(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
便座及び／又は便蓋を開閉駆動するための直流モータと、前記便座及び／又は便蓋へ前記直流モータの動力を伝達する動力伝達手段と、前記動力伝達手段から前記便座及び／又は便蓋に至る動力伝達経路に設けられた角度検出手段と、前記角度検出手段より得られる角度を所定時間間隔Δｔ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を有し、前記便座および／又は便蓋の開動作時の、前記角速度演算手段より得られる時刻ｔ１における角速度ｖ１が、時刻ｔ１のΔｔ時間前にサンプリングした角速度ｖ０と比較して所定値以上変化した場合、前記直流モータへの電圧の印可を停止し、時刻ｔ１のΔｔ時間後にサンプリングした速度ｖ２が開方向であれば、前記直流モータへの電圧印可を再開し、前記速度ｖ２が閉方向であれば前記直流モータへの電圧印可を停止したままとする制御手段を備えた便座・便蓋電動開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は便座・便蓋電動開閉装置の特に過負荷に対しての保護手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の便座・便蓋電動開閉装置は、特開平６−１０５７５７号公報に記載されているようなものが一般的であった。この装置は便座あるいは便蓋の開閉角度センサーと便座あるいは便蓋の回転を検知する回転検知センサーを配し、過負荷が作用したことにより、便座あるいは便蓋の回転が止まったことを回転検知センサーが検知すると、マイコンよりスイッチ手段を介して便座あるいは便蓋を回動させる直流モータに閉ループを構成させるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の便座・便蓋電動開閉装置において用いられた過負荷に対する保護手段は、便座あるいは便蓋の回動が停止したことを回転検知センサーで検出することにより、過負荷が作用したと判断する構成なので、回転が停止したと判定するまでに時間がかかり、過負荷に対して十分な保護ができないという課題を有していた。
【０００４】
次に過負荷が発生するメカニズムについて説明する。従来の便座・便蓋電動開閉装置は直流モータを動力伝達手段により減速し、トルクを１００倍から２００倍程度に高めて使用されていた。この構成において、例えば開く方向に回動している便座を使用者が強制的に閉止方向に力を加えた場合、使用者が便座の先端に力を加えて発生する便座の強制回動トルクは、便座・便蓋電動開閉装置で発生する回動トルクの数倍以上に容易に達する。この回転方向に対して止めようとする強力なトルクで直流モータは急速に減速されることになる。
【０００５】
高速で回転している直流モータの回転子はかなりの慣性モーメントをもっており、急速に減速されることで、停止するまでの時間間隔に対応した慣性力が発生する。この慣性力の評価の一例を図５に示す。直流モータが停止するまでの時間が、２０msecで定常トルクの２倍程度のトルクが発生する。
【０００６】
さらに直流モータは一定電圧条件下で回転数が低下するにつれトルクが高くなり、回転数が０となると、トルクは定常回転時の２倍程度となる。従って直流モータが停止するまでに２０msecの場合、通常のトルクの４倍程度が、動力伝達手段に作用する可能性がある。
【０００７】
したがって、便座・便蓋電動開閉装置をこの種の過負荷から保護するためには、可能な限り早いタイミングで、直流モータでの電圧印加を停止する必要があった。
【０００８】
また、便座あるいは便蓋に衝撃的な力が作用し、急激な加速力が作用した場合、直流モータの端子間が短絡状態では、直流モータ逆起電力による制動力が大きく、直流モータの駆動トルクが見かけ上大きくなった状態となり、通常はギアで構成される動力伝達系に多大な負荷が発生するという課題を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、便座および便蓋を動力伝達手段を介して開閉駆動する直流モータと、前記便座および便蓋の回転角度を検出する回転角度検出手段と前記回転角度検出手段より得られる角度の時間的な変化を演算する角速度演算手段を有し、前記角速度の時間的な変化量である角加速度の絶対値が所定値を超えた時、前記直流モータへの電圧の印加を停止する制御手段を備えたものである。
【００１０】
