JP2007068910A

JP2007068910A - 起倒部材の起倒制御装置

Info

Publication number: JP2007068910A
Application number: JP2005262214A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yoshimune; 和夫能宗
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】コイルスプリングでアシストするトルクを便蓋や便座等の起倒部材の回動角度に応じて変化させ、少ない外力で起倒部材を容易に起倒制御すること。
【解決手段】複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６は、便蓋４の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させると共に、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６の直列接続する個数変化が発生する点を、便蓋４が起倒変化するに必要なトルク以下に設定し、複数個のコイルスプリング２５，２６のアシストトルクを起倒部材としての便蓋４が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させたものである。便蓋４が起倒変化するに必要なトルクと複数個のコイルスプリング２５，２６のアシストトルクとの差を外力として加えればよいから、その起倒動作が安定し、起倒に必要な外力を小さくすることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、便座、便蓋等の直立から水平に傾動する起倒部材を特定の出力のモータで開閉しようとする起倒部材の起倒制御装置に関するもので、特に、起倒部材の起倒に伴って変化する負荷をモータの駆動力を大きくすることなく開閉可能とする起倒部材の起倒制御装置に関するものである。

従来の便座、便蓋等の起倒制御装置としては特許文献１に掲載の技術がある。
即ち、モータを駆動源とした洋式便器の便蓋や便座等の自動開閉装置において、モータをそれ自身の回転トルクでは、便蓋や便器等を開閉させるのに充分ではない小型のものとし、このモ一夕によって開閉させられる便蓋や便座等にそれ自身では自力で便蓋や便座等を開くことはできないが、これらを開成方向へ附勢する附勢手段を設けたものである。
具体的には、洋式便器に固着されたギアボックスには、モータと回動自在に支承されたヒンジシャフ卜と、このヒンジシャフトとモータとの間を連係させる多数の減速ギアからなる駆動力伝達手段を有し、ヒンジシャフトには便座に設けた取付部が固着されている。ヒンジシャフトには便座の回転トルクを制御するためトーションコイルスプリングが巻装されており、このトーションコイルスプリングの一端部は該ヒンジシャフトと一体に設けられた回転板が係止され、他端部はギアボックスに取付けられた枠外に設けた係上穴に係止されている。

したがって、便座が閉じられているときに、その開成用スイッチを動作させるとモータは回転を開始し、その回転駆動力は駆動力伝達手段を介してヒンジシャフトに伝達され、便座を開放する。この時、便座はトーションコイルスプリングによって常に開成方向へ回動附勢されているので、大きな回転トルクを必要とすることなく開かれる。即ち、トーションコイルスプリングに助けられて、それ自身では洋式便器や便蓋や便座等を開閉する回転トルクを有しない小型モータを用いても、過負荷となる便蓋や便座等をスムーズに開閉することができる。
特公平５−３４９６９号公報

図１は既存の便座または便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの特性図、図２は既存の便座または便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの特性図におけるねじりトルクが大きい場合の説明図である。
図１に示すように、既存の便座、便蓋の開放の際の便座または便蓋の開き角度とそれに必要なトルクの関係は、便座または便蓋の開き始めに最も大きくなり、開き終わりに最も小さくなる。この間の必要トルクは直線的に減少するのではなく、コサイン（ｃｏｓ）カーブに近い曲線となる。それに対し、ねじりコイルバネが発生するねじりトルクは直線的に変化する。したがって、必要トルクとねじりコイルバネが発生するねじりトルクとの差は、便座または便蓋の開き始めは小さく、だんだん大きくなって、開き終わる時には再び小さくなっていくという過程をたどる。この差分をモ−タの駆動力で補うとすると、その駆動力は最も大きい差のトルクを発生するように設定する必要があり、結局は極端にモータを小さくすることができなかった。そこで、図２に示すように、ばね定数の小さいねじりコイルバネを用いると、差分が大きくなることは避けられるが、コイルバネが発生するねじりトルクが便座または便蓋の開き角度θで、その角度θに必要なトルクを超えることになり、便座または便蓋が開いた状態を維持し、逆に、開ききった便座または便蓋を閉じるのに大きなトルクが必要になってくる。

したがって、特許文献１の技術では、便座または便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの関係において、トーションコイルスプリングのアシストを受けて、便蓋、便座等を開閉する小型モータのトルクを小さくしようとしても、それには自ずと限界があり、かつ、便蓋や便座等の起倒部材の重量を増加させることができなかった。

そこで、本発明は、コイルスプリングでアシストするトルクを便蓋や便座等の起倒部材の回動角度に応じて変化させ、少ない外力で起倒部材を容易に起倒制御する起倒部材の起倒制御装置の提供を課題とするものである。

