JP2004249101A

JP2004249101A - 便座又は便蓋の位置検出装置

Info

Publication number: JP2004249101A
Application number: JP2004025957A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ueda; 英樹植田; Satoru Kato; 悟加藤; Shinya Yoshida; 慎也吉田
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】オイルダンパー機構内部に永久磁石を埋め込むのでは、永久磁石とホール素子との距離（ギャップ長）が遠くなり、磁力の強い永久磁石を用いるか、或いは、永久磁石の形状を大きくして強い磁力を確保する等の手段が必要となり、コスト的に高価なものとなっていた。
【解決手段】便座または便蓋の位置検出装置は、永久磁石とホール素子との距離（ギャップ長）を出来るだけ近くする構造とすることで、磁力の弱い永久磁石、例えば、最大エネルギー積が10KJ/m³以下の磁石を用いることを可能とし、部品コストを安価にすることができた。
【選択図】図８

Description

本発明は回転体の回転位置を検出する回転位置検出装置に関するもので、より具体的には便座又は便蓋の開閉位置検出装置に関する。

従来よりトイレ空間での自動化が進み、暖房便座、温水洗浄便座、便座・便蓋の自動開閉装置などが装備されるようになった。ところが、これらの機能を常時作動させておくことはエネルギーの浪費となるから、便器を使用しないときは具備された機能を低レベルにおくか、停止させることが望ましい。そこで便蓋の閉止は、便器が使用されていないときを判断する一つの表象であるとして、便蓋が閉止位置であることを検知する手段が要求されてきた。同様に便座の開放は男子小用として便器が使用されていることを判断するひとつの表象であるとして、便座が開放位置であることを検知する手段も合わせて要求されてきた。

これを実現する手段として、便座又は便蓋側に永久磁石などの作用部材を設け、便座又は便蓋を回動自在に支持する装置本体側には操作片に対してマイクロスイッチを、また永久磁石に対してはリードスイッチまたはホール素子などの感応部材を装着して、便座の開放又は便蓋の閉止信号を発生させることが行われていた。ところが、便座又は便蓋と装置本体との相対位置は大きくばらつくことが知られており、確実に検知させるためには生産工程での寸法管理等が必要であり、極めて手間であった。（例えば、特許文献１参照）

最近は便座・便蓋が静かに開閉するように便座・便蓋の回動軸に直結するダンパー機構が大抵の便器には備えられており、機械構成による確実さから、このダンパー機構に便座又は便蓋の位置を検知する手段を適用すると好適であることが知られている。（例えば、特許文献２参照）
特開２００２−２９１６５２公報特開２００１− ８７１６６号公報

しかしながら、オイルダンパー機構内部に永久磁石を埋め込むのでは、永久磁石とホール素子との距離（ギャップ長）が遠くなり、磁力の強い永久磁石材料を用いるか、或いは、永久磁石の形状を大きくして強い磁力を確保する等の手段が必要となり、コスト的に高価なものとなっていた。また、近年においては、前記便座または便蓋開閉位置検出手段の信号をトリガにして、人体が便座に座っていることを確認する着座検知手段を動作する機構を設けていることが多く、前記着座検知手段が、便座又は便蓋を人体と誤検知し誤動作する事象が発生することを避ける為に、便座または便蓋の開閉位置検出手段の検出精度が求められてきた。具体的には、センサーの検知／非検知切替領域が１０°程度と非常に狭い範囲での切替が要求されている。

そこで本発明は、安価な永久磁石を用い、且つ、検知精度の優れた便座または便蓋の開閉検知装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１にかかる位置検出装置は、便座又は便蓋の回転軸に取付けた永久磁石と、前記永久磁石の位置を非接触で検出する磁気検出手段を備えた位置検出装置において、一端が緩閉止ユニットのローターに連結され、他端が便座又は便蓋に連結された回転軸に前記永久磁石を固着し、前記回転軸を覆う支持台に前記磁気検出手段を取り付けて、便座便蓋に連結する回転軸３７と前記円形状ホルダー３２及び前記永久磁石３１を一体部品となるように構成することで、緩閉止ユニット３０の回転軸と便座・便蓋が連結する回転軸に連動して永久磁石３１が動作することが可能となり、位置検出機構の位置検知精度をより向上させることが可能となった。

