JP2005007046A - 便座装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体の着座等を検出するセンサ出力が確実に得られる便座装置を得る。
【解決手段】便座装置１０は、上蓋１２及び基底板１３からなるケースに配置したコード状の圧電センサ１４に対し、人体の着座によって前記圧電センサ１４に当接する押圧手段２６を備える。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感圧センサを内蔵して心拍数等の検出を行うことができる便座装置に関し、とりわけ、コード状の圧電センサの実装技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感圧センサを便座に取り付けて、人体の在・不在等の検出から心拍数までも検出するようにした便座装置がある（例えば、特許文献１参照）。
図１０は、上記特許文献１に記載された便座装置である。
この便座装置８０は、図に示すように、人体が着座すると人体の体動により、便座８１に内蔵した感圧センサであるコード状の圧電センサ８２が変形し、その変形に応じた信号を発生すると、信号処理ユニット８３がその出力信号を演算処理して、人体の在・不在や心拍数等を検出する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０５−０９１９５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この便座装置８０は、圧電センサ８２が、硬い樹脂成形体である便座８１内に収容されていて、便座８１による変形・振動を受け難いために、圧電センサ８２からの出力が極端に小さく、所望の信号強度の出力を得ることが難しい。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、センサ出力が確実に得られる便座装置を提供し、もって、心拍数等の検出向上を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係る便座装置は、請求項１に記載したように、
上蓋及び基底板からなるケースに感圧センサを配置した便座装置であって、
前記感圧センサが、コード状の圧電センサであることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、コード状の圧電センサは、大きな出力を発生することができると共に、可撓性があって衝撃が加わりつづけても壊れ難く、また、人と物との区別を容易にする検出信号を出力するため、着座等の検出を確実に行うことができる。
【０００８】
また、本発明に係る便座装置は、請求項２に記載したように、請求項１に記載した便座装置において、
前記コード状の圧電センサが、振動を印加されると該振動の加速度に応じた電気信号を出力することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、コード状の圧電センサは、振動の加速度に応じた電気信号を出力する。従って、圧電センサは人体の僅かな動きも容易に検出することができる。
【００１０】
また、本発明に係る便座装置は、請求項３に記載したように、請求項１または２に記載した便座装置において、
前記コード状の圧電センサを前記上蓋及び基底板の一方に取り付けると共に、着座すると前記センサに当接し出力を生じさせる押圧手段を前記ケースに備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、人体の着座等により、コード状の圧電センサに当接する押圧手段が設けられているので、圧電センサは僅かな振動にも反応して電気信号を確実に出力することができる。
【００１２】
また、本発明に係る便座装置は、請求項４に記載したように、請求項３に記載した便座装置において、
前記押圧手段は、前記ケース内に配置した前記コード状の圧電センサに対し、前記ケース内面から突出した突起であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、突起を押圧手段とすることで、圧電センサを作動させる構造が単純化できる。
【００１４】
また、本発明に係る便座装置は、請求項５に記載したように、請求項４に記載した便座装置において、
前記突起は、前記基底板の下面に取り付けられ便器本体の上面に弾接する衝撃吸収用のパッドとし、前記パッドが前記基底板の透孔を貫通して前記コード状の圧電センサに当接可能に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、衝撃吸収用のパッドは、従来品に僅かな形状変更を加えるだけで適用可能なため、大きな設備投資を実施することなく生産することができる。
【００１６】
