JP2002054214A - 衛生洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 衛生洗浄装置に設けられる電磁弁を制御する
電磁弁制御装置について、特に省電力化を高める電磁弁
制御方法を得る。 【解決手段】 電磁弁２０の駆動をDuty比可変の矩形波
または、位相角制御を行った正弦波で行い、間欠通電に
より電磁弁２０のオンまたはオフを維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体の局部を洗浄
する衛生洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁弁を省電力化させて駆動する
方式として、電磁弁への給電初期時にはその開弁動作、
すなわち電磁弁のプランジャの吸引動作に必要な吸引電
流を流し、その後、最低限の保持電流で開弁状態を保持
するものが知られている。ソレノイドの電磁力は巻数を
増やす程大きくなるが、巻線数を増やす場合、ソレノイ
ド外形の大きさの制約から線径の大きい、すなわち抵抗
の小さい巻線が使用できず、結果的に巻線抵抗値が大き
くなる場合がある。このような場合、特に吸引駆動に高
電圧を要する。吸引電圧が制御回路の電源電圧に比較し
て高い場合、昇圧回路を使用して吸引時のみ昇圧した電
圧を印加する方法がとられる。また、電磁弁への給電初
期時の給電電流とプランジャの吸引動作に必要な吸引電
流などの電流値を制御する為の電流制御回路が必要とな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
述べたような従来の回路では、以下のような問題があ
る。ソレノイドの巻数を増やす場合にはソレノイド外形
が大きくなり、昇圧回路や電流制御回路が必要な為に衛
生洗浄装置の小型化の障害となる場合がある。本発明
は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明
は電磁弁を間欠的な電流で制御することで、昇圧回路や
電流制御回路が不要となるシンプルな制御回路を提供す
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段及びその作用・効果】上記
目的を達成するために、本発明は、給水状態を制御する
電磁弁と、前記電磁弁に電源を供給する電源装置を備
え、電源装置の給電の作動及び停止が制御可能に構成さ
れた衛生洗浄装置において、電源装置からの給電状態を
間欠的にしても、電磁弁のオンまたはオフが維持される
ことを特徴とするものである。なお、この衛生洗浄装置
に、電磁弁のオンまたはオフを維持するように電源装置
からの給電を間欠的に行う間欠給電設定手段を設けるこ
ともできる。間欠給電設定手段の設定は、例えば電磁弁
のオンまたはオフが維持できるような間欠タイミングを
実験により求めて、入力することにより行うことが出来
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明をより理解しやすくするた
め、以下に図を用いて詳説する。図１は本発明の実施例
に係る人体局部洗浄装置の外観図である。使用者は便座
１１に座り補助操作部６やリモコン（図示無し）で操作
を支持すると、ノズル１２から洗浄水が吐水されて使用
者の局部を洗浄する。バルブユニット４を通り熱交換器
５で温水に温められた後、ノズル１２へ温水が供給さ
れ、ノズル先端から温水が吐水される。また人体検知セ
ンサー１により使用者が人体局部洗浄装置に近付いたこ
とを感知して便座開閉ユニット３と便ふた開閉ユニット
９を適切に動作させて便座１１などの開閉を自動的に行
う。使用者の局部洗浄後には濡れた局部を乾燥させるた
めに、乾燥ユニット７より温風を送風することができ
る。また、着座センサー２にて使用者が便座１１に着座
中である場合は、脱臭ユニット８が動作して用便中の臭
いを無臭化してトイレ内を快適に保つことができる。

【０００６】図２は本発明の実施例に係る電磁弁２０の
断面図である。給水源２１から連結される給水圧室２２
と背圧室２３はダイヤフラム２４によって隔てられてお
り、パイロット穴２５とブリード穴２６がダイヤフラム
２４およびダイヤフラムガイド２７に貫通され、コイル
２８が非通電時にはブリード穴２６よりも径の大きいパ
イロット穴２５がプランジャ２９によって塞がれてい
る。コイル２８に通電するとプランジャ２９付近に磁場
が発生し、プランジャ２９は引き上げられてパイロット
穴２５は開放され、ブリード穴２６を通って給水圧室２
２から背圧室２３に流入する分よりも多くの水がパイロ
ット穴２５を通って背圧室２３から主弁流路３０に流れ
出す。この時、背圧室２３の圧力が給水圧室２２の圧力
よりも小さくなり、ダイヤフラム２４が給水圧で押し上
げられ、シート部が開放して給水圧室２２と主弁流路３
０がつながり、水が給水圧室２２から主弁流路３０に流
出する。

