JP3935785B2 - 便蓋開閉ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全開状態の便蓋を閉方向に途中までモータ駆動した後、便蓋を自重による回転で全閉状態とする便蓋開閉ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トイレを使用する際、便蓋が開きっ放しになっているのはあまり心地よいものではなく、衛生面でも好ましくない。また、便座にヒータが内蔵されている場合、便蓋が開きっ放しになっていると電気代が嵩んでしまう。そこで、開きっ放しにされた便蓋を自動的に閉塞させる装置として各種の便蓋開閉ユニットが提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１１−７６１０３号公報に開示されているものでは、開状態の便蓋を閉方向に途中まではモータで駆動し、その後は、自重で便蓋が閉方向に回転させるようになっている。ここで、モータから便蓋の回動軸までは歯車で機構的に接続するとともに、その伝達経路の途中位置にトルクリミッタを設け、便蓋が自重で回転し始めるまではモータを通電しそのトルクで駆動するが、便蓋が自重で回転し始める位置に至るとモータの通電を自動的に停止する。それでも、便蓋のモーメントはトルクリミッタのトルクよりも大きいため、トルクリミッタが空転するので、便蓋が自重で閉方向に回転するのに支障がない。また、トルクリミッタが空転して便蓋が急激に閉塞することを防止することを目的に、便蓋の回動軸は、オイルダンパーなどの緩衝装置に対して常時、歯車で連結され、連動している。
【０００４】
また、特開平１１−７６１０５号公報に開示のものでは、便座および便蓋が急激に閉塞するのを防止する緩衝装置自体をモータで回転駆動し、便蓋が自重で回転し始める位置に至ると、緩衝装置自体の回転が機械的に規制され、モータがタイマー制御で停止するまで内蔵のフリクション機構で空転させるようになっている。このため、便蓋は、自重で閉方向に回転する際も、緩衝装置の抵抗の作用によって静かに閉状態となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術のうち、前者のものでは、便蓋の開閉を行うたびにトルクリミッタを空転させるため、優れた耐久性を備えた高価なトルクリミッタが必要である。また、トルクリミッタのトルクと便蓋のモーメントの大小関係が逆転する位置が自重で回転し始める傾倒開始位置となるが、トルクリミッタのトルクのばらつき、あるいは便蓋へのカバーの装着に起因するモーメントのばらつきなどに起因して、傾倒開始位置が大きくばらつくため、モータ制御が難しいという問題点がある。さらに、便蓋を手動で開ける際、モータと連結しているため、常にトルクリミッタのトルク以上の力で操作しなければならないので、操作感が悪いという問題点もある。
【０００６】
また、後者の従来技術において、緩衝装置は、便座および便蓋を回転可能に支持する役目を担っているので、大きな外力を受ける。このため、緩衝装置自体を回転させるには、回転機構のガイド部分やモータとの連結部分を頑丈に構成しなければならない。また、便蓋を手動で開ける際には、前半は便蓋のモーメントが主な負荷であるが、途中からはモータに内蔵のフリクション機構を滑らして緩衝装置自体を回転させながら便蓋を開ける必要があるため、途中でトルクが急激に増大し、操作感が悪いという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、簡素で安価な構成でありながら、便蓋を手動で開ける際の操作感を大幅に向上させた便蓋開閉ユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、便蓋を開閉するための回動軸と、該回動軸を回転駆動して全開位置にある前記便蓋を自重により閉方向に回転し始める傾倒開始位置まで回転させる駆動手段とを有する便蓋開閉ユニットにおいて、前記駆動手段は、正逆双方向に回転可能なモータと、該モータの出力軸側に連結された駆動部材と、前記回動軸側に連結