特許 7267385 便器内容物に応答した便器への水量解放の調節を自動化するシステム、そのシステムを含むトイレ、および関連方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-21

(45)【発行日】2023-05-01

(54)【発明の名称】便器内容物に応答した便器への水量解放の調節を自動化するシステム、そのシステムを含むトイレ、および関連方法

(51)【国際特許分類】

   E03D 5/10 20060101AFI20230424BHJP

   E03D 9/00 20060101ALI20230424BHJP

   E03D 11/02 20060101ALI20230424BHJP

   E03D 1/34 20060101ALI20230424BHJP

   G01V 1/00 20060101ALI20230424BHJP

   G01N 29/024 20060101ALI20230424BHJP

【ＦＩ】

E03D5/10

E03D9/00 Z

E03D11/02 Z

E03D1/34

G01V1/00 A

G01N29/024

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021184608

(22)【出願日】2021-11-12

(62)【分割の表示】P 2018567914の分割

【原出願日】2017-07-07

(65)【公開番号】P2022031723

(43)【公開日】2022-02-22

【審査請求日】2021-11-12

(31)【優先権主張番号】62/359,696

(32)【優先日】2016-07-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/643,086

(32)【優先日】2017-07-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517086007

【氏名又は名称】エーエス・アメリカ、インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＳ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド グローバー

(72)【発明者】

【氏名】マヘンドラ ガンアワーディーナ

(72)【発明者】

【氏名】クリス ヘルムステッター

(72)【発明者】

【氏名】ヴァーン マイアーズ

【審査官】神尾 寧

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０２１１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０７４１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０８２７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５１５３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００１／００１１３９１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０３Ｄ ５／１０

Ｅ０３Ｄ ９／００

Ｅ０３Ｄ １１／００－１１／０２

Ｅ０３Ｄ １／３４

Ｅ０３Ｄ ３／１２

Ｇ０１Ｖ １／００

Ｇ０１Ｎ ２９／０２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水洗トイレであって、前記トイレは、
水源と流体連通している便器と、
送信機および受信機を有する超音波センサと、前記超音波センサに電気的に接続されているマイクロコントローラとを備える監視システムと、
前記マイクロコントローラに電気的に接続されている洗浄弁であって、前記洗浄弁は、前記便器と前記水源との間に配置されている、洗浄弁と
を備え、
前記監視システムは、監視サイクルを実行するように構成され、前記サイクルは、前記便器の便器内容物に向かって超音波信号を伝送することと、前記超音波信号を受信することと、前記超音波信号の飛行時間（ＴｏＦ）測定値を決定することと、前記ＴｏＦ測定値を前記マイクロコントローラに電気的に伝達することと、前記ＴｏＦ測定値に対応する便器ステータスを決定することとを含み、
前記マイクロコントローラは、水源弁に、前記便器ステータスに基づいて開放、閉鎖、または現在の状態に留まるように命令するように構成される、トイレ。

【請求項2】

前記監視システムは、前記監視サイクルを実行するように起動させられるように構成される、請求項１に記載のトイレ。

【請求項3】

前記監視システムは、手動で起動させられるように構成される、請求項２に記載のトイレ。

【請求項4】

前記監視システムは、規定時間間隔で起動させられるようにプログラムされる、請求項２に記載のトイレ。

【請求項5】

前記監視システムは、２４時間に１回起動させられるようにプログラムされる、請求項２に記載のトイレ。

【請求項6】

前記マイクロコントローラは、使用スケジュールをプログラムされ、前記使用スケジュールは、監視システムが起動させられるときを決定する、請求項２に記載のトイレ。

【請求項7】

前記マイクロコントローラに電気的に接続されている赤外線センサを備え、
前記赤外線センサは、前記便器に近接するユーザの存在または不在を検出するように構成される、請求項２に記載のトイレ。

【請求項8】

前記赤外線センサがユーザの存在を検出するときに、前記監視システムは、監視サイクルを実行するように起動させられる、請求項７に記載のトイレ。

【請求項9】

前記赤外線センサがユーザの存在および前記ユーザが前記便器から離れたことを検出するときに、前記監視システムは、監視サイクルを実行するように起動させられる、請求項７に記載のトイレ。

【請求項10】

前記マイクロコントローラは、前記洗浄弁に、前記便器ステータスに基づいて開放、閉鎖、または現在の状態に留まるように命令するように構成される、請求項１に記載のトイレ。

【請求項11】

前記便器ステータスが「液体」であると決定され、前記マイクロコントローラは、前記洗浄弁に、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動し、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出するように命令する、請求項１０に記載のトイレ。

【請求項12】

前記便器ステータスが「固体」であると決定され、前記マイクロコントローラは、前記洗浄弁に、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動し、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出するように命令する、請求項１０に記載のトイレ。

【請求項13】

前記便器ステータスが「中間」であると決定され、前記マイクロコントローラは、前記洗浄弁に、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動し、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出するように命令する、請求項１０に記載のトイレ。

【請求項14】

前記便器ステータスが「低水位」であると決定され、前記マイクロコントローラは、前記洗浄弁に、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動し、水封を復元するために十分な量の水を放出するように命令する、請求項１０に記載のトイレ。

【請求項15】

前記便器ステータスが「漏出」、「液体閉塞」、「固体閉塞」、または「物体」であると決定され、前記マイクロコントローラは、前記水源弁に、開放位置から閉鎖位置に移動するかまたは閉鎖位置に留まるように命令する、請求項１に記載のトイレ。

【請求項16】

前記センサは、ピエゾセラミックトランスデューサを含む、請求項１に記載のトイレ。

【請求項17】

前記センサは、前記便器の外部底部中心に搭載される、請求項１に記載のトイレ。

【請求項18】

水洗トイレ上に搭載するためのシステムであって、前記システムは、
便器の外面に位置するように構成される超音波センサであって、前記超音波センサは、送信機および受信機を有する、超音波センサと、
前記超音波センサに電気的に接続されているマイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラに電気的に接続されている洗浄弁と
を備え、
前記システムは、便器ステータスを決定するために監視サイクルを実行するように構成され、
前記マイクロコントローラは、前記洗浄弁に、前記便器ステータスに基づいて開放、閉鎖、または現在の状態に留まるように命令するように構成され、
前記監視サイクルは、前記便器の便器内容物に向かって超音波信号を伝送することと、前記超音波信号を受信することと、前記超音波信号の飛行時間（ＴｏＦ）測定値を決定することと、前記ＴｏＦ測定値を前記マイクロコントローラに電気的に伝達することと、前記ＴｏＦ測定値に対応する前記便器ステータスを決定することとを含む、システム。

【請求項19】

前記システムは、「通常」、「漏出」、「液体閉塞」、または「固体閉塞」の便器ステータスを検出するように構成される、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

水洗トイレであって、前記トイレは、
水源と流体連通している便器と、
送信機および受信機を有する超音波センサと、前記超音波センサに電気的に接続されているマイクロコントローラとを備える監視システムと、
前記マイクロコントローラに電気的に接続されている洗浄弁であって、前記洗浄弁は、前記便器と前記水源との間に配置されている、洗浄弁と、
前記マイクロコントローラに電気的に接続されている赤外線センサであって、前記赤外線センサは、前記便器に近接するユーザの存在または不在を検出するように構成されている、赤外線センサと
を備え、
前記監視システムは、監視サイクルを実行するように構成され、前記サイクルは、前記便器の便器内容物に向かって超音波信号を伝送することと、前記超音波信号を受信することと、前記超音波信号の飛行時間（ＴｏＦ）測定値を決定することと、前記ＴｏＦ測定値を前記マイクロコントローラに電気的に伝達することと、前記ＴｏＦ測定値に対応する便器ステータスを決定することとを含む、トイレ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６２／３５９，６９６号（２０１６年７月７日出願）に対する優先権を主張し、上記出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。

【背景技術】

【0002】

節水は、多数の経済的および環境的理由から、個々の消費者ならびに地方および中央政府の両方によって急速に関心事となりつつある。トイレ洗浄は、水洗トイレが普及している地理の平均家庭における単一の最も多い水の使用である。平均的な人は、１日に約５回洗浄し、したがって、トイレは、全体的家庭水消費量の約３１％を構成する。

【0003】

使用される水の量を管理することに役立つために、「二重洗浄」トイレが、開発された。二重洗浄トイレは、そのユーザに、「低量洗浄」選択肢（通常、約２～４．５リットル）と「高量」洗浄選択肢（通常、約４～約９リットル）とを提供する。選択される選択肢は、使用後の便器の内容物に依存し、液体廃棄物の洗浄処理は、「低量」選択肢の使用のみを要求する一方、「高量」選択肢は、固体廃棄物処理のために使用され得る。適切に使用されると、二重洗浄トイレは、水の消費量を５０％も低減させることができる。

【0004】

しかしながら、二重洗浄トイレは、「低」対「高」洗浄量の選択が、人間ユーザの裁量に任され、人間ユーザが、低洗浄量のみが必要とされる状況において、多くの場合、忘れるか、または混乱し、意図せず「高洗浄」量を使用する点において不完全である。

【0005】

いくつかの従来技術は、トイレ内容物を検出し、成されている洗浄を改変することが可能な便器を開発することによって、ユーザの権限から決定を除くことを試みている。これらの試みは、主として、便器内もしくはその入口における赤外線検出システムの使用、ならびに／または、便器の内容物の可能性が高い推測を可能にする間接的データ（例えば、ユーザのトイレへの近接、使用時間、および／もしくは「糞便ガス」の存在／不在）の検出に焦点を当てている。

【0006】

例えば、「Ｄｕａｌ Ｆｌｕｓｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆｌｕｓｈ Ｖａｌｖｅ」と題され、２０１３年５月７日に付与された米国特許第８，４３４，１７２ Ｂ２号（特許文献１）は、ユーザが使用中に主として「短い区域」または「長い区域」に位置するかを決定するために、トイレ使用中にトイレユーザの場所を周期的に「ポーリング」する赤外線センサの使用を説明している。ユーザが主に短い区域、すなわち、トイレにより近接していた場合、システムは、ユーザが固体廃棄物を堆積させたと仮定し、より多くの水を用いたより長い洗浄が、自動的に使用される。ユーザが主に長い区域、すなわち、トイレからより遠くにいた場合、システムは、ユーザが液体廃棄物を堆積させたと仮定し、より少ない水を用いたより短い洗浄が、自動的に採用される。

