JP2015068136A - 衛生洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧が異なる地域に設置する場合であっても製品の仕様を変更する必要がない制御装置を提供する。【解決手段】少なくとも２つのヒータ８、９、１０、１１を有し、被加熱物を加熱する加熱部と、供給電源とヒータとの間に設けられたスイッチ４、５、６、７と、スイッチをＯＮ／ＯＦＦすることによりヒータへ供給する電力を制御する制御手段であって、２つのヒータのうちの第１のヒータ８へ供給する電力を位相制御により制御し、２つのヒータのうちの第２のヒータ９、１０、１１へ供給する電力をパターン制御により行う制御手段と、を備えた。【選択図】図２

Description

本発明の実施の形態は、衛生洗浄装置に関する。

衛生洗浄装置には、局部を洗浄する洗浄水を加熱するためにヒータが設けられている。このヒータは、通常、交流１００Ｖなどの商用電源から供給される電力を熱に変換することにより洗浄水を加熱する。

また、このような衛生洗浄装置において、加熱された洗浄水の温度を一定に保つため、供給電源の半波を１単位とし、この半波単位でヒータへの通電と非通電とを制御するパターン制御と呼ばれる制御手段を備えているものがある。

しかし、パターン制御の制御手段を備えている衛生洗浄装置は、供給電源の電圧が異なる国や地域で使用すると、電源電圧が増加することにより、１半波分の電力が増大するため、緻密な温度制御が出来なくなるといった問題がある。そのため、供給電源の電圧が異なる国や地域で使用するためには製品の仕様を変更する必要があった。

すなわち、電源電圧が１００Ｖの地域用に仕様が設定されている衛生洗浄装置を電源電圧が２００Ｖの地域で使用する場合は、ヒータの抵抗値を変えるか、衛生洗浄装置に２００Ｖを１００Ｖに変圧する変圧器を設けるなど、仕様を変更しなければならなかった。

この問題を解決する方法として、供給電源の位相角に応じて、ヒータのＯＮ／ＯＦＦを制御する位相制御と呼ばれる制御方法がある。位相制御は、パターン制御とは違い、半波単位でＯＮ／ＯＦＦを制御せず、正弦波の位相角により制御を行うため、緻密な温度制御が出来る。よって、供給電圧値を監視し、１００Ｖであるならパターン制御を行い、２００Ｖであるなら位相制御を行うよう制御すれば、１００Ｖ用の衛生洗浄装置と２００Ｖ用の衛生洗浄装置の仕様を統一することが出来る（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−３１９４２号公報

しかし、位相制御では、ヒータに電流が多く流れている瞬間にＯＮ／ＯＦＦ制御が働くと、ノイズの増加または高調波電流が大きくなるといった問題がある。

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、１００Ｖ製品と２００Ｖ製品を共通化させても、ヒータの緻密な温度制御が可能で、且つノイズや高調波電流を多く発生させない衛生洗浄装置を提供する。

請求項１に係る発明は、少なくとも２つのヒータを有し、被加熱物を加熱する加熱部と、供給電源と前記ヒータとの間に設けられたスイッチと、前記スイッチをＯＮ／ＯＦＦすることにより前記ヒータへ供給する電力を制御する制御手段であって、前記２つのヒータのうちの第１のヒータへ供給する電力を位相制御により制御し、前記２つのヒータのうちの第２のヒータへ供給する電力をパターン制御により行う制御手段と、を備えたことを特徴とする衛生洗浄装置である。

位相制御とパターン制御とを組み合わせることにより、１００Ｖ製品と２００Ｖ製品を共通化させても、ヒータの緻密な温度制御が可能で、且つノイズや高調波電流を多く発生させない衛生洗浄装置を提供できる。

請求項２に係る発明は、前記第１のヒータの抵抗値は、前記第２のヒータの抵抗値よりも高いことを特徴とする。
位相制御のヒータの抵抗値を、パターン制御の抵抗値よりも高く設定すると、位相制御の分解能と、パターン制御の分解能のバランスと、がよく、出力がゼロから最大の範囲の全域において、きめ細かい制御が可能となる。

請求項３に係る発明は、前記加熱部の出力がゼロから所定値までの区間は、前記第１のヒータのみに電力を供給することを特徴とする。
位相制御のみを用いることにより、加熱部の出力がゼロから所定値までの区間において出力を細かな分解能で制御できる。

