JP2010175205A

JP2010175205A - 空調制御装置

Info

Publication number: JP2010175205A
Application number: JP2009020712A
Authority: JP
Inventors: Akira Terasawa; 章寺澤; Takahiro Kurihara; 崇浩栗原; Masakazu Yamamoto; 雅一山本; Matsuki Yamamoto; 松樹山本
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: WO2010087386A1; TW201033550A; JP5237845B2

Abstract

【課題】空調機の運転コストを低減するとともに就寝者の体調への影響を少なくすることのできる空調制御装置を提供する。
【解決手段】ベッド台ＡとマットレスＢとの間に配設されて就寝者Ｃの心拍及び呼吸、体動に起因する振動に応じて電気信号を出力する振動センサ部１と、就寝者Ｃの頭部近傍に配設されて気温を検出する温度センサ部２と、振動センサ部１の出力信号から就寝者Ｃの体動による振動成分を抽出して就寝者Ｃの寝返り頻度を算出する生体情報検出部３と、就寝者Ｃの操作に応じて寝返り頻度閾値Ｆｔｈ及び温度閾値Ｔｔｈを設定する閾値設定部４と、検出された寝返り頻度と気温とが何れとも閾値設定部４で設定された閾値を超えるときに就寝者Ｃが寝苦しい状態にあると判定する寝苦しさ判定部５と、空調機Ｄが動作していない状態において寝苦しさ判定部５で寝苦しいと判定すると空調機Ｄを動作させる空調制御部６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、就寝時において空調機を制御する空調制御装置に関する。

従来、就寝中の空調機による冷暖房は、タイマを用いて空調機の運転の入／切を行う、或いは就寝中の運転制御、即ち、空調機の運転時間にしたがって冷暖房時の設定温度を調整するものであった。上記の場合、例えば夏場の睡眠では、起床時間まで空調機を動作させておくと明け方に寒さで目覚めたり、起床時に身体が重くなる等の状況が起こり得るので、就寝時に空調機の動作を停止させるか、或いはタイマにより空調機を一定時間後に停止させる場合が多い。しかし、夏場では空調機が停止してから直ぐに室温が上がるため、夜間に中途覚醒してしまう虞がある。また、中途覚醒した際に空調機を再び動作させ、一定時間後に切るようにタイマで再設定して再入眠した場合でも、やはり空調機の動作停止後に再度中途覚醒してしまい、結果寝不足になるという問題が起こり得る。

上記の問題を解決するために、例えば特許文献１記載の空調装置や特許文献２記載の就寝装置では、就寝者の寝返り等の体動を検出する手段を別途設け、当該手段によって就寝者の体動を検出すると就寝者が寝苦しいと判断して空調機を制御し、室温を調整している。

