JP7339835B2 - 給水装置 - Google Patents

Description

本発明は給水装置に関する。

歯科治療の際に使用される各種設備を備える歯科ユニットには、患者がうがい等をするときのために、コップに対して自動的に給水する装置（給水装置）が具備されている。
特許文献１、及び特許文献２には、超音波を用いて給水中の水の表面位置（水位）を把握することで、コップに適量の水がたまると自動的に給水が停止する給水装置が開示されている。

特開平６－２８５０９２号公報 特開平７－６７８９２号公報

しかしながら、給水中の水面は必ずしも平滑ではなく、波や泡の発生により、水面で反射した反射波が適切に検知器に戻ってこないことがあるため、水面を適切に検知することができないことがあった。これにより、コップに注がれる水量に過不足が生じたり、毎回水位が異なって不安定な給水になったりする虞がある。

そこで、本発明は、適切な水位まで給水を安定して行うことができる給水装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの態様は、置かれたコップに給水する給水装置であって、超音波センサ及び給水の制御手段を備え、超音波センサは超音波の発振部と、発振部から発振された超音波の反射波を検知する検知部と、を備え、制御手段は、検知部からの信号を受信し、コップの縁が通過したことを示す信号の有無によりコップの有無を判定する、給水装置である。

制御手段は、給水中において、水面の位置を示す検知部からの信号を受信することができなくなっても、コップの縁が通過したことを示す信号が検知されていない限り、所定の給水を続ける制御を行うことができる。

所定の給水は、水面の位置を示す検知部からの信号を受信することができなくなった直前までの水面の位置の変化を計算し、この傾きに基づいて規定水位となるために必要な時間又は量を算出して行うことができる。

本発明によれば、適切な水位となる給水が毎回安定して行われる。

歯科ユニット１の外観斜視図である。 給水装置１０の外観を説明する図である。 制御手段２５の構成を説明する図である。 給水制御Ｓ１０の流れを示す図である。 水位の検知について基本的な考え方を説明する図である。 区間Ｐを説明する図である。 区間Ｑを説明する図である。 区間Ｒを説明する図である。 区間Ｓを説明する図である。 区間Ｔを説明する図である。 区間Ｒにおける水位検出を説明する図である。 区間Ｒにおける水位検出の流れを説明する図である。 過程Ｓ１４における水面検知について説明する図である。 給水制御Ｓ２０の流れを示す図である。 給水制御Ｓ３０の流れを示す図である。

本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら形態に限定されるものではない。

図１は１つの形態にかかる歯科ユニット１の外観斜視図を示している。歯科ユニット１は、基台２、患者用椅子３、照明ユニット４、アシスタントユニット５、ドクターユニット６、及び、給排水ユニット７を備えている。

基台２は患者用椅子３の下方に配置されており、患者用椅子３の土台となるものである。基台２は、筐体により外郭が形成されるとともに、該筐体内側には、各種制御機器が内包されている。ここに含まれる制御機器としては、例えば、患者用椅子３の昇降、傾倒起立等をさせるための油圧回路、及び該油圧回路を制御する油圧制御手段である。従って、基台２のうち、患者用椅子３の背面側には、図１に表れるようにフットスイッチ２ａが設けられる。施術者はこのフットスイッチ２ａやドクターユニット６の操作パネルの操作スイッチを操作して油圧制御手段に対して指令を出し、油圧回路を制御して患者用椅子３の昇降、傾倒起立をさせることができる。

本形態において患者用椅子３は、着座部３ａ、背もたれ３ｂ、ヘッドレスト３ｃ、レッグレスト３ｄ、及びフットレスト３ｅを備えている。患者用椅子のこれら各部位は公知の通りであり、特に限定されることはない。

照明ユニット４は、治療を行うときに的確に患者の口腔内を照明することができるように、照明ヘッド４ａが自在継ぎ手等により自由度高く移動回動可能なアーム４ｂを介して取り付けられている。

アシスタントユニット５は、患者用椅子３の側方に配置され、主にアシスタントが使用する器具が具備された部位である。アシスタントユニット５は、ハンガー部５ａがアームに支えられてなり、ハンガー部５ａには、各種器具が懸架されている。懸架される器具は、例えばバキューム、排唾管、シリンジ等のハンドピースである。