第４の発明は、前記パターン制御は、１６半波を一周期として１半波ごとにＯＮ／ＯＦＦ制御を行う制御であり、前記第２のヒータについて１／１６〜４／１６及び１２／１６〜１５／１６に対応する出力の区間は、前記第１ヒータのみに電力を供給することを特徴とする。
１／１６〜４／１６及び１２／１６〜１５／１６に対応する出力の区間において、パターン制御を用いずに位相制御のみを用いることにより、フリッカを生ずることなく、きめ細やかな制御が可能となる。

１００Ｖ製品と２００Ｖ製品を共通化させても、ヒータの緻密な温度制御が可能で、且つノイズや高調波電流を多く発生させない衛生洗浄装置を提供出来る。

本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置の全体の外観図である。 本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置のヒータ駆動回路の回路図である。 第１の制御パターンを例示する波形図である。 第２の制御パターンを例示する波形図である。 位相制御により電力制御されるヒータの、その抵抗値を選択するのに使用した回路シミュレーションの回路図の一例である。 位相制御により電力制御されるヒータの、その抵抗値を選択するのに使用した回路シミュレーションの解析結果を表した図の一例である。 （ａ）は比較例の衛生洗浄装置のヒータ駆動回路の回路図の一例であり、（ｂ）は電力分解能を説明するための表である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置のヒータ駆動回路の回路図の一例であり、（ｂ）は電力分解能を説明するための表である。 （ａ）は比較例の衛生洗浄装置のヒータ駆動回路の回路図の一例であり、（ｂ）は電力分解能を説明するための表である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置のヒータ駆動回路の回路図の一例であり、（ｂ）は電力分解能を説明するための表である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置の外観図である。

衛生洗浄装置１００は、便器８００の上に設けられ、便座２００と、便蓋３００と、これらを軸支する本体部４００と、を備えている。本体部４００には、洗浄ノズル４２０が進退自在に設けられている。図１は、洗浄ノズル４２０が本体部４００から進出した状態を表す。洗浄ノズル４２０は、進出した状態において、便座２００に座った使用者のおしりなどに向けて洗浄水を吐水する。

本体部４００の中には、洗浄水を加熱するヒータと、このヒータを制御する制御手段１と、が設けられている。制御手段１は、局部を洗浄する洗浄水を被加熱物２として加熱するヒータへの通電制御を行う。
図２は、本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置のヒータ駆動回路の回路図である。

制御装置６０は、スイッチ４、５、６、７、ヒータ８、９、１０、１１、制御部５０を有し、ＡＣ電源（供給電源）３から例えば交流１００ボルトなどの電力の供給を受ける。

スイッチ４、５、６、７は、ＡＣ電源３に接続される。ヒータ８、９、１０、１１は、加熱部を形成し、ＡＣ電源３に対して、それぞれスイッチ４、５、６、７と直列に接続されている。制御部５０は、スイッチ４、５、６、７のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
例えば、スイッチ４は、第一の制御パターンによりヒータ８への通電のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、スイッチ５、６、７は、第二の制御パターンによりそれぞれヒータ９、１０、１１への通電のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。

図３は、第一の制御パターンを例示する波形図である。横軸は時間［ｓ］を表し、縦軸は電圧［Ｖ］を表す。
第一の制御パターンは、位相制御用の制御パターンである。ＡＣ電源３から供給される交流電流を全波整流した波形のゼロクロス点からの第一の期間ｔ１の期間だけ、スイッチ４をオンし、第一の期間ｔ１からゼロクロス点までの間、スイッチ４をオフにする。

第一の期間ｔ１を調整することによって、ヒータ８に供給する電力を制御する。図３に表した斜線部の面積に対応した電力が、ヒータ８に供給される。

図３に例示した位相制御を用いると、後述の半波単位でＯＮ／ＯＦＦ制御を行うパターン制御に比べて、制御できる出力電力の分解能が高いため、緻密な出力制御が可能となり、ヒータ８の温度制御の追従性を向上させることができる。

図４は、第二の制御パターンを例示する波形図である。横軸は時間［ｓ］を表し、縦軸は電圧［Ｖ］を表す。

第二の制御パターンは、パターン制御用のパターンである。ＡＣ電源３から供給される交流電流を全波整流した波形を１単位とし、この半波単位で、それぞれスイッチ５、６、７とＯＮ／ＯＦＦを行い、各ヒータ９、１０、１１への通電と非通電とを制御する。このパターン制御では、図４中の斜線部の面積に対応した電力が各ヒータ９、１０、１１に供給される。

図４に例示したようなパターン制御を行うことにより、通電の開始点と終了点とはいずれもゼロクロス点と一致するため、通電状態と非通電状態との切り替えを行う際に発生するノイズを低減することができる。

