暖房便座装置
【課題】安定した動作で効率よく急速加熱を行うことができる暖房便座装置を提供することを目的とする。
【解決手段】誘導加熱コイルと共振コンデンサとを有する共振回路と、前記誘導加熱コイルが発生した磁界により誘導加熱される導電体と、商用電源から供給される電流を整流する整流部と、前記整流部の整流出力を電源として前記共振回路に供給する電力を制御するインバータと、前記商用電源から供給される電流または前記整流部の整流出力が通電されることで発熱するヒータと、前記誘導加熱コイルと前記導電体と前記ヒータとが設けられた便座と、を備え、前記誘導加熱コイルは、前記導電体からみて前記ヒータよりも近い位置に配置された第１のコイル部と、前記導電体からみて前記第１のコイル部よりも遠い位置に配置され、前記共振回路の共振動作のためのインダクタンス成分を補う第２のコイル部と、を有することを特徴とする暖房便座装置が提供される。
【解決手段】誘導加熱コイルと共振コンデンサとを有する共振回路と、前記誘導加熱コイルが発生した磁界により誘導加熱される導電体と、商用電源から供給される電流を整流する整流部と、前記整流部の整流出力を電源として前記共振回路に供給する電力を制御するインバータと、前記商用電源から供給される電流または前記整流部の整流出力が通電されることで発熱するヒータと、前記誘導加熱コイルと前記導電体と前記ヒータとが設けられた便座と、を備え、前記誘導加熱コイルは、前記導電体からみて前記ヒータよりも近い位置に配置された第１のコイル部と、前記導電体からみて前記第１のコイル部よりも遠い位置に配置され、前記共振回路の共振動作のためのインダクタンス成分を補う第２のコイル部と、を有することを特徴とする暖房便座装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、便器に設置される便座を暖めることができる暖房便座装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、多くの暖房便座装置では、例えば電気的な発熱体としてヒータなどが便座の内部に設けられている。ヒータに電流が流れると、ヒータにおいて発生したジュール熱の熱伝導により便座の表面の温度が上昇する。例えば便座が樹脂により形成されている場合、樹脂は熱抵抗が大きいため便座の表面の温度が目標温度まで上昇するためには数十秒から数分の時間がかかることがある。そのため、使用者が便座に着座したときに冷たさを感じないようにするためには、使用者が便座に着座していないときでもヒータに通電し便座の表面を予熱しておく必要がある。そのため、待機時の消費電力を抑え、省エネルギー化を図るという点においては改善の余地がある。
【０００３】
これに対して、便座側に設置されたヒータと、便座ふた側に設置された電磁誘導加熱コイルと、を具備する便座暖房装置がある（特許文献１）。しかしながら、特許文献１に記載された便座暖房装置では、電磁誘導加熱コイルが便座ふた側に設置されているため、便座ふたが閉じて便座と接近している状態でないと便座を暖めることができないという問題がある。使用者が便座に着座したときに冷たさを感じないようにするためには、待機時に便座ふたを閉じる自動装置を設置したり、使用者が忘れずに便座ふたを閉じてトイレ室を出る必要がある。
【０００４】
また、便座ふたが閉じている状態でないと便座を暖めることができないため、使用者がトイレ室に入り便座ふたを開けるまでの時間しか便座を暖めることができない。例えば、使用者が便座ふたを開けた後に服を脱ぐ場合には、使用者が便座ふたを開けてから便座に着座するまでの時間を暖房時間として利用することができない。そのため、便座を暖める時間を有効に確保するという点においては改善の余地がある。
【０００５】
さらに、電磁誘導加熱コイルが設置された便座ふたと、便座と、の間の距離が誘導加熱の性能に影響を及ぼす。そのため、便座を安定して暖めるためには、便座ふたと便座との間の距離を安定して保持する必要がある。この点においても、改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１８１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、安定した動作で効率よく急速加熱を行うことができる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】
【０００８】
第１の発明は、誘導加熱コイルと共振コンデンサとを有する共振回路と、前記誘導加熱コイルが発生した磁界により誘導加熱される導電体と、商用電源から供給される電流を整流する整流部と、前記整流部の整流出力を電源として前記共振回路に供給する電力を制御するインバータと、前記商用電源から供給される電流または前記整流部の整流出力が通電されることで発熱するヒータと、前記誘導加熱コイルと前記導電体と前記ヒータとが設けられた便座と、を備え、前記誘導加熱コイルは、前記導電体からみて前記ヒータよりも近い位置に配置された第１のコイル部と、前記導電体からみて前記第１のコイル部よりも遠い位置に配置され、前記共振回路の共振動作のためのインダクタンス成分を補う第２のコイル部と、を有することを特徴とする暖房便座装置である。
【０００９】
この暖房便座装置によれば、誘導加熱コイルは、第１のコイル部と第２のコイル部とを有する。第１のコイル部は、導電体からみてヒータよりも近い位置に配置されている。第２のコイル部は、導電体からみて前記第１のコイル部よりも遠い位置に配置されている。そのため、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合は、第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合よりも弱い。そのため、第２のコイル部は、共振回路の共振動作のためのインダクタンス成分を追加する役割を主として有し、不足するインダクタンス成分を補うことができる。これにより、安定した共振動作で効率よく誘導加熱を実行することができる。そのため、安定した動作で効率よく便座を急速に加熱することができる。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記便座は、着座面を形成する第１の板状体を有し、前記第１のコイル部は、前記板状体の前記着座面の裏側に配置され、前記ヒータは、前記第１のコイル部からみて前記導電体とは反対側に配置され、前記第２のコイル部は、前記導電体からみて前記ヒータよりも遠い位置に配置されたことを特徴とする暖房便座装置である。
【００１１】
この暖房便座装置によれば、ヒータは、第２のコイル部と導電体との間に介在している。そのため、第２のコイル部は、導電体からより確実に離間した位置に設けられている。これにより、第２のコイル部は、共振動作に不足するインダクタンス成分をより確実に補うことができる。
【００１２】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記便座は、底面を形成する第２の板状体を有し、前記第２のコイル部は、前記第２の板状体の前記底面の裏側に付設されたことを特徴とする暖房便座装置である。
【００１３】
この暖房便座装置によれば、第２のコイル部が便座の内部の底面に付設されているため、便座に着座する使用者と第２のコイル部との間の距離をより確実に確保することができる。そのため、便座に着座する使用者に対する第２のコイル部から発生する漏れ磁界の影響を抑えることができる。
【００１４】
また、第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記第２のコイル部は、導線が円筒状に巻かれた形状を有することを特徴とする暖房便座装置である。
【００１５】
この暖房便座装置によれば、第２のコイル部は、導線が円筒状に巻かれた形状を有するコイルすなわちソレノイドである。これにより、第２のコイル部から発生する漏れ磁界を抑えることができる。また、インダクタンスの安定性および再現性を高めることができる。また、第２のコイル部の形成性を高めることができる。
【００１６】
また、第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１のコイル部は、リッツ線により形成され、前記便座を上方からみたときに前記便座の着座面を形成する板状体の裏側に面状に広がるように配置されたことを特徴とする暖房便座装置である。
【００１７】
この暖房便座装置によれば、第１のコイル部は、リッツ線により形成され、便座を上方からみたときに便座の着座面の裏側に面状に広がるように配置されることで、ヒータが発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げる熱伝導体として兼用される。そのため、便座の構造の簡略化を図ることができる。
【００１８】
また、第６の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１のコイル部は、平角線により形成され、前記便座を上方からみたときに前記便座の着座面を形成する板状体の裏側に面状に広がるように配置されたことを特徴とする暖房便座装置である。
【００１９】
この暖房便座装置によれば、第１のコイル部は、平角線により形成され、便座を上方からみたときに便座の着座面の裏側に面状に広がるように配置されることで、ヒータが発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げる熱伝導体として兼用される。そのため、便座の構造の簡略化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の態様によれば、安定した動作で効率よく急速加熱を行うことができる暖房便座装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる暖房便座装置を備えたトイレ装置を例示する斜視模式図である。
【図２】本実施形態の便座を表す模式図である。
【図３】本実施形態の便座に内蔵された誘導加熱コイルおよびヒータを表す平面模式図である。
【図４】本実施形態にかかる暖房便座装置の回路図である。
【図５】比較例の便座を表す模式図である。
【図６】比較例にかかる暖房便座装置の回路図である。
【図７】他の比較例の便座を表す模式図である。
【図８】本比較例の便座を有する暖房便座装置の動作波形を表すタイミングチャートである。
【図９】本実施形態にかかる暖房便座装置の動作波形を表すタイミングチャートである。
【図１０】本実施形態の他の便座を表す断面模式図である。
【図１１】本実施形態のさらに他の便座を表す断面模式図である。
【図１２】本実施形態の第２のコイル部の具体例を例示する平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる暖房便座装置を備えたトイレ装置を例示する斜視模式図である。
また、図２は、本実施形態の便座を表す模式図である。
また、図３は、本実施形態の便座に内蔵された誘導加熱コイルおよびヒータを表す平面模式図である。
なお、図２（ａ）は、本実施形態の便座を上方から眺めた平面模式図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に表した切断面Ａ−Ａにおける断面模式図である。
説明の便宜上、図３（ａ）では、ヒータおよび第２のコイル部を省略している。図３（ｂ）では、第１および第２のコイル部を省略している。図３（ｃ）では、第１のコイル部およびヒータを省略している。
【００２３】
図１に表したトイレ装置は、洋式腰掛便器８００と、その上に設けられた暖房便座装置１００と、を備える。暖房便座装置１００は、ケーシング４００と、便座２００と、便蓋３００と、を有する。便座２００と便蓋３００とは、ケーシング４００に対して開閉自在にそれぞれ軸支されている。便蓋３００は、閉じた状態において便座２００の上方を覆うことができる。なお、便蓋３００は、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００２４】
便座２００は、図２（ｂ）に表したように、便座２００の外形を形成する筐体２１０を有する。本具体例の筐体２１０は中空であり、例えば樹脂などの絶縁性を有する材料により形成されている。なお、筐体２１０は、複数の部材により形成されていてもよいし、１つの部材により形成されていてもよい。
【００２５】
便座２００の筐体２１０の内部には、誘導加熱コイル２２０と、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０と、が設けられている。
誘導加熱コイル２２０は、高周波電流が通電されることにより磁界を発生する。また、誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１と、第２のコイル部２２３と、を有する。
【００２６】
