CN1285822C - 开门装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开门装置，其能缩短门的开放时间，既可实现小型化又可增大伸出行程和伸出力，且可提高寿命。马达(7)的旋转通过减速机构(8，10)传达到小齿轮(12)，通过与该小齿轮(12)啮合的齿条(13a)转换为直线运动，同时，与该齿条(13a)一起进退的柱塞(13)与外插在该柱塞(13)上的推杆(14)之间装有弹簧(15)，柱塞(13)的前进压缩该弹簧(15)直至达到规定的弹力，以便积蓄所需的弹力，在该弹簧(15)的复原力的作用下，推杆(14)以比柱塞(13)的前进速度还快地高速伸出，从而打开门(2)。

Description

开门装置

技术领域

本发明涉及一种通过接触式开关操作来自动打开厨房水槽或冷藏库等的门的电动式开门装置。

背景技术

通用的厨房水槽或储藏库，例如冷藏库中冷藏室的门为一个端部通过合页可自由转动地支撑在冷藏库主体前面的转动式门，特别是一般家庭绝大多数都使用这种门。为了提高该门的内面周边缘部在关闭状态下的密封性，通常设有带磁铁的垫片，并使该磁铁吸附在冷藏库主体的前面。因此，手动开门时需要一定的力，特别对于那些力气小的孩子和身体活动不便的人来说比较困难。

为了减轻所述困难，公开了一种电动式开门装置，它以马达作为驱动源，先将该马达的旋转从蜗杆通过齿轮机构传递给小齿轮，再将其转换为与齿条形成一体的顶出棒的直线运动，从而打开门(参见日本专利申请特开2001-55863号公报)。

图14表示该公报中记载的现有技术的第一例。以该马达作为驱动源的电动式开门装置50设有在壳体51内的马达52，具有与顶出棒53一体形成的齿条54及齿轮机构55。齿轮机构55由被马达52转动的蜗杆56、带有与该蜗杆56啮合的齿轮部57a和直径小于该齿轮部57a的齿轮部57b的第一齿轮57、带有与该齿轮部57b啮合的齿轮部58a和直径小于该齿轮部58a的齿轮部58b的第二齿轮58、带有与该齿轮部58b啮合的齿轮部59a和与该齿条54的齿部54a啮合的小齿轮59b的第三齿轮59构成。凸轮60整体地形成在小齿轮59b上。

整体地形成有顶出棒53的齿条54可沿长度方向直线运动地支撑在壳体51内，其前端部从壳体51伸出。在齿条54的侧部设有弹簧支承部61，该弹簧支承部61和壳体51之间装有由压缩盘簧制成的复位弹簧62。该复位弹簧62将顶出棒53向箭头A方向压。

与凸轮60转动连接的L字形连杆63可自由旋转地设置在该壳体51内，同时还设有通过该连杆63的端部63a开闭的原点开关64。

一旦设置在门前面的接触式开关连通电源，则马达52通电，并使蜗杆56旋转。该旋转通过由第一、二、三齿轮57、58、59构成的齿轮机构55传递到小齿轮59b(箭头B方向)。于是，与该小齿轮59b啮合的齿条54向与箭头A相反的箭头C的方向移动，顶出棒53同样向箭头C方向伸出，顶压门65的被压部66，从而打开门65。当顶出棒53伸出到最前端位置处时，齿条54的齿部54a与小齿轮59b的啮合松开，在复位弹簧62的复原力的作用下，顶出棒53可瞬时回到原来的退避位置。

在上述现有的电动式开门装置中，在由齿轮机构55、小齿轮59b、齿条54构成的结构中，存在在加快顶出棒53的动作速度方面十分有限，存在打开门65要花费较多时间的问题。这样的冷藏库67通常在门的合页部设有由作为防止门半开状态的机构的凸轮等构成的自动闭锁机构(图中未示出)，在用顶出棒53打开门时，顶出棒53必须伸出足够的行程，上述行程要超出该自动闭锁机构能关闭门65的距离。因此，要增大开门装置50伸出的行程及伸出力，必须加大容许电流，因此存在难以实现小型化的问题。另外，还存在的问题有：在开门65的动作中，即齿条54的齿部54a与小齿轮59b啮合时，如果有外力施加在门65上，就会使壳体51内的齿轮机构55等受到直接冲击力，从而会产生破坏。

