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【発明の名称】 暖房便座
【発明者】 【氏名】丹羽 孝
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内

【氏名】宇野 克彦
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内

【氏名】白井 滋
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内

【氏名】岡 浩二
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内
【要約】 【課題】瞬暖性と省エネルギー性に富んだ瞬間便座暖房を実現する。

【解決手段】便座内部に設置されたランプヒータ２を人体検知センサ１０、サーミスタ３、着座センサ４、ゼロクロス検出回路６の信号によって、トライアック５で制御する。人体検知センサ１０で使用者の存在を検知した時、トライアック５でランプヒータ２を急速に過熱して便座１を暖め、使用中はサーミスタ３で便座を保温、使用を終了した事を着座センサ４が検知したら、ランプヒータ２への電力の供給を停止する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記ランプヒータへの電力供給を入り切りするトライアックと、前記ランプヒータへ供給するＡＣ１００Ｖのゼロ点を検出するゼロクロス検出回路と、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、前記ランプヒータ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、前記ゼロクロス検出回路および人体検知センサおよびサーミスタおよび着座センサの出力によって前記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を有する暖房便座。
【請求項２】
ヒータ制御手段の出力信号はランプヒータを駆動しない待機状態、定格出力で駆動する高出力状態、弱出力で駆動する低出力状態の３種類の状態を有し、前記待機状態から前記高出力状態へは人体検知センサの出力があった時移行し、前記高出力状態から前記低出力状態へはサーミスタの出力があった時移行し、前記低出力状態から前記待機状態へは着座センサの出力がなくなった時移行する請求項１記載の暖房便座。
【請求項３】
ヒータ制御手段の出力信号が、待機状態で人体検知センサの出力があった時でかつサーミスタの出力が所定レベルより高い時は、高出力状態を回避して直接低出力状態に移行する請求項２記載の暖房便座。
【請求項４】
ヒータ制御手段は、人体検知センサで人を検知した後、トライアック駆動用のゲートパルスを一定時間が経過するまで、間欠出力する請求項１記載の暖房便座。
【請求項５】
人体検知センサとヒータ制御手段は、人体検出信号を無線方式で送受信を行うようにした請求項１〜４記載の暖房便座。
【請求項６】
人体検知センサは、所定時間内に複数回人体検知が行われると、人体検知信号を出力する請求項１〜５記載の暖房便座。
【請求項７】
ヒータ制御手段は、ランプヒータへの付勢を手動で指示するスイッチを設置した請求項１〜６のいずれか１項記載の暖房便座。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
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の制御構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の暖房便座では、図１０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）。
【特許文献１】特開２０００−１４５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら速暖性能を向上しようとすると、必然的に大電力を投入する必要があり、熱源の制御ならびに暖を取る人の動きを的確に把握して、熱源の電力制御を行なわないと、無駄な電力を使ってしてしまう可能性があった。とくに熱源にランプヒータを使用するときには、ヒータのきめ細かな電力制御、温度制御を行なう必要があり、従来の構成では、実用的で快適かつ省エネルギー性に優れた便座暖房を実現できない可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記従来の課題を解決するために、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、前記ランプヒータへの電力供給を入り切りするトライアックと、前記ランプヒータへ供給するＡＣ１００Ｖのゼロ点を検出するゼロクロス検出回路と、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、前記ランプヒータ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、前記ゼロクロス検出回路および人体検知センサおよびサーミスタおよび着座センサの出力によって前記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を有する構成としたものである。
【０００５】
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、一定温度に保温、便座の使用を終えた時にはヒータへの通電を切るという一連の流れを実行でき、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できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、瞬暖性能を有し、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可能としたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、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、前記ランプヒータへの電力供給を入り切りするトライアックと、前記ランプヒータへ供給するＡＣ１００Ｖのゼロ点を検出するゼロクロス検出回路と、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、前記ランプヒータ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、前記ゼロクロス検出回路および人体検知センサおよびサーミスタおよび着座センサの出力によって前記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を有するものであり、瞬暖性能を有し、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暖房便座を実現することが可能になる。