また、請求項２では、請求項１にかかる位置検出装置において、前記回転軸に形成したリブ状のホルダーに、前記永久磁石を固着したので、永久磁石と磁気検出手段の間のギャップ長を短くすることができる。

上記の目的を達成するために、請求項３に係る位置検出装置は、便座又は便蓋の回転軸に取付けた永久磁石と、前記永久磁石の位置を非接触で検出する磁気検出手段を備えた便座又は便蓋の位置検出装置において、前記永久磁石は最大エネルギー積が10KJ/m³以下であり、前記磁気検出手段は、前記永久磁石の磁気を、磁気ピーク値の５％〜３０％の範囲において検出するので、その領域において便座又は便蓋の位置検出装置のON/OFFの切替えを行なうことで永久磁石の空間磁束密度のばらつきの影響を最小限に抑えることが可能となり、開閉位置検出精度を向上することを可能とし、さらに部品コストを安価にすることが可能となった。

本発明によれば、高精度な位置検知を行える位置検出装置を提供することができる。

以下図面を参照して実施例について説明する。
図１は本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置又は便座又は便蓋の緩閉止装置を内蔵した便座装置１０の斜視図、図２は便座又は便蓋の電動開閉装置又は便座又は便蓋の緩閉止装置の取付け位置を説明する為の分解斜視図である。図において、便器本体１の背部側のリムの上面を利用して暖房便座装置１０のケーシング１１を固定し、このケーシング１１前側中央に凸収納部１１ａを形成し、この収納部１１ａの側壁１１ｂに便座用緩閉止ユニット３０、便蓋用緩閉止ユニット１３０を取付け、これら緩閉止ユニット３０、１３０に便座１２及び便蓋１３を夫々取付けている。

図３は本発明の回転軸上に永久磁石と前記永久磁石の位置を非接触で検出する磁気検出手段を備えた便座又は便蓋用緩閉止ユニットの断面図である。図において、前記回転軸は、便座又は便蓋用の開閉を制御するオイルダンパー式の便座用緩閉止ユニット３０又は便蓋用緩閉止ユニット１３０の軸３０ａを用い、それらの回転軸に永久磁石３１を固定した円形上のホルダー３２、永久磁石３１の磁気検出手段としてのホール素子３３を搭載した位置検出基板３４、便座用緩閉止ユニット３０、便蓋用緩閉止ユニット１３０及び位置検出基板３４を固定する支持台３５、位置検出基板の防滴を目的とした閉塞用キャップ３６で構成される。

一般的に、永久磁石３１とホール素子３２との距離（ギャップ長）が近いほど永久磁石の磁力(空間磁束密度)が大きくなることが知られており、永久磁石３１とホール素子３２の相対位置ばらつきの影響を受けにくくなる。故に、磁力の小さい永久磁石を使用することができる為、部品の小型化及び部品コストを安価にすることが可能となる。図３において、永久磁石３１とホール素子３３とのギャップ長が近くなるように、円形上のホルダー３２に永久磁石３１を固定する構造を取り、永久磁石の回転半径をできるだけ大きくした。また、図４はホール素子３３を搭載した位置検出基板３４の支持台３５への固定位置を示し、位置検出基板３４が洗剤または、水滴により腐食等の故障をしないように出来るだけ薄い壁（本実施例の場合は肉厚を1mmとした）を設け、その中に位置検出基板３４を設けることで、被水防止構造を取った。更に、前記したように、位置検出基板３４挿入後は、挿入口に閉塞用キャップ３６をすることで、被水防止構造をより確実なものとした。更に、位置検出基板３４の固定においては、永久磁石３１と位置検出基板３４上のホール素子１３とのギャップ長を一定距離に保つ構造となっており、具体的には、位置検出基板３４の下方より、ホール素子３３を永久磁石３１側に近づける為のリブを支持台３５に設ける構造とした。このような構造をとることで、位置検出基板３４の耐環境性能等の製品品質を確保した上で、ギャップ長を2.2mmと比較的近い距離にすることが可能となり、且つギャップ方向ばらつきを極力小さく、具体的には積上げ公差で±0.2mmで押えることが可能となった。

