| 【発明の名称】 |
暖房便座 |
| 【発明者】 |
【氏名】大島 功治
【氏名】濱田 靖夫
【氏名】轟木 健太郎
【氏名】岡野 浩史
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| 【要約】 |
【課題】従来の暖房便座は、瞬間的に便座表面を温めることができず、常に通電するためエネルギの無駄が大きかった。また開示されている誘導加熱式暖房便座には、即熱性の高い誘導加熱式暖房便座を実現するための詳細な構成が不明である等の問題点があった。
【解決手段】かかる問題を解決するため、本発明は、温度検知を行う温度検知素子を磁気シールドしたことを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 交流電圧を出力する誘導加熱用電源と、前記誘導加熱用電源からの電流により磁界を発生する加熱用励磁コイルと、前記加熱用励磁コイルから発生する磁界により誘起される誘導電流により発熱する発熱体と、温度検知機能を有する温度検知素子より成る暖房便座において、前記温度検知素子を磁気シールドしたことを特徴とする暖房便座。
【請求項２】 前記温度検知素子の周囲またはその一部を、電気的に絶縁体もしくは半導体であり、かつ強磁性体である材料で覆うことにより磁気シールドしたことを特徴とする請求項１に記載の暖房便座。
【請求項３】 温度検知素子を発熱体と加熱用励磁コイルの間に設置し、該温度検知素子の少なくとも前記加熱用励磁コイル側に強磁性体からなる磁気シールド材料を配設し、該温度検知素子と前記発熱体の間を熱伝導性の高い材料で密着させたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の暖房便座。
【請求項４】 温度検知素子を、発熱体に対して、加熱用励磁コイルと反対側表面またはその近傍に設置したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の暖房便座。
【請求項５】 磁気検知機能を有する磁気センサを付加したことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の暖房便座。
【請求項６】 人が便器を使用することを検知する手段を設けるとともに、その出力により暖房便座の加熱を開始することを特徴とする特許請求項１乃至５何れか記載の暖房便座。
【請求項７】 前記発熱体からの熱を吸収し蓄える蓄熱体を付加したことを特徴とする請求項１乃至請求項６記載の暖房便座。
【請求項８】 便座の表面または便蓋表面の少なくとも一部にゴム材質からなる弾性体を付加したことを特徴とする特許請求項１乃至７何れか記載の暖房便座。
【請求項９】 前記誘導加熱用電源として商用電源を用いたことを特徴とする特許請求項１乃至８記載の暖房便座。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人の使用時に迅速な加熱を可能とし、快適でコンパクトな暖房便座に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来使用されている暖房便座は、図６に示すような構成になっている。３１は便座で、便器３３の上部のヒンジ３４によって開閉自在で、内部に設けたヒータ３２によって加熱するようになっている。ヒータ３２は電源線３５によって電源に接続しているものである。また特開平２−１２５０３８にはインバータ電源を用いた誘導加熱方式による暖房便座が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成の暖房便座は、金属発熱体が便座内部に設置されているため、瞬間的に便座表面を温めることができず、結果的に常に通電、温度制御し人の使用に備えなければならなかった。また特開平２−１２５０３８には誘導加熱を発生させるための基本要素が書かれているが、正確な温度検知の方法、または温度センサ構成等が不明であり、正確な温度検知ができなかった。さらに、温度制御の面や発熱体の磁束分布等の問題により、発熱体を適温でかつ温度分布を少なくすることが非常に難しい等の問題点があった。
