JP6770679B2 - 水周り器具に使用するタッチ検出装置、及びそれを備えた水栓装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチ検出装置に関わり、特に、水周り器具に使用するタッチ検出装置、及びそれを備えた水栓装置に関する。

スイッチやセンサーを利用して使用者による操作を検知し、検知された操作に基づいて、吐水、止水を切り換えたり、吐水形態を変更することができる水周り器具が普及し始めている。このようなキッチン、洗面所、トイレ、バスルーム等の水周りで使用される水栓装置等の水周り器具は、水濡れしやすい環境で使用され、しかも使用頻度が極めて高いと共に、長期の耐用年数が要求される。このため、操作を検知するためのスイッチやセンサーは、機械的な電気接点をもたないことが望ましい。

自動水栓等で利用されている光電式のセンサーは、非接触で操作できるという利点はあるが、応答が遅く、使い勝手が悪いと共に、検知部が目立つため、デザイン性も優れたものとは言えない。さらに、光電式のセンサーには、検知部に水や泡が付着すると誤動作するという問題もある。
また、静電センサは、非常に軽いタッチで操作することが可能であるが、水濡れしやすい環境では誤動作が避けられず、水周り器具に利用することは困難である。

ここで、特開昭５４−１５３２８４号公報（特許文献１）には、圧電スイッチが記載されている。この圧電スイッチは、圧電素子を利用したスイッチであり、機械的な電気接点を利用することなく、使用者の押圧操作を検知することができる。
また、特公昭５８−４０８０３号公報（特許文献２）には、無接点押ボタンスイッチ回路が記載されている。この押ボタンスイッチにおいても、圧電素子を利用して、機械的な電気接点を使用することなく、使用者の押圧操作を検知している。

特開昭５４−１５３２８４号公報 特公昭５８−４０８０３号公報

しかしながら、特開昭５４−１５３２８４号公報（特許文献１）記載の圧電スイッチにおいては、圧電素子に押圧力を加えて弾性変形させ、この弾性変形に基づいて生成された電荷によりスイッチ操作を検知しているので、スイッチを操作するために比較的大きな操作力が必要となり、軽いタッチで操作することができないという問題がある。

また、特公昭５８−４０８０３号公報（特許文献２）記載の無接点押ボタンスイッチ回路は、圧電素子を発振回路の中に組み込んでおき、この圧電素子に押圧力が加えられることにより、圧電素子のインピーダンス等の電気的特性が変化して発振が低下又は停止することを利用して、使用者の押圧操作を検知している。この無接点押ボタンスイッチ回路では、圧電素子への僅かな押圧力でも、その電気的特性が変化し、圧電素子が組み込まれた発振回路の発振状態が変化するので、軽いタッチでも操作を検知することができる。しかしながら、発振回路の発振状態は回路定数に極めて敏感であるため、操作を検知するための圧電素子を発振回路本体から離れた場所に設置すると、発振状態が不安定となり、誤検知を起こしやすいという問題がある。

例えば、発振回路に組み込まれた圧電素子だけを水栓装置の吐水部近傍に配置し、発振回路の他の部分（発振回路本体）を水栓装置が設置されたカウンターボードの下側に配置した場合、圧電素子と発振回路本体を接続するリード線が比較的長くなる。このため、このリード線がもつインダクタンスや浮遊容量成分が発振回路の動作を不安定にし、誤動作を引き起こす場合がある。このような誤動作を防止するためには、圧電素子を発振回路本体の近傍に配置する必要がある。この場合には、例えば、水栓装置の吐水部近傍に操作部を配置するためには、発振回路全体を吐水部近傍に組み込む必要があり、水栓装置のデザインの自由度が大きく制約されることになる。

従って、本発明は、軽いタッチで操作することができると共に、水周り器具に使用した場合でも、誤動作を防止することができるタッチ検出装置、及びそれを備えた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、水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、対象物の接触を検知する検知部と、この検知部に取り付けられた振動励起素子と、この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、検知部に振動を励起する駆動回路と、この駆動回路による振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の検知部の振動に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、を有し、振動励起素子は圧電素子により構成され、接触判定回路は、振動励起素子への交流電圧の印加が停止された後の、振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定し、振動励起素子は、駆動回路により交流電圧が印加される入力端子を備えており、振動励起素子からの出力信号は振動励起素子の入力端子から取得され、駆動回路の出力は、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなり、振動励起素子からの出力信号は検波された後、Ａ／Ｄ変換され、接触判定回路は、駆動回路による交流電圧の印加が停止した後に取得された複数のＡ／Ｄ変換値の合計が所定の閾値以下の場合に対象物が接触したことを判定することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、所定周波数の交流電圧が、駆動回路によって振動励起素子に間欠的に印加され、振動励起素子が取り付けられた検知部に振動が励起される。接触判定回路は、振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の検知部の振動に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定する。

このように構成された本発明によれば、交流電圧の印加が停止した後の検知部の振動に基づいて、対象物の検知部への接触が判定されるので、検知部への軽い「タッチ」によっても検知部の振動に変化が生じ、「タッチ」を確実に検知することができる。また、振動励起素子は、検知部に振動を励起するように取り付けられているので、振動励起素子を駆動回路や接触判定回路等から離間した場所に配置した場合でも、回路が不安定になり、誤動作することはない。これにより、駆動回路や接触判定回路等を自由に配置することが可能になり、デザイン性の高い水周り器具を構成することが可能になる。

このように構成された本発明によれば、振動励起素子は圧電素子により構成されているので、簡便な構造で振動励起素子を構成することができる。また、接触判定回路は、圧電素子である振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物の検知部への接触を判定するので、検知部の振動を検出するための素子又は装置を別途設けることなく、検知部の振動を検出することができ、タッチ検出装置の構成を簡単にすることができる。

このように構成された本発明によれば、出力信号が、振動励起素子に交流電圧を印加する入力端子から取得されるので、交流電圧を印加する配線と、出力信号を取得する配線の少なくとも一部を共通にすることができ、信号線の配線を簡略化することができる。また、駆動回路の出力が、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなるので、振動励起素子からの出力信号のインピーダンスが高い場合でも、十分に正確な出力信号を取得することができる。

このように構成された本発明によれば、接触判定回路は、交流電圧の印加停止後における検知部の振動エネルギーに基づいてタッチを検出するので、手指等のタッチによる僅かな振動の減衰も確実に捉えることができ、高感度なタッチ検出装置を構成することができる。

本発明において、好ましくは、接触判定回路は、駆動回路による交流電圧の印加停止後における検知部の振動振幅に基づいて対象物が検知部に接触したか否かを判定するように構成され、振動振幅が所定の振幅以下に減衰するまでの時間が、所定の時間以下である場合に対象物が接触したことを判定する。

このように構成された本発明によれば、接触判定回路は、振動振幅が所定の振幅以下に減衰するまでの時間に基づいてタッチを検出するので、簡便な回路で振動の減衰を検出することができ、タッチ検出装置のコストを抑制することができる。

本発明において、好ましくは、接触判定回路は、駆動回路による交流電圧の印加停止後における検知部の振動振幅に基づいて対象物が検知部に接触したか否かを判定するように構成され、駆動回路による交流電圧の印加停止後、所定時間経過後の振動振幅が、所定の振幅以下に減衰している場合に対象物が接触したことを判定する。

このように構成された本発明によれば、接触判定回路は、交流電圧の印加停止後、所定時間経過後の振動振幅に基づいてタッチを検出するので、簡便な回路で振動の減衰を検出することができ、タッチ検出装置のコストを抑制することができる。

また、本発明は、水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、対象物の接触を検知する検知部と、この検知部に取り付けられた振動励起素子と、この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、検知部に振動を励起する駆動回路と、この駆動回路による振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の検知部の振動に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、を有し、振動励起素子は圧電素子により構成され、接触判定回路は、振動励起素子への交流電圧の印加が停止された後の、振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定し、振動励起素子は、駆動回路により交流電圧が印加される入力端子を備えており、振動励起素子からの出力信号は振動励起素子の入力端子から取得され、駆動回路の出力は、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなり、接触判定回路は誤検知を防止するための異常検知回路を備え、この異常検知回路は、振動励起素子への交流電圧の印加中における振動励起素子からの出力信号に基づいて、交流電圧の印加中に異常を検知することを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、異常検知回路は、振動励起素子への交流電圧の印加中における出力信号に基づいて異常を検知するので、タッチ検出の工程を複雑化することなく、異常を検知することができると共に、誤検知の発生を抑制することができる。

本発明において、好ましくは、異常検知回路は、振動励起素子への交流電圧の印加中における出力信号の振幅が、正常時における振幅よりも大きい場合に異常を検知し、接触判定回路は、異常が検知された場合には、対象物が接触したことを判定しない。

このように構成された本発明によれば、異常検知回路は、交流電圧の印加中における出力信号の振幅に基づいて異常を検知し、異常が検知された場合には対象物の接触を検知しないので、検知部に水滴等が付着した場合であっても、異常の発生を簡単な信号処理で検知することができると共に、誤検知による誤動作を防止することができる。

本発明において、好ましくは、異常検知回路は、振動励起素子への交流電圧の印加中において、出力信号の振幅が所定値以上変動した場合に異常を検知し、接触判定回路は、異常が検知された場合には、対象物が接触したことを判定しない。

このように構成された本発明によれば、異常検知回路は、交流電圧の印加中における出力信号の振幅の変動に基づいて異常を検知するので、異常の発生を確実に検知することができると共に、誤検知による誤動作を防止することができる。

また、本発明は、水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、対象物の接触を検知する検知部と、この検知部に取り付けられた振動励起素子と、この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、検知部に振動を励起する駆動回路と、この駆動回路による振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の検知部の振動に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、を有し、振動励起素子は圧電素子により構成され、接触判定回路は、振動励起素子への交流電圧の印加が停止された後の、振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定し、振動励起素子は、駆動回路により交流電圧が印加される入力端子を備えており、振動励起素子からの出力信号は振動励起素子の入力端子から取得され、駆動回路の出力は、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなり、さらに、接触判定確認回路を有し、この接触判定確認回路は、対象物が接触したことが接触判定回路により一旦判定された後、誤検知の可能性をより低下させる接触判定確認動作を実行し、接触判定確認回路は、対象物が接触したことが接触判定回路により一旦判定された後、接触判定確認動作として、通常の交流電圧の周波数とは異なる確認周波数の交流電圧を振動励起素子に印加し、確認周波数の交流電圧の印加によっても、対象物の接触が接触判定回路により判定された場合に、検知部への接触の判断を確定することを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、接触判定確認回路は、接触判定回路により対象物の接触が一旦判定された後、接触判定確認動作を実行するので、より確実に誤検知を防止することができる。また、接触判定確認動作は、接触判定回路により対象物の接触が一旦判定された後で実行されるので、誤検知の虞がない状況で無駄に接触判定確認動作が行われるのを防止することができる。

本発明において、好ましくは、接触判定確認回路は、接触判定確認動作として、通常の交流電圧の印加よりも長い所定の確認期間振動励起素子に交流電圧を印加し、確認期間中における振動励起素子からの出力信号に基づいて、接触判定回路による接触の判定を確認する。

このように構成された本発明によれば、接触判定確認動作では、通常よりも長い所定の確認期間振動励起素子に交流電圧が印加されるので、交流電圧の印加中における異常を、より確実に検出することができる。

また、本発明は、水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、対象物の接触を検知する検知部と、この検知部に取り付けられた振動励起素子と、この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、検知部に振動を励起する駆動回路と、この駆動回路による振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の検知部の振動に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、を有し、振動励起素子は圧電素子により構成され、接触判定回路は、振動励起素子への交流電圧の印加が停止された後の、振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定し、振動励起素子は、駆動回路により交流電圧が印加される入力端子を備えており、振動励起素子からの出力信号は振動励起素子の入力端子から取得され、駆動回路の出力は、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなり、さらに、振動励起素子に印加する交流電圧の周波数を調整する周波数調整回路を有し、この周波数調整回路は、振動励起素子を取り付けた検知部が共振する周波数に、印加する交流電圧の周波数を調整し、周波数調整回路は、所定時間の交流電圧の印加を異なる周波数で複数回実行し、交流電圧の印加停止後における振動励起素子からの出力信号の振幅が最大となる周波数を、振動励起素子を取り付けた検知部が共振する周波数として決定することを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、周波数調整回路は、印加する交流電圧の周波数を、振動励起素子を取り付けた検知部が共振する周波数に調整する。このように、検知部を共振周波数で励振するので、小さな励振力により検知部を大振幅で振動させることができ、タッチ検出装置を少ない消費エネルギーで作動させることができる。

本発明において、好ましくは、周波数調整回路は、所定時間の交流電圧の印加を異なる周波数で複数回実行し、交流電圧の印加停止後における振動励起素子からの出力信号の振幅が最大となる周波数を、振動励起素子を取り付けた検知部が共振する周波数として決定する。

このように構成された本発明によれば、検知部及び振動励起素子を水周り器具に組み付けた後でも交流電圧の周波数を調整することができるので、経年変化によって共振周波数がずれた場合でも、印加する交流電圧の周波数を共振周波数に合わせることができる。

本発明において、好ましくは、周波数調整回路は、交流電圧の印加停止後における出力信号の振幅が最大となる周波数が複数存在する場合には、振幅が最大となった周波数のうち、振動励起素子への交流電圧の印加中における出力信号の振幅の変動が最も少ない周波数を、振動励起素子を取り付けた検知部が共振する周波数として決定する。

このように構成された本発明によれば、振動励起素子を取り付けた検知部の共振周波数を、簡単なアルゴリズムで自動的に、確実に設定することができる。

また、本発明は、水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、対象物の接触を検知する検知部と、この検知部に取り付けられた振動励起素子と、この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、検知部に振動を励起する駆動回路と、この駆動回路による振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の検知部の振動に基づいて、対象物が検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、を有し、さらに、振動励起素子に印加する交流電圧の周波数を調整する周波数調整回路を有し、この周波数調整回路は、振動励起素子を取り付けた検知部が共振する周波数に、印加する交流電圧の周波数を調整し、さらに、検知部の共振周波数と振動励起素子に印加する交流電圧の周波数との間のずれの発生を検知する周波数ずれ検知回路を備え、周波数調整回路は、周波数ずれ検知回路によって周波数ずれが検知されると、交流電圧の周波数が検知部の共振周波数と一致するように調整を行うことを特徴としている。

本発明においては、振動励起素子に印加する交流電圧の周波数と検知部の共振周波数が十分に一致していることが望ましい。ところが、検知部の温度変化や、経年変化等により、交流電圧の周波数の初期調整後に検知部の共振周波数が一時的に、又は恒久的に変化し、両者の間にずれが生じる場合がある。このような周波数のずれが発生すると、検知性能を十分に発揮できなかったり、誤検知を起こす虞がある。しかしながら、使用者が、タッチ検出装置の周波数ずれを発見することは困難である。上記のように構成された本発明によれば、検知部の共振周波数と振動励起素子に印加する交流電圧の周波数との間のずれの発生を検知する周波数ずれ検知回路を備え、周波数調整回路は、周波数ずれ検知回路によって周波数ずれが検知されると、交流電圧の周波数が検知部の共振周波数と一致するように調整を行うので、周波数のずれを監視して、タッチ検出装置を常に良好な状態に保つことができる。

本発明において、好ましくは、周波数調整回路は、周波数ずれ検知回路によって周波数ずれが検知されている状態が所定の周波数ずれ判定時間以上継続した場合に周波数の調整を実行する。

検知部の共振周波数には、経年変化により恒久的な変化が生じる場合もあるが、検知部に熱湯が掛かる等、温度変化により一時的に変化する場合もある。このため、検知部の共振周波数と交流電圧の周波数との間で周波数のずれが生じているからとして直ちに周波数を調整してしまうと、調整中における共振周波数の変化により、周波数調整が困難となったり、逆にずれ量を増大させてしまう可能性もある。上記のように構成された本発明によれば、周波数調整回路は、周波数ずれ検知回路によって周波数ずれが検知されている状態が所定の周波数ずれ判定時間以上継続した場合に周波数の調整を実行するので、より確実に周波数調整回路による自動調整を行うことができる。

本発明において、好ましくは、周波数ずれ判定時間は、検知部の共振周波数が振動励起素子に印加する交流電圧の周波数よりも低い場合には、検知部の共振周波数が振動励起素子に印加する交流電圧の周波数よりも高い場合よりも長く設定される。

検知部の共振周波数の低下は、多くの場合、検知部への水滴の付着によるものであることが本件発明者により見出された。このような水滴の付着に起因する周波数のずれは、時間経過と共に解消される可能性が高く、ずれが検知された場合であっても即座に調整を実行しない方が良い。また、検知部の共振周波数が交流電圧の周波数よりも高い状況は、殆どの場合、過去に水滴が付着した状態で周波数調整が実行され、交流電圧の周波数が低下された場合に生じることが本件発明者により見出された。このような状況においては、直ちに周波数調整を行うことが望ましい。上記のように構成された本発明によれば、周波数ずれ判定時間は、検知部の共振周波数が振動励起素子に印加する交流電圧の周波数よりも低い場合には、検知部の共振周波数が振動励起素子に印加する交流電圧の周波数よりも高い場合よりも長く設定されるので、水滴の付着による一時的な共振周波数の変化にも効果的に対処することができる。

本発明において、好ましくは、周波数調整回路は、所定の周波数範囲内で検知部の共振周波数を探索するように構成されると共に、探索する周波数範囲が異なる第１の調整モード及び第２の調整モードを実行可能に構成され、第１の調整モードにおいては、検知部の標準周波数を含む第１の周波数範囲内で共振周波数が探索され、第２の調整モードにおいては、現行の交流電圧の周波数を含む、第１の周波数範囲よりも狭い第２の周波数範囲内で共振周波数が探索される。

検知部の共振周波数のずれは、検知部の個体間のバラツキや、検知部への水滴の付着等によって発生すると共に、このような共振周波数のずれの大きさは、周波数ずれの発生原因によって異なることが本件発明者により見出されている。また、周波数調整回路の作動中は、タッチ検出装置として使用することができないので、周波数調整に時間が掛かると使用者に不便を与えることとなる。上記のように構成された本発明によれば、第１の調整モードにおいては、検知部の標準周波数を含む第１の周波数範囲内で共振周波数が探索され、第２の調整モードにおいては、現行の交流電圧の周波数を含む、第１の周波数範囲よりも狭い第２の周波数範囲内で共振周波数が探索されるので、周波数ずれの発生原因に応じた調整を短時間で実行することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、周波数調整回路による周波数調整の成否を判定する判定回路を有し、第１の調整モードにおいては、判定回路により周波数調整の失敗が判定された場合に、周波数調整が成功するまで繰り返し共振周波数が探索され、第２の調整モードにおいては、判定回路により周波数調整の失敗が判定された場合に、共振周波数の探索を繰り返すことなく、現行の交流電圧の周波数が維持される。

このように構成された本発明によれば、第１の調整モードにおいては、周波数調整が失敗した場合に、成功するまで繰り返し共振周波数が探索され、第２の調整モードにおいては、周波数調整が失敗した場合に、共振周波数の探索を繰り返すことなく、現行の交流電圧の周波数が維持されるので、周波数ずれの発生状況や、タッチ検出装置の使用状況に応じて適切な周波数調整を行うことができ、確実な周波数調整と、使用不能期間の削減を両立することができる。

本発明において、好ましくは、周波数調整回路は、所定の周波数範囲内の複数の周波数について振動励起素子に交流電圧を印加し、交流電圧が印加されたときの振動励起素子からの出力信号を夫々取得し、これらの出力信号の検波波形を解析することにより周波数調整を実行するように構成され、判定回路は、検波波形の中に、交流電圧の印加終了後に波形が単調減少しないものが含まれている場合には、周波数調整回路による周波数調整が失敗したと判定する。

交流電圧の印加終了後の残響振動波形は、初期振幅が大きく、次第に振幅が小さくなる減衰振動波形となるが、取得した波形に大きなノイズが混入している場合や、検知部に何かが接触している場合には、減衰振動波形に乱れが生じ、その検波波形は単調減少波形とはならない。上記のように構成された本発明によれば、検波波形の中に、交流電圧の印加終了後に波形が単調減少しないものが含まれている場合には、周波数調整回路による周波数調整に失敗したと判定されるので、ノイズ等の影響による誤った周波数調整を防止することができる。

