JP4277313B2 - 便器洗浄装置 - Google Patents
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Description
さらに、特許文献1に開示した便器洗浄システムにおいては、ドップラーセンサを利用して尿の放出時間を検出し、このデータに基づいて銀イオンを含有した洗浄水による洗浄が実施可能とされている。
本発明者がさらに独自の検討を進めた結果、電波を利用したドップラーセンサは検出感度が高いために、水洗便器のトラップ部の「封水」の揺れまでも検出することが判明した。ところが、封水の揺れの周波数は、人体検知の際に対象となる周波数帯域に近いため、これらを判別することが困難である。つまり、封水の揺れによって人体検知信号が誤って出力されてしまうという問題が生ずることがある。この問題を避けるために、ドップラーセンサを封水とは異なる方向に向けると、尿の検出が困難になるという問題が生ずる。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる便器洗浄装置の要部構成を表す模式図である。すなわち、本実施形態の便器洗浄装置は、例えば男子小用水洗便器600に取り付けることができる。
すなわち、待機状態においては、図2に表したように、第1のドップラーセンサ10Aが矢印Aの方向、すなわち便器600の前方に電波を送信して使用者の接近を検知可能としている。使用者900が便器600に接近すると、ドップラーセンサ10Aにより検知され、その検出信号が制御部100に送信される。
これに対して、本実施形態においては、第1のドップラーセンサ10Aは、矢印Aの方向、すなわち便器600の前方に向けて検出用の電波を送信するので、封水650の揺れを検出することはない。つまり、封水650の揺れにより人体検知信号を誤って出力することを防止できる。
さらにまた、電源投入時には、便器前方を指向するようにセンサを切り替えると多くの場合に誤動作などが生じにくくなる。
すなわち、ドップラーセンサ10A、10Bは、発振部12と、ローパスフィルタ(LPF)14と、アンテナ16と、ミキサ18と、を有する。
この場合には、反射された電波RWは、ドップラー効果によって周波数がシフトする。送信電波TWの周波数をFt、受信電波RWの周波数をFr、光速をCとすると、ミキサ18において得られる差分信号(ドップラー信号)ΔFは、次式により表される。
ΔF=Ft−Fr=2×Ft×V/C
このように、ドップラー信号ΔFを検出することにより、被検知体Sすなわち使用者900や尿流の速度Vを測定できる。
制御部100は、第1フィルタ・増幅器110、第2フィルタ・増幅器120、CPU(Central Processing Unit)130、バルブ駆動回路140を有する。
CPU130は、第1及び第2のドップラーセンサ10A、10Bの動作を制御し、またこれらからの出力に基づいて、バルブ駆動回路140の動作を制御する。
第1のドップラーセンサ10Aからの出力は、第1フィルタ・増幅器110において、フィルタリングされ増幅される。第1フィルタ・増幅器110においては、例えば、10〜100Hzの周波数のみを通過させ、またその信号を25倍程度増幅する。第2のドップラーセンサ10Bからの出力は、第2フィルタ・増幅器120において、フィルタリングされ増幅される。第2フィルタ・増幅器120においては、例えば、100〜200Hzの周波数のみを通過させ、またその信号を1000倍程度増幅する。
以上説明したように、本実施形態によれば、互いに異なる方向をモニタする2つのドップラーセンサを用いることにより、封水の揺れなどによる誤動作を防ぎつつ、使用者の接近と尿流や洗浄水の流れをそれぞれ検知できる。
次に、本発明の第2の実施の形態として、指向方向を可変としたドップラーセンサを用いた便器洗浄装置について説明する。
図6は、本実施形態にかかる便器洗浄装置の要部を表す模式図である。図6以降の図面については、その以前の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態においては、便器600のボウル面の上側に設けられ、指向方向すなわち電波の送信方向を矢印A及び矢印Bの如く切替可能としたドップラーセンサ10Cが備えられる。
