JP2011002124A - 超音波出力装置および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイパーソニック効果による快適感を向上させることが可能な超音波出力装置を提供すること。
【解決手段】超音波出力装置は、人を検知する人体検知手段１１と、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの周波数を含む超音波を発生する超音波発生手段１２と、超音波発生手段１２が発生した超音波の出力方向を、人体検知手段１１で検知された人の方向に調整する方向調整手段２０と、方向調整手段２０により調整された方向に、超音波発生手段１２が発生した超音波を出力する超音波出力手段１４とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの周波数を含む超音波を出力する超音波出力装置およびそれを用いた空気調和機に関する。

空気調和機には、温度を調和した空気を室内へ送風することにより、室内を快適な温湿度に保ち、使用者の快適感を向上させるものや、室内の塵や埃などの異物を除去した清浄空気を室内へ送風することにより、室内の空気を清浄に保ち使用者の快適感を向上させているものなどがある。近年では、温度調整機能や空気清浄機能に加えて、調湿機能、脱臭機能、マイナスイオン発生機能、気流制御機能などを備えた空気調和機も提案され、これによって、室内を使用者にとってより快適な空間にしている。

さらに、人間の可聴音域を越える２０ｋＨｚ以上の高周波成分を多く含んだ自然環境音には、それを除外した音に比べて、脳の基幹部を活性化する効果が得られており、高周波成分を豊富に含む音によるハイパーソニック効果が快適性を向上することなどが知られている（例えば、特許文献１，非特許文献１を参照）。

また、ハイパーソニック効果により使用者の快適性を向上させるために、超音波発生素子を備える空気調和機も提案されている（例えば特許文献２，特許文献３を参照）。

特開２００５−１１１２６１号公報 特開２００４−３７９１号公報 特開２００３−３１４８４４号公報

大橋ら、「ハイパーソニック・エフェクトについて」、電子情報通信学会技術研究報告、ｐｐ９６−１１２

ところで、人間の可聴域を超える高周波成分が引き出すハイパーソニック効果は聴覚刺激として脳で認識されているのではなく体表面からの伝達によって効果を表すことなどが知られており、ハイパーソニック効果による快適感の向上効果を得るためには、人体に向けて高周波成分を含む音を出力しなくてはならない。また、超音波は強い指向性を持っている。

しかしながら、従来の空気調和機では、単に超音波を出力したり、空調空間という広い範囲に超音波を拡散させたりしているだけであり、居住者が体表面で受容する高周波成分としての超音波の量が低下する可能性が高い。このように、従来の空気調和機では、ハイパーソニック効果による快適感の向上効果は期待しづらいという課題があった。

それ故に、本発明は、ハイパーソニック効果による快適感を向上させることが可能な超音波出力装置および空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、超音波出力装置であって、人を検知する人体検知手段と、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの周波数を含む超音波を発生する超音波発生手段と、超音波発生手段が発生した超音波の出力方向を、人体検知手段で検知された人の方向に調整する方向調整手段と、方向調整手段により調整された方向に、超音波発生手段が発生した超音波を出力する超音波出力手段とを備えている。また、この超音波出力装置は、空気調和機にも適用可能である。

上記のように、本発明では、人体検知手段で検知した人に向けて超音波発生手段で発生させた超音波を出力するようにしたので、高周波成分としての多くの超音波を人にあてることができる。これによって、ハイパーソニック効果を向上させることが可能な超音波出力装置および空気調和機を提供することが可能となる。

実施の形態１に係る超音波出力装置を備えた空気調和機のブロック図 図１の室内機１を正面から見た時の模式図 図１の遠隔操作器３を正面から見た時の模式図 図１の空気調和機の機能ブロック図 実施の形態２に係る室内機１を正面から見た時の模式図 実施の形態２に係る超音波出力装置の構成を示すブロック図

本発明は、超音波出力装置であって、人を検知する人体検知手段と、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの周波数を含む超音波を発生する超音波発生手段と、超音波発生手段が発生した超音波の出力方向を、人体検知手段で検知された人の方向に調整する方向調整手段と、方向調整手段により調整された方向に、超音波発生手段が発生した超音波を出力する超音波出力手段とを備えている。このように、本超音波出力装置は人体に向けて高周波成分としての超音波を有効的に出力することができ、ハイパーソニック効果を向上させることが可能となる。

また、超音波出力装置は、方向調整手段および超音波出力手段のそれぞれを複数備え、複数の方向調整手段と、複数の超音波出力手段とはそれぞれ独立して制御可能であることが好ましい。これにより、障害物による遮蔽や死角の影響を受けることなく、人に向けて超音波を出力することが可能となる。また、両者をそれぞれ独立して制御可能とすることで、複数人が検出された場合でも、各人に向けて超音波の出力することが可能となる。

