便座升降装置 【技术领域】
本发明涉及用于对西式便器的便座进行升降的便座升降装置。
背景技术
西式便器中，便座和便盖以进深的内侧为中心进行旋转从而成为平卧形态及立起形态。因此，即使想对便器本体上表面的进深内侧进行清扫，但因便器本体与便座之间只留有极其狭小的间隙，欲想清扫该部分，手也无法伸入。为此，已有了通过手动方式使便座组件成为从便器本体浮起的状态的便座升降装置的提案(例如，参照专利文献1：日本特开平8-177104号公报)。
但是，对于像以往便座升降装置那样利用手动升降便座组件的结构，在厕所这样的狭窄空间中，不得不以不自然的姿势进行用手升降便座组件的工作，这是很费力的。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的目的在于，提供如下一种便座升降装置，其通过电动方式使便座组件上升或下降，从而可减轻负担，且作为进行电动的驱动源可使用低输出的电动机，而且不存在驱动机构在将便座组件上升或下降时作用的过负载引起破损的担忧。
为了解决上述问题，本发明的便座升降装置包括：固定在西式便器的便器本体侧的固定构件；安装有便座组件地可动构件；沿上下方向引导该可动构件的导向机构，其特征在于，具有通过电动方式使所述可动构件相对于上述固定构件上升或下降的驱动机构，所述驱动机构具有可驱动所述可动构件的电动机、配置在该电动机与所述可动构件之间的扭矩限制器，该扭矩限制器，切断因对所述可动构件朝上升方向或下降方向作用并使所述电动机失调的过负载而引起失调旋转的所述电动机向所述可动构件传递的惯性力。
本发明中，最好使所述扭矩限制器的向所述过负载作用的方向的空转扭矩大于使所述可动构件向与所述过负载作用的方向相反的方向驱动时的所述电动机的失调扭矩。如此构成，则至电动机失调为止负载可传递，故可充分应用电动机的传递能力。因此，可使用低输出的电动机。
本发明中，所述扭矩限制器，最好切断因对所述可动构件朝下降方向作用并使所述电动机失调的过负载而引起失调旋转的所述电动机向所述可动构件传递的惯性力。如此构成，则在将便座组件上升或下降过程中，在施加了误坐在便器上这样的过大的力的情况下，可防止因该力而失调旋转的电动机的惯性力对驱动机构的破损。
本发明中，作为所述电动机使用步进电机，最好将所述可动构件朝所述过负载作用的方向驱动时的所述驱动脉冲的频率设定为大于将所述可动构件朝与所述过负载作用的方向相反的方向驱动时的驱动脉冲的频率。在步进电机的情况下，过负载引起的失调扭矩，一般在将电动机向过负载作用的方向驱动时与将电动机向与过负载作用的方向相反的方向驱动时不同，向过负载作用的方向驱动时非常大。因此，由于将驱动机构强度设计为能经得住该大的一方的负载，故从向与过负载作用的方向相反的方向驱动的一方来看，强度过剩。若本发明那样构成的话，可减小向过负载作用的方向驱动时的电动机失调扭矩。因此，可使驱动机构的强度下降相当于失调扭矩减小的量，故可使零部件薄形化等，实现驱动机构的小型化。
本发明中，最好使所述扭矩限制器的向所述过负载作用的方向的空转扭矩小于将所述可动构件向所述过负载作用的方向驱动时的所述电动机的失调扭矩。若如此构成的话，对于将电动机朝过负载作用的方向驱动时的过负载，在电动机失调之前扭矩限制器发挥作用，可切断电动机与可动构件的连接。因此，不象上述那样使驱动脉冲的频率不同，就可使驱动机构的强度下降相当于所述失调扭矩与所述空转扭矩之差的大小。
本发明中，最好使所述扭矩限制器向与所述过负载作用的方向相反的方向的空转扭矩小于向所述过负载作用的方向的空转扭矩。如此构成，可使将电动机的惯性引起的对驱动机构的冲击抑制成较小，故可防止驱动机构的破损。该场合，最好例如由棘轮机构构成。
