JP2017066730A - 自動水栓 - Google Patents

Abstract

【課題】利便性を向上させることができる自動水栓を提供すること。
【解決手段】自動水栓は、検知対象との距離を検出する距離センサと、吐水と止水とを切り替える切替部材と、前記距離センサの検出結果に応じて前記切替部材を制御する制御部と、を備える自動水栓であって、前記制御部は、吐水時において、前記距離センサにより検出する距離のうち、時間経過により短くなる距離を前記検知対象における液面までの距離と決定し、前記液面までの距離に基づいて自動的に止水に切り替えるように前記切替部材を制御する自動止水モードを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動水栓に関する。

従来の自動水栓には、洗顔や洗髪に用いられる洗面装置において、水位を検知する水位検知手段を設けたものがある（例えば、特許文献１）。

特許文献１の洗面装置は、洗面装置に固定されたボウル内の水位を検知する水位検知手段を設け、ボウル内の水が所定水位に達したことを水位検知手段が検知したときに、開閉弁を閉じて給水を停止する。

特開２０１０−０７７６５３号公報

しかしながら、昨今では、ユーザの利便性をより向上させることが求められている。特許文献１のような構成では、洗面装置に固定されたボウル内に水を溜める場合に用途が限られており、洗面装置とは別個の物体（コップなど）に水を溜める場合には適用することができず、ユーザの利便性という観点では未だ改善の余地があるといえる。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、利便性を向上させることができる自動水栓を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の自動水栓は、検知対象との距離を検出する距離センサと、吐水と止水とを切り替える切替部材と、距離センサの検出結果に応じて切替部材を制御する制御部と、を備える自動水栓であって、制御部は、吐水時において、距離センサにより検出する距離のうち、時間経過により短くなる距離を検知対象における液面までの距離と決定し、液面までの距離に基づいて自動的に止水に切り替えるように切替部材を制御する自動止水モードを有する。

本発明の自動水栓によれば、検知対象との距離を検出する距離センサを設け、時間経過により短くなる距離を検知対象における液面までの距離として止水制御することにより、検知対象ごとの液面に応じた止水制御が可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。

実施の形態１、２にかかる自動水栓の概略図 自動水栓の距離センサによる距離検知形態を説明するための拡大図 （ａ）距離センサによる検知結果の推移を示す図と、（ｂ）電磁弁の開閉の推移を示す図（実施の形態１） （ａ）距離センサによる検知結果の推移を示す図と、（ｂ）電磁弁の開閉の推移を示す図（実施の形態２）

以下に、本発明にかかる実施の形態１、２を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる自動水栓２の概略構成を示す図である。

自動水栓２は、コップなどの容器（検知対象の一例）に水を溜める場合などに使用される自動式の水栓装置であり、例えば台所や洗面所に設けられて使用される。図１に示すように、自動水栓２は、台座４上に設けられた本体部６と、吐水口８と、距離センサ１０と、混合水供給ライン１２と、電磁弁１４と、混合水調整ユニット１６と、制御部１８と、を備える。このような構成において、混合水供給ライン１２から吐水口８を介して供給される水により、ユーザが差し出す容器２０に水が溜められる。以下、自動水栓２の各構成について順に説明する。

台座４は、本体部６を支持する台であり、台座４内には混合水供給ライン１２が通される。台座４上に設けられた本体部６は、混合水供給ライン１２を保護するように取り囲む筐体である。本体部６の先端には、吐水口８が取り付けられている。吐水口８は、混合水供給ライン１２から供給される水を吐水するための開口を形成する。吐水口８からの吐水方向は、鉛直下方あるいは鉛直斜め下方に設定される。吐水口８の近傍において、本体部６の先端部には距離センサ１０が下方に向けて取り付けられている。

距離センサ１０は、検知対象としての容器２０の有無、および容器２０までの距離を検出するセンサである。距離センサ１０による距離検知方向は、吐水口８の下方に位置する容器２０までの距離を検出できるように、鉛直下方あるいは鉛直斜め下方に設定される（吐水口８による吐水方向と同じ方向）。