【０００７】図３はDuty比の定義の説明図である。ある
矩形波の一周期の時間をａとし、この矩形波のON時間を
ｂとした場合、Duty比はｂ／ａで表される。よって、矩
形波のON時間が長い場合はDuty比が大きくなり、矩形波
のOFF時間が短い場合はDuty比が小さくなる。

【０００８】図４は本発明と対比するために説明する、
従来の技術である電磁弁の駆動電圧波形と電磁弁の動作
状態を示した図である。（a）は電磁弁２０のコイル２
８に印加する電圧波形である。所定の電圧Ｖｄを印加す
ると、(b)に示すように電磁弁２０はON状態になる。印
加電圧が所定の電圧を下回り、0Vになると電磁弁２０は
OFF状態となる。特に、電磁弁２０をON状態にする場
合、電磁弁２０をONする時間だけ直流電圧を印加する。
また、この印加電圧Ｖｄをプランジャ２９の吸引状態と
保持状態とで変更可能とすることもある。

【０００９】図５は本発明の実施例に係る電磁弁の駆動
電圧波形と電磁弁の動作状態である。（a）は電磁弁２
０を矩形波でONする場合の電圧波形である。従来技術で
は、電磁弁２０がON状態である間は、そのON状態とほぼ
等しい時間だけ直流電圧を印加していた。今回の技術で
は、電磁弁２０をON状態に保つ場合、コイル２８に印加
する電圧は間欠的な波形であることを特徴とする。特に
図５では（a）に示すように印加電圧波形は矩形波であ
ることを特徴とする。このとき、電磁弁駆動電圧Vｄは
矩形波であるが、この電磁弁駆動電圧がVdの時間と0Vの
時間の比（Duty比）は任意に設定可能である。このDuty
比はプランジャ２９が吸着あるいは保持するに十分な値
とする。電磁弁２０をON状態に保つ為の制御は従来技術
であれば、Vdを一定電圧（直流）とする。一方、今回の
技術ではピーク電圧をVdとする間欠的波形とし、そのDu
ty比をプランジャ２９を保持するに十分な値に設定する
ことになる。また、電磁弁２０の駆動電流には大きく分
けて、プランジャ２９の初期の吸引動作に必要な吸引電
流と、その後、開弁状態を保持する保持電流があるが、
吸引動作時には大きな電流が必要となるため電磁弁駆動
電圧のDuty比を大きく（ON時間を長く）し、プランジャ
２９が吸引された後の保持電流は吸引動作時の電流値に
比べて、小さな電流ですむので電磁弁駆動電圧のDuty比
を小さく（OFF時間を長く）する。従来技術であれば、
回路構成上、印加電圧Vdがひとつの値しか取れない場
合、吸引動作時の電流値を基準としてVdを設定する為
に、消費電流が少なくてすむプランジャ２９の保持状態
の時に同様の電圧Vdを印加すると、プランジャ２９の保
持状態中には不要な消費電力が発生する。さらには保持
状態中には常に電圧Vdが印加されているので、コイル２
８が無用な発熱をする場合があった。また、従来技術で
あっても印加電圧Vdをプランジャ２９の吸引動作時と保
持動作時の場合にそれぞれに設定し、吸引動作時電圧と
保持動作時電圧とを変化させることで、前記の不要な消
費電流や無用な発熱を押さえることは可能であった。し
かし、電圧あるいは電流制御回路（図示無し）が必要と
なり、制御装置の小型化を阻害し、また前記電圧あるい
は電流制御回路（図示無し）自体の消費電力自体も無視
できないものがある。しかしながら、本発明においては
前述の様に電磁弁２０で消費される電力は電磁弁２０を
駆動する電磁弁駆動電圧のDuty比を変更するだけで簡単
に制御することができる。また、一般にこのような制御
はマイコン（図示無し）で行われる為、駆動電流のオン
・オフ制御、すなわち電磁弁駆動電圧のDuty比の制御は
非常に簡単に行われ、従来技術のように電圧あるいは電
流制御回路（図示無し）を必要としない為、不要な回路
の消費電力も発生しない。加えて、印加電圧Vdを大きな
値にとった場合でも、Duty比を大きくすることで電磁弁
２０に加わる電力を見かけ上小さくすることが出来る。
すなわち、コイル２８を低消費電力化かつ小型化する場
合はコイル２８の巻数を増加させる事が有効な為、結果
的に巻線抵抗値が大きくなる場合がある。このような場
合、特に吸引駆動に高電圧を要するが、本発明の技術の
場合、印加電圧Vdを大きな値にでき、またプランジャ２
９の保持動作時にはDuty比を小さくして印加電圧Vdが大
きな値であっても低消費電力化が可能となり、低発熱で
ある。よって、電磁弁２０を駆動するための電流値、す
なわち電磁弁を駆動するために要する電力消費量の制御
を、電磁弁駆動電圧ＶｄのDuty比を変化させることで実
現することで、簡便な回路構成にて電磁弁２０の駆動消
費電力を自在に制御し、低消費電力、低発熱、小型化を
実現する。ここで、電磁弁駆動電圧のDuty比はプランジ
ャ２９の吸引状態時あるいは保持状態時の２値のみなら
ず、プランジャ２９のさまざまな動作モードに応じて連
続的に変化させても良い。また、プランジャ２９の動作
を検知し、フィードバック制御にてDuty比を変化させて
もよい。

