(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引き戸の開放移動に伴って自閉装置本体のピニオンギヤを回転させてゼンマイを巻上げ、このゼンマイの巻戻しによる反発力を利用して、引き戸の閉動作を行なわせるようにした引き戸自閉装置であって、前記ゼンマイを前記ピニオンギヤとは別個のギヤ軸のゼンマイギヤに係脱自在にするとともに、このゼンマイギヤと前記ピニオンギヤのギヤ比を異ならせて直接または間接的に噛合させることによって、ゼンマイに蓄積される反発力の蓄積量を軽減し、かつ引き戸の見かけ上の重さを重くし、これによって引き戸の開放時に必要となる力および閉鎖時の引き戸の速度を制御するようにし、また、前記ゼンマイの両端部を、ケース等の固定部や、回転軸等に直接結合しないでフリーな状態にし、それぞれの係合部に係脱自在にしていることを特徴とする引き戸自閉装置。
【請求項２】
前記ゼンマイの一端側の係脱機構は、ゼンマイを巻き上げる際や、ゼンマイの反発力を調整する際にゼンマイを巻き過ぎてゼンマイの変形や損傷等を招くのを防止するための係脱機構として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の引き戸自閉装置。
【請求項３】
前記自閉装置本体には、ゼンマイの反発力を調整するための反発力調整機構が設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の引き戸自閉装置。
【請求項４】
前記ゼンマイの反発力を調整するための反発力調整機構は、前記ゼンマイの反発力蓄積機構に接続可能なゼンマイ端とは逆端に円周状に配設され且つゼンマイの円周端部の位置を規制するゼンマイ位置規制ギヤを回転させるように構成されることを特徴とする請求項３に記載の引き戸自閉装置。
【請求項５】
前記自閉装置本体は、引き戸の上部に周囲が開放された状態で取り付け可能にされることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の引き戸自閉装置。
【請求項６】
前記反発力調整機構は、前記ゼンマイ位置規制ギヤに噛合する調整ギヤを備えており、この調整ギヤを回転させるための調整部の一部は、自閉装置本体のケース外部に露出し、またこの調整部の露出部分には、ギヤ軸を回転させるための治具の先端が係合可能な溝が形成されることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の引き戸自閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引き戸を開放した際にゼンマイを巻き上げ、その巻戻しによる反発力を利用して引き戸を自動的に閉鎖させるような自閉装置において、部品点数の削減を図ると同時に保守点検作業等を簡単にするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、引き戸を開放する際、ピニオンラック機構等により、途中にギヤ等を介することなく直接ピニオンギヤ等に装着されるゼンマイを巻き上げておき、開放が終えた後、ゼンマイの復元反発力により引き戸が自動的に閉まるような自閉装置が知られており（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）、このような自閉装置においては、引き戸本体の開放度が増すに連れて引き戸を閉鎖させるための反発力がゼンマイに加算されていくため、引き戸の開放方向への動きが重くなるとともに、逆に閉まるときは、引き戸の閉止方向への走行速度が速くなり、閉止時に戸枠が衝撃を受けて騒音や損傷や手指や身体の受傷等の恐れがあることから、装置本体内部にオイルダンパを設け、引き戸がゆっくりとほぼ一定の速度で閉まるようにしている。
【特許文献１】特許第３３９８６５０号公報
【特許文献２】特許第３７６６６６７号公報
【特許文献３】特許第３８２２１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のコイルスプリングや、スプリングの弾性によって閉止方向への力を付与した自閉式引き戸においては、引き戸本体の開放度が増加するに連れて、引き戸に対する閉止方向への力が順次加算され、また、オイルダンパを設ける場合でも、引き戸を開放する際、引き戸の開放方向への動きが重くなるという欠点を解消することはできなかった。
