JP2006025814A - 暖房便座 - Google Patents

Abstract

【課題】即暖性と省エネルギー性に富んだ瞬間便座暖房を実現する。
【解決手段】便座内部に設置されたランプヒータ２を人体検知センサ１０、サーミスタ３、着座センサ４、ゼロクロス検出回路６の信号によって、トライアック５で制御する。人体検知センサ１０で使用者の存在を検知した時、トライアック５でランプヒータ２を急速に過熱して便座１を暖め、かつ初期のランプヒータ２への電力供給時間をサーミスタ３で検知した周囲温度に応じて変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は便座を短時間で暖房する速温暖房便座のヒータの制御構成に関するものである。

従来のこの種の暖房便座では、図７に示すように、内部に空洞部１０１を持つ便座１０２の着座部１０３を透明ポリプロピレン樹脂で構成し、着座部１０３の表面に設置された輻射熱吸収層１０４を設置し、空洞部１０１にはランプヒータを設置していた。ランプヒータ１０５からの輻射は透明ポリプロピレン樹脂性の着座部１０３を透過し、表面に設置された輻射熱吸収層１０４で熱に変換され、着座部１０３を昇温させるというものであった。臀部が接触する輻射熱吸収層１０４で熱の発生が行われるので、便座１０２の内部からコードヒータなどで熱伝導で加熱される方式と比較すると短時間で臀部の暖房が可能となる。また温度制御はランプヒータ１０５近傍に置かれたサーモスタット１０６で行い、温度ヒューズ１０７で異常加熱の危険を防ぐようにしたものであった（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−１４５９８号公報

しかしながらランプヒータは速暖性能が良いため、またサーモスタット等の温度検出装置の検知遅れなどによって、ランプヒータの制御の速やかな制御ができず、便座を加熱しすぎたり周囲温度の変動に応じた制御がしにくいという欠点があった。即ち、周囲温度が低い冬場に合わせて加熱出力を設定すると、周囲温度が高くなったら過加熱になり、周囲温度が高い夏場に合わせて加熱出力を設定すると、周囲温度が低くなったら加熱不足になる可能性があった。

前記従来の課題を解決するために、本発明の瞬間暖房便座は便座の空洞部に熱エネルギーの発生源であるランプヒータを有し、前記便座を使用する人を検出する人体検出手段と、前記便座の着座面の温度を検知する温度検知手段と、前記ランプヒータの通電時間を制御するランプヒータ制御手段とを備え、前記ランプヒータ制御手段は前記人体検出手段の出力と前記温度検知手段の検出温度とに応じて前記ランプヒータの初期電圧印加時間を制御する構成としたものである。

この構成によって、便座を使用しようとする人体を検出した時に便座表面温度を温度検知手段で検出し、検出温度に応じて、ランプヒータの初期電圧印加通電時間を設定し、一定温度に加熱して通電を切るという一連の流れが実行される。つまり、周囲温度が変動して便座の表面温度が変わっても、適切な温度に加熱するための通電時間制御を行う。

本発明は、即暖性能を有する暖房便座の暖房開始、終了のタイミングと、暖房温度の最適化を図り、使い勝手の良い、省エネルギー性に富んだ暖房便座の実現を可能としたものである。

第１の発明は、便座の空洞部に熱エネルギーの発生源であるランプヒータを有し、前記便座を使用する人を検出する人体検出手段と、前記便座の着座面の温度を検知する温度検知手段と、前記ランプヒータの通電時間を制御するランプヒータ制御手段とを備え、前記ランプヒータ制御手段は前記人体検出手段の出力と前記温度検知手段の検出温度とに応じて前記ランプヒータの初期電圧印加時間を制御する。

この構成によって、必要な通電時間を周囲の温度によって変わる便座表面温度を検知した上で設定して、過剰に加熱することがないので、即暖性能を有し、使い勝手の良い、省エネルギー性に富んだ暖房便座の実現を実現する暖房便座を実現することが可能になる。

第２の発明は、特に第１の発明でランプヒータの温度制御に用いるランプサーミスタをランプヒータの近傍に設け、前記ランプサーミスタの検知温度を温度検知手段の検知温度として参照するようにしたものである。

