JP4635438B2 - 暖房便座 - Google Patents

Description

本発明は、暖房機能を有する便座に関するものである。

従来この種の暖房便座では、図１０に示すように内部に空洞部１を持つ樹脂製の便座２の着座部３の裏面にコード状のヒーター４をアルミテープ５などで接着固定したものが一般に用いられている。しかし、この暖房便座は、樹脂製の便座２の着座部３を所定の温度まで加熱するのに長時間を要するため、ヒーター４には常時通電しており、無駄な電力の消費が多かった。

このような無駄な電力消費を削減するために、タイマーによって暖房時間を設定するか、一定時間以上使用されない場合はヒーター４への通電を停止する暖房便座もある。しかし、このような便座は、設定した暖房時間帯で使用されていない間合いでも電力が消費されていたのに加え、暖房時間外に使用した場合は便座が暖房されていないという問題があった。

また、コード状のヒーター４は細いため便座２の着座部３の裏面全体に設置することは困難なため、ヒーター４の直上と、ヒーター４の無い部分では温度差が生じていた。

これを解決するために、図１１に示す瞬間暖房式の暖房便座が提案されている。これはステンレス製の着座面６の裏面に絶縁部材７を介して面状発熱体８、断熱材９、反射体１０を加熱押圧して便座本体１１に固着形成したものである。面状発熱体８は、ステンレスをパターニングして繰り返し蛇行するように這わせて均一な加熱を実現し、また、断熱材９、反射体１０を設けることにより熱の散逸を防止し、着座面６に効果的に伝熱させ着座面６が早く温度上昇するので、図１０に示す従来の暖房便座に比べ、格段に電力消費量を低減することができるというものであった（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、前記従来の構成では、着座面６を短時間で暖房することができる一方、着座面６の温度を制御する温度制御手段（図示せず）に何らかの不具合が生じた場合には温度過昇防止装置が温度の異常を検知するまで時間的な遅れが生じるため、着座面６の温度が上がり過ぎる場合があった。また、便座本体１１、反射体１０、断熱材９、面状発熱体８、絶縁部材７、着座面６を隙間無く重ねて固着した構成としているため、反射体１０では輻射熱は反射できるものの、熱伝導により面状発熱体８からの熱が便座本体１１に散逸するため、着座面６を加熱する効率が低下するという課題があった。
特開２００３−１２５９８１号公報

前記従来の課題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、使用者が便座の着座面に着座するまでの短時間に着座面を均一に加熱するとともに、着座面の温度が上がり過ぎることがない安全な暖房便座を提供することにある。

前記従来の課題を解決するために、本発明の暖房便座は、少なくとも着座部を金属で形成した便座と、前記便座の裏面に設け、面状に形成した発熱体ユニットと、前記発熱体ユニットの一部と前記着座部との間に間隙を形成して構成した断熱部と、前記断熱部を構成する前記発熱体ユニットの一部の前記間隙側と対向する側に異常温度上昇を検知して回路
を遮断する温度過昇防止装置を備えたものである。

これによって、発熱体が着座面を面状に加熱するので、着座面が均一に加熱されるとともに、発熱体から発生した熱はほとんど金属の着座部の加熱に使われるので、着座部を効率よく加熱できる。また、着座部との間に間隙を形成するように断熱部を設けているので
、便座加熱時、発熱体ユニットの断熱部に対応する部分を他部よりも早く温度上昇させて温度過昇防止装置により、着座面の温度の上がり過ぎを防止できる。

本発明の暖房便座は、着座部を均一に加熱し快適な使用感が得られるとともに、使用時に即座に着座部を加熱することができ、無駄な電力消費を削減することができる。また、着座部の温度の上がり過ぎを防止できる。