混合水供給ライン１２は、吐水口８から吐水するための水を供給する配管であり、実施の形態１では湯と水を混合した混合水を供給する配管である。混合水供給ライン１２は順に、吐水口８、本体部６、台座４の内部を通るように設けられている。混合水供給ライン１２の先端は、吐水口８に位置される一方、混合水供給ライン１２の末端は、電磁弁１４に接続されている。

電磁弁１４は、混合水供給ライン１２への混合水の通水を切り替える切替部材の一例としての電磁弁である。電磁弁１４の開閉制御により、混合水供給ライン１２への混合水の通水が制御される。これにより、混合水の吐水／止水が切り替えられる。

混合水調整ユニット１６は、電磁弁１４を介して混合水供給ライン１２に通水される混合水を調整するためのユニットである。実施の形態１における混合水調整ユニット１６は、混合水を調整する構成として、第１の供給ライン２２と、第２の供給ライン２４と、第１の電動弁２６と、第２の電動弁２８と、を備える。

第１の供給ライン２２は、湯を供給する配管ラインであり、第２の供給ライン２４は、水を供給する配管ラインである。第１の供給ライン２２と第２の供給ライン２４は合流部３０で合流し、合流部３０において湯と水を混合した混合水が生成される。混合水はその後、電磁弁１４に供給される。第１の電動弁２６は、第１の供給ライン２２における湯の流量を調整する流量調整弁であり、第２の電動弁２８は、第２の供給ライン２４における水の流量を調整する流量調整弁である。第１の電動弁２６および第２の電動弁２８のそれぞれの開度を調整することにより、湯と水の混合割合および全体流量を調整することができ、合流部３０で生成する混合水の流量および温度を調整することができる。

制御部１８は、上述した自動水栓２の構成要素の運転を制御するものである。図１の点線で示すように、実施の形態１における制御部１８は、少なくとも距離センサ１０、電磁弁１４、第１の電動弁２６および第２の電動弁２８に接続されており、これらの運転を制御する。

上述した構成を有する自動水栓２による吐水制御の一例について説明する。

ユーザは、コップなどの容器２０に水を溜めるために、吐水口８の下方に容器２０を配置する。吐水口８の近傍に設けられた距離センサ１０は、検知対象として容器２０の存在を検知するとともに、その存在を知らせる信号を制御部１８に送信する。当該信号を受けて、第１の電動弁２６および第２の電動弁２８の開度を調整し、制御部１８は電磁弁１４を開くように制御する。具体的には、合流部３０で生成される混合水が予め設定された流量および温度となるように、第１の電動弁２６および第２の電動弁２８の開度を調整する。さらに電磁弁１４を開くように制御することで、調整した混合水が混合水供給ライン１２に通水される。このような制御により、混合水供給ライン１２から吐水口８を介した混合水の吐水が開始され、容器２０に水を貯めることができる。

実施の形態１における制御部１８は、吐水開始後の吐水時において所定の条件を満たしたときに自動的に止水する自動止水モードを有する。

（自動止水モード）
当該自動止水モードは、吐水開始後に距離センサ１０による検出を継続的に行い、当該検出結果に応じて止水を行うものである。具体的には、図２に示すように、距離センサ１０は、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗと、容器２０までの距離（図２では容器２０の縁２０ａまでの距離）Ｌｃとを検出する。実施の形態１における距離センサ１０は、２つの距離を同時に検出する構成として、ＦＭＣＷ（Frequency Modulation-Continuous Wave）方式の距離検出を行う。ＦＭＣＷ方式とは、周波数を変化（スイープ）させた電波を検知対象に照射し、その反射波の遅れ時間や周波数などの特性を計測して演算することにより、検知対象までの距離を検出するものである。ＦＭＣＷ方式によれば、同時に複数の距離を検出することができるとともに、固体や液体にかかわらず検知対象までの距離を検出することができる。

次に、距離センサ１０による検出結果から、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗと容器２０までの距離Ｌｃとを判別する方法について、図３（ａ）、３（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）、３（ｂ）は、距離センサ１０による検出結果の一例を示すものである。図３（ａ）は、距離センサ１０により検出する距離の時間推移を示す図であり、横軸に時間[ｓ]、縦軸に距離センサ１０からの距離[ｍ]をとっている。図３（ｂ）は、図３（ａ）と同じ時間軸における電磁弁１４の開閉を示す図であり、横軸に時間[ｓ]、縦軸に電磁弁１４の開閉[開／閉]をとっている。