本发明中，构成了由电动使安装了便座组件的可动构件上升及下降的驱动机构，故清扫便器本体和便座下表面的进深内侧时，不需要用手抬起或放下便座组件。因此，可减轻清扫西式便器时的负担。另外，至电动机失调为止，可使作用可动构件的负载驱动。因此，能充分应用电动机的传递能力，可使用低输出的电动机。而且，对于因过负载而失调旋转的电动机的惯性力，通过扭矩限制器切断电动机与可动构件的连接，故可防止电动机的惯性引起的驱动机构的破损。
附图的简单说明
图1(a)、(b)分别表示具有应用了本发明的便座升降装置的西式便器单元中，便座放下的状态的说明图及便座从便器本体抬起的状态的说明图。
图2(a)、(b)、(c)、(d)是表示应用了本发明的便座升降装置的俯视图、主视图、图2(a)的A-A’线的概要剖视图及图2(a)的B-B’线的概要剖视图。
图3(a)、(b)表示从应用了本发明的便座升降装置上拆卸了可动板及左侧滑块的状态的主视图、及图3(a)的C-C’线的概要剖视图。
图4(a)、(b)是表示应用了本发明的便座升降装置中使用的步进电机的转子的俯视图、及图4(a)的D-D’线的概要剖视图。
图5(a)、(b)是表示应用了本发明的便座升降装置中，载放便座组件的可动构件处于最下位置的状态的说明图、及可动构件处于最上位置的说明图。
图6(a)、(b)是表示应用了本发明的便座升降装置中使用的步进电机的转子的变形例的俯视图、及图4(a)的D-D’线的概要剖视图。
【具体实施方式】
以下，参照附图对应用了本发明的便座升降装置的一形态进行说明。
(便器单元的结构)
图1(a)、(b)分别表示具有应用了本发明的便座升降装置的西式便器单元中，便座放下的状态的说明图及便座从便器本体抬起的状态的说明图。
如图1(a)所示，本形态的西式便器单元具有西式的便器本体11、在该便器本体11上开闭的便座12、在该便座12上开闭的便盖13，便座12及便盖13以进深内侧为中心旋转，成为平卧形态及立起形态。这里，便座12及便盖13作为便座组件10一体化，在该便座组件10上有时根据需要而内置有缓和便座12及便盖13因自重而平卧时的速度的阻尼装置或用于电动开闭便盖的电动装置。
不管哪一种情况，本形态的西式便器单元如图1(b)所示，构成能将便座12(便座组件10)从便器本体11浮起，以对便器本体11的上表面可一直清扫到进深内侧的电动式的便座升降装置1。
(便座升降装置的结构)
图2(a)、(b)、(c)、(d)是表示应用了本发明的便座升降装置的俯视图、主视图、图2(a)的A-A’线的概要剖视图及图2(a)的B-B’线的概要剖视图。图3(a)、(b)表示从应用了本发明的便座升降装置上拆卸了可动板及左侧滑块的状态的主视图、及图3(a)的C-C’线的概要剖视图。
如图2(a)～(d)及图3(a)、(b)所示，本形态的便座升降装置1包括：具有朝向便器本体11(参照图1)上表面部分的固定面21的固定板2(固定构件)；在固定板2的后端向上方弯折的垂直面22的上端部分所固定的倒L字形的挡板3；跨越挡板3的水平部分31和固定板2的固定面21之间的圆柱状的右导向轴41及左导向轴42(引导机构)。
在左右导向轴41、42上，支承有可分别沿这些导向轴41、42上下滑动的右侧滑块51及左侧滑块52，还安装有可动板6(可动构件)以覆盖左右的滑块51、52的前表面及上表面。右侧滑块51及左侧滑块52呈大致长方体形状，分别具有插入导向轴41、42的轴承部分511、521。
这里，可动板6的上表面60固定有便座组件10，因此，当左右的滑块51、52沿导向轴41、42上下移动时，固定在可动板6上的便座组件10也一体地上下移动。
本形态的便座升降装置1中，对于右侧滑块51，构成在上下方向驱动该右侧滑块51的电动式的驱动机构5，右侧的滑块51通过该驱动机构5而被上下驱动时，左侧滑块52、可动板6及便座组件10也上下移动。
