JP2009281661A - 面状電気暖房器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極薄材のような人検知用の部品を不用にしつつ、カーペットが暖まっていないときでも人の存在を検出できること。
【解決手段】 電気カーペットとして、緩衝材と、この緩衝材の表側に配設された発熱体８と、この緩衝材の裏側に配設された温度感知体５とを有するカーペット本体部と、温度感知体５による温度検出に基づいて発熱体８の通電を制御する制御部４５を有するコントローラ部とを備え、コントローラ部に、温度感知体５の第１検知線と第２検知線の間に流れる漏れ電流の変化によって温度を検出し、この温度検出に基づいてカーペット本体部上の人の有無を検出する第一検出部３１と、発熱体８と温度感知体５の間の静電容量の変化によってカーペット本体部上の人の有無を検出する第二検出部３６を設けて、暖房運転時は第一検出部３１で人の有無を検出し、暖房運転停止時は第二検出部３６で人の有無を検出するようにした。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、電気カーペット、床暖房パネルなどの面状電気暖房器に係わり、より詳細には、面状電気暖房器の本体部上の人の存在を検出するものに関する。

従来から、電気カーペットのような商用電源により発熱体に通電して暖房を行う面状電気暖房器には、本体部の表面上の人の存在を検出し、発熱体への通電を制御するものがある。このような面状電気暖房器としては、ヒータと温度感知手段がマット内で上下に離れた電熱マットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この電熱マットは、図１６に示すように、マット状物８０が柔軟な材料で構成され、上面側が人が横たわる表面となっている。マット状物８０の内部にマット状物８０の表面に沿う方向に延びるヒータ８１が埋設されている。ヒータ８１は、ヒータ８１への通電を制御するためのコントロール装置８３に接続されている。コントロール装置８３には、温度感知手段８２が接続され、ヒータ８１の制御は、温度感知手段８２からの信号により行われる。温度感知手段８２は、マット状物８０の表面側の表皮８０ａの裏面に設けられている。

これにより、ヒータ８１と温度感知手段８２がマット内で上下に離れた電熱マットを構成して、マット状物８０上の人の有無によってマット状物８０の蓄熱状態が変化し、この変化に応じて、温度感知手段８２がマット状物８０の表面温度を感知することにより、人の存在を検出してヒータ８１への通電を制御できるようになっている。

しかしながら、特許文献１による電熱マットは、マット状物８０の表面がヒータ８１への通電で暖まらないと、人の存在を検出できないという問題点がある。

そこで、マット表面が暖まる前でも人の存在を検出できる例として、ウレタンなどの緩衝材の上部に複数のヒータを、下部に複数の電極薄材を設けた電気カーペットが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

この電気カーペットは、図１７および図１８に示すように、複数のヒータ１００Ａと１００Ｂは、通電制御手段４００Ａと４００Ｂを介して商用電源３００と接続されている。複数のヒータ１００Ａと１００Ｂがカーペット本体部の緩衝材８４の上部に設けられているのに対して電極薄材９１Ａと９１Ｂは緩衝材８４の下部に設けられている。この電極薄材９１Ａ、９１Ｂとヒータ１００Ａ、１００Ｂとが作る静電容量Ｃａ、Ｃｂを静電容量計測手段１０１で計測する構成としている。静電容量計測手段１０１は判定手段１０２に接続され、またこの判定手段１０２は通電制御手段４００Ａと４００Ｂに接続されている。

このような電気カーペットでは、例えば、ヒータ１００Ａで構成される暖房領域の上に人が存在する場合、ヒータ１００Ａと電極薄材９１Ａとの距離が近づき静電容量Ｃａが増大する方向に変化し、静電容量計測手段１０１でこれを検出する。判定手段１０２はこの検出結果を受け取り、人が存在すると判定し、通電制御手段４００Ａを制御して通電電力量を維持する。ヒータ１００Ａで構成される暖房領域の上に人が存在しない場合（例えば、食事の支度でその場から離れる）、判定手段１０２は通電制御手段４００Ａを制御して通電電力量を減らす。

以上のように、静電容量計測手段１０１によってヒータ１００Ａ、１００Ｂと、これに対応する電極薄材９１Ａ、９１Ｂとの間の静電容量Ｃａ、Ｃｂを検出し、判定手段１０２によって静電容量の変化から人の存在を検出するので、カーペット本体部の表面が暖まっていなくても、人の存在を検出できる。しかしながら、特許文献２による電気カーペットの場合、静電容量検出用の電極薄材９１Ａ、９１Ｂが別途必要となってしまうという問題点がある。
実開昭６１−１６１８９４号公報（第５頁−第８頁、図１） 特開２０００−３０４２９４号公報（第５頁、図９、図１０）

本発明は上記問題点に鑑み、電極薄材のような人検知用の部品を不用にしつつ、カーペットが暖まっていないときでも人の存在を検出できる面状電気暖房器を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、緩衝材と、同緩衝材の表側に配設された発熱体と、前記緩衝材の裏側に配設された温度感知体とを有する本体部と、前記温度感知体による温度検出に基づいて前記発熱体への通電を制御する制御部を有するコントローラ部とを備える面状電気暖房器において、前記コントローラ部に、前記温度感知体に流れる電流の変化によって温度を検出し、この温度検出に基づいて前記本体部上の人の有無を検出する第一検出部と、前記発熱体と前記温度感知体との間の静電容量の変化によって前記本体部上の人の有無を検出する第二検出部とを設け、暖房運転時は前記第一検出部で人の有無を検出し、暖房運転停止時は前記第二検出部で人の有無を検出することを特徴とする構成となっている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記コントローラ部に、設定温度に基づいて前記発熱体への通電を行う温度調節部を設け、前記制御部は、前記温度調節部を制御するとともに、前記第一検出部を選択して制御し、前記第一検出部で人無が検出された場合、前記制御部は、前記発熱体への通電を停止させるとともに、前記第二検出部を選択して制御し、前記第二検出部で人有が検出された場合、前記制御部は、前記温度調節部を制御するとともに、前記第一検出部を選択して制御することを特徴とする構成となっている。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記緩衝材に空洞部を形成し、前記発熱体と前記温度感知体が前記空洞部の上部と下部で対向することを特徴とする構成となっている。

