JP2010007255A - 蝶番装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
垂直荷重に対する強度に優れ、しかも構造が簡単でコストも抑制可能な歯車を用いた蝶番装置を提供すること。
【解決手段】
一対のパネル体Ｐａ、Ｐｂの境界部に配置され個々のパネル体Ｐａ、Ｐｂに上下方向に軸支され且つ相互に噛合する一対の歯車体１０ａ、１０ｂと、この一対の歯車体１０ａ、１０ｂに跨って取り付けられると共に一対のパネル体Ｐａ、Ｐｂを保持する連結板２２と、を備え、一対の歯車体１０ａ、１０ｂは、同形状の歯車１１、１２を積み重ねて形成され、個々の歯車１１ａ、１２ａが対になる歯車１１ｂ、１２ｂと噛合しており、且つ同心で隣接する二個の歯車１１、１２は、双方の歯先が食い違うように配置することで、歯車１１、１２の歯先部側面１６同士が常時接触するため、一対の歯車体１０ａ、１０ｂの間で垂直荷重の伝達が可能で、蝶番装置１の強度が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、折戸や開き戸や衝立などの屈曲部に用いられる蝶番装置に関する。

蝶番は、折戸や開き戸や衝立などに必要不可欠な部品であり、戸板などのパネル体を回動自在に連結する機能を有する。蝶番は、二枚の金属板を心棒で一体化した物が広く普及しているが、下記特許文献のような歯車を用いた蝶番（以下、歯車式蝶番と記載）も使用されている。この歯車式蝶番は、摩擦が少なく戸の開閉が極めて軽快であり、しかもパネル体同士の境界部に隙間が生じないため、指などを挟み込むこともなく、さらに折戸に使用した場合、戸を開いた際に最大限の開口幅を確保できる上、戸を手前側および奥側の両方に畳み込めるなど、様々な利点がある。
特許第２７２８６４２号公報 特許第３８５３２９１号公報

前記のような歯車式蝶番の使用例を図６に示す。この図は二枚のパネル体で構成される折戸を描いており、右側のパネル体は支点軸を中心として自在に回動可能であり、左側のパネル体は歯車式蝶番を介して右側のパネル体と連結している。歯車式蝶番は、左右パネル体の境界部の上下二箇所に取り付けられており、いずれも同一形状だが、上下が反転して組み込まれている。また両パネル体とも、境界部には半円形断面のポールが組み込まれており、これと同心で歯車が取り付けられている。歯車はポールと一体化されており、ポールが回転すれば歯車も回転する。また歯車の中心には軸棒が差し込まれているが、これは歯車とは一体化されておらず自在に回転可能で、その先端部同士が所定の長さの連結板で一体化され、歯車が噛み合い状態を維持する。したがって、一方の歯車の周囲を他方の歯車が自在に公転可能で、パネル体の円滑な開閉が実現している。

図６に示す歯車式蝶番は、前記のように様々な利点を有しているが、左右のパネル体の間に作用する垂直荷重を伝達するのは上下二枚の連結板だけであり、もし蝶番に無理な垂直荷重が作用すると、連結板が変形して軸棒の平行が維持できなくなり、さらに左右歯車の間に段差が生じて、噛み合い不良や歯の破損といった不具合を引き起こす恐れがある。前記特許文献２は、その対策を目的とした技術であり、具体的には同文献の図２などに示すように、歯車を同心で二組使用した上、この二組の歯車の間に介挿板（符号：２９）を組み込んでおり、左右一組の介挿板のうち一方の直径を大きくして、対向する二個の歯車の間に挟み込むことで、双方の接触面を介して垂直荷重を受け止めている。また同文献の図８などに示すように、固定金具（符号：３０）の円盤部分の直径を大きくして垂直荷重を受け止める技術も開示されている。

特許文献２に開示された技術は、垂直荷重に対する強度が大幅に向上するため、玄関戸など比較的重量のある場合でも使用可能で、歯車式蝶番の用途を一段と拡大させたが、室内に設置される戸の場合、戸自体が軽量であり、しかも通常の使用で過大な荷重が作用することも稀であり、介挿板のような部品を使用することなく、より簡易な方法でコストを抑制しながら垂直荷重に対する強度を高める技術が待ち望まれている。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、垂直荷重に対する強度に優れ、しかも構造が簡単でコストも抑制可能な歯車を用いた蝶番装置の提供を目的としている。

