JP2016506511A - トイレのタッチレスアクティブ化 - Google Patents

Abstract

（ａ）便器から遠距離にある物体の存在を検出するように構成された赤外線センサと、（ｂ）便器から近距離にある物体の存在を検出するように構成された超音波センサであって、超音波センサは、赤外線センサが遠距離にある物体の存在を検出したことの赤外線センサからの信号によって起動されるまでスリープモードのままである、超音波センサと、（ｃ）超音波センサが近距離にある物体の存在を検出したことの超音波センサからの信号に応答して、便器を洗浄するアクチュエータメカニズムとを有する、便器のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。

Description

（関連出願への相互参照）
本発明は、米国仮特許出願第６１／７３８，２１０号（２０１２年１２月１７日出願、名称「Ｔｏｕｃｈｌｅｓｓ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ａ Ｆｌｕｓｈ Ｔｏｉｌｅｔ」）に基づく優先権を主張し、その開示全体は、全体として参照によって援用される。

（技術分野）
本発明は、ユーザが、便器に触れる必要なく、または便器上に搭載された物体に触れる必要なく、トイレを洗浄させるシステムに関する。

（発明の背景）
現在、ユーザが便器または小便器から離れるように移動すると、その便器または小便器を洗浄させるための多くのセンサシステムが、存在する。加えて、現在、ユーザの手がセンサシステムに向けて移動すると、蛇口をオンにさせるためのセンサシステムも、存在する。しかしながら、これらのセンサを用いる最大の問題は、それらが赤外線感知を使用することである。

赤外線感知は、多くの欠点を有する。例えば、赤外線感知は、周辺光レベル、光を反射する物体の色または表面テクスチャ、およびさらに室内温度によっても影響を受ける。実際に、センサ上に偶然に投影されたユーザの影は、センサを不適切なタイミングにおいて機能させ、または全く機能させない可能性がある。

これらの上記の要因のいずれかも、アクチュエータトリガのタイミングと、さらにアクチュエータがトリガするかどうかとに影響を及ぼす可能性がある。公衆トイレを使用する誰もが証言し得るように、便器の自動洗浄または洗面台にある蛇口の自動オンが、予測不可能である可能性がある。大抵は、便器は、洗浄が早すぎるか、または全く洗浄せず、ユーザは、後に、蛇口をオンにしようとして、蛇口の下でその石鹸が付着した手を振り動かすことになる。

代わりに、望まれることは、信頼性があり、周辺光の変化、表面色またはテクスチャの反射、あるいはセンサ上に投影された偶然の影によって影響を受けない、アクティブ化センサシステムである。また、そのようなシステムは、「タッチレス」洗浄が望まれるとき、住居用便器設計に組み込まれることができるように、費用効果的であることが望ましい。説明されるように、本発明は、そのような解決策を提供する。

（発明の概要）
本発明は、超音波センサを使用し、便器の洗浄（あるいはいくつかの他のデバイスまたは機器のアクティブ化）をトリガするシステムを提供する。（好ましくは、センサに近いユーザの手の存在を検出するために）超音波センサを使用する利点は、超音波が周辺光レベルによって影響を受けない事実を含む。加えて、超音波は、ユーザの衣類が反射するユーザの衣類の色によって影響を受けず、ユーザの衣類の表面テクスチャによっても影響を受けない。超音波センサはまた、温度変化に対してあまり敏感ではない。さらに、超音波センサ一般の別の利点は、それらが光学レンズを要求しないことである。