作为这样的驱动机构5，本形态中，首先在右侧滑块51的左面的上下方向的全范围内形成齿条53。
另外，本形态中，在由左右导向轴41、42围起的空间内配置有作为驱动机构5的驱动源的可正反双向旋转的步进电机7、传递该步进电机7的驱动力的减速齿轮列70，该减速齿轮列的输出小齿轮80与右侧滑块51的齿条53啮合。步进电机7配置在挡板3的正下方，输出小齿轮80配置在便座升降装置1的高度方向的大致中央位置。
步进电机7是所谓的PM型步进电机，如图3(b)所示，包括外周面具有在圆周方向多极磁化的环状磁铁75a的转子76、与磁铁75a的外周面相对的定子77。定子77具有沿光轴方向配置的2个驱动线圈。每个驱动线圈都从光轴方向的两侧被外定子铁心及内定子铁心夹住，在外定子铁心及内定子铁心上形成沿驱动线圈的内周面交替地排列的多个极齿。
一般来说，步进电机7中，作用了向与驱动方向相反方向使步进电机7失调的电动机过负载情况下的失调转矩(以下称为反向失调转矩)、与作用了向驱动方向使步进电机7失调的电动机过负载情况下的失调转矩(以下称为正向失调转矩)不同。即，正向失调转矩远比反向失调转矩大。
减速齿轮列70包括：具有与转子76拥有的小齿轮74a啮合的大直径齿轮的第1齿轮71；具有与该第1齿轮71啮合的大直径齿轮的第2减速齿轮72；具有与该第2减速齿轮72的小直径齿轮啮合的大直径齿轮的第3减速齿轮73；以及具有与该第3减速齿轮73的小直径齿轮啮合的大直径齿轮81的输出齿轮8，相对于该输出齿轮8的一方端部构成输出小齿轮80，该输出小齿轮80与右侧滑块51的齿条53啮合。随着该右侧滑块51的升降，左侧滑块52及安装成覆盖该左侧滑块52和右侧滑块51的前表面及上表面的可动板6随之移动。
(便座组件的位置检测装置的结构)
如图3(b)所示，输出齿轮8隔着大直径齿轮81，在输出小齿轮80的相反侧的端部构成小直径齿轮82，在该小直径齿轮82的下方位置配置有与小直径齿轮82啮合的传感器齿轮15。该传感器齿轮15的旋转轴105的端部从固定板2的垂直面22向背面侧突出。该突出的端部的截面形状为D字形，在这里与电位差计14的转子部的D字形的孔嵌合。因此，当传感器齿轮15的旋转轴105旋转，电位差计14的转子部一体旋转。
这里，传感器齿轮15的齿数构成为，输出小齿轮80在右侧滑块51的齿条53的全范围内驱动期间，传感器齿轮15的旋转为不到1周。因此，电位差计14输出与传感器齿轮15的旋转轴(转子部)的角度位置对应的信号，故可检测右侧滑块51的上下方向的位置即便座组件5的升降位置。
(挡板的结构)
如图2(c)、(d)所示，在左右滑块51、52的背面侧，在与固定板2的垂直面22相对的部分分别开设有角孔55。在这些角孔55的内部分别配置有可在水平方向进退的卡合构件95，在其内侧配置有将卡合构件95向固定板2的垂直面22施力的弹簧96。而在固定板2的垂直面22上，在当使左右滑块51、52上下时卡合构件95所通过的线上的下方位置，左右形成有进入卡合构件95前端部的下侧凹部97，另一方面，在上方位置左右形成卡合构件95前端部进入的上侧凹部98。
因此，左右滑块51、52侧的卡合构件95及弹簧96和固定板2的垂直面22侧的下侧凹部97，起到对便座12(便座组件)下降时的左右滑块51、52的保持位置进行限制的第1挡块91的作用。另外，左右滑块51、52侧的卡合构件95及弹簧96和固定板2的垂直面22侧的上侧凹部98，起到对便座12(便座组件)上升时的左右滑块51、52的保持位置进行限制的第2挡块92的作用。不管是第1挡块还是第2挡块92，卡合构件95与下侧凹部97及上侧凹部98卡合时都会产生咔哒感。
