JP5414563B2 - 回転ダンパ - Google Patents
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Description
このように、負荷に応じて制動力を自動調整できる回転ダンパは、例えば、便座や便ふたに取り付けて用い、便座などを重量の異なるものに交換したときにも、交換前のものと同じ緩やかさで閉まるようにできるというメリットがある。
この発明の目的は、負荷の変化に応じて制動力を自動調整でき、破損し難い構造を備えた回転ダンパを提供することである。
またケーシングや回転シャフトに連結する相手部材との連結構造を、軸方向移動を考慮したものにする必要がなく、単純な連結構造にできる。
さらに、フランジ側に回転シャフトを一体的に設ける場合には、フランジの推力室側重圧面積を確保するために、回転シャフトを太くできないが、第2の発明では、回転シャフトをローターと別部材にしたので、フランジの大きさに制約されずに、回転シャフトを太くすることができる。そのため、高トルクに対応しやすい。
また、ローターと回転シャフトとの連結構造が不要になり、構造が単純化するため全体を小型化しやすい。
また、ローターの軸方向寸法の精度が悪くても、移動部材の移動によって制御隙間が調整されるので、ローターや、ケーシングの軸方向の寸法精度をラフに設定できる。その分、部品の製造が楽になる。
図1は軸線を含む断面図であり、図3〜図7は軸線に直交する断面図である。また、図1は、図3におけるa−a線断面図であり、図4、図5は図3と同じ断面における断面図である。
なお、図6と、図3及び図7とは、断面の向きが反対なので、断面における回転方向が反対になる。図ではローターの回転が同じ場合には、その回転方向を同じ符号の矢印で示している。
また、図1は回転シャフト3及びローター2に回転トルクが作用していない初期状態を示した図である。
例えば、上記ケーシング1を便器本体に固定し、ローター2を便座の回転軸に連結すれば、便座の回転に制動力を付与して、便座が勢いよく落下することを防止できる。
但し、ローター2はコイルばね4のばね力に抗して軸方向に移動可能に設けられている。
上記回転シャフト3は、ローター2側に大径部3aを備え、その端面3bには、上記凸部2bを挿入する凹部3cを形成している。この凹部3cに上記ローター2の突部2bをはめ合わせることによって、ローター2と回転シャフト3とを連結し、回転シャフト3の回転力がローター2へ伝達されるようにしている。
さらに、上記大径部3bをケーシング1に形成した段部1bとキャップ5とで挟み込むことによって、回転シャフト3は軸方向の移動が規制された状態で回転可能に支持されている。
なお、この第1実施形態においては、上記羽根部6とスペーサー8とによってこの発明の羽根部を構成している。
また、上記羽根部6及びスペーサー8にはそれぞれ切り欠き6a、8aを形成している。これらは、後で詳しく説明するが、上記ローター2が、図3(a)、(b)に示す矢印y方向に回転したときに、連通路pを形成するものである(図3(b)参照)。
なお、上記ローター2が矢印y方向に回転したときに、上記連通路pが連通することは、以下の何れの実施形態でも同じである。但し、ローター2が矢印y方向に回転して上記連通路pが連通した状態はこの図3(b)のみに示し、他の実施形態においてもこの図を参照することにする。
これらの圧力室は、ローター2とケーシング1との相対回転によって、その容量が変化するが、この実施例では、上記圧力室AとC、圧力室BとDとは同様に変化する。
具体的には、ローター2が矢印x方向へ回転する際には、圧力室A,Cが拡大する低圧側の圧力室となり、圧力室B,Dが縮小する高圧側の圧力室となる。
このとき、図3(a)に示すように、上記スペーサー8には高圧側の圧力室B,Dの圧力が作用し、スペーサー8を羽根部6に押し付けて、上記切り欠き6aを閉鎖する。そのため、羽根部6,6とスペーサー8,8との間には、上記切り欠き6a及び切り欠き8aを経由する連通路pが連通しない。
このとき、スペーサー8には、高圧側の圧力室A,Cからの圧力が作用し、スペーサー8が羽根部6の切り欠き6aから離れる。そして、スペーサー8に形成された切り欠き8aと羽根部6の切り欠き6aとが重なって、連通路pを形成する。そのため、図3(b)に示した矢印のように、高圧側の圧力室A,Cから低圧側の圧力室B,Dへ上記連通路pを介して流体が流れる。
