以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態につき説明する。図2には本実施形態の水栓装置1が設けられた流し台2が示されている。なお、以下では水栓装置1を流し台2に設置した状態における方向を基準にして説明し、流し台2から見て利用者が立つ側を前方として説明する。
流し台2の上部には、流し台2の上方に開口するシンク20が設けられている。シンク20の底部上面は略水平である。水栓装置1は流し台2の上方よりシンク20に水を吐出する。この水はシンク20の底部によって受けられる。すなわち、シンク20の底部は水栓装置1から下方に吐出された水を受ける水受部となる。利用者はシンク20に吐出された水を利用してシンク20内で食器や調理器具、食材等の被洗浄物を洗浄することができる。
水栓装置1が備える吐水系統は、図4に示されるように、シンク20に水を吐出する吐水部3、吐水部3に水を供給する水供給路4、及び水供給路4に設けられた弁5を有している。また、水栓装置1は、センサー60〜62、制御部7、及び報知部を備えている。
水栓装置1の本体を構成する吐水部3は、図2に示されるようにシンク20後方の流し台2の上面部に設けられている。吐水部3は、流し台2の上面から立ち上がる縦長のベース30と、ベース30の上端面から突出したスパウト31を有している。なお、図示例の吐水部3は流し台2の上面に設けられているが、例えばシンク20の上端部より後方に突出したフランジ部上等、その他の箇所に設けられてもよい。
スパウト31は側面視逆U字状に湾曲した管状に形成されており、吐水部3の突出基部を構成するベース30から立ち上げられた後、前側において下方に折り返されている。スパウト31の先端部はベース30の前側で且つシンク20の上方に位置している。スパウト31の先端部には、下方に向かって開口する吐水口310が設けられている。
図4に示される水供給路4は流し台2の内部に設けられている。図示は省略するが、水供給路4の上流側には給水源を構成する水道管及び給湯器が接続されている。吐水部3の内部には吐水口310に水を供給する吐水路33(図1参照)が形成されている。水供給路4の下流端は吐水路33の上流端に接続されている。前記水道管の水と前記給湯器で生成された湯は混合され、この混合水は水供給路4から吐水路33を介して吐水口310に供給される。この水は吐水口310から下方のシンク20に向かって吐出される。
弁5は電磁弁である。弁5を開閉することで、水供給路4に供給された水を吐水口310に供給するか否かを切り替えられるようになっている。すなわち、弁5は吐水口310からの吐水の有無を切り替える吐水切替手段を構成している。
水栓装置1は、センサー60〜62を用いて、常時又は間欠的に吐水口310の下側に離れた検知エリア63(図2参照)に手や皿等の物体が存在するか否かを検知する。検知エリア63は吐水口310の下方で且つベース30の前方に位置しており、吐水口310から吐出された水が通過する位置に存在している。検知エリア63は吐水口310とシンク20の底部の間における上部に位置し、吐水口310から下側に離れ且つシンク20の底部から上方に離れた位置にある。
検知エリア63に物体が存在する場合には、自動で吐水状態とされ、検知エリア63に物体が存在しない場合には自動で吐水停止状態とされる。すなわち、本実施形態の自動水栓では、吐水口310から下側に離れた検知エリア63に物体が存在する場合にのみ吐水が行われる。なお、前記物体には、人体の一部の他、食器や調理器具、食材等も含まれる。
図3に示されるようにセンサー60〜62は吐水部3に設けられている。図2には各センサー60〜62の投光領域や受光領域が二点鎖線で示されている。これらセンサー60〜62により、吐水口310の下側の検知エリア63に物体が存在するか否かを非接触で検知する物体検知手段が構成されている。以下、センサー60〜62を特に区別する場合には、センサー60を第一センサー60、センサー61を第二センサー61、センサー62を第三センサー62と記載する。
第一センサー60は、三角測距方式で対象物までの距離を測定する測距センサーであって、詳しくは測距反射型光電センサー(距離設定型光電センサー)である。第一センサー60は、第一投光部600(図3参照)と第一受光部601(図5(a)参照)を有している。第一投光部600及び第一受光部601はベース30に設けられている。