本発明の超音波センサは、好ましくは、物体を検出するように構成される。超音波検出の利点（赤外線検出と比較して）は、超音波検出が距離検出をもたらすことができることである。したがって、超音波検出は、赤外線感知が物体の存在を検出するために使用される場合に、物体の距離を決定するために使用されることができる。したがって、本発明のシステムは、感知場内の静的（すなわち、非移動）物体（シャワーカーテンまたはキャビネット等）が洗浄アクティブ化をトリガしないように較正されることができる。１つの随意の好ましい実施形態では、超音波センサは、近距離にある物体を検出するように構成される（一方、赤外線センサは、遠距離にある物体を検出する）。したがって、便器は、ユーザの手が便器側のセンサスイッチにかなり近くに位置付けられるときのみ、洗浄する。検出方法の感知範囲および感度がより精密であるほど、アクティブ化信号は、より正確になる。したがって、便器は、望まれるときのみ洗浄する。さらに、超音波センサを使用する別の利点は、「測距」（すなわち、物体からセンサまでの距離を決定する）を可能にすることである。したがって、超音波センサは、物体が、便器から近いか遠いかを確実に決定することができ、これは、センサがユーザの場所または移動に応じて、異なる時間において、異なる動作をトリガすることになる場合、有用であり得る。さらに、超音波検出（赤外線検出と比較して）は、有利には、色またはテクスチャ変動によってほとんど影響を受けない。これはまた、システムの信頼性を改善する。

残念ながら、超音波センサの使用に関する唯一の不利点（赤外線センサと比較して）は、比較的に、より高い電力消費である。具体的には、超音波センサが、バッテリ式である場合、あまりに頻繁に、ユーザにバッテリを交換することを要求し得る。バッテリ電力を使用する代替となるのは、浴室用ＡＣコンセントに接続されるセンサシステムためのものである。残念ながら、多くのユーザは、その個人用住居内の壁電源に差し込まれる必要がある便器を選ばない。

したがって、本発明はまた、超音波センサのための電力節約の新規システムを提供する。要するに、本システムは、超音波センサと組み合わせて赤外線センサを使用することを含み、超音波センサは、主として、（電力節約）「スリープモード」のままであり、赤外線センサが、ある距離にいるユーザを検出するとき（例えば、ユーザが、浴室に入室するとき）のみ赤外線センサによって起動される。好ましい実施形態では、赤外線センサは、「パッシブ赤外線センサ」である。そのようなパッシブ赤外線センサは、熱勾配（例えば、人または手）の低電力検出の利点をもたらすが、近接または距離情報をもたらさない。したがって、本発明は、赤外線感知と超音波感知システムを結合する。赤外線センサは、超音波センサよりも極端により低い電力を使用するため、結果として生じるシステムは、「常にオン」の超音波センサを使用するよりも極端により低い電力を要求する。この両方は、システムバッテリ寿命を伸ばし、システム性能を改善する（すなわち、それによって、適切な時間における洗浄を正確にトリガする）。さらに、赤外線センサは、理想的には、赤外線センサが人体によって放出される熱を検出するため、人体または人の手を検出することに適している。したがって、まず、赤外線センサは、ユーザの存在を検出することができ（熱勾配を視認することによって）、次いで、起動された超音波センサが近距離にある人体または人の手を検出することができる。

好ましい実施形態では、本発明は、（ａ）物体の存在を検出するように構成された赤外線センサと、（ｂ）物体の存在を検出するように構成された超音波センサであって、赤外線センサが最初に物体の存在を検出した後の赤外線センサからの信号によって起動されるまでスリープモードのままである、超音波センサと、（ｃ）超音波センサが物体の存在を検出したことの超音波センサからの信号に応答して、アクティブ化するアクチュエータメカニズムとを備えるセンサおよびアクチュエータアセンブリを提供する。好ましくは、赤外線センサは、遠距離にある物体の存在を検出するように構成され、超音波センサは、近距離にある物体の存在を検出するように構成される。

図１は、便器の断面斜視図であり、その上に搭載される本発明の洗浄センサおよびアクチュエータアセンブリを伴う。 図２は、センサおよびアクチュエータアセンブリの拡大正面斜視図である。 図３は、センサおよびアクチュエータアセンブリの拡大背面斜視図である。

（図面の詳細な説明）
図１は、便器上の本発明の配置を例証する。説明されるように、本発明は、理想的には、センサの近くにあるユーザの手の存在を検出して便器を洗浄させるためのシステムを提供する。しかしながら、本発明は、便器を洗浄するためのシステムに限定されないことを理解されたい。例えば、本発明はまた、小便器を洗浄するため、または洗面台にある蛇口をオンするために使用されることもできる。実際に、本発明はさらに、限定ではないが、浴室およびキッチンデバイスならびに機器を含む、任意のデバイスまたは機器をアクティブ化する、またはオンにするために使用されることができる。本発明の利点は、本発明がユーザに「タッチレス」操作を提供することである。言い換えれば、ユーザは、便器を洗浄させるために、便器、または便器上に搭載される何らかのデバイスに触れる必要がない。これは、当然ながら、衛生を改善し、公衆トイレ内と個人用住居内との両方において望ましい。（注記：図１はまた、洗浄動作を例証するために、便器の内部構成要素を示す破断図でもある。）

