JP5561940B2 - 自動開閉装置 - Google Patents

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Description

本発明は、モータ駆動ユニットに係り、より詳細には、トイレの自動開閉装置のためのモータ駆動ユニットに係る。
慣習的なトイレは、利用者がトイレの蓋及び便座に直接接触してトイレを開閉することを必要とする。これは、便利でも衛生的でもない。
この問題を解決するために、設計者は、利用者がトイレの蓋や便座に直接接触することを必要としない自動開閉装置を開発した。トイレの典型的な自動開閉装置は、駆動モータと、トイレの便座又は蓋を枢着回転できるシャフトと、これらモータとシャフトとの間に接続された減速ボックスとを備えている。しかしながら、現在入手できる自動開閉装置では、便座又は蓋に過剰な荷重が加わったときに減速ボックスが容易にダメージを受ける。更に、既存の開閉装置は、一般的に、出力シャフトの速度を減少するために比較的小さなギア比をもつＮＧＷ遊星ギアを採用しているので、比較的多数の段をもつ減速システムが必要となる。
従って、ギア装置にダメージを及ぼすことなく手動で操作できる自動開閉装置のための駆動ユニットが要望される。
従って、本発明は、その１つの態様において、シャフトを有するモータと、シャフトに接続された減速器と、この減速器により駆動される太陽ギアを有する遊星ギアボックスと、第１位置と第２位置との間で部材を駆動するための出力軸と、被駆動リング及び駆動リングを有する保護装置とを備え、前記出力軸の一端が被駆動リングに固定され、前記遊星ギアボックスの出力シャフトが駆動リングに固定され、これにより、前記出力シャフトが前記保護装置を経て前記出力軸を駆動し、前記部材を駆動するようにした自動開閉装置を提供する。
好ましくは、前記保護装置は、摩擦クラッチであり、前記駆動リング及び被駆動リングは、内側リング及び外側リングで構成され、その外側リングは、軸方向一端に壁を有し、その内側リングは、外側リング内に配設され、前記クラッチは、外側リングの壁の軸方向端面と内側リングとの間に配置された少なくとも１つのスプリングディスクと、このスプリングディスクの押しやり作用に抗して外側リング内に内側リングを保持するサークリップとを有し、内側リング及び外側リングは、所定の最大値より大きな力が作用しない限り一緒に回転する。
好ましくは、前記遊星ギアボックスは、複数の二連遊星ギアを含み、各遊星ギアは、第１セグメント及び第２セグメントを含み、第１セグメントの歯数は、第２セグメントの歯数とは異なる。
好ましくは、前記第１セグメントの歯数は、前記第２セグメントの歯数より多く、前記遊星ギアボックスは、各遊星ギアの第２セグメントとかみ合う内部ギアを有し、前記太陽ギアは、各遊星ギアの第１セグメントとかみ合う。
好ましくは、前記遊星ギアボックスは、内部ギア内に回転可能に固定されたキャリアを含み、各遊星ギアは、遊星ギアシャフトによってこのキャリアに回転可能に装着され、前記出力シャフトは、このキャリアから内部ギアの外に延びて、キャリアと共に回転する。
好ましくは、前記出力シャフトは、ベアリングを経て前記内部ギアの内壁に回転可能に装着される。
好ましくは、前記遊星ギアボックスは、更に、カバープレートを含み、前記遊星ギアは、遊星ギアシャフトによりこのカバープレートとキャリアとの間に装着される。
好ましくは、前記減速器、遊星ギアボックス、及び保護装置は、ハウジング内に収容され、ねじれスプリングは、その一端が前記出力軸又は前記部材に固定され且つその他端がこのハウジングに固定されるようにして前記出力軸を取り巻き、これにより、前記部材が第１位置にあるときに、前記ねじれスプリングは、変形状態となり、前記部材を第２位置に向けて押しやるように構成される。
好ましくは、前記モータの一端には位置センサが装着され、この位置センサに隣接して前記モータシャフトの一端には磁石が装着され、位置センサは、モータシャフトの回転に応答して電圧信号を発生するように構成される。
好ましくは、前記モータシャフトの周囲に離間された２つの位置センサがあって、前記モータシャフトの回転に応答して、位相差を有する信号を発生し、この位相差は、前記モータシャフトの回転方向を指示する。
好ましくは、前記減速器は、２対のウォーム及びウォームギアを含み、一方の対のウォーム及びウォームギアのウォームは、前記モータシャフトに固定され、そして他方の対のウォーム及びウォームギアのウォームギアは、前記太陽ギアに固定される。
好ましくは、前記遊星ギアボックスは、ＮＷ遊星ギアボックスである。
