JP2009000265A - 便座用ヒータおよびそれを使用した便座装置 - Google Patents

Abstract

【課題】浸水絶縁試験に技術基準に適合する便座用ヒータを提供することを目的とする。
【解決手段】便座４００の少なくとも着座部に対応する形状の金属箔４５１と、金属箔４５１の略全面に配設した線状ヒータ４６０と、電気絶縁層４６３ｂの異常を検出するために金属箔４５１に０．３ＭΩ以上の抵抗体４７１ａを介して電気的に接続した検出リード線４７１を備え、抵抗体４７１ａと検出リード線４７１は防水性を備えた構成とすることにより、便座用ヒータ４５０を水中に浸漬して浸水絶縁試験に供したとき、金属箔４５１が水と直接接触しても、検出リード線４７１と水との間の抵抗値は抵抗体４７１ａの抵抗値である０．３ＭΩ以上となり、電気便座用便座ヒータの浸水絶縁試験の技術基準を満足することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、暖房機能を備えた便座の加温用ヒータとして用いられる便座用ヒータの異常検出の構造に関するものである。

従来、この種の便座用ヒータとしては、便座本体の平面形状に略等しい形状の金属箔にコード状ヒータを配設した面状発熱体を粘着テープで便座の裏面に装着した構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。

図８（ａ）は、特許文献１に記載された従来の便座用ヒータの平面図を示すものであり、図８（ｂ）は断面図を示すものである。便座ヒータ１は馬蹄形状の金属箔シート２の内周縁及び外周縁に沿ってコード状ヒータ３が配設してあり、その上から便座に貼着するための両面粘着テープ４を金属箔シート２の全面に粘着してある。
特開２０００−７０１８２号公報

しかしながら、便座用ヒータのコード状ヒータ４６０の絶縁体が破れて、コード状ヒータの発熱線と金属箔シートが接触することによりコード状ヒータの抵抗値が低下した場合、発熱量が多くなり異常発熱し樹脂製の便座が燃える可能性がある。

その対策として、金属箔シートに電気的に接続したリード線とコード状ヒータの発熱線間の抵抗を検出して絶縁状態の異常を検知しようとする案がある。

しかしながら上記案では、コード状ヒータの絶縁に異常がない場合でも、便座ヒータを浸水させ浸水絶縁試験を行うと、水と金属箔シートが接触するため、金属箔シートから電気的に接続したリード線と水１の間の抵抗値はゼロΩとなり、便座ヒータの浸水絶縁試験の技術規準である抵抗値０．３ＭΩ以上を満足しないという課題を有していた。

前記課題を解決するために、本発明の便座用ヒータは、便座の少なくとも着座部に対応する形状の金属箔と、金属箔の略全面に配設した線状ヒータと、電気絶縁層の異常を検出するために金属箔に０．３ＭΩ以上の抵抗体を介して電気的に接続した検出リード線を備え、抵抗体と検出リード線は防水性を備えた構成となっている。

上記構成によって、便座用ヒータを水中に浸漬して浸水絶縁試験に供したとき、金属箔が水と直接接触しても、検出リード線と水との間の抵抗値は抵抗体の抵抗値である０．３ＭΩ以上となり、電気便座用便座ヒータの浸水絶縁試験の技術基準を満足することができる。