された従動部材と、前記駆動部材と前記従動部材との機構的な接続を切り換える切換機構とを有し、当該切換機構は、前記モータが正回転して前記便蓋を前記全開位置から前記傾倒開始位置まで回転させる際には前記駆動部材に対して前記従動部材を連動させ、前記便蓋が前記傾倒開始位置まで回転した後は、前記駆動部材に対する前記従動部材の連動を解除して前記駆動部材から独立して前記従動部材を前記便蓋の自重による回転に連動させるとともに、前記モータの逆回転により前記従動部材から独立して前記駆動部材を前記便蓋が前記全開位置にあったときの初期位置まで戻すように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、モータが正回転して開きっ放しになっている便蓋を閉方向に回転させる際には、モータ側に連結された駆動部材と、便蓋に対する回動軸側に連結された従動部材とが切換機構を介して機構的に接続されているので、便蓋はモータ駆動により閉方向に回転する。そして、便蓋が自重により回転可能な傾倒開始位置まで回転した後は、切換機構において、駆動部材と従動部材との機構的な接続が解除される。このため、駆動部材から独立して従動部材が便蓋の自重による回転に連動するとともに、モータの逆回転により従動部材から独立して駆動部材を便蓋が全開位置にあったときの初期位置まで復帰させることができる。従って、便蓋を手動で開ける際、便蓋の動きに従動部材は連動するが、モータの出力軸側に連結されている駆動部材は連動しないので、便蓋を手動で開ける際の力が小さくてよい。また、駆動部材と従動部材との機構的な連結およびその解除を行うだけでよいので、モータ制御が容易であり、かつ、安価に構成できる。
【００１０】
本発明において、前記切換機構は、前記従動部材の一部が内側で長手方向に相対移動可能な溝が前記駆動部材に形成された構造を有し、当該溝の長手方向における一方の端縁は、前記便蓋を前記全開位置から前記傾倒開始位置まで回転させる際に前記駆動部材に対して前記従動部材を連動させる押圧部になっており、当該溝の前記一方の端縁から他方の端縁までの形状および長さ寸法は、前記便蓋を前記全開位置から前記傾倒開始位置まで回転させた後、前記従動部材が前記駆動部材から独立して移動可能、かつ、前記モータの逆回転により前記従動部材から独立して前記駆動部材が初期位置まで復帰可能な形状および長さ寸法になっている。
【００１１】
本発明においては、モータとしてステッピングモータが用いられているので、便蓋がモータ駆動により閉方向に回転駆動されている途中、手動で便蓋を開けようとしたとき、ステッピングモータであれば脱調が起こる。このため、モータ駆動中に逆側へ操作されても小さな力で操作可能である。
【００１２】
また、本発明は、前記便蓋が前記全開位置から前記傾倒開始位置まで回転するときの前記駆動部材の初期位置および終点位置を機構的に規定するストッパを有する。このように構成すると、便蓋がモータ駆動により閉方向に回転駆動されている途中、手動による開操作が行われ、モータの通電時間に対する駆動部材の位置がずれても、モータが逆転して駆動部材を初期位置に戻す動作時にストッパでイニシャライズされるので、次の動作は正常な駆動に戻る。それ故、モータに対するステップ制御やタイマー制御だけで常に同様な動作を正確に繰り返すことができる。
【００１３】
本発明において、前記従動部材および前記駆動部材は、共通の回転中心軸線周りに回転可能な状態で、同心状に重ねて配置されており、前記駆動部材には、前記溝が前記回転中心軸線を中心とする円弧状に形成され、前記従動部材には、当該溝に嵌る突起が形成されており、前記押圧部が当該突起を押圧することによって前記従動部材が前記駆動部材に連動することが好ましい。
【００１４】
本発明において、さらに、前記便蓋が自重により閉方向に回転しようとする力に抗する力を作用させて前記便蓋が自重で前記傾倒開始位置から前記全閉位置まで回転するときの速度を低下させる緩衝手段を有することが好ましい。このように構成すると、便蓋が自重で閉方向に回転する際に大きな音が発生せず、かつ、便蓋の破損を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明を適用した便蓋開閉ユニットを説明する。