本発明において、好ましくは、周波数調整回路は、所定の周波数範囲内の複数の周波数について振動励起素子に交流電圧を印加し、交流電圧が印加されたときの振動励起素子からの出力信号を夫々取得し、これらの出力信号に基づいて共振周波数を探索して、決定するように構成され、判定回路は、決定された共振周波数の交流電圧の印加停止後における検知部の振動エネルギーが所定の閾値に達しない場合、周波数調整回路による周波数調整が失敗したと判定する。

印加する交流電圧の周波数と、検知部の共振周波数が良く一致している状況においては、検知部が共振周波数で励振されることにより、検知部は大きく振動し、交流電圧の印加終了後の残響振動のエネルギーも大きくなる。しかしながら、周波数調整中の検知部に多量の水滴が付着していたり、検知部に物体が接触した状態で周波数調整が実行された場合には、残響振動のエネルギーが小さくなる。このように十分な残響振動が生じない状態で探索された共振周波数には大きな誤差が含まれている可能性が高い。上記のように構成された本発明によれば、決定された共振周波数の交流電圧の印加停止後における検知部の振動エネルギーが所定の閾値に達しない場合には、周波数調整回路による周波数調整が失敗したと判定するので、不適切な環境における周波数調整により、誤った周波数調整がなされるのを防止することができる。

本発明において、好ましくは、接触判定確認回路は、対象物が接触したことが接触判定回路により一旦判定された後、接触判定確認動作として、通常の交流電圧の周波数とは異なる確認周波数の交流電圧を振動励起素子に印加し、確認周波数の交流電圧の印加によっても、対象物の接触が接触判定回路により判定された場合に、検知部への接触の判断を確定する。

本発明においては、検知部に対象物が接触すると、交流電圧の印加終了後の残響振動のエネルギーが低下する現象を利用して、対象物の接触を検出している。しかしながら、印加する交流電圧の周波数と、検知部の共振周波数の間にずれが生じた場合においても、検知部を十分に励振することができないため、残響振動のエネルギーが低下する。検知部の共振周波数は、検知部に水滴等が付着した場合にも変化が生じ、その結果、残響振動のエネルギーが低下し、対象物が接触しているものとして誤検知される虞がある。上記のように構成された本発明によれば、接触判定確認動作として、通常の交流電圧の周波数とは異なる確認周波数の交流電圧を振動励起素子に印加し、確認周波数の交流電圧の印加によっても、対象物の接触が接触判定回路により判定された場合に、検知部への接触の判断を確定する。このため、周波数のずれにより接触判定回路が対象物の接触を誤って判定した場合においても、接触判定確認回路が、通常の交流電圧の周波数とは異なる確認周波数の交流電圧により励振を行うので、共振周波数がずれている場合でも、確認周波数が共振周波数に近くなることで大きな残響振動が励起され、周波数ずれによる誤検知を効果的に抑制することができる。

また、本発明は、タッチ操作により吐水、止水を切り換えることができる水栓装置であって、本発明のタッチ検出装置と、検知部が設けられた操作部と、タッチ検出装置による、対象物の検知部への接触判定に基づいて開閉される開閉弁と、を有することを特徴としている。

本発明のタッチ検出装置、及びそれを備えた水栓装置によれば、軽いタッチで操作することができると共に、水周り器具に使用した場合でも、誤動作を防止することができる。

本発明の第１実施形態の水栓装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態のタッチ検出装置の概略構成を示す回路図である。 本発明の第１実施形態の水栓装置の先端部に設けられた検知部を拡大して示す断面図である。 本発明の第１実施形態のタッチ検出装置において、使用者が検知部にタッチしていない場合の圧電素子の典型的な出力波形を示す図である。 本発明の第１実施形態のタッチ検出装置において、使用者が検知部にタッチした場合の圧電素子の典型的な出力波形を示す図である。 本発明の第１実施形態の水栓装置の作用を示すメインフローである。 本発明の第１実施形態の水栓装置の作用の一例を示したタイムチャートである。 図６のメインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ検出フローである。 検知部の共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた場合における、出力波形の一例を示す図である。 図６のステップＳ６において、サブルーチンとして呼び出されるタッチ確認検出処理を示すフローチャートである。 検知部の共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた状態において、タッチ確認検出が行われた場合の出力波形の一例を示す図である。 図６のステップＳ１において、サブルーチンとして呼び出される周波数調整処理を示すフローチャートである。 検知部の共振周波数と印加する交流電圧の周波数が比較的大きくずれている場合における出力波形の一例である。 検知部の共振周波数と印加する交流電圧の周波数が僅かにずれている場合における出力波形の一例である。 検知部の共振周波数と印加する交流電圧の周波数が十分に一致している場合における出力波形の一例である。 本発明の第２実施形態において、図６のメインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ検出フローである。 本発明の第２実施形態のタッチ検出装置において、使用者が検知部にタッチしていない場合の圧電素子の典型的な出力波形を示す図である。 本発明の第２実施形態のタッチ検出装置において、使用者が検知部にタッチした場合の圧電素子の典型的な出力波形を示す図である。 検知部の共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた場合における、出力波形の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態において、図６のメインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ確認検出フローである。 検知部の共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた状態において、タッチ確認検出が行われた場合の出力波形の一例を示す図である。 本発明の第３実施形態における検出回路の概略構成を示す回路図である。 本発明の第３実施形態の水栓装置の作用を示すメインフローである。 メインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ検出フローである。 メインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ確認検出フローである。 周波数調整回路によって実行される周波数初期調整フローである。 メインフローからサブルーチンとして呼び出される共振周波数確認フローである。 共振周波数確認フローからサブルーチンとして呼び出される共振周波数検出フローである。 メインフローからサブルーチンとして呼び出される交流電圧の周波数再調整フローである。 タッチ検出フローからサブルーチンとして呼び出される検波波形データ取得フローである。 取得される検波波形の一例を示す図である。 「タッチ」の判定と、「タッチ」の判定を確定させる処理を説明するためのタイムチャートである。 「タッチ」の判定と、「タッチ」の判定を確定させる処理を説明するためのタイムチャートである。 「タッチ」の判定と、「タッチ」の判定を確定させる処理を説明するためのタイムチャートである。

次に、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態の水栓装置を説明する。本実施形態の水栓装置は、本発明の第１実施形態のタッチ検出装置が組み込まれたものであり、このタッチ検出装置により使用者の操作を検知して、吐水、止水を切り換えることができるように構成されている。
図１は、本実施形態の水栓装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態のタッチ検出装置の概略構成を示す回路図である。図３は、水栓装置の先端部に設けられた検知部を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態の水栓装置１は、カウンターボードＣ上に取り付けられた水栓本体２と、この水栓本体２の先端部に設けられた検知部２ａと、この検知部２ａに取り付けられた振動励起素子である圧電素子４と、水栓本体２の基部に内蔵された湯水混合バルブ６と、を有する。さらに、水栓装置１は、カウンターボードＣの下側に配置された、湯及び水の供給、停止を夫々切り換える開閉弁である湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂと、これらの電磁弁の開閉を制御する水栓コントローラ１０と、検知部２ａへの操作に応じて水栓コントローラ１０に信号を送る検出回路１２と、を有する。なお、本実施形態の水栓装置１のうち、検知部２ａ、圧電素子４及び検出回路１２は、本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置を構成する。

本実施形態の水栓装置１は、水栓本体２の先端部に設けられた検知部２ａを、使用者が軽くタッチすることにより、湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂが開閉され、止水状態と吐水状態を切り換えることができるように構成されている。従って、本実施形態においては、検知部２ａが設けられた水栓本体２の先端部が、水栓装置１の操作部として機能する。

水栓本体２は、カウンターボードＣからほぼ垂直に立ち上がる基部と、この基部の先端からほぼ水平方向に延びる水平部とを有する金属製の管状の部材であり、水平部の先端には吐水口２ｂが設けられている。
検知部２ａは、水栓本体２の先端に、その先端面を形成するように設けられており、使用者の手指等の対象物が検知部２ａに接触しているか否かを検知するための信号が検出回路１２に送られるように構成されている。後述するように、検知部２ａには圧電素子４が内蔵されており、この圧電素子４は、水栓本体２内部に通された２本の信号線４ａ、４ｂによって検出回路１２に電気的に接続されている。

湯水混合バルブ６は、水栓本体２の基部に内蔵されると共に、湯用電磁弁８ａの下流側に接続された給湯管１４ａ、及び水用電磁弁８ｂの下流側に接続された給水管１４ｂに夫々接続されている。また、湯水混合バルブ６には温調ハンドル６ａが取り付けられており、この温調ハンドル６ａを調整することにより、給湯管１４ａから供給された湯及び給水管１４ｂから供給された水の混合比が設定され、吐水口２ｂから吐出される湯水の温度を調整することができる。また、湯水混合バルブ６において混合された湯水は、水栓本体２の内部に配置された通水部材（図示せず）を介して導かれ、吐水口２ｂから吐出される。

湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂは、水栓コントローラ１０からの制御信号に応じて開閉される電磁弁である。湯用電磁弁８ａは、給湯器（図示せず）からの配管に接続され、開弁されると給湯管１４ａへ湯を流出させるように構成されている。水用電磁弁８ｂは、上水道に接続されており、開弁されると給水管１４ｂへ水を流出させるように構成されている。

水栓コントローラ１０は、検出回路１２からの出力信号に応じて、湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂに制御信号を出力し、これらを開閉させるように構成されている。
検出回路１２は、検知部２ａに内蔵された圧電素子４に電気的に接続されると共に、水栓コントローラ１０に判定出力信号を出力するように構成されている。検出回路１２は、圧電素子４に交流電圧を印加することにより、これを所定の周波数で超音波振動させ、また、圧電素子４の端子から出力信号を取得するように構成されている。さらに、検出回路１２は、圧電素子４から取得した出力信号に基づいて、対象物である使用者の手指等が検知部２ａにタッチ（接触）したか否かを判定し、判定結果を判定出力信号として水栓コントローラ１０に出力するように構成されている。

具体的には、水栓コントローラ１０及び検出回路１２は、マイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータ、半導体、電気抵抗、コンデンサ等の電子部品、及びマイクロプロセッサ等を作動させるプログラムを組み合わせることにより構成することができる。また、水栓コントローラ１０及び検出回路１２を上記の電子部品により一体的に構成することもできる。

次に、図２を参照して、検出回路１２の構成を説明する。
図２に示すように、検出回路１２には、マイクロコンピュータ１６と、駆動回路１８と、信号変換回路２０と、分圧回路２２と、が内蔵されている。
マイクロコンピュータ１６は、これを作動させるプログラムにより、接触判定回路１６ａ、接触判定確認回路１６ｂ、異常検知回路１６ｃ及び周波数調整回路１６ｄとして機能するように構成されている。これらの回路の作用については後述する。また、マイクロコンピュータ１６は、２つの出力ポートＰ１、Ｐ２からの出力信号により、駆動回路１８を構成する２つのトランジスタを制御するように構成されている。さらに、マイクロコンピュータ１６は、信号変換回路２０から出力されたアナログ電圧の信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路を内蔵している。マイクロコンピュータ１６に内蔵された各回路は、変換されたディジタル値に基づいて演算を行い、検知部２ａへのタッチの有無を判定している。

駆動回路１８は、電源側に接続されたＰＮＰトランジスタ１８ａ、アース側に接続されたＮＰＮトランジスタ１８ｂ、及び２本の電気抵抗１８ｃ、１８ｄから構成されている。ＰＮＰトランジスタ１８ａのエミッタ端子は電源に接続され、ベース端子はマイクロコンピュータ１６の出力ポートＰ１に接続されている。また、電気抵抗１８ｃは、ＰＮＰトランジスタ１８ａのベース−エミッタ間に接続されている。一方、ＮＰＮトランジスタ１８ｂのエミッタ端子はアースに接続され、ベース端子はマイクロコンピュータ１６の出力ポートＰ２に接続されている。また、電気抵抗１８ｄは、ＮＰＮトランジスタ１８ｂのベース−エミッタ間に接続されている。さらに、ＰＮＰトランジスタ１８ａ及びＮＰＮトランジスタ１８ｂの各コレクタ端子は互いに接続され、信号線４ａを介して圧電素子４の一方の電極（入力端子）に接続されている。また、圧電素子４の他方の電極は、信号線４ｂを介してアースに接続されている。

ＰＮＰトランジスタ１８ａ及びＮＰＮトランジスタ１８ｂは、マイクロコンピュータ１６の出力ポートＰ１、Ｐ２からの信号により、所定の周期で交互にオン−オフされる。ＰＮＰトランジスタ１８ａがオン、ＮＰＮトランジスタ１８ｂがオフとされた状態では信号線４ａには電源電圧と等しい電圧が出力され、一方、ＰＮＰトランジスタ１８ａがオフ、ＮＰＮトランジスタ１８ｂがオンとされた状態では信号線４ａはアース電位となる。これらの状態が所定周期で交互に繰り返されることにより、圧電素子４の一方の電極には、信号線４ａを介して所定周波数の交流電圧が印加される。また、圧電素子４に交流電圧が印加されていない状態においては、両方のトランジスタがオフにされ、各トランジスタのコレクタはハイインピーダンスな状態（実質的に、電気的に切り離された状態）にされる。なお、本実施形態においては、ＰＮＰトランジスタ及びＮＰＮトランジスタを交互にオン−オフすることにより、圧電素子４に交流電圧を印加しているが、ＦＥＴ等、任意のスイッチング素子を使用して交流電圧を印加することができる。

分圧回路２２は、２本の電気抵抗２２ａ、２２ｂから構成され、圧電素子４の一方の端子に現れる電圧を分圧し、適正な電圧に調整するように構成されている。即ち、電気抵抗２２ａの一方の端子は信号線４ａに接続され、他方の端子は電気抵抗２２ｂの一方の端子に接続されている。また、電気抵抗２２ｂの他方の端子はアースに接続されている。これにより、信号線４ａに現れた電圧が、電気抵抗２２ａ、２２ｂの抵抗比により分圧され、適正な電圧に調整される。上記のように、圧電素子４に交流電圧が印加されている状態においては、圧電素子４の一方の端子（信号線４ａ）には、電源電圧とアース電位が所定周期で交互に現れる。これに対して、駆動回路１８の出力がハイインピーダンスにされた状態（両方のトランジスタがオフ）では、信号線４ａには、圧電素子４により生成された起電力が現れる。分圧回路２２は、これらの電圧を分圧し、分圧された電圧を信号変換回路２０に出力する。即ち、圧電素子４の一方の電極に接続された端子は、交流電圧を印加するための入力端子として機能し、また、この入力端子から、圧電素子４の出力信号が取得される。

信号変換回路２０は、２つのコンデンサ２０ａ、２０ｂ、ダイオード２０ｃ、及び電気抵抗２０ｄから構成されている。コンデンサ２０ａの一方の端子は、分圧回路２２の電気抵抗２２ａ、２２ｂの接続点に接続され、他方の端子は、ダイオード２０ｃのアノード端子に接続されている。さらに、ダイオード２０ｃのカソード端子は、マイクロコンピュータ１６に内蔵されたＡ／Ｄ変換器の入力端子に接続されている。また、ダイオード２０ｃのカソード端子は、コンデンサ２０ｂ及び電気抵抗２０ｄを介して夫々アースに接続されている。これにより、分圧回路２２からの出力信号は、直流成分がコンデンサ２０ａにより除去され、直流成分が除去された信号がダイオード２０ｃにより検波されると共に、コンデンサ２０ｂにより高周波成分がカットされ、マイクロコンピュータ１６のＡ／Ｄ変換器に入力される。

次に、図２及び図３を参照して、検知部２ａの構成を説明する。
図３に示すように、検知部２ａは、水栓本体２の先端に取り付けられた金属製の部材によって構成されており、水栓本体２と共に水栓装置１の外観を形成している。検知部２ａは、使用者の手指等が触れる円板部と、この円板部から背面側に延びる円筒部と、を有し、円板部裏側の円筒部の中に圧電素子４が取り付けられている。

圧電素子４は、本実施形態においては、チタン酸バリウム、ジルコンチタン酸鉛等の圧電セラミックスを使用した円盤状の素子であり、この圧電セラミックスの両面に夫々電極が設けられている。これらの電極間に信号線４ａ、４ｂを介して交流電圧を印加することにより、圧電素子４は全体として屈曲するような変形を繰り返し、振動する。また、圧電素子４は、検知部２ａの円板部の背面側に接着剤により固着されているので、圧電素子４及び円板部は、一体となって屈曲振動する。即ち、圧電素子４に所定周波数の交流電圧を印加することにより、検知部２ａは数μｍ程度の振幅で屈曲振動する。また、逆に、圧電素子４が屈曲振動されると、その電極間（信号線４ａ、４ｂ間）に起電力が発生する。なお、本実施形態においては、印加される交流電圧の周波数は、圧電素子４と円板部が一体となって屈曲振動する際の共振周波数である約４０ｋＨｚに設定されている。好ましくは、共振周波数は、約２０ｋＨｚ〜約６０ｋＨｚの超音波帯域に設定する。

次に、図４及び図５を参照して、本発明の第１実施形態によるタッチ検出装置における検出原理を説明する。
図４は、本発明の第１実施形態のタッチ検出装置において、使用者が検知部２ａにタッチしていない場合の圧電素子４の典型的な出力波形を示し、図５は使用者が検知部２ａにタッチした場合の圧電素子４の典型的な出力波形を示す。なお、図４及び図５は、上段にマイクロコンピュータ１６の出力ポートＰ１、Ｐ２（図２）からの出力電圧波形、中段に圧電素子４の出力電圧波形（信号線４ａ、４ｂ間の電圧波形）、下段に信号変換回路２０回路からの出力電圧波形（マイクロコンピュータ１６のＡ／Ｄ変換器入力波形）を示すものである。なお、図４及び図５等は信号波形を模式的に示したものであり、交流電圧の印加中において出力される波の数等、実際の波形とは異なっている。

まず、図４の時刻ｔ１において、圧電素子４への交流電圧の印加が開始される。即ち、図４の上段に示すように、マイクロコンピュータ１６の出力ポートＰ１、Ｐ２に交互に電圧パルスが出力されることにより、駆動回路１８（図２）のＰＮＰトランジスタ１８ａとＮＰＮトランジスタ１８ｂが交互にオンにされる。これにより、図４の中段に示すように、圧電素子４の両電極間（信号線４ａ、４ｂ間）にはパルス状の交流電圧が印加される。この交流電圧の印加により、圧電素子４は屈曲振動される。上述したように、圧電素子４に印加される交流電圧の周波数は、一体化されて振動する検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数と一致するように設定されている。このため、交流電圧の印加による検知部２ａ及び圧電素子４の屈曲振動の振幅は数μｍ程度であり、他の周波数で振動が励起された場合よりも振幅が大きくなる。なお、交流電圧の印加中においては、圧電素子４の端子（信号線４ａ）は、ＰＮＰトランジスタ１８ａ又はＮＰＮトランジスタ１８ｂによって電源電圧又はアースの何れかに接続されているため、圧電素子４の両電極間電圧（図４の中段）は、これらに支配される（圧電素子４の屈曲振動により生成された起電力が表れているのではない）。

次に、図４の時刻ｔ２において、圧電素子４への交流電圧の印加が停止される。交流電圧の印加が停止されると、駆動回路１８のＰＮＰトランジスタ１８ａ及びＮＰＮトランジスタ１８ｂは何れもオフにされ、駆動回路１８の出力はハイインピーダンス（電気的に切り離された状態）となる。一方、検知部２ａ及び圧電素子４は、時刻ｔ１〜ｔ２間の振動の励起により共振周波数で屈曲振動されており、時刻ｔ２において交流電圧の印加が停止された後もこの振動が残留し（一般的に、この現象を「残響」と言う）、次第に減衰する（振動振幅が小さくなる）。また、交流電圧の印加停止後は、駆動回路１８の出力がハイインピーダンスとされているので、圧電素子４の両端子間（信号線４ａ、４ｂ間）には、圧電素子４の屈曲振動により生成された起電力が表れる（図４中段の時刻ｔ２〜）。

