JP4923515B2 - 暖房便座 - Google Patents

Description

本発明は便座を短時間で暖房する速暖性を有する暖房便座のヒータの制御に関するものである。

従来のこの種の暖房便座では、図８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で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）。
特開２０００−１４５９８号公報

しかしながらランプヒータのような速暖性に優れる大容量のヒータで急速な加熱を行った場合、サーモスタット等の温度検出装置の検知遅れが発生するため、温度検知信号のみに依存したフィードバック制御では適切なヒータ制御ができず、便座を加熱しすぎる可能性があった。さらに、ヒータの発熱量はヒータの種類や容量といった特性だけでなく、ヒータに印加される電圧によっても左右されるため、便座が設置されたトイレの電源電圧が高い場合にはさらに過加熱傾向が強くなり、また、電源電圧が低い場合には逆に加熱不足になる可能性があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、速暖性に優れた大容量のヒータの最適な制御方法により、使い勝手がよく、省エネルギー性に富んだ暖房便座を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の瞬間暖房便座は便座を暖める熱源と、前記便座を使用する人を検出する人体検出手段と、前記便座の着座面の温度を検知する温度検知手段と、前記便座への電力供給源の電圧を監視する電源電圧検知手段と、前記熱源の通電時間を制御する熱源制御手段とを備え、前記人体検出手段が人体を検出すると、前記熱源制御手段は、前記熱源に大容量の初期電力を初期電力通電時間に亘り印加し、前記便座の温度を設定温度より低い温度にまで昇温させ、前記初期電力通電時間終了後は前記熱源へ印加する電力容量を低下させるものとし、前記温度検知手段の検出温度と、前記電源電圧検知手段の検出電圧に応じて前記熱源の前記初期電力通電時間を制御し、前記熱源制御手段は前記初期電力通電時間終了時における前記設定温度より低い温度に対応する前記温度検知手段の閾値を備え、前記初期電力通電時間が終了する前に前記温度検知手段による検知温度が前記閾値を超えたときは前記初期電力通電を停止する構成としたものである。

この構成によって、便座を使用しようとする人体を検出した時に、温度検知手段で検出
した便座表面の検出温度と、電源電圧を電源電圧検知手段で検出した電源の検出電圧に応じて熱源の初期電力通電時間を設定し、一定温度に加熱して通電を切るという一連の流れが実行される。つまり、電源電圧が異なる環境下においても、適切な温度に加熱するための通電時間制御を行う。また、便座表面温度を一定に抑え、安全で、快適な暖房便座を実現することが可能となる。

本発明は、速暖性能を有する暖房便座の暖房開始、終了のタイミングと、暖房温度の最適化を図り、使い勝手の良い、省エネルギー性に富んだ暖房便座の実現を可能としたものである。

第１の発明は、便座を暖める熱源と、前記便座を使用する人を検出する人体検出手段と、前記便座の着座面の温度を検知する温度検知手段と、前記便座への電力供給源の電圧を監視する電源電圧検知手段と、前記熱源の通電時間を制御する熱源制御手段とを備え、前記人体検出手段が人体を検出すると、前記熱源制御手段は、前記熱源に大容量の初期電力を初期電力通電時間に亘り印加し、前記便座の温度を設定温度より低い温度にまで昇温させ、前記初期電力通電時間終了後は前記熱源へ印加する電力容量を低下させるものとし、前記温度検知手段の検出温度と、前記電源電圧検知手段の検出電圧に応じて前記熱源の前記初期電力通電時間を制御し、前記熱源制御手段は前記初期電力通電時間終了時における前記設定温度より低い温度に対応する前記温度検知手段の閾値を備え、前記初期電力通電時間が終了する前に前記温度検知手段による検知温度が前記閾値を超えたときは前記初期電力通電を停止する。

この構成によって、必要な通電時間を、周囲の温度によって変わる便座表面温度と、設置場所の電源事情によって変わる電源電圧とを検知した上で設定して、過剰に加熱することがないので、速暖性能を有し、使い勝手の良い、省エネルギー性に富んだ暖房便座の実現を実現することが可能になる。また、便座表面温度を一定に抑え、安全で、快適な暖房便座を実現することが可能となる。

第２の発明は、特に第１の発明において、熱源サーミスタを前記熱源の近傍に設け、前記熱源サーミスタの検知温度を前記温度検知手段の検知温度として参照するようにしたものである。

