JP2006305344A - 暖房便座 - Google Patents

Abstract

【課題】速暖性を備えて、漏洩磁束低減特性に優れた瞬間便座暖房を実現する。
【解決手段】便座に備えたヒータ２を人体検知センサ１０、温度検知手段３の信号によって、トライアック５で制御出力に応じて位相制御する。前記ヒータ２は、便座を急速に昇温可能で、前記ヒータ２の制御手段が、ヒータへの入力電力を位相制御することで、速暖性、省エネ性、漏洩磁束の低減を実現する。
【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制御方法に関するものである。

従来のこの種の速温暖房便座では、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、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）。

しかしながら上記従来の構成では、温度制御をサーモスタットで行うので、昇温性能に優れた大容量のランプヒータがＯＮ／ＯＦＦ制御されることになり、結果として便座温度を一定に保つことが困難で、さらにはサーモスタットの応答遅れがあるため、温度の変動幅が大きくなり、使用者に不快感を与えることになる。

また、速暖性能を向上しようとすると、短時間に必然的に大電力を投入する必要があり、熱輻射性能に優れたランプヒータが採用されるのが普通である。しかしランプヒータのフィラメントは温度が低い時は抵抗値が小さく、通電されると所定の抵抗値になる。初期の抵抗値は小さいので電圧印加直後には時に大きな突入電流が流れることは避けられなかった。大きな電流が流れるとそれに伴って発生する磁界も大きくなる。

一方、電気機器の使用に伴って発生する磁界の量に関しては、国際的なガイドラインが決められており（例えば非特許文献１参照）、最低限その値を守り、できれば、規制値の１/１００程度に抑制することが求められていた。

特に便座については上記のように発生磁界が大きくなる可能性のあるものでありながら、使用者が、磁界発生源に近づいて使用するものであるために、特に漏洩磁束低減の要請が強かった。ところが従来の構成では、人が便座着座した時、ランプヒータを断続制御で制御、消費電力を落として使用したとしても、フィラメントが冷えた状態で電圧が印加されれば、大きな突入電流が流れざるを得ず、速暖性には優れてはいるものの、漏洩磁界抑制性能に優れた便座暖房を実現できない可能性があった。

さらに、便座を短時間で昇温させるには、大容量の加熱手段を用いるだけでなく、被加熱部の熱容量をできるだけ小さくする必要があり、このように構成で制御するには応答性に優れた電力制御が必要となる。
特開２０００−１４５９８号公報 時間変化する電界、磁界及び電磁界による暴露を制限するためのガイドライン（３００ＧＨｚまで） 国際非電離放射線防護委員会 １９９８年４月

従来の構成では、便座を短時間で昇温させるには、大容量の加熱手段を用いるだけでな
く、被加熱部の熱容量をできるだけ小さくする必要があり、このように構成することで便座の昇温性能を向上させると、当然のことながら加熱手段をＯＦＦしたときの温度降下も速くなる。その結果、便座は加熱手段のＯＮ／ＯＦＦで急速な温度の上昇／降下を繰り返し、制御性が非常に悪いため、この便座温度を所定値に制御するには応答性に優れた電力制御が必要となる。

前記従来の課題を解決するために、本発明の暖房便座は、便座と、前記便座を急速昇温可能なヒータと、前記便座を使用しようとする人体を検知する人体検知手段と、前記便座の温度を検出する温度検知手段と、前記ヒータを駆動するヒータ制御手段と、位相制御回路とを備え、前記ヒータ制御手段は、前記人体検知手段や前記温度検知手段や前記位相制御回路の信号に基づいて前記ヒータへの入力電力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いう人体を検出した時には、ヒータの通電を開始して急速に便座を昇温させることができ、また必要に応じてヒータへの入力電力を位相制御すれば、ＡＣ１００Ｖの低い電圧となる位相で通電が行えるため、入力電力をきめ細やかに切り替えることができ、安定した便座温度に制御することができる。

本発明は、速暖性能を有するとともに、省エネルギー性と制御安定性に優れた暖房便座を実現することができる。

第１の発明は、便座と、前記便座を急速昇温可能なヒータと、前記便座を使用しようとする人体を検知する人体検知手段と、前記便座の温度を検出する温度検知手段と、前記ヒータを駆動するヒータ制御手段と、位相制御回路とを備え、前記ヒータ制御手段が、前記人体検知手段や前記温度検知手段や前記位相制御回路の信号に基づいて前記ヒータへの入力電力を制御することにより、速暖性能と省エネルギー性、制御安定性に優れた暖房便座を実現することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、ヒータ制御手段が、ヒータを駆動しない待機状態と、ヒータを定格出力で駆動する高出力状態と、ヒータを弱出力で駆動する低出力状態を有し、少なくとも前記低出力状態では位相制御回路の信号に基づいて位相制御を行なうことにより、速暖性能と省エネルギー性、さらに制御安定性に優れた暖房便座を実現することが可能になる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明の暖房便座で、位相制御回路が、電源高調波電流成分を電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させるので、高調波電流の発生レベルを低下させることができる。そして、照明器具のフリッカの発生を抑えることができる。

第４の発明は、特に第３の発明の暖房便座で、点弧角を所定基準値に対して変化させる変動幅を所定基準値に対してランダムに変化させることにより、点弧角と関連して特異的なパターンで発生する高調波電流に規則性を持たせずに分散化でき、より高調波電流の減少度を高め、電源電圧の変化にも規則性が現れない。

第５の発明は、特に第３の発明の暖房便座で、基準電力を得るように変化させた点弧角をさらにゆらぎ変化させたので、全ての点弧角において、（すなわち、９０度近辺の位相角を避けることなく、）高調波成分を分散化させることが可能で、過大な高調波の発生を防ぐことができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の暖房便座で、ヒータは、定格容量が１５００Ｗ以下であるとともに、便座表面の温度を少なくとも毎秒１Ｋ以上で昇温可能な構成とすることにより、家庭にある一般的なコンセントからの電源供給が可能なため、特別な工事が不要で導入費用を安くすることができるとともに、設置できる範囲を広げることができる。また便座表面の昇温速度が速いので、使用者がトイレに入室したことが人体検知手段により検知されてから便座表面を昇温するのに必要な時間が短縮できるため、使用者が脱衣し、着座するまでの短時間で着座部の温度を、冷感を感じない温度まで十分昇温させることが可能となり、省エネ性に優れた便座暖房を実現することができる。

