JP4614721B2 - 開閉部材のブレーキ付き開閉機構 - Google Patents

Description

本発明は、航空機客室天井などに設置されている液晶表示器などの開閉部材を収納位置および展開位置の間で開閉するために用いるブレーキ付き開閉機構に関するものである。

航空機の客室天井等には、天井内に水平に収納され、必要時にはほぼ垂直状態の展開位置まで開く液晶表示器が設置されている。液晶表示器の展開時には、モータおよび減速機を介して出力される回転運動がリンク機構を介して液晶表示器を展開位置まで旋回させるための旋回運動に変換される。また、減速機入力軸あるいは出力軸にぜんまいばねを連結しておき、液晶表示器の展開動作に連動してぜんまいばねを巻き上げるようにしている。液晶表示器の収納時には、モータと減速機の間を電磁クラッチにより切り離し、巻き上げたぜんまいばねの復元力によって液晶表示器を収納位置まで戻すようにしている。収納動作をモータ回転力に頼らない理由は、非常時においても確実に、電力に頼らずに液晶表示器を安全な収納位置に戻したいという要求があるからである。

この場合、図５（ｂ）に示すように、液晶表示器１は収納位置１Ａではほぼ水平姿勢とされ、展開位置１Ｂではほぼ垂直姿勢となる。したがって、図５（ａ）に示すように、収納状態において液晶表示器１を展開方向に旋回させようとする自重によるトルクＴ（１）が最も大きくなり、展開位置１Ｂに向けて旋回するのに伴って当該トルクＴ（１）が減少し、垂直姿勢において最小となる。これに対して、ぜんまいばねの復元力Ｔ（１８）は、液晶表示器１が収納されている状態ではぜんまいばねの巻き数が最も少ない状態（初期巻き数の状態）なので最も小さく、液晶表示器１が展開位置１Ｂに到るとその巻き数が最大となるので、復元力Ｔ（１８）も最大となる。ぜんまいばねによって液晶表示器１を収納位置１Ａに戻すためには、初期巻き数の状態における復元力Ｔ（１８）が、収納状態での液晶表示器１の自重による展開方向へのトルクＴ（１）を上回っている必要がある。

ぜんまいばねの復元力をこのように設定すると、展開位置において最大となり、収納位置に向けて減少する戻しトルクＴ（１＋１８）が作用し、展開位置での戻しトルクが非常に大きくなってしまい、液晶表示器１が勢い良く閉まるので、危険である。そこで、液晶表示器１の開閉機構には、液晶表示器が適切な速度で閉まるようにブレーキを加えるブレーキ機構が付設されている。従来においては、速度に比例してブレーキ力が増加するギヤダンパが用いられている。

しかしながら、ギヤダンバは、複数の歯車を備え、遠心力によって摩擦力が増加する構成となっており、機構が複雑であり、信頼性に乏しいという問題点がある。

本発明の課題は、構造が簡単で信頼性の高い廉価なブレーキ機構を備えた液晶表示器などの開閉部材のブレーキ付き開閉機構を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の開閉部材のブレーキ付き開閉機構は、
モータ回転力を用いて液晶表示器などの開閉部材を収納位置から展開位置まで開き、
前記開閉部材の開き動作に連動させて戻し用ばね部材の弾性変形量を増加させ、
前記戻し用ばね部材の弾性復帰力を用いて、前記展開位置にある前記開閉部材を前記収納位置まで戻し、
前記開閉部材の開き動作に連動させて、前記モータ回転力および前記戻し用ばね部材の弾性力を伝達する回転部材に巻き付けられている紐の張力を増加させて、当該回転部材に作用する回転拘束力を増加させ、
前記開閉部材の閉じ動作に連動させて、前記紐の張力を減少させて、当該回転部材に作用する回転拘束力を減少させるようになっていることを特徴としている。

