JP7448213B2 - 四節回転機構 - Google Patents

Description

本発明は、蓋の開閉に用いられる四節回転機構に関する。

鍵盤楽器の蓋の開閉に用いられる蓋開閉装置の従来例として例えば特許文献１がある。特許文献１の蓋開閉装置は、簡易な構造で、スムーズで安全な開閉を実現することを目的とし、第１蓋歯車、第２蓋歯車、第１制動歯車、第２制動歯車、１方向性ロータリーダンパーを備える。第１蓋歯車と第２蓋歯車は、蓋回転軸を回転の軸とし、蓋回転軸の軸方向の互いに異なる位置に配置されている。第１制動歯車は、第１回転軸を回転の軸とする。第２制動歯車は、第２回転軸を回転の軸とする。１方向性ロータリーダンパーは、第１回転軸または第２回転軸に配置されている。第１制動歯車と第２制動歯車とは、互いに逆方向に回転するようにかみ合った状態である。第１蓋歯車は、第１状態と閉状態との間で第１制動歯車とかみ合う。第２蓋歯車は、第２状態と開状態との間で第２制動歯車とかみ合う。１方向性ロータリーダンパーは、第１蓋歯車と第１制動歯車とがかみ合った状態で蓋が閉じる方向に動いているときに回転動作を制動する。

特開２０１５－２１２７９６号公報

特許文献１の蓋開閉装置によれば、蓋の回転軸に二つの歯車（第１蓋歯車、第２蓋歯車）を設ける必要があった。十分な減速効果を得るためにこれら二つの歯車を大きくする必要があり、蓋のデザインに制約が生じていた。

そこで本発明では、蓋のデザインに制約を生じさせることなく、蓋を開くときおよび閉じるときの双方において減速効果を得ることができる四節回転機構を提供することを目的とする。

本発明の四節回転機構は、蓋の開閉に用いられる四節回転機構であって、その一端が蓋の回転軸Ａに接続されるリンクａと、その一端がリンクａの他端の回転軸Ｂと接続されるリンクｂと、その一端がリンクｂの他端の回転軸Ｃと接続され、その他端に歯車を設けたリンクｃと、その一端が歯車の回転軸Ｄと接続され、その他端が蓋の回転軸Ａと接続される固定リンクであるリンクｄと、歯車と咬み合い、１方向の回転に対して粘性抵抗を有する１方向性ロータリーダンパーを含み、蓋の可動域内にリンクｃを原動節とした場合の死点の位置が含まれる。

本発明の四節回転機構によれば、蓋のデザインに制約を生じさせることなく、蓋を開くときおよび閉じるときの双方において減速効果を得ることができる。

実施例１の四節回転機構の状態Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を示す断面図。 実施例１の四節回転機構の状態Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を示す断面図。 原動節であるリンクａの回転動作に伴うリンクｃの回転方向を説明する図。 状態Ｓ１～Ｓ３における｜ＩＣ｜／｜ＩＢ｜の大きさとその推移を表す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

以下、図１、図２を参照して実施例１の四節回転機構を内蔵する楽器の構造について説明する。状態Ｓ１に示すように、楽器１は、蓋１０と、回転軸Ａと、第１のアーム１１と、回転軸Ｂと、第２のアーム１２と、回転軸Ｃと、第３のアーム１３と、歯車２１と、回転軸Ｄと、１方向性ロータリーダンパー２２と、下ケース１４を含む。

＜蓋１０＞
蓋１０は、回転軸Ａに回転可能に接続される。状態Ｓ１において下ケース１４と接触することにより、蓋１０の閉方向の回転がロックされる。状態Ｓ６において第２のアーム１２の上端が下ケース１４に設けられたロック板１４ａと接触することにより蓋１０の開方向の回転がロックされる。

＜第１のアーム１１＞
第１のアーム１１は、蓋１０の裏面に接続される脚部１１ａと、その一端が脚部１１ａに接続され脚部１１ａの延伸方向と異なる方向に延伸される腕部１１ｂからなり（状態Ｓ３参照）、腕部１１ｂの他端は、回転軸Ｂに回転可能に接続される。

＜第２のアーム１２＞
第２のアーム１２は、その一端が回転軸Ｂに回転可能に接続され、その他端が回転軸Ｃに回転可能に接続される。

＜第３のアーム１３＞
第３のアーム１３は、その一端が回転軸Ｃと回転可能に接続され、その他端に歯車２１が設けられている。第３のアーム１３の他端および歯車２１は、回転軸Ｄに回転可能に接続される。