そして、このフランジ9には、羽根部6側の面9aから反対側の面9bへ貫通する貫通孔10,10を形成している。これら貫通孔10,10は、図2,6,7に示すように羽根部6,6の近傍であって、ローター2がケーシング1に対して矢印x方向へ回転する際に縮小する側の圧力室、すなわち高圧側の圧力室に対応させた位置に設けている。
そして、羽根部6と隔壁7とが軸方向に重なっている部分に形成される圧力室の両端側には、それぞれ制御隙間11,12が形成される。すなわち、上記フランジ9の一方の面9aとケーシングの隔壁7との間には制御隙間11が形成され、この発明の羽根部の軸方向他端であるローター2の挿入方向先端とその対向面であるケーシング1の底面との間には制御隙間12が形成される。これら制御隙間11,12は、羽根部6と仕切り壁7とによって区画される圧力室同士をその端部で連通させる。
このような推力室13や、上記制御隙間11,12は、各部分の軸方向の寸法を適当に設定することによって確保される。
なお、図中符号14は、Oリング、15はスペーサーである。
上記回転シャフト3に負荷が作用しない図1の状態から、回転シャフト3に回転力が作用して、ローター2が回転すると、各圧力室A,B,C,Dの容量が変化する。
このとき、上記したように羽根部6,6とスペーサー8,8との間には連通路pは形成されない。
そして、図4に示すように、隔壁7がローター2の溝2cに重なっている間は、縮小する高圧側の圧力室D,Bから拡大する低圧側の圧力室A,Cへ移動する流体は、上記制御隙間11,12を介して流れるとともに、上記溝2cを介して流れるので、ローター2の回転には制動力が作用せず軽い回転を維持する。
また、上記フランジ9の他方の面9bに臨ませた推力室13には、フランジ9に形成した貫通孔10を介して圧力室B,Dの圧力が導かれる。つまり、高圧側の圧力室B,Dの圧力が、推力室13に導かれ、図7に網点で示した推力室側受圧面9b’に作用する。
但し、ローター2には、ローター2を推力室13側へ押圧する上記コイルばね4のばね力が作用しているので、ローター2は、上記推力室側受圧面9b’と圧力室側受圧面9a’の面積差に基づいた圧力とばね力とがバランスする位置を保つことになる。
また、ローターにかかる回転トルクが高ければ高いほど、上記高圧側の圧力は高くなる。例えば、回転シャフト3に取り付ける便座などの部材が重くなれば、その分高圧側の圧力が高くなって、上記制御隙間11,12を小さくする方向の推力が発生する。そのため、回転シャフト3に作用する回転トルクに応じてローター2が軸方向に移動し、回転に対する制動力を自動調整できることになる。
なお、この第1実施形態では、上記制御隙間11,12の流路面積を、上記連通路pの流路面積や、上記溝2cによる流路面積に比べて小さくしている。そして、上記連通路pや溝2cの連通が遮断され、上記制動隙間11,12のみを介して流体が流れる場合には、上記制動隙間11,12が初期状態であってもある程度の制動力が付与され、回転速度が緩やかになるように設定している。
この場合には、図3(b)に示すように、羽根部6,6とスペーサー8,8との間に上記連通路pが連通する。そのため、流体は、この連通路pを介して圧力室A,Cから圧力室B,Dへ、ほとんど抵抗無く流れる。
しかも、図6に示した受圧面9a’は高圧側の圧力が作用する受圧面とならない。また、上記フランジ9に形成した貫通孔10,10は、低圧側の圧力室D,Bに対応するので、上記推力室13に高圧側の圧力が導かれない。従って、推力室13の圧力によって、制御隙間11,12を小さくするようにローター2が移動することはない。
つまり、上記制御隙間11,12の大きさが一定に確保されるとともに、上記連通路pが連通し、粘性流体は上記連通路p及び制御隙間11,12を介して流れるので、ローター2の回転に制動力は作用せず、軽く回転する。
以上のように、この第1実施形態の回転ダンパは、ローター2が矢印y方向に回転する際には、ほとんど制動力が作用せず軽く回るが、矢印x方向に回転する際には、回転シャフトに作用する回転トルクに応じて、自動的に制動力を調節し、上記回転トルクが変化しても回転速度が殆ど変わらないようにできる。
例えば、上記回転シャフト3をローター2に一体的に設けた場合、回転シャフト3が軸方向に移動することになるので、回転シャフト3に取り付ける他部材との連結部において、軸方向移動を許容する構造が必要になるが、この実施形態のように回転シャフト3が軸方向に移動しない場合には、他部材との連結構造を単純化できる。また、回転シャフト3が軸方向移動して磨耗しやすくなるという問題もない。