ここで、前記回転部材の回転運動を、当該回転部材を中心として前記収納位置に対応する回転位置および前記展開位置に対応する回転位置の間を旋回可能なリンク部材を介して、前記開閉部材の側に伝達することができる。この場合に、前記開閉部材の開閉動作に連動させて前記紐の張力を増減させるためには、前記紐の一端をブレーキ用ばね部材を介して固定し、当該紐の他端を直接、前記リンク部材に連結すればよい。前記リンク部材の旋回に伴って紐が引張られると、前記ブレーキ用ばね部材の弾性変形量が増加して、紐に作用する引張力が増加し、回転部材の回転拘束力が増加する。すなわちブレーキ力が増加する。逆に紐が緩められると、ブレーキ用ばね部材の弾性変形量が減少し、紐に作用する引張力が減少し、回転部材の回転拘束力（ブレーキ力）が減少する。

紐の端にブレーキ用ばね部材を連結する代わり、紐の中間部分を、ブレーキ用ばね部材によって回転拘束力が付与されるブレーキドラムに巻き掛けてもよい。

また、ブレーキ用ばね部材によって回転部材に作用する張力の調整、または、前記リンク部材の旋回に伴う紐の引張量あるいは緩み量を調整するために、紐の中間部分を、張力調整ドラムに巻き掛けるようにすればよい。

また、前記紐にグリースを含浸させておくと、紐を緩めた際にグリースの粘性により所定のブレーキ力を確保でき、また、紐の張力の経時変化を抑制でき、紐の張力調整が容易になるなどの利点がある。

一方、本発明による典型的な開閉機構では、前記モータ回転力を、電磁クラッチを介して前記回転部材に伝達し、前記開閉部材を収納位置に戻す際には、前記電磁クラッチを切るように構成される。また、さらに好ましい実施の形態では、前記モータ回転力を、戻り防止用のワンウエイクラッチ、前記電磁クラッチ、過負荷防止用のスリップクラッチ、および減速機を介して、前記リンク部材に伝達し、前記減速機の入力軸に連結されているスリップクラッチの円筒ケースの外周面に前記紐を巻き付けた構成が採用される。

本発明のブレーキ付き開閉機構では、モータ回転力を伝達する回転部材に紐を巻き付け、この紐の張力を開閉部材の開閉に連動させて増減させるようにしている。したがって、ギヤダンバを用いて開閉部材が収納する際のブレーキ力を発生させる場合に比べて、極めて簡単で、しかも信頼性の高い廉価なブレーキ機構を備えた開閉機構を実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した航空機客室天井に設置される液晶表示器のブレーキ付き開閉機構を説明する。

（全体構成）
図１は液晶表示器のブレーキ付き開閉機構を示す全体構成図である。液晶表示器１は、航空機客室の天井２に収納された実線で示す水平状態の収納位置１Ａから、下方にほぼ１０５度の角度だけ開いた想像線で示す展開位置１Ｂまで旋回可能となっている。この液晶表示機１のブレーキ付き開閉機構３は、機構本体部分４と、この機構本体部分４の回転運動を、旋回中心軸５を中心とする液晶表示器１の開閉運動（旋回運動）に変換するためのリンク機構６とを備えている。リンク機構６は、たとえば、機構本体部分４の側に連結されている駆動側リンク７と、液晶表示器１の旋回中心軸５の側に連結されている従動側リンク８と、これらの間を連結している僅かの角度で折れ曲がった中間リンク９とを備えている。駆動側リンク７が実線で示す第１位置７Ａにある状態で液晶表示器１が収納位置１Ａにあり、そこから想像線で示す第２位置７Ｂまで旋回すると、液晶表示器１が展開位置１Ｂに到る。液晶表示器１が展開位置１Ｂに到ると、その画面１ａを座席から見ることができる。

図２はブレーキ付き開閉機構３の機構本体部分４を示す図であり、その中心軸線に沿って切断した場合の概略構成図である。図３（ａ）および（ｂ）は、機構本体部分４の後端面を示す端面図および、その先端面を示す端面図であり、図４は図２の矢印Ａの方向から見た場合の矢視図である。