本发明是针对上述问题作出的，本发明的目的在于提供一种开门装置，它可缩短门的开放时间，既可实现小型化又可增大伸出的行程和伸出的力，且可提高寿命。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的技术方案提出了一种开门装置，其马达的旋转通过减速机构传达到小齿轮，通过与该小齿轮啮合的齿条转换为直线运动，同时，在与该齿条一起进退的柱塞和外插在该柱塞上的推杆之间装有弹簧，通过所述柱塞的前进压缩该弹簧，直至达到规定的弹力，以积蓄所需的弹力，在该弹簧的复原力的作用下，所述推杆以比前述柱塞的前进速度还快地高速伸出，从而打开门。

这样，由于柱塞的前进压缩弹簧，在弹簧中积蓄弹力，因此可缩短门的开放时间，同时由于通过弹簧的复原力使推杆伸出，因此可减轻马达上的负荷，即使有外力施加在推杆上，弹簧也可以缓冲该外力，从而不会在内部产生冲击力，并可提高寿命。

本发明的技术方案2由于所述弹簧具有在其压缩过程中，弹性常数增大的非线性弹性常数，因此在柱塞的前进过程中，弹性常数增大，积蓄弹簧的弹力，可增大推杆的伸出量，同时由于伸出速度也可超过柱塞的前进速度，形成高速，因此，可实质性地缩短直至打开门的时间。

本发明的技术方案3为所述弹簧由外径不同的多个弹簧构成，这些弹簧设置在同一轴上，同时弹性常数最小的弹簧比其它弹簧的自然长度长，这样可抑制加在马达上的负荷，使柱塞高速前进。

本发明的技术方案4为所述弹簧由直径较大的弹簧和内插入该直径较大的弹簧内的自然长度较长的直径较小的弹簧构成，这些弹簧的卷曲方向相反，在所述柱塞前进的作用下，可加长在小空间内推杆的伸出量，同时可防止弹簧相互缠绕。

本发明的技术方案5为预先压缩所述弹簧，直至达到规定的弹力，同时，所述推杆上设有在规定轴向力的作用下司松开的锁定机构，由此可增大推杆的伸出速度和伸出量，并可缩短门的开放时间。

本发明的技术方案6为所述锁定机构设有在所述推杆的垂直方向上可自由进退的止动件、压缩安装在该止动件和壳体之间的弹簧、形成所述止动件的卡止部的推杆，由此可在较小的空间内容易地积蓄弹簧的弹力。

由于本发明的技术方案7将所述推杆的伸出速度设定为200mm/秒以上，因此即使推杆的伸出行程较短，也可以在短时间内打开门。

如上所述，在本发明的开门装置中，由于马达的旋转通过减速机构传达到小齿轮，通过与该小齿轮啮合的齿条转换为直线运动，同时在与该齿条一起进退的柱塞与外插在该柱塞上的推杆之间装有弹簧，通过所述柱塞的前进压缩该弹簧直至达到规定的弹力，蓄积所需的弹力，在该弹簧的复原力的作用下，所述推杆以比前述柱塞的前进速度还快地高速伸出并打开门，因此，在可缩短打开门的时间的同时，由于弹簧的复原力使推杆伸出，从而减轻对马达的负荷，即使有外力施加在推杆上，通过弹簧也可以缓冲该外力，以避免对内部产生冲击力，且可提高寿命。

