(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性流体が充填され一端に開口部が設けられたハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に収容された球状のロータと、
先端が前記開口部より突出するように前記ロータの表面の一端に設けられ、外部から伝達される力で前記ロータを作動位置へ揺動させるシャフトと、
前記ロータの表面に設けられ、前記ロータの揺動を前記粘性流体への圧縮力に変換する変換手段と、
前記作動位置から前記シャフトに外部から力が伝達されていない状態の初期位置となるように前記ロータを付勢する復帰手段と、を備え、
前記復帰手段は前記シャフトの周囲に設けられ前記開口部を封止するシール部材と、
前記シール部材の内側に設けられ、前記シール部材を前記開口部の封止部に向けて付勢すると共に前記シャフトを初期位置に向けて付勢する弾性部材と、からなることを特徴とするダンパ。
【請求項２】
前記変換手段は前記ロータの表面に設けられた板状の羽根部材であり、
前記羽根部材は前記ハウジングの内壁に前記羽根部材と対向して設けられた収容部に嵌り込み、前記収容部では前記羽根部材と前記ハウジングの内壁との間隙が狭くなることを特徴とする請求項１に記載のダンパ。
【請求項３】
前記羽根部材は前記シャフトの軸芯に対して対称となるように設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータにトルクを付与するダンパに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人工関節などに用いられるダンパや、内視鏡などの医療器具や画像処理装置、あるいはＰＣやゲーム機等に用いられるポインティングデバイス（ジョイスティック）は、ハウジング内に設けられた球状のロータを外部から回動あるいは揺動させることでトルクを生じさせて衝撃や外部入力を緩和し、あるいはスムーズな操作性を維持している。
【０００３】
例えば球面形状の内壁を備えたハウジング内に粘性流体が充填され、その中で略球形の表面をもつロータが回転することで粘性流体に剪断抵抗を与え、衝撃を吸収するダンパが存在する（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
しかし上記の構造ではハウジングの内周面とロータの外周面との間で粘性流体が移動するのみで加圧しないため、発生するトルクは小さく緩衝力も低い。
【０００５】
あるいは筒状のハウジング内で傾斜した回転軸に沿って球状のロータを回転させ、ロータ表面の羽根でハウジング内の粘性流体（シリコンオイル）を加圧することにより入力を吸収するダンパが存在する（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
上記の構造では粘性流体を加圧することでより大きなトルクを得ることができるが、ハウジングの軸（回転軸）を中心に、これに対して回転方向の力しか吸収できず、また衝撃吸収前の初期位置へ自然に復帰させる機能は備えていないので、作動後は外部からの力で初期位置に復帰させる必要がある。
【０００７】
また球状の基底部を球状に凹んだ受部に嵌め込み、基底部より伸びたスティックを操作するジョイスティック構造において、スティックを覆うゴムカバーの弾性でスティックの先端位置を自動的に復帰させる構成が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
しかし上記の構造ではスティックの復帰をゴムカバーの弾性に頼っているため、外部から直接力のかかる箇所であるスティック先端近傍の耐久性に問題があり、またスティック自体の長さが制限されることに加えてスティックの先端に他の部材（例えば同一構造のスティックなど）を延設できないため人工関節などの用途に用いるには拡張性に欠ける問題がある。
【特許文献１】特開昭４９−１１９０７４号公報
【特許文献２】特開昭６１−１４０２３３号公報
【特許文献３】特開２００８−２１５５７７号公報