これらの図を参照して説明すると、機構本体部分４は、その後端側にモータ１１を備え、モータ１１の回転が減速歯車列１２を介して、機構中心軸線４ａに沿って同軸状態に配列されたワンウエイクラッチ１３の入力側に伝達される。機構中心軸線４ａに沿って、その後端側から先端側に向けて、ワンウエイクラッチ１３、電磁クラッチ１４、スリップクラッチ１５がこの順序で同軸状態に配列されている。スリップクラッチ１５の出力側は、同軸状態に配列された遊星歯車減速機１７の入力軸１７ａ（回転部材）の後端側に連結されている。入力軸１７ａの先端部分１７ｂは遊星歯車減速機１７の先端側の端面から所定長さだけ突出しており、この先端部分１７ｂには、当該先端部分１７ｂを中心として渦巻き状に巻かれたぜんまいばね１８の内端が連結されている。ぜんまいばね１８の外端は機構フレーム１９の側に固定したカップ状のケース１８ａに固定されている。

遊星歯車減速機１７は、入力軸１７ａに同軸状に固定した太陽歯車１７ｃと、この太陽歯車１７ｃを同心状に取り囲んでいる内歯車１７ｄと、これらの間に配置され、双方の歯車に噛み合っている複数個の遊星歯車１７ｅとを備えている。遊星歯車１７ｅは回転自在の状態で遊星キャリア１７ｆによって支持されている。遊星キャリア１７ｆは機構フレーム１９に固定され、内歯車１７ｄは前後一対のボールベアリングによって回転自在の状態で支持されている。内歯車１７ｄは入力軸１７ａとは逆回転し、ここから減速回転が出力される。この内歯車１７ｄの外周面には、リンク機構６の駆動側リンク７が固定されている。駆動側リンク７は機構中心軸線４ａに平行に先端側に向けて延びており、その先端部に中間リンク９の一端が連結されている。

駆動側リンク７が実線で示す第１位置７Ａにある状態では、液晶表示器１が収納位置１Ａにあり、想像線で示す第２位置７Ｂに到ると、液晶表示器１が展開位置１Ｂに到る。すなわち、液晶表示器１が収納位置１Ａにある状態においてモータ１１を駆動すると、その回転力が遊星歯車減速機１７の入力軸１７ａに伝達され、その出力要素である内歯車１７ｄが減速回転する。この回転運動は、リンク機構６を介して、液晶表示器１の旋回運動に変換され、液晶表示器１はその展開位置１Ｂに向けて開き始める。また、入力軸１７ａの回転によってぜんまいばね１８も巻かれる。液晶表示器１が展開位置１Ｂに到ると、モータ１１が止まり、液晶表示器１がその展開位置１Ｂに保持される。ここで、ワンウエイクラッチ１３は戻り防止、スリップクラッチ１５は過負荷防止のためにそれぞれ配置されている。

展開位置１Ｂにある液晶表示器１を閉じる（収納する）場合には、電磁クラッチ１４を切り、モータ１１と減速機１７の連結を断つ。減速機１７の入力軸１７ａはぜんまいばね１８に連結されているので、液晶表示器１の展開時に巻き取られた当該ぜんまいばね１８の弾性復帰力によって、逆回転を開始する。この結果、減速機１７の内歯車１７ｄが逆方向に減速回転して、そこに取り付けられている駆動側リンク７がその第１位置７Ａに向けて旋回するので、液晶表示器１もその収納位置１Ａに向けて徐々に閉じていく。液晶表示器１が収納位置１Ａに戻った後は、ぜんまいばね１８の弾性力によって液晶表示器１はその位置に保持される。

（ブレーキ機構）
ここで、図５（ａ）を参照して説明したように、液晶表示器１の自重による当該液晶表示器１を展開方向（開き方向）に回転させようとするトルクＴ（１）は、収納状態での水平姿勢時に最大であり、展開位置１Ｂに到る手前の垂直姿勢（９０度旋回した位置）の状態で零となり、展開位置１Ｂでは逆方向への小さなトルクが発生している。かかる自重によるトルクＴ（１）に逆らって液晶表示器１を展開位置から収納位置に戻すために必要な戻しトルクは、収納位置１Ａに向けて増加し、収納位置１Ａにおいて最大となるのが理想であり、このようにすれば、ほぼ一定のトルクで液晶表示器１を収納位置１Ａに戻すことができる。

