便座装置
【課題】便座ヒータ駆動部および便座ヒータの故障を検知して、故障の表示と機能の停止を確実に行い安全性の高い便座装置を提供することを目的とする。
【解決手段】便座４００と、便座４００の温度を測定する温度測定部４０１と、発熱部４５０と、発熱部４５０を駆動するヒータ駆動部４０２と、ヒータ駆動部４０２の駆動状態を検知するヒータ駆動検知部４０７と、交流電圧を検知する交流電圧検知部５１３と、ヒータ駆動部を制御する制御部９０を備え、制御部９０は前記ヒータ駆動検知部４０７の出力と交流電圧検知部５１３の出力からヒータ駆動部４０２の異常および発熱部４５０の断線を検知することにより、発熱部４５０とヒータ駆動部４０２に異常が発生した場合、制御部９０は異常を検知し、発熱部４５０を適切に制御し、安全を確保することが可能となる。
【解決手段】便座４００と、便座４００の温度を測定する温度測定部４０１と、発熱部４５０と、発熱部４５０を駆動するヒータ駆動部４０２と、ヒータ駆動部４０２の駆動状態を検知するヒータ駆動検知部４０７と、交流電圧を検知する交流電圧検知部５１３と、ヒータ駆動部を制御する制御部９０を備え、制御部９０は前記ヒータ駆動検知部４０７の出力と交流電圧検知部５１３の出力からヒータ駆動部４０２の異常および発熱部４５０の断線を検知することにより、発熱部４５０とヒータ駆動部４０２に異常が発生した場合、制御部９０は異常を検知し、発熱部４５０を適切に制御し、安全を確保することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、便座装置の発熱部の異常検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の便座装置および衛生洗浄装置においては、使用者が冬場等気温が低い場合においても不快を感じることなく便座に着座することができるように、便座ヒータへの供給電力を入り切りするトライアックと、交流電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出回路と、ゼロクロス検出回路の出力によってトライアックを制御して便座ヒータを駆動するヒータ制御手段とを備えている。
【０００３】
上記構成において、電源回路から電圧が印加されることにより便座ヒータが発熱する。そして、その熱が便座ケーシングに伝達される。それにより、便座ケーシングの温度が上昇し、使用者は快適に便座に着座することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３２０６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような従来の便座装置においては、トライアックが故障し場合、便座ヒータへの電力供給が切ることができなくなり、便座温度が過昇する恐れがあった。また便座ヒータが断線し、ヒータ線の断線部が便座の金属部に接触した場合、便座に電流が流れことにより使用者が不快を感じたり、身体へ損傷を受ける恐れもある。
【０００５】
本発明の目的は、トライアックの故障および便座ヒータの断線を検知して、便座装置の機能を安全に停止する便座装置を提供することである。
【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、本発明の便座装置は、便座と、便座の温度を測定する温度測定部と、発熱部と、発熱部を駆動するヒータ駆動部と、ヒータ駆動部の駆動状態を検知するヒータ駆動検知部と、交流電圧を検知する交流電圧検知部と、ヒータ駆動部を制御する制御部を備え、制御部は前記ヒータ駆動検知部の出力と交流電圧検知部の出力からヒータ駆動部の異常および発熱部の断線を検知することとしたものである。
【０００７】
これによって、発熱部とヒータ駆動部に異常が発生した場合、制御部は異常を検知し、発熱部を適切に制御し、安全を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の便座装置は発熱部に係わる異常を検知することにより安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、金属材料を含む着座面を有する便座と、前記便座の温度を測定する温度測定部と、前記便座の前記着座面の裏面側に設けられる発熱部と、前記発熱部を駆動するヒータ駆動部と、前記ヒータ駆動部の駆動状態を検知するヒータ駆動検知部と、交流電圧を検知する交流電圧検知部と、前記ヒータ駆動部を制御する制御部を備え、前記制御部は前記ヒータ駆動検知部の出力と、前記前記交流電圧検知部の出力から、ヒータ駆動部の異常および発熱部の断線を検知することにより、発熱部とヒータ駆動部に異常が発生した場合、制御部は異常を検知して発熱部を適切に制御することが可能となり、便座装置の安全
を確保することが可能となる。
【００１０】
第２の発明は、特に第１の発明において、制御部からの出力により異常表示を行う表示部を備えたことにより、発熱部とヒータ駆動部に異常が発生した場合、表示部により異常が報知されるため、使用者は便座装置の異常を認知することが可能となり、より安全性を向上するとともに、便座装置の点検修理および交換等の対応を適切に行うことができる。
【００１１】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、ヒータ駆動部の異常および発熱部の断線検知時に制御部の出力により、発熱部へ供給される交流電源の両極を遮断する遮断部を備えたことにより、異常が発生した場合に発熱部の通電を遮断することにより便座が異常温度まで上昇することがなく、使用者が損傷を置けることがない。また、両極を遮断することで、発熱部が断線し、断線部分が便座の金属部に接触して絶縁が破壊された場合も、便座の金属部への漏電は完全に遮断され安全性を確保することができる。
【００１２】
第４の発明は、特に第３の発明において、温度測定部の出力から便座の過昇を検知する過昇検知部を備え、前記過昇検知部が過昇を検知した場合は、制御部を介さずに遮断部を遮断することにより、ヒータ駆動部が故障し、かつ制御部も故障した場合であっても、発熱部への通電は遮断するため、安全性をより向上することができる。また、過昇検知部のための専用の遮断部を別に備える必要がなく、低コストで安全性の向上を実現できる。
【００１３】
第５の発明は、特に第３または４の発明において、発熱部の絶縁不良を検知する絶縁破壊検知部を備え、前記絶縁破壊検知部が絶縁不良を検知した場合、制御部を介さず遮断部を遮断することにより、発熱部の断線等により、発熱部と便座の金属部が接触して絶縁不良が発生した場合であっても、発熱部への通電は遮断するため、安全性をより向上することができる。また、過昇検知部のための専用の遮断部を別に備える必要がなく、低コストで安全性の向上を実現できる。
【００１４】
第６の発明は、特に第３〜５のいずれか１つの発明において、遮断部の接点は、便座装置が漏電した場合に作動する漏電遮断回路の接点を共用する構成とすることにより、専用の接点を別に備える必要がなく、低コストで安全性の向上を実現できる。
【００１５】
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。
【００１６】
（実施の形態１）
＜１＞便座装置の構成
図１は、便座装置１００の構成を示す模式図である。便座装置１００は、本体部２００、便座部４００を備える。
【００１７】
図１に示すように、本体部２００は、例えばマイクロコンピュータからなる制御部９０、便座の温度を測定する温度測定部４０１、便座の過昇を検知する過昇検知部４０５、便座ヒータを駆動するヒータ駆動部４０２、ヒータ駆動部の状態を検知するヒータ駆動検知部４０７、便座の絶縁破壊を検知する絶縁破壊検知部４０３、過昇検知部４０５および絶縁破壊検知部４０３の検知信号によりヒータ駆動部４０２への通電を遮断する遮断回路４０６と両切り接点５１１を有するリレーなどからなる遮断部、設定や異常を表示する表示部５１４、使用者が便座の設定等を変更時に操作する操作部５１５、制御部等の回路のために、交流電源から直流電圧を生成する絶縁型の直流電源部４０８、便座装置の漏電を検出する零相変流器（以下ＺＣＴと称する）４０９とＺＣＴの出力に応じて漏電を検知する漏電検知部５１０の出力によりリレーなどからなる両切り接点５１１によりヒータ駆動部４０２への通電を遮断する漏電遮断回路５１２、両切り接点５１１の便座ヒータ４５０側
に配置された交流電圧を検出する交流電圧検出回路Ａ５１３、両切り接点５１１の商用電源４０４側に配置された交流電圧検出回路Ｂ５１４を含む。
【００１８】
また、便座部４００は発熱部である便座ヒータ４５０およびサーミスタ４０１ａを備える。温度測定部４０１は、サーミスタ４０１ａから出力される温度信号に基づいて、便座温度を電圧へ変換し制御部９０へ入力する。
【００１９】