特開平６−１３７６３８号公報特許第２８１１９７７号公報

しかしながら、上記従来例では、一晩中空調機を動作状態にしておく必要があるため、空調機の運転コストが高くなるという問題があった。また、室温が就寝者にとって適温に調整されたとしても、一晩中空調機が動作しているために就寝者の体調に少なからず影響を与える虞があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、空調機の運転コストを低減するとともに就寝者の体調への影響を少なくすることのできる空調制御装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、マットレスとベッド台との間に設置されて就寝者の体動に起因する振動に応じて電気信号を出力する振動センサ部と、振動センサ部の出力信号から就寝者の体動の周波数帯域の振動成分を抽出するとともに当該振動成分から就寝者の寝返り頻度を検出する生体情報検出部と、就寝者の頭部近傍に設置されて設置された環境の気温を検出する温度センサ部と、就寝者の操作に応じて寝返り頻度の閾値及び気温の閾値を設定する閾値設定部と、検出された寝返り頻度と室温とが何れとも閾値設定部で設定された閾値を超えるときに就寝者が寝苦しい状態にあると判定する寝苦しさ判定部と、空調機の動作を制御する空調制御部とを備え、空調制御部は、空調機が動作していない状態において寝苦しさ判定部で寝苦しいと判定すると空調機を動作させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、空調制御部は、空調機の動作時間を計時するタイマ機能を有し、空調機を動作させてから一定時間が経過すると空調機の動作を停止させることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、閾値設定部は、就寝者の操作に応じて空調機の動作を停止させるための気温及び寝返り頻度の停止用閾値をそれぞれ設定する機能を有し、空調制御部は、空調機が動作している状態において検出された気温又は寝返り頻度が少なくとも何れか一方の停止用閾値を下回ると空調機の動作を停止させることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、閾値設定部は、就寝者の操作に応じて前記気温の閾値よりも高い気温の強制動作用閾値を設定する機能を有し、空調制御部は、空調機が動作していない状態において検出された気温が強制動作用閾値を超えると空調機を強制的に動作させることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１項の発明において、生体情報検出部は、振動センサ部の出力信号から就寝者の心拍の周波数帯域の振動成分を抽出するものであって、生体情報検出部で得られた心拍の周波数を解析することで自律神経の指標を検出するとともに当該指標から就寝者の睡眠状態を推定する睡眠状態推定部を備え、寝苦しさ判定部は、空調機が動作していない状態において検出された気温が空調機が停止していた時よりも上昇していて且つ睡眠状態推定部が就寝者が浅い睡眠状態であると推定すると寝苦しいと判定することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、空調制御部は、空調機が動作している状態において睡眠状態推定部が就寝者の浅い睡眠状態から深い睡眠状態への移行を推定すると空調機の動作を停止させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、就寝者が寝苦しいと判定した場合のみ空調機を動作させるので、従来例のように一晩中空調機を動作させることがなく、したがって空調機の運転コストを低減することができる。また、就寝者の体動だけではなく就寝者の頭部近傍の気温も併せて寝苦しさを判定するので、例えば室温が就寝者にとって適温であるにも関わらず体動が発生した事により寝苦しいと判定されて室温を調整されるといった就寝者の意図に反した空調制御が行われるのを防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、空調機が動作しても一定時間後には動作を停止することから一晩中空調機を動作させることがないので、就寝者の体調への影響を少なくすることができる。

請求項３の発明によれば、就寝者が希望する気温又は寝返り頻度に達すると空調機を自動的に停止するので、必要以上に空調機が動作して就寝者の睡眠環境を損なうのを防ぐことができる。

請求項４の発明によれば、就寝者が寝返りを打たない深い睡眠状態であって気温に対する感覚が鈍っている場合に、気温が上昇しすぎると空調機を強制的に動作させるので、気温が上昇し過ぎて中途覚醒してしまうのを防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、就寝者の睡眠状態に応じて空調機を制御するため、より就寝者の感覚に沿った空調制御を行うことができる。また、就寝者が体動を発生していない状態でも睡眠状態の推定結果に基づいて寝苦しさを判定することができるので、就寝者が寝返りを打つ前の状態でも空調機を制御することができる。

請求項６の発明によれば、就寝者の眠りが安定してから空調機の動作を停止させるので、空調機の動作を停止させる時点を境にして就寝者の睡眠環境が変化するために、その時の睡眠状態、特に睡眠が浅い場合に中途覚醒してしまうことを防ぐことができる。

