JPH1136413A - 着座検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 着座検出のための窓を設けることなく、着座
及び非着座の判断が簡単であり、着座及び非着座検出の
信頼性が高く、寿命も長い着座検出装置を提供する。 【解決手段】 便座に使用者が着座しているときに磁器
の圧電素子１ａへ圧力が掛かるように便座の所定の位置
に磁器の圧電素子１ａを設け、磁器の圧電素子１ａの共
振周波数または共振周波数近辺の周波数の信号を発生す
るとともに磁器の圧電素子１ａへ出力する発振回路２を
設け、磁器の圧電素子１ａの後段に、着座に伴う磁器の
圧電素子１ａのインピーダンス変化を電圧レベル変化に
変換するインピーダンス−電圧変換手段３ａを設け、イ
ンピーダンス−電圧変換手段３ａの後段に、所定基準電
圧とインピーダンス−電圧変換手段３ａからの電気信号
とを比較する比較回路４ａを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衛生洗浄装置にお
いて、使用者が便座に着座していること及び便座に着座
していないことを検出する着座検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】衛生洗浄装置においては、便座に人間が
着座していること（及び着座していないこと）を検出す
る装置を設けることが一般的である。これは、使用者が
便座に腰掛けていない限り、ノズルから洗浄水（温水）
が噴出しないようにするためである。衛生洗浄装置にお
ける着座検出方式としては、便座に荷重が掛かったとき
にスイッチ（例えばマイクロスイッチ）が閉じることに
よって着座を検出する方式があった。しかし、マイクロ
スイッチ等の機械的接点を有するスイッチは、壊れやす
いので、近年は、衛生洗浄装置における着座検出には、
静電容量式センサまたは反射式光電スイッチを使用する
のが普通になってきている。

【０００３】静電容量式センサを使用した着座検出装置
は、着座状態を検出することが不安定で信頼性に欠ける
という欠点があった。すなわち、静電容量式着座検出装
置を具備した便座に人間が着座しているにもかかわら
ず、該便座に人間が着座していないという状態を示す信
号が該静電容量式センサから出力されることがしばしば
生じていた。

【０００４】反射式光電スイッチを使用した着座検出装
置は、信頼性の点では問題がなく、通常の状態では誤動
作もしにくい。但し、ＬＥＤ等の発光素子及びフォトト
ランジスタ等の受光素子の窓に水が掛かったり、該窓が
汚れたりすると、誤動作しやすくなるという問題点があ
った。

【０００５】また、反射式光電スイッチを使用した着座
検出装置は、ＬＥＤ等の発光素子の寿命が着座センサの
寿命となり、一般にＬＥＤの寿命は、静電容量式センサ
の寿命と比べて短いという欠点があった。さらに、反射
式光電スイッチを使用した着座検出装置には、発光素子
及び受光素子の光線が出入りするための窓が必要であ
り、その窓から覗かれているような感じがするというク
レイムが一部の衛生洗浄装置の使用者から出されている
というデザイン上の問題点があった。

【０００６】このように、現在、多く使われている静電
容量式センサを使用した着座検出装置及び反射式光電ス
イッチを使用した着座検出装置に替わって、圧電素子を
用いた着座検出装置も提案されている（例えば、特開平
５−９１９５５号参照）。圧電素子を用いた着座検出装
置は、反射式光電スイッチを使用した着座検出装置のよ
うに、発光及び受光素子の入射及び出射用の窓を設ける
必要がないという利点があるので、着座検出装置への適
用が期待されている。

【０００７】特開平５−９１９５５号の便座装置の着座
検出方式は、圧電素子に荷重が掛かったとき、または荷
重が取り除かれたときに、該圧電素子に圧電効果により
一時的にパルス状の電圧が発生するので、そのパルス状
の電圧を検出することによって、非着座状態から着座状
態への検出と着座状態から非着座状態への検出とを行う
というものである。特開平５−９１９５５号において開
示されている便座装置の着座検出装置は、次のような問
題点があった。

【０００８】第一に、着座検出センサとして、磁器の圧
電素子は、使用に適さないという問題点があった。圧電
素子と言えば、磁器（セラミックス）が代表的な素材で
あり、磁器の圧電素子（磁器製の圧電素子）は、堅牢な
ので、該磁器の圧電素子に対して圧力のＯＮ／ＯＦＦ動
作が加えられても安定して動作し、かつ長寿命である。
しかしながら、特開平５−９１９５５号においては、着
座検出のための圧電素子としてポリフッ化ビニリデンが
使われている。ポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材
料は、着座及び非着座の度に加えられる圧力（荷重）に
よって、性能の劣化を来しやすいという問題点がある。