請求項１記載の本発明によれば、コントローラ部に、温度感知体に流れる電流の変化によって温度を検出し、この温度検出に基づいて本体部上の人の有無を検出する第一検出部と、発熱体と温度感知体との間の静電容量の変化によって本体部上の人の有無を検出する第二検出部とを設け、暖房運転時は第一検出部で人の有無を検出し、暖房運転停止時は第二検出部で人の有無を検出するようにした。これにより、電極薄材のような人検知用の部品を不用にしつつ、カーペットが暖まっていないときでも人の存在を検出できる。

また、請求項２記載の本発明によれば、コントローラ部に、設定温度に基づいて発熱体への通電を行う温度調節部を設け、制御部は、温度調節部を制御するとともに、第一検出部を選択して制御し、第一検出部で人無が検出された場合、制御部は、発熱体への通電を停止させるとともに、第二検出部を選択して制御し、第二検出部で人有が検出された場合、制御部は、温度調節部を制御するとともに、第一検出部を選択して制御するようにした。これにより、電極薄材のような人検知用の部品がなくても、暖房運転時には、温度調節部の動作の下で、温度感知体に流れる電流の変化によって人の有無を検出でき、暖房運転停止時には、同一の温度感知体と発熱体の間の静電容量の変化によって人の有無を検出できる。

そして、請求項３記載の本発明によれば、緩衝材に空洞部を形成し、発熱体と温度感知体が空洞部の上部と下部で対向するようにした。これにより、人の荷重が本体部にかかった場合、緩衝材が圧縮されて発熱体が温度感知体に接触するので、より感度よく温度感知体で発熱体の温度変化および人の有無を検出できる。また、空洞部は空気層を形成し、発熱体と温度感知体の間の断熱効果が上がるので、発熱体と温度感知体の接触時と非接触時での温度感知体の検出温度の差が大きくなり、より感度よく人の有無を検出できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明による面状電気暖房器を示す概略平面図、図２は本発明による第１実施形態の面状電気暖房器のカーペット本体部を示す分解斜視図、図３は図２のカーペット本体部のＡ−Ａ’断面を示す断面図、図４は本発明による第２実施形態の面状電気暖房器のカーペット本体部を示す分解斜視図、図５は図４のカーペット本体部のＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。

図６は本発明による面状電気暖房器の発熱体を示す要部拡大図で、（Ａ）は第１実施形態を示す拡大図、（Ｂ）は第２実施形態を示す拡大図、図７は本発明による面状電気暖房器の温度感知体を示す要部拡大図、図８は本発明による面状電気暖房器のカーペット本体部の表面上に人が存在する場合の断面図、図９は本発明による第３実施形態の面状電気暖房器のカーペット本体部を示す分解斜視図、図１０は図９のカーペット本体部のＣ−Ｃ’断面を示す断面図である。

図１１は本発明による面状電気暖房器のコントローラ部に搭載される制御回路を説明するためのブロック図、図１２は本発明による面状電気暖房器のコントローラ部に搭載される制御回路を説明するための要部電気回路図、図１３は本発明による面状電気暖房器の動作を説明するためのフローチャートで、（Ａ）は制御部による動作を説明するフローチャート、（Ｂ）は温度調節部による動作を説明するフローチャートである。

図１４は本発明による面状電気暖房器の動作を説明するためのフローチャートで、（Ａ）は第一検出部による動作を説明するフローチャート、（Ｂ）は第二検出部による動作を説明するフローチャート、図１５は本発明による面状電気暖房器の動作を説明するための波形特性図で、（Ａ）はカーペット本体部の発熱体の温度と発熱体への通電を示す波形特性図、（Ｂ）は発熱体と温度感知体との間の静電容量の変化に応じた発振回路部の発振出力時間を示す波形特性図である。

本発明による面状電気暖房器の実施形態について電気カーペットを例にして説明する。本発明による電気カーペットは、図１に示すように、本体部であるカーペット本体部１と、このカーペット本体部１の周縁部にコントローラ部２を設け、コントローラ部２に商用電源３ａ（図示を省略）からの給電用のプラグ３が接続されている。

カーペット本体部１は、図２乃至図７に示すように、断熱性の良いポリエステルのフェルトなどの素材からなる裏生地４上に、発熱体８の温度を検出する温度感知体５を蛇行状に配設し、この温度感知体５の上から緩衝性を有する発泡ウレタンなどの素材からなる緩衝材６を接着固定する。そして、タフト生地などからなる表生地７の裏面に通電により発熱する発熱体８を蛇行状に配設し、緩衝材６の上から発熱体８が配設された表生地７を接着固定し、この全周縁を縫製して形成されている。

裏生地４上に蛇行状に配設された温度感知体５と、表生地７の裏面に蛇行状に配設された発熱体８とは、図２および図３に示すように、緩衝材６を挟んでそれぞれ同一の配設パターンで上下に対向して平行な間隔を保持している。