【0007】

「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ Ｖａｃｕｕｍ Ｔｏｉｌｅｔ」と題された米国特許第６，２２６，８０７号（特許文献２）は、トイレの便器に加えられた重量を感知するための重量センサを含む真空トイレを開示している。センサは、便器に加えられた重量の存在または不在を測定することによって、ユーザがトイレを使用しているときに立っているか、または座っているかを検出する。重量が検出される場合、センサに接続される洗浄制御ユニットが、標準的量の水がトイレを洗浄するために使用されることを命じる。センサがいかなる重量も検出しない（ユーザが立っていることを示す）場合、洗浄制御ユニットは、少量の水が洗浄において使用されるように命じる。

【0008】

別の例では、「Ｔｏｉｌｅｔ－Ｆｌｕｓｈｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」と題された米国特許第４，７０７，８６７号（特許文献３）は、検出器（光学、熱センサ、またはトイレ上のユーザの存在を検出する他の検出器）、遅延回路、決定回路、第１のタイマ、第２のタイマ、および洗浄弁を含む装置を教示している。検出器は、ある人がトイレを使用していることを検出し、信号を出力し、信号は、遅延回路に入力される。この信号を受信した後の事前決定された時間の経過時、遅延回路は、信号を決定回路に供給する。検出器の信号が基準時間よりも短く持続するとき、決定回路は、トイレユーザが排尿したと決定する。逆に、この信号が基準時間またはより長い時間にわたって持続するとき、決定回路は、トイレユーザが排便したと決定する。第１の場合、第１のタイマが、動作させられ、洗浄弁は、第１のタイマに設定される時間にわたって開放し、それによって、トイレを洗浄する。第２の場合、第２のタイマが、動作させられ、洗浄弁は、第２のタイマに設定される時間にわたって開放し、したがって、トイレを洗浄する。第１のタイマに設定される時間は、第２のタイマに設定されるものよりも短い。したがって、トイレは、各排尿後に少量の水を用いて洗浄され、各排便後に大量の水を用いて洗浄される。

【0009】

「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｕａｌ Ｆｌｕｓｈ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ」と題された米国特許出願第２００８／００７８０１４ Ａ１号は、トイレユーザの使用時間（すなわち、ユーザがトイレの使用に費やす時間）を検出することによって、洗浄弁の洗浄量を自動的に制御する方法を開示している。使用時間が事前プログラムされた値の設定と比較したときに「長い」と決定される場合、全洗浄量が、使用される。逆に、使用時間が「短い」と決定される場合、より少ない洗浄量が、使用される。使用時間は、種々のセンサタイプ、すなわち、赤外線、容量、重量、熱、運動、またはそれらの組み合わせのうちのいずれか１つを使用して、トイレ上の／トイレに近接するユーザの存在の時間を測定することによって決定される。

【0010】

「Ａｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｌｕｓｈｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ａ Ｆｌｕｓｈ Ｔｏｉｌｅｔ」と題された第ＥＰ ０ ４５３ ７０２ Ａ１号は、赤外線センサと、赤外線センサと接続される電子回路とを含む、水洗トイレのための自動的洗浄デバイスを開示している。赤外線センサは、トイレが使用された時間の長さを検出し、電子回路を作動させ、コイルに通電し、丸形ブロックを磁気的に上方に移動させ、丸形ブロックは、３つの洗浄量を分注することが可能な出口をブロックする菱形ボールと接続されている。ユーザがトイレ上で費やした時間の量に応じて、タンクは、対応する適切な洗浄量のためにブロック解除される。

【0011】

「Ｗａｔｅｒ Ｓａｖｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ Ｔａｎｋ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗａｔｅｒ Ｃｌｏｓｅｔ」と題された第ＪＰＨ ０２７０８３９号は、ユーザのトイレ上での滞在に基づいて、ユーザが排尿または排便したかを検出し、水を節約するために「洗浄の構成」を自動的に調節するデバイスを説明している。

【0012】

２０００年２月１７日に付与され、「Ｌａｖａｔｏｒｙ Ｆｌｕｓｈ Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された第ＤＥ １９８２５２２９ Ｃ１号は、便器の内容物を検出し、内容物に応じて洗浄水の自動的投与のための情報を提供するためのセンサユニットを有するデバイスを説明している。センサユニットは、糞便ガスを認識するガスセンサである。センサの信号は、制御ユニット内で処理され、それは、便器への洗浄のために好適な最適な水量を供給するように弁を動作させる。

【0013】

水は、トイレが「出し放しである」とき、つまり、漏出する弁、誤動作するフロートアーム、または他の誤動作の結果として、少量の水がタンクから便器の中に常に出し放しであるとき、または流動しているときに不必要に消費される。この誤動作に対してトイレを監視する試みが、例えば、米国特許第８，３１０，３６９号（第’３６９号特許）で成されている。第’３６９号特許は、センサによって検出される音および／または振動に対応する振幅を有する信号を生産し、漏出を検出または監視するための圧電センサを含み得るセンサの使用を教示している。

【0014】

したがって、ユーザの関与を伴わずに、便器の内容物または状態に応じて、便器の中への水の流量を自動的に調節する水洗トイレと共に使用され得るシステムの必要性がこの分野にある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【文献】米国特許第８，４３４，１７２号明細書

【文献】米国特許第６，２２６，８０７号明細書

【文献】米国特許第４，７０７，８６７号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0016】

有利なこととして、本発明の技術は、便器の内容物に応じて、ユーザが選択し得る可能な洗浄量の中でどれを使用するかを決定する難題を水洗トイレユーザから除去する。結果として、各洗浄は、便器から識別された廃棄物を清掃するために必要な最少の量の水を利用するので、強化された節水が、達成される。同様に、本発明のシステムは、例えば、便器出口の閉塞物および／または漏出する洗浄弁を検出し、人間介入を伴わずに便器（またはタンク）への水流の量をゼロまで「自動的に」低減させるように適合されることができる。

【0017】

具体的には、本明細書に説明される発明は、水源と流体連通し、センサシステムを搭載される便器を含む水洗トイレを含む。センサシステムは、超音波信号を伝送し、帰還信号を受信することが可能なトランスデューサを含み得る。センサシステムは、超音波信号を伝送するための送信機と、超音波信号を受信するための受信機とを含み得る。センサシステムは、信号の飛行時間を測定し、飛行時間測定値を取得するように構成される。飛行時間（ＴｏＦ）は、物体、粒子、音波、電磁波、または他の波が媒体を通してある距離を進行するためにかかる時間を測定する種々の方法を説明する。本発明のある実施形態では、飛行時間は、超音波信号等のセンサ信号が、センサから進行し、それに戻る、または送信機から受信機に進行するためにかかる時間を指す。マイクロコントローラが、センサシステムに電気的に接続され、ＴｏＦ測定値を受信し、それを処理し、アルゴリズムを使用して便器ステータスを決定するように構成される。トイレは、便器と水源との間に配置され、ある持続時間にわたって第１の位置から第２の位置に移動するように少なくとも１つの水弁に命令するマイクロコントローラに電気的に接続される少なくとも１つの水弁も含み、持続時間は、便器ステータスに対応する。

【0018】

上記に説明されるような、センサ、マイクロコントローラ、および随意に、少なくとも１つの弁を含むトイレに搭載され得るシステムも、説明される。

【0019】

水洗トイレにおける便器ステータスに対応するように便器の中に放出される水の量を調節する方法も、含まれる。ある実施形態では、方法は、便器上に搭載された送信機から便器の内容物に向かって超音波信号を伝送することと、超音波信号を受信することとを含む。信号の受信時、ＴｏＦ測定値が、マイクロコントローラに電子的に通信される。マイクロコントローラは、ＴｏＦ測定値に対応する便器状態を決定し、ある持続時間にわたって第１の位置から第２の位置に移動するように便器と流体連通している少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁に電子的に命令するアルゴリズムを適用し、持続時間は、便器ステータスに対応する。持続時間の経過時、少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、第２の位置から第１の位置に移動させられる。

【0020】

トイレの節水を強化する方法、誤動作するトイレからの水浪費を検出および改善する方法、環境中への下水ガスの放出を防止する方法、ならびに商業的用途におけるトイレを監視する方法も、含まれる。

【0021】

ある実施形態によると、水洗トイレが、水源と流体連通し、超音波信号を伝送することが可能な送信機と、超音波信号を受信することが可能な受信機とを備えているセンサを搭載され、センサは、信号の飛行時間（ＴｏＦ）を測定し、ＴｏＦ測定値を取得するように構成されている、便器と、センサに電気的に接続され、ＴｏＦ測定値を受信し、それを処理し、便器ステータスを決定するように構成されている、マイクロコントローラと、便器と水源との間に配置され、ある持続時間にわたって第１の位置から第２の位置に移動するように少なくとも１つの水弁に命令するマイクロコントローラに電気的に接続され、持続時間は、便器ステータスに対応している、少なくとも１つの水弁とを含み得る。

【0022】

実施形態によると、水洗トイレは、ピエゾセラミックセンサであるセンサを含み得る。センサは、便器の外部に搭載され得る。センサは、便器の内部に搭載され得る。センサは、便器の底部の中心に搭載され得る。送信機は、便器の第１の側に搭載され得、受信機は、第１の側と対向する便器の第２の側に搭載され得る。水弁は、電気機械的に動作させられる弁であり得る。水弁は、ソレノイド弁であり得る。水弁は、洗浄弁であり得る。水弁は、水源弁であり得る。

【0023】

実施形態によると、便器ステータスは、「液体」、「固体」、および「中間」から選択され得る。便器ステータスは、「液体」であり得、洗浄弁は、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動させられ、便器を清掃するために十分な量の水を放出し得る。便器ステータスは、「低水位」であり得、洗浄弁は、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動させられ、水封を復元するために十分な量の水を放出し得る。便器ステータスは、「固体」であり得、洗浄弁は、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動させられ、便器を清掃するために十分な量の水を放出し得る。便器ステータスは、「中間」であり得、洗浄弁は、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動させられ、便器を清掃するために十分な量の水を放出し得る。便器ステータスは、「漏出」、「液体閉塞」、「固体閉塞」、および「物体」から選択され得る。水弁は、開放位置から閉鎖位置に移動させられ得る。

【0024】

実施形態によると、トイレは、マイクロコントローラに電気的に接続される、便器上のユーザまたは前記便器に近接したユーザの存在を検出するための二次センサを含み得る。二次センサは、便器の正面のユーザの存在を検出するための赤外線（ＩＲ）センサであり得る。二次センサは、便器の中への便器内容物の堆積を検出するための赤外線（ＩＲ）センサであり得る。

【0025】

ある実施形態によると、水洗トイレ上に搭載するためのシステムが、マイクロコントローラに電気的に接続され、超音波信号を伝送するための送信機と、超音波信号を受信するための受信機とを含むセンサであって、使用時、信号のＴｏＦ測定値を生成するように構成されている、センサと、ＴｏＦ測定値を受信し、それを処理し、使用時の便器ステータスを決定するように構成され、水洗トイレの少なくとも１つの水弁に電気的に接続可能である、マイクロコントローラとを含み得る。