制御部９０は、あらかじめ設定され記憶した便座設定温度や、操作部５１６からの入力に応じて、通電率切替信号をヒータ駆動部４０２へ入力したり、便座設定温度等を表示部５１５に表示したりする。ヒータ駆動部４０２は通電率切替信号に応じて、商用電源４０４からの電流を制御して、便座ヒータ４５０への通電を制御する。
【００２０】
図２は便座４００部の分解斜視図である。
【００２１】
図２に示すように、便座部４００は、主としてアルミニウムにより形成された略楕円形状の上部便座ケーシング４１０の内面側に、略馬蹄形状の便座ヒータ４５０を貼り付け、さらにサーミスタ４０１ａを貼り付けた構造であり、合成樹脂により形成された略楕円形状の下部便座ケーシング４２０を備える。
【００２２】
図３は、便座ケーシング４１０に便座ヒータ４５０を貼り付け内側から見た図であり、図４は、図３のＡ-Ａ’での断面図である図５はＢ-Ｂ’での断面図である。
【００２３】
以下、着座した使用者から見て前方側を便座部４００の前部とし、着座した使用者から見て後方側を便座部４００の後部とする。
【００２４】
図２および図３に示すように、便座ヒータ４５０は、前部の一部が切り取られた略馬蹄状に形成される。なお、便座ヒータ４５０は、略楕円形状を有してもよい。便座ヒータ４５０は、例えばアルミニウムからなる金属箔４５１、４５３の間に線状ヒータ４６０を挟み込んだ構成である。
【００２５】
線状ヒータ４６０は、上部便座ケーシング４１０の形状に合わせて蛇行形状に配設される。線状ヒータ４６０の間隔は５ｍｍ程度である。
【００２６】
線状ヒータ４６０のヒータ始端部４６０ａおよびヒータ終端部４６０ｂは、便座部４００の後部の一方側から引き出されるリード線４７０にそれぞれ接続される。
【００２７】
さらに、図３に示すように、蛇行形状の線状ヒータ４６０の経路中に熱応力緩衝部となる複数の折曲部が設けられる。
【００２８】
さらに、図４に示すように、上部便座ケーシング４１０は、例えば厚さ１ｍｍのアルミニウム板４１３により形成される。アルミニウム板４１３の上面には、表面化粧層４１１が形成される。また、アルミニウム板４１３の下面には、塗装膜４１４が形成される。塗装膜４１４は、例えば膜厚４０μｍおよび１５０℃の耐熱性を有するポリエステル粉体塗装膜であり、電気用品技術基準である１０００Ｖで１分間以上の電気絶縁耐圧性能を十分確保することができる。
【００２９】
なお、アルミニウム板４１３の代わりに、銅板、ステンレス板、アルミニウムめっき鋼板および亜鉛アルミニウムめっき鋼板のうちいずれかまたは複数を用いてもよい。
【００３０】
塗装膜４１４の下面に粘着層４５２ａを介して例えばアルミニウムからなる金属箔４５
１が貼着される。金属箔４５１の膜厚は、例えば５０μｍである。金属箔４５１はＰＥＴ層４９５ａ２５μｍ、アルミ箔層４５１ａ２５μｍからなりＰＥＴ層４５１ａで強度を増す構造としている。
【００３１】
線状ヒータ４６０は、断面円形の発熱線４６３ａ、エナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２により構成される。断面円形の発熱線４６３ａの外周面がエナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２で順に被覆される。発熱線４６３ａおよびエナメル層４６３ｂによりエナメル線４６３が構成される。
【００３２】
発熱線４６３ａは、例えば０．１６〜０．２５ｍｍの直径を有し、銅または銅合金からなる。本例では、発熱線４６３ａとして、直径０．１７６ｍｍの４％Ａｇ−Ｃｕ合金からなる高抗張力型ヒータ線が用いられる。抵抗値は０．８３３Ω／ｍである。
【００３３】
エナメル層４６３ｂは、例えば１８０〜３００℃の耐熱性を有するポリエステルイミド（ＰＥＩ）からなる。エナメル層４６３ｂの膜厚は、２０μｍ以下であり、本例では１２〜１３μｍである。また、エナメル層４６３ｂの材料として、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）を用いてもよい。
【００３４】
絶縁被覆層４６２は、例えば２６０℃の耐熱性を有するパーフロロアルコキシ混合物（以下ＰＦＡと称する）等のフッ素樹脂からなる。絶縁被覆層４６２の厚みは、例えば０．１〜０．１５ｍｍである。ＰＦＡからなる絶縁被覆層４６２の形成は、押出し加工により行うことができる。 なお、絶縁被覆層４６２の材料として、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）を用いてもよい。
【００３５】
線状ヒータ４６０の外径は、例えば０．４６〜０．５０ｍｍである。線状ヒータ４６０の電力密度は、例えば０．９５Ｗ／ｃｍ２である。
【００３６】
線状ヒータ４６０は、粘着層４５２ｂおよび例えばアルミニウムからなる金属箔４５３で覆うように金属箔４５１に取り付けられる。金属箔４５３の膜厚は、例えば５０μｍである。金属箔４５３はＰＥＴ層４９５ｂ２５μｍ、４５３ａアルミ箔層２５μｍからなりＰＥＴ層４９５ｂで強度を増す構造としている。
【００３７】
また、金属箔４５３と金属箔４５１を貼り付けた端面全周をコーティング材４９０でコーティングすることで、便座の内面側はＰＥＴ層４９５ｂとコーティング材で充電部を覆うことができ、便座内部に水が入った場合でも、漏電等が起こらない構造となる。
【００３８】
図５において絶縁破壊検知リード線４７６の端には接続端子４７７が接続され、金属箔４５１と４５３の間に挟まれて固定されている。接続端子４７７は金属製で４５１のアルミ層に接触しており導通がある。
【００３９】
＜２＞ヒータ駆動検知部の構成および異常検知方法
〔２−１〕便座ヒータの制御方法
図６は図１の便座装置１００の詳細な回路構成を示す模式図の各ブックの詳細な構成を表している。ヒータ駆動部４０２はトライアックから構成され、交流電圧検出回路Ａ５１３は交流電圧のゼロクロスに同期した信号を出力する。制御部９０より便座ヒータ４６０の制御信号が出力されると、便座ヒータ４６０はトライアックを介してスイッチング制御され、交流電圧４０４が印加される。トライアック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。
【００４０】
図７は本発明の実施の形態における暖房便座制御におけるトライアックの制御パルスお
よび便座ヒータ印加電圧波形のタイムチャートである。斜線で示した部分が各制御状態での電圧が印加されている部分である。
【００４１】
便座ヒータ４６０の通電は、ゼロクロス信号を受けて交流電圧を全区間通電する全波制御と、半区間通電する半波制御、ゼロクロス信号から一定時間遅れて交流電圧の一部を通電する位相制御の３つの制御方法で行う。
【００４２】
全波制御および半波制御においては、交流電圧のゼロクロス点でトライアックへのゲートパルスが１個出力されると便座ヒータ４６０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、便座ヒータ４６０には電圧が印加されない。
【００４３】
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出力され、交流電圧はゲートパルス出力から次のゼロ点までの一部が印加される。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、低い電圧が印加され、また印加時間も短くなる。
【００４４】
このように全波制御および半波制御は、急速に便座を加熱する場合に適した制御方法であり、位相制御は電圧の印加時間も短いことから、便座の温度が目標温度の近辺にあり、保温状態に保つ場合に適した制御方法である。
【００４５】
〔２−２〕ヒータ駆動検知部構成
図８は便座ヒータ４５０各制御状態におけるヒータ駆動検知部４０７の出力信号を示したものである。ヒータ駆動検知部４０７は、ヒータ駆動部４０２のトライアックの両端に接続され、トライアックの導通状態を直流電源の信号に変換し、制御部９０へ出力する。
【００４６】
図８の太線の実線部分は、便座の各制御状態でのヒータ駆動検知部４０７の出力信号である。各段の左側は、トライアックと便座ヒータ４６０が正常時の波形、中央はトライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障時の波形、右側はトライアック開放故障時の波形である。図から分かるように、正常時と波形が明らかに異なる場合のみ異常検知を行う。
【００４７】
トライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障検知は、便座ヒータ４６０の非通電時と位相制御時に行う。半波制御時には印加される電圧の正負により正常時の出力が異なるため、異常検知は行わない。
【００４８】