附图说明

图1是表示装有本发明的开门装置的冷藏库的立体图。

图2(a)是表示本发明中开门装置的第一实施例的纵截面图。

图2(b)是表示本发明中开门装置的第一实施例的侧视图。

图2(c)是沿图2(a)中A-A线所作的截面图。

图3是上图中主要部分的分解图。

图4为纵截面图，其显示了本发明中开门装置的开门之前的状态。

图5为纵截面图，其显示了本发明中开门装置的开门时的状态。

图6是表示本发明中开门装置的柱塞的移动距离与弹簧的弹力之间关系的图。

图7是表示本发明中开门装置的第一实施例中的控制回路的示意图。

图8是表示本发明中开门装置的第一实施例中基板上的图案的示意图。

图9是表示本发明中开门装置的第二实施例的纵截面图。

图10是表示本发明中开门装置的第二实施例的主要部分的放大截面图。

图11是表示本发明中开门装置的第二实施例的主要部分的立体图。

图12是表示本发明中开门装置的第二实施例中基板上的图案的示意图。

图13是表示本发明的开门装置的第二实施例的控制回路的示意图。

图14是表示以往的开门装置的平面图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的实施例。图1是表示装有本发明所述的开门装置的冷藏库的立体图，图2(a)是表示本发明所述开门装置的第一实施例的纵截面图，图2(b)是图2(a)的侧视图，图2(c)是沿图2(a)的A-A线所作的截面图。

图1中，打开冷藏库1的门2的开门装置3安装在门合页4相反侧的冷藏库1的主体上部，一旦按压设置在门2前表面的接触式开关5，该开门装置3就会动作，顶开突设在门2上的被压部6，用于打开门2的力，即开门装置3的推杆14伸出的力必须能将用于密封门2与冷藏库1主体的图中未示出的垫片从冷藏库1的主体上拉开。为了提高冷藏库1的密封性，通常在垫片内置有磁铁(图中未示出)，该拉开的力为大约2～3kg。

为了验证推杆14的伸出量与伸出速度之间的关系，本申请人在冷藏库1的主体侧部设置一个轴驱动台T，改变台T的驱动速度与行程，检查门2的打开量L。由于通常在门的合页部4上设有由作为防止门半开状态的机构的凸轮等构成的自动闭锁机构，因此，即使将门2打开大约50mm，自动闭锁机构也会机械地将门2拉回关闭。即，台T的行程(伸出量)为50mm，伸出速度为200mm/秒时，那么虽然门2可以打开，但由于不能打开至远远超过该自动闭锁机构起作用的位置，因此一旦台T后退，门2就会再次关闭。鉴于开门装置3的安装位置不同会有一定差异，因此，本发明人判定，行程为50mm时，推杆14的伸出速度必须达到200mm/秒，如果以比这更高的速度伸出，即可打开门2。

图2所示的开门装置3主要由下述部件构成：马达7，固定在马达7的轴上的蜗杆8，与该蜗杆8啮合、由轴9可自由旋转地支撑的蜗轮10a和直齿圆柱齿轮10b构成的两段齿轮10，与直齿圆柱齿轮10b啮合并由轴11支撑的小齿轮(直齿圆柱齿轮)12，整体形成与该小齿轮12啮合的齿条13a的柱塞13，外插在该柱塞13上的推杆14，安装在该推杆14与柱塞13之间的弹簧15。

马达7的旋转从蜗杆8通过两段齿轮10，由小齿轮12依次减速传递，最终转换为与该小齿轮12啮合的齿条13a的直线运动。此处，作为减速机构虽然例举了蜗杆8、蜗轮10a与直齿圆柱齿轮10b、12的组合，但是也可以采用其它减速机构。齿轮是通过注塑成形聚缩醛树脂等合成树脂制成的。进而，如果在这些齿轮上涂布润滑脂，则可抑制磨损和噪音。

如图3的分解图所示，推杆14形成在其外圆周面上形成2个磨面14a的有底圆筒状，该2个磨面14a的一个面上形成有导引柱塞13的突起部13b的窄缝状导向槽14b。由于可自由进退地插在推杆14内周面14c中的柱塞13的突起部13b可沿该导向槽14b滑动，因此柱塞13可不转动地作直线移动。推杆14是由聚缩醛等合成树脂制成，因此，在可提高耐磨性的同时，还可减缓与所述门2的被压部6碰撞的声音。

弹簧15压紧安装在柱塞13的端面13c与推杆14的底部14d之间。该弹簧15由外径不同的内侧弹簧15a和外侧弹簧15b构成且具有非线性的弹性常数。内侧弹簧15a以压缩状态安装在柱塞13的端部13c与推杆14的底部14d之间，外侧弹簧15b比该内侧弹簧15a短，在柱塞13的前进过程中被压缩。由于上述弹簧15a、15b的卷曲方向彼此相反，因此可防止相互缠绕。

