JP2015227719A - 簡易自立機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転ダンパの部品を追加することなく自立機構を付与し、回転ダンパと同サイズの簡易自立機構を提供する。
【解決手段】 粘性流体を充填した回転ダンパであって、流路Ｆ１、流路Ｆ２、流路Ｆ３を形成し、シャフト２の軸部２２に凹空間表面２４を設けて流路Ｆ４とし、流路Ｆ１と流路Ｆ２及び流路Ｆ３でダンパ機能を発揮し、流路Ｆ４の閉塞と圧力室Ｐ３からの押圧力で自立機能を発揮することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、洋式トイレの便座、便蓋、その他の開閉蓋に使用され、開放した蓋等が起立して倒れないようにした簡易自立機構に関する。

従来から、構成部品にニードルとリングばねを用い、リングばねの弾性力と回転トルクに応じたニードルの転動とロックを利用した自立機構を有する回転ダンパが知られている。（特許文献１参照）

特開平０８−１８２６３５

特許文献１の自立機構を有する回転ダンパにおいては、ダンパ機能を発揮する構成部品の他に、金属製のニードルローラーと金属製のリングばねが必要になり、金属製のニードルローラーについては少なくとも４個必要となっていた。つまり、回転ダンパに自立機構を付与するためには、多数の別部品を追加する等の必要があった。このように、回転ダンパに自立機構を付与すると、多数の部品を追加することで製品サイズが大きくなったり、組立工数が増えたりする等の問題があった。

そこで、本発明は、回転ダンパの部品を追加することなく自立機構を付与し、回転ダンパと同サイズの簡易自立機構を提供することを目的とする。

粘性流体を充填する圧力室を具備した円筒形状のハウジングと、前記ハウジングに組込む回転部材と、前記回転部材に設置する弁部材とを備え、前記ハウジングには前記回転部材を係止する部位を備え、前記回転部材には前記圧力室に組込む軸部と、前記圧力室の外側に位置する取付け部と、前記圧力室からの押圧力が伝達される圧力作用板とを備え、前記軸部には粘性流体の流路となる凹空間を一つ以上備え、前記回転部材を前記ハウジングに係止する部位を備え、前記ハウジングと前記回転部材との間に第一の流路を形成し、前記弁部材は前記羽根部に設置して前記粘性流体の第二の流路を形成し、前記凹空間を第三の流路とし、第一の流路と第二の流路でダンパ機能を発揮し、第三の流路の閉塞と押圧力が伝達される圧力作用板の作用で自立機能を発揮することを特徴とするものである。

この場合、前記ハウジングの内周には内周の中心方向に突出する隔壁を対抗する位置に二つ備え、前記軸部の外周には外側方向へ突出して設けた羽根部を対抗する位置に二つ備えることが好ましい。

このような構成によれば、前記軸部には前記粘性流体の流路となる凹空間を対抗する位置に二つ備え、前記弁部材には前記羽根部に設置して前記粘性流体の第一の流路を形成し、前記弁部材と前記圧力作用板との間に第二の流路を形成し、前記弁部材と前記ハウジングとの間に第三の流路を形成し、前記凹空間を第四の流路とし、前記圧力室は三つに区画され、第一の圧力室と第二の圧力室は回転方向に働く役割を担い、第三の圧力室は水平方向に働く役割を担い、第一の流路と第二の流路及び第三の流路でダンパ機能を発揮し、第四の流路の閉塞と第三の圧力室からの押圧力で自立機能を発揮することができる。