トライアック開放故障検知は、全波制御時に行う。半波制御時には印加される電圧の正負により正常時の出力が異なるため、異常検知は行わない。
【００４９】
〔２−３〕トライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障検知方法
図９はトライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障検知方法の詳細を示したものである。制御部９０によりヒータ駆動検知部４０７の出力信号の入力を行う。ゼロクロス信号からＴ１、Ｔ２、Ｔ３時間経過後にヒータ駆動検知部４０７の出力信号のレベルを検出し、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３経過時のレベル検出値が３回とも一致した場合、半波１回分の入力確定値とする。このように異なるタイミングで複数回レベル検出を行っているのは、ノイズが交流電圧に対して周期的に発生した場合の誤判定防止のためである。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の値を５０Ｈｚと６０Ｈｚとで異なった値に設定することで、どちらの場合においても、ヒータ駆動検知部４０７の出力信号の過渡的な状態を避け、安定した状態のレベル検出を行うことができる。
【００５０】
半波２回分のレベル確定値を１組とする。正常時はＨＬまたはＬＨの組み合わせの連続であるので、あるサンプリング時間内で一定割合以上、ＬＬまたはＨＨの組み合わせがあった場合、異常と判定する。判定は１組確定毎に最古の確定値を捨てる移動判定方式で行
う。判定周期は交流１サイクル毎となる。
【００５１】
本実施の形態では、６０組中７０％の４２組以上の場合、異常と判定している。６０Ｈｚの場合、異常発生から異常確定まで最短で０.７秒（４２サイクル）となる。このようにノイズに強くかつ早く異常確定することができる。
【００５２】
トライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障が確定すると、制御部９０により表示部５１５は所定の異常表示を行う。また制御部９０は遮断回路４０６と両切り接点５１１からなる遮断部を作動させ、便座ヒータ４６０へ供給される交流電源の両極を遮断する。
【００５３】
トライアックが短絡故障すると便座ヒータ４６０への通電が止まらなくなり便座の温度が過昇する。そのため過昇検知部４０５と併用するとさらに安全性が高まる。制御部９０と過昇検知部４０５のどちらか一方が故障した場合でも、確実に便座ヒータ４６０への通電を停止させることができる。また故障していない場合でも、どちらか早く異常確定した方にて停止させることができる。またノイズによる誤判定防止のため、制御部９０での異常確定時間を十分長くとって、異常表示のみを行い、過昇検知部４０５にて便座ヒータ４６０を停止させることも可能である。
【００５４】
また同様に、便座ヒータが断線すると、断面が便座の金属部に接触して絶縁が破壊される場合がある。そのため絶縁破壊検知部４０３と併用するとさらに安全性が高まる。制御部９０と絶縁破壊検知部４０３のどちらか一方が故障した場合でも、確実に便座ヒータ４６０への通電を停止させることができる。また故障していない場合でも、どちらか早く異常確定した方にて停止させることができる。またノイズによる誤判定防止のため、制御部９０での異常確定時間を十分長くとって、異常表示のみを行い、絶縁破壊検知部４０３にて便座ヒータ４６０を停止させることも可能である。
【００５５】
〔２−４〕トライアック開放故障検知方法
図１０はトライアック開放故障検知方法の詳細を示したものである。ヒータ駆動検知部４０７の出力信号のレベル検出方法およびレベル確定方法は、前述のトライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障検知方法と同様である。
【００５６】
半波２回分のレベル確定値を１組とし、正常時はＬＬの組み合わせの連続であるので、あるサンプリング時間内で一定割合以上、ＨＬまたはＬＨの組み合わせがあった場合、異常と判定する。判定は１組確定毎に最古の確定値を捨てる移動判定方式で行う。判定周期は交流１サイクル毎となる。
【００５７】
本実施の形態では、６０組中７０％の４２組以上の場合、異常と判定している。６０Ｈｚの場合、異常発生から異常確定まで最短で０.７秒（４２サイクル）となる。
【００５８】
トライアック開放故障が確定すると、制御部９０により表示部５１４は所定の異常表示を行う。トライアック開放故障の場合、便座ヒータ４６０は通電すべき場合に通電されなくなるため便座は温まらないが、便座の過昇や絶縁破壊等の不安全はない。そのため制御部９０は、遮断回路４０６を作動させず、交流電源の両極を遮断しない。所定の異常表示のみ行う。よって使用者は洗浄等、便座以外の機能は使用することが可能である。
【００５９】
＜３＞各安全回路の構成
〔３−１〕絶縁破壊検知回路
図６に示すように、絶縁破壊検知部４０３は交流電源４０４から、両切り接点５１１、零相変流器（ＺＣＴ）４０９を経由した両極に接続され、その内部では両極は耐圧が６００Ｖ程度の整流用ダイオード４９２のアノード側に接続され、これらのダイオードのカソ
ード側は電流制限用の抵抗４９３ａと４９３ｂを介して接続され抵抗の接続点はダーリントンタイプフォトカプラ４９４のＬＥＤのアノード側に接続される。そしてこのＬＥＤのカソード側は便座４００の絶縁破壊検知リード線４７６へ接続されている。整流用ダイオード２つを介して接続されることより、交流電源４０４のどちら側からか便座の絶縁が破壊した場合に検知線４７６へ電流がながれる。これは、ヒータ線４６０のどの部分で絶縁が破壊されても、交流のどちらかの極から必ず検知電流が流れるようにするためである。
【００６０】
便座ヒータ４５０のヒータ線４６０の絶縁層である４６３ａおよび４６２の絶縁が、経年変化や、局所発熱等により、便座ヒータ４５０のどこかで破壊した場合に、便座ヒータと検知線が導通すると、検知電流がながれ、フォトカプラ４９４がオンする。フォトカプラ４９４の出力はエミッタ設置されたＰＮＰのトランジスタのベースに入力され、このＰＮＰのトランジスタはオンし、このコレクタ出力は電源電圧になる。すると、このコレクタに抵抗を介して接続された遮断回路４０６内のラッチ回路を構成するＮＰＮトランジスタ１およびＮＰＮトランジスタ１がオンして、ＮＰＮトランジスタ１のベース電圧は電源電圧にラッチされる。そして、遮断回路４０６のＮＰＮ出力段トランジスタ１がオンして、定電圧源からＺＣＴを介してＮＰＮ出力段トランジスタ１へ電流が流れる。すると、ＺＣＴを通る電線の２本の間に漏電が起きた場合と同様にアンバランスが発生し、ＺＣＴの出力に電圧が発生し、漏電検知部５１０が両切り接点５１１を遮断する。すると、便座ヒータ４６０への通電は停止する。
【００６１】
もし、絶縁破壊したまま使用されてしまうとさらに、便座の紛体塗装の絶縁層や便座表面の絶縁層まで破壊し、使用者が感電する恐れがあり、本発明により未然に防ぐことができる。
【００６２】
さらにＮＰＮ出力段トランジスタ２の出力は制御部９０へ入力され制御部は遮断回路４０６が動作したことを表示部５１４に表示し、使用者は便座装置の異常を知ることができる。また、電流制限用の抵抗４９３ａ、４９３ｂはヒータ線４６０の抵抗値が非常に小さいため絶縁破壊時にヒータ線４６０を流れる電流がそのままフォトカプラ４６４のＬＥＤに流れることでフォトカプラ４９４が壊れることを防ぐためのもので１０ｋΩ以上の値である。また、フォトカプラ４９４のＬＥＤに並列に１ｋΩ程度の保護抵抗を接続しても同様の効果がある。また、２つのダイオード４９２の間に制限抵抗４９３ａ、４９３ｂがあることで、ダイオードの1つがショート故障した場合でも、絶縁破壊検知部４０３で大電流が流れない用になっている。ここで、図６では２つのダイオード４９２とフォトカプラ４９４のＬＥＤの極性を交流電源側をアノードとしたが、交流電源側へ電流が流れるように交流電源側をカソード側を接続してもよい。
【００６３】
ＰＮＰのトランジスタのコレクタ出力に接続されたＲＣの時定数を３秒以上とすることにより、電気便座の絶縁耐圧試験１２００Ｖ、３秒間の試験で、でダイオード４９２の耐圧を超えた電圧が印加されることダイオードにアバランシシェが発生し、ダイオードに逆電流が流れることで便座ヒータ＝検知線間の絶縁が破壊しなくても検知電流が流れ、フォトカプラ４９４がオンしても、３秒間は遮断回路４０６が動作しないため、絶縁破壊検知回路が誤動作しなくなる。さらに、時定数を１分以上に延ばせば、１０００Ｖ、１分間の絶縁耐圧試験でも誤動作しなくなる。
【００６４】
また、フォトカプラのＬＥＤと並列にダイオードを接続することで、ＬＥＤにかかる逆電圧をダイオードのＶｆに軽減でき、フォトカプラのＬＥＤが破壊することはない。
【００６５】
