JP4816556B2 - 便座装置 - Google Patents

Description

本発明は、便座装置の便座を加熱する発熱部の絶縁破壊に対する安全装置に関する。

従来、人体の局部を洗浄する衛生洗浄装置の分野においては、人体に不快感を与えないようにするために、例えば、洗浄に用いる洗浄水を適切な温度に調整する加熱装置や人体との接触部の温度を適切な温度に調整する便座装置等様々な機能を有する装置が案出されている。なかでも、上記に示す便座装置によれば、使用者は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（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の衛生洗浄装置においては、マグネシウム合金により形成された便座ケーシングの内部に線状ヒータが設けられている。線状ヒータは、芯線、芯線に巻回される発熱線、ならびに芯線および発熱線を覆う被覆チューブにより構成される。線状ヒータは、便座ケーシングの裏面全体にわたって蛇行するように配置されており、発熱線の両端部に電源回路が接続されている。

このような構成において、電源回路から発熱線に電圧が印加されることにより発熱線が発熱する。そして、その熱が被覆チューブを介して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。
特開２００３−３１０４８５号公報

しかしながら、上記のような従来の衛生洗浄装置においては、発熱線と便座ケーシングとを絶縁するために、シリコーンゴムまたは塩化ビニール等からなる被覆チューブで発熱線を包囲して絶縁を確保している。しかしながら、被覆チューブの絶縁劣化が局所発熱や経年劣化等により発生した場合に、充電部である発熱部と便座ケーシングは導通し便座ケーシングに使用者が座った場合に、使用者が感電する恐れがある。また、発熱線が局所発熱や経年劣化等により断線し、被服チューブも切れてそのまま使用した場合に、充電部である発熱線の端面が便座ケーシングに触れて、使用者が感電する恐れもある。

本発明の目的は、発熱部を包む絶縁層が局所発熱や経年劣化等により絶縁劣化した場合や、発熱部が断線した場合に、使用者が感電することなく電気便座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。

前記従来の課題を解決するために、本発明の便座装置は、着座面を有し金属材料を含む便座と、発熱部と、発熱部の外周部を覆うように設けた第一の絶縁層と、便座と前記第一の絶縁層の間に設けた第二の絶縁層と、第一の絶縁層と第二の絶縁層の間に設けた絶縁破壊検知電極と、絶縁破壊検知部と、電源回路に設けて便座装置全体の漏電を検知する漏電検知部と、電源回路部を遮断する遮断手段とを備え、絶縁破壊検知部による絶縁破壊の検知と漏電検知部による漏電の検知の少なくとも一方の検知を行ったときに遮断手段が電源回路を遮断するものである。

これによって、局所発熱や経年劣化等により、発熱部周辺の絶縁が破壊された場合、あるいは便座装置全体の漏電が発生した場合、電源回路を遮断することで、便座装置を確実に停止することができる。

本発明の便座装置は、発熱部周辺の絶縁破壊および便座装置全体の漏電が発生した場合、通電を遮断することで高い安全性を確保することができる。

第１の発明に係る便座装置は、着座面を有し金属材料を含む便座と、前記便座の前記着座面を加熱する発熱部と、前記発熱部の外周部を覆うように設けた第一の絶縁層と、前記便座と前記第一の絶縁層の間に設けた第二の絶縁層と、前記第一の絶縁層と第２の絶縁層の間に設けた絶縁破壊検知電極と、絶縁破壊検知電極に流れる電流を検出して絶縁破壊を検知する絶縁破壊検知部と、電源回路に設けて便座装置全体の漏電を検知する漏電検知部と、前記電源回路部を遮断する遮断手段とを備え、前記絶縁破壊検知部による絶縁破壊の検知と前記漏電検知部による漏電の検知の少なくとも一方の検知を行ったときに前記遮断手段が電源回路を遮断するものである。

これにより、局所発熱や経年劣化等により、第一の絶縁層の絶縁が破壊された場合、発熱部と絶縁破壊検知電極の間に検知電流が流れる。その検知電流により、絶縁破壊検知部は電源回路に設けた遮断手段を遮断することで、使用者は感電することなく便座装置の機能を安全に停止することができる。また、発熱部周辺以外の箇所で漏電が発生した場合も、漏電検知部が漏電を検知して電源回路に設けた遮断手段を遮断することで、便座装置を確実に停止することができ、使用者に感電や火傷等の損傷を負わせることがなく安全性の高い便座装置を提供することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、遮断手段は電源回路の両極を遮断する構成としたものである。