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と温度検知手段としてのサーミスタ３が収納されており、便座本体部１ａには着座センサ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、ゼロクロス検出回路６の出力から位相差信号を出力する位相制御回路６ａ、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、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。

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、位相制御回路６ａ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。トライアック５は導通信号が出力されると、次のゼロクロス点まで導通を保持する素子である。

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に通電する。ランプヒータ２の通電は、ゼロクロス信号を受けてＡＣ１００Ｖの半波を全区間通電する波数制御と、ゼロクロス信号から、一定時間遅れてＡＶ１００Ｖの電圧の半波を通電する位相制御の二つの制御方法で行なう。全波制御は、人体検知センサ１０が人体を検知し、急速に便座１を加熱しなければならない状態での加熱であり、位相制御は人が便座１に着座し、便座１を保温状態に保つときの制御方法である。位相制御は、ＡＣ１００Ｖの低い電圧となる位相で通電が行えるので、ランプヒータ２の入力電圧をきめ細やかに切り替えることができ、便座１の保温温度を極めて安定の状態に保つことができる。

このような構成によって、便座の速暖性能を格段に向上できるので、使用時のみ急速に便座を昇温させて使用することが可能となり、大幅な省エネルギー化を図ることができるとともに、きわめて温度安定性に優れた使い勝手のよい暖房便座を実現することができる。また、ランプヒータ２が冷えた状態で通電されても、突入電流は小さく抑えられる。したがって電流によって発生する漏洩磁束の大きさも小さくすることができるので、速暖性能を有しつつ、保温時には、漏洩磁束を抑えた暖房便座を実現することが可能になる。

図２は本発明の実施の形態１における暖房便座制御における状態遷移図である。待機状態１２はトライアック５へ信号が出力されていない状態、高出力状態１３はトライアック５へ常時出力されている状態、低出力状態１４はトライアック５が位相制御されている状態を表す。待機状態１２から高出力状態１３へのパスＡは人体検知センサ１０で使用者の検知がなされた時であり、高出力状態１３から低出力状態１４へのパスＢはサーミスタ３が所定の温度を検知した時であり、低出力状態１４から待機状態１２へのパスＣは着座センサ４の出力から人体を検出しなくなった時に移行する。例えば、着座センサ４が赤外線ＬＥＤの発光部と受光部を持った形式のものであったら、人体が便座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。人体が便座１から離れると、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る。

このような状態遷移を行なう構成によって、人体を検知していない時には、通電を行なわず、検知して初めて通電を行ない、また人が使用を終わったら直ちに通電を停止することから、省エネルギー性に優れた暖房便座の実現が可能となる。

図３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３において位相制御回路６ａはゼロクロス検出回路からの信号を一定時間遅延させる遅延回路６ｂで構成されている。ＡＶ１００Ｖ電圧が０Ｖになる時に出力されるゼロクロスパルスは６０Ｈｚにおいて８．３ミリ秒以内の遅延時間を与えて、ヒータ制御手段７へ出力される。トライアック５はゼロ点から設定された遅延時間を経過してから導通し、次のゼロ点までランプヒータ２に電圧を印加させる。この構成ではゼロクロスパルスを一定時間遅延させるだけなので、回路の構成が簡単になる。位相制御のパルス出力回路が簡単になる。

図４は本発明の実施の形態１における暖房便座制御におけるトライアック５の制御パルスおよびヒータ印加電圧波形のタイムチャートである。（ａ）は波数制御時、（ｂ）は位相制御時のものである。それぞれ上からゲートパルスの出力、ヒータ印加電圧波形を示し、縦軸は、出力電圧、横軸は時間である。

図４（ａ）の波数制御においてはＡＣ１００Ｖ電圧のゼロクロス点で、ゲートパルスが１個出力されるとランプヒータ２へは次のゼロ点までの半サイクル電圧が印加される。パルスが印加されないと、ランプヒータ２には電圧が印加されない。図中の斜線部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で示したものは電圧が印加される波形を示している。

図４（ｂ）の位相制御において、ゲートパルスはゼロクロス点より遅れて（ｔ１〜ｔ４）出力され（Ｖ１〜Ｖ４）ＡＣ１００Ｖ電圧は斜線で示した部分（Ａ１〜Ａ４）が印加される。ここでパルスが電圧の最大値を過ぎてから出力されると、ＡＣ１４１Ｖよりも低い電圧が印加され、また印加時間も短くなる。このように低い電圧が印加され、また印加時間も短いことから、突入電流は抑制され、したがって漏洩磁束も低減される。

図５は本発明の実施の形態１における暖房便座制御における状態遷移図である。図２との違いは、待機状態１２もトライアック５が位相制御され、低出力状態にあることである。高出力状態１３はトライアック５へ常時出力されている状態、低出力状態１４はトライアック５が位相制御されている状態である。待機状態１２から高出力状態１３へのパスＡは人体検知センサ１０で人体検知がなされた時であり、高出力状態１３から低出力状態１４へのパスＢはサーミスタ３が温度検知した時であり、低出力状態１４から待機状態１２へのパスＣは着座センサ４の出力から人体を検出しなくなった時に移行する。例えば、着座センサ４が赤外線ＬＥＤの発光部と受光部を持った形式のものであったら、人体が便座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。人体が便座１から離れると、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る。

この待機状態も低出力でランプヒータ２が駆動されることにより、冬場の暖房のないトイレ空間のように冷えきった環境においても、使用者が不快に感じない温度まで短時間で昇温できるという利点がある。