また、前記圧力作用板は前記回転部材と一体で形成されても良い。

そして、前記凹空間における前記軸の表面を円柱面または平坦な面、あるいは正定曲率の面や負定曲率の面にしても良い。

以上のように本発明は、部品点数を削減すると同時に、回転ダンパに自立機構を付与した簡易自立機構を提供することができる。

本発明の実施形態に係る簡易自立機構を示す斜視図である。 図１を逆向きに見た斜視図である。 ハウジングの正面図である。 図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 シャフトの（ａ）正面図、（ｂ）右側面図である。 ベーンの（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）下面図、（ｄ）左側面図である。 簡易自立機構を開閉蓋に取付け、蓋が閉じた状態から蓋が開放されるまでの簡易自立機構の内部の状態の推移を示した断面図で、（ａ）蓋が０°位置にあるときの縦断面図、（ｂ）蓋が９０°開いたときの縦断面図、（ｃ）蓋が１１０°開いたときの縦断面図である。 簡易自立機構を開閉蓋に取付け、蓋が開放された位置から蓋が閉じるまでの簡易自立機構の内部の状態の推移を示した断面図で、（ａ）蓋が１１０°開いているときの縦断面図、（ｂ）蓋が１０５°まで閉じたときの縦断面図、（ｃ）蓋が９０°まで閉じたときの縦断面図、（ｄ）蓋が０°の位置まで閉まったときの縦断面図である。 簡易自立機構を開閉蓋に取付け、蓋が閉じた状態から開放する方向に動作しているときの簡易自立機構の横断面図である。 簡易自立機構を開閉蓋に取付け、蓋が開放された位置から閉じる方向に動作しているときの簡易自立機構の横断面図である。 簡易自立機構と開閉蓋との関係を示す図で、トイレの本体にハウジングを取付け、シャフトを便蓋に取付けたときの平面図である。

以下、本発明に係る簡易自立機構の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では回転部材と圧力作用板が一体形成され、回転ダンパと自立機構とが一体となった簡易自立機構を例に説明する。

まず、本実施形態の簡易自立機構の概略について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る簡易自立機構を示す斜視図である。図１に示すように、簡易自立機構は、ハウジング１と、回転部材であるシャフト２と、弁部材であるベーン３と、粘性流体４と、摺動部材５と、シール部材であるＯリング６と、キャップ７とを主な構成として備える。

ハウジング１は、円筒形状の外形で係止部１１、内周１２、隔壁１３、隔壁先端１４、軸支部１５、接合内径１６、底面１７、外周１８から成る。係止部１１は一方の端面に形成し、相手側部材を係止する。そして他方の端面は開放し、シャフト２、ベーン３、摺動部材５、Ｏリング６、を組込み、粘性流体４を充填できるようにしている。

ハウジング１の内周１２には、内周１２の中心方向に突出する隔壁１３を二つ設け、内周円の１８０°対応位置で向かい合っている。この隔壁１３の断面形状は略扇形にし、ハウジング１の内周１２の中心方向に突出した隔壁先端１４はシャフト２の軸部２２と密嵌する曲面にし、ハウジング１とシャフト２は回転自在となる。そして内周１２の一方の端面側には、シャフト２の小径部２１を軸支する円形穴の軸支部１５を形成し、ハウジング１とシャフト２が相対回転する際に軸受としての機能を果たしている。

シャフト２は、小径部２１、軸部２２、連通口２３、凹空間表面２４、羽根部２５、圧力作用板２６、摺動部材取付け部２７、Ｏリング装着部２８、キャップ軸支部２９、他方の相手側部材に接続する接続部２０から成る。小径部２１は円柱形状をしており、前項で示したようにハウジング１の軸支部１５に嵌合し軸支される。そして小径部２１より大きな直径の円柱形状としている軸部２２は、前項で示したようにハウジング１の隔壁先端１４と密嵌し回転自在となっている。そして、軸部２２の外周の外側方向へ突出して設けた羽根部２５が、外周円の１８０°対応位置で向かい合っている。この羽根部２５は台形形状の断面形状になっており、中央部に連通口２３が矩形状に形成されている。また羽根部全長２５Ｄは、ハウジング１の隔壁１３の長さ（図４の矢印Ａ方向の寸法）より短く設定している。

