便座又は便蓋の電動開閉装置
【課題】 便座又は便蓋の開動作開始直後に発生する慣性によるトルクを抑えると共にスムーズな開動作を行うことができる便座又は便蓋の電動開閉装置を提供する。
【解決手段】 便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路とから成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、前記駆動モータを便座又は便蓋が開動作し始めるまでの所定時間を低いＤｕｔｙ比で駆動し、その後段階的にＤｕｔｙ比を増幅させて次の所定時間の間にＤｕｔｙ比が１００％となるようなモータ駆動制御を行う。このように制御することによって便座又は便蓋の開動作直後に発生する慣性トルクを抑制できると共に、使用者にとって違和感のないスムーズな開動作を行うことができる。
【解決手段】 便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路とから成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、前記駆動モータを便座又は便蓋が開動作し始めるまでの所定時間を低いＤｕｔｙ比で駆動し、その後段階的にＤｕｔｙ比を増幅させて次の所定時間の間にＤｕｔｙ比が１００％となるようなモータ駆動制御を行う。このように制御することによって便座又は便蓋の開動作直後に発生する慣性トルクを抑制できると共に、使用者にとって違和感のないスムーズな開動作を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は洋式便器における便座又は便蓋の電動開閉装置に関し、詳しくは便座、便蓋を個々に電動開閉する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、便座又は便蓋の電動開閉装置は、便座又は便蓋の開放時には、開動作開始時から高加速回転を行い、その後便座又は便蓋の開放角度に応じて低加速回転、減速回転、等速回転といったように、駆動トルクを開動作開始後は高く設定し、その後段階的に低減させていくような制御が行われていた（例えば、特許文献１参照。）。便座又は便蓋の開動作開始直後に、駆動モータから伝達軸までの伝達手段に加わるトルクは、もともと便座又は便蓋が持つ重量や重心位置に依存する負荷トルク、減速歯車列や回転軸などの伝達手段のひずみにより発生するトルク、停止状態のものが動き出す瞬間に発生する慣性トルクが合わさったものとなり、便座又は便蓋が開く瞬間に発生するトルクが最大トルクとなる。
【０００３】
便座又は便蓋の電動開閉装置では、開動作開始直後から駆動トルクが高く設定されているため、便座又は／及び便蓋が開き始める瞬間の角加速度が大きくなり慣性トルクも最大となってしまう。そのため最大トルクがより大きいものとなり、便座又は便蓋の毎回の開動作で、駆動部や減速歯車列等の伝達手段に過度のストレスが発生し、破損や磨耗の原因となる問題があった。また、その対応として、過度のストレスに耐え得るような、より頑丈な材質や構造を持つ伝達手段を選定せざるを得ず、高価なものになってしまっていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６５３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、便座又は便蓋が開き始める瞬間に発生する慣性トルクを抑えることで伝達手段に加わる最大トルクを軽減させるとともに、使用者にとって違和感のないスムーズな開動作フィーリングが得られる便座又は便蓋の電動開閉装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路とから成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、開動作開始後は第一の所定時間まで前記駆動モータの最大駆動トルクよりも低い第一の駆動トルクにて前記駆動モータが動作するよう制御を行うことで、便座又は便蓋が開き始める瞬間の角加速度が小さくなり慣性トルクを抑制することができ、伝達手段に加わる最大トルクを軽減させることが可能となる。そのため、便座又は便蓋の開動作で、減速歯車列等の伝達手段にかかるストレスを軽減でき、寿命を延ばすことが可能となる。
【０００７】
また、請求項２記載の発明によれば、前記第一の所定時間経過後は前記第一の駆動トルクより段階的に駆動トルクを増加させ、第二の所定時間で第二の駆動トルクまで到達させる制御を行うことで、第二の所定時間で第二の駆動トルクに到達するまで便座又は便蓋の開動作スピードが段階的に増加していくため、便座又は便蓋の開端位置までの開動作時間の遅れに対して第一の駆動トルクを低く設定してもほとんど影響を与えることがなく、使用者に違和感を与えず、スムーズな開動作フィーリングを得ることが可能となる。
【０００８】
また、請求項３記載の発明によれば、前記第一の駆動トルクは、前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開動可能な駆動トルクを第一の駆動トルクとして出力するよう制御を行うことで、第一の駆動トルクでも確実に便座又は便蓋を開かせることができる。そのため、第一の駆動トルクを便座又は便蓋が開動可能な最小のトルクとすれば、慣性トルクを最小限に抑制することができ、前記第一の所定時間を伝達手段のガタや伝達軸と便座の嵌合部のガタ及び駆動モータの速度バラツキ等を考慮して長く設定しても、便座又は便蓋が第一の所定時間は開かないという現象をなくすことができ、使用者に違和感を与えることがなくなる。
【０００９】
また、請求項４記載の発明によれば、前記第一の所定時間は、前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開き始めるまでに発生する前記減速歯車列を介した伝達手段に加わるトルクが最大となる時間よりも長い時間を前記第一の所定時間として制御を行うことで、慣性トルクが最も大きくなるポイントである便座又は便蓋が閉止状態から開き始める瞬間を確実に第一の駆動トルクにて動作させることが可能となる。
【００１０】
また、請求項５記載の発明によれば、前記第二の所定時間は、前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクに段階的に駆動トルクが増加する間に、前記伝達手段に加わるトルクが前記第一の所定時間内で発生した前記伝達手段に加わる最大トルクを超えないような駆動トルクの変化量となる時間を前記第二の所定時間とすることで、前記第一の所定時間経過後も便座又は便蓋の開動作スピードが段階的に増加していくため、第二の所定時間の間も急激な速度変動がなくなり慣性トルクを抑制することが可能となる。
【００１１】
また、請求項６記載の発明によれば、便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路と、前記便座又は便蓋の開閉角度を検出する角度検出手段から成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、開動作開始後は第一の所定角度まで前記駆動モータの最大駆動トルクよりも低い第一の駆動トルクにて前記駆動モータが動作するよう制御を行うことで、便座又は便蓋が開き始める瞬間の角加速度が小さくなり慣性トルクを抑制することができ、伝達手段に加わる最大トルクを軽減させることが可能となる。そのため、便座又は便蓋の開動作で、減速歯車列等の駆動手段にかかるストレスを軽減でき、寿命を延ばすことが可能となる。
【００１２】
また、請求項７記載の発明によれば、前記第一の所定角度到達後は前記第一の駆動トルクより段階的に駆動トルクを増加させ、第二の所定角度で第二の駆動トルクまで到達させる制御を行うことで、第二の所定角度で第二の駆動トルクに到達するまで便座又は便蓋の開動作スピードが段階的に増加していくため、便座又は便蓋の開端位置までの開動作時間の遅れに対して第一の駆動トルクを低く設定してもほとんど影響を与えることなく、使用者に違和感を与えず、スムーズな開動作フィーリングを得ることが可能となる。
【００１３】
また、請求項８記載の発明によれば、前記第一の駆動トルクは、前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開動可能な駆動トルクを第一の駆動トルクとして出力するよう制御を行うことで、第一の駆動トルクでも確実に便座又は便蓋を開かせることができる。そのため、第一の駆動トルクを便座又は便蓋が開動可能な最小のトルクとすれば、慣性トルクを最小限に抑制することができ、且つ前記第一の所定角度まで確実に便座又は便蓋を開かせることができる。
【００１４】
また、請求項９記載の発明によれば、前記第一の所定角度は、前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開き始めるまでに発生する前記減速歯車列を介した伝達手段に加わるトルクが最大となる角度よりも大きい角度を前記第一の所定角度として制御を行うことで、慣性トルクが最も大きくなるポイントである便座又は便蓋が閉止状態から開き始める瞬間を確実に第一の駆動トルクにて動作させることが可能となる。
【００１５】
また、請求項１０記載の発明によれば、前記第二の所定角度は、前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクに段階的に駆動トルクが増加する間に、前記伝達手段に加わるトルクが前記第一の所定角度内で発生した前記伝達手段に加わる最大トルクを超えないような駆動トルクの変化量となる角度を前記第二の所定角度とすることで、前記第一の所定角度後も便座又は便蓋の開動作スピードが段階的に増加していくため、第二の所定角度までの間も急激な速度変動がなくなり慣性トルクを抑制することが可能となる。
【００１６】
また、請求項１１記載の発明によれば、前記駆動モータは、Ｄｕｔｙ比でＰＷＭ制御するよう構成することで、前記第一の駆動トルクを前記Ｄｕｔｙ比を１００％よりも小さいＤｕｔｙ比で制御し、前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクまで段階的にトルクを増加させる場合には、前記Ｄｕｔｙ比を段階的に増幅させることで、駆動モータのトルク制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、便座又は便蓋の開動作時に動作開始後の所定時間は、便座又は便蓋を開閉する駆動モータを低い駆動トルクにて出力するよう制御することで、駆動モータから減速歯車列を介した回転軸までの伝達手段にかかる負荷を軽減し、且つ所定時間経過後は、段階的に駆動トルクを増加させることで便座又は便蓋の開動作スピードが増し、使用者にとって違和感のないスムーズな開動作フィーリングを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
便座又は便蓋の電動開閉装置は、便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路を備えており、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する。前記駆動モータは、Ｄｕｔｙ比を変化させることで出力の制御を行うＰＷＭ制御とする。
【００１９】
ここでは便座の電動開動作を主体に説明するが、便蓋の開動作についても同様である。
【００２０】
便座の開動作時には、図２１に示すように開動作要求があってから第一の所定時間まで第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比にてＰＷＭ制御を行う。第一の所定時間は、便座が開方向側へ開くときの最大トルクが発生するまでの時間よりも長い時間とし、さらに駆動モータから回転軸までの伝達手段のガタ、伝達軸と便座の嵌合部のガタ、駆動モータ自体の速度のバラツキ等を加味した上で時間を設定する。第一の駆動トルクは便座重量のバラツキや便座カバーを装着した際の重量付加分を加味した上で、便座が最も重くなった状態でも便座を開かせることが可能な最小駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比とする。第一の所定時間経過後は第二の所定時間をかけて第二の駆動トルクに至るまで段階的にＤｕｔｙ比を増幅させていく。第二の駆動トルクは、その駆動モータの最大出力を発揮するＤｕｔｙ比１００％とし、第二の所定時間は、便座の開動作フィーリングの許す限り長い時間を設定する。このようなＰＷＭ制御を行うことで、便座が開き始めるときの角加速度を必要最低限に抑え、便座が開く瞬間に発生する慣性トルクを抑制することで減速歯車列等の駆動手段にかかるストレスを軽減でき、その後便座の開動作スピードが段階的に増加していくため使用者に対して違和感を与えず、良好な開動作フィーリングを得ることができる。
【００２１】
以上の実施形態では、第一の駆動トルクで制御する時間域、および第一の駆動トルクから第二の駆動トルクに至るまで段階的にＤｕｔｙ比を増幅させながら制御する時間域のそれぞれを、第一の所定時間、第二の所定時間として設定したが、便座又は便蓋の開閉角度を検出する角度検出手段を電動開閉装置に具備する場合には、図２２に示すように、時間に代えて、検出した便座又は便蓋の開角度に基いて駆動モータのＤｕｔｙ比の制御を行うことで実現することができる。
【００２２】
これらの実施形態においては、第一の駆動トルクを一定の値としているが、これに拘泥されず、経過時間あるいは開角度が大になるにつれて、第一の所定時間が経過するまで、あるいは第一の所定角度を超えるまでの間、駆動トルクを微小に大きくするように制御してもよい。なお、微小に駆動トルクを増大させる場合でも、本出願においてはそれを第一の駆動トルクと称することにする。
【００２３】
さらに、第二の所定時間あるいは第一の所定角度から第二の所定角度に至るまでの間は、段階的にＤｕｔｙ比を増幅させて駆動トルクを増大させたが、駆動トルクをいきなり上げるような制御をすることもできる。
【００２４】
また、本発明は、駆動モータをＰＷＭ制御するものに限定されるものではなく、駆動モータへの印加電圧を上下させるように制御して駆動トルクを調整してもよい。
【００２５】
