JP4222363B2 - 便座・便蓋電動開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、便座および便蓋の電動開閉装置の開閉方法に関するものである。

従来この種の便座および便蓋の電動開閉装置としては、便座あるいは便蓋の開位置あるいは閉位置を、原点とし、便蓋および便座のなす角度に応じて開閉駆動する速度を変更すること（特に開位置あるいは閉位置近くで低速に運動させること）で、なめらかに移動させるものであった（例えば、特許文献１参照）。

さらにこの原点位置を検出する方法は、開位置あるいは閉位置を検出するため、便座あるいは便蓋を回動させて便器あるいは水洗タンクに接触して停止したことを検出し、この位置を原点として開閉駆動する速度を変更することで、なめらかに移動させるものであった（例えば、特許文献２参照）。

また、開位置の近くあるいは閉位置の近くにホールＩＣを配して、便座あるいは便蓋が近づいてくることを検知して、減速するものであった。
実公平６−３３９１６号公報 特開平１０−５７２７６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、便座あるいは便蓋にカバーが取り付けられ慣性質量が変わった場合、あるいは、開閉駆動系の摺動抵抗が経年変化した場合など、便座・便蓋電動開閉装置の負荷が大幅に変化し、この変化に便座・便蓋電動開閉装置が追随できない場合があった。

また、便座・便蓋電動開閉装置の駆動モータに十分なトルクの余裕がなく、十分な速度制御性を有さない場合、同一の減速パターンでは制御できない場合が生じていた。すなわち、ステッピングモータで駆動される場合は、駆動周波数により、回転数が一意的に定まり、駆動トルクが脱調トルク以内であれば、正確に所定の減速パターンにて減速動作をなし得るのに対し、通常の直流ブラシモータを用いた場合には、減速度は負荷とのバランスにて決まるため、便座あるいは便蓋の開位置、閉位置が正確に検出されても、所定の減速パターンで制御することはできなかった。

また、駆動系のガタは経年変化とともに増大し、初期の制御パターンでは制御できなくなる場合も生ずる可能性があった。

特に、便座あるいは便蓋は、一種の倒立振り子であり、いったん自立角度まで達するまでは、通常の負荷であるが、自立角度を越えると、自ら開位置へ移動する特性を有する負の負荷となり、開位置で、十分に減速させて静止させる上での不安定要素があった。

さらに、便座あるいは便蓋は開動作時間として１秒から２秒前後で開位置に達する設定とされ、回転速度として、１５ｒｐｍから２５ｒｐｍ程度の速度となり、慣性力が無視できなくなる。従って、開位置でスムーズに止めるためには、自立角度よりかなり手前の位置から、直流モータへの印加電圧を極力落とす必要があった。

このような自立角度よりかなり手前の位置から、直流モータへの印加電圧を極力落とす制御方法をとった場合、自立角度をぎりぎり越えるような動作となり、不安定な要素の多い制御方法となる。

自立角度をぎりぎりに越えるような動作をとる場合に、便座あるいは便蓋のカバーの有無などによる負荷の変動、便器が傾いて設置された場合などの、便座あいは便蓋の開角度と負荷との関係のずれ、便座・便蓋電動開閉ユニットの固体差などのバラツキにより、便座あるいは便蓋が開位置まで達さない不具合は、容易に発生しうる現象であった。

前記従来の課題を解決するために、便座及び／又は便蓋を開閉駆動する駆動手段と、前記便座及び／又は便蓋の各々の角度検出手段と、前記角度検出手段の信号より前記便座及び／又は便蓋の各々の開位置近くでの速度を検出する手段と、前記便座及び／又は便蓋が開位置に達したかどうかを判定するする手段と、前記開位置近くでの速度を減速するブレーキと、前記開位置に到達したか否かの判定により目標速度範囲を変更する学習制御手段とを有し、前記便座及び／又は便蓋が開位置に到達しなかったと判定された場合、前記目標速度範囲を高い側に変更し、前記ブレーキの作動開始位置を変更することにより、前記開位置近くでの速度を目標速度範囲に制御するものである。

