JP3374594B2 - 静電容量式着座検出装置 - Google Patents

静電容量式着座検出装置

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JP3374594B2 JP12468795A JP12468795A JP3374594B2 JP 3374594 B2 JP3374594 B2 JP 3374594B2 JP 12468795 A JP12468795 A JP 12468795A JP 12468795 A JP12468795 A JP 12468795A JP 3374594 B2 JP3374594 B2 JP 3374594B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、検出用電極と大地と
の間の静電容量等の着座行為に応じて変化する物理量に
基づいて人体の着座を検出する装置に係り、特に、物理
量を検出し対応する電気的出力へ変換する着座検出系の
入出力特性が非直線関係である場合に、着座検出系の出
力に補正を施すことで着座を確実に検出できるようにし
た着座検出装置および静電容量式着座検出装置に関す
る。 【0002】 【従来の技術】洋式便器の便座への着座や自動車のシー
ト、列車、劇場の座席等への着座を検出する装置とし
て、静電容量式着座検出装置が用いられている。図11
は静電容量着座検出装置の動作原理を示す説明図であ
る。特開平6−138246号公報では、図11に示す
ように、便座101内に設けられた検出電極102と大
地との間の容量変化に基づいて人体の着座を検出する装
置が提案されている。 【0003】図12は従来の便座用着座検出装置のブロ
ック構成図である。この便座用着座検出装置100は、
便座101内に設けられた導電体からなる検出電極10
2と、高周波信号を発生する発振回路103と、発振回
路103の出力が1次コイル104aに供給され、2次
コイル104bの一端が検出電極102に接続された結
合トランス104と、2次コイルに発生した高周波信号
の振幅を直流電圧信号へ変換する検波回路105と、直
流出力電圧105aと予め設定した判定基準と比較し着
座・離座を判定する判定回路106とから構成されてい
る。 【0004】図13は静電容量変化に伴う共振周波数の
変化と出力電圧との関係を示すグラフである。結合トラ
ンス104の2次コイル104bのインダクタンスL
と、図11に示した静電容量C2(離座状態での検出電
極102と大地間の静電容量)とによって決定される共
振周波数f0よりも低い周波数faの高周波信号を結合
トランス104を介して検出電極102へ供給してい
る。人体が着座すると、人体の静電容量(図11に示す
C1とC3との直列容量)が離座時の静電容量C2に並
列に接続されるため全体の静電容量が大きくなる。この
ため、図13で点線で示すように、共振周波数が低い方
へシフトする。このため、検波回路105の直流出力電
圧105aは離座状態のEoffから着座状態でEon
へ変化する。 【0005】離座状態での静電容量C2は、便器自体の
固体差、便器の設置状況、湿度変化等に伴う空気中の比
誘電率の変化等の影響によって変化する。このため、離
座状態での直流出力電圧Eoffが変動するため、着座
・離座を判定するしきい値電圧VTHを固定しておく
と、着座の検出漏れや誤検出を生ずる虞れがある。そこ
で、離座状態での直流出力電圧Eoffを基準点とし、
この基準点よりも予め設定した電圧α分だけ高い電圧
(Eoff+α)をしきい値電圧VTHとすることで、
着座・離座を確実に検出する方法が、特開平4−258
423号公報で提案されている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】図12に例示したよう
な共振回路の特性を利用した静電容量式着座検出装置で
は、検出対象である大地間容量と直流出力電圧との関係
が図14中のグラフに示すように非直線関係(指数関数
的な関係)になるため、着座に伴う容量変化量ΔCが同
一であっても、直流出力電圧Eの変化量は異なる。この