次に、本発明の特徴を明らかにするために、（１）開動作要求があってからＤｕｔｙ比１００％一定で制御した場合（比較例）と、（２）第一の所定時間を１８０ｍｓｅｃ、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％、第二の所定時間を３００ｍｓｅｃ、第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を１００％として制御した場合、のそれぞれの伝達手段に加わるトルクを実際に測定した結果を図２３、図２４を用いて説明する。なお、図２３、図２４は、開動作要求から５００ｍｓｅｃ間だけのトルクを示したものであり、便座が全開角度まで開いたときの伝達手段に加わるトルクを示したものではない。
【００２６】
図２３は、便座の開動作要求直後から駆動のＤｕｔｙ比を１００％としたときの伝達手段に加わるトルクを測定した比較例についてトルク波形と駆動Ｄｕｔｙ比を縦軸にとり、開動作要求後からの経過時間を横軸にとったものである。便座の開要求後からＡ点までの間は、駆動モータから回転軸までの伝達手段のガタや伝達軸と便座の嵌合部のガタにより伝達手段に負荷がかからず空転している領域で、Ａ点で伝達軸と便座の嵌合部が衝突し負荷がかかり始める。Ａ点からＢ点までは便座の重量による負荷トルク、減速歯車列や回転軸などの伝達手段のひずみにより発生するトルク、停止状態のものが動き出す瞬間に発生する慣性トルクの合計が伝達手段に加わり、最大トルクとなるＢ点（山の頂上）で便座が開き始める。Ｂ点以降のＣ点までは便座の負荷トルクとＤｕｔｙ比１００％における駆動トルクのバランスが取れるまで駆動モータが加速し、Ｃ点以降は便座の重量と重心位置、その開放角度に応じた負荷トルクが駆動モータにかかる安定したトルク領域に入る。
【００２７】
図２４は、本発明について、第一の所定時間を１８０ｍｓｅｃ、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％、第二の所定時間を３００ｍｓｅｃ、第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を１００％と設定し、伝達部に加わるトルクを測定したときのトルク波形と駆動Ｄｕｔｙ比を縦軸にとり、開動作要求後からの経過時間を横軸にとったものである。第一の所定時間を１８０ｍｓｅｃとしたのは、駆動モータから回転軸までの伝達手段のガタと伝達軸と便座の嵌合部のガタ等のバラツキを考慮したときの最大の時間で、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％としたのは、便座重量のバラツキと便座カバーを装着したときの最大重量でも便座が閉止状態から開くことができる最小のＤｕｔｙ比を設定したものである。また、第二の所定時間を３００ｍｓｅｃとしたのは、第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を１００％としたときに便座の開動作スピードが使用者にとって違和感のないスムーズな動作をするための最長の時間を設定したものである。トルクの波形としては図２３にて説明した比較例と同様の波形を示すが、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％としたことで、Ｂ点における最大トルク（山の高さ）が比較例における２．８Ｎ・ｍから２．１Ｎ・ｍまで０．７Ｎ・ｍ減少していることがわかる。これが今回の発明における最大の効果であり、このＢ点の最大トルクは便座が閉止状態から電動で開動作する際に必ず発生するもので、この最大トルクを低減させることによって減速歯車列等の駆動手段にかかるストレスを軽減でき、寿命を延ばすことが可能となる。また、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％としたことで１００％としたときより駆動モータの回転速度が遅くなり出力トルクも低下するため、その影響としてＡ点、Ｂ点、Ｃ点それぞれの開動作要求後からの経過時間やその後の便座が全開となるまでの時間に遅れが発生するが、約２００〜３００ｍｓｅｃ程度の遅れであり、使用者に違和感を与えることがない。
【実施例】
【００２８】
以下図面を参照して実施例について説明する。
図１は本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置を内蔵した便座装置１０の斜視図、図２は便座又は便蓋の電動開閉装置の取付け位置を説明する為の分解斜視図、図３は便座用電動開閉装置３０を内蔵した便座装置１０の断面図、図４は便蓋用電動開閉装置１３０を内蔵した便座装置１０の断面図である。図において、便器本体１の背部側のリムの上面を利用して暖房便座装置１０のケーシング１１を固定し、このケーシング１１前側中央に凸収納部１１ａを形成し、この収納部１１ａの側壁１１ｂに便座用電動開閉ユニット３０、便蓋用電動開閉ユニット１３０を取付け、該電動開閉ユニット３０、１３０に便座１２及び便蓋１３を夫々取付けている。
【００２９】
便座１２及び便蓋１３には、夫々の基端部に連結部１２ａ、１３ａ及び回動部１２ｂ、１３ｂを設けており、連結部１２ａは後述するアシストユニット８０を介して便座用電動開閉ユニット３０の出力軸である回転軸４０に回動不能に連結され、連結部１３ａは、便蓋用電動開閉ユニット１３０の出力軸１４０に連結した回転軸５０に対し夫々回動不能に連結される。また、回動部１２ｂ、１３ｂは、便座１２及び便蓋１３を開閉可能に支持するための支持軸５０ａ（回転軸５０の中途部に形成）、８１ａ（回転軸４０に連結した連結軸８１の先端部８１ａ）に対し夫々回動可能に連結される。なお図４中の符号１５０は電動開閉ユニット３０、１３０を駆動するための駆動回路及びその回路を保護するためのポッティングケースである。
【００３０】
次に、電動開閉ユニットの構造を、図５〜９にしたがって説明する。
図５に便座用電動開閉ユニット３０の分解斜視図、図６に駆動モータ組品Ａの分解斜視図、図７に遊星歯車組品Ｂの分解斜視図、図８に便座用電動開閉ユニットのケーシング３１ｂを外した状態での平面図、図９にアシストユニット８０の分解斜視図を示す。なお、図８の各歯車の歯数及び歯形状は実際のものとは異なる（例えば、小歯車３２ｂ、３４ｂは実際には歯数７だが、図では歯数８として記載する）。
【００３１】
図５に示すように、便座用電動開閉ユニット３０は、外郭を形成するケーシング３１（主ケース３１ａ及び蓋ケース３１ｂで構成）、駆動モータ組品Ａ、駆動モータ組品内の小歯車３４ｂと噛み合う大歯車３７ａ及び次段へ動力を伝達する為の小歯車３７ｂを有する第２歯車３７、小歯車３７ｂと噛み合う大歯車３８ａ及び次段へ動力を伝達する為の太陽歯車３８ｂを有する第３歯車３８、遊星歯車組品Ｂ（図７に示すように遊星歯車組品Ｂは、回転軸４０、回転軸４０に固定され便座１２の回転位置を検出するためのリング状磁石６１、設定以上の荷重が回転軸４０にかかった場合にキャリア６３に荷重を伝達しないためにトルクリミッターとして機能するトレランスリング６２、トレランスリング６２を介して回転軸４０に連結されるキャリア６３、キャリア６３に設けた遊星軸６３ａに回動自在に取付けられる遊星歯車６４、遊星歯車６４のスラスト方向の動きを規制する軸受６５と、遊星歯車６４と噛み合う内歯車６６、ケーシング３１ａに遊星歯車機構を回動不能に固定する為の取付スペーサ６７とで構成される。）とで構成される。
【００３２】
なお、駆動モータ組品Ａは、図６に示すように、ＤＣブラシモータ等の直流モータにより構成される駆動モータ３２、駆動モータ３２の出力軸３２ａに圧入固定される小歯車３２ｂ、駆動モータ３２にネジ等を用いて固定される第１歯車固定用スペーサ３３、小歯車３２ｂと噛み合う大歯車３４ａ及び次段へ動力を伝達する為の小歯車３４ｂを有する第１歯車３４、第１歯車３４の回動軸３５、スペーサ３３に固定される第1歯車３４の軸受３６から構成される。なお、大歯車３４ａ表面（駆動モータ側）にはリング状磁石３４ｃを接着或いはかしめ等で一体化する。
【００３３】
なお、小歯車３２ｂ、小歯車３４ｂ、小歯車３７ｂは金属製、大歯車３４ａ、大歯車３７ａは樹脂製とし、小歯車３２ｂと大歯車３４ａ、小歯車３４ｂと大歯車３７ａはすば歯車とする。また、第３歯車３８の大歯車３８ａと太陽歯車３８ｂとを金属にて一体成形し、小歯車３７ｂと大歯車３８ａは平歯車とする。更に遊星歯車６４は金属製とし、内歯車６６は樹脂製とする。なお、金属歯車はプレス焼結や射出焼結等の金属焼結や、冷間鍛造等によって成形することができる。また樹脂歯車との一体成形としてはインサート成形等で成形することができる。
このように平歯に比べ薄くても接触面積を確保できるはすば歯車を用いることで歯車自体を薄くしても歯車強度を確保することができ、減速歯車列をコンパクトすることができる。また接触面積の大きいはすば歯車を比較的高速回転となる第１、２列の減速歯車列に用いることでバックラッシュを小さくすることが可能となり伝達効率を上げることが出来る。また、はすば歯車部分の噛み合いを金属（小歯車）と樹脂（大歯車）にすることによって磨耗による熱の発生や騒音等を抑制することができる。また、比較的低速回転・高トルクとなる第３、４列の減速歯車を金属製とすることで歯車の破壊を抑制することができる。
【００３４】
次に便座用電動開閉ユニット３０の組み立て手順について図を用いて説明する。
図６に示すように駆動モータ組品Ａの組み立ては以下の手順で行われる。まずスペーサ３３の軸受孔３３ａに軸３５の一端を差込み、軸３５に第１歯車３４を挿入し、軸受３６の軸孔３６ａに軸３５の他端を、位置決め孔３６ｂに位置決めボス３３ｂを挿入し固定孔３６ｃ、３６ｃにセルフタッピングネジ（図示無）を挿入固定し、スペーサ３３に設けた下孔３３ｃにねじ込むことで、スペーサ３３、第１歯車３４、軸３５及び軸受３６を一体化し、更に駆動モータ３２の出力軸３２ａ及び小歯車３２ｂをスペーサ３３の貫挿孔３３ｅから第１歯車３４と小歯車３２ｂとの噛み合いに注意しながら貫挿し、ネジ挿通孔３６ｄ（軸受３６）、固定孔３３ｄ（スペーサ３３）からネジを差込み、駆動モータ３２に設けたネジ孔３２ｃにネジ込むことで組み立て完了する。なおネジ挿通孔３６ｄはネジ頭よりも大きな径とし、ネジ挿通孔３６ｄ側の固定孔３３ｄは途中（他方の固定孔３３ｄと同一の肉厚となる位置）まではネジ頭よりも大きな径とし、途中からネジ部分が貫通する程度の径とすることで、駆動モータ３２への固定用ネジ２本を共通化することができる。
このように減速歯車列の第１段目を駆動モータ３２に一体化することで軸ブレ等を抑制することができ伝達効率を上げることができる。
【００３５】
図７に示すように遊星歯車組品Ｂの組み立ては以下の手順で行われる。
まずキャリア６３に設けた遊星軸６３ａに遊星歯車６４を装着し、内歯車６６を遊星歯車６４との嵌め合いに注意しながら装着する。次に軸受６５に設けた軸受凹部６５ａに軸６３ａの終端部を装着し、遊星歯車６４の動作領域を確保するためにキャリア６３に設けた締結スペーサ６３ｂの細径円筒部６３ｃを軸受６５に設けた貫通孔６５ｂに挿通しカシメることでキャリア６３、遊星歯車６４、軸受６５及び内歯車６６を一体化する（以下この一体化したものを『遊星歯車機構』という）。この遊星歯車機構の出力軸６３ｄの外周にトレランスリング６２を嵌装し、内歯車６６の外周に所定間隔をおいて形成した回動防止用の複数の凹溝６６ａと略同一形状の凸部６７ｅ（図８参照）を有するスペーサ６７を内歯車６６に外装し、スペーサ６７の開孔６７ｂから出力軸６３ｄを突出させた状態で、回転軸４０の後端に設けた連結孔４０ａ内にトレランスリング６２の外周を嵌着することで遊星歯車組品Ｂの組み立ては完了する。なお回転軸４０のフランジ４０ｂには予めリング状の磁石６１（Ｎ−Ｓが２つ形成されているもの）を止め輪等を用いて一体化しておく。またスペーサ６７の奥側には後述するエリア検出回路７１を保護する保護ブロック６７ｃを一体に設け、６７ｃの表面には配線処理用リブ６７ｄを設ける。
【００３６】
次に便座用電動開閉ユニット３０の組み立て手順を図５を用いて説明する。
磁石３４ｃの磁力を検知するホールＩＣ７０ａを搭載した回転検出回路７０の取付孔７０ｂにセルフタッピングネジ（図示無）を挿入し、ケーシング３１ａに設けた取付ボスの下孔３１ｅにネジ固定することでケーシング３１ａと回転検出回路７０を一体化する。次に、磁石６１の磁力を検知するホールＩＣ７１ａ、７１ｂを搭載したエリア検出回路７１の取付孔７１ｃにセルフタッピングネジ（図示無）を挿入し、ケーシング３１ａに設けた取付ボスの下孔３１ｆにネジ固定することでケーシング３１ａとエリア検出回路７１を一体化する。なおエリア検出回路７１には駆動モータ３２への通電用配線（図示無）を半田付けしており、その通電用配線の一つに直列に接続される正特性サーミスタ７１ｄを更に半田付けしておく。この正特性サーミスタは駆動モータ３２へ過電流が流れることを防止するために設けている。次に、ケーシング３１ａの下端部に設けたモータ収納部３１ｃに駆動モータ組品Ａを収納し、スペーサ３３に形成した取付孔３３ｆにセルフタッピングネジ（図示無）を挿入し、ケーシング３１ａに設けた取付ボスの下孔３１ｄにネジ固定することでケーシング３１ａと駆動モータ組品Ａを一体化する。
【００３７】
次に、遊星歯車組品Ｂをケーシング３１ａの円筒部３１ｇに設けた凸条３１ｒ（図８参照）とスペーサ６７の外周に設けた凹溝６７ａとが一致するよう、またスペーサ６７の保護ブロック６７ｃの外形とケーシング３１ａの内壁とが当接するようにして円筒部３１ｇ内に挿入固定する。なお、円筒部３１ｇの奥壁には貫通孔３１ｉを設け、この貫通孔３１ｉの周壁３１ｊと回転軸４０に設けたＯリング溝４０に収納されるＯリング４０ｃにより貫通孔３１ｉからの水侵入を防止するよう構成している。ここでスペーサ６７を用いてケーシング３１ａを取付けた理由は、遊星歯車機構自体はその機能上真円度が必要となり、これを直接ケーシング３１ａに取り付けるにはケーシング３１ａの円筒部３１ｇにも真円度が必要となり寸法公差が厳しく歩留まりが悪くなる為、スペーサ６７の凸部６７ｅ、ケーシング３１ａの凸条３１ｒで略点接触として製造公差をスペーサ６７の弾性変形で吸収できる構造としてケーシング３１ａの円筒部３１ｇの製造を容易とするためである。
【００３８】
次に遊星歯車６４と太陽歯車３８ｂとの噛み合いに注意しながら第３歯車３８を遊星歯車機構内に挿入し、小歯車３７ｂと大歯車３８ａの噛み合いと大歯車３７ａと小歯車３４ｂとの噛み合いに注意しながら第２歯車を軸３１ｋに挿入固定する。最後にケーシング３１ｂに設けた軸３１ｌを第３歯車３８の軸孔３８ｃ内に挿入すると共に、軸３１ｋの先端を軸受３１ｍ内に挿入し、ケーシング３１ａに設けた取付孔３１ｎにセルフタッピングネジを挿入し、ケーシング３１ｂに設けた取付ボスの下孔３１ｐにねじ込むことで便座用電動開閉ユニット３０は組み立て完了する。
