JP2017053144A

JP2017053144A - 便座装置

Info

Publication number: JP2017053144A
Application number: JP2015178054A
Authority: JP
Inventors: 浩二藤矢; Koji Fujiya
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-16

Abstract

【課題】電圧の検出に特化した回路を用いることなく、入力電圧の判定を行うことができる便座装置を提供すること。
【解決手段】交流よりなる電源ＡＣによって駆動される加熱手段３４，３５，３６と、電源ＡＣを入力されて、ゼロクロス信号ＺＣを出力するゼロクロス回路２０と、ゼロクロス信号ＺＣに基づいて、電源ＡＣの電圧が、基準電圧以上であるか、基準電圧未満であるかを判定する電圧判定部１１と、を有する便座装置１とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、便座装置に関し、さらに詳しくは、温水洗浄装置等の加熱手段を有する機器を備えた便座装置に関する。

温水洗浄装置や乾燥装置、便座暖房装置等の加熱手段を有する機器が備えられた便座装置において、加熱手段の仕様を変更することなく、商用電源の電圧（以降、電源電圧と呼ぶ）が異なる地域で使用するためには、電源電圧を検出し、電源電圧に応じた制御を行うことが求められる。電源電圧を検出する手段を備えた便座装置は、例えば特許文献１に公知である。特許文献１では、トイレ装置において、ヒータへの供給電源の電圧を検出する電圧検出手段を設けている。そして、電圧検出手段によって検出された電圧が所定値以上のときに、供給電源とヒータとの間に設けられたスイッチのオンおよびオフを第１の制御パターンで行い、所定値未満のときに、該スイッチのオンおよびオフを第２の制御パターンで行っている。

特開２００７−３１９４２号公報

特許文献１においては、電源電圧の検知に特化した独立の回路として、電圧検出手段を設けている。すると、電圧検出手段を設けない場合と比較して、回路部品および基板上の実装スペースが余分に必要となる。また、製品のコストアップにもつながってしまう。

本発明が解決しようとする課題は、電圧の検出に特化した回路を用いることなく、入力電圧の判定を行うことができる便座装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる便座装置は、交流よりなる電源によって駆動される加熱手段と、前記電源を入力されてゼロクロス信号を出力するゼロクロス回路と、前記ゼロクロス信号に基づいて、前記電源電圧が、基準電圧以上であるか、前記基準電圧未満であるかを判定する電圧判定部と、を有することを要旨とする。

ここで、前記電圧判定部は、前記ゼロクロス信号の幅に基づいて、前記電源電圧を判定するものであるとよい。

また、前記加熱手段は、前記ゼロクロス信号を基準として、通電状態を制御されるものであるとよい。

上記発明にかかる便座装置においては、ゼロクロス回路から出力されるゼロクロス信号に基づいて、加熱手段に供給される電源電圧が基準電圧以上であるか基準電圧未満であるかを判定している。ゼロクロス回路においては、周波数が同じで電圧が異なる交流を入力した際に、出力されるゼロクロス信号の時間に対する挙動に差が生じるので、ゼロクロス信号を解析することで、入力された交流の電圧を判定することが可能である。ゼロクロス回路は、温水洗浄装置等の加熱手段を備えた便座装置において、加熱手段の制御や安全対策のために標準的に設けられるものであり、そのゼロクロス回路を電圧の検出に兼用することで、電圧の検出に特化した回路を設けることなく、電源電圧の判定を行うことができる。これにより、製造コストを上昇させることなく、電源電圧の判定が可能な便座装置を提供することができる。

ここで、電圧判定部が、ゼロクロス信号の幅に基づいて、電源電圧を判定するものである場合には、電源電圧の判定を、簡便に、高確度に行うことが可能となる。

また、加熱手段が、ゼロクロス信号を基準として、通電状態を制御されるものである場合には、加熱手段の出力の制御と電源電圧の判定に共通のゼロクロス回路を用いて、簡素な構成で便座装置を製造することができる。

本発明の第一の実施形態にかかる便座装置の全体を示す概略図である。上記便座装置の電気系統および信号系統を示すブロック図である。上記便座装置のゼロクロス回路の構成を示す回路図である。電源電圧が高い場合と低い場合について、電源電圧とゼロクロス信号の関係を示す図である。電源の特性の判別方法を説明するフロー図である。ヒータの制御パターンを示す図であり、電源電圧が（ａ）１００〜１２０Ｖの場合と、（ｂ）２２０〜２４０Ｖの場合を示している。

