JP2019116761A - ラック駆動装置および衛生洗浄便座装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対のラック間に互いに離間して駆動歯車および従動歯車とが配置されたものにおいて、所定位相で停止した従動歯車に対してラックが係合するときに、両者の干渉的な接触を防止し、円滑な運動伝達を可能とする。【解決手段】駆動歯車および従動歯車は、ラックの基準線と従動歯車の中心との距離が、同基準線と駆動歯車の中心との距離以上で、且つ、ラックの運動と従動歯車の運動との相対運動における瞬間回転中心と従動歯車の中心との距離が、駆動歯車の運動とラックの運動との相対運動における瞬間回転中心と駆動歯車の中心との距離未満となるように構成される。また、従動歯車は、ラックが従動歯車から分離する際に、所定の位相で停止されるように停止位相が定められ、停止位相は、ラックが従動歯車と係合する際に、ラックと従動歯車との作用線上の位置で接触開始するように定められている。【選択図】図１５

Description

本発明は、一対のラックを選択的に進退させるラック駆動装置および衛生洗浄便座装置に関する。

従来より、それぞれ向かい合う側壁に前後方向に延設された２つの噛合溝（ラック）を有する第１および第２ノズルと、第１および第２ノズルの噛合溝にそれぞれ係合する駆動ギヤと、駆動ギヤに離間して設けられ第１および第２ノズルの噛合溝にそれぞれ係合する従動ギヤと、駆動ギヤを正逆両回転方向に駆動可能なモータと、を備えるノズルユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このノズルユニットでは、２つの噛合溝のうち一方の噛合溝は、側壁の上部から下部の全高寸法の長さで形成され、下部において駆動ギヤと係合され、上部において従動ギヤと係合される。他方の噛合溝は、一方の噛合溝に連なって側壁の中間位置から下部までの長さで後側に長く形成され、駆動ギヤのみと係合される。また、従動ギヤは、一部が欠歯した凹部が形成される。第１ノズルを用いて局部洗浄を行なう場合、駆動ギヤを正転することにより、第１ノズルが前側に移動し、これに伴い第２ノズルが若干後側に移動するが、駆動ギヤの歯が第２ノズルの噛合溝から離れた時点で従動ギヤの凹部が第１ノズルの側壁に位置し、従動ギヤの回転がなくなると共に、第１ノズルのみが駆動ギヤの歯と噛合溝との係合を継続して第１ノズルを洗浄位置へ向けて前側に更に移動させる。そして、第１ノズルの小孔から洗浄水を放出して局部の洗浄を行なう。局部洗浄が終了すると、駆動ギヤを逆転することにより、第１ノズルを後側に移動させ、第１ノズルが所定位置まで移動すると、第１ノズルの噛合溝が従動ギヤと係合し、従動ギヤにより第２ノズルを若干前側に押し出す。第２ノズルが前側への押し出されると、駆動ギヤの歯が第２ノズルの噛合溝と係合し、第２ノズルが元の位置に戻る。なお、第２ノズルを用いて局部洗浄を行なう場合には、モータを逆の動作で駆動する。

特開２００１−１１９２３号公報

ここで、所定の停止位相（回動角度）で停止した平歯車（従動ギヤ）に対して接線方向にラックを侵入させて両者を係合（噛合）させるとき、平歯車に最初に接触させたい歯に対してこれよりも前方（ラック侵入側）に歯が存在するため、平歯車の前方の歯とラックが接触しないよう平歯車の停止位相を定める必要がある。しかし、このように平歯車の停止位相を定めただけでは、平歯車とラックとが両者の作用線から外れた位置で接触開始される場合が生じ、この場合、平歯車とラックとの正常な噛み合いが成立せず、動作不良を起こしたり、歯が破損したりする虞がある。

本発明のラック駆動装置および衛生洗浄便座装置は、一対のラック間に互いに離間して駆動歯車および従動歯車とが配置されたものにおいて、所定位相で停止した従動歯車に対してラックが係合するときに、両者の干渉的な接触を防止し、円滑な運動伝達を可能とすることを主目的とする。

本発明のラック駆動装置および衛生洗浄便座装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のラック駆動装置は、
所定の間隔を隔てて並ぶ有限の長さの一対のラックと、前記一対のラック間に互いに離間して設けられた２つの平歯車と、を備え、前記２つの平歯車のうち一方の平歯車は駆動源により駆動される駆動歯車として構成され、他方の平歯車は従動歯車として構成され、前記一対のラックがそれぞれ直線運動により前記従動歯車と係合・分離することで、前記駆動源からの駆動力を伝達するラックを切り替えて前記一対のラックを選択的に進退可能なラック駆動装置であって、
前記駆動歯車および前記従動歯車は、前記ラックの基準線と前記従動歯車の中心との距離が、前記基準線と前記駆動歯車の中心との距離以上で、且つ、前記駆動歯車により与えられた前記ラックの運動と該ラックと係合した前記従動歯車の運動との相対運動における瞬間回転中心と該従動歯車の中心との距離が、前記駆動歯車の運動と該駆動歯車と係合したラックの運動との相対運動における瞬間回転中心と該駆動歯車の中心との距離未満となるように構成され、
前記従動歯車は、前記ラックが前記従動歯車から分離する際に、所定の位相で停止されるように停止位相が定められ、
前記停止位相は、前記ラックが前記従動歯車と係合する際に、前記ラックと前記従動歯車との作用線上の位置で接触開始するように定められている、
ことを要旨とする。