この構成は、つまり、熱源の過昇温度防止のために近傍に設けた熱源用のサーミスタである熱源サーミスタを、熱源の通電前であれば便座表面温度に該当する温度を検知するとして、これを参照する構成としたものである。これにより、既設の温度検知手段を兼用して、的確なタイミングで温度参照を行うことによって構成を簡易にすることができる。

第３の発明は、特に第１または２の発明で、前記熱源制御手段は、前記電源電圧検知手段の検出電圧を複数段階に判定し、検出電圧が低い段階から高い段階になるに従って前記熱源への前記初期電力通電時間が順次短くなるように設定したものである。

この構成によって、設置場所における電源事情に応じて熱源の初期電力通電時間を変動させることにより、通電時間の過不足をなくして速暖性能を有し、最適な便座温度が設定できる。

第４の発明は、特に第１〜３の発明で、前記熱源制御手段は、前記電源電圧検知手段の検出電圧を複数段階に判定し、検出電圧が低い段階から高い段階になるに従って初期電力通電を停止する前記閾値が順次低くなるように設定するものである。

この構成によって、異常な温度上昇の判断基準となる閾値を、設置場所の電源事情に応じて適切に設定するので、速暖性能と安全性を両立した便座を供給することができる。

第５の発明は、特に第１〜４の発明で、前記電源電圧検知手段は前記熱源への通電中でありかつ通電開始してから所定時間が経過した後に電源電圧を検出するものである。

この構成によって、熱源への通電を終了させる所定時間および所定温度を、熱源へ電力供給が行われている時の電源電圧に応じて設定することが可能となり、速暖性能と安全性をより高いレベルで両立した便座を供給することができる。

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外観の斜視図を示し、図２は構成図を示すものである。

図に示すように、便座１は内部に空洞部を有し（図示せず）、便座を暖める熱源としてのランプヒータ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にはランプヒータ２制御用のトライアック５、ランプヒータ２の通電を制御するヒータ制御手段６、サーミスタ３と直列に接続される抵抗９、用を足そうとトイレ空間に入ろうとする人を検出する人体検知センサ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はトイレの壁面に設置してあり、トイレに入室した使用者を検出する。

ＡＣ１００Ｖの電源ラインには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７、ＡＣ１００Ｖ電源の電圧を検出する電源電圧検知回路８が接続されており、それぞれの回路の出力信号がヒータ制御手段６に入力されている。サーミスタ３はランプヒータ近傍に設けられてかつ、暖房する便座の表面温度に近似した温度を検知することが可能な位置に取り付けられており、便座表面温度に近似した温度を参照して便座表面温度を推定する構成としている。

人体検知センサ１０、サーミスタ３、ゼロクロス検出回路７、電源電圧検知回路８からの信号はヒータ制御手段６に入力され、その信号入力から演算されて、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、ＡＣ１００Ｖ電圧が印加されてランプヒータ２の出力が決定される。

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６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６に入力される。

図３はランプヒータ２への印加電力と便座表面温度の時間変化を示したグラフである。人体検知センサ１０で人体を検出すると、ヒータ制御手段６は、暖房手段であるランプヒータ２に８００ワットの初期電力を供給し便座を速暖する。ヒータ制御手段６はランプヒータ２への初期電力通電を所定時間行った後に、供給電力を２００ワットに変更し、便座１の使用者が着座している限り、２００ワットの電力で便座１を保温し続ける。保温時はサーミスタ３による検知温度に基づき設定温度になるようにヒータ制御手段６がランプヒータ２への通電を行う。

ここで、初期電力通電時間は、ランプヒータ２への通電開始前に、サーミスタ３で検出したランプヒータ２周辺の温度によって決定される時間に、電源電圧検知回路８で検出した電源電圧による補正を行うことによって設定されるものである。

ランプヒータ２の周辺温度は便座１および便座本体１ａ周辺の温度とも相関があるのでサーミスタ３で検出した温度に応じて温度が低い時には、ランプヒータ２への初期電力通電時間を長く、温度が高い時には、通電時間を短くして便座温度を周囲温度の変動に対してもできるだけ一定になるようにしている。また、電源電圧検知回路８で検出した電源電圧に応じて電圧が低いときにはランプヒータ２への初期電力通電時間を長く、電圧が高い時には、通電時間を短くして便座温度を設置場所の電源電圧に関わらず一定になるようにしている。