＜歯車２１＞
歯車２１は、第３のアーム１３の他端に設けられており、１方向性ロータリーダンパー２２と咬み合う。

＜１方向性ロータリーダンパー２２＞
１方向性ロータリーダンパー２２は、歯車２１と咬み合い、１方向の回転（同図における反時計回りの回転）に対して粘性抵抗を有する。

＜リンクａ＞
上記のパーツ群によって構成される機構は四節回転機構であり、てこクランク機構の一種である。図３に示すように、回転軸Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに直交する平面との交点を点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、点Ａ、Ｂを結ぶ線分ＡＢをリンクａと呼ぶこととすると、リンクａは、四節回転機構における原動節に相当する。リンクａの一端は回り対偶である回転軸Ａに回転可能に接続される。リンクａの他端は、回り対偶に該当する回転軸Ｂにおいて後述するリンクｂと互いに回転可能に接続される。リンクａは実際には、蓋１０の一部と、これに接続された脚部１１ａと、脚部１１ａから延伸された腕部１１ｂとからなる剛体で構成されている。

＜リンクｂ＞
点Ｂ、Ｃを結ぶ線分ＢＣをリンクｂと呼ぶこととすると、リンクｂの一端は、回り対偶である回転軸Ｂにおいて、リンクａと互いに回転可能に接続される。リンクｂの他端は、回り対偶に該当する回転軸Ｃにおいて後述するリンクｃと互いに回転可能に接続される。リンクｂは、四節回転機構における中間節に相当する。

＜リンクｃ＞
点Ｃ、Ｄを結ぶ線分ＣＤをリンクｃと呼ぶこととすると、リンクｃの一端は、回り対偶である回転軸Ｃにおいて、リンクｂと互いに回転可能に接続される。リンクｃの他端に歯車２１が設けられ、回り対偶に該当する回転軸Ｄにおいて後述するリンクｄと回転可能に接続される。なお、歯車２１は点Ｄを回転中心としてリンクｃと連動して回転する。リンクｃは、四節回転機構における従動節に相当する。

＜リンクｄ＞
点Ｄ、Ａを結ぶ線分ＤＡをリンクｄと呼ぶこととすると、リンクｄの一端は、回り対偶である回転軸Ｄにおいて、リンクｃと接続される。リンクｄの他端は回転軸Ａにおいてリンクａと接続される。リンクｄは四節回転機構における静止節（固定リンク）に相当する。

＜死点（思案点）＞
図３に示すように、本実施例の四節回転機構は、蓋の可動域（蓋を完全に閉じた状態Ｓ１～蓋を完全に開いた状態Ｓ６）内に、リンクｃを原動節とした場合の死点の位置（状態Ｓ４：点Ａ，Ｂ，Ｃが一直線上に並び、リンクｃを回転、揺動させた場合に点Ｂが左右のどちらに回転するか決まらない状態）が含まれることを特徴とする。

蓋の可動域（Ｓ１～Ｓ６）内に、リンクｃを原動節とした場合の死点の位置（Ｓ４）を含むことにより、リンクａの回転方向を一定とした場合に上記の死点の位置（Ｓ４）を境界として、リンクｃの回転方向が変化することとなる。例えば、リンクａの回転方向を時計回りとした場合（Ｓ１→Ｓ６）、リンクｃの回転方向は、Ｓ１～Ｓ３において反時計回りとなり、Ｓ４において静止した後、Ｓ５～Ｓ６において時計回りとなる。

従って、状態Ｓ４からスタートしてリンクａを反時計回りに回転（蓋を閉じる方向に回転）させた場合に、リンクｃは時計回りに回転する。一方、状態Ｓ４からスタートしてリンクａを時計回りに回転（蓋を開ける方向に回転）させた場合にも、リンクｃは時計回りに回転する。

従って、状態Ｓ４からスタートしてリンクａをいずれの方向に回転させても、歯車２１は時計回りに回転し、歯車２１と咬み合う１方向性ロータリーダンパー２２は、反時計回りに回転することになる。１方向性ロータリーダンパー２２は、反時計回りの回転に対して粘性抵抗を有するため、上記のいずれの場合にも減速効果を生じさせる。よって、蓋を閉じる方向の減速効果により、指を挟むなどの弊害を防ぎ、蓋を開ける方向の減速効果により、楽器の転倒や損傷を防ぎ、かつ製品の手触りに高級感を与えることができる。

ここで、図２に示すように、リンクｃを原動節とした場合の死点の位置（Ｓ４）を基準として、蓋を閉じる方向の可動域である第１可動域θ_１が、蓋を開ける方向の可動域である第２可動域θ_２よりも大きくなる（θ_１＞θ_２）ように設計すれば、蓋を閉じる方向の減速効果をより重視した設計とすることができ、好適である。