【０００８】
第２の発明は、ヒータ制御手段の出力信号はランプヒータを駆動しない待機状態、定格出力で駆動する高出力状態、弱出力で駆動する低出力状態の３種類の状態を有し、前記待機状態から前記高出力状態へは人体検知センサの出力があった時移行し、前記高出力状態から前記低出力状態へはサーミスタの出力があった時移行し、前記低出力状態から前記待機状態へは着座センサの出力がなくなった時移行するものであり、使用者の状態の遷移に追随してランプヒータの加熱状態を変えていくものである。
【０００９】
第３の発明は、ヒータ制御手段の出力信号が、待機状態で人体検知センサの出力があった時でかつサーミスタの出力が所定レベルより高い時は、高出力状態を回避して直接低出力状態に移行するものであり、便座が一定の温度に達している時にはランプヒータの加熱を抑制することができる。
【００１０】
第４の発明は、特に第１の発明において、ヒータ制御手段は、人体検知センサで人を検知した後、トライアック駆動用のゲートパルスを一定時間が経過するまで、間欠出力するものであり、ランプヒータに流入する突入電流を抑えることができ、ランプヒータの長寿命化を図ることが可能になる。
【００１１】
第５の発明は、特に第１〜第４の発明において、人体検知センサとヒータ制御手段は、人体検出信号を無線方式で送受信を行うようにしたものであり、人体検知信号の出力を無線で伝送でき、センサの取り付け場所の制約を受けないという利点がある。
【００１２】
第６の発明は、特に第１〜第５の発明において、人体検知センサは、所定時間内に複数回人体検知が行われると、人体検知信号を出力するものであり、人体センサの人体検知精度の向上を図るものである。
【００１３】
第７の発明は、第１〜第６の発明において、ヒータ制御手段は、ランプヒータへの付勢を手動で指示するスイッチを設置したものであり、人体検知センサの出力でランプヒータへの付勢を行うとともに手動でもランプヒータへの付勢をを可能にするものである。
【００１４】
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。
【００１５】
（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。
【００１６】
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３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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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に通電を開始し、サーミスタ３で温度制御し、トライアック５でランプヒータ２の電力制御を行なうので、瞬暖性能を有し、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暖房便座を実現することが可能になる。
【００２０】
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へ間欠出力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。
【００２１】
図３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Ｃ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Ｃ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、省電力性に優れた瞬暖便座が実現される。
【００２２】
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。
【００２３】
図４においてゲートパルスが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。
【００２４】
図５は本発明の実施の形態１における高出力状態および低出力状態での立ち上がり時のゲートパルスのタイムチャートである。高出力状態では０．１秒間隔毎に印加されるパルス数を逓増して行き、１秒後からは最大のパルス数（１２パルス／０．１秒）を出力する。低出力状態では０．１秒間隔毎に印加されるパルス数を逓増して行き、０．２秒後からは低出力のパルス数（３パルス／０．１秒）を０．１秒ごとに出力する（高出力の３／１２＝１／４の電力を供給）。ランプヒータ２はフィラメント温度が低い時は抵抗値が低く、温度が上昇するにつれて抵抗値が増加する性質がある。従って最初から定格電力を印加すると、大きな突入電流が流れることになり、ランプヒータ２の寿命を短くする可能性がある。ゲートパルスの印加数を逓増すると、突入電流を抑え、ランプの長寿命化を測ることができる。
【００２５】
図６は本発明の実施の形態１における人体検知センサ１０から送られた人体検知信号がヒータ制御手段７に入力されるまでのインターフェイス回路図を示している。
【００２６】
また図７は本発明の実施の形態１における各回路ブロックの電圧波形図を示している。
【００２７】
人体検知センサ１０から赤外線で信号受光部１１へ赤外線で変調をかけて送信された信号は赤外線受光素子１５で受けられ、大きさが５Ｖにそろえられて反転回路１６、積分回路１７、波形整形回路１８を経てヒータ制御手段７に入力され、人体検知をしたと認識される。
【００２８】