ヒータ２４０は、通電されて発熱することにより便座２００の着座面を保温あるいは加熱することができる。ヒータ２４０は、通電される電流と、ヒータ２４０自身が有する電気抵抗と、により熱（ジュール熱）を発生することができる。このようなヒータ２４０としては、例えば「チューブヒータ」や、「シーズヒータ」や、「ハロゲンヒータ」や、「カーボンヒータ」などを用いることができる。
【００２７】
熱伝導体２５０は、樹脂に熱伝導性充てん材を含有させた熱伝導絶縁シートによって構成されており、ヒータ２４０が発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げることができる。また、熱伝導体２５０は、第１のコイル部２２１とヒータ２４０との間に設けられ、第１のコイル部２２１とヒータ２４０とを絶縁する機能を有する。
【００２８】
便座２００には、誘導加熱コイル２２０から発生した磁界により誘導加熱される導電体２３１が設けられている。より具体的には、導電体２３１は、誘導加熱コイル２２０から発生する磁界で誘起される渦電流により発熱する。導電体２３１は、便座２００の上面（着座面）に付設されている。あるいは、導電体２３１は、便座２００の筐体２１０の内部に設けられていてもよい。あるいは、導電体２３１は、便座２００の内部の上面２１０ａに付設されていてもよい。
【００２９】
導電体２３１としては、例えば鉄やステンレスなどの強磁性体、またはアルミニウムなどの常磁性体といった金属を用いることができる。便座２００の外部に磁界を放出させにくくするためには、電気抵抗が大きい鉄やステンレスなどの強磁性体を導電体２３１に用いることがより好ましい。なお、導電体２３１が便座２００の上面に設けられる場合には、人体と導電体２３１とが直接的に接触しないように、塗装やコーティングなどが導電体２３１の表面に施されることがより好ましい。
【００３０】
第１のコイル部２２１は、ヒータ２４０からみて導電体２３１の側に配置されている。言い換えれば、第１のコイル部２２１は、導電体２３１からみてヒータ２４０よりも近い位置に配置されている。例えば図２（ｂ）に表した具体例においては、便座２００は中空であり、便座の着座面を形成する板状体（第１の板状体）と、便座の底面を形成する板状体（第２の板状体）と、を有する。これら第１の板状体と第２の板状体との間に中空の空間が形成されている。
【００３１】
そして、第１のコイル部２２１は、着座面を形成する板状体の着座面の裏側の面すなわち便座２００の内部の上面２１０ａに付設されている。
【００３２】
第２のコイル部２２３は、ヒータ２４０からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。言い換えれば、第２のコイル部２２３は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１およびヒータ２４０よりも遠い位置に配置されている。例えば図２（ｂ）に表したように、第２のコイル部２２３は、便座２００の底面を形成する第２の板状体の底面の裏側の面すなわち便座２００の内部の底面２１０ｂに付設されている。
【００３３】
ヒータ２４０は、第１のコイル部２２１からみて導電体２３１とは反対側に配置され、第２のコイル部２２３からみて導電体２３１の側に配置されている。言い換えれば、ヒータ２４０は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置され、導電体２３１からみて第２のコイル部２２３よりも近い位置に配置されている。つまり、第１のコイル部２２１と、ヒータ２４０と、第２のコイル部２２３と、は、導電体２３１からみてこの順に遠ざかる位置に配置されている。
【００３４】
第１のコイル部２２１および第２のコイル部２２３は、例えば複数の絶縁素線を撚り合わせた構造を有するリッツ線などにより形成されている。第２のコイル部２２３は、例えば巻線部を有するソレノイドすなわち導線を円筒状に巻いたコイルである。これについては、後に詳述する。
【００３５】
図２（ａ）、図２（ｂ）、および図３（ａ）に表したように、第１のコイル部２２１は、便座２００の着座面に並行して配置されている。また、第１のコイル部２２１は、便座２００を上方からみたときに便座２００の内部の上面２１０ａに面状に広がるように配置されている。
なお、本願明細書においては、便座２００に座った使用者からみて上方を「上方」とする。
図２（ａ）、図２（ｂ）、および図３（ｃ）に表したように、第２のコイル部２２３は、便座２００の内部の底面２１０ｂに並行して配置されている。また、第２のコイル部２２１は、便座２００を上方からみたときに便座２００の内部の底面２１０ｂに面状に広がるように配置されている。
【００３６】
図２（ａ）、図２（ｂ）、および図３（ｂ）に表したように、ヒータ２４０は、便座２００の着座面に並行して配置されている。また、ヒータ２４０は、便座２００を上方からみたときに熱伝導体２５０の下面に面状に広がるように配置されている。但し、第１のコイル部２２１、第２のコイル部２２３、およびヒータ２４０の設置形態は、これだけに限定されるわけではない。
【００３７】
本実施形態によれば、暖房便座装置１００は、誘導加熱の原理を利用し、便座２００の着座面を急速に加熱することができ、より早く着座面を適温にすることができる。また、本実施形態にかかる暖房便座装置１００は、便座２００の着座面を急速に加熱することができるため、使用者が便座２００を使用していないときには便座２００を保温しておく必要はない。そのため、待機時の消費電力を抑え、省エネルギー化を図ることができる。
【００３８】
使用者が便座２００に着座した後すなわち便座２００に着座しているときには、暖房便座装置１００は、ヒータ２４０へ通電することにより便座２００の着座面を保温することができる。
【００３９】
図４は、本実施形態にかかる暖房便座装置の回路図である。
例えば、ケーシング４００内には、制御部４１０と、誘導加熱コイル通電スイッチ４２１と、ヒータ制御スイッチ４２３と、が設けられている。制御部４１０は、誘導加熱コイル通電スイッチ４２１に制御信号を送る。誘導加熱コイル通電スイッチ４２１は、制御部４１０から送られた制御信号によって誘導加熱コイル２２０に高周波電流を供給する高周波電源回路５００への通電のオン／オフを制御する。また、制御部４１０は、ヒータ制御スイッチ４２３に制御信号を送る。ヒータ制御スイッチ４２３は、制御部４１０から送られた制御信号によってヒータ２４０への通電のオン／オフを制御する。制御部４１０、誘導加熱コイル通電スイッチ４２１、およびヒータ制御スイッチ４２３には、商用電源１０が接続されている。
【００４０】
また、ケーシング４００内には、トイレ室への使用者の入室を検知する入室検知センサ４０２と、使用者が便座２００に座ったことを検知する着座検知センサ４０４と、便蓋３００の開閉状態を検知する便蓋開閉検知センサ４０６と、が設けられている。
【００４１】
入室検知センサ４０２は、トイレ室のドアを開けて入室した直後の使用者や、トイレ室に入室しようとしてドアの前に存在する使用者を検知することができる。つまり、入室検知センサ４０２は、トイレ室に入室した使用者だけではなく、トイレ室に入室する前の使用者、すなわちトイレ室の外側のドアの前に存在する使用者を検知することができる。このような入室検知センサ４０２としては、焦電センサや、ドップラーセンサなどのマイクロ波センサなどを用いることができる。マイクロ波のドップラー効果を利用したセンサや、マイクロ波を送信し反射したマイクロ波の振幅（強度）に基づいて被検知体を検出するセンサなどを用いた場合、トイレ室のドア越しに使用者の存在を検知することが可能となる。つまり、トイレ室に入室する前の使用者を検知することができる。
【００４２】
着座検知センサ４０４としては、例えば、赤外線投受光式の測距センサなどを用いることができる。便蓋開閉検知センサ４０６としては、例えば、ホールＩＣと磁石との組み合わせ、またはマイクロスイッチなどを用いることができる。
【００４３】
なお、便蓋開閉検知センサ４０６は、ケーシング４００に内蔵されていることに限定されず、便蓋３００のヒンジ部やケーシング４００の外部に設けられていてもよい。つまり、便蓋開閉検知センサ４０６は、便蓋３００の開閉状態を検知できればよい。これは、着座検知センサ４０４および入室検知センサ４０２についても同様であり、着座検知センサ４０４および入室検知センサ４０２は、ケーシング４００に内蔵されていることに限定されない。つまり、着座検知センサ４０４は、便座２００への使用者の着座を検知できればよく、入室検知センサ４０２は、トイレ室への使用者の入室を検知できればよい。
【００４４】
便座２００内には、高周波電流を生成し誘導加熱コイル２２０にその高周波電流を供給する高周波電源回路５００が設けられている。高周波電源回路５００は、整流部５１０と、電源回路５２１と、平滑部５３０と、共振回路５４０と、インバータ５５０と、を有する。
【００４５】
整流部５１０は、商用電源１０から供給される電流を整流する。平滑部５３０は、整流部５１０により整流された電流の中に含まれている脈流を平滑化する。平滑部５３０は、平滑コイル５３１と、平滑コンデンサ５３３と、を有する。平滑コンデンサ５３３は、インバータ５５０に流れる高周波大電流を供給する。平滑コイル５３１は、高周波に対して高インピーダンスとなって、商用電源側へノイズが伝達するのを防止する。
【００４６】
共振回路５４０は、誘導加熱コイル２２０と、共振コンデンサ５４１と、を有する。誘導加熱コイル２２０が有する第１のコイル部２２１と第２のコイル部２２３とは、直列に接続されている。つまり、誘導加熱コイル２２０は、導電体２３１からみて近くに設置された部分（第１のコイル部２２１）と、導電体２３１からみて遠くに設置された部分（第２のコイル部２２３）と、が直列に接続された構造を有する。
【００４７】
インバータ５５０は、スイッチング素子５５１を有し、共振回路５４０に供給する電力を制御する。スイッチング素子５５１には、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）が用いられる。
【００４８】
また、便座２００内には、動作／停止指示部２５３と、便座２００の温度を検知する第１および第２のサーミスタ２５５、２６１と、発振制御部２５７と、ヒータ２４０と、が設けられている。動作／停止指示部２５３は、電源回路５２１から送信された制御信号に基づいて発振制御部２５７へ制御信号を送信する。なお、電源回路５２１から送信される制御信号は、誘導加熱コイル通電スイッチ４２１がオンしたあと、電源回路５２１の出力電圧が所定の値に安定し、動作準備ができたという信号でよい。動作／停止指示部２５３は、電源回路５２１の出力が安定すると、発振制御部２５７に対して動作開始の制御信号を出力する。発振制御部２５７は、動作／停止指示部２５３から送信された制御信号に基づいてスイッチング素子５５１のオン／オフを制御する。ヒータ２４０は、商用電源１０に接続され、商用電源１０から供給される電流が通電されることで発熱する。なお、ヒータ２４０は、整流部５１０により整流された電流（整流出力）が通電されることで発熱してもよい。
【００４９】
第１のサーミスタ２５５は、動作／停止指示部２５３に接続されている。第１のサーミスタ２５５は、主として誘導加熱コイル２２０および導電体２３１によって加熱される便座２００の温度を検知する。動作／停止指示部２５３は、第１のサーミスタ２５５で検知した便座２００の温度の情報に基づいて誘導加熱の動作条件を決定し、発振制御部２５７を介してスイッチング素子５５１のオン／オフを制御することができる。これにより、動作／停止指示部２５３は、便座２００の加熱時間や加熱特性、あるいは高周波電源回路５００の動作／停止を制御することができる。
【００５０】
第２のサーミスタ２６１は、制御部４１０に接続されている。第２のサーミスタ２６１は、主としてヒータ２４０によって加熱される便座２００の温度を検知する。制御部４１０は、第２のサーミスタ２６１で検知した便座２００の温度の情報に基づきヒータ制御スイッチ４２３を制御することができる。これにより、ヒータ２４０への通電が制御される。
【００５１】
前述したように、制御部４１０は、動作／停止指示部２５３と、発振制御部２５７と、を介してスイッチング素子５５１のオン／オフを制御する。制御部４１０は、誘導加熱の動作指示を行うだけであり、スイッチング素子５５１の直接のオン／オフ制御を行うのは、発振制御部２５７である。発振制御部２５７の動作は、次のようになる。
【００５２】
まず、制御部４１０が誘導加熱コイル通電スイッチ４２１をオンし、動作／停止指示部２５３が電源回路５２１が安定したと判断して発振制御部２５７によってスイッチング素子５５１をオン状態に制御すると、商用電源１０から供給された電流は、整流部５１０により整流され、平滑部５３０により平滑化され、誘導加熱コイル２２０に流れる。電流が誘導加熱コイル２２０に流れると、誘導加熱コイル２２０に磁気エネルギーが溜まる。続いて、発振制御部２５７がスイッチング素子５５１をオフ状態に制御すると、商用電源１０からは電流が供給されない一方で、誘導加熱コイル２２０に溜められた磁気エネルギーが共振コンデンサ５４１へ静電エネルギーとして移動する。その後、再び共振コンデンサ５４１から誘導加熱コイル２２０へエネルギーが戻り、共振する。この共振動作の途中で、発振制御部２５７によってスイッチング素子５５１が再びオン状態に制御されると、誘導加熱コイル２２０に磁気エネルギーが補充され、前述の動作を繰り返して共振が継続する。