本発明の便座用ヒータによれば、便座用ヒータの浸水絶縁試験において技術基準の絶縁抵抗値の０．３ＭΩ以上を満足することができる。

第１の発明は、便座の裏面に貼り付けて加熱する便座用ヒータであって、便座の少なくとも着座部に対応する形状に形成された金属箔と、前記金属箔の略全面に間隔を設けて配
設した電気絶縁層を有する線状ヒータと、前記電気絶縁層の異常を検出するために前記金属箔に０．３ＭΩ以上の抵抗体を介して電気的に接続した検出リード線を備え、前記抵抗体と検出リード線は防水性を備えたことにより、便座用ヒータを水中に浸漬して浸水絶縁試験に供したとき、金属箔が水と直接接触しても、検出リード線と水との間の抵抗値は抵抗体の抵抗値である０．３ＭΩ以上となり、電気便座用便座ヒータの浸水絶縁試験の技術基準を満足することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、線状ヒータと、抵抗体と、前記抵抗体と検出リード線との接続部を、２枚の金属箔の間に挟持した構成とすることにより、２枚の金属箔で線状ヒータと抵抗体と検出リード線との接続部等の全ての防水構造を実施することができることとなり、便座用ヒータの部品点数の削減と便座ヒータへの抵抗体の実装がしやすくなり生産性が向上することができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明の便座用ヒータを着座部の裏面に設置した便座と、前記便座を回動自在に枢支する本体を備えたことにより、便座ヒータの以上を的確に検出し便座用ヒータへの通電を制御することが可能となることとなり、安全で快適な便座装置を提供することができる。

以下本発明を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は本発明の一実施の形態に係る電気便座用便座ヒータが組み込まれた衛生洗浄装置およびそれを備えるトイレ装置を示す外観斜視図である。トイレ装置１０００はトイレットルーム内に設置される。トイレ装置１０００において、便器７００には衛生洗浄装置１００が取り付けられる。衛生洗浄装置１００は、本体部２００、遠隔操作装置３００、便座部４００および蓋部５００により構成される。蓋部５００を除く衛生洗浄装置１００の各構成要素が、後述の便座装置１１０を構成する。本体部２００には、便座部４００および蓋部５００が開閉可能に取り付けられている。また、本体部２００には、図示しない洗浄水供給機構が設けられるとともに、制御部９０が内蔵される。図１では、本体部２００の正面上部に設けられる着座センサ６１０が示されている。

この着座センサ６１０は、例えば反射型の赤外線センサである。この場合、着座センサ６１０は、人体から反射された赤外線を検出することにより便座部４００上に使用者が存在することを検知する。さらに、図１では、本体部２００の正面下部に設けられる便器ノズル４０が便器７００の内側に突出している状態が示されている。この便器ノズル４０は、上述の洗浄水供給機構に接続されている。洗浄水供給機構は、図示しない水道配管に接続されている。これにより、洗浄水供給機構は、水道配管から供給される洗浄水を便器ノズル４０に供給する。それにより、便器ノズル４０から便器７００の内面の広い範囲に洗浄水が噴出される（便器プレ洗浄）。または、便器ノズル４０から便器７００の内面の背面側に洗浄水が噴出される（便器後部洗浄）。また、洗浄水供給機構は、局部洗浄ノズル部（図示せず）に接続されている。これにより、洗浄水供給機構は、水道配管から供給される洗浄水を局部洗浄ノズル部に供給する。それにより、局部洗浄ノズル部から使用者の局部に洗浄水が噴出され、局部が洗浄される。

遠隔操作装置３００には、複数のスイッチが設けられている。遠隔操作装置３００は、例えば便座部４００上に着座する使用者が操作可能な場所に取り付けられる。

入室検知センサ６００は、トイレットルームの入口等に取り付けられる。入室検知センサ６００は、例えば反射型の赤外線センサである。この場合、入室検知センサ６００は、
人体から反射された赤外線を検出した場合にトイレットルーム内に使用者が入室したことを検知する。

本体部２００の制御部９０は、遠隔操作装置３００、入室検知センサ６００および着座センサ６１０から送信される信号に基づいて、衛生洗浄装置１００の各部の動作を制御する。

図２は、便座装置１１０の構成を示す模式図である。上述のように、便座装置１１０は、本体部２００、遠隔操作装置３００、便座部４００および入室検知センサ６００を備える。

図２に示すように、本体部２００は、制御部９０、温度測定部４０１、ヒータ駆動部４０２、便座温調ランプＲＡ１および着座センサ６１０を含む。また、便座部４００は便座ヒータ４５０およびサーミスタ４０１ａを備える。

