(57)【要約】【課題】  全開位置に達した開閉体をその全開位置に戻しばねで維持させることができる開閉装置を提供すること。【解決手段】  開閉体を巻き取り、繰り出す巻取体の一方への回転時に戻しばね力が蓄圧され、この戻しばね力が巻取体の他方への回転のために利用される戻しばねを備えている開閉装置において、戻しばねであるぜんまいばねの弾性係数をＥ、幅寸法をｂ、厚さ寸法をｈ、開閉体の全開時のぜんまいばねの巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ１、有効長さＬ１についてのぜんまいばねの巻回数をＮ１、全開時における開閉体の自重による巻取体の中心軸回りの自重トルクをＴ１、全開時の開閉体が下方へ閉じ移動しようとしたときの巻取体の中心軸回りの上向きの抵抗トルクをＴ’１としたとき、Ｔ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１の関係を成立させる。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉体を巻き取り、繰り出してこの開閉体を上下に開閉移動させるための巻取体と、前記開閉体の下方への閉じ移動のための前記巻取体の一方への回転時に戻しばね力が蓄圧され、この蓄圧された戻しばね力が前記開閉体の上方への開き移動のための前記巻取体の他方への回転のために利用される戻しばねと、を含んで構成される開閉装置において、
前記戻しばねはぜんまいばねであり、このぜんまいばねの弾性係数をＥ、幅寸法をｂ、厚さ寸法をｈとし、かつ、前記開閉体の全開時における前記ぜんまいばねの巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ１、この有効長さＬ１についての前記ぜんまいばねの巻回数をＮ１、前記全開時における前記開閉体の自重による前記巻取体の中心軸回りの自重トルクをＴ１、前記全開時の前記開閉体が下方へ閉じ移動しようとしたときに前記開閉体とこの開閉体の移動を案内するガイド部材との間に生ずる摩擦力等に基づく前記巻取体の中心軸回りの上向きの抵抗トルクをＴ’１としたとき、
Ｔ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１
の関係が成立する構成となっていることを特徴する開閉装置。
【請求項２】
請求項１に記載の開閉装置において、前記開閉体の全閉時における前記ぜんまいばねの巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ２、この有効長さＬ２についての前記ぜんまいばねの巻回数をＮ２、前記全閉時における前記開閉体の自重による前記巻取体の中心軸回りの自重トルクをＴ２、前記全閉時の前記開閉体が上方へ開き移動しようとしたときに前記開閉体とこの開閉体の移動を案内するガイド部材との間に生ずる摩擦力等に基づく前記巻取体の中心軸回りの下向きの抵抗トルクをＴ’２としたとき、
πＥｂｈ３Ｎ２／６Ｌ２≦Ｔ２＋Ｔ’２
の関係が成立する構成となっていることを特徴する開閉装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の開閉装置において、前記開閉体が全開位置に達する手前の位置となっている途中位置において、前記ぜんまいばねの巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ３、この有効長さをＬ３についての前記ぜんまいばねの巻回数をＮ３、前記途中位置における前記開閉体の自重による前記巻取体の中心軸回りの自重トルクをＴ３、前記途中位置における前記開閉体が上方へ開き移動しようとしたときに前記開閉体とこの開閉体の移動を案内するガイド部材との間に生ずる摩擦力等に基づく前記巻取体の中心軸回りの下向きの抵抗トルクをＴ’３としたとき、
Ｔ３＋Ｔ’３＜πＥｂｈ３Ｎ３／６Ｌ３の関係が成立し、かつこの関係が前記途中位置から前記全開位置までの範囲で成立していることを特徴とする開閉装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の開閉装置において、前記ぜんまいばねの個数は前記巻取体の軸方向に並べられた複数個であり、これらのぜんまいばねの前記弾性係数Ｅ及び前記厚さ寸法ｈは同じであって、これらのぜんまいばねの合計の幅寸法は前記ｂになっていることを特徴とする開閉装置。
【請求項５】
請求項４に記載の開閉装置において、前記巻取体は、少なくとも前記開閉体の前記巻き取り、繰り出し時に回転しない中心軸と、前記開閉体を巻き取り、繰り出しのためにそれぞれがこの中心軸を中心に正逆回転自在であって、前記中心軸の外周に軸方向に離れて配置された複数個の回転体と、を有して構成されており、
これらの回転体のうちの少なくとも２個の回転体に前記ぜんまいばねが設けられ、これらのぜんまいばねの一端は、前記巻取体の円周方向の一方の側へ折り曲げられて前記中心軸側に係止されているとともに、前記ぜんまいばねの他端は、前記巻取体の円周方向の他方の側へ折り曲げられて前記回転体側に係止され、
前記ぜんまいばねが設けられている前記少なくとも２個の回転体は、前記中心軸の直径方向へ立ち上がった立上り部と、前記中心軸の軸方向への幅を有する筒部と、を有して形成され、この筒部に前記ぜんまいばねの前記他端が係止されているとともに、前記少なくとも２個の回転体の前記筒部は、前記立上り部に対して前記中心軸の軸方向の同じ側に配置されていることを特徴とする開閉装置。
【請求項６】
請求項５に記載の開閉装置において、前記ぜんまいばねが設けられている前記回転体の個数は３個以上であり、これらの回転体の全部について、前記筒部は、前記立上り部に対して前記中心軸の軸方向の同じ側に配置されていることを特徴とする開閉装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の開閉装置において、前記中心軸には前記少なくとも２個の回転体ごとに巻芯部材が固定され、この巻芯部材に前記ぜんまいばねの前記一端が係止されていることを特徴とする開閉装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の開閉装置において、前記少なくとも２個の回転体は、前記立上り部を形成する第１部材と、前記筒部を形成する第２部材と、を含んで形成され、これらの第１部材と第２部材との結合によって前記回転体が形成されていることを特徴とする開閉装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の開閉装置において、前記巻取体を回転させるための駆動装置を備えていることを特徴とする開閉装置。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれかに記載の開閉装置において、前記巻取体を回転させるための駆動装置を備えているとともに、前記少なくとも２個の回転体は前記中心軸の軸方向に互いに隣り合って配置され、前記駆動装置はこれらの回転体の間に配置されていることを特徴する開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開閉体を巻き取り、繰り出すことによって開閉体を開閉移動させる巻取体と、開閉体を下方へ閉じ移動させる巻取体の一方への回転時に蓄圧された戻しばね力が開閉体を上方へ開き移動させる巻取体の他方への回転のために利用されるぜんまいばねとを備えた開閉装置に係り、例えば、開閉体がシャッターカーテンとなっている防災用シャッター装置及び開口部用シャッター装置を含む各種のシャッター装置や、ロールブラインド装置、オーニング装置、防煙垂れ幕装置等の開閉装置に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、開閉体であるシャッターカーテンを巻き取り、繰り出してこのシャッターカーテンを上下に開閉移動させるための巻取体と、シャッターカーテンの下方への閉じ移動のための巻取体の一方への回転時に戻しばね力が蓄圧され、この蓄圧された戻しばね力がシャッターカーテンの上方への開き移動のための巻取体の他方への回転のために利用される戻しばねと、を含んで構成されているシャッター装置が示されている。開閉装置となっているこのシャッター装置に用いられている戻しばねは、ねじりコイルばねである。
【特許文献１】特許第２６９７５４１号公報（段落番号０００７，０００８、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上下に開閉移動するシャッターカーテンを全閉位置から又は全開位置までの途中位置から全開位置に到達させたときには、シャッターカーテンを全開位置に維持させることがシャッターカーテンの容易な操作を確保する上で好ましく、上述の戻しばねは、このようなシャッターカーテンの全開位置維持特性を実現できるばね特性を有していることが望まれる。