そして、回転シャフト3を、ケーシング1に対して軸方向にも移動可能に支持した点は上記第1実施形態と異なるが、上記第1実施形態と同じ機能の構成要素には同じ名称と符号を用いている。
また、ローター2に設けた羽根部6,6、スペーサー8、フランジ9、及びケーシング1の隔壁7,7の構成は上記第1実施形態と同じである(図2、図9参考)。
そして、フランジ9の一方の面9aと隔壁7との間に制御隙間11を設け、ローター2のフランジ9と反対側端面とその対向面であるケーシング1の底面との間に制御隙間12を形成している。
さらに、回転シャフト3に大径部3dを設け、この大径部3dをキャップ5で押さえ、コイルばね4のばね力と相まってローター2の軸方向位置を保つようにしている。
そして、上記ローター2が、図9、図10に示す矢印x方向へ回転すると、圧力室B,Dが縮小して高圧側となり、圧力室A,Cが拡大して低圧側となる。
このように、圧力室A,B,C,Dが、高圧側と低圧側となったとき、高圧側と低圧側とが、上記制御隙間11及び12で連通している。そのため、流体はこれら一対の制御隙間11及び12を介して高圧側から低圧側へ流れる。
このように、フランジ9の両側に作用する圧力差が、上記コイルばね4のばね力に打ち勝つと、フランジ9が上記制御隙間11,12を小さくする方向へ移動する。
この第2実施形態も、回転シャフト3に作用する回転トルクの大きさに応じて、ローター2が軸方向に移動し、制御隙間11,12の大きさを調整する。その結果、回転トルクに応じた制動力を得られる。
しかも、上記貫通孔10が高圧側の圧力室に対応しないので、推力室13に高圧側の圧力が導かれない。そのため、制御隙間11,12を小さくするようにローター2が移動することもない。
従って、上記矢印y方向へ回転するときには、ローター2の回転に制動力は作用せず、軽く回転する。
この第3実施形態でも、第1実施形態と同じ機能を有する構成要素には同じ名称と、同じ符号を用いている。
そして、この第3実施形態においても、ローター2に設けた羽根部6,6、スペーサー8、ケーシング1の隔壁7,7の構成は第1実施形態と同じである(図2、図14参照)。従って、これらの説明は省略する。
さらに、上記ローター2のケーシング1への挿入方向先端側には、移動部材16を組み込んでいる。
上記筒部18には、ケーシング1の底面中央に設けた突部1aを挿入するとともに、筒部18をローター2に形成した凹部2aに挿入し、これらケーシング1、ローター2、及び移動部材16を同軸上に保っている。
また、上記筒部18の小径部18aをコイルばね4の中心に挿入している。
そして、上記切り欠き17aに隔壁7を嵌めて、ケーシング1に移動部材16を組み込んでいる。そのため、上記移動部材16は、回転が規制され隔壁7に沿った軸方向の移動だけが可能になる。
また、図13に示すように、移動部材16のフランジ部17において、上記隔壁7,7の脇に上記連通孔19が開口することになる。この連通孔19の位置は、上記ローター2が図14の矢印x方向に回転したときに容量を縮小する高圧側の圧力室に対応する箇所である。
このとき、移動部材16におけるフランジ部17の一方の面17bと羽根部6の端面との間には制御隙間20が形成され、他方の面17c側には推力室21が形成されるようにしている。
これに対し、フランジ部17の一方の面17b側である制御隙間20側では、上記面17bのうち高圧側の圧力室B,Dに対応する部分のみが、高圧側の圧力が作用する圧力室側受圧面となる。そのため、フランジ部17の両側に作用する圧力によりフランジ部17は、制御隙間20を小さくする方向の推力を得ることになる。
つまり、この第3実施形態も、回転シャフト3に作用する回転トルクの大きさに応じて、制御隙間20の大きさを調整し、回転トルクに応じた制動力を得られる。
しかも、上記連通孔19の位置が高圧側の圧力室に対応しないので、推力室21に高圧側の圧力が導かれない。従って、制御隙間20を小さくするように移動部材16が移動することもない。
従って、上記矢印y方向へ回転するときには、ローター2の回転に制動力は作用せず、軽く回転する。
そして、この第4実施形態においても、ローター2に設けた羽根部6,6、スペーサー8、ケーシング1の隔壁7,7の構成は第1実施形態と同じである(図2、図16参照)。従って、これらの説明は省略する。
但し、ローター2の端面には凸部2dを形成し、この凸部2dをケーシング1の底面に形成した凹部1cに挿入している。そして、ケーシング1の開口に固定したキャップ5には回転シャフト3を貫通させ、このキャップ5とケーシング1の上記凹部1cとによってローター2及び回転シャフト3を支持している。
