(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間の電場の変化に基づき使用者が便座に着座しているか否かを検出する検出手段と、
前記電極間の電圧を変化させることが可能な制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、電源が投入されたとき、前記検出手段の較正が完了するまで、前記電極間に印加する電圧を通常時の印加電圧である第一電圧よりも低い第二電圧とする、便座装置。
【請求項２】
前記第二電圧は、前記便座に着座している使用者の存在が、前記電極間の電場に変化を与えないような値に設定されている、請求項１に記載の便座装置。
【請求項３】
ヒータ線から発せられる熱を前記便座に伝えるための伝熱部材を備え、
前記検出手段の一方の電極は、前記伝熱部材の一部から構成され、
前記検出手段の他方の電極は、前記伝熱部材とは異なる部材で構成されている、請求項１または請求項２に記載の便座装置。
【請求項４】
前記検出手段の一方の電極における、前記検出手段の他方の電極側の所定の範囲には、前記ヒータ線が存在しないように構成されている、請求項３に記載の便座装置。
【請求項５】
電極間の電場の変化に基づき使用者が便座に着座しているか否かを検出する検出手段と、
前記電極間の電圧を変化させることが可能な制御手段と、
ヒータ線から発せられる熱を前記便座に伝えるための伝熱部材と、
を備え、
前記検出手段の一方の電極は、前記伝熱部材の一部から構成され、
前記検出手段の他方の電極は、前記伝熱部材とは異なる部材で構成されており、
前記検出手段の一方の電極における、前記検出手段の他方の電極側の所定の範囲には、前記ヒータ線が存在しないように構成されている、便座装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者が便座に着座しているか否かを検出する機能を有する便座装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
便座装置には、使用者が便座に着座しているか否かを判別するためのセンサが設けられることがある（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１５１０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなセンサとして、二つの電極間の電場（静電容量）の変化に基づき、検出対象の存在の有無を検出するセンサ（相互容量式の静電センサ）が用いられることがある。かかるセンサには、使用環境による誤検知を防止するため、電源ＯＮ時に基準を設定するための較正（キャリブレーション）が実行されるものがある。このセンサを使用者が便座に着座しているか否かを検出する便座装置に用いると、使用者が便座に着座している状態で電源がＯＮされた場合、使用者が便座に着座している状態が基準として設定されるため、その後正常な検知ができなくなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、電極間の電場の変化に基づき使用者が便座に着座しているか否かを検出するセンサ（検出手段）を備えた便座装置において、正常な検出ができない状態となってしまうのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明にかかる便座装置は、電極間の電場の変化に基づき使用者が便座に着座しているか否かを検出する検出手段と、前記電極間の電圧を変化させることが可能な制御手段と、を備える。
【０００７】
前記制御手段は、電源が投入されたとき、前記検出手段の較正が完了するまで、前記電極間に印加する電圧を通常時の印加電圧である第一電圧よりも低い第二電圧とするとよい。
【０００８】
前記第二電圧は、前記便座に着座している使用者の存在が、前記電極間の電場に変化を与えないような値に設定されているとよい。
【０００９】
ヒータ線から発せられる熱を前記便座に伝えるための伝熱部材を備え、前記検出手段の一方の電極は、前記伝熱部材の一部から構成され、前記検出手段の他方の電極は、前記伝熱部材とは異なる部材で構成されているとよい。
【００１０】
前記検出手段の一方の電極における、前記検出手段の他方の電極側の所定の範囲には、前記ヒータ線が存在しないように構成されているとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる便座装置は、電極間の電圧を制御することができる制御手段を備える。制御手段によって電極間の電圧を制御し、検出範囲を調整することにより、使用者が着座しているか否かを検出することができない状態となってしまうのを抑制することができる。
