JP2024135323A - 自動水栓及びキッチン - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で満水時に正確に止水できる自動水栓を提供する。【解決手段】検知対象との距離を検出するセンサ部と、吐水と止水とを切り替える切替部と、センサ部の検出結果に応じて前記切替部を制御する制御部と、を備える。制御部は、センサ部が検出する所定時間の距離の変動量が所定のしきい値よりも小さいときに止水に切り替えさせる自動止水モードを有する。【選択図】図１

Description

本開示は、自動水栓及びキッチンに関する。

容器への吐水時に満水を検知して止水する自動水栓として、特許文献１が開示されている。特許文献１における自動水栓は、距離センサから２つの距離を同時に取得し、１つの距離が時間経過によって変化せず、もう１つの距離が時間経過によって短くなったときに、その短くなった距離を水面までの距離、変化しない距離を容器の淵までの距離と判定し、２つの距離差に基づいて自動止水し、意図しない長時間の吐水を抑制している。

特開２０１７－６６７３０号公報

特許文献１に記載された装置は、複数の距離を同時検出可能なセンサを用いる必要があるとともに、容器と水面の距離を同時取得で精度を出すことが困難である。特許文献１に記載された装置は、液位の変化が必要であるため、容器が満水の状態では止水できない。特許文献１に記載された装置は、満水状態でなくても容器の上端と液面との距離差が小さいと正確に測定できない可能性がある。

本開示は、以上のような点を考慮してなされたもので、簡単な構造で満水時に正確に止水できる自動水栓及び自動水栓を備えたキッチンを提供することを目的とする。

本開示の第１の態様は、検知対象との距離を検出するセンサ部と、吐水と止水とを切り替える切替部と、前記センサ部の検出結果に応じて前記切替部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記センサ部が検出する所定時間の距離の変動量が所定のしきい値よりも小さいときに前記止水に切り替えさせる自動止水モードを有する、自動水栓である。

本開示の第１実施形態の自動水栓を示す概略構成図である。 本開示の自動水栓を示す概略構成図である。 自動止水モードのフローチャートである。 吐水の経過時間と水位との関係を示す図である。 本開示の第２実施形態の自動水栓を示す概略構成図である。 第２実施形態に係る自動止水モードのフローチャートである。

以下、本開示の自動水栓及びキッチンの実施の形態を、図１から図６を参照して説明する。以下の実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺等を異ならせている。

［自動水栓１の第１実施形態］
図１及び図２に示すように、第１実施形態の自動水栓１は、キッチン４０のシンク等に設置されるものである。自動水栓１は、洗面所及び浴室等に設けられてもよい。自動水栓１は、電気駆動により、湯水の吐水と止水の切り替え及び温度調整が可能に構成されている。

自動水栓１は、切替レバー２と、吐水管３と、電磁弁６と、センサ部１０と、電磁弁制御部２０と、を備えている。切替レバー２及び吐水管３は、下端がシンク７における縁の上面７Ａに設けられている。切替レバー２は、手動操作によって湯水の吐水と止水の切り替え及び吐水における湯と水の切り替え等が可能である。

吐水管３は、先端に吐水口４と光用開口部５とを有する。吐水管３は、吐水口４が下側を向くＵ字状に形成されている。吐水管３は、給水路８から送られる水を吐水口４から吐出可能である。吐水口４は、給水路８から供給される水を吐水するための開口を形成する。吐水口４からの吐水方向は、下方に設定される。吐水口４からの吐水方向は、切替レバー２から離れる方向に延びる斜め下方に設定される。給水路８から吐水口４を介して供給される水によって、シンク７における水受槽７Ｂに載置された容器３０に水が溜められる。容器３０は、特に限定されないが、例えば鍋、ボウル、コップ、洗面器等が挙げられる。

給水路８は、吐水口４から吐水するための水を供給する配管である。給水路８は、一例として、湯と水を混合した混合水を供給する配管である。給水路８は、水のみを供給する配管であってもよい。以下では、水を供給する配管であるとして説明する。給水路８は、吐水口４、吐水管３及びシンク７の内部を順次通るように設けられている。給水路８の先端は、吐水口４に位置する。給水路８の末端は、電磁弁６に接続されている。

