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温度センサとそれを備えた暖房便座装置 - 特開2008−26199 | j-tokkyo
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【発明の名称】 温度センサとそれを備えた暖房便座装置
【発明者】 【氏名】白井 滋

【氏名】古林 満之

【氏名】島田 良治

【氏名】大野 英樹

【要約】 【課題】被検知体からの熱伝達および熱応答性が速く、かつ電気絶縁性の優れた温度センサを提供すること、及びその温度センサを備え(大容量の電力で急速加熱を行っても)安全性の高い暖房便座装置を提供することを目的とする。

【構成】感温素子2の感温部6が接触し且つ少なくとも感温素子2およびリード線5の一部を含む投影面積より広い絶縁シート7と、感温素子2およびリード線5の一部を絶縁シート7との間に包み込むように付着被覆した絶縁樹脂材料8を備えたことにより、絶縁シートを介して感温素子にすばやく熱伝達され、熱応答速度が速く、かつ、絶縁シート7に接触している感温素子2およびリード線5接続部が絶縁樹脂材料8で覆われているため、電気絶縁性の優れた温度センサができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
温度に応じて電気抵抗が変化する感温素子と、前記感温素子と電気接続したリード線と、前記感温素子の感温部が接触し且つ少なくとも前記感温素子および前記リード線の一部を含む投影面積より広い絶縁シートと、前記絶縁シートとの間に前記感温素子および前記リード線の一部を包み込むように付着被覆した絶縁樹脂材料を備えた温度センサ。
【請求項2】
絶縁樹脂材料は、接着性と可とう性を備えた樹脂にてなる請求項1に記載の温度センサ。
【請求項3】
絶縁樹脂材料は、接着性を備えた熱硬化性樹脂にてなる請求項1に記載の温度センサ。
【請求項4】
絶縁シートは、薄く形成しても電気絶縁性の優れた樹脂にてなる請求項1から3のいずれか1項記載の温度センサ。
【請求項5】
リード線は、感温素子に設けられた引出端子にスポット溶接またはハンダ付けにより絶縁シート側ではなく絶縁樹脂材料側に接続してなる請求項1から4のいずれか1項記載の温度センサ。
【請求項6】
請求項1から5に記載の温度センサと、着座面を有する便座ケーシングと、前記着座面を加熱するヒータと、前記温度センサを前記便座ケーシングに内蔵し前記温度センサの信号に応じて前記着座面の加熱温度を制御する制御部とを備えた暖房便座装置。
【請求項7】
便座ケーシングの着座面を熱伝導性のよい金属で形成し、温度センサの絶縁シート側を前記着座面の内側に密着固定した請求項6に記載の暖房便座装置。
【請求項8】
着座面はアルミ合金板とした請求項7に記載の暖房便座装置。
【請求項9】
ヒータは均熱シートを介して便座ケーシングの着座面の裏面側に貼着し、前記均熱シートに温度センサの絶縁シートを密着固定した請求項7または8のいずれか1項に記載の暖房便座装置。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、熱伝達性能が優れた温度センサとそれを備えた暖房便座装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の温度センサは、図9に示すように、エポキシなどの有機樹脂材料87を満たした槽Bに温度センサの感熱素子86及びリード線83a、83bの一部を浸漬した後、槽Bから取り出し、高温雰囲気で有機樹脂材料87を加熱硬化して絶縁被膜を形成していた。しかしこの方法は、電気絶縁性、耐候性能の良好な温度センサを製作することができるが、加熱硬化する前にリード線83a、83bに付着した有機樹脂材料87が表面張力によって感熱素子86の周囲に集まり、感熱素子86に厚く球状の絶縁被膜87a を形成したり、重力によって余分な樹脂が温度センサ先端部に集まるため、樹脂の加熱硬化後の形状にバラツキが生じて形状不良による不良品を発生させる等の欠点があった。また、このように完成した温度センサは、感熱素子86を覆う絶縁被膜87aの膜厚のバラツキにより、被検知体から吸収された絶縁被膜87aの熱が感熱素子86に伝達するまでの応答時間にバラツキが生じ、熱応答性の面で満足のいくものではなかった。
【0003】
