JP2009261755A - 便座装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アースに接地された金属性の便座において人体による静電容量を検出して、着座を検出できる便座装置を提供することを目的とする。
【解決手段】金属材料を含む着座面４１０を有する便座４００と、前記着座面４１０の近傍に配置された静電容量検出電極３４２とを備え、前記金属材料を含む着座面４１０を基準電位に規定のインピーダンスで接続し、前記基準電位と前記静電容量検出電極の静電容量の変化に応じて、人体の着座を検出する着座検出部３４０を備えたことにより、基準電位に接続された便座と静電容量検出電極の間に、人体が存在する場合とない場合で、変化する静電容量を検知することにより、便座４００に着座している使用者を検出することができるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、便座装置の着座検知に関する。

従来、この種の便座装置としては、人体の局部を洗浄する洗浄機能を備えた衛生洗浄装置においては、人体に不快感を与えないようにするために、例えば、洗浄に用いる洗浄水を適切な温度に調整する加熱装置や、人体との接触部である便座の温度を適切な温度に調整する機能を有する装置が案出されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の衛生洗浄装置においては、マグネシウム合金により形成された上部便座ケーシングの内部にヒータが設けられている。ヒータは、芯線、芯線に巻回される発熱線、ならびに芯線および発熱線を覆う被覆チューブにより構成される。発熱線の両端部に電源回路が接続されている。

このような構成において、電源回路から発熱線に電圧が印加されることにより発熱線が発熱する。そして、その熱が上部便座ケーシングに伝達される。それにより、上部便座ケーシングの温度が上昇し、使用者は快適に便座に着座することができる。

また、局部の洗浄機能等の制御に用いる着座検出方法として、静電気の電極を便座内部に配置した便座用着座検出装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２記載の便座用着座検出装置においては、着座面に近接して便座内に敷設された便座加熱用の発熱体と、発熱体に対して電気絶縁された金属伝熱板と、金属伝熱板に対して電気絶縁された着座検出用の検出電極板と、検出電極板を一方の電極とする静電容量変化を検出して着座面への着座を検出する回路部とを備えている。

このような構成において、検出電極板に高周波電圧を印加してこの検出電極板と大地との間の静電容量変化を電気的に検出することにより、着座が検出される。
特開２００３−３１０４８５号公報 特許第３８９６６２９号公報

ところで、上記のような従来の衛生洗浄装置において、特許文献１に記載のような、マグネシウム合金により形成された上部便座ケーシングと、特許文献２に記載のような検知電極板による静電容量検知を組み合わせた場合に、便座が人体に接する金属部であるために、アースに接地されてしまい、便座内部に配置された検知電極板では人体と検知電極板の間にアース接続された便座が介在するために、人体の有無での静電容量変化がなくなってしまい、静電容量の変化による着座の検出はできなくなってしまう。

本発明の目的は、アースに接地された金属性の便座と組み合わせても人体による静電容量を検出して、着座を検出できる便座装置を提供することである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の便座装置は、金属材料を含む着座面を有する便座と、前記着座面の近傍に配置された静電容量検出電極とを備え、前記金属材料を含む着座面を基準電位に規定のインピーダンスで接続し、前記基準電位と前記静電容量検出
電極の静電容量の変化に応じて、人体の着座を検出する着座検出部を備えた構成としたものである。

これによって、基準電位に接続された便座と静電容量検出電極の間に、人体が存在する場合とない場合で、変化する静電容量を検知することにより、便座に着座している使用者を検出することができるものである。

本発明の便座装置は、金属材料を含む着座面を有する便座に加え、静電容量検出電極を追加することにより、簡単な構成で人体の着座を検出することができる。

第１の発明は、金属材料を含む着座面を有する便座と、前記着座面の近傍に配置された静電容量検出電極とを備え、前記金属材料を含む着座面を基準電位に規定のインピーダンスで接続し、前記基準電位と前記静電容量検出電極の静電容量の変化に応じて、人体の着座を検出する着座検出部を備えたことにより、基準電位に接続された便座と静電容量検出電極の間に、人体が存在する場合とない場合で、変化する静電容量を検知することにより、便座に着座している使用者を検出することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、便座を回動自在に枢支する本体部を設け、静電容量検出電極を前記本体に設置することにより、便座に使用者が着座した場合、使用者の身体後部が、便座の着座面と本体に設置した静電容量電極間に介在することとなり、着座面と静電容量電極間の静電容量が変化することで、着座を検出することができる。