本発明の第１実施形態のタッチ検出装置は、このような交流電圧の印加停止後において検知部２ａ（及び圧電素子４）に残る「残響振動」の大きさに基づいて、検知部２ａへのタッチ操作の有無を判定している。
ここで、図４の中段に示すように、検知部２ａへのタッチ操作が行われていない場合には、交流電圧の印加が停止した時刻ｔ２後の電圧振幅が大きく、その振動が減衰するまでの時間も長くなる。一方、図５の中段に示すように、検知部２ａへのタッチ操作が行われている（検知部２ａに使用者の手指等が接触している）場合には、時刻ｔ２後の電圧振幅が小さく、その振動も短時間で減衰している。即ち、検知部２ａに使用者の手指等が接触している場合には、検知部２ａの振動が接触している手指等に吸収され、交流電圧の印加停止後に残る「残響振動」が小さくなるものと考えられる。

本実施形態においては、図４及び図５の中段に示す圧電素子４の電圧波形の直流成分を除去し、検波した信号変換回路２０の出力波形（図４及び図５の下段）に基づいてタッチの有無を判定している。具体的には、本実施形態においては、時刻ｔ２後の信号変換回路２０の出力波形によって囲まれた面積（図４及び図５下段の斜線部の面積。励振停止後の検知部２ａ及び圧電素子４の振動エネルギーに比例する。）の大きさに基づいてタッチの有無を判定している。

次に、図６乃至図１５を参照して、本発明の第１実施形態による水栓装置１の作用を説明する。
図６は本実施形態の水栓装置１の作用を示すメインフローであり、図７は作用の一例を示したタイムチャートである。また、図８は、図６のメインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ検出フローである。なお、図７のタイムチャートは、図４及び図５のタイムチャートと同様に、１段目に出力ポートＰ１、Ｐ２からの出力電圧波形、２段目に圧電素子４の出力電圧波形、３段目に信号変換回路２０回路からの出力電圧波形を示し、最下段には、検出回路１２から水栓コントローラ１０に出力される判定出力を示したものである。

図６のフローチャートにおける処理は、検出回路１２に内蔵されたマイクロコンピュータ１６及びプログラムによって実行される。
まず、ステップＳ１においては、圧電素子４に印加される交流電圧の周波数調整が実行される。この周波数調整は、圧電素子４に印加される交流電圧の周波数を、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数に正確に一致させるための処理であり、この処理は、本実施形態においては、検出回路１２に対する電源投入時に実行される。また、変形例として、検出回路１２に、周波数調整実行用のスイッチ（図示せず）を設けておき、このスイッチの操作により周波数調整が実行されるように本発明を構成することもできる。

本実施形態のタッチ検出装置は、その性能を十分に発揮させるためには、印加する交流電圧の周波数と、共振周波数を十分に一致させておく必要がある。検知部２ａ及び圧電素子４が大きく振動する共振周波数には個体差があり、検出回路１２に対して組み合わせる水栓本体２（検知部２ａ及び圧電素子４）に応じて、印加する交流電圧の周波数を調整することが望ましい。また、このような周波数調整機能を備えておくことにより、検出回路１２に組み合わせる水栓本体２の個体ごとのバラツキに対応することができると共に、複数種類の水栓本体２に組み合わせることができる汎用の検出回路１２を構成することも可能となる。ステップＳ１における具体的な処理については、後述する。

次に、図６のステップＳ２においては、１０ｍｓタイマーがリセットされる。本実施形態においては、圧電素子４への交流電圧の印加がセンシング周期である１０ｍｓごとに間欠的に実行される。ステップＳ２においては、この交流電圧の印加の間隔を制御する１０ｍｓタイマーがリセットされ、タイマーの積算が開始される。好ましくは、センシング周期は、約１０〜１００ｍｓに設定する。
さらに、ステップＳ３においては、サブルーチンとして、図８に示すタッチ検出フローが実行される。ステップＳ３において実行されるタッチ検出は、図４及び図５を使用して説明した原理に基づいて実行されるものであり、図８のフローにおける具体的処理については後述する。また、図７に示す例では、時刻ｔ１０においてステップＳ３が実行され、圧電素子４に対する交流電圧の印加が行われている。

次いで、ステップＳ４においては、ステップＳ３における検出結果が「タッチ」であったか、「非タッチ」であったかが判定される。「タッチ」であった場合にはステップＳ５に進み、「非タッチ」であった場合にはステップＳ１１に進む。図７に示す例では、時刻ｔ１０〜ｔ１１間に実行された励振（交流電圧の印加）後の残響が大きいため、「非タッチ」と判定されている。「非タッチ」と判定された後のステップＳ１１においては、ステップＳ２において積算が開始されたタイマーが１０ｍｓになるまで待機され、１０ｍｓ経過するとステップＳ２に戻る。

ステップＳ２においては、１０ｍｓタイマーがリセットされて再び積算が開始され、ステップＳ３において再びタッチ検出が実行される。図７に示す例では、時刻ｔ１０における前回の励振開始から１０ｍｓ経過後の時刻ｔ１２において再びステップＳ３が実行されている。さらに、図７の例では、時刻ｔ１２において開始された励振停止後（時刻ｔ１３〜）の残響が小さいため、ステップＳ３における検出結果が「タッチ」と判定されている。ステップＳ３において「タッチ」と判定された場合には、ステップＳ４からステップＳ５に進む。

ステップＳ５においては、ステップＳ３における検出結果が「非タッチ」から「タッチ」に変化したか否かが判断される。図７の例では、時刻ｔ１０において開始された前回の検出結果が「非タッチ」であり、時刻ｔ１２において開始された今回の検出結果が「タッチ」であるため、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６においては、「タッチ確認検出」である図８に示すフローチャートが、サブルーチンとして実行される。この「タッチ確認検出」は、ステップＳ３における「タッチ検出」による誤検知を防止するために、ステップＳ３による検出結果が「非タッチ」から「タッチ」に変化した場合に実行される処理である。具体的には、「タッチ確認検出」は、「タッチ検出」よりも長い期間圧電素子４に交流電圧を印加することにより実行されるものであり、具体的な処理については後述する。図７の例では、ステップＳ３における「タッチ検出」が終了した直後の時刻ｔ１４において「タッチ確認検出」が開始されている。

ステップＳ７においては、「タッチ確認検出」の結果が「タッチ」であったか否かが判断される。「非タッチ」であった場合には、ステップＳ３における「タッチ」の検出が誤検知であった可能性が高いため、電磁弁の開閉を行うことなく、ステップＳ１１に進み、時刻ｔ１２から１０ｍｓ経過するまで待機される。一方、「タッチ確認検出」の結果が「タッチ」であった場合には、「タッチ」の判定が確定され、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８においては、水栓装置１が吐水状態であるか否かが判断され、吐水中である場合にはステップＳ１０に進み、吐水中でない場合にはステップＳ９に進む。ステップＳ１０では、吐水状態において新たに検知部２ａがタッチされた（時刻ｔ１２）ことになるため、湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂが閉弁され、止水状態に切り換えられる。具体的には、検出回路１２において「タッチ」の検出が確定されると、「タッチ確定」を表す信号が検出回路１２から水栓コントローラ１０に出力され、水栓コントローラ１０は湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂに制御信号を送って、これらを閉弁させる。一方、ステップＳ９では、止水状態において新たに検知部２ａがタッチされた（時刻ｔ１２）ことになるため、湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂが開弁され、吐水状態に切り換えられる。図７に示す例においては、時刻ｔ１４において開始されたステップＳ６のタッチ確認検出により「タッチ」の検出が確定され、時刻ｔ１５において「タッチ」の検出が確定されたことを示す判定出力が水栓コントローラ１０に出力されている。

このように、検知部２ａへの「タッチ」が検出された場合であっても、ステップＳ３におけるタッチ検出は、所定のセンシング周期である１０ｍｓごとに等間隔で実行される。即ち、図７に示す例では、時刻ｔ１２から１０ｍｓ後の時刻ｔ１６においてステップＳ３が実行される。時刻ｔ１６において実行されたタッチ検出においても依然として残響が小さく、検知部２ａはタッチされたままの状態にあるため、図６のフローにおける処理は、ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ１２の順に実行される。

ステップＳ１２においては、「タッチ」された状態の継続時間が計測される。具体的には、図７の時刻ｔ１５において「タッチ」の判定が確定された後の経過時間が計測される。
次いで、ステップＳ１３においては、ステップＳ１２において計測されたタッチ継続時間が１分を超えたか否かが判断される。１分を超えていない場合には、ステップＳ１１に進み、使用者が検知部２ａにタッチしている間は、ステップＳ１１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１１の処理が繰り返される。一方、１分を超えた場合にはステップＳ１３→Ｓ１０に進み、水栓装置１の状態に関わらず湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂが閉弁される。即ち、使用者が１分を超えて検知部２ａにタッチしているのは異常な操作であり、タッチの誤検知、又は故障の可能性が高い。このため、水栓装置１の状態に関わらず湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂを閉弁させ、水の浪費を防止する。

さらに、図７の時刻ｔ１７において実行されたステップＳ３のタッチ検出において「非タッチ」が検出されると、使用者が検知部２ａから手指を離したことが認識され、検出回路１２からの判定出力は、「非タッチ」に変更される（時刻ｔ１８）。しかしながら、水栓装置１の状態は、図７の時刻ｔ１５において切り換えられた状態（吐水状態又は止水状態）が継続される。時刻ｔ１８以後、使用者によって検知部２ａが再びタッチされるまでは、図６のフローにおいては、ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ１１→Ｓ２→Ｓ３の処理が繰り返される。

その後、使用者が検知部２ａを再びタッチし、このタッチが確認された場合には、図６のフローでは、ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８の順に処理が行われ、水栓装置１の状態が切り換えられる（図７の時刻ｔ１５以前の状態に戻る）。このように、本実施形態の水栓装置１は、使用者が検知部２ａにタッチする（使用者が検知部２ａに触れてから離すまでの動作）ごとに吐水状態と止水状態が交互に切り換えられる。

次に、図４、図５及び図８を参照して、図６のステップＳ３において実行されるタッチ検出の詳細を説明する。
図８に示すタッチ検出フローにおいては、まず、１ｍｓに亘って圧電素子４に交流電圧を印加して、検知部２ａを励振する。次いで、交流電圧の印加停止後の１ｍｓ間の残響の大きさによって、使用者が検知部２ａに触れているか否かを判定している。なお、図８に示すタッチ検出フローは、マイクロコンピュータ１６及びプログラムによって構成された接触判定回路１６ａ及び異常検知回路１６ｃにより実行される。

まず、図８のステップＳ２１において、圧電素子４への交流電圧の印加が開始される（図４及び図５の時刻ｔ１）。次いで、ステップＳ２２において、変数ｎの値が１にセットされる。さらに、ステップＳ２３〜Ｓ２７では、交流電圧の印加中において、信号変換回路２０（図２）の出力電圧（図４及び図５の下段）が２５０μｓ毎に４回サンプリングされＡ／Ｄ変換される。これにより、１ｍｓの励振期間において、信号変換回路２０からの４つの出力電圧値ＡＤ₂₁、ＡＤ₂₂、ＡＤ₂₃、ＡＤ₂₄（図４及び図５の下段）が取得される。

次いで、ステップＳ２８においては、マイクロコンピュータ１６（図２）のポートＰ１、Ｐ２の出力が夫々Ｈｉ及びＬｏに設定され、これによりＰＮＰトランジスタ１８ａ及びＮＰＮトランジスタ１８ｂが何れもオフにされる（交流電圧出力終了、図４及び図５の時刻ｔ２）。また、ステップＳ２９において、変数ｎの値が１にセットされる。さらに、ステップＳ３０〜Ｓ３４では、交流電圧の印加停止直後に、信号変換回路２０の出力電圧が２５０μｓ毎に４回サンプリングされＡ／Ｄ変換される。これにより、励振停止後の１ｍｓの残響期間において、信号変換回路２０からの４つの出力電圧値ＡＤ₁₁、ＡＤ₁₂、ＡＤ₁₃、ＡＤ₁₄（図４及び図５の下段）が取得される。

次に、ステップＳ３５においては、ステップＳ３０〜Ｓ３４において取得された出力電圧値ＡＤ₁₁、ＡＤ₁₂、ＡＤ₁₃、及びＡＤ₁₄の合計ＳＵＭ１が計算される。このＳＵＭ１の値は、図４及び図５の斜線部の面積と強い相関関係があり、検知部２ａの振動の残響エネルギーを表す量となる。
さらに、ステップＳ３６においては、直近の過去３分間に図８のフローチャートが実行された際に夫々計算された各ＳＵＭ１の値の平均値ＳＵＭ１_AVが計算される。即ち、ＳＵＭ１_AVは、ＳＵＭ１の過去３分間の移動平均値である。ここで、一回の操作で使用者が検知部２ａに触れている時間は、長くとも１ｓ程度であるため、過去３分間に計算された多数のＳＵＭ１の値は、大部分が「非タッチ」状態において取得されたものであるということができる。従って、ＳＵＭ１の平均であるＳＵＭ１_AVは、「非タッチ」状態における平均的な残響エネルギーの大きさを表すことになる。

次いで、ステップＳ３７においては、ＳＵＭ１とＳＵＭ１_AVの値が比較される。ＳＵＭ１がＳＵＭ１_AVの１／２よりも大きい場合にはステップＳ３８に進む。即ち、ＳＵＭ１がＳＵＭ１_AVの１／２よりも大きい場合には、今回検出された残響エネルギーＳＵＭ１が、「非タッチ」の場合における平均的な残響エネルギーＳＵＭ１_AVと大きく異なることはないので、ステップＳ３８においては「非タッチ」と判定し、図８のフローチャートの一回の処理を終了する。この「非タッチ」の判定は、メインフロー（図６）のステップＳ４における判断に使用される。

一方、ＳＵＭ１がＳＵＭ１_AVの１／２以下の値である場合にはステップＳ３９に進む。即ち、ＳＵＭ１がＳＵＭ１_AVの１／２以下の値である場合には、今回検出された残響エネルギーＳＵＭ１が、「非タッチ」の場合における平均的な残響エネルギーＳＵＭ１_AVよりも大幅に低下しているので、検知部２ａにタッチ操作が行われている可能性が高い。即ち、本実施形態においては、交流電圧の印加停止後における検知部２ａの振動エネルギーに基づいて、検知部２ａへの「タッチ」が行われたか否かが判定され、振動エネルギーが所定の閾値以下の場合に「タッチ」が行われた、と判定される。

ステップＳ３９においては、交流電圧の印加中に取得された４つの出力電圧値ＡＤ₂₁、ＡＤ₂₂、ＡＤ₂₃、ＡＤ₂₄の中から最大値と最小値が抽出される。
さらに、ステップＳ４０においては、ステップＳ３９で抽出された最大値から最小値を減じた値が、所定の閾値よりも大きいか否かが判断される。最大値から最小値を減じた値が所定の閾値以下である場合には、ステップＳ４１に進み、ステップＳ４１においては「タッチ」と判定し、図８のフローチャートの一回の処理を終了する。この「タッチ」の判定は、メインフロー（図６）のステップＳ４における判断に使用される。

一方、ステップＳ３９で抽出された最大値から最小値を減じた値が、所定の閾値よりも大きい場合にはステップＳ３８に進み、ステップＳ３８においては「非タッチ」と判定し、図８のフローチャートの一回の処理を終了する。即ち、マイクロコンピュータ１６に内蔵された異常検知回路１６ｃは、圧電素子４への交流電圧の印加中において、出力電圧値が所定値以上変動した場合には、異常を検知し、「タッチ」の判定をしない。このように、ステップＳ３７において今回検出された残響エネルギーＳＵＭ１が大幅に低下していることが判定されたにも関わらず、ステップＳ４０において最大値と最小値の差が所定値よりも大きい場合に「非タッチ」と判定される理由を以下に説明する。

図９は、検知部２ａの共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた場合における、出力波形の一例を示す図である。なお、図９は、検知部２ａがタッチされていない状態における波形である。

上述したように、本発明の第１実施形態のタッチ検出装置は、一体化されて振動する検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数と一致する周波数の交流電圧を圧電素子４に印加し、交流電圧の印加が終了した後の残響振動に基づいて、タッチ操作の有無を判定するものである。しかしながら、本実施形態のように水周り器具に使用されるタッチ検出装置においては、検知部に水滴が付着することが多い。このように水滴が付着した場合には、付着した水滴の質量により、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数が僅かに低下し、これが判定の信頼性に悪影響を及ぼすことが、本件発明者により見出された。

このように、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数が変化すると、共振周波数と、圧電素子４に印加される交流電圧の周波数が僅かにずれ、所謂「うなり」のような現象が発生することが、本件発明者により見出された。また、このような共振周波数の変化は、検知部２ａに湯がかかる、或いは冷水がかかる、などの影響により、検知部２ａの温度が変化した場合等にも発生する場合がある。図９は、周波数のずれにより「うなり」現象が発生した場合における出力波形の一例であり、この場合には、交流電圧の印加中における圧電素子４の出力波形が、図４及び図５とは異なったものとなる。

上述の現象を説明する。検知部２ａ及び圧電素子４が屈曲振動をしている場合、圧電素子４はその変形により電極間（信号線４ａ、４ｂ間）に起電力が発生する。これは、圧電素子４に対して、入力端子（信号線４ａ）へ交流電圧が印加されている状態でも同じである。しかしながら、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数と、印加される交流電圧の周波数が一致している場合、圧電素子４の入力端子（信号線４ａ）にマイナスの起電力が発生するタイミングでＰＮＰトランジスタ１８ａがオンし、プラスの起電力が発生するタイミングでＮＰＮトランジスタ１８ｂがオンするように動作する。すなわち、交流電圧の印加電圧と圧電素子の起電力が、逆位相となる関係が理想的な励振状態である。その際、圧電素子４のインピーダンスよりも、ＰＮＰトランジスタ１８ａ及びＮＰＮトランジスタ１８ｂのオン時のインピーダンスの方が小さいため、圧電素子４の入力端子（信号線４ａ）は、電源電圧又はアースの何れかに接続された状態にあるように見える波形となる。

図９に示す出力波形では、交流電圧の印加中における電圧波形が、パルスの立ち上がり時において、瞬間的に電源電圧を超えた値となっている。同様に、パルスの立ち下がり時において、瞬間的にアース電位以下の値となっている。これは、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数と交流電圧の印加周波数が僅かに一致しないために起きる現象である。検知部２ａ及び圧電素子４に交流電圧を印加すると、固有の共振周波数で屈曲振動が発生する。この屈曲振動による起電力と完全な逆位相で交流電圧を印加した場合が、前述の図４及び図５の波形である。しかし、例えば検知部２ａに水滴が付着して共振周波数が僅かに低下した場合、マイクロコンピュータ１６（図２）が出力するポートＰ１、Ｐ２の周波数は一定なので、共振周波数よりも高い周波数で交流電圧が印加されることになる。すると、圧電素子４が、まだプラスの起電力を発生しているタイミングで、ＰＮＰトランジスタ１８ａがオンしてプラスの電圧を印加し、まだマイナスの起電力を発生しているタイミングでＮＰＮトランジスタ１８ｂがオンしてマイナスの電圧が印加されるという、本来の逆位相から同位相へのタイミングのずれが発生する。

例えば、ＰＮＰトランジスタ１８ａがオンして信号線４ａが電源電圧近くの電位まで上昇し、これに圧電素子４の起電力で更にプラスの電圧が印加されると、ＰＮＰトランジスタ１８ａのコレクタに電源電圧を超える電圧が印加されることになる。詳細には、圧電素子４のプラスの起電力による電流は、ＰＮＰトランジスタ１８ａのコレクタからベースへと流れ（この間はＰＮ接合なので順方向ダイオードとなる）、更に電気抵抗１８ｃを介して電源側へ流れる。よって、ＰＮＰトランジスタ１８ａはトランジスタスイッチとして機能せず、図９のごとく、信号線４ａに電源電圧を超えた波形が現れる。マイナスの起電圧とＮＰＮトランジスタ１８ｂの関係も、極性を逆にした同様の現象である。また、圧電素子４の共振周波数が高くなった場合（一般に、低温でこの傾向となる）も、タイミングのずれ方は逆に考える必要があるが、上述の共振周波数が低くなった場合と同様の現象が発生する。