しかるに、ぜんまいばね１８による戻しトルクＴ（１８）は、展開位置１Ｂにおいて最大であり、収納位置１Ｂに向けて漸減して、収納位置１Ｂにおいて最小となり、自重およびぜんまいはばねによる合成戻しトルクＴ（１＋１８）は展開位置１Ｂにおいて非常に大きくなり、液晶表示器１を閉じる際には、展開位置から勢い良く収納位置に向けて液晶表示器１が旋回してしまうので好ましくない。

開閉機構１はかかる旋回にブレーキを掛けるためのブレーキ機構２０を備えており、本例のブレーキ機構２０は、テフロン（登録商標）製のロープ２１とブレーキ用コイルばね２２とを備えている。図４から分かるように、ロープ２１の後端２１ａは、機構フレーム１９に一端が連結されたブレーキ用コイルばね２２に連結されている。ロープ２１は、ここから、ブレーキ用コイルばね２２の伸長方向に引き出されて、機構フレーム１９に取り付けたロープ掛け２３に掛け渡された後に、入力軸１７ａが連結されているスリップクラッチ１５の円筒ケース外周面１５ｂに数回巻きつけられている。さらに、この外周面１５ｂから引き出されて、ロープ掛け２５に掛け渡された後に反対方向に引き出されて、その先端２１ｂが駆動側リンク７に固定した連結バー２４の先端に連結されている。

駆動側リンク７が第１位置にある状態（液晶表示器１が収納位置１Ａにある状態）では、ロープ２１が最も弛んだ状態にあり、したがって、ブレーキ用コイルばね２２は最も縮んだ状態にある。駆動側リンク７が第２位置に向けて旋回すると、それに伴ってロープ２１が引かれ、ブレーキ用コイルばね２２が徐々に伸長して、ロープ２１の引張力が増加する。この結果、ロープ２１が巻きつけられているスリップクラッチ１５の円筒ケース１５ａに対する回転拘束力（ブレーキ力）も増加する。

ロープ２１によるスリップクラッチ１５に対するブレーキ力は、図５（ａ）の曲線Ｔ（２１）によって表されるように、駆動側リンク７が第２位置に到った状態（液晶表示器１が展開位置１Ｂに到った状態）において最大となる。したがって、液晶表示器１を展開位置１Ｂから収納位置１Ａに戻す際には、大きなブレーキ力がスリップクラッチ１５から減速機入力軸１７ａに作用する。よって、ぜんまいばね１８の弾性復帰力により回転する減速機入力軸１７ａにブレーキ力が作用して、その回転速度が低減される。すなわち、戻しトルクとして図５（ａ）の曲線Ｔ（１＋１８＋２１）で表すように、ほぼ一定のトルクが作用し、液晶表示器１がほぼ一定の速度で展開位置から収納位置に向けて旋回する。

すなわち、ぜんまいばね１８の弾性復帰力Ｔ（１８）は、液晶表示器１が収納位置１Ａに近づくに連れて、徐々に巻き戻されるので減少する。これに対応して、ロープ２１の引張りは液晶表示器１が収納位置１Ａに近づくにつれて徐々に緩められるので、当該ロープ２１の引張り力によるブレーキ力Ｔ（２１）も徐々に減少する。したがって、液晶表示器１の収納時には、ほぼ同一の戻しトルクＴ（１＋１８＋２１）が作用するので、ほぼ一定の速度で収納位置１Ａまで戻る。

このように、本例の液晶表示器のブレーキ付き開閉機構１では、コイルばね２２によって引っ張られているロープ２１を減速機入力軸１７ａに連結されているスリップクラッチ１５に巻きつけておき、液晶表示器１が展開位置にある状態において最大のブレーキ力を減速機入力軸１７ａに加え、展開位置から収納位置に向かうに連れてロープ２１を弛めて、ブレーキ力を減少させるようにしている。したがって、極めて簡単で廉価な構成により、所定のブレーキ力を確実に加えることができるので、信頼性の高い開閉機構を実現できる。

（ブレーキ機構の別の例）
次に、ブレーキ付き開閉機構３に付設可能なブレーキ機構の別の例を説明する。図６はかかるブレーキ機構２０Ａを備えた機構本体部分４Ａを示す図であり、（ａ）はその中心軸線４ａに沿って切断した場合の概略構成図であり、（ｂ）は矢印Ａの方向から見た場合の矢視図であり、（ｃ）はブレーキ機構の説明図である。機構本体部分４Ａの基本構成は前述の機構本体部分４と同一であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