(转子的结构)
图4(a)、(b)是表示应用了本发明的便座升降装置中使用的步进电机的转子的俯视图、及图4(a)的D-D’线的概要剖视图。
转子76如图4所示，由具有磁铁75a并可旋转地支承于旋转轴78的磁铁旋转体75、可旋转地支承于该磁铁旋转体75并具有小齿轮74a的小齿轮旋转体74构成。
磁铁旋转体75如图4(b)所示，包括：外壁固定有磁铁75a且内壁形成凹凸状的齿部75e的外筒部75b；配置在该外筒部75b的内侧且内壁与固定轴78(参照图3(b))滑动的内筒部75c；以及将该内筒部75c和外筒部75b一体连接的连接部75d。
另一方面，小齿轮旋转体74具有内壁与磁铁旋转体75的内筒部75c的外壁滑动的筒部74b，在该筒部74b的外壁的上侧形成小齿轮74a，同时从下侧沿着该外壁弯曲地延伸的棘轮臂74c向图4(a)的W方向突出成形。该棘轮臂74c的前端，成为与在磁铁旋转体75的外筒部75b的内壁形成的凹凸状的齿部75e卡合的爪部74d。因此，该爪部74d在通过棘轮臂74c沿径向施力的状态下与齿部75e抵接。即，本形态中，由棘轮臂74c和齿部75e构成为扭矩限制器的棘轮机构79。本形态中，使用了作为扭矩限制器的棘轮机构79，但并不局限于棘轮机构79，可使用各种扭矩限制器。
本形态的棘轮机构79中，将便座组件10向上升方向驱动时，例如误坐上便座组件10而对便座组件10施加了下降方向的过度的负载时，步进电机7会失调。即，便座组件10的下降方向作用有过度的负载时，棘轮机构79的空转扭矩(以下称为下方向空转扭矩)，比步进电机7的反向失调转矩大。因此，该场合，爪部74d与齿部75e的壁部75f的卡合在得以维持的状态下，步进电机7失调，步进电机7的转子76向W方向高速旋转。
另一方面，本形态的棘轮机构79中，将便座组件10向下降方向驱动时，例如，误坐上便座组件10而对便座组件10施加了下降方向的过度的负载时，小齿轮旋转体74相对于磁铁旋转体75空转。即，下方向空转扭矩，比步进电机7的正向失调转矩小。因此，该场合，步进电机7失调之前，爪部74d与齿部75e的壁部75f的卡合解脱。
步进电机7失调，步进电机7的磁铁旋转体75一边向W方向高速旋转一边便座组件10下降，便座组件10到达最下位置时的棘轮机构79的空转扭矩(以下称为上方向空转扭矩)比下方向空转扭矩小。该上方向空转扭矩设定为减速齿轮列70和滑块51等驱动机构5不产生破损，故即使便座组件10停止时，也不会有过分负载作用于减速齿轮列70和滑块51等驱动机构5上，可防止驱动机构的破损。
(便座的升降动作的说明)
图5(a)、(b)是表示在应用了本发明的便座升降装置中、载放便座组件的可动构件处于最下位置的状态的说明图，及可动构件处于最上位置的说明图。而图5(a)、(b)相当于图2(a)的A-A’线的截面。
本形态的便座升降装置1是将固定板2固定在便座本体11(参照图1)的上表面部分，而便座组件10安装在可动板6的上表面60上的状态下使用。
如图5(a)所示，开始清扫等之前，便座12处于便器本体11的上表面，便座组件10及可动板6处于最下位置。该状态下，卡合构件95的前端部与固定板2的垂直面22的下侧凹部97卡合，起到第1挡块91的作用。因此，在该最下位置，因为第1挡块91处的卡合力、步进电机7的制动扭矩及便座组件10的自重，故不会引起便座组件10不经意的上升。另外，在该状态下，电位差计14输出表示便座组件10处于最下位置。
为了开始清扫而从该状态使便座组件10浮起时，当进行了规定的开关动作，则步进电机7以规定的步数或规定的时间朝正方向旋转。其结果，步进电机7的旋转运动力借助减速齿轮列70传递至输出小齿轮80，如图5(b)所示，输出小齿轮80借助齿条53使右侧滑块51上升。因此，在第1挡块91处的卡合解除，左侧滑块52、可动板6及便座单元10与右侧滑块51一体上升。