ドクターユニット６は患者用椅子３の側方のうちアシスタントユニット５とは反対側の側方に設けられ、台６ａがアームに支えられてなる。
台６ａは、施術者が必要とするスイッチ類が備えられるとともに、ハンドピース群が懸架されている。ハンドピース群としては、例えば、エアタービン、マイクロモータ、スケーラ、シリンジ等がある。

給排水ユニット７は、患者用椅子３の側方のうちのアシスタントユニット５側と同じ側に設けられ、スピットン７ａ、及び給水装置１０を備えている。

スピットン７ａは、治療中や治療後に患者がうがいをした後の口腔内から吐き捨てた水を配する部位であり、鉢状とされている。そしてスピットン７ａに排出された唾液や水は、ウオーターユニット中の排水トラップを介して排出される。

給水装置１０は、患者がうがいに利用するコップに対して水を自動的に供給する装置である。図２に給水装置１０の外観を表す図、図３には、給水装置１０の制御手段２５を説明するための図を表した。
図２等からわかるように給水装置１０は、給水部１１、コップ受け部１５、超音波センサ２１、及び、制御手段２５を有している。

給水部１１は、コップに対して水を供給する部位であり、不図示の給水管及びその端部に設けられた給水口１２を有している。また、給水及びその停止を切り替える電磁弁１３を備えている。すなわち、給水管を流れる水が給水口１２から流出してコップに水が注がれる。そして給水及びその停止が電磁弁１３により切り替えられる。後述するように電磁弁１３の作動は制御手段２５により行われる。

コップ受け部１５は、コップが置かれ、患者が手に取るまで水が注がれた状態のコップを保持しておく部位である。コップ受け部１５は、その外郭となる本体１６及び、本体１６のうち給水口１２側に配置され、コップが置かれる部位である板状の載置板１７を備えている。
載置板１７は、図２に表れているようにコップが置かれていないときには水平に対して所定の傾斜を有するように本体１６に配置されている。載置板１７はコップが載置板１７に乗せられたときに水平になり、コップが取り除かれたときに傾斜するように付勢されている。

コップ受け部の形態はこれに限らず、コップが置かれていないときには超音波センサの検知部に反射波が検知されず、コップを置くことにより当該反射波を検知できるように構成されていればよい。これには例えば、コップ受け部の上面に凹部を設けておき、この凹部の内側には傾斜面が形成されており、コップを置くことによりこの凹部が隠れるように構成してもよい。これによれば、コップ受け部にコップが置かれていないときには凹部及び傾斜面が露出し、超音波センサから発振した超音波は傾斜面で反射して超音波センサの検知部に反射波が検知されない。一方、コップ受け部にコップを置くと凹部及び傾斜面がコップにより隠蔽され、当該反射波を検知できるようになる。

超音波センサ２１は、載置板１７に向けて超音波を発振する発振部と、反射により戻ってきた超音波を検知する検知部を有している。本形態で超音波センサ２１は給水部１１の給水口１２付近に配置されている。また、超音波センサ２１は図３からわかるように、制御手段２５に電気的に接続されており、検知された超音波を信号に変換し、制御手段２５がこの当該信号を取得するように構成されている。

制御手段２５は、超音波センサ２１からの信号に基づいてコップの有無、現在水位の確定、給水及びその停止を判定し、電磁弁１３の作動をさせる命令を出す。図３からわかるように、制御手段２５は、演算子２６、ＲＡＭ２７、記憶手段２８、受信手段２９、及び出力手段３０を備えている。

演算子２６は、いわゆるＣＰＵ（中央演算子）により構成されており、上記した各構成部材に接続され、これらを制御することができる手段である。また、記憶媒体として機能する記憶手段２８等に記憶された各種プログラムを実行し、これに基づいて各種データの生成やデータの選択をする手段として演算を行うのも演算手段２６である。

ＲＡＭ２７は、演算子２６の作業領域や一時的なデータの記憶手段として機能する構成部材である。ＲＡＭ２７は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成することができ、公知のＲＡＭと同様である。

記憶手段２８は、各種演算の根拠となるプログラムやデータが保存される記憶媒体として機能する部材である。また記憶手段２８には、プログラムの実行により得られた中間、最終の各種結果を保存することができてもよい。

本形態では、この記憶手段２８に記憶されたプログラムの１つに、後で説明するように、超音波センサ２１からの信号に基づいてコップの有無、現在水位の確定、給水及びその停止を判断し、電磁弁１３の作動をさせる命令を給水制御Ｓ１０における各過程に対応する各ステップを有するプログラムが含まれる。