図４は検知温度とランプヒータ２への初期通電時間の関係を示すグラフである。図４はランプヒータ２への供給電力が初期電力８００ワットの場合を示しており、周囲温度が０℃に近い厳冬期でも１０秒以下の加熱で便座１を冷たく感じない程度まで加熱することが可能であり、周囲が３０℃を越えるような夏場では１秒以下の加熱、あるいは加熱を行わないでも便座を快適に保つことができる。また当然人が使わないときにはランプヒータ２への通電は行わない。この時、検知温度に対応したランプヒータ２への初期通電時間は例えば、５℃毎に区分した区間ごとに秒単位で設定することになり、通電時間は温度の関数になる。

また、電力と電圧の間には（式１）に示すような関係があることは一般的に知られている。
Ｐ＝Ｖ２÷Ｒ （１）
Ｐ［Ｗ］：電力 Ｖ［Ｖ］：電源電圧 Ｒ［Ω］：ランプヒータ抵抗値
一方、便座の速暖に用いられる初期電力通電時のトータルの熱量は（式１）の熱量と通電時間の積となる。
Ｑ＝Ｐ×Ｔ （２）
Ｑ：熱量［Ｊ］ Ｔ：初期電力通電時間［ｓ］
（式１）と（式２）より、電源電圧と初期電力通電時間の関係は（式３）のようになる。Ｔ＝Ｑ×Ｒ÷Ｖ２ （３）
（式３）より、ある一定量の熱量を得るのに必要な初期電力通電時間と電源電圧との関係は図４に示すグラフのようになる。縦軸は電源電圧が１００［Ｖ］の時の初期電力通電時間を１とし、電源電圧が変動した時の通電時間の増減割合を示している。

例えば、ランプヒータ２の定格が電源電圧１００［Ｖ］で８００［Ｗ］の場合、初期通電時間が６［ｓ］とすれば、（式２）より発生する熱量は４８００［Ｊ］となる。ここで電源電圧が９０［Ｖ］として、同一の熱量４８００［Ｊ］を得るためには、（式３）より７．４［ｓ］（定格時の１．２３倍）の初期電力通電時間が必要となる。

この通電時間は必要ならば、トライアック５の制御可能単位である商用周波数のゼロクロスの周期単位（６０Ｈｚで８．３ミリ秒）で設定可能である。このように周囲の温度に応じたランプヒータ２への通電を行うことによって、速暖性能を有し、使い勝手の良い、省エネルギー性に富んだ暖房便座を実現することが可能になる。

また図２に示したサーミスタ３はランプヒータ２通電前の近傍温度を測定するだけでなく、ランプヒータ２通電中の温度も測定、ヒータ制御手段６で判定できる。従って温度制御の閾値を設定して、ランプヒータ２の初期電圧印加中に閾値を越えたときは残り時間があるに関わらずランプヒータ２への通電を停止する。このことによっても便座表面温度を
一定に抑え、安全で、快適な瞬間暖房便座を実現することが可能となる。

ここでさらに、ランプヒータ２への通電を停止する閾値の温度を電源電圧検知回路８が検知した電源電圧に応じて設定することが好適である。図６は、ランプヒータ２を８００［Ｗ］で通電した時の実際の便座表面温度とサーミスタ３の検知温度から推定した便座表面温度の一例を示している。サーミスタ３の熱容量のためサーミスタ３の応答が遅れており、そのため実際の便座表面温度が５０℃で通電を停止するには、サーミスタ３から推定される便座表面温度の閾値は４０℃で設定する必要がある。そして、ランプヒータ２の電力が大きくなれば、実際の便座表面温度と閾値との誤差も１０℃より大きくなる。そこで、電源電圧が高い場合にはランプヒータ２への通電を停止する閾値の温度を低くなるように、電源電圧が低い場合には閾値の温度が高くなるように設定すれば、速暖性と安全性をより高いレベルで両立させることが可能となる。

なお、本実施の形態では、電源電圧を通電開始直前に行うように記したが、通電中に電源電圧の検出を行い、次回の通電時に前回の検出電圧値に応じて初期電力通電時間等を設定しても良い。速暖性のある大容量のヒータには流れる電流も大きいため、設置場所の屋内電力配線の抵抗成分が大きい場合には、ヒータに通電している時にＡＣ１００Ｖラインの電源電圧が低下してしまう。本実施例のランプヒータ２の場合、定格が８００［Ｗ］であり、流れる電流は８Ａであり、屋内電力配線の抵抗成分が０．５Ωの場合には電源電圧が４Ｖも低下することになる。