ため、着座・離座の判定しきい値電圧VTHを離座時の
直流出力電圧に所定の電圧(しきい値高さ)αを加算し
て設定しても、離座時の静電容量によっては着座を確実
に検出ができないことがある。 【0007】例えば、静電容量C0の離座状態から人体
着座によって容量がΔC増加した場合の直流出力電圧の
増加量はΔE1であるが、この増加量E1が所定の電圧
α未満の場合は着座検出ができない。静電容量C0+Δ
Cの離座状態から人体着座によって先と同じだけ容量が
ΔC増加した場合は、直流出力電圧の増加量はΔE2
(ΔE2>α>ΔE1)となり、着座検出される。この
ように、固定されたしきい値高さαをもって着座を検出
する構成では、着座を検出できないことがあるという不
都合が生ずる。 【0008】しきい値高さαを低く設定すれば着座検出
率は向上するが、温度,湿度等の環境条件の変化に伴っ
て静電容量が変動した場合や、温度変化等によって発振
周波数が変動した場合に、誤検出しやすくなる。また、
人体が近づいただけで誤検出する虞れがある。 【0009】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、検出対象の変化とその検出出力とが非
直線関係にある検出系を用い、着座行為に応じて変動す
る検出出力に基づいて着座・離座を検出する着座検出装
置において、着座装置の設置場所や周囲の温度・湿度等
の環境条件の変動に伴って離座状態での検出出力が変動
しても、着座を確実に検出できる着座検出装置を提供す
ることを目的とする。 【0010】 【0011】【課題を解決するための手段】 本願発明 に係る静電容量
式着座検出装置は、人体の着座に応じて変動する静電容
量とその検出出力とが非直線関係にある静電容量式着座
検出系と、この静電容量式着座検出系の検出出力に基づ
いて検出対象である静電容量と補正出力値とが直線関係
となるように検出出力を補正する検出出力補正手段と、
この検出出力補正手段から供給される補正出力値と着座
判定しきい値とを比較して着座・離座を判定する着座判
定手段とを備えたことを特徴とする。 【0012】 【作用】本願発明に係る着座検出装置(静電容量式着座
検出装置)は、着座検出系(静電容量式着座検出系)の
検出出力に基づいて検出対象である物理量(静電容量)
と補正出力値とが直線関係となるように検出出力を補正
する検出出力補正手段を備えたので、離座状態の物理量
(静電容量)が環境条件等の影響で変動しても、着座に
伴って変化した物理量(静電容量)と補正出力値の変化
量とは直線比例関係となる。このため、離座時の補正出
力値に所定の値(しきい値高さ)を加算をして着座・離
座の判定しきい値を設定し、この判定しきい値と補正出
力値とを比較して、補正出力値が判定しきい値を越えた
場合は着座状態と判断する着座判定手段を用いていて
も、着座を確実に検出できる。 【0013】 【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1は本願発明に係る着座検出装置ならび
本願発明に係る静電容量式着座検出装置のブロック構
成図である。この着座検出装置1は、着座検出系2と、
検出出力補正手段3と、着座判定手段4とからなる。着
座判定手段4は、離座状態平均レベル演算手段5と、判
定しきい値設定手段6と、比較判定手段7とを備える。 【0014】着座検出系2は、人体の着座に応じて変動
する物理量(例えば静電容量)を検出し、検出した物理
量(例えば静電容量)に応じた電気的な検出出力2aを
発生するもので、検出対象である物理量(例えば静電容
量)と検出出力との関係が非直線関係(例えば指数関数
的な関係)であるものを用いている。 【0015】検出出力補正手段3は、検出出力2aを入
力とし、物理量(例えば静電容量)と補正出力3aとが
直線関係となるように補正した補正出力3aを着座判定
手段4へ供給するものである。この検出出力補正手段3
は、各検出出力2aに対応した補正出力3aを予め格納
した補正テーブルで構成している。なお、検出出力2a
が取り得る全ての値に対して補正後のデータを用意する
と補正テーブルのデータ量が多大となるため、複数ポイ
