JP4003785B2 - 暖房装置とそれを備えたトイレ装置 - Google Patents

Description

本発明は短時間で暖房する暖房装置のヒータからの漏洩磁束を低減する構成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１０５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

このような状況で、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。

前記従来の課題を解決するために、便座と、便座内部に設けて便座を暖房するランプヒータと、前記ランプヒータへの通電電流を制御する電流制限抵抗と、人体検知センサと、前記人体検知センサで人体を検知すると前記ランプヒータを前記電流制限抵抗とを直列に接続し、その後、並列接続するように切り替える接点切り換え手段とを備え、前記電流制限抵抗は前記ランプヒータを配設していない位置で便座を暖房するヒータであることを特徴とするものである。

この構成によって、人体検知センサで人体を検知し、ランプヒータ通電する際には、接点切換手段によって電流制限抵抗をランプヒータと直列に接続し、ランプヒータに流れる突入電流を抑制し、その後、接点切換手段によって電流制限抵抗をヒータから切り離すものである。この構成によって、突入電流を小さくすることができ、電流値を小さく抑えることによって漏洩磁束を低減するようにしたものである。そして、前記電流制限抵抗は前記ランプヒータを配設していない位置で便座を暖房するヒータであるので、便座を暖房して省エネルギー化に優れた暖房便座とすることができる。

本発明は、速暖性能を有し、突入電流を小さくすることができ、漏洩磁束低減性能に優れた暖房装置と暖房便座およびそれを備えたトイレ装置の実現を可能としたものである。

第１の発明は、便座と、便座内部に設けて便座を暖房するランプヒータと、前記ランプヒータへの通電電流を制御する電流制限抵抗と、人体検知センサと、前記人体検知センサで人体を検知すると前記ランプヒータを前記電流制限抵抗とを直列に接続し、その後、並列接続するように切り替える接点切り換え手段とを備え、前記電流制限抵抗は前記ランプヒータを配設していない位置で便座を暖房するヒータであることを特徴とするものである。

人体検知センサで人体を検知し、ヒータ通電する際には、接点切換手段によって電流制限抵抗をヒータと直列に接続し、ヒータに流れる突入電流を抑制し、その後、接点切換手段によって電流制限抵抗をヒータから切り離すものである。この構成によって、突入電流を小さくすることができ、電流値を小さく抑えることによって漏洩磁束を低減するようにしたものである。さらに電流制限抵抗は前記ランプヒータを配設していない位置で便座を暖房するヒータであるので、便座を暖房することができる。

第２の発明は、電流制限抵抗は、線状ヒータとしたものである。

第３の発明は、人体検知センサは送信手段を有し、便座装置本体は前記人体検知センサからの送信を受信する制御手段を備えたものである。

第４の発明は、第１〜３のいずれかに記載の暖房便座を備えたトイレ装置としたものである。そして、トイレ全体として漏洩磁界の発生を低くすることができるものである。

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における暖房装置と暖房便座およびそれを備えたトイレ装置の一実施例でその構成図である。

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２ａ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には着座センサ４、ランプヒータ２ａ制御用のトライアック５ａ、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の出力からヒータを制御するヒータ制御手段７、バッファー８ａ、電流制限抵抗２ｂ、電流制限抵抗２ｂをランプヒータ２ａに直列接続する接点切換手段であるリレー回路接点群９ａ、９ｂ、電流制限抵抗２ｂの通電制御をするトライアック５ｂ、バッファー８ｂやサーミスタ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２ａの制御信号が出力される。ランプヒータ２ａ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２ａの出力が決定される。トライアック５は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トイレ室へ入室しようとする又は入室した又は便座に着座しようとする人体を検出し、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で人体を検出すると、ヒータ制御手段７はリレー回路接点群９ａ、９ｂに信号を出し、接点を矢印の矢側に設定する。その状態では、電流制限抵抗２ｂがランプヒータ２ａと直列接続されるので、トライアック５ａを通じてＡＣ１００Ｖ電圧が印加されても電流制限抵抗２ｂの抵抗値で制限されて、大きな突入電流は流れない。その状態で、流れる電流によってランプヒータ２ａの抵抗値も次第に大きくなってくる。ランプヒータ２ａの抵抗値が定格抵抗に近づいたら、ヒータ制御手段７はリレー回路接点群９ａ、９ｂに信号を出し、接点を矢印の根元側に設定する。その状態では暖房手段であるランプヒータ２ａにＡＣ１００Ｖが印加され、定格電力で発熱する。

ランプヒータ２ａの抵抗は、冷えた状態では、通電時の抵抗の１／１０程度であり、前述の電流制限抵抗２ｂがなければ、計算上、１０倍近くの電流が瞬間流れることになり、トライアック５ａなどの電子部品を破壊する可能性があった。

このように電流制限抵抗２ｂにより電流を制限することにより、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。トライアック５ａはゼロクロス検出回路６の出力に同期して出力される出力パルスがバッファー８ａを通ってゲートに加わることによって導通し、出力パルスが出されないと、次のゼロクロス点で停止する。連続通電する場合は、ゼロクロス点で再度出力パルスを出し続けることが必要になる。サーミスタ３の設定温度検出によりパルス出力を停止した時には、リレー回路接点群９ａ、９ｂの接点位置を矢印の根元側に戻して再度の電力投入に備える。

このような構成によって、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。

なお、上記実施例は、暖房便座で、ランプヒータ２ａと電流制限抵抗２ｂの設置場所は、便座内部に設置されるとして説明したが、接点切換手段による電気的な接続が可能な構成であれば、上記暖房便座の空洞部に限礼されるものでないことは、言うまでもない。

