JP5365977B2 - 給水制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、給水制御装置に関し、具体的には物体を検知するセンサの検知状況に応じて吐止水を自動的に行う給水制御装置に関する。

人体の接触または非接触の操作により給水制御装置を制御する方法は多数存在する。
例えば、非接触の操作の代表例として、水栓の前に手を差し出すだけで吐止水の自動制御を行う自動水栓が、特にトイレや洗面所等の手洗い用途で広く普及している。自動水栓の検出手段の多くは、赤外線を発光し、使用者の手からの反射光を検出する光電センサ方式である。

非接触のセンサには、他に超音波やマイクロ波等の電波を使う方式も可能であるが、センサ部分の小型化、防水性、コスト等の理由で、自動水栓には赤外線を用いた光電センサの方式が最も適している。

また、接触による操作は、いわゆる「タッチスイッチ」と呼ばれ、その検出手段には静電容量センサが使われることが多い。この静電容量センサの検出方式では、機器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、また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。
タッチスイッチの他の検出方法として、抵抗膜方式、超音波式、光電式、振動式などの方式のセンサもあるが、前述のように電極と検出回路だけで構成でき、可動部が不要で、小型でデザインの自由度の高い静電容量センサが広く普及している。

ここで、物体検知センサを有する給水制御装置は、例えば、このような検知手段が吐水部を抱え込んだ状態にて配置されるものが増えてきた。これは、差し出す手までの距離を非常に短くすることができるとともに、吐水流線に対してほぼ平行に赤外線を投光することができるので使い勝手が向上している。また検知手段と通水路先端部の通水路先端部及び吐水部がコンパクトなユニットとなっているためにデザイン的もすっきりとさせることができる（例えば特許文献１）。これは、光電センサは、放射した赤外光の反射光を検出するため、検出体がセンサに近づくほど大きな出力が得られるようにして確実に検出の有無を判断できるようにしている。

また、方式は異なるが、検知部として静電容量検出型センサを給水制御装置に具備して、水栓の回転ハンドルやレバーハンドル操作中の手以外の検出、洗い作業中の手の検出などによる誤感知することが少なくなる給水制御装置をものもある（例えば特許文献２）。これは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想定して、より使用者の意思をスイッチ操作させることで明確にして誤動作を防止している。
特開２００２−７００９６号公報 特開２００３−１０５８１７号公報

以上のように、自動水栓では、光電センサや静電容量センサを使用して吐水および止水を自動的に行うが、光電センサによる自動の吐止水制御では、個人の癖等により使用者の手がどうしても一時的に検知領域から外れてしまい、使用者の意図しないタイミングで止水をすることがあり使い勝手に問題がある。さらに、手洗いが終わったにも関わらず使用者の手が光電センサの検知領域に留まっている時間は水が無駄に流れるという節水の面でも問題がある。

また、静電容量センサによる自動の吐止水制御では、使用者が検出電極部に触れる又は付近に手を持っていく必要があり、使用者としては不要な動きをする必要があり使い勝手に問題がある。さらに、手洗いが終わった時点から検出電極に触れるまでの時間は水が無駄に流れるという節水の面でも問題がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、どんな使用者の動きにも対応して、且つ吐水中に水から手を離すと自動ですばやく止水を行うことで、使い勝手の向上と節水効果を向上させた給水制御装置を提供する。

第１の発明は、人体の検出電極部への間接的な接触で人体の静電容量を検出する静電容量センサと、水を吐水する吐水部と、前記吐水部に接続され給水する水路を形成する給水路と、前記給水路に設けられ前記水路を開閉する開閉弁と、前記静電容量センサの検出出力に応じて前記開閉弁の開閉動作を指示する制御部と、を備えた給水制御装置であって、前記静電容量センサの前記検出電極部は水に接し、且つ人体が水を通して間接的に接触するように前記給水路又は吐水部に設けられるとともに、前記制御部は前記検出出力によって人体が水に接触している状態から人体が水から離反している状態を検出すると、前記開閉弁を閉動作させ、前記静電容量センサの前記検出電極部は、パルス電圧を出力する送信電極と、水に接し且つ前記送信電極と静電結合する中間電極と、前記中間電極と静電結合する受信電極からなり、前記制御部は前記送信電極に高周波パルスを印加し前記中間電極に接する水に人体の接触が有るかどうかを前記受信電極の出力変化から検出することを特徴とする。
これにより、使用者が手を洗っているか否かを確実に判断でき、且つ使用者の手洗いが終わってからすばやく止水を行うことができるので、給水制御装置を節水できる。また、送信電極と受信電極だけで生成する静電結合よりも安定した静電結合を生成することができ、より正確な検出をすることができる。