【０００４】
本発明の目的は、全開位置に達した開閉体をその全開位置に戻しばねで維持させることができるようになる開閉装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る開閉装置は、開閉体を巻き取り、繰り出してこの開閉体を上下に開閉移動させるための巻取体と、前記開閉体の下方への閉じ移動のための前記巻取体の一方への回転時に戻しばね力が蓄圧され、この蓄圧された戻しばね力が前記開閉体の上方への開き移動のための前記巻取体の他方への回転のために利用される戻しばねと、を含んで構成される開閉装置において、前記戻しばねはぜんまいばねであり、このぜんまいばねの弾性係数をＥ、幅寸法をｂ、厚さ寸法をｈとし、かつ、前記開閉体の全開時における前記ぜんまいばねの巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ１、この有効長さＬ１についての前記ぜんまいばねの巻回数をＮ１、前記全開時における前記開閉体の自重による前記巻取体の中心軸回りの自重トルクをＴ１、前記全開時の前記開閉体が下方へ閉じ移動しようとしたときに前記開閉体とこの開閉体の移動を案内するガイド部材との間に生ずる摩擦力等に基づく前記巻取体の中心軸回りの上向きの抵抗トルクをＴ’１としたとき、Ｔ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１の関係が成立する構成となっていることを特徴するものである。
【０００６】
上述のように戻しばね力が利用される前記ぜんまいばねについては、一端が固定端となっていて他端が自由端となっている片持ち梁と同じであると解釈することができる。このため、この片持ち梁の弾性係数をＥ、断面係数をＩ、長さをＬとし、片持ち梁に曲げモーメント（トルク）Ｔを作用させたときにこの片持ち梁の自由端にたわみ角度θ（ラジアン）が生じた場合には、材料力学上、Ｔ＝ＥＩθ／Ｌなる式が成立する。
【０００７】
そして、ぜんまいばねの幅寸法をｂ、厚さ寸法をｈとしたとき、ぜんまいばねの断面係数Ｉは、Ｉ＝ｂｈ３／１２である。また、たわみ角度θはぜんまいばねの巻回数Ｎに対応する値であり、巻回数が１回である場合のたわみ角度θは、θ＝２πとなる。
【０００８】
このため、ぜんまいばねの巻回数がＮである場合には、上記Ｔ＝ＥＩθ／Ｌを、Ｔ＝πＥｂｈ３Ｎ／６Ｌと書き換えることができる。この場合におけるＴは、ぜんまいばねの巻き締めによって生ずるこのぜんまいばねの戻しばね力による巻回中心回りのトルクとなり、また、Ｌは、ぜんまいばねのうちの巻回数が上記Ｎとなっている有効長さ、すなわち、巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない部分の長さとなる。巻回されている全長のうちの互いに内外に接触している部分には、その接触によって本来のばね力が生じないからである。
【０００９】
このため、本発明において、上述したように、戻しばねであるぜんまいばねの弾性係数をＥ、幅寸法をｂ、厚さ寸法をｈとし、開閉体の全開時におけるぜんまいばねの巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ１、この有効長さについてのぜんまいばねの巻回数をＮ１、全開時における前記開閉体の自重による巻取体の中心軸回りの自重トルクをＴ１、全開時の開閉体が下方へ閉じ移動しようとしたときに開閉体とこの開閉体の移動を案内するガイド部材との間に生ずる摩擦力等に基づく巻取体の中心軸回りの上向きの抵抗トルクをＴ’１としたとき、Ｔ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１の関係が成立する構成とすることにより、全開位置にまぐさ等のストッパ部材が配置されている場合には、全開位置に達した開閉体を、このストッパ部材にぜんまいばねの戻しばね力によって当接させた全開状態に維持させることができ、また、全開位置がまぐさ等のストッパ部材によって規定されていない場合には、全開位置に達した開閉体を、全開位置を規定する部材や手段、装置等とぜんまいばねの戻しばね力との協同によって全開状態に維持させることができる。
【００１０】
なお、前述したように、ぜんまいばねの蓄圧された戻しばね力を開閉体の上方への開き移動のための巻取体の前記他方への回転のために利用することは、この戻しばね力だけで巻取体を前記他方へ回転させることでもよく、例えば、手操作力等のような開閉体又は巻取体に作用させる開閉体開き移動力を補助するために、この戻しばね力を利用することでもよい。
【００１１】
また、上記開閉体開き移動力は電動モータ等による駆動装置の駆動力でもよく、本発明は、このような駆動装置を備えた開閉装置の場合であっても、上述のようにぜんまいばねの戻しばね力で開閉体を全開位置に維持させることができるようになっていることにより、この駆動装置等に、開閉体を全開位置で停止させておくためのブレーキを設ける必要がなくなる。
【００１２】
また、本発明において、開閉体の全閉時におけるぜんまいばねの巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ２、この有効長さＬ２についてのぜんまいばねの巻回数をＮ２、全閉時における開閉体の自重による巻取体の中心軸回りの自重トルクをＴ２、全閉時の開閉体が上方へ開き移動しようとしたときに開閉体とこの開閉体の移動を案内するガイド部材との間に生ずる摩擦力等に基づく巻取体の中心軸回りの下向きの抵抗トルクをＴ’２としたき、πＥｂｈ３Ｎ２／６Ｌ２≦Ｔ２＋Ｔ’２の関係が成立するようにしてもよい。
【００１３】
上記関係が成立する構成とすると、全閉位置に達した開閉体を、ぜんまいばねの戻しばね力によってはその全閉状態から開き移動せずにその全閉位置に維持させることができる。
【００１４】
このため、前述したように、Ｔ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１の関係が成立し、かつπＥｂｈ３Ｎ２／６Ｌ２≦Ｔ２＋Ｔ’２の関係も成立させるようにした場合には、全開位置に達した開閉体がその全開状態を維持しかつ全閉位置に達した開閉体がその全閉状態から開き移動せずに全閉状態を維持する構成を実現することが可能となる。
【００１５】
また、本発明において、開閉体が全開位置に達する手前の位置となっている途中位置において、ぜんまいばねの巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ３、この有効長さＬ３についてのぜんまいばねの巻回数をＮ３、途中位置における開閉体の自重による巻取体の中心軸回りの自重トルクをＴ３、途中位置における開閉体が上方へ開き移動しようとしたときに開閉体とこの開閉体の移動を案内するガイド部材との間に生ずる摩擦力等に基づく巻取体の中心軸回りの下向きの抵抗トルクをＴ’３としたとき、Ｔ３＋Ｔ’３＜πＥｂｈ３Ｎ３／６Ｌ３の関係が成立し、かつこの関係が途中位置から全開位置までの範囲で成立するようにしてもよい。
【００１６】
これによると、開閉体を全閉位置から上記途中位置まで手動操作で開き移動させた後は、開閉体をぜんまいばねの戻しばね力で自ずと全開位置まで開き移動させることができるようになる。このように開閉体が途中位置から全開位置までぜんまいばねの戻しばね力で自ずと開き移動するようになっている構成は、上下の開閉距離が長く、全開位置まで手や手で操作される操作部材が届かない開閉装置にとって特に有効となる。
【００１７】
また、本発明において、上述したＴ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１の関係や、πＥｂｈ３Ｎ２／６Ｌ２≦Ｔ２＋Ｔ’２の関係、Ｔ３＋Ｔ’３＜πＥｂｈ３Ｎ３／６Ｌ３の関係が成立する開閉装置は、ぜんまいばねの個数が１個の開閉装置でもよく、ぜんまいばねの個数が前記巻取体の軸方向に並べられた複数個となっている開閉装置でもよい。
【００１８】
