JP6998830B2

JP6998830B2 - スプリング式タイマー

Info

Publication number: JP6998830B2
Application number: JP2018098025A
Authority: JP
Inventors: 雄太大村
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2038-05-22
Also published as: WO2019225132A1; JP2019203286A

Description

本発明は、ピストンロッドの後退移動によりスプリングに蓄えられた弾性力により、ロッドを前進移動させる際の前進速度を調整するようにしたスプリング式タイマーに関する。

タイマーとして使用される弁機構としては、特許文献１に記載されるように、液体が封入されたシリンダと、貫通孔が設けられたピストンとを備えたものがある。ピストンには貫通孔を開閉する弁部材が設けられ、ピストンロッドを下死点に向けて押し込み移動させるときには、下側の液体は貫通孔等を通ってピストンの上側に流れる。これに対し、ピストンロッドに対する押圧力を解除すると、ピストンにはスプリングにより上方向の弾性力が加わるが、弁部材により貫通孔が閉じられてピストンロッドの上昇速度は低速となる。

この弁機構においては、ピストンロッドが上死点に近づくと、高速復帰溝にも液体を流すことにより、上死点附近のスイッチを作動させるようにしているが、ピストンロッドを下死点位置から上死点位置に復帰させる時間を変化させることはできない。

一方、開放された建造物のドアに閉じる方向の操作力を加えるために、特許文献２に記載されるガスばねが開発されている。このガスばねは、管状本体と、この管状本体の先端部から突出するシャフトとを有している。管状本体の内部の流体室に組み込まれた第１のピストン組立体がシャフトの内方端に取り付けられ、第１のピストン組立体と管状本体の基端部との間には、第２のピストン組立体が移動自在に配置されている。流体室には液体が充填され、第２のピストン組立体と管状本体との間の小室にはガスが充填されている。

ガスばねの管状本体の基端部は建造物とドアの一方に取り付けられ、シャフトの先端部は建造物とドアの他方に取り付けられる。ドアを開けるときには、内部のガス圧に抗してシャフトが管状本体の内部に押し込まれる。ガスの圧力によりシャフトが前進駆動されることにより、ドアの閉鎖動作が行われる。シャフトが前進駆動されるときの第１のピストン組立体を通過する液体の流量により、ドアの閉塞速度は設定される。このガスばねを使用すると、ドアが開放された後に一定の時間をかけて、ドアを閉じるというタイマーとして利用することができる。

実開昭５８－４１８８１号公報特開平８－１７７９２４号公報

特許文献２に記載のように、シャフトの押し込み動作が行われた後に、シャフトをゆっくりと前進動作させると、ドアを一定時間かけて、ゆっくりと自動的に閉鎖することができる。したがって、このようなタイマーを使用すると、第１の位置から第２の位置に人為的に操作される操作部材を、操作部材に対する操作が完了した後に、一定時間をかけて、その操作部材を第２の位置から第１の位置に戻すことができる。例えば、水道水等の液体の出口部分つまり蛇口には、液体の流れの開閉や流量を調整するために操作部材としての水栓が設けられている。公共施設のように、不特定人に使用される水栓には、手動操作で水栓が開かれた後に、一定時間をかけて水栓を自動的に閉じるタイマーの開発が望まれている。さらに、不特定人に使用されるシャワー設備においては、使用者がシャワーヘッドから温水を吐出させてから、一定時間が経過すると、温水の吐出停止を自動的に行うためのタイマーの開発が望まれている。

このように、部材を戻す動作をするための機械的なタイマーとしては、その用途に応じて戻し動作が完了するまでの時間が広い範囲にまで及んでおり、同種のタイマーを複数の用途に使用するには、戻し動作時間を広い範囲で調整できるようにする必要がある。しかも、上述したように、水栓やシャワー設備に使用されるタイマーとしては、ドアの閉鎖用のタイマーよりも小型化しなければ、使用することができず、さらに、耐久性に優れ、頻繁なメンテナンス作業を不要とする必要がある。