このような問題を解消した温度センサとして、例えば、次に示すような構造の薄型の温度センサが提案されている。この温度センサは、図10(a)に示すように、一対の細幅金属板部93a、93bの一端から延在する部分を外部引出端子93a’、93b’とし、この細幅金属板部93a、93bの他端に挟持部96a、96bを形成し、この一対の挟持部96a、96bの側壁にチップ状の感熱素子97の電極部を電気的に接続し、前記外部引出端子93a’、93b’の一部を除いて、接着剤付き絶縁シート98a、98bを貼り合せてなる薄型の温度センサである。この薄型の温度センサは、厚みが薄く、平板状であるので、特別な空間を設けることなく、僅かな隙間に実装でき、熱応答速度が速い等の利点がある。(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2006−60027号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら特許文献1に開示された構造の薄型の温度センサは、感熱素子97及び外部引出端子93a’、93b’の一部を除く金属板部93a、93bを接着剤付き絶縁シート98a、98bで貼り合わせた構造であるので、高温多湿の環境下や長い期間使用していると、絶縁シート98a、98bの接着剤の接着力が低下し、絶縁シートが金属板部から剥がれる場合があり、長期的な信頼性の点で十分なものではなかった。またこの温度センサの構造は、図10(b)の断面図に示すように、薄い絶縁シートを使用し、感熱素子や細幅金属板部に対して両面から貼り合せた構造であるために、感熱素子や細幅金属板の側壁部分に空隙(t)が生じ、周囲の温度変化によって空隙部分から水分や湿気が侵入して感熱素子の電気的特性が劣化したり絶縁シートが剥離する等、長期的な信頼性の点で十分なものではなかった。またこの温度センサを暖房装置の一例として、たとえば暖房便座に内蔵してその便座温度を検知および制御するために使用する場合、電気用品取締法の電気便座の項に規定している浸水絶縁性能を満足する必要があり、前記従来の温度センサの構成では図10(b)の断面図に示すように、薄い絶縁シートを使用し、感熱素子や細幅金属板部に対して両面から貼り合せた構造であるために、感熱素子や細幅金属板の側壁部分に空隙(t)が生じ、周囲の温度変化によって空隙部分から水分や湿気が侵入して感熱素子の電気的特性が劣化したり絶縁シートが剥離する等、長期的な信頼性の点で浸水絶縁性能が十分なものではないという課題を有していた。しかも、図10(a)に示した従
来の温度センサの構成では外部引出端子93a’、93b’が露出した状態なので、この外部引出端子93a’、93b’にはんだ付けまたはスポット溶接によりリード線を接続して、その接続部分を防水絶縁処理しなければならない使用できない。
【0005】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被検知体からの熱伝達および熱応答性が速く、かつ電気絶縁性の優れた温度センサを提供すること、及びその温度センサを備え(大容量の電力で急速加熱を行っても)安全性の高い暖房便座装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記従来の課題を解決するために、本発明の温度センサは、温度に応じて電気抵抗が変化する感温素子と、前記感温素子と電気接続したリード線と、前記感温素子の感温部が接触し且つ少なくとも前記感温素子および前記リード線の一部を含む投影面積より広い絶縁シートと、前記感温素子および前記リード線の一部を前記絶縁シートとの間に包み込むように付着被覆した絶縁樹脂材料を備えたものである。
【0007】
上記構成によって、少なくとも感温素子の片面は感温部が絶縁シートに接触しているため、薄い絶縁シートを介して感温素子にすばやく熱伝達され、熱応答速度が速く、かつ、絶縁シートに接触している感温素子およびリード線接続部が絶縁樹脂材料で覆われているため、電気絶縁性の優れた温度センサの実現が可能となる。
【発明の効果】
【0008】
本発明の温度センサは、被検知体からの熱伝達および熱応答性が速く、かつ電気絶縁性の優れた温度センサを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
第1の発明は、温度に応じて電気抵抗が変化する感温素子と、前記感温素子と電気接続したリード線と、前記感温素子の感温部が接触し且つ少なくとも前記感温素子および前記リード線の一部を含む投影面積より広い絶縁シートと、前記感温素子および前記リード線の一部を前記絶縁シートとの間に包み込むように付着被覆した絶縁樹脂材料を備えた温度センサである。この構成によって少なくとも感温素子の片面は感温部が絶縁シートに接触しているため、薄い絶縁シートを介して感温素子にすばやく熱伝達され、熱応答速度が速く、かつ、絶縁シートに接触している感温部以外は感温素子およびリード線接続部が絶縁樹脂材料で覆われているため、電気絶縁性の優れた温度センサが実現できる。
【0010】