【００１６】
（全体構成）
図１は、本形態の便蓋開閉ユニットが用いられた便座ユニットの説明図である。図２は、本形態の便蓋開閉ユニットの外観を示す平面図である。図３および図４はそれぞれ、本形態の便蓋開閉ユニット内に配置されている各種部品のうち、機構部品のレイアウトを示す平面図、およびその展開図である。
【００１７】
図１に示す洋式便器１は、便器本体２、水タンク３、便座ユニット４などから構成され、便座ユニット４は、概ね、便座５、便蓋６、および本体カバー７から構成されている。本体カバー７の内部には、図２に示す便蓋開閉ユニット１０が内蔵されており、この便蓋開閉ユニット１０では、ユニットケース３０内から、便座５に連結される便座支軸１１と、便蓋６に連結される回動軸２０とが突き出ている。
【００１８】
便蓋開閉ユニット１０は、図１に実線ＬＡで示す全開位置にある便蓋６を閉方向の途中位置、すなわち、図１に一点鎖線ＬＢで示す傾倒開始位置までモータ駆動した後、便蓋６を自重による回転で全閉位置まで倒すためのものである。
【００１９】
図３および図４に示すように、便蓋開閉ユニット１０には、便座支軸１１に対してオイルダンパー装置２１が構成されており、利用者が便座５を便器本体２の上に被せる際、途中で手を離しても便座５が急激に倒れないようになっている。また、便蓋開閉ユニット１０でも、回動軸２０に対してもオイルダンパー装置２２が構成されており、利用者が便蓋６を倒して便座５の上に被せる際、途中で手を離しても便蓋６が急激に倒れないようになっている。
【００２０】
便蓋開閉ユニット１０において、ユニットケース３０内では、回動軸２０の基端側にＥ型止め輪１３によって平面形状が円形の連結車４０（従動部材）が連結されている一方、ユニットケース３０内には、連結車４０を介して便蓋６を回転駆動するためのモータ（駆動源）として正逆双方向に回転可能なステッピングモータ６０が配置されている。
【００２１】
ユニットケース３０は、上ケース３６および下ケース３７とから構成され、上ケース３６の円形リブと溝状リブによってステッピングモータ６０のモータケースおよび地板が固定されている。
【００２２】
ステッピングモータ６０の出力軸から連結車４０に至る駆動力伝達経路には、ステッピングモータ６０の出力軸に固着されたピニオン６１、このピニオン６１と噛み合う歯車を備えた第１車７１、この第１車７１のピニオンと噛み合う歯車を備えた第２車７２、この第２車７２のピニオンと噛み合う歯車を備えた第３車７３、およびこの第３車７３のピニオンと噛み合う扇歯車５０からなる歯車列が構成され、扇歯車５０と連結車４０との間には、扇歯車５０と連結車４０との機構的な接続を切り換える切換機構８０が構成されている。ここで、扇歯車５０の基部に相当する円形部分は、連結車４０と平面的、かつ同心状に重なっており、共通の回転中心軸線周りに回転可能である。
【００２３】
本形態において、切換機構８０では、扇歯車５０において連結車４０と対向する面に、その回転中心軸に対して同心状に円弧状の凹部からなる溝５１が点対称に２つ形成されている一方、連結車４０の側には、２つの溝５１の各々に嵌る２つの突起４１が形成されている。
【００２４】
ここで、図３には、便蓋６が図１に実線ＬＡで示す全開位置にあるときの状態を示してあり、便蓋６が全開位置にあるときは、溝５１において時計周りＣＣＷ側に位置する一方の端縁５１１、および反時計周りＣＣＷ側に位置する他方の端縁５１２のうち、一方の端縁５１１に対して突起４１が略当接する状態にある。
【００２５】
また、連結車４０の下端部分はカム部になっている一方、連結車４０の側方位置には、カムフォロアとしてのレバー９１が配置されている。レバー９１は、支軸を中心に回転可能に配置されており、連結車４０の外周面に形成されていカム面４５に当接する接点を備えている。また、レバー９１は、接点と反対側端部にコイルバネ９２の一方端が連結され、このコイルバネ９２の他端側は、ケースの突起４１に引っ掛けられている。このため、レバー９１の接点は、引っ張りバネ９２に付勢されてカム面４５に弾性をもって当接している。
