JP4274890B2

JP4274890B2 - トイレ用熱線式自動スイッチ

Info

Publication number: JP4274890B2
Application number: JP2003345236A
Authority: JP
Inventors: 照男池
Original assignee: 照男池
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP2005116201A

Description

本発明は、照明負荷の点灯保持時間を規定するタイマに２種類のタイマモードを持つトイレ用熱線式自動スイッチに関するものである。

従来から、トイレ室内への人の入退室に応じて照明負荷を点消灯させたり、換気扇を運転するようにしたトイレ用熱線式自動スイッチが用いられている。この種のトイレ用熱線式自動スイッチは、人体から放射される熱線を検知する熱線センサ（一般に焦電形赤外線センサを用いる）を用いて人の在否を検出する人感センサと、トイレ室内照度を検出するための照度センサを備え、人感センサの出力に基づいて人がトイレ室内に存在するか否かを判定し、夜間のように周囲が暗いときに人がトイレ室に入室すると照明負荷を点灯させ、人がトイレ室から退室すると照明負荷を消灯させている。

人感センサは熱線量の変化を検知することによって、人が動いたときに検出信号を出力するように構成されており、人が視野内に存在していても動きがなく熱線量に変化が生じなければ、人感センサから検出信号を送出しない。つまり、検出信号が得られるときにだけ照明負荷を点灯させる構成とすると人の動きが止まったときには、人が熱線センサの視野内に存在するにもかかわらず、照明負荷が消灯することになって不都合である。

そこで、検出信号の発生毎に、その発生時点から所定の点灯保持時間を時限し、時限中には照明負荷の点灯を継続させる構成が採用されている。言い換えると、点灯保持時間の時限中に検出信号が発生すれば、その時点からあらためて点灯保持時間を再度時限するよう構成してあり、人感センサから検出信号の得られない状態が点灯保持時間に達するまでは、人が存在するものとみなすようにしてある。このような動作によって点灯保持時間が満了すると、人がトイレ室から退室したと判断し、照明負荷を消灯する。

点灯保持時間は設置環境に応じて、例えば約３０秒から約６分の範囲で調整することが可能となっているが、滞在時間および静止時間の異なる小便および大便に共通であるため、小便を主体に短く調整すると大便時には頻繁に消灯し、大便を主体に長く調整すると退室後の点灯時間が長くなり、いずれにしても双方に効果的な調整を行うことが難しく、双方を加味した調整の結果として、退室後の点灯時間が長く、また、大便時には用便中に消灯する難点がある。この対処策として消灯する約６秒前から徐々に消灯する消灯お知らせ（フェードアウト）機能を付与し、徐々に消灯するのを感じたら身体を動かし、再点灯するよう促す商品もある。

換気扇の運転方法は、トイレ照度に関係なく行われ、人がトイレ室に入室すると運転を開始し退室後に運転維持時間（例えば５分）が満了すると停止する方法と、人がトイレ室を退室後に運転を開始し、運転維持時間が満了すると停止する方法とがあり切換スイッチで設定する。また、壁スイッチの２秒以内「断接」操作で換気扇の連続動作に切換えて、壁スイッチの２秒以上「断接」操作でセンサ動作に戻す機能を備えた商品もある。
特開２００１−９１０１７号公報松下電工カタログ「照D-９５９０３.４月現在」３９３Pから３９５P 小泉産業カタログ「あかり専科２００３−２００４ vol.２２」p.１７７

解決しようとする問題点は、小便および大便のそれぞれに対応した点灯保持時間の提供をすることができない点である。

本発明は、小便および大便のそれぞれに対応した点灯保持時間と、それに対応した起動時設定および切換を提供することを特徴とする。

本発明のトイレ用熱線式自動スイッチは、小便および大便のそれぞれに対応した点灯保持時間を規定する照明用タイマに、短時間タイマモードおよび長時間タイマモードの二つのタイマモードを設ける。起動時の設定は小便の使用頻度が多いことから短時間タイマモードとし、長時間タイマモードへの切換は、壁スイッチの「断接」操作で行い、短時間タイマモードへの切換は、壁スイッチの「断接」操作で行うか、自動切換で行う。これにより省エネルギーおよび効果的運用に貢献する。