【特許文献４】特開２００３−２３０５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事実を考慮し、高い制動力を備え、且つ自立機構で初期位置へ自動復帰させることができるダンパを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載のダンパは、粘性流体が充填され一端に開口部が設けられたハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に収容された球状のロータと、先端が前記開口部より突出するように前記ロータの表面の一端に設けられ、外部から伝達される力で前記ロータを作動位置へ揺動させるシャフトと、前記ロータの表面に設けられ、前記ロータの揺動を前記粘性流体への圧縮力に変換する変換手段と、前記作動位置から前記シャフトに外部から力が伝達されていない状態の初期位置となるように前記ロータを付勢する復帰手段と、を備え、前記復帰手段は前記シャフトの周囲に設けられ前記開口部を封止するシール部材と、前記シール部材の内側に設けられ、前記シール部材を前記開口部の封止部に向けて付勢すると共に前記シャフトを初期位置に向けて付勢する弾性部材と、からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明では、ロータの表面に設けられた変換手段が、シャフトの傾きに伴ってハウジング内部で移動し、粘性流体を加圧することでロータの回転を制動する。このためシャフトを傾ける外部からの力を、高い制動力をもって粘性流体で受け止めることができ、緩衝能力に優れたダンパとすることができる。
【００１２】
またハウジングの開口部より突出したシャフトの長さには制限がなく、先端に任意の部材を設けることもできるので拡張性に優れる。さらに復帰手段がロータを付勢し、自動的にシャフトを初期位置へ復帰させるので使い勝手に優れたダンパとすることができる。さらに、シャフトの周囲に設けられたシール部材が開口部をシールする一方で、シール部材の内側の弾性部材がシャフトを初期位置へ付勢する構造としたことで、ロータを自動的に初期位置へ戻すダンパとすることができる。また弾性部材がシール部材を内側から支持するのでシール部材の封止性能を高めることができる。
【００１５】
請求項２に記載のダンパは、請求項１に記載の構成において、前記変換手段は前記ロータの表面に設けられた板状の羽根部材であり、前記羽根部材は前記ハウジングの内壁に前記羽根部材と対向して設けられた収容部に嵌り込み、前記収容部では前記羽根部材と前記ハウジングの内壁との間隙が狭くなることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、ハウジングの内壁に設けられた凹部である収容部に、ロータの表面から突設された羽根部材が嵌り込み、羽根部材とハウジングの内壁との間隙が狭くなっているため、ダンパ動作時には羽根部材と収容部との間で粘性流体は剪断抵抗を生じながら移動し、高い制動力を発生させることができる。
【００１７】
請求項３に記載のダンパは、請求項１または請求項２に記載の構成において、前記羽根部材は前記シャフトの軸芯に対して対称となるように設けられたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、シャフトの軸芯まわりに回転対称となるように変換手段が設けられているため、制動力はシャフトを傾ける方向によらず、あらゆる方向に対して等しくバランスの取れた制動力を生じるダンパとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、上記構成としたので、高い制動力を備え、且つ自立機構で初期位置へ自動復帰させることができるダンパとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜第１参考例＞
次に、本発明の第１の参考例に係るダンパについて説明する。
【００２５】
