JP4747821B2

JP4747821B2 - 暖房便座

Info

Publication number: JP4747821B2
Application number: JP2005359940A
Authority: JP
Inventors: 孝丹羽; 克彦宇野; 白井　　滋; 満之古林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006280913A

Description

本発明は便座を短時間で暖房する速温暖房便座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、ランプヒータを有する便座と、前記便座を使用しようとする人体を検知する人体検知センサと、前記便座の温度を検出するサーミスタと、便座への人の着座の有無を検出する着座センサと、ゼロクロス検出回路および位相制御回路を有し前記ランプヒータへの入力電力を制御するヒータ制御手段と、前記ゼロクロス検出回路の出力からの信号を一定時間遅延させる遅延回路とを備え、前記ヒータ制御手段の出力信号は、少なくともランプヒータを駆動しない待機状態と前記ランプヒータを定格出力で駆動する高出力状態と前記ランプヒータを弱出力で駆動する低出力状態とを有し、前記待機状態から急速に便座を加熱する高出力状態ではゼロクロス時点での通電、非通電を選択する波数制御を行い、前記便座を保温状態に保つ低出力状態では位相制御を行なうようにし、前記低出力状態における位相制御は、前記遅延回路を経て遅延された前記位相制御回路からの出力信号により制御され、前記位相制御回路の出力信号は、前記入力電力の交流波形の最大値を過ぎた後に出力されるように構成したものである。

この構成によって、便座を使用しようという人体を検出した時にランプヒータの通電を開始して急速に便座温度を昇温させ、人が着座をしたときには、ランプヒータへの通電を位相制御に切り替え、ＡＣ１００Ｖの電圧の値が小さくなる位相で通電を行なうことにより電力を小さくし、省エネルギー性を確保すると共に、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。

本発明は、速暖性能を有し、漏洩磁束低減性能に優れた暖房便座の実現を可能としたものである。

第１の発明は、ランプヒータを有する便座と、前記便座を使用しようとする人体を検知する人体検知センサと、前記便座の温度を検出するサーミスタと、便座への人の着座の有無を検出する着座センサと、ゼロクロス検出回路および位相制御回路を有し前記ランプヒータへの入力電力を制御するヒータ制御手段と、前記ゼロクロス検出回路の出力からの信号を一定時間遅延させる遅延回路とを備え、前記ヒータ制御手段の出力信号は、少なくともランプヒータを駆動しない待機状態と前記ランプヒータを定格出力で駆動する高出力状態と前記ランプヒータを弱出力で駆動する低出力状態とを有し、前記待機状態から急速に便座を加熱する高出力状態ではゼロクロス時点での通電、非通電を選択する波数制御を行い、前記便座を保温状態に保つ低出力状態では位相制御を行なうようにし、前記低出力状
態における位相制御は、前記遅延回路を経て遅延された前記位相制御回路からの出力信号により制御され、前記位相制御回路の出力信号は、前記入力電力の交流波形の最大値を過ぎた後に出力されるように構成したものであり、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、位相制御回路の出力信号が電圧の最大値を過ぎてから出力されると、ランプヒータに印加される電圧の波高値が小さくなり（ＡＣ１４１Ｖよりも低い電圧となる）、また印加時間も短くなることから、ランプヒータに流入する突入電流は抑制され、発生する漏洩磁束を低減することが可能になる。
またこの構成では遅延回路を用いてゼロクロスパルスの出力を一定時間遅延させるだけなので、低出力状態時での位相制御のパルス出力回路構成を簡単な構成でもって低漏洩磁束を実現することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、待機状態においても低出力状態における位相制御を行うものであり、待機状態も低出力でランプヒータが駆動されることにより、冬場の暖房のないトイレ空間のように冷えきった環境においても、使用者が不快に感じない温度まで短時間で昇温できるという利点がある。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記ヒータ制御手段は、前記サーミスタの温度検知信号が、一定温度を越えたことを検知すると、前記待機状態から前記低出力状態に状態を遷移させるようにしたものであり、トイレが連続して使用されるなどして便座が暖房されている時など、ランプヒータに余分な電力が供給されるのを防ぎ、省電力性に優れた速暖便座が実現可能される。