第３の発明は、特に第１の発明において、静電容量検出電極を便座の外周部に設置したことにより、便座に使用者が着座した場合、使用者の臀部および大腿部が、便座の着座面と便座の外周部に設置した静電容量電極間に介在することとなり、着座面と静電容量電極間の静電容量が変化することで、着座を検出することができる。

第４の発明は、特に第１の発明において、静電容量検出電極を便座の内周部に設置したことにより、便座に使用者が着座した場合、使用者の臀部および大腿部が、便座の着座面と便座の外周部に設置した静電容量電極間に介在することとなり、着座面と静電容量電極間の静電容量が変化することで、着座を検出することができる。

第５の発明は、特に第１〜第４のいずれか１つの発明において、着座検出部の静電容量検出電極の出力の閾値として２値を設定し、一方の値を便座に近づいた人体の検出に使用し、他方の値を着座の検出に使用することにより、一方の閾値で便座装置を使用するためにトイレルームに入室した使用者検出し、他方の閾値で便座へ着座した使用者を検出することが可能となるので、人体の接近と着座を検出を１つの電極で検出することができるので、シンプルで低コストな便座装置を提供することができる。

第６の発明は、便座の開閉による静電容量検出電極と便座間の距離の変化よる基準電位と静電容量検出電極間の静電容量変化を検出する着座検出部を備えたことにより、便座の開閉と着座および非着座の状態を１つの静電容量検出電極で検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、温水洗浄便座装置１００の構成を示す模式図である。温水洗浄便座装置１００
は、本体部２００、便座部４００を備える。

図１に示すように、本体部２００は、例えばマイクロコンピュータからなる制御部２１０、便座の温度を測定する温度測定部４０１、便座ヒータを駆動するヒータ駆動部４０２、設定や異常を表示する表示部２２０、使用者が便座の設定等を変更時に操作する操作部２３０、制御部等の回路のために、商用電源２４０から定電圧直流電圧を生成する制御電源部２５０、水道にホース等で接続された止水電磁弁３１０、水を加熱し温水にする湯ヒータ３２０、おしりやビデの洗浄をおこなう局部洗浄ノズル３３０、人体の着座を検出する着座検出部３４０を含む。

制御電源部２５０で生成される定電圧のマイナス側が基準電位であり、制御電源部内で基準電位は商用電源２４０の片側と規定のインピーダンスＣ０にて接続されている。さらに、商用電源２４０と温水洗浄便座の内部アースは規定のインピーダンスＣＹをもつコンデンサにより接続されている。

また、便座部４００は便座ヒータ４５０およびサーミスタ４０１ａを備える。温度測定部４０１は、サーミスタ４０１ａから出力される温度信号に基づいて、便座温度を電圧へ変換し制御部２１０へ入力する。

制御部２１０は、あらかじめ設定され記憶した便座設定温度や、操作部２３０からの入力に応じて、通電率切替信号をヒータ駆動部４０２へ入力したり、便座設定温度等を表示部２２０に表示したりする。ヒータ駆動部４０２は通電率切替信号に応じて、商用電源２４０からの電流を制御して、便座ヒータ４５０への通電を制御する。

図２は便座部４００の分解斜視図である。

図２に示すように、便座部４００は、着座面を形成する主としてアルミニウムにより形成された略楕円形状の上部便座ケーシング４１０の内面側に、略馬蹄形状の便座ヒータ４５０を貼り付け、さらにサーミスタ４０１ａを貼り付けた構造であり、合成樹脂により形成された略楕円形状の下部便座ケーシング４２０を備える。

図３は、上部便座ケーシング４１０に便座ヒータ４５０を貼り付け下側から見た図であり、図４（ａ）は図３のＡＡ断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ部拡大図である。