請求項１にかかる起倒部材の起倒制御装置は、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材と、前記起倒部材に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、前記起倒部材が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、前記起倒部材側からトルクを受ける複数段に直列接続され、同軸上に配置した複数個のスプリングと、前記複数個のスプリングからアシストトルクを受けて回動するモータとを具備し、前記複数段に直列接続された複数個のスプリングは、前記起倒部材の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させると共に、前記複数段に直列接続された複数個のスプリングの直列接続する個数変化が発生する点で、前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクに設定してなるものである。
ここで、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材は、
便座、便蓋に限らず、地表に水平な軸を中心に上下方向に回動自在な部材であればよい。また、複数段に直列接続された複数個のスプリングは、コイルスプリング、トーションバーを含むスプリングであればよく、構造的には、コイルスプリングであることが望ましく、そのバネ定数は任意の複数個に設定することができ、結果的に前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクに対して、前記複数個のスプリングのアシストトルクを折れ線近似させればよい。そして、前記複数個のスプリングのアシストトルクを折れ線近似させる折れ線数、即ち、このスプリングの数は２以上であればよく、モータの出力によって任意に設定できる。
なお、起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクとは、厳格に起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下とすることを必要とするものではなく、機構的に接触抵抗が存在するから、起倒部材が起倒変化するに必要なトルクを若干超えてもよい。

請求項２の起倒部材の起倒制御装置は、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材と、前記起倒部材に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、前記起倒部材が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、前記起倒部材側からトルクを受ける複数段に直列接続され、同軸上に配置した複数個のスプリングとを具備し、前記複数段に直列接続された複数個のスプリングは、前記起倒部材の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させると共に、前記複数段に直列接続された複数個のスプリングの直列接続する個数変化が発生する点を、前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下に設定し、前記複数個のスプリングのアシストトルクを前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させた。
ここで、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材は、
便座、便蓋に限らず、地表に水平な軸を中心に上下方向に回動自在な部材であればよい。また、複数段に直列接続された複数個のスプリングは、コイルスプリング、トーションバーを含むスプリングであればよく、構造的には、コイルスプリングであることが望ましく、そのバネ定数は任意に設定することができ、結果的に前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクに対して、前記複数個のスプリングのアシストトルクを折れ線近似させればよい。そして、前記複数個のスプリングのアシストトルクを折れ線近似させる折れ線数、即ち、このスプリングの数は２以上であればよく、外力によって任意に設定できる。
特に、起倒部材を起倒変化する外力は、人力または水道（上水、下水）に使用する水流を回転エネルギとする水車の回転出力とすることもできるし、当該水車の回転を発電機によって電気に変換させた電力によって駆動させられたモータとすることもできる。
なお、起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクとは、厳格に起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下とすることを必要とするものではなく、機構的に接触抵抗が存在するから、起倒部材が起倒変化するに必要なトルクを若干超えてもよい。

請求項３の起倒部材の起倒制御装置は、前記起倒部材と前記複数個のスプリングと前記モータは、前記モータの出力を前記起倒部材に伝達する駆動軸と、一端を前記駆動軸に固着し他端を他のコイルスプリングの端部に回動自在に接続した特定コイルスプリングと、前記他端を他のコイルスプリングの端部に回動自在に接続した点の特定方向への回動を拘束する停止部材と、他のコイルスプリングの他の端部の回動を拘束する前記停止部材と一体となった他の固定部材とを具備するものである。
ここで、前記モータの出力を前記起倒部材に伝達する駆動軸は、その間に減速機構を介在していても、１対１の関係であってもよい。また、一端を前記駆動軸に固着し他端を他のコイルスプリングの端部に回動自在に接続した特定コイルスプリングは、少なくとも１個のコイルスプリングを前記駆動軸に相対的に回動しないように固着することを必要とする。また、他のコイルスプリングの他端部は固定部材に固着する必要がある。特定コイルスプリングと他のコイルスプリングとの接続点は、相対回動が自在であればよく、かつ、停止部材で拘束されるまで回動自在であればよい。

請求項４の起倒部材の起倒制御装置の前記起倒部材は、洋式便器に装着される便蓋または便座としたものである。

請求項１の起倒部材の起倒制御装置において、モータは起倒部材を倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化させるように回動する。同時に、複数段に直列接続された複数個のスプリングは、前記起倒部材に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するとき、前記モータにアシストトルクを付与し、また、前記起倒部材が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、前記起倒部材側からトルクを受け、そのエネルギをスプリングに蓄積する。
このとき、前記複数個のスプリングは、前記起倒部材の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させ、前記複数段に直列接続された複数個のスプリングの直列接続する個数変化が発生する点を、前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクに設定するものであり、前記複数個のスプリングのアシストトルクを前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させたものであるから、前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクと前記複数個のスプリングのアシストトルクとの差をモータの出力とすればよいので、モータ出力を小さくすることができる。したがって、スプリングでアシストするトルクを起倒部材の回動角度に応じて変化させ、モータ出力が小さくても起倒部材を容易に起倒制御することができる。

請求項２にかかる起倒部材の起倒制御装置は、起倒部材を倒れた状態から起立した状態へと起倒変化させるとき、複数段に直列接続された複数個のスプリングは、前記起倒部材に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、また、前記起倒部材が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、前記起倒部材側からトルクを受け、そのエネルギをスプリングに蓄積する。
このとき、前記複数個のスプリングは、前記起倒部材の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させ、前記複数段に直列接続された複数個のスプリングの直列接続する個数変化が発生する点を、前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクに設定するものであり、前記複数個のスプリングのアシストトルクを前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させたものであるから、前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクと前記複数個のスプリングのアシストトルクとの差を人が外力として加えればよいから、その起倒部材の起倒動作が安定し、起倒に必要な外力を小さくすることができる。したがって、スプリングでアシストするトルクを起倒部材の回動角度に応じて変化させ起倒部材を容易に起倒制御することができる。

