JP5622176B2 - 自動水栓装置 - Google Patents

Description

本発明は自動水栓装置に関し、特に電波センサを用いて吐水・止水を自動的に行う自動水栓装置に関する。

従来、光電センサを用いて吐水・止水を自動的に行う自動水栓装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような自動水栓装置では、連通管の先端部分に光電センサが内蔵され、光電センサが、検知範囲内の利用者の手の存在を検出するように構成されている。

このような自動水栓装置では、利用者が光電センサの検知範囲内に手を差し入れると、光電センサが手の存在を検知するので、吐水口からの吐水が開始される。一方、利用者が検知範囲から手を引き抜くと、光電センサが手の存在を検知しなくなるので、吐水口からの吐水が停止される。

また、超音波センサを用いて吐水・止水を自動的に行う自動水栓装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の自動水栓装置では、連通管内の中間部分に超音波センサが取り付けられている。超音波センサで発生した超音波は、導波管を介して連通管の先端部まで導かれ、外部へ出力される。

特開平４−３６０９２３号公報 特開平４−２６５３２４号公報

しかしながら、上記自動水栓装置では、光電センサや、超音波センサ及び導波管が連通管内に組み込まれているため、連通管が大型化されると共に、デザイン自由度が制限されてしまうという問題があった。
ここで、連通管外に超音波センサを配置し、超音波センサで発生した超音波を、連通管内に挿入された導波管を介して連通管の先端部まで導くことが考えられる。しかしながら、通常、曲線状である連通管内に、水管と剛体である導波管の両方を干渉しないように適切に配置することは非常に困難であり、組立性が良くないという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電波センサを用いた自動水栓装置であって、連通管の設計自由度が高く、組立性が良好な自動水栓装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、支持体に基端部が固定され使用者側に向けて延在する連通管と吐水弁を備えた水栓本体と、連通管内に配置され水栓本体の端部である吐水口部に形成された吐水口に洗浄水を供給する水管と、使用者の動作状態を検知するための電波センサと、を備え、電波センサの信号に基づいて吐水弁の開閉を切り替えて、吐水口からの洗浄水の吐水と止水を行う制御手段を備えた自動水栓装置において、連通管内と水管との間に形成した電波を通過させるための電波通過用空間と、水栓本体の基端部側に設けられ、電波通過用空間に電波を放出するよう配置された電波センサと、電波通過用空間に連通され、連通管内を通過してきた電波を外部に放射すると共に、外部で反射された電波を受け取るために吐水口部に形成された電波放射口と、が設けられ、連通管の内面及び水管の外面が電波を反射させる部材で形成され、連通管の内面及び水管の外面によって電波通過用空間が形成されており、電波センサから放射された電波を、連通管の内面及び水管の外面によって反射させて電波放射口へ伝播させ、電波放射口で受け取った外部からの電波を連通管の内面及び水管の外面によって反射させて電波センサへ伝播させるように構成されていることを特徴としている。

連通管を導波管として利用する場合、水管が電波を透過する部材で形成されていると、電波が水に吸収され、電波放射口から放射される電波の放射強度が弱くなり、電波センサは対象物を検知できなくなってしまう。そこで、本発明では、水管を電波反射部材で構成することで、連通管を導波管として用いている。本発明の構成によれば、剛体である別部品の導波管を連通管内に配置する必要がなくなるので、組立性が向上すると共に、連通管の小型化を図ることができる。また、本発明では、導波管のような剛体を連通管内に挿入する必要がなくなるため、連通管を所望の形状に構成し易くなり、デザイン自由度の高い自動水栓装置を提供することができる。

また、本発明において好ましくは、吐水弁が閉じるときに生じる水管の振動を低減するための振動低減手段を更に備える。
吐水弁を閉めたときのウォータハンマー現象によって、連通管内の水管が振動するおそれがある。本発明では、連通管が導波管として利用されているので、連通管内で水管が振動すると、その振動を電波センサが検知してしまう。そうすると水管の振動を水栓の使用と誤検知してしまうなど、この振動に起因して電波センサによる誤検知が生じ、検知精度が著しく低下してしまう。そこで、本発明では、振動低減手段を設けることで、水管の振動に起因する誤検知を抑制している。

また、本発明において好ましくは、電波センサは、電波導入出部を介して連通管内との間で電波の送受を行うように構成されており、振動低減手段は、吐水弁よりも下流側で、電波導入出部及び水管を連通管に固定する固定部材であり、この固定部材は、吐水弁で発生した振動が水管の先端へ伝達するのを遮断し、及び、電波導入出部，水管及び連通管の相対的な変位を低減するように構成される。

水管の振動に起因する誤検知を抑制するためには、吐水弁からの振動を遮断することが好ましいやり方の一つである。また、遮断する簡易な構成は、質量が大きく剛性が高い連通管に水管を固定することである。しかしながら、振動が大きい場合には、水管を連通管に固定しても、完全には振動を抑制できない。

