JP5057561B2 - 限界荷重付き回転軸構造 - Google Patents

Description

本発明は、操作部材又は負荷取付部材が所定荷重内の荷重であれば、固定部材に対してロックされているが、所定荷重、すなわち、限界荷重以上の荷重が働くと、操作部材のロックが解かれて動作する限界荷重付き回転軸構造に関するものであり、このロック機構に関するものである。

この構造として、第一軸（固定軸）と第二軸（回転軸）とを設けてこれらにコイルスプリングを巻き掛けたものがあり、操作ノブやダイアルの回動軸、椅子や蓋の回動軸等に種々の名称で使用されている（特許文献１及び２）。これらは操作するときに適度の抵抗力（限界荷重を超える操作力を要する）を働かせたロック機構を持ち、重量感のある操作を求めた限界荷重付き回転軸構造である。また、自動車のアームレスト等には上方には上がっても下方には下がらない角度調整機構が採用されているが（特許文献３）、これは、通常の荷重はロックして支えるロック機構を持つもので、過度の力が掛かったときには下方に滑って部材破損を防ぎ、安全を確保する限界荷重付き回転軸構造となっている。

以上の先行例に共通しているのは、抵抗、すなわちロック荷重は、回転軸に巻き掛けるコイルスプリングの巻径の内周を回転軸等の外径よりも小さくすることで生ずる縮径力と、回転軸をコイルスプリングを締め付ける方向に回転させることで生ずるコイルスプリングの巻締力とによる軸とコイルスプリングの摩擦抵抗力（摩擦力）である。したがって、このロック荷重を上げるには、最も重要なコイルスプリングの巻径の内径と回転軸の外径（径差）、コイルスプリングの線材の材質と直径、巻数等の増大で行う以外には方法がない。しかし、最も大きなウェイトを占める径差については、コイルの疲労寿命等から限界があって縮径力も限られる。よって、所謂、サイズアップが必要になるが、スペース等の問題でそれができないような場合には、設計を根本からやり直さなければならないといったことがある。
実開平０５−００３５６１号公報 特開平０９−１６５９６７号公報 特開２００３−２９９５４７号公報

本発明は、このような課題を解決するものであり、大したサイズアップなしにロック荷重（限界荷重）を引き上げることができるようにしたものである。換言すれば、今のロック荷重の性能であれば、反対にサイズダウンができるようにしたものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、回転不能な第一軸と、第一軸に芯ずれ可能に突き合わされ又は嵌合されて負荷を受け持って回転可能な第二軸と、第一軸と第二軸とにまたがって嵌合される第一軸及び第二軸よりも径が小さい径差を有するコイルスプリングとからなり、第二軸をコイルバネを締め付ける方向に回転させることでコイルバネとの摩擦力を増大させて所定の限界荷重を超えたときに回転できる限界荷重付き回転軸構造において、第一軸と第二軸を芯ずれ範囲よりも小さい隙間を有してケースに収容し、第二軸を回転させるときの第一軸との芯ずれにより、ケースがコイルバネに押圧してその押付力を上記摩擦力に付加させて限界荷重を増すことを特徴とする限界荷重付き回転軸構造を提供したものである。

また、本発明は、以上の回転軸構造において、請求項２に記載した、第一軸とケースとが一体化され、第二軸はケースに挿入されて第一軸と同芯に配置されるものであり、第一軸と第二軸との間に芯ずれが起こっても両軸を同芯に保つスライダを設けた手段、請求項３に記載した、第一軸と第二軸との径が芯ずれ範囲内で違っている手段、請求項４に記載した、ケースが第一軸又は第二軸に固定され、若しくはフリーである手段、請求項５に記載した、コイルスプリングの一端が第一軸又は第二軸に連結されている手段を提供したものである。

請求項１の手段によると、両軸に巻き掛けたコイルスプリングの摩擦力にケースでコイルスプリングに外力を加えて軸に押し付ける押付力が加わることで、コイルスプリングと第二軸との摩擦力が高まり、その結果、ロック荷重が増大する。したがって、ロック荷重の増大の要請があったときにも、サイズアップは必要ないし、反対に、現在のロック荷重であれば、サイズダウンができるものとなる。この場合、押付力は、第二軸に掛ける荷重に比例して増大するから合理的でもある。なお、コイルスプリングを押し付ける部分のケースは全周である必要はなく、芯ずれに対応した限られた角度範囲であってもよい。