このように、温度感知体５と発熱体８とを緩衝材６を挟んで対向して保持することにより、温度検知体５で発熱体８の温度を検出し易くなり、温度の検出精度が向上する。

コントローラ部２は、図示を省略した温度感知体５の検知温度によって発熱体８への通電量を制御する制御回路や安全保護装置などを搭載した制御基板を備えている。

発熱体８は、図６（Ａ）に示すように、ポリエステルなどからなる芯材９に銅合金でなる第１発熱線１０を螺旋状に巻回し、第１発熱線１０をポリイミドなどの耐熱絶縁体１１で被覆するとともに、耐熱絶縁体１１に第２発熱線１２を螺旋状に巻回し、第２発熱線１２を耐熱塩ビなどからなる外被絶縁層１３で被覆して形成している。この発熱体８は、図示を省略しているが、第１発熱線１０と第２発熱線１２を互いに電流が逆方向に流れるように結線して、第１発熱線１０と第２発熱線１２から発生する磁界を打消し合い、電磁波の発生を防止できるようにしている。但し、本発明の発熱体はこれに限らず、他の実施形態として、図６（Ｂ）に示すように、発熱体８’は、芯材が兼用されたポリイミドなどの耐熱絶縁体１４に銅合金でなる発熱線１５を螺旋状に巻回し、発熱線１５を耐熱塩ビなどからなる外被絶縁層１６で被覆して形成したものでもよい。

温度感知体５は、図７に示すように、ポリエステルなどからなる芯材１７に銅でなる第１検知線１８を螺旋状に巻回し、第１検知線１８を誘電体１９で被覆するとともに、誘電体１９に銅でなる第２検知線２０を螺旋状に巻回し、第２検知線２０を耐熱塩ビなどからなる外被絶縁層２１で被覆して形成している。誘電体１９は、例えばナイロンなどの素材からなるプラスチックサーミスタからなり、このプラスチックサーミスタ自体が温度変化によりインピーダンスが変化し、第１検知線１８と第２検知線２０との間にプラスチックサーミスタを通じて流れる漏れ電流が増減するようになっている。温度が上昇すると、インピーダンスは小さくなり、漏れ電流が大きくなる特性があり、このような誘電体１９を有する温度感知体５により漏れ電流を検出することで、発熱体８の温度変化を検出できる。

このような構成からなるカーペット本体部１の表生地７の表面に人が存在する場合、図８に示すように、人の荷重によって緩衝材６が圧縮され、温度感知体５に発熱体８が近接または接触する状態となる。この温度感知体５と発熱体８の近接または接触状態と、非近接または非接触状態の違いにより、本発明では後述するカーペット本体部１上の人の存在を検出するものである。

緩衝材６は他の実施形態として、図４および図５に示すように、緩衝材６に温度感知体５および発熱体８と同一のパターンからなる空洞部６ａが形成され、この緩衝材６の空洞部６ａの下部に温度感知体５を、空洞部６ａの上部に発熱体８を収容して一定間隔を保持している。また、その他の実施形態として、図９および図１０に示すように、裏生地４上に蛇行状に配設された温度感知体５と、表生地７の裏面に蛇行状に配設された発熱体８とは、緩衝材２４を挟んでそれぞれの配設パターンが交差するように上下に対向して一定間隔を保持してもよい。緩衝材２４には温度感知体５と発熱体８のそれぞれの配設パターンが交差するように網目状のパターンからなる空洞部２４ａが形成され、この緩衝材２４の空洞部２４ａの下部に温度感知体５を、空洞部２４ａの上部に発熱体８を収容して一定間隔を保持している。

このように、図４や図９に示す空洞部６ａ、２４ａを設けた緩衝材６、２４を用いることにより、人の荷重がカーペット本体部１にかかった場合、緩衝材６、２４が圧縮されて発熱体８が温度感知体５に接触するので、より感度よく温度感知体５で発熱体８の温度変化および人の有無を検出できる。また、空洞部６ａ、２４ａは空気層を形成し、発熱体８と温度感知体５の間の断熱効果が上がるので、発熱体８と温度感知体５の接触時と非接触時での温度感知体５の検出温度の差が大きくなり、より感度よく人の有無を検出できる。

次に、図１１乃至図１５を用いて、本発明による面状電気暖房器の動作および人検出について説明する。図１１に示すように、制御回路には、温度調節部２５と、第一検出部３１と、第二検出部３６と、制御部４５とが設けられている。温度調節部２５は、温度検出部２６と、温度設定部２７と、通電制御部２８と、Ａ／Ｄ変換部２９、３０と、温度記憶部４２と、温度比較部４３とを備えている。第一検出部３１は、通電時刻メモリ部３２と、通電時間差演算部３３と、通電時間検出部３４と、判定部３５とを備えている。第二検出部３６は、発振回路部３７と、立ち上がり時刻メモリ部３８と、判定時間差演算部３９と、判定時間検出部４０と、判定部４１とを備えている。

温度調節部２５では、温度感知体５は温度に応じて誘電体１９のインピーダンスが変化し、温度検出部２６は、この誘電体１９のインピーダンスの変化による漏れ電流の変化に基づいて発熱体８の温度を検出する。温度検出部２６よりのアナログデータはＡ／Ｄ変換部２９でディジタルデータに変換され、制御部４５を介して温度記憶部４２に記憶された後、温度比較部４３に入力される。

温度設定部２７は、使用者がカーペット本体部１の温度を自分の好みに応じて設定することにより、発熱体８への通電を停止するための設定上限温度Ｔｕのデータと、発熱体８への通電を開始するための設定下限温度Ｔｄのデータとを出力する。例えば、温度設定部２７では、使用者の設定により、設定上限温度Ｔｕを８０℃、設定下限温度Ｔｄを６０℃として決定し、それぞれのデータを出力する。温度設定部２７よりのアナログデータはＡ／Ｄ変換部３０でディジタルデータに変換され、制御部４５を介して温度記憶部４２に記憶された後、温度比較部４３に入力される。