第１の発明は、少なくとも着座部を金属で形成した便座と、前記便座の裏面に設け、面状に形成した発熱体ユニットと、前記発熱体ユニットの一部と前記着座部との間に間隙を形成して構成した断熱部と、前記断熱部を構成する前記発熱体ユニットの一部の前記間隙側と対向する側に異常温度上昇を検知して回路を遮断する温度過昇防止装置を備えた暖房便座である。

これにより、面状の発熱体によって着座部が均一に加熱されるので快適な使用感が得られる。また、発熱体から発生した熱は、ほとんど金属の着座部の加熱に使われるので、着座部を効率よく加熱し、使用者が便座の着座面に着座するまでの短時間に着座面を加熱することができ、無駄な電力消費を削減することができる。

また、着座部との間に間隙を形成するように断熱部を設けて発熱体ユニットから発生する熱の着座部への熱伝導を抑制するので、断熱部に対応した発熱体ユニットの温度過昇防止装置を設けた部分を、他部よりも早く温度上昇させることができ、例えば着座部の温度を制御する温度制御手段に何らかの不具合が生じた場合でも、温度過昇防止装置の応答を早くして着座部の温度の上がりすぎを防止することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の断熱部を形成する間隙に、断熱体を設けた構成とすることにより、発熱体ユニットから発生する熱の着座部への熱伝導を抑制するので、断熱部に対応する発熱体ユニットの温度過昇防止装置を設けた部分を、他部よりも早く温度上昇させることができ、例えば着座部の温度を制御する温度制御手段に何らかの不具合が生じた場合でも、温度過昇防止装置の応答を早くして着座部の温度の上がりすぎを防止することができる。また、断熱体を設けることにより断熱部の形状を安定させるので、温度過昇防止装置の動作を安定させることができる。

第３の発明は、少なくとも着座部を金属で形成した便座と、前記便座の裏面に設け、面状に形成した発熱体ユニットと、前記便座内の一部に断熱材を介して設けた第２の発熱体ユニットと、前記第２の発熱体ユニットに設け、異常温度上昇を検知して回路を遮断する温度過昇防止装置を備えた暖房便座である。

これにより、面状の発熱体によって着座部が均一に加熱されるので快適な使用感が得られる。また、発熱体から発生した熱はほとんど金属の着座部の加熱に使われるので、着座部を効率よく加熱し、使用者が便座の着座面に着座するまでの短時間に着座面を加熱することができ、無駄な電力消費を削減することができる。

さらに、便座内の一部に断熱材を介して設けられた第２の発熱体ユニットに異常温度上昇を検知して回路を遮断する温度過昇防止装置を備えたことにより、第２の発熱体ユニットから発生する熱は断熱材によって熱伝導が抑制されるので第２の発熱体ユニットを発熱体ユニットよりも早く温度上昇させることができ、例えば着座部の温度を制御する温度制御手段に何らかの不具合が生じた場合でも、温度過昇防止装置の応答を早くして着座部の温度の上がり過ぎを防止することができる。

第４の発明は、特に第３の発明における第２の発熱体ユニットの電力密度を、発熱体ユニットの電力密度より高くした構成とすることにより、第３の発明の構成よりも早く第２の発熱体ユニットの温度を上昇させることができ、例えば着座部の温度を制御する温度制御手段に何らかの不具合が生じた場合でも、温度過昇防止装置の応答をさらに早くして着座部の温度の上がり過ぎを防止することができる。

第５の発明は、特に第１〜第４の発明のいずれか１つの発明の温度過昇防止装置を、バイメタル式のサ−モスタットとすることにより、短時間で着座部を暖めるために大電流を必要とする場合にも対応ができるとともに、金属の熱膨張率の差を利用した物理的動作で温度過昇防止装置を作動するため安定した動作を得ることができる。

本発明の目的は、第１の発明から第５の発明を実施の形態の要部とすることにより達成できるので、各請求項に対応する実施の形態の詳細を、以下に図面を参照しながら説明し、本発明を実施するための最良の形態の説明とする。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。また、本実施の形態の説明において、同一構成並びに作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。