図６は本発明の実施の形態１における暖房便座制御における状態遷移図である。図２との違いは待機状態１２から低出力状態１４へのパスＤが存在することである。待機状態１２で人体検知した時、サーミスタ３で便座１の温度が高いと判断したら、低出力状態１４へ移行する。このパスＤを設けることによって連続して使用されるなどして便座１が暖房されている時など、ランプヒータ２に余分な電力が供給されるのを防ぎ、省電力性に優れた速暖便座が実現される。

このようにゼロクロス検出回路６および位相制御回路６ａ、人体検知センサ１０およびサーミスタ３および着座センサ４の出力によってトライアック５駆動用のゲートパルスを出力するヒータ制御手段７によって速暖性能を有し、漏洩磁束の小さい、省エネルギー性に富んだ暖房便座を実現する暖房便座を実現することが可能になる。

なお、人体検知センサ１０は洗浄条件等を使用者の好みに応じて操作する操作部を有する遠隔操作装置（いわゆるモコン）とは別体で、トイレ室内の例えば、入室扉に対向する壁面や天井や壁面、床面などに設け、視野を入室扉方向や入室者方向として人体の入室を検知できるように、各戸別のトイレ室条件に応じて適宜設置するようにする。そして、入室時の人体を検知して、トイレを使用しようとしている人を検知する。着座センサとは別に設けて、着座するよりも先に確実にトイレを使用しようとする人体を検知するために、この人体検知センサのみ別設可能なので、設置自由度が高く施工性がよい。これは、必ずしもトイレ室内に設ける必要はなく、トイレ室扉手前で、赤外線をさえぎる構成がなければ床面、壁面、天井面など、様々な場所に設置できるような構成であればよい。さらに、赤外線送信をするものでなく、無線送信可能な送受信手段を人体検知センサ１０と便座本体部１ａとに設けておけば、トイレ室手前や、他の人体検知、入室検知方式を採用してもよく、より早いタイミングでトイレを使用しようとしている人体を検知できる。例えば、入室を検知する構成として扉の開閉を検知する開閉検知センサをトイレ室扉に設けておく、開閉ノブ、ハンドル等に開閉時の操作を検知する開閉操作検知センサを設けるような構成としてもよい。もちろんこれらのセンサからの検知信号は無線送受信する方式の方が、設置自由度が高く好ましいが必ずしもそのような構成でなく直接信号入力するように接続してもよい。

（実施の形態２）
図８は、本発明の第２の実施の形態における暖房便座を備えた衛生洗浄装置のブロック図を示すもので、破線１００ａで囲んだ部分がヒータ制御手段、同じく破線で囲んだ１００ｂが位相制御回路に
相当する。

この衛生洗浄装置には、交流電源１０１、加熱器である温水ヒータ１０２、便座ヒータ１０３、乾燥ヒータ１０４、室暖ヒータ１０５といった負荷、トライアック１０６〜１０９、温度設定部１１０、温度検出部１１１、点弧角制御部１１２、トリガー部１１３、点弧角制御部１１２、ゼロクロス点検出部１１４が接続されており、点弧角制御部１１２とトリガー部１１３との間にはゆらぎ制御部１１５が設けてある。

温度設定部１１０は使用者が設定した所望の温水温度目標値、便座温度目標値、乾燥温
度目標値、室暖温度目標値を設定する。

温水ヒータ１０２、便座ヒータ１０３、乾燥ヒータ１０４、室暖ヒータ１０５の各負荷に設けた温度検出部１１１の各センサ（図示せず）は各負荷の温度（温水温度、便座温度、乾燥温度、室暖温度）を電気信号へ変換し、点弧角制御部１１２へ送る。点弧角制御部１１２は温度設定部１１０の値と温度検出部１１１の値とを比較して点弧角（以下点弧角の所定基準値という）を決め、ゼロクロス点検出部１１４から得た電源のゼロクロス点を基準とした点弧角の所定基準値に相当する時間値をゆらぎ制御部１１５へ出力する。ゆらぎ制御部１１５は点弧角制御部１１２から受けた点弧角の所定基準値を中心として電源のサイクル毎に大小に点弧角を変動させゆらぎを加えてトリガー部１１３へ出力する。点弧角制御部１１２およびゆらぎ制御部１１５はマイクロコンピュータ、メモリー等で構成されており、ゆらぎ制御部１１５のメモリーに設定された変化巾設定データに基づき点弧角を変化させた点弧信号をトリガー部１１３へ送る。トリガー部１１３はパルス信号を発生しトライアック１０６〜１０９を点弧して位相制御を行なう。

図９は本発明の第２の実施の形態における暖房便座を備えた衛生洗浄装置を便器に装着した状態を示す斜視図である。

図９に示すように、便器１２０上に衛生洗浄装置１２１が装着される。タンク１２２は、水道配管に接続されており、便器１２０内に洗浄水を供給する。

衛生洗浄装置１２１は、本体部１２３、遠隔操作装置１２４、便座部１２５ａおよび蓋部１２５ｂにより構成される。

本体部１２３には、便座部１２５ａおよび蓋部１２５ｂが開閉自在に取り付けられる。この便座１２５ａには便座温度を検出する温度検知手段としての便座サーミスタ１２６が内蔵されている。さらに、本体部１２３には、ノズル部１２７を含む洗浄水供給機構が設けられるとともに、制御部が内蔵されている。本体部１２３の制御部は、後述するように遠隔操作装置１２４により送信される信号に基づいて、洗浄水供給機構を制御する。さらに、便座部１２５ａには前述の便座ヒータ１０３が内蔵されており、本体部１２３には乾燥用の温風供給装置（図示せず）と、脱臭装置（図示せず）と、室内暖房用の室暖装置（図示せず）が収められている。温風供給装置と室暖装置にはそれぞれ前述の乾燥ヒータ１０４と室暖ヒータ１０５とが内蔵されている。