【００５３】
このように、発振制御部２５７がスイッチング素子５５１のオン状態とオフ状態とを切り替え制御することにより、誘導加熱コイル２２０および共振コンデンサ５４１において共振が発生し、高周波電流が生成される。高周波電流は、誘導加熱コイル２２０へ供給される。誘導加熱コイル２２０は、供給された高周波電流によって高周波磁界を発生する。この高周波磁界によって導電体２３１に渦電流が発生し、導電体２３１が発熱する。以上の動作により、例えば、入室検知センサ４０２が使用者の入室を検知すると、制御部４１０は、誘導加熱コイル２２０への通電を制御し便座２００を急速に加熱することができる。そのため、使用者が便座２００に座った際に冷たさを感じさせないような適温にすることができる。
【００５４】
続いて、使用者が便座２００に着座した後すなわち便座２００に着座しているときには、制御部４１０は、ヒータ制御スイッチ４２３のオン／オフを制御し、便座２００の着座面の温度を所定温度内に保温することができる。
【００５５】
前述したように、本実施形態では、誘導加熱コイル２２０およびヒータ２４０は、便座２００内に設けられている。このとき、誘導加熱コイル２２０およびヒータ２４０を単に便座２００内に配置すると、誘導加熱により便座２００を効率よく急速に加熱することができない場合がある。また、スイッチング素子５５１に過大なスイッチング損失が生じ、スイッチング素子５５１が破壊する場合がある。これらの課題について、図面を参照しつつ説明する。
【００５６】
図５は、比較例の便座を表す模式図である。
また、図６は、比較例にかかる暖房便座装置の回路図である。
なお、図５（ａ）は、本比較例の便座を上方から眺めた平面模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に表した切断面Ｂ−Ｂにおける断面模式図である。
【００５７】
本比較例の便座２００ａの内部には、誘導加熱コイル２２０と、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０ａと、が設けられている。誘導加熱コイル２２０は、図２に関して前述した便座２００のようには第２のコイル部２２３を有していない。つまり、誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１により形成されている。
【００５８】
熱伝導体２５０ａは、便座２００の着座面の裏側すなわち便座２００の内部の上面２１０ａに付設されている。本比較例では、熱伝導体２５０ａは、主としてヒータ２４０が発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げる機能を有する。そのため、熱伝導体２５０ａは、一般的にアルミシートやカーボンシートなどにより形成されている。
【００５９】
ヒータ２４０は、熱伝導体２５０ａの下面に付設されている。つまり、ヒータ２４０は、第１のコイル部２２１からみて導電体２３１の側に配置されている。言い換えれば、ヒータ２４０は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも近い位置に配置されている。
【００６０】
第１のコイル部２２１は、ヒータ２４０からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。言い換えれば、第１のコイル部２２１は、導電体２３１からみてヒータ２４０よりも遠い位置に配置されている。その他の構造および回路構成については、図２〜図４に関して前述した便座２００の構造および回路構成と同様である。
【００６１】
本比較例の便座２００ａでは、熱伝導体２５０ａが便座２００の着座面の裏側に付設され、ヒータ２４０が熱伝導体２５０ａの下面に付設されている。そのため、ヒータ２４０および熱伝導体２５０ａにより便座２００の着座面を効率よく保温あるいは加熱することができる。しかしながら、図５（ｂ）および図６に表したように、第１のコイル部２２１と導電体２３１との間に、アルミシートなどにより形成された熱伝導体２５０ａが介在している。アルミシートなどの抵抗値は、比較的低い。そのため、第１のコイル部２２１が磁界を発生すると、熱伝導体２５０ａに渦電流が発生する。そのため、第１のコイル部２２１が発生した磁界および磁界の変化は、熱伝導体２５０ａにより打ち消される。これにより、導電体２３１に渦電流が発生しにくく、導電体２３１は発熱し難い。そのため、本比較例では、誘導加熱により便座２００を効率よく急速に加熱することは困難である。
【００６２】
図７は、他の比較例の便座を表す模式図である。
なお、図７（ａ）は、本比較例の便座を上方から眺めた平面模式図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に表した切断面Ｃ−Ｃにおける断面模式図である。
【００６３】
本比較例の便座２００ｂの内部には、誘導加熱コイル２２０と、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０と、が設けられている。誘導加熱コイル２２０は、図２に関して前述した便座２００のようには第２のコイル部２２３を有していない。つまり、誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１により形成されている。
【００６４】
第１のコイル部２２１は、便座２００の着座面の裏側すなわち便座２００の内部の上面２１０ａに付設されている。つまり、第１のコイル部２２１は、ヒータ２４０からみて導電体２３１の側に配置されている。言い換えれば、第１のコイル部２２１は、導電体２３１からみてヒータ２４０よりも近い位置に配置されている。
【００６５】
ヒータ２４０は、第１のコイル部２２１からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。言い換えれば、ヒータ２４０は、導電体２３１からみて第１のコイル部よりも遠い位置に配置されている。熱伝導体２５０は、第１のコイル部２２１とヒータ２４０との間に設けられている。その他の構造および回路構成については、図２〜図４に関して前述した便座２００の構造および回路構成と同様である。
【００６６】
本比較例の便座２００ｂでは、第１のコイル部２２１と導電体２３１との間には、熱伝導体２５０は介在していない。そのため、図５および図６に関して前述した課題が生ずることを抑えることができる。しかしながら、図７（ｂ）に表したように、本比較例の便座２００ｂでは、第１のコイル部２２１と導電体２３１との間の距離が、図５に関して前述した便座２００ａの場合よりも短い。そのため、本比較例の第１のコイル部２２１が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流は、図５に関して前述した比較例の第１のコイル部２２１が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流よりも大きい。よって、導電体２３１では、より大きな熱エネルギーが消費される。そのため、本比較例における誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との間の振動、あるいは共振動作のエネルギー（共振エネルギー）は、図５に関して前述した比較例の場合よりも多くの熱エネルギーとして消失する。そして、共振の振動は、早く減衰する。
【００６７】
別の観点から説明すれば、本比較例における第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合は、５に関して前述した比較例における第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合よりも強い。そのため、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との共振動作のためのインダクタンス成分が不足するおそれがある。これにより、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との共振動作が継続できないおそれがある。そうすると、スイッチング素子５５１の両端にかかる電圧がゼロボルトであるときに制御部４１０がスイッチング素子５５１をオン状態にする（いわゆる「ゼロボルト・スイッチング動作」を行う）ことができないおそれがある。そのため、スイッチング損失が増大し、スイッチング素子５５１が破壊あるいは焼損するおそれがある。これについて、図面を参照しつつさらに説明する。
【００６８】
図８は、本比較例の便座を有する暖房便座装置の動作波形を表すタイミングチャートである。
また、図９は、本実施形態にかかる暖房便座装置の動作波形を表すタイミングチャートである。
【００６９】
図８に表したように、発振制御部２５７がスイッチング素子５５１をオン状態に制御すると、誘導加熱コイル２２０に流れるコイル電流ＩＬが増加する（タイミングｔ１０１）。これにより、誘導加熱コイル２２０に磁気エネルギーが溜まる。続いて、発振制御部２５７がスイッチング素子５５１をオフ状態に制御すると、誘導加熱コイル２２０に溜められた磁気エネルギーが共振コンデンサ５４１へ静電エネルギー移動する（タイミングｔ１０２）。そのため、共振電圧ＶＣＥは増加する。なお、共振電圧ＶＣＥは、スイッチング素子５５１の両端（コレクターエミッタ間）にかかる電圧である。
【００７０】
続いて、コイル電流ＩＬがゼロとなり逆方向に流れ始めると、共振電圧ＶＣＥは減少し始める（タイミングｔ１０３）。つまり、共振コンデンサ５４１の放電が始まる。そして、共振電圧ＶＣＥは、共振回路５４０の入力電圧（図８に表した破線参照）を基準として振動を継続しようとする。このとき、図７に関して前述したように本比較例では、第１のコイル部２２１と導電体２３１との間の距離がより短いため、より大きい渦電流が導電体２３１に発生する。つまり、より多くの共振エネルギーが熱エネルギーとして消失する。これにより、共振エネルギーがより早く減衰する。
【００７１】
そのため、誘導加熱コイル（Ｌ）２２０と、共振コンデンサ（Ｃ）５４１と、導電体（Ｒ）２３１と、によるＬＣＲ共振動作を継続させるためには、発振制御部２５７は、コイル電流ＩＬが再び増加するときにスイッチング素子５５１をオン状態に制御する必要がある（タイミングｔ１０４）。これにより、誘導加熱コイル２２０にエネルギーが再び溜まる。
【００７２】
ここで、誘導加熱の実行に際しては、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との組み合わせで決まる共振周波数が存在する。一般的には、共振周波数の近傍の周波数でスイッチング素子５５１のスイッチング制御が行われる。誘導加熱方式の回路において、共振動作を利用する理由の１つは、スイッチング素子５５１にかかる電圧が０Ｖ（ゼロボルト）になるタイミングで制御部４１０がスイッチング素子５５１をオン状態にしてスイッチング損失を抑えるためである。
【００７３】
しかしながら、本比較例では、共振エネルギーがより早く減衰するため、共振電圧ＶＣＥは、共振回路５４０の入力電圧を基準として振動してもゼロボルトに下がりきれない。そのため、発振制御部２５７は、共振エネルギーの減衰を抑え共振動作を継続させるために、共振電圧ＶＣＥがゼロボルトでないときにスイッチング素子５５１をオン状態にする必要がある（タイミングｔ１０４）が、本比較例では、制御部４１０は、ゼロボルト・スイッチング動作を行うことができない。そうすると、スイッチング損失が増大し、スイッチング素子５５１が破壊あるいは焼損するおそれがある。
【００７４】
これに対して、図２および図３に関して前述したように、本実施形態の誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１と、第２のコイル部２２３と、を有する。第２のコイル部２２３は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置されている。そのため、第２のコイル部２２３が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流は、第１のコイル部２２１が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流よりも小さい。そのため、図９に表したように、本実施形態にかかる暖房便座装置１００では、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との間の振動、あるいは共振動作のエネルギーが減衰することを抑えることができる。
【００７５】
