JP5812510B2 - 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ている。使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し、これにより、吐水口からの吐水が自動的に開始される。一方、使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自動的に停止される。

また、このような自動水栓装置では、使用者は、使用時に吐水口に向けて様々な方向から手を進入させることが考えられる。一方、光電センサは指向性が強いため、これら様々な方向から差し入れられる手を光電センサで確実に検知するためには、光電センサの検知範囲を確実に手が来る吐水口近傍に配置する必要があった。このため、光電センサを用いた自動水栓装置では、吐水口に到達してから手が光電センサに検知されることになり、応答性を高めることができなかった。

一方、光電センサの代わりに、検知範囲が広い電波センサ（マイクロ波センサ）を用いた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に記載の自動水栓では、電波センサがシンク側に配置されており、電波センサから放射される電波ビームの方向が上方に向いて放射されるように設定されている。

電波センサは光電センサよりも指向性が広く検知範囲が広い。したがって、電波センサを用いた自動水栓装置では、様々な方向から手が吐水口に向けて進入してきても、手が吐水口に到達する前に手を検知することができ、応答性を高めることが可能となる。

特開平４−３６０９２３号公報 特開２００６−２１９８９１号公報

上述の光電センサを用いた自動水栓装置では、吐水開始の応答性を簡単には高めることができないという問題に加えて、その特性上、吐水口近傍に光電センサを配置する必要があるので、デザイン自由度が損なわれるという問題があった。すなわち、吐水口近傍の管内に光電センサやこれに付随する配線や電気部品を配置する必要があり、デザイン自由度が制限される。

また、上述の電波センサをシンク側に配置した自動水栓装置では、デザイン自由度を高めることができるが、応答性を改善することが実は容易ではなかった。すなわち、電波センサをシンク側に配置した場合、吐止水を確実に行おうとすると吐水口近傍の電波強度を高めることが絶対的に必要となるが、シンクと吐水口の間にはある程度の距離があるため、吐水口近傍で必要な電界強度を確保するとその周囲の電界強度も高まる（言い換えると、電波センサの検知範囲が必要以上に広くなる）。このため、上述の電波センサをシンク側に配置した自動水栓装置は、手洗い中に必然的に起こる石鹸の手もみ動作や水切り動作、また人が自動水栓装置付近を通ったことに反応して、これらの動作を水栓の使用と誤判定してしまうという実用上避け難い問題を生じるものであった。

また、自動水栓装置において、吐水タイミングを良好にするためには、手が吐水口に到達する前に手が吐水口へ進入して来ることを事前に判断することができるように、手を検知するために設定される検知範囲を、止水中はある程度広めに設定することが望ましい。
しかしながら、広めに設定された検知範囲が吐水中も広いままであると、検知されるべきではない動作（例えば、吐水口から吐水された洗浄水がシンクに衝突して跳ね返る動き等）が誤って検知されてしまい、これにより誤吐水が生じるおそれがある。

このような誤吐水を防止するため、止水中の検知範囲と吐水中の検知範囲は、異なることが望ましい。換言すると、止水中及び吐水中において、理想とする適切な検知範囲は異なる。
しかしながら、止水中及び吐水中に検知範囲を異ならせるように、単に付加的な手段を用いて検知範囲を変更すると、装置が大型化してしまい、最も重要なデザイン性を損ねてしまうという問題が生じる。

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、デザイン自由度を損なうことがなく、また、吐水及び止水タイミングの応答性を高めても誤判断を生じることのない極めて実用性の高い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、を備えた自動水栓装置において、水栓本体の基端部側に設けられ、送信した電波の反射波を受信することにより、使用者の動作状態を検知するための検出信号を出力する電波センサと、連通管内と水管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と、電波通過用空間を通過してきた電波を外部に放射するために吐水口部に形成された電波放射口と、電波放射口から放射される電波の指向性を決定するための指向性決定手段と、電波センサの検出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であって、所定値以上の信号値を有する検出信号に基づいて電波センサの検知範囲を決定する制御手段と、を備え、指向性決定手段は、吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向に沿って電波放射口から電波を放射させると共に、電波放射口から放射された電波の少なくとも一部が吐水口から吐水された洗浄水の使用者側の側面と干渉するように電波を放射させるものであって、指向性決定手段は、吐水口から吐水される洗浄水によって電波放射口から放射される電波の少なくとも一部を反射させることによって、止水中の検知範囲に対して吐水中の検知範囲の少なくとも一部が使用者側にずれるように、電波放射口から放射される電波を吐水口から吐水される洗浄水に干渉させるように構成されていることを特徴としている。

上述のように、自動水栓の使用に際し、手を吐水口の下部に進入させているにもかかわらず、吐水開始まで待たなければならない従来の構成は商品上好ましくない。よって、手を吐水口に向けて進入させたのと同時、又は、その前後の極短い時間内で吐水が開始されることが好ましい。このため、吐水口への手の進入を事前に判断するため、止水中は検知範囲がある程度広めに設定されることが望ましい。