【０００９】特開平５−９１９５５号において開示され
ている便座装置の着座検出装置において、高分子材料の
圧電素子を使用していることが記載され、磁器の圧電素
子を使うことに言及していないのは、磁器の圧電素子を
使用することは、困難であったことによる。磁器の圧電
素子に人体程度の荷重が掛かってもほとんど変形せず、
発生する電圧も小さく瞬間的にパルス電圧が出るだけで
あるからである。よって、特開平５−９１９５５号にお
いて開示されいてる便座装置の着座検出装置では、堅牢
で安定しており長寿命であるという磁器の圧電素子の利
点を活かせない。

【００１０】第二に、着座、非着座の判断の困難さが挙
げられる。圧電素子は、該圧電素子に掛かっている圧力
に変化が生じたときに電圧を発生する素子であって、圧
力の変化が無い定常状態では、電圧を発生しない。すな
わち、荷重が掛かっている状態でも電圧を発生しない。
つまり、便座に人間が腰掛ける瞬間には、圧力に応じた
高電圧が発生するが、一旦、便座に人間が腰掛けてしま
えば、圧電素子からは、微少なノイズ程度の電圧しか取
り出すことができない。便座への腰掛け方は、人によっ
てそれぞれ異なる。勢い良く腰掛ける人もいれば、痔疾
の人のように非常に慎重に腰掛ける人もいる。圧電素子
は、便座への腰掛け方、すなわち勢いよく腰掛けたか、
ゆっくり腰掛けたかによって発生する電圧、電圧波形及
び電圧発生時間も異なるので、圧電素子の圧電効果によ
る起電力を検出する方式は、着座及び非着座の判断が複
雑であって難しいという問題点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有するこのような問題点に鑑みて為されたものであ
り、その目的とするところは、着座検出のための窓を設
けることなく、着座及び非着座の判断が簡単であり、着
座及び非着座検出の信頼性が高く、寿命も長い着座検出
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる着座検出
装置は、上記した目的を達成したもので次のようなもの
である。請求項１の着座検出装置は、衛生洗浄装置の使
用者が便座に着座していることを検出する装置であっ
て、便座に使用者が着座しているときに磁器の圧電素子
へ圧力が掛かるように該便座の所定の位置に磁器の圧電
素子を具備させている。着座検出装置には、該磁器の圧
電素子の共振周波数または共振周波数近辺の周波数の信
号を発生させる発振回路が備えられており、該磁器の圧
電素子は、前記発振回路の後段に設けられている。

【００１３】また、該磁器の圧電素子の後段に着座に伴
う該磁器の圧電素子のインピーダンス変化を電圧レベル
変化に変換するインピーダンス−電圧変換手段を設け、
該インピーダンス−電圧変換手段の後段に所定基準電圧
と該インピーダンス−電圧変換手段からの電気信号とを
比較する比較回路を設けている。

【００１４】ここで、インピーダンス−電圧変換手段と
いうのは、磁器の圧電素子から出力されてくる信号を該
磁器の圧電素子のインピーダンス変化に応じて電圧レベ
ルの変化として出力する回路のことである。

【００１５】請求項２は、請求項１の着座検出装置にお
いて、前記磁器の圧電素子は、２個以上の磁器の圧電素
子であり、前記インピーダンス−電圧変換手段は、該２
個以上の磁器の圧電素子の後段にそれぞれ設けられてお
り、前記比較回路は、それぞれのインピーダンス−電圧
変換手段の後段にそれぞれ設けられているとともに、そ
れぞれの比較回路は、その出力信号の論理和を取るよう
に設置することを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係わる着座検出装置の構
成とその機能を、先ず、使用者が便座に非着座のときか
ら説明する。便座の所定部位に備えられた磁器の圧電素
子には、所定周波数、すなわち該磁器の圧電素子の共振
周波数もしくは該磁器の圧電素子の共振周波数付近の発
振周波数を持つ信号が常時印加されている。該磁器の圧
電素子からは、入力信号と等しいかほぼ等しい周波数の
信号が出力されている。インピーダンス−電圧変換手段
は、該磁器の圧電素子からの出力信号を増幅し整流して
所定電圧レベルの直流電圧信号として比較回路へ出力す
る。