前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、一対のパネル体を回動自在に連結するため、双方の側端面が対向している境界部の上下に組み込まれる蝶番装置であって、一対のパネル体の境界部に配置され個々のパネル体に上下方向に軸支され且つ相互に噛合する一対の歯車体と、該一対の歯車体に跨って取り付けられると共に前記一対のパネル体を保持する連結板と、を備え、前記一対の歯車体は、双方とも歯数およびピッチ円径が等しい歯車を上下に積み重ねて形成され、個々の歯車は対になる歯車と噛合しており、且つ上下に隣接している二個の歯車の歯先は、相互に食い違うように配設されていることを特徴とする蝶番装置である。

本発明による蝶番装置の基本的な構成は、前記特許文献や図６の歯車式蝶番と同様であり、折戸や衝立などを構成する二枚のパネル体の境界部で使用され、パネル体同士を回動自在に連結する機能を有しており、パネル体の上面および下面に同一形状の物を対向して配置する。また本発明による蝶番装置は、互いに噛み合う一対の歯車体を中心に構成され、一方の歯車体は、一方のパネル体と一体化され、他方の歯車体は、他方のパネル体と一体化され、さらに個々の歯車体の中心には上下に延在する軸が挿通されており、この二本の軸を連結板で保持することで軸間距離が一定になり、歯車体同士の噛み合いが維持される。

本発明において個々の歯車体は、二個以上の歯車を同心で積み重ねた構造であり、個々の歯車は円盤状で外周面に平歯またはハスバが形成された外歯車で、全ての歯車は歯数およびピッチ円の直径が等しく、且つ個々の歯車が対になる歯車と噛み合いを維持する。さらに同心で上下に積み重ねられた歯車は、何らかの手段で一体化されており、個別に回転することはない。また請求の範囲に記載した「歯車の歯先は、相互に食い違うように」とは、同心で上下に隣接する二個の歯車を見た場合、それぞれの歯形が横一線に揃っておらず、双方の歯車の境界で歯形に段違いが生じており、山と谷の位置がずれていることを意味する。そのため、同心で上下に隣接する二個の歯車の境界では、歯先部の側面が外部に露見することになる。また当然ながらこの段違い量は、左右両方の歯車体とも一致させて、対になる歯車の全てが噛み合いを維持できるようにする。

なお本発明において、歯車の外周面に形成される歯は、歯車の両側面（上面と下面）を結ぶように形成されていることを前提としており、歯車の中央部分に限定して歯が形成され、両側面には歯が形成されていない物は使用できない。そのほか同心で上下に積み重ねられる歯車は、二層に限定されるものではなく、三層以上でも構わない。

このように構成することで、歯車体同士が噛み合いを維持している際、個々の歯車の歯先部の側面が、噛合する歯車の上下に隣接する歯車の歯先部の側面と接触するようになる。この接触は、歯車同士が噛み合っている箇所に限って発生するが、歯車の回転の有無にかかわらず、いずれかの歯は必ず接触状態にあるため、対になる歯車体の間で常に垂直荷重が伝達され、しかも個々の歯車体は軸方向への移動も拘束され、歯車体の高さに段差が生じることもなく、円滑な噛み合いが維持される。

なお上下に積み重ねられた歯車を一体化する手段については、歯車の中心に挿通される軸にキー溝やスプラインを設けて軸と歯車を強制的に一体化する方法や、軸とは別に複数の歯車を貫通するピン類を打ち込むなどの方法がある。また歯車体は、ドアなどのパネル体と一体で回動するように取り付ける必要があるが、その方法についても自在であり、歯車体の一端面をパネル体と接触させてネジなどで一体化することもできるが、パネル体と歯車体の間に別途、アームなどの部品を介在させることもできる。