この本発明のラック駆動装置は、所定の間隔を隔てて並ぶ有限の長さの一対のラックと、一対のラック間に互いに離間して設けられた２つの平歯車（駆動歯車，従動歯車）とを備えるものである。このラック駆動装置において、駆動歯車および従動歯車は、ラックの基準線と従動歯車の中心との距離が、同基準線と駆動歯車の中心との距離以上で、且つ、駆動歯車により与えられたラックの運動とそのラックと係合した従動歯車の運動との相対運動における瞬間回転中心と従動歯車の中心との距離が、駆動歯車の運動とその駆動歯車と係合したラックの運動との相対運動における瞬間回転中心と駆動歯車の中心との距離未満となるように構成される。これにより、従動歯車とラックとの作用線を従動歯車の内径側にシフトすることができ、ラックが従動歯車と係合するときに、より遠い位置から噛み合いを開始させることが可能となる。したがって、ラックが従動歯車から分離する際に、所定の位相で停止されるように従動歯車の停止位相を定め、停止位相としては、ラックが従動歯車と係合する際に、両者の作用線上の位置で接触開始するように定めることで、両者の干渉的な接触を防止し、円滑な運動伝達を行なうことが可能となる。

こうした本発明のラック駆動装置において、前記停止位相は、前記ラックが前記従動歯車と係合する際に、前記ラックと前記従動歯車との作用線と該従動歯車の歯先円とが交わる位置の近傍で該ラックと該従動歯車とが接触開始するように定められているものとしてもよい。こうすれば、従動歯車にラックが係合するときに、両者の干渉的な接触をより確実に防止することができる。

また、本発明のラック駆動装置において、前記従動歯車は、前記駆動歯車に比して隣接する歯同士の角度間隔が広いものとしてもよい。こうすれば、簡易な構成により、従動歯車にラックが係合するときに、両者の干渉的な接触を防止することができる。ここで、従動歯車を全歯歯車で構成した場合には、従動歯車の歯数が駆動歯車に比して少ないことに相当する。また、従動歯車は、転位平歯車で構成されてもよいし、不等速歯車で構成されてもよい。

本発明の衛生洗浄便座装置は、
それぞれラックを有すると共に進出位置において人体の局部に洗浄水を噴出可能な一対のノズルと、
前記一対のノズルの両ラックを選択的に進退させることで対応するノズルを進退させる上述した各態様のいずれかの本発明のラック駆動装置と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の衛生洗浄便座装置では、上述した本発明のラック駆動装置を備えるから、本発明のラック駆動装置が奏する効果、すなわち、所定位相で停止した従動歯車に対してラックが係合するときに、両者の干渉的な接触を防止し、円滑な運動伝達を可能とする効果を奏することができる。

衛生洗浄便座装置１０が取り付けられた便器１の外観図である。 ノズルユニット２０の正面側の外観斜視図である。 第２ノズル２４の裏面側の外観斜視図である。 駆動装置４１および従動装置４５が組み付けられたベース３０の正面側の外観斜視図である。 駆動装置４１および従動装置４５が組み付けられたベース３０の裏面側の外観斜視図である。 ノズルユニット２０の一部を拡大して示す部分拡大図である。 ノズルユニット２０を動作の様子を示す説明図である。 ノズルユニット２０を動作の様子を示す説明図である。 ノズルユニット２０を動作の様子を示す説明図である。 ノズルユニット２０を動作の様子を示す説明図である。 ノズルユニット２０を動作の様子を示す説明図である。 駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６の歯形を示す説明図である。 駆動ギヤ４２とラック２６との噛み合いの様子および従動ギヤ４６とラック２６との噛み合いの様子を示す説明図である。 回転中の駆動ギヤ４２にラック２６が侵入して噛み合いを開始する様子を示す説明図である。 停止中の従動ギヤ４６にラック２６が侵入して噛み合いを開始する様子を示す説明図である。 変形例の従動ギヤ１４６の外観図である。 ラックＧｒの位置ベクトルｒ２と法線ベクトルｎとを示す説明図である。 ラックＧｒとピニオンＧｐとの相対運動における瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔを説明する説明図である。

本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は衛生洗浄便座装置１０が取り付けられた便器１の外観図であり、図２はノズルユニット２０の正面側の外観斜視図であり、図３は第２ノズル２４の裏面側の外観斜視図である。また、図４は駆動装置４１および従動装置４５が組み付けられたベース３０の正面側の外観斜視図であり、図５は駆動装置４１および従動装置４５が組み付けられたベース３０の裏面側の外観斜視図であり、図６はノズルユニット２０の一部を拡大して示す部分拡大図であり、図７〜図１１はノズルユニット２０を動作の様子を示す説明図である。なお、図２において、上下方向は、便器１に設置された衛生洗浄便座装置１０（ノズルユニット２０）の鉛直方向と平行な方向であり、前後方向は、第１および第２ノズル２２，２４の進退方向であり、左右方向は、上下方向および前後方向に直交する方向である。また、図６において、図６（ａ）は正面図であり、図６（ｂ）は裏面図であり、図６（ｃ）は側面図である。

便器１は、洋式便器であり、便器１の上面に衛生洗浄便座装置１０が設置されている。衛生洗浄便座装置１０は、図１に示すように、便器１の後方に設置される便座装置本体１２と、便座装置本体１２に回動自在に支持された便座１４と、便座装置本体１２に回動自在に支持された便蓋１６と、使用者により操作される操作パネル１８と、を備える。

便座装置本体１２は、給水管（水道配管）に接続された洗浄水流路、止水弁、熱交換ユニット、洗浄の強さを調整する脈動ポンプ、洗浄水を噴出するノズルユニット２０などを備えており、これらは樹脂製のハウジング内に収容されている。熱交換ユニットは、水タンクやヒータ、温度センサが設けられ、給水管からの水をヒータによって温水にする。