ここで、軸部２２の外周には凹空間表面２４を設けている。凹空間表面２４は、軸部２２の外周円中心から離れた位置に中心点をもつ円柱面であり、羽根部２５の根元部から離れた位置が最も深く、徐々に浅くなって軸部２２の外周面と面一になる。そして凹空間表面２４の幅（図５の矢印Ｃ方向の寸法）は軸部２２の幅（図５の矢印Ｃ方向の寸法）よりも小さくしている。なお、凹空間表面２４の表面は、円柱面に限らず平坦な面や正定曲率の面、または負定曲率の面にしてもよく、凹空間表面２４の形状によっても自立動作の調整が可能となる。

圧力作用板２６は、軸部２２の小径部２１とは反対側の羽根部２５の端面に形成している。そして、圧力作用板２６の軸部２２とは反対の端面側には摺動部材取付け部２７を有し、隣にＯリング装着部２８を設けている。そして、シャフト２の最外径部となる圧力作用板２６の外径とハウジング１の内周１２は摺接させている。

また圧力作用板２６は、圧力室Ｐ１と圧力室Ｐ２側の側面（一方の側面）と反対側の圧力室Ｐ３側の側面（他方の側面）を有している。（圧力室Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３については後述する）ここで、ハウジング１とシャフト２を所定の状態に組み付けた状態において、一方の側面において粘性流体４の圧力が加わる表面積をＳ１とし、他方の側面において粘性流体４の圧力が加わる表面積をＳ２とし、表面積Ｓ２を表面積Ｓ１より大きく設定している。

ベーン３は、長辺３１、遮断部３２、開口３３、係止部３４、内底３５、外径３６から成り、外径３６と内底３５が円弧面のコの字状の断面形状となっている。長辺３１はシャフト２の羽根部全長２５Ｄより僅かに短くなっている。そして、開口３３は粘性流体４が流動する通路となる。

ベーン３は、内底３５をシャフト２の羽根部２５の頂上部２５Ｃに添装する。ベーン３の内底３５の幅（図６（ｄ）の矢印Ｇ方向の寸法）はシャフト２の羽根部２５の頂上部２５Ｃの幅（図５（ａ）の矢印Ｃ方向の寸法）より広く設定しているため、ベーン３は内底３５の幅の範囲で移動可能となる。例えば、ベーン３の係止面３４Ａがシャフト２の羽根部側面２５Ａに押し付けられる回転方向にあるときは、ベーン３の開口３３とシャフト２の連通口２３が連通すると共に、シャフト２の羽根部側面２５Ｂとベーン３の遮断面３２Ａとの間に隙間ができる。つまり、ベーン３の開口３３側から遮断部３２側に連通する通路ができる。

一方、ベーン３の遮断部３２がシャフト２の羽根部側面２５Ｂに押し付けられる回転方向にあるときは、シャフト２の羽根部側面２５Ｂとベーン３の遮断面３２Ａとが密着し、連通する通路を閉じる。なお、ベーン３の長辺３１とシャフト２の羽根部全長２５Ｄは等しく設定すると共に、ベーン３の端面３１とシャフト２の羽根部全長２５Ｄをハウジング１の隔壁長さ１３Ａより僅かに短く設定しているので、ベーン３の端面３１とシャフト２の圧力作用板２６との間に僅かな隙間である第二の流路（流路Ｆ２）ができると共に、ベーン３の端面３２及びシャフト２の羽根部全長２５Ｄとハウジング１の底面１７との間に僅かな隙間である第三の流路（流路Ｆ３）ができている。

摺動部材５は、薄肉の中空円板で、シャフト２と、相対回転するハウジング１に固定されるキャップ７との間に介設し、シャフト２とキャップ７との接触面での摩耗を低減する。ここでは、耐摩耗性能を確保するため摺動部材５を高分子化合物で形成している。

ゴム等の弾性部材で形成されたＯリング６は、シャフト２のＯリング装着部２８に装着し、シャフト２とキャップ７の隙間を塞いでいる。

キャップ７は、円筒形状の外形で圧力室端面７１、接合外径７２、内径７３、端面７４から成る。ハウジング１の接合内径１６にキャップ７の接合外径７２を組み込んで接合により固定される。これにより、ハウジング１と一体となったキャップ７はシャフト２と相対回転可能になる。ここで圧力室端面７１は、シャフト２の摺動部材取付け部２７との間に介接した摺動部材５と摺接する。内径７３はシャフト２に装着したＯリング６を圧接し、ハウジング内部に注入した粘性流体４をシャフト２とキャップ６の隙間から外部へ漏れないようにすると共に、シャフト２のキャップ軸支部２９を軸支する。そして接合外径７２はハウジング１の接合部１６に接合する。