第一投光部600は、照射光として赤外線を照射する投光素子で構成されている。なお、この投光素子は赤外線を照射するものに限られず、例えば可視光を照射するものであってもよい。第一投光部600はその光照射方向が前斜め下方に向けられている。第一投光部600から照射された光は、検知エリア63を通過してシンク20の底部の上面に到るようになっている。
第一受光部601は、位置検出素子(例えばPSD(Position Sensiteive Detector)で構成されており、検知エリア63やシンク20の底部上面から来た光を受けるように設定されている。第一投光部600から照射された光は、検知エリア63に存在する物体やシンク20の底部等の対象物で反射した後、第一受光部601に到達するようになっている。
第一センサー60によって物体の有無が検知される検知領域は、第一投光部600の投光領域と第一受光部601の受光領域の重複部分となる。以下、この検知領域を第一検知領域602と記載する。第一検知領域602はその一部が物体検知手段の検知エリア63と重複している。
図5(a)に二点鎖線で示されるように、第一検知領域602に物体が存在する場合、第一投光部600から照射された光は、物体で反射した後に矢印a1で示されるように第一受光部601に到達する。この時、第一受光部601には第一投光部600側の位置に光スポットが形成される。他方、検知エリア63に物体が存在しない場合、第一投光部600から照射された光は、シンク20の底部の上面で反射した後に矢印a2で示されるように第一受光部601に到る。この時、第一受光部601には第一投光部600から離れた位置に光スポットが形成される。すなわち、第一受光部601に形成される光スポットの位置は、第一投光部600から対象物までの距離に応じて変化する。従って、第一センサー60が第一受光部601に形成された光スポットの位置を検出することで、第一検知領域602に存在する対象物までの距離を判定することができる。
第二センサー61は透過型の光電センサーであって、限定反射型光電センサーで構成されている。限定反射型光電センサーは、強い受光出力を得るために投受光の指向角度を小さくしたものである。また、限定反射型光電センサーは、投光軸と受光軸が比較的大きな角度で交差し、この交差する領域が限定されたものである。
第二センサー61は、図3に示されるように、第二投光部610及び第二受光部611を有している。第二投光部610はセンサー設置部32に設けられている。センサー設置部32はスパウト31の先部に設けられており、吐水口310の近傍に位置している。センサー設置部32は、逆U字状のスパウト31の下方に折り返した前部から後方に向かって突出している。第二投光部610は、照射光としての赤外線を下方に向けて照射する投光素子で構成されている。なお、この投光素子は赤外線を照射するものに限られず、例えば可視光を照射するものであってもよい。第二投光部610から照射された光は、検知エリア63を通過してシンク20の底部上面に到るように設定されている。
第二受光部611は受光素子で構成されている。第二受光部611は吐水部3のベース30に設けられている。第二受光部611は、第二投光部610よりも後側に位置している。第二受光部611の受光方向は、シンク20の底部のある前斜め下方に向けられている。第二投光部610から照射された光は、検知エリア63を通過してシンク20の底部の上面で反射した後、第二受光部611に到るようになっている。
第二投光部610の投光軸と第二受光部611の受光軸は、概ねシンク20の底部の上面で交差するように設定されている。すなわち、第二センサー61の投光領域と受光領域の交差する領域は、第二投光部610から見て検知エリア63よりも遠方となるシンク20底部の上面付近に限定されている。
第二センサー61によって物体の有無が検知される検知領域は、前記のように第二投光部610から照射されてシンク20の底部上面で反射した後、第二受光部611に至る光が通過する領域となる。以下、この検知領域を第二検知領域612と記載する。
第二検知領域612(詳しくは第二投光部610の投光領域)は、その一部が検知エリア63と重複している。また、第二検知領域612(詳しくは第二投光部610の投光領域)は、その一部が第一検知領域602と重複している。