（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概略断面図で、図２は同暖房便座を搭載したトイレの斜視図で、図３は同暖房便座の発熱体ユニットの概略構成図で、図４は同暖房便座の温度過昇防止装置部分の要部断面図である。図１および図２において、便器２０に本体２１が取り付けられており、この本体２１に暖房機能を有する本発明の便座２２および便蓋２３が回動自在に設けられている。また、本体２１の袖部にはトイレ空間の人体の有無を検知する赤外線センサ２４が内装されている。

便座２２は、合成樹脂製の便座ベ−ス２５とステンレス、アルミニウム等で形成された金属性の着座部２６からなり、２つの部材をそれぞれの内周縁および外周縁で接合することによって形成し、その内部には水等の浸入を阻止できる密閉された空洞部２７を有する構造となっている。

上記空洞部２７には、便座２２の着座部２６の裏面に設けた発熱体ユニット２８が備えられている。この発熱体ユニット２８に接触もしくは近接して発熱体ユニット２８と直列に接続された温度過昇防止装置であるサーモスタット２９および温度ヒューズ３０が設けられており、万一の不安全事態に対して便座２２の温度過昇を防止するよう作用する。着座部２６の内面にはサーミスタ３１が設けられ、着座部２６の温度を検知する。

本体２１には、室温検知手段として室温サーミスタ３２が設けられ、サーミスタ３１、室温サーミスタ３２からの信号はそれぞれマイクロコンピュータ等からなる制御部３３に伝達され、これらの信号に基づいて採暖面である着座部２６の温度が所定の温度になるよう、発熱体ユニット２８への通電が制御部３３により制御されるようになっている。

赤外線センサ２４は、使用者がトイレに入室した場合それを検知し、着座部２６の加熱を開始するとともに便蓋２３の開閉を行う。また、便座２２の底面にはマイクロスイッチ３４で構成された着座検知手段３５を有しており、便座２２への加重でスイッチがオンすることにより使用者の着座を検知するようになっている。例えば、温水洗浄機能を有した暖房便座では、人の着座を検知した時にのみ、洗浄機能が動作する。

発熱体ユニット２８は、図３に示すように０．１ｍｍの板厚のステンレスを蛇行状にパターニングして形成した発熱体３６の両端に電極３７を形成し、これにリード線３８を溶着した構成としており、さらに、発熱体３６の上下両面にフィルム状の絶縁体である上部
絶縁体３９と下部絶縁体４０を接着している。絶縁体としては、可撓性に優れたＰＰやＰＥＴなどの熱可塑性樹脂が使用できる。また、耐熱性が要求される場合は、ポリイミドが好適である。

また、温度過昇防止装置であるサーモスタット２９は、図４に示すように発熱体ユニット２８の一部と着座部２６との間に間隙４１を介して形成した断熱部４２を設け、この断熱部４２に対応した部分の発熱体ユニット２８に、感熱部４３を接触させて設け、異常温度上昇を検知して発熱体ユニット２８の通電回路を遮断するものである。

そして、サーモスタット２９は一般に用いられているバイメタル式が利用可能である。バイメタル式サーモスタットは、使用者が便座の着座面に着座するまでの短時間で着座部２６を暖めるために大電流を必要とする場合にも対応ができるとともに、金属の熱膨張率の差を利用した物理的動作で温度過昇防止装置を作動するため安定した動作を得ることができる。

上記構成において、使用者がトイレに入室した場合、赤外線センサ２４がそれを検知し、その信号が制御部３３に送られ、制御部３３は発熱体３６に通電を開始する。制御部３３には、便座２２の発熱体３６に通電することにより昇温を開始した時点からの経過時間をカウントするタイマー部４４が設けられている。