これにより、遮断手段の遮断後に電源回路の一方の極からアースを介して電流が流れることがないので、便座装置の安全性をより高めることができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、漏電検知部は試運転用のテストスイッチを備えたことにより、遮断手段の動作確認を行うことができより安全な便座装置を実現できる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、絶縁破壊検知電極は、発熱部の熱を着座部へ均熱化して伝達するための均熱手段を兼用したものである。

これにより、部品点数の削減することができるため、発熱部の昇温に要する熱量の削減が可能となり、便座の昇温時間を短縮できるとともに、生産の効率化とコストの削減が可能となる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における便座装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、便座装置は、本体部２００、便座部４００を備える。本体部２００は、制御部９０、温度測定部４０１、ヒータ駆動部４０２、絶縁破壊検知部４０３を含む。

また、便座部４００は便座ヒータ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、便座温度を測定し
制御部９０へ入力する。

制御部９０は、例えばマイクロコンピュータからなり、あらかじめ設定された便座設定温度を記憶し、通電率切替信号をヒータ駆動部４０２へ入力する。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。

図２は便座４００部の分解斜視図である。

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。上部便座ケーシング４１０と下部便座ケーシング４２０とは内外周部で接合し一体に構成される。

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（ａ）は図３のＡ−Ａ’での断面図を示し、図４（ｂ）は（ａ）のＣの詳細構成を示すものである。また、図５はＢ−Ｂ’での断面図である。

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。

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の基本構成は、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。

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。

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。

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。

さらに、図４（ａ）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は第二の絶縁層を形成するものであり、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。

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等のうちいずれかまたは複数を用いてもよい。

図４（ｂ）に示すように、塗装膜４１４の下面に粘着層４５２ａを介して便座ヒータ４５０が粘着してある。便座ヒータ４５０は、上部便座ケーシング４１０にアルミニウムからなる略馬蹄状の金属箔４５１が配置される。金属箔４５１の全体の膜厚は５０μｍである。金属箔４５１は膜状のポリエチレンテレフタレート樹脂からなるＰＥＴ層４９５ａ２
５μｍと均熱手段としてのアルミ箔層４５１ａ２５μｍで構成されており、ＰＥＴ層４５１ａで強度を増す構造としている。

線状ヒータ４６０は、断面円形の発熱線４６３ａと、第一の絶縁層であるエナメル層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。

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。

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。

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。

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／ｃｍ^２である。

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。

また図４（ａ）に示すように、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、便座ヒータ４５０を設置した便座内の充電部はＰＥＴ層４９５ｂとコーティング材４９０で覆うことができ、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。

また便座ヒータ４５０の一部には、図５に示すように、金属箔４５１と４５３の間に挟み込むように、絶縁破壊検知リード線４７６を接続した接続端子４７７が設置してある。接続端子４７７は金属製でのアルミ層４５１ａに接触しており導通がある。これによりアルミ層４５１ａは絶縁破壊検知電極としての機能を併用する。

なお、接続端子４７７は、もう一方のアルミ層４５３ａまたは両方のアルミ層４５１ａ、４５３ａに接触させて設置することにより、アルミ層４５３ａまたは両方のアルミ層が絶縁破壊電極の機能を備えることが可能である。

次に絶縁破壊検知の構成ついて記述する。図６に示すように、絶縁破壊検知部４０３は交流電源４０４の両極から整流用のダイオード４９２を介して、電流制限用の抵抗４９３を接続したフォトカプラ４９４のＬＥＤ側を経由して絶縁破壊検知リード線４７６へ接続されている。整流用のダイオードが２つ入っていることにより、交流電源４０４のどちら側からでも絶縁破壊検知部４０３に電流を流すことができる。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。

また、電流制限用の抵抗４９３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４９４のＬＥＤに流れることでフォトカプラ４６４が壊れることを防ぐためのものである。また、フォトカプラ４６４のＬＥＤに並列に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４９３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ようになっている。

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。またフォトカプラ４９４の出力信号はヒータ駆動部４０２のトライアック制御回路４０２ａへ入力され、トライアック４０２ｂをオフする。