図5(b)に二点鎖線で示されるように、第二検知領域612に物体が存在する場合、第二投光部610から照射された光は物体によって遮られ、シンク20の底部の上面に到達しない。このため、第二受光部611には第二投光部610の照射光が到達しない。他方、第二検知領域612に物体が存在しない場合、第二投光部610の照射光は、検知エリア63を通過してシンク20の底部に至り、シンク20の底部において矢印a3に示す方向に反射して第二受光部611に到る。このため、第二受光部611の受光量の変化を検出することにより、第二検知領域612における物体の有無を判定できるようになっている。
第三センサー62は反射型の光電センサーであり、詳しくは第二センサー61と同様、限定反射型光電センサーである。第三センサー62は、図3に示される第三投光部620と第三受光部621を有している。第三投光部620はセンサー設置部32に設けられており、第二投光部610の後方に位置している。
第三投光部620は、照射光である赤外線を前斜め下方に向けて照射する投光素子で構成されている。なお、この投光素子は赤外線を照射するものに限られず、例えば可視光を照射するものであってもよい。第三投光部620の照射光は、検知エリア63を通過し、シンク20の底部上面において、第二投光部610の照射光が照射される領域の前側に当該領域と一部重複して照射するように設定されている。
第三受光部621は第三投光部620の照射光を受ける受光素子で構成されている。第三受光部621は吐水部3のベース30に設けられている。第三受光部621は第三投光部620よりも後側に位置している。第三受光部621の受光方向は検知エリア63のある前斜め下方に設定されている。つまり、第三投光部620の投光方向は下側であるのに対して、第三受光部621の受光方向は前側であり、異なっている。
第三投光部620の投光軸と第三受光部621の受光軸は、検知エリア63で交差するように設定されており、第三センサー62の投光領域と受光領域が交差する領域は概ね検知エリア63に限定されている。第三センサー62は、吐水口310の下側に存在する物体を反射物体として第三投光部620から照射された照射光が第三受光部621側に反射するように設定されている。
第三センサー62によって物体の有無が検知される検知領域は、第三投光部620の投光領域と第三受光部621の受光領域とが重なる部分である。以下、この検知領域を第三検知領域622と記載する。
第三検知領域622は吐水口310から下側に離れている。第三検知領域622はその一部が第一検知領域602及び第二検知領域612と重複し、検知エリア63を含んでいる。第三検知領域622の上方、下方、前方、後方、左方、及び右方は非検知領域となっている。具体的に第三検知領域622は、上下方向における吐水口310からの距離が100mm〜150mmの範囲に設定されており、また、その左右幅及び前後幅は50mmに設定されている。
図5(c)に二点鎖線で示されるように、第三検知領域622に物体が存在する場合、第三投光部620から照射された光は、矢印a4に示されるように物体で反射する。このため、第三受光部621には当該照射光が到達し易くなる。一方、第三検知領域622に物体が存在しない場合、第三投光部620から照射した照射光は、第三検知領域622を通過してシンク20の底部に至る。このため、第三受光部621には第三投光部620から照射した照射光が到り難くなる。すなわち、第三センサー62は第三受光部621の受光量の変化を検出することで、第三検知領域622における物体の有無を区別できるようになっている。
制御部7は、常時または間欠的に、第一投光部600からシンク20の底部に向けて光を照射し、同時に第一受光部601の出力から得た測定結果を監視する。また、制御部7は、第一投光部600からの光照射と同時に又は極短時間ずらして、第二投光部610からシンク20の底部に向けて光を照射し、同時に第二受光部611の受光の出力を監視する。また、制御部7は、第二投光部610からの光照射と同時に又は極短時間ずらして、第三投光部620から検知エリア63に向けて光を照射し、同時に第三受光部621の受光の出力を監視する。そして、制御部7は、センサー60〜62の検知出力に基づき、検知エリア63における物体の有無を判定する。すなわち、この判定は、第一センサー60により測定した対象物までの距離、第二受光部611での受光量、及び第三受光部621の受光量に基づいて行われる。
表1に制御部7による検知エリア63における物体の有無の判定基準を示す。
表1における「有」は、センサー60〜62がその検知領域602、612、622に物体が有る場合の検知出力を示したときの状態を表している。また、表1における「無」は、センサー60〜62がその検知領域602、612、622に物体が無い場合の検知出力値を示したときの状態を表している。