第一検出部３１では、温度検出部２６による発熱体の温度検出に基づいて、発熱体８への通電時間を算出して、この通電時間の変化を検出することにより、カーペット本体部１の表面上の人の有無を検出する。第二検出部３６では、発熱体８と温度感知体５の間の静電容量に基づいて、発振回路部３７からの発振出力の変化を検出することにより、カーペット本体部１の表面上の人の有無を検出する。制御部４５は、温度調節部２５と、第一検出部３１と、第二検出部３６と、図１２に示す発熱体８への通電用のリレーＲＹ１と、発振回路部３７への電源供給用のリレーＲＹ２とを制御する機能を備えている。

図１３（Ａ）はこの制御部４５の処理を説明するフローチャートである。制御部４５はマルチタスクで動作する３つのタスクプログラムである「メインタスク」と「温度調節タスク」と「人検出（１）タスク」とを実行する。これらのプログラムは独立したプログラムとして、マルチタスク制御プログラムの監視下で、同時に動作することができる。

電気カーペットのコントローラ部２の電源スイッチが入って電源ＯＮすると、制御部４５は、マルチタスク制御プログラムにより、「メインタスク」を起動する。「メインタスク」では、「温度調節タスク」を起動し（ＳＴ１）、次に「人検出（１）タスク」を起動する（ＳＴ２）。そして、次に人不在フラグがＯＮか確認する（ＳＴ３）。後述する「人検出（１）タスク」が人の不在を判定すると、人不在フラグをＯＮにする。「メインタスク」では、この人不在フラグで人の不在を確認する。人不在フラグがＯＮでなければ（ＳＴ３：ＮＯ）、ＳＴ３へ戻り、人不在フラグがＯＮであれば（ＳＴ３：ＹＥＳ）、リレーＲＹ１をＯＦＦする（ＳＴ４）。そして、「人検知（２）」のサブルーチンを実行した後（ＳＴ５）、ＳＴ１へ戻るようになっている。

次に、図１３（Ａ）に示すＳＴ１の「温度調節タスク」の詳細を、図１３（Ｂ）と、図１１および図１２を併用して説明する。制御部４５は、「温度調節タスク」を起動すると、発熱体８への通電を行う温度調節部２５を動作させる。図１３（Ｂ）に示すように、まず、後述する「人検出（１）タスク」による人不在フラグがＯＮか確認し（ＳＴ６）、人不在フラグがＯＮであれば（ＳＴ６：ＹＥＳ）、温度調節タスクを停止し、温度調節部２５を動作させない。反対に、人不在フラグがＯＮでなければ（ＳＴ６：ＮＯ）、温度調節部２５では、通電制御部２８が、図１２に示す発熱体８への通電用のリレーＲＹ１を閉とするとともに、発振回路部３７への電源供給用のリレーＲＹ２を開として発熱体８へ通電を開始する（ＳＴ７）。そして、温度比較部４３は、温度検出部２６よりのディジタルデータを、温度設定部２７よりの設定上限温度Ｔｕおよび設定下限温度Ｔｄのディジタルデータと比較し、発熱体８の温度が設定下限温度Ｔｄより高いか低いかを判断する（ＳＴ８）。発熱体８の温度が設定下限温度Ｔｄより高い場合（ＳＴ８：ＹＥＳ）、設定上限温度Ｔｕより高いか低いかを判断する（ＳＴ９）。設定上限温度Ｔｕより高い場合（ＳＴ９：ＹＥＳ）、通電制御部２８は、図１２に示す通電用のリレーＲＹ１を開として発熱体８への通電を停止し非通電とする（ＳＴ１０）。

一方、温度比較部４３の判断として、発熱体８の温度が設定下限温度Ｔｄより低い場合（ＳＴ８：ＮＯ）、通電制御部２８は発熱体８への通電を継続し、設定上限温度Ｔｕより低い場合も（ＳＴ９：ＮＯ）、通電制御部２８により発熱体８への通電を継続し、ＳＴ８とＳＴ９のステップを実行する。次に、ＳＴ１０のステップにより発熱体８に非通電とした後、温度比較部４３は、発熱体８の温度が設定下限温度Ｔｄより低いか高いかを判断する（ＳＴ１１）。発熱体８の温度が設定下限温度Ｔｄより低くなった場合（ＳＴ１１：ＹＥＳ）、ＳＴ６のステップに戻り、人不在フラグがＯＮでなければ、通電制御部２８は通電用のリレーＲＹ１を閉として発熱体８へ通電を再開し、ＳＴ７のステップ以降を実行する。そして、温度比較部４３は、発熱体８の温度が設定下限温度Ｔｄより高い場合（ＳＴ１１：ＮＯ）、通電制御部２８は発熱体８への非通電を継続し、ＳＴ１１のステップに戻る。

このように、ＳＴ６乃至ＳＴ１１のステップの実行により、温度調節部２５の通電制御部２８では、図１５（Ａ）に示すように、発熱体８の温度Ｔが、最初の立ち上がりでは設定下限温度Ｔｄの範囲に至るまで、発熱体８へ通電を継続し、その後、設定上限温度Ｔｕから設定下限温度Ｔｄの範囲となるように、発熱体８への通電と非通電を繰返すべく、図１２に示す通電用のリレーＲＹ１を制御する。発熱体８への通電によって発生する熱は、カーペット本体部１内に蓄熱され、発熱体８への通電と非通電の繰返しによって徐々に蓄熱量が増加するため、発熱体８の温度Ｔの立ち上がりが徐々に急峻となり、通電時間が徐々に短くなる。反対に発熱体８の温度Ｔの立下りが徐々に緩やかとなり、非通電時間が徐々に長くなる。このように、発熱体８によって発生する熱の蓄熱量が安定した状態となると、通電時間と非通電時間の比率が略一定になり、この安定した状態はカーペット本体部１の表面上に人が存在しない間、維持される。

