JP2002186570A - 暖房便座の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖房便座装置の昇温速度を速くし、しかもオ
ーバーシュートを防止する制御方法を提供すること。 【解決手段】 待機状態から使用状態に移る際に、温度
センサにより現在温度を把握し、現在温度と設定温度と
の偏差を算出し、偏差値をもとに算出した一次目標温度
に達するまで、ある一定の強電力をヒータに供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、暖房便座装置の温
度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の暖房便座装置は、下方が開放した
下向きＵ字状等の便座本体の裏面にヒータを貼り付け、
ヒータの付近に設けられ、温度を感知して制御信号に変
換する温度センサを装着し、この便座本体の下端部に平
板状の便座底板を振動溶着や超音波溶着等によって溶着
するのが一般的な構造である。

【０００３】また、便座表面温度の制御方法としては、
温度センサによって感知した温度と、設定された設定温
度との偏差値を算出し、その偏差値に基づいて、ある一
定の制御定数を掛け合わせ、ヒータへの供給電力量を設
定し出力するフィードバック制御を実施しているのが一
般的である。

【０００４】また、従来の暖房便座装置は、人が座った
時の荷重に耐えるため、便座本体の樹脂厚を３ｍｍ程度
に設定しているのが一般的である。樹脂厚が３ｍｍ程度
になると、ヒータの熱が便座表面に伝わるまで時間がか
かってしまい、便座表面を短時間で暖かくするのは困難
であった。したがって、暖房便座としての性能を満足さ
せるためには、常時、暖房便座へ電力を供給しておく必
要があり、トイレを使用しない時の電力は無駄となって
いた。

【０００５】そこで、便座本体の樹脂厚を薄くし、さら
にヒータの電力量を上げることにより、昇温速度の速い
暖房便座装置を得ることができ、この暖房便座装置によ
り、トイレを使用するときのみ暖房便座に通電する省エ
ネシステムを提案することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、暖房便
座に使用されている温度センサは、温度変化に対して反
応するまでに時間遅れが生じることから、便座の昇温速
度を速くすると通常のフィードバック制御では、温度変
化に追随できず、最悪の場合、温度が上がり過ぎて、や
けどなどを引き起こしてしまう可能性がある。これを防
止するために、フィードバックの定数をなだらかな制御
を行うように設定すると、本来の目的である暖房便座の
昇温速度を速めることができない。

【０００７】そこで本発明は、上記課題を解決するため
になされたもので、暖房便座装置の昇温速度を速くし、
しかもオーバーシュートを防止する制御方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課
題を解決する為になされた請求項第１項記載の発明は、
便座内部に設けられたヒータと、前記ヒータの加熱によ
る温度を感知する温度センサと、前記温度センサの信号
に基づいてヒータへの電力供給を制御する制御部とを備
えた暖房便座装置において、待機状態から使用状態に移
る際に、前記温度センサに基づく現在温度と、設定温度
との偏差を算出し、前記偏差値に基づいて算出された一
次目標温度に達するまで、一定の強電力をヒータに供給
することを特徴とする。

【０００９】暖房便座が待機状態から使用状態へ移行す
る時に、便座表面を速く設定温度にするためには、強電
力をヒータに供給する必要がある。ここで、強電力に値
する電力値については、便座本体の樹脂の厚さやヒータ
の持っている熱容量によって異なるが、従来のヒータが
５０Ｗ程度であるのに対して、３００〜１０００Ｗ程度
が目安となる。すなわち、強電力とは、ヒータが持って
いる最大の電力またはそれに近い電力を印加するという
意味も含んでおり、また、便座の温度が設定温度付近に
ある場合に、保温のためにヒータへ印加する電力以上の
電力という意味も含んでいる。しかしながら、このよう
な強電力を印加した場合、通常のフィードバック制御で
は、温度センサの検知時間遅れの影響が顕著に表れ、温
度が上がり過ぎてしまう恐れがある。本発明において
は、温度センサの信号により現在温度を把握し、現在温
度と設定温度との偏差を算出し、該偏差値に基づいて強
電力を印加した場合にオーバーシュートを起こさないた
めの温度を算出して一次目標温度とし、その温度に達す
るまで、ある一定の強電力をヒータに供給することによ
り、図３に示す温度特性を実現することができ、その結
果、温度の上がり過ぎを防止することができる。