請求項２及び３の手段によれば、第二軸と第一軸が芯ずれを起こしても両軸を同芯に配置できるし、請求項３及び４の手段によれば、設計の自由度が増す。請求項５の手段によれば、コイルスプリングの長さを短くできる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の縦断面図、図２は横断面図であるが、本発明を構成する要素は、第一軸１と第二軸２及びこれらに巻き掛けられるコイルスプリング３とこれらが収容されるケース４とからなる。これにおいて、第二軸２とは負荷を受け持つ可動部材であり、第一軸１とは第二軸２をコイルスプリング３で保持している固定部材のことであり、いずれも軸に限られるものではない。また、第一軸１と第二軸２とは同じ径である必要はないし、コイルスプリング３は、これら第一軸１と第二軸２双方に跨がって巻き掛けられる（第一軸１と第二軸２とで径が異なる場合には、コイルスプリング３の巻径もそれに対応させてある）。

このとき、当然にコイルスプリング３の巻径の内径は第一軸１、第二軸２の外径よりは小さく設定されている（これを上記したように径差という）。したがって、コイルスプリング３を両軸１、２に巻き掛けると、径差に基づいて巻径が膨張させられる反動でコイルスプリング３には縮径力が働き、両軸１、２との間に摩擦力が発生し、これがロック荷重となる。ところで、このとき、第二軸２をコイルスプリング３の締付け方向に回転させると、コイルスプリング３はその摩擦力で更に両軸１、２を締め付ける巻締力が発生し、この巻締力と縮径力によって摩擦力を一層高めることになる。このため、摩擦力を超える荷重を第二軸２に加えない限り第二軸２は回転しないことになるが、この摩擦力をロック荷重（限界荷重）と称し、第二軸２を回転させるには、このロック荷重を超える荷重を加えなければならないのである。

本発明は、コイルスプリング３を外力によって両軸１、２に押し付けるという従来にはない発想を加えた点が特徴である。これにより、コイルスプリング３の寿命から限界のある径差に基づく縮径力による摩擦力の倍増に匹敵する摩擦力が得られたのである。本発明のもう一つの特徴は、第一軸１と第二軸２とが芯ずれ可能に配される点である。芯ずれの具体的な構造としては、第一軸１と第二軸２とを径方向に偏位可能に独立させてその端面同士を突き合わせたもの、互いを芯ずれ可能に嵌合したもの等、種々のものがある。第一軸１と第二軸２とを芯ずれ可能に配したことにより、縮径力を持たせて巻かれたコイルスプリング３が締まる方向に回転させられようとしたときに生ずる巻締力により、芯ずれ境界点において、コイルスプリング３の線材に引張力が生じ、これによって両軸１、２は芯ずれを起こす。

加えて、本発明では、第一軸１と第二軸２とが相互に芯ずれを起したとき、コイルスプリング３はケース４の内周に当たるようにしてある。具体的には、芯ずれの量の最大（以下、偏差Ｓという）は、コイルスプリング３の外周とケース４の内周との隙間ｔよりも大きく設定してあることである（Ｓ＞ｔ）。コイルスプリング３がケース４の内周に当たれば、回転させようとして加える力に比例した押付力が発生する。これにより、縮径力の増強と同じ効果が生じ、押付力による摩擦力の増強が付加されてトータルとしてのロック荷重が増大する。なお、増強される摩擦力は、回転させようとして加える力に比例して増大する合理的なものである。

ところで、この構造には、第一軸１と第二軸２の芯ずれの態様、これらとコイルスプリング３の連結の有無、ケース４が独立又はどちらかと連結しているかどうか等の異なる形態がある。これらを整理してみると、次のようになる。まず、（Ａ）ケース４が独立している場合において、第一軸１と第二軸２の芯ずれ態様であるが、これには、（イ）第一軸１と第二軸２のいずれかが位置を固定され（第一軸１は固定軸の場合であっても、それは回転ができないという意味であって、位置が固定されるという意味ではない）、他方が芯ずれ可能に配される場合と、（ロ）第一軸１、第二軸２共に芯ずれ可能に配される場合とがある。

（イ）の場合は、ケース４は第一軸１又は第二軸２に巻回しているコイルスプリング３に当たってこれを第一軸１又は第二軸２に押し付け、（ロ）の場合は、ケース４は両軸１、２に巻回しているコイルスプリング３に当たってこれらを押し付ける（ケース４が独立しているから）。しかし、ロック荷重については、芯ずれに伴う第二軸２とコイルスプリング３の押付力によるものであるから、（イ）、(ロ）どちらの態様でも変わらない。このとき、コイルスプリング３は、（ハ）両端ともフリーな場合、（ニ）一端が第一軸１に連結されていて他端がフリーな場合、（ホ）一端が第二軸２に連結されて他端がフリーな場合と分けられる。なお、コイルスプリング３の一端を第一軸１か第二軸２に連結すると、その連結強度に見合った巻数の縮減ができ、その分、サイズの縮小が可能になる。