在直到第2挡块92处卡合为止使便座组件10上升后，停止步进电机7。在此期间，输出齿轮8的小齿轮82旋转传感器齿轮15，电位差计14的输出发生变化，故从其输出便可检测出便座组件10上升到了规定的位置。另外，便座组件10上升到了规定位置的这一情况，也可通过第2挡块92处产生的咔哒声告知。而且，便座组件10在最上位置停止的状态下，通过第2挡块处的卡合力及步进电机7的制动扭矩，便座组件10不会因自重而掉下。
另一方面，清扫结束后想使便座组件10下降时，若在图5(b)所示的状态下进行规定的开关动作，则步进电机7以规定的步数或规定的时间进行反向旋转。其结果，步进电机7的旋转运动力借助减速齿轮列70传递至输出小齿轮80，如图5(a)所示，输出小齿轮80借助齿条53使右侧滑块51下降。因此，在第2挡块92处的卡合解除，左侧滑块52、可动板6及便座单元10与右侧滑块51一体下降。
在直到第1挡块91处卡合为止使便座组件10下降后，停止步进电机7。在此期间，输出齿轮8的小齿轮82使传感器齿轮15反向旋转，电位差计14的输出发生变化，故从其输出便可检测出便座组件10下降到了规定的位置。另外，便座组件10下降到了规定位置的这一情况，也可通过第1挡块91处产生的咔哒声告知。
(棘轮机构的动作说明)
本形态中，使便座组件10浮起时，磁铁旋转体75向图4(a)所示的V方向旋转。因此，小齿轮旋转体74的爪部74d与齿部75e的圆周方向的壁部75f侧抵接，小齿轮旋转体74跟随磁铁旋转体75旋转。这里，在对便座组件10施加了下降方向的过度的负载时，如上所述，棘轮机构79的下方向空转扭矩比步进电机7的反向失调转矩大，故转子失调而向W方向高速旋转。
另外，误坐在浮起状态下停止时的便座组件10上时，也因步进电机7的制动扭矩比反向失调转矩小，故与所述相同，转子76失调而向W方向高速旋转。
这样，在将便座组件10朝浮起方向驱动过程中误坐时或误坐在浮起状态下停止时的便座组件10上时，因转子76失调而一边朝W方向高速旋转、一边使便座组件10下降至便器本体11。
随后，当便座组件10到达最下位置后，在便器本体11的上表面停止。棘轮旋转体74也随之停止。另一方面，高速旋转引起的W方向的惯性力作用于磁铁旋转体75，故磁铁旋转体75向W方向旋转，结果如图4(a)所示，爪部74d与齿部75e的壁部75g侧抵接。
在爪部74d与壁部75g抵接的状态下，惯性进一步作用于磁铁旋转体75，当基于该惯性力的转矩大于棘轮机构79的上方向空转扭矩时，则磁铁旋转体75开始空转。即，棘轮臂74c向内侧挠曲，爪部74d越过壁部75g，允许磁铁旋转体75的旋转。
另一方面，在使便座组件10下降时，磁铁旋转体75朝图4(a)所示的W方向旋转。因此，小齿轮旋转体74的爪部74d与齿部75e的圆周方向的壁部75g侧抵接，小齿轮旋转体74跟随磁铁旋转体75旋转。这里，对便座组件10施加了下降方向的过度的负载时，如上所述，棘轮机构79的下方向空转扭矩小于步进电机7的正向失调转矩，故在步进电机7失调之前，爪部74d与齿部75e的壁部75f的卡合解脱。因此，在小齿轮旋转体74相对于磁铁旋转体75空转的状态下，便座组件10继续下降，到达最下位置时停止。
(本形态的效果)
以上说明的那样，在本形态的便座升降装置1中，构成了由电动使安装了便座组件10的可动板6上升及下降的驱动机构5，故清扫便器本体11和便座12下表面的进深内侧时，不需要用手抬起或放下便座组件10。因此，可减轻清扫西式便器时的负担。