【００１０】請求項第２項記載の発明は、便座内部に設
けられたヒータと、前記ヒータの加熱による温度を感知
する温度センサと、前記温度センサの信号に基づいてヒ
ータへの電力供給を制御する制御部とを備えた暖房便座
装置において、待機状態から使用状態に移る際に、前記
温度センサに基づく現在温度と、設定温度との偏差を算
出し、前記偏差値に基づいて算出された時間に達するま
で、ある一定の強電力をヒータに供給することを特徴と
する。

【００１１】請求項第１項では、現在温度と設定温度と
の偏差を算出し、それをベースに一次目標温度を設定し
たが、仮に温度センサが何らかの要因で反応が鈍くなっ
てしまった場合、温度が上がり過ぎてしまう恐れがあ
る。本発明においては、温度センサの信号により現在温
度を把握し、現在温度と設定温度との偏差を算出し、該
偏差値に基づいて強電力を印加した場合にオーバーシュ
ートを起こさないための通電時間を設定し、その時間内
のみ強電力を供給するように制御する。これによって、
仮に温度センサの反応が鈍くなった状態でも温度が上が
り過ぎることがなく、安全な制御を提供することができ
る。

【００１２】請求項第３項記載の発明は、便座内部に設
けられたヒータと、前記ヒータの加熱による温度を感知
する温度センサと、前記温度センサの信号に基づいてヒ
ータへの電力供給を制御する制御部とを備えた暖房便座
装置において、待機状態から使用状態に移る際に、前記
温度センサに基づく現在温度と、設定温度との偏差を算
出し、前記偏差値に基づいて算出された一次目標温度に
達するまで、または前記偏差値に基づいて算出された時
間に達するまで、ある一定の強電力をヒータに供給する
ことを特徴とする。

【００１３】請求項第２項では、時間に基づく強電力供
給制御に関しての効果を述べたが、一方では、時間だけ
に頼った制御では、フィードバックをかけていないの
で、外部環境の状態や装置のばらつきによる変化には非
常に弱い一面をもっている。本発明においては、請求項
第１項で説明したフィードバック制御と請求項第２項の
時間管理制御とを組み合わせることにより、外部環境の
状態に適合した、ばらつきに対して柔軟に対応でき、し
かも温度センサの反応が鈍い状態に陥っても温度の上が
り過ぎを防止することができる。

【００１４】請求項第４項記載の発明は、請求項１乃至
３記載の暖房便座装置の制御方法において、一定の強電
力をヒータに供給した後に、前記温度センサの信号に基
づいてヒータへの電力供給を制御することを特徴とす
る。

【００１５】前記のように、待機状態から使用状態に移
行する際は、強電力を供給することにより速く温度を立
ち上げる必要があるが、温度が立ち上がった後は、確実
に設定温度にするためフィードバック制御をかけるのが
望ましい。本発明においては、待機状態から使用状態に
移行する際に、強電力を供給し、その後は通常のフィー
ドバック制御を行うことにより、立ち上がりが速いにも
かかわらず、設定の温度に安全に到達できる暖房便座装
置を提案することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。図１の（ａ）は暖房便座装置
の全体構成を示す斜視図であり、（ｂ）はＡ−Ａ'の断
面図である。図中の１１は便座本体、１２はヒータ、１
３は温度センサ、１４はコントローラ、１５は人体検知
センサ、１６は発泡樹脂、１７は便座底板をそれぞれ示
す。また図２は、コントローラ１４内での制御のフロー
チャートである。

【００１７】まず構造の説明をする。便座本体１１の裏
面には、ヒータ１２が貼り付けられている。便座本体１
１は、ヒータ１２の熱が極力速く表面に伝わるように、
通常に比べて１ｍｍ程度の薄さに設定されており、この
薄さでは、人体の荷重を受けることができるだけの強度
がないので、断熱性及び強度があり、しかも重量が極力
軽いもので補強する必要があるので、今回の構成は発泡
樹脂を実施例とした。発泡樹脂の中でも硬質ウレタン
は、強度があり、しかも発泡時の反応熱も低く抑えられ
るので、この用途には最適と言える