また、本発明に係る便座装置は、請求項６に記載したように、請求項４に記載した便座装置において、
前記コード状の圧電センサを前記ケース内面より離間状態に支持し、前記突起をケーブル長手方向に沿って前記上蓋及び基底板に交互に配置したことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、各突起は、圧電センサを上下方向より交互に押圧するので、圧電センサの出力を増大させて人体の在・不在等の検出を確実にさせることができる。
【００１８】
また、本発明に係る便座装置は、請求項７に記載したように、請求項３に記載した便座装置において、
前記上蓋の外面に周溝を凹設し、前記押圧手段を前記周溝内に嵌入される弾性体で形成すると共に、前記コード状の圧電センサを前記弾性体内に収容配置したことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、弾性体は押圧されると、その変形が圧電センサに直接作用して圧電センサを容易に撓ませるので、圧電センサは僅かな振動も検出して、電気信号を出力させることができる。
【００２０】
また、本発明に係る便座装置は、請求項８に記載したように、請求項２〜７のいずれかに記載した便座装置において、
前記電気信号は、洗浄手段の温水温度、水圧、便座内のヒータ温度の制御、あるいは、心拍数等の検出に用いられることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、圧電センサの検出する電気信号は、温水温度を調節する温度調節器、水圧を調節する水圧調節器、便座内のヒータ温度を司るヒータ制御器等の制御に利用されることで、例えば、タイマ等を用いて不使用時にこれらの機器の動作を停止させる構成とすれば、効率良く節電を行うことができる。また、便座装置は、圧電センサの検出する電気信号に基づいて心拍数等を検出するようにすれば、健康管理に寄与できる。
【００２２】
また、本発明に係る便座装置は、請求項９に記載したように、請求項８に記載した便座装置において、
前記電気信号は、通信手段を介して外部モニタに出力されて用いられることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、例えば、外部モニタを介して心拍数等を検出できるため、病院内等で直接診察できないようなトイレ内の様子も常時監視することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る便座装置の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る第１の実施の形態を示す便座装置の分解斜視図、図２は図１の便座装置に用いられる感圧センサの外観斜視図、図３は図１に示す便座装置が適用された便器の全体斜視図、図４は図１の便座装置の要部断面図、図５は図３に示す便器の使用状態の側面図、図６は便座装置における制御ユニットのブロック構成図、図７は便座装置におけるセンサ出力と動作とのタイムチャートである。
【００２５】
本発明に係る実施の形態の便座装置１０は、図１に示すように、樹脂成形した上蓋１２と基底板１３とからなるケース１１の基底板１３に、感圧センサとなるコード状の圧電センサ１４を配置して構成される。
【００２６】
上蓋１２は、断面視半円形状の本体部１５を有して、ケース１１の上部を形成する。本体部１５の天板１６の下面には、暖房用のヒータ１７が取り付けられている。なお、ヒータ１７は、後述する制御ユニット４０と接続されて、手動操作によって、所望温度に設定される。
【００２７】
基底板１３は、断面視コ字形状の本体部１８を有して、ケース１１の下部を形成する。本体部１８の底板１９の上面には、圧電センサ１４が取り付けられている。
上蓋１２及び基底板１３は、基底板１３に形成した貫通穴２０から、上蓋１２に形成した係止部２１に不図示のねじ（不図示）を嵌め込むことにより、センサ１４上に空間を形成して、一体的に組立てられる。なお、圧電センサ１４は、ヒータ１７と同様、制御ユニット４０と接続されている。
【００２８】
ここで、本実施の形態に使用するコード状の圧電センサ１４について簡単述べると、このセンサ１４は、図２に示すように、ピエゾ素子材料を用いたケーブル状のセンサであり、軸方向中心に配された芯線（中心電極）２２と、芯線２２の周囲に被膜されたピエゾ素子材料２３と、ピエゾ素子材料２３の周囲に配設された外側電極２４と、最外周を被覆するＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）２５と、から構成される。
【００２９】
この圧電センサ１４は、周囲温度が１２０℃程度まで可能な耐熱性を有するピエゾ素子材料２３を用いており、また、フレキシブル性を有する樹脂と圧電セラミックスとから構成されたピエゾ素子材料２３と、フレキシブル電極とを用いて、通常のビニールコード並みのフレキシブル性を有している。