電磁弁６は、給水路８への通水を切り替える。電磁弁６の開閉制御によって、給水路８への水の通水が制御される。電磁弁６の開閉制御によって、吐水口４からの吐水と止水とを切り替えることができる。電磁弁６は、切替部に対応する。

センサ部１０は、吐水管３の先端に設けられている。センサ部１０は、吐水管３における吐水口４よりも手前側に設けられている。吐水口４よりも手前側とは、吐水口４に対して切替レバー２とは逆側である。センサ部１０は、検知対象との距離を検出する距離センサである。検知対象は、例えば、容器３０に溜められた水の水面９、食器、食材、ユーザの手等である。

センサ部１０は、例えば、光学式、電磁波式、超音波式等を用いることができるが、自動水栓１においては、パルス投光した検出光Ｌとしてのレーザー光が検知対象である水面９において反射して返ってくるまでの時間と光の速さを基に距離を検出するＴｏＦ（Time of Flight）式の距離センサが搭載されている。

自動水栓１は、センサ部１０が上面７Ａの高さよりも下側のシンク７の内部をセンシング可能な位置に設けられている。センサ部１０は、図１に示すように、発光部１１と、受光部１２と、演算部１３と、測距制御部１４と、を有する。発光部１１は、測距制御部１４の制御によって、光用開口部５を介して検出光Ｌを下方に向けて発光する。検出光Ｌの発光方向は、切替レバー２から離れる方向に延びる斜め下方である。検出光Ｌは、下方に向かうにつれて拡がる円錐状である。検出光Ｌの検知範囲と、吐水口４からの吐水範囲は、重ならない位置関係に設定されている。この位置関係により、吐水による悪影響を抑制できるため、センサ部１０による良好な検知を可能とする。なお、検出光Ｌの検知範囲は斜め下方として説明したが、検出光Ｌの検知範囲と吐水範囲とが重ならない範囲の位置関係である場合には必ずしも検出光Ｌの検知範囲は斜め下方である必要はなく、例えば鉛直下方に向けてもよい。また、センサ部１０によって検知できれば必ずしも検出光Ｌの検知範囲と吐水範囲とが重ならない範囲の位置関係である必要はなく、一部の範囲が重なっていてもよい。

受光部１２は、検知対象で反射した検出光Ｌを、光用開口部５を介して受光する。演算部１３は、測距制御部１４から取得した発光部１１が検出光Ｌを発光した時間と、受光部１２から取得した検出光Ｌを受光した時間とを用いて演算を行い、検知対象までの距離を算出する。演算部１３は、算出した検知対象までの距離を電磁弁制御部２０に出力する。

電磁弁制御部２０は、電磁弁６の開閉を制御する。電磁弁制御部２０は、センサ部１０が検出した検知対象までの距離に応じて電磁弁６の開閉を制御することによって、吐水と止水とを切り替える。電磁弁制御部２０は、センサ部１０が検出した検知対象までの距離に基づき、容器３０への吐水時に容器３０に溜められた水が満水になったことを検知したときに止水する自動止水モードを有する。自動止水モードにおいて電磁弁制御部２０は、センサ部１０が検出する検知対象までの所定時間の距離の変動量が所定の第１のしきい値よりも小さいときに止水に切り替えさせる。第１のしきい値は、しきい値に対応する。

電磁弁制御部２０は、一例として、プロセッサと、記憶部と、を有する。プロセッサは、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより、上述の処理を行う。記憶部は、必要なパラメータ、上記の処理を記述したプログラムなどが記憶されたメモリにより構成される。プロセッサは、マイコン（マイクロコンピュータ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウエア回路に論理構成されたプロセッサにより構成される。電磁弁制御部２０は、複数のプロセッサおよび複数の記憶部が連携して上記機能を実行してもよい。