ぜんまいばねの個数が巻取体の軸方向に並べられた複数個となっている開閉装置の場合には、これらのぜんまいばねの前記弾性係数Ｅ及び前記厚さ寸法ｈが同じであって、これらのぜんまいばねの合計の幅寸法が前記ｂとなっていることにより、全開位置に達した開閉体をその全開状態を維持させることや、全閉位置に達した開閉体がその全閉状態から開き移動しないで全閉状態に維持すること、開閉体を全閉位置から前記途中位置まで手動操作で開き移動させた後は、開閉体をぜんまいばねの戻しばね力で自ずと全開位置まで開き移動させることを実現でき、また、上記複数個のぜんまいばねを同じ材質、同じ厚さ寸法の材料で製造することもできるようになる。なお、合計の幅寸法が上記ｂとなる上記複数個のぜんまいばねの幅寸法は、全部のぜんまいばねについて同じとなった幅寸法でもよく、全部のぜんまいばねについて異なった幅寸法でもよく、一部のぜんまいばねについては同じとなった幅寸法で、他のぜんまいばねについては異なった幅寸法でもよい。
【００１９】
以上の本発明は、開閉体の開閉移動方向が上下方向となっている開閉装置に適用することができ、この上下方向は鉛直方向でもよく、鉛直方向に対する傾斜角を有する上下の方向でもよい。
【００２０】
また、本発明において、開閉体の全開、全閉とは、開閉体で開閉される出入口等の開口部が全開、全閉となることでもよく、あるいは、前記巻取体の回転数や開閉体の開閉移動を案内するガイド部材の長さ等によって設定される巻取体による開閉体の巻き取り限界、繰り出し限界等で規定されることでもよい。
【００２１】
また、本発明において、ぜんまいばねの個数を巻取体の軸方向に並べられた複数個とする場合には、前記巻取体を、少なくとも開閉体の巻き取り、繰り出し時に回転しない中心軸と、開閉体を巻き取り、繰り出しのためにそれぞれがこの中心軸を中心に正逆回転自在であって、中心軸の外周に軸方向に離れて配置された複数個の回転体と、を有して構成し、これらの回転体のうちの少なくとも２個の回転体にぜんまいばねを設け、これらのぜんまいばねの一端を、巻取体の円周方向の一方の側へ折り曲げて中心軸側に係止するとともに、ぜんまいばねの他端を、巻取体の円周方向の他方の側へ折り曲げて回転体側に係止し、ぜんまいばねが設けられている前記少なくとも２個の回転体を、中心軸の直径方向へ立ち上がった立上り部と、中心軸の軸方向への幅を有する筒部と、を有して形成し、この筒部にぜんまいばねの前記他端を係止するとともに、前記少なくとも２個の回転体の筒部を、立上り部に対して中心軸の軸方向の同じ側に配置することが好ましい。
【００２２】
これによると、戻しばね力の締め付け力を有効に活用してぜんまいばねの一端を中心軸側へ係止できて他端を回転体の筒部に係止できるようになるとともに、上記少なくとも２個の回転体について、これらの回転体の形状を共通化することができ、これにより、その分だけこれらの回転体を含んで構成される巻取体全体の製造コストを低減できる。また、上記少なくとも２個の回転体に設けるそれぞれのぜんまいばねは、巻回方向が同じになっているぜんまいばねでよくなり、ぜんまいばねの共通化も達成することができる。
【００２３】
なお、前述の「少なくとも開閉体の巻き取り、繰り出し時に回転しない中心軸」とは、この中心軸は常時回転しない軸となっていてもよく、あるいは、例えば、ぜんまいばねに所定の戻しばね力を蓄圧するための巻き締め作業等を行うときには、この中心軸を回転させてもよい等との意味である。
【００２４】
また、前記中心軸の外周に軸方向に離れて配置される複数個の回転体の間隔は任意であり、回転体の個数を３個以上とする場合には、それぞれの間隔を同じにしてもよく、異なられてもよく、さらには、回転体の個数が２個以上である場合には、全部の回転体同士又は一部の回転体同士を互いに接触させて配置してもよい。
【００２５】
さらに、本発明において、回転体の個数は２個でもよく、３個以上でもよい。
【００２６】
回転体の個数が３個以上であって、これらの回転体の全部にぜんまいばねを設ける場合に、これらの回転体の全部について、筒部を、立上り部に対して中心軸の軸方向の同じ側に配置することにより、これらの回転体の全部の形状を共通化することができ、すなわち、全部の回転体を同じ形状、構造にでき、形状及び構造が異なる回転体を用意する必要がなくなる。
【００２７】
また、ぜんまいばねの一端を上記中心軸側に係止するためには、巻取体の円周方向の一方の側へ折り曲げたぜんまいばねの一端を、中心軸に直接設けた溝、スリット、突起、孔等による被係止部に係止してもよく、あるいは、中心軸に、ぜんまいばねが設けられる回転体ごとに巻芯部材を固定し、この巻芯部材に設けた溝、スリット、突起、孔等による被係止部にぜんまいばねの一端を係止してもよい。
【００２８】
後者によると、ぜんまいばねの一端は、ぜんまいばねが設けられる回転体ごとに用意された巻芯部材に係止されることになるため、１個のぜんまいばねごとに、回転体とぜんまいばねと巻芯部材とを含んで構成される１個のぜんまいばねユニットを形成できることになり、このため、中心軸へのぜんまいばねの配置作業を容易化できるなどの効果を得られる。
【００２９】
また、ぜんまいばねが設けられる回転体の構造は、前記記立上り部と筒部とを有するものであれば、任意なものでよく、例えば、プレス成形等により立上り部と筒部とが一体となって形成されたものでもよく、あるいは、立上り部を形成する第１部材と、筒部を形成する第２部材とを含んで形成され、これらの第１部材と第２部材との結合によって形成されたもの等でもよい。
【００３０】
回転体を、立上り部を形成する第１部材と筒部を形成する第２部材とを含んで形成されていて、これらの第１部材と第２部材との結合によって形成されたものとすると、この回転体を、第１部材と第２部材とを含む分割構造の製品とすることができるため、立上り部及び筒部の形成が容易となり、また、ぜんまいばねの前記他端を係止する上記被係止部を筒部に形成する作業も容易に行える。
【００３１】
また、前述したように、ぜんまいばねの個数を巻取体の軸方向に並べられた複数個とする場合には、前記巻取体を、少なくとも開閉体の巻き取り、繰り出し時に回転しない中心軸と、開閉体を巻き取り、繰り出しのためにそれぞれがこの中心軸を中心に正逆回転自在であって、中心軸の外周に軸方向に離れて配置された複数個の回転体と、を有して構成するとともに、これらの回転体を連結部材で互いに連結し、ぜんまいばねの個数と同数としたこれらの回転体ごとに巻芯部材を、上記中心軸に対して選択的に結合、回転自在としてこの中心軸の外周に配置し、これらの巻芯部材を中心軸に対して手操作又は駆動装置で回転させることにより、一端が回転体に結合されて他端が巻芯部材に結合されているぜんまいばねを巻き締めることができるようにしてもよい。
【００３２】
これによると、ぜんまいばねの巻き締めによってぜんまいばねの戻しばね力の大きさを調整することができ、これにより、前述したとおりに機能する戻しばね力を得ることができる。
【００３３】
さらに、本発明に係る開閉装置は、開閉体を開閉移動させるための前記巻取体の回転の回転が手操作でなされるものでもよく、巻取体を回転させるための電動モータ等による駆動装置を備え、この駆動装置からの駆動力で巻取体が回転するものでもよい。すなわち、本発明は、手動式の開閉装置にも適用でき、自動式開閉装置にも適用でき、また、本発明は、手動と自動の併用式の開閉装置にも適用できる。さらに、本発明は、開閉体が自重によって閉じ移動する自重閉鎖式の開閉装置や、開閉体が自重と手操作力の両方によって閉じ移動する自重手動式の開閉装置にも適用できる。
【００３４】
開閉装置に、巻取体を回転させるための電動モータ等による駆動装置を設ける場合には、この駆動装置は任意な場所に配置することができる。その一例は、前記ぜんまいばねが設けられている前記少なくとも２個の回転体を前記中心軸の軸方向に互いに隣り合わせて配置し、駆動装置をこれらの回転体の間に配置することである。
【００３５】
これによると、駆動装置を２個の回転体の間のスペースを有効に利用して配置できる。また、ぜんまいばねは、ねじりコイルばね等と比較すると、中心軸の軸方向における幅寸法が小さいため、駆動装置を含めた巻取体全体の軸長寸法を小さくすることが可能となり、これにより、開閉装置全体を任意な大きさに設定するができて、この大きさを必要に応じてコンパクト化することも実現できるようになる。
【００３６】
また、上述のように、前記中心軸の軸方向に互いに隣り合って配置された前記少なくとも２個の回転体の間に駆動装置を配置する場合には、これらの回転体の間隔は、駆動装置を配置できる大きさがあれば任意であり、駆動装置の大きさと同じでもよく、この大きさよりも大きくてもよい。
【００３７】