図８に示すように、駆動モータ３２の外形と遊星歯車機構の外形との投影面がなす２円（Ｃａ，Ｃｂ）を隣接して配置し、更に、２円（Ｃａ，Ｃｂ）及び２円の外接線（Ｌｃ，Ｌｄ）によって囲まれた投影面内に第１歯車３４、第２歯車３７の軸を配置することによって電動開閉ユニット３０をコンパクトに設計することができる。更に本実施例では、２円（Ｃａ，Ｃｂ）の中心を通る水平線（Ｌａ，Ｌｂ）と外接線（Ｌｃ，Ｌｄ）に囲まれた投影面内に第１歯車３４、第２歯車３７の軸を配置しているので更にコンパクトに設計することが出来る。また水平線（Ｌａ，Ｌｂ）に代えて、２円（Ｃａ，Ｃｂ）の中心を結ぶ線に対し各円の中心を通る垂線を用いることでも良い。本実施例ではこの垂線も略水平となるため、然程大きな差異では無いが、減速歯車列を水平方向に配置する場合等はこのような設計とする方が望ましい。
【００３９】
便蓋用電動開閉ユニット１３０も便座用電動開閉ユニット３０と同様の部品構成、組み立て手順である為、相違点を除き説明は割愛する。以下に相違点を説明する。便座用電動開閉ユニット３０と便蓋用電動開閉ユニット１３０とは左右対称の部品構成となる。図２、図４及び図８に示すように便蓋用電動開閉ユニット１３０の出力軸１４０には回転軸５０が回動不能に挿入固定される略長方形状の連結孔１４１が設けられている。また便蓋用電動開閉ユニット１３０のケーシング１３１ａにはケーシング１１の側壁１１ｂと所定間隔を保つ為のボス１３１ｂ及びキャップ部材１１ｄの受用突起１３１ｃが一体に設けられている。
【００４０】
次にアシストユニット８０について図３、図９を用いて説明する。
アシストユニット８０は電動開閉ユニット３０の回転軸４０に回動不能に連結される連結軸８１、便座１２を開方向に付勢するために一端８２ａが連結軸８１に固定されたアシストバネ８２、アシストバネ８２の他端８２ｂが固定されると共にケーシング１１に回動不能に連結される連結カバー８３、連結カバー８３と共にアシストバネ８２を囲う蓋カバー８４、便座１２をケーシング１１から着脱するための着脱レバー８５、アシストユニット８０を便座１２に固定する為の固定部材８６で構成される。
【００４１】
連結軸８１の先端部８１ａ（便蓋１３の支持軸）にはセレーションを形成し、略中央部分には連結軸８１のスラスト方向の移動を規制するための大径部８１ｂを形成する。また、蓋カバー８４の内筒部８４ａとの間をシールする為のＯリング溝８１ｃを形成し、大径部８１ｂとＯリング溝８１ｃとの間にアシストバネ８２に一端を挿入するための挿入穴８１ｄを形成する。また、カバー８３の内筒部８３ａとの間をシールする為のＯリング溝８１ｅを形成し、末端部分には回転軸４０の外形と略同一形状の溝８１ｆを形成する。
【００４２】
アシストバネ８２の一端８２ａは中央に向けて折り曲げられ、挿入孔８１ｄに挿入され、他端８２ｂは中央に向けて折り曲げられ連結カバー８３の内筒部８３ａの外周に形成した支持溝８３ｂに固定される。なお支持溝８３ｂの根元部分はやや底部８３ｃの肉厚を増してアシストバネ８２の他端８２ｂの回動を防止する防止壁８３ｄを形成する。また、連結カバー８３の後端には便座用電動開閉ユニット３０の外郭ケーシング３１ａに一体に形成した係合突起３１ｑに嵌合して回動が規制される規制突起８３ｅを形成し、規制突起の８３ｅの周縁部分の一箇所に着脱レバーの回動を規制するストッパ８３ｆを形成する。また、外筒部８３ｇには若干径を細めた細径部８３ｈを形成する。
連結カバー８３の開口端には溶着用リブ８３ｉを全周に形成し、蓋カバー８４を超音波溶着等で一体化する。
【００４３】
着脱レバー８５は、上方が切り欠かれた支持円筒８５ａと下方が切り欠かれた着脱用円筒８５ｂとで形成され、その間に内側及び外側に若干肉を増したリング状リブ８５ｃを形成する。このリング状リブ８５ｃの内径は細径部８３ｈと略同一径で外筒部８３ｇよりも小さい径としておく。また、着脱用円筒８５ｂには把持用突起８５ｄを形成する。
固定部材８６には連結軸８１の外形と略同一形状の連結用開口８６ａ、便座１２に回動不能に固定するために外周に沿って所定間隔毎に設けた突起８６ｂ、略Ｌ字形状の連結クランク８６ｃを形成する。また、連結クランク８６ｃには締結ネジ用の下孔８６ｄ、アシストユニット８０（固定部材８６を除く）のスラスト方向の移動を規制するストッパ８６ｅを形成する。
【００４４】
次にアシストユニット８０の組み立て手順を説明する。連結軸８１のＯリング溝８１ｃ、８１ｅにＯリングを収要し、連結軸８１の挿入孔８１ｄにアシストバネ８２の一端８２ａを挿入し、他端８２ｂを連結カバー８３の支持溝８３ｂに係合させて連結軸８１を連結カバー８３の内筒部８３ａ内に、内筒部８３ａの端部と連結軸８１の大径部８１ｂとが当接するまで挿入する。これによりアシストバネ８２の他端８２ｂは防止壁８３ｄ内に収容される。次に蓋カバー８４の内筒部８４ａ内に連結軸８１の先端部８１ａを挿入し、蓋カバー８４の裏側と連結カバー８３の溶着用リブ８３ｉとを当接させた状態で、蓋カバーを超音波振動させることで連結軸８１、アシストバネ８２、連結カバー８３、蓋カバー８４を一体化する。次に着脱レバー８５を外筒部８３ｇに挿入するが、外筒部８３ｇはリング状リブ８５ｃよりも若干大きな径としているので、リング状リブ８５ｃが外筒部８３ｇを乗り上げ細径部８３ｈまで挿入されると連結カバー８３と着脱レバー８５とは一体化され、着脱レバー８５は外筒部８３ｇとリング状リブ８５ｃとでスラスト方向の抜けは規制される。次に連結軸８１を固定部材８６の連結用開口８６ａ内に挿入することでアシストユニット８０は一体化される。
【００４５】
このアシストユニット８０の連結軸８１を便座１２の連結孔１２ｄ（図１参照）内に挿通し、アシストユニット８０を便座１２の連結部１２ａ内に挿入した状態で、固定部材８６の下孔８６ｄ及び便座１２のネジ孔１２ｃ（図１参照）とをセルフタッピングネジで締結することで便座１２とアシストユニット８０は一体化される。なお、連結クランク８６ｃは便座１２に装着される前は外側に弾性変形可能であるため、アシストユニット８０（固定部材８６を除く）は固定部材８６から着脱可能であるが、便座１２に装着された後では便座１２によって外側の変形は規制される為、ストッパ８６ｅと連結カバー８３のフランジ８３ｊとによってアシストユニット８０（固定部材８６を除く）はスラスト方向の抜けが規制される。また、着脱レバー８５も同様に連結クランク８６ｃと外筒部８３ｇとのクリアランスが小さく外筒部８３ｇを乗り越える程外側に着脱レバー８５が変形できないことでスラスト方向の抜けが防止される。
【００４６】
次にトレランスリング６２について図１０の原理図を用いて説明する。トレランスリング６２は図に示すように波形状をした部分をもつリングの形状をしており、各波はバネとして作用し、その作用力は波の変形量に比例する。組み立て時に必要な力をＡＦ、半径方向力をＲＬ（Ｎ）、摩擦係数をμ、波の数をｎ、波の変形量をｃ（ｍｍ）、バネ定数をＫ（Ｎ／ｍｍ）、伝達トルクをＭｔ、軸直径をｄ（ｍ）とすると、
ＲＬ＝ｎ・ｃ・Ｋ
ＡＦ＝ＲＬ・μ
Ｍｔ＝ＡＦ・ｄ／２
で算出することができる。
バネ定数は材料の厚さ、波のピッチ、幅、形状、高さを変更することで設定できるので、正常時に回転軸４０，１４０に最大どの程度のトルクがかかるかを実験等で見極め、そのトルクに応じてトレランスリング６２の形状を選択する。
この設定トルク以上のトルクが回転軸４０に発生した場合には、トレランスリング６２の波形状部６２ａが回転軸４０、１４０の連結孔に食い込み固定されており、トレランスリングのリング状縁部６２ｂがキャリア６３の出力軸６３ｄの外周を滑り、設定トルク以上の過重が電動開閉ユニット３０、１３０内部にかかることがなく、歯車の破損等を防止することが出来る。
【００４７】
駆動モータ３２の断面図を図１１に示す。図示のように駆動モータ３２のシャフトはモータ内部を貫通しており、その径は内部では比較的太く、露出した部分は細径としている。この先端部３２ａを細径としたのは、小歯車３２ｂの歯数をできるだけ少なくして減速比を大きくとりたいためである。なお、シャフト自体を細径とすることも考えられるが、シャフト長に対してシャフトが細いと駆動モータ３２の軸ぶれが大きくなるためにシャフト自体を細径とはせず、小歯車３２ｂが取付けれる部分のみを細径とするのである。
【００４８】
次に上記構成の便座用電動開閉ユニット３０による動作の説明を行う。
図１２に本発明の便座装置の制御ブロック図、図１３に駆動モータ３２のドライバ回路図、図１４にスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４への通電信号波形、図１５にエリア検出回路７１に設けたホールＩＣ７１ａ、７１ｂの出力信号波形、図１６に回転検出回路に設けたホールＩＣ７０ａの出力信号波形、図１７〜図２０に動作フローを示す。
【００４９】
図１２に示すように駆動モータ３２の制御はドライバ回路１５０で行われる。
ドライバ回路１５０は、図１３を参照して、回転方向及び回転量を制御するためにトランジスタ等で構成するスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４と、過電流が駆動モータ３２へ流れることを防止するための正特性サーミスタ７１ｄと、電動開閉制御用ＣＰＵ等へブレーキ制御時の逆起電力等が加わらないようにする為の保護手段としてダイオードｄ１、ｄ２で構成される。今回の電動開閉モータの構造では出力側（＝便座・便蓋）から回されると多段（５４４段）でＤＣモータを使用しているため、モータの発電電圧が高くなる（７０Ｖ程度まで上昇）。
駆動モータ３２を正転する際はＴｒ１とＴｒ４とをオン状態、Ｔｒ２とＴｒ３をオフ状態とし、反転の際はＴｒ１とＴｒ４とをオフ状態、Ｔｒ２とＴｒ３をオン状態とし、ブレーキをかける際はＴｒ３とＴｒ４をオン状態、Ｔｒ１とＴｒ２をオフ状態とする（ショートブレーキ）。また、負荷をフリーする際は、Ｔｒ１及びＴｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４をすべて、オフ状態とする（フリー制御）。ブレーキをかける際は便座若しくは便蓋の自重で駆動モータ３２のシャフトが回転させられ駆動モータ３２は発電機として作用するため前述のダイオードｄ１、ｄ２で電動開閉制御用ＣＰＵ等へ逆起電力が加わらないようにする。また、図示しないが、Ｔｒ３、Ｔｒ４へ逆起電力が加わらないよう、別のダイオードを設けるようにする。
【００５０】
また、夫々のオン時間を図１４に示すような通電信号波形でＤｕｔｙ制御することで駆動モータ３２の回転速度を制御する。なお、正転、逆転時はＧを１ｍｓ（ＰＷＭ駆動周波数１ｋＨｚ）とし、ブレーキ時はＧを８ｍｓ（ＰＷＭ駆動周波数１２５Ｈｚ）とする。なお、ＯＮ−ＤｕｔｙがＨ％とは１周期（Ｇｍｓ）中にオンする時間がＨ％であることを示しており、例えばＧ＝１ｍｓ、Ｈ＝３０％であれば１周期中に０．３ｍｓ（１ｍｓ＊３０％）オンすることを意味する。なお、このＨは回転検出回路７０及びエリア検出回路７１によって検知される便座若しくは便蓋の検知位置に応じた夫々の設定とする。（以下３０％Ｄｕｔｙ等として記載する。）また、便座・便蓋の開位置を、図１５のように、エリアＡ（閉端エリア）、エリアＢ（動作エリア）、エリアＣ（開端エリア）、エリアＤ（異常エリア）の４つのエリアに区分けしておく。
【００５１】
図１７には便蓋開要求が有った際のフローチャートを示す。例えば人体検知センサによる人体接近検知若しくはリモコン等に設けられる便蓋開スイッチ（図示無し）が操作されて便蓋開要求がなされると蓋開端位置を記憶しているかを確認し、蓋開端の位置の記憶がなされていると、駆動モータが第一の駆動トルクにて動作するようＴｒ１、Ｔｒ４を低Ｄｕｔｙ（ここでは６０％Ｄｕｔｙ、Ｇ＝１ｍｓ）でオン状態として便蓋が確実に持ち上がるまでの第一の所定時間（ここでは１８０ｍｓｅｃ）低Ｄｕｔｙにて開動作を継続し、第二の所定時間（ここでは３００ｍｓｅｃ）で６０％Ｄｕｔｙから第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ（ここでは１００％Ｄｕｔｙ）に到達するまで段階的にＤｕｔｙを増幅し、１００％Ｄｕｔｙに到達した後は１００％Ｄｕｔｙを継続し、エリア検出回路７１のホールＩＣ７１ａの出力がＬｏｗからＨｉへ切り替わる（８０°検知）と、Ｔｒ１、Ｔｒ４を５０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、更にエリア検出回路７１で８０°を検知してからの回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルスが所定数（蓋開端位置に相当するパルス数−１５°に相当するパルス数）に達するとＴｒ１、Ｔｒ４を４０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、更にエリア検出回路７１で８０°を検知してからの回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルスが所定数（蓋開端位置に相当するパルス数−１０°に相当するパルス数）に達するとＴｒ３、Ｔｒ４を１００％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝８ｍｓ）で０．１秒間オン状態とし、続いてＴｒ３、Ｔｒ４を５０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝８ｍｓ）で０．４秒間間欠的にオン状態とし、その後再度Ｔｒ１、Ｔｒ４を２０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態として駆動モータ３２を駆動し、回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルス変化が０．５秒以上無い場合にロータンク等の障害物によって便蓋１３開動作が停止した（停止検知）と判断して駆動モータ３２への通電を停止する。なお、停止検知が得られない場合にも８°相当のパルス数をホールＩＣ７０ａから得ることができた時点で通電停止する。このようにして便蓋用電動開閉ユニット１３０内の駆動モータ３２へ通電がなされた際には、減速歯車列（小歯車３２ｂ、第１歯車３４、第２歯車３７、第３歯車３８、遊星歯車機構）及びトレランスリング６２、出力軸１４０を介して駆動モータ３２の回転が回転軸５０に伝達し、便蓋１３を開放し、８０°を超える開端付近では蓋の自重による逆起電力の発生を利用してブレーキをかけることでロータンク等の障害物との衝突音を小さくすることが出来る。また最後に再度２０％Ｄｕｔｙで便蓋を駆動するのは次の閉止動作の準備の為である。