【００１０】図６〜８は本発明の実施例に係る電磁弁の
駆動電圧波形と電磁弁の動作状態である。図６（a）は
電磁弁２０を正弦波を全波整流した波形でオンした場合
の電圧波形である。図７（a）は電磁弁２０を正弦波を
半波整流した波形でオンした場合の電圧波形である。図
８（a）は電磁弁２０を正弦波でオンした場合の電圧波
形である。電磁弁２０を正弦波または正弦波の全波整流
波形、または正弦波の半波整流波形で制御する場合、正
弦波の周波数を適切に制御することで、電磁弁２０のプ
ランジャ２９の吸引電流、または保持電流を最小限にす
ることができる。また、図６〜８の場合、コイル駆動電
圧波形の正弦波、正弦波の全波整流波形、正弦波の半波
整流波形の位相角を制御することによってもコイル２８
の吸引力を制御する事ができる。また、正弦波の位相角
をプランジャ２９の吸引動作時や保持動作時に合わせて
任意の値に制御することで、電磁弁２０の動作モードに
あわせた印加電圧を設定することができ、電磁弁動作の
消費電力をプランジャ２９の動作モードに適した値に制
御することが出来る。これにより、図５で説明したよう
に、簡便な回路構成にて電磁弁２０の駆動消費電力を自
在に制御し、低消費電力、低発熱、小型化を実現するこ
とが出来る。尚、間欠的電流波形は振幅変調または周波
数変調または位相変調された波形でもよい。また、正弦
波がひずみ波形であっても本発明の趣旨が失われること
はない。

【００１１】図９は本発明の実施例に係る制御系ブロッ
ク図である。水路系経路は実線で、制御系経路は点線で
表している。入水部５７から流入した水はバルブユニッ
ト５０を通過して熱交換器ユニット５９に流入する。コ
ントローラ５１からの制御により熱交換器ユニット５９
にて適度な温水に温められる。温水は流調ユニット５３
により適当な水勢状態に制御された後、主電磁弁５４が
コントローラ５１によりON（開）した場合は主流路を通
りノズルユニット１２に供給されたあと、ノズル１２先
端のノズル穴（図示無し）から噴出して人体局部を洗浄
する。副電磁弁５５がコントローラ５１によりON（開）
された場合は副流路を通り、ノズルユニット側面を洗浄
するために使用される。また、人体洗浄時にはノズルモ
ータ５６をコントローラ５１にて制御して、ノズル１２
を前方の適当な距離まで伸出させて人体の局部を洗浄す
る。また、着座検知センサー２が使用者の着座を検知す
ると、脱臭モータ５２が回転を開始し、トイレ室内の臭
気を無臭化する。

【００１２】図１０は本発明の実施例に係る、主電磁弁
５４と副電磁弁５５の制御状態を表すタイムチャートで
ある。（a）は主電磁弁５４の制御状態の例であり、一
定時間でオン・オフをする場合である。（b）は副電磁
弁５５の制御状態の例であり、主電磁弁５４がONの時に
は副電磁弁５５は必ずOFFとなり、主電磁弁５４がOFFの
時には副電磁弁５５はONすることができる。このよう
に、主電磁弁５４と副電磁弁５５といった複数の水路系
の制御弁を持つ衛生洗浄装置の場合、夫々の弁の開閉状
態が排他的に動作するので水路系制御時の消費電力がい
たずらに大きくなることがない。