また、便座装置本体１２は、衛生洗浄便座装置１０を制御する図示しない制御装置を備える。制御装置は、操作パネル１８や着座センサ１３（図１参照）、水タンクの温度センサなどからの信号に基づいて、水タンク内のヒータや脈動ポンプ、ノズルユニット２０（後述する切替バルブのモータやノズル駆動ユニット４０のモータ４４）を制御する。操作パネル１８には、図示しないが、おしり洗浄を指示するおしり用洗浄スイッチやビデ洗浄を指示するビデ用洗浄スイッチ、洗浄の強さを調整するための洗浄強さ調整スイッチ、洗浄の停止を指示する停止スイッチなどが設けられている。

ノズルユニット２０は、図２〜図５に示すように、第１および第２ノズル２２，２４や、第１および第２ノズル２２，２４を支持するベース３０、ベース３０から前方へ進出した洗浄位置とベース３０内に収容された収容位置との間で第１および第２ノズル２２，２４を選択的に進退させるノズル駆動ユニット４０（ラック駆動装置）、図示しない切替バルブなどを備える。

ベース３０は、図４に示すように、前後方向に延在するノズル載置部としての２つの凹条部３２，３４が幅方向（左右方向）に並んで設けられている。各凹条部３２，３４には、第１ノズル２２，第２ノズル２４がそれぞれ載置される。なお、ベース３０の後端部には、図５に示すように、開口３０ｏが形成されている。

第１および第２ノズル２２，２４は、図２に示すように、互いに平行に延在する伸縮しない単段式のノズルであり、凹条部３２，３４の延在方向（前後方向）に沿って進退が可能となっている。本実施形態では、第１ノズル２２は、おしり洗浄用のノズルとして構成され、第２ノズル２４は、第１ノズル２２よりも長尺に形成されたビデ洗浄用のノズルとして構成されている。第１および第２ノズル２２，２４の後端部には給水口２２ｉ，２４ｉが設けられ、給水口２２ｉ，２４ｉには図示しないホースの一端が接続される。ホースの他端には、切替バルブが接続される。切替バルブは、脈動ポンプよりも下流の洗浄水流路の洗浄水の供給先を第１および第２ノズル２２，２４のいずれから噴出させるかを切り替えるものであり、例えば、モータにより駆動されるロータリバルブとして構成される。なお、第１および第２ノズル２２，２４は、例えば給水時の水圧などにより伸縮が可能な多段式のノズルで構成されてもよい。この場合、第１および第２ノズル２２，２４は、収縮時に同じ長さとなるように構成されてもよい。

また、第１および第２ノズル２２，２４は、図３，図７〜図１１に示すように、後端（基端）部から前端（先端）側へ向かって延在すると共に互いの歯先が向かい合うラック２６，２８を有する。ラック２６，２８は、本実施形態では、いずれも直線歯形であり、同じモジュール，圧力角（基準線上の圧力角）および歯数により形成されている。なお、ラック２６，２８の基準線は、モジュールをｍとしたときに、基準線から歯先までの距離が１．００・ｍとなり、基準線から歯底までの距離が１．２５・ｍとなるように定義される。

ノズル駆動ユニット４０は、第１および第２ノズル２２，２４を選択的に前後に進退させるものであり、図２〜図５に示すように、駆動装置４１と従動装置４５と付勢部材としてのコイルスプリング４８とを備える。

駆動装置４１は、第１および第２ノズル２２，２４の両ラック２６，２８と係合（噛合）可能に２つの凹条部３２，３４の幅方向中央部における前端側に回転自在に支持された駆動ギヤ４２と、ベース３０の裏面に取り付けられ駆動ギヤ４２を正逆両回転方向に駆動可能なモータ４４と、を有する。駆動ギヤ４２は、本実施形態では、インボリュート歯形の平歯車であり、両ラック２６，２８と同じモジュールおよび圧力角（基準円上の圧力角）により形成されている。歯車の基準円は、モジュールをｍとし、歯数をｚとしたときに、基準円直径ｄがｍ・ｚとなるように定義される。また、歯車は、ラックとの接触点が歯車の基礎円に接するようにラックの歯面に立てた法線（作用線）上を移動しながら噛み合いが進行する。歯車の基礎円は、基準円直径をｄとし、圧力角をαとしたときに、基礎円直径ｄｂがｄ・ｃｏｓαとなるように定義される。駆動ギヤ４２は両ラック２６，２８のそれぞれに対して係合（噛合）と分離とが可能となっており、駆動装置４１は、駆動ギヤ４２が両ラック２６，２８と係合した状態で駆動ギヤ４２を回転駆動することにより、両ラック２６，２８に対して一方のラックを前進させると共に他方のラックを後退させるように対称な運動伝達が可能であり、駆動ギヤ４２が両ラック２６，２８のうち一方のラックと係合し且つ他方のラックと分離した状態で駆動ギヤ４２を回転駆動することにより、当該一方のラックのみを前後に進退させることが可能である。

従動装置４５は、第１および第２ノズル２２，２４の両ラック２６，２８と係合（噛合）可能に２つの凹条部３２，２４の幅方向中央部における後端側に回動可能に支持された従動ギヤ４６を有する。従動ギヤ４６は、ラック２６，２８の長さよりも若干短い間隔で駆動ギヤ４２と離間して配置される。これにより、ラック２６，２８は、駆動ギヤ４２と従動ギヤ４６とに対して同時に係合可能な区間（オーバーラップ区間）を有する。従動ギヤ４６は、本実施形態では、インボリュート歯形の平歯車であり、駆動ギヤ４２と同じモジュールおよび圧力角（基準円上の圧力角）で、且つ、駆動ギヤ４２よりも少ない歯数となるように形成されている。