【００５２】
図１８には便座開要求が有った際のフローチャートを示す。例えばリモコン等に設けられる便座開スイッチ（図示無し）が操作されて便座開要求がなされると座開端位置を記憶しているかを確認し、座開端の位置の記憶がなされていると、駆動モータが第一の駆動トルクにて動作するようＴｒ１、Ｔｒ４を低Ｄｕｔｙ（ここでは６０％Ｄｕｔｙ、Ｇ＝１ｍｓ）でオン状態として便蓋が確実に持ち上がるまでの第一の所定時間（ここでは１８０ｍｓｅｃ）低Ｄｕｔｙにて開動作を継続し、第二の所定時間（ここでは３００ｍｓｅｃ）で６０％Ｄｕｔｙから第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ（ここでは１００％Ｄｕｔｙ）に到達するまで段階的にＤｕｔｙを増幅し、１００％Ｄｕｔｙに到達した後は１００％Ｄｕｔｙを継続し、エリア検出回路７１のホールＩＣ７１ａの出力がＬｏｗからＨｉへ切り替わる（８０°検知）と、Ｔｒ１、Ｔｒ４を５０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、更にエリア検出回路７１で８０°を検知してからの回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルスが所定数（蓋開端位置に相当するパルス数−１５°に相当するパルス数）に達するとＴｒ１、Ｔｒ４を４０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、更にエリア検出回路７１で８０°を検知してからの回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルスが所定数（蓋開端位置に相当するパルス数−１０°に相当するパルス数）に達するとＴｒ１、Ｔｒ４を２０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態として駆動モータ３２を駆動し、回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルス変化が０．５秒以上無い場合にロータンク等の障害物によって便座１２開動作が停止した（停止検知）と判断して駆動モータ３２への通電を停止する。なお、エリアＤに移行した後３５°駆動（回転検出回路７０の３５°に相当するパルス数をカウント）しても停止検知できない場合にはその時点で通電を停止する。この停止位置が１４０°以上である場合には異常とみて、後述する異常時制御フローへ移行する。このようにして便座用電動開閉ユニット３０内の駆動モータ３２へ通電がなされた際には、減速歯車列（小歯車３２ｂ、第１歯車３４、第２歯車３７、第３歯車３８、遊星歯車機構）及びトレランスリング６２、出力軸４０を介して駆動モータ３２の回転が伝達し、便座１２を開放する。なお、便蓋１３の開放時にはブレーキ制御を行い緩やかな閉止動作を行うようにしたが便座１２では行っていない。これは、便蓋１３裏面にはクッション脚が設けられており、便座１２を勢い良く開放しても、このクッション脚により衝突音はもともと抑制されるからである。
【００５３】
例えばリモコン等に設けられる便蓋・便座同時開スイッチ（図示無し）が操作されて便蓋及び便座開要求がなされると、図１７及び図１８に示したフローチャートの通りに便蓋用開閉ユニット１３０、便座用開閉ユニット３０の夫々の駆動モータ３２を同時に制御することで便座１２及び便蓋１３の開放動作が行われる。
【００５４】
図１９には、便蓋（便座）開端位置を記憶するための概略のフローチャートを示す。例えばリモコン等に設けられる便蓋（便座）開スイッチ（図示無し）が操作されて便蓋（便座）開要求がなされると便蓋（便座）開端位置を記憶しているかを確認し、便蓋（便座）開端の位置の記憶がなされていないと、駆動モータが第一の駆動トルクにて動作するようＴｒ１、Ｔｒ４を低Ｄｕｔｙ（ここでは６０％Ｄｕｔｙ、Ｇ＝１ｍｓ）でオン状態として便蓋が確実に持ち上がるまでの第一の所定時間（ここでは１８０ｍｓｅｃ）低Ｄｕｔｙにて開動作を継続し、第二の所定時間（ここでは３００ｍｓｅｃ）で６０％Ｄｕｔｙから第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ（ここでは１００％Ｄｕｔｙ）に到達するまで段階的にＤｕｔｙを増幅し、１００％Ｄｕｔｙに到達した後は１００％Ｄｕｔｙを継続し、エリア検出回路７１のホールＩＣ７１ａの出力がＬｏｗからＨｉへ切り替わる（８０°検知）と、Ｔｒ１、Ｔｒ４を５０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルス変化が０．５秒以上無い場合にロータンク等の障害物によって便蓋（便座）開動作が停止した（停止検知）と判断して駆動モータ３２への通電を停止する。なお、エリアＣに移行した後の回転検出回路７０の出力パルス数をカウントしてそのカウント値を便蓋（便座）開端位置として記憶する。なお、停止検知が得られない場合には、図１７に示したように８°駆動した時点で便蓋駆動を停止する。便座も同様に停止検知が得られない場合には図１８に示したように１４０°の位置まで駆動するようにして便座用電動開閉ユニット３０内の駆動モータ３２へ通電がなされた際には、減速歯車列（小歯車３２ｂ、第１歯車３４、第２歯車３７、第３歯車３８、遊星歯車機構）及びトレランスリング６２、出力軸４０を介して駆動モータ３２の回転が伝達し、便座１２を開放する。なお、便蓋１３の開放時にはブレーキ制御を行い緩やかな閉止動作を行うようにしたが便座１２では行っていない。これは、便蓋１３裏面にはクッション脚が設けられており、便座１２を勢い良く開放しても、このクッション脚により衝突音はもともと抑制されるからである。
【００５５】
図２０には異常時制御フローを示す。通常時には便座１２はケーシング１１と当接するため１１０°以上回転することは無い。しかし、便座１２及び便蓋１３を取り外した状態で、便座開スイッチ若しくは便座・便蓋同時開スイッチが操作されるとケーシング１１に当接することは無いので、制御上の限界角度１４０°まで回転してしまう（図１８参照）。このような状態で便座１２及び便蓋１３を取付けようとしても電動開閉ユニットの回転軸４０、５０と便座・便蓋の基端部に設けた連結部１２ａ、１３ａ及び回動部１２ｂ、１３ｂとが噛み合わないために取り付かない。このため、便座用電動開閉ユニット３０の回転軸４０の位置が１４０°以上を検知すると座蓋が外された状態での駆動であるとみなし、９０°近辺まで出力軸を移動させて便座１２の取付ができるようにする。便座側で１４０°以上を検知すると便蓋側電動開閉ユニット１３０も同様に９０°近辺まで回転軸５０を移動させて便蓋１３の取付が出来るようにする。なお、便蓋１３がどのエリアにあるかはその時々で異なるため、何れのエリアにあっても、一端エリアＤへ移動させてそこから制御を行うことで確実に９０°近辺へ便蓋用開閉ユニット１３０の回転軸５０を移動することができる。
【００５６】
ところで便座１２は内部に暖房用のヒータが設けられており、比較的重いため、便蓋用電動開閉ユニット１３０と同一の構造の便座用電動開閉ユニット３０だけでは便座１２を持ち上げることができない。そのために図３に示したようなアシストユニット８０が設けられる。このアシストユニット８０は一端がケーシング１１に一体化され、他端が便座１２に一体化されるアシストバネ８２を内蔵している。このアシストバネ８２は便座１２が略垂直状態で自然長とされており、便座１２閉塞時には捩れた状態となっている。
従って、便座１２閉塞時には開放側のトルクを発生することができ、これにより、便蓋用電動開閉ユニット１３０と略同一の構造でも便座１２を持ち上げることが可能となっている。
【００５７】
なお、アシストバネ８２の一端８２ａは連結ケース８３の規制突起８３ｅとケーシング１１に取付けられる便座用電動開閉ユニット３０の係合突起３１ｑとの係合によってケーシング１１に一体化されており、アシストバネ８２の他端８２ｂは連結軸８１、固定部材８６を介して便座１２に一体化されている。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置を内蔵した便座装置１０の斜視図
【図２】本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置の取付け位置を説明する為の分解斜視図
【図３】便座用電動開閉装置３０を内蔵した便座装置１０の断面図
【図４】便蓋用電動開閉装置１３０を内蔵した便座装置１０の断面
【図５】便座用電動開閉ユニット３０の分解斜視図
【図６】駆動モータ組品Ａの分解斜視図
【図７】遊星歯車組品Ｂの分解斜視図
【図８】便座用電動開閉ユニットのケーシング３１ｂを外した状態での平面図
【図９】アシストユニット８０の分解斜視図
【図１０】トレランスリング６２の原理図
【図１１】駆動モータ３２の断面図
【図１２】本発明の便座装置の制御ブロック図
【図１３】駆動モータ３２のドライバ回路図
【図１４】スイッチング素子Ｔｒ1、Ｔｒ2、Ｔｒ3、Ｔｒ4への通電信号波形
【図１５】エリア検出回路７１に設けたホールＩＣ７１ａ、７１ｂの出力信号波形
【図１６】回転検出回路に設けたホールＩＣ７０ａの出力信号波形
【図１７】便蓋開要求が有った際のフローチャート
【図１８】便座開要求が有った際のフローチャート
【図１９】便蓋（便座）開端位置を記憶するためのフローチャート
【図２０】便座及び便蓋が取り外された状態で電動開閉ユニットの出力軸が開方向に移動した際の異常時制御フローチャート
【図２１】便座及び便蓋の開動作時の駆動トルクを制御するための駆動Ｄｕｔｙと開要求からの時間の関係を示す図
【図２２】便座及び便蓋の開動作時の駆動トルクを制御するための駆動Ｄｕｔｙと開要求からの便座又は便蓋の角度の関係を示す図
【図２３】便座の開動作時の駆動Ｄｕｔｙを１００％一定で制御した比較例における伝達部にかかる負荷トルクを示す図
【図２４】本発明に関し、便座の開動作時の駆動Ｄｕｔｙを１８０ｍｓｅｃ間６０％で制御し、その後駆動Ｄｕｔｙ１００％まで３００ｍｓｅｃかけて段階的に増幅させたときの伝達部にかかる負荷トルクを示す図
【符号の説明】
【００５９】
１０…便座装置
１１…ケーシング
１２…便座
１３…便蓋
３０…便座用電動開閉装置
３１…電動開閉ケーシング
３２…駆動モータ
３３…スペーサ
３４…第１歯車
３５…第１歯車用軸
３６…第１歯車用軸受
３７…第２歯車
３８…第３歯車
４０…便座用回転軸
５０…便蓋用回転軸
Ａ…駆動モータ組品
Ｂ…遊星歯車組品
【技術分野】
【０００１】
本発明は洋式便器における便座又は便蓋の電動開閉装置に関し、詳しくは便座、便蓋を個々に電動開閉する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、便座又は便蓋の電動開閉装置は、便座又は便蓋の開放時には、開動作開始時から高加速回転を行い、その後便座又は便蓋の開放角度に応じて低加速回転、減速回転、等速回転といったように、駆動トルクを開動作開始後は高く設定し、その後段階的に低減させていくような制御が行われていた（例えば、特許文献１参照。）。便座又は便蓋の開動作開始直後に、駆動モータから伝達軸までの伝達手段に加わるトルクは、もともと便座又は便蓋が持つ重量や重心位置に依存する負荷トルク、減速歯車列や回転軸などの伝達手段のひずみにより発生するトルク、停止状態のものが動き出す瞬間に発生する慣性トルクが合わさったものとなり、便座又は便蓋が開く瞬間に発生するトルクが最大トルクとなる。
【０００３】
便座又は便蓋の電動開閉装置では、開動作開始直後から駆動トルクが高く設定されているため、便座又は／及び便蓋が開き始める瞬間の角加速度が大きくなり慣性トルクも最大となってしまう。そのため最大トルクがより大きいものとなり、便座又は便蓋の毎回の開動作で、駆動部や減速歯車列等の伝達手段に過度のストレスが発生し、破損や磨耗の原因となる問題があった。また、その対応として、過度のストレスに耐え得るような、より頑丈な材質や構造を持つ伝達手段を選定せざるを得ず、高価なものになってしまっていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６５３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、便座又は便蓋が開き始める瞬間に発生する慣性トルクを抑えることで伝達手段に加わる最大トルクを軽減させるとともに、使用者にとって違和感のないスムーズな開動作フィーリングが得られる便座又は便蓋の電動開閉装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路とから成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、開動作開始後は第一の所定時間まで前記駆動モータの最大駆動トルクよりも低い第一の駆動トルクにて前記駆動モータが動作するよう制御を行うことで、便座又は便蓋が開き始める瞬間の角加速度が小さくなり慣性トルクを抑制することができ、伝達手段に加わる最大トルクを軽減させることが可能となる。そのため、便座又は便蓋の開動作で、減速歯車列等の伝達手段にかかるストレスを軽減でき、寿命を延ばすことが可能となる。
【０００７】
また、請求項２記載の発明によれば、前記第一の所定時間経過後は前記第一の駆動トルクより段階的に駆動トルクを増加させ、第二の所定時間で第二の駆動トルクまで到達させる制御を行うことで、第二の所定時間で第二の駆動トルクに到達するまで便座又は便蓋の開動作スピードが段階的に増加していくため、便座又は便蓋の開端位置までの開動作時間の遅れに対して第一の駆動トルクを低く設定してもほとんど影響を与えることがなく、使用者に違和感を与えず、スムーズな開動作フィーリングを得ることが可能となる。
【０００８】
また、請求項３記載の発明によれば、前記第一の駆動トルクは、前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開動可能な駆動トルクを第一の駆動トルクとして出力するよう制御を行うことで、第一の駆動トルクでも確実に便座又は便蓋を開かせることができる。そのため、第一の駆動トルクを便座又は便蓋が開動可能な最小のトルクとすれば、慣性トルクを最小限に抑制することができ、前記第一の所定時間を伝達手段のガタや伝達軸と便座の嵌合部のガタ及び駆動モータの速度バラツキ等を考慮して長く設定しても、便座又は便蓋が第一の所定時間は開かないという現象をなくすことができ、使用者に違和感を与えることがなくなる。
【０００９】