図３では一例として、継続的に２箇所の距離を検出した結果を示す。図３（ａ）に示すように、吐水開始後（時間ｔ０）、距離センサ１０が検出した距離のうち、距離Ｌ１は時間の経過にかかわらず一定である。一方で、もう１つの距離Ｌ２は、時間が経過するにつれて短くなっている。ユーザが容器２０を持った状態で給水を行う場合、容器２０の上下位置は実際には微小変動するものの、概ね一定位置にあると仮定することができる。ここで、制御部１８は、距離センサ１０により検出する距離のうち、吐水開始後における変動幅（距離変動）が所定範囲ΔＬ_１内の距離を、液面２１を収容する容器２０までの距離Ｌｃと判断して使用する。図３（ａ）に示す例では、距離Ｌ１は吐水開始後における距離変動が略０であり所定範囲ΔＬ_１内であるため、容器２０までの距離Ｌｃとして決定される。

一方で、容器２０内に水が溜まって水位が上昇するにつれて、距離センサ１０から液面２１までの距離は短くなっていく。これを受けて、制御部１８は、距離センサ１０により検出する距離のうち、時間経過により短くなる距離を容器２０における液面２１までの距離Ｌｗと決定する。図３に示す例では、距離Ｌ２は距離Ｌ１と異なり、時間経過により短くなっているため、当該距離Ｌ２が液面２１までの距離Ｌｗと決定される。

上述した判別方法により、距離センサ１０が検出する複数の距離のうち、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗと、容器２０までの距離Ｌｃとを判別することができる。

実施の形態１における自動止水モードは、上述した距離判別を行うとともに、容器２０内が満水となる前に止水する止水制御を行う。具体的には、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗと、容器２０までの距離Ｌｃとの差が予め定めた所定範囲ΔＬ_２となったときに（時間ｔ１）、電磁弁１４を閉じるように制御する。このような制御によれば、所定範囲ΔＬ_２を適宜設定することにより、適度な水位まで容器２０に水を溜めるという制御が可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。

実施の形態１の自動水栓２は、容器２０（検知対象）との距離を検出する距離センサ１０と、吐水と止水とを切り替える電磁弁１４（切替部材）と、距離センサ１０の検出結果に応じて電磁弁１４を制御する制御部１８と、を備える。さらに制御部１８は、自動止水モードを有する。自動止水モードにおいて、距離センサ１０により検出する距離のうち、時間経過により短くなる距離Ｌ２を容器２０における液面２１までの距離Ｌｗと決定し、液面２１までの距離Ｌｗに基づいて自動的に止水に切り替えるように電磁弁１４を制御している。このような液面２１までの距離Ｌｗに基づいた制御によれば、ボウルなどの固定されたものに限らず、ユーザが手で持った容器２０などに水を供給する際にも所望の止水制御が可能となる。これにより、様々な検知対象ごとの液面に応じた止水制御が可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。

なお、距離Ｌｗを決定するための時間経過により短くなる距離およびその経過時間の具体的な値は、自動水栓２の仕様等に応じて適宜設定すればよく、ユーザが手動で設定できるようにしてもよい。

また、実施の形態１の自動水栓２によれば、自動止水モードにおいて、制御部１８は、距離センサ１０により検出する距離のうち、吐水開始後における変動幅が所定範囲ΔＬ_１内の距離Ｌ１を、検知対象としての容器２０までの距離Ｌｃとして使用する。このような制御によれば、距離センサ１０による複数の検出距離の中から、容器２０までの距離Ｌｃを精度良く判別することができる。

なお、距離Ｌｃを決定するための吐水開始後における変動幅の所定範囲ΔＬ_１およびその期間の具体的な値は、自動水栓２の仕様等に応じて適宜設定すればよく、ユーザが手動で設定できるようにしてもよい。

