JP2016118022A

JP2016118022A - 便器装置

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Publication number: JP2016118022A
Application number: JP2014257157A
Authority: JP
Inventors: 壮山本; So Yamamoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: JP6497611B2

Abstract

【課題】トラップ管の解放端を電動で上下移動させて排水制御する電動排水トラップが設けられた便器装置において、トラップ管の位置情報を出力する位置センサーの消費電力を抑えることができる便器装置を提供する。
【解決手段】電動排水トラップ１６は前部開口と下部開口とを設けた気密容器１６ａの前部開口の後方に蛇腹状のトラップ管１６ｂを繋いだ基本構成になっている。トラップ管１６ｂの解放端を電動で上下移動させて排水制御する仕組みである。トラップ管１６ｂの位置情報を出力する位置センサー１７として微小な検知電流を通じさせるだけで作動する可変抵抗器を備える。
【選択図】図３

Description

本発明はトラップ管の解放端を電動で上下移動させて排水制御する電動排水トラップが設けられた便器装置の改良に関する。

前記のような便器装置ではトラップ管の移動制御のためにその位置情報を取得する必要がある。例えば次の特許文献１は、そのような便器装置においてトラップ管の開放端がボウル部に溜め水をためるための上位置にあるか否かを判定するホトインタラプターと、同開放端がボウル部の溜め水を排水するための下位置にあるか否かを判定するホトインタラプターとを設けることが記載されている。

特開２０１３−２３４５２５号公報

しかしながら特許文献１に記載されている便器装置のようにトラップ管の開放端の位置を検知するために２つのホトインタラプターを設ける構成ではホトインタラプターの消費電力が大きいという問題があった。例えばホトインタラプターを構成する赤外線ＬＥＤの消費電力が０．７５Ｗであれば２つのホトインタラプターでは１．５Ｗを消費することになる。本発明はこのような問題に着目してなされたものであり、トラップ管の開放端の位置を検知する位置センサーの消費電力が小さい便器装置を提供することを目的としている。

本発明は、トラップ管の解放端を電動で上下移動させて排水制御する電動排水トラップが設けられた便器装置において、前記トラップ管の位置情報を出力する位置センサーとして可変抵抗器を備えていることを特徴とする。

本発明では位置センサーとして可変抵抗器を用いるが、可変抵抗器は微小な検知電流を通じさせるだけで作動するので消費電力が抑えられる。例えば抵抗値１０ｋΩを有する可変抵抗器に０．５ｍＡの電流を通じさせた場合、消費電力は０．００２５Ｗと非常に小さなものになる。

本発明の実施形態の一例とされる便器装置の縦断面図である。（ａ）は本実施形態に設けられる電動排水トラップの縦断面図、（ｂ）は同電動排水トラップに付設される動力伝達装置の縦断面図である。本実施形態における排水トラップ制御部のブロック図である。（ａ）はトラップ管の目標停止位置の具体例を示す縦断面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はいずれも同目標停止位置の他例を示す縦断面図である。（ａ）は位置センサーに入力される回転角度と検知電圧との関係の一例を示すグラフであり、（ｂ）は同関係の他例を示すグラフである。（ａ）はトラップ管を排水位置から標準水面位置まで移動させるときの位置センサーの検知電圧の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）はその際の制御信号の時間変化を示すグラフである。本実施形態がリセット解除時に実行する初期化処理の基本手順の例を示すフローチャートである。

図１は本発明の実施形態の一例とされる便器装置の具体的な構成を説明する縦断面図である。便器装置は水道からの直接給水を制御する電気式給水弁と電動によって排水を制御する電動排水トラップとを備えた洋式タンクレスのものとしている。便器装置は図示しない要素として局部洗浄機構や便座保温機構等を備えるが、それらは特に本発明には関連しないのでその説明を省略する。

便器装置１はボウル部１０を収容する本体外殻部１１と、便座１２と、便蓋１３と、給水路１４の主要部を収容する上部筐体１５を備えている。便座１２及び便蓋１３は上部筐体１５の前方にヒンジ固定されている。なお本体外殻部１１、便座１２、便蓋１３、上部筐体１５は樹脂等で形成するとよい。