以下、着座した使用者から見て前方側を便座部４００の前部とし、着座した使用者から見て後方側を便座部４００の後部とする。

図２および図３に示すように、便座ヒータ４５０は、前部の一部が切り取られた略馬蹄状に形成される。なお、便座ヒータ４５０は、略楕円形状を有してもよい。便座ヒータ４５０は、例えばアルミニウムからなる金属箔４５１、４５３の間に線状ヒータ４６０を挟み込んだ構成である。

線状ヒータ４６０は、上部便座ケーシング４１０の形状に合わせて蛇行形状に配設される。線状ヒータ４６０の間隔は５ｍｍ程度である。

線状ヒータ４６０のヒータ始端部４６０ａおよびヒータ終端部４６０ｂは、便座部４００の後部の一方側から引き出されるリード線４７０にそれぞれ接続される。

さらに、図３に示すように、蛇行形状の線状ヒータ４６０の経路中に熱応力緩衝部とな
る複数の折曲部が設けられる。

さらに、図４に示すように、着座面を形成する上部便座ケーシング４１０は、例えば厚さ１ｍｍのアルミニウム板４１３により形成される。アルミニウム板４１３の上面には、表面化粧層４１１が形成される。また、アルミニウム板４１３の下面には、塗装膜４１４が形成される。塗装膜４１４は、例えば膜厚４０μｍおよび１５０℃の耐熱性を有するポリエステル粉体塗装膜であり、電気用品技術基準である１０００Ｖで１分間以上の電気絶縁耐圧性能を十分確保することができる。

なお、アルミニウム板４１３の代わりに、銅板、ステンレス板、アルミニウムめっき鋼板および亜鉛アルミニウムめっき鋼板のうちいずれかまたは複数を用いてもよい。

塗装膜４１４の下面に粘着層４５２ａを介して例えばアルミニウムからなる金属箔４５１が貼着される。金属箔４５１の膜厚は、例えば５０μｍである。金属箔４５１はＰＥＴ層４９５ａ２５μｍ、アルミ箔層４５１ａ２５μｍからなりＰＥＴ層４５１ａで強度を増す構造としている。

線状ヒータ４６０は、断面円形の発熱線４６３ａ、エナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２により構成される。断面円形の発熱線４６３ａの外周面がエナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２で順に被覆される。発熱線４６３ａおよびエナメル層４６３ｂによりエナメル線４６３が構成される。

発熱線４６３ａは、例えば０．１６〜０．２５ｍｍの直径を有し、銅または銅合金からなる。本例では、発熱線４６３ａとして、直径０．１７６ｍｍの４％Ａｇ−Ｃｕ合金からなる高抗張力型ヒータ線が用いられる。抵抗値は０．８３３Ω／ｍである。

エナメル層４６３ｂは、例えば１８０〜３００℃の耐熱性を有するポリエステルイミド（ＰＥＩ）からなる。エナメル層４６３ｂの膜厚は、２０μｍ以下であり、本例では１２〜１３μｍである。また、エナメル層４６３ｂの材料として、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）を用いてもよい。

絶縁被覆層４６２は、例えば２６０℃の耐熱性を有するパーフロロアルコキシ混合物（以下ＰＦＡと称する）等のフッ素樹脂からなる。絶縁被覆層４６２の厚みは、例えば０．１〜０．１５ｍｍである。ＰＦＡからなる絶縁被覆層４６２の形成は、押出し加工により行うことができる。 なお、絶縁被覆層４６２の材料として、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）を用いてもよい。

線状ヒータ４６０の外径は、例えば０．４６〜０．５０ｍｍである。線状ヒータ４６０の電力密度は、例えば０．９５Ｗ／ｃｍ^２である。

線状ヒータ４６０は、粘着層４５２ｂおよび例えばアルミニウムからなる金属箔４５３で覆うように金属箔４５１に取り付けられる。金属箔４５３の膜厚は、例えば５０μｍである。金属箔４５３はＰＥＴ層４９５ｂ２５μｍ、アルミ箔層４５３ａ２５μｍからなりＰＥＴ層４９５ｂで強度を増す構造としている。