また、第２の発明は、請求項１に記載の給水制御装置において、前記静電容量センサの前記中間電極は、導電体である前記吐水部で形成し、前記吐水部の外周面に沿って前記送信電極及び前記受信電極を対向させ配置したことを特徴とする。
これにより、電気回路が接続されない中間電極として吐水部を使用して、人体の水への接触の有無を検出することができるので、その結果、電気回路と接続される送信電極や受信電極の防水構造が容易になる。

また、第３の発明は、請求項１に記載の給水制御装置において、前記静電容量センサの前記検出電極部は、前記吐水部の内周面又は前記給水路の内周面に沿って配置した導電体で形成したことを特徴とする。
これにより、検出電極を給水路の内周面に沿って配置した導電体で形成しているので、吐水部の周辺部にセンサ回路を取付ける空間がない場合、センサ回路を吐水部の周辺から離して配置することも可能となり、構造上の制約を受けることがなく、自由な位置にセンサ回路を配置できる。

また、第４の発明は、請求項１に記載の給水制御装置において、前記静電容量センサの前記検出電極部を、導電体である前記吐水部又は前記給水路で兼用したことを特徴とする。
これにより、あらたな検出電極を設ける必要がなく、既存の部品を兼用するので、部品点数が削減できる。

また、第５の発明は、請求項１乃至４に記載の給水制御装置において、前記給水路を覆う外郭ケースを有するとともに、前記外郭ケースと前記給水路は電気的に絶縁されていることを特徴とする。
これにより、使用中に外郭ケースに人体が触れた場合の無意識の接触による誤動作を無くすことができ、より使い勝手が向上し、且つ節水効果をあげることができる。

本発明によれば、本発明は、どんな使用者の動きにも対応して、且つ吐水中に水から手を離すと自動ですばやく止水を行うことで、使い勝手の向上と節水効果を向上させた給水制御装置を提供する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は本発明の実施の形態にかかる給水制御装置を例示する模式図である。
図２は第一の実施の形態である後述する水栓本体６０の内部断面図である。

本実施形態にかかる給水制御装置は、水栓本体６０と、制御部７３と、給水源４０と、電磁弁（開閉弁）５０とを備えている。ここでは、開閉弁を電磁弁で構成している。
水栓本体６０は、スパウト（外郭ケース）６３の内部に、吐水部６２と、センサ部１０３と、給水路５２とを設けている。スパウト（外郭ケース）６３とは、水栓本体６０の外郭部分を表しており、姿かたちは様々であるが、強度や耐久性の面から材料は金属となることが多い。また、意匠性やデザイン性の面から表面は金属メッキ加工されることが多い。吐水部６２は給水路５２の先端部に設けられており、給水源４０から供給される水を外部へ吐出する部位であり、水の吐出方向の調整や整流作用を果たしている。
給水源４０と給水路５２は電磁弁５０を介して接続されており、センサ部１０３と制御部７３と電磁弁５０は電気配線７４で接続されている。制御部７３はセンサ部１０３の出力によって電磁弁５０の開閉動作を行う。
なお、施工性、耐久性、生産性、デザイン性、コストなどの点から、給水路５２は樹脂で生成され、吐水部６２は金属で生成されることが多い。
センサ部１０３は光電センサと静電容量センサにより構成されていて、吐水部６２の上部に設置されている。

光電センサからは図示しない投光素子から赤外線が発光され、その光は例えば洗面台７０のボウル部７２や使用者の手などによって反射され、この反射光を図示しない受光素子が受光する。光電センサは、受光素子が受光した反射光の強さによって使用者の手の有無を判断してその情報を、電気配線７４を通して制御部７３に出力する。
この光電センサは、後述するが、手洗い開始時の使用者の手を検知するために設けられているが、検出方式を光電センサに限定するものではない。例えば、マイクロ波センサや超音波センサを用いても本発明の主旨から外れることは無い。ここでは、より安価に製作できる光電センサを具体例として挙げているだけである。

ここからは、もう1つのセンサである静電容量センサの構成について第一の実施の形態を図３、図４の模式図により説明する。図３は、水栓本体６０を吐水部６２の方向からみた図で、図４は、水栓本体６０のスパウト６３を外した内部の図で、どちらも静電容量センサの構造を表している。
静電容量センサは樹脂等の絶縁体でできたセンサケース１１３の中に金属等の導電体でできた送信電極１０１と受信電極１０２が組み込まれている。送信電極１０１はセンサケース１１３を間に挟んで、吐水部６２の外周面に沿って吐水部６２と対向するように配置されている。受信電極１０２も全く同様にして吐水部６２と対向するように配置されている。