この構成は、つまり、ランプヒータの過昇温度防止のために近傍に設けたランプヒータ用のサーミスタであるランプサーミスタを、ランプヒータの通電前であれば便座表面温度に該当する温度を検知するとして、これを参照する構成としたものである。これにより、既設の温度検知手段を兼用して、的確なタイミングで温度参照を行うことによって構成を簡易にすることができる。

第３の発明は、特に第１または２の発明で、ランプヒータ制御手段は、温度検知手段の検出温度を複数段階に判定し、検出温度が低い段階から高い段階になるに従ってランプヒータ初期電圧印加時の通電時間が順次短くなるように設定したものである。

この構成によって、ランプヒータ通電前の検出温度を複数段階に分けて判定し、検出温度が低い段階から高い段階になるに従ってランプヒータ初期電圧印加時の通電時間が順次短くなるように設定したものであり、周囲温度の変動に応じてランプヒータの初期電圧印加時の通電時間を変動させることにより、通電時間の過剰をなくして即暖性能を有し、最適な便座温度が設定できる。

第４の発明は、特に第１から３のいずれかの発明で、ランプヒータ制御手段は、温度検知手段の検出温度が所定の温度以上であれば、初期電圧印加を行わないようにした。

これによって、温度検出手段の検出温度が一定温度よりも高くなったら、ランプヒータを通電しないことにより、過剰な加熱の抑制が可能となる。

第５の発明は、特に第１から４のいずれかの発明で、ランプヒータ制御手段は、初期電圧印加時の便座表面の温度が５０℃を越えないように制御するようにした。

これにより、便座表面温度を５０℃に抑えることにより、安全な便座加熱が実現できる。

第６の発明は、特に第１〜第５の発明で、ランプヒータ制御手段は、初期電圧印加通電が終了する前に温度検知手段による検知温度が所定温度以上になると初期電圧印加通電を停止するものであり、安全性に優れた便座を供給するものである。

第７の発明は、特に第２〜第６の発明で、初期電圧印加通電終了後はランプサーミスタの制御温度を変更するものである。

これによって、ランプヒータが一旦立ち上がった後はランプサーミスタの制御温度を変更し、さらにランプヒータへの供給電力も低減するものであり、便座使用中の適温での保温状態を実現して省エネルギー性を実現するものである。

第８の発明は、人が便座に着座していることを検出する着座検出手段を有し、前記ランプヒータ制御手段は、着座検出手段からの出力がある間は前記ランプヒータへの電力供給を行い、前記着座検出手段からの出力がなくなると前記ランプヒータへの供給電力を停止するものである。

これによって、着座が検知されたときのみ暖房するので、便座使用時以外はランプヒータの通電を行わず、より省エネとなる。

第９の発明は、便座の着座面を暖房する複数の加熱手段と、便座を使用とする人を検出する人体検出手段と、前記複数の加熱手段のそれぞれが加熱した便座表面温度を検出する温度検知手段とを備え、前記人体検出手段と前記温度検知手段の出力に基づいて、前記複数の加熱手段への電力の供給タイミングと、電力供給時間を制御する制御手段を備えたものである。

この構成によって、複数の加熱手段に対して、最適なタイミングで加熱の開始終了、また、最適な温度への加熱制御を行うことができて、便座の使われ方により即した、快適、省エネ暖房が実現する。

第１０の発明は、特に第９の発明の複数の加熱手段は、少なくとも便座表面のうち人体大腿部が接触する表面を加熱するランプヒータと、前記ランプヒータが加熱しない便座表面のすくなくとも一部を加熱するコードヒータとを備えたものである。

これによって、複数の加熱手段は、便座の着座面の異なる部位に配置されるので、人体と接触する部位によって、加熱されかたが異なることになるが、それぞれの加熱手段の特性を生かした暖房の仕方をするので、便座表面のより均一な加熱が可能となる。

例えば、ランプヒータは、一時的に大電力の供給が必要ではあるが、即暖房することが可能、コードヒータは、即暖房には向かないが継続的に低電圧供給で低温保温するのに有効。これらの特性を生かして、暖房タイミングと、暖房温度をそれぞれの加熱手段毎に異ならせることで、より最適な省エネ、快適暖房ができる。