また、請求項４記載の発明によれば、前記第一の所定時間は、前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開き始めるまでに発生する前記減速歯車列を介した伝達手段に加わるトルクが最大となる時間よりも長い時間を前記第一の所定時間として制御を行うことで、慣性トルクが最も大きくなるポイントである便座又は便蓋が閉止状態から開き始める瞬間を確実に第一の駆動トルクにて動作させることが可能となる。
【００１０】
また、請求項５記載の発明によれば、前記第二の所定時間は、前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクに段階的に駆動トルクが増加する間に、前記伝達手段に加わるトルクが前記第一の所定時間内で発生した前記伝達手段に加わる最大トルクを超えないような駆動トルクの変化量となる時間を前記第二の所定時間とすることで、前記第一の所定時間経過後も便座又は便蓋の開動作スピードが段階的に増加していくため、第二の所定時間の間も急激な速度変動がなくなり慣性トルクを抑制することが可能となる。
【００１１】
また、請求項６記載の発明によれば、便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路と、前記便座又は便蓋の開閉角度を検出する角度検出手段から成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、開動作開始後は第一の所定角度まで前記駆動モータの最大駆動トルクよりも低い第一の駆動トルクにて前記駆動モータが動作するよう制御を行うことで、便座又は便蓋が開き始める瞬間の角加速度が小さくなり慣性トルクを抑制することができ、伝達手段に加わる最大トルクを軽減させることが可能となる。そのため、便座又は便蓋の開動作で、減速歯車列等の駆動手段にかかるストレスを軽減でき、寿命を延ばすことが可能となる。
【００１２】
また、請求項７記載の発明によれば、前記第一の所定角度到達後は前記第一の駆動トルクより段階的に駆動トルクを増加させ、第二の所定角度で第二の駆動トルクまで到達させる制御を行うことで、第二の所定角度で第二の駆動トルクに到達するまで便座又は便蓋の開動作スピードが段階的に増加していくため、便座又は便蓋の開端位置までの開動作時間の遅れに対して第一の駆動トルクを低く設定してもほとんど影響を与えることなく、使用者に違和感を与えず、スムーズな開動作フィーリングを得ることが可能となる。
【００１３】
また、請求項８記載の発明によれば、前記第一の駆動トルクは、前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開動可能な駆動トルクを第一の駆動トルクとして出力するよう制御を行うことで、第一の駆動トルクでも確実に便座又は便蓋を開かせることができる。そのため、第一の駆動トルクを便座又は便蓋が開動可能な最小のトルクとすれば、慣性トルクを最小限に抑制することができ、且つ前記第一の所定角度まで確実に便座又は便蓋を開かせることができる。
【００１４】
また、請求項９記載の発明によれば、前記第一の所定角度は、前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開き始めるまでに発生する前記減速歯車列を介した伝達手段に加わるトルクが最大となる角度よりも大きい角度を前記第一の所定角度として制御を行うことで、慣性トルクが最も大きくなるポイントである便座又は便蓋が閉止状態から開き始める瞬間を確実に第一の駆動トルクにて動作させることが可能となる。
【００１５】
また、請求項１０記載の発明によれば、前記第二の所定角度は、前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクに段階的に駆動トルクが増加する間に、前記伝達手段に加わるトルクが前記第一の所定角度内で発生した前記伝達手段に加わる最大トルクを超えないような駆動トルクの変化量となる角度を前記第二の所定角度とすることで、前記第一の所定角度後も便座又は便蓋の開動作スピードが段階的に増加していくため、第二の所定角度までの間も急激な速度変動がなくなり慣性トルクを抑制することが可能となる。
【００１６】
また、請求項１１記載の発明によれば、前記駆動モータは、Ｄｕｔｙ比でＰＷＭ制御するよう構成することで、前記第一の駆動トルクを前記Ｄｕｔｙ比を１００％よりも小さいＤｕｔｙ比で制御し、前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクまで段階的にトルクを増加させる場合には、前記Ｄｕｔｙ比を段階的に増幅させることで、駆動モータのトルク制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、便座又は便蓋の開動作時に動作開始後の所定時間は、便座又は便蓋を開閉する駆動モータを低い駆動トルクにて出力するよう制御することで、駆動モータから減速歯車列を介した回転軸までの伝達手段にかかる負荷を軽減し、且つ所定時間経過後は、段階的に駆動トルクを増加させることで便座又は便蓋の開動作スピードが増し、使用者にとって違和感のないスムーズな開動作フィーリングを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
便座又は便蓋の電動開閉装置は、便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路を備えており、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する。前記駆動モータは、Ｄｕｔｙ比を変化させることで出力の制御を行うＰＷＭ制御とする。
【００１９】
ここでは便座の電動開動作を主体に説明するが、便蓋の開動作についても同様である。
【００２０】
便座の開動作時には、図２１に示すように開動作要求があってから第一の所定時間まで第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比にてＰＷＭ制御を行う。第一の所定時間は、便座が開方向側へ開くときの最大トルクが発生するまでの時間よりも長い時間とし、さらに駆動モータから回転軸までの伝達手段のガタ、伝達軸と便座の嵌合部のガタ、駆動モータ自体の速度のバラツキ等を加味した上で時間を設定する。第一の駆動トルクは便座重量のバラツキや便座カバーを装着した際の重量付加分を加味した上で、便座が最も重くなった状態でも便座を開かせることが可能な最小駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比とする。第一の所定時間経過後は第二の所定時間をかけて第二の駆動トルクに至るまで段階的にＤｕｔｙ比を増幅させていく。第二の駆動トルクは、その駆動モータの最大出力を発揮するＤｕｔｙ比１００％とし、第二の所定時間は、便座の開動作フィーリングの許す限り長い時間を設定する。このようなＰＷＭ制御を行うことで、便座が開き始めるときの角加速度を必要最低限に抑え、便座が開く瞬間に発生する慣性トルクを抑制することで減速歯車列等の駆動手段にかかるストレスを軽減でき、その後便座の開動作スピードが段階的に増加していくため使用者に対して違和感を与えず、良好な開動作フィーリングを得ることができる。
【００２１】
以上の実施形態では、第一の駆動トルクで制御する時間域、および第一の駆動トルクから第二の駆動トルクに至るまで段階的にＤｕｔｙ比を増幅させながら制御する時間域のそれぞれを、第一の所定時間、第二の所定時間として設定したが、便座又は便蓋の開閉角度を検出する角度検出手段を電動開閉装置に具備する場合には、図２２に示すように、時間に代えて、検出した便座又は便蓋の開角度に基いて駆動モータのＤｕｔｙ比の制御を行うことで実現することができる。
【００２２】
これらの実施形態においては、第一の駆動トルクを一定の値としているが、これに拘泥されず、経過時間あるいは開角度が大になるにつれて、第一の所定時間が経過するまで、あるいは第一の所定角度を超えるまでの間、駆動トルクを微小に大きくするように制御してもよい。なお、微小に駆動トルクを増大させる場合でも、本出願においてはそれを第一の駆動トルクと称することにする。
【００２３】
さらに、第二の所定時間あるいは第一の所定角度から第二の所定角度に至るまでの間は、段階的にＤｕｔｙ比を増幅させて駆動トルクを増大させたが、駆動トルクをいきなり上げるような制御をすることもできる。
【００２４】
また、本発明は、駆動モータをＰＷＭ制御するものに限定されるものではなく、駆動モータへの印加電圧を上下させるように制御して駆動トルクを調整してもよい。
【００２５】
次に、本発明の特徴を明らかにするために、（１）開動作要求があってからＤｕｔｙ比１００％一定で制御した場合（比較例）と、（２）第一の所定時間を１８０ｍｓｅｃ、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％、第二の所定時間を３００ｍｓｅｃ、第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を１００％として制御した場合、のそれぞれの伝達手段に加わるトルクを実際に測定した結果を図２３、図２４を用いて説明する。なお、図２３、図２４は、開動作要求から５００ｍｓｅｃ間だけのトルクを示したものであり、便座が全開角度まで開いたときの伝達手段に加わるトルクを示したものではない。
【００２６】
図２３は、便座の開動作要求直後から駆動のＤｕｔｙ比を１００％としたときの伝達手段に加わるトルクを測定した比較例についてトルク波形と駆動Ｄｕｔｙ比を縦軸にとり、開動作要求後からの経過時間を横軸にとったものである。便座の開要求後からＡ点までの間は、駆動モータから回転軸までの伝達手段のガタや伝達軸と便座の嵌合部のガタにより伝達手段に負荷がかからず空転している領域で、Ａ点で伝達軸と便座の嵌合部が衝突し負荷がかかり始める。Ａ点からＢ点までは便座の重量による負荷トルク、減速歯車列や回転軸などの伝達手段のひずみにより発生するトルク、停止状態のものが動き出す瞬間に発生する慣性トルクの合計が伝達手段に加わり、最大トルクとなるＢ点（山の頂上）で便座が開き始める。Ｂ点以降のＣ点までは便座の負荷トルクとＤｕｔｙ比１００％における駆動トルクのバランスが取れるまで駆動モータが加速し、Ｃ点以降は便座の重量と重心位置、その開放角度に応じた負荷トルクが駆動モータにかかる安定したトルク領域に入る。
【００２７】
図２４は、本発明について、第一の所定時間を１８０ｍｓｅｃ、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％、第二の所定時間を３００ｍｓｅｃ、第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を１００％と設定し、伝達部に加わるトルクを測定したときのトルク波形と駆動Ｄｕｔｙ比を縦軸にとり、開動作要求後からの経過時間を横軸にとったものである。第一の所定時間を１８０ｍｓｅｃとしたのは、駆動モータから回転軸までの伝達手段のガタと伝達軸と便座の嵌合部のガタ等のバラツキを考慮したときの最大の時間で、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％としたのは、便座重量のバラツキと便座カバーを装着したときの最大重量でも便座が閉止状態から開くことができる最小のＤｕｔｙ比を設定したものである。また、第二の所定時間を３００ｍｓｅｃとしたのは、第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を１００％としたときに便座の開動作スピードが使用者にとって違和感のないスムーズな動作をするための最長の時間を設定したものである。トルクの波形としては図２３にて説明した比較例と同様の波形を示すが、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％としたことで、Ｂ点における最大トルク（山の高さ）が比較例における２．８Ｎ・ｍから２．１Ｎ・ｍまで０．７Ｎ・ｍ減少していることがわかる。これが今回の発明における最大の効果であり、このＢ点の最大トルクは便座が閉止状態から電動で開動作する際に必ず発生するもので、この最大トルクを低減させることによって減速歯車列等の駆動手段にかかるストレスを軽減でき、寿命を延ばすことが可能となる。また、第一の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ比を６０％としたことで１００％としたときより駆動モータの回転速度が遅くなり出力トルクも低下するため、その影響としてＡ点、Ｂ点、Ｃ点それぞれの開動作要求後からの経過時間やその後の便座が全開となるまでの時間に遅れが発生するが、約２００〜３００ｍｓｅｃ程度の遅れであり、使用者に違和感を与えることがない。
【実施例】
【００２８】
以下図面を参照して実施例について説明する。
図１は本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置を内蔵した便座装置１０の斜視図、図２は便座又は便蓋の電動開閉装置の取付け位置を説明する為の分解斜視図、図３は便座用電動開閉装置３０を内蔵した便座装置１０の断面図、図４は便蓋用電動開閉装置１３０を内蔵した便座装置１０の断面図である。図において、便器本体１の背部側のリムの上面を利用して暖房便座装置１０のケーシング１１を固定し、このケーシング１１前側中央に凸収納部１１ａを形成し、この収納部１１ａの側壁１１ｂに便座用電動開閉ユニット３０、便蓋用電動開閉ユニット１３０を取付け、該電動開閉ユニット３０、１３０に便座１２及び便蓋１３を夫々取付けている。
【００２９】
便座１２及び便蓋１３には、夫々の基端部に連結部１２ａ、１３ａ及び回動部１２ｂ、１３ｂを設けており、連結部１２ａは後述するアシストユニット８０を介して便座用電動開閉ユニット３０の出力軸である回転軸４０に回動不能に連結され、連結部１３ａは、便蓋用電動開閉ユニット１３０の出力軸１４０に連結した回転軸５０に対し夫々回動不能に連結される。また、回動部１２ｂ、１３ｂは、便座１２及び便蓋１３を開閉可能に支持するための支持軸５０ａ（回転軸５０の中途部に形成）、８１ａ（回転軸４０に連結した連結軸８１の先端部８１ａ）に対し夫々回動可能に連結される。なお図４中の符号１５０は電動開閉ユニット３０、１３０を駆動するための駆動回路及びその回路を保護するためのポッティングケースである。
【００３０】
次に、電動開閉ユニットの構造を、図５〜９にしたがって説明する。