制御部３３は、通電開始時のサーミスタ３１および室温サーミスタ３２の信号をもとに、両者の温度差やそれぞれの温度から演算を行い、あらかじめ設定・記憶されている通電制限時間の最適値を選択し、タイマー部４４でカウントしている経過時間が通電制限時間に到達すると通電量を低減または零にし、その後サーミスタ３１の信号をもとに便座２２の着座部２６が適温になるよう通電量を制御する。

そして、制御部３３はサーミスタ３１が実際に使用者が触れる着座部２６の温度を検知しているので、精度良く適温まで昇温・維持するので快適であり、さらにサーミスタ３１および室温サーミスタ３２の信号をもとに負荷量に合わせて電力の投入量を制御するので、より精度良く安全に適温まで加熱することができる。また、付勢時間制御を優先的に行うことで通電制限時間後は通電量を低減し昇温速度を減ずるので、温度検知手段の応答速度が遅くても安全に便座を加温することができる。

次に、使用者が排便のために着座すると、着座検知手段３５の信号により発熱体３６への通電量を零または便座温度が過昇しないところまで低減する。これにより、サーミスタ３１などが故障しても使用中に便座温度が過昇することなく、火傷等が生じる心配なく安全である。加えて、便座２２への着座直前だけ便座加温を行うので、非常に省エネになるものである。

なお、ここでは着座検知手段３５をマイクロスイッチ３４で構成したもので説明したが、回動自在に設けた便座２２のヒンジ部等に設けても良く、その場所や構成は種々のものが考えられる。

便座２２は、熱伝導が良好な金属製の着座部２６を有しており、使用者が便座２２に着座するまでの極短時間に加温することができるので、ヒーターを常時通電しておくことなく非常に省エネになるとともに、発熱体３６は面形状であるため、均一な加熱が可能である。また、便座２２内部は空洞部２７としているため、空気による断熱効果によって発熱体から発生した熱はほとんど金属の着座部２６の加熱に使われるので、着座部２６を効率よく加熱し、使用者が便座に着座するまでの短時間に着座部を加熱することができ、無駄な電力消費を削減することができる。

以上の説明において、サーミスタ３１、室温サーミスタ３２、および着座検知手段３５によって、便座温度は過昇することは無いと述べたが、本実施の形態では使用者が便座２２に着座するまでの極短時間で加温するために、大電力を投入することから、さらに安全に対する配慮を行っている。例えば万一、制御部３３に異常が発生した場合でもサーモスタット２９で温度の異常を検知して発熱体ユニット２８への通電回路自体を遮断し、便座温度の過昇を回避することができる。

温度ヒューズ３０は、さらにサーモスタット２９に不具合が生じた時の安全策として設けられている。図５はサーミスタ３１、室温サーミスタ３２、着座検知手段３５をショートした状態で発熱体ユニット２８に通電した場合の温度上昇を示したものである。図５において、曲線（Ａ）は着座部２６の表面温度特性であり、室温１５℃では発熱体ユニット２８への入力約１．０Ｗ／ｃｍ２の場合、約６秒で通常の便座制御温度（Ｔ１）までの昇温が可能である。一方、断熱部４２に設けられたサーモスタット２９の感熱部４３の温度特性は曲線（Ｂ）に示すように、断熱部４２では着座部２６への熱の移動が少ないため着座部２６より速くｔ１時間で便座制御温度（Ｔ１）まで上昇する。

感熱部４３の温度は、さらにサーモスタット２９のオフ動作温度（Ｔ２）に達するが、実際にはサーモスタット２９に内蔵されているバイメタル４５（後述）の温度がオフ動作温度（Ｔ２）に達するまでに遅れが生じることから、実際にオフ動作が行われるのはｔ２時間後である。このように遅れが生じても、着座部２６よりも感熱部４３の温度が速く昇温するので、着座部２６の表面温度が安全限界温度（Ｔ３）に達する前に便座温度の異常を検出することができ、火傷等を起こすこと無く、安全に発熱体ユニットの通電回路を遮断することができる。