図５は、位相制御により電力制御されるヒータの抵抗値を選択するのに使用した、回路シミュレーションの回路図の一例である。図５の回路構成について、以下に説明する。
ＡＣ電源３から供給された電流は、全波整流回路２０を経由して、ヒータ１２に流れる。ヒータ１２に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ制御は、ＦＥＴ１３により行われる。ＦＥＴ１３への電圧供給はＤＣ電源１５により行われ、さらに分圧抵抗１４によってＦＥＴ１３のゲートに供給される電圧を制限する。ＦＥＴ１３への電圧供給のＯＮ／ＯＦＦ制御をＦＥＴ電圧制御部１６によって行い、ヒータ１２に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御している。
ヒータ１２へ流す電流を整流しているのは、ヒータ１２に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ制御にＦＥＴを使用しているためである。

図６は、位相制御により電力制御されるヒータの抵抗値を選択するのに使用した回路シミュレーションの解析結果を表した図の一例である。
図５に表した条件（ＡＣ電源３は２２０Ｖ、５０Ｈｚ、ヒータ１２は７０Ω）で回路シミュレーションを行い、Ａ：ヒータの消費電力の平均値、Ｂ：ヒータの電圧波形、Ｃ：ヒータの電圧の実効値、Ｄ：ヒータの電流波形、Ｅ：ヒータの電流の実効値、Ｆ：ヒータの奇数高調波電流の波形をそれぞれ表している。Ｆ：ヒータの奇数高調波電流がＩＥＣ６１０００−３−２の規格値よりも低くなる条件を考慮した結果、ヒータ１２の抵抗を７０Ωと設定すると、位相制御用のヒータで１４５Ｗまで電力を出力することが可能である。

図７（ａ）は、比較例の衛生洗浄装置のヒータ駆動回路の回路図である。
図７（ｂ）は、このヒータ駆動回路の電力分解能を説明するための表である。
ここでは、供給電圧を１００Ｖとした。ヒータの定格値を８００Ｗ、ヒータ９、１０の抵抗値を２５Ωとした。そして、パターン制御のみを用いて、０Ｗ〜８００Ｗまでの出力を制御する場合について例示した。
パターン制御においては、１６半波を一周期として１半波ごとにＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。例えば、パターンが６／１６の場合は、１６半波のうちの６半波をオンにし、残りの１０半波をオフにする。パターン制御の１／１６〜４／１６及び１２／１６〜１５／１６は、蛍光灯のフリッカの問題があるため使用しない。
図７から、電力分解能の最大値は、１２５Ｗであることが分かる。

図８（ａ）は、本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置１００のヒータ駆動回路の回路図である。
図８（ｂ）は、このヒータ駆動回路の電力分解能を説明するための表である。
ここでは、供給電圧を１００Ｖとした。ヒータの定格値８００Ｗ、ヒータ８の抵抗値を７０Ω、ヒータ９の抵抗値を４０Ω、ヒータ１０の抵抗値を２５Ωとした。ヒータ８は位相制御で出力制御し、ヒータ９と１０はパターン制御により出力制御する。

図７（ｂ）と図８（ｂ）について比較する。
例えば、図７（ｂ）の、出力パターンが０／１６と５／１６との間の電力分解能１２５Ｗの区間において、図８（ｂ）では、位相制御０°〜１８０°、パターン制御０／１６を使用する。その場合、電力分解能は、１４Ｗまで向上する（細かくできる）。同様に、図７（ｂ）の電力分解能２５Ｗ、及び１２５Ｗの区間において、図８（ｂ）に示すような、位相制御とパターン制御とを組み合わせて使用する。パターン制御だけでは電力分解能が荒かった区間が、位相制御との組み合わせにより、その電力分解能が向上する。結果、電力分解能の最大値は、１６Ｗまで改善される。つまり、もっとも分解能が荒い区間においても、１６Ｗの分解能で出力制御できる。

また、図８に表したように、位相制御のヒータ８の抵抗値（７０Ω）を、パターン制御のヒータ９、１０の抵抗値（４０Ω、２５Ω）よりも高く設定すると、位相制御の分解能と、パターン制御の分解能のバランスと、がよく、出力がゼロから最大の範囲の全域において、きめ細かい制御が可能となる。

このように、ＡＣ電源の電圧値が１００Ｖであった場合、本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置を使用することにより、高調波電流を低減させ、且つ電力分解能が向上し、緻密な温度制御を行うことが出来る。