なお、便座ヒータ１０３は、便座部１２５ａの表面を使用者がトイレに入室したことを検知してから適温にまで急速昇温可能なように１２００ワットの高耐熱線条ヒータを採用している。この線条ヒータは線条の発熱体に高耐熱樹脂で絶縁被覆を施したものであるが、ヒータの形態はこれに限定されるものはなく、先述した実施の形態１で説明したランプヒータや、箔状の発熱体を絶縁材で被覆したものなど、便座部１２５ａの表面を毎秒１Ｋ以上の速度で昇温可能でかつ感電や発煙発火の恐れがないものであれば、さまざまな応用が考えられる。位相制御時に生じる高調波による弊害は、当然ながら負荷であるヒータの容量が大きいほど顕著となるため、昇温速度を速めるために便座ヒータ１０３を大容量にすれば本発明の効果が発揮されることとなる。

なおまた、便座部１２５ａの着座部は昇温速度が満足できれば樹脂で構成することも可能であるが、本実施例では、昇温速度をできるだけ速くするため、アルミニウム合金で構成した。アルミニウム合金やＳＵＳのような金属でこの便座部１２５ａを構成することで、熱容量が小さいにもかかわらず十分な強度が確保でき、また金属は熱伝導性に優れるため、ヒータの熱が効率的に表面に伝わって昇温速度の向上に寄与するとともに、便座部１２５ａの表面温度の均一化が図れる。

図１０は図９の遠隔操作装置１２４の一例を示す模式図である。

図１０に示すように、遠隔操作装置１２４は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）１２８、複数の調整スイッチ１２９〜１３４、おしりスイッチ１３５、ビデスイッチ１３６、乾燥スイッチ１３７、脱臭スイッチ１３８、室暖スイッチ１３９および停止スイッチ１４０を備える。

使用者により調整スイッチ１２９〜１３４、おしりスイッチ１３５、ビデスイッチ１３６、乾燥スイッチ１３７、脱臭スイッチ１３８、室暖スイッチ１３９および停止スイッチ１４０が押下操作される。それにより、遠隔操作装置１２４は、後述する衛生洗浄装置１２１の本体部１２３に設けられた制御部に所定の信号を無線送信する。本体部１２３の制御部は、遠隔操作装置１２４より無線送信される所定の信号を受信し、洗浄水供給機構等を制御する。

例えば、使用者が、おしりスイッチ１３５またはビデスイッチ１３６を押下操作することにより図９の本体部１２３のノズル部１２７が移動して洗浄水が噴出する。調整スイッチ１３１の「高」を押下操作することにより図９の本体部１２３の洗浄水供給機構の温水器の温水温度目標値が変更され、温水温度が上昇する。停止スイッチ１４０を押下操作することによりノズル部１２７からの洗浄水の噴出が停止する。

また、乾燥スイッチ１３７を押下操作することにより人体の局部に対して衛生洗浄装置１２１の温風供給装置（図示せず）より温風が噴出される。脱臭スイッチ１３８を押下操作することにより衛生洗浄装置１２１の脱臭装置（図示せず）により周辺の脱臭が行われる。さらに室暖スイッチ１３９を押下操作することによりトイレ全体に衛生洗浄装置１２１の室暖装置（図示せず）より温風が噴出される。

使用者が、調整スイッチ１２９〜１３４を押下操作することにより、おしりスイッチ１３５やビデスイッチ１３６を押下操作中であれば、図９の衛生洗浄装置１２１の本体部１２３のノズル部１２７の位置が変化したり、ノズル部１２７より噴出される洗浄水の温度が変化したり、ノズル部１２７より噴出される洗浄水の圧力が変化する。また、乾燥スイッチ１３７や室暖スイッチ１３９を押下操作中であれば、温風温度が変化する。さらに、調整スイッチ１２９〜１３４の押下に伴って複数のＬＥＤ（発光ダイオード）１２８が点灯する。何のスイッチも押下操作も行われていなければ、便座部１２５ａの設定温度が変化する。

以下、本発明の一実施例の暖房便座を備えた衛生洗浄装置の洗浄水供給機構について説明を行う。図１１は本発明の一実施例の衛生洗浄装置の洗浄水供給機構の構成を示す模式図である。

洗浄水供給機構は図８で説明した制御手段の、温水ヒータ１０２および便座ヒータ１０３を制御する構成である。

図１１に示す本体部１２３は、制御部１４１、分岐水栓１４２、ストレーナ１４３、逆止弁１４４、定流量弁１４５、止水電磁弁１４６、流量センサ１４７、熱交換器１４８、給水温度センサ１４９、温水温度センサ１５０、サーモスタット１５１、ポンプ１５２、切替弁１５３およびノズル部１２７を含む。また、ノズル部１２７は、おしりノズル１５４、ビデノズル１５５およびノズル洗浄用ノズル１５６を含む。

温水温度センサ１５０は図８における温度検出部１１１の中のひとつのセンサである。
図１１に示すように、水道配管１５７に分岐水栓１４２が介挿される。また、分岐水栓１４２と熱交換器１４８との間に接続される配管１５８に、ストレーナ１４３、逆止弁１４４、定流量弁１４５、止水電磁弁１４６、流量センサ１４７および給水温度センサ１４９が順に介挿されている。さらに、熱交換器１４８と切替弁１５３との間に接続される配管１５９に、温水温度センサ１５０およびポンプ１５２が介挿されている。

まず、水道配管１５７を流れる水が、洗浄水として分岐水栓１４２によりストレーナ１４３に供給される。ストレーナ１４３により洗浄水に含まれるごみや不純物等が除去される。次に、逆止弁１４４により配管１５８内における洗浄水の逆流が防止される。そして、定流量弁１４５により配管１５８内を流れる洗浄水の流量が一定に維持される。