図９、図１０に示す通り、キャップ７をハウジング１に接合した状態でシャフト２の圧力作用板２６との間に微小な隙間を有するように設定している。この、ハウジング１の内周１２とシャフト２の圧力作用板２６と摺動部材取付け部２７とキャップ７の圧力室端面７１で囲まれる領域を第三の圧力室（圧力室Ｐ３）としている。

次に簡易自立機構におけるダンパ動作について説明する。

図７、図８に示すように簡易自立機構の内部は、ハウジング１の隔壁１３とシャフト２によって第一の圧力室（圧力室Ｐ１）と第二の圧力室（圧力室Ｐ２）に区画され、シャフト２の圧力作用板２６を鋏んだ隣の領域の圧力室Ｐ３から成る。そして圧力室Ｐ１と圧力室Ｐ２および圧力室Ｐ３には粘性流体４が充填されている。ここで（閉位置から）ハウジング１を固定してシャフト２を時計回りに回転（右回転）させると、ベーン３は粘性流体４の抵抗で係止面３４Ａがシャフト２の羽根部側面２５Ａに押し付けられる方向に動き、ベーン３の開口３３とシャフト２の連通口２３が連通すると共に、シャフト２の羽根部側面２５Ｂとベーン３の遮断面３２Ａとの間に隙間ができ、粘性流体４が流動する第一の流路（流路Ｆ１）となる。ここで、圧力室Ｐ１と圧力室Ｐ２の粘性流体４が回転方向前方からベーン３の開口３３を通過して回転方向後方に移動する。流路Ｆ１は充分な大きさに設定しているため、粘性流体４は流路Ｆ１を大きな抵抗を受けずに通過し、簡易自立機構は軽い回転トルクで動作する。洋式トイレ等の開閉蓋の動作においては開動作をスムーズにする。

反対に（開位置から）、ハウジング１を固定してシャフト２を反時計回りに回転（左回転）させると、ベーン３は粘性流体４の抵抗で遮断部３２がシャフト２の羽根部側面２５Ｂに押し付けられる方向に動き、シャフト２の羽根部側面２５Ｂとベーン３の遮断面３２Ａとが密着して連通する流路Ｆ１を閉じる。ここで、圧力室Ｐ１と圧力室Ｐ２の粘性流体が回転方向前方から、ベーン３の端面３１とシャフト２の圧力作用板２６との間の流路Ｆ２、ベーン３の端面３２とハウジング１の底面１７との間の流路Ｆ３の僅かな隙間を通過して回転方向後方に移動する。すなわち、粘性流体４は大きな抵抗を受けて流路Ｆ２と流路Ｆ３を通過し、簡易自立機構は重たい回転トルクで動作することになる。洋式トイレ等の開閉蓋の動作においては閉動作をスローに緩衝する。

本発明は上記実施形態のダンパ機構でなくてもよく、内周が円筒形形状のハウジングと、そのハウジングと相対回転可能なシャフトを主構成部品とし、粘性流体等のオイルを充填した有限角動作のロータリーダンパであれば良い。

次に簡易自立機構における自立動作について説明する。

まず自立機構について補足すると、開閉蓋の蓋を手で開放する際、蓋を起立（自立）する位置（角度）以下で止めた場合、止めた角度で停止せず蓋の自重と重力によって閉じてしまう。確実に蓋を開いた状態にするには自立する角度を越えて開放する必要がある。つまり、蓋を自立させるための行為が必要になる。

