JP4660157B2 - 就寝装置 - Google Patents

Description

本発明は就寝装置に関し、特に布団を使用しない就寝装置に関するものである。

従来、一般的に使用されている布団は温度や湿度の調節機能がなく、毎日の気温や湿度の変化によって、寒すぎたり、暑すぎたり、あるいは汗が乾かないことなどにより安眠できないばかりか、風邪を引くなど健康を害する事さえあった。また、ダニに対するアレルギーのある人は就寝中に布団から発生するアレルゲンであるダニの糞や死骸の粉を吸引してしまうと症状が悪化するので、布団を定期的に洗浄する、あるいは掃除機をかける等の処置を行う必要に迫られていたが、これらの処置ではアレルゲンの吸引を完全には防止できなかった。

そこで、温度や湿度の調節が可能であり、かつダニの発生源となる布団を使用しない就寝装置として、例えば下記特許文献１にはカバー体の内部に調和空気を供給する就寝装置が記載されている。
特開平６−１５４０６２号公報

前記したような従来の就寝装置においては、装置が大型となり、固定的に設置する必要があり、設置場所を占有してしまうという問題点があった。本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決し、簡単な構成で設置や片づけも容易な就寝装置を提供することにある。

本発明の就寝装置は、内部に少なくとも人の胸から下を水平に挿入可能な空間が確保され、前部が開口しているカバー手段と、前記カバー手段の少なくとも前記開口部を覆う柔軟な前垂れ手段と、前記カバー手段の後部上側に設置され、最後部側に換気口を備え、カバー内部の空気の温度および湿度を制御する空調手段とを備えたことを主要な特徴とする。

また、上記した就寝装置において、前記空調手段は、カバー手段の内部空間から吸引した空気を再びカバー手段の内部空間に送出する送風手段と、前記送風手段の吸引部に前記換気口から取り入れた外気を導入する弁手段と、送風手段により送出される空気を加熱する加熱手段と、カバー手段内部空間の空気の温度および湿度を測定する測定手段と、前記測定手段による測定結果に基づき、前記弁手段、前記加熱手段、前記送風手段の少なくとも１つを就寝に適するように制御する制御手段とを備えていてもよい。

また、上記した就寝装置において、前記弁手段は、開口部を備えた固定側スリット部材と、固定側スリット上を直線状に摺動するかあるいは軸を中心に回転する、開口部を備えた移動側スリット部材と、前記移動側スリット部材を移動させるスリット駆動手段からなっていてもよい。

また、上記した就寝装置において、前記空調手段は、調整された空気をカバー手段の内部空間に送出するための複数の送出方向調整可能な吹き出し口を備えていてもよい。また、上記した就寝装置において、前記空調手段は、カバー手段の内部空間およびカバー手段の外部にそれぞれ単独で電源のオンオフが可能な電源スイッチ手段を備えていてもよい。

また、上記した就寝装置において、前記制御手段は、温度および湿度の目標値および測定値を周期的に外部に出力すると共に、外部から制御信号が入力された場合には制御信号に従って制御を行う入出力手段を備えていてもよい。また、上記した就寝装置において、前記カバー手段は、少なくとも前部側面に支柱がなく、カバー手段の前部上面はカバー手段の後部により支持されていてもよい。

本発明によれば以下のような効果がある。
（１）空調機能によって気温や湿度に関係なく１年を通して常に快適な状態で安眠できる。
（２）設置／収納が容易である。
（３）人の皮膚から水蒸気が発散しているので、最適湿度を維持するために加湿する必要がなく、外気との入れ替えによって湿度の制御を行うようにしたので、消費電力が低減し、装置が簡素化される。