上記発明によれば、衝撃的な力が便座あるいは便蓋に作用した時に生ずる回転角速度の変化量を検出するため、衝撃的な力が発生する時点での検知を可能とし、この時点で直流モータの入力を停止し、直流モータ端子間を開放とすることにより、直流モータおよび動力伝達手段への負荷を最低限に抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、便座及び／又は便蓋を開閉駆動するための直流モータと、前記便座及び／又は便蓋へ前記直流モータの動力を伝達する動力伝達手段と、前記動力伝達手段から前記便座及び／又は便蓋に至る動力伝達経路に設けられた角度検出手段と、前記角度検出手段より得られる角度を所定時間間隔Δｔ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を有し、前記便座又は便蓋の開動作時の、前記角速度演算手段より得られる時刻ｔ１における角速度ｖ１が、時刻ｔ１のΔｔ時間前にサンプリングした角速度ｖ０と比較して所定値、例えば５０％以上変化した場合、直流モータへの電圧の印可を停止するとともに、時刻ｔ１のΔｔ時間後にサンプリングした速度ｖ２が開方向であれば、直流モータへの電圧印可を再開し、前記速度ｖ２が閉方向であれば直流モータへの電圧印可を停止したままとする制御手段を備えたものである。
【００１２】
そして、時刻ｔ１における角速度ｖ１が、時刻ｔ１のΔｔ時間前にサンプリングした角速度ｖ０と比較して５０％以上変化したデータが単なるノイズなのか、実際に速度が変化したのかを判定するため、いったん直流モータへの電圧印可を停止し、自由運動させて、時刻ｔ１のΔｔ時間後にサンプリングした速度ｖ２が開方向であれば、直流モータへの電圧印可を再開し、前記速度ｖ２が閉方向であれば直流モータへの電圧印可を停止したままとする制御を行うものである。実際に角速度の変化があるか、単なるノイズなのかを素早く的確に判定することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１４】
（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は同装置のシステム構成図、図４は同装置の動作特性説明図、図５は外力による動作特性説明図である。
【００１５】
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。
【００１６】
図において、１は便器であり、便器１後方にロータンク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。
【００１７】
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を制御する直流モータ駆動回路１１と、この直流モータ駆動回路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。
【００１８】
さらに、マイコン１４には、角度検出手段９より得られる便座４の回転角度の時間的な変化を算出する角速度演算手段１５と角速度演算手段１５より得られる角速度の時間的な変化を演算する角加速度演算手段１６が設けられている。角速度演算手段１５は角度検出手段９から所定の時間間隔で取りこまれる角度の値を、各時間間隔毎に前回の値と今回の値を引き算し、時間間隔で割り算する演算ルーチンにより構成されるが、相対比較する上では、各時間間隔で、角度の値を引き算するだけで良い。また角加速度演算手段１６は、角速度演算手段１５より得られる角速度の値を、各時間間隔毎に引き算し、時間間隔で割り算するルーチンで構成されるが、相対比較する上では角速度の値を引き算するだけの構成で良い。
【００１９】
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は所定の角速度で回転していき、開位置まで達し停止する。
【００２０】
便座４が開方向に回転している時に使用者が便座４を強制的に閉止しようとするなど、衝撃的な力が便座４に作用した場合について、図４で説明する。便座４は便器１に当接した状態から、所定の駆動力で回転していくが、立ち上がりは、便座４の慣性モーメントのため、回転速度の立ち上がり区間があり、それ以降、所定の速度で回転してゆく。そしてＢ点で衝撃力が加えられると、便座４の回転速度は急激に低下しＣ点、Ｄ点と急激に減速し、角速度が０から、停止さらに閉止方向へと回転方向が逆転する。この便座４の角速度はマイコン１４の角速度演算手段１５で評価され、さらにこの角速度の変化量は角加速度演算手段１６により評価される。この角加速度の絶対値が基準値の２倍以上を超えると、直流モータ７への電圧印加を停止し、直流モータ７の端子間を開放するという制御をマイコン１４で行う。
