JP3588259B2 - 静電容量式人体局部洗浄装置用着座センサー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人体局部洗浄装置において、お尻及びビデ洗浄、脱臭、おしり乾燥などが動作するための条件として、人体が便座へ着座した場合のみに限り有効とすべく便座へ着座した時を検知する人体検知センサーであって、静電容量方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平４−１４５３４「人体局部洗浄装置の着座スイッチ」において、共振回路内に便座保温用ヒーターを一方の電極とし、他方は大地（トイレの床面）を利用して電極を構成しているので、便座に着座した時に生じる電極を特別に設ける必要がない、と開示されている。
【０００３】
また、特開平６−１３８２４６「便座用着座検出装置」においては、便座内部に配置される導電体と大地間の静電容量を検出して人体検出行う方法が、開示されている。
【０００４】
また、特開平５−１９６７４４「静電容量式着座センサー」においては、暖房便座のヒーターの発する熱を拡散する拡散板を検出電極とし、大地間との容量変化を検出すること、さらに特開平５−１９６７４４の請求項３には、検出電極を別途設置し、前述した拡散板を接地しシールド電極として成ることを開示している。但し、請求項３においては、拡散板を接地しシールド電極として成ることのみが開示されており、便座裏面側の方向における検出電極の静電容量結合を防止するシールドの役目と開示している。結局、請求項３においても、前述の別途設置した電極と大地間の静電容量を検出していることと判断される。
【０００５】
また、特開平６−３０４０９１「着座検出装置」においては、便座内部に少なくとも一対の検出電極を設け、この一対となった検出電極間の容量変化を検出して成ることを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平４−１４５３４、特開平６−１３８２４６、特開平５−１９６７４４では、検出電極と大地間の静電容量を検出している為、２階建ての家屋などを考えると、図１３に１Ｆの場合、図１４に２Ｆの場合を示すが、大地接地の悪い２Ｆの場合、１Ｆ分に相当する抵抗Ｒ（２３）が、検出電極と大地間で形成されるコンデンサー（２４）の間に存在することになるため、不特定多数の場所へ設置される人体局部洗浄装置の着座センサーにおいて、安定した人体検出ができないという問題点がある。
【０００７】
特に、特開平４−１４５３４においては、共振回路内に便座保温用ヒーターを一方の電極としており、片方は大地であり、便座保温用ヒーターは周知の如く一般的に交流１００ボルトが通電されており人体局部洗浄装置の入力電源である交流１００ボルトから供給され、交流１００ボルトの片方は大地アースされていることから、共振回路から人体局部洗浄装置を通り、交流１００ボルトのアースへたどり着くループ回路が存在することになる。従って、人体局部洗浄装置自体が有する静電容量が変化すると安定した人体検出ができなくなってしまう問題がある。このような問題は、人体局部洗浄装置における商品バリエーション（形状違い、機能の多少等）を品揃えする時に発生し、人体局部洗浄装置自体の静電容量に分類して、静電容量着座センサーの検出回路を調整させ、前記分類した分の着座検出回路を設定させる必要があり、設計製造段階で大変な手間とコストを費やしてしまうものである。
【０００８】
また、特開平６−３０４０９１においては便座内に少なくとも一対の電極を設置させる為、電気的に着座検出回路と接続する必要があり、着座検出回路まで電気的に接続した部分も検出電極になり、前記接続部分に長さ違いや引き回し方などのバラツキにより静電容量変化分に影響を与え、安定して人体検出できないという問題がある為、着座検出回路までの電気的接続部分にはバラツキを押さえる設計、製造上の配慮が大変重要になり、細心の注意をはらわなければならい。この問題は、前記従来技術特開平４−１４５３４、特開平６−１３８２４６、特開平５−１９６７４４にも共通していえることである。