すなわち、制御部7は、第一センサー60で測定した対象物までの距離が所定距離以下になり、且つ、第二受光部611の検知電圧が予め設定された所定値以下になった場合に、検知エリア63に物体が有ると判定する。また、制御部7は、第三受光部621の検知電圧が予め設定された閾値(後述する第一閾値)以上となる値になった場合に、検知エリア63に物体が有ると判定する。また、制御部7は、前記二例以外の場合は、検知エリア63に物体が無いと判定する。本実施形態では前記閾値が250mVに設定されている(図7参照)。
ここで、測距反射型光電センサーである第一センサー60は、受光量の変化に応じて物体の有無を検出する第二センサー61や第三センサー62と比較して、反射率の低い物体の有無を検出するのに適している。ところが、第一センサー60は検知感度が高いため、第一検知領域602に湯気等が存在する場合、第一投光部600から照射した光は前記湯気等で反射して第一受光部601に至り、第一センサー60で測定した対象物までの距離が所定距離以下になる可能性がある。しかし、この場合、第二受光部611の出力は前記所定値を超え、また、第三受光部621の出力は前記閾値未満の値となる。従って、制御部7は検知エリア63に物体が無いと判定する。
第三センサー62の受光領域は、第二センサー61の受光領域よりも広く設定されており、第三センサー62は第二センサー61と比較して反射率の低い物体に対する検知感度が低い。このため、検知エリア63に反射率の低い物体が存在する場合、第三受光部621の出力が前記閾値未満の値となる可能性がある。しかし、この場合、第一投光部600から照射された光は検知エリア63に存在する物体で反射して第一受光部601に到り、第一センサー60で測定した対象物までの距離が所定距離以下になる。また、第二投光部610から照射された光は検知エリア63に存在する物体に遮られ、第二受光部611の出力は前記所定値以下になる。従って、制御部7は検知エリア63に物体が有ると判定する。
第一センサー60の受光領域及び第二センサー61の受光領域は、第三センサー62の受光領域よりも狭い。このため、吐水口310の下側に小さい物体やこれを持つ手が存在しても、第一投光部600から照射された光が物体に当たらず、第一センサー60で測定した対象物までの距離が所定距離を上回る可能性がある。また、この場合、第二投光部610から照射された光が物体に当らず、第二受光部611の出力が前記所定値を上回る値となる可能性もある。しかし、この場合、第三センサー62の受光領域は広いため、第三投光部620から照射された光は検知エリア63に存在する物体に反射し、第三受光部621の出力が前記閾値以上の値になる。従って、制御部7は検知エリア63に物体が有ると判定する。
シンク20の底部上に鍋等の載置物が置かれた場合、第二投光部610から照射された光が載置物に遮られ、検知エリア63に物体が存在しないにもかかわらず、第二受光部611の出力が前記所定値以下になる可能性がある。しかし、この場合、第三投光部620から照射された光は検知エリア63を通過して第三受光部621の出力が前記閾値未満の値となる。従って、制御部7は検知エリア63に物体が無いと判定する。
制御部7は、前記の検知エリア63における物体の有無の判定結果に基づいて、吐水部3の吐水の有無を切り替える。この切り替えは図3に示される弁5の開閉を切り替えることで行われる。すなわち、制御部7は、検知エリア63に物体が有ると判定した場合、弁5を開いて吐水口310からシンク20に水を吐出する。これにより、吐水口310から吐出された水を吐水口310の下方に差し入れた手や皿等の物体に当てて洗うことができる。また、制御部7は、検知エリア63に物体が無いと判定した場合、弁5を閉じて吐水口310からの吐水を停止する。
また、水栓装置1は、センサー60〜62の検知結果に基づいて検知エリア63に物体が存在していないことを検知しているとき(吐水が行われないとき)において、物体が第三検知領域622に近い位置に配置されたときに報知を行うための報知部を備えている。本実施形態では、報知部として図4に示される発音部8を備えている。発音部8は例えばスピーカーで構成され、スパウト31又はベース30に設けられる。なお、発音部8は水栓装置1の利用者に対して報知可能な位置であれば、吐水部3以外の箇所に設けられてもよい。