【００２６】
また、レバー９１の端部には、マグネット９６が固着されている一方、マグネット９６に対向する位置には、回路基板９９（図４を参照）に実装されたホールＩＣからなるセンサ９７が配置されている。従って、図３に示す状態から、連結車４０が回転しそれに連動してレバー９１が揺動すると、レバー９１に固着されているマグネット９６の位置が変わるので、このような動作が行われたことをセンサ９７を介して検出することができる。それ故、連結車４０の角度位置、すなわち、便蓋６が開いているのか閉じているのかをセンサ９７によって検出することができる。ここで、カム面４５は、便蓋６が全閉位置となる手前、３０°の角度位置から凹んでおり、センサ９７からの出力信号は、便蓋６が全閉位置となる手前、３０°の角度位置で切り換わることになる。
【００２７】
（切換機構の構成）
このように構成した便蓋開閉ユニット１０の切換機構８０において、溝５１は約１５７°の角度範囲にわたって形成されている一方、突起４１は３０°の角度範囲を占めているため、溝５１と突起４１との間には１２７°の角度範囲に相当する遊びが確保されている。
【００２８】
本形態では、全開位置にある便蓋６は、直立姿勢からみて後方に３０°傾いた状態にあり、この状態から、便蓋６をステッピングモータ６０で閉方向で６０°回転駆動すると、便蓋６が前方に３０°傾いた傾倒開始位置に到達し、それ以降は便蓋６を自重で全閉位置まで回転させるように設定されている。
【００２９】
また、ユニットケース３０の内面には、便蓋６が全開位置から傾倒開始位置まで回転するときの扇歯車５０の初期位置および終点位置を機構的に規定する２つのストッパ３１、３２が形成されている。
【００３０】
（動作）
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本形態の便蓋開閉ユニットの動作を示す説明図であり、それぞれ、便蓋が全開位置、傾倒開始位置、および全閉位置にあるときに対応する。
【００３１】
本形態の便蓋開閉ユニット１０において、便蓋６が全開位置にあるときには、図５（Ａ）に示すように、扇歯車５０に形成されている溝５１の一方の端縁５１１近くに連結車４０の突起４１が位置し、かつ、レバー９１の接点は、カム面４５で押し退けられて、マグネット９６はセンサ９７に近接した位置にある。
【００３２】
この状態で、便座ユニット４において誰も使用していないことを検出しているにもかかわらず、便蓋開閉ユニット１０のセンサ９７で便蓋６が開いた状態のまま、所定時間、放置されていることを検出した場合には、ステッピングモータ６０が正方向に所定ステップ数あるいは所定の時間だけ駆動される。その結果、出力軸の回転が第１車７１、第２車７２、第３車７３、および扇歯車５０に伝達され、図５（Ｂ）に示すように、扇歯車５０が反時計周りＣＣＷの方向に６０°回転する。この位置が扇歯車５０の終点位置である。このような回転を行う間、扇歯車５０の溝５１内においてその一方の端縁５１１で連結車４０の突起４１が押圧されるので、連結車４０が６０°回転し、便蓋６は、３０°前傾した転倒開始位置まで回転する。
【００３３】
この状態からは、便蓋６は自重により全閉位置まで回転し、それに連動して、連結車４０の突起４１は、図５（Ｃ）に示すように、さらに反時計周りＣＣＷの方向に６０°回転する。但し、扇歯車５０の溝５１と突起４１との間には十分な遊びが確保されているので、扇歯車５０と突起４１とは干渉せず、扇歯車５０と連結車４０のうち、連結車４０のみが便蓋６に連動する。
【００３４】
また、便蓋６の自重による回転によって連結車４０に形成されているカム面４５も反時計周りＣＣＷの方向に回転するので、便蓋６が全閉位置となる手前、３０°の角度位置でレバー９１が回転してマグネット９６がセンサ９７から遠ざかるので、センサ９７からの出力信号が切り換る。従って、センサ９７からの出力された信号によって、便蓋６が閉じたことを検出できる。
【００３５】