第１１の発明は、特に第１０の発明において、制御手段は、人体検出手段による人体検出がされないとコードヒータへの通電を行ない、ランプヒータへの通電は行わないようにしたものである。

これによって、コードヒータによる最低限の常時保温を実現することで、厳寒時などでも便座温度を確保することが可能となる。

つまり、人体検出手段の人体検出がない間は、コードヒータにより低温保温を便座にて行う。人体検出されて、コードヒータへの通電が終了しても、一度暖まった便座周縁部は直ぐに低温化してしてしまうことはない。また、人体検出がされたときには、ランプヒータでの加熱に電力を供給するようにして、電力の使い分けをすることで、上限のある電力の有効利用が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における暖房便座の構成図である。

図１において、便座１は内部に空洞部を有し（図示せず）、暖房用のランプヒータ２と温度制御用のサーミスタ３が収納されており、便座本体部１ａには便座１に着座している人を検出する着座センサ４、ランプヒータ２制御用のトライアック５、ＡＣ１００Ｖから交流信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路６、ランプヒータ２の通電を制御するヒータ制御手段７、バッファー８、サーミスタ３と直列に接続される抵抗９、用を足そうとトイレ空間に入ろうとする人を検出する人体検知センサ１０からの信号の受信部１１などが納められている。サーミスタ３はランプヒータ近傍に設けられてかつ、暖房する便座の表面温度に近似した温度を検知することが可能な位置に取り付けられており、便座表面温度に近似した温度を参照して便座表面温度を推定する構成としている。

人体検知センサ１０、サーミスタ３、着座センサ４、ゼロクロス検出回路６からの信号はヒータ制御手段７に入力され、その信号入力から演算されて、バッファー８へランプヒータ２の制御信号が出力される。ランプヒータ２はトライアック５を介してスイッチング制御され、ＡＣ１００電圧が印加されてランプヒータ２の出力が決定される。

ここで人体検知センサ１０は焦電型赤外線センサで人体を検出し、その検出信号を最終的にヒータ制御手段７に送信するものである。人体検知センサ１０からの信号は信号受光部１１で受信され、ヒータ制御手段７に入力される。

このような構成で、人体検知センサ１０で人体を検出して、暖房手段であるランプヒータ２に通電を開始するのであるが、ランプヒータ２への通電開始前に、サーミスタ３でランプヒータ２周辺の温度を検出し、ランプヒータ２への初期電圧の印加時間を決定する。
ランプヒータ２の周辺温度は便座１および便座本体１ａ周辺の温度とも相関があるのでサーミスタ３で検出した温度に応じて温度が低い時には、ランプヒータ２への初期電圧の印加時間を長く、温度が高い時には、印加時間を短くして便座温度を周囲温度の変動に対してもできるだけ一定になるようにしている。

図２は検知温度とランプヒータ２への電圧印加時間の関係を示すグラフである。ランプヒータの電力は６００〜８００ワット、周囲温度が０℃に近い厳冬期でも１０秒以下の加熱で便座１を冷たく感じない程度まで加熱することが可能であり、周囲が３０℃を越えるような夏場では１秒以下の加熱、あるいは加熱を行わないでも便座を快適に保つことができる。また当然人が使わないときにはランプヒータ２への通電は行わない。

この時、検知温度に対応したランプヒータ２への電圧印加時間は例えば、５℃毎に区分した区間ごとに秒単位で印加時間を設定することになり、印加時間は温度の関数になる。この印加時間は必要ならば、トライアック５の制御可能単位である商用周波数のゼロクロスの周期単位（６０Ｈｚで８．３ミリ秒）で設定可能である。このように周囲の温度に応じたランプヒータ２への通電を行うことによって、即暖性能を有し、使い勝手の良い、省エネルギー性に富んだ暖房便座を実現することが可能になる。

図３は本発明の実施の形態１における他の検知温度とランプヒータ２への電圧印加時間の関係を示すグラフである。図３では検知温度が３０℃以上ではランプヒータ２への初期電圧印加は行わないことを示している。このように周囲の温度がある程度高いときにはランプヒータ２への通電を行なわないことによって、使い勝手の良い、省エネルギー性に富んだ暖房便座を実現することが可能になる。