また、前記したように本実施例は、検知／非検知切替え領域が１０°程度と非常に狭い切替要求に対して対応できる構造を提供することを目的としており、永久磁石３１が連結される緩閉止ユニット３０の回転軸３０ａと永久磁石３１、及び永久磁石３１とホール素子３２の回転方向の相対位置ばらつきを小さくする必要がある。例えば、図９に示すように、回転軸３０ａが任意の位置にあるときの、永久磁石３１の端面３１ａとホール素子３２のセンター位置の位置関係が実際の狙いに対し回転方向に近づく(a方向)場合は、検知狙い値よりも早く(高い角度で)検知することができ、また、反対の回転方向に遠く(b方向)なる場合は、検知狙い値より遅く(低い角度で)検知することになる。

図１０（ａ）は、永久磁石３０が連結される緩閉止ユニット３０の回転軸３０ａに対して、永久磁石３１の回転方向の位置精度を出す為の構造を示し、永久磁石３１を固定する為の円形状ホルダー３２に設けてある永久磁石取付溝に圧入リブ３２ａを設け、永久磁石端面３１ａを圧入リブ３２ａと反対側の面３２ｂに突き当てる構造とすることで永久磁石端面３１ａの位置決めを行った。また、永久磁石３１の端面位置の位置精度をより確実なものとする為に、円形状ホルダー３２と永久磁石３１を一体で成形を行っても良い。次に図１０（ｂ）は、永久磁石３１を固定した円形状ホルダー３２と緩閉止ユニットの軸３０ａの位置決め構造を示し、緩閉止ユニットの軸３０ａに凸状のキー３０ｂを９０°間隔で４ヶ所設け、内１８０°反転方向の２ヶ所を回転ガタツキ防止用、残りの２ヶ所を円形状ホルダー３２の抜け止め防止用とした。また同様に円形状ホルダー３２の内径部に凹状のキー溝３２ｃを設け、回転ガタツキ防止用のキー３０ｂの２ヶ所を圧入にて取り付ける構造とすることで、緩閉止ユニットの回転軸３０ａと永久磁石３１を固定した円形状ホルダー３２の回転方向のガタツキをなくす構造とした。また、抜け止め防止用キー３０ｂに関しては、図１１に記載するように、作業性をよくする為に誘い用のテーパー形状を設け、取付後は凹凸のそれぞれの面を当てる構造とした。図１０（ａ）に示すように、円形状ホルダー３２の抜け止め防止用キーの外形方向の一部に切り欠きを設けることで、キー部を撓ませることが可能となり、円形状ホルダー３２を挿入する際にも、大きな力を加えることなく、通常作業で取付けることが可能となる。また、前記抜け止め構造をとることで、表裏の逆付け防止構造となり、回転方向の逆付けに関しては、回転ガタツキ防止用のキー溝幅を代えることで対応した。