ントの変換テーブルを設け、検出出力2aが各ポイント
間にある場合は、補間演算によって補正出力3aを得る
ようにしている。なお、着座検出系2の非線形関係の補
正するための演算式を用意し、検出出力2aに基づいて
補正演算を行なって補正出力3aを得るようにしてもよ
い。 【0016】離座状態平均レベル演算手段5は、離座時
の補正出力3aの長時間平均値を演算し、演算した平均
レベルを離座レベル5aとして判定しきい値設定手段6
へ供給する。なお、この離座状態平均レベル演算手段5
は、比較判定手段7から着座検出信号4aが出力されて
いる間は、補正出力3aの取り込み、ならびに、平均レ
ベルの算出処理を停止し、既に出力した離座レベル5a
を保持する。 【0017】判定しきい値設定手段6は、離座レベル5
aに対して予め設定したしきい値高さ(固定値)αを加
算し、加算して得た着座判定しきい値THを比較判定手
段7へ供給する。 【0018】比較判定手段7は、補正出力3aと着座判
定しきい値THとを比較し、補正出力3aが着座判定し
きい値TH未満の場合は、例えばLレベルの離座状態を
示す着座検出信号4aを、補正出力3aが着座判定しき
い値TH以上の場合は、例えばHレベルの着座状態を示
す着座検出信号4aを出力する。 【0019】なお、この着座検出装置1に電源が投入さ
れた初期状態では、着座・離座状態の正確に判定できな
い。そこで、この着座検出装置1は、電源投入直後は離
座状態にあるものと処理を行なう。離座状態平均レベル
演算手段5は、最初に出力された補正出力3a(t1)
を離座時の平均レベル5aと看做し、最初に出力された
補正出力3a(t1)を判定しきい値設定手段6へ供給
するとともに、その補正出力3a(t1)をメモリのア
ドレスA1へ格納する。そして、適宜の時間間隔で補正
出力3a(t2)を取り込み、これをメモリのアドレス
A2へ格納し、補正出力3a(t1)と補正出力3a
(t2)との算術平均値を求め、求めた平均値を離座レ
ベル5aとして出力する。補正出力3aを一時記憶する
メモリのアドレスはn個準備している。n個の補正出力
3a(t1)〜3a(tn)が揃い、n個の補正出力の
平均値に基づく離座レベル5aが供給できるようになっ
た以降は、メモリ内の最も古い補正出力を更新すること
で、常に最新の補正出力に基づく離座時平均レベル5a
を判定しきい値設定手段6へ供給する。 【0020】また、着座状態でこの着座検出装置1に電
源が投入されることもある。そこで、離座状態平均レベ
ル演算手段5は、取り込んだ補正出力3aを離座状態の
値として看做して平均レベル5aの演算ならびに出力を
行なうが、補正出力3aの変化量を監視しており、補正
出力3aが予め設定した固定値β(この固定値βは着座
判定しきい値の算出に用いたしきい値高さ(固定値)α
と同一の値でもよい。)以上低下した場合は、メモリに
記憶した全てのデータをクリアし、低下後の値を離座時
の平均レベル5aと看做してまず暫定的に出力し、その
後長時間平均値の演算を行なう。 【0021】図2は本願発明に係る着座検出装置ならび
本願発明に係る静電容量式着座検出装置の動作を説明
するグラフである。点線で示す曲線T2aは、着座検出
系2の直流出力電圧2aの特性である。実線で示す直線
T3aは、検出出力補正手段3から出力される補正出力
3aの特性である。検出出力補正手段3は、着座検出系
2の非直線特性を補正し、検出対象である容量と補正出
力とが直線関係となる補正出力3aを出力する。離座状
態平均レベル演算手段5は、離座状態での補正出力3a
の平均レベルを演算して離座レベル5aを出力する。判
定しきい値設定手段6は、離座レベル5aよりもしきい
値高さ(固定値)α分だけ高い点に着座判定しきい値T
Hを設定する。比較判定手段7は、着座判定しきい値T
Hと補正出力3aとを比較して、着座・離座状態の判定
を行なう。 【0022】着座状態と判定するための値(しきい値高
さ)αは固定値であるが、着座行為に伴って変化する物
理量(静電容量)の変化と補正出力3aの変化が直線関
係となるよう補正しているので、着座・離座を確実に判
定できる。 【0023】次に、本願発明に係る着座検出装置を衛生