自動止水モードは、吐水中に常時動作する。自動止水モードは、ユーザの動作によって常時動作から動作終了に移行する。自動止水モード終了のユーザの動作としては、一例として、音声による自動止水モード終了の指示、光用開口部５の下方に手をかざしてセンサ部１０が検出する距離が、予め設定された自動止水モード開始パターンに一致させることが挙げられる。光用開口部５の下方に手をかざすことによって、自動止水モードを終了させる場合、センサ部１０が吐水管３における吐水口４よりも手前側に設けられているため、光用開口部５の下方に手を移動させる距離が短くなり、迅速に自動止水モードを終了させることができる。

自動止水モードにおいて、センサ部１０が検出した検知対象までの距離に基づき、電磁弁制御部２０が容器３０に溜められた水が満水になったことを検知する動作について図３から図４を参照して説明する。

図３に示すように、自動止水モードが開始されると、ステップＳ１において電磁弁制御部２０は、センサ部１０が検出した距離を取得する。

電磁弁制御部２０は、ステップＳ２において、水栓が吐水しているかを判断し、水栓が吐水していない場合には、自動止水モードを停止させる。

センサ部１０が検出した距離を取得した電磁弁制御部２０は、ステップＳ２において水栓が吐水していると判断すると、ステップＳ３において、所定時間、距離を取得したかを判断する。電磁弁制御部２０は、所定時間、距離を取得していないと判断すると、ステップＳ１に戻り距離の取得以降の処理を実行させる。吐水されて容器３０に溜められた水の水位は、図４に示すように、満水になるまで吐水開始からの経過時間に応じて上昇し、センサ部１０が検出した水面９までの距離は短くなる。

ステップＳ３において、所定時間、距離を取得した場合に、電磁弁制御部２０は、ステップＳ４において、距離の変動量を算出する。電磁弁制御部２０は、算出した距離の変動量が第１のしきい値未満であるかをステップＳ５において判断する。電磁弁制御部２０は、算出した距離の変動量が第１のしきい値以上である場合、容器３０内の水が満水に至っていないことからステップＳ１に戻り距離の取得以降の処理を実行させる。

電磁弁制御部２０は、算出した距離の変動量が第１のしきい値未満の場合には、ステップＳ６において所定時間における第１のしきい値未満の距離の変動が、連続して複数回発生したかを判断する。電磁弁制御部２０は、第１のしきい値未満の変動が、所定時間において連続して複数回発生していない場合、容器３０内の水が満水に至っていないことからステップＳ１に戻り距離の取得以降の処理を実行させる。満水の判断としては、所定時間における第１のしきい値未満の距離の変動が、連続して複数回発生したかを判断することに限定されず、単数回発生での判断でもよい。満水の判断としては、例えば５回中４回、第１のしきい値未満の変動が発生したときなど、確率等の統計的手法を用いた判定を行ってもよい。

電磁弁制御部２０は、センサ部１０によって検出される距離の変動量Ｗが所定時間、第１のしきい値よりも小さくなったことを高精度に検出するために、水面９との距離の変動量Ｗを検出する所定時間を設定する。電磁弁制御部２０は、自動止水モードにおいて距離の変動量が所定の経過時間の間に、第１のしきい値よりも小さくなる前の水位が上昇している間の距離の変動量ΔＨが第１のしきい値よりも大きくなった後に、距離の変動量が所定の経過時間の間に、第１のしきい値よりも小さくなる経過時間ΔＴを所定時間として設定する。

距離の変動量が所定時間、第１のしきい値よりも小さくなった後において、容器３０から水が溢れている状態の距離の変動量Ｗは、理想的にはゼロであることが好ましいが、水面の揺れと測定誤差により変動する。電磁弁制御部２０は、検出したｎ個の距離の平均値を使い、平均値の差を用いて変動量Ｗを小さくする。平均値を用いない場合には、変動量Ｗが大きくなり、後述するΔＨと区別するために所定時間ΔＴが長くなってしまう。平均値を用いることで、所定時間を短くできる。なお、平均値を用いる場合を例に説明したが、平均値を用いる場合に限らず、確率等の統計学的手法を用いてもよい。この場合にも平均値を用いた場合と同様に所定時間を短くすることができる。