受信手段２９は、超音波センサ２１からの信号を取り入れるための機能を有する構成部材である。従って、少なくとも超音波センサ２１が電気的に接続されている。

出力手段３０は、得られた結果のうち外部に出力すべき情報を適切に外部に出力する機能を有する構成部材であり、本形態では電磁弁１３が電気的に接続されている。これにより電磁弁１３の開閉を制御し、水の供給及びその停止を切り替える。

次に、給水の制御について説明する。図４に流れを示した。図４からわかるように、給水制御Ｓ１０は過程Ｓ１１～過程Ｓ１８を含む。これら過程が上記制御手段２５において演算され、給水装置１０による水の供給及び停止が制御されている。従って各過程は制御手段２５で実行されるプログラムの各ステップに対応する。

各過程について説明する前に、この給水制御において本形態の概要について説明する。図５乃至図１０に説明のための図を示した。図５は横軸に時間、縦軸に超音波センサ２１の検知した反射波による検知信号（本形態では検知電圧）の大きさを表している。図５からわかるように、検知電圧の大きさの観点から時間の経過とともに区間Ｐ乃至区間Ｔに分けることができる。

「無」と表示した区間Ｐは、コップ受け部１５にコップが置かれていない状態が続く区間である。この場合には図６に示したように超音波Ａは超音波センサ２１の発振部から出射し、載置板１７で反射するが、この場合には載置板１７は傾斜しているので超音波センサ２１は反射波を検知することはできない。従ってこの区間Ｐでは高い検知電圧（無レベル）が検知される。

「空」と表示した区間Ｑでは、コップ受け部１５にコップ８を配置して図７のようにした区間である。区間Ｐの終わりでは図７に示したように超音波Ａは超音波センサ２１の発振部から出射し、コップ８の底で反射して検知部で検知される。この時の検知電圧の大きさは空レベルであり、上記無レベルより低い。なお、区間Ｑではコップ８を載置板１７に置く際にコップの縁が一度超音波センサ２１の真下を通過する。コップ８の縁部は超音波センサ２１にかなり近い位置であるため、図５からわかるようにその際には検知電圧が非常に低いコップ縁レベルに達する。コップ縁レベルの検知電圧は上記無レベル、空レベルに加え、この後に説明する規定値水位レベルよりも低い検知電圧となる。この検知電圧によりコップの有無の判定をすることも可能である。

「給水」と表示した区間Ｒは、コップ８に給水されている状態で、徐々に水位が上がっている区間である。区間Ｒでは図８に示したように超音波Ａは超音波センサ２１の発振部から出射し、コップ８に注がれた水の表面で反射して検知部で検知される。従って、区間Ｒでは図５に示したように水位の上昇に伴って検知電圧が低下していく。

「規定水位」と表示した区間Ｓは、コップ８に給水された水が規定の水位に達して給水が停止している区間である。この区間Ｓでは給水が停止しているので水位の変化はなく、図９に示したように超音波Ａは超音波センサ２１の発振部から出射し、コップ８に注がれた水の表面で反射して検知部で検知される。従って、区間Ｓでは図５に示したように検知電圧も一定である。区間Ｓにおける検知電圧は少なくとも無レベル、空レベルより低く、通常は区間Ｒの最も低い検知電圧と同じとなる。

「取り出し」と表示した区間Ｔは、患者などが水の入ったコップをコップ受け部１５から取り出す区間である。区間Ｔではコップ８をコップ受け部１５から取り出す過程でコップ８の縁が一度超音波センサ２１の真下を通過する。その際、図１０に示したようにコップ８の縁部は超音波センサ２１にかなり近い位置であるため、図５からわかるようにその際の検知電圧は非常に低くなり、コップ縁レベルに達する。このコップ縁レベルの信号電圧は上記無レベル、空レベル及び規定値水位レベルのいずれよりも低い検知電圧となる。

本形態ではこのように検知電圧により給水の制御を行うため、図５のように超音波センサからの距離が遠い位置による反射波ほど検知電圧が低い。ただしこれに限定されることはなく、逆に超音波センサからの距離が遠い位置による反射波ほど高くなるような検知信号を用いてもよい。この場合には検知信号の高低の関係は本形態の検知電圧とは反対となるが考え方は同じである。これは以下に説明する各過程についても同様である。
以下に、図４に戻り過程Ｓ１１乃至過程Ｓ１８のそれぞれについて説明する。