図１２は、駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６の歯形を示す説明図であり、図１３は、駆動ギヤ４２とラック２６との噛み合いの様子および従動ギヤ４６とラック２６との噛み合いの様子を示す説明図である。例えば、駆動ギヤ４２は、標準平歯車で構成され、従動ギヤ４６は、転位平歯車で構成されている。図１２に示すように、従動ギヤ４６は、隣接する歯同士の角度間隔θ２が駆動ギヤ４２の隣接する歯同士の角度間隔θ１よりも大きくなるように形成されている。すなわち、従動ギヤ４６は、駆動ギヤ４２よりも少ない歯数で形成されている。ここで、図１３に示すように、ラック２６（またはラック２８）の基準線から駆動ギヤ４２の回転中心までの距離を基準距離Ａとすると、基準距離Ａは、駆動ギヤ４２の基準円直径ｄの１／２（基準円半径）に駆動ギヤ４２の転位係数ｘとモジュールｍとを乗じた値（転位量ｘ・ｍ）を加えて計算される。同様に、ラック２６（またはラック２８）の基準線から従動ギヤ４６の回転中心までの距離を基準距離Ｂとすると、基準距離Ｂは、従動ギヤ４６の基準円直径ｄの１／２に従動ギヤ４６の転位係数ｘとモジュールｍとを乗じた値を加えて計算される。上述したように、基準円直径ｄは、歯数ｚとモジュールｍとを乗じたものであり、駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６は、同一のモジュールで構成される。したがって、従動ギヤ４６の転位係数ｘを駆動ギヤ４２よりも大きくすることにより、従動ギヤ４６の歯数を駆動ギヤ４２よりも少なくしつつ、基準距離Ｂを基準距離Ａと等しくする、すなわちラック２６，２８（第１および第２ノズル２２，２４）を平行に配置することができる。例えば、従動ギヤ４６の転位係数ｘを駆動ギヤ４２よりも値１．０大きく定めることで、基準距離Ａと基準距離Ｂとが等しい関係を維持しつつ、従動ギヤ４６の歯数ｚを駆動ギヤ４２よりも２歯分少なくすることができる。これにより、従動ギヤ４６は、駆動ギヤ４２に対して共通のラック２６，２８と係合（噛合）すると同時に駆動ギヤ４２よりも速い回転角速度で回転（回動）する不思議歯車として構成される。従動ギヤ４６は両ラック２６，２８のそれぞれに対して係合（噛合）と分離とが可能となっており、従動装置４５は、従動ギヤ４６が両ラック２６，２８と係合した状態で一方のラックの直線運動により回動操作を伴って他方のラックに対して一方のラックと対称な運動伝達を行ない、他方のラックを駆動ギヤ４２に係合させることが可能である。なお、実施形態では、駆動ギヤ４２および駆動ギヤ４２よりも後方に配置される従動ギヤ４６は、基準距離Ａと基準距離Ｂとが等しくなるように設定されたが、基準距離Ｂの方が基準距離Ａよりも大きくなるように設定されてもよい。すなわち、ラック２６，２８（第１および第２ノズル２２，２４）は、それぞれ平行に配置されたが、先端に向かうにつれて両者が近接するように配置されてもよい。

また、従動ギヤ４６の端面（ベース３０側の端面）には、図６に示すように、回動中心から径方向に離間した位置に、ベース３０の開口３０ｏに挿通して外方へ突出する突起４６ｐが設けられている。従動ギヤ４６は、突起４６ｐと開口３０ｏとにより回動範囲が定められ、回動範囲の両回動端にて突起４６ｐが開口３０ｏの端縁に当接し位置決めされる。また、従動ギヤ４６の突起４６ｐには、コイルスプリング４８の一端が係止されており、コイルスプリング４８の他端は、ベース３０の裏面に設けられた突起３０ｐに支持されている。突起３０ｐは、ベース３０の表面に形成された２つの凹条部３２，３４の幅方向中央部における裏側に位置するように形成されている。これにより、図１２に示すように、従動ギヤ４６の周方向にはコイルスプリング４８の引っ張り荷重による付勢力が付与される。従動ギヤ４６に付与される周方向の付勢力（トルク）は、突起４６ｐが従動ギヤ４６の回転中心と突起３０ｐとを通る直線上の中立点に位置しているときにはゼロとなり、突起４６ｐが中立点よりも時計回り側に位置しているときには、時計回りの方向のトルクとなり、突起４６ｐが中立点よりも反時計回り側に位置しているときには、反時計回りの方向のトルクとなる。

次に、こうして構成された本実施形態の衛生洗浄便座装置１０（ノズルユニット２０）の動作について図７〜図１１を用いて説明する。本実施形態のノズルユニット２０では、第２ノズル（ビデ洗浄用ノズル）２４の方が第１ノズル（おしり洗浄用ノズル）２２よりも長尺に形成され、第１および第２ノズル２２，２４がいずれも非作動の待避状態では、図７に示すように、第１および第２ノズル２２，２４の先端が前後同じ位置で揃い、第２ノズル２４の後端が第１ノズル２２の後端よりも後退側に突出している。このとき、駆動ギヤ４２は、第１ノズル２２のラック２６と係合していると共に第２ノズル２４のラック２８と分離している。一方、従動ギヤ４６は、コイルスプリング４８により付与される図中、反時計回り方向の付勢力によって、突起４６ｐがベース３０の開口３０ｏにおける一方の端縁に当接した状態で位置決めされ、第１ノズル２２のラック２６と分離（厳密には、ラック２６の最も後端にある歯の後端側の歯面が従動ギヤ４６との作用線（接触線）上の最も駆動ギヤ４２側にある位置で接触）していると共に第２ノズル２４のラック２８と係合している。これにより、第２ノズル２４は、コイルスプリング４８から従動ギヤ４６に付与される反時計回り方向の付勢力によって後退側に保持され、駆動ギヤ４２と分離した状態が維持される。ここで、本実施形態では、コイルスプリング４８から従動ギヤ４６に付与される周方向の付勢力により従動ギヤ４６の突起４６ｐがベース３０の開口３０ｏの端縁に当接されることでコイルスプリング４８の荷重をベース３０のみで受けているから、当該荷重が第２ノズル２４に作用することはない。これにより、ノズルに対する応力による変形や損傷を抑制し、ノズルの耐久性を向上させることができる。

