JP7309409B2 - 開閉部材駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、開閉部材が連結される出力軸と、出力軸を駆動する駆動源と、駆動源を収容するケースを備えた開閉部材駆動装置に関する。

洋式トイレの便座や便蓋等の開閉部材を開閉する開閉部材駆動装置として、モータ等の駆動源の回転を、輪列などの伝達機構を介して出力軸に伝達する装置が用いられる。特許文献１には、この種の開閉部材駆動装置（蓋体開閉装置）が開示される。特許文献１の蓋体開閉装置には、出力軸を付勢して開閉部材の開閉をアシストするアシストばねが組み込まれている。また、開閉部材が急に開閉された場合にモータや伝達機構に過大な負荷がかかって破損することを防止するため、トルクリミッタが組み込まれている。

特開２０１４－２００４５８号公報

特許文献１の蓋体開閉装置は、ケース内にモータおよび減速輪列が収容される。出力軸は、減速輪列の最終歯車と噛み合う歯車部と、歯車部の中心から軸線方向に延びる軸部を備えており、軸部の先端がケースの外部へ突出している。アシストばねは、軸部の外周側に配置されている。アシストばねの一端は、歯車部の端面に設けられた固定孔に係止される。アシストばねの他端は、ケースの内壁に設けられた係止部に係止される。

特許文献１では、アシストばねはコイルばねであり、１本のアシストばねによって出力軸を付勢する付勢力（アシスト力）を発生させている。しかしながら、１本のアシストばねでは、出力軸の回転位置とアシスト力との関係は単純な比例関係になるため、アシスト力を自由に設定できず、様々な負荷パターンに対応できない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、開閉部材に連結される出力軸を備えた開閉部材駆動装置において、出力軸を付勢する付勢力（アシスト力）の設定の自由度を高めて、様々な負荷パターンへの対応を可能にすることにある。

上記課題を解決するために、本発明の開閉部材駆動装置は、ケースと、前記ケースから突出する出力軸と、前記ケースに収容されるモータと、前記ケースに収容され、前記モータの回転を前記出力軸に伝達する伝達機構と、前記出力軸の第１方向への回転に伴い、前記出力軸を前記第１方向とは反対側の第２方向へ付勢するアシスト力を発生させるアシストばねと、を有し、前記アシストばねは、前記出力軸の回転位置が第１作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第１ばねと、前記出力軸の回転位置が前記第
１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第２ばねと、を備え、前記第１ばねおよび前記第２ばねは、ねじりコイルばねであり、前記第２ばねは、前記第１ばねの内周側に配置され、前記第１ばねは、前記第２ばねよりばね定数が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、出力軸を付勢するアシストばねとして、付勢力（アシスト力）を発生させる作用角度範囲が異なる２つのばねを備えている。このように、複数のばねを組み合わせてアシスト力を発生させることにより、１つのばねでアシスト力を発生する場合と比較して、アシスト力の設定の自由度が高まる。従って、様々な負荷パターンに対応できる
。また、作用角度範囲が異なる複数のばねを組み合わせることにより、角度範囲別にアシスト力を設定できる。例えば、開閉部材が閉じている状態では開閉部材の荷重による負荷が加わるため、アシスト力を強くし、開閉部材が開いている状態では負荷が小さいため、アシスト力を小さくすることができる。さらに、複数のアシストばねを組み合わせることにより、ばね形状や線径の自由度を高めることができる。また、取付方法の自由度も高めることができる。

本発明において、前記第１ばねは、前記第２ばねよりばね定数が大きいばねである。このように、ばね定数が異なるばねを組み合わせることにより、アシスト力の設定の自由度が高まるので、様々な負荷パターンに対応できる。

本発明において、前記第１ばねおよび前記第２ばねは、ねじりコイルばねであり、前記第２ばねは、前記第１ばねの内周側に配置され、前記第１ばねは、前記第２ばねよりばね定数が大きい。このように、２つのばねを２重に配置することにより、限られた配置スペースに複数のばねを配置できる。また、ばね定数の大きいばねは強度が高いため、外側に配置することによって内側のばねを保護できる。

本発明の開閉部材駆動装置は、ケースと、前記ケースから突出する出力軸と、前記ケースに収容されるモータと、前記ケースに収容され、前記モータの回転を前記出力軸に伝達する伝達機構と、前記出力軸の第１方向への回転に伴い、前記出力軸を前記第１方向とは反対側の第２方向へ付勢するアシスト力を発生させるアシストばねと、を有し、前記アシストばねは、前記出力軸の回転位置が第１作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第１ばねと、前記出力軸の回転位置が前記第１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第２ばねと、を備え、前記出力軸は、樹脂部を備え、前記伝達機構は、前記樹脂部に固定される金属製の出力歯車を備え、前記第１ばねは、前記出力歯車に係合し、前記第２ばねは、前記樹脂部に係合し、前記第１ばねは、前記第２ばねよりばね定数が大きい。このようにすると、ばね定数が大きい側のばね（すなわち、変形しにくいばね）を金属製の出力歯車によって支持でき、ばね定数が小さいばね（すなわち、変形しやすいばね）を樹脂部によって支持できる。従って、ばね側から加わる負荷による出力軸の変形や破損のおそれが少ない。

本発明において、前記第１作用角度範囲は、前記第２作用角度範囲より狭いことが好ましい。このようにすると、弱い側のばねのばね力のみが作用する区間を設けることができるので、アシスト力が弱い区間を設けることができる。