また、外気温度等によってオイルの粘性が変化すると制動特性も変化するようになり、この際、引き戸の閉止方向への走行速度を完全に制御できない場合には、戸枠への衝突や騒音や手指等の身体への受傷という危険性を完全に防止することはできなかった。しかも、オイルダンパを使用する場合は、オイル漏れ等の心配もあった。
さらに、従来の自閉装置は、装置本体が引き戸に形成される掘り込み式の穴の内部に装着されるため、施工に手間がかかり、また、保守整備にも時間と手間を要するという問題もあった。
【０００４】
そこで本発明は、引き戸の閉鎖速度を制動する機構の簡素化を図ると同時に、引き戸の開放に無駄な力を必要とせず、しかも、装置本体を引き戸に取付けるための施行や保守整備にかかる手間や時間を省くことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明は、引き戸の開放移動に伴って自閉装置本体のピニオンギヤを回転させてゼンマイを巻上げ、このゼンマイの巻戻しによる反発力を利用して、引き戸の閉動作を行なわせるようにした引き戸自閉装置において、前記ゼンマイを前記ピニオンギヤとは別個のギヤ軸のゼンマイギヤに係脱自在にするとともに、このゼンマイギヤと前記ピニオンギヤのギヤ比を異ならせて直接または間接的に噛合させることによって、ゼンマイに蓄積される反発力の蓄積量を軽減し、また閉鎖時の引き戸の見かけ上の重さを重くし、これによって引き戸閉鎖時の引き戸の速度を制御するようにし、また、前記ゼンマイの両端部を、ケース等の固定部や、回転軸等に直接結合しないでフリーな状態にし、それぞれの係合部に係脱自在にした。
【０００６】
オイルダンパによってゼンマイの反発力を制動する代わりに、異なるギヤのギヤ比によって反発力の蓄積量（ゼンマイの巻き量）を軽減し、また閉鎖時の引き戸の見かけ上の重さを重くし、これによって引き戸閉鎖時の引き戸の速度を制御することで、部品点数の削減が図れると同時に、引き戸を開く際に軽く開くことができるようになり、また、オイル漏れ等の不具合を防止することができ、しかも温度変化等の影響を受けなくすることができる。
ここで、ギヤ比の異なるゼンマイギヤとピニオンギヤとは、直接噛合させてもよく、アイドルギヤを介して間接的に噛合させてもよい。
【０００７】
またこの際、前記直接または間接的に噛合し合うピニオンギヤとゼンマイギヤのギヤ比を、ゼンマイに蓄積される反発力が引き戸の閉鎖開始時の静止摩擦力および引き戸の閉鎖中の動摩擦力より大きくなり引き戸の閉止動作が実現できる範囲の最大付近のギヤ比に設定することにより、ゼンマイに蓄積される反発力が適切となり、引き戸を開く際、軽い力で開けることができるとともに、閉める際に、確実に且つゆっくり閉めることができるようになる。
【０００８】
また本発明では、前記ゼンマイの一端側の係脱機構は、ゼンマイを巻き上げる際や、ゼンマイの反発力を調整する際にゼンマイを巻き過ぎてゼンマイの変形や損傷等を招くのを防止するための係脱機構として構成するようにした。
このような係脱機構により、ゼンマイを巻き過ぎることによるゼンマイの変形や切れや損傷等の不具合を防止することができる。
【０００９】
また本発明では、前記自閉装置本体に、ゼンマイの反発力を調整するための反発力調整機構を設けている。この反発力調整機構によって、例えば長期間使用することにより減少した反発力を元の状態に戻すことができる。
【００１０】
また本発明では、前記ゼンマイの反発力を調整するための反発力調整機構を、前記ゼンマイの反発力蓄積機構に接続可能なゼンマイ端とは逆端に円周状に配設され且つゼンマイの円周端部の位置を規制するゼンマイ位置規制ギヤを回転させるように構成した。
【００１１】
また本発明では、前記自閉装置本体を、引き戸の上部に周囲が開放された状態で取り付け可能にした。
このように、引き戸に対して周囲が開放された状態で自閉装置本体を取り付けることができるようにすれば、引き戸に対する装置本体の取付け等の作業や、保守整備が楽に行なえ、また、引き戸の左右端部等に取り付ける場合に比べて意匠的に優れたものにすることができる。
【００１２】
また本発明では、前記反発力調整機構として、前記ゼンマイ位置規制ギヤに噛合する調整ギヤを設け、この調整ギヤを回転させるための調整部の一部を、自閉装置本体のケース外部に露出させるとともに、この調整部の露出部分には、ギヤ軸を回転させるための治具の先端が係合可能な溝を形成するようにした。