トイレ室の使用形態には小便と大便があり、用便時の滞在時間および用便中の静止時間は小便が短く大便が長い。このため小便および大便の点灯保持時間を規定する照明用タイマに短時間タイマモードと長時間タイマモードの二つのタイマモードを設ける。短時間タイマモードの点灯保持時間は、設置環境に応じて約３０秒から約１分３０秒の範囲で調整可能とし、長時間タイマモードの点灯保持時間は約５分とする。この二つのタイマモードの起動時設定および切換を行うために、タイマモード設定切換制御部を設ける。このタイマモード設定切換制御部を外付けの壁スイッチ操作で制御することにより、省エネルギーおよび効果的運用に貢献するトイレ用熱線式自動スイッチを実現した。

図１は、請求項１に関わる本トイレ用熱線式自動スイッチの１実施例のブロック図兼回路図であって、商用電源が接続される電源端子（符号T１）と、照明負荷が接続される照明出力端子（符号T２）を備える。T１に接続される商用電源は壁スイッチを経由しており、壁スイッチ操作により本装置を制御する。次に各部の回路について説明する。

電源部（符号１）は、商用電源を整流するとともに安定化した直流定電圧電源を（+）Cと（+）の二系統で出力する。（+）C電源系統は整流器D1および保持用コンデンサC3を用いて、壁スイッチ「断」操作時に緩やかに電圧降下する電源とし、タイマモード設定切換制御部（符号２）のＩＣ３と関連回路および人感センサ（符号３）に供給する。（+）電源系統は壁スイッチ「断」操作時に速やかに電圧降下する電源とし、それ以外の回路に供給する。

タイマモード設定切換制御部は、Ｔタイプ・フリップフロップのＩＣ３（例はＤタイプ・フリップフロップICのTC4013BをTタイプ・フリップフロップとして使用する）および関連回路により構成される。起動時の壁スイッチ「接」操作で電源投入されると、IC３のSET1端子をC６とR１６で短時間Hレベルにした後Lレベルにする。これによりQ１端子がHレベル、Q１バー端子がLレベルとなる。Q１端子およびQ１バー端子の出力は照明制御部（符号４）へHレベルで供給され、短時間タイマモードおよび長時間タイマモードを形成する。起動時タイマモードは短時間タイマモードとなる。

タイマモード切換は、IC３のCLOCK1端子をLレベルからHレベルに立ち上げ制御すると、Q１端子およびQ１バー端子の出力が転極（タイマモードの切換）することにより行い、壁スイッチの「断接」操作で二つのタイマモードを交互に切り換える手動切換と、長時間タイマモードから短時間タイマモードへの自動切換とがある。

手動切換は、壁スイッチの「断接」操作のうち、前段の「断」操作で（+）C電源は緩やかに電圧降下し、（+）電源は速やかに電圧降下することを利用し、さらに（+）C電源の電圧でIC３の出力レベルを維持できる時間内で後段の「接」操作を行う。「断」操作から「接」操作の時間間隔は、保持用コンデンサC３の容量、各回路の消費電流、IC３の電源特性等によるが、実用の範囲（例えば約１秒から５秒）で可能とする。なお、後段の「接」操作がなく（+）C電源の電圧でIC３の出力レベルを維持できなくなると、次回の「接」操作は起動時の「接」操作となる。

