JP5349286B2

JP5349286B2 - 自動水栓

Info

Publication number: JP5349286B2
Application number: JP2009296037A
Authority: JP
Inventors: 伸明板頭
Original assignee: Lixil Corp
Current assignee: Lixil Corp
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: JP2011137289A

Description

この発明はセンサによる検知対象の検知に基づいて自動的に吐水を行う自動水栓に関し、詳しくは吐水流の誤検知を防止するための技術手段に特徴を有する自動水栓に関する。

従来、吐水口の下方に差し出された使用者の手（検知対象）をセンサにより検知し、吐水を自動的に行う自動水栓が公共の洗面所等において広く用いられている。
通例、この自動水栓におけるセンサとして光反射型のセンサ、詳しくは発光部と受光部とを有し、発光部で発光した光の検知対象からの反射光を受光部で受光して、その受光量が設定したしきい値を超えたことをもって検知対象を検知するものが用いられている。

ところで、この種自動水栓においてはセンサが検知対象を検知して吐水を開始した後、その吐水流に発光部からの光が当って吐水流により反射され、そしてその反射光を受光部が受光してしまうことで、その後に使用者が手を引いてもセンサによる吐水流の検知により水が出っ放しとなる恐れがある。

特にこのような誤検知の問題は、下記特許文献１に開示されている図８に示すような自動水栓で生じ易い。
図において２００は吐水管、２０２はその内部に挿通された給水チューブ、２０４は給水路の先端に配置された吐水口部材でハウジング２０６の内部に保持されている。
２０８はセンサで吐水口部材２０４に固定され保持されている。
この例において、センサ２０８は検知方向を吐水の方向と同方向に向けて配置されている。

吐水口部材２０４から吐水された吐水流及びセンサ２０８による検知範囲は何れも一定の拡がりを持っており、従ってこのようにセンサ２０８が吐水口部材２０４に近接して配置されていると、センサ２０８による使用者の手等の検知対象の検知に基づいて吐水口２１０から吐水を行ったとき、発光部からの光が吐水流に当ってその反射光を受光部が受光してしまい、センサ２０８が吐水流を検知対象と誤検知してしまい易い。

而してこのようにセンサ２０８が吐水流を検知対象と誤検知してしまうと、その後使用者が手を引いてセンサ２０８による検知エリアから手を外しても引続き吐水口２１０から吐水が継続されてしまう。即ち水が出っ放しとなってしまう問題を生ずる。

尚、下記特許文献２には吐水流の誤検知を防止することを目的として構成した自動水栓が開示されている。
この特許文献２に開示の自動水栓は、検知エリアを変化させることで吐水流の誤検知を防止するようになしているものであるが、吐水後において吐水流の検知によりしきい値を変更するといったものではなく、本発明とは異なっている。

また、下記特許文献３にはタッチスイッチ検出装置についての発明が示され、そこにおいてタッチスイッチ部に使用者の接触による静電容量の変化を検出するタッチ検出電極と、水滴の接触を検出する水検出電極とを設け、水検出電極に水滴が付着したことを水検出電極で検出したときに、タッチ検出電極の検知のしきい値を上げることで、水滴の付着を人の操作と誤認するのを防止するようになした点が開示されている。

しかしながらこの特許文献３に開示のものは吐水流の誤検知を防止できるものではなく、従って本発明の問題としているところの、吐水流の誤検知により水が出っ放しとなってしまう問題を解決することができず、本発明とは異なったものである。