また、超音波出力装置はさらに、超音波発生手段が発生した超音波の音圧および／または周波数を変化させる超音波制御手段を備えることが好ましい。音波の音圧および／または周波数を変化させることで、より自然の音に含まれる超音波に近い音を出力することが可能となる。

また、超音波制御手段は、超音波発生手段が発生した超音波の音圧および／または周波数を非定常ゆらぎに揺らがせることが好ましい。これにより、さらに自然の音に含まれる超音波に近い音を出力することが可能となる。

また、超音波発生手段は、周波数帯の超音波を含む自然音を記録する記録手段と、記録手段に記録された自然音を再生する再生手段とを含むことが好ましい。自然音を記録し再生することで高周波成分を豊富に含む音を出力することができ、使用者の快適感をより安定に向上させることができる。

また、超音波出力装置はさらに、該超音波出力装置の動作状態を報知する報知手段を備えることが好ましい。超音波の出力有無を使用者が容易に判断することができる。

また、超音波出力装置はさらに、人の心理状態を推定する推定手段と、推定手段の推定結果を使用者に提示する提示手段とを備えることが好ましい。このように、人の心理状態を報知することで、使用者は自身が快適感を得ているかどうかを実感することが可能となる。

また、超音波出力装置はさらに、人の心拍数、体温または血流を検出する生体情報検出手段をさらに備え、推定手段は、生体情報検出手段により検出された心拍数、体温または血流に基づき、人の心理状態を推定することが好ましい。これにより、使用者の自立神経活動の状態やストレス状態、体調などを推定することが可能となる。

また、本発明の他の態様は、空気調和機であって、空調空間における人を検知する人体検知手段と、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの周波数を含む超音波を発生する超音波発生手段と、超音波発生手段が発生した超音波の出力方向を、人体検知手段で検知された人の方向に調整する方向調整手段と、方向調整手段により調整された方向に、超音波発生手段が発生した超音波を出力する超音波出力手段と、空調空間に向けて熱交換された空気を送る送風手段とを備えている。このように、本空気調和機は人体に向けて高周波成分としての超音波を有効的に出力することができるので、ハイパーソニック効果を向上させることが可能となる。

また、送風手段と、超音波発生手段、方向調整手段および超音波出力手段とを互いに独立的に運転可能であることが好ましい。これによれば、送風手段の運転とは無関係に、超音波を出力することができるため、使用者の利便性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波出力装置を備えた空気調和機の模式図である。図２は、図１に示す室内機１を正面から見た時の模式図であり、図３は、図１の遠隔操作器３を正面から見た時の模式図である。図４は、本実施の形態に係る超音波出力装置の構成を示すブロック図である。

まず、図１〜図３において、空気調和機は、温度調節が行われた調和空気を室内へ送風し、室内の空気の調和を行う装置であって、大略的に、室内機１と室外機２と遠隔操作器３とを備えている。室内機１は、空調空間の典型例としての室内の壁面等に取り付けられ、室外機２は室外に設置される。室内機１および室外機２は、冷媒を充填した冷媒管４ａ、４ｂにより接続されている。

室内機１は、大略的には、ケーシング５と、室内熱交換器６および室内ファン７を備えている。室内ファン７は、吸込み口８から室内の空気を吸い込み、室内熱交換器６で熱交換された空気を吹出し口９から室内へと送風する。吹出し口９は、室内機１の前方下方に設けられ、吹出し口９には駆動式のフラップ１０が設置されている。このフラップ１０の位置により熱交換された空気の送風方向が調整される。

また、図２に特に明示するように、室内機１の前面には、赤外線センサを有する人体検知手段１１と、超音波の出力の有無を使用者に報知する報知手段１６とが取り付けられる。報知手段１６は例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）からなる。

また、吹出し口９には、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの周波数成分を含む超音波を出力する超音波出力手段１４と、超音波出力手段１４の下方に駆動式のフラップである方向調整手段２０が取り付けられている。

また、図１において、室外機２は、ケーシング（図示せず）に収納された、室外熱交換器２８、圧縮機２９、ファン３０、ファンモータ３１および電装部品（図示せず）を備えている。室外機２については、本実施の形態の特徴とは無関係であるため、説明をこの程度にとどめる。