このように、共振周波数と印加される交流電圧の周波数にずれがある場合には、交流電圧印加中のパルス波形が乱れ、振幅が変化する、という現象が発生する。このような周波数にずれがある状態において「タッチ」を検出し、誤検知となるのを防止するために、図８のステップＳ４０においては、交流電圧印加中における最大値と最小値の差が所定の閾値を超えた場合には、「非タッチ」と判定している。

また、図９に示す出力波形においては、パルス波形の立ち下がり部に出現する波形の乱れが次第に大きくなっている。この現象の主たる要因は、圧電素子４の共振周波数と交流電圧の印加周波数の差により、圧電素子４の起電力と印加する交流電圧のタイミングのずれが徐々に大きくなっていくためと考えられる。加えて、交流電圧の印加により励振が開始された後、圧電素子４の振動振幅が次第に大きくなり、発生する起電力が増大することも、その一因であると考えられる。また、図９に示す出力波形においては、交流電圧の印加停止後の残響振動が、検知部２ａへのタッチがなされていないにも関わらず、図４よりも小さくなっている。これは、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数と、これを励振する交流電圧の周波数がずれているため、圧電素子４の振動振幅が十分に大きくなっていないためである。従って、共振周波数と交流電圧の周波数がずれている状態で、残響振動に基づいて「タッチ」、「非タッチ」の判定を行うと、誤検知が生じる虞がある。

図６のステップＳ６において実行される「タッチ確認検出」処理は、このような誤検知を防止するために設けられた処理である。
次に、図１０及び図１１を参照して、タッチ確認検出の詳細を説明する。この「タッチ確認検出」処理は、使用者の「タッチ」が一旦判定された後、接触判定確認動作として実行されるものである。なお、図１０に示すタッチ確認検出のフローは、マイクロコンピュータ１６及びプログラムによって構成された接触判定確認回路１６ｂにより実行される。
図１０は、図６のステップＳ６において、サブルーチンとして呼び出される「タッチ確認検出」処理を示すフローチャートである。図１１は、検知部２ａの共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた状態において、タッチ確認検出が行われた場合の出力波形の一例を示す図である。なお、図１１は、検知部２ａがタッチされていない状態における波形である。

ここで、図１０に示すタッチ確認検出のフローチャートは、ステップＳ１２７及びＳ１３９を除き、図８に示したタッチ検出のフローチャートと同一である。即ち、図８に示す「タッチ検出」においては、１ｍｓに亘って交流電圧が印加され、この間２５０μｓ毎に４つの出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₄が取得されていたのに対し、図１０に示す「タッチ確認検出」においては、所定の確認期間として２ｍｓに亘って交流電圧が印加され、この間２５０μｓ毎に８つの出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈が取得される。これに伴い、ステップＳ１３９においては、８つの出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈の中から最大値及び最小値が抽出され、ステップＳ１４０において、これらの差が閾値と比較される。

このようなタッチ確認検出により取得された出力波形は、図１１に示すように、交流電圧を印加する時間が確認期間として延長されているため、交流電圧の印加中におけるパルス波形の振幅の乱れ（変化）が把握しやすくなっている。また、図１１の出力波形においては、パルス波形の電源電圧を超える振幅が一旦増大した後、減少している。これは、検知部２ａ及び圧電素子４が振動する周波数と、印加する交流電圧の周波数がずれているため、両者の振動の位相関係が時間と共に変化し、圧電素子４の起電力の極性と、駆動回路１８の出力の極性が一致したとき、すなわち同位相となったとき（図１１下段のＡＤ₂₅付近）、パルス波形の振幅が増大しているものと考えられる。更に交流電圧の印加を続けると、前述の同位相となったタイミングは、時間経過と共に、本来の交流電圧の印加タイミングである逆位相のタイミングに戻る（図１１下段のＡＤ₂₈付近）。これが、波形に「うなり」のような現象が発生する理由である。このため、交流電圧の印加時間を長く設定することにより、交流電圧印加中（確認期間中）のパルス波形の振幅の増大を確実に検出し、その結果、共振周波数の僅かなずれを検出することが可能になり、誤判定を防止することができる。
なお、交流電圧を印加する時間は、図８は１ｍｓ、図１０は２ｍｓと２倍になっている。しかし本実施形態においては、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数にて交流電圧を印加した場合、安定的な屈曲振動状態に達するための十分な時間として１ｍｓを設定している。よって、交流電圧の印加を１ｍｓ以上続けても、屈曲振動の振幅がそれ以上に増加することはない。よって、交流電圧の印加終了後の残響振動の判定処理は図８と図１０で同様の処理で良い。

また、本実施形態においては、検知部２ａに水滴等が付着していない場合には、「タッチ検出」処理による１ｍｓの励振で検知部２ａを十分な振動振幅で振動させることができ、「タッチ」を検出することができる。このため、図７により説明したように、通常時においてはセンシング周期である１０ｍｓ毎に「タッチ検出」処理を行い、この処理により「タッチ」と判定された場合（図７の時刻ｔ１２〜ｔ１４）に「タッチ確認検出」処理（図７の時刻ｔ１４〜ｔ１５）を実行して、「タッチ」の判定を確認し、誤検知を防止している。これにより、検知部２ａを励振する時間を最少限にすることができ、励振に要する電力を節約すると共に、圧電素子４の耐用年数を延長することができる。

さらに、検知部２ａに水滴等が付着している状態において、使用者の手指が検知部２ａに触れた場合には、圧電素子４への交流電圧の印加中における検知部２ａ（及び圧電素子４）の振動振幅が抑制されるので、圧電素子４が発生する起電力も小さくなる。このため、検知部２ａに手指等が触れている状態では、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数と、印加する交流電圧の周波数がずれている場合でも、交流電圧の印加中において、パルス波形が乱れることはない（パルス波形の振幅が大きく変化し、図９や図１１のような波形になることはない）。従って、交流電圧の印加中におけるパルス波形が乱れた場合について、「非タッチ」と判定（図８のステップＳ４０、図１０のステップＳ１４０）しても、使用者によるタッチ操作があった場合には、これを確実に検知することができる。

次に、図１２乃至図１５を参照して、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数の自動調整を説明する。
図１２は、図６のステップＳ１において、サブルーチンとして呼び出される「周波数調整」処理を示すフローチャートである。この「周波数調整」処理は、マイクロコンピュータ１６及びプログラムによって構成された周波数調整回路１６ｄにより実行される。図１３乃至図１５は、検知部２ａの共振周波数と印加する交流電圧の周波数のずれと、出力される波形の関係を示す図である。図１３は、検知部２ａの共振周波数と印加する交流電圧の周波数が比較的大きくずれている場合における出力波形の一例である。図１４は、検知部２ａの共振周波数と印加する交流電圧の周波数が僅かにずれている場合における出力波形の一例である。図１５は、検知部２ａの共振周波数と印加する交流電圧の周波数が十分に一致している場合における出力波形の一例である。

上述したように、一体的に振動する検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数は、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数と十分に一致している必要がある。ところが、検知部２ａ及び圧電素子４には個体差があり、その共振周波数には或る程度のバラツキがある。このため、検出回路１２（図２）が出力する交流電圧の周波数を、これに接続して使用する検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数に合わせて調整しておくことが望ましい。本実施形態のタッチ検出装置に内蔵されている検出回路１２は、印加する交流電圧の周波数を、接続された検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数に合わせて自動調整する機能を備えている。この機能を備えておくことにより、検知部２ａ及び圧電素子４のバラツキに対応することができると共に、経年変化による共振周波数の変化や、製品出荷後の検知部２ａ及び圧電素子４の交換にも対応することができる。さらに、形状や寸法等の基本設計が異なり、共振周波数が異なる複数種類の検知部及び圧電素子に対しても、自由に組み合わせて使用することができる汎用的な検出回路を構成することもできる。

図１２は「周波数調整」処理を示すフローチャートである。この「周波数調整」処理では、まず、２ｍｓに亘って圧電素子４に交流電圧が印加され、この間２５０μｓ毎に８つの出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈が取得され（図１２のステップＳ２０２〜Ｓ２０９）、次いで、印加停止後の１ｍｓの間の残響振動における４つの出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₄が２５０μｓ毎に取得される（ステップＳ２１０〜Ｓ２１４）。さらに、このようにして取得された出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈のうちの最大値と最小値の差ＡＤ_2PPの値、及び出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₄の合計値が、印加した交流電圧の周波数と共に記憶される（ステップＳ２１６〜Ｓ２１８）。このような交流電圧の印加及び出力電圧値の取得が、複数の周波数について実行され（ステップＳ２０１、Ｓ２１９、Ｓ２２０）、そのうちの、最も共振周波数に近い周波数が、「タッチ検出」処理、及び「タッチ確認検出」において印加する交流電圧の周波数として設定される（ステップＳ２２１）。

具体的には、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数の設計値である標準周波数Ｆｒに対し、±１０％の範囲内で、０．５％ずつ交流電圧の周波数を変化させ、各周波数に対する出力電圧値（最大値と最小値の差ＡＤ_2PP、及びＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₄の合計値）が記憶される。

図１３乃至図１５は、このようにして取得された出力波形の一例である。
まず、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数と印加した交流電圧の周波数が比較的大きくずれている場合には、図１３に示すように、交流電圧の印加停止後における残響振動が非常に小さくなる。このような場合には、出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₄の合計値が非常に小さくなる。また、交流電圧の印加中におけるパルス波形の振幅も一定になる（出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈の最大値と最小値の差ＡＤ_2PPがほぼ０になる）。これは、共振周波数と印加した交流電圧の周波数が比較的大きくずれていることにより、交流電圧を印加しても、あまり大きな振幅まで圧電素子４が励振されないためである。

次に、図１４に示すように、共振周波数と印加した交流電圧の周波数が僅かにずれている場合には、交流電圧の印加により圧電素子４は比較的大きな振幅まで励振される。このため、交流電圧の印加停止後における残響振動が比較的大きく、出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₄の合計値も比較的大きくなる。一方、交流電圧の印加中における圧電素子４の振動と、交流電圧のパルス波形の位相が僅かにずれているため、交流電圧印加中の一部の出力電圧値（ＡＤ₂₅付近）が大きくなる。これにより、出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈の最大値と最小値の差ＡＤ_2PPが大きくなる。

さらに、図１５に示すように、共振周波数と印加した交流電圧の周波数が十分に一致している場合には、交流電圧の印加により圧電素子４は大きく励振されるので、交流電圧の印加停止後における残響振動が最大となり、出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₄の合計値も最大となる。一方、交流電圧の印加中における圧電素子４の振動と、交流電圧のパルス波形の位相関係も一定となり、交流電圧の印加中にパルス波形の振幅が電源電圧の幅を超えることはない。これにより、出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈の最大値と最小値の差ＡＤ_2PPは小さくなる。

図１２のフローチャートのステップＳ２２１においては、上記のような性質を利用して、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数を求めている。具体的には、まず、残響振動（出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₄の合計値）が最も大きくなった周波数を共振周波数として選択する。次に、残響振動が最大となる周波数が複数存在した場合には、それらの周波数のうち、最大値と最小値の差ＡＤ_2PPが最も小さくなった周波数を共振周波数として選択する。残響振動、最大値と最小値の差ＡＤ_2PPが両方とも等しい周波数が複数存在した場合には、それらのうち最も低い周波数を共振周波数として選択する。これは、圧電素子４の電気インピーダンスが極小となる共振周波数と、極大となる反共振周波数が近接して存在した場合には、共振周波数が低周波側に表れることによる。

本発明の第１実施形態のタッチ検出装置によれば、交流電圧の印加が停止した後（図４及び図５の時刻ｔ２〜）の検知部２ａの振動に基づいて、使用者の手指等の検知部２ａへの接触が判定されるので、検知部２ａへの軽い「タッチ」によっても検知部２ａの振動が変化され、「タッチ」を確実に検知することができる。また、圧電素子４は、検知部２ａに振動を励起するために取り付けられているので、圧電素子４を駆動回路１８や接触判定回路１６ａ等から離間した場所に配置した場合でも、回路が不安定になり、誤動作することはない。これにより、検出回路１２を自由に配置することが可能になり、デザイン性の高い水周り器具を構成することが可能になる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、振動励起素子は圧電素子４により構成されているので、簡便な構造で振動励起素子を構成することができる。また、接触判定回路１６ａは、圧電素子４からの出力信号に基づいて、使用者の手指等の検知部２ａへの接触を判定するので、検知部２ａの振動を検出するための素子又は装置を別途設けることなく、検知部２ａの振動を検出することができ、タッチ検出装置の構成を簡単にすることができる。

さらに、本実施形態のタッチ検出装置によれば、出力信号が、圧電素子４に交流電圧を印加する信号線４ａから取得されるので、交流電圧を印加する配線と、出力信号を取得する配線の少なくとも一部を共通にすることができ、信号線の配線を簡略化することができる。また、駆動回路１８の出力が、交流電圧の印加停止後（図４及び図５の時刻ｔ２〜）にはハイインピーダンスとなるので、圧電素子４からの出力信号のインピーダンスが高い場合でも、十分に正確な出力信号を取得することができる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、接触判定回路１６ａは、交流電圧の印加停止後（図４及び図５の時刻ｔ２〜）における検知部２ａの振動エネルギー（図４及び図５の斜線部の面積、図８のＳＵＭ１）に基づいてタッチを検出する（図８のステップＳ３７）ので、手指等のタッチによる僅かな振動の減衰も確実に捉えることができ、高感度なタッチ検出装置を構成することができる。

さらに、本実施形態のタッチ検出装置によれば、異常検知回路１６ｃは、圧電素子４への交流電圧の印加中（図９の時刻ｔ１〜ｔ２）における出力信号（図８の出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₄）に基づいて異常を検知する（図８のステップＳ３９、Ｓ４０）ので、タッチ検出の工程を複雑化することなく、異常を検知することができると共に、誤検知の発生を抑制することができる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、異常検知回路１６ｃは、交流電圧の印加中（図９の時刻ｔ１〜ｔ２）における出力信号の振幅の変動（出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₄の最大値−最小値の値）に基づいて異常を検知する（図８のステップＳ３９、Ｓ４０）ので、異常の発生を確実に検知することができると共に、誤検知による誤動作を防止することができる。

さらに、本実施形態のタッチ検出装置によれば、接触判定確認回路１６ｂは、接触判定回路１６ａにより手指等の接触が一旦判定された（図６のステップＳ３、Ｓ４）後、接触判定確認動作（図６のステップＳ６、図１０）を実行するので、より確実に誤検知を防止することができる。また、接触判定確認動作は、接触判定回路１６ａにより対象物の接触が一旦判定された後で実行されるので、誤検知の虞がない状況で無駄に接触判定確認動作が行われるのを防止（図６のステップＳ４→Ｓ１１、ステップＳ５→Ｓ１２）することができる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、接触判定確認動作（図６のステップＳ６）では、通常よりも長い所定の確認期間（図１１の時刻ｔ１〜ｔ２）圧電素子４に交流電圧が印加されるので、交流電圧の印加中における異常を、より確実に検出することができる。

さらに、本実施形態のタッチ検出装置によれば、周波数調整回路１６ｄは、印加する交流電圧の周波数を、圧電素子４を取り付けた検知部２ａが共振する周波数に調整する（図１５）。このように、検知部２ａを共振周波数で励振するので、小さな励振力により検知部２ａを大振幅で振動させることができ、タッチ検出装置を少ない消費エネルギーで作動させることができる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、周波数調整回路１６ｄは、所定時間（図１３乃至図１５の時刻ｔ１〜ｔ２）の交流電圧の印加を異なる周波数で複数回実行し、交流電圧の印加停止後（図１３乃至図１５の時刻ｔ２〜）における圧電素子４からの出力信号の振幅が最大となる周波数を、圧電素子４を取り付けた検知部２ａが共振する周波数として決定する（図１２のステップＳ２２１）。これにより、検知部２ａ及び圧電素子４を水周り器具に組み付けた後でも交流電圧の周波数を調整することができるので、経年変化によって共振周波数がずれた場合でも、印加する交流電圧の周波数を共振周波数に合わせることができる。

さらに、本実施形態のタッチ検出装置によれば、周波数調整回路１６ｄは、交流電圧の印加停止後（図１３乃至図１５の時刻ｔ２〜）における出力信号の振幅が最大となる周波数が複数存在する場合には、振幅が最大となった周波数のうち、圧電素子４への交流電圧の印加中における出力信号の振幅の変動が最も少ない周波数を、圧電素子４を取り付けた検知部２ａが共振する周波数として決定する（図１２のステップＳ２２１）。このため、圧電素子４を取り付けた検知部２ａの共振周波数を、簡単なアルゴリズムで自動的に、確実に設定することができる。

次に、図１６乃至図２１を参照して、本発明の第２実施形態による水栓装置を説明する。
本実施形態の水栓装置は、内蔵されているタッチ検出装置において、図６のメインフローのステップＳ３及びＳ６から夫々サブルーチンとして呼び出される「タッチ検出」処理及び「タッチ確認検出」処理のみが、上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本発明の第２実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の部分については説明を省略する。

図１６は、本発明の第２実施形態において、図６のメインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ検出フローである。図１７は、本発明の第２実施形態のタッチ検出装置において、使用者が検知部にタッチしていない場合の圧電素子の典型的な出力波形を示す図である。図１８は、本発明の第２実施形態のタッチ検出装置において、使用者が検知部にタッチした場合の圧電素子の典型的な出力波形を示す図である。図１９は、検知部の共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた場合における、出力波形の一例を示す図である。図２０は、本発明の第２実施形態において、図６のメインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ確認検出フローである。図２１は、検知部の共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた状態において、タッチ確認検出が行われた場合の出力波形の一例を示す図である。

本実施形態のタッチ検出装置においては、「タッチ検出」処理を行うサブルーチンとして、図１６のフローチャートが実行される。
まず、ステップＳ３０１においては、圧電素子４への交流電圧の印加が開始される。次いで、ステップＳ３０２においては、検波出力（信号変換回路２０からの出力）が所定の「周波数ずれ閾値」以上であるか否かが判断され、この処理が、交流電圧の印加開始から１ｍｓ経過するまで繰り返される（ステップＳ３０３、Ｓ３０５）。また、交流電圧の印加中において、検波出力が「周波数ずれ閾値」以上になった場合にはステップＳ３０４に進み、閾値を超えていたことが記憶される。

図１７及び図１８の下段に示すように、「周波数ずれ閾値」は、検知部２ａの共振周波数と、印加する交流電圧の周波数が一致している場合における通常の検波出力よりも僅かに大きい値に設定されている。即ち、第１実施形態において説明したように、検知部２ａの共振周波数と、印加する交流電圧の周波数が十分に一致している場合には、交流電圧の印加中（励振中）におけるパルス波形の振幅は、ほぼ電源電圧と同一であり（図１７及び図１８の中段）、このパルス波形が検波されたものが、信号変換回路２０から出力される。一方、図１９の中段に示すように、検知部２ａへの水滴の付着等により、検知部２ａの共振周波数が、印加する交流電圧の周波数からずれた場合には、交流電圧の印加中におけるパルス波形の振幅が正常時における振幅よりも大きくなり、電源電圧の幅を超える部分が表れる。これにより、図１９の下段に示すように、信号変換回路２０からの出力が「周波数ずれ閾値」を超える。

次に、ステップＳ３０６においては、交流電圧の印加停止後、検波出力（信号変換回路２０からの出力）が所定の「残響閾値」以下に低下したか否かが判断される。この処理が、交流電圧の印加停止後５００μｓ経過するまで繰り返される（ステップＳ３０７）。なお、図１７乃至図１９の下段に示すように、本実施形態においては、「残響閾値」は通常の検波出力の約５０％の大きさに設定されている。

交流電圧の印加停止後５００μｓ経過する前に、検波出力が「残響閾値」以下に低下した場合にはステップＳ３０８に進み、一方、印加停止後５００μｓ経過しても検波出力が「残響閾値」以下に低下しない場合には、ステップＳ３１０に進む。ステップＳ３１０においては、使用者の手指等が検知部２ａにタッチしていない、即ち、「非タッチ」と判定される。これは、「非タッチ」の場合には、交流電圧の印加停止後の残響振動が大きく、停止後５００μｓ経過しても依然として比較的大きな振動が残留していることから、このように判定される。