物体が第三検知領域622に近い位置に配置されたことは、第三センサー62を用いて判定される。制御部7は前述したように検知エリア63における物体の存在・不存在を検知する際、第三センサー62の第三投光部620を図6に示されるように一定の光量でパルス発光させる。この際、第三受光部621は第三投光部620より発光されたパルスを受ける。このときの第三受光部621における受光量は、第三投光部620の投光領域や投光領域付近に存在する物体の位置によって変化する。このため、第三受光部621の検知電圧も変化する。ここで、図6に示されるP1〜P4は、図1に示されるP1〜P4の夫々に物体が配置されたときの第三受光部621の検知電圧を示している。
具体的には、第三受光部621の受光量は、第三投光部620の投光領域やその付近に存在する物体が第三検知領域622の中心部から離れる程小さくなる。このため、第三受光部621の出力である検知電圧は、図7に示されるように物体が第三検知領域622から離れる程小さくなる。従って、第三受光部621の検知電圧から、物体の第三検知領域622の中心部までの距離や、物体の第三検知領域622までの距離、吐水口310から物体までの距離を判定することができる。なお、図7に示されるグラフにおけるP1〜P4は、図1に示されるP1〜P4の夫々に物体が配置されたときのデータをプロットしたものである。
制御部7は、前記の検知エリア63における物体の存在・不存在の検知、及び第三センサー62の出力となる第三受光部621の検知電圧に基づいて、発音部8を制御する。発音部8を制御するにあたって、水栓装置は、第三受光部621の検知電圧の判定基準となる第二閾値及び第三閾値を有している。以下、前記閾値を、第二閾値や第三閾値と区別するため、第一閾値と記載する。
第二閾値及び第三閾値は、第三検知領域622における物体の存在・不存在を判別するための前記閾値とは別に予め設定されたものである。第二閾値は第一閾値よりも低い値に設定されており、第三閾値は第二閾値よりも低い値に設置されている。
制御部7は、センサー60〜62の検知結果に基づいて検知エリア63に物体が存在していることを検知しているときには、発音部8による報知を行わない。また、センサー60〜62の検知結果に基づいて検知エリア63に物体が存在していないことを検知しているときにおいて、第三受光部621で検知した電圧が第三閾値未満であるときにも、発音部8による報知を行わない。
制御部7は、センサー60〜62の検知結果に基づいて検知エリア63に物体が存在していないことを検知しているときにおいて、第三受光部621で検知した電圧が第三閾値以上で第二閾値未満であるときに第一の報知を行う。この第一の報知は発音部8によって所定時間経過毎に音を発することで行われる。これにより、物体が例えば図1のP1やP4に示される位置に配置されたときには第一の報知が行われ、利用者は物体が第三検知領域622にある程度近づいた位置にあることを認識できる。
また、制御部7はセンサー60〜62の検知結果に基づいて検知エリア63に物体が存在していないことを検知しているときにおいて、第三受光部621で検知した電圧が第二閾値以上で且つ第一閾値未満であるときに第一の報知とは異なる第二の報知を行う。この第二の報知は、発音部8によって前記第一の報知のときよりも短く設定された所定時間経過毎に音を発することで行われる。これにより、物体が例えば図1のP2やP3に示される位置に配置されたときには第二の報知が行われ、利用者は物体が第一の報知がなされたときよりもさらに第三検知領域622に近づいた位置にあることを認識できる。具体的には物体が図1に示されるP1〜P4に示す位置に存在するときには、夫々、図8に示されるように発音部8から音が発せられるようになっている。このように、第三検知領域622と物体との距離に応じて第一の報知の際の報知音と第二の報知の際の報知音を変化させることで、利用者に対して物体を第三検知領域622に近づけることを促すことができる。
以上説明した本実施形態の水栓装置1は、下側に向けて水を吐出する吐水口310と、吐水口310から離れ且つ限定された第三検知領域622における物体の存在・不存在を検知する第三センサー62を備えている。さらに、水栓装置1は、第三センサー62の検知出力に基づいて吐水口310からの吐水を制御する制御部7と、発音部8(報知部)とを備えている。制御部7は、第三検知領域622外であって且つ第三検知領域622と吐水口310との間の空間64に物体が存在した場合に、吐水口310からの吐水を停止し且つ第三検知領域622と物体との距離に応じて発音部8による報知状態を変化させる。これにより、利用者が、吐水口310からの吐水を行うにあたって第三検知領域622に物体を位置させるときには、発音部8による報知状態の変化から、物体が第三検知領域622に近づいていることを容易に認識することができる。このため、利用者は第三検知領域622の位置を容易に認識することができる。すなわち、第三検知領域622は吐水口310から離れた位置にあり且つ限定されているため、利用者が第三検知領域622の位置を認識し難くなる恐れがあるが、本実施形態ではこの点を改善でき、これにより水栓装置1の使い勝手を良くすることができる。
