JP4440048B2 - 自動開閉機構 - Google Patents

Description

本発明は、高分子アクチュエータを用いて、ドア、ダンパ等を開閉する自動開閉機構に関するものである。

現存する回転開閉動作を行う開閉手段としては、自動車の乗降部ドア、トランク部のバックドア、冷蔵庫の冷蔵室ドア、建造物の通用ドア、様々な機器内に機能部品として存在するダンパー等があげられる。

従来のドア開閉機構では、大半がモータを用いているが、回転系の開閉動作は、力の伝達が困難であるため、大きな発生力を必要とされる。よって、発生力を増大させるための複雑なギア機構等が必要となり、アクチュエータは大型かつ高コストにならざるを得ない。また、大消費電力、騒音等も伴い、自動開閉機構の利用は、大半が建築物や自動車とい
った大構造かつ高価な商品に留まっている。

従来の自動開閉機構としては、自動車のバックドアをモータを用いて開閉するもの（例えば、特許文献１参照）や、ソレノイドによって押し出し棒を突出動作させドアを押し開けるもの（例えば、特許文献２参照）がある。
実開平３−５５４７２号公報 特開２００１−５６１７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成は、モータの動力をドアの開閉力に変換するために、ギア機構等の複雑な増幅機構を必要とし、またモータの駆動には大電力と大騒音を伴い、コスト的にも非常に高価なものとなってしまう。

また、特許文献２に記載の構成は、ソレノイドを用いることで簡易構造のドア開放機構を実現しているが、ドアを押し開くためには大電力を必要とし、また、ドアを開くことはできるが閉じることはできない。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡易構造、低騒音、低消費電力の自動開閉機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、高分子または高分子と金属の複合体で構成され電圧の印加により屈曲または伸縮動作を行う高分子アクチュエータの動作の力を利用して開閉動作を行うようにしたので、簡易構造、低騒音、低消費電力の自動開閉機構を実現することができる。

本発明は、開閉部の動作手段として、高分子アクチュエータを用いたことにより、モータおよびギア機構等を用いずに、大きな発生力を得ることができ、そのために機構の小型化、簡略化が可能となり、また高分子アクチュエータは、動作時に無音のため、低騒音化を可能とし、さらには動作電力が小さいため、省電力化を実現することができる。

請求項１に記載の自動開閉機構の発明は、高分子または高分子と金属の複合体で構成され電圧の印加により屈曲または伸縮動作を行う高分子アクチュエータと、前記高分子アクチュエータの動作の力を伝達する伝達部と、ヒンジ部を軸として回転開閉動作する開閉部と、前記ヒンジ部とは別の箇所に設けられた回転動作機構と、前記回転動作機構による回転動作の力を前記開閉部の押し込みおよび引き込み動作の力として伝えるアームとを備え、前記回転動作機構は、前記伝達部を介して前記高分子アクチュエータの屈曲または伸縮動作の力を利用しての回転動作を行い、前記開閉部は、前記アームを介して前記回転動作機構の回転動作の力を利用して開閉動作を行うものであり、高分子アクチュエータの動作の力を、押し込み引き込み動作の力に変換してから、開閉部に動力を伝達するため、開閉部の開閉動作を容易に行うことができる。

また、開閉部の動作手段として、高分子アクチュエータを用いたことにより、モータおよびギア機構等を用いずに、大きな発生力を得ることができ、そのために機構の小型化、簡略化が可能となり、また高分子アクチュエータは、動作時に無音のため、低騒音化を可能とし、さらには動作電力が小さいため、省電力化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が閉じた状態の上面概略断面図であり、図２は本発明の実施の形態１における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が開いた状態の上面概略断面図である。

図１および図２において、開閉部２ａが取り付けられる筐体１ａは、冷蔵庫の本体にあたり、開閉部２ａは冷蔵庫の冷蔵室ドアに相当する。その他にも、例えば自動車の乗降部のドアやトランク部のバックドア、または各種製品に設けられたダンパー等の機能部品として構成することも考えられる。