そこで、本発明では、水管を連通管に結合することによって、振動が完全には抑制できない場合には、水管，電波導入出部及び連通管を同調させて振動させるように構成することで、振動の影響を低減している。これにより、電波導入出部が、電波の通り道である連通管、及び水管と同調して振動するので、これらの間の相対的な変動が小さくなり、電波導入出部に対する振動の影響をみかけ上小さくすることができるため、振動に起因した誤検知を低減することが可能となる。すなわち、本発明では、固定部材が振動遮断機能と同調機能の２つの機能を有する。このように、本発明では、水管，電波導入出部，連通管を１つの固定部材に固定するという簡単な構成で、固定部材に振動遮断機能と同調機能を持たせているため、別途、振動遮断部材及び同調部材を設ける必要がなく、小型で、デザイン自由度の高い自動水栓装置を提供することができる。

また、本発明において好ましくは、固定部材は、この固定部材よりも下流側に、電波導入出部の電波導入出開口が位置するように、電波導入出部を連通管に固定する。
吐水弁から水管を通して伝わる振動は、水管を固定する固定部材に伝えられるため、振動が大きい場合には、この固定部材が振動するおそれがある。また、固定部材が振動し、その振動を電波センサで検知してしまうと、電波センサによる誤検知が生じ、検知精度が著しく低下してしまうおそれがある。本発明の構成によれば、固定部材が電波導入出部の先端開口よりも上流側に位置するので、電波センサは、固定部材の振動を検知し難くなり、誤検知が抑制される。このように、本発明では、固定部材と電波導入出部の配置関係を工夫するという簡単な構成で、固定部材の振動を検知し難くしているため、別途、振動遮断部材等を設ける必要がなく、小型で、デザイン自由度の高い自動水栓装置を提供することができる。

また、本発明において好ましくは、固定部材は、電波を反射する部材で構成される。
このように構成された本発明においては、電波導入出部から放射された電波の内、上流側へ進む電波が固定部材で下流側へ反射される。これにより、本発明では、電波放射口から放射される電波放射強度を高いレベルに維持することができ、検知精度をより向上させることが可能となる。

また、上記構成において、本発明において好ましくは、水管はフレキシブル管である。
本発明の構成によれば、水管が可撓性を有するフレキシブル管であるので、連通管が、例えば湾曲形状であっても、組立性が良好となる。これにより、連通管の形状の設計自由度を向上させることができる。
一方、水管がフレキシブル管であると、水管の剛性を上げて水管の振動を抑制することが難しい。しかしながら、本発明では、上記固定手段を用いることにより、水管がフレキシブル管である場合であっても、ウォータハンマー現象による振動の影響を低減することが可能となる。

また、本発明において好ましくは、吐水口は、断面円形であり、かつ電波放射口よりも小径であり、電波放射口の内面に当接して配置される。
このように構成された本発明においては、吐水中には、吐水口から吐水される洗浄水と、電波放射口から放射される電波ビームとの干渉により、電波ビームを反射させて、検知範囲を止水中とは異なった範囲に変更することができる。例えば、電波放射口内の領域の内、水管の周囲の領域から放射される電波の一部が洗浄水に反射されて、吐水方向と直交する方向に広がる。これにより、本発明では、吐水中に、洗浄ポイントから周囲に検知範囲を広げることができ、手洗い中に確実に手を検出して吐水を継続し続けることが可能となる。

本発明によれば、電波センサを用いた自動水栓装置において、連通管の設計自由度が高く、組立性を良好にすることができる。

本発明の実施形態における自動水栓装置の全体構成図である。 本発明の実施形態における自動水栓装置の吐水口付近の断面図である。 導波管の肉厚とアンテナゲインの関係を示すグラフである。 本発明の実施形態における自動水栓装置の電波放射口を示す図である。 本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の断面図である。 本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の入口部分の断面図である。 本発明の実施形態における自動水栓装置の連通管の入口部分の正面図である。 本発明の実施形態における検出信号の時間変化を示すグラフである。 本発明の実施形態における自動水栓装置の止水中における説明図である。 本発明の実施形態における自動水栓装置の吐水中における説明図である。

次に、図１乃至図１０を参照して、本発明の実施形態による自動水栓装置を説明する。
図１に示すように、本実施形態の自動水栓装置１は、シンク２の基台（支持体）３に基端部が固定され使用者側に向けて延びる連通管（スパウト）１０及び吐水弁３０を備えた水栓本体１Ａと、連通管１０内に挿入された水管２０と、使用者の存在又は使用の有無を含む使用者の動作状態を検出するための電波センサ４０と、吐水弁３０の開閉動作を制御する制御部５０とを備えている。

連通管１０は、中空の管部材であり、例えば鋼材等の金属材料で形成されている。連通管１０は、少なくともその内面が電波を反射する材料で形成されている。連通管１０は、基台３から鉛直方向に延びた後、先端開口がシンク２の底部を向くように湾曲した形状を有している。連通管１０の出口部分は、斜め下方向を向いている。