本発明の目的は、操作部材を戻し動作するための小型のスプリング式タイマーを提供することにある。

本発明のスプリング式タイマーは、ピストンロッドが後退限位置と前進限位置との間を軸方向に往復動自在に装着され、前記ピストンロッドが先端部から突出するアウターチューブと、液体循環室が形成され、前記アウターチューブ内に回転自在に装着されるインナーチューブと、前記ピストンロッドの基端部に設けられ、前記液体循環室を前側液体室と後側液体室とに仕切るピストン組立体と、前記ピストンロッドの先端部と前記アウターチューブとの間に装着され、前記ピストンロッドに前進方向の弾性力を付勢するスプリングと、前記アウターチューブと前記インナーチューブとの間に設けられ、前記前側液体室と前記後側液体室とを連通させるバイパス通路と、前記インナーチューブに径方向に貫通して形成され、前記インナーチューブの回転に伴って前記バイパス通路の開度を変化させる連通孔と、を有し、前記ピストンロッドが後退限位置から前進限位置に向けて前記スプリングの弾性力による前進速度を前記バイパス通路の開度により設定する。

ピストンロッドを往復動自在に収容するアウターチューブの内部には、インナーチューブが組み込まれ、インナーチューブ内に形成された液体循環室の内部には、ピストンロッドに設けられたピストン組立体が装着されており、インナーチューブの内部にはスプリングが設けられていないので、アウターチューブを小径とすることができ、スプリング式タイマーを小型化することができる。

一実施の形態であるスプリング式タイマーを示す縦断面図である。図１に示されたインナーチューブとエンドチューブの分解平面図である。図２に示されたインナーチューブとエンドチューブとを組み立てた状態を示す縦断面図である。（Ａ）は図３におけるＡ－Ａ線断面図であり、（Ｂ）はインナーチューブを（Ａ）に示した状態から９０度回転させた状態を示す断面図であり、（Ｃ）は変形例の同様の部分を示す断面図である。ピストンロッドを引っ込めた状態におけるスプリング式タイマーの縦断面図である。ピストンロッドが突出している状態におけるスプリング式タイマーの縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示されるように、スプリング式タイマー１０は段付きのアウターチューブ１１を有している。アウターチューブ１１は、ロッドカバー部１２が設けられた先端部１３と、雄ねじ１４が設けられ先端部よりも大径の中央部１５と、基端部１６とを有している。先端部１３内に装着された軸受部材１７によりピストンロッド１８が軸方向に往復動自在に支持され、ピストンロッド１８の先端の突出端部がロッドカバー部１２に設けられた貫通孔１９から突出している。ピストンロッド１８は、図１に示される前進限位置から図５に示される後退限位置の間を移動する。この明細書においては、ピストンロッド１８が突出する方向の端部を各部材の先端部とし、反対側を基端部とする。また、ピストンロッド１８が突出する方向を前進とし、反対方向を後退とする。

アウターチューブ１１の基端部１６は開口部を有し、開口部からインナーチューブ２１とエンドチューブ２２がアウターチューブ１１の内部に挿入される。エンドチューブ２２の中央部２２ａの外周面に設けられた雄ねじ２３は、アウターチューブ１１の基端部１６の内周面に設けられた雌ねじ２４にねじ結合され、エンドチューブ２２はアウターチューブ１１に締結される。インナーチューブ２１はエンドチューブ２２の内側に回転自在に装着されるとともに、インナーチューブ２１の外周面は、エンドチューブ２２の内周面に接触する。インナーチューブ２１の基端部２５はエンドチューブ２２よりも突出しており、操作ノブ２６が基端部２５にピン２７により取り付けられている。すなわち、操作ノブ２６は、スプリング式タイマー１０の基端部に設けられている。ピン２７が嵌合される嵌合孔２７ａが、図２に示されように、インナーチューブ２１の基端部２５に形成されている。操作ノブ２６を操作することによりインナーチューブ２１が回転され、所定の回転角度に設定される。インナーチューブ２１の回転角度を設定した後、インナーチューブ２１が回転しないようにするために、止めねじ２８がエンドチューブ２２に取り付けられている。止めねじ２８は、エンドチューブ２２に形成されたねじ孔２８ａにねじ結合される。

ピストンロッド１８には、軸受部材１７の後端面１７ａに突き当てられる突起部２９が設けられている。突起部２９が後端面１７ａに突き当てられると、ピストンロッド１８は前進限位置となる。ばね受けキャップ３１がピストンロッド１８の先端部に止具３２により取り付けられている。すなわち、ばね受けキャップ３１は、スプリング式タイマー１０の先端部に設けられている。ピストンロッド１８に前進方向の弾性力を付勢するために、コイルスプリング３３がピストンロッド１８の先端部とアウターチューブ１１との間に装着されている。コイルスプリング３３の一端は、ばね受けキャップ３１に接触し、他端はアウターチューブ１１の段差部３４に接触している。