図４は本発明の実施の形態１における暖房便座の他の構成図である。図４において便座用サーミスタ１２が便座１の表面温度を測定するために設置されている。便座用サーミスタ１２は便座１の温度が５０℃を越えないようにランプヒータ２の通電を制御するために設置されたものである。５０℃を上限にしたのは、１０人のモニター男性、女性に５０℃に保った便座に座ってもらった結果のアンケートによるものである。１０人中９人中９人は特に熱いとは感じなかったと回答し、また、他の一人からも我慢できないほどではないとの回答を得ている。また実際５０℃の便座に座っても人体の熱容量が大きいので便座温度は急激に低下し、やけどなどの恐れもない温度として決定したものである。

便座温度の測り方としては、上述の専用の便座用サーミスタ１２を設置する方法のほかに、正確さには少し欠けるがランプヒータ３の温度から推測することもできる。

また図１に示したサーミスタ３はランプヒータ２通電前の近傍温度を測定するだけでなく、ランプヒータ２通電中の温度も測定、ヒータ制御手段７で判定できる。従って温度制御の閾値を設定して、ランプヒータ２の初期電圧印加中に閾値を越えたときは残り時間があるに関わらずランプヒータ２への通電を停止する。このことによっても便座表面温度を一定に抑え、安全で、快適な瞬間暖房便座を実現することが可能となる。

図５はランプヒータ２への印加電力の時間変化を示した図である。

８００ワットの初期電力が供給されたランプヒータ２は６秒後、供給電力が２００ワットの変更され、便座１の使用者が着座している限り、２００ワットの電力で便座１を保温し続ける。保温時もサーミスタ３は温度検知を続け、設定温度を越えた時は電力供給を停止することは言うまでもない。またその保温時の制御温度は初期の電力供給時の制御温度とは異なっていて、長時間の便座１使用に快適な温度の設定としている。このような構成によって、ランプヒータ２に余分な電力が供給されるのを防ぎ、省電力性に優れた瞬間暖房便座が実現される。

また図１において着座検出手段である着座センサ４は赤外線ＬＥＤの発光部と受光部を持った形式のものであり、人が便座１に着座している時は発光部からの光が人体に反射して受光部で検出することによって着座を検出している。その出力は電圧としてヒータ制御手段７に入力され、着座中と判断されたら、ヒータ制御手段７からの出力でランプヒータ２は保温を実行し続ける。人が便座１から立って離れると、受光部での反射光検出ができないので着座なしと判定され、出力電圧はなくなり、ヒータ制御手段はランプヒータ２への電力供給を停止する。このような構成によって、人が必要とするときだけ電力が供給され、使用が終わると速やかに電力供給を停止する省エネルギー性に富んだ瞬間暖房便座を実現することが可能となる。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における暖房便座の構成図である。

ここで実施の形態１との差異は、ランプヒータ２に加えて、線状のコードヒータ１３が便座１の空洞部の天面に貼り付けられ、便座を暖めていることである。ランプヒータ２の作用効果は実施の形態１と何ら変わるところはない。コードヒータ１３はヒータ制御手段７からの出力で、バッファー１４、トライアック１５を介して制御され、ＡＣ１００電圧が印加されてコードヒータ１３の出力が決定される。またコードヒータ１３の制御温度はサーミスタ１６によって行われる。ここでランプヒータ５の制御温度を検出するサーミスタ３とコードヒータ１３の制御温度を検出するサーミスタ１６の制御温度は異なる設定としてある。それぞれのヒータの印加電力、及び加熱特性（ランプヒータ２は輻射加熱が主であり、コードヒータ１３は伝導加熱が主である）が違うことから、制御温度も違えている。コードヒータ１３は線径が細いので、ランプヒータ２が収納できない（従って輻射加熱のし難い部分）高さのない空洞部周縁に設置してランプヒータ２の補間ヒータとしての役割を果たしている。コードヒータ１３導入したことによって、便座１の温度分布改善され、一層快適な瞬間暖房便座を提供することが可能となった。