次に、図１２は、ホール素子３２の位置決め構造を示しており、ホール素子３２が固定されている位置検出基板３４においては、回転方向及び軸方向の位置決め形状として凸形状を設けその領域においては金型で構成することで基板の割り跡が残らないようにして確実に位置決めができる構造とした。次に、位置検出基板３４を取り付ける為の支持台３５は、逆に凹形状として挿入方向に関しては端面突き当て、回転方向に関しては凹部両サイドでガイドすることで回転方向の位置決めを行った。また、基板３４挿入時の引っかかり防止構造として、凹凸それぞれの角部にはＣ0.5程度の面取り構造とした。また、位置検出基板３４の抜け止めは、被水防止を目的とした閉塞用キャップ３６を支持台３５に固定する構造とすることで対応し、製造工程等で位置検出基板３４と制御装置を接続しているリード線３５ａにより位置検出基板３４が抜ける方向に力が加わらないように支持台３５にリード線３５ａ引っ掛け用のフック３５ｂを設けて（図９参照）抜け方向の動きを防止することで、位置検出基板３４の抜け止めをより確実なものとした。

図１３は、緩閉止ユニット３０と支持台３５の位置決め構造を示し、緩閉止ユニット３０の回転方向のガタツキ及び軸方向の抜け止めは、ネジ固定を行う構造とし、具体的には、緩閉止ユニット３０の回転方向位置決め用凸部の肉盗み形状部に六角形状のナットを固定し、支持台３５の下方側よりネジ固定することとし、更に、下側からネジ固定することで、緩閉止ユニット３０の回転軸３０ａに上下方向の荷重が印加された場合でもその荷重を受けることが可能となる。以上のような構成をとることで、永久磁石３１とホール素子３２のギャップ長をより小さくし、且つ、緩閉止ユニット３０の回転軸３０ａに対しての永久磁石３１とホール素子３２の相対位置ばらつきを極力小さくした。

前記したように、本発明を実施する為には、永久磁石３１とホール素子３３とのギャップ長を小さくし、且つ、永久磁石３１と位置検出基板３４の相対位置ばらつきを極力小さくすることが必要となり、特に回転方向の相対位置ばらつきは、検知／非検知切替え性能に大きく影響する。しかし、前記した位置検出機構は、緩閉止ユニット３０と永久磁石３１とを固定する為、永久磁石３１は緩閉止ユニットの回転軸３０ａに連動して動作することになるが、実際は、回転軸３０ａと便座便蓋を連結させる為回転軸３７との間に多少なりとも回転ガタが存在し、そのガタ分（便座連結軸に対し、永久磁石が遅れる角度）を考慮して位置検出装置３４を設計しなければならなかった。そこで、永久磁石３１の回転方向位置の精度を上げる手段として、図１４に示すように、便座便蓋に連結する回転軸３７、円形状ホルダー３２及び永久磁石３１を一体部品となるように構成することで、前記問題を解決することが可能となる。すなわち、図１４の位置検出装置においては、永久磁石３１を埋設状に固着した円形状ホルダー３２をリブとして具備する回転軸３７の一端が、オイル３０ｄが充填された緩閉止ユニット３０内に設けられたローター３０ｃに回転不能に連結され、回転軸３７の他端が便座又は便蓋に回転不能に連結される。そして、永久磁石３１と対峙する位置にホール素子３３等の磁力検出手段を固定した支持台３５（緩閉止ユニット３０と支持台３５の関係は、図３と同じであるため、図１４では図示しない）を回転軸３７を覆うようにして取り付け、その磁力検出手段によって回転軸３７の回転に伴って回転する永久磁石３１の位置を検出するのである。これによれば、回転軸３７に対して回転不能な円形状ホルダー３２に設けた永久磁石３１が回転軸３７と一体不可分となって回転するので、回転軸３７の回転方向の位置、すなわち便座又は便蓋の開閉位置をより精度高く検出することが可能となる。

本実施例においては、最大エネルギー積が10KJ/m³と磁石のエネルギーが非常に小さい材料を採用し、また、形状的にも体積が130mm²と従来の60%程度の大きさとなり、部品コストを安価にすることが可能となる。しかしながら、より位置検出精度を上げる為には、永久磁石の磁力のばらつきを考慮する必要があり、前記ばらつきを抑える方法として、所定の回転軸を中心に永久磁石３１を回転させると、永久磁石の磁束密度ピーク値のばらつきを吸収する領域があり、具体的には、磁束密度ピーク値の３０%以下の領域に相当するが、この領域でON/OFFを切替える磁気検出手段、具体的にはホール素子３３を用いることで前記目的を達成することができる。その詳細を下記に説明する。