衛生洗浄便座装置１０の制御装置は、着座センサ１３により使用者が便座１４に着座していると判定し、かつ、操作パネル１８のおしり用洗浄スイッチが押下されたと判定すると、図７の待機状態からモータ４４により駆動ギヤ４２を正回転（図中、反時計回りに回転）させて、駆動ギヤ４２と係合するラック２６を前進させる。ラック２６に連結された第１ノズル（おしり洗浄用ノズル）２２は、図８に示すように、ラック２６の前進に伴って洗浄位置に向かって前進する。第１ノズル２２が洗浄位置に到達すると、制御装置は、第１ノズル２２の噴出孔に脈動ポンプからの洗浄水が供給されるよう切替バルブ（モータ）を制御する。これにより、第１ノズル２２の噴出孔から人体の肛門部に向かって洗浄水が噴出され、おしり洗浄が開始される。制御装置は、操作パネル１８の停止スイッチが押下されて、おしり洗浄の停止が指示されると、第１ノズル２２への給水を停止する。そして、モータ４４により駆動ギヤ４２を逆回転（図中、時計回りに回転）させて、駆動ギヤ４２と係合するラック２６を後退側へ引き込む。ラック２６に連結された第１ノズル２２は、ラック２６の後退に伴って収容位置に向かって後退し、ベース３０内に収容されて図７の待機状態に戻る。

また、制御装置は、着座センサ１３により使用者が便座１４に着座していると判定し、かつ、操作パネル１８のビデ用洗浄スイッチが押下されたと判定すると、図７の待機状態からモータ４４により駆動ギヤ４２を逆回転（図中、時計回りに回転）させて、駆動ギヤ４２と係合するラック２６（第１ノズル２２）を後退させる。ラック２６は、後退により従動ギヤ４６と係合し、従動ギヤ４６を時計回りに回転させる。ここで、従動ギヤ４６にはコイルスプリング４８から反時計回り方向に付勢力が付与されており、従動ギヤ４６と係合したラック２６には前進側の付勢力が作用するから、制御装置は、モータ４４によりラック２６の付勢力に打ち勝つ駆動力で駆動ギヤ４２を逆回転駆動することにより、ラック２６（第１ノズル２２）を更に後退させることができる。従動ギヤ４６は、ラック２６の後退によって時計回りに回動することにより、従動ギヤ４６と係合している他方のラック２８（第２ノズル２４）を前進させる。ラック２８が前進すると、図９に示すように、ラック２８が駆動ギヤ４２と係合し、両ラック２６，２８が駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６と同時に係合され、第１および第２ノズル２２，２４，駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６が同時に動作する状態となる。従動ギア４６に付与される周方向の付勢力は、中立点で反時計回りの方向から時計回りの方向に切り替わり、ラック２６を後退側へ付勢すると共にラック２８を前進側へ付勢する推力となる。従動ギヤ４６は、やがて突起４６ｐがベース３０の開口３０ｏにおける他方の端縁に当接して位置決めされ、図１０に示すように、ラック２８が従動ギヤ４６から分離すると共にラック２６が駆動ギヤ４２から分離した状態となる。このため、従動ギヤ４６に付与される時計回り方向の付勢力により、駆動ギヤ４２から分離した待機側ラック２６は、後退側に保持され、駆動ギヤ４２との干渉が抑制される。そして、制御装置は、モータ４４により駆動ギヤ４２が更に逆回転（図中、反時計回りに回転）させて、ラック２８を更に前進させる。ラック２８に連結された第２ノズル（ビデ洗浄用ノズル）２４は、図１１に示すように、ラック２８の前進に伴って洗浄位置に向かって前進する。第２ノズル２４が洗浄位置に到達すると、制御装置は、第２ノズル２４の噴出孔に脈動ポンプからの洗浄水が供給されるよう切替バルブ（モータ）を制御する。これにより、第２ノズル２４の噴出孔から人体のビデ部に向かって洗浄水が噴出され、ビデ洗浄が開始される。制御装置は、操作パネル１８の停止スイッチが押下されて、ビデ洗浄の停止が指示されると、第２ノズル２４への給水を停止する。そして、モータ４４により駆動ギヤ４２を正回転（図中、反時計回りに回転）させて、駆動ギヤ４２と係合するラック２８を後退側へ引き込む。ラック２８に連結された第２ノズル２４は、ラック２８の後退に伴って収容位置に向かって後退し、ベース３０内に収容されて図７の待機状態に戻る。