図５は制御部７３が持つ、静電容量センサにおける第一の実施の形態である回路構成を表す図である。
制御手段２２は、タイミング信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の出力ポートと、Ａ／Ｄ入力ポートと、電磁弁駆動手段２３とを備えている。
図５において、制御手段２２から出力されるタイミング信号Ｓ２は電流制限抵抗３０を介して送信電極１０１に出力される。
タイミング信号Ｓ２の電圧は、Ｈｉ／Ｌｏｗレベルがディジタル的に切り替わるパルス信号であるが、一般的なＣＭＯＳ回路を使用した場合、電源電圧であるＶＤＤとＧＮＤの０Ｖとが切り替わるパルス信号となる。電源電圧ＶＤＤが３Ｖならば、タイミング信号Ｓ２の出力は、電圧が３Ｖと０Ｖが切り替わるパルス出力となって送信電極１０１に印加され、結果として送信電極１０１はパルス電圧を出力することとなる。

ここで、送信電極１０１とセンサケース１１３と吐水部６２とは図３，４で示したような構造をとっていることにより、この部分に静電容量が発生する。これは、金属等の導電体で生成された吐水部６２と送信電極１０１とが、樹脂等の絶縁体で生成されたセンサケース１１３を間に挟んで対向していることで発生する静電容量である。
全く同様に、受信電極１０２とセンサケース１１３と吐水部６２とでも静電容量が発生する
これより、タイミング信号S2によって送信電極１０１から出力されたパルス信号は、生成された二つの静電容量の結合を経由して受信電極１０２へと伝わっていることになる。
ここでは、吐水部６２が、送信電極１０１と受信電極１０２の間に介在する中間電極としての役割を果たしており、中間電極によって二つの静電容量の結合が発生している。

受信電極１０２は、抵抗１０、抵抗１１及びＯＰアンプ１２からなる増幅手段に入力されている。なお、増幅する基準となる電位を出力しているのは基準電圧源２４であり、後述する反転手段、積分手段にも使用されている。
増幅手段の出力は、抵抗１３、抵抗１４、及びＯＰアンプ１５からなる反転手段に入力される。反転手段の入出力では、信号振幅は等しく、その極性が反転する。

また、増幅手段の出力がアナログスイッチ１６を介して、また、反転手段の出力がアナログスイッチ１７を介してそれぞれ積分手段に入力される。なお、アナログスイッチ１６及びアナログスイッチ１７はそれぞれ、制御手段２２から出力されるタイミング信号Ｓ２及びＳ３により、オン／オフされる。
積分手段は、抵抗１８とコンデンサ１９、ＯＰアンプ２０により構成される。また２１は、制御手段２２が出力するタイミング信号Ｓ１によりオン／オフするアナログスイッチであり、コンデンサ１９の放電、すなわち積分手段のリセットを行う。
制御手段２２により信号Ｓ１乃至Ｓ３を制御し、送信のタイミングと積分のタイミングを同期させることにより効果的な信号の積分とノイズ除去を行うことができる。

ここからは図６のタイミングチャートと合わせて、静電容量センサの動作を説明する。
まず、タイミング信号Ｓ２によるパルス信号の出力をする前に、図６のＴ０のタイミングから所定時間、タイミング信号Ｓ１によってアナログスイッチ２１をオンし、コンデンサ１９を放電、すなわち積分手段をリセットする。この状態での積分手段の出力電圧（ＯＰアンプ２０の出力）が基準となる。

Ｔ１のタイミングでタイミング信号Ｓ２から出力されたパルス信号は前述した二つの静電容量結合を経由して増幅手段に入力される。
これと同時にアナログスイッチ１６がオンし、出力されたパルス信号に同期して、増幅手段出力を積分手段で積分する。
Ｔ２のタイミングでタイミング信号Ｓ２がオフとなり、タイミング信号Ｓ３がオンとなってアナログスイッチ１７がオンする。