第2の発明は、絶縁樹脂材料が、接着性と可とう性を備えた樹脂にてなる請求項1に記載の温度センサである。このように絶縁シートの一部および感温素子を可とう性を備えた絶縁樹脂材料で覆っていることで、温度センサを多少湾曲した内面に取り付けて使用する場合、絶縁シートと可とう性絶縁樹脂材料ともども湾曲内面に沿うように撓むことができるため、絶縁シートが被検知面に密着でき熱伝達を損なうことなく高速の応答速度を確保できる。また、温度センサの各構成部材に温度変化による膨張収縮の繰返しが作用しても、可とう性の絶縁樹脂材料によって柔軟に応力を緩和するように作用し、温度センサの防水絶縁性能を損なうことなく長期間安定して使用できる。接着性と可とう性を備えた樹脂材料としては、シリコーン樹脂やポリウレタン樹脂のような材料がある。
【0011】
第3の発明は、絶縁樹脂材料は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂のように接着性を備えた熱硬化性樹脂にてなる請求項1に記載の温度センサである。このように絶縁シートの一部および感温素子を接着性を備えた熱硬化性樹脂で覆っていることで、温度センサの各構成部材に温度変化による膨張収縮の繰返しが作用しても、熱硬化性樹脂と絶縁シート、感温素子との十分な接着を保持することによって、温度センサの防水絶縁性能を損なうことな
く長期間安定して使用できる。接着性を備えた熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やアクリル樹脂のような材料があげられる。
【0012】
第4の発明は、絶縁シートは、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルイミド樹脂のように薄く形成しても電気絶縁性の優れた樹脂にてなる請求項1から3のいずれか1項記載の温度センサである。このように薄く形成しても電気絶縁性の優れた樹脂で絶縁シートを構成したことにより、感温素子の感温部にその薄い絶縁シートを介してすばやく熱伝達され、高速応答で且つ高い絶縁性能の温度センサが可能となる。薄く形成しても電気絶縁性の優れた樹脂としては、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルイミド樹脂のような材料があげられる。
【0013】
第5の発明は、リード線は、感温素子に設けられた引出端子にスポット溶接またはハンダ付けにより絶縁シート側ではなく絶縁樹脂材料側に接続してなる請求項1から4のいずれか1項記載の温度センサである。このように感温素子に設けられた引出端子にリード線を接続するのに、絶縁シート側ではなく絶縁樹脂材料側にリード線をスポット溶接またはハンダ付けにより接続することによって、絶縁シートを介して感温素子の感温部にすばやく熱伝達すべき絶縁シート側の出っ張りを防止できるため、絶縁シートを被検知部に密着させることができ、温度センサの高速応答性を安定して得ることができる。
【0014】
第6の発明は、請求項1から5に記載の温度センサと、着座面を有する便座ケーシングと、前記着座面を加熱するヒータと、前記温度センサを前記便座ケーシングに内蔵し前記温度センサの信号に応じて前記着座面の加熱温度を制御する制御部とを備えた暖房便座装置である。この構成によって便座ケーシングの着座面を加熱するヒータを大容量電力で短時間に加熱昇温しても、便座ケーシングに内蔵した温度センサが高速応答性と電気絶縁性に優れているので、着座面を快適で安全な温度に制御することができる。
【0015】
第7の発明は、便座ケーシングの着座面を熱伝導性のよい金属で形成し、温度センサの絶縁シート側を前記着座面の内側に密着固定した請求項6に記載の暖房便座装置である。この構成によって便座ケーシングの着座面を加熱するヒータの熱は、熱伝導性のよい金属で形成された着座面に高速に伝達されるため、着座面の温度分布も均一化されるとともにその着座面の内側に温度センサの絶縁シート側を密着して取り付けたことで、絶縁シートを介して着座面の温度が温度センサの感温部にすばやく伝達されるように作用する。このように、温度センサの絶縁シート側を金属の着座面の内側に密着固定したことにより、人が使用するときに大電力で急速に加熱昇温する場合も制御遅れによる便座温度の過熱などがない安全な暖房便座装置が可能となり、普段の保温電力を節約し省エネルギーの優れた安全な暖房便座装置を実現できる。
【0016】
第8の発明は、第7の発明において便座ケーシングの着座面をアルミ合金板としたものである。便座ケーシングの着座面を熱伝導性がよく、かつ熱容量が小さいアルミ合金板により形成することにより、着座面を加熱するヒータの加熱電力が従来と同じでも昇温速度および熱伝達速度が速くなり、着座面を常温(室温)から快適な暖房温度に到達する時間(秒数)をより短く早くすることができると共に温度分布もより温度ムラの少ない快適な暖房がしやすくなり、省エネルギー性および快適性をより向上させることができる。
【0017】
第9の発明は、第7または第8の発明において、ヒータは均熱シートを介して便座ケーシングの着座面の裏面側に貼着し、前記均熱シートに温度センサの絶縁シートを密着固定したものである。この均熱シートの形状や面積を着座面の暖房に必要な範囲箇所に合わせることにより、その均熱シートの部位を重点的に均一加熱することができ、その均熱シー