本発明に係る空調制御装置の実施形態を示す全体概略図である。同上の寝苦しさ判定の説明図である。同上の睡眠状態推定部を示すブロック図である。

以下、本発明に係る空調制御装置の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、ベッド台Ａとベッド台Ａに載置されるマットレスＢとの間に配設されてマットレスＢ上の就寝者Ｃの心拍及び呼吸、体動に起因する振動に応じて電気信号を出力する振動センサ部１と、就寝者Ｃの頭部近傍に配設されて配設された環境の気温を検出する温度センサ部２と、振動センサ部１の出力信号から就寝者Ｃの体動による振動成分を抽出するとともに就寝者Ｃの寝返り頻度を算出する生体情報検出部３と、就寝者Ｃの操作に応じて寝返り頻度閾値Ｆｔｈ及び温度閾値Ｔｔｈを設定する閾値設定部４と、検出された寝返り頻度と気温とが何れとも閾値設定部４で設定された閾値を超えるときに就寝者Ｃが寝苦しい状態にあると判定する寝苦しさ判定部５と、寝室に配設されて寝室内の気温（室温）を調節する空調機Ｄの動作を制御する空調制御部６とから構成される。尚、空調機Ｄは、リモートコントロール機能を有し冷暖房運転可能なものであって周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

振動センサ部１は、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材料から成る圧電型素子から構成され、就寝者Ｃの心拍、呼吸、体動等による微小な生体振動に応じて発生する電荷を電気信号に変換して出力する。尚、発生した電気信号は増幅部（図示せず）に入力され、増幅部において所望の大きさまで増幅された後に生体情報検出部３に出力される。

温度センサ部２は、例えばニッケル、マンガン、コバルト、鉄などの酸化物を混合し焼結して成るサーミスタから構成され、温度変化に伴って変化する抵抗値に応じて気温を算出し、検出結果を寝苦しさ判定部５に出力する。ここで、温度センサ部２は就寝者Ｃの頭部近傍に配設されているので、検出される気温は就寝者Ｃが体感する温度に近いものとなる。

生体情報検出部３は、増幅部の出力信号から就寝者Ｃの体動による振動成分を抽出する。一般に、体動には決まった周波数帯域が存在せず、体動が発生すると広い周波数帯域成分を有する信号を観測できる。このため、生体情報検出部３では、１〜５００Ｈｚの広範囲の周波数帯域のバンドパスフィルタから体動による振動成分を抽出する。また、生体情報検出部３では、得られた体動による振動成分の出力値と所定の閾値とを比較することで寝返り頻度を算出する。ここで、寝返り頻度とは、１分間において就寝者Ｃの体動による振動成分の出力値が所定の閾値を超えている期間の割合を示す。例えば、１分間で体動による振動成分の出力値が所定の閾値を超えている期間が１５秒である場合には、寝返り頻度は２５％となる。このようにして、生体情報検出部３では寝返り頻度を分刻みで算出し、算出結果を寝苦しさ判定部５に出力する。

閾値設定部４は、例えば押釦等で構成されて就寝者Ｃの操作入力を受け付ける受付入力部（図示せず）を有し、就寝者Ｃの操作に応じて温度閾値Ｔｔｈと寝返り頻度閾値Ｆｔｈとを設定する。ここで、温度閾値Ｔｔｈとは、就寝者Ｃがこれ以上上昇すると寝苦しいと感じる温度、又はこれ以上下降すると寝苦しいと感じる温度である。また、寝返り頻度閾値Ｆｔｈは、就寝者Ｃ自身がどれくらい寝返りをしたら寝苦しいと判断して欲しいかを設定した値である。一般に、夏場では気温が２７度以上、寝返り頻度が５０％以上になると寝苦しいと判定できるとされているため、温度閾値Ｔｔｈを２７度、寝返り頻度閾値Ｆｔｈを５０％に設定するのが望ましい。しかしながら、寝苦しいと感じる気温や寝返り頻度には個人差があるので、就寝者Ｃに応じて閾値設定部４において温度閾値Ｔｔｈや寝返り頻度閾値Ｆｔｈを適宜変更しても構わない。

寝苦しさ判定部５は、生体情報検出部３で算出された寝返り頻度と閾値設定部４で設定された寝返り頻度閾値Ｆｔｈとを比較するとともに、温度センサ部２で検出された気温と閾値設定部４で設定された温度閾値Ｔｔｈとを比較する。そして、図２に示すように、検出された寝返り頻度と気温とが何れとも寝返り頻度閾値Ｆｔｈと温度閾値Ｔｔｈとを超えた場合に就寝者Ｃが寝苦しい状態にあると判定し、空調機Ｄを動作させるための動作信号を空調制御部６に送信する。