つまり、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合は、第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合よりも弱い。そのため、第２のコイル部２２３は、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との共振動作のためのインダクタンス成分を追加する役割を主として有し、不足するインダクタンス成分を補うことができる。これにより、安定した共振動作で効率よく誘導加熱を実行することができる。そのため、安定した動作で効率よく便座２００を急速に加熱することができる。
【００７６】
また、図２および図３に関して前述したように、第２のコイル部２２３は、ヒータ２４０からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。つまり、ヒータ２４０は、第２のコイル部２２３と導電体２３１との間に介在している。そのため、第２のコイル部２２３は、導電体２３１からより確実に離間した位置に設けられている。これにより、第２のコイル部２２３は、不足するインダクタンス成分をより確実に補うことができる。
【００７７】
本実施形態によれば、共振エネルギーの減衰を抑えることができるため、図９に表したように、共振電圧ＶＣＥが共振回路５４０の入力電圧を基準として適切な振幅で振動することでゼロボルトとなるタイミングが存在する（タイミングｔ１１１〜ｔ１１２）。そのため、本実施形態における共振動作では、制御部４１０がゼロボルト・スイッチング動作を行うことで、スイッチング損失を抑えることができる。
【００７８】
第１のコイル部２２１は、例えば銅やアルミニウムなどにより形成されている。そのため、第１のコイル部２２１の熱伝導率は、比較的高い。また、第１のコイル部２２１は、導電体２３１からみてヒータ２４０よりも近い位置に配置され、さらに便座２００を上方からみたときに便座２００の内部の上面２１０ａに面状に広がるように配置されている。これにより、第１のコイル部２２１は、熱伝導体２５０として兼用され、ヒータ２４０が発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げることができる。そのため、便座２００の構造の簡略化を図ることができる。
【００７９】
なお、第１のコイル部２２１は、例えば銅やアルミニウムなどの薄肉テープにより形成されていてもよい。これによれば、便座２００を上方からみたときに便座２００の内部の上面２１０ａに面状に広がるように第１のコイル部２２１を配置しやすい。また、薄肉テープにより形成された第１のコイル部２２１は、より軽量である。そのため、便座２００の開閉をより楽に行うことができる。
【００８０】
第２のコイル部２２３は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置されている。つまり、第２のコイル部２２３は、便座２００の着座面からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置されている。そのため、便座２００に着座する使用者と第２のコイル部２２３との間の距離をより確実に確保することができる。そのため、第２のコイル部２２３から発生する漏れ磁界を抑えることができる。なお、第１のコイル部２２１と第２のコイル部２２３との巻き回数の比率は、例えば約２：１程度であることがより望ましい。
【００８１】
次に、本実施形態の他の便座について、図面を参照しつつ説明する。
図１０は、本実施形態の他の便座を表す断面模式図である。
なお、図１０は、図２（ａ）に表した切断面Ａ−Ａにおける断面模式図に相当する。
【００８２】
図１０に表した便座２００ｃの筐体２１０の内部には、誘導加熱コイル２２０ｃと、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０と、が設けられている。誘導加熱コイル２２０ｃは、第１のコイル部２２５と、第２のコイル部２２３と、を有する。
【００８３】
第１のコイル部２２５は、長手方向の断面形状が長方形を有する平角線により形成されている。一方、第２のコイル部２２３は、リッツ線により形成されている。第１のコイル部２２５と第２のコイル部２２３とは、直列に適宜接続されている。その他の構造および各要素の設置形態などは、図２および図３に関して前述した便座２００の構造および各要素の設置形態と同様である。
【００８４】
導体の所定体積に対する表面積を断面形状で比較すると、長手方向の断面形状が略円形を有するリッツ線よりも長手方向の断面形状が長方形を有する平角線の方が広い。リッツ線は、複数の絶縁素線の間に空隙を有する。一方、平角線は、複数の素線の間の空隙を無くすあるいは抑えることができる。そのため、導体の断面積を同一とすれば、平角線の容積率は、リッツ線の容積率よりも高い。これにより、平角線により形成された第１のコイル部２２５は、ヒータ２４０が発熱した熱をリッツ線により形成されたコイル部よりも早く着座面の全体に略均一に広げることができる。その他の効果についても、図１〜図９に関して前述した便座２００と同様の効果が得られる。
【００８５】
図１１は、本実施形態のさらに他の便座を表す断面模式図である。
なお、図１１は、図２（ａ）に表した切断面Ａ−Ａにおける断面模式図に相当する。
【００８６】
図１１に表した便座２００ｄの筐体２１０の内部には、誘導加熱コイル２２０ｄと、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０と、が設けられている。誘導加熱コイル２２０ｄは、第１のコイル部２２５と、第２のコイル部２２７と、を有する。
【００８７】
第１のコイル部２２５および第２のコイル部２２７は、長手方向の断面形状が長方形を有する平角線により形成されている。その他の構造および各要素の設置形態などは、図２および図３に関して前述した便座２００の構造および各要素の設置形態と同様である。
【００８８】
第１のコイル部２２５は、平角線により形成されているため、図１０に関して前述したように、ヒータ２４０が発熱した熱をより早く着座面の全体に略均一に広げることができる。また、第２のコイル部２２７は、平角線により形成されているため表皮効果の影響を受けにくい。また、第１のコイル部２２５および第２のコイル部２２７は、平角線により形成されているため、１本の平角線により形成可能である。そのため、第１のコイル部２２５と第２のコイル部２２７とを特別に接続させる必要はない。その他の効果についても、図１〜図９に関して前述した便座２００と同様の効果が得られる。
【００８９】
図１２は、本実施形態の第２のコイル部の具体例を例示する平面模式図である。
図２および図３に関して前述したように、第２のコイル部２２３は、例えば巻線部を有するソレノイドすなわち導線を円筒状に巻いたコイルである。
【００９０】
図１２（ａ）に表したように、第２のコイル部２２３は、例えばいわゆる「トロイダル・コイル」である。これによれば、第２のコイル部２２３から発生する漏れ磁界を抑えることができる。また、インダクタンスの安定性および再現性を高めることができる。
また、図１２（ｂ）に表したように、第２のコイル部２２３は、例えばいわゆる「棒状コイル」である。これによれば、第２のコイル部２２３の形成性を高めることができる。また、第２のコイル部２２３から発生する漏れ磁界を抑え、インダクタンスの安定性および再現性を高めることができる。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態によれば、誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１と、第２のコイル部２２３と、を有する。第１のコイル部２２１は、ヒータ２４０からみて導電体２３１の側に配置されている。第２のコイル部２２３は、ヒータ２４０からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。言い換えれば、第２のコイル部２２３は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置されている。そのため、第２のコイル部２２３が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流は、第１のコイル部２２１が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流よりも小さい。そのため、本実施形態にかかる暖房便座装置１００では、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との間の振動、あるいは共振動作のエネルギーが減衰することを抑えることができる。
【００９２】
つまり、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合は、第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合よりも弱い。そのため、第２のコイル部２２３は、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との共振動作のためのインダクタンス成分を追加し、不足するインダクタンス成分を補うことができる。これにより、安定した共振動作で効率よく誘導加熱を実行することができる。そのため、安定した動作で効率よく便座２００を急速に加熱することができる。
【００９３】
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、暖房便座装置１００などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などや第１のコイル部２２１、第２のコイル部２２３、および導電体２３１の設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
例えば、第２のコイル部２２３が便座２００の内部の底面２１０ｂに付設されていても、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合が比較的強い場合には、第２のコイル部２２３と導電体２３１との間にフェライトなどを設けてもよい。これによれば、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合を抑えることができる。フェライトは、第２のコイル部２２３の全周を覆うように設置されてもよいし、第２のコイル部２２３の少なくとも一部を覆うように設置されてもよい。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９４】
１０ 商用電源、 １００ 暖房便座装置、 ２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ 便座、 ２１０ 筐体、 ２１０ａ 上面、 ２１０ｂ 底面、 ２２０、２２０ｃ、２２０ｄ 誘導加熱コイル、 ２２１ 第１のコイル部、 ２２３ 第２のコイル部、 ２２５ 第１のコイル部、 ２２７ 第２のコイル部、 ２３１ 導電体、 ２４０ ヒータ、 ２５０、２５０ａ 熱伝導体、 ２５３ 動作／停止指示部、 ２５５ 第１のサーミスタ、 ２５７ 発振制御部、 ２６１ 第２のサーミスタ、 ３００ 便蓋、 ４００ ケーシング、 ４０２ 入室検知センサ、 ４０４ 着座検知センサ、 ４０６ 便蓋開閉検知センサ、 ４１０ 制御部、 ４２１ 誘導加熱コイル通電スイッチ、 ４２３ ヒータ制御スイッチ、 ５００ 高周波電源回路、 ５１０ 整流部、 ５２１ 電源回路、 ５３０ 平滑部、 ５３１ 平滑コイル、 ５３３ 平滑コンデンサ、 ５４０ 共振回路、 ５４１ 共振コンデンサ、 ５５０ インバータ、 ５５１ スイッチング素子、 ８００ 洋式腰掛便器
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、便器に設置される便座を暖めることができる暖房便座装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、多くの暖房便座装置では、例えば電気的な発熱体としてヒータなどが便座の内部に設けられている。ヒータに電流が流れると、ヒータにおいて発生したジュール熱の熱伝導により便座の表面の温度が上昇する。例えば便座が樹脂により形成されている場合、樹脂は熱抵抗が大きいため便座の表面の温度が目標温度まで上昇するためには数十秒から数分の時間がかかることがある。そのため、使用者が便座に着座したときに冷たさを感じないようにするためには、使用者が便座に着座していないときでもヒータに通電し便座の表面を予熱しておく必要がある。そのため、待機時の消費電力を抑え、省エネルギー化を図るという点においては改善の余地がある。
【０００３】
これに対して、便座側に設置されたヒータと、便座ふた側に設置された電磁誘導加熱コイルと、を具備する便座暖房装置がある（特許文献１）。しかしながら、特許文献１に記載された便座暖房装置では、電磁誘導加熱コイルが便座ふた側に設置されているため、便座ふたが閉じて便座と接近している状態でないと便座を暖めることができないという問題がある。使用者が便座に着座したときに冷たさを感じないようにするためには、待機時に便座ふたを閉じる自動装置を設置したり、使用者が忘れずに便座ふたを閉じてトイレ室を出る必要がある。