図１５（Ａ）に示すように、発熱体８への通電時間と非通電時間の比率が略一定になっている通電と非通電の繰返し期間では、次式の関係が成立している。この繰返し期間が発熱体８によって発生する熱の蓄熱量が安定した状態を示している。

すなわち、式（１）によれば、通電時間（ｔＨ８−ｔＬ８）と非通電時間（ｔＬ９−ｔＨ８）の比率、通電時間（ｔＨ９−ｔＬ９）と非通電時間（ｔＬ１０−ｔＨ９）の比率、通電時間（ｔＨ１０−ｔＬ１０）と非通電時間（ｔＬ１１−ｔＨ１０）の比率、通電時間（ｔＨ１１−ｔＬ１１）と非通電時間（ｔＬ１２−ｔＨ１１）の比率がそれぞれ略等しくなっている。なお、例えば、発熱体８への温度調節のサイクル（通電時間と非通電時間）は数分程度であり、後述する「人検出（１）タスク」での人検出の必要時間が数ｍ秒程度であり、温度調節と人検出とをマルチタスクで動作するときに、人検出での演算を終える前に発熱体８への通電用のリレーＲＹ１が切換わることがない。

しかしながら、図８に示すように、カーペット本体部１の表面上に人が存在する場合、人がカーペット本体部１の表面上で動くたびに、カーペット本体部１の蓄熱量が変動するため、上述の安定した状態が崩れ、通電時間と非通電時間の比率が変動する。本発明では、暖房運転時には、この人の存在する場合の変動と人が存在しない場合の安定の状態から、人の存在しないことを検出するとともに（「人検出（１）タスク」の起動）、人が存在しないという検出結果から、発熱体８への通電を停止して非通電とし、暖房運転停止の状態にする（「温度調節タスク」の停止）。また、暖房運転停止時には、人が存在しない場合から人が存在することを検出するとともに（「人検出（２）」のサブルーチンの実行）、発熱体８への通電を再開して、暖房運転の状態にする（「温度調節タスク」の起動）。

次に、図１３（Ａ）に示すＳＴ２の「人検出（１）タスク」の詳細を、図１４（Ａ）と、図１１および図１５（Ａ）を併用して説明する。制御部４５は、「人検出（１）タスク」を起動すると、第一検出部３１を選択して制御する。図１１に示す第一検出部３１では、通電時刻メモリ部３２は、温度比較部４３による設定上限温度Ｔｕおよび設定下限温度Ｔｄと、発熱体８の温度との比較結果により、制御部４５から通電制御部２８に出力される通電と非通電の制御信号を監視する。そして、通電時刻メモリ部３２は、この監視による制御信号に基づき設定下限温度Ｔｄより高くなった時刻ｔＬｎを検出して記憶するとともに（ＳＴ１２）、設定上限温度Ｔｕより低くなった時刻ｔＨｎを検出して記憶する（ＳＴ１３）。

通電時間検出部３４では、通電時刻メモリ部３２により記憶された設定上限温度Ｔｕより低くなった時刻ｔＨｎと設定下限温度Ｔｄより高くなった時刻ｔＬｎとを読み出し、次式により通電時間Δｔｎを算出する（ＳＴ１４）。

通電時間差演算部３３は、通電時間検出部３４により算出された前々回の通電時間Δｔｎ−２と、通電時間検出部３４により算出された通電時間Δｔｎとの差の絶対値を算出する（ＳＴ１５）。

そして、判定部３５は、制御部４５を介して入力され、通電時間差演算部３３により算出された通電時間の差の絶対値と、予め記憶された判定係数Ｚとを比較し、次式の条件が連続して４回繰返すか否かによって人の有無を判定する（ＳＴ１６）。

したがって、判定部３５では、通電時間の差の絶対値が判定係数Ｚより小さくなる比較結果が連続して４回繰返す場合（ＳＴ１６：ＹＥＳ）、カーペット本体部１の表面上に人が存在しないと判定し、人不在フラグをＯＮにする（ＳＴ１７）。そして、制御部４５は、判定部３５からの不在フラグＯＮのデータに基づいて、「人検出（１）タスク」の起動を停止させ、ＳＴ４のステップに移行する。一方、通電時間の差の絶対値が判定係数Ｚより小さくなる比較結果が連続して４回繰返さない場合（ＳＴ１６：ＮＯ）、カーペット本体部１の表面上に人が存在すると判定してＳＴ１２のステップ以降を実行する。

このように、第一検出部３１による人検出である「人検出（１）タスク」のフローチャートによれば、図１５（Ａ）に示すように、例えば、通電時間検出部３４によって、通電時刻メモリ部３２により記憶された設定上限温度Ｔｕより低くなった時刻ｔＨ１と設定下限温度Ｔｄより高くなった時刻ｔＬ１とを式（２）に代入して、通電時間Δｔ１を算出し、以降同様に、通電時間Δｔ２、Δｔ３、・・・を算出する。本発明の実施形態では、これらの通電時間Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３、・・・から、通電時間差演算部３３によって、前々回の通電時間との差の絶対値を算出し、さらに、判定部３５によって、これらの通電時間の差の絶対値を式（３）に代入して、判定係数Ｚより小さくなる条件が、連続して４回繰返した場合、人が存在しないと判定する。図１５（Ａ）においては、通電時間Δｔ８〜Δｔ１１の時点に対応するそれぞれの通電時間の差の絶対値について条件が成立した状態を示している。