本発明の実施形態の効果は、出力シャフトに過剰な荷重が課せられたとき、例えば、阻止されているか又は既に移動範囲の端にある便座又は蓋をモータが駆動しようと試みることにより、或いは外部の力により、蓋又は便座が強制的に移動されるときに、装置のギア装置へのダメージを防止することを含む。
本発明の好ましい実施形態は、添付図面を参照して一例として以下に詳細に説明する。添付図面において、２つ以上の図面に現れる同じ構造物、素子又は部品は、それらが現れる全ての図面において同じ参照番号で一般的に示される。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、便宜上及び表現を明確にするために選択されたもので、必ずしも正しいスケールではない。添付図面は、次の通りである。
本発明の実施形態に基づく自動開閉装置のモータ駆動ユニットを示す概略図である。 図１の駆動ユニットの断面図である。 カバーを取り外した図１のモータ駆動ユニットの部分分解図である。 異なる角度から見た駆動ユニットの部分分解図である。 図１の駆動ユニットの一部分である遊星ギアボックスの部分分解図である。 図４ａの遊星ギアボックスの断面図である。 図１の駆動装置の一部分である保護装置の概略図である。 図５ａの保護装置の断面図である。
図１及び２は、本発明の好ましい実施形態による自動開閉装置のモータ駆動ユニットを示す概略図である。この自動開閉装置は、トイレや、カバー又はシートのような枢着又は回転可能な部材を使用する他の用途に利用することができる。以下の説明は、本発明の例示としてトイレを使用して述べる。
この駆動ユニットは、モータ１０と、減速器３０と、ＮＷ遊星ギアボックス５０と、保護装置７０と、出力軸８０と、ハウジングとを備えている。ハウジングは、減速器３０のための第１ハウジング部分９２と、遊星ギアボックス５０のための第２ハウジング部分９４と、保護装置７０のための第３ハウジング部分９６とで構成される。出力軸８０の一端は、第３のハウジング部分９６内に収容されて、保護装置７０に接続され、そしてその他端は、ハウジングの外へ延びて、トイレの上部カバー又は便座（図示せず）に接続され、上部カバー又は便座を開位置と閉位置との間で移動する。ねじれスプリング８２は、出力軸８０の回転を補助する。ねじれスプリング８２の一端は、例えば、端部を半径方向内方に曲げて出力軸８０の穴に通すことにより、出力軸８０に固定され、そしてその他端は、第３のハウジング部分９６に固定される。トイレの上部カバー又は便座が７０度のような希望の角度設定値に配置されたときに、ねじれスプリング８２は、元の状態又は弛緩状態となる。トイレの上部カバー又は便座がその設定角度より大きい又は小さい位置に配置されたときには、ねじれスプリング８２が変形状態となり、トイレの上部カバー又は便座を設定角度に押し戻す傾向となる。ねじれスプリング８２の一端は、トイレの上部カバー又は便座に直結することができ、そしてその他端は、ハウジングの他の部分に固定できることが理解されよう。
図３ａ及び３ｂを参照すれば、モータ１０は、シャフト１２を備え、このシャフト１２の外端には、リング磁石１４が固定され、この磁石１４に隣接してモータ１０の端にある回路板１８には、位置感知検出器１６が固定される。この位置感知検出器は、リング磁石１４と協働して、モータシャフトの回転を表す高電圧及び低電圧信号を発生するホールセンサであるのが好ましい。トイレに関連したマイクロプロセッサ（図示せず）は、この信号を使用して、トイレの上部カバー又は便座の開き角度を決定する。カバー又は便座が移動する方向に対応するモータの回転方向を決定するために、２つのホールセンサが設けられる。
減速器３０は、第１ウォーム３２、第１ウォームギア３４、第２ウォーム３６及び第２ウォームギア３８を備えている。第１ウォーム３２は、モータ１０のシャフト１２に固定されて、シャフト１２と共に回転する。第１ウォームギア３４は、第１ウォーム３２とかみ合う。第２ウォーム３６及び第１ウォームギア３４は、同じ回転シャフトに固定されて一緒に回転する。第２ウォームギア３８は、第２ウォーム３６とかみ合う。第２ウォームギア３８は、固定シャフト４０に回転可能に装着され、この固定シャフト４０は、ベアリング４２を経て支持プレート４４に固定される。この支持シャフト４４は、モータ１０にケースに固定される。第１ウォーム３２及び第２ウォーム３６は、ウォームギアとウォームとの間の自己ロックを回避するために比較的大きな螺旋角度を採用している。