【００１３】図１１は本発明の実施例に係る各負荷の間
欠的駆動電圧が夫々排他的にオンまたはオフする場合の
タイムチャートを表すタイムチャートである。（a）は
電磁弁２０の間欠的駆動電圧を表すタイムチャートであ
る。（b）は脱臭モータ５２の間欠的駆動電圧を表すタ
イムチャートである。（c）はノズルモータ５６の間欠
的駆動電圧である。（d）は電磁弁２０、脱臭モータ５
２、ノズルモータ５６の動作状態を表すタイムチャート
である。（a）〜（c）に示すように、各負荷（電磁弁２
０、脱臭モータ５２、ノズルモータ５６）は間欠的な駆
動電圧で駆動されている。各負荷の間欠的駆動電圧は同
時にONしないような位相関係となっている。よって、そ
れぞれの負荷を駆動する間欠的駆動電圧は一方がON時間
のときはもう一方はOFFとなり、一方がOFF時間のときは
もう一方はONする。このとき、各負荷（電磁弁２０、脱
臭モータ５２、ノズルモータ５６）は間欠的駆動電圧が
供給されている間は、（d）に示すようにON状態を継続
するように、間欠的駆動電圧の間欠周期（Duty比）は設
定されている。よって、前述の様にそれぞれの駆動周波
数の位相を適切に制御し、それぞれの駆動電圧が同時に
ONしないように制御されている為に、各負荷（電磁弁２
０、脱臭モータ５２、ノズルモータ５６）はすべて動作
状態（ON状態）であるにも係らず、負荷駆動のための全
消費電力を小さくすることができる。尚、負荷として電
磁弁２０、脱臭モータ５２、ノズルモータ５６を例示し
たが、流量調整弁駆動用モータや３方切替弁駆動用モー
タなどのその他複数の負荷が存在し、同様な間欠的駆動
電圧で駆動してもよい。

【００１４】図１２は本発明に係わるフリーホイールダ
イオードの実施例における回路図である。前述のように
電磁弁２０のコイル２８などの誘導性負荷を間欠的波形
で駆動する場合、コイル２８の逆起電力によりコイル駆
動回路（図示なし）等が破壊される場合がある。よっ
て、コイル２８と並列にダイオードを接続する場合、こ
のダイオードをフリーホイールダイオード（free-wheel
ing diode）、フライバックダイオード（flyback diod
e）あるいは還流ダイオードと呼び、コイルへの電力供
給が停止した際のコイル駆動回路（図示なし）を保護
し、前記した電力供給が高速スイッチングの時は、負荷
電流を持続するようにする事ができる。

【００１５】上述のように、本発明の技術により衛生洗
浄装置における電磁弁の低消費電力、低発熱、小型化が
可能とすることができ、引いては衛生洗浄装置自身の低
消費電力、低発熱、小型化に寄与することが出来る。

【００１６】なお、上述した実施例では、間欠給電によ
り電磁弁２０がオン（開）を維持する形態について説明
したが、給電により電磁弁２０がオフ（閉）を維持する
形態についても、本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る衛生洗浄装置の全体斜視
図

【図２】本発明の実施例に係る電磁弁の断面図

【図３】間欠的駆動電圧におけるDuty比の定義を説明す
る図

【図４】（a） 従来技術における電磁弁駆動電圧波形
の例 （b） 従来技術における電磁弁駆動状態の例

【図５】（a） 本発明の実施例における電磁弁駆動電
圧波形の例（矩形波） （b） 本発明の実施例における電磁弁駆動状態の例

【図６】（a） 本発明の実施例における電磁弁駆動電
圧波形の例（正弦波・全波整流波形） （b） 本発明の実施例における電磁弁駆動状態の例

【図７】（a） 本発明の実施例における電磁弁駆動電
圧波形の例（正弦波・半波整流波形） （b） 本発明の実施例における電磁弁駆動状態の例

【図８】（a） 本発明の実施例における電磁弁駆動電
圧波形の例（正弦波） （b） 本発明の実施例における電磁弁駆動状態の例

【図９】本発明の実施例に係る制御系ブロック図

【図１０】（a） 本発明の実施例に係る主電磁弁と副
電磁弁の排他的制御の例（主電磁弁の駆動状態） （b） 本発明の実施例に係る主電磁弁と副電磁弁の排
他的制御の例（副電磁弁の駆動状態）

【図１１】（a） 本発明の実施例における排他的駆動
時の電磁弁駆動電圧波形の例 （b） 本発明の実施例における排他的駆動時の脱臭モ
ータ駆動電圧波形の例 （c） 本発明の実施例における排他的駆動時のノズル
モータ電磁弁駆動電圧波形の例 （d） 本発明の実施例における排他的駆動時の負荷動
作状態の例

