(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作部材の動作を補助する動作補助装置において、前記動作部材に係合してこの動作部材を作動するロッドと、このロッドを動作させる歯車と、この歯車を作動する付勢手段と、この付勢手段の付勢力を蓄勢させる駆動手段と、前記付勢手段を付勢状態で保持する保持手段と、この保持手段による付勢状態を解除する解除手段とを有し、前記歯車は、前記駆動手段によって駆動される蓄勢歯車と前記付勢手段としてのコイルバネを介して連結され、前記歯車を前記保持手段としての一方の係止手段により駆動方向に係止した状態で、前記蓄勢歯車を駆動して前記保持手段としての他方の係止手段で係止されるまで前記コイルバネが付勢されると、該コイルバネは、前記他方の係止手段によって係止され、前記コイルバネが保持されるとともに、前記解除手段で前記付勢状態を解除すると前記付勢力が解放され、前記ロッドによって前記動作部材が作動されることを特徴とする動作補助装置。
【請求項２】
前記一方の係止手段には、前記蓄勢歯車に形成されたカム面に摺動する摺動部を備え、この摺動部によって前記一方の係止手段による係止を解除する前記解除手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載の動作補助装置。
【請求項３】
前記駆動源にステッピングモータを使用し、駆動信号のステップ数を計数して一連の動作の制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の動作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫ドアや引出などの動作部材を開く際の手動操作の補助装置に係わり、具体的には閉鎖に確実性を期すためにドアに使用されるマグネットの磁力やドアの慣性質量を克服してドアや引出を開くのに要する人力を軽減するように補助する動力ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動作補助装置はモータと、モータの回転を減速する減速機構と、最終出力ピニオンおよびこのラックに噛合するラックを備えるロッドと、これらを収容するケースとで構成され、モータの回転でロッドを直線的に駆動してドアに作用させ、動作位置検出手段をロッドあるいは減速機構に設け、モータを正転させてロッドをケースから突出させてドアの開扉開始を介助し、ドアが開扉して自由になったのを確認してモータを停止し、さらにモータを逆転させてロッドをケース内に引込めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの装置では、モータの回転力によってロッドの直線運動を行うため、回転速度がそのままドアの開放速度になって、開放信号を入れてからモータが立上がってロッドが動作を開始するまでの間は動作しない。また、一般的ＤＣモータを駆動源とした場合、機械的バックラッシュや負荷の大きさによって有効動作に至るまでの時間に遅れがでるため、ドアを開けようとする人間のスピード感覚に追随することが困難で違和感を生じる。さらに、モータを正転、停止および逆転させる切替え動作位置検出手段およびその信号に基づいてモータを制御する動作回路を設ける必要があるから、ユニット構造が複雑となって、その分信頼性が低下し、逆にコストは増大する。
【０００４】
