JP2008267448A - 吸着盤 - Google Patents

Abstract

【課題】 浴室などの濡れた箇所において、段差を軽減するための腰掛け台を設置した際に安定化のための横滑りを防止した吸着盤を提供する。
【解決手段】 吸着盤を被着体に押付けた後、荷重を無負荷とする吸着状態において大気との圧力差により発生させた吸着力を利用し、椀蓋形状部部の内球面側端部の周囲に沿って設けられた第一横滑り防止部を強力な吸着力で被着体に押しつぶすことで、第一横滑り防止部に高い面圧を発生させ、横滑りを防止する効果を得る。また、吸着盤との間の水を排除し摩擦係数の低下を防ぐ。荷重負荷状態においては、椀蓋形状部部の内球面側に設けた第二横滑り防止部を荷重により押しつぶすことで、第二横滑り防止部に高い面圧を発生させ、横滑りを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、濡れた箇所に設置する吸着盤において、横滑り防止の機能を持たせた吸着盤に関する。

従来より、吸着盤とは吸着盤と被着体との間に形成された空間の内圧を外気圧よりも下げ、その時発生した圧力差を利用して被着体に吸着する吸着力を起こしていることは一般的な技術であるが、この吸着力の大きさは生じている外気との圧力差および減圧されている内圧の面積の大きさによって決まる。

この吸着力を大きくするには、前記で示した外気との圧力差を大きくする、もしくは減圧発生部の面積を大きくするなどの方法が取られる。減圧発生部の内面積を大きくするには、吸着盤の径を大きくする方法で対応するが、外気との圧力差を大きくするには、押付け変形後の材料の復元力、言い換えれば吸着盤の立上り力を大きくする必要があり、立ち上がり力が大きいほど吸着盤内側の空気体積を大きく変形させるため、内圧を大きく下げる。つまり外気との圧力差を大きくすることになる。また、立ち上がり力を変化させる因子は材料の持つ復元力だけに頼るのではなく、スプリングや磁石などの反力を利用することで機構的に高めるなどの工夫も多く存在する。

また、吸着力を向上させる別の方法として、吸着盤の内側に小径の吸着盤を設け吸着力を合わせる親子形吸着盤などの方法がある。
実開昭５０−４２１７５号公報 実開昭６１−４１９１９号公報 実開昭６２−１５６６１８号公報

前記で示した吸着力は外気との圧力差を大きくする、減圧室発生部の面積を大きくする、もしくはスプリングや磁石を用いるなどを行うことが吸着力を大きく発生させる方法となるが、これら方法はどれも被着体に対し略直交方向に働く力を向上させる方法である。被着体に対し平行方向に働く力、つまり横滑りに耐える力の理論としては、前記略直角方向の吸着力の大きさに吸着盤と被着体との摩擦係数をかけた大きさとなる。つまり、吸着力の大きさとは、圧力差を利用し互いを押付けあう力であり、接している面の面圧が高ければ高いほど横滑りに耐える力は大きくなり、同様に、互いの材料同士の摩擦係数が高ければ高いほど横滑りに耐える力が大きくなることとなる。

そのため、横滑りに対する考え方は互いの摩擦係数が非常に重要となってくるため、浴室や、浴槽内など濡れた箇所への吸着盤の設置は、吸着盤と被着体との間に水が介在した際、水が潤滑剤の役割となり摩擦抵抗を大きく下げるため、それに伴い横滑りに耐える力が小さくなる。

もちろん、前記で述べた外気との圧力差を大きくする、減圧室発生部の内面積を大きくするなどの方法で、横滑りに対する耐える力は向上するが、水が潤滑剤として介在することによる摩擦係数の低下の方が非常に大きいため、前記対策では横滑りに耐える力を必要値まで大きくできなかったのが実状であった。

そこで、請求項１に記載の発明は、吸着盤の中央部に筒状の空所を形成した椀蓋形状部と、前記椀蓋形状部より外周に向かって形成された裾部と、前記椀蓋形状部と前記裾部の境界部にあり前記椀蓋形状部の内球面の周囲に沿って環状に形成された凸状の第一横滑り防止部と、を有することを特徴としている。第一横滑り防止部の構成として、たとえば凸部を設けることで、吸着発生時にはこの円周状の凸部にて壁部を構成し壁面の内外側での吸着力の原理となる圧力差を発生させ、圧力差が円周状の凸部を被着体に強く押し付けるため、凸部の面圧を集中的に上げる。

集中的に上げた面圧はその増加分だけ横滑りに耐える力を飛躍的に増加させるため、水の介在で下がった摩擦係数の低下分を補うことができ、横滑り防止の効果となる。もちろん、集中的に上げた面圧はその圧力によって吸着盤と被着体との間に存在する水を押しのけるため、水の潤滑材としての影響を減少させる効果としても働き、横滑り防止の効果となる。

さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の吸着盤において、前記椀蓋形状部の外球面側の頂点部に前記吸着盤を支持する支持部を有するとともに、前記椀蓋形状部の内球面側に第二横滑り防止部を設けられたことを特徴とする。椀蓋形状部部の内球面側に設けた第二横滑り防止部の構成として、たとえば複数の突起形状を設けることで、吸着盤に上側より荷重が加わった際、支持部が押し込まれこの第二横滑り防止部（突起形状）が押しつぶされることで面圧が突起部に集中することで、吸着状態と同様の効果が得られ横滑り防止の効果を発揮する。また、支持部が押し込まれた状態は圧力差が発生していないため吸着力は発生していない。つまり、押し込み時には第二横滑り防止部が押しつぶされ、突起部に面圧を集中させる。また、押し込み後の吸着時には前記円周上に設けられた第一横滑り防止部が吸着力により押しつぶされ、集中的に面圧を発生させることで、いかなる状況でも横滑りを防止する効果を持たせたことを特徴とする吸着盤である。吸着盤に用いるゴムまたは樹脂製の材料はショアＡ形の硬度が４０〜７０としたことも特徴とする。
さらに、請求項３に記載の発明は、腰掛け台の脚部底面に請求項１又は２に記載の吸着盤が装着されたことを特徴とする。浴室用腰掛け台において、横滑り防止機能を有する本発明の吸着盤を腰掛け台の脚部の底面に着設することによって、浴室の床面でも、横滑り防止機能を有する浴室用の椅子として安心して使用することができる。

本発明によれば、吸着盤を被着体に押付け後、荷重を無負荷とする吸着状態において、大気との圧力差により発生させた吸着力を利用し椀蓋形状部部の内球面側端部に設けた第一横滑り防止部（実施例では円周状の凸部）を強力な吸着力で被着体に押え付けることで、発生面圧と互いの摩擦係数を掛け合わせたことにより表現できる横滑り防止の原理の発生面圧を大きく発生させるため、横滑りを防止する効果が大きく発揮する。

また、吸着力とは圧力差で発生しており、その圧力差を発生させるためには大気の流入を防ぐ境界の存在が必要である。圧力差が大きければ大きいほど流入を防ぐ力が強くなり、つまり境界部分が被着体に押付ける力が大きくなる。今回の発明は、この押付ける力が最も大きい圧力差の境界上に第一横滑り防止部（実施例では円周状の凸部）を設置したことを特徴としており、また、凸形状にすることで被着体に接する面積を小さくすることで発生面圧を飛躍的に向上させている。この高い面圧により、水の存在で低下した摩擦抵抗分を補い、横滑り防止の効果を発揮させる。また、発生させた高い面圧は、接触面に存在する水を排除し、摩擦係数の低下を防ぐ効果も得る。

横滑りを防止するため、脚底に取り付けられた吸着盤において、吸着力が発生している場合のみでなく、押し込み状態などの吸着力が発生していない状態も多く存在する。その押し込み状態において、支持部より下方であり椀蓋形状部部の内球面側に第二横滑り防止部（複数の突起形状）が押しつぶされるほど集中的面圧を発生させることで、摩擦抵抗を飛躍的に増加させ横滑りを防止する効果を発揮させる。つまり、吸着力発生時には前記第一横滑り防止部に応力集中を発生させ、押し込み時には第二横滑り防止部に応力集中を発生させることで、いかなる状況でも応力集中箇所を存在させ、摩擦抵抗を飛躍的に向上させることで横滑りを防止する効果を持たせたことを特徴とする。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形である横滑り防止吸着盤の断面図、図２は図１の一部拡大図、図３は図１の底面図、図４は加重が加わった状態の断面図、図５は無負荷で吸着状態の断面図、図６は本実施例の適用例の断面図である。

本実施例はゴム材料４０〜８０度の硬度のものを使用するが、同程度の硬度を持つ軟質塩ビなどの樹脂材料および熱可塑性エラストマーであっても吸着盤の性能としては同等の性能を示す。本実施例としては、浴室および浴槽内に設置する腰掛け台の脚底に組み込む構造とすることで機能を発揮し、吸着盤の径としてはφ７０ｍｍ程度のものとなる。

図１は横滑り防止吸着盤の断面図である。この吸着盤１は大きさが異なる大小２つの吸着盤が合わさった構成であり、Ｄ１＝φ７０ｍｍの裾部２と同心円状のＤ２＝φ４０ｍｍの椀蓋形状部部３からなる。特に椀蓋形状部部３の内球面側端部に周囲に沿って円周状に設けられた第一横滑り防止部５（円周状の凸部）があることは一般の吸着盤には無い大きな特徴となる。また、椀蓋形状部部３の内球面の中央内側には低圧となる減圧室４と呼ばれる空間を持つ。また、椀蓋形状部部３の外球面側の頂点部に前記吸着盤を支持する支持部を有するとともに、前記支持部より下方であり椀蓋形状部部３の内球面側に第二横滑り防止部６（複数の突起形状）を設けている。この突起部は、φ１〜２ｍｍ程度の半円状に形成している。