空調制御部６は、寝苦しさ判定部５からの動作信号を受信すると空調機Ｄを動作させるための制御信号を空調機Ｄに赤外線で送信する。そして、空調機Ｄは、当該制御信号を受信すると利用者の操作の有無に関わらず空調動作を開始する。尚、本実施形態では赤外線によって制御信号を空調機Ｄに送信しているが、例えばＪＥＭＡ（日本電機工業会）規格の有線信号で送信するように構成しても構わない。

上述のように、就寝者Ｃが寝苦しいと判定した場合のみ空調機Ｄを動作させるので、従来例のように一晩中空調機Ｄを動作させることがなく、したがって空調機Ｄの運転コストを低減することができる。また、就寝者Ｃの体動だけではなく就寝者Ｃの頭部近傍の気温も併せて寝苦しさを判定するので、例えば気温が就寝者Ｃにとって適温であるにも関わらず体動が発生した事により寝苦しいと判定されて室温を調整されるといった就寝者Ｃの意図に反した空調制御が行われるのを防ぐことができる。

ところで、空調機Ｄを動作させ続けると、室温を一定に保つ空調制御を行っている場合では就寝者Ｃの深部体温の変化による影響のため、明け方に寒さを感じる等して体調を損なう虞がある。そこで、空調制御部６に空調機Ｄの動作時間を計時するタイマ機能を設け、空調機Ｄを動作させてから一定時間（例えば１５分）が経過すると空調機Ｄの動作を停止させるように構成してもよい。この場合、空調機Ｄが動作しても一定時間後には動作を停止することから一晩中空調機Ｄを動作させることがないので、就寝者Ｃの体調への影響を少なくすることができる。尚、空調機Ｄを動作させる時間は１５分に限定される必要は無く、就寝者Ｃに応じて適宜変更しても構わない。

また、就寝者Ｃの操作に応じて空調機Ｄの動作を停止させるための気温及び寝返り頻度の停止用閾値をそれぞれ設定する機能を閾値設定部４に設け、空調機Ｄが動作している状態において検出された気温又は寝返り頻度が少なくとも何れか一方の停止用閾値を下回ると空調制御部６が空調機Ｄの動作を停止させるように構成しても構わない。この場合、就寝者Ｃが希望する気温又は寝返り頻度に達すると空調機Ｄを自動的に停止するので、必要以上に空調機Ｄが動作して就寝者Ｃの睡眠環境を損なうのを防ぐことができる。

ところで、就寝者Ｃが深い睡眠状態になると就寝者Ｃの感覚が鈍くなり、気温が上昇し過ぎて暑くなっても温度を感じないために寝返りを打たない期間が生じる場合がある。この期間では寝返りを打たないために寝苦しさ判定がされず、空調機Ｄが動作しないが、この期間において眠りが浅くなると、感覚を取り戻して瞬間的に暑さを感じ、中途覚醒して飛び起きてしまうという問題があった。

そこで、就寝者Ｃの操作に応じて温度閾値Ｔｔｈよりも高い気温（例えば、温度閾値Ｔｔｈよりも２度高い気温）の強制動作用閾値を設定する機能を閾値設定部４に設け、空調機Ｄが動作していない状態において検出された気温が強制動作用閾値を超えると、寝返り頻度が寝返り頻度閾値Ｆｔｈを超えていなくても空調制御部６が空調機Ｄを強制的に動作させるように構成しても構わない。このように構成することで、就寝者Ｃが寝返りを打たない深い睡眠状態であって気温に対する感覚が鈍っている場合に、気温が上昇しすぎると空調機Ｄを強制的に動作させるので、気温が上昇し過ぎて中途覚醒してしまうのを防ぐことができる。尚、強制動作用閾値は、温度閾値Ｔｔｈよりも２度高い気温に限定される必要は無く、就寝者Ｃに応じて適宜変更しても構わない。