図５は、永久磁石３１の着磁方向を示し、永久磁石３１の外径方向軸に対し平行になるように着磁を行い、また、ホール素子においては、S極側の磁束密度が所定値を超えた時に検知するタイプのものを使用している為、外径側をS極、内径側をN極となるようにした。図６は、前記回転軸３０aを中心に永久磁石３１が回転したときのホール素子３３上の磁束密度の変化を示す。図６に示すように、永久磁石３１がホール素子３３上に存在しないとき（A点）においては、ホール素子３３上の磁束密度の垂直成分はゼロ若しくは永久磁石３１の外径方向の磁極と逆向き（N極側）の磁束密度を微小に発生している状態となっているが、本実施例においては、前記したようにS極側の磁束密度が所定値を超えた時に検知するタイプのホール素子を使用しているので、この領域においては、ホール素子３３からの出力は［非検知］状態となっている（図７参照）。次にA点から図の方向に対し時計周りに永久磁石を回転させていくと、永久磁石端面部がホール素子３３上に到達したところ（B点）から永久磁石の磁束密度の垂直成分は発生し始め、更に永久磁石３１が回転することで（C点）、前記磁束密度の値は増加していく。そして、永久磁石３１の中心部がホール素子３３上にきたところ（D点）をピークに、その値は次第に減少していき、永久磁石端面がきたところで、磁束密度はほぼゼロになる。図７は永久磁石３１が前記動作をした時のホール素子３３からの出力信号について示しており、前記B点からD点の間で［検知］状態を出力し、この時の検知位置をON点とする。逆にD点からE点の間で［非検知］状態を出力し、この時の検知位置をOFF点とする。

図８は、永久磁石の寸法バラツキ或いは材料バラツキによる表面磁束のバラツキを想定して試験しており、永久磁石の厚さ寸法(図５・a寸法)を変化させて、上下限及び標準サンプルを作製し、そのサンプル品にて前記同様の測定をしたときの、ホール素子３３上の磁束密度変化特性を示す。図８が示すように、ホール素子３３上の磁束密度ピーク値は、主に厚さ寸法(図５・a寸法)の影響でばらつくが、永久磁石端面周辺領域Ａにおいては、磁束密度が収束する傾向にあり、この領域を用いて、便座または便蓋の開閉位置検出装置のON/OFF切替えを行うことで位置検出精度が向上する。そこで、ホール素子３３のしきい値が、これらの領域と同値になるもので構成することで、位置検出の検出精度を上がることを可能にした。前記領域は、磁束密度ピーク値に対し、３０%以下の領域(本実施例の場合、約５mT以下の領域が前記に該当する)となっており、本実施例の場合、所定のギャップ長をおいたときの永久磁石の磁束密度は、１６mT程度となり、それに対しホール素子のしきい値は、１mT〜４．５mTとなっているタイプのものを使用した。

以上の結果を踏まえ、本実施例は、便座または便蓋開閉検知装置の位置検知精度を向上させる為に、ホール素子３３上の磁束密度が、磁束密度ピーク値の５％以上３０％以下となる領域（図８ハッチング部）において、便座または便蓋のON/OFF切替えを行う構造としたので、磁束密度ばらつきによる影響を無くすことができ、便座または便蓋開閉位置検出装置の検出精度の向上が可能となる。

前記したように、本発明では、最大エネルギー積が10KJ/m³以下の低磁力永久磁石を用いて便座・便ふたの開閉検知機構を設けるためには、（１）ギャップ長を小さくする、（２）永久磁石とホール素子の位置ばらつきをなくす、（３）永久磁石の磁力のばらつきの影響を小さくする、（４）ホール素子の感度ばらつきを小さくする等の手段が必要となるが、本実施例を実施することで、それを可能とした。