一方、ケース４が第一軸１又は第二軸２に連結されている場合があり、これには（Ｂ）第一軸１と連結されている場合、（Ｃ）第二軸２に連結されている場合とがある。製品の設計要求により選択され、上記（イ）〜（ホ）と組み合わせられる。なお、ケース４は芯ずれに対応した角度範囲に配すればよい訳であり、コイルスプリング３の全周を覆っている必要はない。

因みに、図１と図２は芯ずれと押付力発生の仕組みの説明図であるが、これにおいて、第一軸１と第二軸２及びケース４とコイルスプリング３が配置され、両軸１、２とケース４との隙間ｔより両軸１、２の偏差Ｓを大きくした芯ずれを可能にしたものである。そして、両軸１、２の芯ずれ境界点におけるコイルスプリング３の線材に付与される引張力で両軸１、２が芯ずれした状態である。すなわち、コイルスプリング３を締め付ける方向に第一軸１に荷重を掛けると（回転させると）、両軸１、２は芯ずれを起こすとともに、両軸１、２に巻回されているコイルスプリング３が外に設けられたケース４の内周に当たり、両軸１、２双方に押付力が発生する状態を示している。

図３はある実施例を示す縦断面図、図４はその構成要素たるスライダの斜視図であるが、本例のものは、第一軸１とケース４とが一体化され、第二軸２はケース４に第一軸１と同芯で回転可能に支承されているものである。これにおいて、第一軸１と第二軸２とは偏差Ｓの芯ずれを起こすから、両軸１、２の間に第一補助軸１８とスライダ５を介在させている。具体的には、スライダ５の表裏面に十字に向く二本の突条５ａ、５ｂを形成し、各突条５ａ、５ｂを第一軸１と第一補助軸１８のそれぞれ端面に形成された凹溝１ａ、１８ａに嵌入している。これにより、第一軸１と第二軸２は同芯を保ったまま芯ずれが可能になる。

図５も同様の例を示す縦断面図であるが、本例のものは、第二軸２に孔２ｂを形成し、この孔２ｂに第一軸１に突設されて偏差Ｓだけ径の小さなスリーブ１ｂを挿入したものである。この場合、第二軸２は実際に芯ずれを起こすから、第二軸２にゴム製のカップリング６を取り付けて第一軸１との同芯を確保している。なお、この場合、ケース４はフリーにしてあり、第二軸２と共に芯ずれを起こすが、コイルスプリング３とケース４の内周との隙間ｔは偏差Ｓより小さいから、独立したケース４はコイルスプリング３を第二軸２に押し付け、その押付力が本来有する縮径力に加わって摩擦力、すなわちロック荷重が増大する。

図６はこの構造が適用される自動車のアームレスト装置の縦断面図であるが、第一軸１はシート（図示省略）の側面に固定されるドラム７であり、第二軸２はドラム７の小径部７ａに嵌合されて同じく大径部７ｂと同径で対面するアームレスト８のリング部８ａということになる。以上のドラム７の大径部７ｂとリング部８ａとにコイルスプリング３を巻き掛けるとともに（この場合、一端をアームレスト８に連結していて巻数を縮減している）、リング部８ａの外周側にコイルスプリング３を収容するカバー９を形成してある。この場合において、ドラム７の小径部７ａとリング部８ａとの間には偏差Ｓが確保され、カバー９（ケース４に該当）とコイルスプリング３の外周には隙間ｔが確保されており、Ｓ＞ｔの関係に設定されている。

なお、図６には、この他に、ドラム７はボルト１０によってシートに固定されるようになっているし、ドラム７とアームレスト８との間には下方回動を規制して上方回動を許容する角度調整機構が設けられていて、これらを制御する係止金具１１やカムプレート１２といった制御部材が設けられている。これにより、アームレスト８を下方に回動させようとしたときには、コイルスプリング３を締める方向に回動させるから、リング部８ａはドラム７に対して芯ずれを起し、これに基づいてコイルスプリング３はカバー９によってドラム７の大径部７ｂに押し付けられ、押付力が生じて摩擦力が大幅に増強される結果、ロック荷重が増大する。このことは、コイルスプリング３の巻数等を少なくできることになり、アームレスト装置の幅を縮小できる等、より好ましい方向に導けることを意味する。ところで、本発明者等が第一軸１と第二軸２の径及びコイルスプリング３の巻径の内径が４５ｍｍで、線径が４ｍｍ、巻数８の例でテストした結果、ロック荷重は２倍強に増大したことが確認されている。

