JPH083485Y2 - 自動水栓 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、洗面所、手洗い所、厨房等において水道水
等を使用する場合の水栓を自動的に開閉する自動水栓に
関する。

（従来の技術） 従来から水道水を使用する場合、光センサーを採用
し、人体の手等の水を被むる被検出物を水道蛇口に近づ
けることによって、光センサーからの信号が被検出物に
当たり、吐水要求があったとしてハンドル操作なしに水
道水を使用する所謂無接触式の自動水栓が使用されてい
る。

（考案が解決しようとする問題点） 例えば洗面器に設けられた光センサー式自動水栓にあ
っては、センサーの経年使用等による設定値の変化によ
って吐水要求がないにもかかわらずセンサーからの信号
を洗面器の壁面で受け、その反射信号によって吐水要求
があったものとして、不測に吐水が行われ始めるという
問題があった。

このため従来では、光センサーを水道蛇口附近に設け
るとしてもその信号が洗面器の壁面に向かって発信され
ない位置、例えば蛇口の横側面に設けるようにしてい
た。

このため手洗い時に、水道蛇口の真下に手をもってく
る動作とは別に、一旦手を蛇口側面に近づけて光センサ
ーの信号領域に当てて吐水要求を行い、吐水が始まった
のを確認した後に、手を蛇口真下にもってこなければな
らず、手洗い作業が不自然でとまどうと共に手洗い始時
に無駄な吐水浪費をしなければならない欠点があった。

またタオルなどの動揺部材が不測に光センサーの発信
領域に侵入した場合にも、吐水要求があったものとして
誤作動する場合があった。

本考案は上記難点に鑑み、少なくとも２種のセンサー
を用い、これらを多元的に判定し、もってセンサーの誤
信号、即ち上述の誤作動を除去することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本考案は上記問題点を解決するために、請求項１によ
れば、アクチブセンサーによる発信・受信領域に人体の
手等の被検出物が介在することによって吐水要求を検出
するアクチブセンサー検出手段と、パッシブセンサーに
よる発信・受信領域に被検出物が介在することによって
吐水要求を検出するパッシブセンサー検出手段と、両検
出手段の論理積により吐水指令を判定する吐水判定手段
とよりなる構成を採用するものである。

また、請求項２によれば、前記アクチブセンサー検出
手段は、被検出物の連続的な動きによってのみ吐水要求
に応ずる吐水検出手段を備えてなる請求項１記載の構成
を採用するものである。

更に請求項３によれば、アクチブセンサーによる発信
・受信領域に発信信号以外の自然光や照明光などの疑似
信号が混入しても、これらの疑似信号は受信されないよ
うにしてなる請求項１または２記載の構成を採用するも
のである。

（作用） 請求項１によれば、アクチブセンサーの発信・受信領
域に洗面器の壁面等の静止物またはタオル等の揺動物が
介在することがあっても、人体の手等のように一定以上
の温度を有しないものはパッシブセンサーによって受信
されないから吐水要求に応ずることがない。人体の手の
ように一定以上の温度からなる被検出物がアクチブセン
サー及びパッシブセンサーの発信・受信領域に介在され
れば吐水要求があったものとして作動する。

請求項２によれば、被検出物の連続的な動きによって
のみ吐水要求に応ずる吐水検出手段を設けてなるため、
例えば温水のように一定以上の温度の保温物であっても
手洗い作業のような連続的な動きがなければ吐水されな
い。

請求項３によれば、アクチブセンサーの発信・受信領
域に自然光や照明光等の疑似信号が混入していてもこれ
らの疑似信号を除去し発信信号のみを受信することにな
る。

次に請求項１〜３の組合せによる作用を述べると、次
のとおりになる。

即ちアクチブセンサーとして非接触型の各種のセンサ
ーを使用することができるが、簡単な光センサーを使用
する場合について説明すると、水道蛇口の下面、即ち光
センサーの発信領域が洗面器の壁面に向かう位置に光セ
ンサーを設けて光を放射して反射光を検出するときに、
放射する信号をパルス等により変調して、受信した光が
送信した光信号である事を識別判定できるようにするこ
とにより、受信光の中から照射した光信号だけを識別し
て受信できる。この検出光が真の検出光であっても、洗
面器の壁面やタオル等の静止物からの反射光であるか、
人体の手等の被検出物からの反射光であるかを識別する
ことが必要である。この識別方法としては、被検出物が
動く場合には、被検出物からの反射信号に強弱が生ずる
特性を利用して、所定時間内に検出した受信信号が変動
するかどうかを識別判定して処理することにより、疑似
信号であるかどうかを判定する。換言すれば、アクチブ
センサーでは受信信号の変動の有無により、静止物から
の定常的な反射信号か、人体等の動く物体、即ち被検出
物からの継続的な反射信号かを識別できる。即ち検出信
号レベルがほぼ一定であるか、検出信号レベルが大きく
変化するかを時間的な関数として検出信号を処理して、
被検出物からの反射信号だけを検出する。

