商用非接触式水栓におけるセンサ技術の比較：赤外線方式と静電容量方式

非接触式水栓は、現在、空港の洗面所、病院の手洗い場、飲食店の厨房、および来訪者が多いオフィス施設などにおいて標準装備となっています。その理由は、単に新奇性があるからではなく、衛生面での効果が実証されており、手動式水栓と比較して30～70％もの節水効果があるためです。しかし、「センサ付き水栓」といっても、それは単一の技術を指すわけではありません。蛇口の内部には、2種類の根本的に異なる検出原理——アクティブ赤外線（IR）近接検出方式と静電容量式検出方式——が存在し、互いに競合しています。これらは、暗色の物体、光沢のある表面、周囲の日光、水しぶきといった条件に対してそれぞれ異なる挙動を示します。用途に不適切な方式を選択すると、誤作動による勝手な流水、電池の早期消耗、あるいは保守担当への連絡依頼といった問題が発生します。
本稿では、設備設計エンジニア、施設管理者、仕様策定担当者の方々に向けて、両技術を実務レベルで比較・検討できる情報を提供します。

赤外線近接検出方式の動作原理

赤外線水栓には、通常はスパウトの基部近くの窓の後ろに配置された赤外線発光素子（LED）とフォトダイオード受光素子が内蔵されています。発光素子が赤外線をパルス状に照射し、手が検出領域に入ると、その反射光が受光素子に届き、コントローラーがソレノイドバルブを開きます。手が離れて反射光が消えると、バルブは（しばしば短い遅延の後に）閉じます。

強み：

• 非接触で作動 — 検出範囲は通常5～20cmであり、使用者の身体が誤って水栓を起動しないよう、洗面台などの設置形状に適しています。
• 水栓本体に一切触れることなく使用可能。手はどこにも触れる必要がありません。
• 低コストで、安定したサプライチェーンが確立されており、数十年にわたり現場で実績があります。

弱点：

• 反射率に依存 ：黒色の衣類、濃い肌色、マットブラックの物体などは赤外線を吸収し、検出距離を短くします。一方、光沢のあるものや明るい色の物体は、意図しない角度で反射する場合があります。
• 周囲光の干渉 強い直射日光や高演色性（CRI）のスポットライトが受光部を飽和させ、コントローラーが変調（パルス）式赤外線と同期検出方式を採用していない限り、誤作動や検知漏れが発生する。現在では変調式赤外線が標準仕様となっているが、安価な非変調式設計の製品は明るい洗面所などで依然として不具合を起こす。
• 水の噴射による誤作動 水流が赤外線を屈折・散乱させ、一時的に手の接近と誤認されることがある。
・常時パルス駆動方式では待機時でも電力を消費するため、電池駆動タイプでは特に重要となる。

静電容量式センシングの仕組み

静電容量式水栓では、吐水口またはセンサーゾーンをコンデンサーの一方の電極と見なす。人体は大きな導電性・接地された物体であり、手が近づくと検出電極周辺の電界が変化し、その静電容量の変化をコントローラーが検知する。重要なのは、この検知が光の反射に依存しない点であり、手の誘電率および導電率によって電界が変化することに基づいている。

強み：

• 材質を問わない 暗い色の手袋、濡れた手、またはタオルでも、確実に検出できます。このため、手袋を着用する場合や黒色などの暗色素材を扱う厨房・実験室・産業用手洗い場では、静電容量式センサがより優れた選択肢となります。
• 周囲の光の影響を受けません — 光学窓がないため、曇り・石鹸カスの付着・直射日光による飽和といった問題が発生しません。
• センサは目立たない光学窓なしで、固体真鍮製のスピウト内に埋め込むことが可能です。これにより清掃が容易になり、またいたずらに対する耐性も大幅に向上します。

弱点：

• 検出距離が短く、ばらつきがあります — 通常2～8cmで、感度は設置環境（カウンタートップの材質、配管のアース状況、スピウト表面の水膜など）によって変化します。
• 設置条件への感度がやや高いため、導電性のカウンタートップに取り付けたり、アースされていない長い給水ホースを使用したりする場合、現場での感度調整が必要になることがあります。
• さまざまな構成において、単価がやや高くなります。

並べて比較

プロジェクトに最適な製品の選び方

赤外線（IR）を選択する場合 ・優先されるのは、標準的な白色ビトリアス・チャイナ製洗面器よりも広く、予測可能な作動範囲であること。・洗面所には調光機能付き照明が設置されていること。・利用者は手袋を着用していないこと（オフィス、小売店、空港、学校など）。また、IR方式は検出距離が長いため、センサーの「最適作動領域」に正確に手を入れず、やや浮かせた状態で使用する利用者に対しても対応可能です。

静電容量式を選択する場合： ・光学式が機能しにくい環境下——例：手袋を着用したままの厨房作業エリア（暗色のまな板を使用）、実験室、産業用洗浄ステーション、あるいは天井から床までガラス張りで直射日光が洗面器に差し込むような洗面所。また、耐破壊性および清掃性が検出距離よりも重視される場所——例：公共交通機関のターミナル、スタジアムのコンコースなどでも静電容量式が適しています。

蛇口の他の部分も忘れずに。 センサーは、ソレノイド、電源（バッテリー、プラグイン式、または配線直結式）、ミキシングバルブ、流量制限装置などと合わせて構成されるシステムの一部です。商業用として導入する場合は、黄銅製ボディ（クロムメッキまたはブラッシュニッケル仕上げ）、セラミック製カートリッジ、および交換可能なソレノイドアセンブリを指定してください。センサーが故障すると、水栓を完全に停止しなければならなくなります。そのため、水栓本体を撤去せずにソレノイドおよびコントローラーを交換できる機種を指定してください。

シンドン社の非接触式製造への取り組み

浙江省新東衛浴製品有限公司は、1999年より真鍮製水栓金具およびバルブの製造を手掛けており、従業員数380名以上、構造関連特許65件以上を有し、自社内試験室による品質検証体制を整え、月産出量は20万セットを超えています。当社のエンジニアリングチームは、OEMパートナー向けにセンサ式水栓本体、洗面器用混合水栓、サーモスタット式シャワーシステムを開発しています。赤外線（IR）方式および静電容量方式の両対応が可能で、お客様の要望に応じた真鍮製スパウトの形状・仕上げ・制御電子回路の統合も実現します。設計者の方々にとって、これはつまり、水栓の機械的コア部分——本体、カートリッジ、表面処理、耐久性——が、センサ部品と同等の品質基準で製造されていることを意味します。

設置後の性能確認

採用する技術が何であれ、以下の3点検査で設定を行ってください：清潔で乾燥した手による作動確認、水や石鹸で濡れた手による作動確認、および洗面所の照明をオン・オフ切り替えて30秒間のアイドル状態での動作確認です。すべての検査項目で調整なしに正常に動作すれば、そのセンサーは設置環境に適しています。いずれかの検査で不具合が生じた場合は、まず感度調整を行い、その後、接地状態および取付状態を再確認してください。故障の原因を蛇口本体に帰すのは最後の手段としてください。

著者について xindong（シンドン）エンジニアリングチームは、世界中の商業施設向けに真鍮製バルブ、蛇口、サーモスタット式シャワーシステムを設計・製造しています。サンプル、仕様書、OEM開発に関するお問い合わせは、ドリス・フー（[email protected]）または+86-0576-87499008までご連絡ください。全製品ラインナップについては、[cn-xindong.com]( https://www.cn-xindong.com)をご覧ください。