【0026】

実施形態によると、システムのセンサは、使用時、送信機が便器の第１の側に搭載可能であり、受信機が第１の側と対向する便器の第２の側に搭載可能であるように構成され得る。センサは、ピエゾセラミックセンサであり得る。

【0027】

実施形態によると、システムは、マイクロコントローラに電気的に接続可能である、便器上のユーザまたは前記便器に近接したユーザの存在を検出するための二次センサを含み得る。二次センサは、便器の正面のユーザの存在を検出するための赤外線（ＩＲ）センサであり得る。二次センサは、便器の中への便器内容物の堆積を検出するための赤外線（ＩＲ）センサであり得る。

【0028】

実施形態によると、水洗トイレにおける便器ステータスに対応するように便器の中に放出される水の量を調節する方法が、便器上に搭載された送信機から便器の便器内容物に向かって超音波信号を伝送することと、受信機によって超音波信号を受信し、信号のＴｏＦ測定値を決定することと、ＴｏＦ測定値を、ＴｏＦ測定値に対応する便器状態を決定し、ある持続時間にわたって第１の位置から第２の位置に移動するように便器と流体連通している少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁に電子的に命令するマイクロコントローラに電気的に伝達することであって、持続時間は、便器ステータスに対応している、ことと、持続時間の経過時、少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁を第２の位置から第１の位置に移動させることとを含み得る。

【0029】

実施形態によると、方法は、ピエゾセラミックセンサである送信機および受信機を含み得る。決定される便器ステータスは、「液体」、「固体」、および「中間」から選択され得る。少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、洗浄弁であり得、決定される便器ステータスは、「液体」であり、第１の位置は、閉鎖位置であり、第２の位置は、開放位置であり、持続時間は、便器を清掃するために十分な量の水を放出する。少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、洗浄弁であり得、決定される便器ステータスは、「固体」であり、第１の位置は、閉鎖位置であり、第２の位置は、開放位置であり、持続時間は、便器を清掃するために十分な量の水を放出する。少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、洗浄弁であり得、決定される便器ステータスは、「中間」であり、第１の位置は、閉鎖位置であり、第２の位置は、開放位置であり、持続時間は、便器を清掃するために十分な量の水を放出する。少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、水源弁であり得、決定される便器ステータスは、「漏出」、「液体閉塞」、「固体閉塞」、および「物体」から選択され得る。第１の位置は、開放位置であり得、第２の位置は、閉鎖位置であり、持続時間は、無期限である。

【0030】

ある実施形態によると、水洗トイレの節水を強化する方法が、トイレに開示されるシステムのいずれかを取り付けることを含む。

【0031】

ある実施形態によると、監視サイクルの周期的起動を含む水洗トイレにおける水浪費を検出および改善する方法が、便器上に搭載された送信機から便器の便器内容物に向かって超音波信号を伝送することと、信号のＴｏＦ測定値を決定する受信機によって超音波信号を受信することと、ＴｏＦ測定値を、ＴｏＦ測定値に対応する便器状態を決定するマイクロコントローラに電気的に伝達することとを含み、決定される便器状態が「通常」であるとき、サイクルは、終了するが、決定される便器状態が「漏出」であるとき、マイクロコントローラは、ある持続時間または無期限の持続時間にわたって開放位置から閉鎖位置に移動するように便器と流体連通している少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁に電子的に命令する。ある実施形態によると、起動は、２４時間に１回生じる。

【0032】

ある実施形態によると、水洗トイレが、外面と、内面とを有する便器と、便器の外面上に位置しているセンサとを含み得、センサは、便器の内部空間内の活動を識別するように構成される。センサは、便器の外面の底部上に位置し得る。センサは、便器の外面の第１の側に位置し、受信機が、便器の外面の第２の側に位置し得、送信機および受信機は、便器の外面上の同一の軸方向高さに位置する。水洗トイレは、センサと通信しているマイクロコントローラを含み、マイクロコントローラは、活動への応答を開始するように構成され得る。識別される活動は、便器内の固体廃棄物の存在であり得、応答は、水洗トイレの高量洗浄を実施するために弁を開放することである。活動は、便器内の液体廃棄物の存在であり得、応答は、水洗トイレの低量洗浄を実施するために弁を開放することである。活動は、便器の中への漏出であり得、応答は、水供給弁を閉鎖することである。活動は、便器内の低水位の存在であり得、応答は、水供給弁を開放することである。活動は、便器内の高水位の存在であり得、応答は、水洗トイレの洗浄を防止するために閉鎖することである。便器内の高水位は、水洗トイレ内の固体閉塞物に起因する。便器内の高水位は、水洗トイレの上流のライン閉塞物に起因する。活動は、中間内容物の存在であり得、応答は、水洗トイレの低量洗浄を実施することである。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
水洗トイレであって、前記トイレは、
水源と流体連通している便器であって、前記便器は、超音波信号を伝送することが可能な送信機と、超音波信号を受信することが可能な受信機とを備えているセンサを搭載され、前記センサは、前記信号の飛行時間（ＴｏＦ）を測定し、ＴｏＦ測定値を取得するように構成されている、便器と、
前記センサに電気的に接続されているマイクロコントローラであって、前記マイクロコントローラは、前記ＴｏＦ測定値を受信し、それを処理し、便器ステータスを決定するように構成されている、マイクロコントローラと、
前記便器と前記水源との間に配置されている少なくとも１つの水弁と
を備え、
前記少なくとも１つの水弁は、前記マイクロコントローラに電気的に接続され、前記マイクロコントローラは、ある持続時間にわたって第１の位置から第２の位置に移動するように少なくとも１つの水弁に命令し、前記持続時間は、前記便器ステータスに対応している、トイレ。
（項目２）
前記センサは、ピエゾセラミックセンサである、項目１に記載のトイレ。
（項目３）
前記センサは、前記便器の外部に搭載されている、項目１に記載のトイレ。
（項目４）
前記センサは、前記便器の内部に搭載されている、項目１に記載のトイレ。
（項目５）
前記センサは、前記便器の底部の中心に搭載されている、項目１に記載のトイレ。
（項目６）
前記送信機は、前記便器の第１の側に搭載され、前記受信機は、前記第１の側と対向する前記便器の第２の側に搭載されている、項目１に記載のトイレ。
（項目７）
前記水弁は、電気機械的に動作させられる弁である、項目１に記載のトイレ。
（項目８）
前記水弁は、ソレノイド弁である、項目１に記載のトイレ。
（項目９）
前記水弁は、洗浄弁である、項目１に記載のトイレ。
（項目１０）
前記便器ステータスは、「液体」、「固体」、および「中間」から選択される、項目９に記載のトイレ。
（項目１１）
前記便器ステータスは、「液体」であり、前記洗浄弁は、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動させられ、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出する、項目１０に記載のトイレ。
（項目１２）
前記便器ステータスは、「低水位」であり、前記洗浄弁は、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動させられ、水封を復元するために十分な量の水を放出する、項目９に記載のトイレ。
（項目１３）
前記便器ステータスは、「固体」であり、前記洗浄弁は、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動させられ、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出する、項目１０に記載のトイレ。
（項目１４）
前記便器ステータスは、「中間」であり、前記洗浄弁は、ある持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動させられ、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出する、項目１０に記載のトイレ。
（項目１５）
前記水弁は、水源弁である、項目１に記載のトイレ。
（項目１６）
前記便器ステータスは、「漏出」、「液体閉塞」、「固体閉塞」、および「物体」から選択される、項目１３に記載のトイレ。
（項目１７）
前記水弁は、開放位置から閉鎖位置に移動させられる、項目１６に記載のトイレ。
（項目１８）
前記便器上のユーザまたは前記便器に近接したユーザの存在を検出するための二次センサをさらに備え、前記二次センサは、前記マイクロコントローラに電気的に接続されている、項目１に記載のトイレ。
（項目１９）
前記二次センサは、前記便器の正面のユーザの存在を検出するための赤外線（ＩＲ）センサである、項目１８に記載のトイレ。
（項目２０）
前記二次センサは、前記便器の中への便器内容物の堆積を検出するための赤外線（ＩＲ）センサである、項目１８に記載のトイレ。
（項目２１）
水洗トイレ上に搭載するためのシステムであって、前記システムは、
ｉ）マイクロコントローラに電気的に接続されているセンサであって、前記センサは、超音波信号を伝送するための送信機と、前記超音波信号を受信するための受信機とを備え、前記センサは、使用時、前記信号のＴｏＦ測定値を生成するように構成されている、センサと、
ｉｉ）マイクロコントローラと
を備え、
前記マイクロコントローラは、前記ＴｏＦ測定値を受信し、それを処理し、使用時の便器ステータスを決定するように構成され、水洗トイレの少なくとも１つの水弁に電気的に接続可能である、システム。
（項目２２）
前記センサは、使用時、前記送信機が前記便器の第１の側に搭載可能であり、前記受信機が前記第１の側と対向する前記便器の第２の側に搭載可能であるように構成されている、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
前記センサは、ピエゾセラミックセンサである、項目２１に記載のシステム。
（項目２４）
前記便器上のユーザまたは前記便器に近接したユーザの存在を検出するための二次センサをさらに含み、前記二次センサは、前記マイクロコントローラに電気的に接続可能である、項目２１に記載のシステム。
（項目２５）
前記二次センサは、前記便器の正面のユーザの存在を検出するための赤外線（ＩＲ）センサである、項目２４に記載のシステム。
（項目２６）
前記二次センサは、前記便器の中への便器内容物の堆積を検出するための赤外線（ＩＲ）センサである、項目２４に記載のシステム。
（項目２７）
水洗トイレにおける便器ステータスに対応するように便器の中に放出される水の量を調節する方法であって、前記方法は、
ｉ）前記便器上に搭載された送信機から前記便器の便器内容物に向かって超音波信号を伝送することと、
ｉｉ）受信機によって前記超音波信号を受信し、前記信号のＴｏＦ測定値を決定することと、
ｉｉｉ）前記ＴｏＦ測定値をマイクロコントローラに電気的に伝達することであって、前記マイクロコントローラは、前記ＴｏＦ測定値に対応する便器ステータスを決定し、ある持続時間にわたって第１の位置から第２の位置に移動するように前記便器と流体連通している少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁に電子的に命令し、前記持続時間は、前記便器ステータスに対応している、ことと、
ｉｖ）前記持続時間の経過時、前記少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁を前記第２の位置から前記第１の位置に移動させることと
を含む、方法。
（項目２８）
前記送信機および受信機は、ピエゾセラミックセンサである、項目２７に記載の方法。（項目２９）
前記決定される便器ステータスは、「液体」、「固体」、および「中間」から選択される、項目２７に記載の方法。
（項目３０）
前記少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、洗浄弁であり、前記決定される便器ステータスは、「液体」であり、前記第１の位置は、閉鎖位置であり、前記第２の位置は、開放位置であり、前記持続時間は、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出する、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、洗浄弁であり、前記決定される便器ステータスは、「固体」であり、前記第１の位置は、閉鎖位置であり、前記第２の位置は、開放位置であり、前記持続時間は、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出する、項目２９に記載の方法。
（項目３２）
前記少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、洗浄弁であり、前記決定される便器ステータスは、「中間」であり、前記第１の位置は、閉鎖位置であり、前記第２の位置は、開放位置であり、前記持続時間は、前記便器を清掃するために十分な量の水を放出する、項目２９に記載の方法。
（項目３３）
前記少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁は、水源弁であり、前記決定される便器ステータスは、「漏出」、「液体閉塞」、「固体閉塞」、および「物体」から選択される、項目２９に記載の方法。
（項目３４）
前記第１の位置は、開放位置であり、前記第２の位置は、閉鎖位置であり、前記持続時間は、無期限である、項目２９に記載の方法。
（項目３５）
トイレに項目２１に記載のシステムを取り付けることを含む前記水洗トイレの節水を強化する方法。
（項目３６）
水洗トイレにおける水浪費を検出および改善する方法であって、前記方法は、監視サイクルの周期的起動を含み、前記方法は、
ｉ）便器上に搭載された送信機から前記便器の便器内容物に向かって超音波信号を伝送することと、
ｉｉ）前記超音波信号のＴｏＦ測定値を決定する受信機によって前記超音波信号を受信することと、
ｉｉｉ）前記ＴｏＦ測定値をマイクロコントローラに電気的に伝達することと
を含み、
前記マイクロコントローラは、前記ＴｏＦ測定値に対応する便器状態を決定し、前記決定される便器状態が「通常」であるとき、前記サイクルは、終了するが、前記決定される便器状態が「漏出」であるとき、前記マイクロコントローラは、ある持続時間または無期限の持続時間にわたって開放位置から閉鎖位置に移動するように前記便器と流体連通している少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁に電子的に命令する、方法。
（項目３７）
前記起動は、２４時間に１回生じる、項目３６に記載の方法。
（項目３８）
水洗トイレであって、前記水洗トイレは、
外面と内面とを有する便器と、
前記便器の外面上に位置しているセンサと
を備え、
前記センサは、前記便器の内部空間内の活動を識別するように構成されている、水洗トイレ。
（項目３９）
前記センサは、前記便器の外面の底部上に位置している、項目３８に記載の水洗トイレ。
（項目４０）
前記センサは、前記便器の外面の第１の側に位置している送信機と、前記便器の外面の第２の側に位置している受信機とをさらに備え、前記送信機および受信機は、前記便器の外面上の同じ軸方向高さに位置している、項目３８に記載の水洗トイレ。
（項目４１）
前記センサと通信しているマイクロコントローラをさらに備え、前記マイクロコントローラは、前記活動への応答を開始するように構成されている、項目３８に記載の水洗トイレ。
（項目４２）
前記活動は、前記便器内の固体廃棄物の存在であり、前記応答は、前記水洗トイレの高量洗浄を実施するために弁を開放することである、項目４１に記載の水洗トイレ。
（項目４３）
前記活動は、前記便器内の液体廃棄物の存在であり、前記応答は、前記水洗トイレの低量洗浄を実施するために弁を開放することである、項目４１に記載の水洗トイレ。
（項目４４）
前記活動は、前記便器の中への漏出であり、前記応答は、水供給弁を閉鎖することである、項目４１に記載の水洗トイレ。
（項目４５）
前記活動は、前記便器内の低水位の存在であり、前記応答は、水供給弁を開放することである、項目４１に記載の水洗トイレ。
（項目４６）
前記活動は、前記便器内の高水位の存在であり、前記応答は、前記水洗トイレの洗浄を防止するために閉鎖することである、項目４１に記載の水洗トイレ。
（項目４７）
前記便器内の高水位は、前記水洗トイレ内の固体閉塞物に起因する、項目４６に記載の水洗トイレ。
（項目４８）
前記便器内の高水位は、前記水洗トイレの上流のライン閉塞物に起因する、項目４６に記載の水洗トイレ。
（項目４９）
前記活動は、中間内容物の存在であり、前記応答は、前記水洗トイレの低量洗浄を実施することである、項目４１に記載の水洗トイレ。