ボウル部１０は化学安定性に優れる樹脂、陶磁器あるいはホウロウ等からなり本体外殻部１１の上面に開口部１０ａが配され底面後部に排水口１０ｂが形成されている。

電動排水トラップ１６はボウル部１０の排水口１０ｂの後方に設けられている。電動排水トラップ１６は樹脂等の柔軟素材からなるトラップ管１６ｂの開放端１６ｃを電動で上下移動させて排水制御する仕組みである（図２（ａ）参照）。トラップ管１６ｂは汚水の飛散を防止するために気密容器１６ａに収容されている。気密容器１６ａの下部開口は下水管（図示なし）に接続されている。

便器装置１はトラップ管１６ｂの位置情報を出力する位置センサー１７として可変抵抗器を備えている。可変抵抗器としては入力軸の回転角に応じて抵抗値が変化する回転型のものが好適である。位置センサー１７の本体は電動排水トラップ１６の駆動源であるトラップモーター１８の動力をトラップ管１６ｂに伝達する動力伝達装置１９の筐体に固定されている。

ボウル部１０の後方上部には給水路１４が設けられている。給水路１４は止水栓（図示なし）とボウル部１０との間の経路であり、その途中に電気式給水弁２０、流量計２１、剤タンク及び剤ポンプ２２が設けられている。ボウルリムには給水路１４を通じた水道水を吐出する出水口が形成されている（図示なし）。

図２（ａ）は本実施形態に設けられる電動排水トラップの内部構成を示す縦断面図、図２（ｂ）は電動排水トラップに付設される動力伝達装置の内部構成を示す縦断面図である。

電動排水トラップ１６は前部開口と下部開口とを設けた気密容器１６ａの前部開口の後方に蛇腹状のトラップ管１６ｂを繋いだ基本構成になっている。気密容器１６ａは例えばＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等の各種合成樹脂あるいはスチール、ステンレス等の金属からなる容器であるが、図示のものは上下容器部材を一体に接合したものとしている。トラップ管１６ｂは天然ゴム、合成ゴム等の柔軟な素材からなり、その開放端１６ｃには旋回アーム１６ｄが固定されている。トラップ管１６ｂの駆動軸１６ｅは旋回アーム１６ｄに固定され気密容器１６ａの左右に設けられた軸受によって保持されて気密容器１６ａに付設される動力伝達装置１９に結合可能になっている。

動力伝達装置１９は駆動源とされるトラップモーター１８の動力を減速してトラップ管１６ｂの駆動軸１６ｅに伝達するためにウォーム１９ａと複数の平ギヤ１９ｂ〜１９ｄとを組み合わせて構成されており、トラップモーター１８と共に筐体に収容されている。動力伝達装置１９の機械構成は特に制限されないが、一例としてトラップモーター１８の出力軸にウォーム１９ａを設けそのウォーム１９ａの回転を複数の平ギヤ１９ｂ〜１９ｄで減速しながら出力ギヤ１９ｅに伝達する構成を示している。出力ギヤ１９ｅは嵌合等によってトラップ管１６ｂの駆動軸１６ｅに結合される。このような動力伝達装置１９によってトラップモーター１８の動力は駆動軸１６ｅに伝達されてトラップ管１６ｂを上下に移動させる。トラップモーター１８としてはブラシモーター、ブラシレスモーター、ステッピングモータ等を用いることができる。なお動力伝達装置１９は電動排水トラップ１６にネジ止め等で固定する態様でも一体に構成された態様でもよい。ただし気密容器１６ａが結露することも考えられるから動力伝達装置１９には防水処理を施しておくとよい。

なお動力伝達装置１９を用いずにトラップ管１６ｂの駆動軸１６ｅをトラップモーター１８によって直接駆動することも可能である。しかしながら待機中はトラップ管１６ｂの駆動軸１６ｅの側からトラップモーター１８側に作用する回動力に抗してトラップ管１６ｂを静止させる必要があるので、トラップモーター１８と駆動軸１６ｅとの間には少なくともウォームギヤ等を設けて制動させるとよい。