以可从壳体17伸出的方式支撑推杆14，在该推杆14的后部突设有由一对销形成的止动件16，与柱塞13的侧部13d接触，推杆14不会从柱塞13上脱落。止动件16并不限于所述销，也可采用例如止动环之类的部件。

在柱塞13的突起部13b上设有电极18，与设置在壳体17上的基板19相对。在该基板19上形成有如图8所示的限位传感器用的图案19a、19b、19c、19d。这些图案19a、19b、19c、19d是使铜箔等制成的导电性箔片彼此间留有间隔地粘贴而成的。突起部13b一旦通过这些图案19a、19b、19c、19d上，电极18便使相邻的图案19a、19b或19c、19d短路，从而检测出柱塞13的位置。在本实施例中，如果19a、19b短路，则检测出后退端，如果19c、19d短路，则检测出前进端。为了减少信号线，使19b和19c短路成为共用图案，并与GND电连接后可实现限位开关的功能。由于用作这些图案19a、19b、19c、19d的箔片仅是铜箔，因此强度差，因此要进行在铜箔表面镀Ni，或进而再在其上镀金等表面处理。此处虽然在柱塞13的位置检测中采用了滑动触点方式，但是不仅限于此，也可以采用由磁铁和磁性传感器构成的非接触式磁性检测方式。

下面参照图2、图4、图5说明作为门的开放单元的开门装置3的动作。图2(a)表示冷藏库1的门2关闭的状态。此时，柱塞13位于后退端，电极18使基板19的图案19a、19b短路。内侧弹簧15a稍稍压缩，柱塞13的侧部13d与止动件16接触。在此状态下，门2的被压部6与推杆14接触或留有细小的缝隙。

在此状态下，按下接触式开关5，输入打开门2的指令，马达7旋转。如图4所示，一旦马达7开始旋转，蜗杆8转动，在由蜗轮10a、直齿圆柱齿轮10b构成的两段齿轮10及小齿轮12的作用下减速，最终与该小齿轮12啮合的齿条13a前进。与齿条13a一体形成的柱塞13一旦前进，首先仅压缩内侧弹簧15a，接着一起压缩外侧弹簧15b。进而，柱塞13继续前进，压缩弹簧15，其压缩力增高，当达到打开门2所需的力时，门2从冷藏库1的主体离开。

如图5所示，由于弹簧15要以柱塞13的端面13c为基点复原，因此，推杆14比柱塞13的速度还要快，且不对马达7造成负荷地伸出。因此，可超过门2的自动闭锁机构(图中未示出)的作用距离，顶开门2。此时，在止动件16的作用下，推杆14不会从柱塞13上脱落。

此处，电极18使基板19的图案19c、19d短路，检测出柱塞13到达前进端。于是，马达7开始反转，柱塞13后退。随着该柱塞13后退，柱塞13的侧部13d压住止动件16，推杆14与柱塞13一起后退。此后，基板19的图案19a、19b在电极18的作用下短路，接收到该检测信号后马达7停止转动，一连串的门2的开放动作结束(图2的状态)。

推杆14最大程度伸出的状态或马达7为了开门2而正转最强烈时，在门2突然被关闭或由外部施加力以使门2打不开时，弹簧15受到压缩力，可仅使推杆14后退。因此，弹簧15的弹性成为冲击的缓冲器，小齿轮12等不会受到冲击力，从而可稳定地保护开门装置3的内部，并可提高寿命。此处，即使有外力使门2打不开，马达7旋转一定时间而执行开放动作后，马达7会自动反转，使柱塞13后退，进行使推杆14复原的控制。

虽然具有上述检测出柱塞13的前进端和后退端位置的限位开关功能，但是也可以通过管理马达7的通电时间来控制马达7的正反转，这样也可以省去该限位开关的功能。当在使用冷藏库1内的门传感器(图中未示出)时，也可以由该门传感器的检测信号使马达7停止，切换到柱塞13的后退动作。或者也可以检测出马达7的电流值，当该电流值超过允许值时，使马达7反转，从而使柱塞13后退。