ここでは、タイミング信号Ｓ２からのパルス出力がオフの状態での増幅手段出力を、反転手段によって極性を反転させて積分手段で積分する。Ｔ３のタイミングでは、再びタイミング信号Ｓ２がオン、タイミング信号Ｓ３がオフして、Ｔ１〜Ｔ３のタイミングの動作を繰り返す。なお、Ｔ１〜Ｔ２とＴ２〜Ｔ３の時間間隔は、同じ時間幅である。
このＴ１〜Ｔ３の積分の動作は、信号の積分という信号蓄積作用だけでなく、ノイズ除去効果を持っている。つまり、ノイズとなる信号の周波数が、Ｔ１〜Ｔ３の時間を１周期とする周波数に一致しなければ、Ｔ１〜Ｔ２の期間とＴ２〜Ｔ３の期間で積分量が相殺され、ノイズは低減される。よって、Ｔ１〜Ｔ３の動作だけで、ひとつのノイズ除去積分動作と言うことができる。そして、図６のＴ１７のタイミングまで、同一積分動作を８回繰り返す。

制御手段２２は、積分手段出力をA／D変換して電圧値を測定する。これは送信電極１０１から受信電極１０２までの静電容量を測定しているのと同意である。そして制御手段２２は電圧値の変化度合いによって対象物の検知判断を行う。後述するが、制御手段２２はこの静電容量センサが出力する電圧値から使用者の手洗い動作中の検知判断を行う。なお、タイミング信号Ｓ２からのパルス出力および積分回数に制約はないが、回数が多いほど、検出感度とＳ／Ｎ比が向上する。

以上が静電容量センサの一連の検出動作であり、ここからは、手洗い動作中の検知判断について図５と図７を用いて詳細に説明する。
吐水部６２は図１で説明したように、給水路５２の先端部に設けられており、給水源４０から供給される水を外部へ吐出する部位であり、水の吐出方向の調整や整流作用を果たしている。
また、施工時等の最初の通水前を除いて吐水部６２と給水路５２には水が充満しているのが通常である。そして、漏電による感電を防ぐために電磁弁５０は接地されていることが通常である。
ここで、給水路５２は樹脂等の絶縁体で生成されていることにより、吐水部６２から接地されている電磁弁５０までの間は水による抵抗成分を持つことになる。この抵抗成分の大きさは給水路５２の長さと内径、水の電気抵抗率と温度で決まる。給水路５２は、通常は、長さが１００ｃｍ前後で内径の面積は１ｃｍ^２前後となることが多い。また、水の電気抵抗率については、25℃環境下において水道水で１０ｋΩ・ｃｍ、純水で１MΩ・ｃｍ程度である。これらの数値から、吐水部６２から電磁弁５０までの間の水が持つ抵抗値は１MΩ〜１００MΩ程度となる。この抵抗を図５では抵抗１１５と表している。

この状態で、送信電極１０１から信号がパルス出力されると、多少なりとも抵抗１１５に電流が流れることになり、受信電極１０２が増幅手段に出力する信号の振幅は抵抗１１５が無い場合に比べて小さくなり、結果として積分手段出力の電圧値も下がる。
以上については、吐水部６２から水が出ている、出ていないに関わらず同じ電圧値となる。それは、水が出ていても出ていなくても給水路５２と吐水部６２には常に水が充満しているからである。

続いて、吐水部６２から水が出ている状態で使用者が手洗い動作をしているシーンを考える。ここでも、水の持つ抵抗成分が重要になってくる。
手洗い動作時は吐水部６２から手までの距離は１０ｃｍ程度であり、吐水部６２から出る水の断面積を給水路５２の内径面積と同じ１ｃｍ^２とすると、吐水部６２から手までの間の水が持つ抵抗値は１００ｋΩ〜１０MΩとなる。この抵抗を図５では抵抗１１６と表している。

なお、スイッチ１１７は使用者の手が水に触れる、触れないを表しており、使用者が手洗いをしていない時は、手は水に触れていないのでスイッチ１１７はオフで、手洗いをしている時は、手は水に触れているのでスイッチ１１７はオンとなる。
ここで、使用者即ち人体は接地面に対して静電結合しているため、使用者が水に触れると、水は人体の持つ静電容量を経由して接地されることになる。この静電容量を図５ではコンデンサ１１８として表しており、静電容量の大きさとしては１００ｐF〜３００ｐＦ程度である。即ち、使用者の手洗い中（スイッチ１１７がオン時）は、吐水部６２は抵抗１１６とコンデンサ１１８を経由して接地されていることになる。この状態で、送信電極１０１から信号がパルス出力されると、受信電極１０２が増幅手段に出力する信号の振幅は、抵抗１１６とコンデンサ１１８のラインにも電流が流れる分、使用者の手が無い場合（スイッチ１１７がオフ時）に比べて更に小さくなり、結果として積分手段出力の電圧値も更に下がる。
これは、静電容量センサからみれば、積分手段出力の電圧値が下がるということは、送信電極１０１と受信電極１０２と中間電極である吐水部６２で形成されていた静電容量の結合の強さが弱まったということと同意である。
つまり、積分手段出力の電圧値を調べることで手洗い動作中の使用者の手の有無を検知することが可能となる。