本発明の開閉部材駆動装置は、ケースと、前記ケースから突出する出力軸と、前記ケースに収容されるモータと、前記ケースに収容され、前記モータの回転を前記出力軸に伝達する伝達機構と、前記出力軸の第１方向への回転に伴い、前記出力軸を前記第１方向とは反対側の第２方向へ付勢するアシスト力を発生させるアシストばねと、を有し、前記アシストばねは、前記出力軸の回転位置が第１作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第１ばねと、前記出力軸の回転位置が前記第１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第２ばねと、を備え、前記第１ばねは、断面矩形の線材からなり、前記第２ばねは、断面円形の線材からなり、前記第１ばねは、前記第２ばねよりばね定数が大きい。断面矩形の線材は、同径の断面円形の線材よりも強度が高い。従って、線径を太くすることなく、ばね定数の大きいばねを形成
できる。

本発明の開閉部材駆動装置は、ケースと、前記ケースから突出する出力軸と、前記ケースに収容されるモータと、前記ケースに収容され、前記モータの回転を前記出力軸に伝達する伝達機構と、前記出力軸の第１方向への回転に伴い、前記出力軸を前記第１方向とは反対側の第２方向へ付勢するアシスト力を発生させるアシストばねと、を有し、前記アシストばねは、前記出力軸の回転位置が第１作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第１ばねと、前記出力軸の回転位置が前記第１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第２ばねと、を備え、前記ケースは、前記第１ばねまたは前記第２ばねの端部が配置されるばね係止穴が設けられたばね保持部を備え、前記ばね保持部は、前記ばね係止穴の開口方向と交差する方向から前記モータによって支持される。このようにすると、ばね端からケースに加わる負荷によってケースが変形あるいは破損するおそれを少なくすることができる。

本発明によれば、出力軸を付勢するアシストばねとして、付勢力（アシスト力）を発生させる作用角度範囲が異なる２つのばねを備えている。このように、複数のばねを組み合わせてアシスト力を発生させることにより、１つのばねでアシスト力を発生する場合と比較して、アシスト力の設定の自由度が高まる。従って、様々な負荷パターンに対応できる。また、作用角度範囲が異なる複数のばねを組み合わせることにより、角度範囲別にアシスト力を設定できる。例えば、開閉部材が閉じている状態では開閉部材の荷重による負荷が加わるため、アシスト力を強くし、開閉部材が開いている状態では負荷が小さいため、アシスト力を小さくすることができる。

本発明を適用した開閉部材駆動装置の外観斜視図である。 図１の開閉部材駆動装置１を備えた洋式便器の説明図である。 図１の開閉部材駆動装置の断面図である。 図１の開閉部材駆動装置の分解斜視図である。 モータ、駆動力伝達機構および出力軸を第１方向の他方側から見た斜視図である。 出力歯車および出力軸の分解斜視図である。 出力歯車、出力軸、およびアシストばねの分解斜視図である。 第１ケースおよび中間ケースを第１方向の他方側から見た斜視図である。 出力軸が基準位置にあるときのアシストばねの状態を示す説明図である。 出力軸が第２ばねの作用開始位置にあるときのアシストばねの状態を示す説明図である。 出力軸が第１ばねの作用開始位置にあるときのアシストばねの状態を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明を適用した開閉部材駆動装置１の外観斜視図である。図２は、図１の開閉部材駆動装置１を備えた洋式便器１００の説明図である。図３は、図１の開閉部材駆動装置１の断面図である。図４は、図１の開閉部材駆動装置１の分解斜視図である。図５は、モータ３、伝達機構４および出力軸２を第１方向Ｚの他方側Ｚ２から見た斜視図である。

本明細書において、互いに直交する３方向を、第１方向Ｚ、第２方向Ｙおよび第３方向Ｘとする。第１方向Ｚは、出力軸２の軸線Ｌの方向であり、第２方向Ｙはケース１０の長手方向であり、第３方向Ｘは、ケース１０の短手方向（幅方向）である。また、第１方向Ｚの一方側をＺ１、他方側をＺ２とし、第２方向Ｙの一方側をＹ１、他方側をＹ２とし、第３方向Ｘの一方側をＸ１、他方側をＸ２とする。ケース１０から出力軸２が突出する側は第１方向Ｚの他方側Ｚ２であり、ケース１０において出力軸２が配置される側は第２方向Ｙの一方側Ｙ１である。

（全体構成）
図１に示す開閉部材駆動装置１は、蓋や扉などの開閉部材を回動させて開閉する装置である。図２に示す洋式便器１００は、便器本体１１０、便座１２０、便蓋１３０、およびタンク１４０を有する。便座１２０および便蓋１３０は、それぞれ、開閉部材駆動装置１の出力軸２（図３参照）に連結される。便座１２０および便蓋１３０は、出力軸２の回転により、便器本体１１０に被さる閉姿勢、および、便器本体１１０から立ち上がる開姿勢に変位する。なお、洋式便器１００は、便座１２０および便蓋１３０の一方のみを開閉部材駆動装置１によって回動させる構成であってもよい。

図３に示すように、開閉部材駆動装置１は、モータ３と、出力軸２と、モータ３の駆動力を出力軸２に伝達する伝達機構４と、出力軸２を付勢するアシストばね５と、モータ３および伝達機構４を収容するケース１０と、を有する。出力軸２は、ケース１０に収容される基部２１と、ケース１０の開口部９から突出する連結軸２２を備える。連結軸２２には、図２に示す便座１２０、便蓋１３０などの開閉部材が連結される。図１に示すように、ケース１０は、出力軸２の軸線方向である第１方向Ｚから見た場合に、第２方向Ｙに細長い形状を備える。出力軸２が配置されるケース１０の開口部９は、ケース１０の長手方向である第２方向Ｙの一方側の端部に位置している。