さらに、本発明は任意な開閉装置に適用できる。すなわち、本発明は、開閉体がシャッターカーテンとなっているシャッター装置や、ロールブラインド装置、オーニング装置、防煙垂れ幕装置等の任意な開閉装置に適用でき、シャッター装置は、窓や出入口等の開口部をシャッターカーテンで開閉する開口部用シャッター装置でもよく、全閉となったシャッターカーテンで防災区画を形成するための防災用シャッター装置でもよく、車庫用シャッター装置でもよく、物置用シャッター装置でもよく、トラック等の車両の荷台やコンテナのためのシャッター装置等でもよい。そして、防災用シャッター装置には、火災等の災害発生時にシャッターカーテンがエレベータとエレベータホールとの間で閉じ移動するエレベータ用防災シャッター装置が含まれ、また、防災用シャッター装置には、通常時のシャッターカーテンは閉じていたり、人の出入り等のために開閉したりし、火災等の災害発生時には消火活動等を行えるようにするためにシャッターカーテンが開くようになっているシャッター装置も含まれる。
【００３８】
また、本発明をシャッター装置に適用する場合には、シャッターカーテンは任意な材料で形成されているものでよい。すなわち、シャッターカーテンは、その全部又は主要部が複数のスラットの連設で形成されたものでもよく、複数のパネルの連設で形成されたものでもよく、リンクで連結された複数のパイプで形成されたものでもよく、布やシート等の薄厚部材で形成されたものでもよく、ネットで形成されたものでもよく、これらのうちの少なくとも２つの複合で形成されたもの等でもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によると、全開位置に達した開閉体をその全開位置に戻しばねで維持させることができるようになるという効果を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係る開閉装置であるシャッター装置の全体正面図が示され、このシャッター装置は、開閉体であるシャッターカーテン１で建物の出入口１０を開閉するための出入口用シャッター装置である。また、このシャッター装置は、シャッターカーテン１の自重及び手動操作によりシャッターカーテン１を下向きに閉じ移動させ、手動操作によりシャッターカーテン１を上向きに開き移動させる手動式のタイプのものとなっている。
【００４１】
出入口１０の左右両側を形成している壁や柱等による建物躯体１１には、上下に延びるガイドレール２が取り付けられ、これらの左右のガイドレール２の内部に、シャッターカーテン１の幅方向両端部である左右両端部がスライド自在に挿入され、シャッターカーテン１はガイド部材であるガイドレール２に案内されて上下方向に開閉移動可能となっている。出入口１０の上部には、シャッターケース３が配設され、このシャッターケース３の内部に、正逆回転自在となった巻取体４が左右のブラケット５で支持されて水平に架設されている。シャッターカーテン１の上端部はこの巻取体４に連結され、シャッターカーテン１の上下方向の開閉移動は、巻取体４が正逆回転のうちの一方へ回転することによる巻取体４からのシャッターカーテン１の繰り出し、巻取体４が他方へ回転することによって行われる巻取体４へのシャッターカーテン１の巻き取りによりなされ、このシャッターカーテン１の開閉移動は、シャッターケース３の下面３Ａに設けられているまぐさのスリットをシャッターカーテン１が挿通してなされる。
【００４２】
シャッターカーテン１は、閉じ側の先端部である下端部に設けられた座板１Ａと、この座板１Ａの上部に多数連設されたスラット１Ｂとを含んで構成され、座板１Ａがシャッターケース３の下面３Ａのまぐさの高さ位置に達しているときに、シャッターカーテン１は全開位置となっており、座板１Ａが出入口１０の床１０Ａに達したときに、シャッターカーテン１は全閉位置となる。このため、これらの全開位置から全閉位置までの領域が、シャッターカーテン１の開閉移動領域Ｈである。
【００４３】
シャッターカーテン１を構成している多数のスラット１Ｂのうち、シャッターカーテン１が全閉位置となったときに腰と同じ高さ程度にある所定のスラット１Ｂには、左右２個の手掛け部６が設けられ、シャッターカーテン１が全閉位置となっているときに、これら手掛け部６に手を掛けてシャッターカーテン１を持ち上げたり、座板１Ａに操作棒の先端を係合してこの操作棒でシャッターカーテン１を上昇させることにより、シャッターカーテンを、この上昇によって正逆回転のうちの前記他方への回転を行うことになる巻取体４に巻き取らせてシャッターカーテン１を全開位置まで開き移動させることができる。また、全開位置に達しているシャッターカーテン１の座板１Ａに操作棒の先端を係止してこの操作棒でシャッターカーテン１を下降させたり、手掛け部６に手を掛けてシャッターカーテン１を押し下げることを行うことにより又は行わないことにより、シャッターカーテン１の自重を利用して、シャッターカーテン１を、この下降や押し下げによって正逆回転のうちの前記一方への回転を行うことになる巻取体４から繰り出させて全閉位置まで閉じ移動させることができる。
【００４４】
図２には巻取体４の構造が示されている。巻取体４は、回転しない非回転軸となっている中心部の中心軸２０と、シャッターカーテン１の上端部が連結され、中心軸２０を中心に正逆回転自在であって、正逆回転のうちの一方への回転によってシャッターカーテン１を閉じ移動させるためにこのシャッターカーテン１を繰り出し、他方への回転によってシャッターカーテン１を開き移動させるためにこのシャッターカーテン１を巻き取るための回転かご体２１とを含んで構成され、中心軸２０は、軸方向両端部が図１で説明した左右のブラケット５で回転不能に支持されている。回転かご体２１は、中心部に中心軸２０が貫通した複数個、図示例では、４個の回転体２２と、中心軸２０の軸方向に延びる長さを有し、中心軸２０の軸方向に互いに離間して配置されたこれらの回転体２２同士を連結する連結部材となっているバー状部材２３とを含んで構成され、パイプやフラットバー等からなるバー状部材２３は巻取体４の円周方向に複数本設けられている。
【００４５】
中心軸２０に対してそれぞれが正逆回転自在となっている４個の回転体２２の全部は同じ形状及び構造となっており、図３は、これらの回転体２２のうちの１個を示す正断面図である。図４は、図３のＳ４−Ｓ４線断面図、図５は、図３のＳ５−Ｓ５線断面図である。図３で示されているとおり、回転体２２は、中心軸２０の軸方向の一方の端部が略閉鎖された端面部２４Ａとなっていて、他方の端部２４Ｂが開口しているカップ状部材２４と、このカップ状部材２４の開口した端部２４Ｂの側に配置されていて、この開口端部２４Ｂを略閉鎖された端部とする端部部材となっているホイール部材２５との組み合わせによる組合体となっている。カップ状部材２４の内部空間Ｓに、一端から他端に向かって渦巻き状に巻回しているぜんまいばね２６が収納配置されている。
【００４６】
このぜんまいばね２６は、図２で示されているとおり、全部の回転体２２に設けられているとともに、これらのぜんまいばね２６は、材質が同じであって、弾性係数や厚さ、幅等の寸法も同じ、全長も同じとなっている板材を同じ方向へ同じ回数分だけ巻回することによって生産したものである。なお、合計の幅寸法が同じであれば、それぞれのぜんまいばねの幅寸法を異ならせてもよく、また、一部のぜんまいばねの幅寸法を同じとし、他のぜんまいばねの幅を異ならせてもよい。
【００４７】
図３で示されているとおり、ホイール部材２５は、外周面を形成している環状フランジ部２５Ａと、この環状フランジ部２５Ａにおける中心軸２０の軸方向の一方の端部に設けられた端面部２５Ｂとを有する浅皿形状であり、この端面部２５Ｂに、それぞれの回転体２２同士を連結するための前記バー状部材２３が挿通結合されている。また、ホイール部材２５は、開口している中心軸２０の軸方向の他方の端部２５Ｃをカップ状部材２４とは反対側に向け、端面部２５Ｂをカップ状部材２４の側に向けてこのカップ状部材２４に結合されている。この結合は、板金プレス成形品であるカップ状部材２４の胴部２４Ｃの前記開口端部２４Ｂ側の端部に形成されている突片２４Ｄを、ホイール部材２５の端面部２５Ｂに形成された孔２５Ｄに挿入した後、突片２４Ｄを折り曲げることによってなされている（図４も参照）。
【００４８】
以上のことから、本実施形態では、ホイール部材の端面部２５Ｂは、中心軸２０の直径方向へ立ち上がった回転体２２の立上り部となっており、カップ状部材の胴部２４Ｃは、中心軸２０の軸方向の幅を有する回転体２２の筒部となっている。そして、ホイール部材２５は、回転体２２を形成する第１部材となっており、カップ状部材２４は、回転体２２を形成する第２部材となっている。
【００４９】
図３で示されているように、ホイール部材２５はカップ状部材２４よりも大きい外径を有し、この外径の部分を形成しているホイール部材２５の環状フランジ部２５Ａは、図４で示されているように、中心軸２０を中心とする真円状となっておらず、円周方向へ延びるにしたがい中心軸２０からの距離が次第に変化する略渦巻き状の異形円となっている。このため、環状フランジ部２５Ａには、中心軸２０の直径方向へ窪んだ段部２５Ｅが形成され、それぞれの回転体２２における段部２５Ｅにおいて、シャッターカーテン１の上端部がボルト等による結合具でホイール部材２５の環状フランジ部２５Ａの外面に結合されている。このため、それぞれの回転体２２における環状フランジ部２５Ａは、シャッターカーテン１を巻き取り、繰り出すための巻取体４における部分となっている。