本実施形態では、シャフト２の凹空間表面２４を軸部２２の外周の対向する位置にそれぞれ一つ設け、簡易自立機構の開方向回転の終点側となる羽根部２５の根元部から離れた位置を最も窪んだ状態にし、徐々に浅くなる円柱面としている。そして、シャフト２の軸部２２はハウジング１の隔壁先端１４と密嵌しているので、簡易自立機構の構成品を組み付け、シャフト２の凹空間表面２４とハウジング１の隔壁先端１４を重ねた位置では、窪んだ量の空間である第四の流路（流路Ｆ４）ができることになる。この流路Ｆ４を出現させる位置を簡易自立機構の開方向回転の自立する手前に設けている。

図１１は簡易自立機構と開閉蓋との関係を示す平面図である。ハウジング１は本体Ｔ１に固定され、シャフト２は蓋Ｔ２に固定されている。ここで、蓋を開ける方向に動かすとシャフト２は時計回りに回転（右回転）する。蓋を開いて行くとハウジング１の隔壁先端１４がシャフト２の凹空間表面２４に差し掛かる。更に続けて蓋を開いて行くと、ハウジング１の隔壁先端１４とシャフト２の凹空間表面２４が成す流路Ｆ４が現れる。ここで、圧力室Ｐ１と圧力室Ｐ２の粘性流体４がシャフト２の回転方向前方から流路Ｆ４を通過して回転方向後方に移動する。ここでは流路Ｆ４の大きさが徐々に増え、蓋が自立する手前で流路Ｆ４の大きさは最大になり、蓋を開ける動作の終盤で流路Ｆ４は閉塞して粘性流体４の通過を遮断する。この位置を越えると蓋の自立が可能になる。終点ではハウジング１の隔壁１３とベーン３の係止部３４、及びベーン３の係止面３２Ａとシャフト２の羽根部側面２５Ａが当接してその位置を保持する。つまり、蓋を開ける動作の終点では蓋は自立してその位置を保持する。

反対に蓋が開放されている位置から蓋を閉じる方向に動かすと、シャフト２は反時計回りに回転（左回転）する。そして、蓋が開放されている位置では流路Ｆ４が閉塞しているので粘性流体４は流路Ｆ４を通過できず、蓋を閉じようとすると動作抵抗によって大きな自立感触を得ることができる。この位置を越えると流路Ｆ４が開通して粘性流体４が通過できるようになり、蓋は自重でスローダウンする動作に移行する。

従来技術では、開閉蓋を開けて自立位置を越える際に蓋を開ける力の他に自立させる力を加える必要があった。しかし、本発明は蓋を開ける力以外を加えてなくても自立させることができ、かつ蓋を閉める際に自立感触を得ることができるようになった。

このように、簡易自立機構の自立動作は、流路Ｆ４の閉塞に伴う粘性流体４の流動抵抗で開閉蓋の自立感触を得られるようにしている。

本発明は上記実施形態のように、シャフト２の凹空間表面２４の形状は円柱面でなくてもよく、平坦な面や正定曲率の面、負定曲率の面にすることで、自立の動作状態を調整することができる。例えば、正定曲率の面にした場合、一旦回転トルクが軽くなってから回転トルクがやや重くなり、その後に回転トルクが軽くすることができる。負定曲率の面にした場合、急激に回転トルクが軽くなった後、回転トルクを重たくすることができる。

次に簡易自立機構における自立動作をアシストする動作について説明する。

シャフト２の圧力作用板２６の一方の側面Ｓ１には圧力室Ｐ１と圧力室Ｐ２側から圧力が加わり、反対側の他方の側面Ｓ２には圧力室Ｐ３から圧力が加わる。粘性流体４と接し圧力を受ける側面の表面積は、側面Ｓ２を側面Ｓ１より大きく設定しているので、圧力室Ｐ３からの押圧力が圧力作用板に働き、圧力作用板を水平方向（圧力室Ｐ１、Ｐ２側）に押圧する。これによって、圧力室Ｐ１、Ｐ２側にある流路Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を縮小させ、粘性流体４の流動抵抗も増すことになる。ここではこの事象を圧力作用板効果としている。

ここで開閉蓋の蓋を開ける方向に動かすと、圧力作用板効果により流路Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４が縮小する。しかし、流路１は充分な大きな設定にしているので、粘性流体４の流路Ｆ１の通過に大きく影響することはない。