水管２０は、吐水弁３０に連結され、水栓本体１Ａの端部である吐水口部に形成された吐水口２６へ洗浄水を供給する。水管２０は、全体として可撓性を有する管状部材であり、先端部に取り付けられた吐水キャップ２１と、フレキシブル管２２ａ，２２ｂと、チューブ２３から構成されている。吐水キャップ２１の吐水口２６から、洗浄水が斜め下方向の吐水方向Ａに吐出され、これにより、洗浄水は受水部であるシンク２の底部に向けて供給される。
なお、本実施形態では洗浄水が吐水口２６から斜め下方向に吐出されるように構成されているが、洗浄水が吐水口２６からほぼ真下に向けて吐出されるように構成してもよい。

フレキシブル管２２ａ，２２ｂは、可撓性を有する管状部材であり、少なくともこれらの外面は、連通管１０内においては、電波を反射する材料（例えば、金属材料）で形成されている。
チューブ２３は、可撓性を有し、電波を透過する材料（例えば樹脂）で形成されており、連通管１０内でフレキシブル管２２ａ，２２ｂの間に接続されている。吐水中、チューブ２３を透過した電波はチューブ２３を通る洗浄水によって減衰される。すなわち、本実施形態では、水管２０は、電波減衰部としてのチューブ２３を有している。

フレキシブル管２２ａは、その上流端が、吐水弁３０に直接的又は間接的に接続され、下流端が、チューブ２３の上流端に接続されている。そして、チューブ２３の下流端にフレキシブル管２２ｂの上流端が接続されている。さらに、フレキシブル管２２ｂの下流端に吐水キャップ２１が接続されている。
なお、本実施形態では、チューブ２３がフレキシブル管２２ａ，２２ｂの間に介在しているが、チューブ２３を介在させなくてもよい。

また、本実施形態では、フレキシブル管２２ａ，２２ｂを用いているが、可撓性及び電波透過性を有するチューブで、吐水キャップ２１と吐水弁３０とを連結してもよい。この場合、チューブの外面の全域に、又は、電波減衰部を形成するために一部の外面部分を除いて、電波を反射する金属材料等の反射部材（例えば、アルミニウム箔）を配置することが望ましい。

吐水弁３０は、電磁弁であり、制御部５０からの制御信号により、開閉動作を行うように構成されている。また、吐水弁３０は、定流量弁であり、開動作時には一定流量の洗浄水が吐水口２６に向けて供給される。

電波センサ４０は、水栓本体１Ａ内に配置され、かつ、水栓本体１Ａの基端部側に設けられている。本実施形態では、電波センサ４０は、連通管１０の基端部側に固定されている。電波センサ４０は、マイクロ波ドップラーセンサである。使用周波数は、例えば約１０ＧＨｚ又は約２４ＧＨｚである。図６に示すように、電波センサ４０は、センサ本体部４１と、センサ本体部４１に取り付けられた電波導入出部４２を備えている。センサ本体部４１は、局部発信器，送信アンテナ，受信アンテナ，混合器（検波器）等を有する電子部品である。電波導入出部４２は、センサ本体部４１から外部へ電波を放射すると共に、外部からセンサ本体部４１へ反射波を導入する中空の金属製部品である。

センサ本体部４１は、局部発振器で生成したマイクロ波（送信信号）を送信アンテナから電波導入出部４２を介して外部へ放射し、対象物（例えば、人の手）で反射したマイクロ波（反射波）を電波導入出部４２を介して受信アンテナで受信する。そして、電波センサ４０内の混合器（検波器）が、この反射波と送信信号とを混合し、ドップラー信号を検出するように構成されている。

対象物が静止している場合は、送信波と反射波の周波数が同一であるので、電波センサ４０は対象物の有無を検出しにくい。しかしながら、対象物が動いている場合は、反射波の周波数が変化するため、混合器の出力に差分信号があらわれる。この差分信号により、電波センサ４０は、対象物の有無及び移動方向（接近又は離反）を検出し、検出信号（図８参照）を制御部５０へ出力する。検出信号は、対象物の移動速度に応じた周波数成分を有する信号であり、移動している対象物が存在することをあらわすものである。

制御部５０は、マイコン等で構成されており、電波センサ４０から検出信号をフィルタ回路５１を介して受け取る。制御部５０は、図８に示すように、基準値（例えば０Ｖ）に対して、ある電圧閾値（絶対値）以上の信号値を有する検出信号を受け取ると、吐水弁３０を開状態にする駆動信号を出力し、基準値に対して、ある電圧閾値（絶対値）未満の信号値を有する検出信号を受け取ると、吐水弁３０を閉状態にする駆動信号を出力するようにプログラムされている。すなわち、制御部５０は、電圧閾値に対する検出信号の信号値に基づいて後述する電波センサ４０の検知範囲を決定している。これにより、対象物が検出されているときには、吐水弁３０が開状態に保持され吐水状態となる。一方、対象物が検出されていないときは、吐水弁３０が閉状態に保持され止水状態となる。