そして、この構成により、便座あるいは便蓋の負荷条件、便器の設置状態、開閉ユニットのバラツキあるいは、経年変化等に応じて、便座あるいは便蓋の動きを安定して制御することができる。

以上のように、本発明によれば、学習制御させることにより、便座および便蓋の重量のバラツキ、取り付けのバラツキなどに応じて、便座および便蓋をスムーズに停止させることができる。

請求項１に記載の発明は、便座及び／又は便蓋を開閉駆動する駆動手段と、前記便座及び／又は便蓋の各々の角度検出手段と、前記角度検出手段の信号より前記便座及び／又は便蓋の各々の開位置近くでの速度を検出する手段と、前記便座及び／又は便蓋が開位置に達したかどうかを判定するする手段と、前記開位置近くでの速度を減速するブレーキと、前記開位置に到達したか否かの判定により目標速度範囲を変更する学習制御手段とを有し、前記便座及び／又は便蓋が開位置に到達しなかったと判定された場合、前記目標速度範囲を高い側に変更し、前記ブレーキの作動開始位置を変更することにより、前記開位置近くでの速度を目標速度範囲に制御するものである。

便座あるいは便蓋の負荷が変化した場合など、角度検出手段の信号より便座及び／又は便蓋の各々の開位置近くでの速度を検出する手段と、速度を制御する手段とで、開閉負荷に応じて前記開位置近くでの速度を変更しうる構成としたため、大きな負荷変動などに対しても、便座あるいは便蓋の動きを安定して制御しうる。

請求項２記載の発明は、駆動手段は直流モータを備え、ブレーキは前記直流モータの端子間を短絡させた回生電流によるものである。

回生ブレーキ作用を発生させることにより、減速運転し、開位置にスムーズに停止させることができる。

請求項３に記載の発明は、駆動手段は直流モータを備え、ブレーキは前記直流モータに逆電圧を印加するものである。

便座の負荷の変動に対応して、ブレーキの効き方を直接変化させるため、ブレーキかけ始めから停止までの時間が一様に制御でき、スムーズに停止させることができる。

以下、本発明の実施例について図１〜７を参照しながら説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１の便座・便蓋電動開閉装置を搭載した衛生洗浄装置の外観図である。また図２は便座・便蓋電動開閉装置の駆動部構成図である。また図３は同装置の駆動制御部構成図、図４は同装置の動作特性説明図である。

以下便座の電動開閉を主体に説明するが、便蓋の電動開閉についても同様である。

図において、１は便器であり、便器１後方に洗浄水タンク２が固定され、便器１の上に衛生洗浄装置３が装備されている。衛生洗浄装置３には便座４および便蓋５を電動で開閉する便座・便蓋電動開閉装置６が組み込まれている。便座・便蓋電動開閉装置６は便座４の駆動側に整流子モータを用いた直流モータ７と、ギア列を用いた減速機構により構成される動力伝達手段８と、動力伝達手段８の出力側に挿入されたポテンショメータよりなる角度検出手段９を有し、便蓋５の駆動側も同様に直流モータ２７と、動力伝達手段２８と、角度検出手段２９を有している。

電動開閉制御部１０は、便座４側について説明すると、直流モータ７を制御するモータ駆動回路１１と、このモータ駆動回路１１への出力ポート１２と、便座４の開き角度に対応した回転角度を検出する角度検出手段９からの信号を取り込む入力ポート１３とを備えたマイコン１４により制御されている。

モータ駆動回路１１はＰＷＭ制御によるモータ出力の制御と、直流モータ７の端子間を短絡させて回生電流による、ブレーキ制御機能を有する。

そして、便座４を円滑に移動させるため、便座４の回転角度に対応して、直流モータ７の出力を変えた駆動領域ＧＨ、ＨＡを設け、駆動領域ＧＨはデューティー１００％、駆動領域ＨＡではデューティー６０％で駆動している。さらに、開位置Ｃの手前に、直流モータ７の端子間を短絡させて回生ブレーキを作用させて、便座４を減速させるブレーキ領域ＡＣを設けている。