また、断熱部４２は、図６に示すように間隙４１に断熱体４６を挿入する構成としても良い。断熱体４６としては必ずしも断熱性の高いセラミック系の材料でなくても良く、硬質の発泡樹脂やＰＰ、ＰＥＴなど一般的な熱可塑性樹脂材料が使用可能である。このように間隙４１に断熱体４６を挿入して断熱部４２を構成することで、断熱部４２の形状を安定させられ、サーモスタット２９を断熱部４２に安定して固定できるとともに、断熱部４２と着座部２６の形状を規定するので着座部２６の温度と断熱部４２（すなわち、感熱部４３）との温度差のばらつきを小さくすることができ、温度の異常検知を安定して行うことができる。

以上のように本実施の形態では、面状の発熱体により着座部を均一に加熱できるので快適な使用感が得られるとともに、発熱体から発生した熱はほとんど金属の着座部の加熱に使われるので、着座部を効率よく加熱し、使用者が便座の着座部に着座するまでの短時間に着座部を加熱することができ、無駄な電力消費を削減することができる。また、着座部との間に間隙を形成するように断熱部を設けて発熱体ユニットから発生する熱の着座部への熱伝導を抑制するので断熱部に対応する部分を他部よりも早く温度上昇させられるため温度過昇防止装置の応答を早くすることができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における暖房便座の概略断面図である。本実施の形態は、温度過昇防止装置を、着座部を加熱する発熱体ユニットとは別個に便座内に設けた第２の発熱体ユニットに設けた点で実施の形態１の発明と異なり、それ以外の構成並びに作用効果は同じであり、前記異なる点を中心に説明する。

図７に示す構成は、便座２２内の一部に断熱材４７を介して第２の発熱体ユニット４８を設け、前記第２の発熱体ユニット４８に温度過昇防止装置であるサーモスタット２９を
設けた構成としている。第２の発熱体ユニット４８は面状に形成した第２の発熱体４９の上下両面にフィルム状の第１絶縁体５０および第２絶縁体５１を接着して形成し、発熱体ユニット２８と直列に接続して通電回路を構成している。

第２の発熱体ユニット４８を設ける位置は、任意であるが、図７では便座ベース２５の一部に設けている。そして、第２の発熱体ユニット４８は、電力密度を発熱体ユニット２８の電力密度より高く設定している。サーモスタット２９は、感熱部４３を第２の発熱体ユニット４８に接触させているが、サーモスタット２９を下向きに設定することにより、感熱部４３とバイメタル４５の間隔が最小となるように構成している。

すなわち、バイメタル式サーモスタット２９は通常、図８に示すように、円盤状で湾曲したバイメタル４５がキャップ５２内に収納され、温度上昇によってバイメタルを構成する金属の熱膨張率の差によりバイメタル４５が反転し、その時ピン５３を押し下げることによって接点（図示せず）を開にして前記通電回路を遮断する構成となっている。バイメタル４５とキャップ５２間には間隔ｄが形成されており、急激な温度変化を感知する場合は、この間隔ｄが大きいとバイメタル４５とキャップ５２の表面（すなわち感熱部４３）との間に温度差が生じ、サーモスタット２９の動作に遅れが生じる場合がある。図７の実施の形態では、サーモスタット２９を下向きに設定することにより、キャップ５２とバイメタル４５の間隔ｄを最小もしくは両者を接触させることにより、サーモスタット２９の動作遅れを低減するので、温度異常時に速やかに、かつ安全に第２の発熱体ユニット２９の通電回路を遮断することができる。