短時間タイマモード時はNAND4（例はTC74HC00A、NAND1〜NAND3も同じ）の入力１３端子がLレベルのため、Tr1はベースがHレベルでONとなりIC３のCLOCK1端子はLレベルとなり、また、長時間タイマモード動作時は、照明制御部（符号４）の照明用タイマIC1（例はLMC555）のOutPut端子がHレベルで、インバータ３（NAND３を利用）を経由したNAND4の入力１２端子がLレベルのため、Tr1はベースがHレベルでONとなり、IC３のCLOCK1端子はLレベルとなる。この状態で前段の壁スイッチ「断」操作を行うと、Tｒ１をONにしていたNAND４の出力１１端子のHレベルは、速やかにエネルギーを失い（電圧降下し）Tr1をOFFとし、IC３のCLOCK1端子をLレベルからHレベルに立ち上げる。これによりQ１端子およびQ１バー端子の出力が転極する。後段の「接」操作で、再び電源投入されると切換後のタイマモードで動作する。

長時間タイマモードから短時間タイマモードへの自動切換は、長時間タイマモードで点灯保持時間の時限が満了すると、IC1のOutPut端子がHレベルからLレベルになり、これによりインバータ３の出力８端子がLレベルからHレベルになり、R11を経てC５の充電を開始する。C5の充電が進みNAND４の入力１２端子がHレベルに到達すると、入力１３端子のHレベルとあいまって出力１１端子はLレベルになり、Tr1をOFFとし、IC３のCLOCK1端子をLレベルからHレベルに立ち上げる。これによりQ１端子およびQ１バー端子の出力が転極することにより行われる。長時間タイマモードの時限満了から、NAND4の入力１２端子がHレベルになるまでが、タイマモード自動切換のゲートタイムであり、このタイミング中に身体を動かし、人感センサに人体を検出させると、長時間タイマモードで再起動する。ゲートタイムは約１０秒とする。

トイレ室内の人の在否は焦電形赤外線センサ、アンプ回路およびコンパレータ出力回路を備えた人感センサ（例はMPモーションセンサNaPiOn、メーカでは人体検出赤外線センサと呼称する）により検出される。焦電形赤外線センサは、受光した熱線量の変化に応じた振幅の出力電圧を発生させ、出力電圧に規定の閾値以上の変化が生じると、人感センサからはパルス状の検出信号が出力される。（+）C電源はタイマモード手動切換前段の壁スイッチ「断」操作で電源断となり、後段の壁スイッチ「接」操作時に不安定な検出信号が出力されるのを防止する。

人感センサは、熱線量の変化を検知することによって、人が動いたときに検出信号を出力するように構成されており、人が視野内に存在していても動きがなく熱線量に変化が生じなければ、人感センサから検出信号を送出しない。つまり、検出信号が得られるときにだけ照明負荷を点灯させる構成とすると、人の動きが止まったときには、人が熱線センサの視野内に存在するにもかかわらず、照明負荷が消灯することになって不都合である。

そこで、照明制御部では、人感センサからパルス状の検出信号（Hレベル）を受けると、インバータ１（NAND１を利用）でLレベルに変換し、IC１のトリガ（Triggerバー）端子に供給する。トリガ端子はLレベル信号を受ける毎に時限動作を中止し、所定の点灯保持時間を時限するタイマをリセットするとともに、OutPut端子をHレベルにする。

短時間タイマモードでIC1のOutPut端子がHレベルになると、D５、D６カソード端子のLレベルが消えるために、Tr２のベースはC９とR８によりLレベルからHレベルに短時間で移行しながらONし、R６、Tr２経由で照明開閉部（符号５）を介して照明負荷をソフトに点灯させる。長時間タイマモードでIC１のOutPut端子がHレベルになると、D７、D８カソード端子のLレベルが消えるために、R７、LEDおよびTr３経由で照明開閉部を介して照明負荷を点灯させる。このときLEDも点灯し現タイマモードが長時間タイマモードであることを表示する。

点灯保持時間の式はT=１.１RC秒であり、短時間タイマモードのRCは（R4+VR１）C４で可変抵抗器VR１は、時限時間を約３０秒から約１分３０秒の範囲で調節可能とする。長時間タイマモードのRCはR5C4で時限時間を約５分に調節する。RC回路の正極性電源はIC3の出力Q端子およびQバー端子からのHレベルをD3、D4経由で受ける。