特開２００２−７００９６号公報特開２００２−２５６５９９号公報特開２００９−２３９６４９号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、吐水開始後においてセンサが吐水流を誤検知することによって水が出っ放しとなってしまう問題を解決することのできる自動水栓を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、検知対象に向けて光を発光する発光部と、反射光を受光する受光部とを有し、該受光部における受光量が設定したしきい値を超えることで該検知対象を検知するセンサと、該センサによる該検知対象の検知及び非検知に基づいて開閉動作する給水弁とを備え、該検知対象の検知により吐水を自動的に行う自動水栓において、前記検知対象の検知により吐水開始した後、吐水流からの反射光を前記受光部が受光することで受光量が増加したとき、吐水中に前記しきい値を高く変更し、受光量が該変更したしきい値以下となったときに止水を行い、且つしきい値を再び変更前のもとのしきい値に戻すようになしてあることを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記吐水開始後に増加した受光量の分だけ前記しきい値を高く変更するようになしてあることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、発光部と受光部とを有するセンサが検知対象を検知することで吐水を自動的に行う自動水栓において、検知対象の検知により吐水開始した後、吐水流からの反射光を受光部が受光することで受光量が増加したとき、吐水中にしきい値を高く変更し、受光量が変更したしきい値以下となったとき、止水を行うとともにしきい値を再び変更前のもとのしきい値に戻すようになしたもので、本発明によれば、吐水流からの反射光を受光部が受光することで受光量が増加した場合であっても、吐水開始後にしきい値を高く変更することで、使用者の手等の検知対象がセンサの検知エリアから外れたときに受光量をしきい値以下となすことができ、従って検知対象が検知エリアから外れたときに止水を行うことができ、吐水流の誤検知により水が出っ放しとなってしまう問題を解決することが可能となる。

尚、吐水開始後における受光部での受光量の増加が吐水流からの反射光の受光によるものであることの判定は、例えば次のようにして行うことが可能である。
自動水栓において、センサが使用者の手等の検知対象を検知するとその検知情報は制御部に送られる。
制御部は、その検知情報に基づいて給水弁を開弁動作させ、吐水口に水を送って吐水口から吐水せしめる。その際、センサが検知対象を検知してから実際に吐水が行われるまでに一定の時間を要する。
従ってその間の所要時間だけ遅れて受光部における受光量の増加があったときには、それは吐水流の誤検知によるもの、即ち吐水流からの反射光による受光量の増加であると判定することができる。

或いは、水流検知するフローセンサを給水路に設けておいて、水流が生じたことをフローセンサで検知し、その信号の発生のタイミングと同期して受光部での反射光の受光量が増加したときに、その受光量の増加が吐水流からの反射光によるものであること、即ち吐水流の誤検知によるものであることを判定することが可能である。
その外、他の様々な手段にて反射光の受光量の増加が吐水流からの反射によるものであることを判定することが可能である。

本発明では、吐水開始後に増加した受光量の分だけしきい値を高く変更するようになしておくことができる（請求項２）。
このようにすれば、吐水流からの反射光の受光による影響を無くして、真に目的とする使用者の手等の検知対象だけを正しく検知し、また非検知することができ、自動水栓の吐水，止水動作を正確に行うことができる。

センサが吐水流からの反射光を受光部で受光する場合において、その受光量の増大の程度は吐水流の強さや勢い、それに伴う吐水の方向の微妙な変化等によって様々である。
しかるにこの請求項２によれば、吐水流の勢いや向き、吐水流量等の影響を完全に排除し得て、正しく検知対象の有無だけを判定できるようになる。

尚、自動水栓においてセンサの配置位置は様々であるが、センサが吐水管の先端部で吐水口部材に固定され保持されているものの場合、センサと吐水口部材が極めて近接しているため、センサの検知エリアの拡がりと吐水流の拡がりとが重複し易く、従ってこのような場合には特にセンサが吐水流を検知対象と誤検知する恐れが大きい。
従って本発明はこのような自動水栓に適用して効果の大なるものである。

更にこの場合において、センサの前端面が吐水口部材の前端面よりも使用者側の前側に位置している場合、センサが吐水流からの反射光をより受光し易く、従ってこのような形態の自動水栓に対して本発明の適用の効果が大である。

