JP5532702B2 - 電動便座装置 - Google Patents

Description

本発明はトルクリミッタを備えた電動便座装置に関する。

従来の電動便座装置では、駆動モータの出力軸と歯車の間又は駆動モータの出力軸に固定した歯車が噛み合う減速歯車輪列の歯車にトルクリミッタが構成されている。したがって駆動モータの動作中に便座又は便蓋に大きな外力が作用しても、駆動モータや減速歯車列に過大なトルク荷重が伝わらない構成である（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−９５１２０号公報

しかしながら、従来の電動便座装置では、遊星歯車機構を備えた減速歯車輪列を用いて駆動モータの出力を減速するため、部品点数が多く複雑な構造である。また、従来の電動便座装置のように、トルクリミッタを駆動モータの出力軸と歯車との間及び遊星歯車機構内の二箇所に設けた場合、さらに部品点数が多くなり、複雑な構造でコストアップの原因になる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モータへの所定荷重以上のトルク伝達を遮断する簡易な構造で省スペースなトルクリミッタを備えた電動便座装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の課題解決手段は、モータと、前記モータの出力により回転するウォームと、前記ウォームと噛合し前記ウォームの回転を減速して被駆動部材を開閉動作する減速機構と、前記被駆動部材に対して所定荷重以上の外力が作用した場合に前記モータへのトルク伝達を遮断するトルクリミッタと、を備えた電動便座装置であって、前記トルクリミッタは、前記ウォームと一体回転する第１回転部材と、前記第１回転部材と一体回転するカバー部材と、前記モータの出力と一体回転する第２回転部材と、前記第１回転部材に係止され、前記第２回転部材に締着され、前記所定荷重以上の外力が作用した場合には前記第１回転部材と前記第２回転部材の間で相対回転を生じさせる弾性部材と、を備え、前記カバー部材は、前記被駆動部材に対して外力が作用して前記ウォームが軸方向の荷重を受けた場合に、前記ウォームの軸方向への移動を規制する当接部材と当接し、前記第２回転部材との間に空間を形成し、前記モータに対して前記第１回転部材と前記第２回転部材とが同軸に配設される構成である。

また、第２の課題解決手段は、前記被駆動部材に対して外力が作用して前記ウォームが軸方向の荷重を受けた場合、前記荷重が作用する方向に前記ウォーム、前記第１回転部材、前記カバー部材、前記当接部材が順次配設される構成である。

また、第３の課題解決手段は、前記第１回転部材と前記第２回転部材と前記カバー部材とは、前記モータの出力軸に対して同軸に配設される構成である。

また、第４の課題解決手段は、前記ウォームと前記第１回転部材は一体で形成される構成である。

本発明では、電動便座装置はモータの出力軸と減速機構の歯車列の一番目であるウォームとの間にトルクリミッタを備える。通常の運転状態においてはトルクリミッタを備える第１回転部材及び第２回転部材のうち、一方の部材に固定された弾性部材は他方の部材に締着して、第１回転部材及び第２回転部材の間におけるトルクの伝達が成されるが、被駆動部材である便座又は便蓋に所定荷重以上の外力が作用してトルクリミッタに大きなトルク荷重を生じると、第１回転部材と第２回転部材は相対回転可能になるので、モータの出力軸には所定荷重以上の外力に起因するトルク荷重の伝達が遮断される。また、モータの出力軸に所定荷重の大きさ以上のトルク荷重が伝達された場合でも減速機構がモータから受ける反力が生じるのを防ぐことが出来る。よって、モータや減速機構等の破損を防ぐことが出来る。また、トルクリミッタがモータの出力軸と減速機構のウォームとの間に備えられるので、減速機構の歯車列の中や減速機構と便座又は便蓋との間に設けられる場合と比べて、トルクリミッタが作動するトルク荷重の設定を小さくすることが出来る。よって、トルクリミッタの小型化が可能となり、電動便座装置を小さく出来る。