このため、本発明では、吐水タイミングの応答性を改善するために電波センサを採用している。すなわち、電波センサでは、電波が空間的に広がる性質により、空間的に広がった検知範囲を形成可能であるため、応答性を高めるのに有利である。

しかしながら、電波センサは応答性が良いため、吐水中に検知範囲が広いままであると、手洗い終了後の水切り動作や、吐水口から吐水された洗浄水がシンクに衝突して跳ね返る動きや、吐水口から離れた位置で粒状化した洗浄水の動き（洗浄水は、吐水口から離れるほど空気剪断力や表面張力の影響を受けて洗浄水が粒化し、見掛け上、表面積が大きくなる）が、手洗い動作であると誤検知され、止水タイミングが遅れたり、止水されずに吐水が継続したりするおそれがある。したがって、吐水中は、既に手が吐水口の近くにあるので、検知範囲を狭く設定することが望ましい。すなわち、止水中と吐水中では、理想とする適切な検知範囲は異なる。

本発明者は、止水中と吐水中において理想的な検知範囲を得ることに関し、電波センサから放射される電波が吐水口から吐水される洗浄水と干渉したときに、反射する性質を見出し、この性質を有利に利用して止水中及び吐水中において、それぞれ理想の検知範囲を形成できることを見出した。
このように、本発明では、上述の電波の性質を有利に利用するため、手を検知するためのセンサとして、光電センサや超音波センサ等ではなく、電波センサを採用している。

電波センサを自動水栓装置に適用する上で、具体的には、本発明では、電波センサを水栓本体の基端部側に設け、電波センサから放射された電波が連通管内を通過して、吐水口側の端部に設けられた電波放射口から放射されるように構成されている。これは、電波というものが連通管の曲がりなどに大きく左右されずに放出できるという特性を利用したものであって、これにより本発明では、デザインが商品の売れ行きに大きく左右される水栓において、デザインへの制約を大きく与える連通管の先端部や途中部分に電波センサを設ける必要が無くなるので、デザイン自由度を大幅に向上させることができるという実用上優れた効果を奏することができる。また、電波センサから放出される電波が吐水口から放出されるため電波強度を吐水口近傍で最も強くできるため、シンク側に電波センサを設けた時のように必要以上に広い検知エリアになってしまうという問題を解決でき、誤吐水や誤止水などを起こすことがなく、またその対策としての複雑な制御等も不要にできるという実用上優れた特有の効果を合わせて奏することができるものである。

更に本発明では、吐水弁の開閉を切り替える制御手段は、所定値以上の信号値を有する電波センサの出力信号（使用者の動作状態を検知するための検出信号）に基づいて電波センサの検知範囲を決定するように構成されている。そして、本発明では、特徴的には、指向性決定手段によって、吐水口から吐水される洗浄水（又は洗浄水流）と電波放射口から放射された電波の少なくとも一部とを、所定の態様で干渉させることにより、吐水中に洗浄水によって電波を反射させて、止水中と吐水中の検知範囲の少なくとも一部がずれるように構成されている。すなわち、本発明では、電波の放射角度、電波強度、流量、電波放射口と水管の寸法等に基づき、電波と水の干渉の程度や角度等を工夫するという簡単な構成によって、洗浄水の吐水の有無に応じて、検知範囲の形状を理想形状に適合するように変えることが可能である。

本発明では、止水中は、空間的に広がって設定される検知範囲によって、如何なる方向から吐水口に向けて手が挿入されても手の動きを検知することができ、素早く吐水を開始することが可能となる。
一方、吐水中は、本発明では検知範囲が止水中の検知範囲から少なくとも一部がずれるように設定されるので、吐水中に検知すべきではない動作を誤って検知してしまうことを防止することができ、手洗いが完了して手を吐水口付近から引き抜くと速やかに止水して、不必要な吐水の継続を防止することが可能となる。

このように、本発明では、電波が水に反射するという性質を見出し、この性質を検知範囲の変更に利用できることを見出した。本発明では、この性質を利用することにより、止水中と吐水中の検知範囲の少なくとも一部がずれるように設定することを可能にしており、吐水中には、吐水口付近での吐水しないでよい動作（シンクから跳ね上げられた洗浄水の動き、粒状化した洗浄水の動き等）を検出せず、吐水すべき動作（手洗い動作）を確実に検出することができる検知範囲が自動的に設定され、止水中と吐水中に応じてそれぞれ理想的な検知範囲を得ることができる。すなわち、本発明は、検知範囲を吐水の状況に適合した理想的な形状に設定するように構成されている。

また、止水中と吐水中においてそれぞれ理想の検知範囲の形状を得るように、例えば、連通管の先端部分に可動部分を設けることも考えられる。しかしながら、この場合、連通管の先端部分の構造が複雑になり、水栓にとって最も大切なデザイン自由度を損ねてしまう。