本発明の一実施形態の自動水栓の全体構成を示す図である。図１における吐水管の内部構造を示した縦断面図である。図２の吐水管の先端部の内部構造を示した要部断面図である。同実施形態のセンサとその周辺部を示した要部斜視図である。同実施形態の一作用状態を示した図である。同実施形態の作用をタイムチャートで示した図である。比較例をタイムチャートで示した図である。従来の自動水栓の一例を示した図である。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は本実施形態の自動水栓で、１２は自動水栓１０における吐水管である。ここで吐水管１２は金属製とされている。
吐水管１２は、カウンタ（取付基体）１４から起立する形態で設置され、上部が使用者に向って逆Ｕ字状のグースネック形状をなしている。
即ち使用者側の前端側（先端側）の部分が、使用者の側に向って前方斜め下向きをなす形状とされており、そしてその前端面に、開口面が管軸と略直角に近い角度で交差し且つ斜め下向きの面をなす開口１６が形成されている。
ここで開口１６は、その横断面形状が正面視において左右方向に長い略楕円形状とされている。

図２に示しているように、吐水管１２は基端側に着座部１８と、この着座部１８から下向きに延びる挿通管２０とを一体に有している。
挿通管２０は、カウンタ１４の取付穴２２を挿通してカウンタ１４の下側まで突き出しており、その外周面に設けられた雄ねじ部２４に固定ナット２６がねじ込まれている。
吐水管１２は、着座部１８をカウンタ１４の上面に着座させ、その着座部１８と固定ナット２６とでパッキン２８，３０を介し、カウンタ１４を上下両側から挟み込む状態にカウンタ１４に取り付けられている。

一方、図３に示しているように吐水管１２の前端部の内部には、後述の吐水口部材６０を内部に保持する筒状の保持部材５２が納められている。
本例において、この保持部材５２は樹脂製（ここではＰＯＭ樹脂（ポリアセタール樹脂））のもので、横断面形状が全体として吐水管１２の前端部の形状に対応した略楕円形状をなしている。

この保持部材５２は円筒形状の差込部５４を一体に備えており、その差込部５４が後述の給水チューブ３８に圧入された上、給水チューブ３８を外周面から締め付けるバンド状の締付部材５６によって給水チューブ３８に接続され、固定されている。

この保持部材５２には、その内部に吐水口部材６０が挿入されて、そこに保持されている。
吐水口部材６０は、給水チューブ３８を通じて送られて来た水の流れを軸方向に通過させて前端（図中左端）の吐水口５８から吐水するもので、ここではこの吐水口部材６０は水の流れを整流して吐水するものとなしてある。
但し吐水口部材６０は、給水チューブ３８を通じて送られて来た水を気泡混じりの泡沫流として、又はシャワー流として、或いはその他様々な吐出パターンで吐水を吐出するものとなしておくこともできる。

吐水口部材６０は、横断面形状が扁平な楕円形状をなす筒状をなしており、その前端面が吐水管１２の前端面及び保持部材５２の前端面よりも更に奥側に位置する状態に、保持部材５２の内部に挿入配置されている。このように吐水口部材６０が吐水管１２及び保持部材５２の前端よりも突出しないように奥側に配置されていることによって、吐水管１２の前端部をデザイン的にすっきりとしたものとなしておくことができる。

保持部材５２は、図４に示しているように本体部８８とその上面を覆うカバー９０とを有しており、そしてそれら本体部８８とカバー９０とにより挟まれるようにして、手等の検知対象を検知するためのセンサ（ここでは光センサ、特に赤外線式且つ反射型のセンサ）６６を成す投光部６２と受光部６４とが、保持部材５２に固定され、保持されている。

この実施形態において、センサ６６はその前端面（図３（Ａ）中左端面）が、上記の吐水口部材６０の前端面よりも前側に位置する状態に設置されている。即ちこのセンサ６６の前端面よりも吐水口部材６０の前端面が吐水管１２の奥側に位置するように、吐水口部材６０が吐水管１２内に設置されている。
尚、センサ６６を成す投光部６２，受光部６４の前端面は、何れも吐水管１２の管軸方向において同じ位置に位置している。
図３から明らかなようにこのセンサ６６もまた、その前端面が吐水管１２の前端面よりも僅かに吐水管１２の奥側に位置する状態に配置されている。
本実施形態において、吐水口部材６０と保持部材５２とは、図３に示す固定部材６７によって吐水管１２に対し固定孔６８において共通に固定されている。