ヒンジ部３ａは、開閉部２ａの回転開閉動作の軸となり、このヒンジ部３ａの回転円周上にレバー４が設けられている。外側高分子アクチュエータ５ａ、および内側高分子アクチュエータ６ａは、筐体１ａに２箇所設けられており、それぞれヒンジ部３ａの外側を通る外側伝達部７ａ、ヒンジ部３ａの内側を通る内側伝達部８ａによってレバー４へと接続されている。

外側高分子アクチュエータ５ａおよび内側高分子アクチュエータ６ａは、高分子もしくは高分子と金属等の複合体で構成される素材を用いたものを指し、材料自身が電気などのエネルギーによって変形するという特徴を利用したものである。

高分子アクチュエータには、電圧の印加によって、屈曲、伸縮といった変形をするものがあり、本実施の形態では正電圧を印可すると伸びの動作を、負電圧を印可すると縮みの動作を行う高分子アクチュエータの特性を利用している。

外側伝達部７ａおよび内側伝達部８ａは、それぞれ外側高分子アクチュエータ５ａと内側高分子アクチュエータ６ａとに接続されたワイヤー等にあたる。これらはそれぞれの高分子アクチュエータの伸縮運動の力をヒンジ部３ａ上に設けられたレバー４へと伝導するためのものであり、もし構造上、両高分子アクチュエータを直接レバー４へと接続することが可能であれば、あえて設ける必要はない。

また、ヒンジ部３ａ上に設けられたレバー４は両高分子アクチュエータからの動作の力をヒンジ部３ａの回転動作へと伝導する作用を容易に行うためのものである。特にレバー形状をとる必要はなく、ヒンジ部３ａと両伝達部との接続部であると考えて良い。

スイッチ９は、例えば開閉部２ａの前面や開閉部２ａの取っ手等に取り付けられたもので、このスイッチ９を操作することで開閉部２ａが開閉する。

また、リモコン１０も同様に、これを操作することで遠隔部から開閉部２ａを開閉することができる。

センサ１１は、例えば静電センサによるタッチセンサ、赤外線や電波センサによる人体検知センサ等が考えられる。タッチセンサであれば、これに触れたときに開閉部２ａが動作し、人体検知センサであれば人が開閉部２ａに接近したときに開閉部２ａが開閉する、といった作用を行うことができる。

次に本実施の形態の動作説明をする。

開閉部２ａが閉じている状態のとき、外側高分子アクチュエータ５ａおよび内側高分子アクチュエータ６ａには電圧がかかっておらず、伸縮運動は行っていない。特に閉じる力に大きな力が必要であれば、外側高分子アクチュエータ５ａが伸び、内側高分子アクチュエータ６ａに縮みの動作をさせておいても良い。

開閉部２ａを開くときには、外側高分子アクチュエータ５ａは縮みの動作を、内側高分子アクチュエータ６ａは伸びの動作を行う。これによりヒンジ部３ａは開動作方向に作用を受け、開閉部２ａは自動的に開く。

ドアが開いている状態から開閉部２ａを閉じるときには、外側高分子アクチュエータ５ａは伸びの動作を、内側高分子アクチュエータ６ａは縮みの動作を行う。これによりヒンジ部３ａは閉動作方向に作用を受け、開閉部２ａは自動的に閉じる。

また、開閉部２ａが一定時間以上開いている場合に、自動的に閉じるといった動作を行うこともできる。

以上のように本実施の形態の自動開閉機構は、高分子または高分子と金属の複合体で構成され電圧の印加により伸縮動作を行う高分子アクチュエータ５ａ，６ａと、ヒンジ部３ａを軸として回転開閉動作する開閉部２ａとを備え、開閉部２ａが、高分子アクチュエータ５ａ，６ａの動作の力を利用して開閉動作を行うものであり、開閉部２ａの動作手段として、高分子アクチュエータ５ａ，６ａを用いたことにより、モータおよびギア機構等を用いずに、大きな発生力を得ることができ、そのために機構の小型化、簡略化が可能となり、また高分子アクチュエータ５ａ，６ａは、動作時に無音のため、低騒音化を可能とし、さらには動作電力が小さいため、省電力化を実現することができる。