フィルタ回路５１は、所定の周波数範囲の検出信号のみを通過させるバンドパスフィルタを有する。このフィルタ回路５１により、人の手の動きに対応する周波数範囲の検出信号のみが制御部５０へ送られるので、誤検出を抑制することができる。

以下に、本実施形態の自動水栓装置１の細部の構造について説明する。
まず、本実施形態の連通管１０について説明する。本実施形態では、連通管１０が電波の導波管として機能するように、内径及び長さ等が設定されている。すなわち、電波センサ４０から放射された送信電波は、連通管１０の内面と水管２０の外面との間に形成された電波を通過させるための電波通過用空間内で、連通管１０の内面及び水管２０の外面で反射を繰り返して下流側へ伝播し、連通管１０の先端で吐水口２６近傍に設けられた電波放射口２７からシンク２へ向けて放射される（図２の放射方向Ｂ１参照）。また、人の手で反射された電波（反射波）は、電波放射口２７から連通管１０内へ入り、連通管１０内を伝播して、電波センサ４０で受信される。

この構造により、本実施形態では、水管２０が挿入された剛体である連通管１０内に、導波管を組み込む必要がなくなり組立性が良好となる。また、本実施形態では、導波管が不要であるので、小型化を図ることができると共に、製造コストを低減することが可能となる。さらに、本実施形態では、電波センサ４０を連通管１０の先端部分以外に配置することができるので、連通管１０の先端部分を特に小型化することができる。なお、電波センサ４０は、連通管１０の外部に配置することが望ましいが、連通管１０の内部に配置することも可能である。

本実施形態では、止水中において、図９に示された検知範囲ａ１内の対象物を検知できるように、連通管１０の電波放射口２７から放射された電波ビームパターンが設定されている。詳しくは、この検知範囲ａ１は、放射方向Ｂ１に指向性を有しており、放射方向Ｂ１に沿って細長く延びるように設定されている。本実施形態では、この放射方向Ｂ１は吐水方向Ａとほぼ一致している。

本実施形態では、このような止水中における検知範囲ａ１を形成するように、自動水栓装置１には指向性調整手段が設けられている。本実施形態では、この指向性調整手段は、以下のように反射部材２８と、連通管１０内（すなわち、電波放射口２７内）に水管２０を配置した二重管構造を含んでいる。

次に、図２及び図３に基づいて、反射部材２８を説明する。本実施形態では、連通管１０の電波放射口２７に別体部品である環状の反射部材２８が取り付けられている。この反射部材２８は、電波を反射する材料で構成されており、本実施形態では、金属材料で形成されている。反射部材２８は、反射面（反射部）２８ａを有している。反射面２８ａは、シンク２側を向く環状面である。本実施形態では、反射部材２８の壁（径方向の厚さ）は、連通管１０の壁（径方向の厚さ）よりも厚く設定されている。

図３（Ａ）は、断面矩形の導波管（図３（Ｂ）参照）から出力される電波センサのアンテナゲインを示している。図３（Ａ）は、導波管の出口部分の壁の肉厚ｔを変化させた場合に、肉厚ｔが厚くなるにしたがって、アンテナゲインが増大していることを示している。これは、肉厚ｔが大きくなるにしたがって、電波ビームが鋭くなり、放射方向への指向性が増していることを示している。

上述したように、管体から単に電波が放射される場合、その電波ビームパターンは、無指向性に近く、球状に広がるようになる。このため、本実施形態では、図３の結果に基づいて、電波放射口２７に反射部材２８を取り付けている。この反射部材２８の壁の厚さは、連通管１０の内径に応じて、検知範囲ａ１が形成されるように設定されている。

反射面２８ａは、連通管１０内を伝播してきた電波が、連通管１０を出た後に連通管１０の上流側（放射方向Ｂ１と逆方向）へ回り込むことを抑制すると共に、電波の指向方向を設定する。すなわち、反射面２８ａが、上流側へ進もうとする電波をシンク２の底部の方向へ反射させて当該方向へ指向方向を差し向け、電波ビームパターンに放射方向Ｂ１の指向性を持たせる役割を果たす。このように、反射部材２８は、放射方向Ｂ１へ電波ビームパターンを鋭くして、適切な放射パターンを形成する機能を有する。

本実施形態では、反射部材２８により、電波を吐水方向Ａに沿って集中させることにより、検知範囲ａ１内で樹脂製の歯ブラシやコップ等の電波を透過し易い対象物を検知することができる。一方、検知範囲ａ１は、吐水口２６から離れた位置にある手を誤検知することで誤って吐水させないように、吐水方向Ａに沿うように細長く設定されている。