この状態は、カーペット本体部１の表面上に人が存在しなくなり、温度感知体５に発熱体８が近接あるいは接触している状態から、発熱体８が温度感知体５から緩衝材６の復元により離れた状態に変化するため、温度感知体５の誘電体１９であるプラスチックサーミスタ自体の温度が下がり、インピーダンスが大きくなり、第１検知線１８と第２検知線２０との間に流れる漏れ電流の減少がはっきりとあらわれる状態である。これにより、通電時間と非通電時間の比率が略一定となる安定した状態へと速やかに移行し、人検出の感度を良くできる。

ここで、制御部４５が、判定部３５からの不在フラグＯＮの情報に基づいて、「人検出（１）タスク」の起動を停止させ、図１３（Ａ）に示すように、ＳＴ４のステップに移行すると、発熱体８への通電用のリレーＲＹ１をＯＦＦして発熱体８への通電を停止させる。同時に、上述の「人検出（２）」のサブルーチンの実行に移行し、発熱体８と温度感知体５との間の静電容量の変化によって、カーペット本体部１上での人の有無を検出する。

次に、図１３（Ａ）に示すＳＴ５の「人検出（２）」のサブルーチンの詳細を、図１４（Ｂ）と、図１１、図１２および図１５（Ｂ）を併用して説明する。制御部４５は、「人検出（２）」のサブルーチンを実行すると、第二検出部３６を選択して制御する。制御部４５は、第二検出部３６の発振回路部３７への電源供給用のリレーＲＹ２をＯＮにし（ＳＴ１８）、発振回路部３７に電源電圧Ｖｃｃ（例えば、５Ｖ）が投入される。この第二検出部３６では、発振回路部３７として、タイマーＩＣなどによく用いられるコンデンサの充放電を利用したものであり、発振回路部３７から、発熱体８と温度感知体５との間の静電容量に応じた発振周波数の信号を出力端子ＯＵＴから制御部４５に出力する。

発振回路部３７は、図１２および図１５（Ｂ）に示すように、発振素子３７ａと、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とを備え、抵抗Ｒ２と、グランドとの間に発熱体８と温度感知体５とからなるコンデンサＣが接続され、コンデンサＣの静電容量に基づいて発振素子３７ａから発振出力するようになっている。まず、発振回路部３７の動作を説明し、その後、第二検出部３６の発振回路部３７以外の各部を説明する。発振回路部３７では、電源電圧Ｖｃｃの投入後、発熱体８と温度感知体５とからなるコンデンサＣに抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を通じて電流が流れ、Ｘ点の電圧が所定の電圧に上昇するまで、コンデンサＣに電荷が溜まる。その間、発振素子３７ａの出力端子ＯＵＴからの発振出力はＨレベルとなっている。そして、Ｘ点の電圧が所定の電圧に達すると、コンデンサＣに溜まった電荷が放電される。その間、発振素子３７ａの出力端子ＯＵＴからの発振出力がＬレベルとなっている。

さらに、放電が停止すると、再び、コンデンサＣに抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を通じて電流が流れ、コンデンサＣに電荷が溜まり、発振素子３７ａの出力端子ＯＵＴからの発振出力はＨレベルとなる。以降、この動作を繰返し、発振素子３７ａの出力端子ＯＵＴからの発振出力はＨレベルとＬレベルを繰返す矩形波となる。上述の説明による発振回路部３７の発振回路の形式はこれに限らず、コンデンサＣの静電容量に応じた矩形波を発生させる回路であればよい。

カーペット本体部１の表面に人が存在する場合、発熱体８は温度感知体５に近接または接触した状態でそれぞれの間隔が小さいため、発熱体８と温度感知体５とからなるコンデンサＣの静電容量は大きくなる。また、カーペット本体部１の表面に人が存在しない場合、発熱体８は温度感知体５に近接または接触しない状態でそれぞれの間隔が大きいため、発熱体８と温度感知体５とからなるコンデンサＣの静電容量は小さくなる。

そして、コンデンサＣの静電容量が大きい場合、コンデンサＣへの充電（電荷が溜まる）と放電の時間が長くなるので、発振素子３７ａの出力端子ＯＵＴからの発振出力として、ＨレベルとＬレベルの出力時間が長くなる（発振周波数が低くなる）。また、コンデンサＣの静電容量が小さい場合、コンデンサＣへの充電（電荷が溜まる）と放電の時間が短くなるので、発振素子３７ａの出力端子ＯＵＴからの発振出力として、ＨレベルとＬレベルの出力時間が短くなる（発振周波数が高くなる）。なお、図１２に示す温度感知体５の第一検知線１８と第二検知線２０との間にも静電容量が現れるが、発熱体８と温度感知体５との間の静電容量と比べ、無視できる大きさである。

以上説明してきたように、発振回路部３７が動作することになるので、第二検出部３６の立ち上がり時刻メモリ部３８では、制御部４５に出力される発振素子３７ａの出力端子ＯＵＴからの発振出力を監視する。そして、立ち上がり時刻メモリ部３８は、発振出力の立ち上がりの時刻ｔｕｍ−１を検出して記憶するとともに（ＳＴ１９）、次の発振出力の立ち上がりの時刻ｔｕｍを検出して記憶する（ＳＴ２０）。

判定時間検出部４０では、立ち上がり時刻メモリ部３８により記憶された発振出力の立ち上がりの時刻ｔｕｍと立ち上がりの時刻ｔｕｍ−１とを読み出し、次式により判定時間Δｔｍを算出する（ＳＴ２１）。

判定時間差演算部３９は、判定時間検出部４０により算出された前回の判定時間Δｔｍ−１と、判定時間検出部４０により算出された判定時間Δｔｍとの差を算出する（ＳＴ２２）。