図９は、図５に示した特性と同様の評価を図７に示す暖房便座の構成で実施した結果である。室温１５℃で発熱体ユニット２８への入力の電力密度を約１．０Ｗ／ｃｍ２、第２の発熱体ユニット４８への入力の電力密度を１．２Ｗ／ｃｍ２とし、着座部２６と感熱部４３の温度を測定した。曲線（Ｃ）は着座部２６の表面温度特性、曲線（Ｄ）は感熱部４３の温度特性を示す。このように第２の発熱体ユニット４８への入力の電力密度を、発熱体ユニット２８への入力の電力密度より高くすることにより、感熱部４３の温度特性は図５の曲線（Ａ）の場合より早く時間ｔ３で通常の便座制御温度（Ｔ１）に達する。

またサーモスタット２９は、下向きに設定して第２の発熱体ユニット４８に設け、感熱部４３とバイメタル４５の間隔が最小となるように構成しているので、サーモスタット２９の動作遅れを低減することができ、図５の曲線（Ａ）よりも速い時間ｔ４でかつ、低い温度で発熱体ユニット２８の通電回路を遮断することができる。このとき着座部２６の温度は、図９に示すように図５の曲線（Ａ）よりも低い温度で回路が遮断されており、従って図７に示す暖房便座の構成では、より早く、かつ低い温度で安全に回路を遮断することができる。

なお、上記各実施の形態では発熱体３６および第２の発熱体４９を０．１ｍｍの板厚のステンレスをパターニングして形成したものについて説明したが、これに限ったものではなく、例えばパンチングメタル等を利用したものでも良く、また発熱体３６および第２の発熱体４９を別の工法で製作しても良い。また、上記各実施の形態では着座部２６の全体を金属で形成したが、少なくとも使用者の尻が着座する部分だけ金属であっても良いものである。

以上のように本発明にかかる暖房便座は、着座部を均一に加熱し快適な使用感が得られるとともに、使用時に即座に着座部を加熱することができ、無駄な電力消費を削減することができ、かつ着座部の温度の上がり過ぎを防止でき、使用者が着座する機器の暖房技術として適用することが可能である。

本発明の実施の形態１における暖房便座の概略断面図 同実施の形態１における暖房便座を搭載したトイレの斜視図 同実施の形態１における暖房便座の発熱体ユニットの概略構成図 同実施の形態１における暖房便座の温度過昇防止装置の要部断面図 同実施の形態１における暖房便座の温度特性図 同実施の形態１における暖房便座の別の要部断面図 本発明の実施の形態２における暖房便座の概略断面図 同実施の形態２における暖房便座の温度過昇防止装置の要部断面図 同実施の形態２における暖房便座の温度特性図 従来の暖房便座の概略断面図 従来の別の暖房便座の概略断面図

２２ 便座
２６ 着座部
２８ 発熱体ユニット
２９ サーモスタット（温度過昇防止装置）
３６ 発熱体
４１ 間隙
４２ 断熱部
４３ 感熱部
４５ バイメタル
４６ 断熱体
４７ 断熱材
４８ 第２の発熱体ユニット

Claims (5)

1. 少なくとも着座部を金属で形成した便座と、
   前記便座の裏面に設け、面状に形成した発熱体ユニットと、
   前記発熱体ユニットの一部と前記着座部との間に間隙を形成して構成した断熱部と、
   前記断熱部を構成する前記発熱体ユニットの一部の前記間隙側と対向する側に異常温度上昇を検知して回路を遮断する温度過昇防止装置を備えた暖房便座。
2. 断熱部を形成する間隙に断熱体を設けた請求項１記載の暖房便座。
3. 少なくとも着座部を金属で形成した便座と、
   前記便座の裏面に設け、面状に形成した発熱体ユニットと、
   前記便座内の一部に断熱材を介して設けた第２の発熱体ユニットと、
   前記第２の発熱体ユニットに異常温度上昇を検知して回路を遮断する温度過昇防止装置を備えた暖房便座。
4. 第２の発熱体ユニットは、その電力密度を発熱体ユニットの電力密度より高くした請求項３記載の暖房便座。
5. 温度過昇防止装置は、バイメタル式のサーモスタットである請求項１〜４のいずれか１項に記載の暖房便座。

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