〔３−２〕過昇検知回路
便座温度の変化によって便座内面に貼り付けたサーミスタ４０１ａの抵抗値が変化する。その抵抗値の変化を定電圧源と抵抗を備えた温度測定部４０１により、電圧信号へ変換
する。変換された信号電圧、過昇検知部４０５のコンパレータに入力される。コンパレータの他方の入力には、４７℃相当に基準電圧が入力される。温度測定部４０１からの信号電圧が基準電圧を下回った場合に、過昇検知部４０５から信号が出力される。
【００６６】
出力された信号は遮断回路４０６へ入力される。遮断回路４０６はトランジスタを２個組み合わせたラッチ回路を構成しており、一瞬でも過昇検知部４０５の出力が切り替わったことをラッチして便座装置の電源が切れるまで保持する。
【００６７】
そして、遮断回路４０６のＮＰＮ出力段トランジスタ１がオンして、定電圧源からＺＣＴを介してＮＰＮ出力段トランジスタ１へ電流が流れる。すると、ＺＣＴを通る電線の２本の間に漏電が起きた場合と同様にアンバランスが発生し、ＺＣＴの出力に電圧が発生し、漏電検知部５１０が両切り接点５１１を遮断する。すると、便座ヒータ４６０への通電は停止する。
【００６８】
〔３−３〕漏電検知回路
漏電検知回路５１２は、ＺＣＴ４０９と漏電検知部５１０と両切り接点５１２を備えたリレーで構成されている。ＺＣＴ４０９は通過する交流電流の差を増幅して電圧として出力し、漏電検知部５１０はＺＣＴの出力が閾値をこえるとリレーに出力し両切りの接点５１１をオフする。さらに、操作部５１５に漏電検知回路５１２のテストスイッチがあり、テストスイッチが押されると、制御部９０は遮断回路４０６に電圧出力をする。また、ヒータ駆動検知回路４０７と交流電圧検出回路Ａ５１３の出力により制御部９０がヒータ駆動部４０２の異常および便座ヒータ４５０の断線を検知した場合も、同様に遮断回路４０６に電圧出力をする。
【００６９】
遮断回路４０６はトランジスタを２個組み合わせたラッチ回路を構成しており、一瞬でも過昇検知部４０５の出力が切り替わったことをラッチして便座装置の電源が切れるまで保持する。
【００７０】
そして、遮断回路４０６のＮＰＮ出力段トランジスタ１がオンして、定電圧源からＺＣＴを介してＮＰＮ出力段トランジスタ１へ電流が流れる。すると、ＺＣＴを通る電線の２本の間に漏電が起きた場合と同様にアンバランスが発生し、ＺＣＴの出力に電圧が発生し、漏電検知部５１０は漏電検知回路５１２の両切り接点５１１を遮断する。
【００７１】
〔３−４〕安全回路の表示
制御部は絶縁破壊検知回路、過昇検知部、漏電検知回路が動作したときに使用者に対して異常を表示部５１５に表示する。制御部がどの安全回路が動作したかを判定するために、双方向フォトカプラを備えた交流電圧検出回路Ａ５１３と絶縁型のフォトカプラとそのＬＥＤと並列にＬＥＤを極性が逆にダイオードを接続した交流電圧検出回路Ｂ５１４、遮断回路４０６の出力、温度測定部の出力が制御部に入力される。
【００７２】
交流電圧検出回路Ａ５１３と交流電圧検出回路Ｂ５１４の出力は両切り接点５１１がオンの時に図１１（ａ）、交流電源から電気便座が切り離された時に図１１（ｂ）、両切り接点５１１がオフの時図１１（ｃ）のように変化する。
【００７３】
この変化によって、制御部は両切り接点５１１がオフしていることを判定し安全回路が動作したと判定する。次に、どの安全回路が働いているかについては、遮断回路４０６の出力が出ている場合は、絶縁破壊検知回路が動作、温度測定部の出力電圧が４７℃以上であり、遮断回路４０６の出力がある場合は過昇検知部４０５が動作、遮断回路４０６および温度測定部４０１の出力電圧が４７℃以下の場合は、漏電検知回路５１０が動作の判定をしてそれぞれの以上表示を行う。さらに、漏電テストが失敗した場合は、漏電テスト出
力を出しても、漏電検知回路が動作していない場合は漏電検知回路の故障の異常表示を行い、さらに便座装置の動作を停止することができ使用者が安全装置が壊れた状態で使用し続けることはない。
【００７４】
また、この構成において、交流電圧検出回路Ａ５１３、交流電圧検出回路Ｂ５１４の出力をワイアードオア回路で接続した波形は図１２のようになり、制御部９０のマイコンの１つの入力で商用電源が切り離されているか、両切り接点５１１が切り離されているか、正常であるかを判定することができる。これにより、両切り接点５１１が切り離されていることを、両切り接点５１１の通常接点側とは別にノーマルオープン側の接点を別途用意して、その接点に接点が切り替わったことを検出する場合に比べて、接点の数が少なく、商用電源から絶縁された制御部および表示部で異常表示を行うためより安全である。
【００７５】
また、これらの交流電圧検出回路Ａ５１３の出力信号は、交流電圧のゼロクロスに同期した波形であるので、制御部はゼロクロスに同期させて、任意の位相でトライアックをオンすることで、便座ヒータの電力をこまめに調整することができる。
【００７６】
また、本実施の形態では、交流電圧検出回路Ａ５１３に双方向のフォトカプラを用いているが、フォトカプラの入力側のＬＥＤ、出力側のフォトトランジスタの間には基礎絶縁は必要なく、図１３のような回路構成でもかまわない。それは、直流電源部が絶縁型の電源であるため、両切り接点５１１が切り離されれば、両切り接点５１１と直流電源の基礎絶縁が便座ヒータ等と商用電源の間で担保されるからである。
【００７７】
また、本実施の形態では、交流電圧検出回路Ｂ５１４を設けているが、交流電圧検出回路Ｂ５１４がない場合でも、制御部９０は直流電圧源が商用電源から切り離されてからその出力電圧が制御部が動作できなくなる電圧へ落ちるまでの既定の時間をカウントし、その出力電圧が落ちない場合は、商用電源が切り離されていないことがわかり判定し両切り接点５１１は切り離されたと判定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる便座装置は、発熱部に発生する異常を検知して安全性を確保することが可能となるので、ヒータを使用する他の暖房機器等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の形態１における便座装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態１における便座部の分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における便座ケーシングに便座ヒータ貼り付けた状態の平面図
【図４】（ａ）は図３におけるＡ-Ａ’断面図（ｂ）はＣ部の詳細を示す断面図
【図５】図３におけるＢ-Ｂ’断面図
【図６】図１における詳細な回路構成を示す模式図
【図７】ヒータ駆動部のトライアックの制御パルスと便座ヒータの印加電圧波形のタイムチャート
【図８】便座ヒータ各制御状態におけるヒータ駆動検知部の出力信号を示すタイムチャート
【図９】トライアック短絡故障および便座ヒータ断線故時の障検知信号の詳細を示すタイムチャート
【図１０】トライアック開放故障時の検知信号の詳細を示すタイムチャート
【図１１】交流電圧検出回路１と交流電圧検出回路Ｂの出力を示したタイムチャート
【図１２】交流電圧検出回路Ａ５１２と交流電圧検出回路Ｂ５１３の出力をワイアードオア回路で接続した波形を示すタイムチャート
【図１３】交流電圧検出回路Ａの別の回路構成を示す回路図
【符号の説明】
【００８０】
９０ 制御部
１００ 便座装置
４００ 便座部（便座）
４０１ 温度測定部
４０２ ヒータ駆動部
４０３ 絶縁破壊検知部
４０５ 過昇検知部
４０６ 遮断回路（遮断部）
４５０ 便座ヒータ（発熱部）
４０７ ヒータ駆動検知部
５１１ 両切り接点（接点）
５１２ 漏電遮断回路
５１５ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、便座装置の発熱部の異常検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の便座装置および衛生洗浄装置においては、使用者が冬場等気温が低い場合においても不快を感じることなく便座に着座することができるように、便座ヒータへの供給電力を入り切りするトライアックと、交流電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出回路と、ゼロクロス検出回路の出力によってトライアックを制御して便座ヒータを駆動するヒータ制御手段とを備えている。
【０００３】
上記構成において、電源回路から電圧が印加されることにより便座ヒータが発熱する。そして、その熱が便座ケーシングに伝達される。それにより、便座ケーシングの温度が上昇し、使用者は快適に便座に着座することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３２０６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような従来の便座装置においては、トライアックが故障し場合、便座ヒータへの電力供給が切ることができなくなり、便座温度が過昇する恐れがあった。また便座ヒータが断線し、ヒータ線の断線部が便座の金属部に接触した場合、便座に電流が流れことにより使用者が不快を感じたり、身体へ損傷を受ける恐れもある。