（実施形態２）
以下、本発明に係る空調制御装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。本実施形態は、図３に示すように、生体情報検出部３と寝苦しさ判定部５との間に就寝者Ｃの睡眠状態を推定する睡眠状態推定部７を設けたことに特徴がある。尚、本実施形態の生体情報検出部３は、例えば０．５〜１．５Ｈｚの心拍の周波数帯域の振動成分のみを抽出するバンドパスフィルタも有しており、増幅部の出力信号から心拍の周波数帯域の振動成分を抽出する。抽出された出力信号は、後述する睡眠状態推定部７に出力されるとともに、後述する自律神経活性度検出部７２に周波数解析部７０を介して出力される。

睡眠状態推定部７は、生体情報検出部３で得られた心拍の振動成分から就寝者Ｃの心拍数を算出し、後述する時系列分布検出部７１及び自律神経活性度検出部７２の推定結果と併せて就寝者Ｃの睡眠状態を推定し、睡眠状態の推定結果を寝苦しさ判定部５に出力する。

時系列分布検出部７１は、生体情報検出部３の出力信号から心拍数の時系列分布を検出し、この時系列分布から心拍数の分散を算出する。得られた心拍数の分散は、睡眠状態推定部７において睡眠状態を推定するのに用いられる。一般に、覚醒状態やレム睡眠状態では、生体情報検出部３の出力信号の変動が大きくなることから心拍数の分散が大きくなり、深い睡眠状態では、生体情報検出部３の出力信号の変動が小さくなることから心拍数の分散が小さくなる。したがって、心拍数の分散を指標の一つとして各睡眠状態を推定することができる。

周波数解析部７０は、生体情報検出部３の出力信号を例えばＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）等の周波数解析手法によって時間領域から周波数領域に変換する。そして、自律神経活性度検出部７２は、得られた周波数スペクトル分布のうち低周波数帯域（約０．０４〜０．１５Ｈｚ）の振動成分、及び高周波数帯域（約０．１５〜０．４Ｈｚ）の振動成分のパワースペクトルをそれぞれ算出する。ここで、低周波数帯域及び高周波数帯域のパワースペクトルの和に対する低周波数帯域のパワースペクトルの割合を交感神経の活性度の指標とし、高周波数帯域のパワースペクトルを副交感神経の活性度の指標とする。一般に、交感神経が優位の時は緊張し、副交感神経が優位の時はリラックスしていると考えられる。而して、覚醒状態では交感神経の活性度が優位、深い睡眠状態では副交感神経の活性度が優位、レム睡眠状態の時では交感神経の活性度が覚醒時の値に近く且つ心拍数が覚醒状態よりも減少しているというように、交感神経及び副交感神経の活性度を指標として各睡眠状態を推定することができる。

寝苦しさ判定部５は、実施形態１における寝苦しさ判定とは別に睡眠状態推定部７の推定結果に基づいて就寝者Ｃの寝苦しさを判定する。具体的には、空調機Ｄが停止していた時よりも気温が上昇傾向にある場合に、交感神経の活性度が上昇するとともに副交感神経の活性度が下降して、深い睡眠状態から浅い睡眠状態に移行した時に寝苦しさ判定部５は就寝者Ｃが寝苦しい状態にあると判定し、動作信号を空調制御部６に送信する。空調制御部６では、実施形態１と同様に寝苦しさ判定部５からの動作信号を受信すると空調機Ｄを動作させるための制御信号を空調機Ｄに赤外線で送信する。

上述のように、就寝者Ｃの睡眠状態に応じて空調機Ｄを制御するため、より就寝者Ｃの感覚に沿った空調制御を行うことができる。また、就寝者Ｃが体動を発生していない状態でも睡眠状態の推定結果に基づいて寝苦しさを判定することができるので、就寝者Ｃが寝返りを打つ前の状態でも空調機Ｄを制御することができる。