これに対して、本発明では、電波が水に反射するという特性に着目し、この性質を利用することによって、電波センサの検知範囲及び電波強度の設定や、制御手段の閾値設定等を付加的に行うことなく、洗浄水の有無のみによって吐水中と止水中の検知範囲を変更するように構成されている。このため、本発明では、特段の機能部品や制御の付加を必要とせず、小型でデザイン自由度が高く、且つ吐止水のタイミングが良好な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、指向性決定手段は、止水中の検知範囲に対して吐水中の検知範囲を水平方向に広げるように、電波放射口から放射される電波を吐水口から吐水される洗浄水に干渉させて反射させるように構成されている。

本発明では、上述のように吐水口から手をわずかにずらした位置において手が継続的に検知されるように、電波の反射を利用して検知範囲を、水平方向に広げるように設定することにより、手もみ動作中の誤止水を防止することができる。なお、手もみ動作よりも、吐水口からさらに離れた位置で行われる水切り動作は検知しないように、検知範囲を設定することが望ましく、その程度は反射量の調整で容易に行えるものである。これにより、本発明では、特段の機能部品を必要とすることなく、小型でデザイン自由度が高く、且つ吐止水のタイミングが良好な自動水栓装置を提供することができる。

具体的には、本発明は、吐水口から吐水される洗浄水の側面のうち使用者側へ向く方向に対して直交する横方向側面部分に向けて、電波放射口から電波が放射されるように構成することができる。この構成により、電波放射口からの電波が、洗浄水の横方向側面部分によって水平横方向に向けて反射されるので、検知範囲を水平横方向に広げることができる。

また、本発明において好ましくは、指向性決定手段は、止水中の検知範囲に対して吐水中の検知範囲を水平横方向に長く、且つ、水平横方向及び電波の放射方向に直交する厚さ方向に小さい偏平形状にするように、電波放射口から放射される電波を前記吐水口から吐水される洗浄水に干渉させて反射させるように構成されている。

本発明では、電波を洗浄水に反射させることにより、検知範囲を水平横方向に広く、かつ、厚さ方向に小さい偏平断面形状にして、吐水中に最適な検知範囲に変更できる。これにより、本発明では、このように吐水中の検知範囲が水平方向に広く設定されることにより、手もみ動作中の誤止水を防止することができ、一方、吐水中の検知範囲が厚さ方向に小さく設定されることにより、シンクから跳ね返った洗浄水や粒状態で水平方向に広がる洗浄水をより検知し難くすることができ、止水遅れを確実に防止することができる。このように、本発明では、電波の反射を利用することにより、特段の機能部品を必要とすることなく、止水中の検知範囲の断面形状を水平方向に広く、厚さ方向に小さくできるので、小型でデザイン自由度が高く、且つ吐止水のタイミングが良好な自動水栓装置を提供することができる。

具体的には、本発明は、吐水口から吐水される洗浄水の側面のうち使用者側の側面部分よりも使用者側へ向く方向に対して直交する横方向側面部分の方が、電波放射口から放射される電波をより多く反射するように構成することができる。この構成により、使用者側の側面部分よりも横方向側面部分において、より多くの電波が洗浄水によって反射されるので、吐水中の検知範囲を水平横方向に長く、且つ、厚さ方向に小さい偏平断面形状にすることができる。

また、本発明において好ましくは、電波放射口は、吐水口に対して使用者側に位置するように配置されており、指向性決定手段は、止水中よりも吐水中の方が使用者側により近い空間を検知範囲に含むように、電波放射口から放射される電波を吐水口から吐水される洗浄水に干渉させて反射させるように構成されている。

シンクから跳ね返った洗浄水や、吐水口から離れた位置において粒状態で水平方向に広がる洗浄水は、手洗い動作と誤検知されるおそれがある。しかしながら、本発明では、水と電波の反射を利用することにより、検知範囲が吐水中は上方側又は使用者側に変位されるので、上方側又は使用者側で行われる可能性のある手もみ動作を確実に検知することができ、更に、跳ね返った水や、水の乱れが一層確実に検知され難くなる。これにより、本発明では、手もみ動作を確実に検知しつつ、跳ね返った水や、水の乱れに起因する誤検知を防止して、止水遅れを確実に防止することができる。このように、本発明では、電波の反射を利用することにより、特段の機能部品を必要とすることなく、小型でデザイン自由度が高く、且つ吐止水のタイミングが良好な自動水栓装置を提供することができる。

具体的には、本発明は、止水中の検知範囲のうち、使用者側とは反対側に偏った領域を吐水口から吐水される洗浄水が通過するように構成することができる。この構成により、吐水中に、洗浄水の側面のうち、使用者側の側面部分に多くの電波を放射させることができるので、止水中の検知範囲に対して吐水中の検知範囲が、より広い使用者側の検知領域を有するように検知範囲を変更することができる。

また、本発明において好ましくは、指向性決定手段は、吐水口から吐水される洗浄水によって電波放射口から放射される電波の少なくとも一部を減衰させることによって、止水中よりも吐水中の検知範囲の方を小さくするように、電波放射口から放射される電波を吐水口から吐水される洗浄水に干渉させるように構成されている。