このドップラーセンサ10Cは、第1及び第2のアンテナ16A、16Bを有し、これらアンテナとLPF14との間には、移相器15が設けられている。移相器15は、それぞれのアンテナについて、異なる線路長を有する伝送線路を切替可能としている。すなわち、アンテナ16Aについては、切替手段15Aによって、伝送線路A1、A2のいずれかが接続される。伝送線路A2は、伝送線路A1よりも線路長が長く、伝搬波の位相を遅延させることができる。同様に、アンテナ16Bについては、切替手段15Bによって、伝送線路B1、B2のいずれかが接続される。ここでも伝送線路B2は、伝送線路B1よりも線路長が長く、伝搬波の位相を遅延させることができる。
また、図9(a)は、アンテナ面から眺めた平面図であり、図9(b)は、その正面図である。
ドップラーセンサ10Cは、シールドケース20と基板22とにより封止されている。基板22の上には、発振部12、LPF14、移相器15、ミキサ18などが実装されている。また基板22の裏面側には、グラウンド層24を介して、アンテナ面となる基板26が積層されている。これら基板には、スルーホール28A、28Bが設けられ、これらを介して信号ライン30とアンテナ16A、16Bとがそれぞれ接続されている。
図9に表したように、アンテナ16A、16Bは、それぞれ一対の導電パターンとして基板26の表面に形成されている。
図10は、移相器15による電波の放射方向を説明するための模式図である。
すなわち、アンテナ16Aとアンテナ16Bとに同位相で給電した場合、電波のメインビームは、図10(a)に表したように、アンテナ面26Aに対して垂直方向に放射される。この場合、図7に表した移相器15において、伝送線路A1とB1を介してアンテナ16A、16Bにそれぞれ給電すればよい。
λ0=c/f
光速cを3×108mm/秒、周波数fを10.525GHzとすると、波長λ0は次式の如くである。
λ0=3×108/10.525×109
≒28.5mm
従って、(1)式に代入すると、電波の位相差は、次式により表される。
λg=λ0/(εr)1/2 (3)
(3)式を(2)式に代入すれば、伝送線路において必要とされる線路長差が得られる。例えば、アンテナ基板26の材料として、比誘電率εrが4.8のガラスエポキシ基板を用いた場合には、線路長差は次式の如くである。
すなわち、通常待機モードにおいては、ドップラーセンサ10Cの移相器15を切り替えることにより、図11に矢印Aで表したように便器600の前方に向けてビームを放射し、使用者900の接近を検知する。この時、ドップラーセンサ10Cは便器600の封水650の揺れを誤検出することはない。
本実施形態においては、ドップラーセンサ10Cからの出力は、第1フィルタ・増幅器110と第2フィルタ・増幅器120に直列的に入力される。第1フィルタ・増幅器110においては、例えば、10〜200Hzの周波数のみを通過させ、またその信号を25倍程度増幅する。第2フィルタ・増幅器120においては、例えば、100〜200Hzの周波数のみを通過させ、さらにその信号を40倍程度増幅する。
図14は、本発明者が実施した実験の結果を例示するグラフ図及びタイミングチャートである。
すなわち、同図(a)は本実施形態の便器洗浄装置において第1フィルタ・増幅器110の出力112の出力波形を表し、同図(b)は、第2フィルタ・増幅器120の出力122の出力波形を表す。
また、図14(c)に表したように、センサの指向方向を前方(図11の矢印Aの方向)に設定している間は、便器の封水650の揺れなどを検出することがなく、使用者を検知するまでは信号の振幅は非常に小さい。
そして、センサの指向方向を前方に設定することにより、封水650の揺れなどによる誤検知を防ぐことができる。
以下、実施例を参照しつつ、これら実施の形態についてさらに詳細に説明する。
(第1の実施例)
まず、本発明の第1の実施例として、図1あるいは図6に表したように小用便器600に搭載した本発明の便器洗浄装置の動作の具体例を説明する。
すなわち、図15は、本実施例の便器洗浄装置の動作のメインフローを表す。
まず、ステップS100において、ドップラーセンサの指向方向を前方に設定する。すなわち、第1実施形態の場合には、図2に関して前述したようにセンサ10Aを用いて検知を開始する。一方、第2実施形態の場合には、図13に関して前述したように、移相器15により、矢印Aの方向にビームを指向させて検知を開始する。こうすることにより、便器の封水650の揺れなどを誤って検出することがなくなり、誤動作を防ぐことができる。