ピストン組立体３５がピストンロッド１８の基端部に設けられている。ピストン組立体３５は、インナーチューブ２１の先端部内に設けられた液体循環室３６内に装着され、軸方向に移動自在である。液体循環室３６内には、非圧縮性の作動媒体液として油が充填される。液体循環室３６はピストン組立体３５の前面側の前側液体室３６ａと、後面側の後側液体室３６ｂとにピストン組立体３５により仕切られている。ピストン組立体３５は、ピストンロッド１８の基端部に装着される環状ピストン３７を有している。環状ピストン３７の内径はピストンロッド１８の外径よりも大きく、開閉通路３８が、環状ピストン３７とピストンロッド１８との間に形成されている。ナットからなるストッパ４１がピストンロッド１８に形成された雄ねじ４２にねじ結合され、環状ピストン３７は突起部２９とストッパ４１との間を軸方向に移動自在である。

ストッパ４１の外径は環状ピストン３７の内径よりも大径である。環状ピストン３７の内径よりも径方向寸法が小さい平坦な切欠き部２９ａが突起部２９に形成されている。したがって、ピストンロッド１８をアウターチューブ１１内に引っ込めるように後退移動させるときには、図５に示されるように、環状ピストン３７の前端面は突起部２９に接触し、環状ピストン３７の後端面とストッパ４１との間の隙間４３は広がる。これにより、開閉通路３８は開放される。一方、ピストンロッド１８の先端部をアウターチューブ１１から突出させる方向に前進移動させると、図６に示されるように、環状ピストン３７はストッパ４１に接触し、隙間４３と開閉通路３８は閉じられる。このように、環状ピストン３７とストッパ４１とにより逆止弁機構４４が形成されている。

環状突起４５がインナーチューブ２１の内部に設けられている。この環状突起４５の基端部側のシリンダ孔４６にはシールピストン４７が軸方向に摺動自在に組み込まれている。シール部材４８がシールピストン４７に装着されている。シールピストン４７の前面側とシリンダ孔４６とにより液体貯留室４９が形成され、液体貯留室４９は環状突起４５に設けられた連通孔５０により液体循環室３６の後側液体室３６ｂに連通している。したがって、図１に示されるように、ピストンロッド１８が前進限位置まで突出していた状態から、図５に示されるように、後退限位置まで移動すると、ピストンロッド１８のうち液体循環室３６内に入り込んだ容積に相当する容積の液体が液体貯留室４９に入り込む。

アウターチューブ１１の中央部１５の内径は、インナーチューブ２１の先端部の外径よりも大きく、バイパス通路５１がアウターチューブ１１とインナーチューブ２１の間に形成されている。図２に示されるように、半円形状の切欠き部５２がインナーチューブ２１の先端面に設けられており、図１に示されるように、バイパス通路５１は切欠き部５２を介して前側液体室３６ａに連通している。

オリフィス孔５３がエンドチューブ２２の先端部２２ｂに設けられ、オリフィス孔５３はエンドチューブ２２の先端部の外周面と、アウターチューブ１１の内周面との間に形成される隙間５１ａに開口している。オリフィス孔５３とほぼ同一内径の連通孔５４がインナーチューブ２１に形成され、連通孔５４の軸方向位置と、オリフィス孔５３の軸方向位置は、ほぼ同じである。図２に示されるように、連通孔５４を円周方向に横切るように、偏心溝５５がインナーチューブ２１の外周面に形成されている。偏心溝５５は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、連通孔５４の部分が最も深く、連通孔５４を中心に円周方向左右両側に向けて漸次深さが浅くなるように変化している。図１および図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、隙間５１ａ、オリフィス孔５３および偏心溝５５がバイパス通路５１の一部を形成しており、バイパス通路５１は、連通孔５４を介して後側液体室３６ｂに連通している。