ケース１０は樹脂製である。図１に示すように、ケース１０は、第２方向Ｙに平行に延びる第１側壁１１および第２側壁１２を備える。また、ケース１０は、第１側壁１１および第２側壁１２の第２方向Ｙの他方側Ｙ２の端を接続する第３側壁１３、および、第１側
壁１１および第２側壁１２の第２方向Ｙの一方側Ｙ１の端を接続する第４側壁１４を備える。第３側壁１３は、第３方向Ｘに直線状に延びている。第４側壁１４は、第２方向Ｙの一方側Ｙ１へ突出する凸形状である。本形態では、第４側壁１４は第１方向Ｚの他方側Ｚ２から見て半円状の湾曲面である。

図１、図３に示すように、ケース１０は、第１方向Ｚに沿って配列された第１ケース１５、中間ケース１６、および第２ケース１７を備える。第１ケース１５は中間ケース１６の第１方向Ｚの一方側Ｚ１に位置し、第２ケース１７は中間ケース１６の第１方向Ｚの他方側Ｚ２に位置する。第１ケース１５に中間ケース１６が固定され、第２ケース１７が中間ケース１６に固定されることによって、ケース１０が組み立てられている。

第１ケース１５は、底板１５１と、底板１５１の外周縁から第１方向Ｚの他方側Ｚ２に延びる枠部１５２とを備える。枠部１５２は、ケース１０の第１側壁１１、第２側壁１２、第３側壁１３、および第４側壁１４の第１方向Ｚの一方側Ｚ１の端部分を構成する。第１ケース１５にはモータ３が固定されている。モータ３は、モータ本体３０と、モータ本体３０から突出する回転軸３１を備える。回転軸３１は、出力軸２の軸線Ｌと交差する方向を向いている。本例では、回転軸３１の回転中心線Ｌ１（図４参照）は、出力軸２の軸線Ｌと直交する。また、回転軸３１は、第１方向Ｚから見た場合に、第２方向Ｙ（ケース１０の長手方向）に対して傾斜している。回転軸３１の先端は、第１ケース１５に保持される軸受部材３２によって回転可能に支持されている。

中間ケース１６は、中間板１６１と、中間板１６１の外周縁から第１方向Ｚの他方側Ｚ２に延びる中間枠部１６２とを備える。中間枠部１６２は、ケース１０の第１側壁１１、第２側壁１２、第３側壁１３、および第４側壁１４の第１方向Ｚの中間部分を構成する。中間ケース１６には、伝達機構４を構成する複数の歯車のうちの一部の歯車が収容される。また、中間ケース１６には、出力軸２の基部２１が収容される。

中間ケース１６における第２ケース１７の側の端部分には、板状の補強部材１８が固定される。補強部材１８は、ケース１０よりも剛性が高い。本例において、補強部材１８は、金属製である。補強部材１８には、補強部材側開口部１８１が設けられており、補強部材側開口部１８１からは、出力軸２が第１方向Ｚの他方側Ｚ２に突出する。また、補強部材１８には、ポテンショメータ８が取り付けられている。ポテンショメータ８は、第２方向Ｙにおいて、出力軸２とは反対側（第２方向Ｙの他方側Ｙ２）の端部分に配置される。

ポテンショメータ８は、伝達機構４を構成する複数の歯車のうちのいずれかの歯車に噛合するポテンショ歯車８１（図５参照）と、ポテンショ歯車８１の回転角度位置を検出する検出部８２（図３、図４参照）を備える。検出部８２は、回路基板を備える。ポテンショ歯車８１は、補強部材１８の第１方向Ｚの一方側Ｚ１に位置して、第３歯車の第３小径歯車に噛合する。検出部８２は、補強部材１８の他方側Ｚ２に位置し、回路基板が補強部材１８に固定されている。

第２ケース１７は、板状であり、第１方向Ｚの他方側Ｚ２から中間ケース１６に被せられている。第２ケース１７は、ケース１０の第１側壁１１、第２側壁１２、第３側壁１３、および第４側壁１４の第１方向Ｚの他方側Ｚ２の端部分に接続され、第１方向Ｚの他方側Ｚ２から補強部材１８を被う。第２ケース１７は、第１方向Ｚから見て補強部材側開口部１８１と重なる部位を貫通する開口部９を備える。図３に示すように、開口部９に配置される出力軸２と開口部９の内周面との隙間は、Ｏリング１９によって封止される。

図５に示すように、伝達機構４は、駆動力伝達経路の上流側から下流側に向かって、ウォーム４０、第１歯車４１、第２歯車４２、第３歯車４３、第４歯車４４、および出力歯
車４５を備える。ウォーム４０は、モータ３の回転軸３１の外周側に固定されている。図４に示すように、ウォーム４０および第１歯車４１は、第１ケース１５内に配置される。図３に示すように、第２歯車４２、第３歯車４３、第４歯車４４、および出力歯車４５は中間ケース１６内に配置される。

第１歯車４１は、ウォーム４０に噛合する第１大径歯車４１１と、第１大径歯車４１１と同軸で第１大径歯車４１１よりも外径寸法が小さい第１小径歯車４１２を備える。第１大径歯車４１１は、第１小径歯車４１２の第１方向Ｚの一方側Ｚ１に位置する。第１歯車４１は、第１方向Ｚに延びる第１支軸４１３（図４参照）に回転可能に支持されている。第１支軸４１３は、一方の端部分が第１ケース１５の底板１５１に保持され、他方の端部分が中間ケース１６の中間板１６１に保持されている。第１歯車４１は、第１大径歯車４１１と第１小径歯車４１２との間に駆動力の伝達を継断するトルクリミッタ４６を備える。

第２歯車４２は、第１小径歯車４１２に噛合する第２大径歯車４２１と、第２大径歯車４２１と同軸で第２大径歯車４２１よりも外径寸法が小さい第２小径歯車４２２を備える複合歯車である。第２大径歯車４２１は、第２小径歯車４２２の第１方向Ｚの一方側Ｚ１に位置する。第２大径歯車４２１は、中間ケース１６の中間板１６１に設けられた開口部１６３（図８参照）を介して第１小径歯車４１２に噛合する。第２歯車４２は、第１方向Ｚに延びる第２支軸４２３（図５参照）に回転可能に支持される。