図６に本実施例の適用例の断面図を示す。横滑り防止機能を有する本発明の吸着盤は腰掛け
台の脚部２０の底面に着設するが、固定方法としては筒形状の腰掛け台の脚部２０は吸着盤の支持部７を挿入させる構造であり、挿入後はネジ２１等の固定具で保持する。体重などの荷重が加わるときの吸着盤１の変形挙動としては、裾部２の端より変形が進み、前記第一横滑り防止部５（円周状の凸部）が被着体に密接する。継続して荷重が加わると、腰掛け台の脚部２０の径は減圧室４の径より小さいことが特徴であるため、椀蓋形状部部３は支持部７を中心に内側に倒れ込むように変形を始め、椀蓋形状部部３の内球面側に設けた第二横滑り防止部６（複数の突起形状）は被着体に接触し押しつぶされ、複数の突起形状に過大な反力を発生させることで変形は止まる。第二横滑り防止部６が荷重により押しつぶされた状況はＣＡＥの解析結果である図４に示す。

横滑りを防ぐ力は吸着盤と被着体との接触部分に発生する反力と、接触部分に存在する摩擦係数を掛け合わせた大きさで表現できる。今回解決しようとする濡れた箇所に設置する吸着盤が横滑りし易くなる現象は、水が介在することでこの摩擦係数が下がるためであると容易に説明できる。

前記、押しつぶされた第二横滑り防止部６に発生する面圧は体重などの加わる荷重の大きさに比例するが、荷重を受ける部分が面でなく複数の突起形状であるため、接触面積は小さくなり突起形状に発生する面圧は非常に大きくなる。例えば、椀蓋形状部部３の内球面側の径をφ３０とした場合、第二横滑り防止部６がφ２、数を４つとすると、面積比より発生面圧は約５６倍となる。つまり、横滑りに対しては接触部の面圧が大きければ大きいほど、接触面の摩擦係数が高ければ高いほど強くなるため、複数の突起形状の設定は横滑りを防止する効果を発揮する。

このような加わる荷重を小さい面積で受け、面圧を極端に上げることで横滑りを防止する効果はスパイク靴の裏面と同様の効果であり、常に上面より力が加わっている状況ではこの突起形状があれば吸着盤形状である必要はない。

しかし、濡れた箇所に設置する腰掛け台は常に力が加わった状況だけでなく、例えば、浴槽内の浮力で荷重が小さくなる、もしくは浴槽の縁に腰をかけ浴槽内の腰掛け台に足をかける場合など、上面からの大きな荷重がない状況で横荷重を受ける場合も存在する。押し込み後、荷重が小さくなる、または荷重が無くなった場合、つまり復元力により吸着盤が立ち上がり、内圧が下がることで吸着力が発生した場合にこの吸着盤１の形状が横滑りの防止に効果を発揮する。まず、椀蓋形状部部３の内球面側端部の周囲に沿って設けられた第一横滑り防止部５（円周状の凸部）についてであるが、高さ約０．７ｍｍ、幅は約２．４ｍｍの凸形状であり、φ３０ｍｍの円周上に凸形状で形成している。なお、その円周状の凸部は角がエッジでなく丸く形成している。

吸着力とは復元力により吸着盤が立ち上がる動作に対し、吸着盤内部の圧力が下がり、この圧力差により吸着盤内部に気体が侵入することを防ぐために発生する力であり、復元力と気体侵入防止の力が釣り合いあうことが吸着盤の釣り合いとなる。その釣合い状態のＣＡＥ解析結果を図５に示す。前記椀蓋形状部部３の内球面側端部の周囲に沿って設けられた第一横滑り防止部５が接している様子がわかるが、第一横滑り防止部５と減圧室４を設けることで復元力による気圧差が発生した場合、圧力差の境界は第一横滑り防止部５で起きる。つまり、気体侵入防止の力はこの第一横滑り防止部５を被着体に対し押付ける力となり、境界で気圧差が大きければ大きいほど強い力で被着体に押付けられる力となる。この気体侵入防止の力は復元力と釣り合うため、つまり高い弾性率の材料を利用する、および形状因子による復元力を上げることで気体進入防止の力を増大させることができる。

結果、吸着盤の復元力に比例した気体侵入防止の力は第一横滑り防止部５を被着体に押さえつける力となるため、第一横滑り防止部５に面圧が集中し、少ない接触面積でこの力を受ける為、面圧は極めて高い値となり、つまり、これは第二横滑り防止部６と同様の効果となり、横滑りを防止する効果となる。