このように、装置本体のケースの外部に調整部の一部を露出させ、この調整部の露出部分に、ギヤ軸を回転させるための治具の先端が係合可能な溝を設ければ、装置本体を引き戸に固定したままで反発力の調整が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
引き戸を開放する際にゼンマイを巻上げておき、その反発力を利用して引き戸が自動的に閉まるような自閉装置において、ゼンマイの両端部をケース等の固定部や、回転軸等に直接固定しないでフリーな状態にし、それぞれの係合部に係脱自在にするとともに、閉める際の速度を制動する手段としてギヤ比の変化によりゼンマイに蓄積される反発力の蓄積量を軽減し、かつ引き戸の見かけ上の重さを重くすれば、オイルダンパ等の部品を省略することができ、オイル漏れ等の不具合を無くすと同時に温度変化等による制動力の変化等も防止できる。また、引き戸を開く際に、オイルダンパ吸収分のエネルギーを蓄える必要がないため、軽い力で開くことができるようになる。
この際、ゼンマイの一端側の係脱機構を、ゼンマイを巻き上げる際等にゼンマイを巻き過ぎるのを防止する係脱機構として構成すれば、ゼンマイの変形や切れや損傷等を防止することができるようになり、また、ゼンマイの反発力を調整する反力発力調整機構を設けることにより、例えば長期間使用することにより減少した反発を元の状態に戻すことができる。
また、自閉装置本体を引き戸の上部に周囲が開放された状態で取付け可能にすれば、取り付け等の施行や、保守整備作業等を簡単に行なうことができる。
また、ゼンマイの反発力を調整するための調整ギヤの調整部の一部をケース外に露出させ、この調整部の露出部分に治具が係合可能な溝を形成することにより、ギヤボックスを引き戸に装着したままでゼンマイ力の調整が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る自閉装置を取り付けた引き戸の一部を示す正面図、図２は引き戸の一部の側面図で（ａ）は図１のＡ−Ａ視図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ視図、図３はギヤボックスを示し、（ａ）は内部組付状態（ケース蓋は裏返した状態を示す）の説明図、（ｂ）は組付状態をケース蓋側から見た説明図、図４はカバープレートを裏返した状態を示す説明図、図５はギヤボックスの内部組付状態の一部を示す斜視図、図６は調整ギヤの分解状態を示す斜視図、図７は本発明の自閉装置の作用を理論的に説明するための説明図である。
【００１５】
本発明に係る自閉装置は、引き戸を開放した後、ゼンマイの復元力により引き戸が自動的に閉まるような自閉装置において、引き戸の閉鎖速度を制動する機構の簡素化を図ると同時に、装置本体を引き戸に取付けるための作業や保守整備にかかる手間や時間を省くことができるようにされ、従来装置本体内部に内蔵されているオイルダンパを省略して、ゼンマイをピニオンギヤとは別のギヤ軸のゼンマイギヤに係脱自在にし、ピニオンギヤとゼンマイギヤのギヤ比を異ならせてゼンマイに蓄積される反発力を軽減させ、かつ引き戸の見かけ上の重さを重くさせて制御することを特徴としている。
【００１６】
ここで、引き戸には右にスライドして開く勝手と、左にスライドして開く勝手があり、これらの場合には、ゼンマイの巻上げと巻戻しの回転方向が逆になるため、本実施例では、これらにいずれも一つの自閉装置本体を適用できるよう、一部の部品を逆向きに組み付けることで、装置本体を裏返して取り付けできるような形態にされている。
【００１７】
すなわち、本発明に係る引き戸の自閉装置は、図１、図２に示すように、引き戸１の上部にそれぞれのローラ支持部材２を介して取付けられる左右一対のローラ３と、各ローラ支持部材２間に連結される連結プレート４に取付けられる自閉装置本体としてのギヤボックス５を備えており、引き戸１を前後に挟んで後面側には略コの字型レール６を支持するレール支持部材７が設けられるとともに、引き戸１の前面側には、ローラ３やギヤボックス５等の部品を外観から隠すためのカバー部材８が設けられている。
【００１８】
前記連結プレート４（図１）は、中央部に結合凹部４ｈを備えた略Ｕ字型形状であり、この結合凹部４ｈにギヤボックス５の両端から張り出す左右二ヶ所合計四ヶ所のフランジ部５ｆのうち、左右一ヵ所づつのフランジ部５ｆが結合されている。因みに、左右二ヶ所のフランジ部５ｆが設けられているのは、右開きの引き戸の場合と左開きの引き戸の場合にギヤボックス５の向きを変えて取付けるためのものである。