請求項３にかかる起倒部材の起倒制御装置は、前記起倒部材と前記複数個のスプリングと前記モータは、前記モータの出力を前記起倒部材に伝達する駆動軸と、一端を前記駆動軸に固着し他端を他のコイルスプリングの端部に回動自在に接続した特定コイルスプリングと、前記他端を他のコイルスプリングの端部に回動自在に接続した点の特定方向への回動を拘束する停止部材と、他のコイルスプリングの他の端部の回動を拘束する前記停止部材と一体となった他の固定部材とを具備するものであるから、請求項１または請求項２の効果に加えて、前記停止部材の配設位置が起倒部材の回動角度との間で一義的に決定できるから規格化が容易であり、また、減速機構を介在させることもできる。

請求項４の起倒部材の起倒制御装置の前記起倒部材は、洋式便器に装着される便蓋または便座としたものであるから、請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の効果に加えて、開閉が簡単で、そのエネルギ消費が少なくて操作できるから、エネルギ源、例えば、電気による回転出力または水流による回転出力、手動等の選択自由度が高くなる。また、大型化するものでないので、コンパクトに便蓋または便座に組み込むことができる。

次に、本発明の実施の形態の起倒部材の起倒制御装置について、図を用いて説明する。なお、本実施の形態２以降において、実施の形態１と同一記号または同一符号は、上記実施の形態１と同一または相当する構成部分を示すものであるから、その詳細な説明を省略し、主に相違点のみ説明する。
［実施の形態１]

図３は本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す側面図、図４は本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を便器に使用した事例を示す平面図である。
図３及び図４において、便器２は公知または専用のもので、所定の便鉢１のサイズからなる。便器２の上には便座３が便器２直接的または間接的に取り付けられ、便器２に対して回動自在に配設されている。これら、少なくとも、便器２及び便座３は便器構成体１０を構成している。便器構成体１０の便座３の上面には、便器構成体１０に軸支した駆動軸２１を中心に回動自在の便蓋４を有している。この便蓋４は、便器構成体１０の駆動軸２１を中心に回動し、便座３の上面を開閉自在である。

なお、この便器構成体１０としては、便座３の形状及びサイズに拘束されるものでもなく、かつ、便器２及び便座３の他に人体局部の洗浄に使用する収納ボックス５に格納された人体局部洗浄機構８及びそのコントローラ６、水洗用タンク７等が配設され、温水洗浄便座装置との構成を有するか否かに左右されるものでもない。コントローラ６は、シャワーノズル及びビデノズルによる洗浄制御のほか、温風ファンによる洗浄後の乾燥、便座ヒータによる便座３の暖房、後述する脱臭装置によるトイレ室内の消臭等の洗浄に関連しない非洗浄関連機能を備えている。これら各機能は、主としてコントローラ６に設けられたスイッチ類が操作されることにより、或いは、トイレ室の壁面に着脱自在に装着されたリモコン装置を操作することにより行われる。コントローラ６に設けられたスイッチ類は、温水スイッチ、便座スイッチ、乾燥スイッチ、ビデ洗浄スイッチ、おしり洗浄スイッチ、脱臭スイッチ等を含むものである。

便器構成体１０としての収納ボックス５には、起倒制御装置を収容するハウジング２０が配設され、そこから駆動軸２１が突出し、便蓋４を軸支している。したがって、便蓋４は駆動軸２１の回動によって起倒するものである。
また、本実施の形態の便器構成体１０は、便器２及び便座３に加えて便器２に取り付けられて人体局部の洗浄に使用する人体局部洗浄機構を具備するものである。この人体局部洗浄機構は、温水または冷水の使用を問うものではなく、ビデ機能の有無も問うものではない。何れにせよ、本実施の形態の便器構成体１０は、少なくとも便器２に取り付けられて、ハウジング２０または枠体が配設され、便座３または便蓋４を開閉するものであればよい。本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置は、洋式便器の便蓋４を起倒部材とするものである。

図５は本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す起倒制御装置部分の説明図、図６は図５の切断線Ａ−Ａによる断面図、図７は図５の切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。
洋式便器の便蓋４は、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材に相当する。便器構成体１０としての収納ボックス５には、ハウジング２０が配設され、そこから駆動軸２１が突出し、便蓋４を軸支し、駆動軸２１の回動によって起倒自在となっている。駆動軸２１はハウジング２０を必要なベアリングを介して貫通配設されている。駆動軸２１には、歯車２４が配設されていて、ハウジング２０内に配設されるモータ２２の出力軸に配設された歯車２３と噛み合っている。したがって、モータ２２の回転は、歯車２３、歯車２４を介して駆動軸２１に伝えられ、起倒部材である便蓋４を起倒する。なお、便蓋４と駆動軸２１は、ダブルナット４ａによって堅固に一体化固定されている。