図１および図２に示すように、ダンパ１０は略円筒状をなす第１ハウジング１４と第２ハウジング１６とが嵌り合うことでハウジング１３を形成している。ハウジング１３の一端には開口２６が設けられ、ハウジング１３の内部で回動可能に保持されたロータ１２より延設されたシャフト１８が開口２６の外側へ突出している。
【００２６】
図１および図２に示すように、第１ハウジング１４および第２ハウジング１６の内周面には、ロータ１２の外形に沿った形状でこれを支持する支持部２４と、径方向外側へ凹となることでロータ１２との間に間隙を設けた収容部２２とが交互かつ等間隔に設けられている。例えば図２には、１２０°間隔で３つの収容部２２と、これに対応する位置に支持部２４が設けられている。
【００２７】
ロータ１２は略球状の外形とされており、支持部２４によって回動可能に支持されている。ロータ１２の外周面には図２に示すように羽根部材２０が収容部２２に対向する位置で等間隔に設けられており、羽根部材２０は収容部２２内で狭い隙間をもって上下方向に揺動可能とされている。
【００２８】
ロータ１２から突設された羽根部材２０は収容部２２に収まっており、図１（Ｃ）に示すように外部から力を受けたシャフト１８が初期位置（図中軸ＣＬ）より傾くと、シャフト１８が設けられたロータ１２もまた支持部２４に支持されながら回動（揺動）する。このとき羽根部材２０の両端は収容部２２の内壁で位置規制されるので、ロータ１２は軸ＣＬまわりの回転方向には回動しない。
【００２９】
ハウジング１３内部には粘性流体が充填されており、特に開口２６とロータ１２との間はロータ１２の揺動で粘性流体が漏出することを防ぐため、Ｏリング４０で封止されている。粘性流体としては例えばシリコンオイルなどの化学的性質／物理的物性の安定性に優れた高粘度の液体が考えられるが、これに限定せず他の液体あるいは混合液等を用いることもできる。
【００３０】
羽根部材２０はロータ１２の表面に突設されているので、ロータ１２の回動（揺動）によって図１（Ｂ）に示す矢印２１のように収容部２２内で揺動する。このとき収容部２２内には粘性流体が充填されているので、羽根部材２０は収容部２２内で粘性流体からの剪断抵抗を受けつつ矢印２１のように揺動する。
【００３１】
上記のように羽根部材２０はロータ１２の外周面に、軸ＣＬまわりに等間隔に設けられているので、シャフト１８に対して外部から力が入力される際にロータ１２が揺動すれば外部からの入力に対して軸ＣＬまわりの回転方向に関わらず、等しい剪断抵抗すなわち制動力を生じる。
【００３２】
図１（Ｂ）に示すようにロータ１２にはシャフト１８が突設されており、外部からの入力がない状態（初期状態）では軸ＣＬに沿って自立した状態を維持する。シャフト１８は第１ハウジングに設けられた開口２６から外部へ向けて突出しており、このシャフト１８に対して外部より入力が発生することにより、この入力に対してロータ１２が粘性流体に剪断抵抗を生じつつ揺動することでシャフト１８を制動する。
【００３３】
シャフト１８の先端は特に長さや形状が限定されないため、必要に応じて湾曲させ、または長さや分岐を設定したり、あるいは先端に別のダンパ１０を設けることで関節機能を持たせてもよい。
【００３４】
図１（Ｂ）に示すようにロータ１２は支持部２４に支持された球形の外周面を備えており、シャフト１８を外部からの入力がない状態（初期状態）で軸ＣＬに沿って自立した状態を維持させるための復帰手段を備えている。
【００３５】
復帰手段としては例えば図１（Ｂ）に示すようにロータ１２の表面に設けられた凹球面状の凹部３４（図中ではシャフト１８と反対側に設けられているが、この位置に限定されず他の位置でもよい）に、この凹部３４の表面形状に沿ってこれと嵌合する表面形状（例えば球面形状）のロック部材３０が係合し、ロータ１２の揺動方向位置決めを行う。
【００３６】
ロック部材３０は、固定部材３６でロータ１２方向に付勢された弾性部材、例えば図１（Ｂ）に示すバネ３２で凹部３４に向けて押圧される。これにより球面を形成するロック部材３０の表面は凹球面形状の凹部３４に係合する。
【００３７】