また、本実施形態では、第三検知領域622外であって且つ第三検知領域622と吐水口310との間以外の空間に物体が存在した場合にも、第三検知領域622と物体との距離に応じて発音部8による報知状態を変化させる。このため、利用者は、第三検知領域622と吐水口310との間以外の空間に物体が存在する場合にも、物体が第三検知領域622に近づいていることを容易に認識することができる。なお、前記の第三検知領域622と吐水口310との間以外の空間とは、第三検知領域622の近傍であって、第三検知領域622の下方、前方、後方、左方、及び右方に存在する空間である。
また、本実施形態の報知部は発音部8で構成されており、報知音を変化させて物体を第三検知領域622に近づけることを促すものである。このため、利用者は報知音の変化から物体が第三検知領域622に近づいていることを容易に認識することができる。
また、本実施形態では第三検知領域622における物体の存在・不存在を検知するための第三センサー62の検知出力量に基づいて、発音部8による報知状態を変化させる。このため、第三センサー62とは別のセンサーを設けることなく、第三検知領域622と物体との距離を判定し、これに基づいて報知状態を変化させることができる。
また、本実施形態の第三センサー62は限定反射型の光電センサーである。すなわち、第三センサー62は、第三検知領域622に光を照射する第三投光部620と、第三検知領域622で反射した光を受ける第三受光部621とを有して、第三投光部620の投光方向と第三受光部621の受光方向を異ならせたものである。このため、本実施形態のように第三受光部621の受光量の変化に基づいて第三検知領域622と物体との距離を判定することができる。
なお、本実施形態では、第一の報知と第二の報知による二段階の報知を行ったが、第三検知領域622と物体との距離に応じて三段階以上の報知を行っても構わない。
また、本実施形態では、第三検知領域622と物体との距離に応じて、発音部8によって発する報知音の間隔を異ならせた。しかし、報知音を変化させる態様はこれに限られるものでなく、例えば音量や音声の違い等によって報知音を変化させてもよい。また、本実施形態の報知部は発音部8であるが、音以外の手段等によって報知を行ってもよく、例えば光によって報知を行ったり、文字や図柄の表示によって報知を行ってもよい。また、音以外の手段と、音との組み合わせによって報知を行ってもよい。勿論、これらの場合も、第三検知領域622と物体との距離に応じて、報知部による報知状態を異ならせる。
また、本実施形態では、第三検知領域622における物体の存在・不存在を検知するための第三センサー62の検知出力量に基づいて、報知部による報知状態を変化させた。しかし、第三センサー62とは別のセンサーを用いて第三検知領域622と物体までの距離を検知し、この検知結果に基づいて報知部による報知状態を変化させてもよい。
また、本実施形態では、物体が第三検知領域622外にあるときに(第一検知領域602及び第二検知領域612に物体が存在するときは除く)、吐水口310からの吐水を停止し且つ発音部8による報知状態を変化させている。しかし、物体が第三検知領域622外であって且つ第三検知領域622と吐水口310との間の空間64にあるときにのみ、吐水口310からの吐水を停止し且つ第三検知領域622と物体との距離に応じて発音部8による報知状態を変化させてもよい。
また、本実施形態では、センサー60〜62に基づいて検知エリア63における物体の存在・不存在を検知した。しかし、第一センサー60や第二センサー61を設けず、第三センサー62の検知結果にのみ基づいて検知エリア63における物体の存在・不存在の検知を行ってもよい。
また、水栓装置1は流し台2に限られず洗面台等のその他の箇所に設置して利用してもよい。また、この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更してもよい。