図５に便座用電動開閉ユニット３０の分解斜視図、図６に駆動モータ組品Ａの分解斜視図、図７に遊星歯車組品Ｂの分解斜視図、図８に便座用電動開閉ユニットのケーシング３１ｂを外した状態での平面図、図９にアシストユニット８０の分解斜視図を示す。なお、図８の各歯車の歯数及び歯形状は実際のものとは異なる（例えば、小歯車３２ｂ、３４ｂは実際には歯数７だが、図では歯数８として記載する）。
【００３１】
図５に示すように、便座用電動開閉ユニット３０は、外郭を形成するケーシング３１（主ケース３１ａ及び蓋ケース３１ｂで構成）、駆動モータ組品Ａ、駆動モータ組品内の小歯車３４ｂと噛み合う大歯車３７ａ及び次段へ動力を伝達する為の小歯車３７ｂを有する第２歯車３７、小歯車３７ｂと噛み合う大歯車３８ａ及び次段へ動力を伝達する為の太陽歯車３８ｂを有する第３歯車３８、遊星歯車組品Ｂ（図７に示すように遊星歯車組品Ｂは、回転軸４０、回転軸４０に固定され便座１２の回転位置を検出するためのリング状磁石６１、設定以上の荷重が回転軸４０にかかった場合にキャリア６３に荷重を伝達しないためにトルクリミッターとして機能するトレランスリング６２、トレランスリング６２を介して回転軸４０に連結されるキャリア６３、キャリア６３に設けた遊星軸６３ａに回動自在に取付けられる遊星歯車６４、遊星歯車６４のスラスト方向の動きを規制する軸受６５と、遊星歯車６４と噛み合う内歯車６６、ケーシング３１ａに遊星歯車機構を回動不能に固定する為の取付スペーサ６７とで構成される。）とで構成される。
【００３２】
なお、駆動モータ組品Ａは、図６に示すように、ＤＣブラシモータ等の直流モータにより構成される駆動モータ３２、駆動モータ３２の出力軸３２ａに圧入固定される小歯車３２ｂ、駆動モータ３２にネジ等を用いて固定される第１歯車固定用スペーサ３３、小歯車３２ｂと噛み合う大歯車３４ａ及び次段へ動力を伝達する為の小歯車３４ｂを有する第１歯車３４、第１歯車３４の回動軸３５、スペーサ３３に固定される第1歯車３４の軸受３６から構成される。なお、大歯車３４ａ表面（駆動モータ側）にはリング状磁石３４ｃを接着或いはかしめ等で一体化する。
【００３３】
なお、小歯車３２ｂ、小歯車３４ｂ、小歯車３７ｂは金属製、大歯車３４ａ、大歯車３７ａは樹脂製とし、小歯車３２ｂと大歯車３４ａ、小歯車３４ｂと大歯車３７ａはすば歯車とする。また、第３歯車３８の大歯車３８ａと太陽歯車３８ｂとを金属にて一体成形し、小歯車３７ｂと大歯車３８ａは平歯車とする。更に遊星歯車６４は金属製とし、内歯車６６は樹脂製とする。なお、金属歯車はプレス焼結や射出焼結等の金属焼結や、冷間鍛造等によって成形することができる。また樹脂歯車との一体成形としてはインサート成形等で成形することができる。
このように平歯に比べ薄くても接触面積を確保できるはすば歯車を用いることで歯車自体を薄くしても歯車強度を確保することができ、減速歯車列をコンパクトすることができる。また接触面積の大きいはすば歯車を比較的高速回転となる第１、２列の減速歯車列に用いることでバックラッシュを小さくすることが可能となり伝達効率を上げることが出来る。また、はすば歯車部分の噛み合いを金属（小歯車）と樹脂（大歯車）にすることによって磨耗による熱の発生や騒音等を抑制することができる。また、比較的低速回転・高トルクとなる第３、４列の減速歯車を金属製とすることで歯車の破壊を抑制することができる。
【００３４】
次に便座用電動開閉ユニット３０の組み立て手順について図を用いて説明する。
図６に示すように駆動モータ組品Ａの組み立ては以下の手順で行われる。まずスペーサ３３の軸受孔３３ａに軸３５の一端を差込み、軸３５に第１歯車３４を挿入し、軸受３６の軸孔３６ａに軸３５の他端を、位置決め孔３６ｂに位置決めボス３３ｂを挿入し固定孔３６ｃ、３６ｃにセルフタッピングネジ（図示無）を挿入固定し、スペーサ３３に設けた下孔３３ｃにねじ込むことで、スペーサ３３、第１歯車３４、軸３５及び軸受３６を一体化し、更に駆動モータ３２の出力軸３２ａ及び小歯車３２ｂをスペーサ３３の貫挿孔３３ｅから第１歯車３４と小歯車３２ｂとの噛み合いに注意しながら貫挿し、ネジ挿通孔３６ｄ（軸受３６）、固定孔３３ｄ（スペーサ３３）からネジを差込み、駆動モータ３２に設けたネジ孔３２ｃにネジ込むことで組み立て完了する。なおネジ挿通孔３６ｄはネジ頭よりも大きな径とし、ネジ挿通孔３６ｄ側の固定孔３３ｄは途中（他方の固定孔３３ｄと同一の肉厚となる位置）まではネジ頭よりも大きな径とし、途中からネジ部分が貫通する程度の径とすることで、駆動モータ３２への固定用ネジ２本を共通化することができる。
このように減速歯車列の第１段目を駆動モータ３２に一体化することで軸ブレ等を抑制することができ伝達効率を上げることができる。
【００３５】
図７に示すように遊星歯車組品Ｂの組み立ては以下の手順で行われる。
まずキャリア６３に設けた遊星軸６３ａに遊星歯車６４を装着し、内歯車６６を遊星歯車６４との嵌め合いに注意しながら装着する。次に軸受６５に設けた軸受凹部６５ａに軸６３ａの終端部を装着し、遊星歯車６４の動作領域を確保するためにキャリア６３に設けた締結スペーサ６３ｂの細径円筒部６３ｃを軸受６５に設けた貫通孔６５ｂに挿通しカシメることでキャリア６３、遊星歯車６４、軸受６５及び内歯車６６を一体化する（以下この一体化したものを『遊星歯車機構』という）。この遊星歯車機構の出力軸６３ｄの外周にトレランスリング６２を嵌装し、内歯車６６の外周に所定間隔をおいて形成した回動防止用の複数の凹溝６６ａと略同一形状の凸部６７ｅ（図８参照）を有するスペーサ６７を内歯車６６に外装し、スペーサ６７の開孔６７ｂから出力軸６３ｄを突出させた状態で、回転軸４０の後端に設けた連結孔４０ａ内にトレランスリング６２の外周を嵌着することで遊星歯車組品Ｂの組み立ては完了する。なお回転軸４０のフランジ４０ｂには予めリング状の磁石６１（Ｎ−Ｓが２つ形成されているもの）を止め輪等を用いて一体化しておく。またスペーサ６７の奥側には後述するエリア検出回路７１を保護する保護ブロック６７ｃを一体に設け、６７ｃの表面には配線処理用リブ６７ｄを設ける。
【００３６】
次に便座用電動開閉ユニット３０の組み立て手順を図５を用いて説明する。
磁石３４ｃの磁力を検知するホールＩＣ７０ａを搭載した回転検出回路７０の取付孔７０ｂにセルフタッピングネジ（図示無）を挿入し、ケーシング３１ａに設けた取付ボスの下孔３１ｅにネジ固定することでケーシング３１ａと回転検出回路７０を一体化する。次に、磁石６１の磁力を検知するホールＩＣ７１ａ、７１ｂを搭載したエリア検出回路７１の取付孔７１ｃにセルフタッピングネジ（図示無）を挿入し、ケーシング３１ａに設けた取付ボスの下孔３１ｆにネジ固定することでケーシング３１ａとエリア検出回路７１を一体化する。なおエリア検出回路７１には駆動モータ３２への通電用配線（図示無）を半田付けしており、その通電用配線の一つに直列に接続される正特性サーミスタ７１ｄを更に半田付けしておく。この正特性サーミスタは駆動モータ３２へ過電流が流れることを防止するために設けている。次に、ケーシング３１ａの下端部に設けたモータ収納部３１ｃに駆動モータ組品Ａを収納し、スペーサ３３に形成した取付孔３３ｆにセルフタッピングネジ（図示無）を挿入し、ケーシング３１ａに設けた取付ボスの下孔３１ｄにネジ固定することでケーシング３１ａと駆動モータ組品Ａを一体化する。
【００３７】
次に、遊星歯車組品Ｂをケーシング３１ａの円筒部３１ｇに設けた凸条３１ｒ（図８参照）とスペーサ６７の外周に設けた凹溝６７ａとが一致するよう、またスペーサ６７の保護ブロック６７ｃの外形とケーシング３１ａの内壁とが当接するようにして円筒部３１ｇ内に挿入固定する。なお、円筒部３１ｇの奥壁には貫通孔３１ｉを設け、この貫通孔３１ｉの周壁３１ｊと回転軸４０に設けたＯリング溝４０に収納されるＯリング４０ｃにより貫通孔３１ｉからの水侵入を防止するよう構成している。ここでスペーサ６７を用いてケーシング３１ａを取付けた理由は、遊星歯車機構自体はその機能上真円度が必要となり、これを直接ケーシング３１ａに取り付けるにはケーシング３１ａの円筒部３１ｇにも真円度が必要となり寸法公差が厳しく歩留まりが悪くなる為、スペーサ６７の凸部６７ｅ、ケーシング３１ａの凸条３１ｒで略点接触として製造公差をスペーサ６７の弾性変形で吸収できる構造としてケーシング３１ａの円筒部３１ｇの製造を容易とするためである。
【００３８】
次に遊星歯車６４と太陽歯車３８ｂとの噛み合いに注意しながら第３歯車３８を遊星歯車機構内に挿入し、小歯車３７ｂと大歯車３８ａの噛み合いと大歯車３７ａと小歯車３４ｂとの噛み合いに注意しながら第２歯車を軸３１ｋに挿入固定する。最後にケーシング３１ｂに設けた軸３１ｌを第３歯車３８の軸孔３８ｃ内に挿入すると共に、軸３１ｋの先端を軸受３１ｍ内に挿入し、ケーシング３１ａに設けた取付孔３１ｎにセルフタッピングネジを挿入し、ケーシング３１ｂに設けた取付ボスの下孔３１ｐにねじ込むことで便座用電動開閉ユニット３０は組み立て完了する。
図８に示すように、駆動モータ３２の外形と遊星歯車機構の外形との投影面がなす２円（Ｃａ，Ｃｂ）を隣接して配置し、更に、２円（Ｃａ，Ｃｂ）及び２円の外接線（Ｌｃ，Ｌｄ）によって囲まれた投影面内に第１歯車３４、第２歯車３７の軸を配置することによって電動開閉ユニット３０をコンパクトに設計することができる。更に本実施例では、２円（Ｃａ，Ｃｂ）の中心を通る水平線（Ｌａ，Ｌｂ）と外接線（Ｌｃ，Ｌｄ）に囲まれた投影面内に第１歯車３４、第２歯車３７の軸を配置しているので更にコンパクトに設計することが出来る。また水平線（Ｌａ，Ｌｂ）に代えて、２円（Ｃａ，Ｃｂ）の中心を結ぶ線に対し各円の中心を通る垂線を用いることでも良い。本実施例ではこの垂線も略水平となるため、然程大きな差異では無いが、減速歯車列を水平方向に配置する場合等はこのような設計とする方が望ましい。
【００３９】
便蓋用電動開閉ユニット１３０も便座用電動開閉ユニット３０と同様の部品構成、組み立て手順である為、相違点を除き説明は割愛する。以下に相違点を説明する。便座用電動開閉ユニット３０と便蓋用電動開閉ユニット１３０とは左右対称の部品構成となる。図２、図４及び図８に示すように便蓋用電動開閉ユニット１３０の出力軸１４０には回転軸５０が回動不能に挿入固定される略長方形状の連結孔１４１が設けられている。また便蓋用電動開閉ユニット１３０のケーシング１３１ａにはケーシング１１の側壁１１ｂと所定間隔を保つ為のボス１３１ｂ及びキャップ部材１１ｄの受用突起１３１ｃが一体に設けられている。
【００４０】
次にアシストユニット８０について図３、図９を用いて説明する。
アシストユニット８０は電動開閉ユニット３０の回転軸４０に回動不能に連結される連結軸８１、便座１２を開方向に付勢するために一端８２ａが連結軸８１に固定されたアシストバネ８２、アシストバネ８２の他端８２ｂが固定されると共にケーシング１１に回動不能に連結される連結カバー８３、連結カバー８３と共にアシストバネ８２を囲う蓋カバー８４、便座１２をケーシング１１から着脱するための着脱レバー８５、アシストユニット８０を便座１２に固定する為の固定部材８６で構成される。
【００４１】
連結軸８１の先端部８１ａ（便蓋１３の支持軸）にはセレーションを形成し、略中央部分には連結軸８１のスラスト方向の移動を規制するための大径部８１ｂを形成する。また、蓋カバー８４の内筒部８４ａとの間をシールする為のＯリング溝８１ｃを形成し、大径部８１ｂとＯリング溝８１ｃとの間にアシストバネ８２に一端を挿入するための挿入穴８１ｄを形成する。また、カバー８３の内筒部８３ａとの間をシールする為のＯリング溝８１ｅを形成し、末端部分には回転軸４０の外形と略同一形状の溝８１ｆを形成する。
【００４２】
アシストバネ８２の一端８２ａは中央に向けて折り曲げられ、挿入孔８１ｄに挿入され、他端８２ｂは中央に向けて折り曲げられ連結カバー８３の内筒部８３ａの外周に形成した支持溝８３ｂに固定される。なお支持溝８３ｂの根元部分はやや底部８３ｃの肉厚を増してアシストバネ８２の他端８２ｂの回動を防止する防止壁８３ｄを形成する。また、連結カバー８３の後端には便座用電動開閉ユニット３０の外郭ケーシング３１ａに一体に形成した係合突起３１ｑに嵌合して回動が規制される規制突起８３ｅを形成し、規制突起の８３ｅの周縁部分の一箇所に着脱レバーの回動を規制するストッパ８３ｆを形成する。また、外筒部８３ｇには若干径を細めた細径部８３ｈを形成する。
連結カバー８３の開口端には溶着用リブ８３ｉを全周に形成し、蓋カバー８４を超音波溶着等で一体化する。
【００４３】
着脱レバー８５は、上方が切り欠かれた支持円筒８５ａと下方が切り欠かれた着脱用円筒８５ｂとで形成され、その間に内側及び外側に若干肉を増したリング状リブ８５ｃを形成する。このリング状リブ８５ｃの内径は細径部８３ｈと略同一径で外筒部８３ｇよりも小さい径としておく。また、着脱用円筒８５ｂには把持用突起８５ｄを形成する。
固定部材８６には連結軸８１の外形と略同一形状の連結用開口８６ａ、便座１２に回動不能に固定するために外周に沿って所定間隔毎に設けた突起８６ｂ、略Ｌ字形状の連結クランク８６ｃを形成する。また、連結クランク８６ｃには締結ネジ用の下孔８６ｄ、アシストユニット８０（固定部材８６を除く）のスラスト方向の移動を規制するストッパ８６ｅを形成する。
【００４４】
次にアシストユニット８０の組み立て手順を説明する。連結軸８１のＯリング溝８１ｃ、８１ｅにＯリングを収要し、連結軸８１の挿入孔８１ｄにアシストバネ８２の一端８２ａを挿入し、他端８２ｂを連結カバー８３の支持溝８３ｂに係合させて連結軸８１を連結カバー８３の内筒部８３ａ内に、内筒部８３ａの端部と連結軸８１の大径部８１ｂとが当接するまで挿入する。これによりアシストバネ８２の他端８２ｂは防止壁８３ｄ内に収容される。次に蓋カバー８４の内筒部８４ａ内に連結軸８１の先端部８１ａを挿入し、蓋カバー８４の裏側と連結カバー８３の溶着用リブ８３ｉとを当接させた状態で、蓋カバーを超音波振動させることで連結軸８１、アシストバネ８２、連結カバー８３、蓋カバー８４を一体化する。次に着脱レバー８５を外筒部８３ｇに挿入するが、外筒部８３ｇはリング状リブ８５ｃよりも若干大きな径としているので、リング状リブ８５ｃが外筒部８３ｇを乗り上げ細径部８３ｈまで挿入されると連結カバー８３と着脱レバー８５とは一体化され、着脱レバー８５は外筒部８３ｇとリング状リブ８５ｃとでスラスト方向の抜けは規制される。次に連結軸８１を固定部材８６の連結用開口８６ａ内に挿入することでアシストユニット８０は一体化される。
【００４５】