図１（Ｃ）に示すようにシャフト１８に外部からの力が作用したとき、ロータ１２は支持部２４に支持されつつ揺動する。初期位置ではロック部材３０と係合していた凹部３４は、これに伴ってロック部材３０から外れる。このためロック部材３０を矢印Ｍ方向（ロータ１２の回転中心方向）に押圧していたバネ３２は圧縮され、これに反発してロック部材３０をより強く矢印Ｍ方向に押し、凹部３４に付勢する。
【００３８】
バネ３２による押圧力でロック部材３０がロータ１２の回転中心に向けて押圧されることで、ロック部材３０が凹部３４と最も深く係合する位置（初期状態）にロータ１２が回動し、シャフト１８を初期状態へ復帰させると共に初期状態を維持する。
【００３９】
図１（Ｂ）および図２に示すように、第１ハウジング１４および第２ハウジング１６は内周面に設けられた支持部２４でロータ１２を支持する一方で、内部（例えば収容部２２）に充填された粘性流体を封止し、外部へ漏出させないためにＯリング４０で開口２６の内側を封止している。このときＯリング４０を介して第１ハウジング１４および第２ハウジング１６がロータ１２を把持した状態で第１ハウジング１４と第２ハウジング１６を接合する。
【００４０】
接合後に粘性流体を充填する方法としては、例えばロータ１２にシャフト１８を挿入する軸孔１９に連通路４２を予め貫通させておき、軸孔１９から連通路４２を通じて粘性流体をハウジング内部に充填するなどの方法でもよい。
【００４１】
なお図１、２ではシャフト１８はロータ１２に設けられた軸穴１９に刺さった棒状部材としているが、樹脂などでシャフト１８とロータ１２とが一体に形成された構造としてもよい。
【００４２】
＜作用＞
上記のような構造としたことにより、ダンパ１０はシャフト１８を倒そうとする方向に入力された外部からの力に対して、ロータ１２の回動（揺動）に変換し、さらにロータ１２の外周面に設けられた羽根部材２０の上下方向への揺動に変換する。
【００４３】
羽根部材２０は収容部２２内で粘性流体からの剪断抵抗を受けつつ矢印２１のように揺動するので、粘性流体に対する剪断抵抗が生じる。加えて収容部２２内は羽根部材２０との間に狭い間隙しか存在しないため、粘性流体を羽根部材２０が圧縮しながら上下方向に揺動することになる。
【００４４】
これにより羽根部材２０は粘性流体から剪断抵抗を受けつつ圧縮に対する反発をも受けるので、シャフト１８を倒そうとする外部からの力に対して高い抵抗力あるいは制動力を生じさせることが可能となる。
【００４５】
またロータ１２の表面に設けられた復帰手段により、ロータ１２は初期位置（軸ＣＬ）に付勢されると同時に、ロータ１２を回動させる外部からの力に抗してロータ１２を初期位置へ復帰させる効果を有する。このため外部からの力への更なる制動力に加えて、入力が終了すると自動的にロータ１２を初期位置へ復帰させる効果をも有するダンパとすることができる。
【００４６】
＜第２参考例＞
次に、本発明の第２の参考例に係るダンパについて説明する。なお第１参考例と共通する部品は同じ番号を付与し、説明を省略する。
【００４７】
図３および図４に示すように、ダンパ１１Ａは第１参考例と同様、略円筒状をなす第
１ハウジング１４と第２ハウジング１６とが嵌り合っている。これを外側より覆うように
第３ハウジング１５が嵌合することでハウジング１３を形成している。
【００４８】
ハウジング１３の一端には開口２６が設けられ、ハウジング１３の内部で回動可能に保持されたロータ１２より延設されたシャフト１８の一端が開口２６の外側へ突出している。一方、ロータ１２の軸孔１９に挿通したシャフト１８の先端は先端部１８Ａとして開口２６の反対側へ突出し、バネ３８と係合している。第３ハウジング１５は、これらの突出部分を外側から被覆し粘性流体の漏出、外部部材の干渉や異物の混入を防止している。
【００４９】
図３（Ｂ）および図４に示すように、本参考例においてはシャフト１８およびロータ１２の復帰手段は、ロータ１２側に設けられた被係合部を弾性部材が支持することで初期位置への復帰および初期状態の維持をおこなう構成とされている。
【００５０】
具体的には、ロータ１２に設けられた被係合部（図３および図４ではシャフト１８の先端部１８Ａ）が略円盤形状とされたバネ３８の中心部３８Ｃに係合することで、先端部１８Ａを中心部３８Ｃに維持している。