図９（ａ）は、比較例の衛生洗浄装置のヒータ駆動回路の回路図である。
図９（ｂ）は、このヒータ駆動回路の電力分解能を説明するための表である。
ここでは、供給電圧を２２０Ｖとした。ヒータの定格値を８００Ｗ、ヒータ９、１０の抵抗値を２５Ωとした。そして、パターン制御のみを用いて、０ワット〜８００ワットまでの出力を制御する場合について例示した。
図９（ｂ）から、電力分解能の最大値は６０５Ｗであることが分かる。

図１０（ａ）は、本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置１００のヒータ駆動回路の回路図である。
図１０（ｂ）は、このヒータ駆動回路の電力分解能を説明するための表である。
ここでは、供給電圧を２２０Ｖとした。ヒータの定格値８００Ｗ、ヒータ８の抵抗値を７０Ω、ヒータ９の抵抗値を４０Ω、ヒータ１０の抵抗値を２５Ωとした。ヒータ８は位相制御で出力制御し、ヒータ９と１０はパターン制御により出力制御する。

図９（ｂ）と図１０（ｂ）とを比較する。
例えば、図９（ｂ）の、出力パターンが０／１６と５／１６との間の電力分解能６０５Ｗの区間において、図１０（ｂ）では、位相制御０°〜５４°、パターン制御０／１６を使用する。その結果、電力分解能は、２３３Ｗまで向上する。
同様に、図９（ｂ）に示すように、パターン制御のみでは電力分解能が荒かった区間について、図１０（ｂ）に表したように位相制御を組み合わせることで、電力分解能が向上する。その結果として、図１０（ｂ）に表したように、電力分解能の最大値は、２３３Ｗまで改善される。

また、図１０に表したように、位相制御のヒータ８の抵抗値（７０Ω）を、パターン制御のヒータ９、１０の抵抗値（４０Ω、２５Ω）よりも高く設定すると、位相制御の分解能と、パターン制御の分解能のバランスと、がよく、出力がゼロから最大の範囲の全域において、きめ細かい制御が可能となる。

このように、ＡＣ電源の電圧値が２２０Ｖであった場合、本発明の実施形態に係る衛生洗浄装置１００を使用することにより、高調波電流を低減させ、且つ電力分解能が向上し、緻密な温度制御を行うことが出来る。
また、１００Ｖと２２０Ｖ、いずれのＡＣ電源が入力された場合でも、同じヒータ構成を用いることが出来る。

なお、以上説明した具体例においては、洗浄ノズル４２０から吐水する洗浄水を加熱するヒータを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されない。この他にも、例えば、便座２００に座った使用者のおしりに温風を吹きかけて乾燥させる衛生洗浄装置１００の温風乾燥ユニットのヒータについても同様とすることができる。また、衛生洗浄装置１００が設置されるトイレ空間を暖める温風暖房ユニットのヒータについても、同様とすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、衛生洗浄装置１００などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

１ 制御手段
２ 被加熱物
３ 電源
４ スイッチ
５ スイッチ
６ スイッチ
７ スイッチ
８ ヒータ
９ ヒータ
１０ ヒータ
１１ ヒータ
１２ ヒータ
１４ 分圧抵抗
１５ 電源
１６ 電圧制御部
２０ 全波整流回路
５０ 制御部
６０ 制御装置
１００ 衛生洗浄装置
２００ 便座
３００ 便蓋
４００ 本体部
４２０ 洗浄ノズル
５１０ 殺菌スイッチ
８００ 便器

Claims (4)

1. 少なくとも２つのヒータを有し、被加熱物を加熱する加熱部と、
   供給電源と前記ヒータとの間に設けられたスイッチと、
   前記スイッチをＯＮ／ＯＦＦすることにより前記ヒータへ供給する電力を制御する制御手段であって、前記２つのヒータのうちの第１のヒータへ供給する電力を位相制御により制御し、前記２つのヒータのうちの第２のヒータへ供給する電力をパターン制御により行う制御手段と、
   を備えたことを特徴とする衛生洗浄装置。
2. 前記第１のヒータの抵抗値は、前記第２のヒータの抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項１記載の衛生洗浄装置。
3. 前記加熱部の出力がゼロから所定値までの区間は、前記第１のヒータのみに電力を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の衛生洗浄装置。
4. 前記パターン制御は、１６半波を一周期として１半波ごとにＯＮ／ＯＦＦ制御を行う制御であり、
   前記第２のヒータについて１／１６〜４／１６及び１２／１６〜１５／１６に対応する出力の区間は、前記第１ヒータのみに電力を供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の衛生洗浄装置。