本例の機構本体部分４Ａのブレーキ機構２０Ａは、テフロン（登録商標）製のロープ３１と、ブレーキ用コイルばね３２を備えたブレーキ調整ドラム３３と、張力調整ドラム３４とを備えている。図６から分かるように、ロープ３１の後端３１ａは、機構フレーム１９に固定されており、ここから引き出されてスリップクラッチ１５の円筒ケース外周面１５ｂに１巻き以上巻き付けられた後に、ブレーキ調整ドラム３３に複数回巻きつけられている。そして、ここから引き出された後に、張力調整ドラム３４における小径ドラム部分３４ａおよび大径ドラム部分３４ｂに巻き付けられ、しかる後にロープ掛け３５に掛け渡された後に駆動側リンク７の連結バー３６に連結されている。

ブレーキ調整ドラム３３は、機構フレーム１９に固定した支軸３３ａと、この支軸３３ａの先端に回転自在に支持されているドラム本体３３ｂとを備えている。ドラム本体３３ｂは、支軸３３を取り囲む状態に配置されたブレーキ用コイルばね３２の先端に固定されている。このブレーキ用コイルばね３２の後端は支軸３３ａあるいは機構フレーム１９に固定されている。

駆動側リンク７が第１位置７Ａから第２位置７Ｂに旋回すると、それに伴ってロープ３１が引っ張られる。この結果、ブレーキ調整ドラム３４に巻き付けられている部分が巻き出され、これに伴ってコイルばね３２が巻かれるので、ロープ３１の引張り力も増加する。駆動側リンク７が第２位置７Ｂに到った時点において、ロープ３１に作用する引張り力も最大となり、したがって、それが巻き付けられているスリップクラッチ１５を介して減速機入力軸１７ａに作用するブレーキ力（回転拘束力）も最大となる。駆動側リンク７が第２位置７Ｂから第１位置に向けて戻り始めると、ロープ３１が緩められ、これに伴ってコイルばね３２が巻き戻り、ロープ３１に作用する引っ張り力が減少する。この結果、減速機入力軸１７ａに作用するブレーキ力も減少していく。

したがって、本例のブレーキ機構２０Ａも前述した機構本体部分４のブレーキ機構２０と同様に機能して、液晶表示器１を展開位置１Ｂから収納位置１Ａに向けてほぼ同一の速度で戻すことができる。

また、本例のブレーキ機構２０Ａでは、ロープ３１の中間部分を張力調整ドラム３４に巻きつけてある。この張力調整ドラム３４の大径ドラム３４ｂなどの径を変更することにより、駆動側リンク７の旋回に伴うロープ３１の引張り量、弛緩量や、発生する張力を調整できる。よって、ブレーキ力の調整を簡単に行うことができる。

（その他の実施の形態）
なお、本発明は、航空機天井に設置された液晶表示器以外の開閉部材を開閉するためのブレーキ付き開閉機構にも適用できる。

また、上記の例ではブレーキ力を発生するための紐として、テフロン（登録商標）製のロープを用いているが、異なる素材からなるロープあるいは紐、またはワイヤなどを用いることも可能である。

さらに、テフロン（登録商標）製あるいはその他の素材からなるロープなどを用いる場合には、グリースを含浸させると、ロープを緩めた際にグリースの粘性により所定のブレーキ力を確保でき、また、ロープの張力の経時変化を抑制でき、ロープの張力調整が容易になるなどの利点がある。

さらにまた、上記の例において、スリップクラッチ１５に同心状にワンウエイクラッチを配置した場合には、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、液晶表示器１の展開時におけるブレーキ力によるモータ負荷を低減でき、また、ブレーキ力発生用の紐の繰り出しによる緩みを防止することができる。