【０００５】
本発明の目的は、トライアックの故障および便座ヒータの断線を検知して、便座装置の機能を安全に停止する便座装置を提供することである。
【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、本発明の便座装置は、便座と、便座の温度を測定する温度測定部と、発熱部と、発熱部を駆動するヒータ駆動部と、ヒータ駆動部の駆動状態を検知するヒータ駆動検知部と、交流電圧を検知する交流電圧検知部と、ヒータ駆動部を制御する制御部を備え、制御部は前記ヒータ駆動検知部の出力と交流電圧検知部の出力からヒータ駆動部の異常および発熱部の断線を検知することとしたものである。
【０００７】
これによって、発熱部とヒータ駆動部に異常が発生した場合、制御部は異常を検知し、発熱部を適切に制御し、安全を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の便座装置は発熱部に係わる異常を検知することにより安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、金属材料を含む着座面を有する便座と、前記便座の温度を測定する温度測定部と、前記便座の前記着座面の裏面側に設けられる発熱部と、前記発熱部を駆動するヒータ駆動部と、前記ヒータ駆動部の駆動状態を検知するヒータ駆動検知部と、交流電圧を検知する交流電圧検知部と、前記ヒータ駆動部を制御する制御部を備え、前記制御部は前記ヒータ駆動検知部の出力と、前記前記交流電圧検知部の出力から、ヒータ駆動部の異常および発熱部の断線を検知することにより、発熱部とヒータ駆動部に異常が発生した場合、制御部は異常を検知して発熱部を適切に制御することが可能となり、便座装置の安全
を確保することが可能となる。
【００１０】
第２の発明は、特に第１の発明において、制御部からの出力により異常表示を行う表示部を備えたことにより、発熱部とヒータ駆動部に異常が発生した場合、表示部により異常が報知されるため、使用者は便座装置の異常を認知することが可能となり、より安全性を向上するとともに、便座装置の点検修理および交換等の対応を適切に行うことができる。
【００１１】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、ヒータ駆動部の異常および発熱部の断線検知時に制御部の出力により、発熱部へ供給される交流電源の両極を遮断する遮断部を備えたことにより、異常が発生した場合に発熱部の通電を遮断することにより便座が異常温度まで上昇することがなく、使用者が損傷を置けることがない。また、両極を遮断することで、発熱部が断線し、断線部分が便座の金属部に接触して絶縁が破壊された場合も、便座の金属部への漏電は完全に遮断され安全性を確保することができる。
【００１２】
第４の発明は、特に第３の発明において、温度測定部の出力から便座の過昇を検知する過昇検知部を備え、前記過昇検知部が過昇を検知した場合は、制御部を介さずに遮断部を遮断することにより、ヒータ駆動部が故障し、かつ制御部も故障した場合であっても、発熱部への通電は遮断するため、安全性をより向上することができる。また、過昇検知部のための専用の遮断部を別に備える必要がなく、低コストで安全性の向上を実現できる。
【００１３】
第５の発明は、特に第３または４の発明において、発熱部の絶縁不良を検知する絶縁破壊検知部を備え、前記絶縁破壊検知部が絶縁不良を検知した場合、制御部を介さず遮断部を遮断することにより、発熱部の断線等により、発熱部と便座の金属部が接触して絶縁不良が発生した場合であっても、発熱部への通電は遮断するため、安全性をより向上することができる。また、過昇検知部のための専用の遮断部を別に備える必要がなく、低コストで安全性の向上を実現できる。
【００１４】
第６の発明は、特に第３〜５のいずれか１つの発明において、遮断部の接点は、便座装置が漏電した場合に作動する漏電遮断回路の接点を共用する構成とすることにより、専用の接点を別に備える必要がなく、低コストで安全性の向上を実現できる。
【００１５】
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。
【００１６】
（実施の形態１）
＜１＞便座装置の構成
図１は、便座装置１００の構成を示す模式図である。便座装置１００は、本体部２００、便座部４００を備える。
【００１７】
図１に示すように、本体部２００は、例えばマイクロコンピュータからなる制御部９０、便座の温度を測定する温度測定部４０１、便座の過昇を検知する過昇検知部４０５、便座ヒータを駆動するヒータ駆動部４０２、ヒータ駆動部の状態を検知するヒータ駆動検知部４０７、便座の絶縁破壊を検知する絶縁破壊検知部４０３、過昇検知部４０５および絶縁破壊検知部４０３の検知信号によりヒータ駆動部４０２への通電を遮断する遮断回路４０６と両切り接点５１１を有するリレーなどからなる遮断部、設定や異常を表示する表示部５１４、使用者が便座の設定等を変更時に操作する操作部５１５、制御部等の回路のために、交流電源から直流電圧を生成する絶縁型の直流電源部４０８、便座装置の漏電を検出する零相変流器（以下ＺＣＴと称する）４０９とＺＣＴの出力に応じて漏電を検知する漏電検知部５１０の出力によりリレーなどからなる両切り接点５１１によりヒータ駆動部４０２への通電を遮断する漏電遮断回路５１２、両切り接点５１１の便座ヒータ４５０側
に配置された交流電圧を検出する交流電圧検出回路Ａ５１３、両切り接点５１１の商用電源４０４側に配置された交流電圧検出回路Ｂ５１４を含む。
【００１８】
また、便座部４００は発熱部である便座ヒータ４５０およびサーミスタ４０１ａを備える。温度測定部４０１は、サーミスタ４０１ａから出力される温度信号に基づいて、便座温度を電圧へ変換し制御部９０へ入力する。
【００１９】
制御部９０は、あらかじめ設定され記憶した便座設定温度や、操作部５１６からの入力に応じて、通電率切替信号をヒータ駆動部４０２へ入力したり、便座設定温度等を表示部５１５に表示したりする。ヒータ駆動部４０２は通電率切替信号に応じて、商用電源４０４からの電流を制御して、便座ヒータ４５０への通電を制御する。
【００２０】
図２は便座４００部の分解斜視図である。
【００２１】
図２に示すように、便座部４００は、主としてアルミニウムにより形成された略楕円形状の上部便座ケーシング４１０の内面側に、略馬蹄形状の便座ヒータ４５０を貼り付け、さらにサーミスタ４０１ａを貼り付けた構造であり、合成樹脂により形成された略楕円形状の下部便座ケーシング４２０を備える。
【００２２】
図３は、便座ケーシング４１０に便座ヒータ４５０を貼り付け内側から見た図であり、図４は、図３のＡ-Ａ’での断面図である図５はＢ-Ｂ’での断面図である。
【００２３】
以下、着座した使用者から見て前方側を便座部４００の前部とし、着座した使用者から見て後方側を便座部４００の後部とする。
【００２４】
図２および図３に示すように、便座ヒータ４５０は、前部の一部が切り取られた略馬蹄状に形成される。なお、便座ヒータ４５０は、略楕円形状を有してもよい。便座ヒータ４５０は、例えばアルミニウムからなる金属箔４５１、４５３の間に線状ヒータ４６０を挟み込んだ構成である。
【００２５】
線状ヒータ４６０は、上部便座ケーシング４１０の形状に合わせて蛇行形状に配設される。線状ヒータ４６０の間隔は５ｍｍ程度である。
【００２６】
線状ヒータ４６０のヒータ始端部４６０ａおよびヒータ終端部４６０ｂは、便座部４００の後部の一方側から引き出されるリード線４７０にそれぞれ接続される。
【００２７】
さらに、図３に示すように、蛇行形状の線状ヒータ４６０の経路中に熱応力緩衝部となる複数の折曲部が設けられる。
【００２８】
さらに、図４に示すように、上部便座ケーシング４１０は、例えば厚さ１ｍｍのアルミニウム板４１３により形成される。アルミニウム板４１３の上面には、表面化粧層４１１が形成される。また、アルミニウム板４１３の下面には、塗装膜４１４が形成される。塗装膜４１４は、例えば膜厚４０μｍおよび１５０℃の耐熱性を有するポリエステル粉体塗装膜であり、電気用品技術基準である１０００Ｖで１分間以上の電気絶縁耐圧性能を十分確保することができる。
【００２９】
なお、アルミニウム板４１３の代わりに、銅板、ステンレス板、アルミニウムめっき鋼板および亜鉛アルミニウムめっき鋼板のうちいずれかまたは複数を用いてもよい。
【００３０】