【００１９】
そして、このギヤボックス５の上部には、ピニオンギヤ１０（図３）の第１ギヤ１０ａが突出しており、この第１ギヤ１０ａが、レール６の上辺下面に固着させるラック１１に噛合している。
因みに、このラック１１は、引き戸１の開閉方向に対してほぼ全長に設けられ、第１ギヤ１０ａとラック１１は常に噛合している。
【００２０】
以上のような構成により、引き戸１を開放側に移動させると、ラック１１に噛合するピニオンギヤ１０の回転によって、以下に述べるギヤボックス５内のゼンマイが巻き上げられ、その後、人が引き戸１から手を離すと、ゼンマイの巻戻しによる反発力で、引き戸１は自動的に閉まるようにされている。
【００２１】
ギヤボックス５は、図３乃至図５に示すように、ケース１２内のピニオンギヤ軸１３周りに回転自在な第１ギヤ１０ａ、第２ギヤ１０ｂの一体化物からなるピニオンギヤ１０と、第２ギヤ１０ｂに噛合するアイドルギヤ１４と、このアイドルギヤ１４に噛合するゼンマイギヤ１５と、このゼンマイギヤ１５のギヤ軸１６に、ゼンマイギヤ１５とは別個に独立して回転自在に配設されるゼンマイ位置規制ギヤ１７と、このゼンマイ位置規制ギヤ１７の凹所内に内装される渦巻き式ゼンマイ１８と、このゼンマイ１８の上に被せられる円盤状のカバープレート２０を備えており、前記ゼンマイギヤ１５は、カバープレート２０の上面に配置された一体化物である。また、カバープレート２０の下面側中央部には、図４に示すように、ゼンマイギヤ１５を、ゼンマイ巻き上げ方向に回転させるとゼンマイ１８の内周部から内側に張り出す係合部１８ｋに係合し、それとは逆方向に回転させると空回りするような係合凸部１９が一体化されている。そして、この係合凸部１９とゼンマイ１８の係合部１８ｋとは固定されていない状態にされている。また、ゼンマイ位置規制ギヤ１７は、後述するように、通常は回転不能に規制されている。
なお、本実施例では、ゼンマイ１８の内周端部側が、反発力蓄積機構に接続可能なゼンマイ端とされている。
【００２２】
そして、ゼンマイ位置規制ギヤ１７の内周部には、図４、図５に示すように、ゼンマイ１８の外周端部から外側に向けて張り出す係合部１８ｔに係合する係合凹部１７ｋが複数箇所設けられており、このゼンマイ１８の外周端部とゼンマイ位置規制ギヤ１７の内周部によって、ゼンマイ１８の巻き過ぎによる不具合を防止するための係脱機構が構成されている。すなわち、ゼンマイ１８の外周端部の係合部１８ｔは固定されておらずゼンマイ位置規制ギヤ１７の内周部の係合凹部１７ｋに圧接しているだけなので、仮にピニオンギヤ１０によってゼンマイ１８を巻き過ぎたり、後述するように調整ギヤ２１を回転させることでゼンマイ１８の反発力を調整する場合にゼンマイ位置規制ギヤ１７を巻き過ぎた結果、ゼンマイ１８を巻き過ぎた場合でも、巻かれたゼンマイ１８の円周が小さくなり、ゼンマイ１８の外周端部の圧接力が弱くなるため、順次隣接する係合凹部１７ｋに移動してゆくだけで空回りするようになり、切れたり変形したりするような不具合はない。
また、ゼンマイ位置規制ギヤ１７を逆回転させた場合でも、ゼンマイ１８の外周端部は順次隣接する係合凹部１７に移動するだけで、変形等の不具合はない。
そして、ゼンマイギヤ１５が巻上げ方向に回転すると、ゼンマイ１８の内周端部側（１８ｋ）とゼンマイギヤ１５側の係合凸部１９とが係合してゼンマイ１８が巻き上げられ、ゼンマイ１８が巻戻し状態に移行すると、ゼンマイギヤ１５は逆向きに回転する。
【００２３】
また、前記ゼンマイ位置規制ギヤ１７は、隣接して配置される調整ギヤ２１に常時噛合しており、調整時以外はケース１２の底面から若干浮いた状態で固定されている。この調整ギヤ２１は、図６に示すように、調整ギヤ軸２２にスプリング２３を介して組み付けられるとともに、下段から、ギヤ部２１ａ、係止用凹凸部２１ｋ、調整凸部２１ｔを備えており、調整ギヤ２１をケース蓋２４（図３）で押さえ付けてスプリング２３を圧縮した状態で組み付けると、上方の調整凸部２１ｔがケース蓋２４の貫通穴２４ｈ（図３）を通してケース外に露出するとともに、係止用凹凸部２１ｋがケース蓋２４に形成される係止用凹凸部２４ｋ（図３）に係合して、調整ギヤ２１を回転不能に規制するようにしている。また、ケース蓋２４の貫通穴２４ｈから外部に露出する調整凸部２１ｔを押圧し、スプリング２３を縮めると、調整ギヤ２１のギヤ部２１ａがゼンマイ位置規制ギヤ１７に噛合したまま、係止用凹凸部２１ｋ、２４ｋ同士の係合が解けるようにされている。