また、実施の形態１の自動水栓２によれば、制御部１８は、第１の自動止水モードにおいて、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗと、容器２０までの距離Ｌｃとの差が所定範囲ΔＬ_２内となったときに止水に切り替えるように電磁弁１４を制御している。このような制御によれば、容器２０において満水になる前に所望の水位まで水を溜めるという制御が可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。

また、実施の形態１の自動水栓２によれば、距離センサ１０は、周波数を変化させた電波を検知対象（容器２０）に照射してその反射波の特性を計測して演算することにより検知対象までの距離を検出する距離検出方式である。これにより、同時に複数の距離を検出することができる。

なお、所定範囲ΔＬ_２の具体的な値は、自動水栓２の仕様等に応じて適宜設定すればよく、ユーザが手動で設定できるようにしてもよい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる自動水栓２について説明する。実施の形態２における制御部１８は、上述した自動止水モードとは別の制御による自動止水モードを行う。以下、実施の形態２における自動止水モードについて、図４（ａ）、４（ｂ）を用いて説明する。

実施の形態２における自動止水モードでは、容器２０内を満水させるまで水を吐水する制御を行う。具体的には、図４（ａ）に示すように、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗが短くなる時間が続いた後、容器２０までの距離Ｌｃと等しくなる（時間ｔ２）。その後、混合水供給ライン１２からの吐水を継続しても、距離Ｌｃ、Ｌｗは変化しない。ここで、制御部１８は、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗが短くなる時間が続いた後、一定範囲ΔＬ_３内の距離に留まる時間Δｔが続いた場合に、自動的に止水に切り替えるように電磁弁１４を制御する。

このような制御であれば、容器２０における満水を確保しながら、その後適切なタイミングで止水することができる。このような制御は、ユーザが容器２０に満水となるまで水を溜めたい場合に有効であり、ユーザの利便性を向上させることができる。このため、実施の形態１における自動止水モードと、実施の形態２における第２の自動止水モードは、ユーザの選択により選択可能なものとして構成されてもよい。このような構成によれば、容器２０の用途に応じて、所望の止水制御をユーザが選択して実施することができ、ユーザの利便性を向上させることができる。なお、容器２０までの距離Ｌｃと、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗが同じになったときに（時間ｔ２）、制御部１８は容器２０内において満水と判断することができる。

上述した実施の形態２にかかる自動止水モードは、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗが短くなる時間が続いた後、一定範囲ΔＬ_３内の距離に留まる時間Δｔが続いた場合に、自動的に止水に切り替えるように電磁弁１４（切替部材）を制御するものである。これにより、満水となるまで容器２０に水を溜めることができ、ユーザの利便性を向上させることができる。

なお、実施の形態２における自動止水モードで使用する一定範囲内の距離に留まる時間Δｔおよびその一定範囲ΔＬ_３の具体的な値は、自動水栓２の仕様等に応じて適宜設定すればよく、ユーザが手動で設定できるようにしてもよい。

以上、上述の実施の形態１、２を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態１、２に限定されない。例えば、実施の形態１、２では、距離センサ１０により検出する距離のうち、吐水開始後における変動距離が所定範囲ΔＬ_１内の距離を、液面２１を収容する容器２０までの距離Ｌｃとして使用したが、このような場合に限らない。例えば、距離センサ１０は、複数検出する距離のうち、最も短い距離を容器２０までの距離Ｌｃとして使用してもよい。距離センサ１０が検出する複数の距離のうち、図１、２に示すように、容器２０の縁２０ａまでの距離が最も短い距離であることが通常である。これより、複数の検知距離のうち、最も短い距離を容器２０までの距離（容器２０の縁２０ａまでの距離）と判断することで、簡易な方法により容器２０までの距離を判別することができる。あるいは、容器２０の縁２０ａまでの距離だけでなく、例えば容器２０の底部までの距離を測定し、容器２０までの距離として使用してもよい。また、容器２０だけでなく、吐水口８の下方に位置する水受け用のボウル・シンク（図示せず）までの距離と、ボウル・シンクに貯められている水（図示せず）の液面までの距離を測定してもよい。このような場合、容器２０に対する止水制御だけでなく、ボウル・シンクに水を溜める際にも所望の止水制御が可能となる。これにより、ユーザの利便性をさらに向上させることができる。