トの温度を温度センサで素早く検知するため、さらに暖房便座装置の快適性・省エネルギー性を向上させる温度制御をすることが可能となる。
【0018】
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。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。
【0019】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における温度センサの斜視図、図2は図1のA−A線に沿った断面図、図3は図1のB−B線に沿った断面図、図4は図1のC−C線に沿った断面図、図5は図1のD−D線に沿った断面図である。
【0020】
図1〜図5に示すように、温度センサ1は温度に応じて電気抵抗が変化するサーミスタ等の感温素子2と、その感温素子2の電極部3にハンダによって電気的に接続されたリード部4と、さらにそのリード部4に溶接またはハンダ付けしたリード線5を有し、感温素子2の感温部6が接触し且つ少なくとも感温素子2およびリード線5の一部を含む投影面積より広い絶縁シート7と、感温素子2およびリード線5の一部を絶縁シート7との間に包み込むように付着被覆した絶縁樹脂材料8を備えた構成である。もう少し詳しく説明すると温度センサ1は、図1に示すようにサーミスタ等の感温素子2の両側面に、金属板または金属線にてなるリード部4をハンダ付けし、そのリード部4の他端にリード線5をハンダ付けまたはスポット溶接した状態で、それら感温素子2からリード線5の一部までの投影面積より広い絶縁シート7の上に載置し、その上から絶縁樹脂材料8であるところの例えば液状のエポキシ樹脂を感温素子2およびリード部4、リード線5などが覆い被せられるまで垂らして絶縁シート7上に接着固化したものである。このとき感温素子2の感温部6は絶縁シート7に面接触した状態で一体化し、リード線5の絶縁被覆部9の一部まで絶縁樹脂材料8で覆われていることが必要である。ここで、一般的な感温素子の場合、絶縁シートに面接触させた裏側の面も同様に感温部である場合もあるが、この場合、面接触するのは表裏のどちらの面でもよく、絶縁シートに感温面が密着するように感温部の平坦部であればよい。
【0021】
以上のように構成された温度センサについて、以下その作用を説明する。絶縁シート7の厚さは0.05〜0.3mm程度と薄いフィルム状の絶縁材料であり、その薄い絶縁シート厚み方向の熱伝導は極めて速い。しかも感温素子2の片面は感温部6がその薄い絶縁シート7に面接触しているため、薄い絶縁シート7を介して感温素子2にすばやく熱伝達され、熱応答速度が速く、かつ、絶縁シート7上にある感温素子2、リード部4、リード線5は絶縁樹脂材料8で覆われており、その絶縁シート7と絶縁樹脂材料8とで包囲された部分は周囲の気体や液体および電気などと絶縁でき、電気絶縁性の優れた温度センサとして作用する。絶縁樹脂材料8は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの電気絶縁性と接着性とを兼ね備えた樹脂を多少流動性のある状態で絶縁シート7上に載置された感温素子2やリード部4、リード線5に対して上方から垂らすようにして滴下し、絶縁シート7上に載置された感温素子2やリード部4、リード線5などを覆い、そのあと自然固化あるいは固化時間短縮のため40℃程度の雰囲気で固化することで、感温素子2だけではなくリード線5とリード部4との接続部はもちろんリード線5の絶縁被覆部9の一部に至るまで、絶縁樹脂材料8に覆われることによって感温素子2をはじめ温度センサ1の導電部には湿気も浸入しない状態にできる。
【0022】
なお図1〜図5において絶縁シート7は、平板状の形状を例に図示したが、周縁の端面に縁折り部を設けたり、浅い容器状にしてもよく、そうすることで絶縁樹脂材料8のポッティングするとき、絶縁シート7から外側に絶縁樹脂材料8が余分に流出することを防止
できるため生産をやりやすくすることができる。
【0023】
本実施の形態において、絶縁樹脂材料8が、シリコーン樹脂やポリウレタン樹脂のように接着性と可とう性の両方を備えた樹脂にした場合、薄い絶縁シート7ともども多少湾曲させるような撓みが可能になる。したがって、温度センサ1を多少湾曲したような内面に取り付けて使用する場合においても、絶縁シート7と可とう性絶縁樹脂材料8ともども湾曲内面に沿うように撓むことができるため、絶縁シート7が温度を検知したい被検知面により密着させることができるため、熱伝達性を損なうことなく高速の熱伝達速度(熱応答)を確保できる。さらに、温度センサ1の各構成部材に温度変化による膨張収縮の繰返しが作用しても、可とう性の絶縁樹脂材料8によって柔軟に応力を緩和するように作用し、防水性や絶縁性を損なうことなく長期間安定して使用できる温度センサを実現できる。