制御部９０は、例えばマイクロコンピュータからなり、使用者の入室および便座部４００の温度等を判定する判定部、タイマ機能を有する計時部、種々の情報を記憶する記憶部、ならびに、ヒータ駆動部４０２の動作を制御するための通電率切替回路等を含む。

本体部２００の温度測定部４０１は、便座部４００のサーミスタ４０１ａに接続されている。これにより、温度測定部４０１は、サーミスタ４０１ａから出力される信号に基づいて便座部４００の温度を測定する。以下、サーミスタ４０１ａを通じて温度測定部４０１により測定される便座部４００の温度を測定温度値と称する。

また、本体部２００のヒータ駆動部４０２は、便座部４００の便座ヒータ４５０に接続されている。これにより、ヒータ駆動部４０２は便座ヒータ４５０を駆動する。

本実施の形態において、便座装置１１０は次のように動作する。初期設定時では、制御部９０がヒータ駆動部４０２を制御することにより、便座部４００が例えば約１８℃となるように温度調整される。このときの温度を待機温度と称する。

ここで、使用者が遠隔操作装置３００の便座温度調整スイッチ（図示せず）を操作することにより、便座設定温度が制御部９０に送信される。制御部９０は、遠隔操作装置３００から受信した便座設定温度を記憶部に記憶する。

使用者がトイレットルームに入室すると、入室検知センサ６００が使用者の入室を検知する。それにより、使用者の入室検知信号が制御部９０に送信される。

次に、通常の使用時の動作について説明する。制御部９０の判定部は、入室検知センサ６００からの入室検知信号により使用者のトイレットルームへの入室を検知する。そこで、判定部は、便座部４００の測定温度値、および記憶部に記憶された便座設定温度に基づいて便座ヒータ４５０の駆動に関する特定のヒータ制御パターンを選択する。

通電率切替回路は、選択されたヒータ制御パターンおよび計時部により得られる時間情報に基づいてヒータ駆動部４０２の動作を制御する。

それにより、ヒータ駆動部４０２により便座ヒータ４５０が駆動され、便座部４００の温度が便座設定温度へと瞬時に上昇される。

図３は、便座部４００の分解斜視図である。図４（ａ）は、便座部４００の便座ヒータ
４５０の平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の領域Ｃ７２の拡大図である。

図３に示すように、便座部４００は、主としてアルミニウムにより形成された略楕円形状の上部便座ケーシング４１０、略馬蹄形状の便座ヒータ４５０および合成樹脂により形成された略楕円形状の下部便座ケーシング４２０を備える。

以下、着座した使用者から見て前方側を便座部４００の前部とし、着座した使用者から見て後方側を便座部４００の後部とする。

図４（ａ）および図５に示すように、本実施の形態の便座ヒータ４５０は、着座した使用者の身体が主に接触する着座部の形状に合わせて前部の一部が切り取られた馬蹄状で、少なくとも着座部をカバーできる大きさに形成される。なお、便座ヒータ４５０は馬蹄形状に限るものではなく、着座部をカバーできる形状であれば、例えば上部便座ケーシング４１０と略相似形の楕円形状を有してもよい。便座ヒータ４５０は、例えばアルミニウムからなる金属箔４５１、４５３および線状ヒータ４６０を含む。線状ヒータ４６０は、金属箔中央部ＳＥ３から金属箔一方端部ＳＥ１までの領域および金属箔中央部ＳＥ３から金属箔他方端部ＳＥ２までの領域において上部便座ケーシング４１０の着座部の形状に合わせて蛇行形状に配設される。

具体的には、線状ヒータ４６０は、左右６列程度のＵ字状部を有するように形成される。これらのＵ字状部は、着座した使用者の大腿部の方向にほぼ沿って並行に配置される。各Ｕ字状部における線状ヒータ４６０の間隔は５ｍｍ程度である。また、図４（ｂ）に示すように、蛇行形状の線状ヒータ４６０の経路中に熱応力緩衝部となる複数の折曲部ＣＵが設けられる。