本実施の形態において、便座装置は次のように動作する。

通常の便座駆動動作時には、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、便座温度を測定し制御部９０へ入力する。制御部９０は便座温度とあらかじめ設定された便座設定温度から、便座温度が便座設定温度より低い場合には、その温度差に応じてヒータの通電率を決定し、通電率切替信号をヒータ駆動部４０２へ送る、ヒータ駆動部ではトライアック制御回路４０２ａの通電切り替え信号に応じてトライアック４０２ｂを制御して便座ヒータ４６０へ交流電源４０４からの電流を制御する。また、便座温度が便座設定温度と同じもしくは高い場合には、制御部は通電切替信号を止めて、ヒータ駆動部４０２のトライアック駆動回路４０２ｂはトライアックをオフにする。

ここで、便座ヒータ４５０のヒータ線４６０の絶縁層である第一の絶縁層のエナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層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、図７の点線Ｄで示すように、絶縁破壊検知部４０３から絶縁破壊検知リード線４７６、アルミ箔層、ヒータ線４６０の経路で絶縁破壊検知電流が流れ、フォトトカプラ４９４から出力信号が出る。

この出力信号が、ヒータ駆動部４０２のトライアック駆動回路４０２ａへ入力されトライアック駆動回路４０２ａは制御部９０から、ヒータに通電するような通電切替信号が入力されている場合にもトライアック４０２ｂをオフする動作をする。これによりヒータ線４６０への通電はとまり、ヒータ線４６０の異常発熱は止まる。制御部９０は設定された温度に制御できないため使用者に対して異常報知を行い故障を知らせることができる。

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。

（実施の形態２）
図８は本発明の第２の実施の形態における便座装置の回路の構成を示す模式図である。本実施の形態が第１の実施の形態と異なっている点は、図８に示すように、ヒータ線４６０への通電を遮断する回路としてヒータ駆動部４０２とは別に交流電源側へ両切りのリレー回路４０５を備えたものである。これにより、リレー回路は絶縁破壊検知部４０３のフォトカプラ４９４の出力に応じて、２接点のリレー４０５ａをオフする動作を行う。リレー４０５ａは復帰型と非復帰型の両タイプの使用が可能であるが、非復帰型を採用した場合、絶縁破壊により１度リレー４０５ａが動作した場合、使用者が意識的に復帰させない
限り便座装置への通電が再開されないのでより高い安全性を確保することができる。

本実施の形態の便座装置は、便座ヒータ４５０のヒータ線４６０の絶縁層であるエナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層４６２の絶縁が、経年変化や、局所発熱等により、便座ヒータのどこかで破壊した場合に、図９の点線Ｅで示すように、絶縁破壊検知回路４０３から絶縁破壊検知リード線、アルミ箔層、ヒータ線の経路で絶縁破壊検知電流がながれ、フォトトランジスタから出力信号が出る。この出力信号が、リレー回路４０５のリレー駆動部４０５ｂへ入力され２接点のリレー４０５ａはオフし、ヒータへの通電がとまる。

このように、交流の両側を切り離すことにより、ヒータ線４６０の両側ともに交流電源４０４から切り離されることで、その後、便座内側の紛体塗装膜などが破壊した場合でも、使用者が感電することはない。

さらに、ヒータ線４６０の絶縁層ではなく、便座内側の塗装膜４１４の絶縁が経年変化や外力により破壊した場合に、図１０の点線Ｆで示すように、絶縁破壊検知電流は交流電源４０４からダイオード４９２、制限抵抗４９３、フォトカプラ４９４のＬＥＤ、絶縁破壊検知リード線４７６、金属箔４５１、便座４１０へと流れ、便座がアース接続されている場合はアース線を介してアースへ流れ、アースされていない場合は、便座表面に接触した人や、水路を介してアースへ流れる。この場合もフォトカプラ４９４の出力によってリレー回路が働き、電流が流れ続けることなく安全に停止することができる。たとえ便座表面に接触した人が感電する場合でも、制限抵抗４９３を２００ｋΩ以上とすることにより、感電する電流値を危険でない範囲０．５ｍＡ以下へ制限することができる。図中、制限抵抗はダイオード４９２とフォトカプラ４９４の間にあるが、絶縁破壊検知リード線４７６の途中にあっても良い。

（実施の形態３）
図１１は本発明の第３の実施の形態における便座装置の回路の構成を示す模式図である。

本実施の形態が第２の実施の形態と異なっている点は、図１１に示すように、電源回路４０６にＺＣＴ４０５ｃを用いた漏電検知部とリレー４０５ａによる遮断手段を設け、ＺＣＴ４０５ｃのテストライン４０７にフォトカプラ４９４の出力信号を送る構成とするとともに、漏電検知部のテストスイッチ４０５ｅを備えた点である。