【０００４】
また、便座ふたが閉じている状態でないと便座を暖めることができないため、使用者がトイレ室に入り便座ふたを開けるまでの時間しか便座を暖めることができない。例えば、使用者が便座ふたを開けた後に服を脱ぐ場合には、使用者が便座ふたを開けてから便座に着座するまでの時間を暖房時間として利用することができない。そのため、便座を暖める時間を有効に確保するという点においては改善の余地がある。
【０００５】
さらに、電磁誘導加熱コイルが設置された便座ふたと、便座と、の間の距離が誘導加熱の性能に影響を及ぼす。そのため、便座を安定して暖めるためには、便座ふたと便座との間の距離を安定して保持する必要がある。この点においても、改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１８１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、安定した動作で効率よく急速加熱を行うことができる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】
【０００８】
第１の発明は、誘導加熱コイルと共振コンデンサとを有する共振回路と、前記誘導加熱コイルが発生した磁界により誘導加熱される導電体と、商用電源から供給される電流を整流する整流部と、前記整流部の整流出力を電源として前記共振回路に供給する電力を制御するインバータと、前記商用電源から供給される電流または前記整流部の整流出力が通電されることで発熱するヒータと、前記誘導加熱コイルと前記導電体と前記ヒータとが設けられた便座と、を備え、前記誘導加熱コイルは、前記導電体からみて前記ヒータよりも近い位置に配置された第１のコイル部と、前記導電体からみて前記第１のコイル部よりも遠い位置に配置され、前記共振回路の共振動作のためのインダクタンス成分を補う第２のコイル部と、を有することを特徴とする暖房便座装置である。
【０００９】
この暖房便座装置によれば、誘導加熱コイルは、第１のコイル部と第２のコイル部とを有する。第１のコイル部は、導電体からみてヒータよりも近い位置に配置されている。第２のコイル部は、導電体からみて前記第１のコイル部よりも遠い位置に配置されている。そのため、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合は、第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合よりも弱い。そのため、第２のコイル部は、共振回路の共振動作のためのインダクタンス成分を追加する役割を主として有し、不足するインダクタンス成分を補うことができる。これにより、安定した共振動作で効率よく誘導加熱を実行することができる。そのため、安定した動作で効率よく便座を急速に加熱することができる。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記便座は、着座面を形成する第１の板状体を有し、前記第１のコイル部は、前記板状体の前記着座面の裏側に配置され、前記ヒータは、前記第１のコイル部からみて前記導電体とは反対側に配置され、前記第２のコイル部は、前記導電体からみて前記ヒータよりも遠い位置に配置されたことを特徴とする暖房便座装置である。
【００１１】
この暖房便座装置によれば、ヒータは、第２のコイル部と導電体との間に介在している。そのため、第２のコイル部は、導電体からより確実に離間した位置に設けられている。これにより、第２のコイル部は、共振動作に不足するインダクタンス成分をより確実に補うことができる。
【００１２】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記便座は、底面を形成する第２の板状体を有し、前記第２のコイル部は、前記第２の板状体の前記底面の裏側に付設されたことを特徴とする暖房便座装置である。
【００１３】
この暖房便座装置によれば、第２のコイル部が便座の内部の底面に付設されているため、便座に着座する使用者と第２のコイル部との間の距離をより確実に確保することができる。そのため、便座に着座する使用者に対する第２のコイル部から発生する漏れ磁界の影響を抑えることができる。
【００１４】
また、第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記第２のコイル部は、導線が円筒状に巻かれた形状を有することを特徴とする暖房便座装置である。
【００１５】
この暖房便座装置によれば、第２のコイル部は、導線が円筒状に巻かれた形状を有するコイルすなわちソレノイドである。これにより、第２のコイル部から発生する漏れ磁界を抑えることができる。また、インダクタンスの安定性および再現性を高めることができる。また、第２のコイル部の形成性を高めることができる。
【００１６】
また、第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１のコイル部は、リッツ線により形成され、前記便座を上方からみたときに前記便座の着座面を形成する板状体の裏側に面状に広がるように配置されたことを特徴とする暖房便座装置である。
【００１７】
この暖房便座装置によれば、第１のコイル部は、リッツ線により形成され、便座を上方からみたときに便座の着座面の裏側に面状に広がるように配置されることで、ヒータが発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げる熱伝導体として兼用される。そのため、便座の構造の簡略化を図ることができる。
【００１８】
また、第６の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１のコイル部は、平角線により形成され、前記便座を上方からみたときに前記便座の着座面を形成する板状体の裏側に面状に広がるように配置されたことを特徴とする暖房便座装置である。
【００１９】
この暖房便座装置によれば、第１のコイル部は、平角線により形成され、便座を上方からみたときに便座の着座面の裏側に面状に広がるように配置されることで、ヒータが発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げる熱伝導体として兼用される。そのため、便座の構造の簡略化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の態様によれば、安定した動作で効率よく急速加熱を行うことができる暖房便座装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる暖房便座装置を備えたトイレ装置を例示する斜視模式図である。
【図２】本実施形態の便座を表す模式図である。
【図３】本実施形態の便座に内蔵された誘導加熱コイルおよびヒータを表す平面模式図である。
【図４】本実施形態にかかる暖房便座装置の回路図である。
【図５】比較例の便座を表す模式図である。
【図６】比較例にかかる暖房便座装置の回路図である。
【図７】他の比較例の便座を表す模式図である。
【図８】本比較例の便座を有する暖房便座装置の動作波形を表すタイミングチャートである。
【図９】本実施形態にかかる暖房便座装置の動作波形を表すタイミングチャートである。
【図１０】本実施形態の他の便座を表す断面模式図である。
【図１１】本実施形態のさらに他の便座を表す断面模式図である。
【図１２】本実施形態の第２のコイル部の具体例を例示する平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる暖房便座装置を備えたトイレ装置を例示する斜視模式図である。
また、図２は、本実施形態の便座を表す模式図である。
また、図３は、本実施形態の便座に内蔵された誘導加熱コイルおよびヒータを表す平面模式図である。
なお、図２（ａ）は、本実施形態の便座を上方から眺めた平面模式図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に表した切断面Ａ−Ａにおける断面模式図である。
説明の便宜上、図３（ａ）では、ヒータおよび第２のコイル部を省略している。図３（ｂ）では、第１および第２のコイル部を省略している。図３（ｃ）では、第１のコイル部およびヒータを省略している。
【００２３】
図１に表したトイレ装置は、洋式腰掛便器８００と、その上に設けられた暖房便座装置１００と、を備える。暖房便座装置１００は、ケーシング４００と、便座２００と、便蓋３００と、を有する。便座２００と便蓋３００とは、ケーシング４００に対して開閉自在にそれぞれ軸支されている。便蓋３００は、閉じた状態において便座２００の上方を覆うことができる。なお、便蓋３００は、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００２４】
便座２００は、図２（ｂ）に表したように、便座２００の外形を形成する筐体２１０を有する。本具体例の筐体２１０は中空であり、例えば樹脂などの絶縁性を有する材料により形成されている。なお、筐体２１０は、複数の部材により形成されていてもよいし、１つの部材により形成されていてもよい。
【００２５】
便座２００の筐体２１０の内部には、誘導加熱コイル２２０と、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０と、が設けられている。
誘導加熱コイル２２０は、高周波電流が通電されることにより磁界を発生する。また、誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１と、第２のコイル部２２３と、を有する。
【００２６】
ヒータ２４０は、通電されて発熱することにより便座２００の着座面を保温あるいは加熱することができる。ヒータ２４０は、通電される電流と、ヒータ２４０自身が有する電気抵抗と、により熱（ジュール熱）を発生することができる。このようなヒータ２４０としては、例えば「チューブヒータ」や、「シーズヒータ」や、「ハロゲンヒータ」や、「カーボンヒータ」などを用いることができる。
【００２７】
熱伝導体２５０は、樹脂に熱伝導性充てん材を含有させた熱伝導絶縁シートによって構成されており、ヒータ２４０が発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げることができる。また、熱伝導体２５０は、第１のコイル部２２１とヒータ２４０との間に設けられ、第１のコイル部２２１とヒータ２４０とを絶縁する機能を有する。
【００２８】
便座２００には、誘導加熱コイル２２０から発生した磁界により誘導加熱される導電体２３１が設けられている。より具体的には、導電体２３１は、誘導加熱コイル２２０から発生する磁界で誘起される渦電流により発熱する。導電体２３１は、便座２００の上面（着座面）に付設されている。あるいは、導電体２３１は、便座２００の筐体２１０の内部に設けられていてもよい。あるいは、導電体２３１は、便座２００の内部の上面２１０ａに付設されていてもよい。
【００２９】
導電体２３１としては、例えば鉄やステンレスなどの強磁性体、またはアルミニウムなどの常磁性体といった金属を用いることができる。便座２００の外部に磁界を放出させにくくするためには、電気抵抗が大きい鉄やステンレスなどの強磁性体を導電体２３１に用いることがより好ましい。なお、導電体２３１が便座２００の上面に設けられる場合には、人体と導電体２３１とが直接的に接触しないように、塗装やコーティングなどが導電体２３１の表面に施されることがより好ましい。
【００３０】
第１のコイル部２２１は、ヒータ２４０からみて導電体２３１の側に配置されている。言い換えれば、第１のコイル部２２１は、導電体２３１からみてヒータ２４０よりも近い位置に配置されている。例えば図２（ｂ）に表した具体例においては、便座２００は中空であり、便座の着座面を形成する板状体（第１の板状体）と、便座の底面を形成する板状体（第２の板状体）と、を有する。これら第１の板状体と第２の板状体との間に中空の空間が形成されている。
【００３１】
そして、第１のコイル部２２１は、着座面を形成する板状体の着座面の裏側の面すなわち便座２００の内部の上面２１０ａに付設されている。
【００３２】
第２のコイル部２２３は、ヒータ２４０からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。言い換えれば、第２のコイル部２２３は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１およびヒータ２４０よりも遠い位置に配置されている。例えば図２（ｂ）に表したように、第２のコイル部２２３は、便座２００の底面を形成する第２の板状体の底面の裏側の面すなわち便座２００の内部の底面２１０ｂに付設されている。
【００３３】