また、駆動軸２１には、同心軸上のコイルスプリング２５が配設されていて、その端部２５ａは、駆動軸２１の長さ方向に対して直角方向に挿入され、駆動軸２１の回転がコイルスプリング２５の端部２５ａと一体となって回転するようになっている。また、コイルスプリング２５の他端部２５ｂは、Ｕ字状または環状、クエスチョンマーク（？）状に折曲形成され、コイルスプリング２６の端部２６ａをそこに挿入し、両者を連結して連結点Ｎを構成している。そして、コイルスプリング２６の他の端部２６ｂはハウジング２０内に配設した固定部材２７に回動自在に堅固に固定されている。
そして、コイルスプリング２５の端部２５ｂを回動自在にコイルスプリング２６の端部２６ａに挿入して連結した連結点Ｎは、ハウジング２０内に配設した停止部材２８に当接するようになっている。この当接は、便蓋４が閉じた状態を角度を０度とし、便蓋４が開いた状態を角度を９０度とすれば、便蓋４が閉じた状態から特定の角度δで当接するように設定している。
即ち、コイルスプリング２５とコイルスプリング２６の弾性は、コイルスプリング２５のみが最初大きな力で弾性変形し、その弾性変形が限度を越えると、コイルスプリング２５とコイルスプリング２６が共に弾性変形するので、コイルスプリング２５の弾性変形の限度を越える点が特定の角度δとなる。

便蓋４を閉じた状態から開いていく場合には、まず、便蓋４を軸支している駆動軸２１が回動する。駆動軸２１にはコイルスプリング２５の端部２５ａが係止されているから、このときにはコイルスプリング２５からねじりトルクが戻されるように設定する。そして、便蓋４を閉じた状態から開いていくと、便蓋４の開放する角度δ以上で、両コイルスプリング２５とコイルスプリング２６に与えられた所定のねじりトルクが戻されるように設定する。

このように構成された実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を使用した洋式便器の動作原理を説明する。
便蓋４を閉じた状態から開くときには、まず、コイルスプリング２５には既にコイルスプリング２５のみのバネ定数Ｋ₁で決定される蓄積された弾性エネルギが放出される。また、便蓋４の開放される角度δ以上になったとき、コイルスプリング２５とコイルスプリング２６の連結点Ｎは、ハウジング２０内に配設した停止部材２８にそれまで当接状態であったものが離れ、２個のコイルスプリング２５とコイルスプリング２６が一体となって変化するバネ定数をＫ₁₊₂で決定される蓄積された弾性エネルギが放出される。

ここで、コイルスプリング２５のバネ定数Ｋ₁、コイルスプリング２６のバネ定数をＫ₂、また、２個のコイルスプリング２５とコイルスプリング２６が一体となって変化するバネ定数をＫ₁₊₂とすると、関係式
１／Ｋ₁₊₂＝１／Ｋ₁＋１／Ｋ₂
が成立し、
Ｋ₁₊₂＝(Ｋ₁？Ｋ₂)／(Ｋ₁＋Ｋ₂)
となる。したがって、
Ｋ₁−Ｋ₁₊₂＝Ｋ₁−(Ｋ₁？Ｋ₂)／(Ｋ₁＋Ｋ₂)＝(Ｋ₁)²／(Ｋ₁＋Ｋ₂)＞０
より、
Ｋ₁＞Ｋ₁₊₂
となるから、コイルスプリング２５のみがねじられる場合のバネ定数Ｋ₁の方が、２個のコイルスプリング２５とコイルスプリング２６が一体となって変化するバネ定数Ｋ₁₊₂よりも大きくなる。

念のために記載するが、便蓋４を閉じた状態から開くと、便蓋４を軸支している駆動軸２１がモータ２１によって回動し、駆動軸２１にはコイルスプリング２５の端部２５ａが係止されているから、コイルスプリング２５に蓄積されたねじりトルクは駆動軸２１に戻される。
このときの便蓋４の開き角度とそれに必要なトルクとの特性は、図８に示すようになる。図８は本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの特性図である。
図８に示すように、便蓋４の開放の際の便蓋４の開き角度とそれに必要なトルクτとの関係は、便蓋４の開き始めにトルクτが最も大きくなり、開き終わりに最も小さくなる。この間の必要トルクτはコサイン（ｃｏｓ）カーブに近い曲線となる。

それに対し、コイルスプリング２５、コイルスプリング２６が発生するねじりトルクτは直線的に変化する。即ち、便蓋４の開き始めにはコイルスプリング２５のみがねじられる場合のバネ定数Ｋ₁でコイルスプリング２５からの大きなねじりトルクτが駆動軸２１に供給される。その後、便蓋４の開度δ以上、開き終わりまでになると、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６の両者からバネ定数Ｋ₁₊₂でコイルスプリング２５及びコイルスプリング２６から小さいねじりトルクτが駆動軸２１に供給される。このときの便蓋４の開き角度とそれに必要なトルクとの差分をモ−タ２２による駆動力で補えばよいから、その駆動力は最も大きいトル差のトルクτdefを駆動軸２１に供給されるように設定することになる。