（４）従来の掛け布団等のダニの発生源を使用せず、最小限でかつ洗濯可能な前垂れ部材のみを使用するので、利用者がアレルゲンを吸引しなくなり、症状の悪化を防止できる。
（５）病気やけがで布団を掛けることができない人の就寝に使用できる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の就寝装置の第１実施例の使用時の構成を示す側面図である。なお、図１（ｂ）は、前垂れ部材１３を外して前部から見た場合の図であり、図１（ｃ）は後部から見た場合の図である。第１実施例の就寝装置は、概ね前部カバー１０と後部カバー１１とに２分割されたカバー装置からなる。
前部カバー１０の前部の開口部には前垂れ部材１３が装着されており、後部カバー１１の後部中央上側には空調装置１２が装着され、最後部（底部）には底板１４が装着されている。底板１４からは空調装置１２の底部（換気口１６）が外部に露出しており、電源コード１５が装着されている。

前部カバー１０と後部カバー１１のそれぞれの側面と上面および底板１４は軽い気密、断熱部材により構成されている。前部カバー１０は後部カバー１１と隙間無く、かつ摺動可能に係合しており、前部カバー１０を前後に摺動させることにより、カバー全体の長さを利用者１８の身長に合わせて調節可能である。

前垂れ部材１３は、前部カバー１０の前部の開口部と利用者１８の体との隙間を封止するための部材であり、例えば毛布やキルティング材など、柔軟で断熱性があり、肌触りのよい材料により製作される。なお、前垂れ部材と同じ素材で、前部カバー１０と後部カバー１１のそれぞれの側面および上面、後部カバー１１の最後部（底板）を作成してもよい。

図２は、本発明の就寝装置の空調装置１２の外観を示す平面図および側面図である。図２（ａ）は、空調装置１２を前方から見た場合の図であり、図２（ｂ）は、空調装置１２を後方から見た場合の図である。また、図２（ｃ）は、空調装置１２を横から見た場合の図であり、図２（ｄ）は、空調装置１２を下から見た場合の図である。

図２（ａ）に示す空調装置１２の前面には４つの吹き出し口２０〜２３、温度調節用可変抵抗器（温度調節つまみ）２６、内部電源スイッチ２４、内部ＬＥＤ２５が配置されている。各吹き出し口は風向を調節可能に構成されており、例えば吹き出し口２０、２１は前方へ、吹き出し口２２、２３は後方へ吹き出すように方向を調節して使用する。

図２（ｂ）に示す空調装置１２の背面には換気口１６を覆うフィルタ２８、換気用ファン２７、湿度調節用可変抵抗器（湿度調節つまみ）２９、外部電源スイッチ３０、外部ＬＥＤ３１、通信用コネクタ３２が配置されている。図２（ｄ）に示す空調装置１２の下面にはカバー内部の空気の吸気口を覆うフィルタ３３、温度および湿度センサ３４が配置されている。

図３は、本発明の就寝装置の空調装置の内部構成を示す平面図および断面図である。吸引されて吸気口を覆うフィルタ３３を通過したカバー内の空気はクロスフローファン４０によって送出され、ヒーター４１によって加熱されて、吹き出し口２０〜２３から再びカバー内に吹き出す。また、弁装置４２が開いている場合には、クロスフローファン４０によって生じる負圧によって外気がフィルタ２８を通って流入し、カバー内部からの空気と混合される。なお、流入した外気量に相当するカバー内部の空気は例えばカバーと利用者の隙間などからカバーの外部へ放出される。

制御装置４３は、カバー内温度センサ４７、湿度センサ４８、外気温度センサ４９、吹き出し口温度センサ４４、加熱検出用温度センサ４５、フォトセンサ４６等から測定値等を入力し、ヒーター電力、クロスフローファン電力、弁装置４２の開度（ステッピングモータ５０）等を制御する。

図４は、本発明の就寝装置の弁装置の構成を示す断面図である。弁装置４２はそれぞれが等間隔に設けられた多数のスリットを備えた２枚の長方形の板からなる。移動板６１は固定板６０上を摺動可能に構成されており、２枚の板のスリットの重なった部分を通して外気が吸引される。