【0024】
また、絶縁樹脂材料8が、エポキシ樹脂やアクリル樹脂のように接着力や耐熱性に優れた熱硬化性樹脂にした場合、温度センサ1の各構成部材に温度変化による膨張収縮の繰返しが作用しても、熱硬化性の絶縁樹脂材料8と絶縁シート7、感温素子2、リード部4、リード線5などとの十分な接着を保持することができ、防水性や絶縁性を損なうことなく長期間安定して使用できる温度センサを実現できる。
【0025】
また、絶縁シート7は、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルイミド樹脂のように薄く形成しても電気絶縁性の優れた樹脂で構成にすることによって、感温素子2の感温部6にその薄い絶縁シート7を介してすばやく熱伝達され、高速応答で且つ高い絶縁性能の温度センサが可能となる。
【0026】
また、リード線5は、感温素子2に設けられた引出端子であるリード部4にスポット溶接またはハンダ付けにより絶縁シート7側ではなく絶縁樹脂材料8側に接続することによって、絶縁シート7を介して感温素子2の感温部6にすばやく熱伝達すべき絶縁シート7側の出っ張りを防止できるため、絶縁シート7を温度を検知したい被検知面に密着させることができ、温度センサの高速応答性を安定して得ることができる。すなわち、絶縁シート7に不要な凹凸を生じさせることなくリード線5を接続することが要点である。
【0027】
以上のように、本実施の形態においては、少なくとも感温素子2の片面は感温部6が絶縁シート7に接触しているため、薄い絶縁シート7を介して感温素子2にすばやく熱伝達され、熱応答速度が速く、かつ、絶縁シート7に接触している感温部以外は感温素子2およびリード線5接続部が絶縁樹脂材料8で覆われているため、電気絶縁性の優れた温度センサが実現できる。このような構成であれば、絶縁シート7を介して、各種温度検知池沼物へ設置される場合、対象物にすくなくとも感温部に対応する平面部があればその部分に密着させて熱応答のよい温度検知が実現できるというものである。
【0028】
なお、本実施の形態においては、絶縁シート7は樹脂材料で説明したが、樹脂材料に限定するものではなく、たとえばセラミックシートなど樹脂以外の他の絶縁材料でも同様の効果を得ることができる。
【0029】
また、感温素子2とリード線5との間にリード部4を有する構成で説明したが、リード部4を有するものに限定されるものではなく、感温素子2にリード線5をハンダ付け等で直接電気接続した構成であっても同様の効果を得ることができる。
【0030】
(実施の形態2)
図6は本発明の第2の実施の形態における暖房便座装置を便器に設置した状態の斜視図を示し、図7は便座の側方部の要部断面図を示し、図8は図7のB−B切断面における便
座に接着された加熱装置の要部断面図を示すものである。
【0031】
図6に示すように、便器10上に暖房便座装置本体11が載置固定してある。前記本体11には回動自在に便蓋12及び便座13が設けてあり、前記本体11の袖部14には赤外線透過部が設けてあり、その内側にはトイレ空間の人体の有無(例えば、トイレ室への使用者の入室または暖房便座装置11への使用者の近接)を検知する赤外線センサ15が内蔵されている。
【0032】
次に図7に示すように、便座13の便座ケーシング16は、金属製の着座面を有する便座ケーシング16a(上枠体)と便器面に対峙する便座ケーシング16b(下枠体)のそれぞれの内周縁および外周縁を接合固定することにより、内部に空洞部17を有する構造となっている。その空洞部17の内部には便座ケーシング16aの着座部に対応する便座内壁面18に着座面19を加熱するヒータ20が取り付けられている。そのヒータ20の外側は絶縁被覆21で覆われ、このチュービングヒータ線20は蛇行した配線パターンに形成したものを片面に粘着剤が塗布された厚さ0.1mm程度のアルミ箔にてなる二枚の均熱シート22、23にサンドイッチ状に挟み込んだ状態で、厚さ1mm程度の便座ケーシング16a(上枠体)の内壁面18に前記均熱シート22のアルミ箔に付いている粘着剤によって貼り付け固定してある。そして着座面19の温度を検知する温度センサ1を均熱シート23の表面に密着するように貼り付け固定した構成である。
【0033】
以上のように構成された暖房便座装置について、以下その動作、作用を説明する。
【0034】
使用者がトイレに入室した場合、人体検知センサ15がそれを検知し、その信号によりヒータ20へ大容量電力を投入して瞬時に温度上昇させ便座ケーシング16の着座面の温度を目標温度に到達させる。よって、使用者が便座13に着座するまでに、昇温暖房された着座面19に人体が接触するので、快適に便座13を使用できる。また、着座検知の機能を備えて離座にともなって暖房を停止する構成とすることで、便座暖房を使用時に機能させることで、省エネが実現できる。