【００２１】
そして、便座４に加えられた外力による衝撃力の発生を、便座４の角速度の変化量、すなわち角加速度で検知し、この角加速度の絶対値が定常値の２倍を超えた場合、異常と判定することにより、便座４に加えられた衝撃的な力の発生時点で検知し、この時点で直流モータ７の入力を停止することで、直流モータ７の電気的な駆動力を停止させて直流モータ７の回転力を抑え、動力伝達手段８への負荷を最低限に抑えてギア列の破損などを防止するものである。
【００２２】
（実施例２）
本発明の実施例２を、図３を用いて説明する。実施例１と異なる点は、角加速度の大きさによる便座４への衝撃力の大きさの評価を、便座４が所定の動作角度の範囲にある場合に行い、この領域から外れる角度範囲については、角加速度検出手段１５による角加速度の判定を行なわない点である。図３において、便座４の立ち上がりの角度領域ＧＨと、便座４の開位置の近くの角度領域ＩＪでは角加速度による判定は行わず、角度領域ＨＩにおいて角加速度による判定を行うものである。角度領域ＨＩは水平位置より１５度より、開位置より２０度手前程度に設定するのが望ましい。
【００２３】
次に動作・作用について説明すると、角度領域ＧＨ及び角度領域ＩＪについては、便座４が停止から回転運動に、あるいは回転運動から停止へと回転速度が大幅に変化する領域であり、外力による角加速度の変化か、便座４の運動制御による角加速度の変化か、判別が難しい領域である。またこの領域は、動作角度的に外力を加えられ難い領域でもあるため、角加速度の変化を検出する領域からこれらの領域を除いた角度領域ＨＩで角加速度を検出することにより、誤動作を防止し、安定した動作ができる。
【００２４】
（実施例３）
図６は本発明の実施例４の制御シーケンスの説明図である。実施例１と異なる点は、所定の時間間隔△ｔで角度検出手段９でサンプリングされる角度情報から、角速度Ｖを算出するとともに、この角速度Ｖが前回サンプリングした値と比較して、半分以下となった場合、直流モータ７への入力を停止するとともに、△ｔ時間後の角速度の値を評価することにより、角速度の変化が実際に角速度が変化したのか、電気ノイズであるのか判定する手段を構成した点である。
【００２５】
角速度演算手段１５より得られる時刻ｔ１における角速度ｖ１が、時刻ｔ１のΔｔ時間前にサンプリングした角速度ｖ０と比較して５０％以下となった場合、直流モータ７への電圧の印可を停止するとともに、時刻ｔ１のΔｔ時間後にサンプリングした速度ｖ２が開方向であれば、直流モータ７への電圧印可を再開し、前記速度ｖ２が閉方向であれば直流モータ７への電圧印可を停止したままとする制御シーケンスを設けたものである。
【００２６】
次に動作・作用について説明する。使用者が便座４に力を加えた場合に生ずる角速度を角速度演算手段１５より得られる時刻ｔ１における角速度ｖ１が、時刻ｔ１のΔｔ時間前にサンプリングした角速度ｖ０と比較して５０％以下になったことを基準として判定し、いったん直流モータ７への電圧印可を停止して、動力伝達手段を自由な状態として、衝撃力を緩和した後、このサンプリングした角速度の変化が、真に衝撃力によるものか、単なる電気ノイズであるのかを判定するために、さらに時間△ｔ後の速度ｖ２を検出し、速度ｖ２が開方向であれば、便座４の閉方向への衝撃力はなく、電気ノイズであると判定して、便座４の開方向への電圧の印可を再開し、速度ｖ２が閉方向であれば、衝撃力がかった判断して直流モータ７への電圧印可を停止したままとするものである。
【００２７】
（実施例４）
図７は本発明の実施例４のシステム構成図、図８は同動作シーケンスの説明図である。実施例１と異なる点は、直流モータ７を制御する直流モータ駆動回路１１に駆動電流検知手段１７を接続した点である。
【００２８】
次に動作・作用について説明する。便座又は便蓋の開動作時に、前記駆動電流検出手段より得られる時刻ｔ１における電流値Ａ１が、時刻ｔ１のΔｔ時間前にサンプリングした電流値Ａ０と比較して２０％以上増加した場合、直流モータへの電圧の印可を停止する制御手段を備えたものである。
【００２９】
そして、便座及び／又は便蓋を動力伝達手段を介して開閉駆動する直流モータの駆動電流の検出により過負荷を検出する制御を行うものである。
【００３０】
過負荷と直接対応する直流モータの電流値を検出することにより、的確に過負荷を防止することができる。
【００３１】
（実施例５）
図９は本発明実施例５のシステム構成図であり、実施例４と異なる点は、直流モータ７の駆動電流の変化を検出する駆動電流検知手段１７と角速度の変化量を評価する角加速度演算手段１６の双方を備えている点が異なる。