一方、ステップＳ３０８では、交流電圧の印加中において、検波出力が「周波数ずれ閾値」以上になっていたか否かが判断され、「周波数ずれ閾値」以上になっていた場合には、ステップＳ３１０に進み、「非タッチ」と判定される。これは、検知部２ａの共振周波数が印加する交流電圧の周波数からずれている場合には、「非タッチ」であっても残響振動が小さく、残響振動が早期に「残響閾値」以下に低下するので、「非タッチ」と判定することにより、誤検知を防止している。なお、第１実施形態において説明したように、使用者が「タッチ」している場合には、検知部２ａに水滴等が付着していても、検波出力が「周波数ずれ閾値」以上になることはないので、水滴等の付着があっても「タッチ」と、判定することができる。

また、交流電圧の印加中において、検波出力が「周波数ずれ閾値」以上になっていない場合には、ステップＳ３０８からＳ３０９へ進み、使用者の手指等が検知部２ａにタッチしている、即ち、「タッチ」と判定される。これは、使用者が「タッチ」している場合には、残響振動が小さく、残響振動が早期に「残響閾値」以下に低下するためである。このように、交流電圧の印加停止後、所定時間経過後の振動振幅が、所定の振幅以下に減衰している場合には、「タッチ」と判定される。

次に、図２０及び図２１を参照して、本発明の第２実施形態におけるタッチ確認検出を説明する。
図２０は、図６のステップＳ６において、サブルーチンとして呼び出される「タッチ確認検出」処理を示すフローチャートである。図２１は、検知部２ａの共振周波数が、印加される交流電圧の周波数から僅かにずれた状態において、タッチ確認検出が行われた場合の出力波形の一例を示す図である。なお、図２１は、検知部２ａがタッチされていない状態における波形である。

ここで、図２０に示すタッチ確認検出のフローチャートは、ステップＳ３２３が図１６のステップＳ３０３とは異なる点を除き、図１６に示したタッチ検出のフローチャートと同一である。即ち、図１６に示す「タッチ検出」処理においては、１ｍｓに亘って交流電圧を印加していたのに対し、図２０に示す「タッチ確認検出」処理では、交流電圧が２ｍｓに亘って印加される。

図２１に示すように、交流電圧が２ｍｓに亘って印加されると、交流電圧の印加中におけるパルス波形の乱れをより正確に検出することができ、交流電圧の印加中において、「周波数ずれ閾値」を超えたか否かを、正確に判定することができる。このように、交流電圧の印加時間を長くすることにより、検知部２ａの共振周波数と、印加される交流電圧の周波数のずれを、確実に検出することができ、誤検知を防止することができる。

また、上述した第２実施形態においては、交流電圧の印加停止後、検波出力（信号変換回路２０からの出力）が所定の「残響閾値」以下に低下した時間が５００μｓ以下であるか否かによって、「タッチ」、「非タッチ」を判定している。このため、第１実施形態のように、マイクロコンピュータを使用して、信号変換回路２０からの出力値に積分演算（複数のＡ／Ｄ変換された値を合計する処理）を施すことなく、「タッチ」、「非タッチ」を判定することができる。例えば、第２実施形態においては、交流電圧の印加停止後の時間を計測するタイマーと、検波出力が「残響閾値」以下に低下したか否かを検出するコンパレータと、を使用して判定を行うことができる。即ち、コンパレータが「残響閾値」への低下を検出するまでの時間をタイマーで計測することにより、「タッチ」、「非タッチ」を判定することができる。これにより、検出回路を簡略化することができる。

さらに、上述した第２実施形態においては、検波出力が所定の「残響閾値」以下に低下するまでの時間に基づいて判定を行っていたが、変形例として、交流電圧の印加停止後、所定時間経過した時点での検波出力を計測し、この検波出力が所定の閾値以下であるか否かによって、「タッチ」、「非タッチ」を判定することもできる。即ち、交流電圧の印加停止後、所定時間経過後の振動振幅が、所定の振幅以下に減衰している場合に「タッチ」と判定する。この変形例についても、コンパレータ及びタイマーで判定を行うことができ、簡単な回路で、判定を行うことができる。

次に、図２２乃至図３２Ｃを参照して、本発明の第３実施形態による水栓装置を説明する。
本実施形態の水栓装置は、検出回路の構成及び作用のみが上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本発明の第３実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の部分については説明を省略する。

上述した本発明の第１、第２実施形態は水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、検知部２ａに取り付けられた圧電素子４に、検知部２ａの共振周波数と一致する周波数の交流電圧を間欠的に印加し、印加が停止した後の検知部２ａの残響振動（図４）に基づいて検知部２ａへの使用者の手指等の接触を検知していた。即ち、使用者の手指等が検知部２ａに接触すると残響振動が減少する（図５）という特性に基づいて、検知部２ａへの「タッチ」を判定している。

また、上述した本発明の第１、第２実施形態においては、交流電圧印加中における圧電素子４からの出力信号の振幅が増大する場合（図９）に、検知部２ａの共振周波数が温度変化や水滴の付着等の要因で変化して、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数との間にずれが生じていると判断し、残響が減少していても「タッチ」と判定していない。
また、印加する交流電圧の周波数を変化させて残響の大きさを測定し、これが最大となる周波数を検知部２ａの共振周波数と推定して、交流電圧の周波数を自動調整している（図１２）。

印加する交流電圧の周波数の自動調整を行うことにより、検知部２ａや検出回路１２のバラツキ、変動等を吸収することができ、交流電圧の周波数を共振周波数に一致させることができる。しかしながら、周波数の自動調整は、調整が行われる環境によっては正確な調整ができない場合もある。周波数の自動調整は、水栓装置の工場からの出荷前に実施するならば、調整を行う環境を一定条件に整えることができるので、正確な調整を行うことができる。しかしながら、検知部２ａの共振周波数の経時変化や、故障時に検知部２ａを交換する場合等を考えると、水栓装置の実際の使用現場においても自動調整可能であることが望ましい。

このように、使用現場で周波数の自動調整を行う場合、自動調整中に検知部に使用者が触れている、検知部２ａに水滴などが付着している、検知部２ａがお湯や氷に触れて極端な高温または低温になっている等、正確な調整が困難な状況にある場合もある。また、自動調整中に偶発的に電気的なノイズが入って、調整結果に誤差が混入することも考えられる。

また、水滴等の付着や、極端な高温、低温による共振周波数の変化は、一時的なものであり、水滴等が脱落、蒸発したり、検知部２ａの温度が室温に戻ることにより、共振周波数は通常の値に復帰する。従って、印加する交流電圧の周波数と共振周波数の間のずれは、その発生原因により適切な対処が異なるものとなる。一時的な共振周波数の変化に対し、頻繁に自動調整を実行して交流電圧の周波数を変更すると、却ってタッチ検出装置の動作を不安定にしてしまう場合がある。また、頻繁に自動調整が実行されると、その間はタッチ検出ができないため、タッチ検出装置の使い勝手が悪くなる。

さらに、水回り器具の検知部２ａには頻繁に水滴等が付着する。このため、印加する交流電圧の周波数と検知部の共振周波数にずれが生じてしまった場合に、自動調整の実行を待つことなく、「タッチ」の誤検知を防止することが望ましい。
本発明の第３実施形態による水栓装置は、これらの問題を解決することを目的としたものである。

図２２は、本実施形態における検出回路の概略構成を示す回路図である。
図２２に示すように、本実施形態における検出回路１２には、マイクロコンピュータ１６と、駆動回路１８と、信号変換回路２０と、分圧回路２２と、が内蔵されている。
本実施形態における駆動回路１８は、その出力（ＰＮＰトランジスタ１８ａ及びＮＰＮトランジスタ１８ｂの各コレクタの接続点）が結合コンデンサ１８ｅを介して信号線４ａに接続されている点が第１実施形態とは異なる。これにより、駆動回路１８の電圧出力にオフセットがある場合でも、その交流電圧成分のみが信号線４ａに印加される。
また、本実施形態におけるマイクロコンピュータ１６は、接触判定回路１６ａ、接触判定確認回路１６ｂ、異常検知回路１６ｃ、及び周波数調整回路１６ｄに加え、周波数ずれ検知回路１６ｅ及び共振周波数検出の成否を判定する判定回路１６ｆが内蔵されている点が第１実施形態とは異なる。これらの周波数ずれ検知回路１６ｅ及び判定回路１６ｆも、マイクロコンピュータ１６を作動させるプログラムにより実現されている。

次に、図２３乃至図３２Ｃを参照して、本発明の第３実施形態による水栓装置の作用を説明する。
図２３は本実施形態の水栓装置の作用を示すメインフローである。
図２３のフローチャートにおける処理は、検出回路１２に内蔵されたマイクロコンピュータ１６及びプログラムによって実行される。

まず、図２３のステップＳ４０１においては、圧電素子４に印加される交流電圧の周波数調整が実行される。この周波数調整は、圧電素子４に印加される交流電圧の周波数を、検知部２ａ及び圧電素子４の共振周波数に正確に一致させるための処理であり、この処理は、本実施形態においては、検出回路１２に対する電源投入時に実行される。このステップＳ４０１においては、図２６に示すフローチャートがサブルーチンとして呼び出される。図２６のフローチャートにおける具体的処理については後述する。

次に、図２３のステップＳ４０２においては、１０ｍｓタイマーがリセットされる。本実施形態においては、圧電素子４への交流電圧の印加がセンシング周期である１０ｍｓごとに間欠的に実行される。ステップＳ４０２においては、この交流電圧の印加の間隔を制御する１０ｍｓタイマーがリセットされ、タイマーの積算が開始される。
さらに、ステップＳ４０３においては、使用者による検知部２ａへのタッチが検出される。即ち、圧電素子に所定周波数の交流電圧が印加され、交流電圧の印加が停止した後の検知部２ａの振動に基づいて、使用者が検知部２ａにタッチしたか否かが判定される。具体的には、ステップＳ４０３においては、図２４に示すフローチャートがサブルーチンとして呼び出される。図２４のフローチャートにおける具体的処理については後述する。

次に、ステップＳ４０４においては、共振周波数との一致を確認する所定のタイミングが到来しているか否かが判断される。即ち、圧電素子に印加している交流電圧の周波数が、検知部２ａの共振周波数と一致しているか否かが所定の時間間隔で確認される。本実施形態においては、圧電素子に印加する交流電圧の周波数と検知部２ａの共振周波数が一致していることが望ましい。マイクロコンピュータ１６によって実現されている周波数ずれ検知回路１６ｅは、交流電圧の周波数と共振周波数が十分に一致しているか否かを、検出回路１２の作動中１分毎に確認する。周波数の一致を確認すべき時機である場合にはステップＳ４０５に進んで一致しているか否かが確認され、確認すべき時機でない場合には、確認を行わずにステップＳ４０６に進む。
ステップＳ４０５においては、図２７に示すフローチャートがサブルーチンとして呼び出される。図２７のフローチャートにおける具体的処理については後述する。

ステップＳ４０６においては、ステップＳ４０５の確認において、交流電圧の周波数と共振周波数が一致していたか否かが判断され、一致していた場合にはステップＳ４０７に進み、ずれていた場合にはステップＳ４１９に進む。なお、ステップＳ４０４において共振周波数との一致を確認するタイミングではないと判定され、ステップＳ４０４→Ｓ４０７と進んだ場合には、ステップＳ４０６における判断は直近の過去に実行されたステップＳ４０５における確認結果に基づいて行われる。従って、ステップＳ４０５において一旦、交流電圧の周波数と共振周波数のずれが確認されると、その後少なくとも１分間は、ステップＳ４０６からステップＳ４１９に処理が移行することとなる。

次に、ステップＳ４１９においては、ステップＳ４０６において「周波数ずれが発生している」と判断された後の周波数ずれの継続時間の積算が開始される。この積算は、ステップＳ４０６において「周波数ずれが発生していない」と判断され、ステップＳ４０７において継続時間の積算がリセットされるまで、継続的に行われる。

次いで、ステップＳ４２０においては、積算されている周波数ずれの継続時間がｎ分か否か（ｎは整数）が判断される。ｎ分である場合にはステップＳ４２１に進み、ｎ分でない場合にはステップＳ４１８に進む。ステップＳ４１８においては、ステップＳ４０２において積算が開始されたタイマーが１０ｍｓになるまで待機され、１０ｍｓ経過するとステップＳ４０２に戻って、ステップＳ４０２以下の処理が繰り返される。
一方、積算されている周波数ずれの継続時間がｎ分である場合にはステップＳ４２１に進み、ステップＳ４２１においては、図２９に示す周波数再調整フローがサブルーチンとして実行される。従って、ステップＳ４２１の周波数再調整フローは、周波数ずれが継続している間、１分ごとに実行されることとなる。図２９のフローチャートにおける具体的処理については後述する。

一方、交流電圧の周波数と共振周波数が一致している場合にはステップＳ４０７に進み、ステップＳ４０７においては、積算されていた周波数ずれの継続時間がリセットされる。上記のように、ステップＳ４１９以下の処理においては、圧電素子に印加する交流電圧の周波数と検知部２ａの共振周波数がずれている状態が継続している時間が積算されている。ステップＳ４０７においては、ステップＳ４０６において「周波数はずれていない」と判定されたため、積算されていた周波数ずれの継続時間がリセットされる。

次いで、ステップＳ４０８においては、ステップＳ４０３における検出結果が「タッチ」であったか、「非タッチ」であったかが判定される。「タッチ」であった場合にはステップＳ４０９に進み、「非タッチ」であった場合にはステップＳ４１８に進む。「非タッチ」と判定された後のステップＳ４１８においては、ステップＳ４０２において積算が開始されたタイマーが１０ｍｓになるまで待機され、１０ｍｓ経過するとステップＳ４０２に戻って、ステップＳ４０２以下の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ４０８において、ステップＳ４０３における検出結果が「タッチ」であった場合にはステップＳ４０９に進み、ステップＳ４０９においては、前の状態が「タッチ」であったか否かが判断される。即ち、ステップＳ４０９においては、前回ステップＳ４０９が実行されたとき「タッチ」の判定が確定していたか否かが判断される。なお、前回のループにおいて実行されたステップＳ４１３（後述する）において「タッチ」と判定された状態を「タッチの判定が確定」と呼んでいる。ステップＳ４０９において、前の状態が「タッチ（タッチの判定が確定）」であった場合にはステップＳ４２２に進み、前の状態が「非タッチ（タッチの判定が確定していない）」であった場合にはステップＳ４１０に進む。

次いで、ステップＳ４１０においては、「仮タッチフラグ」が０であるか否かが判断される。ここで、「仮タッチフラグ」は、「タッチの判定が確定」していないが、前回実行されたステップＳ４０３のタッチ検出において「タッチ」と判定されている状態において「１」に変更されるフラグである。即ち、ステップＳ４１０の実行時において、「仮タッチフラグ」＝０である場合にはステップＳ４１１に進み、ステップＳ４１１において「仮タッチフラグ」が１に変更される。

ステップＳ４１１において「仮タッチフラグ」が１に変更された後、ステップＳ４１８に進み、積算が開始されたタイマーが１０ｍｓになるとステップＳ４０２以下の処理が繰り返される。「仮タッチフラグ」＝１の状態において、再びステップＳ４１０が実行されると、ステップＳ４１２のタッチ確認検出に処理が移行する。このように、「非タッチ」（「仮タッチフラグ」＝０）の状態から、ステップＳ４０３（タッチ検出）で検出された状態がステップＳ４０８において２回連続で「タッチ」と判定された場合において、処理がステップＳ４１０からステップＳ４１２に移行し、タッチ確認検出が実行されることとなる。

ステップＳ４１２においては、「タッチ確認検出」である図２５に示すフローチャートが、サブルーチンとして実行される。この「タッチ確認検出」は、ステップＳ４０３における「タッチ検出」による誤検知を防止するために、ステップＳ４０３による検出結果が「非タッチ」から２回連続で「タッチ」に変化した場合に実行される処理である。「タッチ確認検出」における具体的な処理については後述する。

ステップＳ４１３においては、「タッチ確認検出」の結果が「タッチ」であったか否かが判断される。「非タッチ」であった場合には、ステップＳ４０３における「タッチ」の検出が誤検知であった可能性が高いため、電磁弁の開閉を行うことなく、ステップＳ４１８に進み、ステップＳ４０２以下の処理が繰り返される。一方、「タッチ確認検出」の結果が「タッチ」であった場合には、「タッチの判定が確定」され、ステップＳ４１５に進む。

ステップＳ４１５においては、水栓装置１が吐水状態であるか否かが判断され、吐水中である場合にはステップＳ４１６に進み、吐水中でない場合にはステップＳ４１７に進む。ステップＳ４１７では、吐水状態において新たに検知部２ａがタッチされたことになるため、湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂが閉弁され、止水状態に切り換えられる。一方、ステップＳ４１６では、止水状態において新たに検知部２ａがタッチされたことになるため、湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂが開弁され、吐水状態に切り換えられる。

このように、検知部２ａへの「タッチの判定が確定」された場合であっても、ステップＳ４０３におけるタッチ検出は、所定のセンシング周期である１０ｍｓごとに等間隔で実行される。「タッチの判定が確定」した状態において、使用者が検知部２ａへの「タッチ」を継続していると、図２３のメインフローにおける処理は、ステップＳ４０３→Ｓ４０４→Ｓ４０６→Ｓ４０７→Ｓ４０８→Ｓ４０９→Ｓ４２２のように進む（ただし、「周波数ずれ」は発生していないものとする）。

ステップＳ４２２においては、「タッチ」状態の継続時間が計測される。具体的には、ステップＳ４１３において「タッチの判定が確定」された後の経過時間が計測される。
次いで、ステップＳ４２３においては、ステップＳ４２２において計測されたタッチ継続時間が１分を超えたか否かが判断される。１分を超えていない場合には、ステップＳ４１８に進み、使用者が検知部２ａにタッチしている間は、ステップＳ４１８→Ｓ４０２→Ｓ４０３→Ｓ４０４→Ｓ４０６→Ｓ４０７→Ｓ４０８→Ｓ４０９→Ｓ４２２→Ｓ４２３→Ｓ４１８の処理が繰り返される（ただし、「周波数ずれ」は発生していないものとする）。一方、１分を超えた場合にはステップＳ４２３→Ｓ４１７に進み、水栓装置１の状態に関わらず湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂが閉弁される。即ち、使用者が１分を超えて検知部２ａにタッチしているのは異常な操作であり、タッチの誤検知、又は故障の可能性が高い。このため、水栓装置１の状態に関わらず湯用電磁弁８ａ及び水用電磁弁８ｂを閉弁させ、水の浪費を防止する。

さらに、ステップＳ４０３のタッチ検出において「非タッチ」が検出されると、使用者が検知部２ａから手指を離したことが認識され、検出回路１２からの判定出力は、「非タッチ」に変更される。しかしながら、水栓装置１の状態は、直近で切り換えられた状態（吐水状態又は止水状態）が継続される。「非タッチ」の検出以降、使用者によって検知部２ａが再びタッチされるまでは、図２３のメインフローにおいては、ステップＳ４０２→Ｓ４０３→Ｓ４０４→Ｓ４０６→Ｓ４０７→Ｓ４０８→Ｓ４１８→Ｓ４０２の処理が繰り返される（ただし、「周波数ずれ」は発生していないものとする）。

その後、使用者が検知部２ａを再びタッチし、この状態が継続された場合には、図２３のメインフローでは、ステップＳ４０２→Ｓ４０３→Ｓ４０４→Ｓ４０６→Ｓ４０７→Ｓ４０８→Ｓ４０９→Ｓ４１０→Ｓ４１１→Ｓ４１８→Ｓ４０２→Ｓ４０３→Ｓ４０４→Ｓ４０６→Ｓ４０７→Ｓ４０８→Ｓ４０９→Ｓ４１０→Ｓ４１２→Ｓ４１３→Ｓ４１５の順に処理が行われて「タッチの判定が確定」され、水栓装置１の状態が切り換えられる。このように、本実施形態の水栓装置１は、使用者が検知部２ａにタッチする（使用者が検知部２ａから手指を離した状態から、触れるまでの動作）ごとに吐水状態と止水状態が交互に切り換えられる。