【0035】
従来の暖房便座装置は、一般的にヒータへの投入電力は最大でも50〜60ワット程度なので、便座を使用するときに通電を開始したのでは常温から35℃まで昇温するのに5分〜10分も待たなくてはならないため、通常使用していない間もずっと保温通電しておく必要があり、省エネルギーの観点からもムダが多く不都合であった。本実施の形態における暖房便座装置11は、ヒータ20への投入電力を最大1200ワット程度投入しても、安全快適に着座面19の温度を制御できる条件を満たすものである。たとえばヒータ20として断面で示したチュービングヒータにおいては、ヒータ20外周の絶縁被覆21の厚さが従来0.8mm程度で耐熱温度も約105℃程度と低いPVC(塩化ビニル樹脂)を使用していたが、本実施の形態においてはヒータ20外周の絶縁被覆21の厚さを0.1〜0.3mmに薄くかつ約260℃と耐熱性が高いPFA(パーフロロアルコキシ樹脂)を使用している。したがって、従来のヒータに1200ワット通電するとヒータは高速加熱されるが、ヒータ線外周の絶縁被覆0.8mmが厚いため熱の伝達を阻害しアルミ箔の均熱シートおよび便座ケーシングへの伝熱速度が遅くなる。伝熱が良くない状態でヒータ線には1200ワットもの大電力が供給される状態の場合、ヒータ線は数秒で数百度になり耐熱温度が約105℃程度と低いPVC(塩化ビニル樹脂)の絶縁被覆は軟化または溶融あるいは焦げるなど熱的に絶縁を損なうことになる。この従来の場合、均熱シートあるいは便座ケーシングに温度センサを貼り付けてヒータで加熱されて昇温してきたことを検知してヒータへの通電を減少または停止しようとしても、温度センサが昇温を検知するまでに上記したようにヒータの絶縁被覆が破損するため、全く実用にはならなかった。
【0036】
図7に示す本実施の形態においては、ヒータ20外周の絶縁被覆21の厚さを0.1〜
0.3mmと薄く形成し、かつ約260℃と耐熱性が高いPFA(パーフロロアルコキシ樹脂)を使用しているため、ヒータ20に1200ワット通電するとヒータ20は高速加熱されると同時に、薄い絶縁皮膜21を介してその絶縁皮膜21を挟み込むように貼り付けてある二枚のアルミの均熱シート22、23とに高速に熱伝達され、その均熱シート22、23を介して着座面19および温度センサ1に迅速に熱伝達される。したがって実施の形態1で説明した温度センサ1を均熱シート23に密着して貼り付けて、その温度センサ1の温度信号を暖房便座装置11の制御部30(図示せず)で検知しながらヒータ20の電力をコントロールすることによって、ヒータ20および絶縁被覆21を過熱することなく着座面19の温度を約6秒程度といったような秒単位の短時間に安全快適に昇温することができる。
【0037】
ちなみに、前記した従来の本実施の形態でヒータに1200ワット通電したときヒータ線外周の塩化ビニル樹脂の絶縁被覆0.8mmが厚いため、ヒータ線温度が絶縁被覆の耐熱温度105℃の約2倍の200℃に達する時点においても均熱シートの温度は30℃にも到達しないのに対し、本実施の形態の暖房便座装置11においては、ヒータ線20外周のパーフロロアルコキシ樹脂絶縁被覆21が0.2mmと薄いため、ヒータ線20の温度を絶縁被覆21の耐熱温度260℃の半分以下の100℃程度以下で着座面19および温度センサ1を35℃〜40℃程度の適温にコントロールすることができる。しかもヒータ20の絶縁皮膜21を挟み込むように二枚のアルミの均熱シート22、23を貼り合わせた構成なので、ヒータ20の熱はどこにもムダに逃げることなく薄い絶縁皮膜21を介して迅速に均熱シート22、23に熱伝達され、均熱シート22から熱伝導される便座ケーシング16aは比熱が小さく熱伝導率の優れたアルミ合金板(板厚1mm)のプレス成型品なので、着座面19を比較的少ない電力量で速く均等に昇温することができる。つまり便座ケーシング16aを構成しているアルミ合金板が比熱が小さく板厚が1mmと薄いということは、熱容量が小さいことになり、熱容量が小さいということは少ない熱エネルギーで昇温できることになり、短時間に少ない電力量で適温に昇温できるわけである。
【0038】