【００３０】
更に、圧電センサ１４は、高分子ピエゾ素子材料並の高感度であり、人体の心拍数を検出するような低周波数領域（１０Ｈｚ以下）において、特に高い感度を発揮する。それは、ピエゾ素子材料２３の比誘電率（約５５）が高分子ピエゾ素子材料の比誘電率（約１０）よりも大きいので、低周波数領域でも感度低下が小さいことによる。
【００３１】
このようにして得られたコード状の圧電センサ１４は、ピエゾ素子材料２３を成形したままでは、圧電性能を有しないので、ピエゾ素子材料２３に数ＫＶ／ｍｍの直流高電圧を印加することにより、ピエゾ素子材料２３に圧電性能を付与する処理（分極処理）を行うことが必要となる。この分極処理は、ピエゾ素子材料２３に芯線２２と外側電極２４とを形成した後、両電極２２，２４間に直流電圧を印加して行なわれる。
【００３２】
基底板１３には、図３に示すように、従来装置と同様、底板１９の背面に取り付けられ、便座使用時、便座装置１０と便器本体５２との間に位置して便器本体５２との衝突を吸収するための弾性力を有した４個の衝撃吸収用のパッド２６が装備されている。なお、便座装置１０には、便座装置１０と共に水槽タンク５３側に跳ね上げられる蓋体５１が装備されている。
【００３３】
本実施の形態において、コード状の圧電センサ１４は複数の離間配置したホルダ２７に支持されて基底板１３上に固定配置されている。
パッド２６は、図４に示すように、基底板１３に形成した透孔２８を貫通する突起部２９が、ホルダ２７間で圧電センサ１４に当接可能に設けられて、コード状の圧電センサ１４に変形を生じさせる押圧手段を構成している。なお、上蓋１２の内面には、既述したように、ヒータ１７が固定配置される。
【００３４】
上記構成の便座装置１０は、図５に示すように、使用時に、便器本体５２上に配置されて着座による人体Ｍの重量がかかると、パッド２６が便器本体５２からの押圧力をうけて圧縮されると同時に、突起部２９が透孔２８より上方に突出して、図４に二点鎖線で示すように、圧電センサ１４を押圧する。その結果、圧電センサ１４は、押圧手段が設けられていない従来装置と比較すると、人体Ｍの動きに応じた振動がパッド２６を介して印加されて、電気信号を確実に出力する。
振動の加速度に応じて得られた電気信号は、制御ユニット４０に供給される。
但し、便座装置１０では、便座装置１０の使用時において洗浄ノズルの駆動やブロワーの運転、あるいは、排水等により生じる振動が、人体の在・不在や心拍数等の検出にとってノイズとならないように、圧電センサ１４から出力された電気信号が制御ユニット４０でマスク処理される。
【００３５】
このように、圧電センサ１４は、パッド２６の押圧によって電気信号を発生するため、便座装置自体の変形を検出する従来装置に比べより大きな信号を発生させることができる。
【００３６】
制御ユニット４０は、図６に示すように、制御部４１内に、不図示のフィルタ回路、増幅手段、平滑化手段、判定手段等を備えると共に、平滑化手段の出力信号に基づいて心拍数を演算処理する心拍数演算手段４２と、心拍数演算手段４２の出力信号を表示する表示手段４３と、心拍数演算手段４２の演算出力と設定値とを比較する比較手段４４と、比較結果に基づいて警報を発する警報発生手段４５とを装備して、圧電センサ１４の検出信号が入力される。
【００３７】
制御ユニット４０は、圧電センサ１４が人体Ｍの体動を検出して電気信号を出力すると、この電気信号をフィルタ回路で濾波した後、増幅手段で増幅し、更に平滑化手段で平滑化する。
【００３８】
平滑化手段からは、図７に示すように、便座装置１０に人体Ｍが着座した瞬間や、物をのせたとき、あるいは身体を動かした場合に、大きな出力波形が出力される。一方、人体Ｍが着座した後に安静状態であれば、平滑化手段からは、心臓の活動や呼吸活動により伝搬される身体の微小な体動により、比較的低レベルの出力波形が出力される。
これに反して、人体Ｍが不在であるか、物がのせられた場合には、平滑化手段は大きな出力波形を出力した後、一定時間内に出力波形を示さない。
【００３９】
そこで、判定手段は平滑化手段の出力Ｖと、予め定められた２つの設定値Ｖａ，Ｖｂと、を以下のように比較・判定する。即ち、Ｖ＜Ｖａならば、人体Ｍや物が不在であると判定する（不在出力Ｈ：）。Ｖａ≦Ｖ＜Ｖｂならば、人体Ｍが安静状態で存在すると判定する（在出力Ｈ：）。さらにＶｂ＜Ｖならば、人体Ｍが体動を生起したと判定する（体動出力Ｈ：）。人体Ｍの代わりに物を乗せた場合は、一時的に在床、体動の判定がなされるが、人体Ｍのような心臓の活動や呼吸活動により伝搬される低レベルの振動が現れないので物を置いた状態として、人体Ｍの不在の判定がなされる。
判定手段が人の在床を判定すると、脱臭手段及び暖房手段の運転を開始する。この運転動作は人の不在が判定されると停止する。