【００１７】比較回路は、インピーダンス−電圧変換手
段からの信号と所定基準電圧とを比較し、その結果に応
じてＨまたはＬレベルの直流電圧信号を出力する。ここ
では、便座に使用者が非着座のときは、比較回路からＨ
レベルの信号が出力されるように比較回路を設計したも
のとして説明を続ける。この状態において、便座に使用
者が着座したとする。

【００１８】磁器の圧電素子に圧力が加わるので、該磁
器の圧電素子の共振周波数が変化する。また、該磁器の
圧電素子の出力インピーダンスも増加する。一般に共振
周波数の信号が磁器の圧電素子に入力しているときは、
その磁器の圧電素子の出力インピーダンスは、最低とな
っているので、磁器の圧電素子の共振周波数が変化すれ
ば、当然その出力インピーダンスは増加する。よって、
該磁器の圧電素子から出力信号のレベルが低下する。

【００１９】インピーダンス−電圧変換手段は、該磁器
の圧電素子からの出力信号を増幅し整流し、直流電圧信
号として比較回路へ出力する。比較回路は、所定基準電
圧と便座に使用者が着座したときにインピーダンス−電
圧変換手段から出力されている信号とを比較し、Ｌレベ
ルの直流電圧信号を出力する。

【００２０】逆に言うと、前記所定基準電圧は、便座に
使用者が非着座のときは比較回路からＨレベルの信号
が、便座に使用者が着座のときは比較回路からＬレベル
の信号が出力されるように設定しておくわけである。

【００２１】今までの本発明の機能の説明は、磁器の圧
電素子が１個の場合についてのものであるが、便座に磁
器の圧電素子を２個以上設ける場合は、インピーダンス
−電圧変換手段及び比較回路を磁器の圧電素子毎に設
け、各比較回路の論理和をとれば、どれか一つの磁器の
圧電素子に所定圧力以上の圧力が掛かれば、該磁器の圧
電素子に対応する比較回路からＬレベルの信号が出力さ
れるので、着座の検出を行うことができる。

【００２２】前記発振回路の出力にどのような波形の信
号を出力させるかは、当業者の設計上の選択事項であ
る。例えば、該発振回路は、方形波発振回路にしてもよ
く、方形波発振回路は、回路を簡単に構成できるという
メリットがある。

【００２３】なお、圧電素子には、単結晶材料、磁器
（狭義のセラミックス）材料、薄膜材料、高分子材料が
ある。薄膜材料は、金属、ガラス、単結晶、樹脂、磁器
などの基板に磁器または単結晶の圧電材料を成長させた
ものである。本発明の構成要素である圧電素子には、こ
れらの圧電材料のうち、堅牢で安定しており、大きな荷
重を掛けても変形しにくく、寿命も長い磁器材料の圧電
素子を使用する。以後、磁器の圧電素子のことを単に圧
電素子と称することにする。磁器及び磁器以外の圧電素
子に特に言及するときは、どの材料の圧電素子であるか
を一々記載する。

【００２４】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明に係わる着座検出装置の構成を示すブロ
ック図である。発振回路２、圧電素子１ａ、インピーダ
ンス−電圧変換手段３ａ、比較回路４ａ、基準電圧発生
回路５を有している。圧電素子１ａは、便座に人が腰掛
けたときに、圧電素子１ａへ圧力が掛かるように便座に
設置しておけばよく、便座のどこにどのように圧電素子
１ａを設置するかは、当業者が適宜設計して差し支えな
い。なお、圧電素子１ａは、便座に取り付ける必要があ
るが、図１のその他の構成要素は、便座内に設けるか便
座の外に設けるかは当業者の設計上の選択事項である。

【００２５】圧電素子１ａは、コスト、寿命、取扱い安
さ（堅牢さ）、安定性（環境の変化に強い）などに優れ
てるいる。これを着座検出手段として、使用することが
できれば、つまり、信頼性高く着座及び非着座を検出で
きれば、着座検出装置に圧電素子を適用することの効用
は、大きい。

【００２６】図２は、本発明に係わる着座検出装置の一
実施例を示すブロック図である。図２において、圧電素
子は、便座に２個具備させるものとしているが、３個以
上の圧電素子とそれらに対応するインピーダンス−電圧
変換手段及び比較回路を設ける構成にしてもよいことは
もちろんである。

【００２７】各比較回路（４ａ、４ｂ）の出力の論理和
をとれば、少なくとも一つの圧電素子が着座を検出すれ
ば、便座への着座検出ができるので、使用者がどのよう
な態勢で便座に腰掛けたとしても確実に着座検出できる
確率を増すことができる。