また実施の形態１、２では、距離センサ１０としてＦＭＣＷ方式のセンサを用いたが、このような場合に限らない。複数の距離を同時に検知して、その検知結果から容器２０における液面２１までの距離Ｌｗを判別することができれば、その他の任意の距離センサ（後発的に開発されるものを含む）を用いてもよい。例えば、超音波や赤外線による距離検出を行うものであってもよい。

また、容器２０における液面２１までの距離Ｌｗと容器２０までの距離Ｌｃを判別する際には、容器２０の上下位置が実際には微小変動することを考慮し、距離センサ１０が検出する距離の「平均値」を使用して判別を行ってもよい。

また実施の形態１、２では、吐水／止水を切り替える手段として電磁弁１４を用いる場合について説明したが、このような場合に限らず、その他の種類の弁（電動弁を含む）を用いてもよい。電動弁を用いる場合には例えば、電磁弁１４を省略する代わりに、第１の電動弁２６と第２の電動弁２８を切替部材として機能させてもよい。あるいは弁に限らず、外的な力により作動され吐水／止水を切り替えることができれば、その他の任意の切替部材（後発的に開発されるものを含む）を使用してもよい。

また実施の形態１、２では、湯と水を混合した混合水を吐水する場合について説明したが、このような場合に限らない。例えば、湯のみあるいは水のみを吐水する構成を採用してもよい。

また実施の形態１、２では、混合水の流量および温度を調整する手段として、第１の電動弁２６および第２の電動弁２８を用いる場合について説明したが、このような場合に限らない。流量および温度を調整できるものであれば、その他の任意の手段（後発的に開発されるものを含む）を用いてもよい。

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

２ 自動水栓
４ 台座
６ 本体部
８ 吐水口
１０ 距離センサ
１２ 混合水供給ライン
１４ 電磁弁（切替部材）
１６ 混合水調整ユニット
１８ 制御部
２０ 容器（検知対象）
２０ａ 縁
２１ 液面
２２ 第１の供給ライン
２４ 第２の供給ライン
２６ 第１の電動弁
２８ 第２の電動弁
３０ 合流部
ΔＬ_１ 所定範囲
ΔＬ_２ 所定範囲
ΔＬ_３ 一定範囲

Claims (5)

1. 検知対象との距離を検出する距離センサと、
   吐水と止水とを切り替える切替部材と、
   前記距離センサの検出結果に応じて前記切替部材を制御する制御部と、を備える自動水栓であって、
   前記制御部は、吐水時において、前記距離センサにより検出する距離のうち、時間経過により短くなる距離を前記検知対象における液面までの距離と決定し、前記液面までの距離に基づいて自動的に止水に切り替えるように前記切替部材を制御する自動止水モードを有する、自動水栓。
2. 前記自動止水モードにおいて、前記制御部は、前記距離センサにより検出する距離のうち、吐水開始後における変動幅が所定範囲内の距離を、前記検知対象としての容器までの距離とし、前記容器における前記液面までの距離と、前記容器までの距離との差が所定範囲内となったときに自動的に止水に切り替えるように前記切替部材を制御する、請求項１に記載の自動水栓。
3. 前記自動止水モードにおいて、前記制御部は、前記距離センサにより検出する距離のうち、最も短い距離を前記検知対象としての容器までの距離とし、前記容器における前記液面までの距離と、前記容器までの距離との差が所定範囲内となったときに自動的に止水に切り替えるように前記切替部材を制御する、請求項１に記載の自動水栓。
4. 前記自動止水モードにおいて、前記制御部は、前記検知対象における前記液面までの距離が短くなる時間が続いた後、一定範囲内の距離に留まる時間が続いた場合に、自動的に止水に切り替えるように前記切替部材を制御する、請求項１に記載の自動水栓。
5. 前記距離センサは、周波数を変化させた電波を前記検知対象に照射してその反射波の特性を計測して演算することにより前記検知対象までの距離を検出する距離検出方式である、請求項１から４のいずれか１つに記載の自動水栓。

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