ここで赤外線受光素子１５の出力信号は反転回路１６のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴトランジスタ１９のゲート（Ｇ）に入力され、ドレイン（Ｄ）と電源間につながれた抵抗２０とグラウンド間で入力に対して０Ｖと５Ｖが反転した出力が出力され、次段の積分回路１７に入力される。
【００２９】
積分回路は、１ＭΩ程度の高抵抗２１が、直列に接続された１００Ω程度の低抵抗２２とダイオード２３と並列接続され、コンデンサ２４とで充放電を行っている。ダイオード２３の極性のためにコンデンサの充電は主に低抵抗２２を通じて行われ、放電は高抵抗２１を介して行われる。従って、コンデンサの充電は早く、放電は高抵抗２１と低抵抗２２の抵抗比で決まるために約１００００倍時間がかかる。そのため、パルスが連続して入力される時の出力は４Ｖ近辺に留まり、入力が無くなると０Ｖに戻る。
【００３０】
波形整形回路１８はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴトランジスタ２５と抵抗２６、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴトランジスタ２７と抵抗２８の縦続接続で構成されている。積分回路の出力は、この波形整形回路１８で大きさが５Ｖの波形に整形されヒータ制御手段７に入力され、人体検知したと認識される。この構成で人体検知信号の出力を無線で伝送でき、センサの取り付け場所の制約を受けないという利点がある。
【００３１】
図８は本発明の実施の形態１における人体検知を判定するフローチャートである。
【００３２】
信号をカウントするフラッグＦｉｎｄをリセットする（ＳＴＰ８０１）。人体検知信号の有無を調べ（ＳＴＰ８０２）、信号がなければフラッグＦｉｎｄをリセットし（ＳＴＰ８０３）、アイドル状態に入って割り込みを待ち、割込みが発生したらＳＴＰ８０２に入る。人体検知信号があれば、フラッグＦｉｎｄを＋１し（ＳＴＰ８０４）、フラッグＦｉｎｄが１２になったかを調べ（ＳＴＰ８０５）１ａ達していなければ、アイドル状態に入り１ａに達しておれば、人体検知を終わって、検知後のルーチンへ進む。
【００３３】
このルーチンの割込みは、６０ＨｚのＡＣ１００Ｖのゼロクロスの信号を使っているために１２０秒毎に割込みが発生する。人体検知を判定するには、１２０＊１２＝０．１（秒）間人体検出信号が存在することが必要になり、ノイズで短時間のパルスが回路に重畳されても、誤検知することを防ぐことができ、信頼性の高い人体検知を実現することができる。
【００３４】
人体検知センサ１０と信号受光部１１の間の信号の無線送受信方式は省電力無線方式で行ってもよい。そのときは、見通し範囲内に送受信装置がなくてもよいので、設置場所の自由度が向上し、人体検知センサ１０をトイレ室外に設置、例えば、ドアの手前などに設置すると、ドアに手をかけた人を検知して、すばやく便座を暖めるなど、一層の即暖性能の向上を図ることができる。
【００３５】
また、赤外線方式によると、暖房便座の無線利用赤外線リモコンと受信装置を共用することが出来て、新たに受信装置を設置する必要もないので、省スペース性も向上する。
【００３６】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２における暖房便座の構成図である。
【００３７】
実施の形態１との違いは、図１の構成に加えて、ランプヒータ２への付勢を指示する赤外線送信部を備えたスイッチ３０を有する点である。実施の形態１においてはランプヒータ２の付勢は人体検知センサ１０での人体検知のみであったが、スイッチ３０が追加されたことによって、任意の時間に付勢を指示することが可能になった。例えば、人体検知センサ１０の電源が電池であった時（取り付けの自由度を確保するためには、それが望ましいのであるが、）電池の出力が低下して、人体検知が出来なくなった時等は、スイッチ３０によってランプヒータ２の付勢を行う事ができる。また人体検知センサ１０とスイッチ３０が並存していても何ら便座暖房の制御を妨げるものではない。
【００３８】
このようにゼロクロス検出回路６および人体検知センサ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によって瞬暖性能を有し、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暖房便座を実現することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における暖房便座の構成図
【図２】同暖房便座制御における状態遷移図
【図３】同暖房便座制御における他の状態遷移図
【図４】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タイムチャート
【図５】同暖房便座の高出力状態および低出力状態での立ち上がり時のゲートパルスのタイムチャート
【図６】同暖房便座のインターフェイス回路図
【図７】同暖房便座の電圧波形図
【図８】同暖房便座の人体検知を判定するフローチャート
【図９】本発明の実施の形態２における暖房便座の構成図
【図１０】従来の暖房便座の断面構成図
【符号の説明】
【００４１】
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
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
３０ スイッチ
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地
【出願日】 平成１６年５月３１日（２００４．５．３１）
【代理人】 【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄

【識別番号】１００１０３３５５
【弁理士】
【氏名又は名称】坂口 智康

【識別番号】１００１０９６６７
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 浩樹
【公開番号】 特開２００５−３３４５５１（Ｐ２００５−３３４５５１Ａ）
【公開日】 平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願番号】 特願２００４−１６１００４（Ｐ２００４−１６１００４）