ブレーキ領域ＡＣには速度評価点Ｂを設け、角度検出手段９からの信号をマイコン１４でサンプリングすることにより角速度を演算する角速度演算手段１５を設けている。

速度評価点Ｂでは、５段階の目標速度範囲Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５が設けてある。Ｖ１が最も低いレベルの設定であり、目標速度範囲の初期値となる。

次に動作・作用について説明すると、マイコン１４に開信号が入ると、所定のルーチンで直流モータ７に電圧を印加し便座４を開方向に駆動する。便座４は回転角度により、複数の出力レベルで駆動される。本実施例では、回転角度が５０度までは、１００％のデュティーで駆動され、回転角度が５０度を超えると、６０％のデュティーで駆動され，さらに、回転角度が増加し７０度に達すると、ブレーキ領域ＡＣに至り、直流モータ７への電圧印加は停止し、直流モータ７の端子間を短絡させ回生ブレーキ作用を発生させるブレーキモードで減速運転し、開位置に至る。

次に学習制御過程について説明する。まず便座４の同一の開位置に対して、複数の目標速度範囲が必要な理由について図５を用いて説明する。

便座４に便座カバー等の負荷が発生したり、便器１が、前下がりで設置された場合など、便座４の負荷が大きくなると、ブレーキの効き方に影響が生ずる。便座４は一種の倒立振り子であり、開位置近くの中立点を越えるまでは、開位置側へ駆動する速度が必要であり、中立点を越えると自重で開位置に近づく力が発生する。この中立点に対応する便座４の回転角度は、便座４の重心が駆動軸に対して前方に位置しているため、便座４の開位置における回転角度が１１５度の場合、便座４の中立位置における回転角度が１１０度程度とかなり開位置側に偏った位置になる場合もある。従って、便座４にカバー等の負荷が付加された場合、この負荷の影響は減速側すなわちブレーキが効く側に作用するため、ブレーキの開始位置を通常の位置であるＡｍよりＡｏに開位置側にずらし、かつ目標速度範囲を通常のＶ３よりＶ５に高めることが、開位置で便座４をスムーズに停止させるためには必要である。

また、便器１が前上がりに設置されたり、あるいは便座４自体の重さが軽かった場合など、便座４の駆動負荷が軽い場合、この負荷が軽くなった影響は加速側すなわちブレーキが効かない側に作用するため、ブレーキの開始位置を通常の位置であるＡｍよりＡｕに開位置側より遠ざける側にずらし、かつ目標速度範囲を通常のＶ３からＶ１に下げることが、便座４を開位置にスムーズに停止させるために必要である。

従ってこのような負荷のバラツキに対応するため、また駆動系の駆動力のバラツキに対応するために、目標速度範囲として２レベル以上、多段の目標速度範囲を設定し、この目標速度範囲に合うようにブレーキ開始位置を設定するものである。

この目標速度範囲は、便座４の負荷の状況あるいは、便器の設置状態などにより変わるため予め判定することはできない。そこで、目標速度範囲を低いレベルからスタートさせて、この目標速度範囲に入るように便座４の速度を制御し、便座４が開位置に達さないときは、その目標速度が低いと判定し、徐々にこの目標速度範囲を高い側にシフトさせていき、便座４が開位置に達する目標速度範囲を、最適目標速度範囲として設定するものである。

次に目標速度範囲およびブレーキ開始位置の具体的な設定方法について図４を用いて述べる。まず目標速度範囲は最も低いレベルのＶ１を初期値とする。便座４の速度を目標速度範囲Ｖ１に制御するためのブレーキ開始位置の決定は、便座４の速度が目標速度範囲Ｖ１よりも高い側となる、ブレーキ開始位置ａよりスタートする。そして、便座４の速度と、目標速度範囲Ｖ１との偏差より、次回のブレーキ開始位置ｂの値を決定する。この操作を順次繰り返し、目標速度範囲Ｖ１に到達するようなブレーキ開始位置ｄを決定する。

ブレーキ開始位置の補正量は目標速度範囲のとの偏差に応じて決めるため、便座４の速度評価点Ｂにおける速度が目標速度に近づいたときは、ブレーキ開始位置の補正量は小さくなり、目標速度範囲をオバーシュートすることはない。