【００１８】また、ヒータ１２は極力温度の立ち上がり
が速いものが必要となり、薄くて電力密度の高い面状ヒ
ータなどが最適である。

【００１９】ヒータ１２には温度センサ１３が貼り付け
られており、ヒータの温度と相関のある表面温度を想定
するようになっている。温度センサの出力は、コントロ
ーラ１４にインプットされ、その信号を受けて、コント
ローラ内で温度データとして認識し、ヒータへの供給電
力を算出して、それに応じた電力を印加し、便座表面が
設定温度になるように制御する。

【００２０】ここで、一般的に温度センサとしては、サ
ーミスタや熱電対などが用いられるが、安価なサーミス
タが実用的ではあるが、今回のような速い応答速度を必
要とする場合は、熱電対の方が適していると言える。

【００２１】次に、コントローラ１４内での動作状態に
ついて図２のフローチャートにて説明する。まず、人体
検知センサ１５によって人体を検知するまでは、非通電
状態または設定温度よりも低い温度で待機しておき、常
時現在温度（Ａ）を把握しておく（Ｓ１）。次に、人体
検知センサ１４によって、トイレに入ってきた人体を検
知する（Ｓ２）と、便座温度設定部（図示しない）から
ユーザーが設定した温度（Ｂ）と現在温度（Ａ）との温
度差（Ｃ）を算出する（Ｓ３）。

【００２２】次に、算出された温度差（Ｃ）に基づい
て、第一次目標温度（Ｄ）を算出する。ここで、第一次
目標温度（Ｄ）の意味合いとしては、便座本体１１の表
面温度を速く立ち上げるためには、極力長い時間ヒータ
１２が持っている最大の容量で電力を供給するのが望ま
しいが、当然便座表面温度が上がり過ぎてしまう可能性
がある。なぜなら、温度上昇の傾きが大きい場合、温度
センサ１３の検知遅れにより、実際の便座表面温度と温
度センサの検知温度に差が出てしまうのと、さらに温度
センサ１３はヒータの便座表面とは反対側に配置されて
いるので、温度センサ１３の検知温度と便座表面の温度
とに差が出てしまう。このようなことから、ヒータ１３
に最大電力を印加するタイミングは、これらの要因を考
慮したものにする必要があり、本実施例のように、ヒー
タ１３の最大電力を印加する第一次目標温度を設定する
ことが、この課題を解決する方法の一つとなる。

【００２３】この第一次目標温度（Ｄ）の算出方法につ
いては、構成要素であるヒータの容量、便座本体の肉
厚、断熱材の断熱性能、温度センサの反応速度により、
変わってくる。そのため、各パラメータの物性値を考慮
したシミュレーションによって、傾向を把握し、さらに
そのデータをベースに、実際の通電試験を行った結果
で、最終的な算出式を決定することになる。

【００２４】上記のようなプロセスに従い、今回の実施
例に示した構成での算出式を近似した結果、概ね下式で
算出できることがわかった。 第一次目標温度（Ｄ）＝温度差（Ｃ）×ａ＋ｂ （ａおよびｂは、常数）この式に基づいて、第一次目標
温度（Ｄ）を算出する（Ｓ４）。

【００２５】次に、温度差（Ｃ）に基づいて、必要通電
時間（ｔ１）を算出するが、この時間は基本的には、算
出された第一次目標温度（Ｄ）に達するまでにかかる時
間を求めることになり、何らかの要因で温度センサ１３
の検出温度が、第一次目標温度（Ｄ）に達しない場合
に、この時間通電したら第一次目標温度（Ｄ）に達して
いるとみなして、この時間を経過した場合に、第一次目
標温度（Ｄ）に達したのと同様の処理をすることにな
る。今回の実施例では、下式のように近似することがで
きた。 必要通電時間（ｔ１）＝温度差（Ｃ）×α＋β （αおよびβは常数）