【００１２】
電源が投入されたとき、検出手段の較正が完了するまで、電極間に印加する電圧を通常時の印加電圧である第一電圧よりも低い第二電圧とすれば、電源が投入され、較正が実行されるときに使用者が着座していたとしても、使用者の存在が較正に与える影響を小さくすることができる。つまり、較正後の検出手段が、正常な検出ができなくなってしまうのを抑制することができる。
【００１３】
便座に着座している使用者の存在が、電極間の電場に変化を与えないように第二電圧値を設定すれば、使用者の存在の影響を受けた状態で較正が実行されることが防止される。
【００１４】
ヒータから発せられる熱を伝える伝熱部材を備える場合、当該伝熱部材を検出手段の一方の電極として利用することができる。
【００１５】
この場合、検出手段の一方の電極における他方の電極側の所定の範囲に、ヒータ線が存在しないようにすることで、ヒータ線が検出対象であるかのように振る舞い、検出手段の検出感度（検出精度）が低下してしまうのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる便座装置の外観図である。
【図２】（ａ）は着座センサを模式的に示した図、（ｂ）は着座センサを構成する電極間に第一電圧を印加したときにおける電極間に発生する電気力線を模式的に示した図、（ｃ）は着座センサを構成する電極間に第二電圧を印加したときにおける電極間に発生する電気力線を模式的に示した図である。
【図３】着座センサを構成する電極間に印加する電圧を切り替えるための回路の一例を説明するための図である。
【図４】制御手段による制御フローを示した図である。
【図５】非着座時における着座センサからの出力と着座時における着座センサからの出力の違いを示した図である。
【図６】電源ＯＮの後、着座センサの電極間に第一電圧が印加された状態で較正が実行された場合（従来の場合）、使用者が便座（座部）に着座した状態が基準となってしまうことを説明するための図である。
【図７】着座センサを構成する電極間に第二電圧を印加したときに、電気力線が十分に下がりきらなかった場合の様子を模式的に示した図である。
【図８】図７に示したような場合であっても、着座・非着座を検出することできる点を説明するための図（その一）である。
【図９】図７に示したような場合であっても、着座・非着座を検出することできる点を説明するための図（その二）である。
【図１０】着座センサの一方の電極が伝熱部材の一部を利用して構成されたものを模式的に示した図である。
【図１１】便座（座部）内に設けられた伝熱部材とヒータ線を模式的に示した断面図である。
【図１２】着座センサが構成された部分を拡大して示した図であって、第一電極（伝熱部材の第一の部分）における第二電極側の一部の領域が、ヒータ線が存在しないように設定された禁止領域であることを説明するための模式図である。
【図１３】水の存在による誤検知が発生しないように電極の面積比を設定する手法を説明するための模式図である。
【図１４】着座センサを制御するための制御手段（基板）が、座部内ではなく本体部内に設けられた例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態にかかる便座装置１について詳細に説明する。なお、以下の説明における前後方向とは図１における左右方向（左側を前とする）をいい、上下方向とは図１における上下方向をいうものとする。
【００１８】
［便座装置（着座センサ）の構成］
図１に外観を示す本実施形態にかかる便座装置１は、便座１０、着座センサ２０（本発明における検出手段に相当する）、および制御手段３０を備える。
【００１９】
便座１０は、その前側に用を足す者が着座する座部１１を有する。便座１０は、便器９０に対して回動自在である。便器９０に対して便座１０が直接的に接続されていてもよいし、間接的に（別部材を介して）接続されていてもよい。便座１０は、座部１１が便器９０の上面に接触した閉位置（座部１１が使用可能な位置）と、便器９０の上面とのなす角度が９０度以上となる開位置（座部１１が使用不可能な位置）との間を回動自在である。便座１０の座部１１の後方には各種部材が収容される本体部１２が設けられている。例えば、本体部１２内には、人体の局部を洗浄する洗浄ノズル等を含む洗浄ユニットや、便座１０・便蓋（設けられていなくてもよい）を駆動させるための駆動手段が収容される。
【００２０】
図２に模式的に示す着座センサ２０は、相互容量方式の静電センサであって、二つの電極（第一電極２１および第二電極２２）を有する。両電極は、座部１１の上面（以下座面１１１と称することもある）の下側に、当該上面と略平行に位置するように配置されている。本実施形態では、両電極の上下方向における位置は略同じである。両電極間に所定の電圧を印加することにより、両電極間には電場が生ずる。具体的には、両電極の上面を結ぶような、全体としてアーチ形状の電気力線が生ずる。なお、第一電極２１、第二電極２２、どちらの電極を高電位にしてもよい。