【００２４】
すなわち、ケース蓋２４の貫通穴２４ｈの周囲には、調整ギヤ２１の係止用凹凸部２１ｋに嵌合自在な係止用凹凸部２４ｋが形成されており、組付状態において、調整ギヤ２１がケース蓋２４で押さえ付けられことによりスプリング２３が縮み、調整ギヤ２１は常時上方に付勢されるため、係止用凹凸部２１ｋ、２４ｋ同士が係合して調整ギヤ２１の回転を不能にし、作業者等が工具を使用してスプリング２３を押圧しながら調整ギヤ２１を奥に押し込むと、係止用凹凸部２１ｋ、２４ｋの係合が外れて調整ギヤ２１を回転可能な状態にすることができるようにされている。
【００２５】
ところで、引き戸が完全に閉まった状態でも閉まり方向に常に押し付けておくような余力をゼンマイ１８に残すためには、予めゼンマイ１８を一定量巻いておくことにより、引き戸が閉まった状態でも、ゼンマイ１８が完全に開放されないようにしておくことが好ましい。このことによって引き戸の閉じ残りの心配がなくなる。
そこで、本発明では、予めゼンマイ１８の反発力を調整するための反発力調整機構を設けているため、以下、その機構について説明する。
【００２６】
前記調整ギヤ２１の調整凸部２１ｔの頂面には、ドライバー等の工具を差し込むことのできる溝ｍが形成されている。
そして、ゼンマイ１８の反発力を調整する際は、図３（ｂ）に示すように、ケース蓋２４の貫通穴２４ｈを通して外部に露出する調整凸部２１ｔの溝ｍに工具の先端を差込んで押圧し、スプリング２３を押し縮めながら調整ギヤ２１を回転させると、調整ギヤ２１のギヤ部２１ａと噛合しているゼンマイ位置規制ギヤ１７が回転することによって、係合凹部１７ｋに圧接するゼンマイ１８が回転する。その際、ゼンマイ１８の内周端部の係合部１８ｋは、ゼンマイギヤ１５と一体のカバープレート２０の裏側の係合凸部１９と係合して一時的に固定されるので、ゼンマイ１８が巻かれる。そして調整ギヤ２１を一定量巻いたのち、工具による押圧力を開放して調整ギヤ２１をスプリング２３力で復元させると、係止用凹凸部２１ｋ、２４ｋ同士が係合して調整ギヤ２１の回転が不能になり、係合しているゼンマイ位置規制ギヤ１７も固定されるためゼンマイ１８は巻かれた状態を維持する。このような調整は、ギヤボックス５を引き戸１に取付けた状態で行なうことができる。
また、この調整によってゼンマイ１８を一定量巻く量を増減することにより、長期間使用することによって減少した反発力蓄積手段の反発力を元の状態に戻すこともできる。なお、本実施例では、ゼンマイ１８の内側を、反発力蓄積機構に接続可能なゼンマイ端として引き戸開放時に巻かれるようにし、ゼンマイ１８の外側を、その逆端として反発力調整時に巻く（あるいは弛める）構造としているが、ゼンマイ１８の外側を引き戸開放時に巻き、ゼンマイ１８の内側を反発力調整時に巻く（あるいは弛める）構造にしてもよい。
【００２７】
以上のようなギヤボックス５において、ピニオンギヤ１０の第２ギヤ１０ｂと、ゼンマイギヤ１５のギヤ比を異ならせることにより、安全性の観点からゼンマイ１８に蓄積される反発力を軽減し、引き戸１の閉鎖速度を緩やかにすることが出来るが、以下、ピニオンギヤ１０の第２ギヤ１０ｂと、ゼンマイギヤ１５のギヤ比を変えてテストしたのでその結果について説明する。
ここで実験は、ピニオンギヤ１０の第２ギヤ１０ｂの歯数：ゼンマイギヤ１５の歯数を１：１．５、１：２、１：３にするとともに引き戸の移動距離を８０ｃｍにして引き戸が閉まる時間及び引き戸を開けるに要する力（反発力蓄積量）を測定した。この結果は次の表１の通りであるが、この結果は、以下に述べる理論値計算結果にほぼ対応している。なお、表１には理論上の計算値も対比して示している。
【００２８】
ここで、表１における反発力蓄積量実験結果（ｇ）の数値は、正確にはゼンマイの反発力だけで構成されてはいない。引き戸は、図１に示すように、ローラ支持部材２などを介して上部から吊下げられており、この結果、引き戸の重さは直接的には引き戸を開閉する力には作用しない。しかしながら、引き戸が開閉時に揺れないように、引き戸の下部はガイドなどで走行規制されるのが一般的であり、本実施例においても不図示のガイド等が設けられているため、引き戸を開閉するために必要な力には、このガイドと引き戸の摩擦や、ローラの転がり摩擦などの動摩擦力が加わり、理論上の計算値を求める際には、この動摩擦力を考慮する必要がある。このため、ゼンマイを外して、摩擦力に打ち勝ち引き戸を一定速度で動かすために必要な力を測定したところ、表１の条件では１５０ｇ（ギヤ比にかかわらず一定値）であった。