ここで、一段で大きな減速比が得られるウォームを用いると、外力の作用による被駆動部材によってウォームに対してウォームの回転軸方向の何れかに付勢する力が作用する。トルクリミッタは第１回転部材及び第２回転部材のうちの一方の部材に係止された弾性部材と他方の部材との摩擦力の範囲でトルクを伝達し、摩擦力を超えるトルクが加えられた場合にトルクの伝達を制限する機構であるが、被駆動部材への外力の作用によりウォームに対しては回転軸方向に付勢する力が作用する。その場合、外力の作用する方向によってはウォームに加わる力が第１回転部材と第２回転部材の間を押圧する場合がある。その結果、弾性部材と他方の部材との摩擦力に加えて第１回転部材と第２回転部材の間の軸方向摩擦力によるトルクの伝達が付加される。そのために、トルクリミッタにより制限されるトルク伝達制限の大きさの閾値は外力の大きさに左右される。ここで、被駆動部材の開閉動作のうち、モータ駆動による開動作中に大きな閉方向の外力が印加された場合が特に過大な外力荷重として作用する。

この問題に対して、本発明では、ウォームを介してのトルクリミッタに作用する回転軸方向の荷重を、第１回転部材と一体回転するカバー部材の先端部が本機構のハウジングの一部である当接部材に当接させ、カバー部材と第２回転部材との間に空間を形成する構成とすることで、外力に起因してウォームの回転軸方向に付勢する力が作用しても、第１回転部材から第２回転部材への荷重の伝達を防ぐことができ、トルクリミッタが制限する伝達トルクの大きさを、所定の荷重に一定に保つことが出来る。

また、ウォーム、第１回転部材、カバー部材、当接部材は、被駆動部材に対して外力が作用してウォームが軸方向の荷重を受けた場合に荷重が作用する方向に順次配設されるため、軸方向の荷重はウォーム、第１回転部材、カバー部材、当接部材の順に伝達され、第２回転部材には軸方向の荷重は作用しない。よって、第１回転部材から第２回転部材への軸方向の荷重の伝達を防ぐことができる。

また、モータ、第１回転部材、第２回転部材、カバー部材の回転軸を同軸に配設することで、ウォーム、第１回転部材、第２回転部材の間に作用する力がモータの出力軸に与える影響を小さくできる。

また、第１回転部材をウォームと一体で形成することで、トルクリミッタを簡略化し、小型化することができる。

本発明の実施例１の電動便座装置の斜視図である。 本発明の実施例１の電動開閉装置の斜視図である。 本発明の実施例１の電動開閉装置のモータとトルクリミッタを示す斜視図である。 本発明の実施例１のトルクリミッタの分解組立図である。 本発明の実施例１の外輪の外観を示す拡大斜視図である。 本発明の実施例１の電動開閉装置の断面図である。 本発明の実施例２の電動開閉装置の断面図である。

以下に本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の電動便座装置１の斜視図である。電動便座装置１は、被駆動部材としての便座１１及び便蓋１２を備える。便座１１及び便蓋１２は便器１３の上部に配置されるカバー１３１内に設けられており、同軸の便蓋シャフト４６（図２）及び便座シャフト４７（図２）を備える。便座１１、便蓋１２は、夫々に設けられた電動開閉装置１４により回動する。

図２は、電動開閉装置１４の斜視図である。図面左側の便座１１を回動する電動開閉装置１４と、図面右側の便蓋１２を回動する電動開閉装置１４は、同様の構造、動作である。本実施例では、便蓋用の電動開閉装置１４に基づいて以下に詳述する。

便蓋用の電動開閉装置１４における減速機構４４は、トルクリミッタ５０に接続されるウォーム５１ａに噛み合う第１歯車４４１（ウォームホイール）と第１歯車４４１に一体化されている第１ピニオン４４２と、第１ピニオン４４２に噛み合う第２歯車４４３と第２歯車４４３に一体化されている第２ピニオン４４４と、第２ピニオン４４４に噛み合う第３歯車４４５と第３歯車４４５に一体化されている第３ピニオン４４６と、周方向の一部に歯列をもつ第４歯車４４７とから構成される。第４歯車４４７は便蓋１２を回動させる便座シャフト４６に固定される。