【００２１】
制御手段３０は、着座センサ２０を構成する二つの電極間に電圧を印加する。また、当該電圧を第一電圧または第二電圧に設定すること（印加電圧を変化させること）ができる。かかる制御手段３０による制御の一例を図３に示す。制御手段３０（マイコン）は、電極間に印加される電圧を、スイッチ（例えばトランジスタスイッチ）を制御することによって切り替える。第一スイッチ３１をＯＮとすれば電極間に第一電圧が印加され、第二スイッチ３２をＯＮとすれば電極間に第二電圧が印加される。
【００２２】
第一電圧は、通常使用時の印加電圧である。後述するように、着座センサ２０の電源がＯＮされてから較正（キャリブレーション）が完了するまでの間を除き、当該第一電圧が電極間に印加される。第一電圧が印加されると、電極間の電気力線の一部が座面１１１よりも上側に生じる（図２（ｂ）参照）。したがって、使用者が便座１０（座面１１１上）に着座すると、当該電気力線（電場）が変化する。かかる変化が検出されることによって、使用者が便座１０に着座しているか否かが検出される。
【００２３】
一方、第二電圧は、第一電圧よりも低く設定される。「電場の強さＥ＝印加電圧Ｖ／電極間の距離Ｄ」と規定されるため、電極間に印加する電圧を小さくすると、アーチ状に発生する電気力線の高さが小さくなる。第二電圧は、当該電圧を印加したとき、便座１０（座面１１１上）に着座している使用者の存在が、電極間の電場にほとんど変化を与えないような値に設定されている。換言すれば、電極間に生ずる電気力線のほとんどが、座面１１１よりも下側に発生するような値に設定されている（図２（ｃ）参照）。
【００２４】
［着座センサの制御］
図４の制御フローに示すように、本実施形態では、着座センサ２０がＯＮされて（Ｓ１）から、較正が完了するまの間は着座センサ２０の電極間に第二電圧が印加される（Ｓ２、Ｓ３）。着座センサ２０の較正が完了した後は、着座センサ２０の電極間に第一電圧が印加され（Ｓ４）、測定される着座センサ２０からの出力値（本実施形態ではＡＤ値（電極間の静電容量の変化をデジタル値に変換した値のことをいう。以下同じ））が閾値以上となった場合には（Ｓ５「Ｙｅｓ」）着座状態と判断され（Ｓ６）、閾値未満である場合には（Ｓ５「Ｎｏ」）非着座状態であると判断される（Ｓ７）。このように制御することによる作用は以下の通りである。
【００２５】
着座センサ２０の電極間に第一電圧を印加している際に、使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したときにおける両電極間の静電容量変化を表す出力値が５０であるとする。つまり、使用者が着座していないときにおける出力値はほぼ０（静電容量の変化なし）であるが、使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したときにおける出力値は５０となるため、閾値を５０未満の所定値に設定しておけば（例えば２５に設定しておけば）、閾値以上の値が検出されれば着座状態、そのような値が検出されなければ非着座状態と判断される（図５参照）。
【００２６】
常に（電源ＯＮの後、較正が完了するまでの間も含めて）着座センサ２０の電極間に第一電圧を印加する制御（従来の制御）であると、使用者が便座１０（座面１１１上）に着座した状態で着座センサ２０の電源がＯＮされたとき、当該状態が基準となって較正が実行される。つまり、出力値５０が出力されるべき状態が、基準状態となるように較正される（図６参照）。そのため、その後使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したとしても、閾値以上の出力値が検出されることはなくなる。すなわち、使用者の着座を検出することができない状態となってしまう。
【００２７】
これに対し本実施形態では、制御手段３０により、着座センサ２０の電源がＯＮされたとき、その較正が完了するまでは、着座センサ２０の電極間に第一電圧ではなくそれよりも低い第二電圧が印加される。上述したように、第二電圧は、便座１０（座面１１１上）に着座している使用者の存在が、電極間の電場に変化を与えないような値に設定されているため、使用者の存在を含んだ状態で較正が実行されることはない。したがって、較正が完了した後、電極間の印加電圧を第一電圧とすれば、使用者の着座の有無が問題なく検出される。
【００２８】