なお、本実施形態では、連通管１０の先端に、別体の反射部材２８を取り付けているが、反射部材２８を取り付ける代わりに、連通管１０の先端部分の肉厚を厚く形成してもよい。さらには、連通管１０の肉厚が電波の回り込みを抑制できる程度に厚ければ、別体の反射部材を取り付けたり、連通管１０の先端部分のみを厚く形成しなくてもよい。

次に、図４及び図５を参照して、二重管構造について説明する。図４は、連通管１０の出口部分（下流端部分）を示しており、図５は、連通管１０の任意の途中部分でのＶ−Ｖ線断面図（図１参照）である。
本実施形態では、水管２０は、連通管１０の内側面１１に当接するように配置されている。図１から分かるように、連通管１０の出口部分は、シンク２の底部に向かって斜め下方へ延びている。また、連通管１０の出口部分が延びる方向に、自動水栓装置１を使用する際に使用者が立つ位置が設定されている。

したがって、連通管１０の出口部分において、水管２０は、連通管１０の内側面１１の内（もしくは電波放射口２７の内面の内）、使用者の存在する方向Ｃ（図２及び図４参照）とは真逆方向に位置する内側面１１の部分に当接されている。また、図５に示すように、連通管１０の他の部位においても、水管２０は、連通管１０の内側面１１に当接している。
本実施形態では、電波放射口２７付近において、水管２０が連通管１０の内部に配置された二重管構造により、電波ビームパターンが調整されている。

次に、図６及び図７を参照して、連通管１０の入口部分（上流端部分）の構造について説明する。図６は側面から見た断面図であり、図７は下方から見た図である。ただし、図７では、水管２０及び電波センサ４０の図示が省略されている。

図６及び図７に示すように、連通管１０の入口部分内には、固定部材１２が、連通管１０を塞ぐようにネジ１３により固定されている。固定部材１２は、外形寸法が連通管１０の内径寸法とほぼ等しい部材であり、電波を反射する材料で形成されている。本実施形態では、固定部材１２は、鋼材等の金属材料で形成されている。

固定部材１２は、円形の開口孔１２ａ及び矩形の開口孔１２ｂが形成されている。固定孔１２ａの内径寸法は、水管２０の外形寸法にほぼ等しく、固定孔１２ｂの内寸法は、電波センサ４０の電波導入出部４２の外寸法にほぼ等しい。水管２０，電波センサ４０は、それぞれ、これら開口孔１２ａ，１２ｂに挿入されて固定されている。水管２０は、開口孔１２ａに固定された状態で、連通管１０の内側面１１に当接している。

固定部材１２は、吐水弁３０が閉じたときに発生するウォータハンマー現象に起因する水管２０の振動を低減するための振動低減手段として機能する。すなわち、吐水弁３０が閉じたときに吐水弁３０から水管２０を通じて下流側に伝達される振動は、固定部材１２を介して、水管２０よりも質量が大きい連通管１０及びシンク２の基台３へ伝達される。これにより、振動が水管２０の下流へ伝達されることを遮断し、連通管１０内での水管１０の振動を抑制することができる。振動が抑制されるので、電波センサ４０が、人の手の存在を誤って検知してしまうことを抑制することができる。

また、水管２０，電波センサ４０及び連通管１０が固定部材１２によって固定的に結合されているので、水管２０から伝達された振動の影響によって、水管２０，電波センサ４０及び連通管１０を同調して振動させることができる。これにより、水管２０，電波センサ４０及び連通管１０の相対的な振動又は変位が抑制されるので、電波センサ４０が、人の手の存在を誤って検知してしまうことをさらに抑制することができる。

また、本実施形態では、電波センサ４０の電波導入出部４２の先端開口４２ａが固定部材１２よりも下流側に位置するように、電波導入出部４２が固定部材１２に挿入され、固定部材１２に固定されている。電波導入出部４２の先端開口４２ａが、連通管１０との間の電波の出入口である。よって、ウォータハンマー現象により固定部材１２に振動が伝わっても、電波センサ４０は、固定部材１２の振動を検知し難くなり、誤検知を抑制することができる。

なお、本実施形態では、振動低減手段として固定部材１２を配置しているが、振動を吸収及び抑制する任意のダンパ部材を、振動低減手段として吐水弁３０と連通管１０との間で水管２０に取り付けても良い。

また、水管２０を連通管１０の内側面１１に当接させるための固定部材を連通管１０内の適宜な箇所に配置してもよい。この場合、固定部材は、固定部材１２とは異なり、電波透過性を有する材料（例えば、樹脂等）で形成することが望ましい。固定部材１２は、その表面が電波を反射する材料で形成されているので、電波導入出部４２から連通管１０内に導入された電波のうち、上流側に向かう電波を下流側へ反射させることができる。これにより、電波放射口２７から放射される電波の放射強度が高レベルに保持される。