另外，由于构成使棘轮机构79的下方向空转扭矩大于步进电机7的反向失调扭矩，因而磁铁旋转体75因过负载而产生失调旋转。所以，磁铁旋转体75至失调为止传递使便座组件10下降的方向的负载，能充分应用步进电机7的传递能力。因此，使用低输出的步进电机7，实现步进电机7的小型化。而且，对于因过负载而失调旋转的磁铁旋转体75的惯性力，通过棘轮机构79来切断步进电机7与便座组件10的连接，故可防止驱动机构5的破损。
而且，由于构成使棘轮机构79的下方向空转扭矩比正方向失调扭矩小，故对于磁铁旋转体75将便座组件10朝下降方向驱动时的过负载，在磁铁旋转体75失调之前，棘轮机构79发挥作用，可切断步进电机7与便座组件10的连接。因此，正方向失调扭矩与下方向空转扭矩之差能使驱动机构5的强度下降，故可使零部件薄形化，实现驱动机构的小型化。
(其他实施形态)
在上述实施形态的情况下，棘轮机构79的下方向空转扭矩比正向失调扭矩小，但也可使棘轮机构79的下方向空转扭矩比正向失调扭矩大。该场合，至磁铁旋转体75失调为止，爪部74d与壁部75f的卡合得以维持。因此，磁铁旋转体75失调后，朝W方向高速旋转，但对于磁铁旋转体75的惯性力，通过棘轮机构79来切断步进电机7与便座组件10的连接，故可防止驱动机构5的破损。
另外，上述实施形态的棘轮机构79构成为，切断因对便座组件10朝下降方向作用并使步进电机7失调的过负载所引起失调旋转的步进电机7对便座组件10传递的惯性力，但也可相反地构成为，切断因对便座组件10朝上升方向作用并使步进电机7失调的过负载所引起失调旋转的步进电机7向便座组件10传递的惯性力。
此时，如上述实施形态那样，当便座组件10作用有下降方向的过负载、小齿轮旋转体74朝W方向旋转的结构时，只要与图4(a)相反地使棘轮臂74c向V方向突出成形即可。这样构成后，将便座组件10朝下降方向驱动过程中，在误作用了使便座12浮起的过大的力的情况下，正在朝W方向旋转的转子76在失调后向V方向高速旋转。随着便座组件10的停止，小齿轮旋转体74停止，爪部74d与壁部75f抵接，作用磁铁旋转体75的惯性力，则棘轮臂74c向内侧挠曲，爪部74d越过壁部75f，允许转子76的旋转。因此，便座组件10停止时，不会有大的过负载作用于减速齿轮列70、滑块51等驱动机构5，可防止破损。
而且，上述实施形态中，作为扭矩限制器使用了棘轮机构79，但并不局限于棘轮机构79。即，也可由空转扭矩在两个方向相等的图6所示的双向离合器79’构成。本形态的双向离合器79’中，对具有与上述实施形态的棘轮机构79相同功能的部位标上相同的符号，省略共同部分的说明。
本形态所示的转子76的小齿轮旋转体74，在筒部74b的外壁的上侧形成小齿轮74a，同时，如图6(a)所示，在下侧的圆周方向的2个部位形成与围住该外壁的环状部74c’连接的连接梁74e。在该环状部74c’的外壁上的、圆周方向的2个部位上，突出形成与形成于磁铁旋转体75的外筒部75b的内壁的凹凸状的齿部75c’相卡合的爪部74d’。而且，金属制的C环83通过外力而在缩小直径的状态下与环状部74c’的内壁嵌合。因此，C环83想扩大直径，始终以施力的状态使爪部74d’与齿部75e’抵接。本形态的双向离合器79’的空转扭矩设定在反向失调扭矩和正向失调扭矩之间。
而且，上述实施形态中，没有涉及步进电机7的驱动脉冲的频率，但可适当地进行设定。例如，也可将便座组件10朝下降方向驱动时的驱动脉冲的频率设定为比将便座组件10朝上升方向驱动时的驱动脉冲的频率大。如此构成，当作用有使便座组件10朝下降方向的过负载时，可使将便座组件10朝下降方向驱动时的转子76的正向失调扭矩下降。因此，可使正向失调扭矩成为与反向失调扭矩同等程度的大小。因此，可使驱动机构的强度下降相当于正向失调扭矩减小的量，故可使零部件薄形化等，实现驱动机构的小型化。