【図１２】本発明の実施例に係るフリーホイールダイオ
ードを使用した場合の回路図例

【符号の説明】

１ 人体検知センサー ２ 着座検知センサー ３ 便座開閉ユニット ４ バルブユニット ５ 熱交換器 ６ 補助操作部 ７ 乾燥ユニット ８ 脱臭ユニット ９ 便ふた開閉ユニット １０ センサー駆動ユニット １１ 便座 １２ ノズル ２０ 電磁弁 ２１ 給水源 ２２ 給水圧室 ２３ 背圧室 ２４ ダイアフラム ２５ パイロット穴 ２６ ブリード穴 ２７ ダイアフラムガイド ２８ コイル ２９ プランジャ ３０ 主弁流路 ３１ シート部 ３２ 弁座 ５０ バルブ ５１ コントローラ ５２ 脱臭モータ ５３ 流調ユニット ５４ 主電磁弁 ５５ 副電磁弁 ５６ ノズルモータ ５７ 入水部 ５８ 流路切替ユニット ５９ 熱交換ユニット ６０ フリーホイールダイオード ６１ 負荷抵抗 ６２ 電磁弁コイル駆動電圧源

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 稔 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 林 良祐 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 永吉 誠也 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 大石 竜太 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 Ｆターム(参考） 2D038 BB11 JA00 JB05 JF00 JF06 JH12 3H106 DA07 EE22 FB43 KK09

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給水状態を制御する電磁弁と、前記電磁
   弁に電源を供給する電源装置を備え、前記電源装置の給
   電の作動及び停止が制御可能に構成された衛生洗浄装置
   において、前記電源装置からの給電状態を間欠的にして
   も、電磁弁のオンまたはオフが維持されることを特徴と
   する衛生洗浄装置。
2. 【請求項２】 請求項１の衛生洗浄装置において、前記
   電磁弁に電源を供給する電源装置からの給電が間欠的に
   作動する場合、その間欠動作波形が矩形波であることを
   特徴とする衛生洗浄装置。
3. 【請求項３】 請求項１乃至２の衛生洗浄装置におい
   て、前記矩形波のDuty比が制御可能なことを特徴とする
   衛生洗浄装置。
4. 【請求項４】 請求項１の衛生洗浄装置において、前記
   電磁弁に電源を供給する電源装置からの給電が間欠的に
   作動する場合、その間欠動作波形が正弦波であることを
   特徴とする衛生洗浄装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の衛生洗浄装置におい
   て、前記間欠作動波形が正弦波を半波整流した波形であ
   ることを特徴とする衛生洗浄装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５の衛生洗浄装置におい
   て、前記間欠作動波形が正弦波を全波整流した波形であ
   ることを特徴とする衛生洗浄装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６の衛生洗浄装置であっ
   て、前記正弦波あるいは前記正弦波の半波整流波形ある
   いは前記正弦波の全波整流波形を位相角制御することを
   特徴とする衛生洗浄装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７の衛生洗浄装置であっ
   て、前記間欠作動波形の振幅が任意の値に制御可能であ
   ることを特徴とする衛生洗浄装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８の衛生洗浄装置であっ
   て、前記電磁弁が前記衛生洗浄装置の主流路を制御する
   主流路電磁弁とノズル胴体の洗浄用副流路を制御する副
   流路電磁弁を持ち、前記主流路電磁弁と前記副流路電磁
   弁を排他的にオンまたはオフ状態となる事を特徴とする
   衛生洗浄装置。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９の衛生洗浄装置であっ
    て、前記電磁弁と、前記衛生洗浄装置に搭載されている
    ノズル駆動装置、流調調節装置、脱臭ファン用モータ等
    の任意の負荷とを夫々にまた排他的にオンまたはオフ状
    態となる事を特徴とする衛生洗浄装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０の衛生洗浄装置であ
    って、前記電磁弁とその他任意の負荷状態がオンあるい
    はオフ状態の時、夫々の駆動波形が間欠的波形であっ
    て、前記間欠的波形はそれぞれの負荷において夫々排他
    的にオンまたオフ状態となる事を特徴とする衛生洗浄装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１の衛生洗浄装置であ
    って、前記電磁弁と並列配置されたフリーホイールダイ
    オードを具備することを特徴とする、衛生洗浄装置。