一方、パッシブセンサーでは動く物体からの反射信号
であってもタオル等の体温より低い物体からの反射信号
と人体のような体温を持つ物、即ち被検出物からの反射
信号とを識別するために使用するもので、人体から反射
する赤外線エネルギーを検出するようになっている。こ
のようにして、アクチブセンサーにより動く物体を検出
し、パッシブセンサーで反射物体の温度が人体の体温で
あることを検出する。この２種類の検出信号の論理積を
取ることによって、アクチブセンサーで検出した被検出
物が人体の体温を持つ物体、即ち被検出物が人体である
かどうかを識別判定することができ、人体の手等の真の
被検出物からの反射信号だけを検出し、雑音の無い検出
信号を得ることが出来る。このようにして２種類のセン
サーの検出信号を多元的に処理して真の吐水要求だけの
信号を検出し、この吐水要求信号により弁駆動装置を作
動させて、吐水と止水操作が行われる。

（実施例） 以下に本考案の一実施例を説明すると、第１図は本考
案の一実施例をブロック図で示すもので、図中１は水道
蛇口であり、その下面側にアクチブセンサーの一種であ
る光センサー2a,2b、パッシブセンサーの一種である赤
外線センサー2cが埋設されている。

まず光センサー2a,2bの作動状態を説明すると、その
発信部2aから受信信号2a₁を放射し、人体の手等の被検
出物Ｗからの反射信号2b₁を受信部2bで受信する。

即ち、信号発生器４によって発生した信号は駆動器３
によりパワー増幅され、ケーブル13aにより発信部2aに
供給して、該発信部2aから発信信号2a₁を放射する。こ
の発信信号2a₁は信号発生器４の信号に対応する信号で
あるため、信号発信器４の信号を受信信号の識別信号と
して使用する。受信部2bで検出した受信信号2b₁はケー
ブル13bにより受信器５に伝達される。受信器５に伝達
された検出信号は信号発生器４の信号と比較して、検出
信号2b₁が信号発生器４の信号であるかどうかを判定
し、受信信号が識別信号と一致するときには、受信信号
を増幅して信号変動検出器６に送る。信号変動検出器６
は受信信号の受信継続時間が所定の時間以下であるとき
には、即ち、スパイク状の雑音信号のときには、この信
号を除去し、逆に規定時間以上の定常的な継続信号であ
るときは、静止物からの反射信号2b₁であると判断し
て、これらを除去し、またそれ以外の規定時間内の断続
的な継続信号の場合には、決められた時間だけの信号を
出力する。信号変動検出器６には設定器6aと保持回路6b
が構成されており、設定器6aは規定の継続時間だけ保持
回路6bの保持時間を設定する設定器であり、保持回路6b
は受信信号2b₁が設定器6aで設定値内で継続時間を持つ
信号であると判定する場合には、保持回路6bで指定され
た時間だけ信号を出力する。

一方光センサー2a,2bと共に設けられた赤外線センサ
ー2cは人体の体温を検出するものである。その作動原理
は絶対温度が零度以上の物体ではエネルギーを放射し、
その放射エネルギーが絶対温度の４乗に比例し、その最
大放射スペクトルが絶対温度に逆比例することがステフ
ァン・ボルツマンの法則やウィンの変位則で公知であ
り、これらの法則を利用して、人体の体温に応じた最大
スペクトルの電磁波、即ち人体から放射する赤外線を検
出することにより人体の体温を検出することができる。
即ち人体の手等の被検出物Ｗから赤外線2c₁を放射して
おり、この赤外線2c₁をパッシブセンサーである赤外線
検出器2cで受光する。赤外線検出器2cにサーモパイルを
採用すると、赤外線2c₁を受光したサーモパイル2cは加
熱されて温度が上昇し、サーモパイル2cを構成する熱電
対の温度も上昇し、加熱されない他の熱電対の接点との
間の温度差に応じた起電力を発生する。サーモパイル2c
は多数の熱電対を直列に接続してあるため、温度差が少
なくても熱電対の数だけ加算できるので、雑音の少ない
信号として取り出すことができる。サーモパイル2cで検
出した信号はケーブル13cにより制御増幅器７に供給
し、サーモパイル2cによって検出した赤外線2c₁の信号
を制御増幅器７で規定値まで増幅する。制御増幅器７は
サーモパイル2cの制御とサーモパイル2cで検出した信号
を規定出力にまで増幅し、且つ制御するもので、例えば
スペクトル範囲の制御や出力波形等の制御を行うもので
ある。信号変動検出器６の出力と制御増幅器７の出力は
各々判定器８に供給される。判定器８では人体の手等被
検出物Ｗからの検出信号である信号変動検出器６の出力
と、人体の体温の検出信号である制御増幅器７の出力が
同時に出力されているかどうかを判定するものであり、
換言すれば、人体の手等からの信号であるかどうかを、
被検出物Ｗの温度と動きとを検出するもので、基本的に
は論理積演算により行うものである。判定器８の論理積
演算が１、即ち、温度条件と動きの条件が一致するとき
には、判定器８は出力信号を出力する。判定器８の出力
は弁制御装置９に送られ、弁制御装置９で増幅され弁駆
動装置10の制御信号としてケーブル14経由で送られ、弁
駆動部10aを作動させて開閉弁10bを開放させ吐出させ
る。なお11は電源、15は水道配管である。