【０００４】本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、熱すぎたり冷たすぎたりということが無く快適で、かつ即熱性が高いことで省エネルギな暖房便座を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記目的を達成するためになされた請求項第１項記載の発明は、交流電圧を出力する誘導加熱用電源と、前記誘導加熱用電源からの電流により磁界を発生する加熱用励磁コイルと、前記加熱用励磁コイルから発生する磁界により誘起される誘導電流により発熱する発熱体と、温度検知機能を有する温度検知素子より成る暖房便座において、前記温度検知素子を磁気シールドしたことを特徴とする【０００６】本発明においては、温度検知機能を有する温度検知素子を磁気シールドしたことにより、温度検知素子を貫通する磁束を低減でき、温度検知素子自身の誘導加熱を抑制できるため、正確な温度測定が可能になった。
【０００７】請求項第２項記載の発明は、温度検知素子の周囲またはその一部を、電気的に絶縁体もしくは半導体であり、かつ強磁性体である材料で覆うことにより磁気シールドしたことを特徴とする【０００８】本発明においては、温度検知素子の周囲またはその一部を、電気的に絶縁体もしくは半導体であり、かつ強磁性体である材料で覆うことにより、温度検知素子自身の誘導加熱を抑制できるとともに、磁気シールド効果を有する材料の抵抗値が大きいことから磁気シールド材料の誘導加熱も抑制することが可能になり、正確な温度測定が可能になった。
【０００９】請求項第３項記載の発明は、温度検知素子を発熱体と加熱用励磁コイルの間に設置し、該温度検知素子の少なくとも前記加熱用励磁コイル側に強磁性体からなる磁気シールド材料を配設し、該温度検知素子と前記発熱体の間を熱伝導性の高い材料で密着させたことを特徴とする【００１０】本発明においては、温度検知素子を発熱体と加熱用励磁コイルの間に設置したことによりセンサへの配線の引き回しが容易になり、温度検知素子の少なくとも前記加熱用励磁コイル側に強磁性体からなる磁気シールド材料を配設したことにより、温度検知素子自身の誘導加熱を抑制され正確な温度測定ができ、温度検知素子と前記発熱体の間を熱伝導性の高い材料で密着させたことにより、発熱体の温度が即座に温度検知素子に伝わるため発熱体の温度を正確に瞬時に測定することが可能になった。
【００１１】請求項第４項記載の発明は、温度検知素子を、発熱体に対して、加熱用励磁コイルと反対側表面またはその近傍に設置したことを特徴とする。
【００１２】本発明においては、温度検知素子を、発熱体に対して、加熱用励磁コイルと反対側表面またはその近傍に設置したことにより、温度検知素子への磁束が発熱体により磁気シールドされるため温度検知素子自身の誘導加熱を抑制でき、温度検知素子に磁気シールド材を別に付加しなくても、温度を正確に測定することが可能になった。
【００１３】請求項第５項記載の発明は、磁気検知機能を有する磁気センサを付加したことを特徴とする。
【００１４】本発明においては、発生磁界強度を磁気センサで測定することより、温度検知素子から算出される温度の補正が可能になり、温度測定の精度を向上することが可能になった。
【００１５】請求項第６項記載の発明は、人が便器を使用することを検知する手段を設けるとともに、その出力により暖房便座の加熱を開始することを特徴とする。
【００１６】本発明においては、人が便器を使用することを検知する手段を設けるとともに、その出力により本発明の暖房便座の加熱を開始するため、素早く便座の使用時のみ加熱することが可能になり、着座した瞬間から快適でなおかつ省電力な暖房便座の提供が可能になった。
【００１７】請求項第７項記載の発明は、発熱体からの熱を吸収し蓄える蓄熱体を付加したことを特徴とする。
【００１８】本発明においては、蓄熱体を付加したことにより電気エネルギを熱エネルギに変換し蓄積しておくことが可能になるとともに、蓄熱体の材料により蓄熱体からの放射温度を人体に快適な温度に選定することが可能になった。