本発明者は、止水中と吐水中において理想的な検知範囲を得ることに関し、電波センサから放射される電波が吐水口から吐水される洗浄水と干渉したときに、減衰する性質を見出し、この性質を有利に利用して止水中及び吐水中において、それぞれ理想の検知範囲を形成できることを見出した。

本発明では、この性質を利用することにより、吐水中は止水中よりも検知範囲を狭く設定することを可能にしており、吐水中には、吐水口付近での吐水しないでよい動作（水切り動作等）を検知せず、吐水すべき動作（手洗い動作）を確実に検出することができる検知範囲が自動的に設定され、止水中と吐水中に応じてそれぞれ理想的な検知範囲を得ることができる。すなわち、本発明は、検知範囲を吐水の状況に適合した理想的な形状に設定するように構成されている。

このように、本発明では、電波が水によって減衰されるという特性に着目し、この性質を利用することによって、電波センサの検知範囲及び電波強度の設定や、制御手段の閾値設定等を付加的に行うことなく、洗浄水の有無のみによって吐水中と止水中の検知範囲を変更するように構成されている。このため、本発明では、特段の機能部品や制御の付加を必要とせず、小型でデザイン自由度が高く、且つ吐止水のタイミングが良好な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、指向性決定手段は、止水中よりも吐水中の検知範囲の方が吐水方向において短くなるように、電波放射口から放射される電波を吐水口から吐水される洗浄水に干渉させて減衰させるように構成されている。

吐水開始時には、手を検知し易くするために、検知範囲が吐水方向に長い方が望ましい。一方、手洗いが完了して手が吐水されている洗浄水に触れなくなったとき、検知範囲が吐水方向に長いと、吐水流量によっては、シンクに衝突して跳ね返った洗浄水や、粒状態で水平方向に広がる洗浄水が電波センサによって検知される。これにより、手洗い中であると誤判定され、吐水が停止されないか、止水タイミングが遅れてしまうおそれがある。

しかしながら、本発明では、止水中の検知範囲に対する吐水中の検知範囲における吐水方向の電波の減衰量を調整するための吐水方向減衰量調整手段としての指向性決定手段によって、電波を減衰させて吐水中の検知範囲を吐水前と比べて吐水方向に短くするように構成されている。これにより、本発明では、手の水切り動作等における誤判定だけでなく、シンクから跳ね返った水や粒状の水の乱れに基づく誤判定を、洗浄水による電波の減衰の程度を設定するという簡単な構成で確実に防止することができるので、小型でデザイン自由度が高く、且つ吐止水のタイミングが良好な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、指向性決定手段は、吐水中の検知範囲を止水中の検知範囲に対して、吐水方向と直交する方向よりも吐水方向において大きな割合で小さくするように構成されている。

吐水中、吐水口近傍からわずかに離れた位置に手をずらして吐水を継続させたい場合（例えば、手もみ動作等）がある。検知範囲を吐水方向に対して全方向において一律同じように小さくすると、上述の手もみ動作中に止水されてしまうおそれがある。本発明では、止水中の検知範囲に対する吐水中の検知範囲における吐水方向とその径方向の電波の減衰比率を調整するための吐水方向及び径方向の減衰比率調整手段としての指向性決定手段が、吐水方向と直交する径方向よりも吐水方向において大きな割合で小さくするように、洗浄水による電波の減衰の程度を設定するという簡単な構成により、シンクから跳ね返った水や粒状の水の乱れに基づく誤判定を防止する機能は維持しつつ、更に手もみ動作を検知できないことによる止水を防止することができる。

具体的には、本発明は、止水中の検知範囲中を吐水口から吐水される洗浄水が通過するように構成することができる。この構成により、洗浄水が止水中の検知範囲を通過することにより、吐水中の検知範囲を止水中の検知範囲に対して、吐水方向に対して直交する方向よりも吐水方向において大きな割合で短くするようにすることができる。

また、本発明において好ましくは、指向性決定手段は、電波放射口から放射される電波が、吐水中に、吐水方向と直交する方向において使用者側よりも使用者側と反対側の方が大きく減衰されるように構成されている。

特に、吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向が、使用者側に向かって斜め下に向いている場合には、止水中の検知範囲に対する吐水中の検知範囲における洗浄水の上下方向の電波の減衰比率を調整するための上下方向の減衰比率調整手段としての指向性決定手段によって、洗浄水に対してシンク側の検知範囲を小さくすることができるので、吐水中に吐水口の横で行われる手もみ動作の検知性能を維持しつつ、シンクから跳ね返った水や粒状の水の乱れを、さらに確実に検知され難いようにすることができる。

具体的には、本発明は、止水中の検知範囲のうち、使用者側とは反対側に偏った領域を吐水口から吐水される洗浄水が通過するように構成することができる。この構成により、洗浄水が、止水中の検知範囲のうち、使用者側とは反対側に偏った領域を通過するので、吐水中に、使用者側よりも使用者側と反対側において、電波を大きく減衰させることができる。