また、金属箔４５３と金属箔４５１を貼り付けた端面全周をコーティング材４９０でコーティングすることで、便座の内面側はＰＥＴ層４９５ｂとコーティング材で充電部を覆うことができ、便座内部に水が入った場合でも、漏電等が起こらない構造となる。

図５は温水洗浄便座装置１００の外観図であり、図５は使用者５００が便座部４００に
着座した状態の図５に示す点線Ｃでの断面を示す模式図である。

本体ケースは合成樹脂により形成された上ケーシング２０１を備える。上ケーシング２０１の使用者の背面に近接する位置の内側に着座検出部３４０の検出電極３４２が配置されている。検出電極３４２の材質は銅やアルミなどの導電性の物質からなり、形状は4平方センチメートル以上の面積をもったシート形状である。検出電極３４２は上ケーシング２０１内面には、振動等で外れないように、粘着テープやビスによって固定される。

上部便座ケーシング４１０は、人体に接する着座面を形成する金属部であるため、大地に接続される。便座装置の内部アースが大地に接続されている場合は、大地と商用電源の片側は同電位であるため、ＣＹはショートしていることになり、便座４００の上部便座ケーシング４１０は基準電位と規定のインピーダンスＣ０で接続されている。また、家庭内での工事の状況によっては大地に接続されない場合には、便座４００の上部便座ケーシング４１０は基準電位と規定のインピーダンスＣ０＋ＣＹで接続されている。

以上のように構成された衛生洗浄便座について、以下その動作、作用を説明する。

内部アースが大地に接続されている場合は、着座検出回路３４１は非着座時にあらかじめ合成の静電容量１／（１／ＣＸ＋１／Ｃ０）を測定する。つぎに、使用者が便座部４００に着座すると、空気は人体の誘電率にくらべて非常に小さいので、空気と人体の誘電率の差によって検出電極３４２と上部便座ケーシング４１０間の寄生容量ＣＸはΔＣＸ増加し、着座検出回路３４１で測定される合成の静電容量は１／（１／（ＣＸ＋ΔＣＸ）＋１／Ｃ０）に増加する。この変化を検出して、着座と判断し、着座検出回路３４１は制御部２１０に着座信号を送る。

内部アースが大地に接続されていない場合、着座検出回路３４１はあらかじめ、非着座時の静電容量１／（１／ＣＸ＋１／Ｃ０＋１／ＣＹ）を測定する。つぎに、使用者が便座部４００に着座すると、空気は人体の誘電率にくらべて非常に小さいので、空気と人体の誘電率の差によって検出電極３４２と上部便座ケーシング４１０間の寄生容量ＣＸはΔＣＸ増加し、着座検出回路３４１で測定される合成の静電容量は１／（１／（ＣＸ＋ΔＣＸ）＋１／Ｃ０＋１／ＣＹ）に増加する。この変化を検出して、着座と判断し、着座検出回路３４１は制御部２１０に着座信号を送る。

制御部２１０は着座信号がきた場合にのみ、着座状態で使用する機能の操作が実行できるようにする。例えば、着座した使用者が局部洗浄の操作を行うと、操作部２３０への入力信号により、止水電磁弁３１０を開き局部洗浄のノズル３３０を動かして、局部洗浄を行う。着座信号がない場合は、操作部２３０へ入力信号があっても、局部洗浄を行わず、使用者が座っていないことで、洗浄水が便器外へ飛び出ることを防止することができる。また、洗浄中に使用者が急に立ち上がった場合も、寄生容量の変化によって着座検出回路３４１は脱座を判定し、制御部２１０は局部洗浄を停止して、洗浄水が便器外へ飛び出ることを防止することができる。

このようにして、アルミ等の金属性の便座と組み合わせた場合でも、静電容量を検出することによって、高精度に人体の着座を検出することができる。

なお、本実施の形態においては、人体の局部を洗浄する局部洗浄ノズル等の洗浄機能を備えた温水洗浄便座装置について説明したが、前記洗浄機能は本発明の必須要素ではなく、洗浄機能を備えない便座装置であってもよい。

（実施の形態２）
図７は、本発明の第２の実施の形態の温水洗浄便座装置１００の構成を示す模式図であり、図８は便座部４００部の分解斜視図である。実施の形態１と同じ部位については、説明を省略する。