ステッピングモータ５０によって回転するネジを切った軸が、移動板６１に固着された突起のネジ孔と嵌合しているので、モータ５０を回転させることにより、移動板６１が移動し、弁装置の開口面積が変化する。移動板６１が全閉位置に来たことを検出するために、赤外線を照射し、移動板６１からの反射光を検出するフォトセンサ４６が配置されている。
なお、弁装置は、円形で扇形の開口部を備えた固定側スリット部材と、固定側スリット上を軸を中心に回転する、扇形の開口部を備えた移動側スリット部材とから構成することも可能である。更に、上記円形の弁装置を複数個並列して配置し、移動側スリット部材の周囲に歯車を形成して移動側スリット部材同士を係合させるようにしてもよい。

図５は、本発明の就寝装置の制御装置の構成を示すブロック図である。ＣＰＵ７０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、デジタルおよびアナログ入力ポート、デジタル出力ポート、タイマ回路等を備えた１チップマイクロコンピュータである。このような１チップマイクロコンピュータは周知であり、必要な機能を備えた任意のものを採用可能である。

温度センサ４４、４５、４７、４９は、例えば温度に対応した電圧を出力する公知の温度センサ、例えばナショナルセミコンダクター（登録商標）のLM35DZを使用可能である。湿度センサ４８としては例えばＴＤＫ（登録商標）の湿度センサCHS-UGSを採用可能である。オペアンプを使用した周知の直流増幅回路７３はセンサの出力電圧をＣＰＵが内蔵するＡ／Ｄ変換器のフルスケールに合うようにセンサの出力電圧を増幅し、ＣＰＵ７０のアナログ入力端子に出力する。

フォトセンサ４６は、例えば赤外線を照射するＬＥＤおよび移動板６１からの反射光を検出するフォトダイオードを備えている。フォトセンサ４６としては例えば東芝（登録商標）のTLP909を使用可能である。センサ回路７８はフォトダイオードの出力信号をＣＰＵに入力可能なデジタル信号に変換する。目標温度および目標湿度設定用可変抵抗器２６、２９の出力はＣＰＵ７０のアナログ入力端子に接続されている。

ゼロクロス検出回路７２は、例えばブリッジ整流回路およびフォトカプラを使用して商用電源のゼロクロスを検出し、ＣＰＵ７０のデジタル入力ポートへ所定の長さのパルスを出力する。ＣＰＵ７０は後述する割り込み処理によってゼロクロスを検出する。

換気（冷却）用ファンモータ２７は電源オン中は常時稼働している。弁装置のステッピングモータ５０は、ＣＰＵ７０からの制御に基づき、周知のステッピングモータ駆動回路８０により駆動される。
インダクションモータである循環用クロスフローファンモータ４０は、詳細は後述するが、フォトトライアックを使用した公知のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）回路８１をＡＣ１００Ｖが所望の位相角の時にオン制御することにより、回転速度が制御される。

ニクロム線を使用したヒータ４１は、詳細は後述するが、フォトトライアックを使用した公知のソリッドステートリレー（ＳＳＲ）回路８１を所望の比率でオン／オフ制御することにより平均発熱量が制御される。例えば１秒の周期の内、０．５秒のみオンすることにより、平均発熱量は半分になる。

ＣＰＵ７０の備えている調歩同期通信用送受信端子が周知のRS-232Cトランシーバ回路８３を介して通信用コネクタ３２に接続されており、このコネクタにパソコン等を接続することにより、外部において目標値、測定値、制御値等を常時モニタ可能可能であり、更に空調装置を外部から制御することも可能である。

ＡＣ／ＤＣコンバータ７１はＡＣ１００ＶからＤＣ５Ｖを生成する。内部電源スイッチ２４および外部電源スイッチ３０は図示するように接続されており、任意のスイッチを反転させることにより、電源のオン／オフが可能である。これは、例えば寝るときには外部電源スイッチ３０を操作してオンとし、起きるときには内部電源スイッチ２４を操作してオフにすることができるようにするためである。