【００２９】
したがって、表１の反発力蓄積量実験結果（ｇ）から１５０ｇを引いた値が正味のゼンマイ反発力であり、これを求めると、ギヤ比１：１．５の場合は、「１１８５−１５０＝１０３５ｇ」、ギヤ比１：２の場合は、「８５０−１５０＝７００ｇ」、ギヤ比１：３の場合は、「５６５−１５０＝４１５ｇ」となる。この中からギヤ比１：２の場合の７００ｇを基準にして正味の反発力蓄積量を計算すると、ギヤ比１：１．５の場合は、「７００÷（１．５／２）２＝１２４４ｇ」、ギヤ比１：２の場合は、「７００ｇ」、ギヤ比１：３の場合は、「７００÷（３／２）２＝３１１ｇ」となり、これらに１５０ｇを改めて加えて得られる見かけ上の反発力蓄積量計算値（ｇ）は、それぞれ１３９４ｇ、８５０ｇ、４６１ｇとなる。これは表１に示すそれぞれの実験結果１１８５ｇ、８５０ｇ、５６５ｇと比較しても計算値が実験値に近いことが判る。
また、上記のことから、計算の妥当性がほぼ確認されたため、ギヤ比１：５について計算値だけを参考までに示している。なお、理論計算の詳細については後述する。
【００３０】
【表１】
0004450428.tif 000002
【００３１】
図７（ａ）に示すように、滑らかで水平な床の上にバネがあり、バネの左端を固定し、右端に重さｍの物体がついているものとし、右端の座標をｘとする。バネが自然長の状態のときがｘ＝０で、ｘ＞０であればバネは伸びた状態、ｘ＜０であれば縮んだ状態にあるものとし、それによって物体に生じる力をＦとする。この際、力が右向きであればＦ＞０、左向きであればＦ＜０とする。バネ定数をｋとすれば、フックの法則により下記の式が成り立つ。
Ｆ＝−ｋｘ…（１式）
【００３２】
このとき、物体に働く力を加速度ａを用いて表すと、ニュートンの法則により、
Ｆ＝ｍａ…（２式）
であり、（１式）と（２式）のＦはお互いに等しく、かつａ＝ｄ２ｘ／ｄｔ２であるから、
ｄ２ｘ／ｄｔ２＝−ｋｘ／ｍ…（３式）
となる。この微分方程式を満たす代表的な解は、
ω２＝ｋ／ｍ…（４式）
とすると、下記の式で求まる。
ｘ＝−Ｃcosωｔ…（５式）
すなわち、バネをｘ＝−Ｃまで縮めて開放すると、振幅Ｃ、角周波数ωで物体は振動を継続する。この際の物体の移動速度ｖは、
ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＝ωＣsinωｔ…（６式）
である。
【００３３】
一方、本発明の引き戸は、開放時から時間Ｔをかけて距離Ｘを移動して閉まるが、引き戸には枠などがあり、ｘ＝０の手前で規制されて、それ以上は移動しない。これを考慮して（５式）、（６式）を図示すると、図７（ｂ）、（ｃ）となる。すなわち、閉止時の引き戸は開放点Ｐから閉止点Ｑまで移動する。これより移動距離Ｘは
Ｘ＝Ｃ（１−cosωＴ）…（７式）
となる。
【００３４】
ところで、本発明においては、図７（ａ）のバネの代わりにゼンマイを用いているが、その挙動はバネと同じである。また、本発明においては、図７（ｄ）に示すように、ゼンマイと引き戸は２つのギヤを介して結合されている。そのギヤ比を１：Ｎとすると、ギヤ比が１：１の場合のＣおよびＸは、Ｃ→Ｃ／Ｎに、Ｘ→Ｘ／Ｎに変化する。
【００３５】
従って、（７式）によれば、ギヤ比に関係なくcosωＴは一定、すなわちωＴは一定となる。一方、ゼンマイ側から見た物体の重さは、１：Ｎのギヤ比によって本来の重さｍがＮ倍に増大されｍ→Ｎｍと変化する。すなわち引き戸の見かけ上の重さが重くなる。この結果、ギヤ比が１：１の場合に比べて、（４式）よりωはω→ω／Ｎ１/２と変化するが、さらに上記のようにωＴが一定であることから、ＴはＴ→Ｎ１/２Ｔと変化する。これより、ギヤ比Ｎを大きくすれば、引き戸が閉止するまでに要する時間が長くなることが判る。
【００３６】
また、引き戸を開ける際に必要な力の最大値は、（１式）においてゼンマイの移動量ｘがＣ→Ｃ／Ｎとなるためにゼンマイの力がＦ→Ｆ／Ｎと変化し、かつ１：Ｎのギヤ比によって引き戸側から見た力がさらに１／Ｎに軽減されるために、ギヤ比が１：１の場合の１／Ｎ２となる。
【００３７】
なお、前記段落番号〔０００２〕に記載している「引き戸本体の開放度が増すに連れて、引き戸の開放方向への動きが重くなる」ことは、（１式）でｘが０から−Ｃまで変化するに連れてＦが０からｋＣに増加することから説明できる。