また、本発明において好ましくは、指向性決定手段は、止水中において、電波放射口から放射される電波を吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向に沿うように指向させ、かつ、検知範囲が吐水方向に沿って延びる細長い形状となるように構成されている。

デザイン自由度確保のために電波センサを基端部側に配置して、単に、連通管を通して電波放射口から電波を放射させた場合には、電波放射口から放射される電波は無指向なものとなり、検知範囲が球状に広がってしまう。このように電波が球状に無指向に分散すると、無用に検知範囲が広くなるだけでなく、必要な検知範囲の電波強度が小さくなり、誤判断に基づく無用な吐止水が行われる。更に、水栓では致命的とも言える水汲み動作や歯磨き動作に対して不便を与えてしまうという水栓特有の新たな課題を招く。

この点をもう少し詳しく説明する。このような無指向な球状の検知範囲が設定されると、吐水口付近に手を接近させた場合には、手の動きを問題なく検知することができる。しかしながら、水栓という商品では手洗い以外の目的にも問題なく使える必要がある。特に水汲みや歯磨き等の作業において、電波を透過し易い樹脂製の歯ブラシやコップを近づけた場合に、電波強度が小さいと、電波センサが歯ブラシやコップを検知し難くなり、吐水不良や吐水遅れによる使い勝手の悪さが生じる。このように自動水栓装置に電波センサを用いると、水栓特有の課題が新たに生じる。

この問題を解決するため、樹脂製の歯ブラシやコップを検知できる程度まで電波強度を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、球状の検知範囲が更に必要以上に広がり、水栓周囲で行う様々な動作により不必要な誤検知が発生するという更なる問題を生じてしまう。

このため、本発明では、樹脂製の歯ブラシやコップを検知でき、且つ、不必要な誤検知を防止するため、連通管の先端部に設けた指向性決定手段により、止水中において、電波放射口から放射された電波を洗浄水の吐水方向に沿うように指向させ、かつ、電波センサの検知範囲が吐水方向に沿って延びる細長い形状となるように調整している。すなわち、本発明では、吐水口からの距離が同じであっても、洗浄水の吐水方向の電波強度が最も大きくなるように構成されており、これにより上記の水栓特有の課題を全て解決している。
詳しくは、通常、手を洗う洗浄ポイントは、吐水口から吐水方向に延びる延長線上にあるので、本発明により、吐水口からの距離が同じ位置の内、洗浄ポイントの電波強度を最も大きくするように検知範囲を設定している。これにより、手洗い動作に対する吐止水の応答性を高め、かつ誤判断を確実に防止することができる。

そして、更に本発明では、上述のように指向性決定手段により検知範囲を調整することによって、吐水方向で、かつ吐水口近傍の電波強度を最も大きくすることができる。これにより、本発明では、殆ど電波を反射しない電波透過性の樹脂製の歯ブラシやコップが吐水口付近に差し入れられた場合であっても、極端に高められた電波強度により、電波透過性の部材の進入を確実に判断することが可能となるので、必要以上に電波強度を高めて誤検知となる範囲を拡大してしまうという問題を解決できる。

また、本発明では、指向性決定手段によって、検知範囲が球状ではなく、吐水方向に沿って延びる細長い形状となるが、検知範囲は光電センサよりも空間的に広がるので、如何なる方向から吐水口に向けて手が挿入されても手の動きを検知することができ、素早く吐水を開始することが可能となる。
また、本発明では、検知範囲が吐水方向に沿って細長く延びているため、手洗いが完了して手を吐水口付近から引き抜いたときに、検知範囲から素早く手が出て行くことになるので速やかに止水することができる。さらに、本発明では、検知範囲を吐水方向に沿って細長く延びるように設定したことにより、手洗い後の水切り動作等が吐水口及び吐水方向から離れた場所で行われることから、手洗い後の水切り動作等に基づく誤検出も確実に防止することができる。

このように、本発明では、指向性決定手段を設けるという簡易な構成で、吐水口付近での吐水すべきではない動作（人間の移動動作や水切り動作）と、吐水すべき動作（手洗い動作、水汲みや歯ブラシの洗い動作等）とを、電波センサによって区別して検出することが可能であり、水栓で最も大切なデザイン自由度を確保した上で、誤判断に基づく誤吐水や誤止水を防止し、更に吐水及び止水のタイミングの応答性を向上することができる。

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、デザイン自由度を確保でき、吐水及び止水タイミング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。 本発明の実施形態における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。 本発明の改変例における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。 本発明の改変例における自動水栓装置の検知範囲の説明図である。

次に、図１乃至図１１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Ｃ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。

単なる管体から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による誤った吐水をさせないように、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、電波の回り込みを抑制できる程度に連通管１０の肉厚が厚ければ、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２０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、放射方向Ｂ１に直交する検知範囲ａ１の断面は、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近傍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存在す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される場合には、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（図９（Ａ）参照）。