第３歯車４３は、第２小径歯車４２２に噛合する第３大径歯車４３１と、第３大径歯車４３１と同軸で第３大径歯車４３１よりも外径寸法が小さい第３小径歯車４３２を備える複合歯車である。第３大径歯車４３１は、第３小径歯車４３２の第１方向Ｚの一方側Ｚ１に位置する。第３歯車４３は、第１方向Ｚに延びる第３支軸４３３に回転可能に支持される。第３支軸４３３は、一方の端部分が中間ケース１６の中間板１６１に保持され、他方の端部分は、補強部材１８を貫通して第２ケース１７に保持されている。

第４歯車４４は、第３小径歯車４３２および出力歯車４５に噛合する平歯車である。第４歯車４４と出力歯車４５とは第２方向Ｙに配列されている。第４歯車４４は、第２歯車４２と同軸に配置されて、第２支軸４２３に回転可能に支持されている。第２支軸４２３は、一方の端部分が中間ケース１６に保持され、他方の端部分が補強部材１８に保持されている。すなわち、補強部材１８は、第２歯車４２および第４歯車４４を支持する第２支軸４２３を保持する軸保持部１８２（図３参照）を備える。

図６は、出力歯車４５および出力軸２の分解斜視図である。出力歯車４５は金属製である。出力歯車４５には、樹脂製の出力軸２が同軸に固定される。出力歯車４５は、第１方向Ｚに開口する中心穴４５１を備えた環状部材である。中心穴４５１の内周面には周方向に複数の凹部４５２が設けられ、出力軸２の基部２１の外周面には、出力歯車４５の内周面の凹部４５２に嵌る複数の凸部２３が設けられている。従って、出力歯車４５と出力軸２とは、軸線Ｌ周りに相対回転不能な状態で連結される。出力軸２の基部２１は樹脂部であり、熱カシメによって出力歯車４５に固定される。

出力歯車４５は、補強部材１８によって、回転可能に支持されている。出力歯車４５は、第１方向Ｚの他方側Ｚ２の端部分に外周面に歯部を有さない円環状部４５０を備える。一方、補強部材１８は、補強部材側開口部１８１の外周縁部分に、出力歯車の円環状部４５０を外周側から回転可能に支持する出力歯車受部１８３を備える（図３参照）。出力歯車受部１８３は、補強部材１８における補強部材側開口部１８１の第１方向の他方側に屈曲して延びる環状筒部であり、例えば、バーリング加工により形成される。

図７は、出力歯車４５、出力軸２、およびアシストばね５の分解斜視図である。図３、図７に示すように、アシストばね５は、第１ばね５１および第２ばね５２を備える。第１ばね５１および第２ばね５２はねじりコイルばねである。図３に示すように、第２ばね５２は、第１ばね５１の内周側に配置される。第１ばね５１は、出力歯車４５の第１方向Ｚの一方側Ｚ１に位置する。また、第２ばね５２は、出力軸２の第１方向Ｚの一方側Ｚ１に位置し、第１ばね５１の内周側に位置する。

図７に示すように、第１ばね５１は、断面矩形の線材５０Ａを螺旋状に巻いたばね部５１０と、ばね部５１０から第１方向Ｚの一方側Ｚ１へ延びる第１端部５１１と、ばね部５１０からから第１方向Ｚの他方側Ｚ２へ延びる第２端部５１２を備える。図５に示すように、第１ばね５１の第２端部５１２は、出力歯車４５の外周面を内周側へ切り欠いた切欠き部４５３に配置される。出力歯車４５は、切欠き部４５３を除く範囲の外周面に歯部が形成されている。切欠き部４５３は、周方向の一端に設けられた第１面４５４、および、周方向の他端に設けられた第２面４５５を備える。後述するように、出力軸２が所定の角度位置まで回転すると、第２面４５５に第２端部５１２が接触する。さらに出力軸２が回転すると、出力歯車４５を介して出力軸２が第１ばね５１によって付勢される。

図８は、第１ケース１５よび中間ケース１６を第１方向Ｚの他方側Ｚ２から見た斜視図である。図３、図８に示すように、中間ケース１６は、中間板１６１から第１方向Ｚの他方側Ｚ２へ突出する支持部６を備える。図３に示すように、支持部６は、第１ばね５１および第２ばね５２の内周側に位置し、第１ばね５１および第２ばね５２よりも第１方向Ｚの他方側Ｚ２に突出する。すなわち、第１ばね５１および第２ばね５２は、支持部６によって保持されると共に、中間板１６１によって第１方向Ｚの一方側Ｚ１から支持される。

本形態では、中間板１６１の第１方向Ｚの一方側Ｚ１にモータ３が配置される。中間板１６１は、ケース１０の内部空間をモータ３が配置される下部空間と、出力軸２およびアシストばね５等が配置される上部空間とに区画する。モータ３は、中間板１６１を第１方向Ｚの一方側Ｚ１から支持する受け部３３を備える。受け部３３は、モータ本体３０の第１方向Ｚの他方側Ｚ２の側面であり、例えば、金属製のモータケースによって構成される。本形態では、モータ本体３０は断面角型であるため、受け部３３は軸線Ｌに対して垂直な平坦面である。受け部３３は、中間板１６１を支持すると共に、出力軸２とは軸線Ｌ方向で反対側（すなわち、第１方向Ｚの一方側Ｚ１）から支持部６を支持している。

出力軸２および出力歯車４５は、支持部６の先端部分によって回転可能に支持される。出力軸２は、基部２１の第１方向Ｚの一方側Ｚ１の端面に他方側Ｚ２に窪む円形凹部２４が設けられており、支持部６は、その先端部分が円形凹部２４に配置され、円形凹部２４の底面に接触している。ここで、支持部６の第１方向Ｚの他方側Ｚ２の先端は、出力歯車４５の円環状部４５０を回転可能に支持している補強部材１８の出力歯車受部１８３の内周側の位置まで延びている。