なお、暖房手段は、ヒータ１７の温度制御を司るものである。
【００４０】
また、平滑化手段からは、人体Ｍが安静状態で着座している場合は心臓の活動により伝搬される微小信号が出力される。この信号を基に心拍数演算手段４２は心拍数を演算出力する。演算結果は、外部モニタである表示手段４３により表示される。なお、制御ユニット４０は、図６に示すように、心拍数演算手段４２の出力信号と予め定められた設定値とを比較する比較手段４４と、比較手段４４の出力により警報を発生する警報発生手段４５とを装備していて、心拍数が設定値以上になったときに警報を発生することができる。特に、排便時にいきむと心拍数が上昇して、脳溢血の発生に至る虞があるが、制御ユニット４０は発病を予見して、健康管理に寄与することができる。このとき、制御ユニット４０が、例えば、病院内等においてネット接続されていれば、病院内で使用されている便座装置１０を一括して集中監視することができるばかりか、直接診察できないようなトイレ内の様子も常時監視することができる。
また、表示手段４３への信号は、有線手段や無線手段による通信手段を介して電送することができる。
【００４１】
上記した便座装置１０によれば、圧電センサ１４は、振動の加速度に応じた電気信号を確実に制御ユニット４０に供給して、人体の僅かな動きも容易に検出して高い信頼性を得ることができる。また、圧電センサ１４は、可撓性があって衝撃が加わりつづけても壊れ難く、また、人と物との区別を容易にする検出信号を出力するため、着座等の検出を確実にすることができる。
【００４２】
また、便座装置１０によれば、突起部２９が基底板１３の底板１９から突出して圧電センサ１４に当接可能に設けられているので、圧電センサ１４は人体からの僅かな振動にも反応して、振動の加速度に応じた電気信号を確実に出力することができる。
【００４３】
また、衝撃吸収用のパッド２６は、従来品に僅かな形状変更を加えるだけで、押圧手段としても適用可能なため、大きな設備投資を実施することなく生産することができる。
なお、上記の実施の形態では、圧電センサ１４からの出力信号を平滑化して在・不在や心拍数等を判定したが、圧電センサ１４の出力信号を必要に応じて増幅した後、マイコン等によりＡＤ変換してデジタルデータとし、このデジタルデータをマイコン内で移動平均した値に基づいて在・不在を判定したり、前記のデジタルデータの自己相関係数を演算して心拍数等を求める構成としても良い。
【００４４】
次に、本発明に係る便座装置の第２の実施の形態を図８に基づいて詳細に説明する。
図８は、本発明に係る便座装置の第２の実施の形態を示す要部断面図である。なお、この第２の実施の形態以降の各実施の形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有するものについては、同一符号または相当符号を付することにより、説明を簡略化あるいは省略する。
【００４５】
この実施の形態の便座装置６０は、図８に示すように、コード状の圧電センサ１４が、ホルダ６１によって、基底板１３の底板１９より上方に若干離間した状態で支持されており、基底板１３の底板１９上には、押圧手段である突起６２が、圧電センサ１４に対し当接可能に突設されている。
【００４６】
上記構成においても、便座装置６０は、人体Ｍが着座すると、基底板１３が便器本体５２からの押圧力を受けて上蓋１２側に撓み、これと同時に、突起６２が圧電センサ１４に当接して、図８に二点鎖線で示すように、圧電センサ１４を変形させる。
【００４７】
この場合、図８において破線で示すように、押圧手段である突起６３を基底板１３に代えて上蓋１２の天板１６に配置することもできる。その結果、上蓋１２上に人体Ｍが着座すると、上蓋１２側に近づく圧電センサ１４に対し、上蓋１２の幾分かの変形によって基底板１３側に押し下げられる突起６３が強く接触して、圧電センサ１４から電気信号がより確実に出力されることになる。
【００４８】
なお、上記の実施の形態では、突起６２，６３が上蓋１２若しくは基底板１３に配置されるとしたが、各突起６２，６３をコード状の圧電センサ１４の長手方向に沿って上蓋１２及び基底板１３のそれぞれに交互に配置した構成するとことで、圧電センサ１４の変形を増大させて、圧電センサ１４の出力を更に確実することもできる。
【００４９】
次に、本発明に係る便座装置の第３の実施の形態を図９に基づいて詳細に説明する。
図９は本発明に係る便座装置の第３の実施の形態を示す一部破断斜視図である。
この実施の形態の便座装置７０では、図９に示すように、上蓋１２の外面に凹状の周溝７１が形成されており、この周溝７１内には、内部にコード状の圧電センサ１４を収容配置した弾性体７２が嵌入されている。すなわち、この弾性体７２は、人体の着座によって変形して圧電センサ１４を撓ませる押圧手段として作用する。
