JP2000051122A

JP2000051122A - ギヤードモータ

Info

Publication number: JP2000051122A
Application number: JP10239471A
Authority: JP
Inventors: Senzou Katagiri; 戦三片桐; Yukio Tsurumaki; 幸雄鶴牧
Original assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【目的】従来例と同様な制御をより簡単な構成で行う
ことができるギヤードモータを提供する。【構成】駆動源からの力をギヤを介して伝達する手段
を有するギヤードモータにおいて、推力が働くギヤを含
めた構成とし、該推力をセンサとして利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、推力（スラスト
力、即ち、回転軸の軸線方向に働く力）が生じる歯車を
含むギヤー群で構成されたギヤードモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例として、昨今普及している洋風便
器の便座・便蓋の自動開閉装置を挙げる。洋風便器は、
その開口部に便座と便蓋とを備え、使用しないときには
便蓋でその開口部を塞ぎ、使用するときには便蓋を上
げ、男性の場合にはさらに便座を上げるものであり、従
来、一般的には、手動で行うものがほとんどであった。

【０００３】しかしながら、手動での開閉動作は、老人
や身体障害者の場合には、労力のいる仕事であり、ま
た、一般の人でも不潔感を伴い、とくに、公衆トイレ等
の不特定多数の人が利用する場合には、さらにその感覚
が強くなる。このような状況に鑑み、モータを駆動源と
した便座・便蓋の自動開閉装置が提案され、実用化され
ている。

【０００４】図１１〜図１７はそのような従来例の便座
・便蓋の自動開閉装置の一例を示す図である。そのう
ち、図１１は、便座・便蓋の自動開閉装置の展開図を示
し、図１２はホールＩＣ５５を回路基板５４に実装した
実装図である。図１３は、前記回路基板に対向したロー
タマグネット５６の着磁パターンを示す図であり、図１
４は前記ホールＩＣ５５を回路基板５４に実装し、該対
向する面にロータマグネット５６を配置することにより
得られる出力信号の波形図である。図１５はホールＩＣ
５２を回路基板５１に実装したときの実装図であり、図
１６は前記回路基板５１に対向したロータマグネット５
３の着磁パターンを示す図である。図１７は前記ホール
ＩＣ５２を回路基板５１に実装し該対向する面にロータ
マグネット５３を配置することにより得られる出力信号
の波形図である。

【０００５】以下に、便座および便蓋における駆動力伝
達機構の構成と動作について説明する。図１１におい
て、１は駆動源であるモータであり、該モータ１より延
出する出力軸１ａには、２条以上で製作されたウオーム
２が圧入結合されている。ウオーム２は、軸１０に支持
されたはすば歯車３と箇所１３で噛み合い（第１の減速
部１３）、第１番目の減速が行われる。

【０００６】次に、駆動力は、はすば歯車を支持する軸
１０から軸１１に第２の減速部１４を介して伝達され、
第２の減速が行われる。次に、駆動力は、軸１１から軸
１２に第２の減速部１５を介して伝達され、第３番目の
減速が行われる。さらに、駆動力は、軸１２から出力ギ
ヤ９に減速部１６を介して第４の減速が行われる。

【０００７】このようにして、モータ１からの駆動力
は、減速機構（即ち、第１の減速部１３、第２の減速部
１４、第３の減速部１５、第４の減速部１６）を介し
て、順次減速されながら、出力ギヤ９に伝達される。出
力ギヤ９は便蓋（図示せず）を駆動するためのヒンジ
（図示せず）と嵌合するヒンジ嵌合部９ｂを有し、モー
タの駆動力は、最終的に、このヒンジ嵌合部９ｂを介し
て外部（例えば、便蓋）に伝達される。