一方、便蓋６が自重により全閉位置まで回転する間にステッピングモータ６０の逆方向の回転駆動によって、扇歯車５０は、時計周りＣＷの方向に６０°回転し、図５（Ｃ）に示す初期位置に復帰する。この際にも、扇歯車５０の溝５１と突起４１との間には十分な遊びが確保されているので、扇歯車５０と突起４１とは干渉せず、扇歯車５０と連結車４０のうち、扇歯車５０のみが初期位置に復帰する。
【００３６】
そして、図５（Ｃ）に示す状態から、利用者が便蓋６を手動で開けると、便蓋６の回転に連動して連結車４０が図５（Ｃ）に示す位置から図５（Ａ）に示す位置まで戻るが、その間、扇歯車５０と突起４１とは干渉せず、ステッピングモータ６０や歯車列と連結してる扇歯車５０、および連結車４０のうち、連結車４０のみが初期位置に復帰する。
【００３７】
（本形態の効果）
このように本形態の便蓋開閉ユニット１０では、ステッピングモータ６０によって扇歯車５０、連結車４０、および回動軸２０を介して便蓋６を駆動し、便蓋６を全開位置から傾倒開始位置まで６０°回転させると、それ以降、便蓋６は、自重により閉方向に倒れていく。その際、扇歯車５０から独立して便蓋６の自重による回転に連動する。また、便蓋６を全開位置から傾倒開始位置までモータ駆動により回転させた後、モータを逆回転させると、連結車４０から独立して扇歯車５０を初期位置まで戻すことが可能である。さらに、利用者が便蓋６を手動で開けるとき、便蓋６の回転に連動して連結車４０がもとに位置に戻るが、その際、扇歯車５０と突起４１とは干渉せず、ステッピングモータ６０や歯車列と連結している扇歯車５０を介して余計な負荷がかからない。それ故、便蓋６を手動で開けるときの力が小さくて済む。
【００３８】
また、このような機構を構成するあたって、扇歯車５０に形成した溝５１と、連結車４０に形成した突起４１とを利用して、扇歯車５０と連結車４０との機構的な連結およびその解除を行うので、モータ制御が容易であり、かつ、安価に構成できる。
【００３９】
また、本形態では、ステッピングモータ６０によって便蓋６を駆動するため、便蓋６がモータ駆動により閉方向に回転駆動されている途中、手動で便蓋６を開けようとしたとき、ステッピングモータ６０では脱調が起こる。このため、モータ駆動中に逆側へ操作されても小さな力で操作可能である。
【００４０】
さらに、便蓋６が全開位置から傾倒開始位置まで回転するときの扇歯車５０の初期位置および終点位置を機構的に規定するストッパ３１、３２がユニットケース３０の一部として形成されている。このため、便蓋６がモータ駆動により閉方向に回転駆動されている途中、例えば、手動による開操作が行われ、モータの通電時間に対する駆動部材の位置がずれても、モータが逆転して扇歯車５０を初期位置に戻す動作時にストッパ３１でイニシャライズされるので、次の動作は正常な駆動に戻る。それ故、モータに対するステップ制御やタイマー制御だけで常に動作を正確に繰り返すことができる。
【００４１】
（その他の実施の形態）
なお、上記形態では、軸心が共通の扇歯車５０と連結車４０とを用い、それらの間に切換機構８０を構成したが、駆動部材と従動部材を別の軸心で構成した切換機構を採用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、モータが正回転して開きっ放しになっている便蓋を閉方向に回転させる際には、モータ側に連結された駆動部材と、便蓋に対する回動軸側に連結された従動部材とが切換機構を介して機構的に接続されているので、便蓋はモータ駆動により閉方向に回転する。そして、便蓋が自重により回転可能な傾倒開始位置まで回転した後は、切換機構において、駆動部材と従動部材との機構的な接続が解除される。このため、駆動部材から独立して従動部材が便蓋の自重による回転に連動するとともに、モータの逆回転により従動部材から独立して駆動部材を便蓋が全開位置にあったときの初期位置まで復帰させることができる。従って、便蓋を手動で開ける際、便蓋の動きに従動部材は連動するが、モータの出力軸側に連結されている駆動部材は連動しないので、便蓋を手動で開ける際の力が小さくてよい。また、駆動部材と従動部材との機構的な連結およびその解除を行うだけでよいので、モータ制御が容易であり、かつ、安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された便蓋開閉ユニットを備えた便座ユニットの説明図である。