塗装膜４１４の下面に粘着層４５２ａを介して例えばアルミニウムからなる金属箔４５
１が貼着される。金属箔４５１の膜厚は、例えば５０μｍである。金属箔４５１はＰＥＴ層４９５ａ２５μｍ、アルミ箔層４５１ａ２５μｍからなりＰＥＴ層４５１ａで強度を増す構造としている。
【００３１】
線状ヒータ４６０は、断面円形の発熱線４６３ａ、エナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２により構成される。断面円形の発熱線４６３ａの外周面がエナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２で順に被覆される。発熱線４６３ａおよびエナメル層４６３ｂによりエナメル線４６３が構成される。
【００３２】
発熱線４６３ａは、例えば０．１６〜０．２５ｍｍの直径を有し、銅または銅合金からなる。本例では、発熱線４６３ａとして、直径０．１７６ｍｍの４％Ａｇ−Ｃｕ合金からなる高抗張力型ヒータ線が用いられる。抵抗値は０．８３３Ω／ｍである。
【００３３】
エナメル層４６３ｂは、例えば１８０〜３００℃の耐熱性を有するポリエステルイミド（ＰＥＩ）からなる。エナメル層４６３ｂの膜厚は、２０μｍ以下であり、本例では１２〜１３μｍである。また、エナメル層４６３ｂの材料として、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）を用いてもよい。
【００３４】
絶縁被覆層４６２は、例えば２６０℃の耐熱性を有するパーフロロアルコキシ混合物（以下ＰＦＡと称する）等のフッ素樹脂からなる。絶縁被覆層４６２の厚みは、例えば０．１〜０．１５ｍｍである。ＰＦＡからなる絶縁被覆層４６２の形成は、押出し加工により行うことができる。 なお、絶縁被覆層４６２の材料として、ポリイミド（ＰＩ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）を用いてもよい。
【００３５】
線状ヒータ４６０の外径は、例えば０．４６〜０．５０ｍｍである。線状ヒータ４６０の電力密度は、例えば０．９５Ｗ／ｃｍ２である。
【００３６】
線状ヒータ４６０は、粘着層４５２ｂおよび例えばアルミニウムからなる金属箔４５３で覆うように金属箔４５１に取り付けられる。金属箔４５３の膜厚は、例えば５０μｍである。金属箔４５３はＰＥＴ層４９５ｂ２５μｍ、４５３ａアルミ箔層２５μｍからなりＰＥＴ層４９５ｂで強度を増す構造としている。
【００３７】
また、金属箔４５３と金属箔４５１を貼り付けた端面全周をコーティング材４９０でコーティングすることで、便座の内面側はＰＥＴ層４９５ｂとコーティング材で充電部を覆うことができ、便座内部に水が入った場合でも、漏電等が起こらない構造となる。
【００３８】
図５において絶縁破壊検知リード線４７６の端には接続端子４７７が接続され、金属箔４５１と４５３の間に挟まれて固定されている。接続端子４７７は金属製で４５１のアルミ層に接触しており導通がある。
【００３９】
＜２＞ヒータ駆動検知部の構成および異常検知方法
〔２−１〕便座ヒータの制御方法
図６は図１の便座装置１００の詳細な回路構成を示す模式図の各ブックの詳細な構成を表している。ヒータ駆動部４０２はトライアックから構成され、交流電圧検出回路Ａ５１３は交流電圧のゼロクロスに同期した信号を出力する。制御部９０より便座ヒータ４６０の制御信号が出力されると、便座ヒータ４６０はトライアックを介してスイッチング制御され、交流電圧４０４が印加される。トライアック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。
【００４０】
図７は本発明の実施の形態における暖房便座制御におけるトライアックの制御パルスお
よび便座ヒータ印加電圧波形のタイムチャートである。斜線で示した部分が各制御状態での電圧が印加されている部分である。
【００４１】
便座ヒータ４６０の通電は、ゼロクロス信号を受けて交流電圧を全区間通電する全波制御と、半区間通電する半波制御、ゼロクロス信号から一定時間遅れて交流電圧の一部を通電する位相制御の３つの制御方法で行う。
【００４２】
全波制御および半波制御においては、交流電圧のゼロクロス点でトライアックへのゲートパルスが１個出力されると便座ヒータ４６０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、便座ヒータ４６０には電圧が印加されない。
【００４３】
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出力され、交流電圧はゲートパルス出力から次のゼロ点までの一部が印加される。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、低い電圧が印加され、また印加時間も短くなる。
【００４４】
このように全波制御および半波制御は、急速に便座を加熱する場合に適した制御方法であり、位相制御は電圧の印加時間も短いことから、便座の温度が目標温度の近辺にあり、保温状態に保つ場合に適した制御方法である。
【００４５】
〔２−２〕ヒータ駆動検知部構成
図８は便座ヒータ４５０各制御状態におけるヒータ駆動検知部４０７の出力信号を示したものである。ヒータ駆動検知部４０７は、ヒータ駆動部４０２のトライアックの両端に接続され、トライアックの導通状態を直流電源の信号に変換し、制御部９０へ出力する。
【００４６】
図８の太線の実線部分は、便座の各制御状態でのヒータ駆動検知部４０７の出力信号である。各段の左側は、トライアックと便座ヒータ４６０が正常時の波形、中央はトライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障時の波形、右側はトライアック開放故障時の波形である。図から分かるように、正常時と波形が明らかに異なる場合のみ異常検知を行う。
【００４７】
トライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障検知は、便座ヒータ４６０の非通電時と位相制御時に行う。半波制御時には印加される電圧の正負により正常時の出力が異なるため、異常検知は行わない。
【００４８】
トライアック開放故障検知は、全波制御時に行う。半波制御時には印加される電圧の正負により正常時の出力が異なるため、異常検知は行わない。
【００４９】
〔２−３〕トライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障検知方法
図９はトライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障検知方法の詳細を示したものである。制御部９０によりヒータ駆動検知部４０７の出力信号の入力を行う。ゼロクロス信号からＴ１、Ｔ２、Ｔ３時間経過後にヒータ駆動検知部４０７の出力信号のレベルを検出し、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３経過時のレベル検出値が３回とも一致した場合、半波１回分の入力確定値とする。このように異なるタイミングで複数回レベル検出を行っているのは、ノイズが交流電圧に対して周期的に発生した場合の誤判定防止のためである。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の値を５０Ｈｚと６０Ｈｚとで異なった値に設定することで、どちらの場合においても、ヒータ駆動検知部４０７の出力信号の過渡的な状態を避け、安定した状態のレベル検出を行うことができる。
【００５０】
半波２回分のレベル確定値を１組とする。正常時はＨＬまたはＬＨの組み合わせの連続であるので、あるサンプリング時間内で一定割合以上、ＬＬまたはＨＨの組み合わせがあった場合、異常と判定する。判定は１組確定毎に最古の確定値を捨てる移動判定方式で行
う。判定周期は交流１サイクル毎となる。
【００５１】
本実施の形態では、６０組中７０％の４２組以上の場合、異常と判定している。６０Ｈｚの場合、異常発生から異常確定まで最短で０.７秒（４２サイクル）となる。このようにノイズに強くかつ早く異常確定することができる。
【００５２】
トライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障が確定すると、制御部９０により表示部５１５は所定の異常表示を行う。また制御部９０は遮断回路４０６と両切り接点５１１からなる遮断部を作動させ、便座ヒータ４６０へ供給される交流電源の両極を遮断する。
【００５３】
トライアックが短絡故障すると便座ヒータ４６０への通電が止まらなくなり便座の温度が過昇する。そのため過昇検知部４０５と併用するとさらに安全性が高まる。制御部９０と過昇検知部４０５のどちらか一方が故障した場合でも、確実に便座ヒータ４６０への通電を停止させることができる。また故障していない場合でも、どちらか早く異常確定した方にて停止させることができる。またノイズによる誤判定防止のため、制御部９０での異常確定時間を十分長くとって、異常表示のみを行い、過昇検知部４０５にて便座ヒータ４６０を停止させることも可能である。