【００５１】
図４に示すようにバネ３８は中心部３８Ｃから周方向外側へ等間隔（ここでは１２０°間隔）で設けられた複数の腕部３９が渦巻き状に外側へ延出し略円盤状のバネ３８を形成しており、中心部３８Ｃは腕部３９でバネ３８の中心（軸ＣＬ）に位置規制される。
【００５２】
バネ３８は図３（Ｂ）に示すように例えば第２ハウジング１６に嵌合し位置決めされる形状とされており、腕部３９の弾性により中心部３８Ｃは軸ＣＬの延長線上に弾性をもって位置し、ロータ１２の被係合部（図中ではシャフト１８の先端部１８Ａ）が係合することでロータ１２の回動（揺動）位置を弾性をもって規制する。
【００５３】
これにより、シャフト１８を介してロータ１２に外部より入力があった際には、ロータ１２の回動（揺動）に伴いシャフト１８の先端部１８Ａが中心部３８Ｃに係合したままバネ３８の弾性に逆らって移動する。シャフト１８への入力が終了するとバネ３８の弾性により中心部３８Ｃは軸ＣＬの位置へ戻るので、中心部３８Ｃに係合した先端部１８Ａもまた軸ＣＬの位置に戻り、シャフト１８は初期位置へ復帰する。同時にバネ３８の弾性によりシャフト１８の初期位置が維持される。
【００５４】
＜作用＞
ダンパ１１Ａはシャフト１８への入力が終了するとバネ３８の弾性により中心部３８Ｃ
は軸ＣＬの位置へ戻るので、中心部３８Ｃに係合した先端部１８Ａもまた軸ＣＬの位置に
戻り、シャフト１８は初期位置へ復帰する点は第１参考例と同様である。
【００５５】
第２参考例に係るダンパ１１Ａは上記のような構造としたことにより、ロータ１２の径方向に突設されたロック部材３０、バネ３２、固定部材３６を必要としないので全体をより小型化することができ、また部品点数を少なくすることも可能となる。
【００５６】
また先端部１８Ａの長さを十分に大きくすれば自立機構そのものがロータ１２に接触しない構成とできるので、球状のロータ１２の表面が接触により摩耗することを防止でき、制動力のムラやガタつき等を防ぐことができる。
【００５７】
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係るダンパについて説明する。なお第１参考例および第２参考例と共通する部品は同じ番号を付与し、説明を省略する。
【００５８】
図５および図６に示すように、ダンパ１１Ｂは第１参考例と同様、略円筒状をなす第１ハウジング１４と第２ハウジング１６とが嵌り合っている。これを外側より覆うように第３ハウジング１５が嵌合することでハウジング１３を形成している。
【００５９】
第３ハウジング１５の一端には開口１５Ａが設けられ、ハウジング１３の内部で回動可能に保持されたロータ１２より延設されたシャフト１８の一端が開口１５Ａの外側へ突出している。
【００６０】
一方、図６に示すようにシャフト１８は開口１５Ａから突出した部分がバネ３８の中心部３８Ｃを貫通し、これと係合している。更に、この外側をゴムなどの軟質な素材で形成されたシーリング５０が被覆している。シーリング５０はバネ３８近傍の部分を外側から被覆し粘性流体の漏出、外部部材の干渉や異物の混入等を防止している。
【００６１】
バネ３８は図５（Ｂ）に示すように例えば第３ハウジング１５に嵌合し位置決めされる形状とされており、バネ自体の弾性により中心部３８Ｃは軸ＣＬの延長線上に弾性をもって位置し、シャフト１８が中心部３８Ｃを貫通し係合することでロータ１２の回動（揺動）位置を弾性をもって規制する。
【００６２】
これにより、シャフト１８を介してロータ１２に外部より入力があった際には、ロータ１２の回動（揺動）に伴いシャフト１８が中心部３８Ｃに係合したままバネ３８の弾性に逆らって移動する。シャフト１８への入力が終了するとバネ３８の弾性により中心部３８Ｃは軸ＣＬの位置へ戻るので、中心部３８Ｃに係合したシャフト１８もまた軸ＣＬの位置に戻り、ロータ１２（シャフト１８）は初期位置へ復帰する。同時にバネ３８の弾性によりシャフト１８の初期位置が維持される。
【００６３】
＜作用＞