同様に、同部分に記載している「閉まるときは、引き戸の閉止方向への走行速度が速くなる」ことは、（６式）でｔが０からＴまで変化するに連れてｖが０からωＣsinωＴに増加することから説明できる。
【００３８】
ここで、引き戸が閉止するまでに要する時間は長い（ゆっくり閉まる）方が本発明の目的にかなっている。例えば、全国自動ドア協会（ＪＡＤＡ）発行の「スライド式ドアの安全ガイドブック（http://jada-info.jp/topics/anzen_guide_book.htmlを参照）」によれば、ドアが閉じる速度に関して「２５０ｍｍ／秒以下」と規定されている。
一方、いつまでたっても引き戸が閉まらないほどに時間が長くなるのも良くない。また、引き戸を開ける際に必要な力は小さい（軽く開く）方が本発明の目的にかなっているが、例えば周囲の振動などで誤って戸が開くほどに力が小さくなるのは良くない。
【００３９】
最適のギヤ比Ｎに関しては、以下の配慮がさらに重要である。先に、引き戸を一定速度で移動させる際の動摩擦力の実験値は１５０ｇと述べた。しかし、静止している引き戸を移動させ始める際に必要な静止摩擦力はこの動摩擦力より大きく、実験的には２２８ｇであった。このため、もしゼンマイの正味の反発力が２２８ｇを下回ると、ゼンマイにより引き戸を閉めることそのものが不可能になる。すなわち、ゼンマイの正味の反発力を２２８ｇに対して十分に確保するため、ギヤ比Ｎはある値以下に設定する必要がある。ここで、Ｎ＝３とすると、ゼンマイの正味の反発力は段落〔００２９〕で示した４１５ｇ（実験値）あるいは３１１ｇ（計算値）で、いずれも静止摩擦力２２８ｇに対して余裕はあるが、Ｎ＝５とすると、ゼンマイの正味の反発力は表１より（８５０−１５０）÷（５／２）２＝１１２ｇ（計算値）となり、静止摩擦力２２８ｇを下回る。すなわち、Ｎ＝３程度の選択が妥当であることが判る。
【００４０】
また、引き戸の閉鎖が開始しても、（１式）より閉鎖が進むに応じてｘが小さくなり、ゼンマイの正味の反発力は小さくなる。引き戸が完全に閉まる前に、このゼンマイの正味の反発力が動摩擦力１５０ｇを下回ると引き戸は停止してしまう。すなわち、引き戸の閉鎖開始時には静止摩擦力より大きく、閉鎖による引き戸の移動時には、動摩擦力より大きいゼンマイの正味の反発力を実現するためのギヤ比の上限が存在する。また、ギヤ比の下限は、引き戸の閉鎖時間の許容時間により決まる。この範囲でなるべくギヤ比を大きく設定することが、引き戸を軽く開け、ゆっくり閉めるための条件となる。したがって、本発明では、上記の実験結果や理論的な計算値等から、引き戸の閉まる適切な時間や、引き戸を開けるために要する適切な力や、安全性などを考慮して、最適なギヤ比１：３を選択した。
【００４１】
なお、本実験では閉鎖による引き戸の移動距離は８０ｃｍであった。表１のギヤ比１：３における閉鎖時間４．５６秒から平均閉鎖速度を計算すると、８００／４．５６＝１７５ｍｍ／秒となり、先に述べた全国自動ドア協会のガイドライン「２５０ｍｍ／秒以下」を満たしている。
ところで、上記例ではギヤ比Ｎを適切に設定することで、引き戸の閉まる時間や、引き戸を開けるために要する力を制御している。しかし、（４式）において引き戸の重さｍをＮ倍に重くすることとバネ定数ｋを１／Ｎに軽くすることは、バネの振動角周波数ωを小さくすることに対しては同一の作用をする。すなわち、ギヤ比を１：１とするか、あるいはピニオンギヤでゼンマイを直接巻いてアイドルギヤとゼンマイギヤを省略する場合において、バネ定数ｋを１／Ｎにしても、引き戸の閉まる時間ＴをＮ1/2倍長くすることにおいてはギヤ比を１：Ｎにすることと同一の作用をする。また（１式）において、バネの変位量ｘを１／Ｎに短くすることと、バネ定数ｋを１／Ｎに小さくすることは、力Ｆを１／Ｎに軽くすることに対して同一の作用をする。
【００４２】
このことから、ギヤ比Ｎを適切に設定する代わりにバネ定数ｋを適切に設定すれば同一の作用効果が得られるように見える。しかし、実際は、ギヤ比Ｎを適切に設定する方が、バネ定数ｋを適切に設定する方より大きな効果が得られる。これは、前述（段落〔００３６〕に記載）のように、ギヤ比をＮとすることにより引き戸を開けるために要する力は１／Ｎ2となるが、バネ定数を１／Ｎにする場合は、引き戸を開けるために要する力は（１式）により１／Ｎにしかならない。すなわち、引き戸の閉まる時間に対しては、ギヤ比とバネ定数は同一の効果を示すが、引き戸を開けるために要する力に対しては、ギヤ比の設定の方が、バネ定数の設定より大きい効果を示す。