図８に示すように、中間ケース１６には、中間板１６１を第１方向Ｚに貫通する開口部１６４が設けられている。開口部１６４は、中間ケース１６の中間枠部１６２において、第２方向Ｙに平行に延びる一対の枠部分のうち、第３方向Ｘの一方側Ｘ１に位置する枠部分１６５と支持部６との間に設けられている。開口部１６４は、支持部６の外周側に第１ばね５１および第２ばね５２を装着した場合に、第１ばね５１の第１端部５１１を配置可能な位置に設けられている。また、第１ケース１５には、第１方向Ｚから見て中間ケース１６の開口部１６４と重なる位置にばね保持部１５３が設けられている。ばね保持部１５３は、第１方向Ｚの一方側Ｚ１に窪むばね係止穴１５４を備える。第１ばね５１は、第１端部５１１が中間ケース１６の開口部１６４から第１方向Ｚの一方側Ｚ１に突出し、第１ケース１５のばね保持部１５３に設けられたばね係止穴１５４に挿入される。

第１ケース１５において、ばね保持部１５３は、ばね係止穴１５４が開口する方向である第１方向Ｚと交差する方向からモータ３によって支持される。すなわち、モータ３は、ばね係止穴１５４の開口方向（第１方向Ｚ）と交差する方向からばね保持部１５３を受けるばね受け部３４を備える。図８に示すように、ばね保持部１５３は、第１ケース１５の枠部１５２の内面からモータ本体３０が位置する側（第３方向Ｘの他方側Ｘ２）へ突出する。ばね保持部１５３は、第３方向Ｘの他方側Ｘ２の端部にモータ本体３０の側面と平行になるように切り欠かれた傾斜面１５５を備える。第１ケース１５にモータ３を収容すると、ばね保持部１５３の傾斜面１５５がモータ本体３０の側面によって第３方向Ｘの他方側Ｘ２から支持される。すなわち、ばね受け部３４は、モータ本体３０の側面であり、例えば、金属製のモータケースによって構成される。

図７に示すように、第２ばね５２は、断面円形の線材５０Ｂを螺旋状に巻いたばね部５２０と、ばね部５２０の第１方向Ｚの一方側Ｚ１の端部から径方向内側へ屈曲して直線状に延びる第１端部５２１と、ばね部５２０から第１方向Ｚの他方側Ｚ２へ延びる第２端部５２２を備える。第２ばね５２の第１端部５２１は、支持部６に設けられた溝部６１（図８、図９（ｂ）、図１０（ｂ）参照）に配置される。これにより、第２ばね５２の第１端部５２１が中間ケース１６に係止される。また、図７に示すように、出力軸２は、基部２１の他方側Ｚ２の端面に設けられたばね係止穴２５を備える。第２ばね５２の第２端部５２２は、出力軸２のばね係止穴２５に配置される。

図８に示すように、中間ケース１６は、支持部６の外周側において周方向に延びるリブ７を備える。リブ７は、中間板１６１から第１方向Ｚの他方側Ｚ２へ突出する。支持部６の外周側に第１ばね５１および第２ばね５２を装着したとき、リブ７の周方向の一端は、第１ばね５１と第２ばね５２との間に配置される（図３参照）。リブ７の内周縁７１は円弧状である。すなわち、リブ７の内周縁７１は、内周側に配置されるばねである第２ばね５２のばね部５２０の外周に沿う形状である。一方、リブ７の外周縁は、周方向の両端にそれぞれ、第１ばね５１のばね部５１０の内周に沿う円弧部７２Ａ、７２Ｂが設けられ、周方向の中央に、径方向外側へ突出する突出部７３が設けられている。突出部７３は、開口部１６４の内側へ突出する形状になっている。また、リブ７の外周縁は、突出部７３の先端の周方向の両側がそれぞれ、円弧部７２の接線方向に延びる直線部７４Ａ、７４Ｂが設けられている。

図７に示すように、第１ばね５１は、ばね部５１０の１巻目５１０Ａの巻き始め位置から１巻目５１０Ａの接線方向へ延びる直線状部分５１３を備えており、第１端部５１１は、直線状部分５１３の先端から第１方向Ｚの一方側Ｚ１へ屈曲して延びている。中間ケース１６に設けられたリブ７は、周方向の一方側の端部に設けられた円弧部７２Ａが、ばね部５１０の１巻目５１０Ａの巻き始め部分内周に沿って延びている。また、円弧部７２Ａから突出部７３の先端まで延びる直線部７４Ａは、直線状部分５１３に沿って延びている。第１ばね５１は、ばね部５１０の１巻目５１０Ａの巻き始め部分および直線状部分５１３がリブ７の外周縁に沿って延びる状態に配置される。これにより、リブ７の突出部７３によって第１ばね５１の回り止めがなされるとともに、第１ばね５１の直線状部分５１３が開口部１６４へ向かって延びる角度位置に位置決めされる。

リブ７の第１方向Ｚの突出高さは、第１ばね５１を構成する線材５０Ａの線径よりも小さい。第１ばね５１は、ばね部５１０の１巻目５１０Ａの巻き終り部分が、リブの突出部７３の第１方向Ｚの一方側Ｚ１において周方向に延在する。従って、突出部７３は、第１ばね５１を第１方向Ｚの一方側Ｚ１から支持する受け部として機能している。