図２および図３は、アセンブリ１０の拡大斜視図を示す。アセンブリ１０は、便器タンク側の孔を通して受け取られる。アセンブリ１０は、便器タンク壁側から突出するように配置される外側部１２と、便器タンク内部に配置される内側部１４とを有する筐体を備える。ねじキャップ１５（タンク内部に位置付けられる）が、アセンブリ１０を便器タンク内の孔の中に緊締するように回転させられ得る。したがって、タンク壁は、ねじキャップ１５と外側部１２上の大半径フランジ１３との間に狭着される。中間部１６は、タンク壁を貫通する孔にぴったりと嵌合するように寸法決定される。したがって、部１６の半径は、孔自体の半径よりも、わずかにだけ小さい。

センサおよびアクチュエータアセンブリ１０は、赤外線センサ２０および超音波センサ２２を備える。本明細書に説明されるような「超音波センサ」が、好ましくは、超音波トランスデューサを備え、超音波トランスデューサは、励起され、共振する薄膜であることを理解されたい。この薄膜は、音響エネルギーを受け取り、したがって、音圧の振幅に基づいて電位を作り出す。プッシュパッド２１は、システム全体をオンおよびオフする手動のオン／オフスイッチである。加えて、手動の洗浄アクティブ化ボタン２３もまた、提供される（例えば、電源異常の場合）。

赤外線センサ２０は、物体の存在を検出するように構成され、超音波センサ２２を「起動」するために使用される。正常動作の間、超音波センサ２２は、システム電力消費が、有意に減少されるように、「スリープモード」の状態にある。ユーザが、部屋に入室する、または便器の近くに移動すると、赤外線センサ２０は、ユーザの存在を検出する。この時点において、赤外線センサ２０は、次いで、超音波センサ２２をオンにし、それによって、そのスリープから起動させる。最後に、ユーザの手が、超音波センサ２２自体の近くに位置付けられると、信号が、便器の洗浄をトリガするアクチュエータメカニズムに送信される。このように、ユーザの手は、便器に洗浄させるために、アセンブリ１０の外側部１２から数インチに位置付けられさえすればよい。これらの近距離にある超音波センサを使用する利点は、物体が赤外線センサに近すぎる場合、ユーザの手が、センサを遮り、反射される光の増加の検出を失敗させ得る標準的な赤外線センサとは対照的である。

１つの随意の実施形態では、アクチュエータメカニズム３０は、ソレノイド（図示せず）に、内部プランジャを移動させ、要素３２として本明細書に指定される気送ケーブルを通して空気を移動させる（または、物理的なケーブルを単に押し、または引っ張る）。要素３２の移動またはそれを通した移動は、洗浄弁３４に便器を洗浄させるために使用されることができる。要素３２および３４の構造は、任意の特定の実施形態またはデバイスに限定されないことを理解されたい。好適なアクティブメカニズム（すなわち、要素３２および３４を備えるシステム）の１つの例は、米国特許出願第１３／９４３，９９１号（２０１３年７月１７日出願、名称「Ｔｏｉｌｅｔ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｖａｌｖｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｈａｖｉｎｇ Ｍｏｖｅａｂｌｅ Ｂｕｏｙａｎｔ Ｆｌｏａｔ Ｔｈｅｒｅｉｎ」）に見出され、その全開示が、参照することによって全体として本明細書に組み込まれる。その特許出願に開示されるシステムは、スイッチ（要素＃４２として標識される）を使用し、空気通路を選択的に開閉し、浮力フロート（放出弁を覆う）が離昇し、それによって、便器を洗浄させることを可能にする。いかなる他のデバイス（限定ではないが、レバーアームを含む）も、アクチュエータメカニズム３０の一部であり得る。