このように、第二電圧は、着座している使用者の影響を排除するため、正常な較正が実行される範囲においてできるだけ小さくすることが望ましい。しかし、第一電圧よりも低い第二電圧を印加しても、図７に示すように、アーチ状の電気力線の高さが十分に低くならない（電気力線の一部が座面１１１上に存在する状態となる）可能性がある。このような場合であっても第二電圧を印加する意義はある。
【００２９】
第二電圧を印加した状態で使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したときにおける両電極間の静電容量変化を表す出力値が２０であるとする。つまり、第二電圧印加時における電気力線の高さが十分に低くならず（第二電圧印加時であっても着座する使用者の影響が排除できず）、使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したときにおける出力値が０にならないものとする。この場合であっても、第一電圧を印加した状態で使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したときにおける両電極間の静電容量変化を表す出力値が５０であるのであるから、それよりも出力値は低くなる。
【００３０】
したがって、図８に示すように、着座センサ２０の電源がＯＮされたとき、その較正が完了するまで、両電極間に第一電圧よりも低い第二電圧を印加しておけば、出力値２０に相当する分は較正によって打ち消されてしまうものの、出力値５０に相当する分全体が較正によって打ち消されてしまうことにはならない。つまり、較正が完了した後、両電極間に第一電圧を印加する状態とすれば、使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したときの出力値は３０（較正によって２０が打ち消された分低くなる）となるはずである。そのため、閾値を３０未満の所定値に設定しておけば（例えば２５に設定しておけば）、問題なく着座状態を検出することができる。
【００３１】
このようなケースの閾値は、設定される第二電圧に応じて適宜設定される。例えば、図９に示すように、第二電圧を印加した状態で使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したときにおける両電極間の静電容量変化を表す出力値が３０であるとすれば、較正が完了した後、両電極間に第一電圧を印加する状態で使用者が便座１０（座面１１１上）に着座したときの出力値は２０（較正によって３０が打ち消された分低くなる）となるはずである。したがって、その場合には、閾値を２０未満の所定値に設定（例えば１５に設定）すればよい。
【００３２】
なお、着座状態・非着座状態において想定される出力値と閾値の差は、測定誤差等を踏まえた「余裕」をどれだけ確保すべきであるかというものである。よって、当該「差」は適宜変更することができる。
【００３３】
［着座センサの具体例］
第一電極２１および第二電極２２を有する着座センサ２０は、例えば次のように構成することができる。以下、着座センサ２０の具体例について説明する。
【００３４】
図１０および図１１に示すように、本例にかかる着座センサ２０は、便座装置１に設けられるヒータユニット４０を利用したものである。ヒータユニット４０は、ヒータ線４１および伝熱部材４２を有する。ヒータ線４１は、通電することによって発熱するものであればどのようなものであってもよい。伝熱部材４２は、ヒータ線４１に近接して配置または固定されるものであって、座面１１１の少なくとも一部と重なるように配置される。本実施形態におけるヒータ線４１は、Ｏ形状またはＵ形状である便座の幅方向で往復するように配置されている。ヒータ線４１から生じた熱は、伝熱部材４２によって座面１１１全体に伝わる。なお、ヒータ線４１と伝熱部材４２はいずれも金属材料で形成されるが、少なくともいずれか一方は絶縁性材料でコーティングされているため、両者が電気的に短絡することはない。
【００３５】
本例における着座センサ２０は、第一電極２１が伝熱部材４２の一部によって構成されるものである。第二電極２２は、伝熱部材４２とは異なる別の部材によって構成される。伝熱部材４２は、第一電極２１として機能する第一の部分４２１と、それ以外の部分である第二の部分４２２に区分することができる。図１０および図１２に示すように、伝熱部材４２における第二の部分４２２には、便座１０の幅方向に細長い長方形状の貫通孔４２２１が形成されている。当該貫通孔４２２１内に細長い長方形状の第二電極２２が配置される。また、当該貫通孔４２２１内における第二電極２２の外側には隙間を隔てて伝熱部材４２の第一の部分４２１でもある第一電極２１が配置される。第一電極２１と伝熱部材４２の第二の部分４２２（貫通孔４２２１の内周面）の間には隙間が存在している。このように、貫通孔４２２１内の中央側に配置された第二電極２２と、その周囲に配置された第一電極２１として機能する伝熱部材４２の第一の部分４２１とによって着座センサ２０が構成される。