【００４３】
また、（１式）より、ギヤ比をＮとする場合には、バネの変位量ｘが１／Ｎになることで力が１／Ｎになるが、軽いバネを用いる場合には、バネの変位量ｘはそのままでバネ定数が１／Ｎとなることで、力が１／Ｎになる。ここで、バネの変位量が小さい方がバネの寿命や（１式）をどの程度正確に保つかといったバネの精度において有利である。この意味でも、ギヤ比の設定の方が、バネ定数の設定より大きな効果を示す。
すなわち、ギヤ比Ｎを適切に設定することが、引き戸の閉まる時間と引き戸を開けるために要する力の両方を両立させるために有効である。
【００４４】
以上のような引き戸１の自閉装置において、引き戸１を開くとラック１１に噛合するピニオンギヤ１０の作用でゼンマイ１８が巻き上げられ、その後、引き戸１から手を離すと、ゼンマイ１８に蓄積される反発力によって引き戸１は自動的に閉鎖方向に移動する。この際、ピニオンギヤ軸１３の第２ギヤ１０ｂと、これとは別個のギヤ軸１６のゼンマイギヤ１５のギヤ比を異ならせて反発力の蓄積量を軽減し、引き戸の見かけ上の重さを重くしているため、オイルダンパがなくても引き戸１の走行速度を緩やかにすることができる。
【００４５】
また、ギヤボックス５は、右勝手の引き戸と左勝手の引き戸によって組付状態を変え、右勝手の引き戸のギヤボックス５では、図６に示すように調整ギヤ２１をケース１２内の下方の調整ギヤ軸２２に装着し、左勝手のギヤボックス５では、ケース１２内の上方のケース蓋２４側から突出するギヤ軸（不図示）にスプリング２３を介して調整ギヤ２１を反対向きに装着して調整凸部２１ｔをケース１２の貫通穴１２ｈを通して外部に露出させるとともに、貫通穴１２ｈの内側周囲に設けられる係止用凹凸部１２ｋに、調整ギヤ２１の係止用凹凸部２１ｋを係脱自在にしている。このように右勝手の引き戸と左勝手の引き戸の両方に対して１個のギヤボックス５で対応できるので安価に構成することができる。
【００４６】
また、引き戸１に対するギヤボックス５の取付け状態が、周囲が開放された状態であるため、取付け作業や保守整備作業が楽であり、しかも、ゼンマイ１８の反発力を調整するための調整ギヤ２１の調整凸部２１ｔがケース１２の室内側に設定できるため、引き戸１にギヤボックス５を取付けたまま調整することができる。
【００４７】
なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは、本発明の技術的範囲に属する。例えば、本実施例では、ピニオンギヤ１０の第１ギヤ１０ａをケース１２の幅方向中央部に位置させるため、ピニオンギヤ１０とゼンマイギヤ１５との間にアイドルギヤ１４を配設しているが、アイドルギヤ１４は必ずしも必須の部品ではない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
引き戸の自閉装置として、ピニオンギヤとは別個のギヤ軸のゼンマイギヤにゼンマイを配置することにより、ギヤ比によって閉鎖時の制動を図ることができ、部品点数の削減や、制動性能の均一化を図ることができ、引き戸一般の自閉装置として普及が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は本発明に係る自閉装置を取り付けた引き戸の一部を示す正面図
【図２】引き戸の一部の側面図で（ａ）は図１のＡ−Ａ視図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ視図
【図３】ギヤボックスを示し、（ａ）は内部組付状態（ケース蓋は裏返した状態を示す）の説明図、（ｂ）は組付状態をケース蓋側から見た説明図
【図４】カバープレートを裏返した状態を示す説明図
【図５】ギヤボックスの内部組付状態の一部を示す斜視図
【図６】調整ギヤの分解図
【図７】本発明の自閉装置の作用を理論的に説明するための説明図
【符号の説明】
【００５０】
１…引き戸、５…ギヤボックス、１０…ピニオンギヤ、１２…ケース、１５…ゼンマイギヤ、１７…ゼンマイ位置規制ギヤ、１８…ゼンマイ、１９…係合凸部、２１…調整ギヤ、２１ｔ…調整凸部、ｍ…溝。
【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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