洗浄装置に適用した一具体例を説明する。図3はこの発
明に係る着座検出装置を備えた衛生洗浄装置の斜視図で
ある。衛生洗浄装置10は、トイレ11の床面に設置さ
れたロータンク式の洋式便器12に装着される。符号1
3は便器洗浄水を貯溜しておくロータンク(シスター
ン)である。衛生洗浄装置10のハウジング14に設け
られた伸縮式のノズル15から洗浄水を噴射することで
使用者の股間を洗浄できる。衛生洗浄装置10の操作部
16はハウジング14の上面に設けている。ハウジング
14内には温水タンク17、脱臭装置18、図示しない
温風乾燥装置等を備える。ハウジング14内に衛生洗浄
装置10の制御装置や着座検出装置を構成する電子部品
を収容している。ハウジング14には便蓋19と便座2
0とをそれぞれ回動可能に装着している。 【0024】図4は便座の断面図、図5は着座部の平面
図である。図4に示すように、便座20は耐衝撃性樹脂
からなる上部半体20Aと下部半体20Bとを高周波溶
着によって接合することで中空構造としている。上部半
体20Aの裏面に、便座を温めるために被覆したヒータ
線20Hを配設している。発生した熱を便座の着座面へ
効率良く伝えるために、ヒータ線20Hはアルミニウム
箔等に粘着テープ等を貼着した伝熱テープ20Tを用い
て便座裏面の貼付している。 【0025】便座20の内部に、過熱時にヒータ20H
への通電を遮断するための温度ヒューズ20Fと、便座
暖房温度センサである感熱性抵抗素子(サーミスタ)2
0Sを設けている。なお、図4では、温度ヒューズ20
Fならびに感熱性抵抗素子20Sを伝熱テープ20Tに
当接させて配置した例を示したが、例えば下部半体20
Bに開口部20Kを設けこの開口部20Kから温度ヒュ
ーズ20Fならびに感熱性抵抗素子20Sを便座20の
内部に挿入する構造としてもよい。 【0026】図5に示すように、ヒータ線(点線で示
す)20Hは、便座20の着座面のほぼ全域に亘って蛇
行させて配置している。このヒータ線20Hは、静電容
量センサ(静電容量式着座検出系)の電極としても利用
される。ヒータ線20Hの一端側20HAはコード21
を介して接続コネクタ21Cへ結線している。ヒータ線
20Hの他端側20HBは、温度ヒューズ20Fならび
にコード21を介して接続コネクタ21Cへ結線してい
る。感熱性抵抗素子20Sもコード21を介して接続コ
ネクタ21Cへ結線している。符号22は温度ヒューズ
20Fならびに感熱性抵抗素子20Sを接続するための
リード線である。このリード線22は、ヒータ線20H
との区別を明確にするため実線で示している。符号21
A,21Bはコードブッシュ(コード止め)である。 【0027】図6はこの発明に係る静電容量式着座検出
装置を備えた衛生洗浄装置の制御系のブロック構成図で
ある。静電容量式着座検出装置30は、図1に示した着
座検出系2を構成する静電容量センサ31と、図1に示
した検出出力補正手段3ならびに着座判定手段4の機能
を備えた制御部40とからなる。静電容量センサ31
は、発振回路32と、共振回路33と、検波平滑回路3
4とを備える。符号VCは直流電源である。 【0028】制御部40は、マイクロコンピュータを利
用して構成した制御装置41と、静電容量センサ31の
出力電圧信号31aならびに感熱性抵抗素子20Sで検
出した便座の温度に係る電圧信号20Saを対応するデ
ジタル信号へ変換し制御装置41へ供給するA/D変換
器42と、各種の操作入力ならびに各種の設定を行なう
ための操作部16と、洗浄水の噴射や乾燥用温風の供給
等を行なう制御対象43等を備える。制御装置41内
に、図1に示した検出出力補正手段3と着座判定手段4
を備える。符号Rは感熱性抵抗素子20Sに所定の電流
を供給する抵抗もしくは定電流回路である。 【0029】発振回路32は、数百キロヘルツの周波数
の高周波信号fを発生する。共振回路33は、結合用ト
ランス35と、一方の容量電極として利用するヒータ線
20Hと、結合用トランス35の1次巻線35aに直列
に接続した共振コイル36とを備える。結合用トランス
35の2次巻線35bの一端側は大地接地し、他端側を