（動作）
開閉部材駆動装置１は、モータ３が正方向あるいは逆方向に駆動されると、モータ３の駆動力が伝達機構４を介して出力軸２に伝達され、出力軸２が第１回転方向ＣＷあるいは第２回転方向ＣＣＷに回転する。これにより、出力軸２に固定された便座、便蓋などの開閉部材は、開方向あるいは閉方向に回転する。開閉部材が回転すると、ポテンショメータ８からは、開閉部材の位置に対応する信号が出力される。また、出力軸２に連結された開閉部材が第１回転方向ＣＷに回転すると、アシストばね５は、出力軸２を軸線Ｌ周りで第１回転方向ＣＷとは反対の第２回転方向ＣＣＷに回転させる付勢力を出力軸２に加える。つまり、開閉部材を駆動する際に、出力軸２を付勢するアシスト力が出力軸２に加えられる。また、伝達機構４は、第１歯車４１にトルクリミッタ４６を備えているので、開閉部材から出力軸２を介して伝達機構４に過大な負荷が加わった場合には、トルクリミッタ４６が機能して、伝達機構４による駆動力伝達の伝達を遮断する。これにより、外部からの過大な負荷に起因して、伝達機構４が破損することを防止できる。

（アシストばねの作用角度範囲）
アシストばね５は、第１ばね５１と第２ばね５２の作用角度範囲（付勢力を発生させる角度範囲）が異なる。開閉部材が便座や便蓋である場合に、開閉部材を基準位置から所定角度回転させる際の回転負荷と基準位置からの回転角度との関係を示す負荷曲線は、単純な比例関係を示す形状ではない。そこで、作用角度範囲が異なる複数のばねを組み合わせることにより、モータ３の駆動力と第１ばね５１および第２ばね５２による付勢力とを合計した力と回転角度との関係を示すグラフを負荷曲線に近づけている。

図９は、出力軸２が基準位置Ｒ０にあるときのアシストばね５の状態を示す説明図である。図１０は、出力軸２が第２ばね５２の作用開始位置Ｒ２にあるときのアシストばね５の状態を示す説明図である。図９（ａ）、図１０（ａ）は出力軸２の回転位置を示し、図９（ｂ）、図１０（ｂ）はアシストばね５の状態を示す。図１１は、出力軸２が第１ばね５１の作用開始位置Ｒ１にあるときのアシストばね５の状態を示す説明図である。

図９（ａ）に示すように、出力軸２が基準位置Ｒ０にあるとき、第１ばね５１は、第２端部５１２が出力歯車４５の切欠き部４５３の周方向の一方寄りに位置し、第２面４５５から離れている。従って、第１ばね５１から出力歯車４５へ付勢力は加わらない。また、図９（ｂ）に示すように、支持部６に設けられた溝部６１の周方向の中央に第２ばね５２の第１端部５２１が位置する。溝部６１は、支持部６の径方向の中心から径方向外側へ向かうに従って周方向の幅（溝幅）が大きくなっており、溝部６１の内面と接触しない範囲で第１端部５２１が周方向に動ける形状である。従って、第２ばね５１から出力軸２へ付勢力は加わらない。

図１０（ａ）に示すように、出力軸２が第２ばね５２の作用開始位置Ｒ２まで第１回転方向ＣＷに回転すると、第１ばね５１は、第２端部５１２が第２面４５５に近づくが、まだ第２面４５５から離れている。従って、第１ばね５１から出力歯車４５へ付勢力は加わらない。一方、図１０（ｂ）に示すように、第２ばね５２は、出力軸２の回転に伴って第１端部５２１が溝部６１内で第１回転方向ＣＷに傾き、溝部６１の内面と接触している。従って、ここからさらに出力軸２が第１回転方向ＣＷに回転した場合には、第２ばね５２が変形して付勢力を発生させることになる。

次に、図１１に示すように、出力軸２がさらに第１回転方向ＣＷに回転して、第１ばね５１の作用開始位置Ｒ１に至ると、第１ばね５１は、第２端部５１２が第２面４５５に接触する。従って、ここからさらに出力軸２が第１回転方向ＣＷに回転した場合には、第１ばね５１が変形して付勢力を発生させることになる。以上より、アシストばね５は、基準位置Ｒ０から第２ばね５２の作用開始位置Ｒ２まではアシスト力を発生させず、作用開始位置Ｒ２から作用開始位置Ｒ１までは、第２ばね５２のみが付勢力を発生させるので、１
つのばねのみでアシスト力を発生させる。そして、作用開始位置Ｒ１からは、第２ばね５２と第１ばね５１の両方が付勢力を発生させるので、その合計がアシスト力となる。

本形態において、基準位置Ｒ０における出力軸２の回転角度を０°とし、最大回転位置における出力軸２の回転角度をＲｍａｘ°とするとき、第１ばね５１の作用角度範囲（第１作用角度範囲）は、第１ばね５１の作用開始位置Ｒ１から最大回転位置までの範囲である。また、第２ばね５２の作用角度範囲（第２作用角度範囲）は、第２ばね５２の作用開始位置Ｒ２から最大回転位置までの範囲である。例えば、Ｒｍａｘ°が１２０°であり、第１ばね５１の作用開始位置Ｒ１における回転角度が５０°である場合には、第１作用角度範囲は５０°～１２０°である。また、第２ばね５２の作用開始位置Ｒ２における回転角度が２０°である場合には、第２作用角度範囲は、２０°～１２０°である。従って、出力軸２が基準位置Ｒ０から２０°回転するまではアシスト力が発生せず、基準位置Ｒ０からの回転角度が２０°～５０°の範囲では第２ばね５２の付勢力がアシスト力となり、基準位置Ｒ０からの回転角度が５０°～１２０°の範囲では第２ばね５２の付勢力と第１ばね５１の付勢力の合計がアシスト力となる。