線状ヒータ４６０のヒータ始端部４６０ａおよびヒータ終端部４６０ｂは、便座部４００の後部の一方側から引き出されるリード線４７０にそれぞれ接続される。リード線４７０は防水性を有する絶縁被覆を備えており、ヒータ始端部４６０ａおよびヒータ終端部４６０ｂとの接続部は金属箔４５１、４５３で挟持された状態であり外部からの浸水を防ぐ防水構造となっている。

また、便座ヒータ４５０が異常発熱した際の絶縁被覆層４６２溶融時に便座ヒータ４５０と金属箔４５１の間に電流が流れることを検出するために、金属箔４５１、４５３には抵抗体４７１ａを介して検出リード線４７１が電気的に接続されている。検出リード線４７１の詳細な構成は後述する。

図５は、上部便座ケーシング４１０に取り付けられる便座ヒータ４５０の構造の一例を示す断面図である。図５に示すように、上部便座ケーシング４１０は、例えば厚さ１ｍｍのアルミニウム板４１３により形成される。アルミニウム板４１３の上面には、アルマイト層４１２および表面化粧層４１１が形成される。表面化粧層４１１の上面が着座面４１０Ｕとなる。また、アルミニウム板４１３の下面には、塗装膜４１４が形成される。塗装膜４１４は、例えば膜厚４０μｍおよび１５０℃の耐熱性を有するポリエステル粉体塗装膜である。なお、アルミニウム板４１３の代わりに、銅板、ステンレス板、アルミニウムめっき鋼板および亜鉛アルミニウムめっき鋼板のうちいずれかまたは複数を用いてもよい。

塗装膜４１４の下面に粘着層４５２ａを介して例えばアルミニウムからなる金属箔４５１が貼着される。金属箔４５１の膜厚は、例えば５０μｍである。

線状ヒータ４６０は、断面円形の発熱線４６３ａ、エナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆
層４６２により構成される。断面円形の発熱線４６３ａの外周面がエナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２で順に被覆される。発熱線４６３ａおよびエナメル層４６３ｂによりエナメル線４６３が構成される。

発熱線４６３ａは、例えば０．１６〜０．２５ｍｍの直径を有し、銅または銅合金からなる。本例では、発熱線４６３ａとして、直径０．１７６ｍｍの４％Ａｇ−Ｃｕ合金からなる高抗張力型ヒータ線が用いられる。抵抗値は０．８３３Ω／ｍである。

エナメル層４６３ｂは、例えば１８０〜３００℃の耐熱性を有するポリエステルイミド（ＰＥＩ）からなる。エナメル層４６３ｂの膜厚は、２０μｍ以下であり、本例では１２〜１３μｍである。

このようなエナメル線４６３は、エナメル層４６３ｂの膜厚が極薄い０．０１〜０．０２ｍｍ程度であっても、電気用品技術基準である１０００Ｖで１分間以上の電気絶縁耐圧性能を十分確保することができる。また、エナメル層４６３ｂの材料として、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）を用いてもよい。

絶縁被覆層４６２は、例えば２６０℃の耐熱性を有するパーフロロアルコキシ混合物（以下ＰＦＡと称する）等のフッ素樹脂からなる。絶縁被覆層４６２の厚みは、例えば０．１〜０．１５ｍｍである。ＰＦＡからなる絶縁被覆層４６２の形成は、押出し加工により行うことができる。この場合、絶縁被覆層４６２の厚みが０．０５〜０．１ｍｍと薄くても、雷サージにも耐える電気絶縁耐圧性能を確保することができる。

なお、絶縁被覆層４６２の材料として、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）を用いてもよい。

線状ヒータ４６０の外径は、例えば０．４６〜０．５０ｍｍである。線状ヒータ４６０の電力密度は、例えば０．９５Ｗ／ｃｍ２である。

線状ヒータ４６０は、粘着層４５２ｂおよび例えばアルミニウムからなる金属箔４５３で覆うように金属箔４５１に取り付けられる。金属箔４５３の膜厚は、例えば５０μｍである。