ダンパ１１Ｂはシャフト１８への入力が終了するとバネ３８の弾性により中心部３８Ｃは軸ＣＬの位置へ戻るので、中心部３８Ｃに係合したシャフト１８もまた軸ＣＬの位置に戻り、ロータ１２（シャフト１８）は初期位置へ復帰する点は第１および第２実施形態と同様である。
【００６４】
第１実施形態に係るダンパ１１Ｂは上記のような構造としたことにより、ロータ１２の径方向に突設されたロック部材３０、バネ３２、固定部材３６を必要としないので全体をより小型化することができ、また部品点数を少なくすることも可能となる。
【００６５】
またバネ３８には通常のコイルバネを用いることができるので設計自由度の向上、コスト削減などの効果がある。加えて複数のバネ３８を組み合わせて使用することもできるので、バネ３８の弾性をより広く設定することができる。
【００６６】
本実施形態においてはシール方法自体も摺動ではなく固定部材であるシーリング５０を用いており、加えて図５（Ｂ）に示すように、バネ３８が開口１５Ａおよびシャフト１８の周囲においてシーリング５０を内側から支持する構造とされているので、粘性流体の漏出をより効果的に防ぐことができる。
【００６７】
さらに自立機構そのものがロータ１２に接触しない構成とできるので、球状のロータ１２の表面が接触により摩耗することを防止でき、制動力のムラやガタつき等を防ぐことができる。
【００６８】
＜その他＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
【００６９】
例えば上記第１参考例ではロータ１２に設けられた凹部に係合するロック部材３０を備えた構成を例に挙げたが、これに限定せず例えばロータ１２側にロック部材を設け、ハウジング側に形成された凹部に係合する構成とすることも可能である。また形状も球面／凹球面などに限定されずピラミッド形状の凹部に凸球面などの組み合わせでもよい。
【００７０】
あるいはロータ１２側に設けられた被係合部と固定部材３６との間を引っ張りバネで結び、外部からの力でロータ１２が揺動した際には引っ張りバネが伸びることでロータ１２を初期位置に付勢する構造とされていてもよい。
【００７１】
さらに上記第１実施形態ではシーリング５０がシャフト１８の自立に関与しない構成を例に挙げたが、これに限定せず例えばシーリング５０を十分な硬度と弾性を持たせた素材で形成し、シャフト１８の自立を補助する構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の参考例に係るダンパを示す斜視図および断面図である。
【図２】本発明の第１の参考例に係るダンパの内部構造を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の第２の参考例に係るダンパを示す斜視図および断面図である。
【図４】本発明の第２の参考例に係るダンパの内部構造を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るダンパを示す斜視図および断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るダンパの内部構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０   ダンパ
１１Ａ ダンパ
１１Ｂ ダンパ
１２   ロータ
１３   ハウジング
１４   ハウジング
１５   ハウジング
１６   ハウジング
１８   シャフト
１８Ａ 先端部
１９   軸孔
２０   羽根部材
２２   収容部
２４   支持部
２６   開口
３０   ロック部材
３２   バネ
３４   凹部
３６   固定部材
３８   バネ
３８Ｃ 中心部
３９   腕部
４０   リング
４２   連通路
５０   シーリング
ＣＬ   軸
【図１】
0005444059.tif 000002
【図２】
0005444059.tif 000003
【図３】
0005444059.tif 000004
【図４】
0005444059.tif 000005
【図５】
0005444059.tif 000006
【図６】
0005444059.tif 000007