便蓋シャフト４６及び便座シャフト４７は、内部に便蓋シャフト４６、外部に便座シャフト４７の構成もつ同軸の二重シャフトである。便蓋用の電動開閉装置１４と便座用の電動開閉装置１４は、中央ブラケット４８及び両側ハウジング（図示省略）に配置される。中央ブラケット４８及び両側ハウジングに対して、減速機構４４の歯車列（第１歯車４４１、第１ピニオン４４２、第２歯車４４３、第２ピニオン４４４、第３歯車４４５、第３ピニオン４４６、第４歯車４４７）は、のそれぞれの軸の両端が枢着されている。

図３は、電動開閉装置１４のモータ４１とトルクリミッタ５０を示す斜視図である。電動開閉装置１４は、モータ４１とモータ４１のモータシャフト４１ａ（図４）が相対回転不能に挿通されたトルクリミッタ５０と、トルクリミッタ５０を介して接続される減速機構４４とを有する。モータシャフト４１ａ、トルクリミッタ５０、及びウォーム５１ａの回転軸方向と減速機構４４の歯車列の回転軸方向とは直交する。

図４は、トルクリミッタ５０の分解組立図である。トルクリミッタ５０は、第１回転部材としての外輪５１と、スリーブ５２及び内輪５３から構成される第２回転部材５６と、弾性部材としてのコイルバネ５４と、カバー部材５５とを備える。ウォーム５１ａ、外輪５１、カバー部材５５は順次配設される。また、外輪５１とスリーブ５２、内輪５３と、カバー部材５５は、モータシャフト（出力軸）に対して同軸に配設される。また、ウォーム５１ａと外輪５１は一体で形成される。

モータ４１のモータシャフト４１ａは、スリーブ５２と回転不能に装着され、軸方向への移動が可能に構成される。スリーブ５２の外周には内輪５３が相対回転不能の設けられ、第２回転部材５６を構成する。コイルバネ５４（弾性部材）は、コイル状の内径部が内輪５３の外周に締着されるとともに、コイルバネ５４の２箇所の直線部５４ａは、外輪５１の内面に対称に配置された２個の扇形空間５１ｂにそれぞれ収納される。カバー部材５５は、先端側に小突起５５ｅを、反対側に一対の四角穴５５ｃを設けた取り付け腕５５ａを備える。スリーブ５２と前面にあるカバー部材５５の間は、非接触となるように空間５７（図６）が形成される。

図５は、外輪５１の外観を示す拡大斜視図である。外輪５１は一対の凹み部５１ｅが設けられ、凹み部５１ｅの中央には小突起５１ｆが形成されている。小突起５１ｆには、取り付け腕５５ａの四角穴５５ｃが嵌合する。

図６は、電動開閉装置１４の断面図である。便蓋１２のモータ駆動による開動作中に大きな閉方向の外力が作用したときに、ホイール４４１の回転によって、ウォーム５１ａが図面の左方向（矢印Ａの向き）に荷重を受ける。荷重は順次、ウォーム５１ａ、外輪５１、カバー部材５５、ハウジングの当接部６１に伝達される。当接部６１は、金属性の当接板６１ａが装着された小空間６１ｂを備え、ウォーム５１ａが荷重を受けた場合はカバー部材５５の先端の小突起５５ｅが当接板６１ａに当接する構成である。小空間６１ｂは潤滑剤を保持し、小突起５５ｅと当接板６１ａの摺動を円滑にする。外輪５１の端面５１ｄとカバー部材５５の端面５５ｂとは必ず接触して、カバー部材５５とスリーブ５２の間に空間５７を形成する。ウォーム５１ａのモータ４１側の先端の突起部５１ｂは先端が尖った形状で、モータ軸受け部４１ｂとの接触面積が少ない構成である。また軸受け４１ｂの外周には環状突起４１ｃを設けている。環状突起４１ｃにより形成される空間４１ｄには、グリースが充填される。