このように、単一のエナメル線４６３上に絶縁被覆層４６２を形成することにより二重の絶縁構造を確保することができる。

また、絶縁被覆層４６２は比較的薄くても十分な絶縁性が得られる。したがって、絶縁被覆層４６２の厚さを薄くすることができる。上記の例では、線状ヒータ４６０の樹脂層（エナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２）の厚さは、０．１２ｍｍ程度であり、極めて薄い。この場合、発熱線４６３ａから金属箔４５１および便座ケーシング４１０への熱伝導を極めて俊敏に行うことができる。

ちなみに従来の便座装置においては、線状ヒータのシリコーンゴムまたは塩化ビニール等からなる被覆チューブの厚さは、上記の例の約１０倍の１ｍｍ程度ある。このような被覆チューブの熱伝導速度は桁違いに遅く、便座の昇温速度を速くすることはできなかった。

従来の便座装置において便座の昇温速度を無理やり速くするためにヒータ線に大きい電力を供給した場合、断熱状態でヒータ線の温度を高くした場合と同様に、被覆チューブが溶融および焼損する。そのため、このような方法による便座の昇温は実用できなかった。

一方、本例のように耐熱性能に優れたエナメル線４６３をヒータ線として使用した場合、十分短時間で便座を昇温でき、かつ電気絶縁性および安全性を確保できる。したがって、本例の構造は、種々の便座装置に有効に実用することができる。

また、本例の構造では、エナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２等からなる樹脂層を０．１〜０．４ｍｍ程度の薄い厚さで形成できる。それにより、発熱線４６３ａおよび樹脂層の絶対温度が低い温度に維持された状態で、便座を急速に昇温させることができる。その結果、高価な耐熱絶縁材料でなく比較的安価な絶縁材料を用いることができる。

また、本例においては、線状ヒータ４６０の熱を便座ケーシング４１０に効率よく伝達するために、線状ヒータ４６０を金属箔４５１,４５２で挟んでいる。ここで、本例の線状ヒータ４６０においては、エナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２を薄くできるので、線状ヒータ４６０の外径を細く(約φ０．２〜φ０．４)できる。この場合、金属箔４５１と金属箔４５２とを貼り合わせる際に、金属箔４５１と金属箔４５２との間の空気層を小さくすることができるとともに、金属箔４５１,４５２のしわを少なくすることができる。それにより、エナメル線４６３の局所高熱が抑制され、エナメル線４６３の断線および電気絶縁層（エナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２）の損傷が防止される。その結果、便座装置１１０の長寿命化が可能になる。

また、エナメル線４６３を細くできるので、便座ヒータ４５０の重量を低減でき、便座開閉トルクを小さくすることができる。それにより、便座開閉用の電動開閉ユニットを小型化でき、便座装置１１０の小型化が可能となる。

なお、便座部４００の安全性確保のために、便座装置１１０には２つの安全回路が内蔵されている。１つの安全回路は、便座ヒータ４５０の金属箔４５１と電気的に接触されたリード線４７１と便座ヒータ絶縁破壊検知回路との間に接続され、他の１つの安全回路は、便座ヒータ４５０の両方のリード線４７０と便座ヒータ断線検出回路との間に接続されている。

いずれの安全回路も便座ヒータ４５０に異常が発生したときに使用者の感電を防止するために用いるものである。

便座ヒータ絶縁破壊検知回路は、便座ヒータ４５０が異常発熱した際の絶縁被覆層４６２溶融時に便座ヒータ４５０と金属箔４５１の間に流れる電流を検出リード線４７１を介して検出するものである。また、便座ヒータ断線検出回路は、便座ヒータ４５０両端に発生する電圧波形が便座ヒータ４５０断線時には発生しなくなることを検出するものである。ヒータ駆動部４０２は、２つの安全回路の両方が正常状態を検出しているときにのみ便座ヒータ４５０に通電を行う。