したがって、図４（Ａ）に示されるように、連通孔５４がオリフィス孔５３に向き合っているときには、連通孔５４に連通するバイパス通路５１の開度は最大となる。この状態から、操作ノブ２６によりインナーチューブ２１を左右いずれか一方に回転させると、バイパス通路５１の開度、つまり連通孔５４とオリフィス孔５３との連通開度が無段階に小さくなる。図４（Ｂ）は、インナーチューブ２１を回転角度θとして９０度回転させた状態を示しており、この場合には、図４（Ａ）に示される場合よりも、オリフィス孔５３の内側開口面と偏心溝５５の底面との間の間隔が小さくなっている。

このように、インナーチューブ２１の回転に伴って連通孔５４とオリフィス孔５３との連通開度を変化させると、コイルスプリング３３に蓄えられた弾性力によって、ピストンロッド１８が後退限位置から前進限位置に前進移動させるときの、前進速度を変化させることができる。つまり、連通開度を所定の開度に設定すると、ピストンロッド１８が後退限位置から前進限位置まで移動する時間を設定することができる。

図４（Ｃ）は図４（Ａ）、（Ｂ）と同様の部分を示す断面図であり、連通孔５４は偏心溝５５の一端部における最も深い部分に連通されており、インナーチューブ２１を図４（Ｃ）において、左方向に回転させると、偏心溝５５の溝が浅くなる。約３３０度程度回転させると、バイパス通路５１と連通孔５４との連通は遮断される。このように、図４（Ｃ）に示された形態においては、図４（Ａ）に示した場合よりも、細かく開度設定を行うことができる。

シールピストン４７には液体注入孔６５が設けられており、インナーチューブ２１内に所定量の液体が充填された後に、液体注入孔６５はプラグ６６により閉じられる。スプリング式タイマー１０の内部に充填された液体が外部に漏出するのを防止するために、シール部材６１がアウターチューブ１１のロッドカバー部１２と軸受部材１７との間に装着される。シール部材６２がアウターチューブ１１とエンドチューブ２２との間に装着され、シール部材６３がエンドチューブ２２とインナーチューブ２１との間に装着される。

このスプリング式タイマー１０は、例えば、タンク内に収容された液体を外部に吐出する止め栓を開閉する機械式スイッチのような被操作部材を閉鎖操作するために使用することができる。また、このスプリング式タイマー１０は、水道水の水栓を自動的に閉鎖するために使用することができ、さらには、開放された建造物のドアに閉じる方向の操作力を加えるためにも使用することができる。

このスプリング式タイマー１０が、上述のように、例えば、止め栓を開閉する機械式スイッチを備える装置に、機械式スイッチを閉塞操作するために組み込まれるときには、スプリング式タイマー１０は、雄ねじ１４によって、その装置に取り付けられる。さらにピストンロッド１８の先端もしくはばね受けキャップ３１の先端面は、機械式スイッチである被操作部材に接触する。図１に示されるように、ピストンロッド１８が前進限位置となっている状態のもとで、タンク内の液体を外部に排出するときには、人手により操作部材である機械式スイッチにより止め栓が開放操作される。機械式スイッチの操作によってピストンロッド１８が後退する方向に押し込まれる。ピストンロッド１８が押し込まれると、後側液体室３６ｂ内の液体は、隙間４３、開閉通路３８を通って前側液体室３６ａに流れ、さらに、バイパス通路５１を通って前側液体室３６ａに流れる。このときには、液体循環室３６内の液体の流れには大きな流通抵抗が加わらないので、容易にピストンロッド１８をコイルスプリング３３の弾性力に抗して後退移動させることができる。これにより、止め栓は全開状態に操作される。図５は、ピストンロッド１８が後退限位置まで押し込み操作された状態を示す。

機械式スイッチから手が離れると、ピストンロッド１８はコイルスプリング３３による前進方向の弾性力により突出する方向に駆動され、操作部材である機械式スイッチは閉じる方向に駆動される。このときには、図６に示されるように、環状ピストン３７はストッパ４１に当接して、隙間４３が閉じられる。このため、前側液体室３６ａ内の液体は、バイパス通路５１のみを通って後側液体室３６ｂに向けて流れるので、ピストンロッド１８の前進速度は、ピストンロッド１８を後退させるときよりも、低下する。したがって、止め栓が開かれてから閉じられまでの戻し動作時間は、バイパス通路５１を通って前側液体室３６ａから後側液体室３６ｂに流入する液体の流速により設定される。この時間は、操作ノブ２６によりインナーチューブ２１を回転させて、バイパス通路５１の開度を調整することにより、調整される。バイパス通路５１の開度を調整した後、止めねじ２８を締めることで、インナーチューブ２１の回転を防ぐことができる。操作ノブ２６が、スプリング式タイマー１０の基端部に設けられているので、雄ねじ１４によって、スプリング式タイマー１０が、装置内に取り付けられてアウターチューブ１１が回転できない状態でも、操作ノブ２６を回転操作することができる。