図２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。

電流制限抵抗２ｂは線状ヒータとして構成されたものである。形状が線状になったので設置場所を取らず、また特性は形状によらず、抵抗値だけで決まるので、適当な抵抗値を考慮する事によって、即暖性、省エネ性、低漏洩磁束を実現する暖房便座を実現する事ができる。

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。

電流制限抵抗２ｂである線状ヒータは便座１内部にランプヒータ２ａと共に設置され、線状ヒータの発熱を便座１に熱源として利用できる事から、省エネルギー性に優れた暖房便座の構成が可能になる。

図４は本発明の実施の形態１におけるトイレ装置の暖房便座部の構成図である。

電流制限抵抗２ｂである線状ヒータは、リレー回路接点群、９ａをトライアック５ａ側、９ｂを開状態に設定する事により、トライアック５ｂで単独駆動することが可能となり、寒冷地で使用する暖房便座のように周囲温度が低い状態で常に通電しておく、または使用前に通電しておくなどとする事により、補助熱源としても使用が可能となる。

図５は本発明の実施の形態１におけるトイレ装置の暖房便座の電気信号のタイムチャートであり、（ａ）はリレー回路接点群９ａ、９ｂの駆動信号を示し、（ｂ）はトライアック５ｂを駆動するゲートパルス並びに印加電圧波形を示す。

リレー接点は一般に制御電圧が加えられても、完全に動作が完了するまでに、１０ミリ秒程度の時間が必要である。図５では動作信号が立ち上がってから１／６０秒の時間余裕を持ってトライアックのゲート信号が出力されている。この時間余裕があるので、リレー接点のチャタリングも収まり、回路状態が安定した状態で、通電を行う事ができる。

図６は本発明の実施の携帯１におけるトイレ装置の暖房便座の構成図である。

図６において、電流制限抵抗２ｂである線状ヒータは、便座１の後部、普通温水洗浄用のノズル機構や回動構造の関係で、十分な空洞部が確保できない場所に、暖房用ヒータとして収納されている。この構成により、便座１の均質な暖房性能が確保され、また、突入電流を防止し、漏洩磁束を低減するという本来の目的も達成される。

上記実施の形態によれば、熱エネルギーの発生源であるランプヒータを有し、前記ランプヒータの通電電流を制限する電流制限抵抗と前記電流制限抵抗を前記ランプヒータに直列接続する接点切換手段を有するものであり、速暖性能を有し、省エネルギー性と低漏洩磁束を実現する暖房装置を実現することが可能になる。

また、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する便座と、ランプヒータの通電電流を制限する電流制限抵抗と電流制限抵抗をランプヒータに直列接続する接点切換手段とランプヒータへの供給電力を入り切りするトライアックと、ランプヒータへ供給するＡＣ電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出回路と、ゼロクロス検出回路の出力によってトライアックを制御してランプヒータを駆動するヒータ制御手段とを備えて便座を暖房するものであり、速暖性能を有し、省エネルギー性と低漏洩磁束を実現する暖房便座を実現することが可能になる。

また、電流制限抵抗は線状ヒータで構成したものであり、狭い場所に配設でき、設置が容易で、即暖性、省エネ性、低漏洩磁束を実現する暖房便座を実現することが可能になる。

また、電流制限抵抗を便座の空洞部に設置したものであり、電流制限抵抗の発熱を便座の暖房に利用できるので、省エネ性に優れた暖房便座の構成が可能となる。

さらに、電流制限抵抗を単独で駆動するトライアック回路を有するものであり、線状ヒータの単独通電が可能であり、補助熱源として役割を果たすことができる。

また、ヒータ制御手段のトライアックへの通電は、接点切換手段の接点開閉信号が出されて、完全に接点の移動動作が完了した後に開始されるようにしたものであり、確実な電流制限回路が構成されてから通電開始されるので、確実に電流を抑制でき、突入電流による接点の溶着も防止できる。

また、電流制限抵抗である線状ヒータはランプヒータの放熱が寄与しない便座部を保温する位置に配設させるものであり、ランプヒータを配設できない便座部へ線状ヒータを配設することによって便座の全体の保温が可能となる。

さらに、トイレ装置全体としての低漏洩磁束を実現できる。

以上のように、本発明にかかる暖房便座は、突入電流を防止する制限抵抗をランプヒータの通電初期に回路に挿入するというものなので、便座、トイレ装置に限らず、人体近くで使用される、ランプヒータ式の暖房装置等の安全、省エネルギーを求められる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 同暖房便座の構成図 同暖房便座の構成図 同暖房便座の構成図 （ａ）同暖房便座の電気信号のタイムチャートでリレー回路接点群の駆動信号についての説明図（ｂ）同暖房便座の電気信号のタイムチャートでトライアック駆動ゲートパルスと印加電圧についての説明図 同暖房便座の構成図 従来の暖房便座の断面構成図

符号の説明

１ 便座
２ａ ランプヒータ
２ｂ 電流制限抵抗
５ａ、５ｂ トライアック
６ ゼロクロス検出回路
７ ヒータ制御手段
９ａ、９ｂ リレー回路接点群

Claims (4)

1. 便座と、便座内部に設けて便座を暖房するランプヒータと、前記ランプヒータへの通電電流を制御する電流制限抵抗と、人体検知センサと、前記人体検知センサで人体を検知すると前記ランプヒータを前記電流制限抵抗とを直列に接続し、その後、並列接続するように切り替える接点切り換え手段とを備え、前記電流制限抵抗は前記ランプヒータを配設していない位置で便座を暖房するヒータであることを特徴とする暖房装置。
2. 電流制限抵抗は、線状ヒータとした請求項１記載の暖房装置。
3. 人体検知センサは送信手段を有し、便座装置本体は前記人体検知センサからの送信を受信する制御手段を備えた請求項１または２記載の暖房装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の暖房装置を備えたトイレ装置。

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