特に、便座ヒータ絶縁破壊回路における金属箔４５１、４５３との接続部の詳細について以下に記述する。図６に示すように、金属箔４５１、４５３の間に挟持された０．３Ｍ以上の抵抗体４７１ａの一端をビス４７２とナット４７３により金属箔４５１、４５３と電気的に接触し、抵抗体４７１ａの他端は防水性を有する絶縁被覆を施した検出リード線４７１に電気的に接続されている。図６に示すように抵抗体４７１ａと接続部は金属箔４５１、４５３で挟持された状態であり外部からの浸水を防ぐ防水構造となっている。

上記構成の本実施の形態における便座ヒータ４５０を、図７に示すように、水中に便座部４００を浸し、便座ヒータ４５０の２本のリード線４７０と抵抗体１０に接続された検出リード線４７１を水中４８０より出し、絶縁抵抗計４８１の一端は水中４８０に置き、
他端で３つのリード線の各絶縁抵抗値を測定する電気便座用便座ヒータの技術基準である浸水絶縁試験を行う。

便座ヒータ４５０のリード線４７０は防水かつ絶縁されているので水中１との抵抗値は高抵抗を示す。一方、検出リード線４７１は抵抗体４７１ａを介して金属箔４５１に接続されており、金属箔４５１、４５３は水に触れるので、抵抗体４７１ａの抵抗値がそのまま絶縁抵抗計４８１の測定値となる。いま、抵抗体４７１ａの抵抗値は基準の０．３Ｍ以上にしているので、電気便座用便座ヒータの浸水絶縁試験の基準値０．３Ｍ以上を満足することができる。

なお、本実施の形態においては、リード線４７０とヒータ始端部４６０ａおよびヒータ終端部４６０ｂとの接続部、また抵抗体４７１ａおよび抵抗体ａと検出リード線４７１との接続部は、全て金属箔４５１、４５３で挟持することにより防水構造を構成しているが、この構成に限るものではなく、個々の箇所に防水被覆を施すことにより防水構造を構成してもよい。本実施の形態の構成は、部品点数を削減することが可能な構成であり、便座ヒータの小型化とコストの削減に好適な構成である。

本発明の便座ヒータは、技術基準の浸水絶縁試験を満足することが可能になるので、他の浸水絶縁試験を義務付けられている電気部品等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるトイレ装置の外観を示す斜視図 本発明の実施の形態１における便座装置の構成を示す模式図 本発明の実施の形態１における便座の分解状態を示す斜視図 （ａ）は本発明の実施の形態１における便座ヒータの平面図（ｂ）は（ａ）のＣ７２部の詳細を示す平面図 本発明の実施の形態１における便座ヒータの断面図 本発明の実施の形態１における抵抗体取付部の断面を示す模式図 本発明の実施の形態１における便座ヒータ浸水絶縁試験の状態を示す模式図 （ａ）は従来の便座用ヒータを示す平面図（ｂ）は同断面図

符号の説明

２００ 本体部（本体）
４００ 便座部（便座）
４５０ 便座ヒータ（便座用ヒータ）
４５１ 金属箔
４５３ 金属箔
４６０ 線状ヒータ
４６２ 絶縁被覆（電気絶縁層）
４６３ｂ エナメル層（電気絶縁層）
４７１ 検出リード線
４７１ａ 抵抗体

Claims (3)

1. 便座の裏面に貼り付けて加熱する便座用ヒータであって、便座の少なくとも着座部に対応する形状に形成された金属箔と、前記金属箔の略全面に間隔を設けて配設した電気絶縁層を有する線状ヒータと、前記電気絶縁層の異常を検出するために前記金属箔に０．３ＭΩ以上の抵抗体を介して電気的に接続した検出リード線を備え、前記抵抗体と検出リード線は防水性を備えた構成であることを特徴とする便座用ヒータ。
2. 線状ヒータと、抵抗体と、前記抵抗体と検出リード線との接続部を、２枚の金属箔の間に挟持した構成の請求項１に記載の便座用ヒータ。
3. 請求項１または２に記載の便座用ヒータを着座部の裏面に設置した便座と、前記便座を回動自在に枢支する本体を備えた便座装置。