また、ポンプ１５２と切替弁１５３との間にはリリーフ管１６０が接続され、止水電磁弁１４６と流量センサ１４７との間には、逃がし水配管１６１が接続されている。リリーフ配管１６０には、リリーフ弁１６２が介挿されている。リリーフ弁１６２は、配管１５９の特にポンプ１５２の下流側の圧力が所定値を超えると開成し、異常時の機器の破損、ホースの外れ等の不具合を防止する。一方、定流量弁１４５によって流量が調節され供給される洗浄水のうちポンプ１５２で吸引されない洗浄水を逃がし水配管１６０から放出する。これにより、水道供給圧に左右されることなくポンプ１５２には所定の背圧が作用することになる。

次いで、流量センサ１４７は、配管１５８内を流れる洗浄水の流量を測定し、制御部１４１に測定流量値を与える。また、給水温度センサ１４９は、配管１５８内を流れる洗浄水の温度を測定し、制御部１４１に温度測定値を与える。

続いて、熱交換器１４８には、温水ヒータ１０２が内蔵され、制御部１４１により与えられる制御信号に基づいて、温水ヒータ１０２が通電制御され、配管１５８を通して供給された洗浄水を加熱する。温水温度センサ１５０は、熱交換器１１１により加熱される洗浄水の温度を測定し、温水温度信号を制御部１４１に与え、制御部１４１は温水温度が所望の温水温度目標値となるように温水ヒータ１０２の加熱量をフィードバック制御する。サーモスタット１５１は、熱交換器１４８からの温水温度を検知し、所定の温度を超過した場合に温水ヒータ１２への電力供給を遮断する。

なお、上述の所望の温水温度目標値は、遠隔操作装置１２４の調整スイッチ１３１、１３２により設定される値であり、図８の温度設定部１１０の設定項目のひとつを表している。

ポンプ１５２は、熱交換器１４８により加熱された洗浄水を制御部１４１により与えられる制御信号に基づいて、切替弁１５３に圧送する。切替弁１５３は、制御部１４１により与えられる制御信号に基づいて、ノズル部１２７のおしりノズル１５４、ビデノズル１５５およびノズル洗浄用ノズル１５６のいずれか１つに洗浄水を供給する。それにより、おしりノズル１５４、ビデノズル１５５およびノズル洗浄用ノズル１５６のいずれか１つより洗浄水が噴出される。

洗浄水供給機構における制御部１４１は、図９の遠隔操作装置１２４から無線送信される信号、流量センサ１４７から与えられる測定流量値、給水温度センサ１４９から与えられる温度測定値および温水温度センサ１５０から与えられる温水温度信号に基づき止水電磁弁１４６、熱交換器１４８、ポンプ１５２および切替弁１５３に対して制御信号を与える。

次に図８で説明した制御手段における位相制御の動作の説明をする。

図１２は、ゆらぎ制御部１１５に与えた電源サイクル毎の点弧位相角の変化を示す図であり、同図の点線で示す点弧角の所定基準値αを中心として各サイクル（全波）毎に異なる変化角度（Δαｎ）だけ変化した点弧角α１、α２、αｎで夫々１サイクル目、２サイクル目、ｎサイクル目の点弧角を変化させている。尚、各サイクルの正負のサイクルの点弧角は同一である。

（表１）は、ゆらぎ制御部１０９が点弧角の所定基準値αに与える図１２で述べたゆらぎ角度（Δαｎ）のサイクル順の条件表の１例であり、変化角度の最高値をレベル１で±１．１３度、レベル２で±２．２６度、レベル３で±３．４度、レベル４で±４．５３度とし、正と負の最大値間を１５段階に分けて乱数表によりサイクル順に割り当てて変化させた例を示す。

（表１）の左段のｎは１から１５まで変わると再び１に戻り、同じゆらぎを繰り返すため、ゆらぎ変化は周期的に同じ変化を繰り返すことになる。

ゆらぎの角度の種類（乱数の個数）は、多いほど偏りのない乱数を得られるが、多すぎるとゆらぎの周期が長くなり、短時間に電源高調波を測定すると測定毎に違った結果が得られるという不具合が起こる。

（表１）において、レベル１の条件では１サイクル目を所定基準値＋１．１３度とし、２サイクル目では所定基準値−０．１６度として以下１５サイクルを１周期として夫々のサイクルでの点弧角を変化させた。

なおレベル０はゆらぎ変化を与えないことを示す。

上のように構成された衛生洗浄装置を用いて便座ヒータ１０３の発熱量を制御した場合の動作、作用を以下説明する。

１２００ワットの便座ヒータ１０３の負荷において、表１のゆらぎ変化角度表の条件を加えた場合と加えない場合の高調波発生の状況と照明のフリッカの発生を調べた結果を以下述べる。

図１３は、点弧角の所定基準値を９０度（発熱量約６００ワット）として、表１のゆらぎ角度表のレベル３の変化を加えて位相制御した時、所定の許容範囲をＪＩＳ Ｃ６１０００−３−２限度値―高調波電流発生限度値として、これに基づいて行なった実験による第４０次までの電源高調波電流の分布を示す。

同図１３に於いて、白色の線は高調波の次数毎のＪＩＳ Ｃ６１０００−３−２に規定された限度値（以下限度値という）を示し、黒色の線は実測値を示す。

いずれの高調波も限度値を下回り、４０次までの各次数の高調波の限度値と実測値との比率を示す余裕度の内の最少の余裕度は３５．１％を示す良好な結果が得られ、同時に行なった照明器具のフリッカ試験でもフリッカが観測されなかった。

図１４は、点弧角の所定基準値を９０度として、ゆらぎ変化なしの時の電源高調波電流の分布を示す。実測値は１３次高調波電流から上の奇数次高調波電流が全て限度値を超過していることで、高調波電流の発生が大きいことを示している。また、同時に行なった照明器具のフリッカ試験ではフリッカが観測されなかった。

図１３と図１４を比較すると図１３では偶数次高調波電流が生じていて、点弧角のゆらぎ変化により高調波電流の分散が生じていると判断できる。

さらに図１４では電源周波数の整数倍の周波数の電流成分しか表示されていないが、本発明のように点弧角をランダムにゆらがせると高調波電流の周波数成分は、電源周波数の整数倍以外の周波数にも発生する。