図６は、本発明の就寝装置の制御装置であるＣＰＵ７０の処理内容を示すフローチャートである。電源が投入されると、Ｓ１０においては、メモリやレジスタの初期化を行う。Ｓ１１においては、目標温度および目標湿度設定用可変抵抗器２６、２９の出力電圧を内蔵するＡ／Ｄ変換器を使用して読み込み、目標温度および目標湿度を設定する。

Ｓ１２においては、例えば受信バッファ内に特定の文字コードが受信されているか否かにより、外部から制御信号が受信されたか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１３に移行するが、肯定の場合にはＳ１６に移行する。Ｓ１３においては、空調の制御周期（例えば１秒〜数十秒）が経過したか否かを判定し、判定結果が否定の場合にはＳ１１に戻るが、肯定の場合にはＳ１４に移行する。

Ｓ１４においては、温度センサ、湿度センサによって内部温度、内部湿度、外気温度、吹き出し口温度等を測定する。Ｓ１５においては、設定されている温度および湿度の目標値およびＳ１４の測定値に基づき、所定の計算式によって各制御対象であるヒーター、循環ファンモータ、弁装置の制御値を算出して更新する。

計算式の一例としては、例えば測定湿度が目標湿度より高い場合には弁装置の開度を１つ上げ、低い場合には開度を１つ下げる。また測定内部温度が目標温度より高い場合にはヒーターをオフし、低い場合には温度差が大きいほどヒーターオン比が大きくなるように制御値を決定する。また、外気を導入している場合には弁装置の開度および外気温あるいは吹き出し口の温度に基づき、ヒーター電力が大きくなる方向に補正を行ってもよい。更に、循環用ファンモータ４０はヒーターの制御値に比例するように制御するか、あるいは吹き出し口の温度が所定値以上に上がらないように制御する。但し、最低でも所定の回転数を維持するようにする。

Ｓ１６においては、得られた制御値に基づいて各制御対象を制御する。なお、外部から制御信号を受信した場合にはその制御値に従う。Ｓ１７においては、目標値、測定値、制御値等の装置情報を文字コードに変換し、RS-232C回線を使用して外部に出力する。

Ｓ１８においては、表示装置であるＬＥＤ２５、３１に情報を表示してＳ１１に戻る。情報としては、例えばヒーターのオン／オフ状態を表示するようにしてもよい。このようにすれば、ＬＥＤは例えば１秒周期で点滅するので電源のオン／オフ状態が認識でき、更にカバー内の温度によって点灯時間が変化するので、ＣＰＵが正常に動作しているか否かをチェックすることができる。

図７は、ＣＰＵ７０のタイマ割り込み処理の内容を示すフローチャートである。制御装置は循環用ファンモータ４０の位相角制御による速度制御をソフトウェアによって制御する。このために、ＣＰＵに内蔵するハードウェアタイマーによって例えば２００マイクロ秒周期の割り込みを発生させる。５０Ｈｚの場合、ゼロクロス周期は１０ミリ秒であるので、ゼロクロスから２００マイクロ秒周期の割り込みの何回目でＳＳＲ８１をオンするかを制御することにより、等間隔ではないがほぼ５０段階の電力制御が可能であり、本発明の制御精度としては十分である。

Ｓ３０においては、ＲＡＭに記憶されている位相角カウンタ値に１を加算する。Ｓ３１においては、ＳＳＲ８１をオンすべきタイミングに達したか否かを判定し、判定結果が肯定の場合にはＳ３２に移行するが、否定の場合には処理を終了して戻る。Ｓ３２においては、ＳＳＲ８１を短いパルスによりオンに制御する。

例えばファンの制御値＝オン時刻が２５である場合には、位相角タイマー値が２５の時にファンモーター用ＳＳＲがオン制御されるので、次のゼロクロスまでのほぼ半分の時間ＳＳＲ８１がオンし、次のゼロクロス時刻でオフする。ファンモーター４０を強にする場合にはオン時刻を０あるいは−１とし、停止させる場合にはオン時刻を５１以上にすればよい。