アシストばね５は、第１ばね５１のばね定数が第２ばね５２のばね定数より大きい。第１ばね５１は断面角型の線材５０Ａからなり、第２ばね５２は断面円形の線材５０Ｂからなり、線材５０Ａ、線材５０Ｂの線径は同一である。線径が同一である場合には、断面円形の線材によって形成されるコイルばねより、断面角型の線材によって形成されるコイルばねの方が、ばね定数は大きい。

また、アシストばね５は、ばね定数が大きい第１ばね５１の作用角度範囲（第１作用角度範囲）が、ばね定数が小さい第２ばね５２の作用角度範囲（第２作用角度範囲）より小さい。上記のように、第１ばね５１の作用開始位置Ｒ１が５０°、第２ばね５２の作用開始位置Ｒ２が２０°である場合には、閉位置から開位置まで開閉部材を回転させる際に、ばね定数が小さい第２ばね５２の方が先に付勢力を発生させ始める。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の開閉部材駆動装置１は、ケース１０と、ケース１０から突出する出力軸２と、ケース１０に収容されるモータ３と、ケース１０に収容され、モータ３の回転を出力軸２に伝達する伝達機構４と、出力軸２の第１回転方向ＣＷへの回転に伴い、出力軸２を第１回転方向ＣＷとは反対側の第２回転方向ＣＣＷへ付勢するアシスト力を発生させるアシストばね５と、を有する。アシストばね５は、出力軸２の回転位置が第１作用角度範囲内の位置（例えば、５０°～１２０°の範囲内の回転位置）である間にアシスト力を発生させる第１ばね５１と、出力軸２の回転位置が第１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置（例えば、２０°～１２０°の範囲内の回転位置）である間にアシスト力を発生させる第２ばね５２と、を備える。

本形態では、出力軸２を付勢するアシストばね５として、付勢力（アシスト力）を発生させる作用角度範囲が異なる２つのばねを備えている。このように、複数のばねを組み合わせてアシスト力を発生させることにより、１つのばねでアシスト力を発生する場合と比較して、アシスト力の設定の自由度が高まる。従って、様々な負荷パターンに対応できる。また、作用角度範囲が異なる複数のばねを組み合わせることにより、角度範囲別にアシスト力を設定できる。例えば、開閉部材が閉じている閉位置では開閉部材の荷重による負荷が加わるため、２本のばねの付勢力が働くようにしてアシスト力を強くし、開閉部材が開くにつれて負荷が小さくなるため、付勢力が働くばねを少なくし、アシスト力を小さくするような構成が可能である。

また、このように、複数のアシストばね５を組み合わせることにより、ばね形状や線径
の自由度を高めることができる。すなわち、線径を太くすることなく、大きなアシスト力を得ることができる。また、取付方法の自由度も高めることができる。本形態では、出力軸２の外周側でなく、出力軸２を回転可能に支持する支持部６の外周側にアシストばね５を配置するスペースを確保している。これにより、第１ばね５１と第２ばね５２を２重に配置することができる。

本形態では、第１ばね５１は、第２ばね５２よりばね定数が大きい。このように、ばね定数が異なるばねを組み合わせることにより、アシスト力の設定の自由度が高まるので、様々な負荷パターンに対応できる。また、第２ばね５２は、第１ばね５１の内周側に配置され、外周側に配置される第１ばね５１は、第２ばね５２よりばね定数が大きい。このように、２つのばねを２重に配置することにより、限られた配置スペースに複数のばねを配置できる。また、ばね定数の大きいばねは強度が高いため、外側に配置することによって内側のばねを保護できる。

本形態では、出力軸２は樹脂製であり、伝達機構４は、樹脂部である出力軸２の基部２１に固定される金属製の出力歯車４５を備え、第１ばね５１は、出力歯車４５に係合し、第２ばね５２は、樹脂部に係合する。従って、ばね定数が大きい側のばね（すなわち、変形しにくいばね）を金属製の出力歯車４５によって支持でき、ばね定数が小さいばね（すなわち、変形しやすいばね）を樹脂部である出力軸２によって支持できるため、ばね側から加わる負荷による出力軸２の変形や破損のおそれが少ない。

本形態では、第１ばね５１の付勢力が発生する第１作用角度範囲は、第２ばね５２の付勢力が発生する第２作用角度範囲より狭い。従って、弱い側のばねである第２ばね５２の付勢力のみが作用する区間を設けることができるので、アシスト力が弱い区間を設けることができる。よって、アシスト力の設定の自由度が高まる。

本形態では、第１ばね５１は、断面矩形の線材５０Ａからなり、第２ばね５２は、断面円形の線材５０Ｂからなる。断面矩形の線材５０Ａは、同径の断面円形の線材５０Ｂよりも強度が高い。従って、線径を太くすることなく、ばね定数の大きいばねを形成できる。

なお、第１ばね５１と第２ばね５２の作用角度範囲、ばね定数の大小関係は、上記とは異なっていてもよく、開閉部材を駆動する際の負荷曲線に応じて適宜設定することができる。また、アシストばね５を３本以上のばねによって構成してもよい。さらに、アシストばね５を形成する線材の形状や線径は上記の組み合わせに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。

本形態では、第１ケース１５は、第１ばね５１の端部が配置されるばね係止穴１５４が設けられたばね保持部１５３を備え、ばね保持部１５３は、ばね係止穴１５４の開口方向（第１方向Ｚ）と交差する方向からモータ３に設けられたばね受け部３３によって支持される。従って、ばね端から第１ケース１５に加わる負荷によって第１ケース１５が変形あるいは破損するおそれを少なくすることができる。ばね保持部１５３を支持するばね受け部３４は、金属製のモータケースによって構成されている。従って、剛性の高い部品によってばね保持部１５３を支持できるなお、第１ばね５１でなく第２ばね５２の端部を同様の構造で保持することもできる。