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における暖房便座の構成図である。

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２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２制御用のトライアック５、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の出力から位相差信号を出力する位相制御回路６ａ、ヒータ制御手段７、バッファー８、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、位相制御回路６ａ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２の制御信号が出力される。ランプヒータ２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２の出力が決定される。トライアック５は導通信号が出力されると、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で人体を検出して、暖房手段であるランプヒータ２に通電する。ランプヒータ２の通電は、ゼロクロス信号を受けてＡＣ１００Ｖの半波を全区間通電する波数制御と、ゼロクロス信号から、一定時間遅れてＡＶ１００Ｖの電圧の半波を通電する位相制御の二つの制御方法で行なう。全波制御は、人体検知センサ１０が人体を検知し、急速に便座１を加熱しなければならない状態での加熱であり、位相制御は人が便座１に着座し、便座１を保温状態に保つときの制御方法である。位相制御においては、ＡＣ１００Ｖの電圧波形の一部しか加熱に寄与しないので、ランプヒータ２が冷えた状態で通電されても、突入電流は小さく抑えられる。したがって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。またサーミスタ３で温度制御を行なっている。

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。

図２は本発明の実施の形態1における暖房便座制御における状態遷移図である。待機状
態１２はトライアック５へ信号が出力されていない状態。高出力状態１３はトライアック５へ常時出力されている状態。低出力状態１４はトライアック５が位相制御されている状態である。待機状態１２から高出力状態１３へのパスＡは人体検知センサ１０で人体検知がなされた時であり、高出力状態１３から低出力状態１４へのパスＢはサーミスタ３が温度検知した時であり、低出力状態１４から待機状態１２へのパスＣは着座センサ４の出力から人体を検出しなくなった時に移行する。例えば、着座センサ４が赤外線ＬＥＤの発光部と受光部を持った形式のものであったら、人体が便座１に着座している時は発光部からの光が人体に反射して受光部で検出することによって着座を検出している。人体が便座１から離れると、受光部での反射光検出ができないので着座なしと判定される。

このような状態遷移を行なう構成によって、人体を検知していない時には、通電を行なわず、検知して初めて通電を行ない、また人が使用を終わったら直ちに通電を停止することから、省エネルギー性に優れた暖房便座の実現が可能となる。

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。図３において位相制御回路６ａはゼロクロス検出回路からの信号を一定時間遅延させる遅延回路６ｂで構成されている。ＡＶ１００Ｖ電圧が０Ｖになる時に出力されるゼロクロスパルスは６０Ｈｚにおいて８．３ミリ秒以内の遅延時間を与えて、ヒータ制御手段７へ出力される。トライアック５はゼロ点から設定された遅延時間を経過してから導通し、次のゼロ点までランプヒータ２に電圧を印加させる。この構成ではゼロクロスパルスを一定時間遅延させるだけなので、回路の構成が簡単になる。位相制御のパルス出力回路が簡単になる。

図４は本発明の実施の形態1における暖房便座制御におけるトライアック５の制御パル
スおよびヒータ印加電圧波形のタイムチャートである。（ａ）は波数制御時、（ｂ）は位相制御時のものである。それぞれ上からゲートパルスの出力、ヒータ印加電圧波形を示し、縦軸は、出力電圧、横軸は時間である。

図４（ａ）の波数制御においてはＡＣ１００Ｖ電圧のゼロクロス点で、ゲートパルスが１個出力されるとランプヒータ２へは次のゼロ点までの半サイクル電圧が印加される。パルスが印加されないと、ランプヒータ２には電圧が印加されない。図中の斜線部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で示したのが電圧が印加される波形を示している。

図４（ｂ）の位相制御において、ゲートパルスはゼロクロス点より遅れて（ｔ１〜ｔ４）出力され（Ｖ１〜Ｖ４）ＡＣ１００Ｖ電圧は斜線で示した部分（Ａ１〜Ａ４）が印加さ
れる。ここでパルスが電圧の最大値を過ぎてから出力されると、ＡＣ１４１Ｖよりも低い電圧が印加され、また印加時間も短くなる。このように低い電圧が印加され、また印加時間も短いことから、突入電流は抑制され、したがって漏洩磁束も低減される。