ヒータ２４０は、第１のコイル部２２１からみて導電体２３１とは反対側に配置され、第２のコイル部２２３からみて導電体２３１の側に配置されている。言い換えれば、ヒータ２４０は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置され、導電体２３１からみて第２のコイル部２２３よりも近い位置に配置されている。つまり、第１のコイル部２２１と、ヒータ２４０と、第２のコイル部２２３と、は、導電体２３１からみてこの順に遠ざかる位置に配置されている。
【００３４】
第１のコイル部２２１および第２のコイル部２２３は、例えば複数の絶縁素線を撚り合わせた構造を有するリッツ線などにより形成されている。第２のコイル部２２３は、例えば巻線部を有するソレノイドすなわち導線を円筒状に巻いたコイルである。これについては、後に詳述する。
【００３５】
図２（ａ）、図２（ｂ）、および図３（ａ）に表したように、第１のコイル部２２１は、便座２００の着座面に並行して配置されている。また、第１のコイル部２２１は、便座２００を上方からみたときに便座２００の内部の上面２１０ａに面状に広がるように配置されている。
なお、本願明細書においては、便座２００に座った使用者からみて上方を「上方」とする。
図２（ａ）、図２（ｂ）、および図３（ｃ）に表したように、第２のコイル部２２３は、便座２００の内部の底面２１０ｂに並行して配置されている。また、第２のコイル部２２１は、便座２００を上方からみたときに便座２００の内部の底面２１０ｂに面状に広がるように配置されている。
【００３６】
図２（ａ）、図２（ｂ）、および図３（ｂ）に表したように、ヒータ２４０は、便座２００の着座面に並行して配置されている。また、ヒータ２４０は、便座２００を上方からみたときに熱伝導体２５０の下面に面状に広がるように配置されている。但し、第１のコイル部２２１、第２のコイル部２２３、およびヒータ２４０の設置形態は、これだけに限定されるわけではない。
【００３７】
本実施形態によれば、暖房便座装置１００は、誘導加熱の原理を利用し、便座２００の着座面を急速に加熱することができ、より早く着座面を適温にすることができる。また、本実施形態にかかる暖房便座装置１００は、便座２００の着座面を急速に加熱することができるため、使用者が便座２００を使用していないときには便座２００を保温しておく必要はない。そのため、待機時の消費電力を抑え、省エネルギー化を図ることができる。
【００３８】
使用者が便座２００に着座した後すなわち便座２００に着座しているときには、暖房便座装置１００は、ヒータ２４０へ通電することにより便座２００の着座面を保温することができる。
【００３９】
図４は、本実施形態にかかる暖房便座装置の回路図である。
例えば、ケーシング４００内には、制御部４１０と、誘導加熱コイル通電スイッチ４２１と、ヒータ制御スイッチ４２３と、が設けられている。制御部４１０は、誘導加熱コイル通電スイッチ４２１に制御信号を送る。誘導加熱コイル通電スイッチ４２１は、制御部４１０から送られた制御信号によって誘導加熱コイル２２０に高周波電流を供給する高周波電源回路５００への通電のオン／オフを制御する。また、制御部４１０は、ヒータ制御スイッチ４２３に制御信号を送る。ヒータ制御スイッチ４２３は、制御部４１０から送られた制御信号によってヒータ２４０への通電のオン／オフを制御する。制御部４１０、誘導加熱コイル通電スイッチ４２１、およびヒータ制御スイッチ４２３には、商用電源１０が接続されている。
【００４０】
また、ケーシング４００内には、トイレ室への使用者の入室を検知する入室検知センサ４０２と、使用者が便座２００に座ったことを検知する着座検知センサ４０４と、便蓋３００の開閉状態を検知する便蓋開閉検知センサ４０６と、が設けられている。
【００４１】
入室検知センサ４０２は、トイレ室のドアを開けて入室した直後の使用者や、トイレ室に入室しようとしてドアの前に存在する使用者を検知することができる。つまり、入室検知センサ４０２は、トイレ室に入室した使用者だけではなく、トイレ室に入室する前の使用者、すなわちトイレ室の外側のドアの前に存在する使用者を検知することができる。このような入室検知センサ４０２としては、焦電センサや、ドップラーセンサなどのマイクロ波センサなどを用いることができる。マイクロ波のドップラー効果を利用したセンサや、マイクロ波を送信し反射したマイクロ波の振幅（強度）に基づいて被検知体を検出するセンサなどを用いた場合、トイレ室のドア越しに使用者の存在を検知することが可能となる。つまり、トイレ室に入室する前の使用者を検知することができる。
【００４２】
着座検知センサ４０４としては、例えば、赤外線投受光式の測距センサなどを用いることができる。便蓋開閉検知センサ４０６としては、例えば、ホールＩＣと磁石との組み合わせ、またはマイクロスイッチなどを用いることができる。
【００４３】
なお、便蓋開閉検知センサ４０６は、ケーシング４００に内蔵されていることに限定されず、便蓋３００のヒンジ部やケーシング４００の外部に設けられていてもよい。つまり、便蓋開閉検知センサ４０６は、便蓋３００の開閉状態を検知できればよい。これは、着座検知センサ４０４および入室検知センサ４０２についても同様であり、着座検知センサ４０４および入室検知センサ４０２は、ケーシング４００に内蔵されていることに限定されない。つまり、着座検知センサ４０４は、便座２００への使用者の着座を検知できればよく、入室検知センサ４０２は、トイレ室への使用者の入室を検知できればよい。
【００４４】
便座２００内には、高周波電流を生成し誘導加熱コイル２２０にその高周波電流を供給する高周波電源回路５００が設けられている。高周波電源回路５００は、整流部５１０と、電源回路５２１と、平滑部５３０と、共振回路５４０と、インバータ５５０と、を有する。
【００４５】
整流部５１０は、商用電源１０から供給される電流を整流する。平滑部５３０は、整流部５１０により整流された電流の中に含まれている脈流を平滑化する。平滑部５３０は、平滑コイル５３１と、平滑コンデンサ５３３と、を有する。平滑コンデンサ５３３は、インバータ５５０に流れる高周波大電流を供給する。平滑コイル５３１は、高周波に対して高インピーダンスとなって、商用電源側へノイズが伝達するのを防止する。
【００４６】
共振回路５４０は、誘導加熱コイル２２０と、共振コンデンサ５４１と、を有する。誘導加熱コイル２２０が有する第１のコイル部２２１と第２のコイル部２２３とは、直列に接続されている。つまり、誘導加熱コイル２２０は、導電体２３１からみて近くに設置された部分（第１のコイル部２２１）と、導電体２３１からみて遠くに設置された部分（第２のコイル部２２３）と、が直列に接続された構造を有する。
【００４７】
インバータ５５０は、スイッチング素子５５１を有し、共振回路５４０に供給する電力を制御する。スイッチング素子５５１には、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）が用いられる。
【００４８】
また、便座２００内には、動作／停止指示部２５３と、便座２００の温度を検知する第１および第２のサーミスタ２５５、２６１と、発振制御部２５７と、ヒータ２４０と、が設けられている。動作／停止指示部２５３は、電源回路５２１から送信された制御信号に基づいて発振制御部２５７へ制御信号を送信する。なお、電源回路５２１から送信される制御信号は、誘導加熱コイル通電スイッチ４２１がオンしたあと、電源回路５２１の出力電圧が所定の値に安定し、動作準備ができたという信号でよい。動作／停止指示部２５３は、電源回路５２１の出力が安定すると、発振制御部２５７に対して動作開始の制御信号を出力する。発振制御部２５７は、動作／停止指示部２５３から送信された制御信号に基づいてスイッチング素子５５１のオン／オフを制御する。ヒータ２４０は、商用電源１０に接続され、商用電源１０から供給される電流が通電されることで発熱する。なお、ヒータ２４０は、整流部５１０により整流された電流（整流出力）が通電されることで発熱してもよい。
【００４９】
第１のサーミスタ２５５は、動作／停止指示部２５３に接続されている。第１のサーミスタ２５５は、主として誘導加熱コイル２２０および導電体２３１によって加熱される便座２００の温度を検知する。動作／停止指示部２５３は、第１のサーミスタ２５５で検知した便座２００の温度の情報に基づいて誘導加熱の動作条件を決定し、発振制御部２５７を介してスイッチング素子５５１のオン／オフを制御することができる。これにより、動作／停止指示部２５３は、便座２００の加熱時間や加熱特性、あるいは高周波電源回路５００の動作／停止を制御することができる。
【００５０】
第２のサーミスタ２６１は、制御部４１０に接続されている。第２のサーミスタ２６１は、主としてヒータ２４０によって加熱される便座２００の温度を検知する。制御部４１０は、第２のサーミスタ２６１で検知した便座２００の温度の情報に基づきヒータ制御スイッチ４２３を制御することができる。これにより、ヒータ２４０への通電が制御される。
【００５１】
前述したように、制御部４１０は、動作／停止指示部２５３と、発振制御部２５７と、を介してスイッチング素子５５１のオン／オフを制御する。制御部４１０は、誘導加熱の動作指示を行うだけであり、スイッチング素子５５１の直接のオン／オフ制御を行うのは、発振制御部２５７である。発振制御部２５７の動作は、次のようになる。
【００５２】
まず、制御部４１０が誘導加熱コイル通電スイッチ４２１をオンし、動作／停止指示部２５３が電源回路５２１が安定したと判断して発振制御部２５７によってスイッチング素子５５１をオン状態に制御すると、商用電源１０から供給された電流は、整流部５１０により整流され、平滑部５３０により平滑化され、誘導加熱コイル２２０に流れる。電流が誘導加熱コイル２２０に流れると、誘導加熱コイル２２０に磁気エネルギーが溜まる。続いて、発振制御部２５７がスイッチング素子５５１をオフ状態に制御すると、商用電源１０からは電流が供給されない一方で、誘導加熱コイル２２０に溜められた磁気エネルギーが共振コンデンサ５４１へ静電エネルギーとして移動する。その後、再び共振コンデンサ５４１から誘導加熱コイル２２０へエネルギーが戻り、共振する。この共振動作の途中で、発振制御部２５７によってスイッチング素子５５１が再びオン状態に制御されると、誘導加熱コイル２２０に磁気エネルギーが補充され、前述の動作を繰り返して共振が継続する。
【００５３】
このように、発振制御部２５７がスイッチング素子５５１のオン状態とオフ状態とを切り替え制御することにより、誘導加熱コイル２２０および共振コンデンサ５４１において共振が発生し、高周波電流が生成される。高周波電流は、誘導加熱コイル２２０へ供給される。誘導加熱コイル２２０は、供給された高周波電流によって高周波磁界を発生する。この高周波磁界によって導電体２３１に渦電流が発生し、導電体２３１が発熱する。以上の動作により、例えば、入室検知センサ４０２が使用者の入室を検知すると、制御部４１０は、誘導加熱コイル２２０への通電を制御し便座２００を急速に加熱することができる。そのため、使用者が便座２００に座った際に冷たさを感じさせないような適温にすることができる。
【００５４】
続いて、使用者が便座２００に着座した後すなわち便座２００に着座しているときには、制御部４１０は、ヒータ制御スイッチ４２３のオン／オフを制御し、便座２００の着座面の温度を所定温度内に保温することができる。
【００５５】
前述したように、本実施形態では、誘導加熱コイル２２０およびヒータ２４０は、便座２００内に設けられている。このとき、誘導加熱コイル２２０およびヒータ２４０を単に便座２００内に配置すると、誘導加熱により便座２００を効率よく急速に加熱することができない場合がある。また、スイッチング素子５５１に過大なスイッチング損失が生じ、スイッチング素子５５１が破壊する場合がある。これらの課題について、図面を参照しつつ説明する。
【００５６】
図５は、比較例の便座を表す模式図である。
また、図６は、比較例にかかる暖房便座装置の回路図である。
なお、図５（ａ）は、本比較例の便座を上方から眺めた平面模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に表した切断面Ｂ−Ｂにおける断面模式図である。
【００５７】
本比較例の便座２００ａの内部には、誘導加熱コイル２２０と、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０ａと、が設けられている。誘導加熱コイル２２０は、図２に関して前述した便座２００のようには第２のコイル部２２３を有していない。つまり、誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１により形成されている。
【００５８】
熱伝導体２５０ａは、便座２００の着座面の裏側すなわち便座２００の内部の上面２１０ａに付設されている。本比較例では、熱伝導体２５０ａは、主としてヒータ２４０が発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げる機能を有する。そのため、熱伝導体２５０ａは、一般的にアルミシートやカーボンシートなどにより形成されている。