図４ａ及び４ｂを参照すれば、ＮＷ遊星ギアボックス５０は、太陽ギア５２と、遊星ギアカバープレート５４と、複数の二連遊星ギア５６と、キャリア５８と、内部ギア６０とを備えている。太陽ギア５２は、第２ウォームギア３８の中央穴内に固定され、第２ウォームギア３８と共に回転する。ここに示す実施形態では、３個の遊星ギア５６があり、各遊星ギア５６は、遊星ギアシャフト５７を経て遊星ギアカバープレート５４及びキャリア５８に回転可能に接続される。各遊星ギアシャフト５７の一端は、キャリア５８に固定され、そしてその他端は、遊星ギアカバープレート５４に固定される。キャリア５８、遊星ギア５６及び遊星ギアカバープレート５４のアッセンブリは、内部ギア６０に固定される。キャリア５８の片側は、出力シャフト５９と一体化される。出力シャフト５９は、ベアリング６２を経て内部ギア６０の内壁に接続され、出力シャフト５９の端は、内部ギア６０から延びる。各遊星ギア５６は、第１セグメント５６ａ及び第２セグメント５６ｂを備え、第１セグメント５６ａは、太陽ギア５２とかみ合い、そして第２セグメント５６ｂは、内部ギア６０の歯とかみ合い、第１セグメント５６ａの歯数は、第２セグメント５６ｂの歯数より多く、従って、ＮＷ遊星ギアボックスは、比較的大きなギア比を有する。
図５ａ及び５ｂを参照すれば、好ましい保護装置７０は、外側リング７２と、内側リング７４と、２つの弾力性スプリングディスク７６と、弾力性位置決めリング又はサークリップ７８とを含む摩擦クラッチである。外側リング７２の中心には穴７２ａが設けられ、そして出力軸８０の一端は、外側リング７２の穴７２ａにスプライン接続により固定される。内側リング７４の中心にも穴７４ａが設けられ、出力シャフト５９の端が内側リング７４の穴７４ａにスプライン接続により固定される。内側リング７４、スプリングディスク７６及びサークリップ７８は、全て、外側リング７２内に収容される。スプリングディスク７６は、外側リング７２の閉じた軸方向端面と、内側リング７４との間に配置される。サークリップ７８は、内側リング７４の外端に配置され、スプリングディスク７６の押しやり作用に抗して外側リング７２内に内側リング７４を保持し、従って、サークリップ７８及びスプリングディスク７６により内側リング７４と外側リング７２との間に比較的大きな静的摩擦を発生して、外側リング７２を内側リング７４と共に回転させることができる。使用中に、クラッチにまたがる力、即ち出力シャフト５９と出力軸８０との間の力が所定値を越える場合には、クラッチがスリップし、モータ及びギアを過負荷から保護する。ここに示す実施形態では、スプリングディスク７６がベレビル(Belleville)スプリングである。
使用に際し、モータシャフト１２は、第１ウォーム３２を経て第１ウォームギア３４を回転駆動し、第１ウォームギア３４は、第２ウォーム３６を経て第２ウォームギア３８を回転駆動し、第２ウォームギア３８は、太陽ギア５２を回転して遊星ギア５６を駆動し、遊星ギア５６は、遊星ギアシャフト５７の周りを回転すると同時に、内部ギア６０の歯に沿って転がり、キャリア５８を回転し、キャリア５８は、クラッチ７０を経て出力軸８０を駆動し、トイレのカバー又は便座をアップ方向又はダウン方向に移動させる。トイレのマイクロプロセッサ（図示せず）が、ホールセンサ１６により発生された信号を処理することにより、トイレの上部カバー又は便座の開き角度が１１０度のようなプリセット角度に到達したと決定したときに、モータがターンオフされ、そしてトイレのカバー又は便座を、スケジュールされた開き角度の位置に停止させることができる。
本発明のトイレ用の自動開閉装置においては、モータ駆動ユニットの保護装置７０は、駆動ユニットが過負荷状態に遭遇したときに、ギア装置、特に、減速器のギアをダメージから保護する。例えば、カバー又は便座が手で移動されたとき、或いは駆動ユニットが動作を試みたときにカバー又は便座が阻止されたときには、過負荷状態が生じ得る。このような状態において、出力軸８０と出力シャフト５９との間で保護装置にまたがって発生するトルクがプリセット最大値を越えると、保護装置は、出力軸と出力シャフトとの間のスリップを許し、ギア及びモータに過剰なトルクが加わるのを防止する。従って、利用者は、停電が生じたときでも、彼らに便利なように、トイレのカバー又は便座を必要に応じて手で開閉することが許される。
本発明の説明及び特許請求の範囲において、各動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」、並びにその変化は、述べられたアイテムの存在を指定するために包括的な意味で使用されるが、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。
１つ以上の好ましい実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、種々の変更が可能であることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。
１０：モータ
１２：シャフト
１４：リング磁石