また、図３に特に明示するように、遠隔操作器３は、空気調和機に対し各種指示を与えたり、空気調和機の運転状態を表示したりする。そのために、遠隔操作器３は、空気調和機の運転状態や現在の室温などを表示する表示手段２２、空気調和機の運転および停止を行う空気調和運転スイッチ２３、超音波出力スイッチ２４、空気調和機の運転切り替えスイッチ２５を備えている。

また、図４に特に明示するように、超音波出力装置は、既に説明した人体検知手段１１、超音波出力手段１４、報知手段１６および方向調整手段２０のほか、発振回路１８、２０ＫＨｚから１００ｋＨｚの周波数成分を含む超音波を発振する超音波発生素子１７および超音波制御手段１９を含む超音波発生手段１２と、超音波発生手段１２で発生させた超音波の出力方向を変化させる方向調整手段２０と、制御手段２６とを備えている。なお、図４の空気調和手段２７は、大略的に述べると、図１に示す熱交換器６、室内ファン７、吸込み口８、吹出し口９およびフラップ１０などを含むものである。

以上のように構成された空気調和機について動作および作用を説明する。運転状態の一例として冷房運転時の動作および作用を説明する。

使用者が遠隔操作器３の運転スイッチ２３の入力により、空気調和機は運転を開始する。運転開始とともに、室内機１に設けた室内ファン７により室内の暖かい空気が吸込み口８から吸いこまれ、吸い込まれた空気中の熱は室内熱交換器６で冷媒により吸熱され、冷却された空気が吹出し口９から室内に送られる。室内への吹出し方向は、フラップ１０の向きにより調整され任意の方向に冷却された空気を送ることができる。フラップ１０の調整は使用者の任意で行う方法や、自動的に調整する方法などがある。冷媒で吸収された熱は、冷媒管４ｂにより室外機２に送られ、圧縮機２９により圧縮されることで吸収された熱を外気に放熱することができる。

つぎに、使用者が遠隔操作器３の超音波出力スイッチ２４を操作した時の動作および作用を説明する。なお超音波の出力は空気調和機本体の運転とは独立して行うことができ、空気調和機としての温度調整機能などを使用しない際にも超音波出力運転を行うことができる。さらに、空気調和機として使用中の超音波出力の有無は使用者が任意に選択可能とするものである。

超音波出力スイッチ２４が操作されると、超音波出力スィッチ２４がＯＮされたことを出力する。超音波出力スイッチ２４からの信号により、発振回路１８は、２０ＫＨｚから１００ｋＨｚの周波数で発振し、発振周波数の電圧が超音波発生素子１７に入力される。超音波発生素子１７としては水晶振動子などを用いることができ、超音波発生素子１７は入力された周波数で膨張伸縮をおこすため振動が生じ、電圧が振動として変換されて出力される。超音波発生手段１２で発生させた超音波は方向調整手段２０で空間に向けて照射する方向を調整され、超音波出力手段１４から室内空間に出力される。この際、人体検知手段１１で赤外線センサにより室内に居住する人体の居住位置を検知し制御手段２６に人
体の位置を通信する。

人体検知手段１１として赤外線センサを用いた場合、赤外線センサは人体から放射される赤外線を検知し、赤外線センサが検知する赤外線量の変化に基づいて人体の居住位置を検知することができる。

方向調整手段２０は、制御手段２６により制御され、方向調整手段２０としての方向調整手段２０を、人体検知手段１１で検知した人体の居住する方向に超音波が呈示されるように駆動することで、超音波を出力する方向を調整している。また、超音波出力時には報知手段１６により使用者に超音波の呈示の状態を報知することで、超音波が呈示されているかどうかの判断を使用者が容易に行うことができる。

人体に向けて出力される超音波は、超音波制御手段１９により超音波発生素子１７に入力する電圧の周波数や大きさを変化させており、これにより自然の音に含まれる超音波に近い音を呈示することができる。

人体に向けて出力される超音波としては、ハイパーソニック効果をより効果的に得るため自然に含まれる高周波成分に近づけることが望ましく、出力する超音波の音圧としては、２０から８０ｄＢの範囲にあり超音波制御手段１９により周波数もしくは音圧の１つないしは両方が非定常のゆらぎを形成することが望ましい。超音波制御手段２０での超音波の制御方法としてはたとえばカオス制御により１／ｆのゆらぎ制御などの方法を用いることができる。

このように、人体検知手段１１で検知した人体の方向に向けて超音波発生手段１２で発生させた超音波を呈示するよう超音波の出力方向を調整することで、人体に向けて高周波成分としての超音波を有効に呈示することができ高周波成分を含む音の呈示による快適感の向上効果を得ることができる。