【０００８】さらに、出力ギヤ９の端面には、リング状
の凹部が形成されており、その凹部にロータマグネット
５６が固定されている。前記ロータマグネット５６には
ロータマグネットの厚み方向に、着磁パターンを有し、
マグネットの着磁方向に対向して回路基板５４が配置さ
れており、回路基板５４の上には、ロータマグネット５
６の厚み方向の着磁パターンを読み取るようにホールＩ
Ｃ５５が配置されている。

【０００９】また、はすば歯車３の端面には、リング状
の凹部が形成されており、その凹部には、厚み方向に着
磁パターンを持つロータマグネット５３が配置されてお
り、ホールＩＣ５２がロータマグネット５３の着磁パタ
ーンを読み取るようにケーシング２０に取り付けられた
回路基板５１に配置されている。

【００１０】動作としては、閉位置から開位置までのあ
る一定の回転角度までは、設定した速度で動作させ、前
記ロータマグネット５６のＳ極をホールＩＣ５５が感知
したときの信号を位置センサとして、その信号得た後、
ソフト閉止をさせることを目的として速度を落とすよう
に動作させる。

【００１１】ここで、設定した速度にさせるには前記エ
ンコーダの信号と設定した幅とを比較し、フィードバッ
クをかけることで達成される。また、位置センサの信号
を受けて速度を落とすのは、モータの供給電圧を下げて
も達成でき、また、モータへ供給する電圧をＰＷＭ制御
することにより、そのデューティを変えることでも達成
される。さらに、便蓋が開の規定の位置に到達したかど
うかの判断は、エンコーダの信号がハイまたはローで一
定となったときに判断し、モータの供給電圧を遮断す
る。

【００１２】逆に、開位置から閉位置の動作において、
モータの電圧を供給し、前記位置センサの信号を得てか
ら、ソフト閉止をさせるために、前記閉から開への動作
と同様にモータの電圧を下げるかモータの供給電圧をＰ
ＷＭ制御し、デューティ比を変えることが一般に行われ
ている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、位置センサとして、例えば、ロータマグネッ
トと該ロータマグネットと対向させて回路基板に位置決
めして保持されたホールＩＣを配置することにより構成
する必要があり、また、設定した速度とするために、例
えば、ロータマグネットと該ロータマグネットと対向さ
せて回路基板に位置決めして保持されたホールＩＣを配
置することによりエンコーダを構成し、その時間幅と予
め設定された時間幅とを比較し制御をかけていることか
ら、そのためのスペースをとり、部品コストおよび工数
がかかるとともに、制御回路も煩雑となるという欠点が
あった。

【００１４】したがって、本発明の目的は、従来例と同
様な制御をより簡単な構成で行うことができるギヤード
モータを提供することにある。

【００１５】

【課題を達成するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、駆動源からの力をギヤを介して伝達す
る手段を有するギヤードモータにおいて、推力が働くギ
ヤを含めた構成とし、該推力をセンサとして利用するこ
とを特徴とするギヤードモータを採用するものである。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。図１〜図
１０は本発明の実施例を示し、図１は、本発明の便座・
便蓋の自動開閉装置の展開図を示し、図２はその平面図
を示す。また、図３は、本発明の同軸上に異なる径を持
ち電位差を設けたパターンを配置することにより構成し
た回路基板を示し、図４はセンサを構成する板ばねを示
す。また、図５は前記回路基板１８に設けた電位差を持
つ２つのパターンを前記板ばねに接触させたとき、同電
位となるが、そのときの電圧の変化をセンサとして用い
たときの出力信号を示し、図６は、ウオームとはすば歯
車との回転方向と力が加わる方向を示す図である。図７
は、図１の矢印Ａの方向に見た拡大図であるとともにセ
ンサで用いる推力を説明するための図であり、図８は、
図１の丸Ｂの領域で示す拡大図であるとともにセンサで
用いる推力を説明するための図であり、図９は、図８と
同様な拡大図であるとともにセンサで用いる回路パター
ンの一例を示す図であり、図１０は、図８と同様な拡大
図であるとともにセンサで用いる回路パターンの他の一
例を示す図である。