次に、本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの具体的な関係を説明する。
まず、便蓋４を便座３に当接した状態で、予めコイルスプリング２５及びコイルスプリング２６に弾性力を付与しておく。コイルスプリング２５のみには、便蓋４の開放する角度δまでは、コイルスプリング２５のみからねじりトルクが駆動軸２１に供給されるようにねじりトルクを蓄えておく。また、便蓋４の開放する角度δを越えてから全開に至るまでは、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６からねじりトルクが駆動軸２１に供給されるようにねじりトルクを蓄えておく。
なお、通常、便蓋４の開放する角度δは、コイルスプリング２６の端部２６ｂを固定するハウジング２０内に配設した固定部材２７と、コイルスプリング２５の端部２５ｂを停止させるハウジング２０内に配設した停止部材２８との位置関係が設計的に決定されるから、便蓋４が便座３から完全に開放された状態のとき、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６に蓄積された弾性力が殆どゼロとして組み立てられる。そして、便蓋４を閉じることによって、コイルスプリング２５とコイルスプリング２６に弾性力を蓄えることができる。

ここで、本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す便蓋の開閉動作について説明する。
便蓋４の開放動作は、反重力方向に便蓋４を回動するものであり、モータ２２が図５の駆動軸２１の回転方向に示すように回転する。このとき、コイルスプリング２５には、バネ定数Ｋ₁で弾性エネルギが蓄えられており、図７に示すねじりトルクＴs方向の戻しのねじりエネルギが、駆動軸２１に供給される。このとき、ハウジング２０内に配設した停止部材２８に当接するコイルスプリング２５の端部２５ｂを基準に放出される。

コイルスプリング２５に蓄えられたバネ定数Ｋ₁の弾性エネルギが放出され、残りが少なくなる便蓋４の開放する角度δで残りのバネ定数Ｋ₁の弾性エネルギと、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギとが等しくなり、その後は、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギが駆動軸２１に供給される。このときには、それまでハウジング２０内に配設した停止部材２８に当接していたコイルスプリング２５とコイルスプリング２６の連結点Ｎは、図７の右回り方向に停止部材２８から離れる。
したがって、この間、便蓋４を便座３に当接した状態から、コイルスプリング２５によって便蓋４を開放する角度δまでは、バネ定数Ｋ₁の弾性エネルギによってモータ２２の回転力にアシストすることができる。また、便蓋４の開放する角度δを越えたとき、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギによってモータ２２の回転力をアシストすることができる。

便蓋４が全開したとき、モータ２２の回転を停止する。このとき、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギがゼロとなっていてもよいし、若干残っていてもよい。
しかし、通常の組み付けは、弾性エネルギがゼロとなっている便蓋４の全開状態下で行われるので、組み付けからみれば、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギのゼロがのぞましい。しかし、完成品から評価すれば、弾性エネルギのゼロは不安定な状態であるから、所定の弾性エネルギを維持する状態が望ましい。

便蓋４の閉じ動作は、重力方向に便蓋４を回動するものであり、モータ２２が図５の駆動軸２１の反矢印方向に回転する。このとき、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギが蓄積され、同時に、加えられたねじりトルクにより、コイルスプリング２５とコイルスプリング２６の連結点Ｎは図７の左回転方向に順次停止部材２８に近づく。便蓋４の開放する角度δになると、それまで図７の左方向に回動していたコイルスプリング２５とコイルスプリング２６の連結点Ｎは、ハウジング２０内に配設した停止部材２８に当接する。
コイルスプリング２５とコイルスプリング２６の連結点Ｎが、ハウジング２０内に配設した停止部材２８に左方向に当接した後は、コイルスプリング２５のみにバネ定数Ｋ₁の弾性エネルギが蓄積される。
このとき、コイルスプリング２５及びコイルスプリング２６のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギの蓄積並びにコイルスプリング２５のバネ定数Ｋ₁の弾性エネルギの蓄積は、重力方向に便蓋４の起倒動作をなすものであるから、モータ２２の負荷としてみれば、軽負荷状態で弾性エネルギの蓄積ができ、次の便蓋４の開放動作に備えることができる。
［実施の形態２]

図９は本発明の実施の形態２の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す起倒制御装置部分の説明図、図１０は本発明の実施の形態２の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの特性図である。
本実施の形態２においても、図３及び図４に示す実施の形態１の構成を具備するもので、洋式便器の便蓋４は倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材に相当する。便器構成体１０としての収納ボックス５には、ハウジング２０が配設され、そこから駆動軸２１が突出し、便蓋４を軸支し、駆動軸２１によって起倒自在となっている。駆動軸２１はハウジング２０を必要なベアリングを介して貫通して配設されている。駆動軸２１には、歯車２４が配設されていて、ハウジング２０内に配設されるモータ２２の出力軸に配設された歯車２３と噛み合っている。便蓋４と駆動軸２１は、ダブルナット４ａによって堅固に一体化固定されている。