このアシストユニット８０の連結軸８１を便座１２の連結孔１２ｄ（図１参照）内に挿通し、アシストユニット８０を便座１２の連結部１２ａ内に挿入した状態で、固定部材８６の下孔８６ｄ及び便座１２のネジ孔１２ｃ（図１参照）とをセルフタッピングネジで締結することで便座１２とアシストユニット８０は一体化される。なお、連結クランク８６ｃは便座１２に装着される前は外側に弾性変形可能であるため、アシストユニット８０（固定部材８６を除く）は固定部材８６から着脱可能であるが、便座１２に装着された後では便座１２によって外側の変形は規制される為、ストッパ８６ｅと連結カバー８３のフランジ８３ｊとによってアシストユニット８０（固定部材８６を除く）はスラスト方向の抜けが規制される。また、着脱レバー８５も同様に連結クランク８６ｃと外筒部８３ｇとのクリアランスが小さく外筒部８３ｇを乗り越える程外側に着脱レバー８５が変形できないことでスラスト方向の抜けが防止される。
【００４６】
次にトレランスリング６２について図１０の原理図を用いて説明する。トレランスリング６２は図に示すように波形状をした部分をもつリングの形状をしており、各波はバネとして作用し、その作用力は波の変形量に比例する。組み立て時に必要な力をＡＦ、半径方向力をＲＬ（Ｎ）、摩擦係数をμ、波の数をｎ、波の変形量をｃ（ｍｍ）、バネ定数をＫ（Ｎ／ｍｍ）、伝達トルクをＭｔ、軸直径をｄ（ｍ）とすると、
ＲＬ＝ｎ・ｃ・Ｋ
ＡＦ＝ＲＬ・μ
Ｍｔ＝ＡＦ・ｄ／２
で算出することができる。
バネ定数は材料の厚さ、波のピッチ、幅、形状、高さを変更することで設定できるので、正常時に回転軸４０，１４０に最大どの程度のトルクがかかるかを実験等で見極め、そのトルクに応じてトレランスリング６２の形状を選択する。
この設定トルク以上のトルクが回転軸４０に発生した場合には、トレランスリング６２の波形状部６２ａが回転軸４０、１４０の連結孔に食い込み固定されており、トレランスリングのリング状縁部６２ｂがキャリア６３の出力軸６３ｄの外周を滑り、設定トルク以上の過重が電動開閉ユニット３０、１３０内部にかかることがなく、歯車の破損等を防止することが出来る。
【００４７】
駆動モータ３２の断面図を図１１に示す。図示のように駆動モータ３２のシャフトはモータ内部を貫通しており、その径は内部では比較的太く、露出した部分は細径としている。この先端部３２ａを細径としたのは、小歯車３２ｂの歯数をできるだけ少なくして減速比を大きくとりたいためである。なお、シャフト自体を細径とすることも考えられるが、シャフト長に対してシャフトが細いと駆動モータ３２の軸ぶれが大きくなるためにシャフト自体を細径とはせず、小歯車３２ｂが取付けれる部分のみを細径とするのである。
【００４８】
次に上記構成の便座用電動開閉ユニット３０による動作の説明を行う。
図１２に本発明の便座装置の制御ブロック図、図１３に駆動モータ３２のドライバ回路図、図１４にスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４への通電信号波形、図１５にエリア検出回路７１に設けたホールＩＣ７１ａ、７１ｂの出力信号波形、図１６に回転検出回路に設けたホールＩＣ７０ａの出力信号波形、図１７〜図２０に動作フローを示す。
【００４９】
図１２に示すように駆動モータ３２の制御はドライバ回路１５０で行われる。
ドライバ回路１５０は、図１３を参照して、回転方向及び回転量を制御するためにトランジスタ等で構成するスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４と、過電流が駆動モータ３２へ流れることを防止するための正特性サーミスタ７１ｄと、電動開閉制御用ＣＰＵ等へブレーキ制御時の逆起電力等が加わらないようにする為の保護手段としてダイオードｄ１、ｄ２で構成される。今回の電動開閉モータの構造では出力側（＝便座・便蓋）から回されると多段（５４４段）でＤＣモータを使用しているため、モータの発電電圧が高くなる（７０Ｖ程度まで上昇）。
駆動モータ３２を正転する際はＴｒ１とＴｒ４とをオン状態、Ｔｒ２とＴｒ３をオフ状態とし、反転の際はＴｒ１とＴｒ４とをオフ状態、Ｔｒ２とＴｒ３をオン状態とし、ブレーキをかける際はＴｒ３とＴｒ４をオン状態、Ｔｒ１とＴｒ２をオフ状態とする（ショートブレーキ）。また、負荷をフリーする際は、Ｔｒ１及びＴｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４をすべて、オフ状態とする（フリー制御）。ブレーキをかける際は便座若しくは便蓋の自重で駆動モータ３２のシャフトが回転させられ駆動モータ３２は発電機として作用するため前述のダイオードｄ１、ｄ２で電動開閉制御用ＣＰＵ等へ逆起電力が加わらないようにする。また、図示しないが、Ｔｒ３、Ｔｒ４へ逆起電力が加わらないよう、別のダイオードを設けるようにする。
【００５０】
また、夫々のオン時間を図１４に示すような通電信号波形でＤｕｔｙ制御することで駆動モータ３２の回転速度を制御する。なお、正転、逆転時はＧを１ｍｓ（ＰＷＭ駆動周波数１ｋＨｚ）とし、ブレーキ時はＧを８ｍｓ（ＰＷＭ駆動周波数１２５Ｈｚ）とする。なお、ＯＮ−ＤｕｔｙがＨ％とは１周期（Ｇｍｓ）中にオンする時間がＨ％であることを示しており、例えばＧ＝１ｍｓ、Ｈ＝３０％であれば１周期中に０．３ｍｓ（１ｍｓ＊３０％）オンすることを意味する。なお、このＨは回転検出回路７０及びエリア検出回路７１によって検知される便座若しくは便蓋の検知位置に応じた夫々の設定とする。（以下３０％Ｄｕｔｙ等として記載する。）また、便座・便蓋の開位置を、図１５のように、エリアＡ（閉端エリア）、エリアＢ（動作エリア）、エリアＣ（開端エリア）、エリアＤ（異常エリア）の４つのエリアに区分けしておく。
【００５１】
図１７には便蓋開要求が有った際のフローチャートを示す。例えば人体検知センサによる人体接近検知若しくはリモコン等に設けられる便蓋開スイッチ（図示無し）が操作されて便蓋開要求がなされると蓋開端位置を記憶しているかを確認し、蓋開端の位置の記憶がなされていると、駆動モータが第一の駆動トルクにて動作するようＴｒ１、Ｔｒ４を低Ｄｕｔｙ（ここでは６０％Ｄｕｔｙ、Ｇ＝１ｍｓ）でオン状態として便蓋が確実に持ち上がるまでの第一の所定時間（ここでは１８０ｍｓｅｃ）低Ｄｕｔｙにて開動作を継続し、第二の所定時間（ここでは３００ｍｓｅｃ）で６０％Ｄｕｔｙから第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ（ここでは１００％Ｄｕｔｙ）に到達するまで段階的にＤｕｔｙを増幅し、１００％Ｄｕｔｙに到達した後は１００％Ｄｕｔｙを継続し、エリア検出回路７１のホールＩＣ７１ａの出力がＬｏｗからＨｉへ切り替わる（８０°検知）と、Ｔｒ１、Ｔｒ４を５０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、更にエリア検出回路７１で８０°を検知してからの回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルスが所定数（蓋開端位置に相当するパルス数−１５°に相当するパルス数）に達するとＴｒ１、Ｔｒ４を４０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、更にエリア検出回路７１で８０°を検知してからの回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルスが所定数（蓋開端位置に相当するパルス数−１０°に相当するパルス数）に達するとＴｒ３、Ｔｒ４を１００％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝８ｍｓ）で０．１秒間オン状態とし、続いてＴｒ３、Ｔｒ４を５０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝８ｍｓ）で０．４秒間間欠的にオン状態とし、その後再度Ｔｒ１、Ｔｒ４を２０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態として駆動モータ３２を駆動し、回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルス変化が０．５秒以上無い場合にロータンク等の障害物によって便蓋１３開動作が停止した（停止検知）と判断して駆動モータ３２への通電を停止する。なお、停止検知が得られない場合にも８°相当のパルス数をホールＩＣ７０ａから得ることができた時点で通電停止する。このようにして便蓋用電動開閉ユニット１３０内の駆動モータ３２へ通電がなされた際には、減速歯車列（小歯車３２ｂ、第１歯車３４、第２歯車３７、第３歯車３８、遊星歯車機構）及びトレランスリング６２、出力軸１４０を介して駆動モータ３２の回転が回転軸５０に伝達し、便蓋１３を開放し、８０°を超える開端付近では蓋の自重による逆起電力の発生を利用してブレーキをかけることでロータンク等の障害物との衝突音を小さくすることが出来る。また最後に再度２０％Ｄｕｔｙで便蓋を駆動するのは次の閉止動作の準備の為である。
【００５２】
図１８には便座開要求が有った際のフローチャートを示す。例えばリモコン等に設けられる便座開スイッチ（図示無し）が操作されて便座開要求がなされると座開端位置を記憶しているかを確認し、座開端の位置の記憶がなされていると、駆動モータが第一の駆動トルクにて動作するようＴｒ１、Ｔｒ４を低Ｄｕｔｙ（ここでは６０％Ｄｕｔｙ、Ｇ＝１ｍｓ）でオン状態として便蓋が確実に持ち上がるまでの第一の所定時間（ここでは１８０ｍｓｅｃ）低Ｄｕｔｙにて開動作を継続し、第二の所定時間（ここでは３００ｍｓｅｃ）で６０％Ｄｕｔｙから第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ（ここでは１００％Ｄｕｔｙ）に到達するまで段階的にＤｕｔｙを増幅し、１００％Ｄｕｔｙに到達した後は１００％Ｄｕｔｙを継続し、エリア検出回路７１のホールＩＣ７１ａの出力がＬｏｗからＨｉへ切り替わる（８０°検知）と、Ｔｒ１、Ｔｒ４を５０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、更にエリア検出回路７１で８０°を検知してからの回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルスが所定数（蓋開端位置に相当するパルス数−１５°に相当するパルス数）に達するとＴｒ１、Ｔｒ４を４０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、更にエリア検出回路７１で８０°を検知してからの回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルスが所定数（蓋開端位置に相当するパルス数−１０°に相当するパルス数）に達するとＴｒ１、Ｔｒ４を２０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態として駆動モータ３２を駆動し、回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルス変化が０．５秒以上無い場合にロータンク等の障害物によって便座１２開動作が停止した（停止検知）と判断して駆動モータ３２への通電を停止する。なお、エリアＤに移行した後３５°駆動（回転検出回路７０の３５°に相当するパルス数をカウント）しても停止検知できない場合にはその時点で通電を停止する。この停止位置が１４０°以上である場合には異常とみて、後述する異常時制御フローへ移行する。このようにして便座用電動開閉ユニット３０内の駆動モータ３２へ通電がなされた際には、減速歯車列（小歯車３２ｂ、第１歯車３４、第２歯車３７、第３歯車３８、遊星歯車機構）及びトレランスリング６２、出力軸４０を介して駆動モータ３２の回転が伝達し、便座１２を開放する。なお、便蓋１３の開放時にはブレーキ制御を行い緩やかな閉止動作を行うようにしたが便座１２では行っていない。これは、便蓋１３裏面にはクッション脚が設けられており、便座１２を勢い良く開放しても、このクッション脚により衝突音はもともと抑制されるからである。
【００５３】
例えばリモコン等に設けられる便蓋・便座同時開スイッチ（図示無し）が操作されて便蓋及び便座開要求がなされると、図１７及び図１８に示したフローチャートの通りに便蓋用開閉ユニット１３０、便座用開閉ユニット３０の夫々の駆動モータ３２を同時に制御することで便座１２及び便蓋１３の開放動作が行われる。
【００５４】
図１９には、便蓋（便座）開端位置を記憶するための概略のフローチャートを示す。例えばリモコン等に設けられる便蓋（便座）開スイッチ（図示無し）が操作されて便蓋（便座）開要求がなされると便蓋（便座）開端位置を記憶しているかを確認し、便蓋（便座）開端の位置の記憶がなされていないと、駆動モータが第一の駆動トルクにて動作するようＴｒ１、Ｔｒ４を低Ｄｕｔｙ（ここでは６０％Ｄｕｔｙ、Ｇ＝１ｍｓ）でオン状態として便蓋が確実に持ち上がるまでの第一の所定時間（ここでは１８０ｍｓｅｃ）低Ｄｕｔｙにて開動作を継続し、第二の所定時間（ここでは３００ｍｓｅｃ）で６０％Ｄｕｔｙから第二の駆動トルクを出力するＤｕｔｙ（ここでは１００％Ｄｕｔｙ）に到達するまで段階的にＤｕｔｙを増幅し、１００％Ｄｕｔｙに到達した後は１００％Ｄｕｔｙを継続し、エリア検出回路７１のホールＩＣ７１ａの出力がＬｏｗからＨｉへ切り替わる（８０°検知）と、Ｔｒ１、Ｔｒ４を５０％Ｄｕｔｙ（Ｇ＝１ｍｓ）で間欠的にオン状態とし、回転検出回路７０のホールＩＣ７０ａの出力パルス変化が０．５秒以上無い場合にロータンク等の障害物によって便蓋（便座）開動作が停止した（停止検知）と判断して駆動モータ３２への通電を停止する。なお、エリアＣに移行した後の回転検出回路７０の出力パルス数をカウントしてそのカウント値を便蓋（便座）開端位置として記憶する。なお、停止検知が得られない場合には、図１７に示したように８°駆動した時点で便蓋駆動を停止する。便座も同様に停止検知が得られない場合には図１８に示したように１４０°の位置まで駆動するようにして便座用電動開閉ユニット３０内の駆動モータ３２へ通電がなされた際には、減速歯車列（小歯車３２ｂ、第１歯車３４、第２歯車３７、第３歯車３８、遊星歯車機構）及びトレランスリング６２、出力軸４０を介して駆動モータ３２の回転が伝達し、便座１２を開放する。なお、便蓋１３の開放時にはブレーキ制御を行い緩やかな閉止動作を行うようにしたが便座１２では行っていない。これは、便蓋１３裏面にはクッション脚が設けられており、便座１２を勢い良く開放しても、このクッション脚により衝突音はもともと抑制されるからである。
【００５５】