【０００９】
本発明は、上記問題点を鑑み、良好でかつ安定した人体検出を可能とする静電容量式人体局部洗浄装置用着座センサーを容易、かつ安価に提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決する為に、便座内部へ人体着座面に近い方から順に、検出電極―絶縁層―保護電極―絶縁層―接地電極で構成した電極を配置し、保護電極には検出電極と同電位同位相を印加させ、検出電極と接地電極間の静電容量変化を捕えるようにしているため、安定した人体検出ができる。
【００１１】
また、検出電極の投影面積を一定に定めることにより、いかなる商品バリエーションが発生しても、静電容量センサーと着座検出回路の一つの組み合わせで全ての商品に共通して使用できる。
【００１２】
また、暖房便座を備えた人体局部洗浄装置における暖房便座の発熱機構は、ヒーター線とヒーターからの熱を拡散し均等に便座を暖房させる導電性の均熱板を有しているのは周知の事実である。ここに着目し、前記接地電極と均熱板を兼用した構成としている為、安価にできる。
【００１３】
また、検出電極と着座検出回路の電気的結合部分の大半を、検出電極と同電位同位相の保護電極上に通過させるようにしている為、検出電極裏面と接地電極間および検出電極から着座検出回路の電気的結合部分と接地電極間の静電容量がキャンセルされ、精度よく安定してバラツキが少なくできる。
【００１４】
また、検出電極・保護電極と着座検出回路を電気的に結合させ、検出電極と着座検出回路の電気的結合部分の大半を、検出電極と同電位同位相の保護電極と着座検出回路の電気的結合部分で覆っている構造にしているため、検出電極から着座検出回路の電気的結合部分と接地電極間の静電容量変がキャンセルされ、精度よく安定してバラツキが少なくできる。また、前記、電気的結合部分にシールド線を用いる事により、フレキシブルな結合が可能となり、容易に設計の自由度も合わせて実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一形態を、図面にもとずいて説明する。図１および図２に本発明の人体局部洗浄装置に組み込んだ実施例を示している。図１の場合は、着座検出回路（３）を人体局部洗浄装置（１）の本体中に設置した場合を示し、図２の場合は、着座検出回路（３）を便座（２５）に組み込んだ場合を示す。また図１および図２いずれの場合においても、便座（２５）において、図５に示す人体着座面（１３）の近傍に、静電着座センサー（４）を設置させ、着座検出回路（３）を静電着座センサー（４）と着座検出回路（３）の電気的結合部分（５）で接続し、着座検出回路（３）と人体局部洗浄装置のマイコン（２）は人体局部洗浄装置のマイコンへの着座有／無信号送信ケーブル（６）で接続しており、人体の有無信号を人体局部洗浄装置のマイコン（２）に送信できる構成としている。図１及び図２いずれの実施例においても静電着座センサー（４）を２個としているが、この個数は２個でなくてはならない理由はなく、１個でも何ら差し支えない。即ち、面積の大きい静電着座センサー（４）であれば１個ですみ、小さな面積の静電着座センサー（４）であれば、複数個設置しても良い。このように、設計自由度の大きい構成でもある。図１の実施例において、静電着座センサー（４）と着座検出回路（３）を電気的結合部分（５）で接続しているが、直結できるスペースがあれば、直結したほうが更に良い。
【００２１】
上記のような実施例に示す全体構成から、以下詳細説明を行う。静電着座センサー（４）は、図５の例に示すように人体着座面（１３）の近傍である暖房便座へ加熱する暖房用ヒーター（１２−ｂ）の熱を均一に拡散する均熱板（１２−ａ）上方へ位置させており、人体着座面（１３）に近い方から、図６に示すように検出電極（１４）、絶縁層（１７）、保護電極（１５）、絶縁層（１７）接地電極（１６）の順に張り合わせたもので、箔状のものが好ましい。ここで、便座（２５）は、樹脂製のものを使用する場合検出電極（１４）と便座（２５）の接触部分は絶縁が保たれるため、絶縁層は必要ではなく、均熱板（１２−ａ）と接地電極（１６）の接触部分は均熱板（１２−ａ）自身が通電部品ではないため、絶縁層は必要とせず、箔状の絶縁層であれば、あっても差し支えなく、必要条件ではない。