以下、本発明の実施形態にかかる便座装置について、図面を参照しながら説明する。

［便座装置の概要］
本発明の第一の実施形態にかかる便座装置１は、図１のように、衛生陶器９０の上方に開閉可能に支持される便座２および便蓋３と、便座２の後方に設けられた本体部４と、便座２の側方に設けられた操作部５を有している。本体部４には、電源によって駆動される各種電気電子機器が搭載されている。この種の機器の例としては、温水を吐出して人体局部を洗浄する温水洗浄装置、濡れた人体局部を温風によって乾燥する温風乾燥装置、便座２を加熱する便座暖房装置、便座２および便蓋３を自動開閉する開閉装置、人体の接近や着座を検出する人体検出装置、そして各装置を制御する制御部１０を挙げることができる。

上記便座装置１は、本体部４内に、図２に示すような制御部１０を含んだ電気回路構成を有し、各種機器の駆動、制御を行っている。図２では、電源電流の経路を実線で示し、制御信号の経路を破線で示している。この電気回路において、入力回路４１を介して、商用電源Ｓから交流ＡＣが入力される。入力された交流ＡＣの一部は、そのまま交流として、ゼロクロス回路２０に入力されるとともに、スイッチ回路３１〜３３を介して、３種の加熱手段、つまり便座ヒータ３４、温水ヒータ３５、温風ヒータ３６に入力される。

ゼロクロス回路２０は、入力された交流ＡＣが電圧ゼロのレベルを通過するの対応したパルス信号であるゼロクロス信号ＺＣを出力する。ゼロクロス回路２０の詳細については後述する。

便座ヒータ３４、温水ヒータ３５、温風ヒータ３６はいずれも、抵抗加熱ヒータである。便座ヒータ３４は、便座２に内蔵され、便座２の着座部を加熱する。温水ヒータ３５は、温水洗浄装置において、洗浄用水を加熱する。温風ヒータ３６は、温風乾燥装置において、乾燥用空気を加熱する。各ヒータ３４〜３６への電源の入力は、スイッチ回路３１〜３３にてオン／オフ制御され、オン状態にて電流が入力されている間だけ、各ヒータ３４〜３６からの出力が行われる。

入力回路４１へ入力された交流ＡＣの残りの成分は、電源回路４２にて直流ＤＣに変換され、直流駆動部４３および制御部１０の駆動電源として入力される。直流駆動部４３には、直流ＤＣで駆動される種々の機器が含まれ、温水洗浄装置への水の供給を制御する電磁弁制御装置、温水洗浄装置からの温水の吐出を制御する洗浄制御部、脱臭装置を制御する脱臭制御部、操作部５等を例示することができる。

制御部１０は、マイクロコンピュータ（マイコン）等よりなり、便座装置１を構成する種々の機器を制御する。制御部１０は、演算・制御機能の一部として、電圧判定部１１、周波数判定部１２、便座ヒータ制御部１３、温水ヒータ制御部１４、温風ヒータ制御部１５を含んでいる。

電圧判定部１１は、ゼロクロス回路２０からゼロクロス信号ＺＣを入力され、そのゼロクロス信号ＺＣに基づいて、商用電源Ｓから入力された交流の電圧を判定する。電圧判定部１１における電圧判定方法の詳細については後述する。

周波数判定部１２は、ゼロクロス回路２０からゼロクロス信号ＺＣを入力され、ゼロクロス信号ＺＣの周期性を解析する。これにより、商用電源Ｓから入力された交流電源ＡＣの電圧を判定する。

便座ヒータ制御部１３、温水ヒータ制御部１４、温風ヒータ制御部１５は、それぞれ対応するヒータ３４〜３６への電源供給路に設けられたスイッチ回路３１〜３３のオン／オフ状態を制御することで、各ヒータ３４〜３６の通電状態を制御するものである。各ヒータ制御部１３〜１５は、電圧判定部１１および周波数判定部１２から、それぞれ交流電源ＡＣの電圧および周波数の判定結果を示す信号を受けるとともに、ゼロクロス回路２０からゼロクロス信号ＺＣの入力を受けて、これらの信号に基づいて、各スイッチ回路３１〜３３のオン／オフのパターンを決定する。そして、決定したパターンに基づいて、実際にスイッチ回路３１〜３３を制御する。