請求項２記載の発明は、歯車体の詳細を規定しており、上下に隣接している二個の歯車は、一方の歯車の歯先と他方の歯車の歯底が同一法線上に揃っていることを特徴とする。請求項１記載の発明は、同心で上下に隣接している歯車の歯先を食い違うようにすることで、歯車の歯先部の側面を他の歯車に接触させて垂直荷重が伝達できることを特徴としているが、本発明のように、上下に隣接する二個の歯車において、一方の歯車の歯先と他方の歯車の歯底を同一の法線上に並べることで、歯先部の側面同士の接触面積が最大になり、最も効果的に垂直荷重を伝達できる。なお請求項中の歯先とは、厳密には歯先の最先端部分を指しており、同様に歯底とは、歯底の最も深く切り込まれている部分を指しており、また法線とは、歯車の中心から半径方向に延びる線を意味している。

請求項１記載の発明のように、複数の歯車を同心で上下方向に積み重ねて、さらに上下に隣接する二個の歯車の歯先を食い違うように配設することで、個々の歯車の歯先部の側面が、これと噛合する歯車の上下に隣接する歯車の歯先部の側面と常時接触するようになり、対向する歯車の間で回転のほか、垂直荷重も伝達できるようになる。したがってパネル体の自重などを歯車体によっても伝達可能で、歯車体同士を結ぶ連結板に無理な荷重が作用しないため、蝶番装置の変形や破損を防止でき、しかも対になる歯車体の間に段差が生じることもなく、円滑な噛み合いが維持される。さらに本発明は、同形の歯車を重ねるだけの簡単な構造であり、コストも抑制できる。

請求項２記載の発明のように、同心で上下に隣接する二個の歯車において、一方の歯車の歯先と他方の歯車の歯底を同一の法線上に並べることで、歯車の側面同士の接触面積が最大になり、請求項１記載の発明の効果を最大限に発揮できるようになる。

図１は本発明による蝶番装置１の構成例を示しており、二枚のパネル体Ｐａ、Ｐｂの端面が対向する境界部の上下に取り付けられ、二枚のパネル体Ｐａ、Ｐｂを回動自在に一体化する。なお上下の蝶番装置１はいずれも同一形状だが上下を反転させている。蝶番装置１は、それぞれの歯車体１０ａ、１０ｂに軸棒２１を挿通した上、この二本の軸棒２１を連結板２２で一体化した構造であり、さらに個々の歯車体１０ａ、１０ｂは、二個の歯車１１、１２を同心で上下に積み重ねて構成されている。また軸棒２１は、歯車体１０を軸支するだけであり、歯車体１０と一体で回転することはなく、その一端面には抜け止めのためのフランジ２４が形成されており、他端は連結板２２に打ち込まれており、フランジ２４と連結板２２によって歯車体１０が挟み込まれている。

歯車体１０を構成する計四個の歯車１１、１２は、いずれも外周面の全域に平歯が形成されており、ピッチ円の直径および歯数が等しい。またパネル体Ｐａ、Ｐｂの上下に露見する歯車１１ａと歯車１１ｂは、同一高さに配置され円滑な噛み合いを維持しており、同様にパネル体Ｐａ、Ｐｂの中に埋め込まれる歯車１２ａと歯車１２ｂも、同一高さに配置され円滑な噛み合いを維持している。さらに同心で上下に積み重ねられた二個の歯車１１、１２は、歯形に食い違いが生じているため、双方の境界で歯先部側面１６が露見しており、噛み合い部分では、対向する歯先部側面１６同士が面接触するため垂直荷重の伝達が可能で、連結板２２に作用する荷重を軽減できる。

二枚のパネル体Ｐａ、Ｐｂが対向する境界部の上下二箇所には、蝶番装置１を収容するための段差部４１が形成されている。この段差部４１には蝶番装置１を取り付けるため、雌ネジ状の固定穴４３が形成され、さらに中心には軸棒２１のフランジ２４を収容するための逃げ穴４２が形成されている。そして蝶番装置１をパネル体Ｐａ、Ｐｂに固定する際は、歯車体１０ａ、１０ｂから固定ネジ２３を差し込んで、その先部を固定穴４３に螺合させることで、歯車体１０ａ、１０ｂとパネル体Ｐａ、Ｐｂが完全に一体化して、一方の歯車体１０ａの周囲を他方の歯車体１０ｂが公転することで左右のパネル体Ｐａ、Ｐｂが回動自在に連結される。なおパネル体Ｐａ、Ｐｂが円滑に回動できるよう、各パネル体Ｐａ、Ｐｂの側端面は、歯車体１０ａ、１０ｂと同心の円弧面４４が形成されている。当然ながらこの半径は、歯車体１０ａ、１０ｂのピッチ円の半径よりもわずかに小さくなっている。また歯車１１には、固定ネジ２３の頭部を収容するため、側面を環状に落とし込んだ丸溝１８が形成されている。