この固定部材６７は円形の押込ボタン式の部材で、円形の外周壁部７０と、その中心部から立ち上る第１の嵌合凸部７１と、この第１の嵌合凸部７１の上端から更に上向きに突出する小径の第２の嵌合凸部７２とを一体に有しており、その第２の嵌合凸部７２を吐水口部材６０の嵌合穴７４に嵌入させ、また第１の嵌合凸部７１を保持部材５２の貫通の嵌合穴７６に嵌合させ、また外周壁部７０を吐水管１２の円形の固定孔６８に嵌合させる状態で吐水管１２に取り付けられ、以て吐水口部材６０及び保持部材５２を吐水管１２に位置決状態に固定している。
尚、この固定部材６７は図３（Ｂ）に示すように正面視において左右に一対の爪７８を有しており、これら爪７８を固定孔６８の縁部に係止させることで、吐水管１２から抜止めされている。

図４において、８０は投光側の光ファイバ，８２は受光側の光ファイバで、それら投光側の光ファイバ８０，受光側の光ファイバ８２の先端部によって上記の投光部６２，受光部６４が構成されている。
尚、投光部６２には投射される光に指向性を持たせるためのレンズ８４が備えられている。
またこれら光ファイバ８０，８２には、これを保持部材５２に対して軸線方向に位置決状態に固定するための環状の凸部８６が一体的に設けられている。

図１において、３２はカウンタ１４の下方に配置された本体機能部で、３４はその本体機能部３２の機能部ボックスであり、その内部に電磁弁（給水弁）３６が収容されている。
電磁弁３６は、給水元管からの水を吐水口部材６０に供給する給水路を開閉する弁であって、この電磁弁３６に対し、給水チューブ３８の下端が継手４０を介して接続されている。

給水チューブ３８は、給水路の一部を形成する部材であって、機能部ボックス３４から上向きに延び出し、そして図２に示す吐水管１２の基端（下端）の開口部４２から吐水管１２内部に入り込んでいる。
給水チューブ３８は、更にこの吐水管１２の内部をその前端部に到るまで延びている。
尚この例において、給水チューブ３８は可撓性のもので、ここではポリウレタン樹脂にて形成されている。
尚図１において４４は止水栓を表している。

機能部ボックス３４の内部にはまた、マイコンを主要素として含む制御部４６、及び発光素子及び受光素子を保持した基板４８が収容されている。
制御部４６は電磁弁３６を作動制御し、センサ６６による検知対象の検知に基づいて電磁弁３６を開弁させ、またセンサ６６が検知対象を非検知となったところで電磁弁３６を閉弁させる。

発光素子からは上記の投光側の光ファイバ８０が延び出しており、また受光素子からは受光側の光ファイバ８２が延び出している。これら光ファイバ８０，８２は機能部ボックス３４から延び出して、吐水管１２の基端の開口部４２からその内部に入り込んでいる。
光ファイバ８０，８２は、更に吐水管１２内部を前端部に到るまで延びている。
尚、５０はそれら２つの光ファイバ８０，８２を１本に束ねた光ファイバのコードを表している。

この実施形態では、センサ６６が検知対象、通常は使用者が差し出した手を検知すると、制御部４６による制御の下に電磁弁３６が開弁し、図３の吐水口部材６０の吐水口５８から自動的に吐水を行う。
また使用者が手を引き込めてセンサ６６による検知エリアから外れると、センサ６６が手を非検知となり、ここにおいて制御部４６の制御の下に電磁弁３６が閉弁し、吐水口部材６０からの吐水を停止する。