本発明を適用した液晶表示器のブレーキ付き開閉機構を示す全体構成図である。 図１のブレーキ付き開閉機構の機構本体部分を示す図であり、その中心軸線に沿って切断した場合の概略構成図である。 （ａ）および（ｂ）は、機構本体部分の後端面を示す端面図および、その先端面を示す端面図である。 図２の矢印Ａの方向から見た場合の矢視図である。 液晶表示器に作用するトルクを説明するためのグラフである。 本発明を適用したブレーキ機構を備えた機構本体部分を示す図であり、（ａ）はその中心軸線に沿って切断した場合の概略構成図であり、（ｂ）は矢印Ａの方向から見た場合の矢視図であり、（ｃ）はブレーキ機構の説明図である。

符号の説明

１ 液晶表示器
１Ａ 収納位置
１Ｂ 展開位置
２ 天井
３ ブレーキ付き開閉機構
４、４Ａ 機構本体部分
７ 駆動側リンク
７Ａ 第１位置
７Ｂ 第２位置
１１ モータ
１２ 減速歯車列
１３ ワンウエイクラッチ
１４ 電磁クラッチ
１５ スリップクラッチ
１５ａ 円筒ケース
１５ｂ 外周面
１７ 遊星歯車減速機
１７ａ 入力軸
１７ｄ 内歯車
１８ ぜんまいばね
２１、３１ ロープ
２２、３２ ブレーキ用コイルばね
３３ ブレーキ力調整ドラム
３４ 張力調整ドラム

Claims (7)

1. モータ回転力を用いて液晶表示器などの開閉部材を収納位置から展開位置まで開き、
   前記開閉部材の開き動作に連動させて戻し用ばね部材の弾性変形量を増加させ、
   前記戻し用ばね部材の弾性復帰力を用いて、前記展開位置にある前記開閉部材を前記収納位置まで戻し、
   前記開閉部材の開き動作に連動させて、前記モータ回転力および前記戻し用ばね部材の弾性力を伝達する回転部材に巻き付けられている紐の張力を増加させて、当該回転部材に作用する回転拘束力を増加させ、
   前記開閉部材の閉じ動作に連動させて、前記紐の張力を減少させて、当該回転部材に作用する回転拘束力を減少させる開閉部材のブレーキ付き開閉機構。
2. 請求項１において、
   前記回転部材の回転運動を、当該回転部材を中心として前記収納位置に対応する回転位置および前記展開位置に対応する回転位置の間を旋回可能なリンク部材を介して、前記開閉部材の側に伝達し、
   前記紐の一端をブレーキ用ばね部材を介して固定し、当該紐の他端を前記リンク部材に連結したことを特徴とする開閉部材のブレーキ付き開閉機構。
3. 請求項１において、
   前記回転部材の回転運動を、当該回転部材を中心として前記収納位置に対応する回転位置および前記展開位置に対応する回転位置の間を旋回可能なリンク部材を介して、前記開閉部材の側に伝達し、
   前記紐の一端を固定し、当該紐の他端を前記リンク部材に連結し、
   前記紐の中間部分を、ブレーキ用ばね部材によって回転拘束力が付与されるブレーキ調整ドラムに巻き掛けてあることを特徴とする開閉部材のブレーキ付き開閉機構。
4. 請求項３において、
   前記紐の中間部分を、張力調整ドラムに巻き掛けてあることを特徴とする開閉部材のブレーキ付き開閉機構。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
   前記紐にはグリースを含浸させてあることを特徴とする開閉部材のブレーキ付き開閉機構。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記モータ回転力を、電磁クラッチを介して前記回転部材に伝達し、
   前記開閉部材を収納位置に戻す際には、前記電磁クラッチを切ることを特徴とする開閉部材のブレーキ付き開閉機構。
7. 請求項２ないし４のうちのいずれかの項において、
   前記モータ回転力を、戻り防止用のワンウエイクラッチ、電磁クラッチ、過負荷防止用のスリップクラッチ、および減速機を介して、前記リンク部材に伝達し、
   前記開閉部材を収納位置に戻す際には、前記電磁クラッチを切るようになっており、
   前記回転部材は、前記減速機の入力軸および、当該入力軸に連結されている前記スリップクラッチの円筒ケースを含み、
   前記円筒ケースの外周面に前記紐を巻き付けたことを特徴とする開閉部材のブレーキ付き開閉機構。

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