【００１９】請求項第８項記載の発明は、便座の表面または便蓋表面の少なくとも一部にゴム材質からなる弾性体を付加したことを特徴とする。
【００２０】本発明においては、便座の表面または便蓋表面の少なくとも一部にゴム材質からなる弾性体を付加したことにより、加熱により発生する便座の振動を吸収または減衰することが可能になった。
【００２１】請求項第９項記載の発明は、前記誘導加熱用電源として商用電源を用いたことを特徴とする。
【００２２】本発明においては、誘導加熱用電源として商用電源を用いたことにより、電源部が簡略化でき、コンパクトで低コストな暖房便座の提供が可能になった。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を、添付図面により詳細に説明する。図１は便座部を上から見た上面図、図２は便器上に設置した暖房便座の側面図であり、図３は本暖房便座の温度検知素子付近の拡大図である。図１、図２、図３において、１は暖房便座、２は便器、３は加熱用励磁コイル、４は発熱体、５は温度検知素子、６は温度検知素子の磁気シールド材、７は熱伝導性の高い熱伝導体、８は磁気センサ、９は交流電圧を出力する誘導加熱用電源、１０は制御装置、１１は人が便器の前に立ったことを検知するセンサである。人が便器の前に立つと、センサ７が検知するとともに、検知信号を制御装置１０に出力し、制御装置１０からの出力により誘導加熱用電源６は加熱用励磁コイル３に交流電流の供給を開始し、発生する磁界により発熱体４に起電力が発生する。この起電力は電圧であり、発熱体４にはその固有電気抵抗に反比例する電流が流れ、その際のジュール熱により発熱体４は加熱される。発熱体４は便座表面付近に設けてあるため、着座時の人体臀部に近く、少ない熱量で、短時間に加熱することができる。
【００２４】加熱用励磁コイル３により発生する磁界Ｈを発熱体４に鎖交させると、発熱体４には磁化Ｍおよび磁束が発生する。磁束密度をＢ、真空の透磁率をμ0とすれば、Ｂ＝μ0（Ｈ＋Ｍ）が成り立ち、ＭがＨと比べて大きな値を示す（すなわちＢも大きくなる）ものは強磁性体と呼ばれる。印加した磁界Ｈの大きさに対する磁化Ｍの大きさＭ／Ｈは比磁化率と呼ばれ、材料の磁界に対する性質から決まる固有の値である。発熱体４に発生する起電力はＢの大きさに比例し、発熱体４としてある程度の発熱量を確保するためにはまずＢを大きくしなければならず、発熱体４は強磁性体が適している。一方、発生した起電力で発熱体４には発熱体の固有電気抵抗に反比例する電流が流れ、その際のジュール熱により発熱体４は加熱される。したがって発熱体４は電流を流すことが可能な半導体もしくは導体が適している。
【００２５】温度検知素子５は発熱体４の温度を検知し、温度検知素子５からの出力値により制御装置１０は、誘導加熱用電源６を制御し発熱体４を適温に制御する。図３のように、温度検知素子５は熱伝導性の高い熱伝導体により発熱体と密接しているため発熱体の熱が素早く温度検知素子５に伝達され、発熱体の温度をより正確に測定することが可能になった。さらに、温度検知素子５は、強磁性体からなる磁気シールド材６で覆われているため、加熱用励磁コイル３から発生する磁界を遮蔽しており、それにより温度検知素子５には誘導加熱による温度上昇が発生しない。さらに、前記磁気シールド材６が、電気的に絶縁体もしくは半導体であることにより磁気シールド材６自身の誘導加熱による温度上昇も低減でき、正確で、発生磁界に影響されない温度測定が可能になった。
【００２６】磁気シールド材料６には、鉄、ニッケル、コバルトやそれを基本とする合金や、フェライト等の酸化物系磁性体を用いることができる。しかし、誘導加熱の生じにくいものとしては、フェライト等の金属酸化物系磁性体が好適である。
【００２７】温度検知素子５は、発熱体に対して、加熱用励磁コイルと反対側表面またはその近傍に設置することが可能である。その場合は加熱用励磁コイル３からの磁界が発熱体４により遮蔽されるため、温度検知素子５に磁気シールド材を別に付加する必要がなくなる効果がある。また、加熱用励磁コイルを便座内に設置した場合には、温度検知素子は発熱体の人体側表面に設置することになり、人体臀部が実際に感じる温度に近い温度を測定することで、より快適な温度制御が可能になるという効果も有する。