図７に示すように、本体部２００は、制御部２１０、温度測定部４０１、ヒータ駆動部４０２、表示部２２０、操作部２３０、制御電源部２５０、止水電磁弁３１０、湯ヒータ３２０、局部洗浄ノズル３３０、着座検出部３４０を含む。

また、便座部４００は便座ヒータ４５０およびサーミスタ４０１ａと、検出電極３４３を備える。

図８に示すように、便座部４００は、主としてアルミニウムにより形成された略楕円形状の上部便座ケーシング４１０の内面側に、略馬蹄形状の便座ヒータ４５０を貼り付け、さらにサーミスタ４０１ａを貼り付けた構造であり、合成樹脂により形成された略楕円形状の下部便座ケーシング４２０を備える。そして、下部便座ケーシング４２０の外周の内側に検出電極３４３が配置されている。

図９は使用者５００が便座部４００に着座した状態の図８に示す点線Ｄでの断面を示す模式図である。使用者が便座に着座すると空気と人体の誘電率の差によって増加する検出電極３４３と基準電位に接続された上部便座ケーシング４１０間の寄生容量を着座検出部３４０は測定する。着座検出部３４０はその値よって着座したかどうかを判定し、制御部２１０に着座信号を送る。制御部２１０は着座信号がきた場合にのみ、操作部２１０への入力信号により、止水電磁弁３１０を開き局部洗浄ノズル３３０を動かして、局部洗浄を行う。着座信号がない場合は、操作部２３０へ入力信号があっても、局部洗浄を行わず、使用者が座っていないことで、洗浄水が便器外へ飛び出ることを防止することができる。また、洗浄中に使用者が急に立ち上がった場合も、寄生容量ＣＸの変化によって着座検出部３４０は脱座を判定し、制御部２１０は局部洗浄を停止して、洗浄水が便器外へ飛び出ることを防止することができる。

便座の外周部に検出電極３４３を設けることにより、小柄な人が便座の前側に座った場合などでも、使用者の大腿部は便座の外周部のどこかに近接するため、確実に着座を検出することができる。

このようにして、アルミ等の金属性の便座と組み合わせた場合でも、静電容量を検出することによって、高精度に人体の着座を検出することができる。

なお、上記本実施の形態においては、検出電極を下部便座ケーシング４２０の外周の内側に配置したが、これに限るものではなく内周等の別の位置に配置することも可能である。

図１０は検出電極を下部便座ケーシング４２０内周に配置した状態を示す模式図であり、図１１は分解斜視図を示し、図１２は図１１の点線Ｅでの断面を示す模式図である。

検出電極３４３を下部便座ケーシング４２０の内周の内側にも配置することで、使用者の足が浮き上がって外側の検出電極での測定が難しくなっても、内側の検出電極３４３で着座が検出でき、着座の検出が確実になる。

また、本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、人体の局部を洗浄する局部洗浄ノズル等の洗浄機能を備えた温水洗浄便座装置について説明したが、前記洗浄機能は本発明の必須要素ではなく、洗浄機能を備えない便座装置であってもよい。

（実施の形態３）
図１３、図１４、図１５は、本発明の第３の実施の形態の温水洗浄便座装置１００の構成を示す模式図である。実施の形態１および２と同じ部位については、説明を省略する。使用者５００が便座に着座した場合が図１３、使用者５００が離れている場合が図１４、使用者５００が温水洗浄便座に近づいた場合が図１５である。

便座４１０と検出電極３４２間の静電容量ＣＸは便座と検出電極３４２の間に存在する空気と人体の誘電率の差に応じて変化し、誘電率が大きいほど寄生容量ＣＸは大きくなる。空気の誘電率は人体と比較して非常に小さいので、寄生容量ＣＸは図１４の非着座状態、図１５の使用者が近づいた状態、図１３の着座状態の順に増大する。３つ状態の間に閾値をもうけることで着座検出回路３４１は非着座、人体検知、着座状態を判定することができる。

