人体が触れた時の静電結合の変化が殆ど起きなくなる。そこで、非導電性の樹脂ホース１０を用いて水栓本体２と洗浄水を電気的に遮断することにより、水栓本体２と大地が強く静電結合した状態に維持されることを防止している。

また、樹脂ホース１０内の水の抵抗成分は、樹脂ホース１０内の水路の断面積に反比例し、その長さに比例する。仮に、洗浄水が吐水口継手１１内及び吐水口キャップ１２に付着して、樹脂ホース１０内の洗浄水が人体接触部分２ａと導通した場合であっても、水栓本体２から大地に対して、その途中に樹脂ホース１０の長さ分の洗浄水の抵抗成分が存在する。この抵抗成分は大地との電気的な結合を弱めるため、洗浄水を介しての水栓本体２と大地との静電結合を抑制できる。

ここで、自動水栓装置Ａにおいて人体検出を行なうための電気的な構成及び動作について説明する。図５は第１実施形態における自動水栓装置Ａの電気的な構成を示す図、図６はセンサ部１の光電センサ３２としての動作を説明するための図、図７はセンサ部１の静電容量センサ３３としての動作を説明するための図である。

まず、センサ部１の構成について説明する。図５に示すように、センサ部１は、発光素子４０を駆動する発光回路７０と、受光素子４１に流れる電流を電圧に変換する受光回路７１と、この受光回路７１の出力を増幅し、かつ所定タイミングで反転させながら積分する信号処理回路７２とを備えている。このセンサ部１には、上述したように給水制御部５の電源回路８３から電源電圧ＶＤＤ及び接地電圧ＧＮＤが、給水制御部５のマイクロコンピュータ８１から制御信号Ｓ１〜Ｓ４がケーブル部３１を介してそれぞれ供給される。なお、本実施形態においては、電源電圧ＶＤＤ及び接地電圧ＧＮＤからセンサ部１内部で基準電圧Ｖｒを生成しているが、給水制御部５で基準電圧Ｖｒを生成してケーブル部３１を介してセンサ部１へ供給するようにしてもよい。

発光回路７０は、電源電圧ＶＤＤと接地電圧ＧＮＤとの間に、発光素子４０と直列に接続されるトランジスタＴｒ１及び制限抵抗Ｒ１を有している。そして、トランジスタＴｒ１のゲートにマイクロコンピュータ８１からのＨｉｇｈレベルの制御信号Ｓ２が入力されたときに、トランジスタＴｒ１がＯＮになり発光素子４０に電流が流れて発光素子４０から赤外線が出射する。

受光回路７１は、受光素子４１に接続され、アンプＡＭＰ１及び帰還抵抗Ｒ２から構成される電流電圧変換回路を有している。この電流電圧変換回路は、発光素子４０から出射された赤外線の人体による反射光を受光素子４１が受光したときのその受光量に応じて受光素子４１に流れる電流を電圧に変換して出力する。

信号処理回路７２は、上述したように、光電センサ３２の信号処理回路としても静電容量センサ３３の処理回路としても機能する。

信号処理回路７２は、光電センサ３２の信号処理回路として、受光回路７１から出力される信号をコンデンサＣ１を介して入力することにより、受光回路７１から出力される信号の変化分を入力する。そして、このように入力した信号を反転増幅した第１増幅信号Ｓ１０を反転増幅器７２ａにより生成し、この第１増幅信号Ｓ１０をさらに反転した第２増幅信号Ｓ１１を反転増幅器７２ｂにより生成する。なお、反転増幅器７２ａは入力抵抗Ｒ１０，帰還抵抗Ｒ１１及びオペアンプＡＭＰ２から構成され、信号を増幅することを目的とする。反転増幅器７２ｂは入力抵抗Ｒ１２，帰還抵抗Ｒ１３及びオペアンプＡＭＰ３から構成され、抵抗Ｒ１２とＲ１３は同じ値であり、反転増幅器７２ｂの増幅率は、−１（マイナス１）である。つまり、反転増幅器７２ｂは、信号の極性を反転させることを目的とする。

そして、図６に示すように、発光素子４０が赤外線を断続的に発光する間（タイミングＴ１〜Ｔ９の間）、給水制御部５から入力される制御信号Ｓ２，Ｓ３に基づいて、スイッチＳＷ２，ＳＷ３を所定タイミングで交互にＯＮにして、第１増幅信号Ｓ１０と第２増幅信号Ｓ１１とを交互に入力信号Ｓ１２として積分回路７２ｃに入力する。