図２は、図１に示す蝶番装置１の詳細を示しており、図２（Ａ）は全体で、図２（Ｂ）は歯車１１、１２の裏面である。個々の歯車体１０ａ、１０ｂは、上下に二個の歯車１１、１２を積み重ねた構造で、上側に位置する一対の歯車１１ａ、１１ｂと、下側に位置する一対の歯車１２ａ、１２ｂが、それぞれ噛み合いを維持している。また個々の歯車１１、１２は、中心に軸棒２１を挿通するための中心孔１７が形成されており、この中心孔１７の外周には上面を環状に落とし込んだ丸溝１８が形成されており、さらに丸溝１８の中には二個のネジ孔１９が形成されている。ネジ孔１９は固定ネジ２３を挿通するためのもので、上下に積み重ねられた二個の歯車１１、１２に固定ネジ２３を挿通させ、さらに固定ネジ２３の先部をパネル体Ｐａ、Ｐｂの固定穴４３に螺合させることで、歯車体１０ａ、１０ｂがパネル体Ｐａ、Ｐｂと一体化する。したがって歯車１１、１２に形成されるネジ孔１９の位置は、歯先の食い違い量を考慮して決める必要がある。

歯車１１、１２の上面には、前記のように丸溝１８が形成されているが、この反対の下面については、図２（Ｂ）のような単純な平面状であり、中心孔１７とネジ孔１９だけが形成されている。また歯車体１０を軸支する軸棒２１は、歯車体１０の抜けを防止するため一端にフランジ２４が形成されており、他端は連結板２２の係合孔２５に打ち込まれている。この係合孔２５の直径は、軸棒２１よりもわずかに小さくなっており、軸棒２１は摩擦によって連結板２２から離脱できない。なお下側に位置する歯車１２ａ、１２ｂは、構造上丸溝１８は不要だが、部品を共通化するため丸溝１８が形成されている。

図３は図１に示す蝶番装置１をパネル体Ｐａ、Ｐｂに組み込んだ状態を示している。蝶番装置１は、パネル体Ｐａ、Ｐｂの段差部４１に収容されるため、パネル体Ｐａ、Ｐｂの上面および下面から突出することはない。また歯車体１０を構成する上下二個の歯車１１、１２は、一方の歯車１１の歯先と、他方の歯車１２の歯底が一致しており、上下の歯車１１、１２の境界で歯先部側面１６が露見しており、この面同士が接触することで垂直荷重が伝達される。なお本図では省略しているが、異物の噛み込み防止や外観を向上するため、蝶番装置１の側面全体をカバーで覆う場合がある。

図４は、図１などに描かれた歯車体１０ａの構成を示しており、図４（Ａ）は歯車体１０ａの上方に位置する歯車１１ａで、図４（Ｂ）は歯車体１０ａの下方に位置する歯車１２ａで、図４（Ｃ）は上下の歯車１１ａ、１２ａが一体になった状態である。図４（Ａ）に示す歯車１１ａは、その中心を通過する水平線および垂直線上に歯先が位置している。なお歯先とは、歯において最も外側に突出した部分である。また固定ネジ２３を挿通するためのネジ孔１９は、歯車１１ａの中心を通過する水平線上に形成されている。対する図４（Ｂ）に示す歯車１２ａは、その中心を通過する水平線および垂直線上に歯底が位置している。なお歯底とは、歯先とは逆に最も内側に入り込んだ部分である。またネジ孔１９は、図４（Ａ）と同様、中心を通過する水平線上に形成されている。したがって歯車１１ａと歯車１２ａを同心で積み重ねた後、上下のネジ孔１９を一致させると、図４（Ｃ）のように双方の歯先が交互に並び、歯先部側面１６が外部に露見する。この図では、歯車１２ａの歯先を通過する法線上に歯車１１ａの歯底が位置しており、歯先部側面１６の露見面積が最大になっている。