ヒータ線20Hの一端側20HAに接続している。ヒー
タ線20HAの他端側は、ヒューズ20F、チョークコ
イルCH、通電スイッチSWを介して商用電源ACの一
端側へ接続している。商用電源ACの他端側は大地接地
している。 【0030】通電スイッチSWは、双方向性サイリスタ
等を利用したソリッドステートリレーで構成している。
制御装置41から出力されるヒータ通電制御信号41a
に基づいてヒータ線20Hへの給電を制御することで、
便座暖房の温度制御を行なうようにしている。便座20
内に設けた感熱性抵抗素子20Sに発生した電圧をA/
D変換器43を介して制御装置41へ供給することで、
便座20の温度を検出し温度制御を行なう構成としてい
る。 【0031】通電スイッチSWが閉状態に制御される
と、商用電源ACからチョークコイルCH、ヒューズ2
0F、ヒータ線20H、結合用トランス35の2次巻線
35aの経路でヒータ線20Hへ通電される。結合用ト
ランス35の1次巻線35aには、発振回路32の出力
である高周波信号を供給しているので、結合用トランス
35の2次巻線35bには高周波信号が誘起され、50
ヘルツまたは60ヘルツの商用電源ACに高周波信号が
重畳される。ヒータ線20Hの他端側20HBにはチョ
ークコイルCHを設けて、重畳された高周波信号が商用
電源AC側へ廻り込むのを阻止する構成としている。こ
のため、ヒータ線20Hを一方の電極とし大地を他方の
電極とするコンデンサ37と2次巻線35bとの直列回
路が形成される。したがって、便座暖房用の通電スイッ
チSWの開閉に関係なく、便座20の広い範囲に亘って
配設したヒータ線20Hを一方の電極とするコンデンサ
37に高周波信号fが印加される。 【0032】図7は静電容量式着座検出装置の着座検出
動作を示す説明図である。ヒータ線20Hに周波数fの
高周波信号が印加されると、コンデンサ37の一方の電
極として作用するヒータ線20Hと他方の電極として作
用する大地との間には高周波の交番電界が生ずる。使用
者がいない場合、双方の電極間(交番電界中)には、誘
電体として便器12、便器12内の洗浄水および空気が
存在する。使用者が便座20に着座し、もしくは、近接
し人体が双方の電極間(交番電界中)に進入した場合、
人体の誘電率は空気の誘電率よりも大きいので、コンデ
ンサ37の静電容量が増加する。 【0033】図8は静電容量式着座検出装置の動作を説
明するための等価回路図である。共振回路33は、共振
回路33のインピーダンスの誘導成分を構成する共振コ
イル36を有する。結合用トランス35の1次コイル3
5aと2次コイル35bとの巻線比をNとすると、等価
共振回路33Aのコンデンサ37Aの静電容量はN
となる。したがって、着座ならびに離座に伴いコンデン
サ37の容量Cが変化すると、共振回路33のインピー
ダンスは大きく変化する。 【0034】図9は共振回路のインピーダンスの周波数
特性を示すグラフである。使用者が便座20に着座して
いない状態(離座状態)で、共振回路32は所定の共振
周波数f0を有する。使用者が便座20に着座すること
によってコンデンサ37の静電容量Cが増加すると、共
振周波数はf1に低下する。図8に示した等価回路で、
等価共振回路33Aのコンデンサ37A(可変容量コン
デンサ)および共振コイル36は、静電容量の大きな人
が着座した場合の共振周波数f1が発振回路32の発振
周波数fよりも充分大きくなるように設定している。し
たがって、発振周波数fの交流に対する共振回路33の
インピーダンスは離座状態ではZ0となり、着座状態で
はZ1となる。 【0035】図10は共振回路の高周波信号出力電圧特
性を示すグラフである。着座または離座に応じて発振周
波数fの交流に対する共振回路33のインピーダンスが
変化するので、着座に伴い共振回路33の高周波信号出
力電圧はU0からU1へ上昇する。この高周波信号出力
電圧は、図6に示した検波平滑回路34内のダイオード
38によって半波整流されるとともに、平滑用コンデン
サ39によって平滑され直流電圧化された静電容量セン
サ31の出力電圧信号31aがA/D変換器42へ供給
される。 【0036】制御装置41は、A/D変換器42を介し