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（検知範囲）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の流れよりも上側又は使用者側Ｃ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、検知範囲ａ１に対して位置が異なっており、検知範囲ａ２の少なくとも一部が検知範囲ａ１に対して空間的にずれている。

すなわち、本実施形態では、電波と洗浄水との干渉によって電波が減衰及び反射する性質を利用して、吐水中の検知範囲ａ２を止水中の検知範囲ａ１に対して、大きさ，向き，形状等が異なるように設定している。これにより、本実施形態では、止水及び吐水の状況に応じて（洗浄水の吐出の有無によって）、適切な検知範囲が自動的に設定されるように構成されている。

本実施形態では、図１０（Ａ）に示すように、吐水中において、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に相対的に偏って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（すなわち、吐水口２６から水栓本体１Ａの基端部へ向かう方向）に偏って位置するので（図２，図４参照）、洗浄水Ｗは検知範囲ａ１のうち水栓本体１Ａの基端部側へ偏った領域を通過する。よって、吐水中、電波放射口２７から放射される電波ビームは、洗浄水Ｗによって使用者側Ｃへ向けて反射され、使用者側Ｃの放射方向Ｂ２に向き又は角度が変えられた検知範囲ａ２が形成される。

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又は使用者側Ｃ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が設定されることにより、検知範囲が全体的にシンク２から遠ざかり、使用者により近い空間が検知範囲に含まれるようになり、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、本実施形態では、上述のように洗浄水Ｗは検知範囲ａ１のうち水栓本体１Ａ側に偏った領域を通過する。よって、吐水中、検知範囲ａ１のうち、使用者側Ｃの上側領域よりも水栓本体１Ａ側に偏った下側領域で、洗浄水Ｗにより電波を大きな割合で減衰させることができる。このように、本実施形態の指向性調整手段（二重管構造）は、検知範囲の上下方向における検知範囲の減衰比率を調整する上下方向の減衰比率調整手段として機能する。

また、図４に示すように、電波放射口２７は、吐水口２６の側方又は水平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。このように、本実施形態の指向性調整手段（二重管構造）は、検知範囲の水平方向形状の調整手段として機能する。一方、洗浄水Ｗにより少なくとも電波の一部が減衰されるので、全体として検知範囲は小さくなる。例えば、電波ビームの放射パターンは、厚さ方向（放射方向及び水平横方向と直交する方向）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ａ２の断面図である。

図１１（Ａ）は、吐水方向Ａに対して垂直な方向における止水中の検知範囲ａ１の断面を示しており、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）と同じ位置での吐水中の検知範囲ａ２の断面を示している。止水中は、電波放射口２７を吐水方向Ａから見たとき、検知範囲ａ１の断面は、電波放射口２７の中心からの半径が長さＲ１の円形であり、水平横方向の幅Ｗ１を有している。

一方、吐水中は、電波放射口２７から放射された電波は、図１１（Ｂ）において矢印で模式的に示されているように、洗浄水Ｗによって反射する。これにより、検知範囲ａ２は、その断面が楕円形状に変形し、電波放射口２７の中心から使用者側Ｃの境界までの距離が長さＲ２であり、水平横方向に幅Ｗ２を有する。好ましくは、Ｒ２＞Ｒ１，Ｗ２＞Ｗ１である。なお、検知範囲ａ２は、洗浄水Ｗに対して主たる部分は使用者側Ｃに位置し、使用者側Ｃとは反対の方向にはほとんど存在しない。

本実施形態では、上述の二重管構造において、電波放射口２７内で吐水口２６が、連通管１０の内面に当接又は近接するように、使用者側Ｃに対して反対側にずれて配置されている。このため、電波放射口２７から放射された電波が、洗浄水Ｗの使用者側Ｃの側面部分へ向けて放射されることによって干渉が生じ、これに加えて、電波が洗浄水Ｗの水平横方向の側面部分へ向けて放射されることによっても干渉が生じる。したがって、本実施形態では、検知範囲ａ２は、使用者側Ｃに向けて反射される電波によって使用者側Ｃへ広がると共に、水平横方向へ反射される電波によって水平横方向へも広がる。本実施形態では、検知範囲ａ２が、検知範囲ａ１よりも広い使用者側Ｃの検知領域を有するように、電波が使用者側Ｃに向けて反射されるので、止水中よりも吐水中の方が使用者側Ｃの空間でより検知し易くなる。このように、本実施形態の指向性調整手段（二重管構造）は、検知範囲の水平方向形状の調整手段として機能することに加えて、検知範囲を使用者側Ｃへ広げる反射指向性調整手段としても機能する。

なお、本実施形態では、電波放射口２７内において、吐水口２６の使用者側Ｃの空間の方が、水平横方向の空間よりも広いので、吐水口２６の水平横方向から放射された電波よりも、吐水口２６の使用者側Ｃから放射された電波の方が、より多くの量が洗浄水Ｗによって反射される。