また、上記フランジ部23及び筒部24の中央に回転シャフト3を貫通させるとともに、上記筒部24をキャップ5側に位置させることによってキャップ5とフランジ部23との間に推力室21を確保している。
そして、上記推力室21に高圧側の圧力が作用していない図15の初期状態で、フランジ部23とローター2との間に制御隙間20が形成されるようにしている。この制御隙間20は、上記第3実施形態と同様に、スペーサー8と合体した羽根部6とケーシング1の隔壁7とで区画される圧力室間を連通させる隙間である。
このとき、上記高圧側の圧力は、上記圧力室B,Dに対応する位置の連通孔25から推力室21へ導かれ、推力室側受圧面となるフランジ部23の他方の面23bにも作用する。
そこで、上記移動部材22は、フランジ部23の両受圧面に作用する圧力と、上記ばね力とに応じて軸方向に移動し、その位置によって制御隙間20の大きさを調整する。
また、ローター2が図16の矢印y方向へ回転するときには、図3(b)に示す連通路pが連通し、ローター2の相対回転に制動力が付与されない点は、上記第3実施形態と同じである。
さらに、このときには推力室21へ高圧側の圧力が導かれないので移動部材22は移動せず、上記制御隙間20を小さくするように移動部材22が移動しない点も、上記第3実施形態と同じである。
この第5実施形態では、フランジ9を備えたローター2を、隔壁7を形成したケーシング1内へ挿入するために、ケーシング1の底面側を開口させてローター2を挿入してから、開口をキャップ26で塞ぐようにしている。
また、上記回転シャフト3とローター2とは、上記第1実施形態と同様に凸部2bと凹部3cとを介して、両者が一体的に回転するように連結されている。
そして、回転シャフト3の大径部3aをケーシング1の内壁に形成した段部1bに突き当てキャップ5で挟み込んで、回転シャフト3の軸方向の移動を規制しながら、回転シャフト3およびローター2を回転可能に支持している。
さらに、上記回転シャフト3と凹部2eとの間には、コイルばね4を介在させて、ローター2と回転シャフト3とを離す方向のばね力を作用させている。
上記制御隙間11,12は、ローター2がコイルばね4のばね力に抗して移動したとき、同時に小さくなる隙間である。
また、この実施形態のフランジ9にも、ローター2が図19に示す矢印x方向のトルクが作用したとき、高圧側となる圧力室B,Dに対応する位置に貫通孔10,10を形成している。
そこで、この第5実施形態も、上記ローター2が、フランジ9の両受圧面に作用する圧力と上記ばね力とに応じて軸方向に移動し、その位置によって制御隙間11,12の大きさを調整する。
また、ローター2が図19の矢印y方向へ回転するときには、図3(b)に示す連通路pが連通し、ローター2の相対回転に制動力が付与されない点は、上記第1実施形態と同じである。
さらに、このときには、推力室13へ高圧側の圧力が導かれないので、上記制御隙間11,12を小さくするようにローター2が移動しない点も、上記第1実施形態と同じである。
さらにまた、この第5実施形態においてローター2と回転シャフト3とを別部材としたことによるメリットも、上記第1実施形態と同じである。
そして、回転シャフト3を、ケーシングに対して軸方向にも移動可能に支持した点は上記第5実施形態と異なるが、その他の構成は上記第5実施形態とほぼ同じである。そして、上記第5実施形態と同じ機能の構成要素には同じ名称と符号を用いている。
すなわち、この第6実施形態でも、ローター2に設けたフランジ9を回転シャフト3と反対側に位置させ、その両側に制御隙間11と推力室13とを形成している。
さらに、コイルばね4をローター2とキャップ5との間に介在させ、両者を離す方向、すなわち上記制御隙間11,12を大きくする方向のばね力を付与している。
そこで、この第6実施形態も、上記ローター2が、フランジ9の両受圧面に作用する圧力と上記ばね力とに応じて軸方向に移動し、その位置によって制御隙間11,12の大きさを調整する。
また、ローター2が図22の矢印y方向へ回転するときには、上記他の実施形態と同様に、図3(b)に示す連通路pが連通し、ローター2の相対回転に制動力が付与されない。
さらに、このときには、推力室13へ高圧側の圧力が導かれないので、上記制御隙間11,12を小さくするようにローター2が移動しない点も、上記第5実施形態と同じである。