次に、図２４、図３０及び図３１を参照して、図２３のステップＳ４０３において実行されるタッチ検出の詳細を説明する。
図２４はメインフローからサブルーチンとして呼び出されるタッチ検出フローであり、図３０はタッチ検出フローからサブルーチンとして呼び出される検波波形データ取得フローである。なお、図２４に示すタッチ検出フローは、マイクロコンピュータ１６及びプログラムによって構成された接触判定回路１６ａ及び異常検知回路１６ｃにより実行される。
また、図３１は、取得される検波波形の一例を示す図である。なお、図３１は、上段にマイクロコンピュータ１６の出力ポートＰ１、Ｐ２（図２２）からの出力電圧波形、中段に圧電素子４の出力電圧波形（信号線４ａ、４ｂ間の電圧波形）、下段に信号変換回路２０回路からの出力電圧波形（検波波形：マイクロコンピュータ１６のＡ／Ｄ変換器入力波形）を示すものである。なお、図３１は信号波形を模式的に示したものであり、交流電圧の印加中において出力される波の数等、実際の波形とは異なっている。

まず、メインフローである図２３のステップＳ４０３から、サブルーチンとして図２４に示すタッチ検出フローが呼び出され、このタッチ検出フローのステップＳ５０１から、サブルーチンとして図３０に示す検波波形データ取得フローが呼び出される。
図３０に示す検波波形データ取得フローにおいては、まず、０．８ｍｓに亘って圧電素子４に交流電圧を印加して、検知部２ａを励振して検波波形の値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈を取得する。次いで、交流電圧の印加停止後の０．８ｍｓ間の残響の大きさとして検波波形の値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈を取得している。

図３０のステップＳ５２１において、圧電素子４への交流電圧の印加が開始される（図３１の時刻ｔ１）。次いで、ステップＳ５２２において、変数ｎの値が１にセットされる。さらに、ステップＳ５２３〜Ｓ５２７では、交流電圧の印加中において、信号変換回路２０（図２２）の出力電圧（検波波形：図３１の下段）が１００μｓ毎に８回サンプリングされＡ／Ｄ変換される。これにより、０．８ｍｓの励振期間において、信号変換回路２０からの８つの出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈（図３１の下段）が取得される。

次いで、ステップＳ５２８においては、マイクロコンピュータ１６（図２２）のポートＰ１、Ｐ２の出力が夫々Ｈｉ及びＬｏに設定され、これによりＰＮＰトランジスタ１８ａ及びＮＰＮトランジスタ１８ｂが何れもオフにされる（交流電圧出力終了、図３１の時刻ｔ２）。また、ステップＳ５２９において、変数ｎの値が１にセットされる。さらに、ステップＳ５３０〜Ｓ５３４では、交流電圧の印加停止直後に、信号変換回路２０の出力電圧が１００μｓ毎に８回サンプリングされＡ／Ｄ変換される。これにより、励振停止後の０．８ｍｓの残響期間において、信号変換回路２０からの８つの出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈（図３１の下段）が取得され、図３０のフローチャートの１回の処理が終了し、図２４に示すタッチ検出フロー（のステップＳ５０１）に戻る。

次に、図２４のステップＳ５０２においては、ステップＳ５０１において取得された出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈のうちの最大値から最小値を減じた値が計算され、この値がＡＤ_2PPとされる。図３１に示す例においては、ＡＤ₂₃が最大でＡＤ₂₁が最小であるためＡＤ_2PPは、ＡＤ₂₃−ＡＤ₂₁により計算される。
さらに、ステップＳ５０３においては、ステップＳ５０１において取得された出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈について隣り合うデータの差が計算され、この差の最大値がＡＤ_2DIFとされる。図３１に示す例においては、隣り合うデータのうち、Ｄ₂₃とＡＤ₂₂の差が最大であるため、ＡＤ_2DIFはＡＤ₂₃−ＡＤ₂₂により計算される。

次に、ステップＳ５０４においては、ステップＳ５０１において取得された出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の合計ＳＵＭ１が計算される。このＳＵＭ１の値は、図３１の斜線部の面積と強い相関関係があり、検知部２ａの振動の残響エネルギーを表す量となる。
さらに、ステップＳ５０５においては、出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈が単調減少しているか否かが判断される。即ち、ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の順に後の値が前の値よりも小さくなっていれば単調減少であるということができる。図３１に示す例においては、ＡＤ₁₃に対してＡＤ₁₄が増加しているため、出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈は「単調減少していない」と判断される。

さらに、ステップＳ５０６においては、直近の過去３分間に図２４のフローチャートが実行された際に夫々計算された各ＳＵＭ１の値の平均値ＳＵＭ１_AVが計算される。即ち、ＳＵＭ１_AVは、ＳＵＭ１の過去３分間の移動平均値である。ここで、一回の操作で使用者が検知部２ａに触れている時間は、長くとも１ｓ程度であるため、過去３分間に計算された多数のＳＵＭ１の値は、大部分が「非タッチ」状態において取得されたものであるということができる。従って、ＳＵＭ１の平均であるＳＵＭ１_AVは、「非タッチ」状態における平均的な残響エネルギーの大きさを表すことになる。

次いで、ステップＳ５０７においては、ステップＳ５０３において計算されたＡＤ_2DIFが所定のノイズ判定閾値と比較され、ＡＤ_2DIFがノイズ判定閾値よりも小さい場合にはステップＳ５０８に進み、ＡＤ_2DIFがノイズ判定閾値以上の場合にはＳ５１１に進む。即ち、検出回路１２が電気的なノイズを拾った場合や、包丁等の硬い物体が検知部２ａに当たった場合は、検波波形にパルス状の乱れが生じる。図３１は、検出回路１２がノイズを拾った場合の例を示しており、中段に「ノイズ」として示された部分で検波波形に乱れが生じている。このような乱れが生じた場合には、検波波形が急激に変化し、その時間微分値が大きくなるので、隣り合う検出値の差の最大値ＡＤ_2DIFをノイズ判定閾値と比較することにより、検波波形に乱れが生じたか否かを判定することができる。なお、隣り合う検出値の差の最大値ＡＤ_2DIFに基づいて判定を行うことにより、ノイズ等による波形の乱れと、印加する交流電圧の周波数と検知部２ａの共振周波数がずれた場合に生じる波形の乱れ（図９、図１１等）を明確に区別することができる。

次に、図２４のステップＳ５１１においては、検出したデータがノイズ等を拾っているため、今回の検波波形からはタッチ検出に関する判定は行なわれず、前回このフローチャートが実行されたときの「タッチ」又は「非タッチ」の判定がそのまま維持され、図２４に示すフローチャートの１回の処理を終了する。

一方、ステップＳ５０７において、ＡＤ_2DIFがノイズ判定閾値よりも小さい場合には、ステップＳ５０８に進む。ステップＳ５０８においては、残響を表すＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の値が単調減少しているか否かが判断され、単調減少している場合にはステップＳ５０９に進み、単調減少していない場合にはステップＳ５１１に進む。上述したように、検出回路１２がノイズ等を拾った場合には検波波形が乱れ、ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の値が単調減少しなくなる。この場合には、検出したデータがノイズ等を拾っているため、ステップＳ５１１に進み、今回の検波波形からはタッチ検出に関する判定は行なわない。

一方、ステップＳ５０９においては、ＳＵＭ１とＳＵＭ１_AVの値が比較される。ＳＵＭ１がＳＵＭ１_AVの１／２以下の場合にはステップＳ５１０に進み、ＳＵＭ１_AVの１／２よりも大きい場合にはステップＳ５１４に進む。即ち、ＳＵＭ１がＳＵＭ１_AVの１／２よりも大きい場合には、今回検出された残響エネルギーＳＵＭ１が、「非タッチ」の場合における平均的な残響エネルギーＳＵＭ１_AVと大きく異なることはないので、ステップＳ５１４においては「非タッチ」と判定し、図２４のフローチャートの１回の処理を終了する。この「非タッチ」の判定は、メインフロー（図２３）のステップＳ４０８における判断に使用される。

一方、ＳＵＭ１がＳＵＭ１_AVの１／２以下の値である場合にはステップＳ５１０に進む。即ち、ＳＵＭ１がＳＵＭ１_AVの１／２以下の値である場合には、今回検出された残響エネルギーＳＵＭ１が、「非タッチ」の場合における平均的な残響エネルギーＳＵＭ１_AVよりも大幅に低下しているので、検知部２ａにタッチ操作が行われている可能性が高い。即ち、本実施形態においては、交流電圧の印加停止後における検知部２ａの振動エネルギーに基づいて、検知部２ａへの「タッチ」が行われたか否かが判定され、振動エネルギーが所定の閾値以下の場合に「タッチ」が行われた、と判定される。

ステップＳ５１０においては、ステップＳ５０２において計算された出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈の最大値と最小値の差ＡＤ_2PPと、所定のずれ判定閾値が比較される。最大値と最小値の差ＡＤ_2PPが、所定のずれ判定閾値未満である場合には、ステップＳ５１２に進み、ステップＳ５１２においては「タッチ」と判定し、図２４のフローチャートの１回の処理を終了する。この「タッチ」の判定は、メインフロー（図２３）のステップＳ４０８における判断に使用される。

一方、ステップＳ５１０において、最大値と最小値の差ＡＤ_2PPが、所定のずれ判定閾値以上である場合にはステップＳ５１３に進む。このように、残響エネルギーが小さく、励振期間中における検波出力波形が一定値でない場合は、第１実施形態において、図９等を参照して説明したように、圧電素子４に印加している交流電圧の周波数と、検知部２ａの共振周波数がずれていると考えられる。このため、ステップＳ５１３においては「周波数ズレ」と判定し、次いで、ステップＳ５１４においては「非タッチ」と判定し、図２４のフローチャートの一回の処理を終了する。即ち、マイクロコンピュータ１６に内蔵された異常検知回路１６ｃは、圧電素子４への交流電圧の印加中において、検波波形の出力電圧値が所定のずれ判定閾値以上変動した場合には、異常を検知し、「タッチ」の判定をしない。

このように、共振周波数と印加される交流電圧の周波数にずれがある場合には、交流電圧印加中のパルス波形が乱れ、振幅が変化する、という現象が発生する。このような周波数にずれがある状態において「タッチ」を検出し、誤検知となるのを防止するために、図２４のステップＳ５１０において、交流電圧印加中における最大値と最小値の差が所定のずれ判定閾値を超えた場合には、「非タッチ」と判定している。

次に、図２５及び図３２Ａ〜図３２Ｃを参照して、「タッチ」の判定を確認し、「タッチの判定を確定」させるタッチ確認検出フローを説明する。
図２５はタッチ確認検出フローであり、このタッチ確認検出フローは、図２３に示すメインフローのステップＳ４１２において、サブルーチンとして呼び出される。図３２Ａ〜図３２Ｃは、「タッチ」の判定と、「タッチ」の判定を確定させる処理を説明するためのタイムチャートである。

まず、図２５のステップＳ５４１においては、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数が、通常のタッチ検出において印加される周波数よりも１％低い確認周波数に設定される。本実施形態においては、タッチ検出において印加される交流電圧の周波数は約４０ｋＨｚであるため、ステップＳ５４１においては交流電圧の周波数は約３９．６ｋＨｚに設定される。このように、接触判定確認回路１６ｂは、使用者がタッチしたことが接触判定回路１６ａにより一旦判定された（図２３のステップＳ４１０）後、接触判定確認動作として、通常の交流電圧の周波数とは異なる確認周波数の交流電圧を圧電素子４に印加する。

次に、ステップＳ５４２においては、上述したタッチ検出フロー（図２４）がサブルーチンとして呼び出される。ここで実行されるタッチ検出フローは、圧電素子４に印加される交流電圧の周波数が約３９．６ｋＨｚに変更されていることを除き、上述した処理と同様である。

さらに、ステップＳ５４３においては、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数が、通常のタッチ検出の周波数よりも１％高い確認周波数に設定される。このため、ステップＳ５４３においては交流電圧の周波数は約４０．４ｋＨｚに設定される。
次いで、次に、ステップＳ５４４においては、上述したタッチ検出フロー（図２４）がサブルーチンとして再び呼び出される。ここで実行されるタッチ検出フローは、圧電素子４に印加される交流電圧の周波数が約４０．４ｋＨｚに変更されていることを除き、ステップＳ５４２と同様である。

次に、ステップＳ５４５においては、ステップＳ５４２及びＳ５４４におけるタッチ検出の結果が判定される。即ち、ステップＳ５４２及びＳ５４４においてサブルーチンとして実行されたタッチ検出フローからの戻り値が、両方とも「タッチ」の判定（図２４のステップＳ５１２）である場合にはステップＳ５４６に進み、どちらか一方でも「非タッチ」の判定（図２４のステップＳ５１４）であった場合にはステップＳ５４７に進む。

ステップＳ５４６においては、使用者が本当に検知部２ａにタッチしていると判定し、「タッチ」の判定が確定される（図２３のメインフローにおいて、ステップＳ４１３→Ｓ４１５に移行する）。このように、接触判定確認回路１６ｂは、確認周波数の交流電圧の印加によっても、使用者の「タッチ」が接触判定回路１６ａにより判定された場合に、検知部２ａへの「タッチ」の判断を確定する。一方、ステップＳ５４７においては、（図２３のメインフローのステップＳ４０３において）一旦「タッチ」の判定がなされたものの、実際にはタッチが行われていないと判定され、「非タッチ」の判定が確定される（図２３のメインフローにおいて、ステップＳ４１３→Ｓ４１８に移行する）。

次に、図３２Ａ乃至図３２Ｃを参照して、タッチ確認検出の原理を説明する。
図３２Ａ乃至図３２Ｃは、横軸を時間とし、上段には、各交流電圧の印加によって生じる残響振動のエネルギレベルを示し、下段には「タッチの判定の確定」の有無を示したタイムチャートである。
図３２Ａは、検知部２ａの共振周波数のずれが発生していない場合の一例を示している。まず、図３２Ａの時刻ｔ０以前においては、使用者が検知部２ａに「タッチ」しておらず、圧電素子４に交流電圧を印加することにより、印加後、大きな残響振動が発生する。このため、時刻ｔ０以前においては、図３２Ａの上段に一点鎖線で示す閾値よりも高いレベルの残響振動が、１０ｍｓｅｃ毎に検出されている。

次に、時刻ｔ０において、使用者が検知部２ａに「タッチ」すると、その直後の時刻ｔ１において実行されるタッチ検出（図２３のステップＳ４０３）において検出される残響振動のエネルギーが閾値よりも低下する。上述したように、一旦「タッチ」が検知されると、「仮タッチフラグ」が１に変更され（図２３のステップＳ４１１）、時刻ｔ２において再びタッチ検出が実行される（図２３のステップＳ４０３）。この時刻ｔ２において実行されるタッチ検出においても残響振動のエネルギーが低い場合には、タッチ確認検出（図２３のステップＳ４１２）が実行される。

タッチ確認検出（図２３のステップＳ４１２で呼び出される図２５のサブルーチン）では、まず、時刻ｔ３において、通常のタッチ検出よりも低い周波数の交流電圧が圧電素子４に印加される（図２５のステップＳ５４１）。使用者が検知部２ａに「タッチ」している状態では、交流電圧の周波数を下げることにより、検知部２ａの周波数に対してずれが生じているとしても、残響振動のエネルギーは低くなる。続いて、時刻ｔ４において、通常のタッチ検出よりも高い周波数の交流電圧が圧電素子４に印加される（図２５のステップＳ５４３）。使用者が検知部２ａに「タッチ」している状態では、同様に、交流電圧の周波数を高くしても残響振動のエネルギーは低くなる。これにより、タッチ確認検出フロー（図２５）において、「タッチ」が判定される（図２５のステップＳ５４５→Ｓ５４６）。このように、タッチ確認検出フローにおいて「タッチ」が判定されると、メインフロー（図２３）において「タッチ」の判定が確定される（図２３のステップＳ４１３→Ｓ４１５、図３２Ａの時刻ｔ５）。

図３２Ａの時刻ｔ５において「タッチ」の判定が確定された後、時刻ｔ６において「非タッチ」となるまで（使用者が検知部２ａから手を離すまで）、１０ｍｓｅｃ毎にタッチ検出（図２３のステップＳ４０３）が実行される。この間は、検出される残響振動のエネルギーは閾値よりも低い値となる。時刻ｔ６の後、時刻ｔ７においてタッチ検出が実行されると、検出される残響振動のエネルギーは閾値よりも高い値となり、「非タッチ」の状態となったことが確定する（図３２Ａの時刻ｔ８、図２３のステップＳ４０８→Ｓ４１８）。

次に、図３２Ｂを参照して、温度変化により検知部２ａの共振周波数が上昇した場合におけるタッチ確認検出の作用を説明する。
図３２Ｂにおいては、時刻ｔ１３まで使用者による「タッチ」は行われていないが、検知部２ａの温度変化により、時刻ｔ０以降、タッチ検出（図２３のステップＳ４０３）により検出される残響振動のエネルギーが低下傾向となる。即ち、検知部２ａの温度低下により検知部２ａの共振周波数が上昇することにより、タッチ検出において印加されている交流電圧の周波数との間にずれが生じる。この結果、検知部２ａが十分に励振されずに検出される残響振動のエネルギーが低下する。

図３２Ｂの時刻ｔ１においては、検知部２ａの共振周波数の上昇により残響振動のエネルギーが低下し、「タッチ」されていないにも関わらずエネルギーが閾値よりも低い値となっている。これにより、誤って「タッチ」の判定がなされ（図２３のステップＳ４０８→Ｓ４０９）、さらに時刻ｔ２において「タッチ」の判定がなされると（図２３のステップＳ４０８→Ｓ４０９→Ｓ４１０）、タッチ確認検出が実行される（図２３のステップＳ４１０→Ｓ４１２、図２５）。

タッチ確認検出においては、まず、通常のタッチ検出よりも低い周波数の交流電圧が圧電素子４に印加される（図２５のステップＳ５４１、図３２Ｂの時刻ｔ３）。時刻ｔ３においては、使用者は検知部２ａに「タッチ」していないが、検知部２ａの共振周波数が上昇しているため、印加された交流電圧の周波数と共振周波数の差が大きく、検出される残響振動のエネルギーが低下する。次に、時刻ｔ４においては、通常のタッチ検出よりも高い周波数の交流電圧が圧電素子４に印加される（図２５のステップＳ５４３）。ここで、検知部２ａの共振周波数は上昇しているので、印加される交流電圧の周波数と共振周波数は近似した値となり、検出される残響振動のエネルギーが閾値よりも大きくなる。これにより、タッチ確認検出において「非タッチ」と判定され（図２５のステップＳ５４５→Ｓ５４７）、共振周波数の上昇による誤検知が回避される。

図３２Ｂの時刻ｔ４以降、時刻ｔ１３まで、使用者による「タッチ」は行われていないが、検知部２ａの共振周波数が上昇しているためタッチ検出においては、残響振動のエネルギーが閾値よりも低くなる（時刻ｔ５〜ｔ７、ｔ９〜ｔ１１における残響振動のエネルギー）。しかしながら、タッチ確認検出において実行される交流電圧の印加では、通常の交流電圧よりも高い周波数が印加されるため、残響振動のエネルギーが閾値よりも大きくなり（時刻ｔ８、ｔ１２における残響振動のエネルギー）「非タッチ」と判定される。これにより、共振周波数の上昇による誤検知が回避される。

次に、図３２Ｂの時刻ｔ１３において使用者が「タッチ」すると、その後、時刻ｔ１４、ｔ１５のタッチ検出による残響振動のエネルギーは低くなる。加えて、時刻ｔ１６、ｔ１７におけるタッチ確認検出による残響振動のエネルギーも低くなる。即ち、使用者が検知部２ａに「タッチ」している状態では、印加される交流電圧の周波数と検知部２ａの共振周波数が近い状態（時刻ｔ１７）においても残響振動のエネルギーが閾値よりも低くなり、時刻ｔ１８において、「タッチの判定が確定」される。このように、タッチ確認検出において、通常のタッチ検出よりも高い周波数及び低い周波数の交流電圧を圧電素子４に印加することにより、誤検知を回避しながら確実に「タッチ」を検出することができる。