【００５０】
このように構成することにより、弾性体７２が、人体に直接接触して圧電センサ１４を容易に撓ませる押圧手段となるので、圧電センサ１４は人体の僅かな動きも敏感に検出して、電気信号を一層確実に出力できる。
なお、弾性体７２は、上蓋１２と異なる色彩にすれば、デザイン的に美的感覚を向上させることもできる。
【００５１】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、変形，改良等は適宜可能である。また、前述した各実施の形態における各構成要素の材質，形状，配置形態等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されるものではない。
【００５２】
例えば、圧電センサを、ヒータの設置面と異なる基底板側に設置する構成としたが、各実施の形態で用いられる圧電センサは既述したとおり耐熱性を有しているので、ヒータと同一面に配置することもできる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る便座装置によれば、コード状の圧電センサは、押圧手段が設定されていることにより、着座等により印加される振動を確実に検出して、振動の加速度に応じた大きさの電気信号を出力することができる。しかも、圧電センサは、可撓性があって配置が容易であると共に、衝撃が加わりつづけても壊れ難く、また、人と物との区別を確実にする電気信号を出力することができて、高い信頼性を伴う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態による便座装置の分解斜視図である。
【図２】図１の便座装置に用いられるコード状の圧電センサの外観斜視図である。
【図３】図１に示す便座装置が適用された便器の全体斜視図である。
【図４】図１の便座装置の要部断面図である。
【図５】図３に示す便器の使用状態の側面図である。
【図６】図１の便座装置における制御ユニットのブロック構成図である。
【図７】便座装置におけるセンサ出力と動作とのタイムチャートである。
【図８】本発明に係る第２の実施の形態による便座装置の要部断面図である。
【図９】本発明に係る第３の実施の形態による便座装置の一部破断斜視図である。
【図１０】従来の便座装置の外観斜視図である。
【符号の説明】
１０，６０，７０ 便座装置
１１ ケース
１２ 上蓋
１３ 基底板
１４ コード状の圧電センサ
２６ パッド（押圧手段）
２８ 透孔
２９ 突起部（押圧手段）
４３ 表示手段（外部モニタ）
５２ 便器本体
６２，６３ 突起（押圧手段）
７１ 周溝
７２ 弾性体

Claims (9)

1. 上蓋及び基底板からなるケースに感圧センサを配置した便座装置であって、
   前記感圧センサが、コード状の圧電センサであることを特徴とする便座装置。
2. 前記コード状の圧電センサが、振動を印加されると該振動の加速度に応じた電気信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の便座装置。
3. 前記コード状の圧電センサを前記上蓋及び基底板の一方に取り付けると共に、着座すると前記センサに当接し出力を生じさせる押圧手段を前記ケースに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の便座装置。
4. 前記押圧手段は、前記ケース内に配置した前記コード状の圧電センサに対し、前記ケース内面から突出した突起であることを特徴とする請求項３に記載の便座装置。
5. 前記突起は、前記基底板の下面に取り付けられ便器本体の上面に弾接する衝撃吸収用のパッドとし、前記パッドが前記基底板の透孔を貫通して前記コード状の圧電センサに当接可能に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の便座装置。
6. 前記コード状の圧電センサを前記ケース内面より離間状態に支持し、前記突起をケーブル長手方向に沿って前記上蓋及び基底板に交互に配置したことを特徴とする請求項４記載の便座装置。
7. 前記上蓋の外面に周溝を凹設し、前記押圧手段を前記周溝内に嵌入される弾性体で形成すると共に、前記コード状の圧電センサを前記弾性体内に収容配置したことを特徴とする請求項３記載の便座装置。
8. 前記電気信号は、洗浄手段の温水温度、水圧、便座内のヒータ温度の制御、あるいは、心拍数等の検出に用いられることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の便座装置。
9. 前記電気信号は、通信手段を介して外部モニタに出力されて用いられることを特徴とする請求項８記載の便座装置。

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