【００２８】磁気センサ８は磁界の強さを測定し、温度検知素子から算出される温度値の補正を行う。温度検知素子の誤差要因として温度センサや磁気シールド材等で発生する誘導加熱による発熱があり、予め調べられている発生磁界強度と発熱量との関係を用いて補正することが可能となった。また、温度検知素子から算出される温度と、実際に人体が感じる温度の差には磁界強度との相関があり、これも磁気センサ８を用いて補正することが可能になった。磁気センサとしては磁気抵抗効果素子やホール素子等を用いたものが使用可能である。
【００２９】人が便器を使用することを検知する手段としては、例えば赤外線受光センサによる方法、焦電センサによる方法、便器前に圧力センサを設け、前に人が立った際の体重による圧力変化で判断する方法、またトイレのドアにｓｗを設けてトイレの開閉を検知する方法等でも良い。いずれの方法においても、人がトイレを利用することを検知し、本発明の暖房便座の加熱を開始することにより、素早く、便座の使用時のみ加熱することが可能になり、着座した瞬間から快適でなおかつ省電力な暖房便座の提供が可能になるとともに、従来の常時通電する方式と比較して著しくエネルギの節約が可能になった。また、加熱を停止するタイミングは、前記人の便器の使用を検知する手段からの信号によっても良いし、着座検出手段の信号によっても良いし、便器の使用を検知してからの時間を計測するタイマ等によっても良い。なお人が便器を使用することを検知しても便座に着座しないこともあり得るため、着座検出手段と便器の使用を検知してからの時間を計測するタイマ等を併用しても良い。また、温度センサや暖房便座の温度を検知するセンサ等によりトイレ内の温度を検知または推定し、ある一定以上の気温のときは加熱しないようすることも可能である。
【００３０】図４のように、蓄熱体１２を用いることにより、発熱体４から発生する熱エネルギを一旦蓄積することが可能になる。人が便器の前に立つと、センサ７が検知し、誘導加熱用電源６は加熱用励磁コイル３に交流電流の供給を開始し、発熱体４が加熱され、その熱は蓄熱体１２に吸収される。人の着座後、図５には記載されていない着座検出手段からの出力か、または人が便器の前に立ってからの時間等により、誘導加熱用電源６は加熱を停止し、人が着座している間は蓄熱体１２からの発熱により便座は適温を保持することができる。この場合、実際に加熱する時間が、人が便器を利用することが検知されてから、着座するまでまたはその程度の短時間に限定されるので、従来の常時通電する方式と比較して著しくエネルギの節約できるという効果がある。蓄熱体としては、顕熱を利用したものや潜熱を利用したものが利用可能であるが、潜熱を利用するものを用いれば凝固点が２０℃〜４０℃のものを使用することにより蓄熱体からの発熱温度を人体に快適な温度にすることが可能で、かつ蓄積できる熱量も大きくとれ蓄熱体を小型化でき、より好ましい。また、発熱体が蓄熱体に覆われている場合、蓄熱体で温度が均一化されるため、発熱体の細かい温度制御が不要になる効果も有し、温度検知素子を用いなくても実施可能である。蓄熱体には、潜熱を利用する材料としてパラフィン・ワックス系や脂肪酸等有機物や無機水和塩等が使用可能であり、顕熱を利用する材料として水、エチレングリコール等有機物、無機水和塩、セラミック等が使用可能である。
【００３１】図５の弾性体１３はゴム材質からなり、便座の表面または便蓋表面の少なくとも一部に設けられており、誘導加熱により発生する便座の振動を吸収または減衰する効果を有する。従来便座、便蓋には弾性体に近い樹脂が既に設けられているが、これは人体の着座時の重量を支持したり、便座、便蓋の開閉時の衝撃を吸収するためのもので硬すぎるため、誘導加熱時の振動の吸収、減衰の目的には不十分である。弾性体のゴム材の種類としては例えばシリコーン樹脂等のゴム材質を用いることができ、便座、便蓋に設置されている従来の弾性体に近い樹脂と併用することが可能である。