【００３６】
ヒータ線４１は、伝熱部材４２の第二の部分４２２だけでなく第一の部分４２１にも配置される（第一の部分４２１に近接して配置または固定される）。つまり、第一の部分４２１は、ヒータ線４１から発せられた熱を伝熱するための部材としても機能する。上述したように、ヒータ線４１および伝熱部材４２の少なくともいずれか一方は絶縁性材料でコーティングされているため、ヒータ線４１を介して伝熱部材４２の第一の部分４２１と第二の部分４２２が電気的に短絡することはない。このように、本例における着座センサ２０は、伝熱部材４２の一部である第一の部分４２１を一方の電極（第一電極２１）として利用する。
【００３７】
着座センサ２０の各電極は次のような形状にするとよい。伝熱部材４２と異なる部材で形成される第二電極２２は、できるだけ細長い形状にするとよい。第二電極２２は伝熱部材４２として機能するものではないため、第二電極２２が設けられた箇所が温度ムラ（他の部分に比して冷たい個所）となってしまうおそれがある。したがって、（当該部分を正方形や丸に近い形状とするよりも）当該部分を細長くする方が、温度ムラを軽減することができる。
【００３８】
伝熱部材４２の第一の部分４２１、すなわち第一電極２１は、第二電極２２に比して大きくするとよい。当該面積比は、座面１１１上に水が存在している場合に当該水を人体と判断してしまわないようにすること、センサとして必要な感度を有すること、等の観点に基づき設定される。例えば、座面１１１の一部に水が付着することは起こり得ることであるが、このような場合に水を検出物として検出してしまうと問題があるため、座面１１１上に存在する水の表面積が所定面積以下の場合には、水を検出物として検出しないような面積比に設定する。図１３に示すように、座面１１１上に存在する所定面積の水と第一電極２１との結合容量（Ｃ２）が、当該所定面積の水と大地との結合容量（大地に接続される伝熱部材４２の第二の部分４２２を介した、水と大地の結合容量；Ｃ３＋Ｃ４）よりも大きくなるように第一電極２１の大きさを設定することで、当該所定面積の水は検出物として判断されない（第一電極２１として機能する）ため、上記のような問題が発生してしまうのを抑制することができる。第一電極２１と第二電極２２の好適な面積比としては、第一電極２１の面積：第二電極２２の面積≒１０：１とすることが例示できる。
【００３９】
また、センサとして必要な感度を確保するため、第一電極２１における第二電極２２に近い側の所定範囲には、ヒータ線４１が配置されないように設定される。上述したように、第一電極２１は伝熱部材４２の一部（第一の部分４２１）であるため、その一部にヒータ線４１が近接して配置または固定されることとなるが、第二の電極に近い所定範囲をヒータ線４１が存在しない禁止領域４２１ａ（図１２参照）とすることで、センサとしての感度の低下を抑制する。つまり、第一電極２１における第二電極２２に近い側は、電極間に電圧が印加されているときの電気力線の本数が多く、ヒータ線４１が与える感度への影響が大きいことから、当該第二電極２２に近い側の所定の範囲を禁止領域４２１ａとすることで、ヒータ線４１が与える感度への影響を小さくする。逆に言えば、感度へ与える影響が小さい第一電極２１における第二電極２２から遠い側にヒータ線４１を配置することで、温度ムラを低減するものである。つまり、禁止領域４２１ａを大きくしすぎると温度ムラの原因となるため、第一電極２１の面積：第二電極２２の面積≒１０：１とする場合には第一電極２１における禁止領域４２１ａの面積：第二電極２２の面積≒２：１程度に設定することが好ましい。
【００４０】
なお、図１０に示すように、着座センサ２０を制御する制御手段３０（制御基板）は、座部１１内に収容された構成としてもよいし、図１４に示すように、座部１１内ではなく本体部１２内に収容された構成としてもよい。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  便座装置
１０  便座
１１  座部
１１１  座面
１２  本体部
２０  着座センサ（検出手段）
２１  第一電極
２２  第二電極
３０  制御手段
４１  ヒータ線
４２  伝熱部材４２
４２１  伝熱部材の第一の部分
４２１ａ  禁止領域
４２２  伝熱部材の第二の部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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