そこで本発明の第一の目的は、立上がり時間の影響を受けないスプリング力を利用して、モータ回転によるよりも高速な動作を実現することである。また第二の目的は、高負荷による動作時間の変化や、周囲温度の影響を受ける電磁気力によらないスプリング力を利用して、常に一定の開放力が得られる機構を実現することである。さらに、第三の目的は、ロッドが被駆動部に作用した直後、ロッドに設けたラックがピニオンとの噛合を解除して、容易にロッドが原点復帰する機構にして、モータ回転力をスプリングの畜勢のみに使用して、モータ回転を正逆させない構成にすることである。そして第四の目的は、ステップ数で位置検出が可能なステッピングモータを使用し、位置センサを省略することでユニット構成を単純化して、コストを低減し、信頼性を向上することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、動作部材の動作を補助する動作補助装置において、前記動作部材に係合してこの動作部材を作動するロッドと、このロッドを動作させる歯車と、この歯車を作動する付勢手段と、この付勢手段の付勢力を蓄勢させる駆動手段と、前記付勢手段を付勢状態で保持する保持手段と、この保持手段による付勢状態を解除する解除手段とを有し、前記歯車は、前記駆動手段によって駆動される蓄勢歯車と前記付勢手段としてのコイルバネを介して連結され、前記歯車を前記保持手段としての一方の係止手段により駆動方向に係止した状態で、前記蓄勢歯車を駆動して前記保持手段としての他方の係止手段で係止されるまで前記コイルバネが付勢されると、該コイルバネは、前記他方の係止手段によって係止され、前記コイルバネが保持されるとともに、前記解除手段で前記付勢状態を解除すると前記付勢力が解放され、前記ロッドによって前記動作部材が作動されることを特徴とする。
【０００６】
本発明において、前記一方の係止手段には、前記蓄勢歯車に形成されたカム面に摺動する摺動部を備え、この摺動部によって前記一方の係止手段による係止を解除する前記解除手段を構成することが好ましい。
【０００７】
本発明において、前記駆動源にステッピングモータを使用し、駆動信号のステップ数を計数して一連の動作の制御を行うことが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる動作補助装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係わる動作補助装置の一実施例で、動作補助装置１０の作動前の畜勢状態の機構をユニットケース（以下ケースと略記）１１のカバー１１ａを外して概略の機構を模式的平面図で示す。図２は図１と同様の平面図で動作補助装置１０の作動直後の畜勢力解放状態を示す。図３は図１のIII-III線に沿って展開した断面図である。図４は、スイッチ部分の動作説明図である。
【０００９】
符号１２は駆動源であるステッピングモータで、ケース１１に固定され出力軸に装着された駆動ピニオン１４が中間第一減速歯車１６の大歯車１６ａに噛合する。中間第一減速歯車１６の大歯車１６ａと同軸で一体に回転する小歯車１６ｂは、中間第二減速歯車１７の大歯車１７ａに噛合する。そして、中間第二減速歯車１７の大歯車１７ａと同軸で一体に回転する小歯車１７ｂが、ケース１１に固設された主軸１８に回転自在に支持されているカムギヤ２０に噛合する。カムギヤ２０は畜勢歯車として機能し、解除手段となるカム面を一体に形成した始動カム２２とともに一方向に回転する。
【００１０】
始動カム２２と協働で解除手段を構成するカムフォロア２４は、カムギヤ２０外周より外側に立設した支軸２４ａに回動自在に支持されて、ねじりコイルバネ２４ｂの付勢により先端部２４ｃを始動カム２２の外周面に圧接して摺動する。始動カム２２の外周面２２ａはカムギヤ２０の外径より小径で、一部に突起２２ｂが形成される。突起２２ｂは、小径外周面２２ａから回転に従ってカムギヤ２０の外径とほぼ同径に位置する突起頂部２２ｃに至るまでの先行面が緩斜面２２ｄに形成され、頂部２２ｃから先は比較的急な弧面２２ｅを経て再び小径外周面２２ａに戻る。
【００１１】
さらにカムギヤ２０には、係止カム２３が一体に並設され、その外周には主軸１８を挟んで突起２２ｂとほぼ反対側の対応位置に係止レバー２５の先端部２５ｃと補完的に係合する形状の切欠き２３ｂが凹設される。切欠き２３ｂは係止レバー２５と協働で付勢状態保持手段の他方の係止手段を構成する。係止レバー２５は、カムギヤ２０外周より外側に立設した支軸２５ａに回動自在に支持され、切欠き２３ｂとの係合に至るまでの間をねじりコイルバネ２５ｂの付勢により先端部２５ｃを係止カム２３の外周面２３ａに圧接して摺動する。突起２２ｂと切欠き２３ｂの相対位置関係は、切欠き２３ｂが係止レバー先端部２５ｃと咬合したとき、突起２２ｂは常に緩斜面２２ｄの立上る先行端がカムフォロア先端部２４ｃと接する位置にある。