【００２６】次に、ヒータ１３の最大電力を印加し（Ｓ
６）、現在温度（Ａ）が第一次目標温度へ達しているか
（Ｓ７）、また最大電力印加時間（ｔ２）が、必要通電
時間（ｔ１）に達していないか（Ｓ８）を常時チェック
し、それぞれどちらかの条件を満たした場合に、次のス
テップへ進む。

【００２７】次のステップは、急速に温度を立ち上げた
後の制御になるが、ここでは設定温度（Ｂ）に合わせる
ことが望ましくなるので、通常のフィードバック制御な
どを用いることが考えられる。一般的にはＰＩＤ制御な
どがこの制御に該当するが、基本的には特別な制御を用
いる必要はない。

【００２８】このようにして算出された印加電力（Ｗ）
（Ｓ９）をヒータ１３へ印加し（Ｓ１０）、現在温度
（Ａ）と設定温度（Ｂ）を比較し（Ｓ１１）、設定温度
に到達すれば、印加電力をカットする（Ｓ１２）。

【００２９】この一連の動作は、人体検知センサ１５が
人体を検知している間、一定周期で行われ、人体検知セ
ンサ１５が人体がトイレから退出したことを把握した場
合は、待機状態へ移行し（Ｓ１３）、次に人体検知がＯ
Ｎになるまで、この状態を続けることになる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、暖房便座の表面温度の
立ち上がり速度を速くするために、大電力のヒータを使
用したとしても、温度の上がり過ぎのない安全な温度制
御を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の暖房便座装置の構成を示す図であ
る。

【図２】 本実施例のコントローラ内の制御の動作フロ
ーを示す図である。

【図３】 本実施例の制御方法による温度と通電時間と
の関係を表す図である。

【符号の説明】

１１…便座本体、１２…ヒータ、１３…温度センサ、１
４…コントローラ、１５…人体検知センサ、１６…発泡
樹脂、１７…便座底板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大崎 達也 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 平山 一行 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 田中 真吾 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） 2D037 AD08 3K058 AA02 AA04 BA01 CA23 CB12 CB13 3L072 AA01 AB01 AB10 AC02 AD03 AE01 AE06 AF06 AF11 AG01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 便座内部に設けられたヒータと、前記ヒ
   ータの加熱による温度を感知する温度センサと、前記温
   度センサの信号に基づいてヒータへの電力供給を制御す
   る制御部とを備えた暖房便座装置において、待機状態か
   ら使用状態に移る際に、前記温度センサに基づく現在温
   度と、設定温度との偏差を算出し、前記偏差値に基づい
   て算出された一次目標温度に達するまで、一定の強電力
   をヒータに供給することを特徴とする暖房便座の制御方
   法。
2. 【請求項２】 便座内部に設けられたヒータと、前記ヒ
   ータの加熱による温度を感知する温度センサと、前記温
   度センサの信号に基づいてヒータへの電力供給を制御す
   る制御部とを備えた暖房便座装置において、待機状態か
   ら使用状態に移る際に、前記温度センサに基づく現在温
   度と、設定温度との偏差を算出し、前記偏差値に基づい
   て算出された時間に達するまで、ある一定の強電力をヒ
   ータに供給することを特徴とする暖房便座の制御方法。
3. 【請求項３】 便座内部に設けられたヒータと、前記ヒ
   ータの加熱による温度を感知する温度センサと、前記温
   度センサの信号に基づいてヒータへの電力供給を制御す
   る制御部とを備えた暖房便座装置において、待機状態か
   ら使用状態に移る際に、前記温度センサに基づく現在温
   度と、設定温度との偏差を算出し、前記偏差値に基づい
   て算出された一次目標温度に達するまで、または前記偏
   差値に基づいて算出された時間に達するまで、ある一定
   の強電力をヒータに供給することを特徴とする暖房便座
   装置の制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３記載の暖房便座装置の制
   御方法において、一定の強電力をヒータに供給した後
   に、前記温度センサの信号に基づいてヒータへの電力供
   給を制御することを特徴とする暖房便座装置の制御方
   法。