そこで、ランプヒータ２への通電中に電源電圧検知回路８による電源電圧検出を行えば、実際にランプヒータ２の印加される正確な電圧を検出することができ、初期通電時間等をより精度良く設定することができる。ここでさらに、通電開始から所定時間後に電圧を検出することが好適である。図７に通電開始直後のランプヒータ２に流れる突入電流の変化を示す。

ランプヒータの抵抗値はフィラメントが冷めている（トイレ室内の温度相当の温度となっている）時には、定格電力消費時の１／１０以下と小さく、通電初期には大きな突入電流が流れるため、電源の電圧降下が大きい。もちろん、フィラメントは急激に温度上昇するのでそれと共に抵抗値は短時間に定格抵抗に達して突入電流はすぐに抑制される。そこで、通電中に電源電圧を検出する場合は通電直後には行わず、突入電流が抑制された後に行うことによって、より正確な電源電圧を測定することができる。

なお、本実施の形態では便座表面温度をランプヒータ近傍に設けられたサーミスタ３の検出温度を用いて推定する構成としたが、便座表面温度専用のサーミスタを設けることにより精度良く便座表面温度を推定できることは明白である。ここで、熱容量の小さなサーミスタを用いれば、サーミスタの応答遅れを最小限にすることができるのでより好適である。

以上のように、本発明にかかる暖房便座は、通常は便座暖房の電力を供給せず、人体検出をした時にランプヒータに通電し、しかも環境温度、設置場所の電源事情に応じた時間、電力印加を行うことにより、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における暖房便座の斜視図 本発明の実施の形態における暖房便座の構成図 本発明の実施の形態におけるランプヒータへの印加電力と便座表面温度の時間変化を示したグラフ 本発明の実施の形態におけるサーミスタ検知温度とランプヒータへの初期電力通電時間の関係を示すグラフ 本発明の実施の形態１における初期電力通電時間と電源電圧との関係を示すグラフ 本発明の実施の形態１におけるランプヒータ通電時の実際の便座表面温度とサーミスタの検知温度から推定した便座表面温度の時間変化を示したグラフ 本発明の実施の形態における通電開始直後のランプヒータに流れる突入電流の時間変化を示した図 従来の暖房便座の要部断面図

１ 便座
２ ランプヒータ（熱源）
３ サーミスタ（温度検知手段）
６ ヒータ制御手段（熱源制御手段）
８ 電源電圧検知回路（電源電圧検知手段）
１０ 人体検知センサ（人体検出手段）

Claims (5)

1. 便座を暖める熱源と、前記便座を使用する人を検出する人体検出手段と、前記便座の着座面の温度を検知する温度検知手段と、前記便座への電力供給源の電圧を監視する電源電圧検知手段と、前記熱源の通電時間を制御する熱源制御手段とを備え、前記人体検出手段が人体を検出すると、前記熱源制御手段は、前記熱源に大容量の初期電力を初期電力通電時間に亘り印加し、前記便座の温度を設定温度より低い温度にまで昇温させ、前記初期電力通電時間終了後は前記熱源へ印加する電力容量を低下させるものとし、前記温度検知手段の検出温度と、前記電源電圧検知手段の検出電圧に応じて前記熱源の前記初期電力通電時間を制御し、前記熱源制御手段は前記初期電力通電時間終了時における前記設定温度より低い温度に対応する前記温度検知手段の閾値を備え、前記初期電力通電時間が終了する前に前記温度検知手段による検知温度が前記閾値を超えたときは前記初期電力通電を停止する暖房便座。
2. 熱源サーミスタを前記熱源の近傍に設け、前記熱源サーミスタの検知温度を前記温度検知手段の検知温度として参照するようにした請求項１に記載の暖房便座。
3. 前記熱源制御手段は、前記電源電圧検知手段の検出電圧を複数段階に判定し、検出電圧が低い段階から高い段階になるに従って前記熱源への前記初期電力通電時間が順次短くなるように設定した請求項１または２に記載の暖房便座。
4. 前記熱源制御手段は、前記電源電圧検知手段の検出電圧を複数段階に判定し、検出電圧が低い段階から高い段階になるに従って前記初期電力通電を停止する前記閾値が順次低くなるように設定した請求項１〜３のいずれか１項に記載の暖房便座。
5. 前記電源電圧検知手段は前記熱源への通電中でありかつ通電開始してから所定時間が経過した後に電源電圧を検出する請求項１〜４のいずれか１項に記載の暖房便座。
   

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