［ゼロクロス回路および電圧判定部の構成］
次に、ゼロクロス回路２０の構成と、ゼロクロス回路２０からのゼロクロス信号ＺＣに基づいた電圧判定部１１における電源電圧Ｖｓの判定方法について説明する。

ゼロクロス回路２０としては、フォトカプラ方式、トランジスタ方式等の公知のゼロクロス回路を適用することができる。図３に、フォトカプラ方式のゼロクロス回路を用いた例を示す。

ゼロクロス回路２０においては、入力抵抗Ｒ１を介して、入力回路４１からフォトカプラＰＣに、交流ＡＣが入力される。フォトカプラＰＣの出力側は、エミッタが接地されており、コレクタの出力が、ゼロクロス信号ＺＣとして、制御部１０の入力ポートＰ１に入力される。なお、図３の電気回路において、Ｄ１は逆電圧保護用ダイオード、Ｒ２はプルアップ抵抗、Ｃ１は入力コンデンサとして機能するものである。

図３のようなゼロクロス回路２０において、フォトカプラＰＣの入力部に順電流Ｉｆが流れると、出力側にコレクタ電流Ｉｃが流れ、コレクタ−アース間電位Ｖｚを有するゼロクロス信号ＺＣが生成される。交流電源ＡＣの電圧Ｖｓとゼロクロス信号ＺＣの電圧Ｖｚとの関係を、時間ｔの関数として図４に示す。ゼロクロス信号ＺＣの位相は反転されており、概ね電源電圧Ｖｓが負となる期間に、ゼロクロス信号ＺＣが正のパルスとして出力されている。詳細には、電源電圧Ｖｓが、閾電圧Ｖｔｈ（ただしＶｔｈ＞０Ｖ）以下となっている間、ゼロクロス信号ＺＣのパルスが出力されている。つまり、電源電圧Ｖｓが閾電圧Ｖｔｈを横切って降下する時にゼロクロス信号ＺＣが立ち上がり、電源電圧Ｖｓが閾電圧Ｖｔｈを横切って上昇する時にゼロクロス信号ＺＣが立ち下がっている。

図４では、交流電源ＡＣの電圧Ｖｓの振幅が大きい場合（Ｖ２）と小さい場合（Ｖ１）について示しているが、商用電源Ｓから供給される交流ＡＣは、正弦波であり、周波数が同じであれば、電圧Ｖｓの振幅（電圧振幅）が異なっていても、電圧Ｖｓが０Ｖとなる時間は同じである。しかし、Ｖｓ＝０Ｖにおける傾きの絶対値｜ｄＶｓ／ｄｔ｜は、振幅が大きい場合ほど、大きくなっている。そのため、Ｖｓ＝０Ｖとなる時間が同じであっても、電圧Ｖｓが閾電圧Ｖｔｈを横切る時間は、傾きが負の時は、振幅が大きい場合ほど遅く、傾きが正の時は、振幅が大きい場合ほど早い。よって、振幅が大きい場合ほど、フォトカプラＰＣから出力されるゼロクロス信号ＺＣのパルス幅は短くなっている（ｗ２＜ｗ１）。なお、図４では、便宜的に、電圧振幅Ｖ２の場合のゼロクロス信号のパルスを、本来のレベルよりもわずかに高く示している。

このように、ゼロクロス信号ＺＣのパルス幅が電源電圧Ｖｓの振幅を反映するので、得られたゼロクロス信号ＺＣのパルス幅を計測すれば、電源電圧Ｖｓの振幅を判定することができる。具体的には、電源電圧Ｖｓの振幅について、ある基準電圧を定め、電源電圧Ｖｓの振幅がその基準電圧に等しい場合のゼロクロス信号ＺＣのパルス幅を、基準パルス幅として、制御部１０の電圧判定部１１において記憶しておく。そして、実際に入力回路４１から入力された交流電源ＡＣに対して計測されたゼロクロス信号ＺＣのパルス幅を電圧判定部１１にて計測し、そのパルス幅と基準パルス幅を比較する。つまり、計測されたパルス幅が基準パルス幅よりも短い場合には、電源電圧Ｖｓの振幅が基準電圧よりも高い第一電圧域にあると判定し、計測されたパルス幅が基準パルス幅以上である場合には、電源電圧Ｖｓの振幅が基準電圧以下の第二電圧域にあると判定すればよい。