図７は使用者の手が水に触れている状態と触れていない状態での、増幅手段出力を示したタイムチャートである。図７（ａ）は使用者の手が水に触れていない状態であり、増幅手段出力の振幅は大きく出ている。図７（ｂ）は使用者の手が水に触れている状態であり、増幅手段出力の振幅は小さく出ている。このように、使用者の手と水との接触の有無で、振幅出力の差が生じる。
なお、これまでの説明では電磁弁５０は接地されていることを前提にしていたが、仮に接地されていなかった場合は図５で示す抵抗１１５には電流が流れないことになる。しかし、接地されていなくても、図７で説明した増幅手段出力の振幅の大小関係には影響が無い。つまり、使用者の手が水に触れていなければ電流は全て受信電極１０２側に流れて、使用者の手が水に触れていれば電流は抵抗１１６とコンデンサ１１８のラインにも流れるようになって、結果的には図７で表す（ａ）（ｂ）の関係が成立する。以上から、電磁弁５０が接地されていることは本発明においては重要ではない。
更に、これまでの説明では給水路５２が樹脂等の絶縁体で生成されていることを前提にもしていたが、これに関しては電磁弁５０が接地されていなければ絶縁体である必要は無くなる。電磁弁５０が接地されていなければ、先述と同様に電流の流れる経路が形成されないためである。つまり、給水路５２がどんな部材で生成されていても本発明においては全く関係の無いことになる。
ところで、送信電極１０１から送信されるパルス信号の周波数は、コンデンサ１１８の静電容量の影響を最小限に抑えるために、周波数はより高い方が望ましい。コンデンサ１１８は人体の持つ静電容量の大きさであり、各使用者で値が大きく異なるからである。
例えば、抵抗１１５のインピーダンス成分が１０ＭΩで、抵抗１１６が１ＭΩで、ある使用者が持つ静電容量即ちコンデンサ１１８の容量が１００ｐＦの場合と、別の使用者のそれが３００ｐＦの場合を考えてみる。
パルス信号の周波数が１００Ｈｚだとすると、コンデンサ１１８の持つインピーダンス成分は、１００ｐＦでは１６ＭΩ、３００ｐＦでは５ＭΩとなり、差が１０ＭΩ以上になる。そのため、コンデンサ１１８に流れる電流がコンデンサ１１８の容量によって大きく変わってしまうので、増幅手段出力の振幅がばらついてしまい、安定した信号が得られなくなってしまう。
一方、パルス信号の周波数が１６ＫＨｚだとすると、コンデンサ１１８の持つインピーダンス成分は、１００ｐＦでは１００ＫΩ、３００ｐＦでは３３ＫΩとなり、抵抗１１５と抵抗１１６の持つインピーダンス成分に対して１桁以上小さくなるため、増幅手段出力の振幅はばらつきが小さく、安定した信号が得られる。
つまり、パルス信号の周波数を高くすることで、コンデンサ１１８の持つインピーダンス成分の影響を小さくできるので、どのような使用者に対しても増幅手段出力の振幅のばらつきが小さくなり、安定した信号を受信することができるので、より確実に手洗い動作中の使用者の手の有無を検知することが可能となる。

ここからは、光電センサと静電容量センサとの組合せで吐水制御をする動作を説明する。
図８は一連の手洗い動作におけるタイムチャートである。
まずは光電センサで使用者の手を検知すると、それをトリガにして電磁弁５０が開して吐水動作が始まる。
静電容量センサは吐水動作が始まって、水が使用者の手に触れた時点で検知となる。
その後、使用者は手洗いを継続するが、使用者のクセ等によって手が光電センサの検知領域から外れたとする。その際、光電センサは非検知となるが、使用者の手は水に触れたままの状態なので静電容量センサは検知を継続する。そして、再び使用者の手が光電センサの検知領域に戻ってくれば光電センサは再検知となる。

そして、使用者の手洗い動作が終了すると、使用者は手を水から離す。使用者の手が水から離れていても、光電センサは検知領域に手があれば検知を継続してしまう。しかし、静電容量センサでは使用者の手が水から離れた時点で非検知と判断できるので電磁弁をいち早く閉じで吐水動作を終了させることができる。