【００２２】
図３に示すように、検出電極（１４）、保護電極（１５）、接地電極（１６）は、発振回路、検波回路、比較回路を備えた着座検出回路（３）の発振回路と電気的に結合されており、検出電極（１４）と接地電極（１６）の間で形成されるコンデンサーにおいて、検出電極側へ接近する誘電体によりその静電容量は変化する。また、発振回路と保護電極（１５）の間には、オペアンプ（８）を配置し、非反転入力端子と発振回路を接続し、負帰還動作回路を設けることにより保護電極（１５）へ検出電極（１４）と同電位同位相を印加することができる。
【００２３】
ここで、検知電極（１４）と接地電極（１６）の間で形成されるコンデンサーの静電容量が変化することにより発振が変化することを説明する。図４に示すように、人体が接近してくる、即ち、検知電極（１４）と接地電極（１６）の間で形成されるコンデンサーの静電容量が増加すると負帰還回路（９）の負帰還分圧比が小さくなり、正帰還回路（１０）の分圧比が勝って１ＭＨｚ程度から発振を開始しはじめ、便座へ人が着座するとさらに静電容量は大きくなり、その発振状態は数百ｋＨｚの大振幅・低周波数へと変化していく。発振状態を、図３に示す検波回路により振幅を検波して直流電圧へ変化させても良いし、周波数を検波してもよい。そして次ぎの比較回路により予め測定しておいた人体有無の閾値と比較することにより着座有無信号を得ることができる。
【００２４】
今まで説明してきた実施例において、前述、検出電極（１４）と接地電極（１６）間の静電容量変化をとらえる場合、周知の如く、接地電極側（１６）から誘電体が接近しても静電結合しないため接地側の検知はなく、検出電極（１４）側からの誘電体の接近で変化が行われる。人体検知の為に有用な静電容量は、図７及び図８に示すＣ１とＣ２であるが、図７に示すように保護電極が無い場合、検出電極（１４）裏面と接地電極（１６）間の人体検出に関係の無い静電容量Ｃ３、検出電極（１４）と着座検出回路の電気的結合部分と接地電極（１６）間の人体検出に関係の無い静電容量Ｃ４、検出電極（１４）と着座検出回路の電気的結合部分と大地間の人体検出に関係の無い静電容量Ｃ５発生してしまい、“Ｃ１、Ｃ２”より、“Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５”の静電容量が大きく、便座暖房用ヒーターＯＮ／ＯＦＦによる温度変化や、製造上における寸法のバラツキで“Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５”が大きく変動し誤動作しやすく不安定であるが、図８示すように検出電極と接地電極の間に保護電極を設けた場合、仮にこの保護電極（１５）に検出電極と同電位同位相を印加しなかったら検出電極裏面と保護電極（１５）の間に人体検出に関係の無いＣ３´、検出電極（１４）と着座検出回路の電気的結合部分と保護電極（１５）間の人体検出に関係の無い静電容量Ｃ４´が発生するが、保護電極（１５）に検出電極と同電位同位相を印加すると、前記Ｃ３´、Ｃ４´は、検出電極静電容量として全く影響しなくなるようになる。このように検出電極自身の不必要な静電容量をすべてキャンセルし、人体検出に有効な静電容量のみを検出できる為、安定した信頼性の高い検出が可能となった。ただし、検出電極側からの不安定因子、例えば電波ノイズなどは防止できるものではない。
【００２５】
次に、静電センサーと着座検出回路の電気的結合について説明する。図１、図２に示す静電着座センサーと着座検出回路の電気的結合部分（５）は検出電極と同等の機能を有するため、単純に接続するのみではその間で発生する静電容量が悪さを誘発し精度がたもてず不安定な状態になってしまう。従って、静電着座センサーと着座検出回路を直結することが好ましいが、設計の自由度を高める為に、直結できない場合も発生する。