図５は、本発明の実施形態例を示しており、図５（Ａ）はパネル体Ｐａ、Ｐｂと歯車体１０ａ、１０ｂとの間にアーム３１を介在させたもので、図５（Ｂ）は三枚の歯車１１、１２、１３で歯車体１０を構成したものである。パネル体Ｐａ、Ｐｂと歯車体１０ａ、１０ｂとの取り付け方法については自在であり、図５（Ａ）のように、円盤部３２と棒部３３で構成されたアーム３１を用いてもよい。円盤部３２の中心には心出しのための大孔３４が形成され、その周囲には固定ネジ２３を螺合するため、雌ネジ状の保持孔３６が形成されている。したがって固定ネジ２３を介して歯車体１０とアーム３１が一体化する。またパネル体Ｐａ、Ｐｂの上面および下面には溝４５が形成されており、この中に棒部３３を埋め込んで小孔３５から皿ネジ３７を差し込むと、アーム３１を含む蝶番装置１の全体がパネル体Ｐａ、Ｐｂと一体化する。

そのほか図５（Ｂ）のように、三枚以上の歯車１１、１２、１３を積み重ねて歯車体１０を形成することもできる。この場合、上下に隣接する歯車１１と歯車１２のほか、歯車１２と歯車１３で歯先が食い違っていればよく、図の一番上に位置する歯車１１と一番下に位置する歯車１３は、歯先が揃っている。このように三枚以上の歯車１１、１２、１３を使用すると、装置は大形化するが、垂直荷重の伝達はより確実になる。

本発明による蝶番装置の構成例を示す斜視図である。 図１に示す蝶番装置の詳細を示す斜視図であり、（Ａ）は全体で、（Ｂ）は歯車の裏面である。 図１に示す蝶番装置をパネル体に組み込んだ状態を示す斜視図である。 図１などに描かれた歯車体の構成を示しており、（Ａ）は歯車体の上方に位置する歯車で、（Ｂ）は歯車体の下方に位置する歯車で、（Ｃ）は上下の歯車が一体になった状態である。 本発明の実施形態例を示す斜視図であり、（Ａ）は歯車体とパネル体との間にアームを介在させたもので、（Ｂ）は三枚の歯車で歯車体を構成した場合である。 一般的な歯車式蝶番を用いた折戸の形態例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 蝶番装置
１０ａ、１０ｂ 歯車体
１１ａ、１１ｂ 歯車
１２ａ、１２ｂ 歯車
１３ａ、１３ｂ 歯車
１６ 歯先部側面
１７ 中心孔
１８ 丸溝
１９ ネジ孔
２１ 軸棒
２２ 連結板
２３ 固定ネジ
２４ フランジ
２５ 係合孔
３１ アーム
３２ 円盤部
３３ 棒部
３４ 大孔
３５ 小孔
３６ 保持孔
３７ 皿ネジ
４１ 段差部
４２ 逃げ穴
４３ 固定穴
４４ 円弧面
４５ 溝
Ｐａ パネル体（左側）
Ｐｂ パネル体（右側）

Claims (2)

1. 一対のパネル体（Ｐａ、Ｐｂ）を回動自在に連結するため、双方の側端面が対向している境界部の上下に組み込まれる蝶番装置であって、
   一対のパネル体（Ｐａ、Ｐｂ）の境界部に配置され個々のパネル体（Ｐａ、Ｐｂ）に上下方向に軸支され且つ相互に噛合する一対の歯車体（１０ａ、１０ｂ）と、該一対の歯車体（１０ａ、１０ｂ）に跨って取り付けられると共に前記一対のパネル体（Ｐａ、Ｐｂ）を保持する連結板（２２）と、を備え、
   前記一対の歯車体（１０ａ、１０ｂ）は、双方とも歯数およびピッチ円径が等しい歯車（１１、１２）を上下に積み重ねて形成され、個々の歯車（１１ａ、１２ａ）は対になる歯車（１１ｂ、１２ｂ）と噛合しており、且つ上下に隣接している二個の歯車（１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ）の歯先は、相互に食い違うように配設されていることを特徴とする蝶番装置。
2. 前記上下に隣接している二個の歯車（１１ａと１２ａ、１１ｂと１２ｂ）は、一方の歯車（１１ａ、１１ｂ）の歯先と他方の歯車（１２ａ、１２ｂ）の歯底が同一法線上に揃っていることを特徴とする請求項１記載の蝶番装置。

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