図９は一連の手洗い動作におけるフローチャートである。
動作開始（ステップＳ１００）で、まず、光電センサの動作を行う（ステップＳ１０１）。光電センサが検知と判断した場合（ステップＳ１０２：Ｙ）、使用者の手が差し出されたとして電磁弁の開閉状態を調べる（ステップＳ１０３）。電磁弁が閉状態すなわち止水状態であれば（ステップＳ１０３：Ｙ）、電磁弁を開いて吐水を行い（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０５へと移行する。電磁弁が開状態すなわち既に吐水状態であれば（ステップＳ１０３：Ｎ）そのままステップＳ１０５へと移行する。

一方、光電センサが非検知と判断した場合（ステップＳ１０２：Ｎ）はそのままステップＳ１０５へと移行する。
ステップＳ１０５では静電容量センサの動作を行う。この動作内容は後述するが、ここでＡ／Ｄ値が大きかった場合（ステップＳ１０６：Ｙ）、使用者の手が水から離れた、即ち使用者の手洗い動作が終了したとして電磁弁の開閉状態を調べる（ステップＳ１０７）。電磁弁が開状態すなわち吐水状態であれば（ステップＳ１０７：Ｙ）、電磁弁を閉じて止水を行い（ステップＳ１０８）ステップＳ１０１へと戻る。電磁弁が閉状態すなわち既に止水状態であれば（ステップＳ１０７：Ｎ）、そのままステップＳ１０１へと戻る。
一方、Ａ／Ｄ値が小さかった場合（ステップＳ１０６：Ｎ）は、使用者の手は水に触れている、即ち手洗い動作中であるとして、そのままステップＳ１０１へと戻る。

図１０は、図９に説明した動作の内で静電容量センサ動作サブルーチンを示す。
送信電極１０１からのパルス出力を行う前に、所定時間、積分手段をリセットする（ステップＳ２０１）。そして、送信電極１０１にＨｉ出力している期間の積分（ステップＳ２０２）と、送信電極１０１にＬｏ出力している期間の反転積分（ステップＳ２０３）を８回繰り返す（ステップＳ２０４で判断）。
８回の積分と反転積分を終了する（ステップＳ２０５）と、積分手段の出力をＡ／Ｄ変換し（ステップＳ２０６）、メインルーチンに戻る（ステップＳ２０７）。このＡ／Ｄ変換で求めた値が結合容量の大きさを示す。
以上説明したように、静電容量センサを使用することで、使用者が手を洗っているか否かを確実に判断でき、且つ使用者の手洗いが終わってからすばやく止水を行うことができるので、手洗い終了時点から電磁弁を閉じるまでの間に出てしまう無駄水を最小限に抑えて節水することが可能となる。
また、静電容量を生成する検出電極部の中間電極として、電気回路が接続されていない吐水部６２を使用することで中間電極における防水構造が不要であり、更に電気回路と接続される送信電極１０１や受信電極１０２はセンサケース１１３で密閉することができるので防水構造が容易にできる。
更に、検出電極部の中間電極として給水制御装置に既存品として設けられている吐水部６２を兼用しているので部品点数の削減もできる。
図１１は検出電極部の構造を表す模式図である。図１１（ａ）は送信電極１０１と受信電極１０２だけで構成された検出電極部であり、図１１（ｂ）は送信電極１０１と受信電極１０２と中間電極である吐水口６２とで構成された検出電極部である。１４１は送信電極１０１から受信電極１０２へ向かう電気力線を表している。
図１１（ａ）の構成で検知対象物である使用者の手が近づいて来た場合を考えると、図中で示す３つの矢印のそれぞれの位置に使用者の手が近づいた場合で、電気力線１４１の変化の割合がそれぞれで異なってしまう。つまり、受信電極１０２が増幅手段に出力する信号の振幅が不安定になってしまう。
一方、図１１（ｂ）の構成で検知対象物である使用者の手が近づいて来た場合を考えると、図中で示す３つの矢印のそれぞれの位置に使用者の手が近づいて来た場合でも電気力線１４１の変化の割合はそれぞれで一定となる。つまり、受信電極１０２が増幅手段に出力する信号の振幅が安定する。これは、中間電極である吐水部６２が電気力線１４１を一定のレベルで安定させており、且つ吐水部６２が導電体で生成されているために使用者の手が吐水部６２のどこを触っても電気的な接続状態としては同じだからである。
更に本実施形態では、吐水部６２からは導電体である水が吐水されているため、使用者の手が水に触れた場合でも図１１で説明したのと同様のことが言える。
このように、送信電極１０１と受信電極１０２だけで検出電極部を構成するよりも、送信電極１０１と受信電極１０２と中間電極とで検出電極部を構成したした方がより安定した静電結合を生成することができ、より正確な検出をすることができる。