１６：位置感知検出器
１８：回路板
３０：減速器
３２：第１ウォーム
３４：第１ウォームギア
３６：第２ウォーム
３８：第２ウォームギア
４０：固定シャフト
４２：ベアリング
４４：支持プレート
５０：ＮＷ遊星ギアボックス
５２：太陽ギア
５４：遊星ギアカバープレート
５６：二連遊星ギア
５８：キャリア
５９：出力シャフト
６０：内部ギア
６２：ベアリング
７０：保護装置
７２：外側リング
７４：内側リング
７６：弾力性スプリングディスク
７８：サークリップ
８０：出力軸
８２：ねじれスプリング
９０：第１ハウジング部分
９４：第２ハウジング部分
９６：第３ハウジング部分

Claims (10)

  1. モータシャフトを有するモータと、前記モータシャフトに接続された減速器と、該減速器により駆動される太陽ギアを有する遊星ギアボックスと、第１位置と第２位置との間で部材を駆動するための出力軸と、被駆動リング及び駆動リングを含む保護装置とを備え、前記出力軸の一端が前記被駆動リングに固定され、前記遊星ギアボックスの出力シャフトが前記駆動リングに固定され、これにより、前記出力シャフトが前記保護装置を経て前記出力軸を駆動し、前記部材を駆動するようにし、前記保護装置は、摩擦クラッチであり、前記駆動リング及び被駆動リングは、内側リング及び外側リングで構成され、その外側リングは、軸方向一端に壁を有し、その内側リングは、外側リング内に配設され、前記クラッチは、前記外側リングの壁の軸方向端面と内側リングとの間に配置された少なくとも１つのスプリングディスクと、このスプリングディスクの押しやり作用に抗して前記外側リング内に前記内側リングを保持するサークリップとを有し、前記内側リング及び外側リングは、所定の最大値より大きな力が作用しない限り一緒に回転する、
    自動開閉装置。
  2. 前記遊星ギアボックスは、複数の二連遊星ギアを含み、各遊星ギアは、第１セグメント及び第２セグメントを含み、第１セグメントの歯数は、第２セグメントの歯数とは異なる、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第１セグメントの歯数は、前記第２セグメントの歯数より多く、前記遊星ギアボックスは、更に、太陽ギア及び内部ギアを備え、該太陽ギアは、各遊星ギアの第１セグメントとかみ合い、そして前記内部ギアの歯は、各遊星ギアの第２セグメントとかみ合う、請求項２に記載の装置。
  4. 前記遊星ギアボックスは、前記内部ギア内に回転可能に固定されたキャリアを含み、各遊星ギアは、遊星ギアシャフトによってこのキャリアに回転可能に装着され、前記出力シャフトは、前記キャリアから前記内部ギアの外に延びて、前記キャリアと共に回転する、請求項３に記載の装置。
  5. 前記遊星ギアボックスは、更に、カバープレートを含み、前記遊星ギアは、遊星ギアシャフトによりこのカバープレートと前記キャリアとの間に装着される、請求項４に記載の装置。
  6. 前記出力シャフトは、ベアリングを経て前記内部ギアの内壁に回転可能に装着される、請求項３、４又は５に記載の装置。
  7. 前記減速器、遊星ギアボックス、及び保護装置は、ハウジング内に収容され、ねじれスプリングは、その一端が前記出力軸又は前記部材に固定され且つその他端がこのハウジングに固定されるようにして前記出力軸を取り巻き、これにより、前記部材が第１位置にあるときに、前記ねじれスプリングは、変形状態となり、前記部材を第２位置に向けて押しやるように配置される、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
  8. 前記モータの一端には位置センサが装着され、この位置センサに隣接して前記モータシャフトの一端には磁石が装着され、前記位置センサは、前記モータシャフトの回転に応答して電圧信号を発生するように構成される、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
  9. 前記モータシャフトの周囲に離間された２つの位置センサがあって、前記モータシャフトの回転に応答して、位相差を有する信号を発生し、この位相差は、前記モータシャフトの回転方向を指示する、請求項８に記載の装置。
  10. 前記減速器は、２対のウォーム及びウォームギアを含み、一方の対のウォーム及びウォームギアのウォームは、前記モータシャフトに固定され、そして他方の対のウォーム及びウォームギアのウォームギアは、前記太陽ギアに固定される、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
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