IC１のトリガ端子と結線されたスレッショルド（Thresh）端子は、人感センサの検出信号なしでインバータ1の出力3端子のLレベルが消えると、IC1が時限動作を開始し、時間の経過とともにコンデンサC4が充電され、スレッショルド端子の電位がIC1のV+端子電圧の２/３まで上昇すると、OutPut端子がLレベルになり、照明開閉部を介して照明負荷を消灯させる。

照明開閉部は、短時間タイマモード又は長時間タイマモードのHレベルによる動作モード指定と、さらに、人感センサの検出信号を受けて、IC1のOutPut端子がHレベルになると、Tr2又はTr3のONによる動作信号を受けて、照明負荷を点灯制御する。人感センサの検出信号がなくIC1の点灯保持時間の時限が満了すると、OutPut端子がLレベルになり、ＯＮしていたTr2又はTr3のＯＦＦによる停止信号を受けて照明負荷を消灯制御する。照明開閉部は、SSR１（ソリッドステート・リレー、例はTLP３５２０A）で構成し、トライアックをスイッチ要素として用い出力端子T2に挿入する。

図２は、請求項２に関わるトイレ用熱線式自動スイッチの１実施例のブロック図兼回路図である。図２は図１に対して照度センサ(符号６)に関わる箇所を追加したものであり、これにより夕方の壁スイッチ「接」操作および朝方の壁スイッチ「断」操作が省略できる。次に変更点について説明する。

図１との主な変更点は、照度センサ、インバータ２（NAND２を利用）および周辺回路の追加である。照度センサ素子（例はCDS）は、片端を（+）電源に、片端をR１９、VR２経由地気に接続し、照度センサの出力はR２０経由でインバータ２の入力４（５）端子に接続し、出力６端子はD１２を経由しTr２のベースに接続される。照度設定ボリュームVR２は、点灯照度の規定値を可変で調節可能とする。短時間タイマモードで、照度センサによって検出されるトイレ室内照度が、規定値以上の明るさであるときは、インバータ２の入力４（５）端子はHレベルで、D１２のカソード端子をLレベルとする。このため、人感センサが人の存在を検知し検出信号を送出しても、Tr２はOFFを継続し、照明負荷は点灯しない。

短時間タイマモードで、照度センサによって検出されるトイレ室内照度が規定値以下の明るさ（暗い状態）であるときは、インバータ２の入力４（５）端子はLレベルで、D１２のカソード端子がHレベルとなる。人感センサが人の存在を検知し検出信号を送出する毎に、インバータ１の出力３端子がLレベルとなり、IC１のトリガ端子は、Lレベル信号を受ける毎に時限動作を中止し、規定の点灯保持時間を時限する照明用タイマをリセットするとともに、OutPut端子をHレベルにし、照明開閉部を介して照明負荷を点灯する。D１３は点灯によりトイレ室内照度が規定値以上の明るさとなった場合でも点灯を継続するためのものである。

長時間タイマモードのときは、照度センサとは無関係な回路構成であることから、トイレ室の照度に関係なく、IC１のOutPut端子の出力に応じて、照明負荷を点消灯する。このことはトイレ室内照度が規定値以上の明るさであっても長時間タイマモードにすることにより点灯を可能とし、トイレ室内で新聞を読む時等に有効である。

図３は、請求項３に関わるトイレ用熱線式自動スイッチの１実施例のブロック図兼回路図である。図３は図２に対して換気扇制御部（符号７）、換気扇開閉部（符号８）および換気扇負荷出力端子（符号T３）を追加したものであり、これにより人感センサおよびIC１のOutPut端子の出力と連動して換気扇の運転を行う。次に変更点について説明する。

換気扇制御部は、主として換気扇用タイマIC４（例はLMC５５５）、Ｔｒ４および換気扇スイッチで構成し、換気扇開閉部に制御信号を与え、換気扇負荷を制御する。Ｒ２１とＣ１０で換気扇の運転保持時間を約５分に設定する。 IC４のトリガ端子は、人感センサが人の存在を検知し、検出信号を送出し、IC１のOutPut端子をHレベルにすると、インバータ３経由のLレベル信号を受け、換気扇用タイマをリセットし、OutPut端子をHレベルにする。このとき換気扇スイッチが「入室時ON」のときは、D１５、D１６カソード端子のLレベルが消えるため、Tｒ４はベースがHレベルでONとなり、換気扇開閉部を介して換気扇負荷の運転を開始する。