て供給される静電容量センサ31の出力電圧データに基
づいて着座ならびに離座状態を判断し、着座状態で洗浄
操作がなされたときにのみ洗浄水を噴射する。 【0037】図6に示した静電容量式着座検出装置30
は、ヒータ線20Hの一端側20HAに着座を検出する
ための高周波信号を印加するとともに、ヒータ線20H
の他端側20HBにヒータ線20Hへの電力供給を遮断
する温度ヒューズ20Fを設けている。便座20の異常
過熱時にヒータ線20Hへの通電を遮断するための温度
ヒューズ20Fは、ヒータ線28への通電ループ内のど
こに介設してもよい。しかしながら、温度ヒューズ20
Fをヒータ線20Hの他端側32Bに介設しているの
で、温度ヒューズ20Fが断となった場合でも、結合ト
ランス35を介して着座検出のための高周波信号がヒー
タ線20Hに供給される。よって、温度ヒューズ20F
が断となった場合でも、着座検出の機能は確保できる。 【0038】 【発明の効果】以上説明したように本願発明に係る着座
検出装置(静電容量式着座検出装置)は、着座検出系
(静電容量式着座検出系)の検出出力に基づいて検出対
象である物理量(静電容量)と補正出力値とが直線関係
となるように検出出力を補正する検出出力補正手段を備
えたので、離座状態の物理量(静電容量)が環境条件等
の影響で変動しても、着座に伴って変化した物理量(静
電容量)と補正出力値の変化量とは直線比例関係とな
る。このため、離座時の補正出力値に所定の値を加算を
して着座判定しきい値を設定し、この着座判定しきい値
と補正出力値とを比較して、補正出力値が判定しきい値
を越えた場合は着座状態と判断する着座判定手段を用い
ていても、着座を確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本願発明に係る着座検出装置ならびに本願発明
に係る静電容量式着座検出装置のブロック構成図 【図2】本願発明に係る着座検出装置ならびに本願発明
に係る静電容量式着座検出装置の動作を説明するグラフ 【図3】この発明に係る着座検出装置を備えた衛生洗浄
装置の斜視図 【図4】便座の着座部の断面図 【図5】便座の平面図 【図6】静電容量式着座検出装置のブロック構成図 【図7】静電容量式着座検出装置の着座検出動作を示す
説明図 【図8】静電容量式着座検出装置の動作を示す等価回路
図 【図9】共振回路のインピーダンスの周波数特性を示す
グラフ 【図10】共振回路の高周波信号出力電圧特性を示すグ
ラフ 【図11】静電容量着座検出装置の動作原理を示す説明
図 【図12】従来の便座用着座検出装置のブロック構成図 【図13】静電容量変化に伴う共振周波数の変化と出力
電圧の関係を示すグラフ 【図14】従来の着座検出装置の問題点を示す説明図 【符号の説明】 1,30 着座検出装置 2 着座検出系 3 検出出力補正手段 4 着座判定手段 5 離座状態平均レベル演算手段 6 判定しきい値設定手段 7 比較判定手段 31 静電容量センサ C 静電容量 TH 判定しきい値
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−266387(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01V 3/08 A47K 13/24 E03D 9/08 E03D 11/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 人体の着座に応じて変動する静電容量と
    その検出出力とが非直線関係にある静電容量式着座検出
    系と、 前記静電容量式着座検出系の検出出力に基づいて前記静
    電容量と出力補正値とが直線関係となるように検出出力
    を補正する検出出力補正手段と、 前記検出出力補正手段から供給される出力補正値と着座
    判定しきい値とを比較して着座・離座を判定する着座判
    定手段と を備えたことを特徴とする静電容量式着座検出
    装置。
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