駆動軸２１には、同心軸上に４個のコイルスプリング３１，３２,３３，３４が配設されている。コイルスプリング３１の端部３１ａは、駆動軸２１の長さ方向に対して直角方向に挿入され、駆動軸２１の回転がコイルスプリング３１の端部３１ａと一体となって回転するようになっている。また、コイルスプリング３１の他端部３１ｂはＵ字状または環状に折曲形成され、そこにコイルスプリング３２の端部３２ａを挿入し、両者を回動自在に連結して連結点Ｎ₁を構成している。

前述したように、コイルスプリング３２の端部３２ａは、コイルスプリング３１のＵ字状または環状に折曲形成された端部３１ｂに挿入し、コイルスプリング３２の端部３２ｂはＵ字状または環状に折曲形成され、そこにコイルスプリング３３の端部３３ａが挿入されている。それによって、両者を連結して連結点Ｎ₂を構成している。
同様に、コイルスプリング３３の端部３３ａは、コイルスプリング３２のＵ字状または環状に折曲された端部３２ｂに挿入され、コイルスプリング３３の端部３３ｂはＵ字状または環状に折曲され、そこにコイルスプリング３４の端部３４ａに挿入されている。それによって、両者を連結して連結点Ｎ₃を構成している。

更に、コイルスプリング３４の端部３４ａは、コイルスプリング３３のＵ字状または環状に折曲された端部３３ｂに挿入され、コイルスプリング３４の端部３４ｂはハウジング２０内に配設した固定部材４４に堅固に回動自在に固定される。
前述したコイルスプリング３１とのコイルスプリング３２との接続点Ｎ₁は、ハウジング２０内に配設した停止部材４１に当接し、コイルスプリング３２とのコイルスプリング３３との接続点Ｎ₂は、ハウジング２０内に配設した停止部材４２に当接し、コイルスプリング３３とのコイルスプリング３４との接続点Ｎ₃は、ハウジング２０内に配設した停止部材４３に当接し、モータ２２側から見た右回転方向の移動を許容し、左回転方向の移動を停止部材４１，４２，４３で拘束している。なお、接続点Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃とハウジング２０内に配設した左回転方向の移動を拘束する停止部材４１，４２，４３の位置は、図示では同一位置にみえるが、接続点Ｎ１と停止部材４１との当接点を基準にすると、順次、接続点Ｎ₂と接続点Ｎ₃と右回転方向に移動している。

ここで、本発明の実施の形態２の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す便蓋の開閉動作について説明する。
便蓋４の開放動作は、反重力方向に便蓋４を回動するものであり、モータ２２が図５の駆動軸２１の回転方向に示すように回転する。このとき、コイルスプリング３１には、バネ定数Ｋ₁で弾性エネルギが蓄えられており、ハウジング２０内に配設した停止部材４１に当接するコイルスプリング３１の端部３１ｂを基準に放出される。
コイルスプリング３１に蓄えられたバネ定数Ｋ₁の弾性エネルギが放出され、残りが少なくなる便蓋４の開放する角度δ₁で残りのバネ定数Ｋ₁の弾性エネルギと、コイルスプリング３１及びコイルスプリング３２のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギとが等しくなり、その後は、コイルスプリング３１及びコイルスプリング３２のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギが放出され、このときには、それまでハウジング２０内に配設した停止部材４１に当接していたコイルスプリング３１とコイルスプリング３２の連結点Ｎ₁はモータ２２側から見て右回り方向に停止部材４１から離れる。

そして、コイルスプリング３１とコイルスプリング３２に蓄えられたバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギが放出され、残りが少なくなる便蓋４の開放する角度δ₂で残りのバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギと、コイルスプリング３１及びコイルスプリング３２及びコイルスプリング３３のバネ定数Ｋ₁₊₂₊₃の弾性エネルギとが等しくなり、その後は、コイルスプリング３１及びコイルスプリング３２及びコイルスプリング３３のバネ定数Ｋ₁₊₂₊₃の弾性エネルギが放出され、このときには、それまでハウジング２０内に配設した停止部材４２に当接していたコイルスプリング３２とコイルスプリング３３の連結点Ｎ₂はモータ２２側から見て右回り方向に停止部材４２から離れる。
更に、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３３に蓄えられたバネ定数Ｋ₁₊₂₊₃の弾性エネルギが放出され、残りが少なくなる便蓋４の開放する角度δ₃で残りのバネ定数Ｋ₁₊₂₊₃の弾性エネルギと、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３４のバネ定数Ｋ_1+2+3+4の弾性エネルギとが等しくなり、その後は、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３４のバネ定数Ｋ_1+2+3+4の弾性エネルギが放出され、このときには、それまでハウジング２０内に配設した停止部材４３に当接していたコイルスプリング３３とコイルスプリング３４の連結点Ｎ₃はモータ２２側から見て右回り方向に停止部材４３から離れる。