【００５４】
また同様に、便座ヒータが断線すると、断面が便座の金属部に接触して絶縁が破壊される場合がある。そのため絶縁破壊検知部４０３と併用するとさらに安全性が高まる。制御部９０と絶縁破壊検知部４０３のどちらか一方が故障した場合でも、確実に便座ヒータ４６０への通電を停止させることができる。また故障していない場合でも、どちらか早く異常確定した方にて停止させることができる。またノイズによる誤判定防止のため、制御部９０での異常確定時間を十分長くとって、異常表示のみを行い、絶縁破壊検知部４０３にて便座ヒータ４６０を停止させることも可能である。
【００５５】
〔２−４〕トライアック開放故障検知方法
図１０はトライアック開放故障検知方法の詳細を示したものである。ヒータ駆動検知部４０７の出力信号のレベル検出方法およびレベル確定方法は、前述のトライアック短絡故障および便座ヒータ断線故障検知方法と同様である。
【００５６】
半波２回分のレベル確定値を１組とし、正常時はＬＬの組み合わせの連続であるので、あるサンプリング時間内で一定割合以上、ＨＬまたはＬＨの組み合わせがあった場合、異常と判定する。判定は１組確定毎に最古の確定値を捨てる移動判定方式で行う。判定周期は交流１サイクル毎となる。
【００５７】
本実施の形態では、６０組中７０％の４２組以上の場合、異常と判定している。６０Ｈｚの場合、異常発生から異常確定まで最短で０.７秒（４２サイクル）となる。
【００５８】
トライアック開放故障が確定すると、制御部９０により表示部５１４は所定の異常表示を行う。トライアック開放故障の場合、便座ヒータ４６０は通電すべき場合に通電されなくなるため便座は温まらないが、便座の過昇や絶縁破壊等の不安全はない。そのため制御部９０は、遮断回路４０６を作動させず、交流電源の両極を遮断しない。所定の異常表示のみ行う。よって使用者は洗浄等、便座以外の機能は使用することが可能である。
【００５９】
＜３＞各安全回路の構成
〔３−１〕絶縁破壊検知回路
図６に示すように、絶縁破壊検知部４０３は交流電源４０４から、両切り接点５１１、零相変流器（ＺＣＴ）４０９を経由した両極に接続され、その内部では両極は耐圧が６００Ｖ程度の整流用ダイオード４９２のアノード側に接続され、これらのダイオードのカソ
ード側は電流制限用の抵抗４９３ａと４９３ｂを介して接続され抵抗の接続点はダーリントンタイプフォトカプラ４９４のＬＥＤのアノード側に接続される。そしてこのＬＥＤのカソード側は便座４００の絶縁破壊検知リード線４７６へ接続されている。整流用ダイオード２つを介して接続されることより、交流電源４０４のどちら側からか便座の絶縁が破壊した場合に検知線４７６へ電流がながれる。これは、ヒータ線４６０のどの部分で絶縁が破壊されても、交流のどちらかの極から必ず検知電流が流れるようにするためである。
【００６０】
便座ヒータ４５０のヒータ線４６０の絶縁層である４６３ａおよび４６２の絶縁が、経年変化や、局所発熱等により、便座ヒータ４５０のどこかで破壊した場合に、便座ヒータと検知線が導通すると、検知電流がながれ、フォトカプラ４９４がオンする。フォトカプラ４９４の出力はエミッタ設置されたＰＮＰのトランジスタのベースに入力され、このＰＮＰのトランジスタはオンし、このコレクタ出力は電源電圧になる。すると、このコレクタに抵抗を介して接続された遮断回路４０６内のラッチ回路を構成するＮＰＮトランジスタ１およびＮＰＮトランジスタ１がオンして、ＮＰＮトランジスタ１のベース電圧は電源電圧にラッチされる。そして、遮断回路４０６のＮＰＮ出力段トランジスタ１がオンして、定電圧源からＺＣＴを介してＮＰＮ出力段トランジスタ１へ電流が流れる。すると、ＺＣＴを通る電線の２本の間に漏電が起きた場合と同様にアンバランスが発生し、ＺＣＴの出力に電圧が発生し、漏電検知部５１０が両切り接点５１１を遮断する。すると、便座ヒータ４６０への通電は停止する。
【００６１】
もし、絶縁破壊したまま使用されてしまうとさらに、便座の紛体塗装の絶縁層や便座表面の絶縁層まで破壊し、使用者が感電する恐れがあり、本発明により未然に防ぐことができる。
【００６２】
さらにＮＰＮ出力段トランジスタ２の出力は制御部９０へ入力され制御部は遮断回路４０６が動作したことを表示部５１４に表示し、使用者は便座装置の異常を知ることができる。また、電流制限用の抵抗４９３ａ、４９３ｂはヒータ線４６０の抵抗値が非常に小さいため絶縁破壊時にヒータ線４６０を流れる電流がそのままフォトカプラ４６４のＬＥＤに流れることでフォトカプラ４９４が壊れることを防ぐためのもので１０ｋΩ以上の値である。また、フォトカプラ４９４のＬＥＤに並列に１ｋΩ程度の保護抵抗を接続しても同様の効果がある。また、２つのダイオード４９２の間に制限抵抗４９３ａ、４９３ｂがあることで、ダイオードの1つがショート故障した場合でも、絶縁破壊検知部４０３で大電流が流れない用になっている。ここで、図６では２つのダイオード４９２とフォトカプラ４９４のＬＥＤの極性を交流電源側をアノードとしたが、交流電源側へ電流が流れるように交流電源側をカソード側を接続してもよい。
【００６３】
ＰＮＰのトランジスタのコレクタ出力に接続されたＲＣの時定数を３秒以上とすることにより、電気便座の絶縁耐圧試験１２００Ｖ、３秒間の試験で、でダイオード４９２の耐圧を超えた電圧が印加されることダイオードにアバランシシェが発生し、ダイオードに逆電流が流れることで便座ヒータ＝検知線間の絶縁が破壊しなくても検知電流が流れ、フォトカプラ４９４がオンしても、３秒間は遮断回路４０６が動作しないため、絶縁破壊検知回路が誤動作しなくなる。さらに、時定数を１分以上に延ばせば、１０００Ｖ、１分間の絶縁耐圧試験でも誤動作しなくなる。
【００６４】
また、フォトカプラのＬＥＤと並列にダイオードを接続することで、ＬＥＤにかかる逆電圧をダイオードのＶｆに軽減でき、フォトカプラのＬＥＤが破壊することはない。
【００６５】
〔３−２〕過昇検知回路
便座温度の変化によって便座内面に貼り付けたサーミスタ４０１ａの抵抗値が変化する。その抵抗値の変化を定電圧源と抵抗を備えた温度測定部４０１により、電圧信号へ変換
する。変換された信号電圧、過昇検知部４０５のコンパレータに入力される。コンパレータの他方の入力には、４７℃相当に基準電圧が入力される。温度測定部４０１からの信号電圧が基準電圧を下回った場合に、過昇検知部４０５から信号が出力される。
【００６６】
出力された信号は遮断回路４０６へ入力される。遮断回路４０６はトランジスタを２個組み合わせたラッチ回路を構成しており、一瞬でも過昇検知部４０５の出力が切り替わったことをラッチして便座装置の電源が切れるまで保持する。
【００６７】
そして、遮断回路４０６のＮＰＮ出力段トランジスタ１がオンして、定電圧源からＺＣＴを介してＮＰＮ出力段トランジスタ１へ電流が流れる。すると、ＺＣＴを通る電線の２本の間に漏電が起きた場合と同様にアンバランスが発生し、ＺＣＴの出力に電圧が発生し、漏電検知部５１０が両切り接点５１１を遮断する。すると、便座ヒータ４６０への通電は停止する。
【００６８】
〔３−３〕漏電検知回路
漏電検知回路５１２は、ＺＣＴ４０９と漏電検知部５１０と両切り接点５１２を備えたリレーで構成されている。ＺＣＴ４０９は通過する交流電流の差を増幅して電圧として出力し、漏電検知部５１０はＺＣＴの出力が閾値をこえるとリレーに出力し両切りの接点５１１をオフする。さらに、操作部５１５に漏電検知回路５１２のテストスイッチがあり、テストスイッチが押されると、制御部９０は遮断回路４０６に電圧出力をする。また、ヒータ駆動検知回路４０７と交流電圧検出回路Ａ５１３の出力により制御部９０がヒータ駆動部４０２の異常および便座ヒータ４５０の断線を検知した場合も、同様に遮断回路４０６に電圧出力をする。
【００６９】
遮断回路４０６はトランジスタを２個組み合わせたラッチ回路を構成しており、一瞬でも過昇検知部４０５の出力が切り替わったことをラッチして便座装置の電源が切れるまで保持する。
【００７０】
そして、遮断回路４０６のＮＰＮ出力段トランジスタ１がオンして、定電圧源からＺＣＴを介してＮＰＮ出力段トランジスタ１へ電流が流れる。すると、ＺＣＴを通る電線の２本の間に漏電が起きた場合と同様にアンバランスが発生し、ＺＣＴの出力に電圧が発生し、漏電検知部５１０は漏電検知回路５１２の両切り接点５１１を遮断する。
【００７１】
〔３−４〕安全回路の表示