このようにして、電圧判定部１１で電源電圧Ｖｓを判定した後、判定結果に基づいて、各ヒータ制御部１３〜１５をはじめとする各部での制御方法を選択すればよい。例えば、各ヒータ制御部１３〜１５に、第一の制御パターンと第二の制御パターンとを記憶させておき、電源電圧Ｖｓの振幅が第一電圧域にある場合には、第一の制御パターンによって、電源電圧Ｖｓの振幅が第二電圧域にある場合には、第二の制御パターンによって、ヒータ制御部１３〜１５がスイッチ回路３１〜３３のオン／オフを制御するようにすればよい。

世界各国で使用されている商用電源は、電源電圧が１００〜１２０Ｖである場合と、２２０〜２４０Ｖである場合に分けられる。電源電圧１２０Ｖと２２０Ｖの間、例えば１４０Ｖに対応するように基準電圧を設定しておき、その基準電圧に対応する基準パルス幅と、実際に計測されたパルス幅を比較すれば、電源電圧１００〜１２０Ｖ（第二電圧域）の電源が入力されたか、２２０〜２４０Ｖ（第一電圧域）の電源が入力されたかを、判定することができる。

また、世界各国で使用されている商用電源の周波数（以降、電源周波数と呼ぶ）は、５０Ｈｚか６０Ｈｚであるが、本便座装置１においては、上記のように、周波数判定部１２において、ゼロクロス信号ＺＣの周期性に基づき、電源周波数を判定する。つまり、制御部１０において、投入された交流電源ＡＣの電圧と周波数の両特性を、ゼロクロス信号ＺＣに基づいて判定することができる。なお、ゼロクロス信号ＺＣのパルス幅は、電源周波数に応じて変化するので、電圧判定部での電圧判定に用いる基準パルス幅も、電源周波数に応じて定める必要がある。

［判定方法の具体例］
ここで、電圧判定部１１におけるゼロクロス信号ＺＣを利用した電源電圧Ｖｓの判定を含んで、交流電源ＡＣの特性を判定し、それに応じた制御を行う方法の具体例について説明する。

交流電源ＡＣの特性の具体的な判定方法の例を図５に示す。商用電源Ｓが入力回路４１に入力され、ステップＳ０で判定を開始すると、ステップＳ１で、周波数判定部１２において、電源周波数が５０Ｈｚであるか否かを判定する。５０Ｈｚである場合には（ステップＳ１でＹｅｓ）、ステップＳ２で、電圧判定部１１において、ゼロクロス信号ＺＣのパルス幅が、周波数５０Ｈｚで電源電圧のピーク値１４０Ｖに対応する基準パルス幅以上であるかどうかを判定する。ゼロクロス信号ＺＣのパルス幅が基準パルス幅以上である場合には（ステップＳ２でＹｅｓ）、電源電圧１００〜１２０Ｖの電源が投入されたと判断し、ステップＳ４で、各ヒータ制御部１３〜１５において、電源電圧１００〜１２０Ｖ、５０Ｈｚの電源に対応するパターンの制御を行う。一方、ステップＳ２でゼロクロス信号ＺＣのパルス幅が基準パルス幅より短い場合には（ステップＳ２でＮｏ）、電源電圧２２０〜２４０Ｖの電源が投入されたと判断し、ステップＳ５で、各ヒータ制御部１３〜１５において、電源電圧２２０〜２４０Ｖ、５０Ｈｚの電源に対応するパターンの制御を行う。

一方、ステップＳ１で、周波数が５０Ｈｚでなかった場合には（ステップＳ１でＮｏ）、周波数が６０Ｈｚであると判定し、ステップＳ３で、ステップＳ２と同様の電圧判定を行う。ゼロクロス信号ＺＣのパルス幅が、周波数６０Ｈｚで電源電圧のピーク値１４０Ｖに対応する基準パルス幅以上である場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、電源電圧１００〜１２０Ｖの電源が投入されたと判断し、ステップＳ６で、各ヒータ制御部１３〜１５において、電源電圧１００〜１２０Ｖ、６０Ｈｚの電源に対応するパターンの制御を行う。一方、ステップＳ３でゼロクロス信号ＺＣのパルス幅が基準パルス幅より短い場合には（ステップＳ３でＮｏ）、電源電圧２２０〜２４０Ｖの電源が投入されたと判断し、ステップＳ７で、各ヒータ制御部１３〜１５において、電源電圧２２０〜２４０Ｖ、６０Ｈｚの電源に対応するパターンの制御を行う。