まず、ステップS202において、第1フィルタ・増幅器110の出力が所定の電圧V1とV2との間にあるか否かを判断する。第1フィルタ・増幅器においてはDC(直流)成分をカットしているので、その出力は基準電位を中心として上下に振れる。図14に関して前述したように、使用者を検知するとこの振れが大きくなる。
例えば、5ボルトの電源を用いて基準電位を2.5ボルトとし、V1=1.5ボルト、V2=3.5ボルトと設定する。すると、使用者を検知した場合には、この範囲を十分に超えるが、使用者が便器600から50センチメータも離れると、信号の振幅範囲は高々2.2ボルトから2.8ボルトの範囲内に収まる。
そこで、以下、オフディレイタイマとオンディレイタイマとを用いて、所定範囲を超える信号を検知してから0.3秒間連続的に所定範囲内になることなく、1秒が経過した時に、使用者を検出するルーチンについて説明する。
次に、ステップS206において、オフディレイタイマが0.3秒を経過したか否かを判定する。経過していない場合(ステップS206:no)は、ステップS202に戻り第1フィルタ・増幅器110の出力を判定する。経過している場合(ステップS206:yes)は、ステップS208に進み、オンディレイタイマをリセットする。
そして、ステップS212において、オンディレイタイマをスタートさせ、またはその計測を継続させる。
1秒経過してない場合(ステップS214:no)は、ステップS202に戻り、出力を判定する。
1秒経過した場合(ステップS214:yes)は、ステップS216において使用者を検出したと判断し、使用者検出処理ルーチンを終了する。
一方、使用者を検出した場合(ステップS300:yes)は、ステップS400に進み、センサの指向方向を下方に変更する。すなわち、第1実施形態の場合には、図3に関して前述したようにセンサ10Bを用いて検知を開始する。一方、第2実施形態の場合には、図14に関して前述したように、移相器15により、矢印Bの方向にビームを指向させて検知を開始する。こうすることにより、散乱断面積があまり大きくない尿流を高い感度で検出できる。
図17は、尿流検出ルーチンを表すフローチャートである。すなわち、このフローチャートは、尿流を一旦検出した後に、3秒間検出しない状態が持続したら、尿流は終了したと判定して洗浄水を流す具体例である。
まず、ステップS502において、第2フィルタ・増幅器120の出力Vが所定の電圧V3とV4との間にあるか否かを判定する。第2フィルタ・増幅器120の出力は図14(b)に例示したように、尿流によって明瞭なドップラー信号を示すので、基準電圧V3、V4を適宜設定すれば、尿流の信号を明瞭に区別できる。
ステップS502において、出力VがV3とV4との間にある場合(ステップS502:yes)は、再びステップS502を繰り返す。
一方、ステップS502において、出力VがV3とV4との範囲を超えた場合(ステップS502:yes)は、ステップS504に進みタイマをスタートさせる。
そして、ステップS506に進み、第2フィルタ・増幅器120の出力Vが所定の範囲内にある状態で3秒間経過したか否かを判定する。つまり、尿流を検出しない状態が3秒間継続したか否かを判定する。
3秒間継続しない場合(ステップS506:no)には、尿流はまだ終了していないと判断して、もう一度ステップS506に戻り判定を開始する。
そして、ステップS510においてタイマの計測時間に応じた時間だけ給水路のバルブ550を開けて洗浄水を流して、検出処理ルーチンを終了する。
すなわち、タイマの計測時間が非常に短い場合(T1未満)は、誤検出などの可能性が高いのでバルブ550を開けない。そして、タイマの計測時間が所定の範囲(T1からT2)においては、バルブ550を開ける時間は一定とする。また、タイマの計測時間が大きい場合(T2以上)には、計測時間に応じてバルブ550の開時間も長くする。このようにすれば、誤動作などに対する節水効果も維持しつつ、尿負荷量に応じた量の洗浄水を流すことができる。
尿流が終了してない場合(ステップS600:no)は、ステップS500に進み、再び尿流検出処理ルーチンを実行する。
一方、尿流が終了している場合(ステップS600:yes)は、ステップS700に進み、センサの指向方向を前方に変更する。すなわち、第1実施形態の場合には、図2に関して前述したようにセンサ10Aを用いて検知を開始する。一方、第2実施形態の場合には、図13に関して前述したように、移相器15により、矢印Aの方向にビームを指向させて検知を開始する。こうすることにより、便器の封水650の揺れなどを誤って検出することがなくなり、誤動作を防ぐことができる。