【００３２】誘導加熱用電源には交流電源が必要であり、その周波数や波形は特に問わないが、周波数をｆ、発熱体内の磁束密度をＢ、発熱体の抵抗率をρとした時、その発熱量はＢ2ｆ2／ρに比例するため、周波数は必要熱量との兼ね合いで決定される。発熱体を人体との接触部のできるだけ近くに設置し、発熱体の熱容量を下げることで、必要な発熱量を抑えたり、また加熱用励磁コイルと発熱体をなるべく近く設置し、Ｂを大きくしてやることで周波数には商用周波数を用いることが可能である。また、商用周波数を用い、いわゆる商用電源を用いる場合、その温度制御として位相制御等で電圧波形をＯＮ，ＯＦＦしてやることで、その発熱量の制御を行うことができる。これにより高価な高周波電源を用いる必要が無く、小型で安価な誘導加熱暖房便座の提供が可能となった。
【００３３】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮する。請求項１では、温度検知機能を有する温度検知素子を磁気シールドしたことにより、温度検知素子を貫通する磁束を低減でき、温度検知素子自身の誘導加熱を抑制できるため、正確な温度測定が可能になった。
【００３４】請求項２では、温度検知素子の周囲またはその一部を、電気的に絶縁体もしくは半導体であり、かつ強磁性体である材料で覆うことにより、温度検知素子自身の誘導加熱を抑制できるとともに、磁気シールド効果を有する材料の抵抗値が大きいことから磁気シールド材料の誘導加熱も抑制することが可能になり、正確な温度測定が可能になった。
【００３５】請求項３では、温度検知素子を発熱体と加熱用励磁コイルの間に設置したことによりセンサへの配線の引き回しが容易になり、温度検知素子の少なくとも前記加熱用励磁コイル側に強磁性体からなる磁気シールド材料を配設したことにより、温度検知素子自身の誘導加熱を抑制され正確な温度測定ができ、温度検知素子と前記発熱体の間を熱伝導性の高い材料で密着させたことにより、発熱体の温度が即座に温度検知素子に伝わるため発熱体の温度を正確に瞬時に測定することが可能になった。
【００３６】請求項４では、温度検知素子を発熱体に対して、加熱用励磁コイルと反対側表面またはその近傍に設置したことにより、温度検知素子への磁束が発熱体により磁気シールドされるため温度検知素子自身の誘導加熱を抑制でき、温度検知素子に磁気シールド材を別に付加しなくても、温度を正確に測定することが可能になった。
【００３７】請求項５では、発生磁界強度を磁気センサで測定することより、温度検知素子から算出される温度の補正が可能になり、温度測定の精度を向上することが可能になった。
【００３８】請求項６では、人が便器を使用することを検知する手段を設けるとともに、その出力により本発明の暖房便座の加熱を開始するため、素早く便座の使用時のみ加熱することが可能になり、着座した瞬間から快適でなおかつ省電力な暖房便座の提供が可能になった。
【００３９】請求項７では、蓄熱体を付加したことにより電気エネルギを熱エネルギに変換し蓄積しておくことが可能になるとともに、蓄熱体の材料により蓄熱体からの放射温度を人体に快適な温度に選定することが可能になった。
【００４０】請求項８では、便座の表面または便蓋表面の少なくとも一部にゴム材質からなる弾性体を付加したことにより、誘導加熱により発生する便座の振動を吸収または減衰することが可能になった。
【００４１】請求項９では、誘導加熱用電源として商用電源を用いたことにより、電源部が簡略化でき、コンパクトで低コストな暖房便座の提供が可能になった。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００１００８７
【氏名又は名称】東陶機器株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月３０日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３０９０９０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１３７７３７ |
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