また図６において着座センサ４が人の着座を検出しなくなった時（人が用を足し終えてトイレ空間から出て行った時は、コードヒータ１３のみへの通電制御を行ない、ランプヒータ２へは通電しないことにより、再び人が用を足そうとした時でも、ランプヒータ２の輻射加熱の行き届きにくい便座１の周縁部が暖められているので、座った時の冷たく感じる不快感を軽減することができ、また、コードヒータ１３の制御温度も人間が常体と感じない最低温度２７℃付近に設定することによって全体のエネルギーも少なく抑えることが可能となる。

以上のように、本発明にかかる暖房便座は、通常は便座暖房の電力を供給せず、人体検出をした時にランプヒータに通電し、しかも環境温度に応じた時間、電力印加を行うことにより、暖房装置の安全性確保、人体の有無によって暖房出力をこまめに制御するなど安全、省エネルギーな暖房機器にも応用が可能である。

本発明の実施の形態１における暖房便座の構成図 本発明の実施の形態１におけるサーミスタ検知温度とランプヒータへの電圧印加時間の関係を示すグラフ 本発明の実施の形態１における他のサーミスタ検知温度とランプヒータへの電圧印加時間の関係を示すグラフ 本発明の実施の形態１における暖房便座の他の構成図 本発明の実施の形態１におけるランプヒータ２への印加電力の時間変化を示した図 本発明の実施の形態２における暖房便座の構成図 従来の暖房便座の断面構成図

符号の説明

１ 便座
２ ランプヒータ
３、１６ サーミスタ
４ 着座センサ
５、１５ トライアック
７ ヒータ制御手段
１０ 人体検知センサ
１３ コードヒータ

Claims (11)

1. 便座の空洞部に熱エネルギーの発生源であるランプヒータを有し、前記便座を使用する人を検出する人体検出手段と、前記便座の着座面の温度を検知する温度検知手段と、前記ランプヒータの通電時間を制御するランプヒータ制御手段とを備え、前記ランプヒータ制御手段は前記人体検出手段の出力と前記温度検知手段の検出温度とに応じて前記ランプヒータの初期電圧印加時間を制御する暖房便座。
2. ランプヒータの温度制御に用いるランプサーミスタをランプヒータの近傍に設け、前記ランプサーミスタの検知温度を温度検知手段の検知温度として参照するようにした請求項１記載の暖房便座。
3. ランプヒータ制御手段は、温度検知手段の検出温度を複数段階に判定し、検出温度が低い段階から高い段階になるに従ってランプヒータ初期電圧印加時の通電時間が順次短くなるように設定した請求項１または２記載の暖房便座。
4. ランプヒータ制御手段は、温度検知手段の検出温度が所定の温度以上であれば、初期電圧印加を行わない請求項１から３のいずれか１項記載の暖房便座。
5. ランプヒータ制御手段は、初期電圧印加時の便座表面の温度が５０℃を越えないように制御する請求項１から４のいずれか１項記載の暖房便座。
6. ランプヒータ制御手段は、初期電圧印加通電が終了する前に温度検知手段による検知温度が所定温度以上になると初期電圧印加通電を停止する請求項１から５のいずれか１項記載の暖房便座。
7. 初期電圧印加通電終了後はランプサーミスタの制御温度を変更する請求項２から６のいずれか１項記載の暖房便座。
8. 人が便座に着座していることを検出する着座検出手段を有し、前記ランプヒータ制御手段は、着座検出手段からの出力がある間は前記ランプヒータへの電力供給を行い、前記着座検出手段からの出力がなくなると前記ランプヒータへの供給電力を停止する請求項１から７のいずれか１項記載の暖房便座。
9. 便座の着座面を暖房する複数の加熱手段と、便座を使用とする人を検出する人体検出手段と、前記複数の加熱手段のそれぞれが加熱した便座表面温度を検出する温度検知手段とを備え、前記人体検出手段と前記温度検知手段の出力に基づいて、前記複数の加熱手段への電力の供給タイミングと、電力供給時間を制御する制御手段を備えた暖房便座。
10. 複数の加熱手段は、少なくとも便座表面のうち人体大腿部が接触する表面を加熱するランプヒータと、前記ランプヒータが加熱しない便座表面のすくなくとも一部を加熱するコードヒータとを備えた請求項９記載の暖房便座。
11. 制御手段は、人体検出手段による人体検出がされないとコードヒータへの通電を行ない、ランプヒータへの通電は行わない請求項１０記載の暖房便座。

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