第２図は、第１図のブロック図の具体的な回路を示す
ものである。

まず光センサー回路について説明すると、第２図は第
１図のブロック図の具体的な回路を示すものである。信
号発生器４は単純なパルス発信器で、論理積否定素子NA
ND1、NAND2を２個使用したフリーランニング・マルチバ
イブレータからなり、このマルチバイブレータの周波数
は主としてコンデンサーC1と抵抗R3により決まるもので
あり、この出力信号は抵抗R5を経由して、駆動器３を構
成するトランジスターTr1のベースに供給し電流増幅し
て、トランジスターTr2のベースに供給し、発信部2aで
ある発光ダイオードに必要な電力を供給し被検出物Ｗを
照射する。被検出物Ｗを照射した発信信号2a₁は被検出
物Ｗで乱反射し、その反射光の１部である反射信号2b₁
が受信部2bで検出され、受信器５に供給される。受信器
５では、まず受信した検出光2b₁の信号が信号発生器４
からの信号であるかを判定するために、コンデンサC2,C
3,C4,C5及び抵抗R9,R10によって構成された帯域ろ波器
で受信信号2b₁が信号発生器４の信号であるか否か判定
される。ここで同種信号であると識別判定されると、増
幅器を構成するトランジスタ−Tr3のベースに供給さ
れ、所定の振幅レベルまで、一般には矩形波状になるま
で増幅され、そしてトランジスターTr₄とダイオードD2
により増幅検波され、抵抗R13,R15,R16,R17,ダイオード
D3及びコンデンサーC5,C11により決まる時定数で搬送波
である信号発生器４の周波数成分を除去すると共に、発
射信号2b₁が無くなったときに急速に検波信号が低下す
るようにしてある。即ち、コンデンサーC11の作用は受
信信号が存在しないとき、電源電圧に保持されるが、信
号を受信するとトランジスターTr₄が短絡され、コンデ
ンサーC11も放電され、トランジスターTr₄のコレクタが
零電圧近くになり、出力が０になる。即ち、信号を受信
すると出力が０になり、信号を受信していないときに
は、電源電圧にトランジスターTr₄のコレクター抵抗R14
を通してコンデンサーC11を充電し急激に上昇するた
め、信号を受信しない場合には通常の検波回路の時定数
よりも非常に小さくすることができ、受信信号のあるか
ないかを高速に応答して矩形波に変換できる。検波され
た信号はオペレーションアンプOPA1とOPA2で示す負帰還
を持つ２段の直流増幅器により増幅され、受信器５の出
力信号として抵抗R23を経由して信号変動検出器６に供
給する。尚、ダイオードD3とD4は受信信号のスレシュホ
ールドレベルを広くするための役目のものである。信号
変動検出器６に送られた信号は抵抗R24,R25,R26及びコ
ンデンサーC8によって構成した遅延回路Ａと、R27、可
変抵抗器VR1及びコンデンサ−C9より構成した遅延回路
Ｂとに各々供給され、遅延時間の異なる２組の遅延回路
により遅延された２個の信号をオペレーションアンプOP
A3の正負の端子に各々供給し、正規の受信信号を受信し
たときだけ、２個の遅延時間差に応じた信号をオペレー
ションアンプOPA3の出力として出力し、この出力をダイ
オードD5、抵抗R28,R29、可変抵抗VR2及びコンデンサー
C10からなる保持回路6bに供給し、該保持回路6bによっ
て決まる時定数の間だけ供給電圧を保持する。この保持
時間だけ保持した供給電圧をシュミット回路OPSにより
矩形波に変換して、保持時間に対応するパルス信号を信
号変動検出器６の出力信号として出力する。即ち受信器
の出力信号は遅延時間の異なる２個の遅延回路A,Bに供
給し、遅延回路A,Bにより時間差のある２個の信号に変
換する。