位置センサー１７はトラップ管１６ｂの位置として駆動軸１６ｅの回転角度を読み取るようにしてもよい。具体的には位置センサー１７（本体）を動力伝達装置１９の筐体に固定し、位置センサー１７の入力軸１７ａを駆動軸１６ｅに結合する。あるいは位置センサー１７を電動排水トラップ１６の気密容器１６ａの動力伝達装置１９とは反対側に固定し、位置センサー１７の入力軸１７ａを駆動軸１６ｅに結合してもよい。いずれとしても駆動軸１６ｅの回転角度が位置センサー１７にそのまま入力される。例えば駆動軸１６ｅの回転角度が０〜１２２．５度であれば位置センサー１７に入力される回転角度も０〜１２２．５度になる。

変形例として位置センサー１７は動力伝達装置１９に設けられたいずれかのギヤ１９ｂ〜１９ｄの回転角度を読み取るようにしてもよい。この場合位置センサー１７を動力伝達装置１９の筐体に固定し、位置センサー１７の入力軸１７ａをいずれかのギヤ１９ｂ〜１９ｄに結合すればよい。あるいは図示のように検出用ギヤ１９ｆを別途追加し、位置センサー１７は検出用ギヤ１９ｆの回転角度を読み取るようにしてもよい。この場合駆動軸１６ｅの回転角度を所定倍した回転角度が位置センサー１７に入力されることになる。この倍率は自由に選択すればよい。例えば図２（ｂ）の例で検出用ギヤ１９ｆの歯数を出力ギヤ１９ｅの歯数の１／２にすれば駆動軸１６ｅの回転角度が０〜１２２．５度のとき位置センサー１７に入力される回転角度は０〜２５０度になる。

図３は本実施形態における排水トラップ制御部の基本構成を説明するブロック図である。図１、図２（ａ）〜（ｂ）に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する

電動排水トラップ１６は気密容器１６ａを水平に破断した概略断面図として示している。トラップ管１６ｂの開放端１６ｃには旋回アーム１６ｄがクランク状に結合されており、駆動軸１６ｅは気密容器１６ａから導出されて動力伝達装置１９に結合させている。

動力伝達装置１９はギヤ等の手段によってトラップモーター１８の動力を駆動軸に伝達する。動力伝達装置１９の出力ギヤ１９ｅは駆動軸１６ｅと位置センサー１７の入力軸１７ａの両方に結合されている。このようにすることで位置センサー１７が駆動軸１６ｅの回転角度を読み取ることができるようになる。

位置センサー１７の基本構造は図３に示す通りである。すなわち入力軸１７ａの周りに周設された金属あるいはカーボン抵抗体１７ｂと、抵抗体１７ｂに摺接しながら入力軸１７ａによって回動される可動接点１７ｃとからなり、抵抗体１７ｂの両端、可動接点１７ｃのそれぞれに接続端子１７ｄ〜１７ｆが設けられている。位置センサー１７は接続端子１７ｄ、１７e間に作動電流を通じることで抵抗体に生じる電圧を入力軸１７ａの回転角度によって定まる比率で分圧した検知電圧を接続端子１７ｆに出力する。この検知電圧がトラップ管１６ｂの位置情報となる。可変抵抗器に通じさせる作動電流は微弱であっても特に問題が生じることはない。例えば可変抵抗器の抵抗体１７ｂが抵抗値１０ｋΩを有するとして０．５ｍＡの電流を通じさせた場合、抵抗体１７ｂには５Ｖの電圧が生じ、消費電力は０．００２５Ｗと非常に小さなものになる。よって位置センサー１７として可変抵抗器を用いれば便器装置１の消費電力の削減に大いに役立つ。

制御回路２３はマイコン等で構成され、プログラマブル入出力ポートＩ／ＯやＡ／Ｄ変換器２４等を備えている。トランジスタＱは制御回路２３によって制御され位置センサー１７に作動電流を通じさせる。Ａ／Ｄ変換器２４は参照電圧端子ＶＲＥＦ、アナログ入力ＶＡＮ端子、グランド端子ＧＮＤを備え、参照電圧端子ＶＲＥＦとグランド端子ＧＮＤとの間に印加された電圧をフルスケールとして、アナログ入力端子ＶＡＮに印加された電圧をデジタル値に変換する。例えば８ビットの分解能であれば、入力電圧０〜フルスケール電圧に対してデジタル値０〜２５５を出力する。