すなわち、このフローチャートは、第1フィルタ・増幅器110の出力が所定の範囲内に収まった時点から2秒間連続的にその範囲内にある場合に、使用者が退出したと判定する具体例である。
まず、ステップS802において、第1フィルタ・増幅器110の出力が所定の電圧V1とV2との間にあるか否かを判断する。このステップは、ステップS202などに関して前述した如くであり、例えば、所定の電圧V1は1.5ボルト、電圧V2は3.5ボルトに設定している。
一方、出力Vが所定の範囲内の場合(ステップS802:yes)は、ステップS806に進み、オフディレイタイマをスタートさせ、または計測を継続させる。
2秒経過していない場合(ステップS808:no)は、ステップS802に戻り、出力Vを判定する。
一方、2秒経過した場合(ステップS808:yes)は、ステップS810に進み、使用者は退去したと判断する。
次に、本発明の第2の実施例として、第1実施例に「前洗浄」をさらに付加した動作について説明する。
本実施例においては、ステップS300の使用者検出判定処理の後に、ステップS350において「前洗浄」を実施する。前洗浄は、使用に先だって予め便器に少量の洗浄水を流すことにより、便器面を濡らした状態にして汚れを付着しにくくする洗浄工程である。
次に、本発明の第3の実施例として、本発明の便器洗浄装置を大小兼用便器に搭載した具体例について説明する。
図21は、本実施例の便器洗浄装置のドップラーセンサの指向方向を例示する模式図である。
すなわち、大小兼用便器620には、ロータンク622、便座蓋626、便座洗浄装置628などが設けられている。便座洗浄装置628は、温水を噴射して使用者の臀部などを洗浄可能とし、さらに、便座蓋626の開閉を制御するようにしてもよい。
そして、本実施例においては、便座洗浄装置628にドップラーセンサ10A及び10B、あるいは10Cが内蔵されている。ドップラーセンサは、第1実施形態あるいは第2実施形態に関して前述したように、矢印A及びBの方向にそれぞれ指向方向を切替可能とされている。
一方、着座センサが設けられていない場合には、センサの指向方向を矢印Bの方向に切り替えて、尿流を検出するようにしてもよい。また、着座センサが設けられている場合には、着座を検出するとセンサの指向方向を矢印Bの方向に切り替える。
使用者900が着座した状態においては、センサの指向方向は矢印Bの方向に切り替えることにより、尿流を検出することができる。また、封水650の揺れを検出することによって、使用者900による使用状態を推定することも可能となる。
着座センサが設けられている場合には、使用者900が便座から立ち上がる動作を着座センサが検出したら、センサの指向方向を矢印Aの方向に切り替えることができる。また、着座センサが設けられていない場合には、図24の状態で、尿流や封水650の揺れなどを検出しなくなった時に、センサの指向方向を矢印Aの方向に切り替えることができる。
次に、本発明の第4の実施例として、本発明の便器洗浄装置を大小兼用便器に搭載した第2の具体例について説明する。
図26は、本実施例の便器洗浄装置のドップラーセンサの指向方向を例示する模式図である。
すなわち、本実施例においては、ドップラーセンサ10A及び10B、あるいは10Cは、便器620の前面下端の付近に配置されている。そして、その指向方向は、矢印Aで表したように便器620の前方と、矢印Bで表したように略鉛直上方と、を切り替え可能とされている。
すなわち、待機状態においては、図27に表したように、センサの指向方向を矢印Aの方向に切り替えることにより、封水650の揺れを誤検出することなく、使用者900の接近を検出できる。
使用者900を検出したら、図28に表したように、センサの指向方向を矢印Bの方向に切り替えることができる。このようにすると、男子小用の使用態様において、ビームの方向と尿流の飛散方向とが略相対するので、高い感度で尿流を検出できる。
次に、本発明の第5の実施例として、複数の小用便器が配置された公共トイレにおける本発明の便器洗浄装置について説明する。
図30は、このような公共トイレを例示する模式図である。
これらの方策により、使用者900に対する検出感度を適宜調整することにより、誤検出を防ぐことができる。