【００２６】
本発明により、前述直結できない場合においての実施例を以下説明する。図９において、検出電極（１４）と着座検出回路（３）を電気的結合部分（１８）で結合し、絶縁層（１７）を介して、保護電極（１５）と着座検出回路（３）を電気的結合部分（１９）で結合させ、かつ検出電極（１４）と着座検出回路（３）の電気的結合部分（１８）を、絶縁層（１７）を介して、保護電極（１５）と着座検出回路（３）の電気的結合部分（１９）の上を這わせることにより、前述したような効果を発揮させることができる。
【００２７】
図１０において、例えば、シールド線（２０）を用いることよりシールド線の中芯（２１）を検出電極（１４）と着座検出回路（３）とを電気的に結合させる部分として、かつ、シールド線のシールド（２２）を保護電極（１５）と着座検出回路（３）との結合させる部分として使用することにより、検出電極（１４）と着座検出回路（３）との電気的結合部分を、保護電極（１５）と着座検出回路（３）の結合部分が、完全に覆ってしまっているため、前記結合部分からの静電容量変化の影響は全く受けなくなり、図２のように着座検出回路（３）を人体局部洗浄装置（１）内部に設置できる。このようにすることにより、フレキシブルな設計を可能とする。この着座検出回路までの結線は、図１、図２に示す便座コード（７）の中を通すことにより、従来のデザイン品質を損なうこともない。通常この便座コード（７）の中には、図５に示す暖房用ヒーター（１２−ｂ）へ交流１００ボルトを供給するリード線等が通っている。
【００２８】
次に、検出電極と保護電極と接地電極は確実に電気的に絶縁されていなければ、本発明は機能しない。その実施例を図をもって説明する。図１１に示すように、検出電極（１４）、保護電極（１５）、接地電極（１６）の順に小さくし、かつ接地電極（１６）の上に同じ面積の絶縁層を設け、保護電極（１５）の上に同じ面積の絶縁層を設けているため、各々を張り合わせる時の位置ずれや、製造上発生したバリなどにともなう絶縁不良が発生するおそれがなく、容易に確実に絶縁することができる。
【００２９】
図１２に絶縁を良好に保つ第２の実施例を示すが、検出電極（１４）、保護電極（１５）、接地電極（１６）の投影面積より大きい投影面積の絶縁層を設けることにより、前述した容易で確実な絶縁が実現できる。この場合検出電極（１４）、保護電極（１５）、接地電極（１６）の面積の大小は関係しない。さらに、検出電極の上面及び接地電極の下面の両側に絶縁層（図示せず）を設けても良い。
【００３０】
前述した均熱板（１２−ａ）を便座裏面に貼り付ける従来から使用している粘着材に着眼し、本発明の絶縁層の材料として、前述粘着材を前述絶縁層（１７）に使用することで更に安価に提供できる。
【００３１】
次に、図５、図６に示す本発明のセンサー部（４）は、薄膜状で任意の形状に簡単に製作可能とすると設計上の制約がなくなるばかりでなく安価に提供できるようになる。ベースとなるフィルム状絶縁基材上に電極となる導電性インクを印刷塗布し、乾燥後更にその上に絶縁材となる絶縁性インクを印刷塗布させる方法により本発明に関する電極材、絶縁材を構成させるため、センサー部（４）のトータル厚さを数十μｍ〜数百μｍまで任意に薄膜上に製作できるばかりでなく、任意の形状に製作できる。従って、センサー部（４）自体がフレキシブルな薄膜センサーとなるため、取り付けスペースの狭い所や３次元曲面に容易に安価に設置できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、上記構成にすることにより、人体局部洗浄装置の設置場所に左右されず、バラツキの少ない安定した着座検出を行うことが容易に安価にできるばかりではなく、商品バリエーションが何種類発生しても、個々に合わせた着座検出回路を必要としない為、設計上・製造上の負荷の軽減も同時に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の全体実施例を示す。