次に、便座４に負荷が発生した場合の動作について図６を用いて説明する。

目標速度範囲Ｖ１は便座４の負荷がもっとも低い状態等を想定した場合の目標速度範囲設定となっており、この負荷条件で、開位置に十分に減速した状態で達するような値に設定されている。

ところが、便座カバー等の負荷が発生したり、便器１が、前下がりで設置された場合など、便座４の負荷が大きくなると、先に説明したように、この負荷の影響は減速側すなわちブレーキが効く側に作用し、目標速度範囲が先に説明したＶ１の設定では、開位置に達するまでの減速が大きすぎて、開位置まで達さなくなる。

便座４の負荷が大きくなった状態で、便座４の開閉運転をし、便座４が開位置に達さなくなったと判定された場合、目標速度範囲Ｖ１を１レベル高い側にシフトしてＶ２とし、この目標速度範囲Ｖ２の設定でブレーキ開始位置をａから開位置側ｂに戻して、便座４の目標速度範囲Ｖ２に達するようにブレーキ開始位置ｃを決定する操作を開始する。

目標速度範囲Ｖ２においても、開位置に達さなかったと判定された場合には、目標速度範囲をＶ３にさらに１レベル高い側にシフトし同様のシーケンスを繰り返す。

この一連の目標速度範囲を学習するシーケンスにより、便座４が通常の設置条件の場合、カバー等の負荷がついた場合など各々の場合に対応して、便座４の最適な目標速度範囲が定まり、この目標速度範囲に便座４が制御されるため、便座４をスムーズに開位置に停止させることができる。

目標速度範囲の上限値については、便座の負荷および便器１の設置条件などにより想定される上限値で設定する。

目標速度範囲をＶ１からＶ２にシフトする場合のブレーキ開始位置の補正量について、図６を用いて説明する。目標速度範囲Ｖ１の設定で、ブレーキ開始位置を制御していく過程で、ブレーキ開始位置がａで便座４が立たないと判定された場合、次回の操作時に目標速度範囲設定をＶ１からＶ２に１レベル高い側にシフトするとともに、ブレーキ開始位置を目標速度範囲がＶ２のレベル以上を満足するような速度となる、例えばｂの位置に設定するものである。

ブレーキ開始位置を目標速度範囲がＶ２のレベル以上を満足するような速度となるように設定する理由は、ブレーキ開始位置の補正量が上記の条件を満たさず、少なかった場合には、目標速度範囲がＶ２のレベルを満足させるブレーキ開始位置を見出せないからである。また、このブレーキの開始位置を、速度が高くなる側に設定しすぎた場合には、目標速度Ｖ２を満足させるブレーキ位置は見出せるものの、この値を見出すまでの試行回数が増加する。従って、目標速度範囲を１レベル高い側にシフトする場合には、ブレーキ開始位置の補正量はこの速度範囲のシフト量に相当するブレーキ開始位置の補正量よりやや大きい程度が望ましい。

本発明の第２の実施例を図７を用いて説明する。本実施例においてブレーキ開始位置は所定の位置に固定し、モータ駆動回路１１は、便座４のブレーキ領域で、直流モータ７に逆に電圧をかけ、この電圧をＰＷＭ制御で逆に印加するデューティを調整することにより、ブレーキの効き方を調整可能としている。

目標速度範囲の設定は最も低いレベルのＶ１を初期値とする。便座４の速度を目標速度範囲Ｖ１に制御するためのブレーキレベルの設定は、便座４の速度が目標速度範囲Ｖ１よりも高い側の、ブレーキレベルａよりスタートする。そして、便座４の速度と、目標速度範囲Ｖ１との偏差より、次回のブレーキレベルｂのデューティを決定する。この操作を順次繰り返し、目標速度範囲Ｖ１に到達するようなブレーキレベルｃを決定する。

この実施例では、便座４の負荷の変動に対応して、ブレーキの効き方を直接変化させるため、ブレーキかけ始めから停止までの時間が一様に制御でき、便座４をスムーズに停止させることができる。