次に、本実施形態の自動水栓装置１の作用について説明する。
図９は、止水中の状況を示している。図９（Ａ）には、電波センサ４０の検知範囲ａ１が示されている。この検知範囲ａ１は、止水中において、連通管１０の電波放射口２７から放射される電波ビームにより対象物を検知できる範囲を示している。

本実施形態では、止水中において、電波放射口２７から放射される電波ビームの空間的な放射パターンが、指向性調整手段により、放射方向Ｂ１に指向性を有するように設定されている。なお、本実施形態では、止水中には、放射方向Ｂ１は、吐水口２６から吐水される洗浄水の吐水方向Ａとほぼ一致している。

したがって、止水中における電波ビームは、吐水方向Ａに沿って指向性を有し、検知範囲ａ１が吐水方向Ａに沿って延びる楕円球体のような細長い形状となるように設定されている。すなわち、検知範囲ａ１内において、等電波強度面が吐水方向Ａに沿って延びる楕円球体のような細長い形状となる。図９（Ｂ）に示すように、検知範囲ａ１の放射方向Ｂ１に直交する断面は、ほぼ円形となっている。なお、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の矢印部分における検知範囲ａ１の断面図である。

なお、本明細書では、等電波強度面は、電波ビームの等しい電波強度を有する空間点を繋いで形成される面である。また、本明細書では、細長い形状は、楕円球体のようにある方向の長さが、この方向と直交する任意の方向の長さよりも長い形状を意味している。

検知範囲ａ１は、このような等電波強度面の内、反射波により電波センサ４０が有意に人の手の動きを検知できる最も外側の等電波強度面で画定される空間範囲である。使用者が手洗いのために、この検知範囲ａ１に手を差し入れると、電波センサ４０が手の動きを検知し、検知信号を制御部５０へ送信する。制御部５０は、検知信号を受け取ると、吐水弁３０へ駆動信号を送り、吐水弁３０を開状態に切り替える。これにより、手が吐水口２６に到達するのに合わせて、洗浄水が吐水口２６からタイミング良く吐水される。

従来、光電センサを用いた自動水栓装置では、検知範囲が狭かったため、使用者の手の接近に合わせてタイミング良く吐水を開始できなかった。しかしながら、本実施形態によれば、吐水方向Ａに対して径方向に膨らむように検知範囲ａ１が設定されているので、如何なる方向から手が差し入れられても、吐水口２６から吐水方向Ａに延ばした延長線上にある洗浄ポイントに手が到達する前に、使用者の手の接近をより早く検知することができ、タイミング良く吐水を開始することが可能となる。

また、単に連通管１０の出口端部から電波が放射した場合には、電波ビームは検知範囲ｂのように、後ろ側に回り込むと共に、球状に広がるので、吐水口２６付近における使用者の水切り動作を検知してしまう。

しかしながら、本実施形態では、止水中における検知範囲ａ１が、吐水方向Ａに向けて楕円球体のような縦長に設定されているので、吐水口２６からの距離が同じでも、洗浄ポイントの電波の放射強度を高くすることができる。よって、水切り動作が検知範囲ａ１の外側で行われることになるので、水切り動作中に、洗浄水が吐水されることを防止することができる。このように、本実施形態では、吐水させたい位置に存在する使用者の手を検知し易くすることができ、吐水してほしくない位置に存在する手を検知し難くすることができる。

図１０は、吐水口２６から洗浄水Ｗが吐水されている状況を示している。図１０（Ａ）には、吐水中に、電波ビームにより対象物の動きを検知できる検知範囲ａ２が示されている。
吐水中には、電波透過性のチューブ２３に洗浄水が流れるため、連通管１０内において、電波の一部が洗浄水により減衰され、電波の放射強度を弱めることができる。電波は、音波とは異なり、伝播に媒介が不要であるが、水を通して伝播しない性質を有する。

また、本実施形態では、吐水口２６から吐水された洗浄水と検知範囲ａ１の電波との干渉を利用して、電波の一部を減衰させると共に、電波を洗浄水によって反射させることにより、検知範囲ａ２を設定している。電波の減衰は電波の放射強度を弱めて放射パターンを小さくし、電波の反射は電波の放射パターンの位置を変位させ、洗浄水Ｗの流れよりも上側へずらす。これにより、検知範囲ａ２は、検知範囲ａ１と一部領域が重なるが、異なった角度方向に延びており位置が異なっている。

本実施形態では、図１０（Ａ）に示すように、放射方向Ｂ２の放射強度が相対的に大きくなり、かつ、検知範囲ａ２の放射方向Ｂ２の検知可能距離が検知範囲ａ１の放射方向Ｂ１の検知可能距離よりも短くなるように検知範囲ａ２を設定している。このとき、本実施形態では、電波センサ４０や制御部５０での電圧閾値や電波強度等のパラメータを変更することなく、反射部材２８による電波の指向方向、電波と洗浄水Ｗとの干渉の角度や程度、洗浄水Ｗの流量、吐水口２６に対する電波放射口２７の寸法等を予め設定しておくことで、検知範囲ａ２の大きさ，位置（放射方向Ｂ２），形状等を設定している。したがって、本実施形態では、付加的な機能部品を必要とせず、吐水の有無のみによって検知範囲ａ１及びａ２を切り替えることができ、自動水栓装置１のデザイン自由度を損ねることなく、止水中及び吐水中に応じた所望の検知範囲を簡単な構成で実現することが可能である。