実施例１の電動開閉装置１４の動作と効果について説明する。

便蓋１２のモータ駆動による開動作中に大きな閉方向の外力が作用すると、ホイール４４１の回転によって、ウォーム５１ａが図６の左方向に（矢印Ａの向き）荷重を受ける。外輪５１はカバー部材５５を左方向に押し、カバー部材５５の小突起５５ｅは当接部６１の当接板６１ａに接触する。このときカバー部材５５とスリーブ５２の間に空間５７を形成するため、第２回転部材５６を構成するスリーブ５２、内輪５３とコイルバネ５４には軸方向の荷重は伝達しない。

実施例１の電動開閉装置１４では、外力によってウォーム５１ａが軸方向の外側に向かって大きな荷重を受け、カバー材５５の小突起５５ｅが当接部６１の当接板６１ａに当接した状態になっても、荷重の影響を受けずに所定の設定トルクで内輪５３とコイルバネ５４との間で滑りが発生することで過大トルクの伝達を遮断することが可能である。またモータ出力側からの過大トルクに対しても同様に所定の設定トルクで内輪５３とコイルバネ５４との間で滑りを生じさせることが出来るので、歯車伝達機構全体を過負荷による破損等から保護することが出来る。

また、当接部６１の当接板６１ａとの接触にあっては、トルクリミッタ５０の所定荷重に対して充分に小さい摩擦抵抗となるように、カバー部材５５の先端の小突起５５ｅとの接触面積が小さくなるように構成し、グリース等で充分な潤滑を確保した構造である。当接板６１ａは金属板であり、樹脂製の小突起５５ｅが所定の荷重や速度で押圧、回転してもカジリ等の発生を防止できる。

また、ウォーム５１ａのモータ４１側の先端においてもカバー部材５５の小突起５５ｅと同様に突起部５１ｂを形成しているので、便蓋１２の開閉動作によるホイール４４１からの反力を受けてウォーム５１ａが図６の右方向（矢印Ａ’）に荷重を受けた場合でも、相手部材のモータ軸受け４１ｂとの接触面積が小さく、また環状突起４１ｃとの空間４１ｄでグリース等による充分な潤滑を確保出来るので、モータ４１の出力を効率良く減速歯車輪列を通して出力させることが出来る。

本発明の実施例１では、便蓋１２に外力が作用した場合について詳述したが、便座１１に外力が作用した場合も同様に作用し、同様の効果を奏する。

図７は本発明の実施例２の電動開閉装置１４ａの断面図である。実施例１の電動開閉装置１４との違いは、便座１１又は便蓋１２のモータ駆動による開動作中に大きな閉方向の外力が作用して、ホイール４４１の回転によって、ウォーム５１ａが図７の右方向（矢印Ｂの向き）に荷重を受けることである。実施例１の電動開閉装置１４と同一の機能、部位については、同一の符号を用いて説明する。

ウォーム５１ａの回転軸に作用する図面右方向の荷重は、順次、ウォーム５１ａ、外輪５１、カバー部材５５、当接部６１に伝達される。実施例１とはトルクリミッタ５０の向きが逆になることから、カバー部材５５中央部にはモータ４１のモータシャフト４１ａを挿通するための中央孔と、当接部６１に接触する環状小突起５５ｅとを備える。

当接部６１はモータ４１側に配置されるため、モータ４１のモータシャフト４１ａが挿通する軸受け部４２から延在する環状突起４１ｃがあり、環状小突起５５ｅは軸受け部４２の表面に当接する。

ここで、ウォーム５１ａ、外輪５１、スリーブ５２と内輪５３、弾性部材としてのコイルバネ５４、カバー部材５５の構成は実施例１と同様である。また、モータ４１のモータシャフト４１ａはスリーブ５２と回転不能に装着されており、軸方向に移動可能である。ウォーム５１ａの左方端は閉じられ、先端が小突起５１１を有しており、ハウジング１３１の当接部１３１ａと小さい接触面積で接触する構成である。

実施例２の電動開閉装置１４ａの動作と効果について説明する。

図７に示すように、便蓋１２のモータ駆動による開動作中に大きな閉方向の外力が作用したときに、ホイール４４１の回転によって、ウォーム５１ａは図７の右方向（矢印Ｂの向き）に荷重を受ける。