図５は本発明の実施の形態1における暖房便座制御における状態遷移図である。図２と
の違いは、待機状態１２もトライアック５が位相制御され、低出力状態にあることである。高出力状態１３はトライアック５へ常時出力されている状態。低出力状態１４はトライアック５が位相制御されている状態である。待機状態１２から高出力状態１３へのパスＡは人体検知センサ１０で人体検知がなされた時であり、高出力状態１３から低出力状態１４へのパスＢはサーミスタ３が温度検知した時であり、低出力状態１４から待機状態１２へのパスＣは着座センサ４の出力から人体を検出しなくなった時に移行する。例えば、着座センサ４が赤外線ＬＥＤの発光部と受光部を持った形式のものであったら、人体が便座１に着座している時は発光部からの光が人体に反射して受光部で検出することによって着座を検出している。人体が便座１から離れると、受光部での反射光検出ができないので着座なしと判定される。

この待機状態も低出力でランプヒータ２が駆動されることにより、冬場の暖房のないトイレ空間のように冷えきった環境においても、使用者が不快に感じない温度まで短時間で昇温できるという利点がある。

図６は本発明の実施の形態1における暖房便座制御における状態遷移図である。図２と
の違いは待機状態１２から低出力状態１４へのパスＤが存在することである。待機状態１２で人体検知した時、サーミスタ３で便座１の温度が高いと判断したら、低出力状態１４へ移行する。このパスＤを設けることによって連続して使用されるなどして便座１が暖房されている時など、ランプヒータ２に余分な電力が供給されるのを防ぎ、省電力性に優れた速暖便座が実現される。

このようにゼロクロス検出回路６および位相制御回路６ａ、人体検知センサ１０およびサーミスタ３および着座センサ４の出力によってトライアック５駆動用のゲートパルスを出力するヒータ制御手段７によって速暖性能を有し、漏洩磁束の小さい、省エネルギー性に富んだ暖房便座を実現する暖房便座を実現することが可能になる。

以上のように、本発明にかかる暖房便座は、人体検出を初め、各種センサの出力でヒータ電力付勢を制御するものであるので、便座に限らず、暖房装置の安全性確保、人体の有無によって暖房出力をこまめに制御するなど安全、省エネルギーな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制御における状態遷移図同暖房便座制御における暖房便座の構成図（ａ）同暖房便座制御におけるトライアックの制御パルスおよびヒータ印加電圧波形の波数制御時のタイムチャート（ｂ）同暖房便座制御におけるトライアックの制御パルスおよびヒータ印加電圧波形の位相制御時のタイムチャート同暖房便座制御における状態遷移図同暖房便座制御における状態遷移図従来の暖房便座の断面構成図

符号の説明

１便座
２ランプヒータ
３サーミスタ
４着座センサ
５トライアック
６ゼロクロス検出回路
６ａ位相制御回路
６ｂ遅延回路
７ヒータ制御手段
１０人体検知センサ
１２待機状態
１３高出力状態
１４低出力状態
１５赤外線受光素子

Claims

ランプヒータを有する便座と、
前記便座を使用しようとする人体を検知する人体検知センサと、
前記便座の温度を検出するサーミスタと、
便座への人の着座の有無を検出する着座センサと、
ゼロクロス検出回路および位相制御回路を有し前記ランプヒータへの入力電力を制御するヒータ制御手段と、
前記ゼロクロス検出回路の出力からの信号を一定時間遅延させる遅延回路とを備え、
前記ヒータ制御手段の出力信号は、少なくともランプヒータを駆動しない待機状態と前記ランプヒータを定格出力で駆動する高出力状態と前記ランプヒータを弱出力で駆動する低出力状態とを有し、
前記待機状態から急速に便座を加熱する高出力状態ではゼロクロス時点での通電、非通電を選択する波数制御を行い、前記便座を保温状態に保つ低出力状態では位相制御を行なうようにし、
前記低出力状態における位相制御は、前記遅延回路を経て遅延された前記位相制御回路からの出力信号により制御され、前記位相制御回路の出力信号は、前記入力電力の交流波形の最大値を過ぎた後に出力されるようにした暖房便座。
前記待機状態においても前記低出力状態における位相制御を行うようにした請求項１記載の暖房便座。
前記ヒータ制御手段は、前記サーミスタの温度検知信号が、一定温度を越えたことを検知すると、前記待機状態から前記低出力状態に状態を遷移させる請求項１または２記載の暖房便座。