上記構成により、便座装置１１０のどこかで漏電が発生した場合は、電源回路４０６の往復電流に差が発生することによりＺＣＴ４０５に出力電圧が発生し、リレー４０５ａが作動して電源回路４０６の両極を遮断する。

一方、便座ヒータ４５０のヒータ線４６０の絶縁層である第一の絶縁層のエナメル層４６３ｂおよび絶縁被覆層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、絶縁破壊検知部４０３から絶縁破壊検知リード線４７６、アルミ箔層、ヒータ線４６０の経路で絶縁破壊検知電流が流れ、フォトトカプラ４９４から出力信号が出力される。フォトカプラ４９４の出力信号はＺＣＴ４０５ｃのテストライン４０７に送られ、ＺＣＴ４０５に出力電圧が発生し、リレー４０５ａが作動して電源回路４０６の両極を遮断する。

さらに、テストスイッチ４０５ｄを接続した場合も、ＺＣＴ４０５ｃのテストライン４０７に送られ、ＺＣＴ４０５に出力電圧が発生し、リレー４０５ａが作動して電源回路４０６の両極を遮断し、ＺＣＴ４０５とリレー４０５ｅの動作確認を行うことができる。

以上のように、本実施の形態における便座装置は便座ヒータの絶縁破壊と便座装置全体の漏電を検知し電源回路を遮断することで便座装置の安全性をより高めることができる。

なお、図１２はテストスイッチ４０５ｅを別の位置に設置した例であり、本例の場合、テストスイッチ４０５ｅを押すことにより、漏電遮断器のテストに加え絶縁検知回路部のテストすることができる。

本発明の便座装置は、絶縁破壊と漏電を検知して通電を遮断することが可能となるので、人体が直接接触して使用する外郭を金属で構成する電気器具等に利用することができる。

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 本発明の実施の形態１における便座部の分解斜視図 本発明の実施の形態１における便座部の内側から見た平面図 （ａ）本発明の実施の形態１における便座装置の図３のＡ−Ａ’断面図（ｂ）は（ａ）の要部断面図 本発明の実施の形態１における便座装置の図３のＢ−Ｂ’断面図 本発明の実施の形態１における便座装置の回路の構成を示す模式図 本発明の実施の形態１における便座装置の回路における信号の経路を示す模式図 本発明の実施の形態２における便座装置の回路の構成を示す模式図 本発明の実施の形態２における便座装置の回路における信号の経路を示す模式図 本発明の実施の形態２における便座装置の回路における信号の別の経路を示す模式図 本発明の実施の形態３における便座装置の回路の構成を示す模式図 本発明の実施の形態３における便座装置の別の回路の構成を示す模式図

符号の説明

９０ 制御部
１１０ 便座装置
４００ 便座部（便座）
４０３ 絶縁破壊検知部
４０５ａ リレー（遮断手段）
４０５ｃ ＺＣＴ（漏電検知部）
４０５ｅ テストスイッチ
４１３ アルミニウム板（金属材料）
４１４ 塗装膜（第二の絶縁層）
４５１ａ アルミ箔層（絶縁破壊検知電極、均熱手段）
４６２ 絶縁被覆層（第一の絶縁層）
４６３ａ 発熱線（発熱部）
４６３ｂ エナメル層（第一の絶縁層）

Claims (4)

1. 着座面を有し金属材料を含む便座と、前記便座の前記着座面を加熱する発熱部と、前記発熱部の外周部を覆うように設けた第一の絶縁層と、前記便座と前記第一の絶縁層の間に設けた第二の絶縁層と、前記第一の絶縁層と第二の絶縁層の間に設けた絶縁破壊検知電極と、絶縁破壊検知電極に流れる電流を検出して絶縁破壊を検知する絶縁破壊検知部と、電源回路に設けて便座装置全体の漏電を検知する漏電検知部と、前記電源回路部を遮断する遮断手段とを備え、前記絶縁破壊検知部による絶縁破壊の検知と前記漏電検知部による漏電の検知の少なくとも一方の検知を行ったときに前記遮断手段が電源回路を遮断することを特徴とする便座装置。
2. 遮断手段は電源回路の両極を遮断する請求項１記載の便座装置。
3. 漏電検知部は試運転用のテストスイッチを備えた請求項１または２に記載の便座装置。
4. 絶縁破壊検知電極は、発熱部の熱を着座部へ均熱化して伝達するための均熱手段を兼用した請求項１から３のいずれか１項に記載の便座装置。