外輪５１は、カバー部材５５のみを選択的に矢印Ｂ方向に押すため、カバー部材５５は当接部６１に接触する。このときスリーブ５２と内輪５３とコイルバネ５４には軸方向（矢印Ｂ方向）の荷重を伝達しないため、トルクリミッタ５０は、外力に起因する伝達荷重の影響を受けない。

当接部６１との接触にあっては、トルクリミッタ５０の所定荷重に対して充分に小さい摩擦抵抗となるように、カバー部材５５の先端の環状小突起５５ｅとの接触面積を構成し、グリース等で充分な潤滑を確保した構造である。環状突起４１ｃは金属製の軸受け４２が延在したもので、樹脂製の環状小突起５５ｅが所定の荷重や速度で押圧、回転してもカジリ等が発生しない。

実施例２の電動開閉装置１４ａでは、外力によってウォーム５１ａが軸方向の外側に向かって大きな荷重を受け、カバー材５５の環状小突起５５ｅが当接部６１に当接しても、トルクリミッタ５０は荷重の影響を受けずに所定の設定トルクで内輪５３とコイルバネ５４との間で滑りが発生する。よってトルクリミッタ５０は、過大トルクの伝達を遮断することが可能である。また、モータ出力側からの過大トルクに対しても所定の設定トルクで内輪５３とコイルバネ５４との間で滑りを生じるため、歯車伝達機構全体を過負荷による破損等から保護することが出来る。

また、ウォーム５１ａのモータ４１と反対側の先端においてもカバー部材５５の環状小突起５５ｅと同様に突起部５１１を形成しているので、便蓋１２の開閉動作によるホイール４４１からの反力を受けてウォーム５１ａが図面の左方向（矢印Ｂ’）に荷重を受けた場合でも、相手部材のハウジング１３１の左側当接部１３１ａとの接触面積が小さいため、モータ４１の出力を効率良く減速歯車輪列を通して出力させることが出来る。

４１ モータ
５１ａ ウォーム
４４ 減速機構
５０ トルクリミッタ
５１ 外輪（第１回転部材）
５２ スリーブ（第２回転部材）
５３ 内輪（第２回転部材）
５４ コイルバネ（弾性部材）
５５ カバー部材
６１ 当接部（当接部材）

Claims (4)

1. モータと、
   前記モータの出力により回転するウォームと、
   前記ウォームと噛合し前記ウォームの回転を減速して被駆動部材を開閉動作する減速機構と、
   前記被駆動部材に対して所定荷重以上の外力が作用した場合に前記モータへのトルク伝達を遮断するトルクリミッタと、を備えた電動便座装置であって、
   前記トルクリミッタは、
   前記ウォームと一体回転する第１回転部材と、
   前記第１回転部材と一体回転するカバー部材と、
   前記モータの出力と一体回転する第２回転部材と、
   前記第１回転部材に係止され、前記第２回転部材に締着され、前記所定荷重以上の外力が作用した場合には前記第１回転部材と前記第２回転部材の間で相対回転を生じさせる弾性部材と、を備え、
   前記カバー部材は、前記被駆動部材に対して外力が作用して前記ウォームが軸方向の荷重を受けた場合に、前記ウォームの軸方向への移動を規制する当接部材と当接し、前記第２回転部材との間に空間を形成し、
   前記モータに対して前記第１回転部材と前記第２回転部材とが同軸に配設されることを特徴とする電動便座装置。
2. 前記被駆動部材に対して外力が作用して前記ウォームが軸方向の荷重を受けた場合、前記荷重が作用する方向に前記ウォーム、前記第１回転部材、前記カバー部材、前記当接部材が順次配設されることを特徴とする請求項１に記載の電動便座装置。
3. 前記第１回転部材と前記第２回転部材と前記カバー部材とは、前記モータの出力軸に対して同軸に配設されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の電動便座装置。
4. 前記ウォームと前記第１回転部材は一体で形成されることを特徴とする請求項１乃至３の少なくともいずれか一項に記載の電動便座装置。
   
   

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