図８は、ゼロクロス割り込み処理の内容を示すフローチャートである。Ｓ４０においては、位相角カウンタ値を０にクリアする。Ｓ４１においては、ゼロクロスカウンタの値に１を加算する。Ｓ４２においては、ゼロクロスカウンタ値が最大値ｍａｘ（例えば１００）に達したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ４５に移行するが、肯定の場合にはＳ４３に移行する。Ｓ４３においては、ゼロクロスカウンタ値を０にクリアする。Ｓ４４においては、ヒータ用ＳＳＲ８２をオフに制御する。

Ｓ４５においては、ゼロクロスカウンタの値がヒータ制御値を越えたか否かによって、ヒータオン時間か否かが判定され、判定結果が否定の場合には処理を終了して戻るが、肯定の場合にはＳ４６に移行してヒータ用ＳＳＲ８２をオンに制御する。例えばヒータ制御値が３０である場合には、ゼロクロスカウンタの値が３０になるとヒータがオンし、１００になるとオフする。従ってヒータの平均発熱量は常時通電時の７０％となる。

図９は、信号受信割り込み処理の内容を示すフローチャートである。Ｓ５０においては、RS-232C回線から受信したデータを受信バッファに追加して格納する。以上のような構成および機能によって、本発明の就寝装置は気温や湿度に関係なく１年を通して常に快適な状態で安眠できる。発明者は本発明の装置を試作して実験を行った結果、東京において夏でも部屋を冷房せずに就寝可能であることを確認できた。

次に、第２実施例について説明する。図１０は、本発明の就寝装置の第２実施例の構成を示す平面図および側面図である。第１実施例においては、利用者の肩付近までの側面をカバーで覆う構造であるために、利用者が寝返りをうつときにカバーの支柱あるいは壁面にぶつかるおそれがある。従って、第１実施例においては、カバーの横幅を例えば敷き布団と同程度に広くする必要があり、装置を小型化することができない。また、カバーの前部のみしか開口していないと、利用者が装置内へ体を出し入れする場合に不便である。

そこで、第２実施例においては、カバーを一体とし、カバー上面を後部の底板や側板で支持し、前垂れ部材を側面まで覆うように延長することによって、少なくとも前部の側面から支柱や壁面を除去したものである。また、利用者の出入りをより容易にするために、カバーの前部上面を上方に回動可能に構成する。

図１０（ａ）は、第２実施例において上面９０、両脇の支持棒９３、底板９２を側板９１によって固着して上面板９０を支持するように構成したものである。なお、図１０においては前垂れ部材を外した状態を示している。上面板９０の前部９４は蝶番によって回動可能に構成されている。この蝶番は、例えば前部９４が垂直な状態を保持するような機構を備えていてもよい。この構造では、敷き布団をカバー内に収納するためには、上面の幅は敷き布団と同程度かわずかに狭い程度必要である。

図１０（ｂ）は、第２実施例において上面板１００と底板１０２を三角形の側板１０１によって固着して上面板１００を支持し、更に底板１０２と支持棒１０４を三角形の側板１０３によって固着して上面板１００を支持するように構成したものである。この構造では、両脇の支持棒１０４の間隔は敷き布団と同程度必要であるが、上面の幅は敷き布団より狭くても、就寝装置を撤去することなく敷き布団の出し入れが可能である。

図１１は、本発明の就寝装置の第３実施例の構成を示す平面図および側面図である。こたつ兼用の就寝装置の例である。正方形の上面板１１０は４本の支柱１１１によって支持されており、後部は空調装置１２の背面を除いて底板１１２で塞がれ、前方および側面は図示されていないが、前垂れ部材によって覆われている。上面板１１０の下には延長枠１１３が前後に摺動可能に収納されている。こたつとして使用する場合（図１１（ａ））には、延長枠１１３を上面板１１０の下部に収納する。就寝時（図１１（ｂ））には、延長枠１１３を図示するように引き出し、前垂れ部材と床の間の隙間を毛布や布団等によって塞ぐ。空調装置はこたつモードと就寝モードを切り替えられるようにして、こたつモードのときにはこたつとして最適な空調制御を行うようにする。