積分回路７２ｃは、入力抵抗Ｒ１４及びオペアンプＡＭＰ４を有し、さらにオペアンプＡＭＰ４の反転入力端子と出力端子との間にコンデンサＣ１０とスイッチＳＷ１が接続される。この積分回路７２ｃでは、入力信号Ｓ１２の電圧を積分して、その積分した結果を検出信号Ｓ１３として給水制御部５のマイクロコンピュータ８１へ出力する。

なお、入力信号Ｓ１２となる信号のうち、信号Ｓ１０は発光素子４０が発光しているタイミングの受光量（反射光＋周囲の環境光）に相当し、信号Ｓ１１は発光していないタイミングの受光量（周囲の環境光のみ）の反転した信号である。この２つの信号を交互に積分することで、反射光だけは積分して加算され、周囲の環境光は反転した信号も積分することで相殺される。よって、反射光のみが積分され、環境光のようなノイズは減衰する。
このとき、マイクロコンピュータ８１は、検出信号Ｓ１３の電圧レベルが閾値レベルを超えると反射光が大きいとして、人体検出を行ない（人体有りと判断）、検出信号Ｓ１３の電圧レベルが閾値レベルを超えなければ、人体検出を行なわない（人体無しと判断）。

そして、マイクロコンピュータ８１が人体検出を行なったとき、マイクロコンピュータ８１は給水バルブ駆動回路８２を制御して、給水バルブ４の電磁弁を開弁して、水栓本体２の樹脂ホース１０へ洗浄水を所定期間だけ供給する。なお、マイクロコンピュータ８１は人体検出の状態が継続している場合には、樹脂ホース１０へ連続して洗浄水を供給し、人体検出ができなくなった後所定期間後に、給水バルブ４の電磁弁を閉弁して、樹脂ホース１０への洗浄水の供給を停止する。

また、この信号処理回路７２は、静電容量センサ３３の信号処理回路として、受信電極５２の電圧を入力し、このように入力した信号を反転増幅した第１増幅信号Ｓ１０を反転増幅器７２ａにより生成し、この第１増幅信号Ｓ１０を反転した第２増幅信号Ｓ１１を反転増幅器７２ｂにより生成する。

給水制御部５は、ケーブル部３１を介して、センサ部１のスイッチＳＷ４を制御信号Ｓ４により制御して、図７に示すように、送信電極５１に制御信号Ｓ２をパルス信号で出力させる。送信電極５１に制御信号Ｓ２が印加されている間（タイミングＴ１〜Ｔ１７の間）、図７に示すように、センサ部１は、給水制御部５から入力される制御信号Ｓ２、Ｓ３に基づいて、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を所定タイミングで交互にＯＮにして、第１増幅信号Ｓ１０と第２増幅信号Ｓ１１とを交互に入力信号Ｓ１２として積分回路７２ｃに入力する。

積分回路７２ｃでは、入力信号Ｓ１２の電圧を積分して、その積分した結果を検出信号Ｓ１３としてケーブル部３１を介して給水制御部５へ出力する。

この時、信号Ｓ１０は、送信電極５１から受信電極５２に伝達された信号を増幅した信号であり、信号Ｓ１１はそれを反転した信号である。この信号Ｓ１０と信号Ｓ１１を交互に積分すると、送信電極５１に印加されたパルスに同期した静電結合による信号成分は加算されていき、同期しないノイズ成分は減衰する。

更に、前述のように、水栓本体２の人体接触部分２ａに人体が触れると静電結合が減少するため、積分値も減少する。よって、給水制御部５のマイクロコンピュータ８１は、検出信号Ｓ１３の電圧レベルが閾値レベルを超えないときに人体検出を行ない（人体有りと判断）、上記と同様に給水バルブ駆動回路８２を制御して樹脂ホース１０へ洗浄水を供給する。一方、検出信号Ｓ１３の電圧レベルが閾値レベルを超えると人体検出を行なわない（人体無しと判断）。

なお、静電容量センサ３３を動作させるときには、人体検出を行う度に洗浄水の供給／停止を切り替える動作でもよい。つまり、水栓本体２の人体接触部分２ａに人体が触れると洗浄水を供給し、一旦離れ、再び水栓に触れると洗浄水の供給を停止するように制御しても良い。

このように本実施形態におけるセンサ部１では、光電センサ３２と静電容量センサ３３の信号処理回路を共用しており、これにより、各センサ３２，３３を実装する基板を小さくして、センサケース３０の小型化を図るようにしている。

以上のように本実施形態における自動水栓装置Ａでは、水栓本体２の吐水口部分に水栓本体２内面の形状に合わせて湾曲させたセンサケース３０に光電センサ３２を配置することで、水栓本体内のスペースを有効利用して水栓本体の径が大きくなることを防止している。