上記センサ６６は、発光部６２から光を発して検知対象である使用者の手からの反射光を受光部６４で受光し、その受光量が予め設定してあるしきい値を超えると図５の検知エリアＫ内に使用者の手があるものと判定する。即ち検知エリアＫ内の手を検知する。
制御部４６は、センサ６６からの検知情報に基づいて電磁弁３６を開弁させ、吐水口部材６０の吐水口５８から吐水させる。

この場合において、図５（Ｂ）に示しているように吐水口部材６０からの吐水流Ｓがセンサ６６の検知エリアＫにかからない場合、即ち吐水流Ｓの拡がりと検知エリアＫの拡がりとが重複しない場合、使用者が手を引き込めて検知エリアＫから手を外すと、センサ６６は手を非検知となって非検知情報を制御部４６に送る。制御部４６は、これに基づいて電磁弁３６を閉弁させて吐水口５８からの吐水を停止させる。即ち止水させる。

しかしながら本例の自動水栓では、センサ６６が吐水口部材６０に近接して配置され且つ検知方向、厳密には光軸が吐水口部材６０からの吐水方向と同方向の前方斜め下向きをなしているため、図５（Ａ）に示しているように吐水流Ｓの勢いが強い場合等において吐水流Ｓが検知エリアＫにかかってしまうことがある。つまり吐水流Ｓの拡がりと検知エリアＫとが重複してしまうことがある。この場合吐水流Ｓからの反射光が受光部６４に受光されることとなる。

而してその際の吐水流Ｓからの反射光量が多いと、センサ６６は吐水流Ｓを検知対象と誤検知してしまい、使用者が検知エリアＫから手を引き込めてもセンサ６６は検知状態を維持したままとなり、この場合吐水口５８からの吐水は停止されずに（止水されずに）そのまま水が出っ放しとなってしまう。

そこで本実施形態では、吐水流Ｓからの反射光をセンサ６６の受光部６４が受光した場合、その受光量の分だけ制御部４６がセンサ６６のしきい値を高く変更し、吐水流Ｓによる反射光の受光の影響を生じないようになしている。

図６及び図７はこれを具体的に表している。
図７（ロ）は、吐水流Ｓからの反射光をセンサ６６が受光した場合においても、しきい値を変更しない場合の比較例を表している。
図中Ｇは、反射光量に基づいて検知対象の有無を判定する基準のしきい値（具体的にはここでは反射光量に応じて発生する電圧の基準値）を表しており、検知対象である使用者の手からの反射光量に基づく検出電圧がしきい値Ｇを超える大きさのＡである場合、センサ６６は検知エリアＫ内の使用者の手を検知し、ここにおいて吐水口５８から吐水が行われる。

図７（ロ）中のＢは、その後一定時間経過後に吐水流Ｓが生じて、そこからの反射光がセンサ６６の受光部６４に受光されたときの受光量の増加分、即ち検出電圧の増加分を表している。このときのセンサ６６による検出電圧はＡ＋Ｂの大きさとなる。

この状態の下では、使用者が手洗い等を終えて手を検知エリアＫから外しても、検出電圧はＡだけしか下がらずに検出電圧Ｂが残ったままであり、検出電圧はしきい値Ｇを下回らない。従って使用者の手が検知エリアＫから外れたにも拘らずそのまま水が出っ放しとなってしまう。

図７（Ａ）は、センサ６６の検知エリアＫに吐水流Ｓがかからない場合を表しており、この場合には使用者の手が検知エリアＫから外れて検出電圧が大きさＡだけ下がると、そこで検出電圧がしきい値Ｇを下回り、ここにおいて吐水が停止する。

一方、図６に示す実施形態の場合、使用者の手からの反射光量に基づいて当初のしきい値Ｇ_０を超えるＡの大きさの検出電圧が生じたときには、そこで吐水口５８から吐水開始させるとともに、その後一定時間経過して吐水開始されることにより即ち吐水流Ｓの発生により、そこからの反射光の受光による受光量の増加によって検出電圧がＢだけ大きくなると、そこで制御部４６により当初のしきい値Ｇ_０がＢに相当する分だけ高く変更される。Ｇ_１は、その変更後のしきい値の高さを表している。