また、本実施の形態の自動開閉機構は、高分子アクチュエータ５ａ，６ａの動作の力を伝達する伝達部７ａ，８ａを備え、開閉部２ａが、伝達部７ａ，８ａを介して高分子アクチュエータ５ａ，６ａの屈曲または伸縮動作の力を利用して開閉動作を行うものであり、高分子アクチュエータ５ａ，６ａの動作の力を伝達する伝達部７ａ，８ａを設けたことで、高分子アクチュエータ５ａ，６ａの取りつけ位置等に融通性を持たせ、屈曲または伸縮動作を離れた場所へ伝達することが可能となり、また、これらの動作を回転動作等に変換することが可能となる。

また、本実施の形態の自動開閉機構は、高分子アクチュエータ５ａが縮む動作を行い、高分子アクチュエータ６ａが伸びる動作を行う時に、開閉部２ａが開動作を行い、高分子アクチュエータ５ａが伸びる動作を行い、高分子アクチュエータ６ａが縮む動作を行う時に、開閉部２ａが閉動作を行うので、高分子アクチュエータ５ａ，６ａの伸縮動作を用いた開閉部２ａの開閉動作時に効率良く伸縮力を伝達することができる。

また、本実施の形態の自動開閉機構は、スイッチ９を備え、スイッチ９の操作が行われた時に高分子アクチュエータ５ａ，６ａに所定の電圧が印加されるように構成したものであり、ドアの開閉動作を開始する手段として一般的に普及しているスイッチ９を備えたことにより、より実用性を高めた自動開閉機構とすることができる。

また、本実施の形態の自動開閉機構は、リモコン１０を備え、リモコン１０の操作が行われた時に高分子アクチュエータ５ａ，６ａに所定の電圧が印加されるように構成したものであり、リモコン１０を備えたことにより、遠隔部から自動開閉動作を行うことができる。

また、本実施の形態の自動開閉機構は、タッチセンサや人体検知センサからなるセンサ
１１を備え、センサ１１が検知した時に高分子アクチュエータ５ａ，６ａに所定の電圧が印加されるように構成したものであり、例えば、冷蔵庫に被保存物を入れるとき、電波センサ等によって人の接近を検出し自動的にドアが開かれる。保存者が被保存物によって両手がふさがっている状態でもドアは自動的に開くため、被保存物を一度別の場所においてドアを開く、といった面倒な作業をする必要がない。

また、本実施の形態の自動開閉機構は、開閉部２ａが開いた後、任意の時間が経過すると自動的に閉じるように構成することも可能であり、ドアの閉め忘れ等にも対応することができる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が閉じた状態の上面概略断面図であり、図４は本発明の実施の形態２における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が開いた状態の上面概略断面図である。

図３および図４において、筐体１ｂには、開閉部２ｂが取り付けられる。ヒンジ部３ｂは開閉部２ｂの回転開閉動作の軸となる。

外側高分子アクチュエータ５ｂおよび内側高分子アクチュエータ６ｂは筐体１ｂから開閉部２ｂへと渡って設けられており、それぞれヒンジ部３ｂの外側および内側を通っている。

高分子アクチュエータには電圧の印加によって屈曲、伸縮といった変形をするものがあり、本実施の形態では正電圧を印可すると正方向への屈曲動作を、負電圧を印可すると逆方向への屈曲動作を行う高分子アクチュエータの特性を利用している。

次に本実施の形態の動作説明をする。

開閉部２ｂが閉じている状態のとき、外側高分子アクチュエータ５ｂおよび内側高分子アクチュエータ６ｂは屈曲したままの状態となっている。

開閉部２ｂを開くときには、外側高分子アクチュエータ５ｂと内側高分子アクチュエータ６ｂは、閉じ状態の屈曲とは逆方向への屈曲動作を行う。これにより開閉部２ｂは開動作方向に作用を受け自動的に開く。

ドアが開いている状態から開閉部２ｂを閉じるときには、外側高分子アクチュエータ５ｂと内側高分子アクチュエータ６ｂは、開き状態の屈曲とは逆方向への屈曲動作を行う。これにより開閉部２ｂは閉動作方向に作用を受け自動的に閉じる。