したがって、この間、便蓋４を便座３に当接した状態から、コイルスプリング３１によって便蓋４のかいど開放する角度δ₁まではバネ定数Ｋ₁の弾性エネルギによってモータ２２の回転力にアシストすることができ、便蓋４の開度角度δ₁度を越えたとき、コイルスプリング３１及びコイルスプリング３２のバネ定数Ｋ₁₊₂の弾性エネルギによってモータ２２の回転力にアシストすることができる。また、便蓋４の開度角度δ₂度を越えたとき、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３３のバネ定数Ｋ₁₊₂₊₃の弾性エネルギによってモータ２２の回転力にアシストし、便蓋４の開放する角度δ₃を越えたとき、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３４のバネ定数Ｋ_1+2+3+4の弾性エネルギによってモータ２２の回転力にアシストすることができる。

便蓋４が全開したとき、モータ２２の回転を停止する。このとき、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３４の弾性エネルギがゼロとなっていてもよいし、若干残っていてもよい。しかし、通常の組み付けは、弾性エネルギがゼロとなっている便蓋４の前回状態によって行われるので、組みつけからみれば、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３４の弾性エネルギのゼロがのぞましい。しかし、完成品から評価すれば、弾性エネルギのゼロは不安定な状態であるから、所定の弾性エネルギを維持する状態が望ましい。

便蓋４の閉じる動作は、重力方向に便蓋４を回動するものであり、モータ２２が図５の駆動軸２１の矢印の反回転方向に示すように回転する。このとき、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３４の弾性エネルギが蓄積され、同時に、加えられたねじりトルクにより、コイルスプリング３３とコイルスプリング３４の連結点Ｎ₃は左回り方向に回動し、停止部材４３に近づく。便蓋４の開度角度δ₃になると、それまで左方向に回動していたコイルスプリング３３とコイルスプリング３４の連結点Ｎ₃は、ハウジング２０内に配設した停止部材４３に当接する。

コイルスプリング３３とコイルスプリング３４の連結点Ｎ₃が、ハウジング２０内に配設した停止部材４３に当接した後は、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３３に対して弾性エネルギが蓄積される。以下同様に、連結点Ｎ₃が停止部材４３に当接した後は、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３２に対して弾性エネルギが蓄積され、連結点Ｎ₂が停止部材４２に当接した後は、コイルスプリング３１に対して弾性エネルギが蓄積される。
このとき、コイルスプリング３１乃至コイルスプリング３４の弾性エネルギの蓄積は、重力方向に便蓋４の起倒動作をなすものであるから、モータ２２の負荷としてみれば、軽負荷状態で弾性エネルギの蓄積ができ、次の便蓋４の開放動作に備えることができる。

上記実施の形態にかかる起倒部材の起倒制御装置は、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材としての便蓋４で説明したが、本発明を実施する場合には、便座３、便蓋４に限らず、地表に水平な軸を中心に上下方向に回動自在な部材であればよい。
上記実施の形態にかかる起倒部材の起倒制御装置の複数段に直列接続された複数個のスプリングは、コイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４に限定されるものではなく、トーションバーを含むスプリングであればよい。構造的には、コイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４であることが望ましい。また、そのバネ定数は任意の複数個に設定することができ、結果的に前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクに対して、複数個のスプリングのアシストトルクを折れ線近似させればよい。

上記実施の形態にかかる起倒部材の起倒制御装置は、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材としての便蓋４と、便蓋４に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、便蓋４が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、便蓋４側からトルクを受ける複数段に直列接続され、同軸上に配置した複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４と、複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４からアシストトルクを受けて回動するモータ２２とを具備し、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４は、便蓋４の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させると共に、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４の直列接続する個数変化が発生する点で便蓋４が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクに設定してなるものである。

したがって、モータ２２は起倒部材としての便蓋４を倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化させるように回動する。同時に、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４は、起倒部材としての便蓋４に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、また、便蓋４が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、便蓋４側からトルクを受け、そのエネルギをコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４に蓄積する。

このとき、複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４は、起倒部材としての便蓋４の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させ、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４の直列接続する個数変化が発生する点を、便蓋４が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクに設定するものであり、複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４のアシストトルクを便蓋４が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させたものであるから、便蓋４が起倒変化するに必要なトルクと複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４のアシストトルクとの差をモータ２２の出力とすればよいので、モータ２２の出力を小さくすることができる。したがって、コイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４でアシストするトルクを便蓋４の回動角度に応じて変化させ、モータ２２の出力が小さくても便蓋４を容易に起倒制御することができる。

上記実施の形態の起倒部材の起倒制御装置は、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材としての便蓋４と、便蓋４に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、便蓋４が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、便蓋４側からトルクを受ける複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４とを具備し、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４は、便蓋４の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させると共に、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４の直列接続する個数変化が発生する点を便蓋４が起倒変化するに必要なトルク以下に設定し、複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４のアシストトルクを便蓋４が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させたものである。

したがって、起倒部材としての便蓋４を倒れた状態から起立した状態へと起倒変化させるとき、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４は、便蓋４に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、また、便蓋４が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、便蓋４側からトルクを受け、そのエネルギをコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４に蓄積する。

このとき、複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４は、起倒部材としての便蓋４の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させ、複数段に直列接続された複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４の直列接続する個数変化が発生する点を、便蓋４が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクに設定するものであり、複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４のアシストトルクを便蓋４が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させたものであるから、便蓋４が起倒変化するに必要なトルクと複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４のアシストトルクとの差を人が外力として加えればよいから、その便蓋４の起倒動作が安定し、起倒に必要な外力を小さくすることができる。したがって、コイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４でアシストするトルクを起倒部材としての便蓋４の回動角度に応じて変化させ便蓋４を容易に起倒制御することができる。