距離の変動量が所定時間、第１のしきい値よりも小さくなる前の水位が上昇している間の距離の変動量ΔＨは、理想的には一次関数となる。例えば、吐水管３から水が吐水される容器３０の断面積をＡ［ｃｍ^２］とし、吐水量をＢ［Ｌ／分］とし、初期水位をＣ［ｃｍ］とすると、Ｘ［分］後の水位Ｙ［ｃｍ］は、下式（１）で表される。最大断面積Ａ及び吐水量Ｂは、自動水栓１毎に設定されている。

Ｙ＝（Ｂ／Ａ）×Ｘ×１０００＋Ｃ …（１）

式（１）に対して水面の揺れと測定誤差による変動量ｗを加味すると下式（２）が得られる。

ΔＨ＝ΔＹ－ｗ …（２）

変動量ｗは、容器３０から水が溢れている状態では、表面張力による上昇側への水位変動が加わることから変動量Ｗと同じもしくは小さい。

電磁弁制御部２０は、算出した距離の変動量が第１のしきい値未満の場合には、ステップＳ６において第１のしきい値未満の変動が、所定時間において連続して複数回発生した場合、容器３０に溜められた水が満水であると判断する。電磁弁制御部２０は、一例として、０．５秒間の変動量Ｗが０．６ｍｍ未満であり、連続して３回発生したときに溢れが生じ満水であると判断し、ステップＳ７において電磁弁６を介して止水に切り替えさせる。電磁弁制御部２０は、容器３０に溜められた水が満水であり、溢れによって止水していることを、ステップＳ８において、例えば音声によってユーザに通知する。

自動水栓１においては、センサ部が検出する所定時間の距離の変動量が、所定の第１のしきい値よりも小さいときに止水に切り替えさせるため、センサ部１０による検知対象が１つのみであり容器３０までの距離を検出することなく、自動止水を実行できる。自動水栓１においては、容器３０が満水の状態であり吐水の経過時間によって距離が短くならない場合でも、距離の変動量Ｗが第１のしきい値よりも小さいことを検出することによって自動止水を実行できる。自動水栓１においては、簡単な構造で満水時に正確に止水でき、吐水時に意図しない長時間の吐水を抑制することができる。

自動水栓１においては、水位が上昇している間における所定の経過時間の間にセンサ部１０が検出する距離の変動量ΔＨが第１のしきい値よりも大きくなった後に、容器３０から水が溢れている状態における所定の経過時間の間にセンサ部１０が検出する距離の変動量Ｗが第１のしきい値よりも小さくなる経過時間ΔＴを所定時間として設定するため、例えば、吐水量が少なく上昇している間の距離の変動量ΔＨが小さい場合でも、満水であることを高精度に検出して止水に切り替えることができる。

［自動水栓１の第２実施形態］
自動水栓１の第２実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。これらの図において、図１から図４に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、自動水栓１は、流量計２１を有している。流量計２１は、吐水管３と電磁弁６との間に配置されている。流量計２１は、吐水管３に給水されて吐水される水の流量を測定する。流量計２１は、測定した流量を電磁弁制御部２０に出力する。流量計２１は、吐水管３と電磁弁６の間に配置されている例を示して説明するが、この例に限定されず、例えば、電磁弁６と電磁弁制御部２０との間等、吐水管３に給水されて吐水される水の流量を測定できれば、他の位置に配置してもよい。他の構成は、第１実施形態の自動水栓１と同様である。

図６に示すように、電磁弁制御部２０は、ステップＳ１において、センサ部１０が検出した距離を取得した後に、ステップＳ２において、水栓が吐水しているかを判断し、水栓が吐水していない場合には、自動止水モードを終了させる。電磁弁制御部２０は、ステップＳ２において水栓が吐水していると判断すると、ステップＳ１１において、流量計２１が測定した流量を取得する。流量の取得及び距離の取得は、順序が逆であってもよい。