１…開閉部材駆動装置、２…出力軸、３…モータ、４…伝達機構、５…アシストばね、６…支持部、７…リブ、８…ポテンショメータ、９…開口部、１０…ケース、１１…第１側壁、１２…第２側壁、１３…第３側壁、１４…第４側壁、１５…第１ケース、１６…中間ケース、１７…第２ケース、１８…補強部材、１９…Ｏリング、２１…基部、２２…連結
軸、２３…凸部、２４…円形凹部、２５…ばね係止穴、３０…モータ本体、３１…回転軸、３２…軸受部材、３３…受け部、３４…ばね受け部、４０…ウォーム、４１…第１歯車、４２…第２歯車、４３…第３歯車、４４…第４歯車、４５…出力歯車、４６…トルクリミッタ、５０Ａ…線材、５０Ｂ…線材、６１…溝部、７１…内周縁、７２Ａ、７２Ｂ…円弧部、７３…突出部、７４Ａ、７４Ｂ…直線部、８１…ポテンショ歯車、８２…検出部、１００…洋式便器、１１０…便器本体、１２０…便座、１３０…便蓋、１４０…タンク、１５１…底板、１５２…枠部、１５３…ばね保持部、１５４…ばね係止穴、１５５…傾斜面、１６１…中間板、１６２…中間枠部、１６３…開口部、１６４…開口部、１６５…枠部分、１８１…補強部材側開口部、１８２…軸保持部、１８３…出力歯車受部、４１１…第１大径歯車、４１２…第１小径歯車、４１３…第１支軸、４２１…第２大径歯車、４２２…第２小径歯車、４２３…第２支軸、４３１…第３大径歯車、４３２…第３小径歯車、４３３…第３支軸、４５０…円環状部、４５１…中心穴、４５２…凹部、４５３…切欠き部、４５４…第１面、４５５…第２面、５１０Ａ…１巻目、５１０…ばね部、５１１…第１端部、５１２…第２端部、５１３…直線状部分、５２０…ばね部、５２１…第１端部、５２２…第２端部、ＣＣＷ…第２回転方向、ＣＷ…第１回転方向、Ｌ…出力軸の軸線、Ｌ１…モータの回転中心線、Ｒ１…第１作用開始位置、Ｒ２…第２作用開始位置、Ｘ…第３方向、Ｙ…第２方向、Ｚ…第１方向

Claims (5)

1. ケースと、
   前記ケースから突出する出力軸と、
   前記ケースに収容されるモータと、
   前記ケースに収容され、前記モータの回転を前記出力軸に伝達する伝達機構と、
   前記出力軸の第１回転方向への回転に伴い、前記出力軸を前記第１回転方向とは反対側の第２回転方向へ付勢するアシスト力を発生させるアシストばねと、を有し、
   前記アシストばねは、
   前記出力軸の回転位置が第１作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第１ばねと、
   前記出力軸の回転位置が前記第１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第２ばねと、を備え、
   前記第１ばねおよび前記第２ばねは、ねじりコイルばねであり、
   前記第２ばねは、前記第１ばねの内周側に配置され、
   前記第１ばねは、前記第２ばねよりばね定数が大きいことを特徴とする開閉部材駆動装置。
2. ケースと、
   前記ケースから突出する出力軸と、
   前記ケースに収容されるモータと、
   前記ケースに収容され、前記モータの回転を前記出力軸に伝達する伝達機構と、
   前記出力軸の第１回転方向への回転に伴い、前記出力軸を前記第１回転方向とは反対側の第２回転方向へ付勢するアシスト力を発生させるアシストばねと、を有し、
   前記アシストばねは、
   前記出力軸の回転位置が第１作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第１ばねと、
   前記出力軸の回転位置が前記第１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第２ばねと、を備え、
   前記出力軸は、樹脂部を備え、
   前記伝達機構は、前記樹脂部に固定される金属製の出力歯車を備え、
   前記第１ばねは、前記出力歯車に係合し、
   前記第２ばねは、前記樹脂部に係合し、
   前記第１ばねは、前記第２ばねよりばね定数が大きいことを特徴とする開閉部材駆動装置。
3. ケースと、
   前記ケースから突出する出力軸と、
   前記ケースに収容されるモータと、
   前記ケースに収容され、前記モータの回転を前記出力軸に伝達する伝達機構と、
   前記出力軸の第１回転方向への回転に伴い、前記出力軸を前記第１回転方向とは反対側の第２回転方向へ付勢するアシスト力を発生させるアシストばねと、を有し、
   前記アシストばねは、
   前記出力軸の回転位置が第１作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第１ばねと、
   前記出力軸の回転位置が前記第１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第２ばねと、を備え、
   前記第１ばねは、断面矩形の線材からなり、
   前記第２ばねは、断面円形の線材からなり、
   前記第１ばねは、前記第２ばねよりばね定数が大きいことを特徴とする開閉部材駆動装置。
4. ケースと、
   前記ケースから突出する出力軸と、
   前記ケースに収容されるモータと、
   前記ケースに収容され、前記モータの回転を前記出力軸に伝達する伝達機構と、
   前記出力軸の第１回転方向への回転に伴い、前記出力軸を前記第１回転方向とは反対側の第２回転方向へ付勢するアシスト力を発生させるアシストばねと、を有し、
   前記アシストばねは、
   前記出力軸の回転位置が第１作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第１ばねと、
   前記出力軸の回転位置が前記第１作用角度範囲と異なる第２作用角度範囲内の位置である間に前記アシスト力を発生させる第２ばねと、を備え、
   前記ケースは、前記第１ばねまたは前記第２ばねの端部が配置されるばね係止穴が設けられたばね保持部を備え、
   前記ばね保持部は、前記ばね係止穴の開口方向と交差する方向から前記モータによって支持されることを特徴とする開閉部材駆動装置。
5. 前記第１作用角度範囲は、前記第２作用角度範囲より狭いことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の開閉部材駆動装置。

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