このようにして、検出の判定値を人体の接近と着座の２値による判定とすることにより、人体が近接した場合の静電容量変化も検出することができ、使用者５００が温水洗浄便座に近づいてきたことを検出することができる。そのため、人体が接近したときだけ、例えば、便座の通電を開始して便座を暖めることで、電気代を大幅に節約することができる。

本実施の形態においては、実施の形態１および２と同様に、人体の局部を洗浄する局部洗浄ノズル等の洗浄機能を備えた温水洗浄便座装置について説明するが、前記洗浄機能は本発明の必須要素ではなく、洗浄機能を備えない便座装置であってもよい。

（実施の形態４）
図１６、図１７は、本発明の第４の実施の形態の温水洗浄便座装置１００の構成を示す構成図である。実施の形態１〜３と同じ部位については、説明を省略する。便座が閉じた場合が図１６、便座が開いた場合が図１７である。便座が開くと便座と検出電極３４２の距離が変化することにより、寄生容量ＣＸが変化する。寄生容量ＣＸは距離に反比例するので、図１７では、便座が開くと便座と検出電極が離れるために、便座と検出電極間の寄生容量ＣＸは小さくなる。着座検出回路３４１は非着座状態よりもＣＸが小さくなることを検出し、便座が開いたことを検出することができる。

このようにして、便座の開状態を検出し、そのときの暖房便座への通電を遮断することにより、電気代を大幅に節約することができる。

なお、本実施の形態においては、実施の形態１〜３と同様に、人体の局部を洗浄する局部洗浄ノズル等の洗浄機能を備えた温水洗浄便座装置について説明したが、前記洗浄機能は本発明の必須要素ではなく、洗浄機能を備えない便座装置であってもよい。

本発明は、着座した人体を検出することができるので、着座状態で使用する暖房器具等の用途に適用することができる。

本発明の実施の形態１における温水洗浄便座装置の模式図 本発明の実施の形態１における便座部の分解斜視図 本発明の実施の形態１における上部便座ケーシングの下面図 （ａ）は図３のＡＡ断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図 本発明の実施の形態１における温水洗浄便座の外観図 図５のＣ部の断面を示す模式図 本発明の実施の形態２における温水洗浄便座装置の模式図 本発明の実施の形態２における便座の分解斜視図 図８のＤ部の断面を示す模式図 本発明の実施の形態２における温水洗浄便座装置の模式図 本発明の実施の形態２における便座の分解斜視図 図１１のＥ部の断面を示す模式図 本発明の実施の形態３における着座状態を示す模式図 本発明の実施の形態３における非着座状態を示す模式図 本発明の実施の形態３における人体検知状態を示す模式図 本発明の実施の形態４における便座閉時を示す模式図 本発明の実施の形態４における便座開時を示す模式図

符号の説明

１００ 温水洗浄便座装置（便座装置）
２００ 本体部
３４０ 着座検出部
３４２、３４３ 検出電極（静電容量検出電極）
４００ 便座部（便座）
４１０ 上部便座ケーシング（着座面）

Claims (6)

1. 金属材料を含む着座面を有する便座と、前記着座面の近傍に配置された静電容量検出電極とを備え、前記金属材料を含む着座面を基準電位に規定のインピーダンスで接続し、前記基準電位と前記静電容量検出電極の静電容量の変化に応じて、人体の着座を検出する着座検出部を備えたことを特徴とする便座装置。
2. 便座を回動自在に枢支する本体部を設け、静電容量検出電極を前記本体に設置した請求項１に記載の便座装置。
3. 静電容量検出電極を便座の外周部に設置した請求項１に記載の便座装置。
4. 着座面を有し金属材料を含む便座と、静電容量検出電極を便座の内周部に設置した請求項１に記載の便座装置。
5. 前記着座検出部は基準電位と静電容量検出電極間の静電容量変化の閾値として２値を設定し、一方の値を便座に近づいた人体の検出に使用し、他方の値を着座の検出に使用する請求項１から４のいずれか１項に記載の便座装置。
6. 便座の開閉による静電容量検出電極と便座の着座面との距離の変化よる基準電位と静電容量検出電極間の静電容量の変化により、前記便座の開閉も検出する着座検出部を備えた請求項２に記載の便座装置。