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、上方又は使用者側Ｃ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（水平）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。すなわち、本実施形態の指向性調整手段は、減衰の程度を適宜に設定することによって（例えば、吐水口２６と電波放射口２７の大きさの比率の設定等）、検知範囲の吐水方向の長さを短くするための吐水方向減衰量調整手段として機能する。

また、本実施形態では、図１０（Ａ）に示すように、吐水中、洗浄水Ｗが電波放射領域、すなわち止水中の検知範囲ａ１を通過するように構成されている。この構成により、止水中の検知範囲ａ１に対して吐水中の検知範囲ａ２を、吐水方向Ａと直交する方向よりも吐水方向Ａにおいて大きな割合で小さくすることができる。すなわち、本実施形態では、吐水方向Ａに直交する方向よりも吐水方向Ａにおいて、検知範囲ａ２を縮小し易くすることができる。すなわち、本実施形態の指向性調整手段は、吐水方向とこの方向に直交する径方向における検知範囲の減衰比率を調整する吐水方向及び径方向の減衰比率調整手段として機能する。

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により、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、跳ね返りの洗浄水を人の手の動きであると誤検知するおそれがある。

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下方又は水栓本体１Ａの基端部側で減衰し、かつ、上方又は使用者側Ｃ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。

ここで、図１２に基づいて他の実施形態を説明する。この実施形態では、洗浄水Ｗによる電波の減衰作用が顕著に現われる。この実施形態では、水管２０が連通管１０の中央を通過し、電波放射口２７の中央に吐水口２６が配置されている（図１２（Ｂ）参照）。水管２０の位置が電波放射口２７の中央にずれても止水中の検知範囲にはほとんど影響がない。このため、図１２（Ａ）に示された止水中の検知範囲は、図９の検知範囲ａ１とほぼ同一である。

一方、図１２（Ｃ）は、吐水中の検知範囲ａ３を示している。水管２０が電波放射口２７の中央に位置しているので、洗浄水Ｗは検知範囲ａ１の中心軸上を通過し、電波放射口２７から放射された電波は、洗浄水Ｗの周方向においてほぼ均等に洗浄水Ｗと干渉する。このため、検知範囲ａ３の放射方向Ｂ３は、吐水方向Ａから変位することなく、吐水方向Ａとほぼ同一になる。吐水中には、電波放射口２７から放射された電波の伝播経路中を洗浄水Ｗが通過するので、この通過により電波は減衰する。また、電波放射口２７から放射された電波が洗浄水Ｗ内に進入すると、この進入により電波は減衰する。このように、図１２の実施形態では、洗浄水Ｗと電波との干渉によって電波を減衰させることにより、吐水方向Ａ（放射方向Ｂ３）に沿った検知範囲ａ３の長さが短くなり、止水中の検知範囲ａ１に対して検知可能距離が短くなる。
なお、図１２における洗浄水による電波の減衰効果は、図１の実施形態にも当てはまることは明らかである。

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。

また、上記実施形態では、吐水口２６が断面円形であったが、これに限らず、図１３に示すように、吐水口の断面を縦長な形状にしてもよい。図１３は、吐水方向に対して垂直な方向における止水中の検知範囲の断面を示している。
図１３の例では、図１１と異なり、吐水口２６ａの断面形状が楕円である。この楕円形状は、長軸方向に長さｒ１、短軸方向に長さｒ２（ｒ１＞ｒ２）を有する。そして、楕円形状の長軸方向は、水栓本体１Ａの基端部から使用者へ向かう方向に沿って配置されている。さらに、図１１と同様に、吐水口２６ａは、その外側面のうち、水栓本体１Ａの基端部側の側面が、電波放射口２７又は連通管１０の内面に当接又は近接して配置されている。

吐水口２６ａが楕円形状であっても止水中の検知範囲にはほとんど影響がない。このため、図１３（Ａ）に示された止水中の検知範囲は、図１１の検知範囲ａ１とほぼ同一である。
一方、図１３（Ｂ）は、吐水中の検知範囲ａ４の断面を示している。吐水中は、電波放射口２７から放射された電波は、図１３（Ｂ）において矢印で模式的に示されているように、洗浄水Ｗによって反射する。これにより、図１３の例では、検知範囲ａ４は、その断面が楕円形状に変形し、電波放射口２７の中心から使用者側Ｃの境界までの距離が長さＲ４であり、水平横方向に幅Ｗ４を有する。好ましくは、Ｒ４＞Ｒ１，Ｗ４＞Ｗ１である。