【図面の簡単な説明】

【0033】

前述の概要ならびに本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付される図面と併せて熟読されるとき、より良好に理解されるであろう。本発明を例証することを目的として、現在好ましい実施形態が、図面に示される。しかしながら、本発明は、示される精密な配列および手段に限定されないことを理解されたい。

【図1】図１は、本発明のシステムの実施形態のハードウェアを図示する概略ブロック図であり、水弁を含む。

【図2】図２は、負荷感知および／または閉塞物検出ならびに対応する洗浄量もしくは水流の調節を含む本発明の方法を具現化する概略図である。

【図3】図３は、システムの第２の実施形態および種々の便器ステータスを検出する方法を図示する本発明の第２の概略表現である。

【図4】図４は、センサが、受信機および送信機が便器の外部の対向する側に搭載されるように構成されている本発明のシステムのある実施形態を搭載される断面便器の概略表現である。

【図5】図５は、ＴｏＦ測定値が本発明のある実施形態において取得される方法を図示する超音波レベルブロック図である。

【図5A】図５Ａは、媒体を通して信号を伝送および受信するためのシステムの概略表現である。

【図6】図６は、完全な水封を伴うトイレの断面である。

【図7】図７は、水位が低くなりすぎているので水封がもはや十分ではないトイレの断面である。

【図8】図８は、荷重感知実験において使用されるような小規模便器を形成するためにセラミックタイルに固定されているＰＶＣ管の写真である。

【図9】図９は、液体のみが存在するときに小規模便器内に生成される信号を表すタイミング図である。

【図10】図１０は、固体が存在するときに小規模便器内に生成される信号を表すタイミング図である。

【図11A】図１１Ａは、ある実施形態による通常の水位を伴うトイレの部分的断面である。

【図11B】図１１Ｂは、ある実施形態による低量洗浄を伴うトイレの部分的断面である。

【図11C】図１１Ｃは、ある実施形態による全量洗浄を伴うトイレの部分的断面である。

【図11D】図１１Ｄは、ある実施形態による越流水位を伴うトイレの部分的断面である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

本明細書に説明される発明は、便器のステータス（すなわち、便器内容物の量および／または性質、便器の出口が閉塞されているかどうか）に応じて、便器の中に放出される水量を調節し、環境中への下水ガス（例えば、硫化水素、アンモニア、メタン、エステル、一酸化炭素、二酸化硫黄、および窒素酸化物）の放出を防止するため等のシステムを搭載されるトイレに関連する。

【0035】

システムを使用する方法ならびに漏出または他のトイレ誤動作に起因する水浪費を監視および改善する方法を含む関連方法と、いくつかの実施形態では、節水を改良するために既存のトイレ、および／またはすでに設置されたトイレに追加導入され得るシステムとも、含まれる。

【0036】

有利なこととして、ある側面では、本発明は、いずれの人間介入も全く存在しない、システム自体による洗浄量の調節または制限を「自動的に」可能にする。その結果、人的過失および／または怠慢が障害として除去されるので、より多くの節水が、達成される。別の有益な側面では、本発明は、便器の内容物を周期的に監視し、漏出または他のトイレ誤動作に起因する過剰な水の追加を検出する方法を提供する。本発明のこの側面では、便器内の「漏出」状態が検出されると、システムは、無期限に、または、少なくとも誤動作が識別および改善されることを可能にするために十分に長くにわたって、トイレへの水供給を自動的に遮断する。このように、無用の水浪費が、低減させられる。

【0037】

本発明は、システムを搭載される水洗トイレを含む。「水洗トイレ」とは、洗浄弁から分注される水を使用することによって、液体および固体廃棄物を処理し、それを便器の出口を通して、処理のために別の場所への下水管に洗い流す任意のトイレを意味する。例えば、着座もしくは「西洋式」構成またはしゃがみ構成における水洗トイレ、ならびにサイホン式トイレ、二重トラップサイフォントイレ、弁クローゼットトイレ、ウォッシュアウトトイレ、および／または棚式トイレが、含まれる。

【0038】

ある側面では、本発明は、便器の内容物に応じて洗浄量の選択の自動化を可能にする、および／またはトイレ閉塞物、漏出、もしくは他の類似する誤動作の検出および水供給の後続自動化停止を可能にするように適合されることができる水洗トイレならびに／またはトイレ上に搭載するためのシステムを含む。

【0039】

システムは、センサを含む。センサは、センサと、アナログフロントエンドとを含むセンサシステムを含み得る。センサは、超音波信号等の信号を伝送し、帰還信号を受信することが可能であり得る。アナログフロントエンドは、便器内容物に向かって信号を伝送するようにセンサに開始させ得る。信号は、便器内の液体を通して進行し、液体および空気の交点で反射し得る。トランスデューサは、反射された信号を受け取り、および／または、反射された信号の不在を認め、記録し得る。

【0040】

センサは、代替として、少なくとも送信機および受信機を含み得る。送信機は、使用時、超音波信号を生成し、それを便器内容物に向かって伝送することが可能である。受信機は、信号を受け取り、および／または、便器内容物がそれらが信号を減衰させられ、または遮断するようなものである状況では、信号の不在を認め、記録するように構成される。信号および／または反射された信号は、便器の内容物によって減衰または吸収され得るので、本明細書で使用される場合、センサおよび受信機と併せた語句「信号を受信すること」は、信号および／または反射された信号の不在の認識を含む。

【0041】

センサシステムは、信号の進行についてセンサによって取得された情報を使用し、飛行時間測定値（「ＴｏＦ測定値」）を生成するように構成される。アナログフロントエンドは、ＴｏＦ測定値を決定するためのアルゴリズムを使用し得る。いくつかの実施形態では、生成されるＴｏＦ測定値は、信号の繰り返された伝送／受信によって提供された情報のいくつかの組から取得された平均ＴｏＦである。別の実施形態では、ＴｏＦ測定値は、トイレ使用中および／またはトイレ使用後のある持続時間にわたる時点において取得された複数のＴｏＦデータ点であり得る。ＴｏＦ測定値は、単一のＴｏＦデータ点に基づき得る。