図１５は、本実施例における永久磁石の磁束密度変化のばらつきを示しており、ライン(a)は、永久磁石とホール素子の位置関係が標準位置（設計狙い値）の時、ライン(b)は、ギャップ長が小さく且つ回転方向の位置ずれが早い検知側にあるとき（図９の説明参照）、ライン(c)は、ギャプ長が大きく且つ回転方向の位置ずれが遅い検知側にあるとき（図９の説明参照）を示す。また、ライン(d)は、本実施例で使用するホール素子のしきい値の高感度限界値、逆に、ライン(e)は低感度限界値を示している。この図より、最も検知が早い条件においては、永久磁石回転角度が０°の時に［検知］状態となり、最も検知が遅い条件においても、永久磁石回転角度が１０°で［検知］状態となる。故に、前記ばらつき全てを考慮しても、検知／非検知切替え領域が１０°程度となり、最大エネルギー積が10KJ/m³以下の低磁力永久磁石を用いて検知／非検知の切替感度の良い位置検出手段を達成することができた。

本実施例は、便座又は便蓋の位置開閉機構を例にして記載したが、前記装置以外に使用しても良いことは言うまでもない。

本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置若しくは便座又は便蓋の緩閉止装置を内蔵した便座装置１０の斜視図本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置若しくは便座又は便蓋の緩閉止装置の取付け位置を説明する為の分解斜視図便座又は便蓋用緩閉止ユニットの組立て前及び組立て後の断面図位置検出基板14の取付け位置を説明する為の分解斜視図永久磁石11の着磁方向を説明する為の平面図ホール素子13上の磁束密度変化特性図ホール素子13の出力信号タイムチャートホール素子13上の磁束密度変化特性図位置検出装置の断面図（ａ）は円形上ホルダーの概略図、（ｂ）は円形上ホルダーの概略図緩閉止ユニットの断面図位置検出装置の断面図位置検出装置の断面概略図位置検出装置の別実施形態を示す図永久磁石の磁束密度変化ばらつきを示す図

符号の説明

１０…便座装置、１１…ケーシング、１２…便座、１３…便蓋、３０…便座用緩閉止ユニット、１３０…便蓋用用緩閉止ユニット、３０ａ…便座用緩閉止ユニットの軸、３０ｃ…ローター、３１…永久磁石、３１ａ…永久磁石端面、３２…ホルダー、３２ａ…ホルダー圧入リブ、３２ｂ…ホルダー位置決め端面、３２ｃ…ホルダーキー溝、３３…ホール素子、３４…位置検出基板、３５…支持台、３５ａ…リード線、３５ｂ…フック、３６…キャップ、３７…回転軸、Ａ…永久磁石端面周辺領域、Ｂ…検知／非検知切替領域

Claims

便座又は便蓋の回転軸に取付けた永久磁石と、前記永久磁石の位置を非接触で検出する磁気検出手段を備えた便座又は便蓋の位置検出装置であって、一端が緩閉止ユニットのローターに、他端が便座又は便蓋にそれぞれ回転不能に連結された前記回転軸に前記永久磁石を固着し、前記回転軸を覆う支持台に前記磁気検出手段を取り付けたことを特徴とする便座又は便蓋の位置検出装置。
前記回転軸に形成したリブ状のホルダーに、前記永久磁石を固着したことを特徴とする請求項１記載の便座又は便蓋の位置検出装置。
便座又は便蓋の回転軸に取付けた永久磁石と、前記永久磁石の位置を非接触で検出する磁気検出手段を備えた便座又は便蓋の位置検出装置であって、前記永久磁石は最大エネルギー積が10KJ/m³以下であり、前記磁気検出手段は、前記永久磁石の磁気を、磁気ピーク値の５％〜３０％の範囲において検出することを特徴とする便座又は便蓋の位置検出装置。