反対に開閉蓋を開位置から閉める方向に動かすと、圧力作用板効果により流路Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４が縮小する。従って、粘性流体４の流動抵抗が増し、より大きな自立感触を得ることができる。

なお、本実施形態では圧力作用板２６をシャフト２に一体形成としているが、それぞれ別体として形成し組み合わせても構わない。

以上説明したように、本発明によれば、回転ダンパの機能を果たす構成部品以外の部品を追加することなく、自立動作を付加した簡易自立機構が提供され、洋式トイレの便座、便蓋等、開閉蓋を使う分野に利用することができる。

１・・・・・ハウジング
１１・・・・係止部
１２・・・・内周
１３・・・・隔壁
１４・・・・隔壁先端
１５・・・・軸支部
１６・・・・接合内径
１７・・・・底面
１８・・・・外周
２・・・・・シャフト
２０・・・・接続部
２１・・・・小径部
２２・・・・軸部
２３・・・・連通路
２４・・・・凹空間表面
２５・・・・羽根部
２５Ａ・・・羽根部側面
２５Ｂ・・・羽根部側面
２５Ｃ・・・頂上部
２５Ｄ・・・羽根部全長
２６・・・・圧力作用板
２７・・・・摺動部材取付け部
２８・・・・Ｏリング装着部
２９・・・・キャップ軸支部
３・・・・・ベーン
３１・・・・長辺
３２・・・・遮断部
３２Ａ・・・遮断面
３３・・・・開口
３４・・・・係止部
３４Ａ・・・係止面
３５・・・・内底
３６・・・・外径
４・・・・・粘性流体
５・・・・・摺動部材
６・・・・・Ｏリング
７・・・・・キャップ
７１・・・・圧力室端面
７２・・・・接合外径
７３・・・・内径
７４・・・・端面

Claims (4)

1. 粘性流体を充填する圧力室を具備した円筒形状のハウジングと、前記ハウジングに組込む回転部材と、前記回転部材に設置する弁部材とを備え、前記ハウジングには前記回転部材を係止する部位を備え、前記回転部材には前記圧力室に組込む軸部と、前記圧力室の外側に位置する取付け部と、前記圧力室からの押圧力が伝達される圧力作用板とを備え、前記軸部には粘性流体の流路となる凹空間を一つ以上備え、前記回転部材を前記ハウジングに係止する部位を備え、前記ハウジングと前記回転部材との間に第一の流路を形成し、前記弁部材は前記羽根部に設置して前記粘性流体の第二の流路を形成し、前記凹空間を第三の流路とし、第一の流路と第二の流路でダンパ機能を発揮し、第三の流路の閉塞と押圧力が伝達される圧力作用板の作用で自立機能を発揮することを特徴とした簡易自立機構。
2. 前記ハウジングの内周には内周の中心方向に突出する隔壁を対抗する位置に二つ備え、前記軸部の外周には外側方向へ突出して設けた羽根部を対抗する位置に二つ備え、前記軸部には前記粘性流体の流路となる凹空間を対抗する位置に二つ備え、前記弁部材には前記羽根部に設置して前記粘性流体の第一の流路を形成し、前記弁部材と前記圧力作用板との間に第二の流路を形成し、前記弁部材と前記ハウジングとの間に第三の流路を形成し、前記凹空間を第四の流路とし、前記圧力室は三つに区画され、第一の圧力室と第二の圧力室は回転方向に働く役割を担い、第三の圧力室は水平方向に働く役割を担い、第一の流路と第二の流路及び第三の流路でダンパ機能を発揮し、第四の流路の閉塞と第三の圧力室からの押圧力で自立機能を発揮することを特徴とする請求項１に記載の簡易自立機構。
3. 前記圧力作用板は、前記回転部材と一体で形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の簡易自立機構。
4. 前期凹空間における前記軸の表面を円柱面または平坦な面、あるいは正定曲率の面や負定曲率の面にしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の簡易自立機構。

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