本発明の第３および第４の実施例で、便座４あるいは便蓋５が開位置に達したかどうかの判定手段について述べる。

便座４の開位置に達したかどうかの判定と便蓋５が開位置に達したかの判定は、ほぼ同一の手段で判定するため、ここでは便座４の判定手段について説明する。

第３の実施例では、便座４が開位置に達したかどうかの判定手段は、便座４の角度検出手段９と、便座４を開動作させた時の速度を検出する角速度演算手段１５と、便座４の速度と速度より、便座が開位置にあるかどうかを判定するマイコン１４とからなる。便座４を、開動作させた時、便座４の速度が十分に小さくなった時に、便座４が停止したと判定し、この時の角度が、開位置を含む近傍に設定した開位置領域、例えば開位置より便座４の開角度で５度以内に達している場合に開位置に達していると判定するものである。

便座４が開動作時に、速度が充分に減速して時に、便座４が停止したと判定するため、便座４が開位置に達したことを判定する時間が特定でき、便座４がほぼ停止した位置で、開位置に達しているかどうかを判定するため、便座４が開位置近傍に達しているかどうか確実に判断することができる。

第４の実施例では、便座４の開位置に達っさなかったの判定手段は、第３の実施例と同一である。便座４を開動作させ、便座４の速度が負側（便座４が閉位置側に動く）となり、この値が所定値を超えた場合に、便座４が立たなかったと判定するものである。

本実施例では、便座４が開動作時に、逆に動く動作すなわち閉方向に動く速度を検出し、この速度が所低値を超えた場合に便座４が立たなかったと判定するもので、便座４が自立せず、閉止側に倒れてくる動作を検出して、便座４が開位置に到達しないことを判定するもので、便座４が停止するのを待たずに、すばやく便座が開位置に達さないと判定することができる。

各実施例では、駆動手段として、直流モータを使用して説明したが、これに限定されるものではない。例えば、駆動手段を交流モータとした場合、インバータ制御をすると本発明を実施することができる。また、ステッピングモータを駆動手段として同様の制御を行い、便座・便蓋のスムーズな開閉を実現することができる。

以上のように本発明によれば、学習制御させることにより、便座および便蓋の重量のバラツキ、取り付けのバラツキなどに応じて、便座および便蓋をスムーズに停止させることが可能となるので、電動で開閉する便座・便蓋などの装置に適用できる。

本発明の実施例１における便座・便蓋電動開閉装置を搭載した衛生洗浄装置の外観図 本発明の実施例１における便座・便蓋電動開閉装置の駆動部構成図 本発明の実施例１における便座・便蓋電動開閉装置の駆動制御部構成図 本発明の実施例１における便座・便蓋電動開閉装置の動作説明図 本発明の実施例１における便座・便蓋電動開閉装置の動作説明図 本発明の実施例１における便座・便蓋電動開閉装置の動作特性説明図 本発明の実施例２における便座・便蓋電動開閉装置の動作特性説明図

符号の説明

４ 便座
５ 便蓋
６ 便座・便蓋電動開閉装置
７、２７ 直流モータ（駆動手段）
８、２８ 動力伝達手段
９、２９ 角度検出手段
１０ 電動開閉制御部（学習制御手段）
１１ モータ駆動回路

Claims (3)

1. 便座及び／又は便蓋を開閉駆動する駆動手段と、前記便座及び／又は便蓋の各々の角度検出手段と、前記角度検出手段の信号より前記便座及び／又は便蓋の各々の開位置近くでの速度を検出する手段と、前記便座及び／又は便蓋が開位置に達したかどうかを判定する手段と、前記開位置近くでの速度を減速するブレーキと、前記開位置に到達したか否かの判定により目標速度範囲を変更する学習制御手段とを有し、前記便座及び／又は便蓋が開位置に到達しなかったと判定された場合、前記目標速度範囲を高い側に変更し、前記ブレーキの作動開始位置を変更することにより、前記開位置近くでの速度を目標速度範囲に制御するようにした便座・便蓋電動開閉装置。
2. 駆動手段は直流モータを備え、ブレーキは前記直流モータの端子間を短絡させた回生電流によるものである請求項１記載の便座・便蓋電動開閉装置。
3. 駆動手段は直流モータを備え、ブレーキは前記直流モータに逆電圧を印加するものである請求項１記載の便座・便蓋電動開閉装置。

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