【００５９】
ヒータ２４０は、熱伝導体２５０ａの下面に付設されている。つまり、ヒータ２４０は、第１のコイル部２２１からみて導電体２３１の側に配置されている。言い換えれば、ヒータ２４０は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも近い位置に配置されている。
【００６０】
第１のコイル部２２１は、ヒータ２４０からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。言い換えれば、第１のコイル部２２１は、導電体２３１からみてヒータ２４０よりも遠い位置に配置されている。その他の構造および回路構成については、図２〜図４に関して前述した便座２００の構造および回路構成と同様である。
【００６１】
本比較例の便座２００ａでは、熱伝導体２５０ａが便座２００の着座面の裏側に付設され、ヒータ２４０が熱伝導体２５０ａの下面に付設されている。そのため、ヒータ２４０および熱伝導体２５０ａにより便座２００の着座面を効率よく保温あるいは加熱することができる。しかしながら、図５（ｂ）および図６に表したように、第１のコイル部２２１と導電体２３１との間に、アルミシートなどにより形成された熱伝導体２５０ａが介在している。アルミシートなどの抵抗値は、比較的低い。そのため、第１のコイル部２２１が磁界を発生すると、熱伝導体２５０ａに渦電流が発生する。そのため、第１のコイル部２２１が発生した磁界および磁界の変化は、熱伝導体２５０ａにより打ち消される。これにより、導電体２３１に渦電流が発生しにくく、導電体２３１は発熱し難い。そのため、本比較例では、誘導加熱により便座２００を効率よく急速に加熱することは困難である。
【００６２】
図７は、他の比較例の便座を表す模式図である。
なお、図７（ａ）は、本比較例の便座を上方から眺めた平面模式図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に表した切断面Ｃ−Ｃにおける断面模式図である。
【００６３】
本比較例の便座２００ｂの内部には、誘導加熱コイル２２０と、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０と、が設けられている。誘導加熱コイル２２０は、図２に関して前述した便座２００のようには第２のコイル部２２３を有していない。つまり、誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１により形成されている。
【００６４】
第１のコイル部２２１は、便座２００の着座面の裏側すなわち便座２００の内部の上面２１０ａに付設されている。つまり、第１のコイル部２２１は、ヒータ２４０からみて導電体２３１の側に配置されている。言い換えれば、第１のコイル部２２１は、導電体２３１からみてヒータ２４０よりも近い位置に配置されている。
【００６５】
ヒータ２４０は、第１のコイル部２２１からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。言い換えれば、ヒータ２４０は、導電体２３１からみて第１のコイル部よりも遠い位置に配置されている。熱伝導体２５０は、第１のコイル部２２１とヒータ２４０との間に設けられている。その他の構造および回路構成については、図２〜図４に関して前述した便座２００の構造および回路構成と同様である。
【００６６】
本比較例の便座２００ｂでは、第１のコイル部２２１と導電体２３１との間には、熱伝導体２５０は介在していない。そのため、図５および図６に関して前述した課題が生ずることを抑えることができる。しかしながら、図７（ｂ）に表したように、本比較例の便座２００ｂでは、第１のコイル部２２１と導電体２３１との間の距離が、図５に関して前述した便座２００ａの場合よりも短い。そのため、本比較例の第１のコイル部２２１が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流は、図５に関して前述した比較例の第１のコイル部２２１が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流よりも大きい。よって、導電体２３１では、より大きな熱エネルギーが消費される。そのため、本比較例における誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との間の振動、あるいは共振動作のエネルギー（共振エネルギー）は、図５に関して前述した比較例の場合よりも多くの熱エネルギーとして消失する。そして、共振の振動は、早く減衰する。
【００６７】
別の観点から説明すれば、本比較例における第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合は、５に関して前述した比較例における第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合よりも強い。そのため、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との共振動作のためのインダクタンス成分が不足するおそれがある。これにより、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との共振動作が継続できないおそれがある。そうすると、スイッチング素子５５１の両端にかかる電圧がゼロボルトであるときに制御部４１０がスイッチング素子５５１をオン状態にする（いわゆる「ゼロボルト・スイッチング動作」を行う）ことができないおそれがある。そのため、スイッチング損失が増大し、スイッチング素子５５１が破壊あるいは焼損するおそれがある。これについて、図面を参照しつつさらに説明する。
【００６８】
図８は、本比較例の便座を有する暖房便座装置の動作波形を表すタイミングチャートである。
また、図９は、本実施形態にかかる暖房便座装置の動作波形を表すタイミングチャートである。
【００６９】
図８に表したように、発振制御部２５７がスイッチング素子５５１をオン状態に制御すると、誘導加熱コイル２２０に流れるコイル電流ＩＬが増加する（タイミングｔ１０１）。これにより、誘導加熱コイル２２０に磁気エネルギーが溜まる。続いて、発振制御部２５７がスイッチング素子５５１をオフ状態に制御すると、誘導加熱コイル２２０に溜められた磁気エネルギーが共振コンデンサ５４１へ静電エネルギー移動する（タイミングｔ１０２）。そのため、共振電圧ＶＣＥは増加する。なお、共振電圧ＶＣＥは、スイッチング素子５５１の両端（コレクターエミッタ間）にかかる電圧である。
【００７０】
続いて、コイル電流ＩＬがゼロとなり逆方向に流れ始めると、共振電圧ＶＣＥは減少し始める（タイミングｔ１０３）。つまり、共振コンデンサ５４１の放電が始まる。そして、共振電圧ＶＣＥは、共振回路５４０の入力電圧（図８に表した破線参照）を基準として振動を継続しようとする。このとき、図７に関して前述したように本比較例では、第１のコイル部２２１と導電体２３１との間の距離がより短いため、より大きい渦電流が導電体２３１に発生する。つまり、より多くの共振エネルギーが熱エネルギーとして消失する。これにより、共振エネルギーがより早く減衰する。
【００７１】
そのため、誘導加熱コイル（Ｌ）２２０と、共振コンデンサ（Ｃ）５４１と、導電体（Ｒ）２３１と、によるＬＣＲ共振動作を継続させるためには、発振制御部２５７は、コイル電流ＩＬが再び増加するときにスイッチング素子５５１をオン状態に制御する必要がある（タイミングｔ１０４）。これにより、誘導加熱コイル２２０にエネルギーが再び溜まる。
【００７２】
ここで、誘導加熱の実行に際しては、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との組み合わせで決まる共振周波数が存在する。一般的には、共振周波数の近傍の周波数でスイッチング素子５５１のスイッチング制御が行われる。誘導加熱方式の回路において、共振動作を利用する理由の１つは、スイッチング素子５５１にかかる電圧が０Ｖ（ゼロボルト）になるタイミングで制御部４１０がスイッチング素子５５１をオン状態にしてスイッチング損失を抑えるためである。
【００７３】
しかしながら、本比較例では、共振エネルギーがより早く減衰するため、共振電圧ＶＣＥは、共振回路５４０の入力電圧を基準として振動してもゼロボルトに下がりきれない。そのため、発振制御部２５７は、共振エネルギーの減衰を抑え共振動作を継続させるために、共振電圧ＶＣＥがゼロボルトでないときにスイッチング素子５５１をオン状態にする必要がある（タイミングｔ１０４）が、本比較例では、制御部４１０は、ゼロボルト・スイッチング動作を行うことができない。そうすると、スイッチング損失が増大し、スイッチング素子５５１が破壊あるいは焼損するおそれがある。
【００７４】
これに対して、図２および図３に関して前述したように、本実施形態の誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１と、第２のコイル部２２３と、を有する。第２のコイル部２２３は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置されている。そのため、第２のコイル部２２３が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流は、第１のコイル部２２１が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流よりも小さい。そのため、図９に表したように、本実施形態にかかる暖房便座装置１００では、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との間の振動、あるいは共振動作のエネルギーが減衰することを抑えることができる。
【００７５】
つまり、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合は、第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合よりも弱い。そのため、第２のコイル部２２３は、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との共振動作のためのインダクタンス成分を追加する役割を主として有し、不足するインダクタンス成分を補うことができる。これにより、安定した共振動作で効率よく誘導加熱を実行することができる。そのため、安定した動作で効率よく便座２００を急速に加熱することができる。
【００７６】
また、図２および図３に関して前述したように、第２のコイル部２２３は、ヒータ２４０からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。つまり、ヒータ２４０は、第２のコイル部２２３と導電体２３１との間に介在している。そのため、第２のコイル部２２３は、導電体２３１からより確実に離間した位置に設けられている。これにより、第２のコイル部２２３は、不足するインダクタンス成分をより確実に補うことができる。
【００７７】
本実施形態によれば、共振エネルギーの減衰を抑えることができるため、図９に表したように、共振電圧ＶＣＥが共振回路５４０の入力電圧を基準として適切な振幅で振動することでゼロボルトとなるタイミングが存在する（タイミングｔ１１１〜ｔ１１２）。そのため、本実施形態における共振動作では、制御部４１０がゼロボルト・スイッチング動作を行うことで、スイッチング損失を抑えることができる。
【００７８】
第１のコイル部２２１は、例えば銅やアルミニウムなどにより形成されている。そのため、第１のコイル部２２１の熱伝導率は、比較的高い。また、第１のコイル部２２１は、導電体２３１からみてヒータ２４０よりも近い位置に配置され、さらに便座２００を上方からみたときに便座２００の内部の上面２１０ａに面状に広がるように配置されている。これにより、第１のコイル部２２１は、熱伝導体２５０として兼用され、ヒータ２４０が発熱した熱を着座面の全体に略均一に広げることができる。そのため、便座２００の構造の簡略化を図ることができる。
【００７９】
なお、第１のコイル部２２１は、例えば銅やアルミニウムなどの薄肉テープにより形成されていてもよい。これによれば、便座２００を上方からみたときに便座２００の内部の上面２１０ａに面状に広がるように第１のコイル部２２１を配置しやすい。また、薄肉テープにより形成された第１のコイル部２２１は、より軽量である。そのため、便座２００の開閉をより楽に行うことができる。
【００８０】
第２のコイル部２２３は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置されている。つまり、第２のコイル部２２３は、便座２００の着座面からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置されている。そのため、便座２００に着座する使用者と第２のコイル部２２３との間の距離をより確実に確保することができる。そのため、第２のコイル部２２３から発生する漏れ磁界を抑えることができる。なお、第１のコイル部２２１と第２のコイル部２２３との巻き回数の比率は、例えば約２：１程度であることがより望ましい。