また温度センサ1については、実施の形態1において説明したように薄い絶縁シート7を介して感温素子2にすばやく熱伝達され、熱応答速度が速く、かつ、絶縁シート7に接触している感温部以外は感温素子2およびリード線5接続部が絶縁樹脂材料8で覆われているため、電気絶縁性の優れており、図7においては絶縁シート7が均熱シート23に密着するように貼り付けてある。冒頭説明した図9のような従来の温度センサは、感熱素子86を覆う絶縁被膜87aの膜厚のバラツキにより、被検知体から吸収された絶縁被膜87aの熱が感熱素子86に伝達するまでの応答時間にバラツキが生じ、しかも絶縁被膜87aの膜厚が厚く熱応答が遅いため、ヒータ20および着座面19、均熱シート23の温度変化の検出が遅れて、ヒータ20の電力制御も遅れることになり、この温度センサからのフィードバック制御によって着座面19の温度をコントロールしようとしても、ヒータ20および着座面19の温度のオーバーシュート・アンダーシュートが許容範囲を超えてしまって実用にならなかった。これに対し、実施の形態1で説明した熱応答速度が速く電気絶縁性に優れた温度センサ1を図7のように構成することによって、便座ケーシング16の着座面19を加熱するヒータ20を大容量電力で短時間に加熱昇温しても、温度センサ1がヒータ20および着座面19、均熱シート23の温度変化をすばやく検出できるので、着座面19を快適で安全な温度に制御することができる。
【0039】
また、図10に示した従来の温度センサS1を用いた場合、感熱素子97及び外部引出端子93a’、93b’の一部を除く金属板部93a、93bを接着剤付きの薄い絶縁シート98a、98bで貼り合わせた構造であり、熱応答速度は速いので着座面19の温度制御をすることは可能であるが、薄い絶縁シート98a、98bを使用し、感熱素子97や細幅金属板部93a、93bに対して両面から貼り合せた構造であるために、感熱素子97や細幅金属板93a、93bの側壁部分に空隙(t)が生じ、周囲の温度変化によっ
て空隙部分から水分や湿気が侵入して感熱素子97の電気的特性が劣化したり絶縁シート98a、98bが剥離する等、長期的な信頼性の点で十分ではなく、外部引出端子93a’、93b’は露出した状態なのでリード線を接続して、その接続部分を防水絶縁処理しなければならない使用できない。特に暖房便座装置においては電気用品取締法の電気便座の項に規定している浸水絶縁性能を満足する必要があり、図10に示した従来の温度センサS1は実用にはならなかった。これに対し、実施の形態1で説明した温度センサ1を図7のように構成することによって、少なくとも感温素子2の片面は感温部6が絶縁シート7に接触しているため、薄い絶縁シート7を介して感温素子2にすばやく熱伝達され、熱応答速度が速く、かつ、絶縁シート2に接触している感温素子2およびリード線接続部が絶縁樹脂材料8で覆われているため、便座ケーシング16の着座面19を加熱するヒータ20を大容量電力で短時間に加熱昇温しても、温度センサ1がヒータ20および着座面19、均熱シート23の温度変化をすばやく検出でき着座面19を快適で安全な温度に制御することができとともに、長期的な浸水絶縁性能など電気絶縁性の優れた暖房便座装置を実現できる。
【0040】
なお、図7においては温度センサ1を均熱シート23の表面に貼り付けた構成例について説明したが、図8のように温度センサ1を均熱シート22と均熱シート23との間に挟み込むように取り付けた構成にすることにより、均熱シート22と均熱シート23の両方向つまり温度センサ1の全方向から温度伝達を受けることができるので、より正確迅速に便座ケーシング16aの温度変化を検出することができる。また、温度センサ1の全周を均熱シート22と均熱シート23を形成する粘着剤付きのアルミ箔で封じ込めることができるので、より防水絶縁性を高めることができる。
【0041】
本実施の形態では、実施の形態1における温度センサ1の平滑面側である絶縁シート7を介して均熱シート23に貼り付けた構成として、金属からなる着座面19のような非常に平滑な面にも、また、着座部周縁の湾曲面などであっても、すくなくとも温度センサ1の感温部に対向する貼り付け対象物の平坦面があれば、温度センサ1の貼り付け面に可とう性があり貼り付けた際の密着性がよく、非常に熱応答がよくなるので、このような貼り付け構成にすることで、非常に温度センサ1の特性を活用することができる。
【0042】
以上のように本実施の形態の暖房便座装置11は、便座ケーシング16の着座面19を加熱するヒータ20を大容量電力で短時間に加熱昇温しても、便座ケーシング16に内蔵した温度センサ1が高速応答性と電気絶縁性に優れているので、着座面19を快適で安全な温度に制御することができる。
【0043】
また、便座ケーシング16の着座面となる上枠体16aをアルミ合金のような熱伝導性のよい金属により形成することにより、加熱装置の加熱電力が従来と同じでも熱伝達が早くなり、着座面温度の立ち上り時間を早くすることができると共に温度分布も均一化しやすい。また、便座ケーシング16の着座面19を加熱するヒータ20の熱は、熱伝導性のよい金属で形成された着座面19に高速に伝達されるため、着座面16の温度分布も均一化されるとともにその着座面19の内側に温度センサ1の絶縁シート7側を密着して取り付けたことで、絶縁シート1を介して着座面19の温度が温度センサ1の感温部2にすばやく伝達されるように作用する。このように、温度センサ1の絶縁シート7側を金属の着座面19の内側に密着固定したことにより、人が使用するときに大電力で急速に加熱昇温する場合も制御遅れによる便座温度の過熱などがない安全な暖房便座装置11が可能となり、普段の保温電力を節約し省エネルギーの優れた安全な暖房便座装置を実現できる。