【００５０】
このような環状フランジ部２５Ａを有しているホイール部材２５は、上述のように開口端部２５Ｃをカップ状部材２４とは反対側に向けてカップ状部材２４に連結されているため、上記のようにシャッターカーテン１の上端部を環状フランジ部２５Ａの外面に結合するための結合具が、環状フランジ部２５Ａの内面側へ突出する部分を有するボルト、ナット等であっても、この結合作業を、開口端部２５Ｃから作業者が手や工具等を差し入れることによって容易に行える。
【００５１】
また、図２で示されているように、前記中心軸２０の外周面におけるそれぞれの回転体２２の配置位置と対応する位置には、巻芯部材２７が配置されている。これらの巻芯部材２７は、図３で示されているとおり、結合具２８，２９によって中心軸２０に固定されているため、巻芯部材２７は、中心軸２０と同じく、回転しない非回転部材となっている。図４から分かるように、結合具２８は、巻芯部材２７に螺入されて先端が中心軸２０に押圧固定されたボルトであり、また、図３で示されている結合具２９は、巻芯部材２７及び中心軸２０を貫通するボルトと、巻芯部材２７の反対側に突出したこのボルトの先端に螺合されたナットとからなる。
【００５２】
また、図４及び図５から分かるように、巻芯部材２７は丸パイプ部材であり、この巻芯部材２７には、図３で示されているように、カップ状部材２４の配置位置と対応する位置において、軸方向の途中まで延びるスリット２７Ａが形成され、さらに、巻芯部材２７の軸方向両端部には、切り倒し加工による受け片２７Ｂが形成され、巻芯部材２７の円周方向に等間隔で複数形成されているこれら受け片２７Ｂにより、巻芯部材２７は中心軸２０と同軸的に配置され、言い換えると、巻芯部材２７は、全周に亘って中心軸２０から同じ又は略同じ大きさの隙間を開けて中心軸２０上に配置されている。
【００５３】
図３に示されているように、カップ状部材２４の前記端面部２４Ａと、ホイール部材２５の前記端面部２５Ｂには、中心軸２０及び巻芯部材２７が挿通された孔３０，３１が形成され、これらの孔３０，３１は僅かな隙間を開けて巻芯部材２７が遊合した孔であるため、カップ状部材２４の端面部２４Ａによる端部と、ホイール部材２５の端面部２５Ｂによる端部は、略閉鎖された端部となっている。このため、カップ状部材２４の前記内部空間Ｓは、略密閉空間となっており、このように前記ぜんまいばね２６が収納された内部空間Ｓが略密閉空間となっていることにより、ぜんまいばね２６に空気中の水分等に起因する錆が発生しにくく、また、ぜんまいばね２６は外部力から略遮断され、ぜんまいばね２６を外部環境から保護することができる。
【００５４】
なお、ぜんまいばね２６が収納されているこの内部空間Ｓを密閉性が一層向上した略密閉空間又は密閉空間とするために、カップ状部材２４、ホイール部材２５に取り付けられて巻芯部材２７と回転自在に接触するシール部材により、孔３０，３１を塞いでもよい。
【００５５】
図３で示すように、ホイール部材２５と巻芯部材２７との間には軸受け３５が配置され、この軸受け３５により、ホイール部材２５とカップ状部材２４は巻芯部材２７に対して回転自在となっている。軸受け３５は、外輪部材３５Ａと、内輪部材３５Ｂと、これらの外輪部材３５Ａと内輪部材３５Ｂとの間において円周方向に複数個配設され、それぞれがリテーナ３５Ｃで回転自在に保持されているボール３５Ｄとを有するボール式軸受けであり、外輪部材３５Ａはリベット等の止着具３６（図４参照）でホイール部材２５の端面部２５Ｂに止着されており、内輪部材３５Ｂは、前述した結合具２８によって巻芯部材２７と共に中心軸２０に結合されている。
【００５６】
図５で示すように、前記内部空間Ｓに配置されているぜんまいばね２６の一方の端部である内端部２６Ａは折り曲げられることにより、巻芯部材２７の被係止部であるスリット２７Ａに係止されている。また、ぜんまいばね２６の他方の端部である外端部２６Ｂは折り曲げられることにより、カップ状部材２４の胴部２４Ｃの被係止片２４Ｅに係止されている。巻取体４の円周方向へ延びる長さを有しているこの被係止片２４Ｅは、胴部２４Ｃに外径方向への膨出部２４Ｆをプレス成形等で形成する際に、一部を膨出させずに切り残すことによって形成されたものである。
【００５７】
このようにぜんまいばね２６の内端部２６Ａは、前記巻取体４の中心に配置された中心軸２０と結合されて非回転部材となっている巻芯部材２７に連結され、外端部２６Ｂは、中心軸２０を中心に回転自在となっている前記回転体２２の構成部材であるカップ状部材２４に結合されている。また、ぜんまいばね２６の巻回方向は、ホイール部材２５の環状フランジ部２５Ａに巻き取られているシャッターカーテン１を繰り出す方向に巻取体４が中心軸２０を中心に回転（図５中、右回転）したときに、ぜんまいばね２６が巻き締められる方向になっている。そして、ぜんまいばね２６の内端部２６Ａ及び外端部２６Ｂは、巻取体４の円周方向に折り曲げられて巻芯部材２７のスリット２７Ａ、カップ状部材２４の胴部２４Ｃの被係止片２４Ｅに係止されているが、これらの内端部２６Ａ及び外端部２６Ｂの折り曲げ方向は互いに反対側になっているとともに、これらの折り曲げ方向は、上述のようにホイール部材２５の環状フランジ部２５Ａに巻き取られているシャッターカーテン１を繰り出す方向に巻取体４が中心軸２０を中心に回転したときに、内端部２６Ａ、外端部２６Ｂがスリット２７Ａ、被係止部２４Ｅから離脱せず、ぜんまいばね２６を巻き締めることができる方向になっている。
【００５８】
このため、シャッターカーテン１が巻取体４から繰り出されて閉じ移動すると、ぜんまいばね２６には巻き締めによって戻しばね力が蓄圧されることになり、シャッターカーテン１を開き移動させてこのシャッターカーテン１を巻取体４に巻き取らせるときには、この蓄圧された戻しばね力が巻取体４の回転を補助するための補助力として利用される。これにより、前述した手掛け部６や操作棒を用いた手動操作によってシャッターカーテン１を上方へ開き移動させる際、この開き移動を軽く行うことができる。
【００５９】
図６には、ぜんまいばね２６の巻き締め初期の状態が示され、図７には、巻き締め終期の状態が示されている。図６の巻き締め初期では、ぜんまいばね２６の外層部は、内外に隣接している２つの巻き部が互いに接触している密巻き部２６Ｃとなっていて、内層部は、内外に隣接している２つの巻き部が互いに接触していない粗巻き部２６Ｄとなっており、図７の巻き締め終期では、ぜんまいばね２６の外層部は、内外に隣接している２つの巻き部が互いに接触していない粗巻き部２６Ｅとなっていて、内層部は、内外に隣接している２つの巻き部が互いに接触している密巻き部２６Ｆとなっている。図６及び図７の密巻き部２６Ｃ、２６Ｆは、理解の便宜のため、内外に隣接している２つの巻き部が互いに接触していない状態で示されている。
【００６０】
それぞれのぜんまいばね２６の弾性係数をＥ、厚さ寸法をｈ、全部のぜんまいばね２６の合計の幅寸法をｂとし、かつ、ぜんまいばね２６の巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ、この有効長さＬについてのぜんまいばね２６の巻回数をＮとしたとき、前述したように、ぜんまいばね２６の巻き締めによって生ずるこのぜんまいばね２６の戻しばね力による中心軸２０回りの理論上のトルクＴは、Ｔ＝πＥｂｈ３Ｎ／６Ｌとなる。
【００６１】
図８は、横軸を巻取体４の回転数とし、縦軸を巻取体４の中心軸２０回りのトルクとしたグラフである。この図８には、巻き締められることによって戻しばね力が増加するぜんまいばね２６の上記式（Ｔ＝πＥｂｈ３Ｎ／６Ｌ）で表されるトルクＴの変化がラインＡで示され、また、図８には、ぜんまいばね２６の巻き締めに関する巻き締め初期範囲αと中間範囲βとの境界位置と一致しているシャッターカーテン１の前記全開位置と、中間範囲βと巻き締め終期範囲γとの境界位置と一致しているシャッターカーテン１の前記全閉位置とが示されている。
【００６２】