従って、その後使用者が検知エリアＫから手を外して検出電圧がＡだけ低下すると、そこで検出電圧がしきい値Ｇ_１を下回り、ここにおいてセンサ６６は使用者の手を非検知となって止水が行われる。
またこれと併せて、一旦高く変更されたしきい値Ｇ_１が再び変更前のもとのしきい値Ｇ_０に戻される。
従って次に再び使用者がセンサ６６の前方に手を差し出してしきい値Ｇ_０を超える検出電圧が生じると、そこで次の吐水が行われる。

以上のような実施形態によれば、吐水流Ｓからの反射光を受光部６４が受光することで受光量が増加した場合であっても、吐水開始後にしきい値を高く変更することで、使用者の手等の検知対象がセンサ６６の検知エリアＫから外れたときに確実に止水を行うことができ、吐水流Ｓの誤検知により水が出っ放しとなってしまうのを防止することができる。
尚、吐水開始後のしきい値は本実施形態に限らずＢ以上Ａ＋Ｂ以下（Ａ＞０，Ｂ＞０）であれば良い。

尚吐水流Ｓからの反射光を受光部６４で受光することによる受光量の増大の程度は吐水流Ｓの強さや勢い、それに伴う吐水の方向の微妙な変化等によって様々である。
しかるにこの実施形態によれば吐水流Ｓの勢いや向き、吐水流量等の影響を完全に排除し得て、正しく検知対象の有無だけを判定することができる。

また本実施形態ではセンサ６６が吐水管１２の先端部で保持部材５２を介し吐水口部材６０に固定されて、センサ６６と吐水口部材６０が極めて近接しているため、更にはセンサ６６の前端面が吐水口部材６０の前端面よりも使用者側の前側に位置しているため、センサ６６の検知エリアＫの拡がりと吐水流Ｓの拡がりとが重複し易く、従ってセンサ６６が吐水流Ｓを検知対象と誤検知し易いが、しきい値の変更によりその誤検知を有効に防止することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば本発明は吐水口から気泡混じりの泡沫流を吐水するものに対しても適用可能であり、この場合、泡沫流には泡が混じって色が白いため反射光の光量が多くなり、センサ６６は水だけの吐水流に比べてその泡沫流を検知対象と誤って検知し易くなるが、本発明に従えばそのような不具合の発生を有効に防止することができる。
更に上記実施形態ではセンサを保持部材を介して吐水口部材に固定しているが、センサを直接吐水口部材に固定しておくことも可能である。

また本発明は吐水管の前端部に発光素子，受光素子及びそれらに接続された回路から成るセンサを配置した形態の自動水栓に対しても適用することができるし、また上例以外の他の様々な形態を有する吐水管を備えた自動水栓に対して適用することが可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

１０自動水栓
１２吐水管
５８吐水口
６０吐水口部材
６２投光部
６４受光部
６６センサ
Ｓ吐水流
Ｋ検知エリア

Claims

検知対象に向けて光を発光する発光部と、反射光を受光する受光部とを有し、該受光部における受光量が設定したしきい値を超えることで該検知対象を検知するセンサと、該センサによる該検知対象の検知及び非検知に基づいて開閉動作する給水弁とを備え、該検知対象の検知により吐水を自動的に行う自動水栓において、
前記検知対象の検知により吐水開始した後、吐水流からの反射光を前記受光部が受光することで受光量が増加したとき、吐水中に前記しきい値を高く変更し、受光量が該変更したしきい値以下となったときに止水を行い、且つしきい値を再び変更前のもとのしきい値に戻すようになしてあることを特徴とする自動水栓。
請求項１において、前記吐水開始後に増加した受光量の分だけ前記しきい値を高く変更するようになしてあることを特徴とする自動水栓。