これらパルス波形の変化を第３図にしたがって説明す
ると、第３図の横軸は時間であり、縦軸は各信号レベ
ル、即ち相対電圧を示す。まず4Fは信号発生器４の波形
であり、3Fは駆動部３の波形であり、2Fは3Fの波形信号
2a₁が被検出物Ｗで乱反射され時間的に不規則に断続し
て受信部2bで受信される波形であり、この受信部2bで断
続的に反射信号2b₁を検出すれば、この波形信号2Fを交
流増幅したトランジスターTr4のコレクタの信号が5F1の
波形になり、検波して直流増幅したオペレーションアン
プOPA2の出力信号が5F2になり、この5F2が受信器５の出
力信号になる。この受信器５の出力信号5F2が遅延時間
の異なる２個の遅延回路A,Bに供給されると、遅延回路
A,Bの出力では、各々の遅延時間に対応した時間だけ受
信器の出力信号5F2の信号の時間軸がシフトされ、6F1と
6F2で示すように変換される。信号6F1と6F2の信号差が
発生するのは、受信部2bで検出信号を検出し受信器５の
出力信号が立ち上がって断続的に変化する直後だけであ
り、その両信号の差の生じている時間は２個の遅延回路
A,Bの遅延時間差ΔＴである。このように、オペレーシ
ョンアンプOPA3は信号6F1と6F2との差信号ΔＴだけを増
幅する作動増幅器として作動するため、受信器の出力信
号5F2が立ち上がった直後のΔＴの間の信号差だけがオ
ペレーションアンプOPA3の出力として現れ、信号6F3はr
1,r2,r3,r4,r5のように遅延時間差に対応するパルス幅
の信号を出力する。従って、オペレーションアンプOPA3
の出力は定常的な連続した受信信号が継続する限り、人
力信号が変化しないために出力が発生せず、１回の継続
受信信号に対して１個のパルス信号しか発生しないこと
になり、静止した物からの発射信号2b₁を除去すること
ができる。オペレーションアンプOPA3の出力であるパル
ス信号は保持回路6bに供給し、保持回路6bによって決ま
る時間だけ保持し、この保持された電圧をシュミット回
路OPSにより6F4に示すように連続して矩形波に変換した
パルス信号TTを信号変動検出器６の出力として出力す
る。また6F4のうちTNOは静止物から定常的な連続信号で
あるためオペレーションアンプOPA3の出力が発生せず、
このためシュミット回路OPSの出力Ｔが発生しないこと
を意味する。

一方パッシブセンサーたる赤外線センサー2cとして前
述のようにサーモパイルを使用すると、該サーモパイル
2cは、熱電対を多数並べて各熱電対の出力を直列接続し
てなるものである。

被検出物たる人体の手からは体温に応じた最大スペク
トルを持つ赤外線が放射されており、この赤外線2c₁が
サーモパイル2cを形成する多数の熱電対のうちその一部
が加熱されて温度が上昇し、加熱されない他の熱電対の
接点との間に温度差が生じ、この温度差に応じた起電力
を発生する。この場合多数の熱電対を直列に接続するこ
とにより、温度差が少なくても熱電対の数だけ加算され
るので、雑音の少ない信号で人体の体温を正確に検出す
ることができる。サーモパイル2cで検出した赤外線2c₁
の信号はケーブル13cにより制御増幅器７に供給され、
規定値まで増幅される。