従動ギヤ４６は、両ラック２６，２８と係合した状態で、駆動ギヤ４２の回転により後退する一方のラックによって回動し、これにより他方のラックを前進させて回転中の駆動ギヤ４２と係合させる。図１４は、回転中の駆動ギヤ４２にラック２６が侵入して噛み合いを開始する様子を示す説明図であり、図１５は、停止中の従動ギヤ４６にラック２６が侵入して噛み合いを開始する様子を示す説明図である。なお、図１４（ａ）および図１５（ａ）は噛み合い直前の様子を示し、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）は噛み合い直後の様子を示す。以下、ラック２６を例として駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６との噛み合いについて説明する。なお、ラック２８との噛み合いについてはラック２６と同様であるため、その説明は省略する。図１４に示すように、駆動ギヤ４２とラック２６とは、互いの歯山同士が干渉的に接触することなく、ラック２６の歯山が駆動ギヤ４２の歯溝に入り込んで噛み合いが開始されるよう位相合わせされており、両者の接触点（噛み合い点）が作用線（図中、太線参照）上を移動するように噛み合いが進行していく。駆動ギヤ４２によりラック２６が前進させられると、ラック２６は従動ギヤ２６から分離し、従動ギヤ２６は所定の位相（停止位相）で停止する。

局部洗浄が終了し、次に駆動ギヤ４２の逆回転によってラック２６が後退すると、従動ギヤ２６は、図１５に示すように、上記停止位相でラック２６と噛み合いを開始する。本実施形態では、従動ギヤ４６は、ラック２６の基準線と従動ギヤ４６の回転中心との距離（基準距離Ｂ）を同基準線と駆動ギヤ４２の回転中心との距離（基準距離Ａ）以上としつつも、従動ギヤ４６は、その隣接する歯の角度間隔θ２が駆動ギヤ４２のそれ（角度間隔θ１）よりも大きく、すなわち歯数が駆動ギヤ４２よりも少なくなるように転位された転位平歯車として構成されている。上述したように、平歯車は、モジュールをｍとし歯数をｚとすると、基準円直径ｄがｍ・ｚであり、基礎円直径ｄｂがｄ・ｃｏｓαであるから、モジュールｍが同一の駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６では、従動ギヤ４６の方が駆動ギヤ４２よりも基礎円直径ｄｂは小さくなる。また、平歯車と直線歯形のラックとの作用線は、平歯車の基礎円と接するようにラックの歯面に立てた法線と一致するから、基礎円直径ｄｂが小さい方が、作用線上の噛み合い長さは長くなり、歯車とラックとをより遠い位置から噛み合い開始させることができる。したがって、図１５に示すように、従動ギヤ４６にラック２６が侵入したときに、ラック２６と最初に接触させる従動ギヤ４６の歯の接触点の位置が、両者の作用線と従動ギヤ４６の歯先円との交点（以下、限界接触点という）近傍の位置となるように、従動ギヤ４６の停止位相を定めることにより、ラック２６と最初に接触させる従動ギヤ４６の歯よりも１つ前（ラック侵入側）の歯とラック２６の歯との間にクリアランスδ２を確保し、従動ギヤ４６とラック２６とを互いに干渉させることなく作用線上で噛み合い開始させることができる。

以上の説明は、駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６は、従動ギヤ４６とラック２６との相対運動における瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔと従動ギヤ４６の回転中心との距離が、駆動ギヤ４２とラック２６との相対運動における瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔと駆動ギヤ４２の回転中心との距離未満となるように構成されていると言い換えることができる。カミュの定理によれば、平歯車の正常な噛み合いが成立するためには、平歯車とラックとの接触点における共通法線は瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔを通らなければならないこととされている。このため、瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔを従動ギヤ４６の回転中心に近づけるほど、従動ギヤ４６とラック２６との作用線を従動ギヤ４６の内径側にシフトさせることができ、従動ギヤ４６とラック２６とをより遠い位置から噛み合い開始させることが可能となる。

なお、駆動ギヤ４２はラック２６の移動と同期回転しながらラック２６と噛み合うから、上述した干渉の問題は生じないが、仮に駆動ギヤ４２が停止中にラック２６と噛み合う場合には、図１４に示すように、駆動ギヤ４２は、作用線上でラック２６と噛み合いを開始する歯よりも１つ前（ラック侵入側）の歯がラック２６の歯先よりも所定量δ１だけ歯元側に入り込んだ状態となっており、駆動ギヤ４２とラック２６とが干渉的に接触し、正常に噛み合いを開始することができない。

以上説明した実施形態のノズル駆動ユニット４０（ラック駆動装置）では、ラック２６，２８の基準線と従動ギヤ４６の回転中心との距離（基準距離Ｂ）が、同基準線と駆動ギヤ４２の回転中心との距離（基準距離Ａ）以上となり、駆動ギヤ４２によって与えられたラックの運動とそのラックと係合した従動ギヤ４６の運動との相対運動における瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔと従動ギヤ４６の中心との距離が、駆動ギア４２の運動と駆動ギヤ４２と係合したラックの運動との相対運動における瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔと駆動ギヤ４２の中心との距離よりも小さくなるように、駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６が構成されている。これにより、従動ギヤ４６とラックとの作用線を従動ギヤ４６の内径側にシフトすることができ、ラックが従動ギヤ４６と係合するときに、従動ギヤ４６のより遠い位置から噛み合いを開始させることが可能となる。したがって、従動ギヤ４６にラック２６，２８が侵入したときに、ラック２６，２８と最初に接触させる従動ギヤ４６の歯の接触点の位置が限界接触点近傍の位置となるように、従動ギヤ４６の停止位相を定めることにより、従動ギヤ４６とラック２６，２８とを互いに干渉させることなく作用線上で噛み合い開始させることができる。この結果、従動ギヤ４６とラック２６，２８との間の運動伝達をより円滑に行なうことが可能となる。