例えば、センサの形状や構造、制御部の具体的な構成、便器の形状やセンサの配置位置などについては、当業者が適宜設計変更して採用したものも、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
12 発振部
15 移相器
15A、15B 切替手段
16、16A、16B アンテナ
18 ミキサ
20 シールドケース
22 基板
24 グラウンド層
26 アンテナ基板
28A、28B スルーホール
30 信号ライン
100 制御部
110 第1フィルタ・増幅器
120 第2のフィルタ・増幅器
140 バルブ駆動回路
500 給水路
550 バルブ
600、600A〜600C 小用便器
620 大小兼用便器
621 便座
622 ロータンク
624 手動操作ハンドル
626 便座蓋
628 便座洗浄装置
650 封水
700 排水路
900 使用者
S 被検知体
Claims (7)
- 排水部に封水が形成される便器に洗浄水を供給する便器洗浄装置であって、
前記封水の揺れを実質的に検出しない第1の方向に指向した電波を放出してドップラー効果を検出する第1の検出動作と、前記封水の揺れを実質的に検出可能な第2の方向に指向した電波を放出してドップラー効果を検出する第2の検出動作と、を実行可能な検出手段と、
前記第1及び第2の検出動作の少なくともいずれかの検出結果に基づいて前記洗浄水の供給を制御する制御手段と、
を備え、
前記検出手段は、第1のアンテナと、第2のアンテナと、前記第1及び第2のアンテナからそれぞれ放出される電波の位相差を可変とする移相器と、を有し、
前記移相器により前記電波の位相差を切り替えることによって前記第1の検出動作と前記第2の検出動作とを選択的に実行可能としたことを特徴とする便器洗浄装置。 - 便器に洗浄水を供給する便器洗浄装置であって、
第1のアンテナと、第2のアンテナと、前記第1及び第2のアンテナからそれぞれ放出される電波の位相差を可変とする移相器と、を有し、前記移相器により前記電波の位相差を切り替えることによって、第1の方向に指向した電波を放出してドップラー効果を検出する第1の検出動作と、前記第1の方向とは異なる第2の方向に指向した電波を放出してドップラー効果を検出する第2の検出動作と、を選択的に実行可能な検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記洗浄水の供給を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする便器洗浄装置。 - 前記移相器は、前記第1のアンテナに接続された線路長と、前記第2のアンテナに接続された線路長と、の少なくともいずれかを可変としたことを特徴とする請求項1または2に記載の便器洗浄装置。
- 前記第1の検出動作においては人体を検出し、
前記第2の検出動作においては尿流を検出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の便器洗浄装置。 - 第1の周波数帯域の信号を通過させ第1の増幅率により増幅する第1のフィルタ・増幅手段と、
前記第1の周波数帯域よりも下限が高い第2の周波数帯域の信号を通過させ第2の増幅率により増幅する第2のフィルタ・増幅手段と、
をさらに備え、
前記第1の検出動作により得られた検出結果を前記第1のフィルタ・増幅手段を介して判定し、
前記第2の検出動作により得られた検出結果を前記第1のフィルタ・増幅手段と前記第2のフィルタ・増幅手段とを介して判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の便器洗浄装置。 - 前記便器は、小用便器であり、
前記検出手段は、前記小用便器本体の上部に設けられ、
前記第1の方向は、前記小用便器の前方に向けた方向であり、
前記第2の方向は、略鉛直下方であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の便器洗浄装置。 - 前記制御手段は、前記第2の検出動作により得られた検出結果に基づいて、前記洗浄水の総流量を変化させることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の便器洗浄装置。
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