ぜんまいばね２６の全長のうちの大部分が内外に接触している図６の巻き締め初期の状態から、ぜんまいばね２６がシャッターカーテン１を繰り出す方向と同じ方向へ巻き締め始められると、内外に互いに接触していた図６の密巻き部２６Ｃが減少してぜんまいばね２６の有効長さＬが増大する。しかし、このときの有効長さＬはまだ短く、また、この有効長さＬについてのぜんまいばね２６の巻回数Ｎは増加するため、上記式（Ｔ＝πＥｂｈ３Ｎ／６Ｌ）により、図８のラインＡで示されているように、巻き締め初期範囲αの全部と、全開位置を越えた中間範囲βの初期部分とにおいて、トルクＴは、巻取体４の回転数が増すと、次第に小さくなる大きな増加率で増大する。その後、ぜんまいばね２６の有効長さＬがぜんまいばね２６の全長と同じ又は略同じである一定値又は略一定値となって、巻回数Ｎだけが増加するため、トルクＴの増加率は次第に低下した後に、このトルクＴの増加率は一定値又は略一定値となる。このようにトルクＴの増加率が一定値又は略一定値となって推移することは、全閉位置を越えた巻き締め終期範囲γの初期部分まで継続する。さらにぜんまいばね２６が巻き締められると、図７の内外に互いに接触する密巻き部２６Ｆが増加してぜんまいばね２６の有効長さＬが減少し、かつぜんまいばね２６の巻回数Ｎも増加するため、上記式（Ｔ＝πＥｂｈ３Ｎ／６Ｌ）により、図８のラインＡで示されているように、トルクＴの増加率は、巻き締め終期範囲γの中間部分と終期部分とにおいて、再び増大する。
【００６３】
以上のことを言い換えると、シャッターカーテン１の全開位置は、ぜんまいばね２６のトルクＴが次第に小さくなる増加率が増大している範囲内の位置に設定されており、シャッターカーテン１の全閉位置は、ぜんまいばね２６のトルクＴの増加率が一定値又は略一定値となっている範囲内の位置に設定されているということである。
【００６４】
図８には、シャッターカーテン１を上向きに開き移動させようとしたときに必要となる巻取体４の中心軸２０回りのトルクの変化がラインＢで示されている。このトルクは、巻取体４から繰り出されている図５で示すシャッターカーテン１の部分の自重（座板１Ａの重量を含む）Ｗによる中心軸２０回りの自重トルクと、シャッターカーテン１を上方へ開き移動させようとした際に、図１で示したガイドレール２とシャッターカーテン１との摩擦等に基づき生ずる抵抗力による中心軸２０回りの抵抗トルクとの合計値である。シャッターカーテン１の自重Ｗによる自重トルクは、自重Ｗと、図５で示す中心軸２０の中心部からこの自重Ｗが作用している位置までの水平距離Ｒ、言い換えると、中心軸２０の中心部からのシャッターカーテン１の巻径Ｒとを積算した値となる。
【００６５】
また、図８には、シャッターカーテン１を下向きに閉じ移動させようとする巻取体４の中心軸２０回りのトルクの変化がラインＣで示されている。このトルクは、巻取体４から繰り出されているシャッターカーテン１の部分の自重Ｗによる中心軸２０回りの自重トルクから、シャッターカーテン１が下向きに閉じ移動しようとしたときにガイドレール２とシャッターカーテン１との摩擦等に基づき生ずる上向きの抵抗力による中心軸２０回りの抵抗トルクを差し引いた値となる。
【００６６】
なお、自重Ｗによる自重トルクの大きさと、自重Ｗに基づき生ずる上向きの抵抗力による抵抗トルクの大きさとが同じである場合には、シャッターカーテン１を下向きに閉じ移動させようとする巻取体４の中心軸２０回りのトルクは、ゼロとなる。そして、シャッターカーテン１の開閉移動領域Ｈの全体において、これらの自重トルクと抵抗トルクの大きさが同じである場合には、ラインＣは、シャッターカーテン１の開閉移動領域Ｈの範囲において、図８の横軸と一致することになる。
【００６７】
ラインＢで示されたトルクとラインＣで示されたトルクにおける自重トルクは、上述のように、巻取体４から繰り出されているシャッターカーテン１の部分の自重Ｗと、中心軸２０の中心部からこの自重Ｗが作用している位置までの水平距離Ｒとの関数となっており、これらの自重Ｗと水平距離Ｒのいずれも、巻取体４からのシャッターカーテン１の繰り出し量（巻取体４の回転数）と関係している。このため、シャッターカーテン１を上向きに開き移動させるために必要な中心軸２０回りのトルクも、シャッターカーテン１を下向きに閉じ移動させようとする中心軸２０回りのトルク（ラインＣが図８の横軸と一致する場合を除く）も、図８のラインＢ及びＣで示されているとおり、巻取体４の回転数に対して直線的に変化せず、曲線的に変化する。なお、シャッターカーテンの厚さが大きく及び／又はシャッターカーテンの質量が大きい場合には、巻取体４が１回転したときの水平距離Ｒや自重Ｗの変化量が大きいため、この曲線的変化は顕著となる。
【００６８】
また、シャッターカーテン１の巻径Ｒは、このシャッターカーテン１を構成している前記スラット１Ｂの厚さ等の関係により、実際には巻取体４の回転数に対して滑らかに変化しないため、実際のラインＢ，Ｃは図８で示されているようには滑らかなに変化せず、凹凸を生じながら全体として図８のラインＢ，Ｃのように変化する。
【００６９】
本実施形態では、シャッターカーテン１の全開時におけるぜんまいばね２６の巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ１、この有効長さについてのぜんまいばね２６の巻回数をＮ１、全開時におけるシャッターカーテン１の自重による巻取体４の中心軸回りの自重トルクをＴ１、全開時のシャッターカーテン１が下方へ閉じ移動しようとしたときにシャッターカーテン１とこのシャッターカーテン１の移動を案内するガイドレール２との間に生ずる摩擦力等に基づく巻取体４の中心軸回りの上向きの抵抗トルクをＴ’１としたときに、Ｔ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１の関係が成立する構成となっている。このため、全開位置に達したシャッターカーテン１は、全開位置に配置された前記まぐさにぜんまいばね２６によるトルクＴによって当接した全開状態を維持することになる。
【００７０】
また、本実施形態では、シャッターカーテン１の全閉時におけるぜんまいばね２６の巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ２、この有効長さＬ２についてのぜんまいばね２６の巻回数をＮ２、全閉時におけるシャッターカーテン１の自重による巻取体４の中心軸回りの自重トルクをＴ２、全閉時のシャッターカーテン１が上方へ開き移動しようとしたときにシャッターカーテン１とこのシャッターカーテン１の移動を案内するガイドレール２との間に生ずる摩擦力等に基づく巻取体４の中心軸回りの下向きの抵抗トルクをＴ’２としたき、πＥｂｈ３Ｎ２／６Ｌ２≦Ｔ２＋Ｔ’２の関係が成立する構成となっている。このため、全閉位置に達したシャッターカーテン１は、ぜんまいばね２６のトルクＴによってその全閉状態から開き移動しないでその全閉状態を維持することになる。
【００７１】
さらに本実施形態では、シャッターカーテン１が全開位置に達する手前の位置となっている途中位置において、ぜんまいばね２６の巻回されている全長のうちの互いに内外に接触していない有効長さをＬ３、この有効長さＬ３についてのぜんまいばねの巻回数をＮ３、上記途中位置におけるシャッターカーテン１の自重による巻取体４の中心軸回りの自重トルクをＴ３、上記途中位置におけるシャッターカーテン１が上方へ開き移動しようとしたときにシャッターカーテン１とこのシャッターカーテン１の移動を案内するガイドレール２との間に生ずる摩擦力等に基づく巻取体４の中心軸回りの下向きの抵抗トルクをＴ’３としたとき、Ｔ３＋Ｔ’３＜πＥｂｈ３Ｎ３／６Ｌ３の関係が成立し、かつこの関係が途中位置から全開位置までの範囲で成立するようになっている。
【００７２】
これにより、シャッターカーテン１を全閉位置から上記途中位置まで手動操作で開き移動させた後は、シャッターカーテン１は、ぜんまいばね２６のトルクＴによって自ずと全開位置まで開き移動する。
【００７３】
なお、上記途中位置は、全開位置に近い略全開位置でもよい。
【００７４】
また、シャッターカーテン１が全開位置に達しているときに、シャッターカーテン１に予定外の下向きの外部力が作用してもシャッターカーテンが下向きに閉じ移動しないようにするため、巻取体４に、この巻取体４の回転を阻止する手動式のブレーキ装置を設けたり、前記まぐさ等の配置箇所に、座板等のシャッターカーテン構成部材に係脱自在に係合する係合部材を備えた手動式のストップ装置を設けたりし、シャッターカーテン１を下向きの閉じ移動させる際には、手動操作によってこれらのブレーキ装置やストップ装置を解除できるようにしてもよい。
【００７５】