図１２は図５の回路の変形例を示した第二の実施形態である。図１２は、図５に対し、以下の部分が異なる。
図１２では送信電極１０１と受信電極１０２とセンサケース１１３が無く、コンデンサ１３０、コンデンサ１３１が追加されている。
これは、図５で送信電極１０１とセンサケース１１３と吐水部６２とで形成されていた静電結合の代わりにコンデンサ１３０を実装したものであり、受信電極１０２とセンサケース１１３と吐水部６２とで形成されていた静電結合の代わりにコンデンサ１３１が実装されたものである。
図１２で示す接続点１３５を水と電気的につながっている部材に接続することで、図５と同様の効果を持った静電容量センサを実現することが可能となる。
なお、第二の実施形態においては、図６のタイミングチャートにおける送信信号はコンデンサ１３０と抵抗３０の間に現れる信号に置き換え、受信信号はコンデンサ１３１から増幅手段に出力される信号に置き換えることで、同じタイミングチャートとなる。
図１３、図１４、図１５は第二の実施形態にかかる具体例である。
図１３、図１４は水栓本体６０のスパウト６０を外した内部の図である。また、図１５は水栓本体６０の内部断面図である。
吐水部６２が金属等の導電体で生成されていれば、図１３で示すように接続点１３５と吐水部６２の接続点１３９とを電線１３７で接続することで水と電気的につながることができる。この場合、吐水部６２が検出電極部となる。
また、吐水部６２が導電体でなければ、図１４で示すように接続点１３５と吐水部６２の内周面に沿って配置した導電体１３６の接続点１３８とを電線１３７で接続することで水と電気的につながることができる。この場合、吐水部の一部を構成している導電体１３６が検出電極部となる。
あるいは、図１５で示すように接続点１３５と給水路５２の内周面に沿って配置した導電体１３３の接続点１４０とを電線１３７で接続することで水と電気的につながることができる。この場合、給水路５２の一部を構成している導電体１３３が検出電極部となる。また、給水路５２の一部を導電体とするのではなく、給水路５２全体を導電体で生成しても問題は無く、そのときは給水路５２全体が検出電極部となる。
こうすることで、吐水部６２の周辺にセンサ部１０３を取り付ける空間がない場合、センサ部１０３を吐水部６２の周辺から離して配置することも可能となり、構造上の制約を受けることが自由な位置にセンサ部１０３を配置できる。
また、検出電極部として給水制御装置に既存品として設けられている吐水部６２又は給水路５２を兼用しているので部品点数の削減もできる。

ところで、これまで説明してきた内容から、吐水部６２または給水路５２が金属等の導電体で生成されている場合は、それらは水以外の周囲の部品とは電気的に絶縁されていることが望ましい。それは、絶縁されていなければその絶縁されていない部品を使用者が触ることで静電結合のバランスが崩れて、手洗い中の使用者の手を正確に検出できない可能性があるからである。
ここで、図３の例では、吐水部６２とスパウト６３が接触しており、スパウト６３が金属等の導電体で生成されていた場合、スパウト６３を使用者が触ることは使用者が吐水部６２に触ることと同意になり、ひいては使用者の手が水に触れていることとほぼ同意になるため、結果的に使用者の手が水に触れていることの有無が正確に判別できなくなる可能性がある。つまり、スパウト６３に触れられるだけで、図５で説明した受信電極１０２が増幅手段に出力する振幅が変化してしまうということである。
これを回避するために、スパウト６３を樹脂等の絶縁体で生成すれば、使用者がスパウト６３に触れたとしても、受信電極１０２が増幅手段に出力する振幅には変化が出ず、静電容量センサは使用者の手が水に触れていることの有無が正確に判別できる。

また、以下のような方法もある。
図１６、図１７、図１８は、図３で説明した第一の実施形態にかかる静電容量センサの構造の変形例である。
図１６では、吐水部６２とスパウト６３が接触しないように構造的に距離を離していることで絶縁している。
図１７では、吐水部６２とスパウト６３の間に絶縁体１１４を入れることで絶縁している。
図１８では、図１７の構造に加えて、絶縁体１１４の中にＧＮＤプレーン１３２を入れ込んでいる。これにより、吐水部６２の周囲部品との絶縁性はより高くなる。
こうすることで、使用者が手洗い中にスパウトに触れた場合の無意識の接触による誤動作を無くすことができ、より使い勝手が向上し、且つ止水・吐水を不用意に繰り返すことが無くなるのでより節水効果をあげることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、給水制御装置などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包
含される。