【００１７】また、駆動力伝達機構においては、従来例
と同様であるが（即ち、符号１〜２０で示す部品による
構成は同様であり、明細書の冗長さを避けるために、詳
細な説明は省略する）、回動における位置センサの出力
形態が異なる（即ち、本発明では、部品５１〜５３から
なる位置センサと部品５４〜５６から成るエンコーダ
（一種の位置センサ）が存在せず、その代わりに、以下
に説明する部品１７〜１９から成る推力を利用した位置
センサを用いる。）

【００１８】位置センサとして作用させるのは、ウオー
ム２とはすば歯車３との間で発生するはすば歯車の推力
を利用するために、ピニオン４の端面にセンサを構成す
るための導電性の板ばね１７（図４参照）を設け、その
対向面上に、同軸上に（同心的に）電気的に分離した２
つのパターン１８ａ、１８ｂを持つ回路基板１８（図３
参照）を配置する。そして、コイルばね１９を板ばね１
７と回路基板１８の間に配置し、通常の状態のとき（即
ち、推力がないとき）板ばね１７と回路基板１８を離し
ておき、接触しないように維持する。また、はすば歯車
３が所定値以上の推力を受けたときに、前記板ばね１７
がコイルばね１９の作用力に抗して、回路基板１８の２
つの異なるパターン１８ａ、１８ｂの両者に同時に接触
するように配置する。

【００１９】一方、回路基板１８の２つのパターン１８
ａ、ｂとの間に電圧を印加しておき、推力を受けて板ば
ね１７が回路基板に接触すると、パターン１８ａ、１８
ｂの間に加わっていた電圧が同電位となるようにする。
この現象を位置センサとして応用するものである。

【００２０】また、このとき、はすば歯車３が受ける推
力Ｆは下記のようになる。Ｆ＝Ｆａ×ｔａｎβ ここで、Ｆははすば歯車が受ける推力であり、Ｆａはは
すば歯車が受けるトルクであり、βははすば歯車のねじ
れ角である。

【００２１】この信号は同じ回動動作速度であれば、ト
ルクが同じようになるために同じ位置で検知する。この
動作を説明すれば、閉から開への動作では、制御をかけ
ない状態で開の方向へ回動動作し、開の規定の位置に到
達するときに、便座の衝撃音を抑えるために、ある一定
時間後に回転速度を減速させるために、タイマ回路をメ
インボードに付加し、便蓋がある角度にきたとき、タイ
マが働き、回転速度を落とすようにして、便蓋が規定の
位置に到達したとき、駆動源であるモータ１の停動電流
を検出して電源を遮断する。前記電流を立ち上がり時と
区別するために、停動電流を立ち上がり時の時間幅より
長く検知したときに、電源を遮断するようにしておけば
問題は起きない。

【００２２】また、開から閉への回動動作においては、
初期は、制御をかけない状態で、閉の方向へ動作させ、
本発明のセンサを用いれば、ある一定以上のトルクがは
すば歯車３に加われば、推力が働き、ピニオン４を介し
て板ばねが回路基板１８と接し、回路基板１８に設けら
れ、さらに電位差を設けた同軸上の２つのパターン１８
ａ、１８ｂがショートし、電位差がなくなる。この信号
を得てモータの印加電圧が遮断されるとともに、モータ
端子間をショートすることにより発電作用が働き、モー
タから延出する出力軸１ａを停止させようとする。以上
のことにより、便蓋のイナーシャが変化しても便蓋が規
定の位置に到達する回動速度がほぼ同じになる。

【００２３】なお、前述の実施例では、推力を発生させ
る部品としてウオームとはすば歯車の組み合わせを用い
ているが、これに代えて２個以上のはすば歯車を用いて
もよい。