図４に示すように、電波放射口２７は、吐水口２６に対して使用者側Ｃに位置するように構成されている。すなわち、本実施形態では、吐水口２６が、電波放射口２７に対して使用者と反対側に位置するので（図２，図４参照）、電波ビームは、洗浄水Ｗによって反射され、使用者側の放射方向Ｂ２に向きが変えられる。

詳しくは、電波放射口２７内の領域の内、図４において吐水口２６の直上に位置する領域から放射される電波が、洗浄水によって放射方向Ｂ２に反射されるので、吐水中の検知範囲ａ２は、放射方向Ｂ２に向けられる。したがって、検知範囲ａ２に設定されることにより、手を洗浄水Ｗに差し入れている間は、検知範囲ａ２内に手が確実に存在するので、洗浄中には手を検知し続けることができる。

また、図４に示すように、電波放射口２７は、吐水口２６の側方又は横方向にも位置している。この構造により、電波放射口２７内の領域の内、図４において吐水口２６の側方又は横方向に位置する領域から放射される電波ビームが、洗浄水Ｗの流れによって横方向又は水平方向に反射されるので、電波ビームの放射パターンが横方向又は水平方向に広げられる。一方、洗浄水Ｗにより電波は減衰されるので、電波ビームの放射パターンは、厚さ方向にはむしろ小さくされる。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、電波ビームの放射パターン（検知範囲ａ２）は、図９（Ｂ）と比べると、放射方向Ｂ２と直交する断面が横方向に伸ばされたような偏平な形状となる。なお、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の矢印部分における検知範囲ａ１の断面図である。

本実施形態では、吐水中は検知範囲ａ２が、横方向に広げられ、かつ、上方に移動するので、手洗い中に手もみ動作等のために手を吐水口２６から水平方向に又は上方向にずらしても、吐水を継続させることができる。これにより、手を洗い終わって確実に手が吐水口２６付近から離れるまでは、手を検知し続け、吐水状態に保つことが可能となる。
なお、本明細書では、幅方向又は横方向とは、連通管１０に正対した使用者の左右方向を意味し、図１及び図２では紙面に垂直な方向であり、図４及び図５では紙面に対して左右方向である。

また、本実施形態では、上述のように、吐水中には、洗浄水Ｗによる電波の減衰により電波ビームの検知範囲を狭くすると共に、洗浄水Ｗによる電波の反射により電波ビームを上方へ変位させており、よって、吐水方向Ａにおいて、止水中と比べて吐水中の検知可能距離を短く設定している。

本実施形態では、止水中は検知可能距離を長く設定することで、使用者が遠い位置から吐水口２６に向けて手を接近させていっても、早期に手を検知して吐水を開始することができる。一方、吐水中は検知可能距離を短く設定することで、吐水口２６の近くにある手を確実に検知することができると共に、吐水口２６から遠く離れた手や水流の誤検知、及びこれに伴う止水遅れを防止することができる。

また、図１０（Ａ）に示すように、吐水口２６から吐水された洗浄水Ｗは、流量に応じて、シンク２に近い下流側ほど自然に流れが乱れる。すなわち、洗浄水Ｗは、シンク２側で粒状になり、水粒が径方向に広がる。また、シンク２から洗浄水が跳ね返ってくる。したがって、電波センサ４０が、洗浄水Ｗの流れの乱れや、跳ね返りの洗浄水が人の手の動きであると誤検知されるおそれがある。

しかしながら、本実施形態では、吐水中において電波ビームが上方へ変位し、検知可能距離が短く設定されるので、洗浄水Ｗの流れの乱れや跳ね返りの洗浄水に起因する誤検知を回避して、止水遅れを防止することができる。

また、図４に示すように、電波放射口２７の一部に吐水口２６が配置されており、電波放射口２７は吐水口２６よりも幅方向の長さが大きいので、電波の一部は、止水中とほぼ同様に放射方向Ｂ１（すなわち吐水方向Ａ）に向けて放射される。これにより、使用者が容器に水を溜める場合には、吐水方向Ａに放射された電波が、容器内の水表面で反射されるので、電波センサ４０は、水表面の揺らぎによって対象物の検知を行うことができる。このため、容器への水溜め動作中において、吐水状態を継続させることができる。