本発明の実施の形態にかかる給水制御装置を例示する模式図である。 本発明の第一の実施形態にかかる水栓本体の内部断面図を表す図である。 本発明の第一の実施形態にかかる静電容量センサの構造を表す図である。 本発明の第一の実施形態にかかる静電容量センサの構造を表す図である。 本発明の第一の実施形態にかかる静電容量センサの回路構成を表す図である。 本発明の実施形態にかかる静電容量センサの検出動作の具体例を表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態にかかる静電容量センサの検出動作の具体例を表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態にかかる給水制御装置の吐水動作を表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態にかかる給水制御装置の動作の具体例を表すフローチャートである。本発明の実施形である静電容量センサの検出動作の具体例を表すフローチャートである。 本実施形態にかかる静電容量センサの動作サブルーチンを例示するフローチャート図である。 本発明の第一の実施形態にかかる検出電極部の構造を表す模式図である。 本発明の第二の実施形態にかかる静電容量センサの回路構成を表す図である。 本発明の第二の実施形態にかかる静電容量センサの構造を表す図である。 本発明の第二の実施形態にかかる他の静電容量センサの構造を表す図である。 本発明の第二の実施形態にかかる水栓本体の内部断面図を表す図である。 本発明の第一の実施形態にかかる他の静電容量センサの構造を表す図である。 本発明の第一の実施形態にかかる他の静電容量センサの構造を表す図である。 本発明の第一の実施形態にかかる他の静電容量センサの構造を表す図である。

符号の説明

１０ 抵抗、１１抵抗、１２ ＯＰアンプ、１３ 抵抗、１４ 抵抗、１５ ＯＰアンプ
１６ アナログスイッチ、１７ アナログスイッチ、１８ 抵抗、１９ コンデンサ
２０ ＯＰアンプ、２１ アナログスイッチ、２２ 制御手段、２３ 電磁弁駆動手段
２４ 基準電圧源、３０ 抵抗、４０ 給水源、５０ 電磁弁、５２ 給水路
６０ 水栓本体、６２ 吐水部、６３ スパウト、７０ 洗面台、７２ ボウル部
７３ 制御部、７４ 電気配線、１０１ 送信電極、１０２ 受信電極、１０３ センサ部
１１３ センサケース、１１４ 絶縁体、１１５ 抵抗、１１６ 抵抗、１１７ スイッチ
１１８ コンデンサ、１３０ コンデンサ、１３１ コンデンサ、１３２ ＧＮＤプレーン
１３３ 導電体、１３５ 接続点、１３６ 導電体、１３７ 電線
１３８ 接続点、１３９ 接続点、１４０ 接続点、１４１ 電気力線

Claims (5)

1. 人体の検出電極部への間接的な接触で人体の静電容量を検出する静電容量センサと、水を吐水する吐水部と、前記吐水部に接続され給水する水路を形成する給水路と、前記給水路に設けられ前記水路を開閉する開閉弁と、前記静電容量センサの検出出力に応じて前記開閉弁の開閉動作を指示する制御部と、を備えた給水制御装置であって、前記静電容量センサの前記検出電極部は水に接し、且つ人体が水を通して間接的に接触するように前記給水路又は吐水部に設けられるとともに、前記制御部は前記検出出力によって人体が水に接触している状態から人体が水から離反している状態を検出すると、前記開閉弁を閉動作させ、
   前記静電容量センサの前記検出電極部は、パルス電圧を出力する送信電極と、水に接し且つ前記送信電極と静電結合する中間電極と、前記中間電極と静電結合する受信電極からなり、前記制御部は前記送信電極に高周波パルスを印加し前記中間電極に接する水に人体の接触が有るかどうかを前記受信電極の出力変化から検出することを特徴とする給水制御装置。
2. 請求項１に記載の給水制御装置において、前記静電容量センサの前記中間電極は、導電体である前記吐水部で形成し、前記吐水部の外周面に沿って前記送信電極及び前記受信電極を対向させ配置したことを特徴とする給水制御装置。
3. 請求項１に記載の給水制御装置において、前記静電容量センサの前記検出電極部は、前記吐水部の内周面又は前記給水路の内周面に沿って配置した導電体で形成したことを特徴とする給水制御装置。
4. 請求項１に記載の給水制御装置において、前記静電容量センサの前記検出電極部を、導電体である前記吐水部又は前記給水路で兼用したことを特徴とする給水制御装置。
5. 請求項１乃至４のいづれか一つに記載の給水制御装置において、前記給水路を覆う外郭ケースを有するとともに、前記外郭ケースと前記給水路は電気的に絶縁されていることを特徴とする給水制御装置。