【0042】

使用時、センサシステムは、便器の外側上または便器の内部に搭載され得る。多くの実施形態では、残土、水鉱物、および／または洗浄剤の妨害もしくは蓄積を防止するように、便器の外側にセンサを搭載することが、有利である。土、鉱物、および／または洗浄剤の集合は、非衛生的であり得、それらは、センサの有効性を低減させ得、それらは、感知要素に干渉し得、および／または、それらは、感知要素を劣化させ得る。センサシステムを便器の外側に配置することによって、便器内の物体は、感知に干渉しないこともある。つまり、物体は、センサの有効性を損なわず、劣化させず、または、低減させないであろう。

【0043】

ある実施形態では、センサは、便器の中心底部に位置することが好ましくあり得るか（例えば、便器の真下のセンサの位置を示す図２参照）、または、センサは、送信機が便器の第１の側に位置し、受信機が対向する第２の側に位置するように構成され得る（図４参照）。種々の実施形態では、送信機および受信機は、便器の外部または内部上に独立して位置し得る。センサ（またはセンサの一部）が便器の外部に位置するとき、ある実施形態では、下記の概略断面に示されるように、それは、便器のセラミック材料に直接隣接するように配置され、セラミック材料は、便器内の液体に直接隣接し、液体は、環境（空気）と直接界面接触し、いかなる介在する空間または層も伴わないことが、好ましくあり得る。

【0044】

【表1】

同様に、センサ（またはセンサの一部）が便器の内部に位置するとき、ある実施形態では、下記の概略断面に示されるように、それが、便器のセラミック面に直接添着されように配置され、便器内の液体に直接隣接して位置し、液体が、環境（空気）と直接界面接触し、いかなる介在する空間または層も伴わないことが、好ましくあり得る。

【0045】

【表2】

センサは、当分野で公知の、または今後開発される任意の超音波センサもしくは音響ベース技術センサであり得る。ある実施形態では、センサは、ピエゾセラミックトランスデューサである。限定ではないが、圧電トランスデューサおよび容量センサ等の他のセンサも、想定され得る。センサが容量センサである実施形態では、センサは、水位および便器ステータスを決定するために、静電容量の変化を比較することによって動作し得る。

【0046】

アナログフロントエンドは、信号を送信し、信号のＴｏＦ測定値を決定するようにセンサを開始させることが可能な任意のデバイスであり得る。例示的アナログフロントエンド（ＡＦＥ）は、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．（１２５００ ＴＩ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ，Ｄａｌｌａｓ，Ｔｅｘａｓ ７５２４３ ＵＳＡ）から利用可能である（例えば、ＴＤＣ １０００ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ （ＡＦＥ） ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（その内容が、参照することによって本明細書に組み込まれる））。

【0047】

センサシステムは、時間／デジタルコンバータを含み得る。時間／デジタルコンバータは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から利用可能なＴＤＣ ７２００であり得る。時間／デジタルコンバータは、アナログフロントエンドから受信されたＴｏＦ測定値をマイクロコントローラに伝送するためのデジタル出力に変換し得る。

【0048】

システムは、センサシステムに電気的に接続されるマイクロコントローラも含む。マイクロコントローラは、トイレの上側シェルに、例えば、トイレ上の赤外線（ＩＲ）センサに近接して位置し得る。代替として、マイクロコントローラは、トイレの便器の下に、またはタンクの上部部分上に位置し得る。マイクロコントローラとセンサシステムと（および本明細書に説明される任意のその他）の間の電気接続は、伝統的な有線配線、または、例えば、ＷｉＦｉ（ＷＬＡＮまたはＷＰＡＮが好ましくあり得る）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＢＬＥ、ＷｉＭＡＸ接続を介した無線電気接続によるものであり得る。センサシステムによって（すなわち、アナログフロントエンドによって）生成されるＴｏＦ測定値は、電気接続によってマイクロコントローラに電子的に伝達される。マイクロコントローラは、それがＴｏＦ測定値を受信および処理することを可能にするアルゴリズムをロードされる。

【0049】

ＴｏＦ測定値が入力されると、マイクロコントローラは、便器の状態（「便器ステータス」）を決定するために、アルゴリズムを適用する。アルゴリズムは、センサによって生成されるＴｏＦ測定値が、便器内容物の状態（例えば、存在する場合、ＴｏＦ測定値が取得されたときに便器内容物中に存在する媒体のタイプ）に応じて異なるであろうため、種々の便器ステータスの検出を促進するように書き込まれることができる。便器内容物は、任意の固体、液体、もしくは中間（組織等）であり得るか、または、便器内の内容物の不在であり得る。種々の便器ステータスは、「通常」ステータスと比較され得る。「通常」便器ステータスは、便器内のルーチン水位におけるＴｏＦ測定値に基づいて決定され得る。ルーチン水位は、事前決定された水位であり得る。ルーチン水位は、トイレモデルに基づいて事前決定され得る。ルーチン水位は、トイレ内に水封を確立するために十分な水位であり得る。「通常」ステータスは、特定のトイレモデルに対して、例えば、製造施設において決定され得る。「通常」ステータスは、同一または類似するトイレモジュールを表す値の組から選定される設定値（例えば、平均値）であり得る。

【0050】

「通常」状態を含む各「便器ステータス」に対応するＴｏＦ測定値は、便器構造、製作材料、および便器音響に影響を及ぼす他の物理的パラメータ、ならびに、ＴｏＦ測定値に集約されるＴｏＦデータのタイプ、数量、および性質等の種々の因子に応じて、トイレ毎に異なり得ることを理解されたい。したがって、マイクロコントローラによって適用されるアルゴリズムは、変動するであろう。しかしながら、一般的レベルにおいて、アルゴリズムは、生成されたＴｏＦ測定値のＴｏＦ測定値のベースラインセットとの比較を含み、ＴｏＦ測定値は、プログラマが調節された洗浄量を割り当てることを所望した便器ステータス（「通常」状態を含む）の各々に対応するＴｏＦ測定値を含む。例えば、プログラマは、漏出、閉塞、より低い量等に対応するＴｏＦ測定値に調節された洗浄量を割り当て得る。

【0051】

種々のタイプの便器ステータスが、任意のシグニファイア、例えば、文字、数字、記号等を使用して参照されることができる。しかしながら、便宜上、本明細書における便器ステータスは、実際の物理的内容物に対応する単純な名詞を使用して説明される。例示的便器ステータスは、限定ではないが、以下を含み得る：（ｉ）便器水中の固体廃棄物の存在（「固体」）、（ｉｉ）便器内の液体のみの存在（「液体」）、（ｉｉｉ）便器の中への連続的な水出し放し／漏出の存在（「漏出」）、（ｉｖ）便器内の低水位（「低」）、（ｖ）例えば、便器出口の閉塞物（システムの下流部分に存在する閉塞物が、トイレの上流アレイにおいて閉塞を生成する、商業的用途におけるライン閉塞物等）からもたらされる便器内の高水位（「液体閉塞」）、（ｖｉ）便器内に残留する固体からもたらされる便器内の高水位（「固体閉塞」）、（ｖｉｉ）便器水中の紙または組織等の中間内容物の存在（「中間」）、（ｖｉｉｉ）便器水中の非糞便固体（例えば、子供の玩具、携帯電話、または他の不適切な物体）の存在（「物体」）、および（ｉｘ）下水ガスの放出を可能にし得る非常に低い水位（「非水封」）。

【0052】

マイクロコントローラは、便器の状態（「便器ステータス」）を決定するために、アナログフロントエンドから受信されたＴｏＦ測定値を処理することが可能な当分野で公知であるか、または今後開発され得る。マイクロコントローラは、便器の状態に対応する、トイレシステムによって講じられるべき措置を決定し得る。マイクロコントローラは、洗浄弁、水源弁、または他の弁に、便器ステータスに基づいて開放、閉鎖、または現在の状態に留まるための命令を送信し得る。例示的マイクロコントローラは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．（１２５００ ＴＩ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ，Ｄａｌｌａｓ，Ｔｅｘａｓ ７５２４３ ＵＳＡ）から利用可能なもの（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＭＳＰ ４３０）またはＭｉｃｒｏＣｈｉｐ（Ｐｈｏｅｎｉｘ，Ａｒｉｚｏｎａ）からのＰＩＣマイクロコントローラを含む。マイクロコントローラは、ＡＲＭベースのマイクロコントローラであり得る。

【0053】

本発明のシステムでは、マイクロコントローラは、便器ステータスを決定するためにアルゴリズム内でＴｏＦ測定値を使用し、命令をシステム内の水弁または複数の弁に電子的に伝達し、適切な洗浄量を便器に送達するか、または、追加の水が便器もしくはタンクに進入しないようにトイレへの水源を完全に遮断する。

【0054】

ある実施形態では、弁は、当分野で公知の、または今後開発されるいずれかであり得る、電気機械的に動作させられる弁である。いくつかの実施形態では、電気機械的に動作させられる弁は、ソレノイド弁であることが好ましくあり得る。弁は、ＤＣモータ弁またはステッパモータ弁でもあり得る。実施形態が、特定の便器ステータスに応答した洗浄水量の調節を伴う場合、弁は、例えば、便器と水源（例えば、給水本管または水タンク）または全体として水をトイレに供給する水源弁との間に配置される洗浄弁であり得る。

【0055】

例示的実施形態では、アルゴリズムが、便器が便器内容物中に固体廃棄物を含む（便器ステータスが「固体」である）と決定するとき、マイクロコントローラは、第１の洗浄量を放出するために十分な持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動するように洗浄弁または複数の弁に電子的に命令する。対応して、マイクロコントローラが、便器が液体を含む（便器ステータスが「液体」である）と決定するとき、それは、第２の洗浄量を放出するために十分な持続時間にわたって開放するように洗浄弁に電子的に命令し、マイクロコントローラが、便器が紙廃棄物または他の中間物質を含む（便器ステータスが「中間」である）と決定するとき、それは、第３の洗浄量を放出するために十分な持続時間にわたって開放するように洗浄弁に命令する等。適切な量の水が放出されると、弁は、閉鎖位置に移動させられ、システムは、リセットされる。したがって、システムは、カスタマイズされた量の水が、便器の特定の内容物に基づいて、システムを通して洗い流されることを可能にし得ることを理解されたい。

【0056】

各事例では、第１、第２、第３等の量は、異なり得、便器から識別された内容物を清掃するためにちょうど十分な（十分な）水であるように較正され得る。各状況において適切な（または十分な）量は、システムが搭載される特定のトイレの構造に応じて異なるであろう。しかしながら、平均して、固体を除去するために十分な水の量は、約２．５～６リットルの水であり得、液体のみを除去するために十分な水の量は、約０．５～５リットルであり得、紙を除去するために十分な水の量は、約１～５リットルであり得る。