また、空調機Ｄが動作している状態において、例えば副交感神経の活性度が上昇する等して睡眠状態推定部７で就寝者Ｃの浅い睡眠状態から深い睡眠状態への移行、即ち、就寝者Ｃの再入眠を推定した場合、空調制御部６が空調機Ｄの動作を停止させるように構成しても構わない。この場合、就寝者Ｃが深い睡眠状態に移行する、即ち、就寝者Ｃの眠りが安定してから空調機Ｄの動作を停止させるので、空調機Ｄの動作を停止させる時点を境にして就寝者Ｃの睡眠環境が変化するために、その時の睡眠状態、特に睡眠が浅い場合に中途覚醒してしまうことを防ぐことができる。

尚、本実施形態では就寝者Ｃの心拍数に基づいて睡眠状態を推定しているが、増幅部の出力信号から就寝者Ｃの呼吸成分を抽出して睡眠状態を推定しても構わない。また、心拍成分及び呼吸成分の両方を用いて睡眠状態を推定しても構わない。

１振動センサ部
２温度センサ部
３生体情報検出部
４閾値設定部
５寝苦しさ判定部
６空調制御部
７睡眠状態推定部
Ａベッド台
Ｂマットレス
Ｃ就寝者
Ｄ空調機

Claims

マットレスとベッド台との間に設置されて就寝者の体動に起因する振動に応じて電気信号を出力する振動センサ部と、振動センサ部の出力信号から就寝者の体動の周波数帯域の振動成分を抽出するとともに当該振動成分から就寝者の寝返り頻度を検出する生体情報検出部と、就寝者の頭部近傍に設置されて設置された環境の気温を検出する温度センサ部と、就寝者の操作に応じて寝返り頻度の閾値及び気温の閾値を設定する閾値設定部と、検出された寝返り頻度と室温とが何れとも閾値設定部で設定された閾値を超えるときに就寝者が寝苦しい状態にあると判定する寝苦しさ判定部と、空調機の動作を制御する空調制御部とを備え、空調制御部は、空調機が動作していない状態において寝苦しさ判定部で寝苦しいと判定すると空調機を動作させることを特徴とする空調制御装置。
前記空調制御部は、空調機の動作時間を計時するタイマ機能を有し、空調機を動作させてから一定時間が経過すると空調機の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の空調制御装置。
前記閾値設定部は、就寝者の操作に応じて空調機の動作を停止させるための気温及び寝返り頻度の停止用閾値をそれぞれ設定する機能を有し、空調制御部は、空調機が動作している状態において検出された気温又は寝返り頻度が少なくとも何れか一方の停止用閾値を下回ると空調機の動作を停止させることを特徴とする請求項１記載の空調制御装置。
前記閾値設定部は、就寝者の操作に応じて前記気温の閾値よりも高い気温の強制動作用閾値を設定する機能を有し、空調制御部は、空調機が動作していない状態において検出された気温が強制動作用閾値を超えると空調機を強制的に動作させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の空調制御装置。
前記生体情報検出部は、振動センサ部の出力信号から就寝者の心拍の周波数帯域の振動成分を抽出するものであって、生体情報検出部で得られた心拍の周波数を解析することで自律神経の指標を検出するとともに当該指標から就寝者の睡眠状態を推定する睡眠状態推定部を備え、寝苦しさ判定部は、空調機が動作していない状態において検出された気温が空調機が停止していた時よりも上昇していて且つ睡眠状態推定部が就寝者が浅い睡眠状態であると推定すると寝苦しいと判定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の空調制御装置。
前記空調制御部は、空調機が動作している状態において睡眠状態推定部が就寝者の浅い睡眠状態から深い睡眠状態への移行を推定すると空調機の動作を停止させることを特徴とする請求項５記載の空調制御装置。