図７はアームレスト装置の他の例を示す縦断面図、図８は横断面図であるが、本例のものは、コイルスプリング３の端側をドラム７の大径部７ｂから外れて伸長させ、この伸長部１３をスプリング１４で引っ張って巻回部分を大径部７ｂに押し付けたものである。これによると、コイルスプリング３の縮径力に伸長部１３による押付力が加わって摩擦力が増強する。さらに、コイルスプリング３を締め付ける方向に回転させることで生じる巻締力による摩擦力の増強も加わってロック荷重は増大する。なお、伸長部１３をアームレスト８で押圧しておいても、スプリング１４と同等の効果を奏する。本例の場合、芯ずれは必要ないから構造が簡単になるし、ロック荷重の増大については、上記した例でテストした結果、５割程度アップすることが確認されている。

図９も芯ずれを起こす構造であるフットレスト装置の縦断面図であるが、第一軸１は床面に固定されるドラム１５を構成するインナドラム１５ａであり、第二軸２はアーム１６に固定されてインナドラム１５ａに内嵌されるスリーブ１７である。この場合のスリーブ１７は、インナドラム１５ａに内嵌する小径部１７ａとインナドラム１５ａと同径又は異径に設定されてこれと対面する大径部１７ｂとに形成されている。以上のインナドラム１５ａとスリーブ１７の大径部１７ｂの外周にコイルスプリング３を巻き掛けている（一端をドラム１５に固定している）。なお、インナドラム１５ａの外周側にはアウタドラム１５ｂが設けられており、コイルスプリング３はアウタドラム１５ｂに収容されている。

以上において、スリーブ１７の小径部１７ａとインナドラム１５ａとの間には偏差Ｓが確保され、アウタドラム１５ｂ（ケース４に該当）とコイルスプリング３の外周には隙間ｔが確保されており、Ｓ＞ｔの関係に設定されている点は上記と同じである。これにより、アーム１６を下方に回動させようとしたときには、コイルスプリング３を締める方向に回動させるから、スリーブ１７の小径部１７ａはインナドラム１５ａに対して芯ずれを起し、コイルスプリング３はアウタドラム１５ｂによってスリーブ１７の大径部１７ｂに押し付けられ、その押付力によってロック荷重が増大する。このことは、コイルスプリング３の巻数等を少なくできることになり、フットレスト装置の幅を縮小できる等、より好ましい方向に導けることを意味する。

本発明の縦断面図である。 本発明の横断面図である。 本発明の他の例を示す縦断面図である。 構成要素であるスライダの斜視図である。 本発明の他の例を示す縦断面図である。 本発明の応用例を示すアームレスト装置の縦断面図である。 アームレスト装置の他の例を示す縦断面図である。 アームレスト装置の他の例を示す横断面図である。 本発明の応用例を示すフットレスト装置の縦断面図である。

１ 第一軸
１ａ 〃 の凹溝
２ 第二軸
３ コイルスプリング
４ ケース
５ スライダ
５ａ 〃 の突条
５ｂ 〃 の突条
６ カップリング
７ ドラム
７ａ 〃 の小径部
７ｂ 〃 の大径部
８ アームレスト
８ａ 〃 のリング部
９ カバー
１０ ボルト
１１ 係止金具
１２ カムプレート
１３ 伸長部
１４ スプリング
１５ ドラム
１５ａインナドラム
１５ｂアウタドラム
１６ アーム
１７ スリーブ
１７ａ 〃 の小径部
１７ｂ 〃 の大径部
１８ 第一補助軸
１８ａ 〃 の凹溝

Claims (5)

1. 回転不能な第一軸と、第一軸に芯ずれ可能に突き合わされ又は嵌合されて負荷を受け持って回転可能な第二軸と、第一軸と第二軸とにまたがって嵌合される第一軸及び第二軸よりも径が小さい径差を有するコイルスプリングとからなり、第二軸をコイルバネを締め付ける方向に回転させることでコイルバネとの摩擦力を増大させて所定の限界荷重を超えたときに回転できる限界荷重付き回転軸構造において、第一軸と第二軸を芯ずれ範囲よりも小さい隙間を有してケースに収容し、第二軸を回転させるときの第一軸との芯ずれにより、ケースがコイルバネに押圧してその押付力を上記摩擦力に付加させて限界荷重を増すことを特徴とする限界荷重付き回転軸構造。
2. 第一軸とケースとが一体化され、第二軸はケースに挿入されて第一軸と同芯に配置されるものであり、第一軸と第二軸との間に芯ずれが起こっても両軸を同芯に保つスライダを設けた請求項１の限界荷重付き回転軸構造。
3. 第一軸と第二軸との径が芯ずれ範囲内で違っている請求項１又は２の限界可能付き回転軸構造。
4. ケースが第一軸又は第二軸に固定され、若しくはフリーである請求項１〜３いずれかの限界荷重付き回転軸構造。
5. コイルスプリングの一端が第一軸又は第二軸に連結されている請求項１〜４いずれかの限界荷重付き回転軸構造。