【0057】

ある実施形態では、マイクロコントローラが、便器が連続的水流を受け取っているか（すなわち、便器ステータスが「漏出」である）、または「通常」よりも高い水位を含んでいる（すなわち、便器ステータスが「液体閉塞」または「固体閉塞」である）と決定するとき、それは、ある持続時間にわたって開放位置から閉鎖位置に移動するように水源弁に電気的に命令する。「水源弁」とは、便器の中にだけではなく、全体としてのトイレへの水流を制御する弁を意味する。

【0058】

本実施形態では、目標は、トイレの溢れおよび／または水浪費が、特定の誤動作が修理されるまで回避されることであるので、持続時間は、非常に長く、例えば、１～５時間、１０時間、２４時間、４８時間、７２時間、１００時間、または無期限の時間量であり得、いずれの場合も、弁が、誤動作が発見され、修復され、システムがリセットされることを可能にするために十分な時間にわたって閉鎖位置のままであることが、好ましくあり得る。システムリセットは、便器の「通常」ステータスを検出し、通常のＴｏＦ測定値をマイクロコントローラに送信するセンサシステムに基づいて、自動的であり得る。代替として、ユーザが、プッシュボタン等を用いて手動でシステムをリセットし得る。

【0059】

ある実施形態では、システムは、便器内の水位が非常に低い、すなわち、十分に低く、トイレの機械的水封が不十分であるとき、または完全に喪失され得るとき、これを決定することが可能である。「機械的水封」とは、下水ガスが逃散することを防止するトイレトラップ内に位置する水が便器出口を通って戻ることを意味する。当分野で公知のように、トイレ水封の寸法は、垂直距離、すなわち、トラップディップと平均水位との間の垂直距離において説明される。多くの現代の建築基準は、作業システムにおける水封の完全性および十分性を確実にするために、平均水位とトラップディップとの間に最小垂直距離（例えば、１．５インチ、２インチ）の水封を要求する。このように、堰からトラップを通りトラップディップの上方２インチまで延びている水の物理的障壁が存在する。

【0060】

本実施形態では、マイクロコントローラは、水位が低すぎるので、水封が要求される最小垂直距離を下回る（便器ステータス「低水位」）かどうかを決定するようにプログラムされる。この条件がマイクロコントローラによって検出される場合、それは、適切な洗浄量を便器に送達するようにシステム内の水弁または複数の弁に命令を電子的に伝達し、そのような量は、少なくとも水封のために要求または所望される最小垂直距離を復元するために、したがって、水封を維持するために十分である。当業者によって理解されるように、そのような量は、トラップおよび便器の全体的寸法に応じて変動するであろう。

【0061】

システムは、便器内またはそれに近接する追加のイベントを実行することが可能な他の二次センサおよび／もしくは二次デバイスをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、２つ以上の超音波センサ、および／または、例えば、ガス検出器、赤外線センサ、（水位を検出するための）フロートセンサ等の追加のセンサを含み得る。いくつかの実施形態では、二次デバイスは、マイクロコントローラに電気的に接続され、マイクロコントローラからの命令時、追加のイベントを実行し得る。例えば、洗浄弁の解放前、その後、またはその間、二次デバイスは、洗浄剤、脱臭剤、芳香剤、便器もしくはユーザを清掃するための方向性水流、楽曲、もしくは他の音声を分配するように、および／または、照明もしくは複数の照明をオンもしくはオフにするように命令され得る。

【0062】

ある実施形態では、システムは、便器上またはそれに近接するユーザの存在を検出するための二次センサを含む。この二次センサは、例えば、便器の正面のユーザの存在を検出するために、または便器の中への内容物の堆積を検出するために構成される赤外線（ＩＲ）センサであり得る。

【0063】

ある実施形態では、赤外線センサが、マイクロコントローラに電気的に接続され、赤外線センサがユーザの存在を検出すると、それは、マイクロコントローラに信号を電気的に送信し、それは、センサの送信機が便器内容物に向かって超音波信号の伝送を開始するように促すことをマイクロコントローラに行わせる。このように、本発明の実践および本明細書に説明される発明的方法は、いずれの意図的人間介入も存在せずに実行されることができる。

【0064】

上での議論から明白であるように、本発明は、上で説明される要素の任意の組み合わせのシステムを搭載される水洗トイレも含む。システムは、製造業者においてトイレ上に搭載され、統合された製品として消費者に提供されることができる。代替として、いくつかの実施形態では、システムは、既存の事前設置されたトイレに対して追加導入されるように別個に提供され得る。ある実施形態では、システムは、電気機械的に動作させられる弁も含み得るか、または、それは、システムとの使用のために電気機械的に動作させられ得るものに従来の機械的弁を変換するために使用され得る電子的にもたらされる駆動装置を含み得る。

【0065】

トイレに本明細書に説明されるシステムの任意のものを搭載することを含むトイレの節水を強化する方法も、含まれる。例えば、システムが漏出を検出するために使用されるとき、トイレ内の１つ以上の弁が、さらなる水の漏出を防止するために閉鎖され得る。加えて、節水は、上で議論されるように、種々の洗浄量のプログラミングを通して、したがって、便器内容物のために適切な量の水がトイレに送達されることを可能にすることを通して達成され得る。

【0066】

本発明の範囲は、便器内の高水位、または便器内容物のほぼ連続的なより低いレベルの乱流（漏出または洗浄弁もしくは他の誤動作を示す）に対してトイレを自動的に監視する方法を提供することによって、水の無用な浪費を検出し、それを防止または改善する方法も含む。そのような方法は、以下を含む監視サイクルの周期的起動を含む：ｉ）便器上に搭載された送信機から便器の内容物に向かって超音波信号を伝送すること、ｉｉ）信号のＴｏＦ測定値を決定する超音波信号を受信機によって受信すること、ｉｉｉ）アルゴリズムを適用し、ＴｏＦ測定値に対応する便器状態を決定するマイクロコントローラにＴｏＦ測定値を電気的に伝達すること。

【0067】

マイクロコントローラによって適用されるアルゴリズムが、便器状態が「通常」であることを示す場合、サイクルは、終了する。しかしながら、決定された便器状態が、「漏出」または「高水位」または「乱流」等である場合、マイクロコントローラは、開放位置から閉鎖位置に移動するように便器と流体連通している少なくとも１つの電気機械的に動作させられる弁に電子的に命令する。弁は、誤動作が識別され、修復され、システムがリセットされるまで、閉鎖されたままであり得る。システムは、先に説明されるように、「通常」ステータスを示す新しいＴｏＦ測定値に基づいて自動的に、またはユーザによって手動でリセットされ得る。

【0068】

監視システムの起動は、手動でもたらされ得るか、または、例えば、２４時間に１回、１週間に１回、１ヶ月に１回等の種々の時間間隔において生じるようにプログラムされ得る。監視システムは、毎時と同程度に頻繁な間隔を含むプログラムされた間隔において信号が伝送され、ＴｏＦ測定値が記録されるように、略連続的であり得る。そのような略連続的な監視は、「漏出」および「閉塞」等のステータスを迅速に検出し、ステータスが改善されるまで、開放、閉鎖、もしくは現在の状態に留まるように弁を作動させるか、または先に説明される様式で他の構成要素を作動させ得る。監視の頻度は、用途に基づき得る。例えば、スポーツ会場等における商業的使用では、システムは、スポーツイベント中に頻繁にセンサ信号を送信し、会場が空いているときに実質的に休眠または休止するようにプログラムされ得る。オフィスまたは空港等の他の商業的使用では、システムは、勤務時間、または集中的旅行期間中にそれぞれ監視し、時間外に休眠したままであるようにプログラムされ得る。マイクロコントローラは、センサシステムが監視および休止している場合を決定する使用スケジュールをプログラムされ得る。

【0069】

水乱流は、水漏出または立位における男性によってトイレが使用されているとき等のある距離からの人間液体廃棄物の堆積を示し得るので、マイクロコントローラのアルゴリズムは、より低いレベルの乱流（漏出）とより高いレベルの乱流（立位排尿）との間の区別を可能にし得る。トイレ内の漏出に起因して、またはユーザによる排尿を通してのいずれかで、液体がトイレの中に漏出しているとき、便器内の液体の表面における乱流の増加が存在するであろう。センサシステムは、乱流が存在するとき、ＴｏＦ測定値を決定することが不可能であり得る。センサシステムは、一連の「通常」ＴｏＦ測定値を生成し、一連の「ゼロ」ＴｏＦ測定値（いかなる反射された信号または受信機によって受信されるいかなる信号もないことを示す）が続き得る。したがって、アルゴリズムは、例えば、いくつかの「ゼロ」ＴｏＦ測定値に対応する乱流のレベルを決定し得る。つまり、センサシステムは、交互する一連の「通常」および「ゼロ」ＴｏＦ測定値を生成し得る。生成される「ゼロ」ＴｏＦ測定値の数が高く、定常状態の「通常」ＴｏＦ測定値に接近しない場合、高乱流が存在し、マイクロコントローラは、便器ステータスが「漏出」であると決定し得る。一連の「通常」および「ゼロ」ＴｏＦ測定値が、定常状態の「通常」ＴｏＦ測定値に戻るとき、システムは、液体が便器内に堆積されたと決定し得る。決定された便器ステータスに基づいて、マイクロコントローラは、先に説明されるように、適切な措置を講じ得る。

【0070】

図１－４を参照すると、種々の側面および実施形態が、本発明を図示するために特異性とともに説明される。図１は、本発明のシステムの実施形態のハードウェア構成を図示する概略ブロック図である。本実施形態では、センサシステム１０４が、ピエゾセラミックトランスデューサ等の超音波トランスデューサであり得るセンサ１００を含む。センサシステム１０４は、センサ１００と電気的に結合される超音波アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１０２を含み得る。センサシステム１０４は、飛行時間（ＴｏＦ）測定値をデジタル出力に変換する時間／デジタルコンバータ（ＴＤＣ）１０６を含み得る。ＴＤＣ１０６は、省略され得、マイクロコントローラ１１０が、ＴＤＣ１０６の機能を実施するためのプログラミングを含み得る。

【0071】

継続して図１を参照すると、ＡＦＥ１０２は、パルスをセンサまたは超音波トランスデューサ１００に伝送する。パルスは、超音波トランスデューサ１００に共振させ、したがって、トランスデューサ１００から超音波信号を放出させる。先に説明されるように、超音波トランスデューサ１００は、便器の外面上かつ下側部分に近接する便器の基部に位置し得る（図２）。トランスデューサ１００は、便器の通常の液体ラインの下方に位置し得る。したがって、超音波信号は、トイレの底部から液体を通して、それが液体の表面（すなわち、便器内の液体と便器内の液体の上方の空気との間の交点または障壁）に到達するまで進行する。液体の表面において、超音波信号は、反射され、トランスデューサ１００に戻る。