図２０には異常時制御フローを示す。通常時には便座１２はケーシング１１と当接するため１１０°以上回転することは無い。しかし、便座１２及び便蓋１３を取り外した状態で、便座開スイッチ若しくは便座・便蓋同時開スイッチが操作されるとケーシング１１に当接することは無いので、制御上の限界角度１４０°まで回転してしまう（図１８参照）。このような状態で便座１２及び便蓋１３を取付けようとしても電動開閉ユニットの回転軸４０、５０と便座・便蓋の基端部に設けた連結部１２ａ、１３ａ及び回動部１２ｂ、１３ｂとが噛み合わないために取り付かない。このため、便座用電動開閉ユニット３０の回転軸４０の位置が１４０°以上を検知すると座蓋が外された状態での駆動であるとみなし、９０°近辺まで出力軸を移動させて便座１２の取付ができるようにする。便座側で１４０°以上を検知すると便蓋側電動開閉ユニット１３０も同様に９０°近辺まで回転軸５０を移動させて便蓋１３の取付が出来るようにする。なお、便蓋１３がどのエリアにあるかはその時々で異なるため、何れのエリアにあっても、一端エリアＤへ移動させてそこから制御を行うことで確実に９０°近辺へ便蓋用開閉ユニット１３０の回転軸５０を移動することができる。
【００５６】
ところで便座１２は内部に暖房用のヒータが設けられており、比較的重いため、便蓋用電動開閉ユニット１３０と同一の構造の便座用電動開閉ユニット３０だけでは便座１２を持ち上げることができない。そのために図３に示したようなアシストユニット８０が設けられる。このアシストユニット８０は一端がケーシング１１に一体化され、他端が便座１２に一体化されるアシストバネ８２を内蔵している。このアシストバネ８２は便座１２が略垂直状態で自然長とされており、便座１２閉塞時には捩れた状態となっている。
従って、便座１２閉塞時には開放側のトルクを発生することができ、これにより、便蓋用電動開閉ユニット１３０と略同一の構造でも便座１２を持ち上げることが可能となっている。
【００５７】
なお、アシストバネ８２の一端８２ａは連結ケース８３の規制突起８３ｅとケーシング１１に取付けられる便座用電動開閉ユニット３０の係合突起３１ｑとの係合によってケーシング１１に一体化されており、アシストバネ８２の他端８２ｂは連結軸８１、固定部材８６を介して便座１２に一体化されている。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置を内蔵した便座装置１０の斜視図
【図２】本発明の便座又は便蓋の電動開閉装置の取付け位置を説明する為の分解斜視図
【図３】便座用電動開閉装置３０を内蔵した便座装置１０の断面図
【図４】便蓋用電動開閉装置１３０を内蔵した便座装置１０の断面
【図５】便座用電動開閉ユニット３０の分解斜視図
【図６】駆動モータ組品Ａの分解斜視図
【図７】遊星歯車組品Ｂの分解斜視図
【図８】便座用電動開閉ユニットのケーシング３１ｂを外した状態での平面図
【図９】アシストユニット８０の分解斜視図
【図１０】トレランスリング６２の原理図
【図１１】駆動モータ３２の断面図
【図１２】本発明の便座装置の制御ブロック図
【図１３】駆動モータ３２のドライバ回路図
【図１４】スイッチング素子Ｔｒ1、Ｔｒ2、Ｔｒ3、Ｔｒ4への通電信号波形
【図１５】エリア検出回路７１に設けたホールＩＣ７１ａ、７１ｂの出力信号波形
【図１６】回転検出回路に設けたホールＩＣ７０ａの出力信号波形
【図１７】便蓋開要求が有った際のフローチャート
【図１８】便座開要求が有った際のフローチャート
【図１９】便蓋（便座）開端位置を記憶するためのフローチャート
【図２０】便座及び便蓋が取り外された状態で電動開閉ユニットの出力軸が開方向に移動した際の異常時制御フローチャート
【図２１】便座及び便蓋の開動作時の駆動トルクを制御するための駆動Ｄｕｔｙと開要求からの時間の関係を示す図
【図２２】便座及び便蓋の開動作時の駆動トルクを制御するための駆動Ｄｕｔｙと開要求からの便座又は便蓋の角度の関係を示す図
【図２３】便座の開動作時の駆動Ｄｕｔｙを１００％一定で制御した比較例における伝達部にかかる負荷トルクを示す図
【図２４】本発明に関し、便座の開動作時の駆動Ｄｕｔｙを１８０ｍｓｅｃ間６０％で制御し、その後駆動Ｄｕｔｙ１００％まで３００ｍｓｅｃかけて段階的に増幅させたときの伝達部にかかる負荷トルクを示す図
【符号の説明】
【００５９】
１０…便座装置
１１…ケーシング
１２…便座
１３…便蓋
３０…便座用電動開閉装置
３１…電動開閉ケーシング
３２…駆動モータ
３３…スペーサ
３４…第１歯車
３５…第１歯車用軸
３６…第１歯車用軸受
３７…第２歯車
３８…第３歯車
４０…便座用回転軸
５０…便蓋用回転軸
Ａ…駆動モータ組品
Ｂ…遊星歯車組品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路とから成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、開動作開始後は第一の所定時間まで前記駆動モータの最大駆動トルクよりも低い第一の駆動トルクにて前記駆動モータが動作するよう制御を行うことを特徴とする便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項２】
前記第一の所定時間経過後は前記第一の駆動トルクより段階的に駆動トルクを増加させ、第二の所定時間で第二の駆動トルクまで到達させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項３】
前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開動可能な駆動トルクを前記第一の駆動トルクとして出力するよう制御を行うことを特徴とする請求項１記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項４】
前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開き始めるまでに発生する前記減速歯車列を介した伝達手段に加わるトルクが最大となる時間よりも長い時間を前記第一の所定時間として制御を行うことを特徴とする請求項１記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項５】
前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクに段階的に駆動トルクが増加する間に、前記伝達手段に加わるトルクが前記第一の所定時間内で発生した前記伝達手段に加わる最大トルクを超えないような駆動トルクの変化量となる時間を前記第二の所定時間としたことを特徴とする請求項２記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項６】
便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路と、前記便座又は便蓋の開閉角度を検出する角度検出手段から成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、開動作開始後は第一の所定角度まで前記駆動モータの最大駆動トルクよりも低い第一の駆動トルクにて前記駆動モータが動作するよう制御を行うことを特徴とする便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項７】
前記第一の所定角度到達後は前記第一の駆動トルクより段階的に駆動トルクを増加させ、第二の所定角度で第二の駆動トルクまで到達させる制御を行うことを特徴とする請求項６記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項８】
前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開動可能な駆動トルクを第一の駆動トルクとして出力するよう制御を行うことを特徴とする請求項６記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項９】
前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開き始めるまでに発生する前記減速歯車列を介した伝達手段に加わるトルクが最大となる角度よりも大きい角度を前記第一の所定角度として制御を行うことを特徴とする請求項６記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項１０】
前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクに段階的に駆動トルクが増加する間に、前記伝達手段に加わるトルクが前記第一の所定角度内で発生した前記伝達手段に加わる最大トルクを超えないような駆動トルクの変化量となる角度を前記第二の所定角度としたことを特徴とする請求項７記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項１１】
前記駆動モータは、Ｄｕｔｙ比でＰＷＭ制御するよう構成したことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項１】
便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路とから成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、開動作開始後は第一の所定時間まで前記駆動モータの最大駆動トルクよりも低い第一の駆動トルクにて前記駆動モータが動作するよう制御を行うことを特徴とする便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項２】
前記第一の所定時間経過後は前記第一の駆動トルクより段階的に駆動トルクを増加させ、第二の所定時間で第二の駆動トルクまで到達させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項３】
前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開動可能な駆動トルクを前記第一の駆動トルクとして出力するよう制御を行うことを特徴とする請求項１記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項４】
前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開き始めるまでに発生する前記減速歯車列を介した伝達手段に加わるトルクが最大となる時間よりも長い時間を前記第一の所定時間として制御を行うことを特徴とする請求項１記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項５】
前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクに段階的に駆動トルクが増加する間に、前記伝達手段に加わるトルクが前記第一の所定時間内で発生した前記伝達手段に加わる最大トルクを超えないような駆動トルクの変化量となる時間を前記第二の所定時間としたことを特徴とする請求項２記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項６】
便座又は便蓋と共に回転する回転軸と、この回転軸をそれぞれ正逆方向に回転させる直流モータと、前記モ−タを駆動するための駆動回路と、前記便座又は便蓋の開閉角度を検出する角度検出手段から成り、該モータの駆動力を減速歯車列を介して前記回転軸に伝達して便座又は便蓋を開閉する便座又は便蓋の電動開閉装置において、便座又は便蓋を開方向へ駆動する際、開動作開始後は第一の所定角度まで前記駆動モータの最大駆動トルクよりも低い第一の駆動トルクにて前記駆動モータが動作するよう制御を行うことを特徴とする便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項７】
前記第一の所定角度到達後は前記第一の駆動トルクより段階的に駆動トルクを増加させ、第二の所定角度で第二の駆動トルクまで到達させる制御を行うことを特徴とする請求項６記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項８】
前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開動可能な駆動トルクを第一の駆動トルクとして出力するよう制御を行うことを特徴とする請求項６記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項９】
前記便座又は便蓋が閉止状態から開方向側に開き始めるまでに発生する前記減速歯車列を介した伝達手段に加わるトルクが最大となる角度よりも大きい角度を前記第一の所定角度として制御を行うことを特徴とする請求項６記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項１０】
前記第一の駆動トルクから前記第二の駆動トルクに段階的に駆動トルクが増加する間に、前記伝達手段に加わるトルクが前記第一の所定角度内で発生した前記伝達手段に加わる最大トルクを超えないような駆動トルクの変化量となる角度を前記第二の所定角度としたことを特徴とする請求項７記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【請求項１１】
前記駆動モータは、Ｄｕｔｙ比でＰＷＭ制御するよう構成したことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の便座又は便蓋の電動開閉装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００６−１０１９３３（Ｐ２００６−１０１９３３Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８９２５０（Ｐ２００４−２８９２５０）
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（００００１００８７）東陶機器株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（００００１００８７）東陶機器株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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