（表１）におけるゆらぎ変化は周期的に同じ変化を繰り返しており、この繰り返し周波数は本実施の形態の場合は、電源周波数６０Ｈｚの１５分の１の４Ｈｚとなる。実はゆらがせた場合の高調波電流の周波数成分は、乱数が一巡する周期に依存し、乱数が１５個では電源周波数の１５サイクルで一巡するので、電源周波数の整数倍の各周波数を中心に４Ｈｚ間隔で分散される。例えば１８０Ｈｚの３次高調波電流は、揺らがせると１８０Ｈｚを中心に高い方では１８４Ｈｚ、１８８Ｈｚ、１９２Ｈｚ、・・・、低い方では１７６Ｈｚ、１７２Ｈｚ、１６８Ｈｚ、・・・と、電源周波数の整数倍のところにあった高調波電流成分が４Ｈｚ間隔で周囲の周波数に分散され、結果的に高いレベルの高調波電流成分が減少する。

図１５は点弧角の所定基準値を９０度として、表１のゆらぎ角度表のレベル３の変化を加えて位相制御した時のフーリエ解析結果である。縦軸は高調波電流レベルの相対値であり、ひずみのない６０Ｈｚの正弦波の振幅を基準の１としたものである。

このように点弧角をゆらがせた場合は、電源周波数６０Ｈｚの奇数倍の各周波数を中心に４Ｈｚ間隔で分散された高調波電流が存在している。

図１６は図１５との比較のために点弧角の所定基準値を９０度として、＋３．４度と−３．４度の２つの点弧角を１サイクル毎に交番させて位相制御した時のフーリエ解析結果である。電源周波数の２サイクル毎に同じ点弧角が繰り返されるため、３０Ｈｚの奇数倍の周波数のところに高調波電流が存在している。しかもこの３０Ｈｚの奇数倍の高調波電流は９９０Ｈｚから２１３０Ｈｚの周波数において６０Ｈｚの奇数倍の高調波電流レベルよりも高くなっている。さらに、図１６の３０Ｈｚの奇数倍の高調波電流は、点弧角をゆらがせた場合の図８の同じ周波数の高調波電流レベルよりもかなり高いレベルの高調波電流となっている。さらに付け加えると、乱数の種類を１５個よりも多く、例えば４５個にすると、乱数が一巡する周期が電源周波数の４５サイクルになるため電源周波数６０Ｈｚの４５分の１の１．３３Ｈｚとなり、電源周波数の整数倍のところにあった高調波電流成分がさらに細かい１．３３Ｈｚ間隔で周囲の周波数にさらに細かく分散され、結果的に高いレベルの高調波電流成分がさらに減少することになる。

図１７は、点弧角の所定基準値を９０度とし、（表１）に示すゆらぎ角度変化表のレベル１から４までと、ゆらぎ変化なしの条件（レベル０）での最少余裕率の観測データを示す図である。

最小余裕率は、ゆらぎ変化なしでは−４２％、ゆらぎ変化レベル１では−３０％、レベル２では−０．３％限度値を超えているが、レベル３では３５．１％、レベル４では３６．５％の余裕が生じている。このとき、同時に行なったフリッカの観測ではゆらぎ変化のレベル０からレベル３までは観測されなかったが、レベル４ではわずかにフリッカが観測された。これは、レベル４では変化幅がレベル３よりも大きくなっているが、変化幅が大きくなりすぎるとフリッカ現象を誘引するからである。従って、所定の許容範囲をＪＩＳの基準とした場合に、最少余裕率とフリッカの観測からレベル３のゆらぎ変化で良好な結果を得ることができた。従って、１２００Ｗの電熱負荷に於ける点弧角の所定基準値が９０度の場合のゆらぎ変化はレベル３が最も好ましい値となった。

本実施の形態の発熱量制御方法で衛生洗浄装置の加熱器が制御される場合、商用電源の配電盤から分岐された屋内配線の末端で並列に、または隣接して接続される電気機器に照明器具が含まれる場合、その照明器具のフリッカ現象の発生が防止される。通常、家庭内で使用される衛生洗浄装置は、交流電源の配線の都合上室内の照明機器と隣接して接続される可能性が非常に高く、照明との同時使用において、フリッカ現象が生じると使用者に非常に不快感を与えることになる。よって、高調波の許容範囲における余裕率とフリッカ現象発生状況によるゆらぎ変化レベルの決定は、必要不可欠である。よって、本実施の形態のように所定の許容範囲に対する余裕率と、フリッカ現象の発生に基づいて点弧角を揺らがせ変動させるレベルを決定することが望ましいが、そうでない電気機器の制御においては、余裕率にのみ基づいて決定してもよい。

次に、図１８はゆらぎ変化をレベル３に固定し、点弧角の所定基準値を５５度（発熱量１０００Ｗ）、７４度（発熱量８００Ｗ）、１０４度（発熱量４００Ｗ）、１２４度（発熱量２００Ｗ）に変化させて、高調波電流の発生とフリッカを試験したが、最少余裕度が夫々４５．３％、２７．９％、３５．１％、３１．６％、４０．９％を示しいずれも良好な結果が得られ、フリッカも発生しなかった。

（表１）に示すゆらぎ変化角度について更に説明を加えると、所定基準値に対して位相角を大小に変化させているが、これによりゆらぎ変化分の１周期（乱数の１周期）当たりの平均値をゼロとし、ゆらぎ変化の１周期（１５サイクル）毎に所定基準値を実現している。

次に所定基準値に対して位相角を全波毎に変化させているが、これは正負のサイクルの実効値が異なると電源に直流分を生じさせ、他の電気器具のトランスに磁気飽和などの悪影響を及ぼすのでこれを避ける為である。