また、図４に示すように、直線ＡＢと直線ＣＤの交点を点Ｉとし、蓋１０が蓋１０を閉じる方向に傾斜すればするほど、線分ＩＣの長さを線分ＩＢの長さで除算した値が大きくなるように設計すればさらに好適である。蓋を閉じる速度をＶ_Ｂとし、リンクｃの回転速度をＶ_Ｃとした場合、Ｖ_Ｃ＝（｜ＩＣ｜／｜ＩＢ｜）・Ｖ_Ｂの関係が成り立つ（三中心の定理、参考非特許文献１）ため、Ｖ_Ｂを一定とした場合、蓋１０が蓋１０を閉じる方向に傾斜すればするほど、Ｖ_Ｃが大きくなり、１方向性ロータリーダンパー２２においてＶ_Ｃに比例した大きな減速効果を得ることになる。

（参考非特許文献１：三浦宏文著、「機械力学」、第１版、森北出版株式会社、1995年12月、p.92-93）
なお、一般的なピアノで考えた場合、蓋の閉じ始めから閉じ終わりまで速度Ｖ_Ｂが一定に保たれることは考えにくく、状態Ｓ２のあたりでユーザは蓋から手を離している可能性が高い。従って、Ｓ２→Ｓ１においては、専ら蓋の自重によりＶ_Ｂが決定されるものと考えられ、状態Ｓ３におけるＶ_Ｂなどと比較してすでに相当程度減速しているものと考えられる。従って、減速していくＶ_Ｂに対して、大きくなっていく係数を乗算することによりＶ_Ｃが決定されるため、蓋の締め終わりにおいても確実かつ過度でない減速効果を得ることができる。これにより、ユーザが蓋を閉めるときに過度の抵抗を感じないようにする一方、ユーザが手を離した後も確実かつ過度でない減速効果を得ることができ、指を挟むなどの弊害を防ぐことができ、製品の手触りに高級感を与えることができる。

＜別の表現例＞
本実施例の四節回転機構の別の表現例は以下である。本実施例の四節回転機構は、蓋１０に接続される原動節（リンクａ）と、原動節（リンクａ）に接続される中間節（リンクｂ）と、中間節（リンクｂ）に接続される従動節（リンクｃ）と、従動節（リンクｃ）と原動節（リンクａ）に接続される静止節（リンクｄ）と、従動節（リンクｃ）に伴って回転する歯車２１と、歯車２１と咬み合い、１方向の回転に対して粘性抵抗を有する１方向性ロータリーダンパー２２を含み、蓋１０の可動域内に従動節（リンクｃ）を原動節とした場合の死点の位置が含まれる。当該死点の位置を基準として、蓋１０を閉じる方向の可動域である第１可動域が、蓋１０を開ける方向の可動域である第２可動域よりも大きければさらに好適となる。

Claims (5)

1. 蓋の開閉に用いられる四節回転機構であって、
   その一端が前記蓋の回転軸Ａに接続されるリンクａと、
   その一端が前記リンクａの他端の回転軸Ｂと接続されるリンクｂと、
   その一端がリンクｂの他端の回転軸Ｃと接続され、その他端に歯車を設けたリンクｃと、
   その一端が前記歯車の回転軸Ｄと接続され、その他端が前記蓋の回転軸Ａと接続される固定リンクであるリンクｄと、
   前記歯車と咬み合い、１方向の回転に対して粘性抵抗を有する１方向性ロータリーダンパーを含み、
   前記蓋の可動域内に前記リンクｃを原動節とした場合の死点の位置が含まれる
   四節回転機構。
2. 請求項１に記載の四節回転機構であって、
   前記リンクｃを原動節とした場合の死点の位置を基準として、前記蓋を閉じる方向の可動域である第１可動域θ_１が、前記蓋を開ける方向の可動域である第２可動域θ_２よりも大きい
   四節回転機構。
3. 請求項１または２に記載の四節回転機構であって、
   前記回転軸Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに直交する平面との交点を点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、直線ＡＢと直線ＣＤの交点を点Ｉとし、前記蓋が前記蓋を閉じる方向に傾斜すればするほど、線分ＩＣの長さを線分ＩＢの長さで除算した値が大きくなる
   四節回転機構。
4. 蓋の開閉に用いられる四節回転機構であって、
   前記蓋に接続される原動節と、
   前記原動節に接続される中間節と、
   前記中間節に接続される従動節と、
   前記従動節と前記原動節に接続される静止節と、
   前記従動節に伴って回転する歯車と、
   前記歯車と咬み合い、１方向の回転に対して粘性抵抗を有する１方向性ロータリーダンパーを含み、
   前記蓋の可動域内に前記従動節を原動節とした場合の死点の位置が含まれる
   四節回転機構。
5. 請求項４に記載の四節回転機構であって、
   前記従動節を原動節とした場合の死点の位置を基準として、前記蓋を閉じる方向の可動域である第１可動域が、前記蓋を開ける方向の可動域である第２可動域よりも大きい
   四節回転機構。

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