【００２４】次に、図７〜図１０を参照して、推力を用
いる位置センサの詳細を述べる。図７に示すように、モ
ータ１によってウオーム２が矢印の方向に回転させられ
ると、はすば歯車３は矢印の方向に回転する。このと
き、図８に示すように、ウオーム２がはすば歯車３の歯
面を押す力Ｆは歯面に垂直であるので、Ｆは回転する方
向への力（Ｆｕ）の成分とスラスト方向への力（Ｆａ）
の成分から成る。

【００２５】図９、図１０に示すように、軸はケースに
固定されており、はすば歯車３と第１のピニオン４は一
体となっている（図７参照）。第１のピニオン４とケー
スの間にはコイルばね１８が挿入されており、予め推力
とは逆方向の力が第１のピニオン４にかかるように少し
圧縮されている。板ばね１７は第１のピニオン４に固定
されており、その材質は導体である。

【００２６】そして、図９は、板ばね１７が２重円状の
パターンをまたいで接触する例を示すものであり、図１
０は、内側パターンをコイルばね１８に、外側のパター
ンを板ばね１７に接触させる例を示すものである。図１
０の場合には、内側のパターン、コイルばね、板ばね、
外側のパターンでできるループで内外のパターンを電気
的に接続するものである。

【００２７】なお、図７において、モータを矢印の方向
に回転させたとき、はすば歯車には矢印の方向に推力が
生じ、推力の大きさは、以下の式で表される。Ｆａ＝Ｆｕ×ｔａｎβ ここで、βはねじれ角である。そして、推力の大きさに
応じてコイルばね１８を圧縮し、第１のピニオン４を、
図９、図１０で見て、左方に移動させるので、所定の推
力に達したとき板ばねが回路基板に接触する。なお、モ
ータを図１の方向とは逆の方向に回転させたときには、
推力の向きも逆になるので、この場合にはセンサとして
は機能しないことになる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位置センサを構成するホールＩＣとロータマグネットが
削減でき、また、エンコーダとして用いたホールＩＣと
ロータマグネットを削減でき、回路も煩雑になることも
なく、機能としては従来と変わらないことで安価に作成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の便座・便蓋の自動開閉装置の
展開図である。