しかしながら、ゆらぎ変化の１周期は１５サイクルで構成しているので表１の表には無いが、ゆらぎ変化の最初の１周期と次の１周期で変化の方向を逆にすれば電源に悪影響を及ぼすことも無く半波毎に変化させることも出来、より細かく高調波電流の分散化を行うことが出来る。

更に、表１では所定基準値に対してゆらぎ変化を所定の範囲内で変化させて、高調波電流の分散化を規制し、照明のフリッカ現象の発生を防いでいる。

更に、所定基準値に対してゆらぎ変化の変動幅を予め設定した値に決めている。これは負荷の消費電力が小さくなれば表１のゆらぎ変化角度表より少ないステップ数と少ないゆらぎ変化巾で高調波電流の削減が可能である。

更に、ゆらぎ点弧角を決める場合には、図１１に示す様に点弧角が０度又は１８０度へ近づくにつれて、最小余裕度が大きくなる傾向があり、概ね点弧角３０度以下と１５０度以上では、同一の点弧角の変動幅に対する電力変化も小さくなるのでフリッカの発生も減少し、ゆらぎ変化の変化巾を小さくしたり、変化ステップを少なくすることができる。更に、点弧角が０度、又は１８０度近辺では変動幅をもうけなくても高調波電流の発生は少なく、点弧角度が０度より進んで点弧の失敗が発生したり、又は１８０度より遅れて逆位相で誤点弧することを防止できる。

本実施の形態の機器制御においては、望ましくは、点弧角の所定基準値が０度又は１８０度の±５度以内で制御する場合であれば、変動させなくても、本実施の形態による所定の許容範囲を逸脱することなく、高調波の発生を低減させることが可能となる。

更に、（表１）に示すゆらぎ変化レベルと周期は、温水ヒータ、乾燥ヒータ、室暖ヒータなど負荷の種類とワットの大きさが異なれば、他のゆらぎ変化角度と周期の条件でも高調波電流を限度値以下に削減し、照明器具へのフリッカの発生を防ぐことができるので、表１の条件に制約されることはない。

更に、ゆらぎ変化を起こすための乱数を表１のような表形式で持たずに最長系列符号で生成するようにすれば、制御をつかさどるマイクロコンピュータの処理も更に簡単に行えるようになる。

更に最長系列符号を３ビット以上とすることで、ゆらぎ変化の１周期を１５サイクルにでき実質上偏りのない乱数を生成できる。

図１９は、本発明の実施の形態２における便座ヒータ１０３の発熱量制御方法を説明するフローチャートであり、繰り返し行なわれる主ループに関してのみ記述している。図１９においてＳＴＥＰ１は電源１の電圧波形を観測し電圧がゼロボルトになるゼロクロス点を検出するもので、検出できた場合にはＳＴＥＰ２へ、できなかった場合にはＳＴＥＰ１２へ分岐する。

ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ１１まではゼロクロス点を検出した直後に処理が行なわれるもので、まずＳＴＥＰ２ではタイマーをリセットする。このタイマーはマイクロコンピュータの中のハードウェアで構成されたものであり、プログラムの実行とは独立して一定時間ごと（例えば１マイクロ秒ごと）に計数していくものである。プログラムからはＴｉｍと
いう変数を通じてこのタイマー値を読み出したり、値を設定したりすることができる。

ＳＴＥＰ３はプログラムの中で設定した１５進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントする。このカウンタは交流電源の全波が何番目の全波かをカウントするためのもので、本実施の形態１では２半波毎に１５進カウンタ変数Ｃｎｔをインクリメントして１５進カウンタとしている。つまり計数値は半波毎のゼロクロス点を検出たびに０、０、１、１、２、２、・・・１３、１３、１４、１４のように３０回検出するまでに、０から１４までカウントアップする。そして１４の次は０に戻る。

ＳＴＥＰ４は使用者が遠隔操作装置１２４の調整スイッチ１３１および１３２を押下操作して設定した便座温度目標値を、温度設定部１１０を通じて読み出すものである。使用者が頻繁に設定を変更してもすぐに追従できるように、ゼロクロス点を検知するたびに設定値を読み出すようにしている。

ＳＴＥＰ５は温度検出部１１の温水温度センサ５０の値を読み出し、温水温度目標値に対して現在の温度との偏差を算定する。

ＳＴＥＰ６はＳＴＥＰ５で算定した結果から温水ヒータ２への要求発熱量を算出する。ここでは公知のＰＩＤ制御を用いて温度偏差がゼロに近づくようにフィードバック制御をおこなう。たとえば、動作開始直後で設定温度に対し現在の温度が充分に低ければ定格電力の発熱量を算出する。また、たとえば温水温度目標値に対し現在の温水温度がまだ低いが徐々に近づきつつあるときには定格の７５％の電力の発熱量を算出するなどの演算を行う。

ＳＴＥＰ７はＳＴＥＰ６で算出した発熱量から基準点弧角を算出する。例えば定格の７５％の電力が必要な場合は基準点弧角を６０度とする。この計算はプログラム中で三角関数演算を行なってもできるし、所望電力値に点弧角を対応させた表をプログラムで参照するようにしてもできる。

ＳＴＥＰ８は基準点弧角にゆらぎ変化を与えるか禁止するかの判定を行う。ここでは基準点弧角αが５度（１８５度）以下か、１７５度（３５５度）以上の場合にはゆらぎ変化を禁止するように判定し、ＳＴＥＰ９へ進む。一方、基準点弧角αが５度（１８５度）を超えて且つ１７５度（３５５度）未満であれば、ゆらぎ変化を与えるものと判定し、ＳＴＥＰ１０へ進む。

ＳＴＥＰ９ではゆらぎ変化を禁止するために、ゆらぎ変化角度Δαnをゼロとして設定する。

ＳＴＥＰ１０は予めプログラム中に構成されているゆらぎ変化角度Δαnを取り出せる表（表１参照）からΔαｎを求めている。ここでのｎは１５進カウンタ変数Ｃｎｔの値であり、１５進カウンタ変数Ｃｎｔがインクリメントするたびにゆらぎ変化角度Δαnが切り換る。