電磁弁制御部２０は、ステップＳ１２において、流量が第２のしきい値以上であるかを判断し、第２のしきい値未満の場合にはステップＳ１に戻り距離の取得を継続する。ステップＳ１２の判定によって、流水解凍時など極低流量時の誤止水を防ぐことができる。

電磁弁制御部２０は、流量が第１のしきい値以上の場合、ステップＳ１３において、流量に応じて距離の変動量の第１のしきい値を設定する。電磁弁制御部２０は、第１のしきい値を設定した後に、ステップＳ３において、所定時間、距離を取得したかを判断する。電磁弁制御部２０は、所定時間、距離を取得していないと判断すると、ステップＳ１に戻り距離の取得以降の処理を実行させる。

ステップＳ３において、所定時間、距離を取得した場合に、電磁弁制御部２０は、ステップＳ４において、距離の変動量を算出する。電磁弁制御部２０は、距離の変動量について、ステップＳ５において、設定した第１のしきい値未満であるかを判断する。電磁弁制御部２０は、算出した距離の変動量が第１のしきい値以上である場合、容器３０内の水が満水に至っていないことからステップＳ１に戻り距離の取得以降の処理を実行させる。電磁弁制御部２０は、距離の変動量の第１のしきい値の他にも、流量に応じて差分をとる所定時間ΔＴを設定、または第１のしきい値及び所定時間ΔＴの両方を設定してもよい。

第１実施形態の自動水栓１においては、所定時間ΔＴを大きくすることによって低流量にも対応できる。しかし、所定時間ΔＴを低流量に対応させてしまうと、流量が大きい時に判定時間が長くなる課題が生じる。第２実施形態の自動水栓１においては、流量によって所定時間ΔＴを変更することが効果として挙げられる。第２実施形態の自動水栓１においては、流量が大きいときの所定時間ΔＴを低流量時の所定時間ΔＴよりも小さくすることで、判定時間が低流量時に合わせて長くなる問題を解決できる。

電磁弁制御部２０は、ステップＳ６において、所定時間の距離の第１のしきい値よりも小さい変動量が連続して複数回発生したかを判断する。電磁弁制御部２０は、所定時間の距離の第１のしきい値よりも小さい変動量が連続して複数回発生していない場合、容器３０内の水が満水に至っていないことからステップＳ１に戻り距離の取得以降の処理を実行させる。

電磁弁制御部２０は、所定時間の距離の第１のしきい値よりも小さい変動量が連続して複数回発生した場合、容器３０に溜められた水が満水であると判断する。電磁弁制御部２０は、ステップＳ７において電磁弁６を介して止水に切り替えさせる。電磁弁制御部２０は、容器３０に溜められた水が満水であり、溢れによって止水していることを、ステップＳ８において、例えば音声によってユーザに通知する。

自動水栓１においては、第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、距離の変動量の第１のしきい値を流量に応じて設定することにより、低流量時の誤止水を抑制できる。

以上、添付図面を参照しながら本開示に係る好適な実施形態について説明したが、本開示は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、自動水栓１においては、水位変動を検出する時間及び溢れと判定する距離の第１のしきい値は予め設定される構成を例示したが、この構成に限定されない。水位変動を検出する時間及び溢れと判定する距離の第１のしきい値は、例えば、外部デバイスから再設定する構成であってもよい。

自動水栓１においては、止水後のユーザへの通知が音声である構成を例示したが、この構成に限定されない。ユーザへの通知は、ブザーやＬＥＤの発光等の他の報知手段を用いてもよい。

自動水栓１においてユーザへの通知は、視覚及び聴覚を介して通知する構成に限定されない、例えば、流量変更、温度変更、ストレート吐水とシャワー吐水の切り替え等、水の出し方の変更、浄水と原水の変更、外部デバイスへの通知を用いてもよい。

本開示は下記の態様を含む。

［１］検知対象との距離を検出するセンサ部と、吐水と止水とを切り替える切替部と、前記センサ部の検出結果に応じて前記切替部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記センサ部が検出する所定時間の距離の変動量が所定のしきい値よりも小さいときに前記止水に切り替えさせる自動止水モードを有する、自動水栓。