そして、判定部４１は、制御部４５を介して入力され、判定時間差演算部３９により算出された判定時間の差と、予め記憶された判定係数Ｆとを比較し、次式の条件が成立するか否かによって人の有無を判定する（ＳＴ２３）。

したがって、判定部４１では、判定時間の差が判定係数Ｆより大きくなる比較結果が得られる場合（ＳＴ２３：ＹＥＳ）、カーペット本体部１の表面上に人が存在すると判定し、制御部４５に人有の判定信号を出力する。同時に、制御部４５は、この判定部４１から判定信号に基づいて、発振回路部３７への電源供給用のリレーＲＹ２をＯＦＦする（ＳＴ２４）。これにより、制御部４５では、ＳＴ１の「温度調節タスク」の起動に移行するとともに、ＳＴ２の「人検出（１）タスク」の起動に移行することになる。一方、判定部４１では、判定時間の差が判定係数Ｆより小さくなる比較結果が得られる場合（ＳＴ２３：ＮＯ）、カーペット本体部１の表面上に人が存在しないと判定し、ＳＴ１９のステップ以降を実行する。

このように、第二検出部３６による人検出である「人検出（２）」のサブルーチンのフローチャートによれば、図１５（Ｂ）に示すように、例えば、判定時間検出部４０によって、立ち上がり時刻メモリ部３８により記憶された発振出力の立ち上がりの時刻ｔｕ２１と立ち上がりの時刻ｔｕ２０とを式（４）に代入して、判定時間Δｔ２１を算出し、以降同様に、判定時間Δｔ２２、Δｔ２３、・・・を算出する。これらの判定時間Δｔ２１、Δｔ２２、Δｔ２３、・・・から、判定時間差演算部３９によって、前回の判定時間との差を算出し、さらに、判定部４１によって、これらの判定時間の差を式（５）に代入して、判定係数Ｆより大きくなる条件が成立した場合、人が存在すると判定する。図１５（Ｂ）においては、判定時間の差（Δｔ２４−Δｔ２３）の値について条件が成立した状態を示している。

この状態は、カーペット本体部１の表面上に人が存在しており、温度感知体５が緩衝材６を挟んで発熱体８と離れた状態から、温度感知体５に発熱体８が近接あるいは接触している状態に変化するため、発熱体８と温度感知体５の間の静電容量が大きくなり、発振素子３７ａの発振出力のＨレベルとＬレベルの出力時間が長くなった状態である。これにより、発振素子３７ａの発振出力のＨレベルとＬレベルの出力時間によって、判定時間の差としてはっきりとあらわれ、人検出が可能となっている。

なお、これまで説明してきた実施形態においては、カーペット本体部１は発熱体８および温度感知体５を一面に配設したが、本発明はこれに限らず、カーペット本体部１を複数の暖房領域に区画し、暖房領域毎に発熱体および温度感知体を配設してもよい。この場合、暖房領域毎に温度調節部２５、第一検出部３１、第二検出部３６を複数のブロックとして設けることにより、暖房領域毎に人の検出を行うことができる。

また、これまで説明してきた実施形態においては、カーペット本体部１は裏生地４上に蛇行状に配設された温度感知体５と、その温度感知体５の上面に緩衝材６を挟み、緩衝材６の上面に表生地７の裏面に蛇行状に配設された発熱体８と接着固定する構造にしたが、本発明はこれに限らず、カーペット本体部１は裏生地４上に蛇行状に配設された発熱体８と、その発熱体８の上面に緩衝材６を挟み、緩衝材６の上面に表生地７の裏面に蛇行状に配設された温度感知体５と接着固定する構造にしてもよい。

そして、これまで説明してきた実施形態においては、第一検出部３１による人検出である「人検出（１）タスク」のフローチャートのＳＴ１５のステップにおいて、通電時間検出部３４により算出された前々回の通電時間Δｔｎ−２と、通電時間検出部３４により算出された通電時間Δｔｎとの差の絶対値を算出するようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば、前回の通電時間Δｔｎ−１と、通電時間Δｔｎとの差の絶対値を算出するようにしてもよく、人検出が可能な範囲で適宜設定可能である。

更に、第一検出部３１による人検出である「人検出（１）タスク」のフローチャートのＳＴ１６のステップにおいて、前々回の通電時間との差（Δｔｎ−２−Δｔｎ）の絶対値が判定係数Ｚより小さい条件が連続して４回繰り返す場合に、人が存在しないと判定するようにしたが、本発明はこれに限らず、人検出が可能な範囲で式（３）の条件を連続して繰返す回数を適宜設定可能である。なお、電気カーペットを例に説明したが、それ以外の電気敷き毛布、電熱マット、床暖房パネルなどの面状電気暖房器にも適用できる。

以上説明してきた実施形態による本発明の面状電気暖房器によれば、緩衝材６と、この緩衝材６の表側に配設された発熱体８と、この緩衝材６の裏側に配設された温度感知体５とを有するカーペット本体部１と、温度感知体５による温度検出に基づいて発熱体８の通電を制御する制御部４５を有するコントローラ部２とを備えたものにおいて、コントローラ部２に、温度感知体５の第１検知線１８と第２検知線２０の間に流れる漏れ電流の変化によって温度を検出し、この温度検出に基づいてカーペット本体部１上の人の有無を検出する第一検出部３１と、発熱体８と温度感知体５の間の静電容量の変化によってカーペット本体部１上の人の有無を検出する第二検出部３６を設けて、暖房運転時は第一検出部３１で人の有無を検出し、暖房運転停止時は第二検出部３６で人の有無を検出するようにした。これにより、本発明の面状電気暖房器による効果は、電極薄材のような人検知用の部品を不用にしつつ、カーペット本体部１が暖まっている／いないにかかわらず、人の存在を検出できるものとなる。