【0044】
なお、本実施例の形態において、便座ケーシング16の上枠体16aをアルミ合金で形成した例で説明したが、アルミ合金に限らず熱伝導性のよい金属であればたとえば銅合金やステンレスなど他の金属であっても同様の効果を得ることができる。
【0045】
なお、便座ケーシング16の着座面19を熱伝導性がよく、かつ熱容量が小さいアルミ合金板により形成することにより、着座面19を加熱するヒータ20の加熱電力が従来と同じでも昇温速度および熱伝達速度が速くなり、着座面を常温(室温)から快適な暖房温度に到達する時間(秒数)をより短く早くすることができると共に温度分布もより温度ムラの少ない快適な暖房がしやすくなり、省エネルギー性および快適性をより向上させることができる。
【0046】
また、均熱シート22、23の形状や面積を着座面19の暖房に必要な範囲箇所に合わせることにより、その均熱シート22、23の部位を重点的に均一加熱することができ、その均熱シート22、23の温度を温度センサ1で素早く検知するため、さらに暖房便座装置11の快適性・省エネルギー性を向上させる温度制御をすることが可能となる。
【0047】
なお、本実施例の形態において均熱シートは、均熱シート22、23の二枚で構成した例で説明したが、例えば図7および図8において均熱シート22を省略し、均熱シート23と便座ケーシング16の上枠体16aとを密着して貼り付けた構成であっても同様の効果を得ることができる。
【0048】
なお本実施の形態では、温度センサ1を暖房便座装置11に使用した例について説明したが、必ずしも暖房便座装置や本実施の形態に限定するものではなく、温度センサ1は、たとえば床暖房装置、壁面暖房装置、ポータブルな個別暖房装置や乾燥装置などで、高速昇温を要すものや、防水電気絶縁性もしくは高湿電気絶縁性を要するものなどに有用なものである。
【0049】
また、本実施の形態ではトイレ空間の人体の有無を検知する赤外線センサを本体袖部に設けた例で説明したが、トイレ室内への使用者の入室が検知できる構成であれば、これに限らず、本体と別設した人体検出センサや入室検知センサからの信号の送受信により、着座面の暖房を開始するようにしてもよい。これにより、着座直前の便座暖房運転の開始を確実にすることができる。人体検知をするセンサの方式も、赤外線方式でなくても、超音波やマイクロ波の方式でもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【0050】
以上のように、本発明にかかる温度センサは、熱応答速度が速く、かつ、防水・防滴の電気絶縁性に優れているので、加熱の立ちあがり速度の速い加熱装置や暖房装置等の様々な用途にも適用できる。したがって、高速昇温ができなくて使用していないときも保温電力を要していたような装置で、特に高湿環境にさらされる可能性の高い装置において省エネルギー化を実現したい装置の実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【図1】本発明の実施の形態1における温度センサの斜視図
【図2】同温度センサのA−A断面図
【図3】同温度センサのB−B断面図
【図4】同温度センサのC−C断面図
【図5】同温度センサのD−D断面図
【図6】本発明の実施の形態2における温度センサを備えた暖房便座装置の全体説明図
【図7】同暖房便座装置の便座ケーシングの要部断面図
【図8】同暖房便座装置の便座ケーシングの部分断面図
【図9】(a)従来の温度センサの製造方法の説明図(b)同温度センサの構造を説明する説明図
【図10】(a)従来の薄型の温度センサの構造の説明図(b)同温度センサの断面図
【符号の説明】
【0052】
1 温度センサ
2 感温素子
5 リード線
6 感温部
7 絶縁シート
6 加熱対象物
8 絶縁樹脂材料
16 便座ケーシング
19 着座面
20 ヒータ
22 均熱シート
23 均熱シート
30 制御部
【出願人】 【識別番号】000005821
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成18年7月24日(2006.7.24)
【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】100109667
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 浩樹

【識別番号】100109151
【弁理士】
【氏名又は名称】永野 大介


【公開番号】 特開2008−26199(P2008−26199A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2006−200308(P2006−200308)