【図２】本発明における第２の全体実施例を示す。
【図３】本発明説明のための回路ブロック図例を示す。
【図４】本発明説明のための発振回路略図例を示す。
【図５】本発明における静電着座センサー部設置の実施例であり、図２断面Ａ−Ａ部を示す。
【図６】本発明における静電着座センサー部拡大図であり、図１２の断面Ｂ−Ｂ部を示す。
【図７】本発明における保護電極が無い場合の静電容量検出の説明図を示す。
【図８】本発明における保護電極を設けた場合の静電容量検出の説明図を示す。
【図９】静電着座センサーと着座検出回路との電気的結合における第１の実施例を示す。
【図１０】静電着座センサーと着座検出回路との電気的結合における第２の実施例を示す。
【図１１】検出電極、保護電極、接地電極と絶縁層の第１構造の実施例を示す。
【図１２】検出電極、保護電極、接地電極と絶縁層の第２構造の実施例を示す。
【図１３】検出電極と大地間との説明用として従来例１Ｆ設置の略図を示す。
【図１４】検出電極と大地間との説明用として従来例２Ｆ設置の略図を示す。
【符号の説明】
１…人体局部洗浄装置
２…人体局部洗浄装置のマイコン
３…着座検出回路
４…静電着座センサー
５…静電着座センサーと着座検出回路の電気的結合部分
６…人体局部洗浄装置のマイコンへの着座有／無信号送信ケーブル
７…便座コード
８…オペアンプ
９…負帰還回路
１０…正帰還回路
１２…オペアンプ
１２−ａ…均熱板
１２−ｂ…暖房用ヒーター
１３…便座の人体着座面
１４…検出電極
１５…保護電極
１６…接地電極
１７…絶縁層
１８…検出電極と着座検出回路の電気的結合部分
１９…保護電極と着座検出回路の電気的結合部分
２０…シールド線
２１…シールド線中芯
２２…シールド
２３…１Ｆ相当の抵抗
２４…大地との間に形成されるコンデンサー
２５…便座

Claims (3)

1. 人体着座面近傍の便座内部へ少なくとも１個の検出電極と前記検出電極の人体検出面側の対面に絶縁層を介して検出電極と同電位同位相の第２の電極（保護電極）を少なくとも１個配置し、さらに前記絶縁層に接していない第２の電極の面に絶縁層を配置し、第２の電極に接していない絶縁層の面に第３の電極（接地電極）を少なくとも１個配置し、検出電極と接地電極間の静電容量変化を利用して人体検出を行う着座検出回路を備えた静電容量式人体局部洗浄装置用着座センサーにおいて、
   検出電極・保護電極と着座検出回路の電気的結合部分において、検出電極と着座検出回路の電気的結合部分の大半を保護電極上に通過させることを特徴とする静電容量式人体局部洗浄装置用着座センサー。
2. 人体着座面近傍の便座内部へ少なくとも１個の検出電極と前記検出電極の人体検出面側の対面に絶縁層を介して検出電極と同電位同位相の第２の電極（保護電極）を少なくとも１個配置し、さらに前記絶縁層に接していない第２の電極の面に絶縁層を配置し、第２の電極に接していない絶縁層の面に第３の電極（接地電極）を少なくとも１個配置し、検出電極と接地電極間の静電容量変化を利用して人体検出を行う着座検出回路を備えた静電容量式人体局部洗浄装置用着座センサーにおいて、
   検出電極・保護電極と着座検出回路の電気的結合において、検出電極と着座検出回路の電気的結合部分を、保護電極と着座検出回路の電気的結合部分で覆ったことを特徴とする静電容量式人体局部洗浄装置用着座センサー。
3. ヒーター線とヒーターからの熱を拡散し均等に便座を暖房させる導電性の均熱板を有した暖房便座を備えた人体局部洗浄装置において、均熱板を前記接地電極としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電容量式人体局部洗浄装置用着座センサー。

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