そして信号変動検出器６の出力は抵抗R30を経由し
て、また制御増幅器７の出力は抵抗31を経由して、各々
判定器８に供給される。判定器８では人体の手等の被検
出物Ｗからの検出信号である信号変動検出器６の出力
と、人体の体温の検出信号である制御増幅器７の出力が
同時に出力されているかどうかを判定するものであり。
換言すれば人体の手等からの信号であるかどうかを被検
出物Ｗの温度と動きの有無を検出し識別判定するのが判
定器８であり、この判定は、基本的には論理積演算によ
り行うものである。判定器８の論理積演算が１、即ち、
温度条件と動きの条件が一致するときには、判定器８は
出力信号を出力する。判定器８の出力信号は第３図の8F
であり、そのうちHNO1では、体温検出の出力である制御
増幅器７で検出していても、アクチブセンサーの出力で
ある信号検出器６の出力6F4がないために判定器８が操
作せず、弁駆動装置８も作動しない。また判定器８の出
力信号8FのHNO2では、被検出物Ｗをアクチブセンサーが
検出していても、体温検出の出力である制御増幅器７が
体温を検出していないために、判定器８の出力信号が発
生せず、弁駆動装置８が作動せずに吐水は停止した状態
にある。判定器８の出力は抵抗32を経由して弁制御装置
９のトランジターTr5のベースに供給し、トランジスタ
ーTr5を作動させて、弁駆動部10aの電磁石10a1を駆動し
て開閉弁10bを操作して、吐水要求に応答することにな
る。信号変動検出器６の可変抵抗VR1、VR2は設定器であ
り、可変抵抗VR1は遅延時間の設定用であり、可変抵抗V
R2は保持時間の設定用である。弁駆動部10aの10a₂は電
磁石10a₁によって発生するパルスを防止するスパイクキ
ラーである。

以上の実施例ではアクチブセンサーとして光アクチブ
センサーを使用したが、超音波アクチブセンサー、電磁
アクチブセンサー等も使用することができ、またパッシ
ブセンサーとしてサーモパイルを使用したが、赤外線セ
ンサーとして各種のものが開発されており、それらをも
使用することが出来る。帯域ろ波器として単純なCR回路
を始めディジタルフィルタやアクチブフィルタ等を使用
した帯域ろ波器を用いることもでき、信号発生器４には
論理積否定素子を使用したが、その他の能動素子、例え
ばトランジスタを始め各種のIC素子により構成できる。
実施例の電子回路ではリニアー回路によって構成した
が、ディジタル回路、マイクロプロセッサー等で容易に
置換できるものであり、また、２種類のセンサーを最初
から作動させずに、どちらか１種類のセンサーを作動さ
せておき、１種類のセンサーが検出信号を検出すれば他
のセンサーの作動を開始するようにして省エネルギーに
貢献するようにしてもよい。例えば最初はアクチブセン
サーだけを動作させておき、アクチブセンサーが被検出
物からの信号を検出すると、パッシブセンサーの動作を
開始するようにしてもよく、またはその逆の動作をさせ
るようにしてもよい。

（効果） 請求項１によれば、人体の手のように一定以上の温度
からなる被検出物のみの吐水要求について作動するた
め、例えば洗面器の壁面のような静止物やタオルのよう
な動揺部材がアクチブセンサーとパッシブセンサーの信
号領域に介在しても作動することがなく、それだけ正確
な動作を期することができる。

請求項２によれば、例えば温水のように一定以上の保
温物があっても手洗い作業のような連続的な動きがなけ
れば吐水されないため、前記効果と共により一層の誤作
動を阻止することができる。

請求項３によれば、前記２項の効果と共に、自然環境
に左右されることなく使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すブロック図であり、第
２図は本考案の同細部の説明図であり、第３図は第２図
の各部の信号波形をタイムチャートで示した説明図であ
る。 １……水道蛇口、2a……アクチブセンサーの発信部、2a
₁……発信信号、2b……アクチブセンサーの受信部、2b₁
……受信信号、2c₁……赤外線、３……駆動器、４……
信号発生器、５……受信器、６……信号変動検出器、6b
……保持回路、７……制御増幅器、８……判定器、９…
…弁制御装置、10……弁駆動装置、10a……弁駆動部、1
0b……開閉弁、11……電源、Ｗ……人体の手等、13a,13
b,14……ケーブル、15……水道管、R₁〜R₃₂……抵抗、T
r1〜Tr5……トランジスタ、VR₁〜VR₂……可変抵抗器。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】アクチブセンサーによる発信・受信領域に
   人体の手等の被検出物が介在することによって吐水要求
   を検出するアクチブセンサー検出手段と、パッシブセン
   サーによる発信・受信領域に被検出物が介在することに
   よって吐水要求を検出するパッシブセンサー検出手段
   と、両検出手段の論理積により吐水指令を判定する吐水
   判定手段とよりなる自動水栓。
2. 【請求項２】前記アクチブセンサー検出手段は、被検出
   物の連続的な動きによってのみ吐水要求に応ずる吐水検
   出手段を備えてなる請求項１記載の自動水栓。
3. 【請求項３】アクチブセンサーによる発信・受信領域に
   発信信号以外の自然光や照明光などの疑似信号が混入し
   ても、これらの疑似信号は受信されないようにしてなる
   請求項１または２記載の自動水栓。