このとき、長軸方向の長さｒ１の方が、短軸方向の長さｒ２よりも長いので、吐水口２６ａから吐水される洗浄水Ｗの側面のうち、使用者側Ｃの側面部分よりも使用者側Ｃに対して直交する水平横方向の側面部分の方が、電波放射口２７から放射される電波をより多く反射する。したがって、水平横方向に反射される電波の方が、使用者側Ｃへ反射される電波よりも多くなる。これにより、図１３の例では、図１１と比べて、長さＲ４が長さＲ２よりも短く（Ｒ４＜Ｒ２）、幅Ｗ４が幅Ｗ２よりも大きい（Ｗ４＞Ｗ２）。このように、図１３の例では、吐水口の断面形状を変更することにより、吐水口２６ａと電波放射口２７によって、検知範囲の水平横方向及び厚さ方向（放射方向及び水平横方向と直交する方向）の長さの相対比を変更し、吐水中の検知範囲の偏平度合いを調整することができる。また、吐水口２６ａの長さｒ１，ｒ２を独立的に変更することにより、検知範囲の水平横方向及び厚さ方向の絶対長さをそれぞれ調整することもできる。このように、本実施形態の指向性調整手段（二重管構造）は、検知範囲の水平方向形状及び厚さ方向形状の調整手段として機能する。

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 (14)

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、を備えた自動水栓装置において、
   前記水栓本体の前記基端部側に設けられ、送信した電波の反射波を受信することにより、使用者の動作状態を検知するための検出信号を出力する電波センサと、
   前記連通管内と前記水管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と、
   前記電波通過用空間を通過してきた電波を外部に放射するために前記吐水口部に形成された電波放射口と、
   前記電波放射口から放射される電波の指向性を決定するための指向性決定手段と、
   前記電波センサの前記検出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であって、所定値以上の信号値を有する前記検出信号に基づいて前記電波センサの検知範囲を決定する前記制御手段と、
   を備え、
   前記指向性決定手段は、前記吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向に沿って前記電波放射口から電波を放射させると共に、前記電波放射口から放射された電波の少なくとも一部が前記吐水口から吐水された洗浄水の使用者側の側面と干渉するように電波を放射させるものであって、
   前記指向性決定手段は、前記吐水口から吐水される洗浄水によって前記電波放射口から放射される電波の少なくとも一部を反射させることによって、止水中の前記検知範囲に対して吐水中の前記検知範囲の少なくとも一部が使用者側にずれるように、前記電波放射口から放射される電波を前記吐水口から吐水される洗浄水に干渉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. 前記指向性決定手段は、止水中の前記検知範囲に対して吐水中の前記検知範囲を水平方向に広げるように、前記電波放射口から放射される電波を前記吐水口から吐水される洗浄水に干渉させて反射させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。
3. 前記吐水口から吐水される洗浄水の側面のうち使用者側へ向く方向に対して直交する横方向側面部分に向けて、前記電波放射口から電波が放射されるように構成されている請求項２に記載の自動水栓装置。
4. 前記指向性決定手段は、止水中の前記検知範囲に対して吐水中の前記検知範囲を水平横方向に長く、且つ、水平横方向及び電波の放射方向に直交する厚さ方向に小さい偏平形状にするように、前記電波放射口から放射される電波を前記吐水口から吐水される洗浄水に干渉させて反射させ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。
5. 前記吐水口から吐水される洗浄水の側面のうち使用者側の側面部分よりも使用者側へ向く方向に対して直交する横方向側面部分の方が、前記電波放射口から放射される電波をより多く反射するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の自動水栓装置。
6. 前記電波放射口は、前記吐水口に対して使用者側に位置するように配置されており、
   前記指向性決定手段は、止水中よりも吐水中の方が使用者により近い空間を検知範囲に含むように、前記電波放射口から放射される電波を前記吐水口から吐水される洗浄水に干渉させて反射させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。
7. 止水中の前記検知範囲のうち、使用者側とは反対側に偏った領域を前記吐水口から吐水される洗浄水が通過するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の自動水栓装置。
8. 前記指向性決定手段は、前記吐水口から吐水される洗浄水によって前記電波放射口から放射される電波の少なくとも一部を減衰させることによって、止水中よりも吐水中の前記検知範囲の方を小さくするように、前記電波放射口から放射される電波を前記吐水口から吐水される洗浄水に干渉させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。
9. 前記指向性決定手段は、止水中よりも吐水中の前記検知範囲の方が吐水方向において短くなるように、前記電波放射口から放射される電波を前記吐水口から吐水される洗浄水に干渉させて減衰させるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の自動水栓装置。
10. 前記指向性決定手段は、吐水中の前記検知範囲が止水中の前記検知範囲に対して、吐水方向と直交する方向よりも吐水方向において大きな割合で小さくするように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の自動水栓装置。
11. 止水中の前記検知範囲中を前記吐水口から吐水される洗浄水が通過するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の自動水栓装置。
12. 前記指向性決定手段は、前記電波放射口から放射される電波が、吐水中に、吐水方向と直交する方向において使用者側よりも使用者側と反対側の方が大きく減衰されるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の自動水栓装置。
13. 止水中の前記検知範囲のうち、使用者側とは反対側に偏った領域を前記吐水口から吐水される洗浄水が通過するように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の自動水栓装置。
14. 前記指向性決定手段は、止水中において、前記電波放射口から放射される電波を前記吐水口から吐水される洗浄水の吐水方向に沿うように指向させ、かつ、前記検知範囲が前記吐水方向に沿って延びる細長い形状となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動水栓装置。

Images