さらに、超音波制御手段１９により出力する超音波の音圧もしくは周波数の１つないしは両方を変化させ、非定常ゆらぎにゆらがせる構成とすることで、自然の音に含まれる超音波に近い音を出力することができる。

動作時の表示については、超音波を出力しているかどうかを、室内機１もしくはその他の箇所で、報知手段１６であるＬＥＤにより視覚的に表示を行うことにより、超音波が呈示されているかどうかの判断を視覚的に容易に行うことができる。（超音波は可聴域を超えた周波数であるため人体が音として認識することができないため、呈示されているかどうかについては、ＬＥＤなどで使用者に対して、認識させることに意味がある）。

また、空気調和手段の運転と超音波出力手段の運転を独立して運転可能とすることで、空気調和手段の運転とは無関係に、超音波の呈示を行うことができ使用者の利便性を高めることができる。

なお、本実施の形態では、超音波制御手段１９により、出力される超音波の周波数もしくは音圧の１つないしは両方を変化させ自然の音に含まれる超音波に近い音を出力する方法を示したが、超音波発生手段１１を、自然音を記録した記録部と超音波再生部を有した構成とし。自然音を記録し再生することで高周波成分を豊富に含む音を使用者に呈示することで使用者の快適感をより安定に向上させることも可能である。

また、本実施の形態では超音波出力手段１４を室内機１本体に設けた構成を示したが、遠隔操作器３に超音波出力手段１４を設けることで、使用者の至近距離から超音波を呈示
することができると共に持ち運びが容易となり、空気調和機の設置部屋から離れた部屋においても超音波の出力を行うことが可能となる。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る空気調和機の室内機１を正面から見た時の模式図であり、図６は、実施の形態２に係る超音波出力装置の構成を示すブロック図である。なお、図５、図６において、図２、図４の構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略または簡素化する。

まず、図５において、室内機１の前面には、図２を参照して説明したもの以外に、生体情報検出手段３２が追加的に設けられる。また、室内機１の前面には、方向調整手段２０および超音波出力手段１４に代えて、方向調整手段３４ａ、３４ｂと、超音波出力手段３５ａ、３５ｂが設けられる。

生体情報検出手段３２は、非接触で使用者の心拍数を検出するマイクロ波ドップラー心拍センサからなる。方向調整手段３４ａ、３４ｂは、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの周波数成分を含む超音波をそれぞれ出力する超音波出力手段３５ａ、３５ｂの下方に取り付けられる駆動式のフラップであり、各超音波の出力方向を変更する。

超音波出力装置は、既に説明したもの以外に、推定手段３３を備えている。推定手段３３は、生体情報検出手段３２が検出した生体情報を基に、使用者の状態を推定する。この推定結果は、例えば遠隔操作器３の表示手段２２に表示される。

以上のような構成の空気調和機について、次に、動作および作用について説明する。

使用者が遠隔操作器３の超音波出力スイッチ２４を操作した時の動作および作用を説明する。人体検知手段１１は空調空間内の使用者の位置を検知し、検知結果を制御手段２６に通信する。

また、生体情報検出手段３２は、使用者の生体情報を検出し、推定手段３３で人体の状態を推定する。ここでの生体情報としては、マイクロ波ドップラー心拍センサにより検出した心拍数を用いることができる。マイクロ波ドップラーセンサーは、人体に向けて照射したマイクロ波の反射ドップラー信号の周波数から心拍数を検出するもので、非侵襲に生体情報を検出することができる。非侵襲で生体情報を検出することで使用者の利便性をより高めることも可能である。

また、超音波出力スイッチ２４の操作に応答して、超音波発生手段１２は超音波を発生し、超音波発生手段１２からの超音波は、方向調整手段３４ａ、３４ｂで空間に向けて照射する方向を調整され、超音波出力手段３５ａ、３５ｂから室内空間に呈示される。

方向調整手段３４ａ、３４ｂは、制御手段２６により制御され、人体検知手段１１で検知した方向に超音波が出力されるように超音波の出力方向を調整している。ここで、複数の超音波出力手段３５ａ、３５ｂおよび方向調整手段３４ａ、３４ｂをそれぞれ独立して制御可能な構成とすることで、障害物による遮蔽や死角の影響を受けることなく、空調空間に超音波を呈示することが可能となる。また、それぞれ独立して制御可能とすることで、空調空間に複数の使用者が存在する場合にも、別個に超音波を出力することが可能となる。