上記実施の形態の請求項２の起倒部材の起倒制御装置は、複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４からアシストトルクを受けて回動するモータ２２を省略し、他の外力発生手段とすることができる。
即ち、起倒部材としての便蓋４と複数個のコイルスプリング２５，２６、３１，３２，３３，３４とモータ２２は、モータ２２の出力を便蓋４に伝達する駆動軸２１と、一端２５ａ，３１ａを駆動軸２１に固着し、他端２５ｂ，３１ｂを他のコイルスプリング２６，３２の端部２６ａ，３２ａに回動自在に接続した特定コイルスプリング２５，３１と、他端２５ｂ，３１ｂ〜３４ｂを他のコイルスプリング２６，３２〜３４の端部２６ａ，３２ａ〜３４ａに回動自在に接続した点の特定方向への回動を拘束する停止部材２８，４１〜４４と、他のコイルスプリング２６，３２の他の端部２６ｂ，３４ｂの回動を拘束する停止部材２８，４１〜４３と一体となった他の固定部材２７，４４とを具備するものである。
したがって、停止部材２８，４１〜４３の配設位置が起倒部材としての便蓋４の回動角度との間で一義的に決定できるから規格化が容易であり、また、減速機構を介在させることもできる。

上記実施の形態にかかる起倒部材の起倒制御装置は、倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材としての便蓋４で説明したが、本発明を実施する場合には、地表に水平な軸を中心に上下方向に回動自在な部材であれば使用可能であり、採光窓、収納質の扉等にも使用可能である。
また、起倒部材を起倒変化する外力は、人力または水道（上水、下水）に使用する水流を回転エネルギとする水車または風車の回転出力とすることもできるし、水車または風車の回転を発電機によって電気に変換させた電力によって駆動させられたモータとすることもできる。
そして、起倒部材としての便蓋４と駆動軸２１との間には、歯車を介在させ、両者の回転を１対１以外に設定することもできる。

図１は既存の便座または便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの特性図である。図２は既存の便座または便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの特性図におけるねじりトルクが大きい場合の説明図である。図３は本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す側面図である。図４は本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を便器に使用した事例を示す平面図である。図５は本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す起倒制御装置部分の説明図である。図６は図５の切断線Ａ−Ａによる断面図である。図７は図５の切断線Ｂ−Ｂによる断面図である。図８は本発明の実施の形態１の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの特性図である。図９は本発明の実施の形態２の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す起倒制御装置部分の説明図である。図１０は本発明の実施の形態２の起倒部材の起倒制御装置を洋式便器に使用した事例を示す便蓋の開き角度とそれに必要なトルクとの特性図である。

符号の説明

４起倒部材としての便蓋
２０ハウジング
２２モータ
２５，２６、３１，３２，３３，３４コイルスプリング
２７，４４固定部材
２８，４１，４２，４３停止部材

Claims

倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材と、
前記起倒部材に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、前記起倒部材が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、前記起倒部材側からトルクを受ける複数段に直列接続され、同軸上に配置した複数個のスプリングと、
前記複数個のスプリングからアシストトルクを受けて回動するモータとを具備し、
前記複数段に直列接続された複数個のスプリングは、前記起倒部材の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させると共に、前記複数段に直列接続された複数個のスプリングの直列接続する個数変化が発生する点を、前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下のアシストトルクに設定し、前記複数個のスプリングのアシストトルクを前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させたことを特徴とする起倒部材の起倒制御装置。
倒れた状態から起立した状態へと繰り返し往復起倒変化する起倒部材と、
前記起倒部材に対し倒れた状態から起立した状態へと起倒変化するトルクを付与し、前記起倒部材が起立した状態から倒れた状態に起倒変化するときには、前記起倒部材側からトルクを受ける複数段に直列接続され、同軸上に配置した複数個のスプリングとを具備し、
前記複数段に直列接続された複数個のスプリングは、前記起倒部材の起倒変化に対し直列接続する個数を変化させると共に、前記複数段に直列接続された複数個のスプリングの直列接続する個数変化が発生する点を、前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルク以下に設定し、前記複数個のスプリングのアシストトルクを前記起倒部材が起倒変化するに必要なトルクに対して折れ線近似させたことを特徴とする起倒部材の起倒制御装置。
前記起倒部材と前記複数個のスプリングと前記モータは、前記モータの出力を前記起倒部材に伝達する駆動軸と、一端を前記駆動軸に固着し他端を他のコイルスプリングの端部に回動自在に接続した特定コイルスプリングと、前記他端を他のコイルスプリングの端部に回動自在に接続した点の特定方向への回動を拘束する停止部材と、他のコイルスプリングの他の端部の回動を拘束する前記停止部材と一体となった他の固定部材とを具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の起倒部材の起倒制御装置。
前記起倒部材は、洋式便器に装着される便蓋または便座としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の起倒部材の起倒制御装置。