更に、以上説明してきた実施形態による本発明の面状電気暖房器によれば、コントローラ部２に、設定温度に基づいて発熱体８への通電を行う温度調節部２５を設け、制御部４５は、温度調節部２５を制御するとともに、第一検出部３１を選択して制御し、第一検出部３１で人無が検出された場合、制御部４５は、発熱体８への通電を停止させるとともに、第二検出部３６を選択して制御し、第二検出部３６で人有が検出された場合、制御部４５は、温度調節部２５を制御するとともに、第一検出部３１を選択して制御するようにした。これにより、電極薄材のような人検知用の部品がなくても、暖房運転時には、温度調節部２５の動作の下で、温度感知体５に流れる漏れ電流の変化によって人の有無を検出でき、暖房運転停止時には、同一の温度感知体５と発熱体８の間の静電容量の変化によって人の有無を検出できるものとなる。

本発明による面状電気暖房器を示す概略平面図である。 本発明による第１実施形態の面状電気暖房器のカーペット本体部を示す分解斜視図である。 図２のカーペット本体部のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。 本発明による第２実施形態の面状電気暖房器のカーペット本体部を示す分解斜視図である。 図４のカーペット本体部のＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。 本発明による面状電気暖房器の発熱体を示す要部拡大図で、（Ａ）は２線式を示す拡大図、（Ｂ）は１線式を示す拡大図である。 本発明による面状電気暖房器の温度感知体を示す要部拡大図である。 本発明による面状電気暖房器のカーペット本体部の表面上に人が存在する場合の断面図である。 本発明による第３実施形態の面状電気暖房器のカーペット本体部を示す分解斜視図である。 図９のカーペット本体部のＣ−Ｃ’断面を示す断面図である。 本発明による面状電気暖房器のコントローラ部に搭載される制御回路を説明するためのブロック図である。 本発明による面状電気暖房器のコントローラ部に搭載される制御回路を説明するための要部電気回路図である。 本発明による面状電気暖房器の動作を説明するためのフローチャートで、（Ａ）は制御部による動作を説明するフローチャート、（Ｂ）は温度調節部による動作を説明するフローチャートである。 本発明による面状電気暖房器の動作を説明するためのフローチャートで、（Ａ）は第一検出部による動作を説明するフローチャート、（Ｂ）は第二検出部による動作を説明するフローチャートである。 本発明による面状電気暖房器の動作を説明するための波形特性図で、（Ａ）はカーペット本体部の発熱体の温度と発熱体への通電を示す波形特性図、（Ｂ）は発熱体と温度感知体との間の静電容量の変化に応じた発振回路部の発振出力時間を示す波形特性図である。 従来による電熱マットを示す概略構成図である。 従来による電気カーペットを示す断面図である。 図１７の従来による電気カーペットを示すシステム構成図である。

符号の説明

１ カーペット本体部（本体部）
２ コントローラ部
３ プラグ
３ａ 商用電源
４ 裏生地
５ 温度感知体
６ 緩衝材
６ａ 空洞部
７ 表生地
８ 発熱体
８’ 発熱体
９ 芯材
１０ 第１発熱線
１１ 耐熱絶縁体
１２ 第２発熱線
１３ 外被絶縁層
１４ 芯材
１５ 発熱線
１６ 外被絶縁層
１７ 芯材
１８ 第１検知線
１９ 誘電体
２０ 第２検知線
２１ 外被絶縁層
２４ 緩衝材
２４ａ 空洞部
２５ 温度調節部
２６ 温度検出部
２７ 温度設定部
２８ 通電制御部
２９ Ａ／Ｄ変換部
３０ Ａ／Ｄ変換部
３１ 第一検出部
３２ 通電時刻メモリ部
３３ 通電時間差演算部
３４ 通電時間検出部
３５ 判定部
３６ 第二検出部
３７ 発振回路部（静電容量検出部）
３７ａ 発振素子
３８ 立ち上がり時刻メモリ部
３９ 判定時間差演算部
４０ 判定時間検出部
４１ 判定部
４２ 温度記憶部
４３ 温度比較部
４５ 制御部
ＲＹ１ リレー
ＲＹ２ リレー
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｃ コンデンサ

Claims (3)

1. 緩衝材と、同緩衝材の表側に配設された発熱体と、前記緩衝材の裏側に配設された温度感知体とを有する本体部と、前記温度感知体による温度検出に基づいて前記発熱体への通電を制御する制御部を有するコントローラ部とを備える面状電気暖房器において、前記コントローラ部に、前記温度感知体に流れる電流の変化によって温度を検出し、この温度検出に基づいて前記本体部上の人の有無を検出する第一検出部と、前記発熱体と前記温度感知体との間の静電容量の変化によって前記本体部上の人の有無を検出する第二検出部とを設け、暖房運転時は前記第一検出部で人の有無を検出し、暖房運転停止時は前記第二検出部で人の有無を検出することを特徴とする面状電気暖房器。
2. 前記コントローラ部に、設定温度に基づいて前記発熱体への通電を行う温度調節部を設け、前記制御部は、前記温度調節部を制御するとともに、前記第一検出部を選択して制御し、前記第一検出部で人無が検出された場合、前記制御部は、前記発熱体への通電を停止させるとともに、前記第二検出部を選択して制御し、前記第二検出部で人有が検出された場合、前記制御部は、前記温度調節部を制御するとともに、前記第一検出部を選択して制御することを特徴とする請求項１記載の面状電気暖房器。
3. 前記緩衝材に空洞部を形成し、前記発熱体と前記温度感知体が前記空洞部の上部と下部で対向することを特徴とする請求項１または請求項２記載の面状電気暖房器。