図３２Ｂの時刻ｔ１８において、「タッチの判定が確定」された後、時刻ｔ１９において「非タッチ」となるまで（使用者が検知部２ａから手を離すまで）、１０ｍｓｅｃ毎にタッチ検出が実行される。この間は、検出される残響振動のエネルギーは閾値よりも低い値となる。図３２Ｂに示す例では、時刻ｔ１９の後、時刻ｔ２０においてタッチ検出が実行されると、このときには検知部２ａの温度が上昇しており、共振周波数が通常のタッチ検出における交流電圧の周波数に近くなっている。このため、時刻ｔ２０におけるタッチ検出により検出される残響振動のエネルギーは閾値よりも高い値となり、「非タッチ」の状態となったことが確定する（図３２Ｂの時刻ｔ２１〜）。

また、図３２Ｂに示す例では、温度低下により検知部２ａの共振周波数が上昇した場合について説明したが、検知部２ａの温度上昇や、水滴等の付着により検知部２ａの共振周波数が低下した場合においても、タッチ確認検出により誤検知を回避しながら確実に「タッチ」を検出することができる。なお、検知部２ａの構成や使用環境により、共振周波数の低下のみが想定される場合には、通常のタッチ検出における交流電圧よりも低い周波数のみでタッチ確認検出を行うように本発明を構成することもできる。逆に、検知部２ａの共振周波数の上昇のみが想定される場合には、通常のタッチ検出における交流電圧よりも高い周波数のみでタッチ確認検出を行うように本発明を構成することもできる。

次に、図３２Ｃを参照して、温度上昇により検知部２ａの共振周波数が低下した場合におけるタッチ確認検出の作用を説明する。
図３２Ｃにおいては、使用者による「タッチ」は行われていないが、検知部２ａの温度変化により、時刻ｔ０以降、タッチ検出により検出される残響振動のエネルギーが低下傾向となっている。即ち、検知部２ａの温度上昇により検知部２ａの共振周波数が低下することにより、タッチ検出において印加されている交流電圧の周波数との間にずれが生じる。この結果、通常のタッチ検出における交流電圧の周波数では検知部２ａが十分に励振されずに検出される残響振動のエネルギーが低下する。

このため、図３２Ｃの時刻ｔ１及びｔ２においては、使用者がタッチしていないにもかかわらず、タッチ検出における残響振動のエネルギーが閾値よりも低くなり、「タッチ」と判定されている。「タッチ」と判定されることにより、タッチ確認検出（図２３のステップＳ４１２）が実行される。タッチ確認検出においては、まず、通常のタッチ検出よりも低い周波数の交流電圧が印加され（図２５のステップＳ５４１、図３２Ｃの時刻ｔ３）、次いで、通常のタッチ検出よりも高い周波数の交流電圧が印加される（図２５のステップＳ５４３、図３２Ｃの時刻ｔ４）。

ここで、温度上昇により検知部２ａの共振周波数が低下しているため、図３２Ｃの時刻ｔ３において印加される、通常のタッチ検出よりも低い周波数の交流電圧は、検知部２ａの共振周波数に近くなる。このため、時刻ｔ３における交流電圧の印加において、残響振動のエネルギーが閾値よりも大きくなる。一方、時刻ｔ４において実行される、通常のタッチ検出よりも高い周波数の交流電圧の印加では、検知部２ａの共振周波数から離れているため、残響振動のエネルギーが低くなる。タッチ確認検出においては、時刻ｔ３における交流電圧の印加において、残響振動のエネルギーが閾値を超えたため「非タッチ」と判定され（図２５のステップＳ５４５→Ｓ５４７）、誤検知が排除される。

検知部２ａの温度が上昇して共振周波数が低下している状態においては同様に、通常のタッチ検出（図３２Ｃの時刻ｔ５、ｔ６、ｔ９、ｔ１０、ｔ１３、ｔ１４、ｔ１７、ｔ１８）における残響振動のエネルギーが閾値よりも低くなる。一方、タッチ確認検出における低い周波数の交流電圧の印加（図３２Ｃの時刻ｔ７、ｔ１１、ｔ１５、ｔ１９）では、残響振動のエネルギーが閾値よりも大きくなり、誤検知が回避される。さらに、図３２Ｃの時刻ｔ２１において、検知部２ａの温度が低下して共振周波数が通常の値に戻ると、通常のタッチ検出における残響振動のエネルギーが閾値よりも大きくなり、以降、タッチ確認検出が実行されることなく「非タッチ」と判定される。

次に、図２６を参照して、周波数初期調整を説明する。
図２６は、周波数調整回路１６ｄによって実行される周波数初期調整フローである。図２６に示すフローチャートは、図２３に示すメインフローのステップＳ４０１においてサブルーチンとして呼び出されるものである。周波数調整回路１６ｄは、第１の調整モードとして、所定の周波数範囲内で検知部２ａの共振周波数を探索する。即ち、周波数調整回路１６ｄは、所定の周波数範囲内の複数の周波数について圧電素子４に交流電圧を印加し、交流電圧が印加されたときの圧電素子４からの出力信号を夫々取得し、これらの出力信号の検波波形を解析することにより周波数調整を実行する。第１の調整モードにより、タッチ検出において圧電素子４に印加される交流電圧の周波数が、実際の検知部２ａの共振周波数と一致するように決定される。

まず、図２６のステップＳ６０１においては、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数を標準周波数Ｆｒの９０％の値に設定する。なお、標準周波数Ｆｒは、検知部２ａ及び圧電素子４が一体となって振動するときの共振周波数の設計値である。本実施形態においては、標準周波数Ｆｒ＝４０ｋＨｚであるため、交流電圧の周波数は、まず３６ｋＨｚに設定される。図２６のフローチャートにおいては、標準周波数Ｆｒの９０％〜１１０％の間の複数の周波数について、圧電素子４に交流電圧を印加し、その残響振動のエネルギーに基づいて圧電素子４に印加すべき交流電圧の周波数を決定している。即ち、第１の調整モードにおいては、標準周波数Ｆｒを含む第１の周波数範囲内で共振周波数が探索される。

次に、ステップＳ６０２においては、図３０に示すフローチャートがサブルーチンとして実行される。上述したように、図３０に示すフローチャートにおいては、ステップＳ６０１において設定された周波数の交流電圧が印加され、その際に取得された検波波形の出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈及びＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈（図３１）が取得される。

次いで、図２６のステップＳ６０３においては、ステップＳ６０２において取得された出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈のうちの最大値から最小値を減じた値が計算され、この値がＡＤ_2PPとされる。この値が、印加した交流電圧の周波数と共に記憶される。
さらに、ステップＳ６０４においては、ステップＳ６０２において取得された出力電圧値ＡＤ₂₁〜ＡＤ₂₈について隣り合うデータの差が計算され、この差の最大値がＡＤ_2DIFとされる。この値が、印加した交流電圧の周波数と共に記憶される。
次に、ステップＳ６０５においては、ステップＳ６０２において取得された出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の合計ＳＵＭ１が計算される。この値が、印加した交流電圧の周波数と共に記憶される。
さらに、ステップＳ６０６においては、出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈が単調減少しているか否かが判断される。単調減少しているか否かが、印加した交流電圧の周波数と共に記憶される。

次に、ステップＳ６０７においては、ステップＳ６０１において設定された交流電圧の周波数が０．５％分増加される。即ち、ステップＳ６０７において交流電圧の周波数が３６．２ｋＨｚに変更され、ステップＳ６０８によりステップＳ６０２以下の処理が繰り返される。この後、交流電圧の周波数を０．２ｋＨｚ刻みで増加させ、４４ｋＨｚとなるまでステップＳ６０２〜ステップＳ６０７の処理が繰り返される。

次いで、ステップＳ６０９においては、ステップＳ６０４において各周波数について計算されたＡＤ_2DIFが所定のノイズ判定閾値と比較され、全てのＡＤ_2DIFがノイズ判定閾値よりも小さい場合にはステップＳ６１０に進み、ＡＤ_2DIFの値が１つでもノイズ判定閾値以上の場合にはステップＳ６０１に戻る。即ち、ＡＤ_2DIFの値がノイズ判定閾値以上である場合には、検出したデータにノイズが混入している可能性が高いため、ステップＳ６０１に戻って測定をやり直す。

一方、ステップＳ６０９において、全てのＡＤ_2DIFがノイズ判定閾値よりも小さい場合には、ステップＳ６１０に進む。ステップＳ６１０においては、残響を表すＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の値が単調減少しているか否かが判断され、全ての周波数について単調減少している場合にはステップＳ６１１に進み、単調減少していない場合にはステップＳ６０１に戻る。上述したように、検出回路１２がノイズ等を拾った場合には検波波形が乱れ、ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の値が単調減少しなくなる。この場合には、検出したデータがノイズ等を拾っているため、ステップＳ６０１に戻って測定をやり直す。

次に、ステップＳ６１１においては、残響振動（出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の合計値ＳＵＭ１）が最も大きくなった周波数を共振周波数として選択する。次に、残響振動が最大となる周波数が複数存在した場合には、それらの周波数のうち、最大値と最小値の差ＡＤ_2PPが最も小さくなった周波数を共振周波数として選択する。残響振動、最大値と最小値の差ＡＤ_2PPが両方とも等しい周波数が複数存在した場合には、それらのうち最も低い周波数を共振周波数として選択する。

さらに、ステップＳ６１１においては、残響振動が最も大きくなった周波数における出力電圧値ＡＤ₁₁〜ＡＤ₁₈の合計値ＳＵＭ１が所定の閾値と比較される。合計値ＳＵＭ１が所定の閾値よりも小さい場合には、ステップＳ６０１に戻って測定をやり直す。即ち、共振周波数における残響振動が、設計上想定されている残響振動よりも大幅に小さい場合には、測定に不備がある可能性があるため測定をやり直す。圧電素子４に印加する交流電圧の周波数はタッチ検出の基礎となる値であるため、周波数調整回路１６ｄは、周波数調整が成功するまで共振周波数の探索を繰り返す。なお、図２６のフローチャートの処理開始後、所定時間経過しても処理が終了しない場合には、処理を停止させると共にアラームを発するように本発明を構成することもできる。

一方、合計値ＳＵＭ１が所定の閾値以上である場合にはステップＳ６１３に進む。ステップＳ６１３においては、ステップＳ６１１において選択された周波数を、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数（駆動周波数）として決定し、図２６に示すフローチャートの１回の処理を終了する。この図２６に示すフローチャートにより決定された周波数は、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数の初期値として、タッチ検出（図２３のステップＳ４０３）において使用される。

次に、図２７及び図２８を参照して、共振周波数の確認処理を説明する。
図２７は、図２３に示すメインフローからサブルーチンとして呼び出される共振周波数確認フローであり、図２８は、図２７に示すフローチャートからサブルーチンとして呼び出される共振周波数検出フローである。

上述したように、本実施形態のタッチ検出装置においては、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数が、検知部２ａの共振周波数と良く一致していることが望ましい。この交流電圧の周波数は、上述したように、メインフローの実行開始時（図２３のステップＳ４０１）に図２６に示す周波数初期調整フローにより正確に調整される。しかしながら、検知部２ａの共振周波数は、検知部２ａの温度変化や、検知部２ａへの水滴等の付着、経年変化等により変化する可能性がある。このため、本実施形態においては、メインフローの実行途中においても所定の時間間隔で、検知部２ａの共振周波数が確認される。具体的には、メインフローの実行中、１分経過するごとに図２３のステップＳ４０４からステップＳ４０５に処理が移行し、ステップＳ４０５からサブルーチンとして図２７に示す共振周波数確認フローが実行される。

まず、図２７のステップＳ６２１において、図２８に示す共振周波数検出フローがサブルーチンとして実行される。後述するように、図２８に示す共振周波数検出フローにおいては、上述した周波数初期調整フロー（図２６）と類似の処理により、検知部２ａの共振周波数が検出される。
次に、図２７のステップＳ６２２においては、図２８に示す共振周波数検出フローにおいて、共振周波数の検出に成功したか否かが判断される。共振周波数の検出に成功している場合にはステップＳ６２３に進み、共振周波数の検出に失敗した場合にはステップＳ６２５に進む。

さらに、ステップＳ６２３においては、ステップＳ６２１において検出された共振周波数と、圧電素子４に印加している交流電圧の現行の周波数が一致しているか否かが判断される。本実施形態においては、共振周波数と交流電圧の現行の周波数の差が０．５％未満である場合には、共振周波数と交流電圧の周波数にずれは無いと判定し、ステップＳ６２５に進む。
また、共振周波数と、交流電圧の現行の周波数の差が０．５％以上である場合には、共振周波数と、交流電圧の周波数がずれていると判定し、ステップＳ６２４に進む。これらの判定結果は、図２３に示すメインフローのステップＳ４０６における周波数ずれ有無の判断に使用される。

一方、ステップＳ６２２において、共振周波数の検出に失敗したと判定された場合にも、ステップＳ６２５に進み、「共振周波数と交流電圧の周波数にずれは無い」との判定がなされる。この場合には、実際には共振周波数は検出されていないが、メインフローの作動途中であるため、仮に、共振周波数の検出に成功するまで検出が繰り返されたとすれば、その間タッチ検出の処理が実行できないこととなり、タッチ検出装置の機能が損なわれる結果となる。そこで、本実施形態においては、共振周波数の検出に失敗した場合でも、「周波数ずれ無し」として処理し、メインフローの処理を続行している。また、本実施形態においては、図２８に示す共振周波数検出フローは１分間隔で実行されているため、共振周波数の検出に１回の失敗があったとしても、タッチ検出装置の機能に支障はない。

次に、図２８を参照して、共振周波数検出フローを説明する。
図２８に示すように、共振周波数検出フローは、上述した図２６に示す周波数初期調整フローとほぼ同一の処理を行っている。
まず、図２８に示す共振周波数検出フローのステップＳ６３１〜Ｓ６３８は、図２６に示す周波数初期調整フローのステップＳ６０１〜Ｓ６０８に対応している。ただし、周波数初期調整フロー（図２６）においては検知部２ａの共振周波数が標準周波数Ｆｒの±１０％の範囲内で探索されたのに対し、共振周波数検出フロー（図２８）においては共振周波数が現行の交流電圧の周波数の±３％の範囲内で探索される点が異なっている。即ち、周波数調整回路１６ｄは、第２の調整モードとして、第１の周波数範囲よりも狭く、現行の交流電圧の周波数を含む第２の周波数範囲内で検知部２ａの共振周波数を探索する。

ここで、周波数初期調整フロー（図２６）では、検知部２ａの個体差や、型式の変更等に対応して共振周波数を探索する必要がある。これに対し、共振周波数検出フロー（図２８）では、周波数初期調整後の共振周波数のずれに対応すれば十分であり、周波数初期調整後に共振周波数が大きくずれることはない、という本件発明者の知見に基づくものである。また、共振周波数検出フロー（図２８）において、共振周波数を探索する範囲を狭く設定しておくことにより、共振周波数の探索に要する時間を短縮することができる。

また、図２８に示す共振周波数検出フローのステップＳ６３９〜Ｓ６４２は、図２６に示す周波数初期調整フローのステップＳ６０９〜Ｓ６１２に対応している。即ち、マイクロコンピュータ１６によって実現される判定回路１６ｆは、周波数調整回路１６ｄによる周波数調整の成否を判定する。しかしながら、周波数初期調整フロー（図２６：第１の調整モード）においては、検出したデータにノイズ等が混入している場合（ステップＳ６０９、Ｓ６１０）や、残響振動の大きさが十分でない場合（ステップＳ６１２）には、フローチャートの初めに戻り、検出を繰り返していた。これに対し、第２の調整モードとして実行される共振周波数検出フロー（図２８）においては、これらの場合（ステップＳ６３９、Ｓ６４０、Ｓ６４２）には、共振周波数の探索を繰り返すことなく、「共振周波数検出失敗」（ステップＳ６４５）と判定して、フローチャートの１回の処理を終了している。

即ち、判定回路１６ｆは、検波波形の中に、交流電圧の印加終了後に波形が単調減少しないものが含まれている場合（ステップＳ６４０→Ｓ６４５）には、周波数調整回路１６ｄによる周波数調整が失敗したと判定する。また、判定回路１６ｆは、決定された共振周波数の交流電圧の印加停止後における検知部２ａの振動エネルギーが所定の閾値に達しない場合（ステップＳ６４２→Ｓ６４５）も、周波数調整回路１６ｄによる周波数調整が失敗したと判定する。このように、従って、共振周波数の検出に失敗した場合には、現行の交流電圧の周波数が維持される。

一方、共振周波数の検出に成功した場合（ステップＳ６４３）には、ステップＳ６４１において選択された周波数を、検知部２ａの現在の共振周波数として設定し（ステップＳ６４４）、図２８に示すフローチャートの１回の処理を終了する。この図２８のステップＳ６４４において設定された共振周波数は、図２７に示す共振周波数検出フローのステップＳ６２３において、圧電素子４に印加している交流電圧の現行の周波数と比較され、周波数ずれの有無の判断に使用される。

次に、図２９を参照して、交流電圧の周波数再調整フローを説明する。
上述したように、メインフロー（図２３）の作動中において、検知部２ａの共振周波数が検出され、現行の交流電圧の周波数と比較され、周波数ずれが発生しているか否かが判断されている（図２３のステップＳ４０６）。しかしながら、以下に説明するように、周波数ずれが検知された場合であっても、交流電圧の周波数は、共振周波数と一致するように即座に変更されることはない。

例えば、検知部２ａに水滴が付着することにより検知部２ａの共振周波数が低下している状況においては、水滴が脱落したり、蒸発することにより、共振周波数は比較的短時間で元の周波数に復帰する。また、検知部２ａに冷水が掛かったり、熱湯が掛かることにより共振周波数が変化した場合でも、検知部２ａの温度が室温に戻れば、共振周波数は比較的短時間で元の周波数に復帰する。このため、共振周波数の変化が検知される度に交流電圧の周波数を変更していると、印加する交流電圧の周波数が不安定になったり、タイムラグにより、却って共振周波数と交流電圧の周波数の差が大きくなってしまう場合がある。そこで、本実施形態においては、周波数再調整フローにより、共振周波数と交流電圧の周波数との間のずれの継続状況に基づいて、交流電圧の周波数（駆動周波数）を再調整している。

上述したように、検知部２ａの共振周波数と、現行の交流電圧の周波数との間に周波数ずれが発生していると判断された場合には、周波数ずれが継続している時間が積算される（図２３のステップＳ４１９）。この周波数ずれの継続中、１分ごとに図２９に示す交流電圧の周波数再調整フローが実行される（図２３のステップＳ４２１）。

まず、図２９のステップＳ６５１においては、上述した共振周波数検出フロー（図２８）がサブルーチンとして実行される。
次いで、ステップＳ６５２においては、ステップＳ６５１において実行された共振周波数の検出が成功したか否かが判断される。成功した場合にはステップＳ６５３に進み、失敗した場合にはステップＳ６５６に進む。

ステップＳ６５６においては、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数（駆動周波数）の再調整を実行せず、現行の周波数を維持したまま図２９に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、共振周波数検出において信頼性の高い検出結果が得られていない状態で交流電圧の周波数を変更すると、測定誤差等により却って交流電圧の周波数が共振周波数から離れてしまう場合があるからである。

一方、共振周波数の検出に成功した場合にはステップＳ６５３に進み、ステップＳ６５３においては、ステップＳ６５１において検出された共振周波数と、現行の交流電圧の周波数が比較される。共振周波数が交流電圧の周波数よりも低い場合にはステップＳ６５５に進み、共振周波数が交流電圧の周波数以上の場合にはステップＳ６５４に進む。

ステップＳ６５４においては、積算されている周波数ずれの継続時間が、周波数ずれ判定時間である５分以上であるか否かが判断される。継続時間が５分以上である場合にはステップＳ６５７に進み、５分以上でない場合にはステップＳ６５６に進む。ステップＳ６５６においては、交流電圧の周波数（駆動周波数）の再調整を実行せず、現行の周波数を維持したまま図２９に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、周波数ずれが５分以上継続していない場合には、周波数ずれをそのまま放置することにより、共振周波数が元の周波数に戻る可能性があるためである。