また、図８には、ラインＡ１、Ａ２が示され、これらのラインＡ１、Ａ２は、ラインＡで示されたぜんまいばね２６の理論上の前記トルクＴに対して、ぜんまいばね２６の現実の材料や巻き込み状態等に基づいて発生するヒステリシスが考慮されたぜんまいばね２６のトルクを示しており、ラインＡ１は、ぜんまいばね２６が巻き締められながらシャッターカーテン１が全開位置から全閉位置に達する場合であり、ラインＡ２は、その反対の場合である。本実施形態では、ぜんまいばね２６のトルクＴがこのようなヒステリシスの影響を受けた値となっていても、前述したＴ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１の関係と、πＥｂｈ３Ｎ２／６Ｌ２≦Ｔ２＋Ｔ’２の関係と、Ｔ３＋Ｔ’３＜πＥｂｈ３Ｎ３／６Ｌ３の関係が成立するようになっている。
【００７６】
言い換えると、これらの関係が成立するように、本実施形態では、ぜんまいばね２６の弾性係数Ｅ、厚さ寸法ｈ、幅寸法ｂを選定し、ぜんまいばね２６の巻回数に対するシャッターカーテン１の全開位置、全閉位置等を設定している。
【００７７】
そして、図８で示されているように、ラインＡ１、Ａ２で示されているトルクよりもラインＢで示されたトルクが大きくなっていて、ラインＡ１、Ａ２で示されているトルクよりもラインＣで示されたトルクが小さくなっている領域を設けることにより、この領域では、シャッターカーテン１に開き移動操作力や閉じ移動操作力を作用させない状態でシャッターカーテン１をその位置に停止させることができ、また、シャッターカーテン１を開き移動させるためには、ラインＡ１、Ａ２で示されているトルクとラインＢで示されたトルクとの差に相当する操作力をシャッターカーテン１に作用させればよくなり、シャッターカーテン１を閉じ移動させるためには、ラインＡ１、Ａ２で示されているトルクとラインＣで示されたトルクとの差に相当する操作力をシャッターカーテン１に作用させればよくなる。
【００７８】
なお、上記操作力は手操作によるものであるが、本実施形態は、この操作力を電動モータ等の駆動装置によるものとした場合にも適用でき、このように上記操作力を電動モータ等の駆動装置によるものとした場合には、この駆動装置の小さな駆動力によってシャッターカーテンを開閉移動させることができる。
【００７９】
以上の本実施形態によると、Ｔ１−Ｔ’１≦πＥｂｈ３Ｎ１／６Ｌ１の関係が成立しているため、全開位置に達したシャッターカーテン１を、全開位置に配置されたまぐさにぜんまいばね２６によるトルクＴによって当接させた全開状態に維持できることになる。
【００８０】
また、πＥｂｈ３Ｎ２／６Ｌ２≦Ｔ２＋Ｔ’２の関係も成立しているため、全閉位置に達したシャッターカーテン１をその全閉状態から開き移動させずに全閉状態を維持させることができる。
【００８１】
また、Ｔ３＋Ｔ’３＜πＥｂｈ３Ｎ３／６Ｌ３の関係も成立しているため、シャッターカーテン１を全閉位置から上記途中位置まで手動操作で開き移動させた後は、シャッターカーテン１をぜんまいばね２６のトルクで自ずと全開位置まで開き移動させることができる。このようにシャッターカーテン１が上記途中位置から全開位置までぜんまいばね２６のトルクで自ずと開き移動するようになっている構成は、上下の開閉距離が長く、全開位置まで手や手で操作される操作部材が届かないシャッター装置、例えば、シャッターカーテン１の図１で示した開閉移動領域Ｈがシャッターカーテン１の幅寸法よりも大きくなっているシャッター装置にとって特に有効となり、このシャッターカーテン１の幅寸法に対する開閉移動領域Ｈの大きさは、２〜３倍やそれ以上でもよい。
【００８２】
ところで、ぜんまいばね２６の所定大きさのトルクＴが図８の開閉移動領域Ｈで適確に使用されるようにするためには、シャッターカーテン１の全開時、全閉時等のぜんまいばね２６の巻き締め状態が図８のラインＡで示されたトルク特性を実現できるものとなっていなければならず、これを実現できる作業を、ぜんまいばね２６について実施しなければならない。この作業は、以下のように行う。
【００８３】
それぞれの回転体２２の巻芯部材２７を図３で示した前記結合具２８，２９で中心軸２０に結合する前に、これらの回転体２２と前記バー状部材２３とで形成された巻取体４の回転を図示しない拘束具等で止めながら、図３で示す工具４０によってそれぞれの巻芯部材２７を中心軸２０に対して回転させ、これにより、カップ状部材２４の内部空間Ｓに収納されているそれぞれのぜんまいばね２６を巻き締める。工具４０は、巻芯部材２７の軸方向端部に前記受け片２７Ｂを切り倒し加工によって形成した際に生ずる切り欠き部４１に係合する突起を備えているものであり、工具４０を回転操作すると、突起からの回転力によって巻芯部材２７は中心軸２０を中心に回転する。このような回転操作によってそれぞれのぜんまいばね２６は巻き締められ、これらのぜんまいばね２６に戻しばね力が生じ、これらのぜんまいばね２６の巻き締めは、言い換えると、これらのぜんまいばね２６に戻しばね力を蓄圧する作業は、シャッターカーテン１の全閉時における全部のぜんまいばね２６の戻しばね力による巻取体４の中心軸２０回りのトルクと同じ大きさのトルクがこれらのぜんまいばね２６によって生ずるまで行う。
【００８４】
この後、それぞれの回転体２２における巻芯部材２７を前記結合具２８，２９で中心軸２０に結合するとともに、前記軸受け３５の外輪部材３５Ａに形成されている孔４２、内輪部材３５Ｂに形成されている孔４３、巻芯部材２７に形成されている孔４４、さらに中心軸２０に形成されている孔にボルトを挿通し、反対側まで貫通させたこのボルトの端部にナットを螺合する。これにより、これらのボルトとナットによる結合具によって巻芯部材２７と回転体２２を中心軸２０に固定される。
【００８５】
なお、内輪部材３５Ｂと巻芯部材２７の孔４３，４４は円周方向に複数形成されており、このため、ぜんまいばね２６の巻き締めによる戻しばね力が所定値となったときにぜんまいばね２６の巻き締め作業を終了させても、その戻しばね力又はその戻しばね力に近い戻しばね力を維持した状態で、上記ボルトとナットによる結合具により、巻芯部材２７と回転体２２を中心軸２０に固定することができる。また、上記結合具２９のボルトを挿通するための巻芯部材２７の孔も円周方向に複数形成されている。
【００８６】
次いで、予め座板１Ａを取り外したシャッターカーテン１を、図１で示されているシャッターケース３の下面３Ａに形成されているまぐさに上方から吊り落としながら挿入する作業を行い、まぐさの下方に突出したシャッターカーテン１の幅方向両端部を左右のガイドレール２の内部に挿入した後、座板１Ａの取り付けを行い、さらにシャッターカーテン１を全閉位置まで降ろす。この後、シャッターカーテン１の上端部を、前述したように、それぞれの回転体２２のホイール部材２５の環状フランジ部２５Ａに結合する作業を行う。そして、軸受け３５の外輪部材３５Ａの孔４２、内輪部材３５Ｂの孔４３、巻芯部材２７の孔４４、さらに中心軸２０の孔に挿通されていた前記ボルトから前記ナットを取り外してこのボルトを引き抜く作業を行い、結合具２８，２９はそのまま残す。
【００８７】
これにより、ぜんまいばね２６に蓄圧されていた戻しばね力は解放可能状態となり、それぞれの回転体２２とバー状部材２３からなる巻取体４は中心軸２０を中心に回転自在となるため、シャッターカーテン１に小さな押し上げ力を与えることにより、巻取体４は、ぜんまいばね２６の既に蓄圧されていた戻しばね力を回転付勢力として利用しながらシャッターカーテン１を開き移動させる回転を行い、シャッターカーテン１は全開位置に達する。
【００８８】
これにより、シャッターカーテン１の全開時、全閉時等における全部のぜんまいばね２６の巻き締め状態は、図８のラインＡで示されたトルク特性を実現できるものとなる。
【００８９】
以上説明した本実施形態において、図３で説明したように、巻取体４を形成する部材となっているそれぞれの回転体２２において、ホイール部材２５の端面部２５Ｂは、中心軸２０の直径方向へ立ち上がった立上り部となっており、また、カップ状部材２４の胴部２４Ｃは、中心軸２０の軸方向への幅を有する筒部となっており、それぞれの回転体２２は、このような立上り部２５Ｂと筒部２４Ｃとを有する形状、構造となっている。そして、ぜんまいばね２６の折り曲げられた外端部２６Ｂは、図５で説明したように、筒部２４Ｃに形成されている被係止部２４Ｅに係止されており、前述したように、この外端部２６Ｂの折り曲げ方向と、巻芯部材２７にスリット２７Ａに係止されているぜんまいばね２６の内端部２６Ａの折り曲げ方向は、互いに巻取体４の円周方向の反対側となっている。これにより、ホイール部材２５の環状フランジ部２５Ａに巻き取られているシャッターカーテン１を繰り出す方向に巻取体４が中心軸２０を中心に回転したときに、ぜんまいばね２６を、内端部２６Ａと外端部２６Ｂがスリット２７Ａ、被係止部２４Ｅから外れることなく、巻き締めることができる。
【００９０】