［２］前記制御部は、前記自動止水モードのときに前記センサ部が検出する前記所定時間の距離の変動量が連続して複数回、前記しきい値よりも小さいときに前記止水に切り替えさせる、前記［１］に記載の自動水栓。

［３］前記制御部は、前記自動止水モードにおいて前記距離の変動量が所定の経過時間の間に前記しきい値よりも小さくなる前に前記距離の変動量が前記しきい値よりも大きくなり、前記距離の変動量が所定の前記経過時間の間に前記しきい値よりも小さくなる前記経過時間を前記所定時間として設定する、前記［１］または前記［２］に記載の自動水栓。

［４］前記制御部は、前記所定時間の距離の変動量が前記しきい値よりも小さくなる前の前記距離の変動量を、前記吐水される容器の断面積に応じて算出する、前記［３］に記載の自動水栓。

［５］前記制御部は、前記自動止水モードにおいて前記センサ部が検出する前記所定時間の距離の変動量が、前記吐水される容器の断面積に応じて設定された前記しきい値よりも小さいときに前記止水に切り替えさせる、前記［１］から前記［４］のいずれか一項に記載の自動水栓。

［６］吐水口を有する吐水管を備え、前記センサ部は、前記吐水管における前記吐水口よりも手前側に設けられる、前記［１］から前記［５］のいずれか一項に記載の自動水栓。

［７］前記［１］から前記［６］のいずれか一項に記載の自動水栓と、シンクと、を有し、前記自動水栓の下端は、前記シンクにおける縁の上面に設けられているキッチン。

［８］前記自動水栓は、前記センサ部が前記上面の高さよりも下側の前記シンクの内部をセンシング可能な位置に設けられている、前記［７］に記載のキッチン。

１…自動水栓、３…吐水管、４…吐水口、６…電磁弁、７…シンク、７Ａ…上面、９…水面、１０…センサ部、２０…電磁弁制御部、２１…流量計、４０…キッチン

Claims (8)

1. 検知対象との距離を検出するセンサ部と、
   吐水と止水とを切り替える切替部と、
   前記センサ部の検出結果に応じて前記切替部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記センサ部が検出する所定時間の距離の変動量が所定のしきい値よりも小さいときに前記止水に切り替えさせる自動止水モードを有する、自動水栓。
2. 前記制御部は、前記自動止水モードのときに前記センサ部が検出する前記所定時間の距離の変動量が連続して複数回、前記しきい値よりも小さいときに前記止水に切り替えさせる、
   請求項１に記載の自動水栓。
3. 前記制御部は、前記自動止水モードにおいて前記距離の変動量が所定の経過時間の間に前記しきい値よりも小さくなる前に前記距離の変動量が前記しきい値よりも大きくなり、前記距離の変動量が所定の前記経過時間の間に前記しきい値よりも小さくなる前記経過時間を前記所定時間として設定する、
   請求項１に記載の自動水栓。
4. 前記制御部は、前記所定時間の距離の変動量が前記しきい値よりも小さくなる前の前記距離の変動量を、前記吐水される容器の断面積に応じて算出する、
   請求項３に記載の自動水栓。
5. 前記制御部は、前記自動止水モードにおいて前記センサ部が検出する前記所定時間の距離の変動量が、前記吐水される容器の断面積に応じて設定された前記しきい値よりも小さいときに前記止水に切り替えさせる、
   請求項１に記載の自動水栓。
6. 吐水口を有する吐水管を備え、
   前記センサ部は、前記吐水管における前記吐水口よりも手前側に設けられる、
   請求項１に記載の自動水栓。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の自動水栓と、
   シンクと、
   を有し、
   前記自動水栓の下端は、前記シンクにおける縁の上面に設けられているキッチン。
8. 前記自動水栓は、前記センサ部が前記上面の高さよりも下側の前記シンクの内部をセンシング可能な位置に設けられている、
   請求項７に記載のキッチン。

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