また、図４に示すように、吐水口２６が断面円形であるので、電波は、わずかではあるが、図４において吐水口２６の下側付近（真下を除く）からも放射方向Ｂ１に向けて放射される。これにより、電波ビームの放射パターンを縦方向（洗浄水Ｗの流れの下側を含む）にも確保できる。ただし、本実施形態では、吐水口２６が、図４において電波放射口２７の最下の内面部分に当接されているので、止水中に吐水口２６の真下方向に向けて電波が伝播することは抑制されている。したがって、止水後に吐水口２６から水滴が滴下したような場合であっても、この水滴の動きは検知されず、不必要に吐水が開始されることが防止されている。

本発明は、以下のように改変することができる。
上記実施形態では、連通管１０を電波の導波管として使用しているが、これに限らず、専用の導波管を用いて、電波センサ４０と連通管１０の出口との間で電波を導波管により伝播させるように構成してもよい。また、専用の導波管を用いる場合には、この導波管を連通管１０の内部又は外部に配置してもよい。

また、上記実施形態では、連通管１０及び水管２０の断面が円形であったが、これに限らず、円形、矩形等の形状としてもよい。

また、連通管１０の出口部分において、電波放射口を吐水口に対して、明確に使用者側のみに配置してもよい。さらにこの場合、電波放射口の横幅を、吐水口の横幅と同じか、小さく設定してもよい。例えば、連通管１０の断面を半円形に二分して、これら断面半円部分にそれぞれ電波放射口及び吐水口を配置してもよいし、連通管１０の出口部分の内、使用者側に小径の電波放射口を設けてもよい。

このように構成することにより、吐水中においては、電波ビームと洗浄水の流れとの干渉（反射）によって、電波ビームをほぼ完全に使用者側に向けることができる。これにより、検知範囲が、吐水口の下方に存在しなくなるので、吐水口から離れた位置における大流量時の洗浄水の流れの乱れを電波センサ４０が誤って検出してしまうことを防止することができ、手洗いが終わった後に、確実に止水させることが可能となる。

１ 自動水栓装置
２ シンク
３ 基台
１０ 連通管
１１ 内側面
１２ 固定部材
２０ 水管
２６ 吐水口
２７ 電波放射口
２８ 反射部材（指向性調整手段）
２８ａ 反射面（反射部）
４０ 電波センサ
４１ センサ本体部
４２ 電波導入出部
４２ａ 先端開口
５０ 制御部
Ａ 吐水方向
Ｂ１，Ｂ２ 放射方向
ａ１，ａ２ 検知範囲

Claims (7)

1. 支持体に基端部が固定され使用者側に向けて延在する連通管と吐水弁を備えた水栓本体と、前記連通管内に配置され前記水栓本体の端部である吐水口部に形成された吐水口に洗浄水を供給する水管と、使用者の動作状態を検知するための電波センサと、を備え、前記電波センサの信号に基づいて前記吐水弁の開閉を切り替えて、前記吐水口からの洗浄水の吐水と止水を行う制御手段を備えた自動水栓装置において、
   前記連通管内と前記水管との間に形成した電波を通過させるための電波通過用空間と、
   前記水栓本体の前記基端部側に設けられ、前記電波通過用空間に電波を放出するよう配置された電波センサと、
   前記電波通過用空間に連通され、前記連通管内を通過してきた電波を外部に放射すると共に、外部で反射された電波を受け取るために前記吐水口部に形成された電波放射口と、が設けられ、
   前記連通管の内面及び前記水管の外面が電波を反射させる部材で形成され、前記連通管の内面及び前記水管の外面によって前記電波通過用空間が形成されており、
   前記電波センサから放射された電波を、前記連通管の内面及び前記水管の外面によって反射させて前記電波放射口へ伝播させ、前記電波放射口で受け取った外部からの電波を前記連通管の内面及び前記水管の外面によって反射させて前記電波センサへ伝播させるように構成されていることを特徴とする自動水栓装置。
2. 前記吐水弁が閉じるときに生じる前記水管の振動を低減するための振動低減手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。
3. 前記電波センサは、電波導入出部を介して前記連通管内との間で電波の送受を行うように構成されており、
   前記振動低減手段は、前記吐水弁よりも下流側で、前記電波導入出部及び前記水管を前記連通管に固定する固定部材であり、この固定部材は、前記吐水弁で発生した振動が前記水管の先端側へ伝達するのを遮断し、及び、前記電波導入出部，前記水管及び前記連通管の相対的な変位を低減するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の自動水栓装置。
4. 前記固定部材は、この固定部材よりも下流側に、前記電波導入出部の電波導入出開口が位置するように、前記電波導入出部を前記連通管に固定していることを特徴とする請求項３に記載の自動水栓装置。
5. 前記固定部材は、電波を反射する部材で構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の自動水栓装置。
6. 前記水管はフレキシブル管であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の自動水栓装置。
7. 前記吐水口は、断面円形であり、かつ前記電波放射口よりも小径であり、前記電波放射口の内面に当接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の自動水栓装置。

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