また、開閉部２ｂが一定時間以上開いている場合に、自動的に閉じるといった動作を行うこともできる。

以上のように本実施の形態の自動開閉機構は、高分子または高分子と金属の複合体で構成され電圧の印加により屈曲動作を行う高分子アクチュエータ５ｂ，６ｂと、ヒンジ部３ｂを軸として回転開閉動作する開閉部２ｂとを備え、開閉部２ｂが、高分子アクチュエータ５ｂ，６ｂの動作の力を利用して開閉動作を行うものであり、開閉部２ｂの動作手段として、高分子アクチュエータ５ｂ，６ｂを用いたことにより、モータおよびギア機構等を用いずに、大きな発生力を得ることができ、そのために機構の小型化、簡略化が可能となり、また高分子アクチュエータ５ｂ，６ｂは、動作時に無音のため、低騒音化を可能とし、さらには動作電力が小さいため、省電力化を実現することができる。例えば、冷蔵庫の
ような家電製品ではアクチュエータを取り付けるスペースが小さく構成が困難となるが、本実施の形態の高分子アクチュエータを用いればこの課題は解決する。

また、スイッチ９、リモコン１０、センサ１１等によって開閉動作を促がすことによってより実用的な自動開閉機構を実現することができる。さらに、一定時間以上開閉部２ｂが開いているときは自動的に閉じるといった動作を行うこともでき、ドアの閉め忘れ等にも対応することができる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が閉じた状態の上面概略断面図であり、図６は本発明の実施の形態３における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が開いた状態の上面概略断面図である。

図５および図６において、筐体１ｃには、開閉部２ｃが取り付けられる。ヒンジ部３ｃは開閉部２ｃの回転開閉動作の軸となる。

外側高分子アクチュエータ５ｃおよび内側高分子アクチュエータ６ｃは筐体１ｃ上に設けられ、これらと接続された外側伝達部７ｃと内側伝達部８ｃはそれぞれ回転動作機構１２の外側および内側を経由している。

高分子アクチュエータには電圧の印加によって屈曲、伸縮といった変形をするものがあり、本実施の形態では正電圧を印可すると伸びの動作を、負電圧を印可すると縮みの動作を行う高分子アクチュエータの特性を利用している。

アーム１３は回転動作機構１２上で中心部からある程度の距離を置いた場所を軸として設けられ、開閉部２ｃへと接続されている。この回転動作機構１２が正逆方向に回転動作を行うとアーム１３は開閉部２ｃの押し出し引き込み動作を行い、これによって開閉部２ｃは開閉動作を行う。

図５および図６において、アーム１３は単一のロッド形状の部品として描かれているが、複数の部品と関節部とを持つ構成としても良い。

また、本実施の形態では回転動作機構１２を筐体１ｃ上に設けているが、回転動作機構１２を開閉部２ｃ上に設け、アームを筐体１ｃに接続することでもこの開閉動作は成立する。

次に本実施の形態の動作説明をする。

開閉部２ｃが閉じている状態のとき、外側高分子アクチュエータ５ｃおよび内側高分子アクチュエータ６ｃには電圧がかかっておらず、伸縮運動は行っていない。特に閉じる力に大きな力が必要であれば、外側高分子アクチュエータ５ｃが伸び、内側高分子アクチュエータ６ｃに縮みの動作をさせておいても良い。

開閉部２ｃを開くときには、外側高分子アクチュエータ５ｃは縮みの動作を、内側高分子アクチュエータ６ｃは伸びの動作を行う。これにより回転動作機構１２は開動作方向に作用を受け、アーム１３は開閉部２ｃを押し出す作用を行う。これによって開閉部２ｃは自動的に開く。

ドアが開いている状態から開閉部２ｃを閉じるときには、外側高分子アクチュエータ５ｃは伸びの動作を、内側高分子アクチュエータ６ｃは縮みの動作を行う。これにより回転
動作機構１２は閉動作方向に作用を受け、アーム１３は開閉部２ｃを引き込む動作を行う。これによって開閉部２ｃは自動的に閉じる。