再度、上記の洗浄弁３４の例は、限定されないことを理解されたい。任意の好適な作動メカニズムが、代わりに、本発明に従って使用され得る。さらに、アクチュエータメカニズム３０は、電力スイッチをオンにする電動アクチュエータ、蛇口タップをオンにする液圧アクチュエータ、あるいは、より一般的には、任意の機器またはデバイスをアクティブ化する任意の作動メカニズムであり得る。異なるアクチュエータメカニズムは、本発明が、多くの異なる製品の使用に合わせられることができるように使用されることができる。

好ましい実施形態では、赤外線センサ２０は、遠距離にある物体の存在を検出し、超音波センサ２２は、近距離にある物体の存在を検出する。遠距離は、最大１０フィート以上であり得、また、０〜２４インチ等のより短い距離、またはわずか０〜１５インチでさえあり得る。本発明は、任意の具体的な「遠距離」に限定されないことを理解されたい。種々の好ましい実施形態では、近距離は、好ましくは、８インチ未満である。最も好ましくは、近距離は、３インチ未満である。この構成の利点は、信頼性のある超音波センサシステムが、ユーザの手がアセンブリ１０から数インチ以内にあるとき、ユーザの手を検出するために使用されることである。その利点は、超音波検出が、単純な赤外線検出（上記に説明されたような）よりもはるかに信頼性があることである。しかしながら、最初に、部屋に入室するユーザを検出し、次いで、超音波センサ２２をオンにするために赤外線センサに依拠することによって、アセンブリ１０は、超音波センサ２２を動作させるために要求される電力を節約する。さらに、アクチュエータメカニズム３０は、赤外線センサ２０と超音波センサ２２との両方が、両方とも、物体を検出した後のみにアクティブ化する。これはさらに、システムの信頼性を増加させる。

好ましい側面では、アクチュエータメカニズム３０は、ソレノイドと、ソレノイド内のプランジャロッドであって、ソレノイドを通過する電流によって移動させられるプランジャロッドと、気送管または接続ケーブル３２とを備える。プランジャロッドの移動は、空気を気送管内で移動させ、またはプランジャロッドの移動は、接続ケーブルを移動させ、気送管内の空気の移動または接続ケーブルの移動は、洗浄弁３４に便器を洗浄させる。アセンブリ１０は、好ましくは、筐体４０を備え、赤外線センサ２０、超音波センサ２２、およびソレノイド（図示せず）は全て、筐体内部（または上）に配置される。

好ましい実施形態では、アセンブリ１０はさらに、電力を赤外線センサ２０と超音波センサ２２との両方に供給するバッテリ電源キャニスタ５０を備える。随意に、バッテリキャニスタ５０は、バッテリキャニスタ５０もまた、便器タンク内部に配置されるように、筐体４０に接続されることができる。しかしながら、バッテリは、代わりに、赤外線センサおよび超音波センサと同一の物理的な筐体内部に配置されることもできることを理解されたい。

好ましい実施形態では、アセンブリ１０はさらに、筐体４０内部に配置されるマイクロコントローラ（図示せず）を備える。マイクロコントローラは、物体が検出されたことの信号を赤外線センサ２０から受信し、次いで、超音波センサをそのスリープモードから起動させるための信号を超音波センサ２２に送信する。

いくつかの随意の好ましい実施形態では、本発明は、単に、物体の存在を検出するように構成される超音波センサ２２と、超音波センサが物体の存在を検出すると、超音波センサからの信号に応答して、便器を洗浄する洗浄アクチュエータメカニズム３０とを提供する。（これらの実施形態では、赤外線センサは、省略され、超音波センサは、オンのままである。これらの実施形態は、超音波センサ２２が常にオンのままにされることができるように、バッテリパックの電力ドレインが十分に低い、または電源が十分に強い場合、適切であり得る）。

本発明はまた、（ａ）デバイス上に搭載される赤外線センサ２０を使用して物体の存在を検出することと、（ｂ）赤外線センサ２０が物体の存在を検出した後に、超音波センサ２２をスリープモードから起動させることであって、超音波センサ２２もデバイス上に搭載されている、ことと、（ｃ）超音波センサ２２を用いて物体の存在を検出することと、（ｄ）物体の存在を検出する超音波センサに応答して、アクチュエータメカニズム３０をアクティブ化することとによってデバイスを作動させる方法を提供する。