【００３２】
次に動作について説明すると、角度検出手段９より得られる角度を所定時間間隔Δｔ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による時刻ｔ１における角速度ｖ１が、時刻ｔ１のΔｔ時間前にサンプリングした角速度ｖ０と比較して５０％以上変化し、かつ駆動電流検出手段１７より得られる時刻ｔ１における電流値Ａ１が、時刻ｔ１のΔｔ時間前にサンプリングした電流値Ａ０と比較して２０％以上変化した場合、直流モータ７への電圧の印可を停止するものである。便座４へ外力が加えられた場合の影響を、便座４の角速度の変化と直流モータ７の電流値の変化の双方を監視し、両者ともに異常であると判定した場合に、直流モータ７への電圧印可を停止するもので、誤動作がなく確実に過負荷状態を回避することができる。
【００３３】
（実施例６）
図１０は本発明の実施例６のシステム構成図、図１１は同制御シーケンス説明図である。実施例１と異なる点は、直流モータ７の端子間を短絡させる手段をモータ駆動回路１１に設けるとともに、直流モータ７の端子間を短絡させて動かすモードで、角速度演算手段１５による角速度Ｖ１が所定値Ｖｃを越えた場合に、直流モータ７端子間を開放させる点が異なる。
【００３４】
次に動作について説明すると、便座４を便器１にソフトに着座させるため、直流モータ７の端子間を短絡させて、回生電流によりブレーキ力を発生させて動作させるモードにおいて、便座４を強制的に動かした場合、便座４への衝撃力が発生する。この回生電流により生ずるブレーキ力は便座４を強制的に動かす速度にほぼ比例して発生し、外部から高速に便座４を動かすと、動力伝達手段８に過大な負荷が発生する。角速度演算手段１５による角速度Ｖ１が所定値Ｖｃを越えた場合に、直流モータ７端子間を開放させることにより、直流モータ７で発生する回生電流による制動力を解除し、動力伝達手段８への負荷を低減するものである。所定値Ｖｃについては、通常の角速度の１．５倍程度に設定するのが望ましい。
【００３５】
なお、直流モータ７の端子を解放後、便座４の回転角度が、水平位置に近くなれば、再度直流モータ７の端子を短絡させることは、便座４が便器１に衝突することを防ぐ上で望ましいことである。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、便座あるいは便蓋の角速度の時間的な変化量が所定値を超えた時、前記直流モータへの入力を停止するよう構成されているため、衝撃的な力の発生時点での検知を可能とし、この時点で直流モータの入力を停止することにより、直流モータおよび動力伝達手段への負荷を最低限に抑えることができる。
【００３７】
また、便座あるいは便蓋に異常負荷が作用したことによる、直流モータの駆動電流の急増を検出するため、衝撃的な力の発生時点での検知を可能とし、この時点で直流モータの入力を停止することにより、直流モータおよび動力伝達手段への負荷を最低限に抑えることができる。
【００３８】
また、回生電流によるブレーキをかけるモードにおいて、角速度が所定値をこえた場合に、直流モータの端子を開放して、動力伝達系への負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  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
【図２】  同便座・便蓋電動開閉装置の駆動部構成図
【図３】  同装置のシステム構成図
【図４】  同装置の動作特性説明図
【図５】  過負荷の発生の説明図
【図６】  本発明の実施例３の動作シーケンス説明図
【図７】  本発明の実施例４のシステム構成図
【図８】  同実施例４の動作シーケンス説明図
【図９】  本発明の実施例５のシステム構成図
【図１０】  本発明の実施例６のシステム構成図
【図１１】  同実施例６動作シーケンス説明図
【符号の説明】
４  便座
５  便蓋
７、２７  直流モータ
８、２８  動力伝達手段
９、２９  角度検出手段
１４  マイコン（制御手段）
１５  角速度演算手段
１６  角加速度演算手段
１７  駆動電流検出手段
【図１】
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【図２】
0004300686.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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