ところで、それぞれの回転体２２のなかに、立上り部２５Ｂに対する筒部２４Ｃの位置が互いに中心軸２０の軸方向の反対側となっている２種類の回転体を設けた場合には、これらの回転体のうちの一つとして、図３で示された回転体２２をそのまま用いることができても、他の回転体として、図３で示された回転体２２を、中心軸２０の軸方向の向きを反転させてそのまま用いることはできない。なぜなら、中心軸２０の軸方向の向きを反転させた回転体２２については、ぜんまいばね２６の外端部２６Ｂを係止するための被係止部２４Ｅの向きが図５の向きとは反対側となってしまい、外端部２６Ｂを被係止部２４Ｅに係止することはできず、ぜんまいばね２６を巻き締めることができないからである。
【００９１】
このため、本実施形態では、図２で示されているように、それぞれの回転体２２を、筒部２４Ｃが立上り部２５Ｂに対して中心軸２０の軸方向の同じ側となるように配置している。これにより、全部の回転体２２の形状、構造を同じにでき、これらの回転体２２を共通化できることにより、巻取体４全体の製造コストの低減や、これらの回転体２２を中心軸２０に配置する際の作業の容易化を達成することができる。
【００９２】
また、本実施形態によると、それぞれの回転体２２に設けるぜんまいばね２６は、巻回方向が同じになっているぜんまいばねでよく、したがって、全部のぜんまいばね２６を共通化することもできる。
【００９３】
また、本実施形態では、ぜんまいばね２６の内端部２６Ａは中心軸２０に係止されておらず、この内端部２６Ａは、それぞれの回転体２２ごとに用意された巻芯部材２７に係止されているため、１個のぜんまいばね２６について、回転体２２とぜんまいばね２６と巻芯部材２７とからなるぜんまいばねユニットを形成することができ、複数個のぜんまいばねユニットを中心軸２０に配置するだけでそれぞれのぜんまいばね２６が中心軸２０に配置されたことになり、また、それぞれのぜんまいばねユニットを前述したバー状部材２３で連結することにより、前述した回転かご体２１を形成することができ、これらの作業を容易に行える。
【００９４】
さらに、本実施形態では、それぞれの回転体２２は一つの部材によって形成されておらず、立上り部２５Ｂを備える第１部材となっているホイール部材２５と、筒部２４Ｃを備える第２部材となっているカップ状部材２４とを結合することによって形成されているため、被係止部２４Ｅを有する回転体２２をプレス加工等によって容易に製造することができる。
【００９５】
また、本実施形態では、戻しばねとしてぜんまいばね２６が用いられ、このぜんまいばね２６は、中心軸２０の軸方向の同じ位置又は略同じ位置で一方の端部から他方の端部へ渦巻き状に巻回している渦巻きばねであるため、中心軸２０の軸方向の幅寸法は小さく、このため、巻取体４の全体の軸長を短くすることができる。また、ぜんまいばね２６は、厚さが小さい板材を渦巻き状に巻回したものであるため、ぜんまいばね２６を直径方向の寸法が小さい前記空間Ｓに収納配置することができ、これにより、巻取体４の全体の直径寸法も小さくできる。
【００９６】
以上説明したシャッター装置は、シャッターカーテン１の開閉移動を手動操作で行う手動式のものであったが、次に、シャッターカーテン１の開閉移動を自動で行う自動式のシャッター装置についての実施形態を説明する。
【００９７】
図９で示した実施形態の巻取体４における中心軸２０の両端部を支持する左右のブラケット５のうち、回転体２２の筒部２４Ｃが形成されているカップ状部材２４が向いている側のブラケット５には、電動モータとブレーキの組み合わせからなる開閉機５０が取り付けられ、駆動装置であるこの開閉機５０の駆動軸５０Ａにはピニオンギヤ５１が取り付けられている。また、複数個の回転体２２のうち、開閉機５０に最も近い回転体２２のカップ状部材２４の外周面には、すなわち、筒部２４Ｃの外周面にはリングギヤ５２が取り付けられ、このリングギヤ５２の外周部に形成されている歯にピニオンギヤ５１が噛合している。このため、開閉機５０から巻取体４へ、ピニオンギヤ５１とリングギヤ５２を介して正逆回転の回転力が付与される。
【００９８】
この実施形態によると、中心軸２０の軸方向に配置された複数個の回転体２２同士を連結するバー状部材２３の長さが、中心軸２０の軸方向の両端に配置された回転体２２までの長さとなっており、このため、バー状部材２３が開閉機５０に最も近い回転体２２を越えて開閉機５０側へ延長されない長さとなっていて、このバー状部材２３にリングギヤ５２を取り付けることができなくても、開閉機５０に最も近い回転体２２のカップ状部材２４を利用することにより、巻取体４へのリングギヤ５２の取り付けを行えることになる。
【００９９】
図１０は、別実施形態に係る自動式のシャッター装置を示し、図１１は、図１０のＳ１１−Ｓ１１線断面図である。
【０１００】
中心軸２０の軸方向に互いに隣り合って配置された２個の回転体２２の間において、図１１で示されているように、上ブラケット部材６０と下ブラケット部材６１が中心軸２０を挟着しながらビス等の結合具６２で互いに結合され、長軸のビス等による回り止め部材６３で中心軸２０に対して回り止めされた上ブラケット部材６０には、図１０で示されているように、電動モータとブレーキの組み合わせからなる開閉機７０が取り付けられ、駆動装置であるこの開閉機７０の駆動軸７０Ａにはピニオンギヤ７１が取り付けられている。それぞれの回転体２２を連結するバー状部材２３にはリングギヤ７２が取り付けられ、この取り付けは、図１１で示されているように、リングギヤ７２に形成した凹部７２Ａにバー状部材２３を嵌合することにより行われ、このリングギヤ７２の内周部に形成されている歯にピニオンギヤ７１が噛合している。このため、この実施形態でも開閉機７０から巻取体４へ、ピニオンギヤ７１とリングギヤ７２を介して正逆回転の回転力が付与される。
【０１０１】
この実施形態によると、それぞれの回転体２２に設けられている戻しばねは、ねじりコイルばね等よりも中心軸２０の軸方向の幅寸法が小さいぜんまいばね２６であるため、中心軸２０の軸方向に互いに隣り合って配置されている２個の回転体２２の間に開閉機７０を配置しても、巻取体４の全体の軸長を小さくすることが可能となる。これにより、巻取体４を任意な大きさに設定することができ、巻取体４の大きさを必要に応じてコンパクト化することも実現できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、開閉体を上下に開閉移動させるためにこの開閉体を巻き取り、繰り出す巻取体に、この巻き取り、繰り出しのための巻取体の一方の回転時に蓄圧された戻しばね力が巻取体の他方の回転のために利用されるぜんまいばねを設ける場合に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施形態に係る開閉装置であるシャッター装置の全体を示す正面図である。
【図２】シャッターカーテンが巻き取られ、繰り出される巻取体を示す正面図である。
【図３】巻取体の構成部材である回転体を示す正断面図である。
【図４】図３のＳ４−Ｓ４線断面図である。
【図５】図３のＳ５−Ｓ５線断面図である。
【図６】戻しばねであるぜんまいばねの巻き締め初期状態を図５と同じ方向から見た図である。
【図７】ぜんまいばねの巻き締め終期状態を図５と同じ方向から見た図である。
【図８】ぜんまいばねの戻しばね力による中心軸回りのトルクと、シャッターカーテンの開閉移動に関する中心軸回りのトルクとを示すグラフである。
【図９】シャッターカーテンの開閉移動を自動で行う自動式のシャッター装置の巻取体構造を示す平断面図である。
【図１０】別実施形態に係る自動式のシャッター装置の巻取体構造を示す平断面図である。
【図１１】図１０のＳ１１−Ｓ１１線断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  開閉体であるシャッターカーテン
２  ガイド部材であるガイドレール
４  巻取体
２０  中心軸
２２  回転体
２４  第２部材であるカップ状部材
２５  第１部材であるホイール部材
２４Ｃ  回転体の筒部であって、カップ状部材の胴部
２５Ｂ  回転体の立上り部であって、ホイール部材の端面部
２６  ぜんまいばね
２６Ａ  ぜんまいばねの内端部
２６Ｂ  ぜんまいばねの外端部
２６Ｃ，２６Ｆ  ぜんまいばねの密巻き部
２６Ｄ，２６Ｅ  ぜんまいばねの粗巻き部
２７  巻芯部材
５０，７０  駆動装置である開閉機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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