図１２は、本発明の就寝装置の第４実施例の構成を示す平面図および側面図である。この実施例は第２実施例の変形例であり、金属製のパイプによりフレームが構成されている。上部フレーム１２０、底部フレーム１２２、支持フレーム１２３は鉄、アルミニウム、ジェラルミン等の金属製パイプにより一体に形成されている。後部は底板１２６で塞がれ、前方および側面は図示されていないが、前垂れ部材によって覆われている。なお、底板１２６も前垂れ部材と同じ材質で作成してもよい。上面板１２５には上面板１２５の下部が平坦になるように空調装置が装着されている。フレームの前部１２１は上部フレーム１２０に対して伸縮可能に構成されており、蛇腹状カバー１２４が摺動部を覆っている。

以上、本発明の実施例を開示したが、本発明には下記のような変形例も考えられる。空調装置の動作モードとして、敷き布団の乾燥モードを追加してもよい。乾燥モードでは、例えばヒーターおよび循環用ファンを最大とし、弁装置は湿度がある程度以下になるように制御する。一定時間動作すると停止するようにしてもよい。

本発明の就寝装置の使用時の構成を示す側面図である。 本発明の就寝装置の空調装置の外観を示す平面図および側面図である。 本発明の就寝装置の空調装置の内部構成を示す平面図および断面図である。 本発明の就寝装置の弁装置の構成を示す断面図である。 本発明の就寝装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の就寝装置の制御装置の処理内容を示すフローチャートである。 タイマ割り込み処理の内容を示すフローチャートである。 ゼロクロス割り込み処理の内容を示すフローチャートである。 信号受信割り込み処理の内容を示すフローチャートである。 本発明の就寝装置の第２実施例の構成を示す平面図および側面図である。 本発明の就寝装置の第３実施例の構成を示す平面図および側面図である。 本発明の就寝装置の第４実施例の構成を示す平面図および側面図である。

符号の説明

１０…前部カバー
１１…後部カバー
１２…空調装置
１３…前垂れ部材
１４…底板
１５…電源コード
１６…換気口
１８…利用者

Claims (4)

1. 内部に少なくとも人の胸から下を水平に挿入可能な空間が確保され、前部が開口しているカバー手段と、
   前記カバー手段の少なくとも前記開口部を覆う柔軟な前垂れ手段と、
   前記カバー手段の後部上側に設置され、最後部側に換気口を備え、カバー内部の空気の温度および湿度を制御する空調手段とを備え、
   前記空調手段は、
   前記カバー手段の内部空間から吸引した空気を再びカバー手段の内部空間に送出する送風手段と、
   前記カバー手段の内部空間の空気の吸気口を覆うフィルタ手段と、
   開くことによって外気が前記換気口から前記送風手段の吸引部に導入される弁手段と、
   前記送風手段により送出される空気を加熱する加熱手段と、
   前記カバー手段の内部空間の空気の温度および湿度を測定する測定手段と、
   前記測定手段による測定結果に基づき、温度が低い場合には前記加熱手段によって空気を加熱し、湿度が高い場合には前記弁手段の開度を上げ、湿度が低い場合には前記弁手段の開度を下げる制御手段とを備えた
   ことを特徴とする就寝装置。
2. 前記弁手段は、開口部を備えた固定側スリット部材と、固定側スリット上を直線状に摺動するかあるいは軸を中心に回転する、開口部を備えた移動側スリット部材と、前記移動側スリット部材を移動させるスリット駆動手段からなることを特徴とする請求項１に記載の就寝装置。
3. 前記空調手段は、調整された空気をカバー手段の内部空間に送出するための複数の送出方向調整可能な吹き出し口を備えたことを特徴とする請求項１に記載の就寝装置。
4. 前記制御手段は、温度および湿度の目標値および測定値を周期的に外部に出力すると共に、外部から制御信号が入力された場合には制御信号に従って制御を行う入出力手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の就寝装置。

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