【００１２】
符号２６は駆動手段を構成する出力車で、カムギヤ２０と並列に主軸１８に回転自在に支持され、付勢手段であるねじりコイルバネ（以下駆動バネと表記）２８を介してカムギヤ２０に連結される。駆動バネ２８の両端にはフック２８ａ，２８ｂが形成され、一方のフック２８ａはカムギヤ２０の側面に突設した支柱２０ａに係止され、他方のフック２８ｂは出力車２６の側面に突設した支柱２６ａに係止される。従って出力車２６は、拘束されない状態では、ねじりコイルバネ２８を介してカムギヤ２０の回転に連動する。
【００１３】
さらに出力車２６の外径は、カムギヤ２０の外径と始動カムの外周面２２ａのほぼ中間の大きさで、外周面２６ｂには、解除手段であるカムフォロア２４に連動して同軸で一体に回動する起動アーム２９の先端部２９ａと補完的に咬合する形状の切欠き２６ｃが凹設されている。切欠き２６ｃは起動アーム２９と協働で保持手段の一方の係止手段を構成する。また、出力車２６には、図示しない動作部材を作動させるロッド３０に刻装したラック３２に噛合する扇形歯車３４が一体に形成される。
【００１４】
扇形歯車３４は、ロッド３０が動作部材（図示しない）を作動する時に歯車部分３４ａがラック３２に噛合する以外は、欠歯部分３４ｂがロッド３０に対向して、ロッド３０を拘束しない。すなわち、扇形歯車３４がロッドを動作させる歯車である。保持手段としての一方の係止手段は、切欠き２６ｃと起動アーム２９とで構成され、他方の係止手段は、切欠き２３ｂと係止レバー２５とで構成される。そして、保持手段による付勢状態を解除する解除手段は、起動アーム２９と一体のカムフォロア２４が始動カム２２と協働する。
【００１５】
ケース１１の最奥部の初期位置にセットされたロッド３０は、連設されたラック３２に、回動する扇形歯車３４の歯車部分３４ａが噛合して駆動される。すなわち扇形歯車３４の回動で、ロッド３０はケースカバー１１ａに設けたガイド３０ａ（斜線部分）に沿って移動する。ロッド３０の移動によって、ケース１１側面に穿設したロッド３０の断面と同形の透孔１１ｂから先端部のプッシュレバー３０ｂが直線的に突出して動作部材（例えば冷蔵庫のドア）を押動し、例えば閉鎖保持用マグネットの吸着力に抗して開放動作を補助する。そしてロッド３０の最大ストローク位置で、ラック３２は扇形歯車３４の歯車部分３４ａとの噛合から離脱する。
【００１６】
ロッド３０後端部の圧縮コイルバネ３０ｃは、ロッド３０の突出を規制するガイド３０ａ後面との衝接を緩衝するとともに、ドアを作動させた後のプッシュレバー３０ｂをケース内に引き込むように機能する。この圧縮コイルバネ３０ｃによるロッド３０の引き込み作動時には、歯車部分３４ａはラック３２に噛合しない位置に回転しており、ラック３２は欠歯部分３４ｂに沿って自由に移動可能である。さらに、ロッド３０はドアの閉鎖などによる動作部材の復帰に連動して、確実に初期位置にセットされる。
【００１７】
次に、図４に基づいて係止カム２３に連動するスイッチ機構について説明する。係止レバー２５と同軸で一体に回動するＬ字形の復帰レバー３５は、ねじりコイルバネ２５ｂの一端を係止する短レバー３５ａと長レバー３５ｂを備える。また、係止レバー２５の支軸２５ａから離間した位置に、スイッチ３６を作動する揺動レバー３８がケース１１に立設した支軸３８ａに回動自在に支持される。揺動レバー３８はほぼ等長のレバー３８ｂ，３８ｃ，３８ｄが三方に突出し、第二レバー３８ｃに張設した引張コイルバネ４０によって、第三レバー３８ｄがスイッチ３６のアクチュエータ３６ａを押動するように図中反時計方向（矢印Ｌ1）に弾性付勢されている。
【００１８】