制御回路２３と位置センサー１７は３本の信号線Ｌ１〜Ｌ３で接続できる。すなわち信号線Ｌ１によってトランジスタ素子Ｑ１の出力とＡ／Ｄ変換器２４の参照電圧端子ＶＲＥＦと接続端子１７ｄとを配線し、信号線Ｌ２によってグランド端子ＧＮＤと接続端子１７ｅとを配線し接地させる。そして信号線Ｌ３によってアナログ入力端子ＶＡＮと接続端子１７ｆとを配線する。信号線Ｌ１〜Ｌ３は１ケーブルにまとめて、制御回路２３と動力伝達装置１９の筐体に固定された位置センサー１７とをコネクタ接続する構成とすれば配線コストが抑えられる。

モーター駆動回路２４は制御回路２３の指令に基づいてトラップモーター１８に駆動電流を供給し正逆自在に回動させる。トラップモーター１８を例えばブラシモーターとした場合、モーター駆動回路２４とトラップモーター１８は２本の信号線Ｌ４、Ｌ５によって接続できる。またモーター駆動回路２４は信号線Ｌ４、Ｌ５を往路復路として制御電流を正方向、逆方向に流すことでトラップモーター１８の正方向、逆方向に回動できる。また制御電流を止めることでトラップモーター１８を停止させることもできる。なお信号線Ｌ４、Ｌ５は１ケーブルとして制御部２３とトラップモーター１８とをコネクタ接続する構成とすれば配線コストが抑えられる。

また排水トラップ制御部をこのような構成とすれば、制御回路２３は位置センサー１７を任意のタイミングで参照してトラップ管１６ｂの位置を取得できるので、トラップ管１６ｂの位置制御が非常に簡単になる。例えばトラップ管１６ｂを任意位置から標準水面位置まで移動させる場合、移動開始直前にトラップ管１６ｂの位置を取得して目標停止位置と比較することで、トラップ管１６ｂを移動させるべき方向等を決定できる。

図４（ａ）〜（ｄ）はトラップ管の目標停止位置の具体例を示す縦断面図である。これらの各図では便器装置１の主要部のみを示しており、図１乃至図２（ａ）〜（ｂ）に共通するよう要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。

図４（ａ）はボウル部１０に溜め水を標準量より多く溜めるための高水面位置を示している。図中の破線は標準量の水面位置である。図４（ｂ）はボウル部１０に溜め水を標準量まで溜めるための標準水面位置を示している。図４（ｃ）はボウル部１０に溜め水を標準量より少なく溜めるための低水面位置を示している。図４（ｄ）はボウル部１０の溜め水を全排水するための排水位置を示している。これらの各図において矢印は旋回アーム１６ｄの方向を示している。

図５（ａ）は位置センサーの入力軸として駆動軸を選択した場合に位置センサーに入力される回転角度と検知電圧との関係を示すグラフである。ここで斜線は位置センサーの入出力特性を示している。ここではトラップ管の目標停止位置の各々、つまり高水面位置、標準水面位置、低水面位置、排水位置に対応する位置センサーの検知電圧の値をＶＨ、ＶＭ、ＶＬ、ＶＤとしている。また目標停止位置毎にＶＨ＋、ＶＨ−等で示される位置ずれ許容範囲が設定されている。位置ずれ許容範囲はハッチングで示している。このように目標停止位置毎に対応する検知電圧の値、位置ずれ許容範囲を定めておけば、製品毎の部品性能にバラつきがあってもトラップ管を各目標停止位置から一定の範囲内に停止させることが可能になる。

ところで位置センサーが入力として回転角度０〜３５０度を許容しかつ駆動軸は回転角度０〜１２２．５度で回転するとしたとき、位置センサーが許容する回転角度の内の２２２．５度分は使われないことになる。