Claims (19)

1. センサおよびアクチュエータアセンブリであって、前記センサおよびアクチュエータアセンブリは、
   ユーザの存在を検出するように構成された赤外線センサと、
   前記ユーザの存在を検出するように構成された超音波センサと、
   前記超音波センサが前記ユーザの存在を検出したことの前記超音波センサからの信号に応答して、アクティブ化するアクチュエータメカニズムと
   を備える、センサおよびアクチュエータアセンブリ。
2. 前記超音波センサは、前記赤外線センサが最初に前記ユーザの存在を検出した後の前記赤外線センサからの信号によって起動されるまでスリープモードのままである、請求項１に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
3. 前記赤外線センサは、遠距離にある前記ユーザの存在を検出し、前記超音波センサは、近距離にある前記ユーザの存在を検出する、請求項１に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
4. 前記近距離は、８インチ未満である、請求項１に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
5. 前記近距離は、３インチ未満である、請求項４に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
6. 前記アクチュエータメカニズムは、便器を洗浄させる、請求項１に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
7. 前記アクチュエータメカニズムは、蛇口をオンにさせる、請求項１に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
8. 前記アクチュエータメカニズムは、機器をオンにさせる、請求項１に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
9. 前記アクチュエータメカニズムは、
   ソレノイドと、
   前記ソレノイド内のプランジャロッドであって、前記ソレノイドを通過する電流によって移動させられるプランジャロッドと、
   気送管または接続ケーブルであって、前記プランジャロッドの移動は、空気を前記気送管内で移動させ、または前記プランジャロッドの移動は、前記接続ケーブルを移動させ、前記気送管内の前記空気の移動または前記接続ケーブルの移動は、前記便器を洗浄させる、気送管または接続ケーブルと
   を備える、請求項６に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
10. 筐体をさらに備え、前記赤外線センサ、前記超音波センサ、および前記ソレノイドは全て、前記筐体内部に配置される、請求項９に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
11. 前記筐体は、便器タンク壁を通過する、請求項１０に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
12. 前記アセンブリはさらに、電力を前記赤外線センサおよび前記超音波センサに供給するバッテリ電源を備える、請求項１０に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
13. バッテリキャニスタをさらに備え、前記バッテリキャニスタは、前記筐体に接続され、前記バッテリキャニスタは、便器タンク内部に配置される、請求項１２に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
14. 前記アセンブリはさらに、マイクロコントローラを備え、前記マイクロコントローラは、前記ユーザが検出されたことの前記赤外線センサからの前記信号を受信し、次いで、前記スリープモードから前記超音波センサを起動させるために、信号を前記超音波センサに送信する、請求項１に記載のセンサおよびアクチュエータアセンブリ。
15. センサおよびアクチュエータアセンブリであって、前記センサおよびアクチュエータアセンブリは、
    ユーザの存在を検出するように構成された超音波センサと、
    前記超音波センサが前記ユーザの存在を検出すると、前記超音波センサからの信号に応答して、便器を洗浄する水洗アクチュエータメカニズムと
    を備える、センサおよびアクチュエータアセンブリ。
16. デバイスを作動させる方法であって、前記方法は、
    赤外線センサを使用してユーザの存在を検出することと、
    超音波センサを用いて前記ユーザの存在を検出することと、
    前記超音波センサが前記ユーザの存在を検出することに応答して、アクチュエータメカニズムをアクティブ化することと
    を含む、方法。
17. 前記超音波センサは、前記赤外線センサが最初に前記ユーザの存在を検出した後の前記赤外線センサからの信号によって起動されるまでスリープモードのままである、請求項１６に記載の方法。
18. 前記アクチュエータメカニズムをアクティブ化することは、便器を洗浄させる、請求項１６に記載の方法。
19. 前記赤外線センサは、遠距離にある前記ユーザの存在を検出し、前記超音波センサは、近距離にある前記ユーザの存在を検出する、請求項１６に記載の方法。
    

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