ここで、第一横滑り防止部５の形状であるが、この凸部で圧力差の境界を作るため、椀蓋形状部部３の内球面側端部に円周に沿って設けており、真空を破壊しない程度の幅（現モデルは２．４ｍｍ）としている。しかし、幅が大き過ぎると被着体との接触面積が大きくなるため、面圧が低下を防ぐためにも現モデルの程度とした。また、高さ方向に対しても同様に真空に対する考慮が必要であり、高過ぎると横荷重により凸部が容易に変形するため真空を破壊する、かつ低過ぎると第一椀横滑り防止部５以外の部分が接触するため面圧低下を防ぐためにも現モデルの程度とした。ただし、この設定は材料硬度５０〜７０、吸着盤φ７０に設定した形状であり、材料物性および吸盤の大きさ、形状により最適な大きさが存在する。

以上が上面から荷重が加わっていない吸着状態の横滑りを防止する効果であり、本吸着盤の最大の特徴である。吸着状態での横滑り防止の必要性は、例えば足が不自由な方、小さいお子様など浴槽底と浴槽縁との高低差を問題とする方々を想定しており、浴槽内に腰掛け台２２を設置することで大きな高低差を低減させる。利用者はまず浴槽の縁に腰を掛け、体を回転させ足を浴槽内に移動させ、腰掛け台２２に足を乗せる訳であるが、体重は浴槽の縁が支えるため、腰掛け台２２へは上面からより横方向の荷重が大きくなる。利用者は腰掛け台２２に体重をゆだねるわけであるから、横滑りを起こすことで怪我につながるため、横滑りを防ぐ効果は非常に重要となる。上記利用を考えた場合、スパイク靴の裏面のように突起形状に面圧を発生させる機構では横滑りを防ぐ力はほとんど働かない。

腰掛け台の脚に設置した今回の吸着盤１は、体重が加わった状況では体重を、加わっていない状況では吸着力を利用し、突起形状（第一横滑り防止部、第二横滑り防止部）を押しつぶすことで極めて高い面圧を発生させ、どの状況においても横滑りに対する抵抗力を飛躍的に向上させている。今回の形状を採用することで、現行の単純な吸着盤形状と比較し、１．３〜２．９倍増加させることを可能とし、この横方向の荷重を数字で示すと、約１７０Ｎ〜４８０Ｎとなる。この値は製品の仕様を考える上で問題ない値である。なお、効果のバラツキは吸着面状況の違い、加えた横荷重の違いによるものである。

また、本発明の吸着盤１は濡れた場所など、摩擦係数が小さい床での横滑り防止効果を飛躍的に向上させることを目的としており、腰掛け台２２に限らず様々な横滑りを防止する用途で展開が可能である。

本発明により、荷重負荷時および荷重無負荷時のどの状況において横滑り防止部に高い面圧を発生させ、横滑りに対する抵抗力を飛躍的に向上させた。

荷重負荷時には脚部が押込まれ、椀蓋形状部部３の内球面側に設けた第二横滑り防止部６を被着体に押しつぶすことで、第二横滑り防止部６に高い面圧を発生させ横滑りを防止する効果を得る。

荷重無負荷時には、吸着盤の特徴である復元力を利用し、椀蓋形状部部３の内球面側端部の周囲に沿って設けられた第一横滑り防止部５を境界として吸着力を発生させ被着体に押しつぶすことで、第一横滑り防止部に高い面圧を発生させ横滑りを防止する効果を得る。

本発明の実施形である横滑り防止吸着盤の断面図である。 図１の一部拡大図である。 図１の底面図である。 図１の荷重が加わっている状態の断面図 図１の荷重は加わっておらず、吸着状態の断面図である。 本実施例の適用例の断面図である。

符号の説明

１ 吸着盤
２ 裾部
３ 椀蓋形状部部
４ 減圧室
５ 第一横滑り防止部
６ 第二横滑り防止部
７ 支持部
２０ 腰掛け台の脚部
２１ ネジ
２２ 腰掛け台

Claims (3)

1. 吸着盤の中央部に筒状の空所を形成した椀蓋形状部と、前記椀蓋形状部より外周に向かって形成された裾部と、前記椀蓋形状部と前記裾部の境界部にあり前記椀蓋形状部の内球面の周囲に沿って環状に形成された凸状の第一横滑り防止部と、を有することを特徴とする吸着盤。
2. 請求項１記載の吸着盤において、前記椀蓋形状部の外球面側の頂点部に前記吸着盤を支持する支持部を有するとともに、前記椀蓋形状部の内球面側に第二横滑り防止部を設けられたことを特徴とする吸着盤。
3. 腰掛け台の脚部底面に請求項１又は２に記載の吸着盤が装着されたことを特徴とする浴室用腰掛け台。