これに対して図５（ｂ）は位置センサーの入力軸として動力伝達装置の検知ギヤを選択した場合に位置センサーに入力される回転角度と検知電圧との関係を示すグラフである。ここで検知ギヤは駆動軸に対して例えば２．７２倍の回転数になるように選択されていると想定している。この場合駆動軸が０〜１２２．５度で回転すると、検知ギヤは３３３．２度回転することになる。つまり位置センサーが許容する回転角度０〜３５０度が有効に使われることになり、トラップ管の同一移動幅に対して位置センサーの検知電圧が図５（ａ）の場合よりも大きく変化するので、トラップ管の位置制御が高精度に行えるようになる。

次いで本実施形態における排水トラップの制御方法を説明する。

まず制御の概要を説明すると、便器装置は電源投入された起動時にトラップ管を標準水面位置に移動させボウル部に標準量の溜め水を溜めた状態で待機状態に入る。その後、便座が下ろされた状態のままで排水指令がなされたときはトラップ管を高水面位置に移動させて給水することで溜め水を一旦増量させてからトラップ管を排水位置に移動させることで溜め水を一気に流す。これにより排泄物を確実に流すことが可能になる。また排水指令よりも前に便座が上げられたときにはトラップ管を下水面位置に移動させて溜め水を減量させる。これにより男子小便による溜め水の飛び散りが抑えられる。その後排水指令がなされるとトラップ管を下水面位置から排水位置に移動させて溜め水を流す。いずれの場合でも溜め水を流した後はトラップ管を標準水面位置に移動させボウル部に溜め水を溜めてから待機状態に戻る。制御の概要は以上のようになっている。

更に排水トラップの制御方法を具体例について説明する。
図６（ａ）はトラップ管を排水位置から標準水面位置まで移動させる際の位置センサーの検知電圧の時間変化を示すグラフであり、図６（ｂ）はその際の制御信号の時間変化を示すグラフである。図６（ａ）と（ｂ）で時間軸Ｔは一致させている。

制御回路は標準水面位置への移動開始時に位置センサーによってトラップ管の位置を読み取り、その位置と標準水面位置と比較してトラップ管の移動方向を決定する。ここではトラップ管の移動方向として上方向が決定されている。その後は、上方向にトラップ管を移動させながら、逐次位置センサーによってトラップ管の位置を読み取ってトラップ管の移動を継続するか停止させるかを判断する。例えば時刻Ｔ１には位置センサーによってトラップ管の位置として電圧Ｖｘが読み取られ、このときはＶｘ−ＶＭ＜０なのでトラップ管の移動を継続させている。時刻Ｔ２にはＶｘ−ＶＭ＝０となるのでトラップ管の移動制御（トラップモーターの駆動）を中止しており、それから少し遅れた時刻Ｔ３にトラップ管が実際に停止している。

このトラップ管の停止の遅れは主にトラップモーターやトラップ管の慣性によるものである。このような遅れがあるときにトラップ管を標準水面位置で正確に止めようとするとその制御がいつまでも収束しない等の問題が生じる。前記のような位置ずれ許容範囲はこの事情を考慮してのものであり、そのような遅れによって生じた位置ずれを許容することで制御を正常終了できる。位置ずれ許容範囲は図中にハッチングで示している。

前記のようにしてトラップ管が標準水面位置に移動させたあと便器装置は待機状態に入る。待機中ボウル部には溜め水が溜められているのでトラップ管に荷重が掛かり、そのため駆動軸には下方向への回動力が働くことになる。ウォームギヤを備えた動力伝達装置ではウォームホイール側からウォームを回動できないように構成可能なので、そのような回動力に対する制動機構を設けなくても基本的には問題は生じない。しかしながら便器装置が何らかの理由で振動する等してウォームが少しずつ回転し、そのためトラップ管が次第に下がっていくことも考えられる。したがって待機状態であってもトラップ管の位置は定期的に確認する必要がある。グラフでは時刻Ｔ６に待機状態が開始されているのであるが、以降は定期的にトラップ管の駆動軸の回転角度を参照するときだけ位置センサーを作動させるようにしている。このようにすることで待機状態での消費電力が抑えられる。