また、この第6実施形態では、ローター2に回転シャフト3を一体に設けることにより、別部材とした第5実施形態よりも部品点数を少なくできるというメリットがある。
そのため、このように2つの制御隙間を同時に調整できれば、1つの制御隙間を移動部材の移動によって調節する場合と比べて、その調整範囲を大きくできるというメリットもある。
そして、ローター2が上記矢印y方向に回転したときには、上記したように制御隙間は初期状態が維持されるので、初期状態の制御隙間の大きさを大きく設定しておけば、回転方向に応じて開閉する上記連通路pを形成しなくても、ローター2の回転に制動力が付与されないようにすることができる。
2 ローター
3 回転シャフト
4 コイルばね
6 羽根部
7 隔壁
8 スペーサー
9 フランジ
9a,9b 面
9a’ 圧力室側受圧面
9b’ 推力室側受圧面
10 貫通孔
11,12 制御隙間
13 推力室
16 移動部材
17 フランジ部
17b,17c 面
19 連通孔
20 制御隙間
21 推力室
22 移動部材
23 フランジ部
23a,23b 面
25 連通孔
Claims (4)
- 筒状のケーシング内に、このケーシングと相対回転可能なローターを設け、このローターの外周に上記ケーシングの内壁に向かって形成した羽根部と、ケーシングの内周からローターに向かって突出させた隔壁とで上記ケーシング内に圧力室を形成し、この圧力室は、上記ケーシングとローターとの相対回転過程で、上記羽根部を境にした高圧側と低圧側とに区画される回転ダンパにおいて、上記ローターにおける上記羽根部の軸方向一端側に、ケーシングの内壁に接触するフランジを形成し、このフランジと上記隔壁端部との間及び上記羽根部の軸方向他端とその対向面との間に、上記圧力室の高圧側と低圧側とを連通させる一対の制御隙間を形成するとともに、上記フランジにおける羽根部と反対側の面を臨ませる推力室を設け、上記フランジには、上記圧力室の高圧側の圧力が作用する圧力室側受圧面と、上記圧力室側受圧面と対向する推力室側受圧面と設け、圧力室側受圧面の面積に対して推力室側受圧面の面積を大きくする一方、上記ローターに対して上記制御隙間を大きくする方向の勢力を付与するばね部材を備え、上記圧力室の高圧側に発生した圧力を上記フランジの両側に形成される圧力室側受圧面と推力室側受圧面とに作用させ、両受圧面の面積差に応じた圧力で、上記ローターを上記ばね部材のばね力に抗して軸方向に移動させて上記一対の制御隙間を小さくする構成にし、上記相対回転の回転トルクに応じて上記制御隙間の大きさを制御する構成にした回転ダンパ。
- 上記ローターには、ローターとは別部材からなる回転シャフトを設け、この回転シャフトはケーシングに対する軸方向の移動が規制される一方、ローターと一体回転する構成にした請求項1に記載の回転ダンパ。
- 上記ローターには回転シャフトを一体に設け、ローターと回転シャフトとが上記ケーシングに対して軸方向に一体的に移動する構成にした請求項1に記載の回転ダンパ。
- 筒状のケーシング内に、このケーシングと相対回転可能なローターを設け、このローターの外周に上記ケーシングの内壁に向かって形成した羽根部と、ケーシングの内周からローターに向かって突出させた隔壁とで上記ケーシング内に圧力室を形成し、この圧力室は、上記ケーシングとローターとの相対回転過程で、上記羽根部を境にした高圧側と低圧側とに区画される回転ダンパにおいて、上記ローターの一方の端面に対向し、軸方向に移動可能な移動体を設け、この移動体と上記ローターとの対向部間に上記圧力室の高圧側と低圧側とを連通させる制御隙間を形成するとともに、上記移動部材を挟んで上記制御隙間と反対側には推力室を設け、制御隙間側における上記移動部材の側面には上記圧力室の高圧側の圧力が作用する圧力室側受圧面を設け、さらに、推力室側における上記移動部材の側面を推力室側受圧面とし、上記圧力室側受圧面の面積に対して推力室側受圧面の面積を大きくする一方、上記ローターと移動部材との間に上記制御隙間を大きくする方向の勢力を付与するばね部材を介在させ、上記圧力室の高圧側に発生した圧力を上記圧力室側受圧面と推力室側受圧面とに作用させ、両受圧面の面積差に応じた圧力で、上記移動部材を上記ばね部材のばね力に抗して軸方向に移動させて上記制御隙間を小さくする構成にし、上記相対回転の回転トルクに応じて上記制御隙間の大きさを制御する構成にした回転ダンパ。
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