過程Ｓ１１は、コップ８の有無を判断する過程である。コップ８がコップ受け部１５に置かれていない場合には上記区間Ｐであるから無レベルの検知電圧となる。このときにはＮｏが選択されて給水は始まらず過程Ｓ１１が繰り返される。
一方、過程Ｓ１１でコップがあると判断されたとき、すなわち、図５に示したように区間Ｑで空レベルの検知電圧となったときにはＹｅｓが選択されて過程Ｓ１２に移る。

過程Ｓ１２は、制御手段２５により電磁弁を開とする指令がされ、電磁弁が開かれて給水を開始する過程である。これにより電磁弁１３が開き、給水口１２から水が出射し、コップ８に対して給水が始まって過程Ｓ１３に移る。

過程Ｓ１３は、水面検知をする過程である。水面検知は超音波センサ２１により図５の区間Ｒにおいて検知電圧を得て現在の水位を決定する。ただしこの過程においては図１１に記載のように、ノイズを含むことがある。これは、水面の波や気泡が原因と考えられるが、このようなノイズにより現時点での水位を把握することができず、その結果コップに注がれる水量に過不足が生じたり、毎回水位が異なって不安定な給水になったりする虞がある。発明者は、鋭意検討の結果、ノイズは水位が高くなる方向の検知となる知見を得た。すなわち、給水時において発生する波や泡により、その時には実際の水位より高い方向水位があるようなノイズが出ると考えた。
そしてこれを解決して、より正確な現在水位の把握のため、区間Ｒでは次のように検知信号（検知電圧）の処理を行うことが好ましい。図１２に流れを示した。

図１２からわかるように、区間Ｒでの処理は過程Ｓ２１、過程Ｓ２２、及び過程Ｓ２３を有している。
過程Ｓ２１では、ある現時点において、本形態では当該現時点から遡って９００ｍｓ（ミリ秒）の範囲に属する全データを抽出する。この遡る時間は９００ｍｓに限定されることはなく、５００ｍｓ以上１０００ｍｓ以下であることが好ましい。
過程Ｓ２２では、過程Ｓ２１で抽出したデータからその検知信号が空レベルから遠い順に複数（本形態では４つ）のデータを抽出する。従って本形態では過程Ｓ２１で抽出した検知電圧データから低い順に複数（４つ）を抽出する。なお、本形態では抽出データは４つとしたが、これに限定されることはなく、３以上５以下であることが好ましい。
過程Ｓ２３では、過程Ｓ２２で抽出した複数（４つ）の検知信号（本形態では検知電圧）を平均し、これを現時点における水位データを表す検知信号（検知電圧）とする。

時間の経過による各現時点における水位データを表す検知信号（検知電圧）を上記のように処理することで、ノイズの影響を低減し、水位の過不足の抑制、及び、安定した水位での給水が可能である。

図４に戻って過程Ｓ１４について説明する。過程Ｓ１４では、給水中において水面の検知が可能であるかを判定する。これは、具体的に次のように判定を行なう。図１３に説明のための図を示した。図１３に示したように、給水中（区間Ｒ）であるにもかかわらず、急に、検知信号（本形態では検知電圧）が、コップがコップ受け部にないことを示す大きさの検知信号（すなわち無レベル）を得るときがある。過程Ｓ１４ではこのように無レベルが検知されたときＮｏと判定し、それ以外はＹｅｓと判定する。
これは、コップの中に洗口液等を入れたときに給水すると大量の泡が発生し、超音波の反射波を全く検知することができなくなることに起因する。
本形態では、過程Ｓ１４及び後で説明する過程Ｓ１６、過程Ｓ１７により、このような大量の泡が発生するような場合であっても適切な水位まで給水することができる。

過程Ｓ１４でＹｅｓと判定されると、適切な水位検知ができていると考えられるため過程Ｓ１５に進む。過程Ｓ１５では現時点での水位が最終的に設定された規定水位に達しているかを判定する。
過程Ｓ１５で規定水位に達しているとされ、Ｙｅｓと判定されたときには過程Ｓ１６に進み、制御手段２５は電磁弁１３に対して閉じる旨の信号を出し、電磁弁１３が閉じられて給水が停止する。そしてコップが除去され（区間Ｔ）、次のコップがコップ受け部１５に載置されるまで給水は禁止される。
一方、過程Ｓ１５で規定水位に達していないとされ、Ｎｏと判定されたときには過程Ｓ１３に戻り給水が続けられる。