また、実施形態のノズルユニット２０では、駆動ギヤ４２および従動ギヤ４６を全歯歯車で構成し、従動ギヤ４６の歯数を駆動ギヤ４２よりも少なくしたから、より簡易な構成によりラックと従動ギヤ４６とを作用線上のより遠い位置から噛み合い開始させることができ、両者の干渉的な接触を回避することができる。

実施形態では、駆動装置４１は、モータ４４により駆動ギヤ４２を直接駆動するものとしたが、これに限定されるものではなく、駆動ギヤ４２とモータ４４との間に１つ以上の中間ギヤを設けるものとしてもよい。また、従動装置４５は、コイルスプリング４８の一端を従動ギヤ４６の突起４６ｐに係止することで、従動ギヤ４６に周方向の付勢力を付与するものとしたが、これに限定されるものではなく、従動ギヤ４６とコイルスプリング４８（付勢部材）との間に１つ以上の中間ギヤを設けるものとしてもよい。

実施形態では、第１および第２ノズル２２，２４は、それぞれ幅方向（左右方向、水平方向）の並びで配置されたが、上下方向の並びで配置されてもよい。

実施形態では、従動ギヤ４６とベース３０とに付勢部材としてのコイルスプリング４８を設け、従動ギヤ４６の回動角度に応じて従動ギヤ４６に付与する付勢力の方向を切り替えることで、２つのラック２６，２８のうち待機側ラックを後退側に保持するものとした。しかし、２つのラック２６，２８をそれぞれにスプリングを設け、それぞれのスプリングによって２つのラック２６，２８を常時後退側に付勢するものとしてもよい。

実施形態では、従動ギヤ４６は、全周に亘って等間隔に歯を有する全歯歯車により構成されたが、これに限定されるものではなく、図１６の変形例の従動ギヤ１４６に示すように、ラック２６，２８とそれぞれ噛み合う部分に歯を有し、その他の部分において歯が欠落した欠歯歯車により構成されてもよい。

従動ギヤ４６は、ラックの一定速度での運動に対して一定の角速度で運動する等速歯車で構成されてもよいし、角速度が変化する不等速歯車で構成されてもよい。以下、ラックと噛み合わせる従動ギヤ（ピニオン）を不等速歯車で構成する場合のピニオンの設計手法について説明する。上述したように、ピニオンとラックとが正常に噛み合うためには、ピニオンの任意の回転位置において接触点に立てた共通法線がピニオンとラックとの相対運動における瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔを通ることが必要である。ここで、瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔにおいては、ピニオンとラックとの相対速度ベクトルの大きさがゼロとなり、相対速度場は、瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔの周りを回転するベクトル場となる。

いま、図１７に示すように、ラック２６の基準線をｘ軸とし、ピニオンＧｐの回転中心とラックＧｒの最短距離を結ぶ垂線をｙ軸とし、これらの交点を原点とした直交座標系を考えると、直線歯形のラックＧｒの圧力角をθ（θは一定）とし、原点からラックＧｒのある歯の基準点までの距離をｂ（ｂは変数）とすると、ラックＧｒの歯面の座標ｒ２は、次式（１）の関係を有する。

x=-y・tanθ+b
但し、yは歯丈の高さであるため、-1.0・m<y<1.25・m …（１）

また、ラックＧｒは直線歯形であり、歯面のどの位置においても、歯面に立てた法線は同じ方向を向く。このため、ラックＧｒの歯面における単位法線ベクトルｎは、位置（ｘ，ｙ）と角速度ωとからなるベクトル表現を用いて、次式（２）で表わすことができる。

n=(-cosθ,-sinθ,0) …（２）

ここで、図１８に示すように、ラックＧｒが速度ｖ２で移動し、これと噛み合うピニオンＧｐが角速度ω１で回転する場合において、角速度ω１が変化することを考える。ラックＧｒの移動は平行移動であるから、どの座標においても一定速度Ｖｃｏｎｓｔであり、ラックＧｒの速度ベクトルｖ２は、次式（３）で表わすことができる。一方、ピニオンＧｐのある座標ｒ１（ｘ１，ｙ１）における速度ベクトルｖ１は、ピニオンＧｐの角速度ω１（０，０，ω１）とピニオンＧｐの回転中心からの位置ベクトルｒ１（ｘ１，ｙ１，０）との外積により求まり、次式（４）で表わすことができる。

v2=(Vconst,0,0) …（３）
V1=(ω1・y1,-ω1・x1,0) …（４）

式（３）および（４）により、ラックＧｒとピニオンＧｐとの相対速度ベクトルｖ２１は、次式（５）で表わすことができる。

v21=v2-v1=(Vconst-ω1・y1,ω1・x1,0) …（５）

上述したように、瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔは相対速度ベクトルｖ２１の大きさがゼロとなる点であり、相対速度ベクトルｖ２１の大きさがゼロとなるためには、次式（６）および（７）を満たせばよい。位置ベクトルｒ１（ｘ１，ｙ１，０）は、ピニオンＧｐの回転中心を原点とするから、これを図１７のｘｙ座標系の原点から見ると、瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔの座標は、ラックＧｒの基準線とピニオンＧｐの回転中心との距離（基準距離）をａとすると、次式（８）で表わすことができ、ピニオンＧｐの角速度ω１によって計算できることがわかる。