各ヒータ制御部１３〜１５における電源電圧に応じた制御の具体的な方法としては、各スイッチ回路３１〜３３のオン／オフによって通電パターンを変更する方法を挙げることができる。例えば、電源電圧が１００〜１２０Ｖである場合（図５のステップＳ４またはＳ６）には、図６（ａ）にハッチングで示すように、交流ＡＣの正方向の成分を毎回通電するようにすればよい。一方、電源電圧が２２０〜２４０Ｖである場合（図５のステップＳ５またはＳ７）には、図６（ｂ）にハッチングで示すように、交流ＡＣの正方向の成分を２回に１回通電するようにすればよい。いずれのパターンにおいても、ゼロクロス回路２０から各ヒータ制御部１３〜１５にゼロクロス信号ＺＣが入力された時点を起点として、スイッチ回路３１〜３３をオン状態としてヒータ３４〜３６への通電を開始すればよい。これにより、交流ＡＣの正方向の成分を選択して通電することができる。

以上のように、本便座装置１においては、ゼロクロス回路２０を利用して、電源電圧Ｖｓの判定を行っている。ゼロクロス回路２０は、電源電圧Ｖｓの判定以外の目的で、従来一般の便座装置にも標準的に備えられてきたものである。例えば、ゼロクロス回路２０は、上記の例でも説明したように、電源周波数の判定手段として、また、ヒータ３４〜３６の通電状態の制御の基準、つまりヒータ３４〜３６への通電を開始する起点を特定するためのトリガーとして、用いられてきた。また、停電等の電源異常を検出する安全対策装置としても用いられてきた。このように、種々の目的に利用されてきたゼロクロス回路２０を電源電圧Ｖｓの検出に兼用することで、電源電圧Ｖｓの検出に特化した電気回路等の部材を設けることなく、簡素な構成で電源電圧Ｖｓの判定を行うことができる。そして、判定した電源電圧Ｖｓに応じて、各ヒータ３４〜３６の通電状態のパターン等、便座装置１の構成機器の制御方法を選択することで、電源電圧Ｖｓが異なる地域においても、ヒータ３４〜３６等の仕様を変更することなく、共通の便座装置１を供給することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、ゼロクロス信号ＺＣのパルス幅を基準として電源電圧Ｖｓの判定を行ったが、ゼロクロス信号ＺＣの波形に基づいて電源電圧Ｖｓの違いを判定するものであれば、パルス幅を基準とする判定方法に限られない。例えば、パルスの間隔、つまり、あるパルスの立ち下がりから次のパルスの立ち上がりまでの時間を基準として判定を行ってもよい。

また、上記の実施形態では、フォトカプラＰＣの出力側をエミッタで接地し、コレクタからゼロクロス信号ＺＣを出力する回路構成としたことにより、ゼロクロス信号ＺＣの位相が反転され、正の閾電圧Ｖｔｈを有していた。その結果、電源電圧Ｖｓの振幅が大きいほど、ゼロクロス信号ＺＣのパルス幅が短くなった。しかし、ゼロクロス回路２０の具体的な構成によっては、ゼロクロス信号ＺＣの位相や閾電圧Ｖｔｈが異なる場合もある。そのような場合には、具体的な構成に応じた判定基準を設けて、ゼロクロス信号ＺＣの波形を電源電圧Ｖｓに対応付ければよい。例えば、フォトカプラＰＣの出力側をコレクタで接地し、エミッタからゼロクロス信号ＺＣを出力する場合には、ゼロクロス信号ＺＣの位相が反転されず、正の閾電圧Ｖｔｈを有することになるので、電源電圧Ｖｓの振幅が大きいほど、ゼロクロス信号ＺＣのパルス幅が長くなる。

１便座装置
１０制御部
１１電圧判定部
１２周波数判定部
２０ゼロクロス回路
３１〜３３スイッチ回路
３４〜３６各種ヒータ

Claims

交流よりなる電源によって駆動される加熱手段と、
前記電源を入力されてゼロクロス信号を出力するゼロクロス回路と、
前記ゼロクロス信号に基づいて、前記電源の電圧が、基準電圧以上であるか、前記基準電圧未満であるかを判定する電圧判定部と、を有することを特徴とする便座装置。
前記電圧判定部は、前記ゼロクロス信号の幅に基づいて、前記電源の電圧を判定することを特徴とする請求項１に記載の便座装置。
前記加熱手段は、前記ゼロクロス信号を基準として、通電状態を制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の便座装置。