しかも、このセンサケース３０内において、光電センサ３２とセンサケース３０との間で、かつセンサケース３０の内側の面に沿って、電極部５０を水栓本体２の人体接触部分２ａと近接して配置して静電結合させて静電容量センサ３３を構成する。そして、水栓本体２の人体接触部分２ａに利用者が触れることで利用者による水栓本体２へのタッチ動作を検出するようにしている。

このように本実施形態における自動水栓装置Ａのセンサ部１は、非接触センサと接触センサの両方の機能を持ちつつ、水栓本体２の先端に形成した人体接触部分２ａの内周部２ｄに密着する形状を有するので小型化を実現することができる。しかも、人体接触部分２ａの内周部２ｄと密着するセンサケース３０内側に沿って静電容量センサ３３の電極部５０を設けているので、水栓本体２の人体接触部分２ａに対向する電極部５０の面積を大きくとることができる。その結果、水栓本体２の人体接触部分２ａとの静電結合が強くなり、静電容量センサ３３の性能を向上させることができる。

なお、本実施形態では光電センサ３２と静電容量センサ３３の信号処理回路を共用してセンサ３２、３３共に人体検出に用いることとしたが、信号処理回路がそれぞれＩＣ化されて小型であるような場合は、発光素子４０、受光素子４１及び電極部５０の配置を図４のようにすれば良好な検出性能が得られるため、各センサ３２，３３の信号処理回路を別々に設けてもよい。

更に、本実施形態では光電センサ３２と静電容量センサ３３を用いて吐水／止水の動作を行ったが、それぞれ異なる検出動作に用いるようにしてもよい。例えば、光電センサ３２の検出結果を洗浄水の吐水／止水動作に用い、静電容量センサ３３の検出結果を洗浄水の温度調整、流量調整等に用いるようにしてもよい。

［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態の自動水栓装置について説明する。第２実施形態の自動水栓装置は、第１実施形態の自動水栓装置とセンサ部が異なる。すなわち、第１実施形態におけるセンサ部１では、送信電極５１と受信電極５２とを隣接して密着させるようにしたが、第２実施形態におけるセンサ部では、送信電極と受信電極とを積層した構成としている。図８は第２実施形態におけるセンサ部の構成を示す図であり、図８（ａ）はセンサ部の斜視図、図８（ｂ）はセンサ部の平面透視図、図８（ｃ）はセンサ部の断面図である。

図８（ｃ）に示すように、第２実施形態のセンサ部１’は、導電シートで形成された受信電極５２’、第１絶縁シート（図示せず）、接地電圧が印加された導電シート５３’、第２絶縁シート（図示せず）、導電シートで形成された送信電極５１’、第３絶縁シート（図示せず）、接地電圧が印加された導電シート５３”の順に積層された部材をセンサケース３０の内周部２ｄに沿って当接して形成している。

また、図８（ｂ）に示すように、受信電極５２’、導電シート５３’、送信電極５１’、導電シート５３”の順にその面積を大きくしており、導電シート５３”上に送信電極５１’、送信電極５１’上に導電シート５３’、導電シート５３’上に受信電極５２’がそれぞれ含まれるように配置される。

そして、図８（ｂ）に示すように、送信電極５１’の面積は受信電極５２’の面積よりも大きくしている。ここでいう送信電極５１’の面積とは、送信電極５１’のうち導電シート５３’で覆われていない部分を意味する。換言すれば、送信電極５１’のうち導電シート５３’を介することなく直接センサケース３０の内周部３０ｂ１に対向する部分を意味する。

このように、送信電極５１’や受信電極５２’は、接地電圧が印加された複数の導電シート５３’,５３”と近接して配置するようにしていることから、第１実施形態の静電容量センサ３３と比べて外来ノイズの影響をより抑制することができる。従って、静電容量センサの性能をより向上させることができる。

なお、送信電極や受信電極は、上記第１実施形態や第２実施形態の配置や形状に限られず、他の配置や形状を採用するようにしてもよい。

［３．第３実施形態］
第３実施形態では、上記実施形態とは異なる位置に人体接触部分を設けることとするものである。図９は第３実施形態の水栓本体の構成を示す図、図１０は第３実施形態の水栓本体の他の構成を示す図である。なお、水栓本体以外は、上記実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。

図９に示すように、第３実施形態の水栓本体２’は、水栓本体２の先端部分のうち上方部分のみに人体接触部分２ａ’を設けるようにしている。すなわち、第１実施形態などのように水栓本体２の先端開口部から所定距離離れた位置に水栓本体２の外周に沿って絶縁部材２ｂを設けるのではなく、水栓本体２の先端開口縁の略中央２カ所から水栓本体２の先端開口部から所定距離離れた位置の先端部分上方にかけて略Ｕ字状の絶縁部材２ｂ’を設ける。これにより、水栓本体２の先端部分のうち上方部分のみに人体接触部分２ａ’が形成される。