【0072】

再び図１を参照すると、ＡＦＥ１０２は、トランスデューサ１００に戻った信号を検出し得る。ＡＦＥは、次いで、超音波信号がトランスデューサ１００を離れ、液体／空気障壁または他の便器内容物上で反射し、トランスデューサ１００に戻る間に経過した時間に対応する飛行時間（ＴｏＦ）測定値を生成し得る。ＡＦＥ１０２によって生成されたＴｏＦ測定値は、ＴＤＣ１０６によってデジタル出力に変換され得る。例示的ＡＦＥ１０２は、ＴＤＣ１０００であり、例示的ＴＤＣ１０６は、ＴＤＣ７２００であり、両方が、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．からのものである。デジタル形態におけるＴｏＦ測定値は、シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ）１０８を介してマイクロコントローラ１１０に伝達される。マイクロコントローラ１１０は、本実施形態では、バッテリ１１２によって電力変換モジュール１１４を介して給電される。

【0073】

ＴｏＦ測定値の受信時、マイクロコントローラ１１０は、便器ステータスを決定するためのアルゴリズムを適用することによってＴｏＦ測定値を処理する。マイクロコントローラ１１０は、ＴｏＦ測定値を事前選択された「通常」ステータス（先に説明されるように、トイレモジュールに関して決定される）と比較する。アルゴリズムの結果が、便器ステータスが事前選択された「通常」ステータス以外であることを示す場合、マイクロコントローラ１１０は、ＧＰＩＯインターフェース等、デジタル信号１３０を介して、信号を電気機械的に動作させられる水弁１１６に電気的に伝達する。信号は、弁１１６を第１の位置から第２の位置に移動させる。ある実施形態では、水弁１１６は、第１の位置と第２の位置との間でソレノイド弁１２０を作動させるためのソレノイド駆動装置１１８を含み得る。第１および／または第２の位置は、弁の開放位置、閉鎖位置、および／または部分的開放位置に対応し得る。

【0074】

再び図１を参照すると、実施形態は、便器（図示せず）に近接するユーザの存在または不在を決定することが可能な赤外線センサであり得る二次センサ１２２も含み得る。二次センサ１２２は、図２を参照して議論されるであろうように、超音波信号を伝送するようにセンサシステム１０４をトリガし得る。

【0075】

図２は、種々の便器ステータス（例えば、「閉塞」、「液体」、「固体」）を検出し、便器ステータスに対応するように洗浄量および／または水流を調節するシステムならびに方法を図示する本発明の概略表現である。この例では、センサは、便器２２６の底部中心部分に位置するピエゾセラミックセンサ２２８である。図２では、ユーザ２２４または２２４’は、便器２２６内に固体廃棄物または液体廃棄物を堆積させる。ＩＲセンサ等の二次センサ２２２は、ユーザ２２４／２２４’がトイレのエリアを離れたことを検出し（１）、イベントを示す信号をマイクロコントローラ２１０（マイクロコントローラ１１０等）に送信する（２）。マイクロコントローラ２１０は、超音波信号を伝送する（４）ように信号プロセッサ２０４に命令する（３）。信号プロセッサ２０４のセンサ（トランスデューサ１００等）は、信号を伝送し、応答信号を受信する（５）。信号プロセッサ２０４は、（例えば、ＡＦＥ１０２とともに）ＴｏＦ測定値を生成し得る。信号プロセッサ２０４は、ＴｏＦ測定値をマイクロコントローラ２１０に伝達する（６）。マイクロコントローラ２１０は、ＴｏＦ測定値を処理し、便器ステータスを決定し、信号を水弁２３０に送信し、便器ステータスに対応するように水量および持続時間２１６を調節する。

【0076】

図３は、種々の便器ステータス（例えば、「低水位」、「液体」、「中間」、「固体」、「液体閉塞」、または「固体閉塞」）を検出するためのシステムおよび方法の論理フローを図示する本発明の概略表現である。図３では、ＩＲセンサであり得る二次センサ３２２は、それがトイレに近接するユーザまたはその上のユーザの存在を検出したときにシステムを起動させるために含まれる。ＩＲセンサは、情報を収集および処理するために、システム３３０に電気的に接続される。システム３３０は、図１および２に関連して説明されるシステムであり得、先に説明されるようなセンサシステムを含み得る。先に説明されるように、超音波信号が、ＴｏＦ測定値を取得するために、センサシステムから伝送され、可能であるとき、受信される。ＴｏＦ測定値は、マイクロコントローラに報告され、それは、アルゴリズムをＴｏＦ測定値に適用し、便器ステータスを決定する。

【0077】

便器がルーチン水位における水を含むときの送信機から受信機へのセンサ信号の飛行時間に対応する「通常」ＴｏＦ測定値が、事前選択され、アルゴリズムにロードされる。図３において分かり得るように、マイクロコントローラは、センサシステムのアナログフロントエンドによって返されたＴｏＦ測定値を、「通常」ステータスにおけるＴｏＦ測定値と比較するようにプログラムされる。便器水位がルーチン水位を上回るとき（図３の矢印Ｂ）、例えば、ライン閉塞物が存在する場合（例えば、「液体閉塞」ステータス）、ＴｏＦ測定値は、「通常」ＴｏＦ測定値と比較して大きくあり得る。大きいＴｏＦ測定値は、「通常」ステータスに対応するＴｏＦ測定値を上回る任意のＴｏＦ測定値であり得る。この情報は、マイクロコントローラに電子的に伝達される。マイクロコントローラは、開放位置から閉鎖位置に移動するように水源弁を作動させ、いずれの追加の水もトイレまたは便器に進入することを効果的に防止し得る。

【0078】

継続して図３を参照すると、例えば、便器水位がルーチン水位を下回るとき（図３の矢印Ａ）、ＴｏＦ測定値は、「通常」ＴｏＦ測定値（例えば、「水封」ステータス）と比較して、比較的に小さくあり得る。言い換えると、非常に低い水位における水を含む便器の「低水位」ＴｏＦ測定値が、アルゴリズムにおいて存在する。便器水位が通常の水位よりも低いとき、ＴｏＦ測定値は、「通常」と比較して、比較的に小さい。この情報は、マイクロコントローラに電子的に伝達され、その結果、マイクロコントローラは、適切な洗浄量の水を便器に送達するように弁を作動させ得る。この事例における量は、少なくとも水封のために要求または所望される最小垂直距離を復元するために、したがって、水封を維持し、環境中への下水ガスの逃散を防止するために十分である。水封は、例えば、機械的水封であり得る。

【0079】

便器内の液体中に固体廃棄物が存在するとき（例えば、「固体」または「固体閉塞」ステータス）（図３の矢印Ｃ）、ＴｏＦ測定値は、０またはほぼ０である。超音波信号は、便器内の固体によって減衰させられ、または吸収される。したがって、信号は、センサに戻るように反射しないか、または最小レベルにおいて戻るように反射される。この情報がマイクロコントローラに伝達されると、マイクロコントローラは、履歴トイレデータに基づいて、ＴｏＦ測定値が「固体」を表すか、「固体閉塞」を表すかを決定し得る。そのような履歴データは、例えば、トイレが事前洗浄を完了したかどうかであり得る。ステータスが「固体」である場合、マイクロコントローラは、便器からトイレ出口の外に固体を清掃する（「完全洗浄」）ために十分な量の便器への水を可能にする持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動するように洗浄弁を作動させ得る。概して、これは、約３～５リットルの水であるが、量は、具体的トイレの構造に応じて変動するであろう。水のこの量は、マイクロコントローラによって事前決定され得る。ステータスが「固体閉塞」である場合、マイクロコントローラは、弁が開放することを防止し得、洗浄が生じることを防止し得る。

【0080】

便器水が尿のみを含む（例えば、「液体」ステータス）状況では、アルゴリズムの結果は、図３の矢印Ｄ、Ｅ、およびＦに対応するいくつかの異なる状態を示し得る。例えば、ＴｏＦ測定値は、「通常」ステータスにおけるＴｏＦ測定値にほぼ等しいＴｏＦ測定値（矢印Ｄ）、またはトイレ使用の持続時間にわたって０のＴｏＦと交互する通常状態のＴｏＦにほぼ等しいＴｏＦ測定値（矢印Ｅ）のいずれかを示し得る。この情報は、マイクロコントローラに電子的に伝達されると、マイクロコントローラに、便器からトイレ出口の外に尿を清掃する（「低洗浄」）ために十分な量の水の便器への放出を可能にする持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動するように洗浄弁を作動させる。概して、これは、固体廃棄物を清掃するために必要とされる量を約４分の３下回る量の水である。経験則として、量は、約０．５～５リットルである。水の本量は、マイクロコントローラによって事前決定され得る。

【0081】

便器が液体廃棄物およびトイレ紙または組織を含むとき（図３の矢印Ｆ）、アルゴリズムの結果は、トイレ使用の持続時間にわたって、かつトイレ使用が完了した後の持続時間にわたって０のＴｏＦと交互する通常状態のＴｏＦにおけるか、またはそれに近いＴｏＦのいずれかを示すであろう。この情報は、マイクロコントローラに電子的に伝達されると、マイクロコントローラに、便器からトイレ出口の外に尿および紙／組織を清掃する（「中間洗浄」）ために十分な量の水の便器への放出を可能にする持続時間にわたって閉鎖位置から開放位置に移動するように洗浄弁に命令させる。概して、これは、固体廃棄物を清掃するために必要とされる量を下回る量の水である。これは、トイレの構造に応じて、約１～約５リットルに及ぶことができる。水の本量は、マイクロコントローラによって事前決定され得る。

【0082】

図４は、トイレの断面の概略図示である。トイレは、タンク４５０と、ハンドル４６０とを含み得る。タンク４５０の内側には、洗浄弁４５２、洗浄弁チェーン４５４、フロートボール４５６、およびフロートアーム４５８があり得る。トイレは、入口弁４６２と、便器再充填管４６４と、フィルタ管４６６と、入口管４６８と、越流管４７０と、供給ライン４７２とも含み得る。図４のトイレは、センサ（図１のトランスデューサ１００）に対する代替配置を含み得る。センサは、送信機４３８と、受信機４３６とを備え得る。送信機４３８および受信機４３６は、便器４３２上の同一のレベルまたは同一の軸方向高さにあり得る。送信機４３８および受信機４３６は、例えば、床、トイレ内の水位、トイレシート、またはトイレ上もしくはトイレに近い他の相対的場所と平行であり得る。送信機４３８および受信機４３６は、ピエゾセラミックトランスデューサであり得る。送信機４３８は、便器４２６の第１の側４３４に位置し得、受信機４３６は、送信機４３８と対向する便器４２６の第２の側４３２に搭載され得る。図４から理解され得るように、超音波信号４４０は、送信機４３８から受信機４３６に進行するとき、便器および便器４２６内容物を通過する。便器がルーチン水位の状態にあるとき、超音波信号４４０は、通常の状態における便器４２６を横断する。便器内容物が（図３に関連して説明されるような）ルーチン水位以外であるとき、超音波信号４４０は、便器４２６を横断するためにより多いまたは少ない時間がかかり得る。固体または固体閉塞物の存在は、超音波信号を吸収し得（すなわち、超音波信号４４０は、減衰させられる）、信号が、受信機４３６によって受信されない場合があるか、または最小信号が、受信され得る。図４は、受信機４３６において受信された信号からＴｏＦ測定値を決定し、したがって、便器ステータスを決定するための先に説明されるようなＡＦＥおよびマイクロコントローラを含み得る。