換気扇スイッチが「退室時ON」のときは、D１５カソード端子がLレベルのため、Tｒ４はベースがLレベルでOFFを継続する。IC１の時限が満了し、OutPut端子をLレベルにすると、D１５カソード端子のLレベルが消えるため、Tｒ４はON
となり、換気扇開閉部を介して換気扇負荷の運転を開始する。また、IC４は運転保持時間の時限を開始し、時限が満了すると、OutPut端子はLレベルとなり、Tｒ４はベースがLレベルでOFFとなり、換気扇開閉部を介して、換気扇負荷の運転を停止する。換気扇スイッチの「退室時ON」機能は、換気扇運転時の騒音を考慮したものである。

換気扇開閉部は、Tr４から動作信号を受けて換気扇負荷の運転を開始し、停止信号を受けて、換気扇負荷の運転を停止する。換気扇開閉部は、SSR２（ソリッドステート・リレー、例はTLP３５０２）で構成し、トライアックをスイッチ要素として用いて出力端子T３に挿入する。

図４は、請求項４に関わるトイレ用熱線式自動スイッチの１実施例のブロック図兼回路図である。図４は図３に対して換気扇制御部を外付け換気扇開閉部対応の換気扇制御部（符号９）に、換気扇開閉部を外付け換気扇開閉部（符号１０）に変更し、制御線出力端子（符号T４）と制御線入力端子（符号T５）を追加し、外付け換気扇開閉部への商用電源はプラグで入力し、換気扇へはコンセントで出力する。これは住宅トイレの電気配線が、照明用と換気扇用とに分かれている場合に適応する。次に変更点について説明する。

外付け換気扇開閉部対応の換気扇制御部の制御線出力端子は、極性（+）を（+）電源、R２２経由で、極性（-）をTr4のコレクタ経由で出力し、外付け換気扇開閉部の制御線入力端子の極性（+）、極性（-）にそれぞれ接続する。外付け換気扇開閉部は、商用電源を換気扇用コンセントからプラグで取り込み、SSR２内のトライアックをスイッチ要素として用いてコンセントで出力し、換気扇負荷に供給する。換気扇用壁スイッチがある場合は、人感センサが人の存在を検出する動作に関係なく、換気扇負荷の運転停止を可能とする。

本装置は、短時間タイマモードによる退室後消灯までの時間短縮、長時間タイマモードによる大便時の用便中消灯の最小化が図れ、また操作も簡単なため、照明の消し忘れ防止とあいまって家庭用トイレ照明の運用手段として利用できる。また、一般的な住宅トイレでは、照明用と換気扇用の配線が別配線となっている場合があり、この場合、請求項４では配線実態にあわせた取付けを可能とする。

請求項１に関わるブロック図兼回路図である。（実施例１）請求項２に関わるブロック図兼回路図である。（実施例２）請求項３に関わるブロック図兼回路図である。（実施例３）請求項４に関わるブロック図兼回路図である。（実施例４）

符号の説明

１電源部
２タイマモード設定切換制御部
３人感センサ
４照明制御部
５照明開閉部
６照度センサ
７換気扇制御部
８換気扇開閉部
９外付け換気扇開閉部対応の換気扇制御部
１０外付け換気扇開閉部
T１電源端子
T２照明負荷出力端子
T３換気扇負荷出力端子
T４制御線出力端子
T５制御線入力端子