一方、周波数ずれの継続時間が５分以上である場合にはステップＳ６５７に進み、ステップＳ６５７においては、圧電素子４に印加する交流電圧の周波数（駆動周波数）を変更（再調整）して、ステップＳ６５１において検出された共振周波数に一致させる。このように、共振周波数と交流電圧の周波数の間の周波数ずれが、周波数ずれ検知回路１６ｅによって検知されると、周波数調整回路１６ｄは、交流電圧の周波数（駆動周波数）を共振周波数に一致するように調整する。しかしながら、周波数調整回路１６ｄによる周波数調整は、周波数ずれ検知回路１６ｅによって周波数ずれが検知されている状態が所定の周波数ずれ判定時間以上継続した場合に実行される。

一方、共振周波数が交流電圧の周波数よりも低い場合にはステップＳ６５５に進む。ステップＳ６５５においては、積算されている周波数ずれの継続時間が、周波数ずれ判定時間である３０分以上であるか否かが判断される。周波数ずれの継続時間が３０分以上である場合にはステップＳ６５７に進み、３０分以上でない場合にはステップＳ６５６に進む。上記のように、ステップＳ６５６においては、交流電圧の周波数（駆動周波数）の再調整は実行されない。また、ステップＳ６５７においては、交流電圧の周波数（駆動周波数）を共振周波数に一致させる。

このように、本実施形態においては、共振周波数が交流電圧の周波数よりも高い場合（ステップＳ６５４）と、低い場合（ステップＳ６５５）で周波数ずれ判定時間が異なっており、共振周波数が交流電圧の周波数よりも低い場合には、高い場合よりも周波数ずれ判定時間が長く設定されている。即ち、共振周波数が交流電圧の周波数よりも低い場合（ステップＳ６５５）として、最も可能性が高い状態は、水滴が検知部２ａに付着して共振周波数が低下した状態である。一方、共振周波数が交流電圧の周波数よりも高い場合（ステップＳ６５４）として、最も可能性が高い状態は、過去に検知部２ａに水滴が付着して、これに合わせて交流電圧の周波数が低下され、その後、水滴が脱落又は蒸発して共振周波数が上昇した状態である。

このため、共振周波数が交流電圧の周波数よりも高い場合には、比較的早期に交流電圧の周波数を真の共振周波数に一致させておくことが好ましい。これに対して、共振周波数が交流電圧の周波数よりも低い場合には、周波数ずれを放置しても、水滴が少しずつ脱落又は蒸発することにより、共振周波数が交流電圧の周波数に少しずつ復帰していく可能性が高い。このため、共振周波数が交流電圧の周波数よりも低い場合には周波数ずれ判定時間を長く取り、交流電圧の周波数が不安定になるのを防止することが好ましい。

本発明の第３実施形態のタッチ検出装置によれば、検知部２ａの共振周波数と圧電素子４に印加する交流電圧の周波数との間のずれの発生を検知する周波数ずれ検知回路１６ｅを備え、周波数調整回路１６ｄは、周波数ずれ検知回路１６ｅによって周波数ずれが検知されると、交流電圧の周波数が検知部の共振周波数と一致するように調整を行う（図２３のステップＳ４０６→Ｓ４１９→Ｓ４２０→Ｓ４２１）ので、周波数のずれを監視して、タッチ検出装置を常に良好な状態に保つことができる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、周波数調整回路１６ｄは、周波数ずれ検知回路１６ｅによって周波数ずれが検知されている状態が所定の周波数ずれ判定時間以上継続した場合に周波数の調整を実行する（図２９のステップＳ６５４→Ｓ６５７、及びステップＳ６５５→Ｓ６５７）ので、より確実に周波数調整回路１６ｄによる自動調整を行うことができる。

さらに、本実施形態のタッチ検出装置によれば、周波数ずれ判定時間は、検知部２ａの共振周波数が圧電素子４に印加する交流電圧の周波数よりも低い場合（図２９のステップＳ６５３→Ｓ６５５）には、検知部２ａの共振周波数が圧電素子４に印加する交流電圧の周波数よりも高い場合（図２９のステップＳ６５３→Ｓ６５４）よりも長く設定されるので、水滴の付着による一時的な共振周波数の変化にも効果的に対処することができる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、第１の調整モード（図２６）においては、検知部２ａの標準周波数を含む第１の周波数範囲（標準周波数の±１０％）内で共振周波数が探索され、第２の調整モード（図２８）においては、現行の交流電圧の周波数を含む、第１の周波数範囲よりも狭い第２の周波数範囲（現行の交流電圧の周波数の±３％）内で共振周波数が探索されるので、周波数ずれの発生原因に応じた調整を短時間で実行することができる。

さらに、本実施形態のタッチ検出装置によれば、第１の調整モード（図２６）においては、周波数調整が失敗した場合に、成功するまで繰り返し共振周波数が探索され（図２６のステップＳ６０９→Ｓ６０１、Ｓ６１０→Ｓ６０１、Ｓ６１２→Ｓ６０１）、第２の調整モード（図２８）においては、周波数調整が失敗した場合に、共振周波数の探索を繰り返すことなく、現行の交流電圧の周波数が維持される（図２８のステップＳ６３９→Ｓ６４５、Ｓ６４０→Ｓ６４５、Ｓ６４２→Ｓ６４５）ので、周波数ずれの発生状況や、タッチ検出装置の使用状況に応じて適切な周波数調整を行うことができ、確実な周波数調整と、使用不能期間の削減を両立することができる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、検波波形の中に、交流電圧の印加終了後に波形が単調減少しないもの（図３１の下段）が含まれている場合には、周波数調整回路による周波数調整に失敗したと判定される（図２６のステップＳ６１０、図２８のステップＳ６４０）ので、ノイズ等の影響による誤った周波数調整を防止することができる。

さらに、本実施形態のタッチ検出装置によれば、決定された共振周波数の交流電圧の印加停止後における検知部２ａの振動エネルギーが所定の閾値に達しない場合には、周波数調整回路による周波数調整が失敗したと判定する（図２６のステップＳ６１２→Ｓ６０１、図２８のステップＳ６４２→Ｓ６４５）ので、不適切な環境における周波数調整により、誤った周波数調整がなされるのを防止することができる。例えば、周波数調整の実行中に使用者が検知部２ａに触れてしまった場合でも、誤った周波数調整を防止できる。

また、本実施形態のタッチ検出装置によれば、接触判定確認動作（図２５）として、通常の交流電圧の周波数とは異なる確認周波数（図２５のステップＳ５４１、Ｓ５４３）の交流電圧を圧電素子４に印加し、確認周波数の交流電圧の印加によっても、対象物の接触が接触判定回路１６ａにより判定された場合に、検知部２ａへの接触の判断を確定する。このため、周波数のずれにより接触判定回路１６ａが対象物の接触を誤って判定した場合においても、接触判定確認回路１６ｂが、通常の交流電圧の周波数とは異なる確認周波数の交流電圧により励振を行うので、共振周波数がずれている場合でも大きな残響振動が励起され、周波数ずれによる誤検知を効果的に抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に、種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、本発明を水栓装置の吐水、止水の切り換え操作の検出に適用していたが、吐水、止水の切り換えの他、吐水形態（シャワー吐水、ストレート吐水等）の切り換え、流量調整操作、温度調整操作等、任意の操作の検出に本発明を適用することができる。また、本実施形態においては、タッチ検出装置を、吐水部が固定された水栓装置に適用していたが、本発明のタッチ検出装置は、吐水ヘッドが引き出し可能なプルアウト式の水栓装置に適用することもできる。この場合には、水栓装置本体から引き出されるホースに沿って信号線を内蔵しておき、吐水ヘッド先端に設けられた検知部と、カウンターボードの下側に配置された検出回路を電気的に接続することができる。さらに、本実施形態においては、タッチ検出装置を水栓装置に適用していたが、吐水装置、流量調整装置、温度調整装置、及びこれらを組み合わせた装置等、任意の水周り器具に本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態においては、振動励起素子として圧電素子を使用していたが、検知部に振動を励起することができる任意の素子又は装置を、振動励起素子として使用することができる。さらに、上述した実施形態においては、圧電素子により検知部に振動を励起した後、残響振動を圧電素子により検出していたが、振動を励起するための素子又は装置とは別に、検知部の残響振動を検出するための素子又は装置を設けることもできる。また、上述した実施形態においては、圧電素子の１つの端子に交流電圧を印加すると共に、その同一の端子から残響振動を検出するための信号を取得していたが、圧電素子又は振動励起素子に、残響振動検出用の端子を、交流電圧印加用の端子とは別に設けておくこともできる。

さらに、上述した実施形態においては、圧電素子に印加する交流電圧の周波数を、一体的に振動する検知部及び圧電素子の共振周波数に一致させていたが、交流電圧の周波数は共振周波数に一致していなくても良い。即ち、これらの周波数が異なっている場合でも、検知部がタッチされている状態では、タッチされていない場合よりも残響振動が小さくなるので、残響振動に基づいてタッチを検出することは原理的に可能である。また、上述した実施形態においては、２つのトランジスタのスイッチングにより、直接、圧電素子に交流電圧を印加していたが、昇圧用のトランスやコンデンサ等を介して圧電素子に交流電圧を印加することもできる。

１ 本発明の第１実施形態の水栓装置
２ 水栓本体
２ａ 検知部
２ｂ 吐水口
４ 圧電素子（振動励起素子）
４ａ、４ｂ 信号線
６ 湯水混合バルブ
８ａ 湯用電磁弁（開閉弁）
８ｂ 水用電磁弁（開閉弁）
１０ 水栓コントローラ
１２ 検出回路
１４ａ 給湯管
１４ｂ 給水管
１６ マイクロコンピュータ
１６ａ 接触判定回路
１６ｂ 接触判定確認回路
１６ｃ 異常検知回路
１６ｄ 周波数調整回路
１６ｅ 周波数ずれ検知回路
１６ｆ 判定回路
１８ 駆動回路
１８ａ ＰＮＰトランジスタ
１８ｂ ＮＰＮトランジスタ
１８ｃ、１８ｄ 電気抵抗
２０ 信号変換回路
２０ａ、２０ｂ コンデンサ
２０ｃ ダイオード
２０ｄ 電気抵抗
２２ 分圧回路
２２ａ、２２ｂ 電気抵抗

Claims (18)

1. 水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、
   対象物の接触を検知する検知部と、
   この検知部に取り付けられた振動励起素子と、
   この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、上記検知部に振動を励起する駆動回路と、
   この駆動回路による上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の上記検知部の振動に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、
   を有し、
   上記振動励起素子は圧電素子により構成され、上記接触判定回路は、上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止された後の、上記振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定し、
   上記振動励起素子は、上記駆動回路により交流電圧が印加される入力端子を備えており、上記振動励起素子からの出力信号は上記振動励起素子の上記入力端子から取得され、上記駆動回路の出力は、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなり、
   上記振動励起素子からの出力信号は検波された後、Ａ／Ｄ変換され、上記接触判定回路は、上記駆動回路による交流電圧の印加が停止した後に取得された複数のＡ／Ｄ変換値の合計が所定の閾値以下の場合に対象物が接触したことを判定することを特徴とするタッチ検出装置。
2. 水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、
   対象物の接触を検知する検知部と、
   この検知部に取り付けられた振動励起素子と、
   この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、上記検知部に振動を励起する駆動回路と、
   この駆動回路による上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の上記検知部の振動に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、
   を有し、
   上記振動励起素子は圧電素子により構成され、上記接触判定回路は、上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止された後の、上記振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定し、
   上記振動励起素子は、上記駆動回路により交流電圧が印加される入力端子を備えており、上記振動励起素子からの出力信号は上記振動励起素子の上記入力端子から取得され、上記駆動回路の出力は、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなり、
   上記接触判定回路は誤検知を防止するための異常検知回路を備え、この異常検知回路は、上記振動励起素子への交流電圧の印加中における上記振動励起素子からの出力信号に基づいて、交流電圧の印加中に異常を検知することを特徴とするタッチ検出装置。
3. 水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、
   対象物の接触を検知する検知部と、
   この検知部に取り付けられた振動励起素子と、
   この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、上記検知部に振動を励起する駆動回路と、
   この駆動回路による上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の上記検知部の振動に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、
   を有し、
   上記振動励起素子は圧電素子により構成され、上記接触判定回路は、上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止された後の、上記振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定し、
   上記振動励起素子は、上記駆動回路により交流電圧が印加される入力端子を備えており、上記振動励起素子からの出力信号は上記振動励起素子の上記入力端子から取得され、上記駆動回路の出力は、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなり、
   さらに、接触判定確認回路を有し、この接触判定確認回路は、対象物が接触したことが上記接触判定回路により一旦判定された後、誤検知の可能性をより低下させる接触判定確認動作を実行し、
   上記接触判定確認回路は、対象物が接触したことが上記接触判定回路により一旦判定された後、上記接触判定確認動作として、通常の交流電圧の周波数とは異なる確認周波数の交流電圧を上記振動励起素子に印加し、上記確認周波数の交流電圧の印加によっても、対象物の接触が上記接触判定回路により判定された場合に、上記検知部への接触の判断を確定することを特徴とするタッチ検出装置。
4. 水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、
   対象物の接触を検知する検知部と、
   この検知部に取り付けられた振動励起素子と、
   この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、上記検知部に振動を励起する駆動回路と、
   この駆動回路による上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の上記検知部の振動に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、
   を有し、
   上記振動励起素子は圧電素子により構成され、上記接触判定回路は、上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止された後の、上記振動励起素子からの出力信号に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定し、
   上記振動励起素子は、上記駆動回路により交流電圧が印加される入力端子を備えており、上記振動励起素子からの出力信号は上記振動励起素子の上記入力端子から取得され、上記駆動回路の出力は、交流電圧の印加停止後にはハイインピーダンスとなり、
   さらに、上記振動励起素子に印加する交流電圧の周波数を調整する周波数調整回路を有し、この周波数調整回路は、上記振動励起素子を取り付けた上記検知部が共振する周波数に、印加する交流電圧の周波数を調整し、
   上記周波数調整回路は、所定時間の交流電圧の印加を異なる周波数で複数回実行し、交流電圧の印加停止後における上記振動励起素子からの出力信号の振幅が最大となる周波数を、上記振動励起素子を取り付けた上記検知部が共振する周波数として決定することを特徴とするタッチ検出装置。
5. 水周り器具に使用するタッチ検出装置であって、
   対象物の接触を検知する検知部と、
   この検知部に取り付けられた振動励起素子と、
   この振動励起素子に所定周波数の交流電圧を間欠的に印加することにより、上記検知部に振動を励起する駆動回路と、
   この駆動回路による上記振動励起素子への交流電圧の印加が停止した後の上記検知部の振動に基づいて、対象物が上記検知部に接触したか否かを判定する接触判定回路と、
   を有し、
   さらに、上記振動励起素子に印加する交流電圧の周波数を調整する周波数調整回路を有し、この周波数調整回路は、上記振動励起素子を取り付けた上記検知部が共振する周波数に、印加する交流電圧の周波数を調整し、
   さらに、上記検知部の共振周波数と上記振動励起素子に印加する交流電圧の周波数との間のずれの発生を検知する周波数ずれ検知回路を備え、上記周波数調整回路は、上記周波数ずれ検知回路によって周波数ずれが検知されると、交流電圧の周波数が上記検知部の共振周波数と一致するように調整を行うことを特徴とするタッチ検出装置。
6. 上記接触判定回路は、上記駆動回路による交流電圧の印加停止後における上記検知部の振動振幅に基づいて対象物が上記検知部に接触したか否かを判定するように構成され、上記振動振幅が所定の振幅以下に減衰するまでの時間が、所定の時間以下である場合に対象物が接触したことを判定する請求項１乃至３の何れか１項に記載のタッチ検出装置。
7. 上記接触判定回路は、上記駆動回路による交流電圧の印加停止後における上記検知部の振動振幅に基づいて対象物が上記検知部に接触したか否かを判定するように構成され、上記駆動回路による交流電圧の印加停止後、所定時間経過後の振動振幅が、所定の振幅以下に減衰している場合に対象物が接触したことを判定する請求項１乃至３の何れか１項に記載のタッチ検出装置。
8. 上記異常検知回路は、上記振動励起素子への交流電圧の印加中における上記出力信号の振幅が、正常時における振幅よりも大きい場合に異常を検知し、上記接触判定回路は、異常が検知された場合には、対象物が接触したことを判定しない請求項２記載のタッチ検出装置。
9. 上記異常検知回路は、上記振動励起素子への交流電圧の印加中において、上記出力信号の振幅が所定値以上変動した場合に異常を検知し、上記接触判定回路は、異常が検知された場合には、対象物が接触したことを判定しない請求項２記載のタッチ検出装置。
10. 上記接触判定確認回路は、上記接触判定確認動作として、通常の交流電圧の印加よりも長い所定の確認期間上記振動励起素子に交流電圧を印加し、上記確認期間中における上記振動励起素子からの出力信号に基づいて、上記接触判定回路による接触の判定を確認する請求項３記載のタッチ検出装置。
11. 上記周波数調整回路は、交流電圧の印加停止後における出力信号の振幅が最大となる周波数が複数存在する場合には、振幅が最大となった周波数のうち、上記振動励起素子への交流電圧の印加中における上記出力信号の振幅の変動が最も少ない周波数を、上記振動励起素子を取り付けた上記検知部が共振する周波数として決定する請求項４記載のタッチ検出装置。
12. 上記周波数調整回路は、上記周波数ずれ検知回路によって周波数ずれが検知されている状態が所定の周波数ずれ判定時間以上継続した場合に周波数の調整を実行する請求項５記載のタッチ検出装置。
13. 上記周波数ずれ判定時間は、上記検知部の共振周波数が上記振動励起素子に印加する交流電圧の周波数よりも低い場合には、上記検知部の共振周波数が上記振動励起素子に印加する交流電圧の周波数よりも高い場合よりも長く設定される請求項１２記載のタッチ検出装置。
14. 上記周波数調整回路は、所定の周波数範囲内で上記検知部の共振周波数を探索するように構成されると共に、探索する周波数範囲が異なる第１の調整モード及び第２の調整モードを実行可能に構成され、上記第１の調整モードにおいては、上記検知部の標準周波数を含む第１の周波数範囲内で共振周波数が探索され、上記第２の調整モードにおいては、現行の交流電圧の周波数を含む、上記第１の周波数範囲よりも狭い第２の周波数範囲内で共振周波数が探索される請求項５、１２又は１３に記載のタッチ検出装置。
15. さらに、上記周波数調整回路による周波数調整の成否を判定する判定回路を有し、上記第１の調整モードにおいては、上記判定回路により上記周波数調整の失敗が判定された場合に、上記周波数調整が成功するまで繰り返し共振周波数が探索され、上記第２の調整モードにおいては、上記判定回路により上記周波数調整の失敗が判定された場合に、共振周波数の探索を繰り返すことなく、現行の交流電圧の周波数が維持される請求項１４記載のタッチ検出装置。
16. 上記周波数調整回路は、所定の周波数範囲内の複数の周波数について上記振動励起素子に交流電圧を印加し、交流電圧が印加されたときの上記振動励起素子からの出力信号を夫々取得し、これらの出力信号の検波波形を解析することにより周波数調整を実行するように構成され、上記判定回路は、上記検波波形の中に、交流電圧の印加終了後に波形が単調減少しないものが含まれている場合には、上記周波数調整回路による周波数調整が失敗したと判定する請求項１５記載のタッチ検出装置。
17. 上記周波数調整回路は、所定の周波数範囲内の複数の周波数について上記振動励起素子に交流電圧を印加し、交流電圧が印加されたときの上記振動励起素子からの出力信号を夫々取得し、これらの出力信号に基づいて共振周波数を探索して、決定するように構成され、上記判定回路は、決定された共振周波数の交流電圧の印加停止後における上記検知部の振動エネルギーが所定の閾値に達しない場合、上記周波数調整回路による周波数調整が失敗したと判定する請求項１５記載のタッチ検出装置。
18. タッチ操作により吐水及び止水を切り換えることができる水栓装置であって、
    請求項１乃至請求項１７の何れか１項に記載のタッチ検出装置と、
    上記検知部を有する操作部と、
    上記タッチ検出装置により対象物の上記検知部への接触判定に基づいて開閉される開閉弁とを有することを特徴とする水栓装置。

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