このように、水栓本体２の先端部分のうち上方部分のみに人体接触部分２ａ’を設けるのは、人体接触部分の面積が小さい方が静電容量センサの性能が向上するためである。利用者は水栓本体２の先端部分のうち下方部分は触らない可能性が高いことから、このように人体接触部分の面積は小さくしても利用者の利便性が低下する程度が少なくて済む。

また、静電容量センサの特性に問題がない場合には、例えば、図１０に示すように、絶縁部材２ｂ”を基端部分付近の外周に設けて、水栓本体２のうち先端部分のみならず基端部分付近まで人体接触部分２ａ”を形成するようにしてもよい。図１０は水栓本体の他の構成例を示す図である。

このようにすることにより、絶縁部材２ｂ”により大地との結合は回避しつつも、人体接触部分が増加することから、利用者の利便性をより向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

第１実施形態における自動水栓装置の全体構成図である。 第１実施形態における水栓本体内部の構成を示す図である。 第１実施形態における水栓本体の一部分解斜視図である。 第１実施形態におけるセンサ部の構成を示す図である。 第１実施形態における自動水栓装置の電気的な構成を示す図である。 第１実施形態におけるセンサ部の光電センサとしての動作を説明するための図である。 第１実施形態におけるセンサ部の静電容量センサとしての動作を説明するための図である。 第２実施形態におけるセンサ部の構成を示す図である。 第３実施形態の水栓本体の構成を示す図である。 第３実施形態の水栓本体の他の構成を示す図である。

符号の説明

Ａ 自動水栓装置
１ センサ部
２ 水栓本体
２ａ，２ａ’，２ａ” 人体接触部分
２ｂ，２ｂ’，２ｂ” 絶縁部材
２ｃ，２ｃ’，２ｃ” 水栓本体部分
３ 給水路
４ 給水バルブ
５ 給水制御部
１０ 樹脂ホース
１１ 吐水口継手
１２ 吐水口キャップ
１３ 吐水口
３０ センサケース
３１ ケーブル部
３２ 光電センサ
３３ 静電容量センサ
４０ 発光素子
４１ 受光素子
４２，４３ 孔部
４４ 素子固定部
５０ 電極部
５１，５１’ 送信電極
５２，５２’ 受信電極
５３，５３’，５３” 導電プレート
５５ 基板
７０ 発光回路
７１ 受光回路
７２ 信号処理回路
８１ マイクロコンピュータ
８２ 給水バルブ駆動回路
８３ 電源回路

Claims (7)

1. 所定方向に向けて赤外光を投光し、その反射光によって人体の有無を検出する光電センサをセンサケースに収納して水栓本体の先端部に設置し、前記光電センサの出力に応じて吐水及び止水の制御を行なう自動水栓装置において、
   前記センサケースの少なくとも一部の外周部が前記水栓本体の内周部に密着する形状であり、
   前記センサケース内に、前記水栓本体を経由した大地との静電容量の変化によって前記水栓本体への人体の接触を検出する静電容量センサを収納すると共に、当該静電容量センサのうち前記静電容量の変化を検出する電極部を前記センサケースの前記密着する部分の内側に沿って配置し、
   前記光電センサと前記静電容量センサの出力を併用して吐水及び止水の制御を行なうことを特徴とする自動水栓装置。
2. 請求項１の自動水栓装置において、前記水栓本体内を中空状とし、当該中空状部分に非導電性の材質からなる通水路を通したことを特徴とする自動水栓装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の自動水栓装置において、前記水栓本体における前記電極部と対向する部位を含む人体接触部分と、当該人体接触部分を除く水栓本体部分とを電気的に分離した構造としたことを特徴とする自動水栓装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の自動水栓装置において、前記光電センサは前記赤外線を投光する発光素子と前記反射光を受光する受光素子とを有し、前記水栓本体内の吐水流線方向に沿って前記発光素子と前記受光素子とを略並行に配置したことを特徴とする自動水栓装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の自動水栓装置において、少なくとも前記水栓本体の先端部を円筒形状に形成すると共に、前記センサケースの少なくとも一部の外周部を前記円筒形状内周に密着する形状とし、さらに前記円筒形状内周に沿って前記静電容量センサの電極部を形成したことを特徴とする自動水栓装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の自動水栓装置において、前記静電容量センサの電極部は、パルス電圧を出力する送信電極と、該送信電極と静電結合する受信電極からなり、前記送信電極は前記受信電極より大きい面積であることを特徴とする自動水栓装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の自動水栓装置において、前記静電容量センサの信号処理回路と、前記光電センサの信号処理回路を共用することを特徴とする自動水栓装置。

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