推定手段３３による人体の状態の推定方法としては、心拍数および心拍間隔のゆらぎを計算する方法や、心拍間隔の時系列データの周波数解析を行い、低周波成分と高周波成分
から、リラックスや興奮状態など自律神経の状態を推定することができる。さらに、推定手段２２により推定した使用者の状態を遠隔操作器３の表示手段２２に表示することにより、超音波出力による状態の変化を数値および視覚的に報知することができる。（快適性の向上は主観として実感しにくいものであり、体の状態を数値および視覚的に表示し報知することは意味のあることである）。

なお、本実施の形態では生体情報検出手段３２として、使用者の拘束を少なくする目的で、非侵襲のマイクロ波ドップラー心拍センサにより心拍数を検出する方法を用いたが、遠隔操作器３に心拍検出部（図示せず）を設け、光学センサにより脈波を検出する方法や圧電センサを用いた方法でも心拍を得ることが可能であり、同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、生体情報として心拍数を用いた場合について説明を行ったが、生体情報検出手段３２として体温検出手段や血流検出手段を用い体温や血流量を生体情報として用いた場合においても、末梢部の体温や血流量には自律神経の状態が反映するため、快適感の向上効果を数値的、視覚的に表すことができる。

本発明にかかる空気調和機は、ハイパーソニック効果を用いて快適感を向上させる空気調和機に関するものであり、エアコン、空気清浄機など室内の空気質環境を整える機器に対して適用することができる。

１ 室内機
２ 室外機
１１ 人体検知手段
１２ 超音波発生手段
１４、３５ａ、３５ｂ 超音波出力手段
１６ 報知手段
１７ 超音波発生素子
１８ 発振回路
１９ 超音波制御手段
２０、３４ａ、３４ｂ 方向調整手段
３ 遠隔操作器
２２ 表示手段
２３ 空気調和運転スイッチ
２４ 超音波出力スイッチ
２５ 運転切り替えスイッチ
２６ 制御手段
２７ 空気調和手段
３２ 生体情報検出手段
３３ 推定手段

Claims (10)

1. 超音波出力装置であって、
   人を検知する人体検知手段と、
   ２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの周波数を含む超音波を発生する超音波発生手段と、
   前記超音波発生手段が発生した超音波の出力方向を、前記人体検知手段で検知された人の方向に調整する方向調整手段と、
   前記方向調整手段により調整された方向に、前記超音波発生手段が発生した超音波を出力する超音波出力手段と、
   を備えることを特徴とする、超音波出力装置。
2. 前記方向調整手段および前記超音波出力手段のそれぞれを複数備え、前記複数の方向調整手段と、前記複数の超音波出力手段とはそれぞれ独立して制御可能であることを特徴とする、請求項１に記載の超音波出力装置。
3. 前記超音波出力装置はさらに、前記超音波発生手段が発生した超音波の音圧および／または周波数を変化させる超音波制御手段を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の超音波出力装置。
4. 前記超音波制御手段は、前記超音波発生手段が発生した超音波の音圧および／または周波数を非定常ゆらぎに揺らがせることを特徴とする、請求項３に記載の超音波出力装置。
5. 前記超音波発生手段は、
   前記周波数帯の超音波を含む自然音を記録する記録手段と、
   前記記録手段に記録された自然音を再生する再生手段と、
   を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波出力装置。
6. 前記超音波出力装置はさらに、該超音波出力装置の動作状態を報知する報知手段を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の超音波出力装置。
7. 前記超音波出力装置はさらに、
   人の心理状態を推定する推定手段と、
   前記推定手段の推定結果を使用者に提示する提示手段と、
   を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の超音波出力装置。
8. 前記超音波出力装置はさらに、人の心拍数、体温または血流を検出する生体情報検出手段をさらに備え、
   前記推定手段は、前記生体情報検出手段により検出された心拍数、体温または血流に基づき、人の心理状態を推定することを特徴とする、請求項７に記載の超音波出力装置。
9. 空気調和機であって、
   空調空間における人を検知する人体検知手段と、
   ２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの周波数を含む超音波を発生する超音波発生手段と、
   前記超音波発生手段が発生した超音波の出力方向を、前記人体検知手段で検知された人の方向に調整する方向調整手段と、
   前記方向調整手段により調整された方向に、前記超音波発生手段が発生した超音波を出力する超音波出力手段と、
   前記空調空間に向けて熱交換された空気を送る送風手段と、
   を備えることを特徴とする、空気調和機。
10. 前記送風手段と、超音波発生手段、方向調整手段および超音波出力手段とを互いに独立的に運転可能であることを特徴とする、請求項９に記載の空気調和機。