x1=0 …（６）
y1=Vconst/ω1 …（７）
Pinst=(0,Vconst/ω1-a,0) …（８）

ここで、相対速度場は瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔの周りを回転するベクトル場であるから、ｘｙ座標系の原点から見たある座標ｒ（ｘ，ｙ，０）における相対速度ベクトルｖ２１は、ラックＧｒおよびピニオンＧｐの相対角速度ω２１（０，０，ω’）と、瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔから座標ｒへの位置ベクトル（ｒ−Ｐｉｎｓｔ）との外積により求まり、次式（９）で表わすこともできる。なお、ラックＧｒの角速度はゼロであり、相対角速度ω２１（＝ω２−ω１）は、−ω１となる。カミュの定理により、ラックＧｒとピニオンＧｐとの接触点における法線は瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔを通るため、相対速度ベクトルｖ２１と上記法線とは直交し、両者のスカラー積はゼロとなる。したがって、上述した式（２）および（９）により次式（１０）が成立する。式（１０）を整理してω’を消去すると、次式（１１）を得る。また、式（１）を用いて式（１１）を更に整理すると、次式（１２）を得る。

v21=[-ω'・[y-(Vconst/ω1-a)],ω'・x,0］ …（９）
v21・n=cosθ・ω'・[y-(Vconst/ω1-a)]-sinθ・ω'・x=0 …（１０）
x=1・tanθ・[y-(Vconst/ω1-a)] …（１１）
y=b・sinθ・cosθ+cos²θ(Vconst/ω1-a) …（１２）

上述したように、ｂは原点からラックＧｒのある歯の基準点までの距離（ラック位置）であり、θはラックＧｒの圧力角であり、ＶｃｏｎｓｔはラックＧｒの速度であり、ω１はピニオンＧｐの角速度であり、ａはラックＧｒの基準線からピニオンＧｐの回転中心までの距離であるから、ピニオンＧｐを角速度が変化する不等速歯車とする場合には、各ラック位置ｂごとに、角速度ω１を指定することで、式（１）および（１２）を用いて、ラックＧｒとピニオンＧｐとの接触点の座標（ｘ，ｙ）を計算することができる。瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔは、ピニオンＧｐの角速度ω１により計算されるため、瞬間回転中心Ｐｉｎｓｔを操作するように角速度ω１を指定してピニオンＧｐの形状設計を行なうことで、作用線の位置を操作することができ、作用線の限界接触点をより遠方に設定することが可能となる。この結果、ラックＧｒとピニオンＧｐとをより遠い位置から噛み合い開始させることが可能となり、ラックＧｒとピニオンＧｐとの干渉するのを回避して、円滑な運動伝達を行なうことができる。

実施形態では、ノズル駆動ユニット４０は、衛生洗浄便座装置１０に用いられる第１および第２ノズル２２，２４を選択的に駆動するものに適用するものとしたが、これに限定されるものではなく、ノズル以外の一対の部材を駆動するラック駆動装置であればよい。

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、ラック２６，２８が「一対のラック」に相当し、駆動ギヤ４２が「駆動歯車」に相当し、モータ４４が「駆動源」に相当し、従動ギヤ４６が「従動歯車」に相当する。

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、衛生洗浄便座装置の製造産業などに利用可能である。

１ 便器、１０ 衛生洗浄便座装置、１２ 便座装置本体、１３ 着座センサ、１４ 便座、１６ 便蓋、１８ 操作パネル、２０ ノズルユニット、２２ 第１ノズル、２４ 第２ノズル、２２ｉ，２４ｉ 吸水口、２６，２８ ラック、３０ ベース、３０ｐ 突起、３２，３４ 凹条部、４０ ノズル駆動ユニット、４２ 駆動ギヤ、４４ モータ、４６，１４６ 従動ギヤ、４６ｐ 突起、４８ コイルスプリング、Ｇｒ ラック、Ｇｐ ピニオン。

Claims (4)

1. 所定の間隔を隔てて並ぶ有限の長さの一対のラックと、前記一対のラック間に互いに離間して設けられた２つの平歯車と、を備え、前記２つの平歯車のうち一方の平歯車は駆動源により駆動される駆動歯車として構成され、他方の平歯車は従動歯車として構成され、前記一対のラックがそれぞれ直線運動により前記従動歯車と係合・分離することで、前記駆動源からの駆動力を伝達するラックを切り替えて前記一対のラックを選択的に進退可能なラック駆動装置であって、
   前記駆動歯車および前記従動歯車は、前記ラックの基準線と前記従動歯車の中心との距離が、前記基準線と前記駆動歯車の中心との距離以上で、且つ、前記駆動歯車により与えられた前記ラックの運動と該ラックと係合した前記従動歯車の運動との相対運動における瞬間回転中心と該従動歯車の中心との距離が、前記駆動歯車の運動と該駆動歯車と係合したラックの運動との相対運動における瞬間回転中心と該駆動歯車の中心との距離未満となるように構成され、
   前記従動歯車は、前記ラックが前記従動歯車から分離する際に、所定の位相で停止されるように停止位相が定められ、
   前記停止位相は、前記ラックが前記従動歯車と係合する際に、前記ラックと前記従動歯車との作用線上の位置で接触開始するように定められている、
   ラック駆動装置。
2. 請求項１に記載のラック駆動装置であって、
   前記停止位相は、前記ラックが前記従動歯車と係合する際に、前記ラックと前記従動歯車との作用線と該従動歯車の歯先円とが交わる位置の近傍で該ラックと該従動歯車とが接触開始するように定められている、
   ラック駆動装置。
3. 請求項１または２に記載のラック駆動装置であって、
   前記従動歯車は、前記駆動歯車に比して隣接する歯同士の角度間隔が広い、
   ラック駆動装置。
4. それぞれラックを有すると共に進出位置において人体の局部に洗浄水を噴出可能な一対のノズルと、
   前記一対のノズルの両ラックを選択的に進退させることで対応するノズルを進退させる請求項１ないし３いずれか１項に記載のラック駆動装置と、
   を備える衛生洗浄便座装置。

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