【００２８】図３は、圧電素子の便座への設置方式の一
実施例を示す縦断面図である。衛生洗浄装置は、便器１
０上部に便座７を載せて、その便座７に使用者が着座し
て使用される。

【００２９】便座７には、種々の構成のものがあるが、
通常、便座底蓋８が備えられていることが多く、便座７
の内部は、中空になっている。図示しないが、ヒータや
各種の電気部品、ケーブルなどを配置することができる
ようになっている。

【００３０】便座底蓋８の所定部位には、所定数のゴム
１１を勘合できるような形状とサイズの抜き（穴）が設
けられており、便座７に使用者が着座すると、ゴム１１
を介して便器１０と便座７との間に圧が掛かるようにな
っている。

【００３１】本発明に係わる着座検出装置は、便座７に
使用者が着座したときに圧電素子１ａに圧力が加わるよ
うに圧電素子１ａを便座７に設ける。圧電素子１ａの便
座への設置方式は、便座７の構造に応じて、当業者が適
宜設計すればよいが、例えば、図３のように、ゴム１１
と便座７の内部に設けられた適当なスペーサ９との間に
圧電素子１ａを挟みこんで設置しても良い。

【００３２】なお、図３では、ゴム１１と圧電素子１ａ
及び便器１０は、切断せずに示している。その他の斜線
を施してある部位は、縦断面を示している。

【００３３】図１または図２において、発振回路２は、
方形波発振回路（パルス回路）であってもよい。方形波
発振回路は、例えば、論理ゲートＩＣ、抵抗器、コンデ
ンサ等で構成される従来から知られている回路で充分で
ある。

【００３４】図４は、インピーダンス−電圧変換手段の
構成例を示すブロック図である。インピーダンス−電圧
変換手段には、増幅回路６及び平滑回路１２が含まれて
いる。

【００３５】増幅回路６は、例えばオペアンプで構成す
ることができる。図４では、反転増幅回路を示している
が、もちろん非反転増幅回路であってもよい。平滑回路
１２は、通常の平滑回路と同様、ダイオード、コンデン
サ、抵抗器などで構成すればよい。圧電素子から増幅回
路６に流れ込んできた交番電流は、増幅され、平滑回路
１２によって、前記交番電流に応じた直流電圧として比
較回路へ出力されることになる。

【００３６】図５は、着座時及び非着座時の圧電素子の
出力信号を示す模式図である。図５において、入力信号
は、方形波であるとする。非着座時、すなわち、圧電素
子１ａに荷重が加わっていないときの圧電素子１ａの出
力信号は、所定レベルの交流信号である。その周波数
は、前記方形波の周期とほぼ等しく、そのレベルは、圧
電素子１ａの電気的特性にって定まる。着座時、すなわ
ち圧電素子１ａに圧力が掛かったときは、圧電素子１ａ
の電気的特性が変化し、結果として、それが出力信号に
現れる。具体的には、出力信号のレベルが低下する。つ
まり、圧電素子１ａの出力インピーダンスが増大する。
なお、出力信号の周波数は、ほとんど変化しない。

【００３７】前述したように、この出力信号に増幅・平
滑などの処理を施し、所定基準電圧と比較すれば、着座
及び非着座の判断は、容易である。比較のための所定基
準電圧を調整することによって、所定体重以上の人物の
便座への着座を検出することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係わる着座検出装置は、以上説
明したように構成されているので、以下に記載する効果
を奏する。圧電素子は、堅牢で安定しており、荷重を掛
けても変形しにくく、長寿命なので、従来の反射式光電
スイッチを用いた着座検出装置及び高分子材料の圧電素
子を用いた着座検出装置よりも寿命の長い着座検出装置
を提供することができる。また、反射式光電スイッチを
用いた着座検出装置とは異なり、発光素子及び受光素子
用の窓も不要なので、窓から覗かれている感じがすると
いう一部使用者のクレイムに対処できる着座検出装置を
提供することも可能である。

【００３９】また、本発明に係わる着座検出装置は、着
座状態と非着座状態での圧電素子に掛かる圧力（荷重）
の相違を電圧レベルの相違に変換して着座及び非着座を
検出している。すなわち、体重という安定した明確な物
理量を着座及び非着座の検出に利用しているわけであ
る。従って、検出対象である人体の状態及び検出用極板
の周囲の環境等により、その容量が不安定な挙動を示す
静電容量のような物理量を検出するわけではないので、
従来の静電容量の変化により着座を検出する静電容量式
着座検出装置よりも、確実に信頼性高く、着座及び非着
座の検出を行うことができる。