【図２】図２は、本発明の便座・便蓋の自動開閉装置の
平面図である。

【図３】図３は、本発明の同軸上に異なる径を持つパタ
ーンを設けた回路基板を示す図である。

【図４】図４は、本発明のセンサを構成する板ばねを示
す図である。

【図５】図５は、本発明のセンサの出力信号の波形図で
ある。

【図６】図６は、ウオームとはすば歯車との回転方向に
対する推力の方向を示す図である。

【図７】図７は、図１の矢印Ａの方向に見た拡大図であ
るとともにセンサで用いる推力を説明するための図であ
る。

【図８】図８は、図１の丸Ｂの領域で示す拡大図である
とともにセンサで用いる推力を説明するための図であ
る。

【図９】図９は、図８と同様な拡大図であるとともにセ
ンサで用いる回路パターンの一例を示す図である。

【図１０】図１０は、図８と同様な拡大図であるととも
にセンサで用いる回路パターンの他の一例を示す図であ
る。

【図１１】図１１は、従来例の便座・便蓋の自動開閉装
置の展開図である。

【図１２】図１２は、従来例の位置センサを構成するホ
ールＩＣを実装した回路基板の平面図である。

【図１３】図１３は、従来例の位置センサを構成するロ
ータマグネットを示す平面図である。

【図１４】図１４は、従来例の位置センサの出力波形図
である。

【図１５】図１５は、従来例の速度センサを構成するホ
ールＩＣを実装した回路基板の平面図である。

【図１６】図１６は、従来例の速度センサを構成するロ
ータマグネットを示す平面図である。

【図１７】図１７は、従来例の速度センサの出力波形図
である。

【符号の説明】

１モータ１ａ出力軸２ウオーム３はすば歯車（第１の歯車）４第１のピニオン５第２の歯車６第２のピニオン７第３の歯車８第３のピニオン９出力ギヤ９ａ出力ギヤのヒンジ嵌合部９ｂ出力ギヤのＷＤカット部１０、１１、１２軸１３第１の減速部１４第２の減速部１５第３の減速部１６第４の減速部１７板ばね１８回路基板１８ａ、１８ｂ回路基板のランド１８ｃ、１８ｄ回路基板の取り出し口１９コイルばね２０、２１ケース５１エンコーダを構成する回路基板５２エンコーダを構成するホールＩＣ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鶴牧幸雄東京都目黒区中根２−４−19 キヤノン精機株式会社内Ｆターム(参考） 2D037 AB07 AB10 3J009 DA18 EA06 EA25 EA32 EB30 FA30 5H607 AA12 BB01 CC01 CC03 CC07 EE32 HH01 HH06 HH07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動源からの力をギヤを介して伝達する
手段を有するギヤードモータにおいて、推力が働くギヤ
を含めた構成とし、該推力をセンサとして利用すること
を特徴とするギヤードモータ。
【請求項２】請求項１記載のギヤードモータにおい
て、推力が働くギヤはウオームまたははすば歯車であ
り、該ウオームまたははすば歯車の推力を利用してセン
サを構成することを特徴とするギヤードモータ。
【請求項３】請求項１記載のギヤードモータにおい
て、推力が働くギヤは２個以上のはすば歯車の組み合わ
せであり、該２個以上のはすば歯車の組み合わせを利用
してセンサを構成することを特徴とするギヤードモー
タ。
【請求項４】駆動源からの力をギヤを介して伝達する
手段を有するギヤードモータにおいて、駆動源としてのモータと、出力ギヤと、前記モータから前記出力ギヤへ動力を伝達する複数のギ
ヤを含む動力伝達手段と、を有し、該動力伝達手段のうちの少なくとも１組のギヤは推力を
発生させるものであり、さらに、前記ギヤによって発生される推力を受ける推力受け部材
に固定された導電性部材と、前記導電性部材に対向し、推力受け部材が推力を受けた
とき、前記導電性部材に接触するように配置された回路
基板と、を有し、前記導電性部材が前記回路基板と接触したとき、前記回
路基板は、電気的変化が生ずるようになっており、それ
によってセンサを構成している、ことを特徴とするギヤードモータ。
【請求項５】請求項４記載のギヤードモータにおい
て、前記導電性部材は前記１組のギヤのうちの１つのギ
ヤの端面に固定されたリング状の板ばねであり、前記回
路基板は、電気的に分離された同軸上の２つのパターン
を有し、前記推力受け部材が推力を受けたとき、前記板
ばねは前記回路基板の２つのパターンに同時に接触する
ことを特徴とするギヤードモータ。
【請求項６】請求項４記載のギヤードモータにおい
て、前記導電性部材は前記１組のギヤのうちの１つのギ
ヤの端面に固定されたリング状の板ばねであり、前記回
路基板は、電気的に分離された同軸上の２つのパターン
を有し、前記推力受け部材が推力を受けたとき、一方の
パターンが前記板ばねを介して他方のパターンに電気的
に接続することを特徴とするギヤードモータ。
【請求項７】請求項４または５に記載のギヤードモー
タにおいて、前記導電性部材と前記回路基板は位置セン
サを構成していることを特徴とするギヤードモータ。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１つに記載の
ギヤードモータを便座・便蓋の開閉の駆動源として用い
る便座・便蓋自動開閉装置において、便座・便蓋を開く方向にギヤードモータを作動させると
き、タイマーを用いて所定の第１位置を検出し、ギヤー
ドモータを減速させて開き、便座・便蓋を閉じる方向にギヤードモータを作動させる
とき、前記センサが前記推力から所定の第２位置を感知
して、ギヤードモータを減速させて閉じる、ことを特徴とする便座・便蓋自動開閉装置。