ピストンロッド１８を前進移動させる操作は、ピストンロッド１８が後退限位置まで操作されてから行うようにしても良く、後退限位置の手前の位置で前進移動させるようにしても良く、いずれの場合にもピストンロッド１８の前進限位置までの前進移動時間が連通孔５４の開度により設定される。

このスプリング式タイマー１０においては、インナーチューブ２１の内部にはスプリングが設けられておらず、液体循環室３６を前後に仕切るピストン組立体３５と、液体循環室３６に連通するシールピストンとが設けられているのみであり、コイルスプリング３３はピストンロッドの突出端側に設けられており、外径を小さくすることができる。これにより、スプリング式タイマー１０を小型化することが可能となる。特許文献１のように、内部に可撓性被膜を用いることがなく、耐久性に優れたスプリング式タイマー１０とすることができ、頻繁のメンテナンスも不要となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。このスプリング式タイマーは、水栓の戻し用のみならず、シャワー設備においてシャワーヘッドからの温水の吐出停止のタイマーとして、さらには機械的な操作部材の操作時間の設定のためにも適用することができる。

１０スプリング式タイマー
１１アウターチューブ
１２ロッドカバー
１５中央部
１６基端部
１８ピストンロッド
２１インナーチューブ
２２エンドチューブ
２６操作ノブ
２９突起部
３３コイルスプリング
３５ピストン組立体
３６液体循環室
３６ａ前側液体室
３６ｂ後側液体室
３７環状ピストン
３８開閉通路
４１ストッパ
４３隙間
４４逆止弁機構
４５環状突起
４６シリンダ孔
４７シールピストン
４９液体貯留室
５０連通孔
５１バイパス通路
５２切欠き部
５３オリフィス孔
５４連通孔
５５偏心溝

Claims

ピストンロッドが後退限位置と前進限位置との間を軸方向に往復動自在に装着され、前記ピストンロッドが先端部から突出するアウターチューブと、
液体循環室が形成され、前記アウターチューブ内に回転自在に装着されるインナーチューブと、
前記ピストンロッドの基端部に設けられ、前記液体循環室を前側液体室と後側液体室とに仕切るピストン組立体と、
前記ピストンロッドの先端部と前記アウターチューブとの間に装着され、前記ピストンロッドに前進方向の弾性力を付勢するスプリングと、
前記アウターチューブと前記インナーチューブとの間に設けられ、前記前側液体室と前記後側液体室とを連通させるバイパス通路と、
前記インナーチューブに径方向に貫通して形成され、前記インナーチューブの回転に伴って前記バイパス通路の開度を変化させる連通孔と、
を有し、前記ピストンロッドが後退限位置から前進限位置に向けて前記スプリングの弾性力による前進速度を前記バイパス通路の開度により設定する、スプリング式タイマー。
請求項１記載のスプリング式タイマーにおいて、前記ピストン組立体は前記後側液体室と前記前側液体室とを連通する開閉通路を有し、前記ピストンロッドが後退移動するときに前記開閉通路を開放し、前進移動するときに前記開閉通路を遮断する逆止弁機構を前記ピストン組立体に設けた、スプリング式タイマー。
請求項１または２記載のスプリング式タイマーにおいて、円周方向に漸次深さが変化し、前記連通孔に開口する偏心溝を前記インナーチューブに形成し、前記インナーチューブの回転により前記連通孔の開度を無段階に変更可能とした、スプリング式タイマー。
請求項１～３のいずれか１項に記載のスプリング式タイマーにおいて、前記液体循環室に連通する液体貯留室を、前記インナーチューブの基端部内に装着されたシールピストンの前端面と、前記インナーチューブとにより形成する、スプリング式タイマー。