Claims

人体から放射される熱線を検知することにより人の在否を検出する人感センサと、小便用の短時間タイマモードおよび大便用の長時間タイマモードを持つ照明用タイマにより、人感センサでトイレ室内への人の入室が検出された後に人の検出されない状態が規定の点灯保持時間に達するまでの時間、照明負荷点灯の制御を行う照明制御部と、外付けの壁スイッチにより操作され、起動時の設定は壁スイッチ「接」操作による短時間タイマモードとする。長時間タイマモードへの切換は壁スイッチ「断接」操作により行う。さらに短時間タイマモードへの切換は壁スイッチ「断接」操作により行うか、長時間タイマモードおよびゲートタイマのタイムオーバーによる自動切換により行う。このようにタイマモードの起動時設定と切換を行うタイマモード設定切換制御部と、照明制御部から制御され照明負荷を点消灯させる照明開閉部、および直流定電圧電源が壁スイッチの「断」操作で緩やかに電圧降下する系統と速やかに電圧降下する系統を持つ電源部を備えることを特徴とするトイレ用熱線式自動スイッチ。
人体から放射される熱線を検知することにより人の在否を検出する人感センサと、トイレ室内照度を検出するための照度センサと、小便用の短時間タイマモードおよび大便用の長時間タイマモードを持つ照明用タイマにより、短時間タイマモードでトイレ室内照度が暗い時および長時間タイマモードの時、人感センサでトイレ室内への人の入室が検出された後に人の検出されない状態が規定の点灯保持時間に達するまでの時間、照明負荷点灯の制御を行い、短時間タイマモードでトイレ室内照度が明るい時、人感センサでトイレ室内への人の入室が検出されても照明負荷消灯を維持する照明制御部と、外付けの壁スイッチにより操作され、起動時の設定は壁スイッチ「接」操作による短時間タイマモードとする。長時間タイマモードへの切換は壁スイッチ「断接」操作により行う。さらに短時間タイマモードへの切換は壁スイッチ「断接」操作により行うか、長時間タイマモードおよびゲートタイマの満了による自動切換により行う。このようにタイマモードの起動時設定と切換を行うタイマモード設定切換制御部と、照明制御部から制御され照明負荷を点消灯させる照明開閉部、および直流定電圧電源が壁スイッチの「断」操作で緩やかに電圧降下する系統と速やかに電圧降下する系統を持つ電源部を備えることを特徴とするトイレ用熱線式自動スイッチ。
人体から放射される熱線を検知することにより人の在否を検出する人感センサと、トイレ室内照度を検出するための照度センサと、小便用の短時間タイマモードおよび大便用の長時間タイマモードを持つ照明用タイマにより、短時間タイマモードでトイレ室内照度が暗い時および長時間タイマモードの時、人感センサでトイレ室内への人の入室が検出された後に人の検出されない状態が規定の点灯保持時間に達するまでの時間、照明負荷点灯の制御を行い、短時間タイマモードでトイレ室内照度が明るい時、人感センサでトイレ室内への人の入室が検出されても照明負荷消灯を維持する照明制御部と、人感センサでトイレ室内への人の入室が検出された時から運転を開始し、または、点灯保持時間の満了時から運転を開始し、規定の運転保持時間が満了するまでの時間、換気扇の運転を制御する換気扇制御部と、外付けの壁スイッチにより操作され、起動時の設定は壁スイッチ「接」操作による短時間タイマモードとする。長時間タイマモードへの切換は壁スイッチ「断接」操作により行う。さらに短時間タイマモードへの切換は壁スイッチ「断接」操作により行うか、長時間タイマモードおよびゲートタイマの満了による自動切換により行う。このようにタイマモードの起動時設定と切換を行うタイマモード設定切換制御部と、照明制御部から制御され照明負荷を点消灯させる照明開閉部、換気扇制御部から制御され換気扇負荷を運転させる換気扇開閉部、および直流定電圧電源が壁スイッチの「断」操作で緩やかに電圧降下する系統と速やかに電圧降下する系統を持つ電源部を備えることを特徴とする換気扇と連動するトイレ用熱線式自動スイッチ。
換気扇開閉部を分離し、外付け換気扇開閉部としたことを特徴とする請求項３記載のトイレ用熱線式自動スイッチ。