また、開閉部２ｃが一定時間以上開いている場合に、自動的に閉じるといった動作を行うこともできる。

以上のように本実施の形態の自動開閉機構は、高分子または高分子と金属の複合体で構成され電圧の印加により伸縮動作を行う高分子アクチュエータ５ｃ，６ｃと、高分子アクチュエータ５ｃ，６ｃの動作の力を伝達する伝達部７ｃ，８ｃと、ヒンジ部３ｃを軸として回転開閉動作する開閉部２ｃと、ヒンジ部３ｃとは別の箇所に設けられた回転動作機構１２と、回転動作機構１２による回転動作の力を開閉部２ｃの押し込みおよび引き込み動作の力として伝えるアーム１３とを備え、回転動作機構１２は、伝達部７ｃ，８ｃを介して高分子アクチュエータ５ｃ，６ｃの伸縮動作の力を利用しての回転動作を行い、開閉部２ｃは、アーム１３を介して回転動作機構１２の回転動作の力を利用して開閉動作を行うものであり、高分子アクチュエータ５ｃ，６ｃの動作の力を、押し込み引き込み動作の力に変換してから、開閉部２ｃに動力を伝達するため、開閉部２ｃの開閉動作を容易に行うことができる。

また、本実施の形態の自動開閉機構は、高分子アクチュエータ５ｃが縮む動作を行い、高分子アクチュエータ６ｃが伸びる動作を行う時に、開閉部２ｃが開動作を行い、高分子アクチュエータ５ｃが伸びる動作を行い、高分子アクチュエータ６ｃが縮む動作を行う時に、開閉部２ｃが閉動作を行うので、高分子アクチュエータ５ｃ，６ｃの伸縮動作を用いた開閉部２ｃの開閉動作時に効率良く伸縮力を伝達することができる。

また、スイッチ９、リモコン１０、センサ１１等によって開閉動作を促がすことによってより実用的な自動開閉機構を実現することができる。さらに、一定時間以上開閉部２ｃが開いているときは自動的に閉じるといった動作を行うこともでき、ドアの閉め忘れ等にも対応することができる。

本発明は、簡易構造、低騒音、低消費電力の自動開閉機構を実現することができので、自動車の乗降部ドア、トランク部のバックドア、冷蔵庫の冷蔵室ドア、建造物の通用ドア、様々な機器内に機能部品として存在するダンパー等に適用可能である。

本発明の実施の形態１における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が閉じた状態の上面概略断面図 本発明の実施の形態１における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が開いた状態の上面概略断面図 本発明の実施の形態２における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が閉じた状態の上面概略断面図 本発明の実施の形態２における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が開いた状態の上面概略断面図 本発明の実施の形態３における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が閉じた状態の上面概略断面図 本発明の実施の形態３における自動開閉機構を冷蔵庫に取り付けた場合の開閉部が開いた状態の上面概略断面図

１ａ，１ｂ，１ｃ 筐体
２ａ，２ｂ，２ｃ 開閉部
３ａ，３ｂ，３ｃ ヒンジ部
４ レバー
５ａ，５ｂ，５ｃ 外側高分子アクチュエータ
６ａ，６ｂ，６ｃ 内側高分子アクチュエータ
７ａ，７ｃ 外側伝達部
８ａ，８ｃ 内側伝達部
９ スイッチ
１０ リモコン
１１ センサ
１２ 回転動作機構
１３ アーム

Claims (1)

1. 高分子または高分子と金属の複合体で構成され電圧の印加により屈曲または伸縮動作を行う高分子アクチュエータと、前記高分子アクチュエータの動作の力を伝達する伝達部と、ヒンジ部を軸として回転開閉動作する開閉部と、前記ヒンジ部とは別の箇所に設けられた回転動作機構と、前記回転動作機構による回転動作の力を前記開閉部の押し込みおよび引き込み動作の力として伝えるアームとを備え、前記回転動作機構は、前記伝達部を介して前記高分子アクチュエータの屈曲または伸縮動作の力を利用しての回転動作を行い、前記開閉部は、前記アームを介して前記回転動作機構の回転動作の力を利用して開閉動作を行うことを特徴とした自動開閉機構。

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