過程Ｓ１４でＮｏと判定されると、過程Ｓ１６に進み、給水中にコップの縁レベルの信号が検知されたかを判定する。すなわち、給水中にコップ縁レベルの検知信号（検知電圧）が検知されたときにはＹｅｓとされ、検知されていなかったときはＮｏとする。
これは、検知できなくなった原因がコップの除去にあるときには給水をすぐに止めるべきであり、そうでなければ泡などにより検知ができなくなっただけなので給水を続けるべきであるからである。
従って、Ｙｅｓとされたときはコップが取り除かれた場合であるから過程Ｓ１８に進み、制御手段２５は電磁弁１３に対して閉を指令し給水を停止する。一方、Ｎｏとされたときには、給水を続けるため過程Ｓ１７に進む。

過程Ｓ１７では、引き続き給水を続けるのであるが、どの程度給水を続けるべきかが問題となる。そのため、過程Ｓ１７では、演算による給水時間を決定して実行する。具体的な演算内容は特に限定されることはないが、例えば水位を検出することができなくなった直前までの水面の位置の変化（例えば傾き）を計算し、この傾きに基づいて規定水位となるために必要な分（時間や量）の給水を行うことや、給水開始の時点から水面の位置を検出することができなくなるまでの時間経過を算出して残りの時間を計算する等が挙げられる。
そしてこの演算に基づく給水が行われた後、過程Ｓ１８に進み制御手段２５は電磁弁１３に対して閉を指令し給水を停止する。

以上のように、給水制御Ｓ１０を行う給水装置１０によれば、適切な水面位置まで給水を安定して行うことができる。

図１４には変形例の給水制御Ｓ２０の流れを示した。給水制御Ｓ２０では、上記給水制御Ｓ１０の過程Ｓ１６及び過程Ｓ１７の代わりに、過程Ｓ２１及び過程Ｓ２２を有する。その他は給水制御Ｓ１０と同様に考えることができる。
過程Ｓ２１では、過程Ｓ１４により水面検知がされずにＮｏと判定されたとき、電磁弁を閉じて給水が停止される。そして過程Ｓ２２に進む。
過程Ｓ２２では、過程Ｓ１４と同様に水面の検知ができるかを判定する。水面の検知ができなければＮｏとされ、過程Ｓ２２が繰り返される。従って給水は停止したままである。一方、過程Ｓ２２で水面が検知されれば過程Ｓ１２に進み、電磁弁が開き、再び給水が開始される。

図１５には変形例の給水制御Ｓ３０の流れを示した。給水制御Ｓ３０では、上記給水制御Ｓ１０の過程Ｓ１７の後に給水をしつつ過程Ｓ１４に進み水面の検知を行う。これによれば水面の検知が優先され、より確実な水位管理ができる。

１ 歯科ユニット
２ 基台
３ 患者用椅子
４ 照明ユニット
５ アシスタントユニット
６ ドクターユニット
７ 給排水ユニット
１０ 給水装置
１１ 給水部
１２ 給水口
１３ 電磁弁
１５ コップ受け部
１６ 本体
１７ 載置板
２１ 超音波センサ
２５ 制御手段

Claims (3)

1. 歯科ユニットに備えられ、置かれたコップに給水する給水装置であって、
   超音波センサ及び給水の制御手段を備え、
   前記超音波センサは超音波の発振部と、前記発振部から発振された超音波の反射波を検知する検知部と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記検知部からの信号を受信し、前記コップへの給水を開始した後に、水面を表す信号が検知されているかの判定を行う過程を有し、
   前記過程で前記水面を表す信号が検知されないと判定したときには、前記給水の開始後に前記コップの縁が通過したことを示す前記信号がなければ給水を進める判定をする、
   給水装置。
2. 前記給水を進める判定により進める給水は、前記水面を表す信号が検知されないと判定した水位までの水位の変化の時間に対する傾きを計算し、前記傾きに基づいて規定水位となるために必要な時間又は量を算出して残りの給水量を決める、請求項１に記載の給水装置。
3. 前記給水を進める判定により進める給水は、前記給水を開始した時点から前記水面を表す信号が検知されないと判定したときまでの時間を算出し、規定水位となるまでの残り時間を理論的に演算して残りの給水時間を決める、請求項１に記載の給水装置。

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