一方、復帰レバー３５は、ねじりコイルバネ２５ｂの付勢力で図中反時計方向（矢印Ｌ2）に弾性付勢された長レバー３５ｂが、揺動レバーの第一レバー３８ｂに当接して、第三レバー３８ｄをアクチュエータ３６ａから離間する図中時計方向（矢印Ｒ1）に弾性付勢して、引張コイルバネ４０による揺動レバー３８の回動を抑制している。また長レバー３５ｂの付勢力による揺動レバー３８の回動は、第二レバー３８ｃがスイッチ３６端面と当接することによって規制され、第三レバー３８はアクチュエータ３６ａから離間位置に保持される。
【００１９】
以下に、本発明に係わる動作補助装置１０の動作説明を、冷蔵庫ドアを開ける補助装置として適用した実施例について説明する。まず、動作補助装置１０は最初の畜勢状態において、ケース１１内に収納されているプッシュレバー３０ｂを、ケース１１側面から突出させるロッド３０は、ストローク動作範囲最後部の初期位置にあり、出力車２６は切欠き２６ｃが起動アーム２９の先端部２９ａに咬合して回動が阻止されている。またカムギヤ２０は、ステッピングモータ１２に駆動され、一体に設けた係止カム２３の切欠き２３ｂが係止レバー２５の先端部２５ｃに咬合した位置で停止しており、この位置がカムギヤ２０の起点であり、かつ終点となる。
【００２０】
このときカムギヤ２０の支柱２０ａと出力車２６の支柱２６ａの相対位置は、それぞれが係止する駆動バネ２８のフック２８ａ，２８ｂにより駆動バネ２８をねじり変形させて絞り込んで畜勢した状態にあり、この位置を係止レバー２５と起動アーム２９とで保持して待機している。
【００２１】
冷蔵庫に別設されたプッシュオン式パネルスイッチ（図示しない）を操作してステッピングモータ１２に通電し、駆動ピニオン１４から減速歯車列１６，１７を経てカムギヤ２０に回転を伝達する。カムギヤ２０が回転を開始すると、始動カム２２が一体に回動して外周面２２ａに圧接して摺動するカムフォロア２４の先端部２４ｃが突起２２ｂの緩斜面２２ｄに沿って突起頂部２２ｃに移動するので、カムフォロア２４が始動カム２２から離れる方向に回動する。
【００２２】
始動カム２２と一体の起動アーム２９がともに回動して先端部２８ａが出力車２６の切欠き２６ｃの係合を解除する。出力車２６は、畜勢されたねじりコイルバネ２８の復帰力で直ちに急速回転し、一体に形成された扇形歯車３４の歯車部分３４ａがラック３２に噛合してラック３２に連設されたロッド３０を押動する。ケース１１内で、移動範囲の最後部の初期位置で待機状態にあったロッド３０は、ケース１１側面の透孔１１ｂからプッシュレバー３０ｃを突出させて冷蔵庫のドアを密着状態から解放方向の回動動作を補助する。それ以後は動作部材は、老人、小児、障害者等の弱者の力でも手動操作が可能になる。
【００２３】
ロッド３０は突出方向の移動によって、ラック３２が扇形歯車部分３４ａとの噛合が外れたロッドは自由になり、圧縮コイルバネ３０ｃによりケース１１内に引っ込み方向に付勢される。そこで、ドアを手動で閉鎖位置に戻すと、プッシュレバー３０ｃはドアに押されて、ケース１１内に押込まれ、ロッド３０は扇形歯車部分３４ａに干渉されることなく、随時初期位置に復帰できる。
【００２４】
最初の図示しないプッシュオン式パネルスイッチによるステッピングモータ１２への通電によって駆動されるカムギヤ２０の回転は、始動カム２２とともに係止カム２３を回転するから、切欠き２３ｂの斜面２３ｃが係止レバー２５の先端部２５ｃをねじりコイルバネ２５ｂの付勢力に抗して押上げ、復帰レバー３５を連動して図中時計方向（矢印Ｒ2）に回動する。揺動レバー３８は復帰レバー３５の長レバー３５ｂから解放されて、引張りコイルバネ４０の付勢力で第三レバー３８ｄがスイッチ３６の回路を閉じる。プッシュオン式パネルスイッチからステッピングモータ１２への通電は、スイッチ３６からの回路に切り替えられてカムギヤ２０を回転する。
【００２５】