图6是表示本实施例中，柱塞13的位置与弹簧15的弹力之间关系的视图。在象原来那样使用单一弹簧时，随着柱塞13的前进，如虚线所示，弹力F以线性单调增加，形成使门2离开冷藏库1主体的力F1，在超过该F1时，门2打开。此后，柱塞13继续前进直至到达前进端极限，而弹簧15的复原力使推杆14以超过柱塞13前进速度的高速伸出，顶开门2。此时，由于在弹簧15的压缩过程中，对柱塞13的端面13c施加的负荷随时间增大而增大，马达7上有负荷作用，转动逐渐变慢，结果，门2的开放时间增长。此处，虽可以使用仅增大弹性常数的弹簧，但是推杆14近乎于刚性体，达到弹力F1的时间缩短，直至门2离开冷藏库1的主体为止的柱塞13的移动距离X1也缩短，弹簧复原，推杆14的伸出量也减少，因此打开门2变难。

在本实施例中，由于采用了长度不同的内侧弹簧15a和外侧弹簧15b的组合来构成非线性的弹簧15，因此如图6中的实线所示，由于柱塞13前进的初期，弹性常数(内侧弹簧15a)设定得较小，因此，抑制施加在马达7上的负荷，以使柱塞13更快地前进，弹性常数(内侧弹簧15a+外侧弹簧15b)从中途开始增大，设定的弹力F在早期阶段到达F1。因此，弹力F到达F1为止的柱塞13的移动量为X2，与使用线性弹簧时相比，在同样的空间内可增大柱塞13的移动距离。即，在柱塞13的前进过程中，弹性常数增大，弹簧15的弹力F(复原力)得到积蓄，从而可加长推杆14的伸出量，并且由于推杆14的伸出速度超过了柱塞13的前进速度，从而能够实现高速，因此可实质性地缩短直至门2打开的时间。

图7示出了控制回路的一个例子。控制回路20本身既可以装入冷藏库1内的控制回路内，也可以安装在开门装置3内。命令门2开放的接触式开关5设置在冷藏库1的门2前面。将所述门2开放的指令信号与柱塞13的前进端极限21、后退端极限22发出的信号送入控制回路20中，对马达7的旋转进行控制。这些信号连接到单板机的CPU23，通过马达放大器24来控制马达7的旋转方向和旋转时间等。因此，即使例如前进端极限21、后退端极限22发生故障，由于设定了向马达7通电时间的最大值，即使在马达7机械锁定时也可避免烧坏机器。也可以用计时器IC和通用的逻辑回路的组合来代替CPU23。

图9是表示本发明所述开门装置的第二实施例的纵截面图。与前述第一实施例的不同之处仅在于推杆上设有锁定机构，其它相同的部件、相同的部位用相同的符号表示，故不再详细说明。

在该开门装置3’中，马达7的旋转从蜗杆8通过两段齿轮10，由小齿轮12依次减速传递，最终转换为与该小齿轮啮合的齿条13a的直线运动。此处，设有使推杆14’不伸出的锁定机构25，预先使柱塞13前进，压缩弹簧15。

如图10所示，在锁定机构25中，带有形成为凸曲面的前端部26a的中空状止动件26可自由进退地插入形成于壳体17’上的止动件容纳部27中，在该止动件容纳部27的底部与止动件26之间压缩装有弹簧28。止动件26的前端部26a从壳体17’上伸出，与推杆14’接触。

另一方面，如图11所示，在推杆14’上的2个磨面14a’中的一个面上形成有导向槽14b’和棱14e及卡孔14f。以夹持棱14e的方式地分别在导向槽14b’侧的侧面上形成平缓斜面14g、在卡孔14f侧的侧面上形成陡斜面14h。在锁定状态下，止动件26伸出，前端部26a与该陡斜面14h接触，靠弹簧28的压缩力抑制推杆14’伸出。在此状态下等待门2的开放指令。通过柱塞13前进，进一步压缩弹簧15，若弹簧15的弹力增大达到规定的弹力，那么前端部26a的凸曲面便滑过陡斜面14h并后退，松开止动件26和推杆14’的连结。由此，在解除锁定时，由于止动件26的前端部26a沿平缓斜面14g继续前进并结合在导向槽14b’，因此不会妨碍推杆14’的伸出。