【図２】図１に示す便座ユニットに用いた便蓋開閉ユニットの外観を示す平面図である。
【図３】図２に示す便蓋開閉ユニット内に配置されている各種部品のうち、機構部品のレイアウトを示す平面図である。
【図４】図２に示す便蓋開閉ユニット内に配置されている各種部品のうち、機構部品のレイアウトを示す展開図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図２に示す便蓋開閉ユニットの動作を示す説明図であり、それぞれ、便蓋が全開位置、傾倒開始位置、および全閉位置にあるときに対応する。
【符号の説明】
１ 洋式便器
２ 便器本体
３ 水タンク
４ 便座ユニット
５ 便座
６ 便蓋
７ 本体カバー
１０ 便蓋開閉ユニット
１１ 便座支軸
２０ 回動軸
２１、２２ オイルダンパー装置
３０ ケース
４０ 連結車（従動部材）
４１ 突起
４５ カム面
５０ 扇歯車
５１ 溝
６０ ステッピングモータ
８０ 切換機構
９１ レバー
９２ コイルバネ
９６ マグネット
９７ センサ
５１１ 溝の一方の端縁
５１２ 溝の他方の端縁

Claims (3)

1. 便蓋を開閉するための回動軸と、該回動軸を回転駆動して全開位置にある前記便蓋を自重により閉方向に回転し始める傾倒開始位置まで回転させる駆動手段とを有する便蓋開閉ユニットにおいて、
   前記駆動手段は、正逆双方向に回転可能なステッピングモータと、該ステッピングモータの出力軸側に連結された駆動部材と、前記回動軸側に連結された従動部材と、前記駆動部材と前記従動部材との機構的な接続を切り換える切換機構と、前記便蓋が前記全開位置から前記傾倒開始位置まで回転するときの前記駆動部材の初期位置および終点位置を機構的に規定するストッパを有し、
   前記切換機構は、前記従動部材の一部が内側で長手方向に相対移動可能な溝が前記駆動部材に形成された構造を有し、
   当該溝の長手方向における一方の端縁は、前記便蓋を前記全開位置から前記傾倒開始位置まで回転させる際に前記駆動部材に対して前記従動部材を連動させる押圧部になっているとともに、当該溝の前記一方の端縁から他方の端縁までの形状および長さ寸法は、前記便蓋を前記全開位置から前記傾倒開始位置まで回転させた後、前記従動部材が前記駆動部材から独立して移動可能、かつ、前記モータの逆回転により前記従動部材から独立して前記駆動部材が初期位置まで復帰可能な形状および長さ寸法になっており、
   前記ステッピングモータが正回転して前記便蓋を前記全開位置から前記傾倒開始位置まで回転させる際には前記駆動部材に対して前記従動部材を連動させ、前記便蓋が前記傾倒開始位置まで回転した後は、前記駆動部材に対する前記従動部材の連動を解除して前記駆動部材から独立して前記従動部材を前記便蓋の自重による回転に連動させるとともに、前記ステッピングモータの逆回転により前記従動部材から独立して前記駆動部材を前記便蓋が前記全開位置にあったときの初期位置まで戻すように構成されていることを特徴とする便蓋開閉ユニット。
2. 請求項１において、
   前記従動部材および前記駆動部材は、共通の回転中心軸線周りに回転可能な状態で、同心状に重ねて配置されており、
   前記駆動部材には、前記溝が前記回転中心軸線を中心とする円弧状に形成され、
   前記従動部材には、当該溝に嵌る突起が形成されており、
   前記押圧部が当該突起を押圧することによって前記従動部材が前記駆動部材に連動することを特徴とする便蓋開閉ユニット。
3. 請求項１または２において、
   さらに、前記便蓋が自重により閉方向に回転しようとする力に抗する力を作用させて前記便蓋が自重で前記傾倒開始位置から前記全閉位置まで回転するときの速度を低下させる緩衝手段を有することを特徴とする便蓋開閉ユニット。

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