【００４０】また、本発明に係わる着座検出装置は、種
々ある圧電材料において、磁器製の圧電素子を着座検出
装置に使用し、着座及び非着座の判断を簡単に行うこと
が可能になった。このことは、圧電効果による起電力を
着座検出に利用するのではなく、圧電素子をその共振周
波数で能動的に振動させておき、該圧電素子に加えられ
る圧力（荷重の）の大きさに応じた振動状態の変化をイ
ンピーダンス変化という形で取り出すことによって達成
した。圧電素子に能動的に交流信号を印加しておき、所
定レベルの交流信号を取り出しておくなら、人体程度の
荷重のＯＮ／ＯＦＦでも該圧電素子の出力信号のレベル
が変化する。また、着座または非着座の瞬間だけでな
く、着座中でも該圧電素子の出力信号は、着座状態を示
す電圧レベルを出力し続ける。よって、非着座から着座
及び着座から非着座へという便座の状態の変化を所定基
準電圧と比較するだけで、容易に検出することができ
る。

【００４１】従来、提案されていた高分子材料の圧電素
子の圧電効果による起電力を検出する方式の着座検出装
置は、高分子材料の圧電素子に掛かっている荷重（圧
力）の変化を検出するのに対し、本発明に係わる着座検
出装置の圧電素子は、荷重（圧力）そのものに応じた出
力信号を所定基準電圧と比較して、着座・非着座の判断
ができ、かつ着座及び非着座検出手段たる圧電素子に
は、堅牢な磁器の圧電素子を使用することができるよう
になった。よって、信頼性に富んだ、検出の判断が容易
な、すなわち誤検出しにくい、圧電素子を着座検出セン
サとして適用した着座検出装置を提供することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる着座検出装置の構成を示すブロ
ック図

【図２】本発明に係わる着座検出装置の一実施例を示す
ブロック図

【図３】圧電素子の便座への設置方式の一実施例を示す
縦断面図

【図４】インピーダンス−電圧変換手段の構成例を示す
ブロック図

【図５】着座時及び非着座時の圧電素子の出力信号を示
す模式図

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 圧電素子 ２ 発振回路 ３ａ、３ｂ インピーダンス−電圧変換手段 ４ａ、４ｂ 比較回路 ５ 基準電圧発生回路 ６ 増幅回路 ７ 便座 ８ 便座底蓋 ９ スペーサ １０ 便器 １１ ゴム １２ 平滑回路 Ｖ 電圧 ｔ 時間 イ 入力側チェックポイント ロ 出力側チェックポイント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 智之 愛知県常滑市鯉江本町５丁目１番地 株式 会社イナックス内 (72)発明者 深津 博一 名古屋市南区千竃通２丁目13番地１ 株式 会社タイテック内 (72)発明者 前田 憲二 名古屋市南区千竃通２丁目13番地１ 株式 会社タイテック内 (72)発明者 田中 博幸 名古屋市南区千竃通２丁目13番地１ 株式 会社タイテック内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 衛生洗浄装置の使用者が便座に着座して
   いることを検出する装置であって、 便座に使用者が着座しているときに磁器の圧電素子へ圧
   力が掛かるように該便座の所定の位置に該磁器の圧電素
   子を設け、 該磁器の圧電素子の共振周波数または共振周波数近辺の
   周波数の信号を発生するとともに該磁器の圧電素子へ出
   力する発振回路を設け、 該磁器の圧電素子の後段に、着座に伴う該磁器の圧電素
   子のインピーダンス変化を電圧レベル変化に変換するイ
   ンピーダンス−電圧変換手段を設け、 該インピーダンス−電圧変換手段の後段に、所定基準電
   圧と該インピーダンス−電圧変換手段からの電気信号と
   を比較する比較回路を設けた着座検出装置。
2. 【請求項２】 前記磁器の圧電素子は、２個以上の磁器
   の圧電素子であり、 前記インピーダンス−電圧変換手段は、該２個以上の磁
   器の圧電素子の後段にそれぞれ設けられており、 前記比較回路は、それぞれのインピーダンス−電圧変換
   手段の後段に、それぞれ設けられているとともに、 それぞれの比較回路は、その出力信号の論理和を取るよ
   うに設置されていることを特徴とする請求項１の着座検
   出装置。