【0083】

図５は、センサ（トランスデューサ）、関連回路、およびマイクロコントローラの相互関係を示す本発明の実施形態のシステムの単純なバージョンの概略図である。図５は、センサ５１０が便器５００の底部外面上に位置する概略便器５００を描写する。センサ５１０は、先に説明されるように、ピエゾセラミックトランスデューサ等の超音波トランスデューサであり得る。アナログフロントエンド（ＡＦＥ）５３０は、センサ５１０に共振させ、したがって、便器５００内の液体を通して進行する超音波信号５５０を生成させ得る。信号５５０は、流体と空気との間の障壁または分離もしくは界面であり得る標的５２０に到達し、センサ５１０に向かって戻るように反射される。センサ５１０は、信号５５０を受信し、ＡＦＥ５３０は、次いで、マイクロコントローラ５４０に通信されるＴｏＦ測定値を生成する。

【0084】

図５Ａは、信号を伝送および受信し、信号を処理し、飛行時間測定値を決定するための本開示の原理によるシステムの概略図である。図５Ａのシステムは、先に説明されるように、超音波トランスデューサまたはピエゾセラミックトランスデューサ等のセンサまたはトランスデューサ５１０を含み得る。センサまたはトランスデューサ５１０は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）５３０に電気的に接続され得る。ＡＦＥ５３０は、共振するようにトランスデューサ５１０に開始させ、したがって、超音波信号等の信号５５０Ａを生成させ得る。信号５５０Ａは、第１の媒体５６０（図５の例では、液体または水等）を通して伝送されるであろう。信号が、第１の媒体５６０と第２の媒体５７０との間の障壁または変わり目等の標的５２０に到達すると、信号は、帰還信号５５０Ｂとしてトランスデューサ５１０に戻るように反射され得る。標的５２０は、固体障壁もしくは標的であり得るか、または、第１の媒体５６０および第２の媒体５７０等の２つの媒体間の変わり目であり得る。第１の媒体５６０は、例えば、液体または水（便器内に存在するもの等）であり得、第２の媒体５７０は、例えば、空気（便器内の液体または水の上方に存在するもの等）であり得る。標的５２０は、便器の壁であり得、この状況では、ＡＦＥ５３０は、これらの反射を無視し、便器内の物体または便器内の液体／空気変わり目から反射される信号に対するＴｏＦ測定値のみを決定するようにプログラムされ得る。帰還信号５５０Ｂがトランスデューサ５１０によって受信されると、信号は、ＡＦＥ５３０に通信され、それは、次いで、信号がトランスデューサ５１０において開始されたときから、信号がトランスデューサ５１０に戻されるときまでのＴｏＦ測定値を決定する。したがって、ＴｏＦ測定値は、超音波信号が異なる媒体を通って可変速度において進行することに起因して、媒体５６０、５７０、および標的５２０に基づいて変動し得ることを理解されたい。

【0085】

図６および図７は、システムが、「低水位」便器ステータスを検出し、改善し、それによって、環境中への下水ガスの逃散を防止するために使用され得る状況を図示するトイレの断面を示す。図６は、トイレ出口６５２内に水を伴う断面における機械的水封の寸法が２インチである（すなわち、水面６４６とトラップディップ６４８との間の垂直距離６４２（「ＶＤ」）が２インチである）機械的水封６４４であり得る満足のいく水封６４４を有する便器６２６を示す。機械的水封６４４は、任意の下水ガス６５０が便器出口を通して逆流し、環境中に逃散することを防止する。

【0086】

図７は、トイレ内の水面７４６が低くなりすぎているので、ＶＤ７４２（水面７４６とトラップディップ７４８との間の垂直距離）がゼロを下回り、下水ガス７５０がトイレ出口７５２を介して退出しているトイレの断面を示し、「低水」位の測定時、この情報は、マイクロコントローラに電子的に伝達され、その結果、適切な洗浄量の水が便器に送達され、この事例におけるそのような量は、少なくとも機械的水封のための最小限ＶＤを復元するために十分であり、したがって、機械的水封を維持し、環境中への下水ガスの逃散を防止するために十分であるとして発明を示す。

【0087】

（実施例１）
小規模便器が、図８に見られるように、ＰＶＣ管をセラミック壁タイルに搭載することによって複製された。ＳＴＥＭ Ｉｎｃ．からのピエゾセラミックセンサ（モデルＳＭＤ１５Ｔ２１Ｒ１１１ＷＬ）が、タイル８０２の底面上のＰＶＣ管８００の底部に位置付けられた。ＰＶＣ管の空洞は、第１の水位「通常」８０４を達成するために、ある量の水（約１．８ｋｇ）で充填され、「通常」ＴｏＦ測定値が、取得される。図９を参照すると、水のみが空洞内に存在するとき、「開始」と「停止」との間の距離は、計算：流体水位＝（ＴＯＦ×流体音速）／２を使用した飛行時間測定値である。

【0088】

図９では、図８の例示的小規模便器を監視するために使用されるセンサからのデータが、描写される。図９のグラフは、液体が便器内でルーチン水位にあるときの試験の持続時間にわたる電圧対時間プロットである。データ９２０は、センサによって伝送および受信された未加工超音波信号を表す。データ点９００は、ＡＦＥが開始パルスをセンサに送信し、超音波信号がトランスデューサから伝送されるときを表す。データ点９１０は、センサが帰還信号を受信した、または（図４のような送信機／受信機センサにおける）受信機が信号を受信していることを表す。開始位置と停止位置との間の時間は、記録され、ＴｏＦ測定値が、生成される。実施例では、この時間は、約６０μ秒（マイクロ秒）である。したがって、図９のデータを使用して、流体水位＝（６０μ秒×１４８４ｍ／秒）／２＝４５ｍｍである。つまり、例示的通常ステータスにおける便器内の流体水位は、４５ｍｍである。

【0089】

再び図８の例を参照すると、味噌ペーストの一部（５０グラム）が、ＰＶＣ管８００内に配置される。図１０を参照すると、センサ信号が、伝送され、センサ信号に対応するＴｏＦ測定値が、記録される。データ１０２０は、センサによって伝送される未加工超音波信号を表す。データ点１０００は、ＡＦＥが開始パルスをセンサに送信し、超音波信号がトランスデューサから伝送されるときを表す。この例では、空洞内に固体（例えば、味噌ペースト）が存在するとき、固体が信号を減衰させる（または吸収する）ので、「開始」のみが存在する。つまり、帰還信号は、センサによって受信されない。したがって、ＴｏＦ測定値は、決定可能ＴｏＦ飛行の不在の検出である。マイクロコントローラが、約４５ｍｍのＴｏＦと決定可能ＴｏＦなしとの間の区別をし、各々を「液体」ステータスおよび「固体」ステータスにそれぞれ関連付けるようにプログラムされることができる。

【0090】

図１１Ａ－１１Ｄでは、ある実施形態による、トイレ１１００の種々のステータスが、見られることができる。図１１Ａ－１１Ｄは、センサシステム１１０２を伴うトイレ１１００の側面図を描写する。センサシステム１１０２は、マイクロコントローラ（描写せず）と通信し、便器１１０４のステータスを検出するように、先に説明される様式で動作し得る。図１１Ａでは、ステータスは、通常液体水位１１０６であり得、それは、他のステータスが比較される「通常」ステータスＴｏＦ測定値に対応し得る。図１１Ｂでは、センサシステム１１０２およびマイクロコントローラは、便器１１０４内の尿１１０８または他の軽液体を検出し得る。ＴｏＦ測定値は、「通常」ステータス（例えば、液体水位１１０６に対するＴｏＦ測定値）と比較され得る。マイクロコントローラは、次いで、低量洗浄を実施するために規定された時間にわたって開放するようにトイレ１１００内の弁を作動させ得る。図１１Ｃでは、センサシステム１１０２およびマイクロコントローラは、便器１１０４内の固体廃棄物等の固体１１１０を検出し得る。ＴｏＦ測定値は、「通常」ステータス（例えば、液体水位１１０６に対するＴｏＦ測定値）と比較され得る。マイクロコントローラは、次いで、全量洗浄を実施するために規定された時間（例えば、図１１Ｂのステータスに関して開放される時間よりも長い時間）にわたって開放するようにトイレ１１００内の弁を作動させ得る。図１１Ｄでは、センサシステム１１０２は、便器１１０４内の越流条件１１１２を検出し得る。ＴｏＦ測定値は、「通常」ステータス（例えば、液体水位１１０６に対するＴｏＦ測定値）と比較され得る。マイクロコントローラは、次いで、閉塞物１１１４または他の妨害物がトイレから除去されるまで、閉鎖するようにトイレ１１００内の弁を作動させ得る。

【0091】

前述の開示から理解され得るように、システムは、便器内の水位を測定し得る。システムは、ユーザ介入を要求する異常条件を通知し得る。実施形態では、水位が事前決定されたレベルを超える場合、システムは、自動的洗浄を無効にし、潜在的トイレ閉塞または越流条件を通知し得る。実施形態では、システムは、バスルームにおける浸水被害を防止または限定し得る。システムは、トイレ内に存在する内容物が（例えば、非効果的な洗浄に起因して）トイレ内に残留しているとき、それを検出し得、マイクロコントローラは、後続洗浄を放出するために信号を送信し得る。

【0092】

変更が、その広い発明的概念から逸脱することなく、上記に説明される実施形態に成され得ることが、当業者によって理解されるであろう。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されず、それは、添付される請求項によって定義されるような本発明の精神および範囲内の修正を網羅するように意図されることを理解されたい。前述の説明は、本発明の好ましい実施形態を対象としているが、他の変形例および修正が、当業者に明白であり、本発明の精神または範囲から逸脱することなく成され得ることに留意されたい。さらに、本発明の一実施形態と関連して説明される特徴は、上で明示的に記載されない場合であっても、他の実施形態と共に使用され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図5A】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】