图12表示本实施例的基板19’。该基板19’在所述基板19的图案19a、19b、19c、19d中又增加有图案19e。当电极18使图案19c和该图案19e短路时，马达7停止转动，处于待机状态。

若由图9的待机状态输入使门2开放的指令，则马达7旋转，柱塞13前进，进一步压缩弹簧15。随着弹力F增大，止动件26的前端部26a对抗弹簧28，沿推杆14’的陡斜面14h后退，解除锁定。在解除锁定的同时，随即弹簧15中积蓄的弹力F一下子施加在门2上，使门2离开冷藏库1的主体，同时在弹簧15的复原力的作用下，推杆14’高速伸出，从而可打开门2。

此后，柱塞13前进到达前进端极限之后，再后退到后退端极限。在该柱塞13后退的同时，推杆14’也通过止动件16后退。接近后退端极限时，止动件26的前端部26a沿平缓斜面14g后退，在后退端极限位置处于锁定状态。进而，柱塞13前进，停止在如图9所示的待机位置上，一连串的动作结束。该止动件26考虑到与推杆14’的滑动特性，当推杆14’是由例如聚缩醛等合成树脂形成时，与采用金属材料制成相比，由合成树脂制成的推杆的耐磨性好。此处，可使用聚缩醛或聚酰胺等合成树脂。如果在止动件26与推杆14’的滑动面上涂布润滑脂等润滑剂，则可提高滑动特性和耐磨性。

图13表示采用待机方式的第二实施例的控制回路。由于它与图7所示的第一实施例的控制回路的不同之处仅在于增加了所述待机位置极限29，因此不再重复说明。

在该实施例中，与第一实施例相同，虽然用内侧弹簧15a和外侧弹簧15b的组合来构成非线性的弹簧15，但是该待机方式不一定要采用非线性弹簧15，在锁定机构25的作用下，也可以采用单一弹簧。即使采用所述具有线性弹性常数的单一弹簧，将其预先压缩，积蓄其弹力以将复原力作用在推杆14’上，推杆14’也可以比柱塞13的前进速度更快地高速伸出。因此，通过在推杆14’上添加锁定机构25，即使推杆14’本身的行程短，也可以在短时间内打开门2。

以上虽然说明了本发明的实施例，但本发明并不限于这样的实施例，因为它们归根结底只是示例，不言而喻，在不脱离本发明宗旨的范围内可以以各种形态实现，本发明的范围如权利要求记载的范围所示，并包含与权利要求记载的范围等同的含义以及在该范围内的全部变形。

Claims (7)

1、一种开门装置，其特征在于，马达的旋转通过减速机构传达到小齿轮，通过与该小齿轮啮合的齿条转换为直线运动，同时，在与该齿条一起进退的柱塞和外插在该柱塞上的推杆之间装有弹簧，通过所述柱塞的前进压缩该弹簧，直至达到规定的弹力，以便积蓄所需的弹力，在该弹簧的复原力的作用下，所述推杆以比所述柱塞的前进速度还快地高速伸出，从而打开门。

2、根据权利要求1所述的开门装置，其特征在于，所述弹簧具有在其压缩过程中，弹性常数增大的非线性弹性常数。

3、根据权利要求1或2所述的开门装置，其特征在于，所述弹簧由外径不同的多个弹簧构成，这些弹簧设置在同一轴上，同时弹性常数最小的弹簧比其它弹簧的自然长度长。

4、根据权利要求1或2所述的开门装置，其特征在于，所述弹簧由直径较大的弹簧以及内插入该直径较大的弹簧内的自然长度较长的直径较小的弹簧构成，这些弹簧的卷曲方向相反。

5、根据权利要求1或2所述的开门装置，其特征在于，所述柱塞的前进预先压缩所述弹簧，直至达到规定的弹力，同时，所述推杆上设有在规定轴向力的作用下可松开的锁定机构。

6、根据权利要求5所述的开门装置，其特征在于，所述锁定机构包含在所述推杆的垂直方向上可自由进退设置的止动件，压缩安装在该止动件和壳体之间的弹簧，形成所述止动件的卡止部的推杆。

7、根据权利要求1或2所述的开门装置，其特征在于，所述推杆的伸出速度设定为200mm/秒以上。

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