制御部は絶縁破壊検知回路、過昇検知部、漏電検知回路が動作したときに使用者に対して異常を表示部５１５に表示する。制御部がどの安全回路が動作したかを判定するために、双方向フォトカプラを備えた交流電圧検出回路Ａ５１３と絶縁型のフォトカプラとそのＬＥＤと並列にＬＥＤを極性が逆にダイオードを接続した交流電圧検出回路Ｂ５１４、遮断回路４０６の出力、温度測定部の出力が制御部に入力される。
【００７２】
交流電圧検出回路Ａ５１３と交流電圧検出回路Ｂ５１４の出力は両切り接点５１１がオンの時に図１１（ａ）、交流電源から電気便座が切り離された時に図１１（ｂ）、両切り接点５１１がオフの時図１１（ｃ）のように変化する。
【００７３】
この変化によって、制御部は両切り接点５１１がオフしていることを判定し安全回路が動作したと判定する。次に、どの安全回路が働いているかについては、遮断回路４０６の出力が出ている場合は、絶縁破壊検知回路が動作、温度測定部の出力電圧が４７℃以上であり、遮断回路４０６の出力がある場合は過昇検知部４０５が動作、遮断回路４０６および温度測定部４０１の出力電圧が４７℃以下の場合は、漏電検知回路５１０が動作の判定をしてそれぞれの以上表示を行う。さらに、漏電テストが失敗した場合は、漏電テスト出
力を出しても、漏電検知回路が動作していない場合は漏電検知回路の故障の異常表示を行い、さらに便座装置の動作を停止することができ使用者が安全装置が壊れた状態で使用し続けることはない。
【００７４】
また、この構成において、交流電圧検出回路Ａ５１３、交流電圧検出回路Ｂ５１４の出力をワイアードオア回路で接続した波形は図１２のようになり、制御部９０のマイコンの１つの入力で商用電源が切り離されているか、両切り接点５１１が切り離されているか、正常であるかを判定することができる。これにより、両切り接点５１１が切り離されていることを、両切り接点５１１の通常接点側とは別にノーマルオープン側の接点を別途用意して、その接点に接点が切り替わったことを検出する場合に比べて、接点の数が少なく、商用電源から絶縁された制御部および表示部で異常表示を行うためより安全である。
【００７５】
また、これらの交流電圧検出回路Ａ５１３の出力信号は、交流電圧のゼロクロスに同期した波形であるので、制御部はゼロクロスに同期させて、任意の位相でトライアックをオンすることで、便座ヒータの電力をこまめに調整することができる。
【００７６】
また、本実施の形態では、交流電圧検出回路Ａ５１３に双方向のフォトカプラを用いているが、フォトカプラの入力側のＬＥＤ、出力側のフォトトランジスタの間には基礎絶縁は必要なく、図１３のような回路構成でもかまわない。それは、直流電源部が絶縁型の電源であるため、両切り接点５１１が切り離されれば、両切り接点５１１と直流電源の基礎絶縁が便座ヒータ等と商用電源の間で担保されるからである。
【００７７】
また、本実施の形態では、交流電圧検出回路Ｂ５１４を設けているが、交流電圧検出回路Ｂ５１４がない場合でも、制御部９０は直流電圧源が商用電源から切り離されてからその出力電圧が制御部が動作できなくなる電圧へ落ちるまでの既定の時間をカウントし、その出力電圧が落ちない場合は、商用電源が切り離されていないことがわかり判定し両切り接点５１１は切り離されたと判定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる便座装置は、発熱部に発生する異常を検知して安全性を確保することが可能となるので、ヒータを使用する他の暖房機器等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の形態１における便座装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態１における便座部の分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における便座ケーシングに便座ヒータ貼り付けた状態の平面図
【図４】（ａ）は図３におけるＡ-Ａ’断面図（ｂ）はＣ部の詳細を示す断面図
【図５】図３におけるＢ-Ｂ’断面図
【図６】図１における詳細な回路構成を示す模式図
【図７】ヒータ駆動部のトライアックの制御パルスと便座ヒータの印加電圧波形のタイムチャート
【図８】便座ヒータ各制御状態におけるヒータ駆動検知部の出力信号を示すタイムチャート
【図９】トライアック短絡故障および便座ヒータ断線故時の障検知信号の詳細を示すタイムチャート
【図１０】トライアック開放故障時の検知信号の詳細を示すタイムチャート
【図１１】交流電圧検出回路１と交流電圧検出回路Ｂの出力を示したタイムチャート
【図１２】交流電圧検出回路Ａ５１２と交流電圧検出回路Ｂ５１３の出力をワイアードオア回路で接続した波形を示すタイムチャート
【図１３】交流電圧検出回路Ａの別の回路構成を示す回路図
【符号の説明】
【００８０】
９０ 制御部
１００ 便座装置
４００ 便座部（便座）
４０１ 温度測定部
４０２ ヒータ駆動部
４０３ 絶縁破壊検知部
４０５ 過昇検知部
４０６ 遮断回路（遮断部）
４５０ 便座ヒータ（発熱部）
４０７ ヒータ駆動検知部
５１１ 両切り接点（接点）
５１２ 漏電遮断回路
５１５ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を含む着座面を有する便座と、前記便座の温度を測定する温度測定部と、前記便座の前記着座面の裏面側に設けられる発熱部と、前記発熱部を駆動するヒータ駆動部と、前記ヒータ駆動部の駆動状態を検知するヒータ駆動検知部と、交流電圧を検知する交流電圧検知部と、前記ヒータ駆動部を制御する制御部を備え、前記制御部は前記ヒータ駆動検知部の出力と、前記前記交流電圧検知部の出力から、ヒータ駆動部の異常および発熱部の断線を検知することを特徴とする便座装置。
【請求項２】
制御部からの出力により異常表示を行う表示部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の便座装置。
【請求項３】
ヒータ駆動部の異常および発熱部の断線検知時に制御部の出力により、発熱部へ供給される交流電源の両極を遮断する遮断部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の便座装置。
【請求項４】
温度測定部の出力から便座の過昇を検知する過昇検知部を備え、前記過昇検知部が過昇を検知した場合は、制御部を介さずに遮断部を遮断することを特徴とする請求項３に記載の便座装置。
【請求項５】
発熱部の絶縁不良を検知する絶縁破壊検知部を備え、前記絶縁破壊検知部が絶縁不良を検知した場合、制御部を介さず遮断部を遮断することを特徴とする請求項３または４に記載の便座装置。
【請求項６】
遮断部の接点は、便座装置が漏電した場合に作動する漏電遮断回路の接点を共用する構成の請求項３〜５のいずれか１項に記載の便座装置。
【請求項１】
金属材料を含む着座面を有する便座と、前記便座の温度を測定する温度測定部と、前記便座の前記着座面の裏面側に設けられる発熱部と、前記発熱部を駆動するヒータ駆動部と、前記ヒータ駆動部の駆動状態を検知するヒータ駆動検知部と、交流電圧を検知する交流電圧検知部と、前記ヒータ駆動部を制御する制御部を備え、前記制御部は前記ヒータ駆動検知部の出力と、前記前記交流電圧検知部の出力から、ヒータ駆動部の異常および発熱部の断線を検知することを特徴とする便座装置。
【請求項２】
制御部からの出力により異常表示を行う表示部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の便座装置。
【請求項３】
ヒータ駆動部の異常および発熱部の断線検知時に制御部の出力により、発熱部へ供給される交流電源の両極を遮断する遮断部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の便座装置。
【請求項４】
温度測定部の出力から便座の過昇を検知する過昇検知部を備え、前記過昇検知部が過昇を検知した場合は、制御部を介さずに遮断部を遮断することを特徴とする請求項３に記載の便座装置。
【請求項５】
発熱部の絶縁不良を検知する絶縁破壊検知部を備え、前記絶縁破壊検知部が絶縁不良を検知した場合、制御部を介さず遮断部を遮断することを特徴とする請求項３または４に記載の便座装置。
【請求項６】
遮断部の接点は、便座装置が漏電した場合に作動する漏電遮断回路の接点を共用する構成の請求項３〜５のいずれか１項に記載の便座装置。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−６１１３８（Ｐ２００９−６１１３８Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３２３３４（Ｐ２００７−２３２３３４）
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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