【００８１】
次に、本実施形態の他の便座について、図面を参照しつつ説明する。
図１０は、本実施形態の他の便座を表す断面模式図である。
なお、図１０は、図２（ａ）に表した切断面Ａ−Ａにおける断面模式図に相当する。
【００８２】
図１０に表した便座２００ｃの筐体２１０の内部には、誘導加熱コイル２２０ｃと、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０と、が設けられている。誘導加熱コイル２２０ｃは、第１のコイル部２２５と、第２のコイル部２２３と、を有する。
【００８３】
第１のコイル部２２５は、長手方向の断面形状が長方形を有する平角線により形成されている。一方、第２のコイル部２２３は、リッツ線により形成されている。第１のコイル部２２５と第２のコイル部２２３とは、直列に適宜接続されている。その他の構造および各要素の設置形態などは、図２および図３に関して前述した便座２００の構造および各要素の設置形態と同様である。
【００８４】
導体の所定体積に対する表面積を断面形状で比較すると、長手方向の断面形状が略円形を有するリッツ線よりも長手方向の断面形状が長方形を有する平角線の方が広い。リッツ線は、複数の絶縁素線の間に空隙を有する。一方、平角線は、複数の素線の間の空隙を無くすあるいは抑えることができる。そのため、導体の断面積を同一とすれば、平角線の容積率は、リッツ線の容積率よりも高い。これにより、平角線により形成された第１のコイル部２２５は、ヒータ２４０が発熱した熱をリッツ線により形成されたコイル部よりも早く着座面の全体に略均一に広げることができる。その他の効果についても、図１〜図９に関して前述した便座２００と同様の効果が得られる。
【００８５】
図１１は、本実施形態のさらに他の便座を表す断面模式図である。
なお、図１１は、図２（ａ）に表した切断面Ａ−Ａにおける断面模式図に相当する。
【００８６】
図１１に表した便座２００ｄの筐体２１０の内部には、誘導加熱コイル２２０ｄと、ヒータ２４０と、熱伝導体２５０と、が設けられている。誘導加熱コイル２２０ｄは、第１のコイル部２２５と、第２のコイル部２２７と、を有する。
【００８７】
第１のコイル部２２５および第２のコイル部２２７は、長手方向の断面形状が長方形を有する平角線により形成されている。その他の構造および各要素の設置形態などは、図２および図３に関して前述した便座２００の構造および各要素の設置形態と同様である。
【００８８】
第１のコイル部２２５は、平角線により形成されているため、図１０に関して前述したように、ヒータ２４０が発熱した熱をより早く着座面の全体に略均一に広げることができる。また、第２のコイル部２２７は、平角線により形成されているため表皮効果の影響を受けにくい。また、第１のコイル部２２５および第２のコイル部２２７は、平角線により形成されているため、１本の平角線により形成可能である。そのため、第１のコイル部２２５と第２のコイル部２２７とを特別に接続させる必要はない。その他の効果についても、図１〜図９に関して前述した便座２００と同様の効果が得られる。
【００８９】
図１２は、本実施形態の第２のコイル部の具体例を例示する平面模式図である。
図２および図３に関して前述したように、第２のコイル部２２３は、例えば巻線部を有するソレノイドすなわち導線を円筒状に巻いたコイルである。
【００９０】
図１２（ａ）に表したように、第２のコイル部２２３は、例えばいわゆる「トロイダル・コイル」である。これによれば、第２のコイル部２２３から発生する漏れ磁界を抑えることができる。また、インダクタンスの安定性および再現性を高めることができる。
また、図１２（ｂ）に表したように、第２のコイル部２２３は、例えばいわゆる「棒状コイル」である。これによれば、第２のコイル部２２３の形成性を高めることができる。また、第２のコイル部２２３から発生する漏れ磁界を抑え、インダクタンスの安定性および再現性を高めることができる。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態によれば、誘導加熱コイル２２０は、第１のコイル部２２１と、第２のコイル部２２３と、を有する。第１のコイル部２２１は、ヒータ２４０からみて導電体２３１の側に配置されている。第２のコイル部２２３は、ヒータ２４０からみて導電体２３１とは反対側に配置されている。言い換えれば、第２のコイル部２２３は、導電体２３１からみて第１のコイル部２２１よりも遠い位置に配置されている。そのため、第２のコイル部２２３が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流は、第１のコイル部２２１が発生した磁界により導電体２３１に発生する渦電流よりも小さい。そのため、本実施形態にかかる暖房便座装置１００では、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との間の振動、あるいは共振動作のエネルギーが減衰することを抑えることができる。
【００９２】
つまり、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合は、第１のコイル部２２１と導電体２３１との磁気結合よりも弱い。そのため、第２のコイル部２２３は、誘導加熱コイル２２０と共振コンデンサ５４１との共振動作のためのインダクタンス成分を追加し、不足するインダクタンス成分を補うことができる。これにより、安定した共振動作で効率よく誘導加熱を実行することができる。そのため、安定した動作で効率よく便座２００を急速に加熱することができる。
【００９３】
以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、暖房便座装置１００などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などや第１のコイル部２２１、第２のコイル部２２３、および導電体２３１の設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
例えば、第２のコイル部２２３が便座２００の内部の底面２１０ｂに付設されていても、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合が比較的強い場合には、第２のコイル部２２３と導電体２３１との間にフェライトなどを設けてもよい。これによれば、第２のコイル部２２３と導電体２３１との磁気結合を抑えることができる。フェライトは、第２のコイル部２２３の全周を覆うように設置されてもよいし、第２のコイル部２２３の少なくとも一部を覆うように設置されてもよい。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９４】
１０ 商用電源、 １００ 暖房便座装置、 ２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ 便座、 ２１０ 筐体、 ２１０ａ 上面、 ２１０ｂ 底面、 ２２０、２２０ｃ、２２０ｄ 誘導加熱コイル、 ２２１ 第１のコイル部、 ２２３ 第２のコイル部、 ２２５ 第１のコイル部、 ２２７ 第２のコイル部、 ２３１ 導電体、 ２４０ ヒータ、 ２５０、２５０ａ 熱伝導体、 ２５３ 動作／停止指示部、 ２５５ 第１のサーミスタ、 ２５７ 発振制御部、 ２６１ 第２のサーミスタ、 ３００ 便蓋、 ４００ ケーシング、 ４０２ 入室検知センサ、 ４０４ 着座検知センサ、 ４０６ 便蓋開閉検知センサ、 ４１０ 制御部、 ４２１ 誘導加熱コイル通電スイッチ、 ４２３ ヒータ制御スイッチ、 ５００ 高周波電源回路、 ５１０ 整流部、 ５２１ 電源回路、 ５３０ 平滑部、 ５３１ 平滑コイル、 ５３３ 平滑コンデンサ、 ５４０ 共振回路、 ５４１ 共振コンデンサ、 ５５０ インバータ、 ５５１ スイッチング素子、 ８００ 洋式腰掛便器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱コイルと共振コンデンサとを有する共振回路と、
前記誘導加熱コイルが発生した磁界により誘導加熱される導電体と、
商用電源から供給される電流を整流する整流部と、
前記整流部の整流出力を電源として前記共振回路に供給する電力を制御するインバータと、
前記商用電源から供給される電流または前記整流部の整流出力が通電されることで発熱するヒータと、
前記誘導加熱コイルと前記導電体と前記ヒータとが設けられた便座と、
を備え、
前記誘導加熱コイルは、
前記導電体からみて前記ヒータよりも近い位置に配置された第１のコイル部と、
前記導電体からみて前記第１のコイル部よりも遠い位置に配置され、前記共振回路の共振動作のためのインダクタンス成分を補う第２のコイル部と、
を有することを特徴とする暖房便座装置。
【請求項２】
前記便座は、着座面を形成する第１の板状体を有し、
前記第１のコイル部は、前記板状体の前記着座面の裏側に配置され、
前記ヒータは、前記第１のコイル部からみて前記導電体とは反対側に配置され、
前記第２のコイル部は、前記導電体からみて前記ヒータよりも遠い位置に配置されたことを特徴とする請求項１記載の暖房便座装置。
【請求項３】
前記便座は、底面を形成する第２の板状体を有し、
前記第２のコイル部は、前記第２の板状体の前記底面の裏側に付設されたことを特徴とする請求項２記載の暖房便座装置。
【請求項４】
前記第２のコイル部は、導線が円筒状に巻かれた形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の暖房便座装置。
【請求項５】
前記第１のコイル部は、リッツ線により形成され、前記便座を上方からみたときに前記便座の着座面を形成する板状体の裏側に面状に広がるように配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の暖房便座装置。
【請求項６】
前記第１のコイル部は、平角線により形成され、前記便座を上方からみたときに前記便座の着座面を形成する板状体の裏側に面状に広がるように配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の暖房便座装置。
【請求項１】
誘導加熱コイルと共振コンデンサとを有する共振回路と、
前記誘導加熱コイルが発生した磁界により誘導加熱される導電体と、
商用電源から供給される電流を整流する整流部と、
前記整流部の整流出力を電源として前記共振回路に供給する電力を制御するインバータと、
前記商用電源から供給される電流または前記整流部の整流出力が通電されることで発熱するヒータと、
前記誘導加熱コイルと前記導電体と前記ヒータとが設けられた便座と、
を備え、
前記誘導加熱コイルは、
前記導電体からみて前記ヒータよりも近い位置に配置された第１のコイル部と、
前記導電体からみて前記第１のコイル部よりも遠い位置に配置され、前記共振回路の共振動作のためのインダクタンス成分を補う第２のコイル部と、
を有することを特徴とする暖房便座装置。
【請求項２】
前記便座は、着座面を形成する第１の板状体を有し、
前記第１のコイル部は、前記板状体の前記着座面の裏側に配置され、
前記ヒータは、前記第１のコイル部からみて前記導電体とは反対側に配置され、
前記第２のコイル部は、前記導電体からみて前記ヒータよりも遠い位置に配置されたことを特徴とする請求項１記載の暖房便座装置。
【請求項３】
前記便座は、底面を形成する第２の板状体を有し、
前記第２のコイル部は、前記第２の板状体の前記底面の裏側に付設されたことを特徴とする請求項２記載の暖房便座装置。
【請求項４】
前記第２のコイル部は、導線が円筒状に巻かれた形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の暖房便座装置。
【請求項５】
前記第１のコイル部は、リッツ線により形成され、前記便座を上方からみたときに前記便座の着座面を形成する板状体の裏側に面状に広がるように配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の暖房便座装置。
【請求項６】
前記第１のコイル部は、平角線により形成され、前記便座を上方からみたときに前記便座の着座面を形成する板状体の裏側に面状に広がるように配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の暖房便座装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２００４９４（Ｐ２０１２−２００４９４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９７９８（Ｐ２０１１−６９７９８）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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