更に排水トラップの制御方法を他の具体例について説明する。
制御回路はリセット解除時の初期化処理として排水管を規定位置（標準水面位置）に移動させる処理を実行する。このリセット解除は電源投入時あるいは停電復旧時のパワーオンリセットによって生じるものである。リセット解除時でのトラップ管の位置は不定である。したがってトラップ管が標準水面位置よりも上にあればトラップ管を下げる処理をし、トラップ管が標準水面位置よりも下にあればトラップ管を上げる処理をする必要がある。しかしながら従来のようにトラップ管が標準水面位置にあるときだけ検知信号が得られる構成としたときにはリセット解除時にトラップ管の位置が判別できない場合があり、そのため処理が複雑化してしまう。例えばリセット解除時にトラップ管の位置が不明であればトラップ管をとりあえず上方向に移動させそれによって標準水面位置に到達できればよしとし、到達せずにストッパーに突き当たった場合はそこから下方向に移動させることで標準水面位置に到達させる等である。

これに対して本実施形態では位置センサーとして可変抵抗器を用いているので、リセット解除時に不定となったトラップ管の位置を読み取ることができる。したがってリセット解除時の初期化処理が簡単化できる。

図７は本実施形態がリセット解除時に実行する初期化処理の基本手順の例を示すフローチャートである。

この手順中、ステップ１００はリセット解除後に位置センサーの作動を開始させる処理である。ステップ１０１は位置センサーを参照してトラップ管が位置ずれ許容範囲の下限よりも下にあるか否かを判断する処理である。ステップ１０２はトラップ管が位置ずれ許容範囲の下限よりも下にあるときトラップ管の上方向の移動を開始させる処理である。ステップ１０３はトラップ管が標準水面位置に到達したか否かを判断する処理である。ステップ１０４はトラップ管が標準水面位置に到達したときにトラップ管を停止させる処理である。

ステップ１０５は位置センサーを参照してトラップ管が位置ずれ許容範囲の上限よりも上にあるか否かを判断する処理である。ステップ１０６はトラップ管が位置ずれ許容範囲の上限よりも上にあるときトラップ管の下方向の移動を開始させる処理である。

ステップ１０７はトラップ管が位置ずれ許容範囲になるとき、つまりステップ１０１、１０５でトラップ管が位置ずれ許容範囲の下限よりも上にありかつ上限よりも下にあると判断されたとき、又はステップ１０３でトラップ管が標準水面位置に到達してステップ１０４でトラップ管を停止させたときに位置センサーを停止させる処理である。

前記の基本手順ではリセット解除時にトラップ管の位置を読み取って適切な方向にトラップ管を移動させているので処理全体が簡潔になっている。

１便器装置
１６電動排水トラップ
１６ｂトラップ管
１６ｃ開放端
１７位置センサー
１９動力伝達装置

Claims

トラップ管の解放端を電動で上下移動させて排水制御する電動排水トラップが設けられた便器装置において、
前記トラップ管の位置情報を出力する位置センサーとして可変抵抗器を備えていることを特徴とする便器装置。
請求項１に記載の便器装置において、
前記可変抵抗器は前記トラップ管の駆動軸の回転角度を読み取ることを特徴とする便器装置。
請求項１に記載の便器装置において、
前記可変抵抗器は駆動源の動力を前記トラップ管に伝達する動力伝達装置に設けられたギヤの回転角度を読み取ることを特徴とする便器装置。
請求項２又は３に記載の便器装置において、
前記可変抵抗器は読み取った回転角度に応じて抵抗値を連続的に変化させることを特徴とする便器装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の便器装置において、
前記可変抵抗器は駆動源の動力を前記トラップ管に伝達する動力伝達装置の筐体に固定されていることを特徴とする便器装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の便器装置において、
前記トラップ管の開放端の目標停止位置として溜め水を標準量まで溜めるための標準水面位置と全排水するための排水位置とが規定され、更に前記目標停止位置毎に位置ずれ許容範囲が設定されていることを特徴とする便器装置。
請求項６に記載の便器装置において、
前記目標停止位置として溜め水を標準量より多く溜めるための高水面位置と標準量より少なく溜めるための低水面位置とが更に規定されていることを特徴とする便器装置。
請求項６又は７に記載の便器装置において、
前記トラップ管の開放端を前記標準水面位置に移動させたあとの待機期間中は前記位置センサーを間欠動作させることを特徴とする便器装置。