ＳＴＥＰ１１は基準点弧角αにゆらぎ変化角度Δαnを加算した点弧角α+Δαnに相当する電源電圧波形のゼロクロス点からの遅延時間値τを算出する。その後ＳＴＥＰ１に戻る。

ここで、点弧角から遅延時間値τを算出する場合、日本においては電源周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合があるため、予め電源周波数がどちらなのかを設定しておく必要があるが、電源投入直後に一回行なえば良い極めて一般的な処理であるため、繰り返し
行なわれる主ループに関してのみ説明する本フローチャートではこの電源周波数の判定処理の記述を省略している。

一方、ＳＴＥＰ１においてゼロクロス点を検出できなかった場合にはＳＴＥＰ１２へ分岐し、タイマーＴｉｍの値を調べる。ここで、Ｔｉｍの値がτと等しければ、ゼロクロス点から点弧角α+Δαnに相当する時間が経過しているということでＳＴＥＰ１３へ進む。また、同様にＳＴＥＰ１２においてタイマーＴｉｍの値がτに等しくない場合はＳＴＥＰ１へ戻る。

ＳＴＥＰ１３はトリガーパルスを出力してトライアック６をオンさせ温水ヒータ２に通電を開始する。トライアック６は一度導通すると電流がゼロにならない限り初期のオフ状態には戻らないためマイクロコンピュータからオフの制御はできないが、交流電源電圧がゼロクロス点になるとトライアック３を流れる電流もゼロになるためこのゼロクロス点でトライアック６もオフとなり初期状態に戻る。

以上のような交流電源の半波の周期に同期して処理が行なわれるプログラム構成により点弧角を変化させる基準電力制御を容易に行なうことができる。

以上のように本発明の第２の実施の形態では、温度設定部１１０で使用者が設定した所望の便座温度目標値と、温度検出部１１１の便座サーミスタ１２６の電気信号との偏差が小さくなるように制御するフィードバック制御について説明したが、温水ヒータ１０２、乾燥ヒータ１０４および室暖ヒータ１０５についても、それぞれの温度設定部１１０で設定する温水温度目標値、乾燥温度目標値および室暖温度目標値と、温度検出部１１１で検出する温水温度、乾燥温度および室暖温度をとの偏差が小さくなるようにフィードバック制御する際に、同様の発熱量制御方法を用いることができる。

以上のように、本発明にかかる暖房便座は、人体検出を初め、各種センサの出力でヒータ電力付勢を制御するものであるので、便座に限らず、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。また、位相制御により発生する高調波電流を電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化することができ、照明器具のフリッカも発生しない。したがって、高ワットの負荷を円滑に制御できるので、電熱負荷のワットコントロール、温度制御、照明器具の明るさ調整、電動機具の回転数制御など多くの特に家庭用など以外にも一般的に使用する電気器具の電力制御方法及び電力制御装置に利用できる。

本発明の実施の形態１における暖房便座の構成図 同暖房便座制御における状態遷移図 同暖房便座制御における暖房便座の構成図 （ａ）同暖房便座制御におけるトライアックの制御パルスおよびヒータ印加電圧波形の波数制御時のタイムチャート（ｂ）同暖房便座制御におけるトライアックの制御パルスおよびヒータ印加電圧波形の位相制御時のタイムチャート 同暖房便座制御における状態遷移図 同暖房便座制御における状態遷移図 従来の暖房便座の断面構成図 本発明の実施形態２における衛生洗浄装置の制御手段のブロック図 本発明の実施形態２における衛生洗浄装置の斜視図 本発明の実施形態２における衛生洗浄装置の遠隔操作装置の模式図 本発明の実施形態２における衛生洗浄装置の洗浄水供給機構の模式図 同位相制御の点弧角のゆらぎ変化を示す図 本発明の実施の形態２における位相制御のゆらぎ変化時の高調波電流分布を示すグラフ 従来の位相制御の高調波電流分布を示すグラフ 本発明の実施の形態２における位相制御のフーリエ解析を示すグラフ 従来の位相制御のフーリエ解析を示すグラフ 本発明の実施の形態２における位相制御のゆらぎ変化条件と最少余裕度の変化を示すグラフ 本発明の実施の形態２における位相制御の点弧角の所定基準値と最少余裕度の変化を示すグラフ 本発明の実施の形態２における制御方法を説明するフローチャート

符号の説明

１ 便座
２ ヒータ
３ 温度検知手段
５ トライアック
６ ゼロクロス検出回路
６ａ 位相制御回路
６ｂ 遅延回路
７ ヒータ制御手段
１０ 人体検知センサ

Claims (6)

1. 便座と、前記便座を急速昇温可能なヒータと、前記便座を使用しようとする人体を検知する人体検知手段と、前記便座の温度を検出する温度検知手段と、前記ヒータを駆動するヒータ制御手段と、位相制御回路とを備え、前記ヒータ制御手段は、前記人体検知手段や前記温度検知手段や前記位相制御回路の信号に基づいて前記ヒータへの入力電力を制御する暖房便座。
2. ヒータ制御手段は、ヒータを駆動しない待機状態と、ヒータを定格出力で駆動する高出力状態と、ヒータを弱出力で駆動する低出力状態を有し、少なくとも前記低出力状態では位相制御回路の信号に基づいて位相制御を行なう請求項１に記載の暖房便座。
3. 位相制御回路は、高調波電流成分を、電源周波数の整数倍以外の周波数成分に分散化するように点弧角を変化させる請求項１または２に記載の暖房便座。
4. 点弧角を所定基準値に対して変化させる変動幅を所定基準値に対してランダムに変化させる請求項３に記載の暖房便座。
5. 点弧角をゆらぎ変化させる請求項３に記載の暖房便座。
6. ヒータは、定格容量が１５００Ｗ以下であるとともに、便座表面の温度を少なくとも毎秒１Ｋ以上で昇温可能な構成とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の暖房便座。