出力車２６は、畜勢力を放出した自由形状になった駆動バネ２８を介してカムギヤ２０に連動して回転するが、カムフォロア２４のねじりコイルバネ２４ｃに付勢されて外周を摺動する起動アーム先端部２９ａに、切欠き２６ｃが咬合する位置で回転が阻止される。すなわち出力車２６は、支柱２６ａで駆動バネ２８の一方のフック２８ｂの位置を固定する。このとき出力車２６とともに回動する扇形歯車３４は、歯車部分３４ａの先行端が初期位置に手動復帰したラック３０の前端直近の始動位置の噛合直前まで回動してきて待機する。カムギヤ２０は、さらに駆動バネ２８をねじりながら回転を続け、再び係止カム２３の切欠き２３ｂに、ねじりコイルバネ２５ｂに付勢されて外周を摺動する係止レバー先端部２５ｃが咬合する。
【００２６】
この咬合動作によって係止レバー２５が復帰レバー３５を図中反時計方向（矢印Ｌ2）に回動して、揺動レバー３８の第三レバー３８ｄによるスイッチ３６の操作を解除して、ステッピングモータ１２を駆動するスイッチ回路を切断してステッピングモータ１２を停止させる。停止したステッピングモータ１２には畜勢力を保持する力はないから、カムギヤ２０は、係止カム２３の切欠き２３ｂが係止レバー先端部２５ｃに咬合する位置に、支柱２０ａで駆動バネ２８の他方のフック２８ａの位置を固定し、駆動バネ２８を畜勢状態に保持する。係止カム２３の切欠き２３ｂが係止レバー先端部２５ｃに咬合する位置は、カムギヤ２０が１回転を完了した終点であると同時に次の補助動作の起点で、最初の畜勢状態が再現される。以下、冷蔵庫のドアを開ける度に上記動作が繰り返される。
【００２７】
ステッピングモータ１２の原点はカムギヤ２０の起点に対応させ、カムギヤ２０の１回転分のパルス数より数パルス余分に計数してステッピングモータ１２に入力する。このため、カムギヤ２０は係止カム２３の切欠き２３ｂが係止レバー先端部２５ｃに正確に咬合する起点を僅かに超えた位置でステッピングモータ１２の通電が停止される。ステッピングモータ１２には停止位置の保持力はないので、畜勢された駆動バネ２８の復帰力の作用でカムギヤ２０は引き戻され、切欠き２３ｂの先行面２３ｄが係止レバー先端部２５ｃの係止面２５ｄに当接して、常に正確な位置を起点とすることができる。畜勢手段としてＤＣモータを使用する場合は、スイッチ回路に遅延タイマーを挿入し、スイッチ３６の作動時点と、ＤＣモータへの通電停止との間にタイムラグを設けることにより、同様の目的を達成させることができる。
【００２８】
以上、本発明に係わる動作補助装置の実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、その形状や構成について、本発明の構成要件から逸脱しない範囲で、細部に関する多様な変更や部品の再構成や実施例における組合せを交換する等の様々な改変をなし得ることが予期される。例えば、スプリングの畜勢にはＤＣモータやソレノイドの使用が可能であり、スプリングとして引張りコイルバネや圧縮コイルバネの使用が可能である。また、始動カム２２または起動アーム２９を機械的に直接手動で操作しても、スプリングの畜勢作用をモータで行うことにより、同様の効果を得ることができることは当業者であれば容易に推測できる筈である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係わる動作補助装置は、請求項１の記載によれば、動作部材の動作を補助する動作補助装置において、前記動作部材に係合してこの動作部材を作動するロッドと、このロッドを動作させる歯車と、この歯車を作動する付勢手段と、この付勢手段の付勢力を蓄勢させる駆動手段と、前記付勢手段を所定の付勢状態で保持する保持手段と、この保持手段による付勢状態を解除する解除手段とを有し、この解除手段で前記付勢状態を解除すると前記付勢力が解放され、前記ロッドによって前記動作部材が作動されるので、ロッドの開放速度はコイルバネの弾性力によって付与され、従来のモータ回転によるより数倍の高速で動作させることができる。しかも、本発明に係わる動作補助装置を適用することによって、例えば強力な密着状態にある冷蔵庫など重いドアを開放する始動力が不要となり、老人、小児、障害者等の弱者の力でも手動操作が可能になる。
【００３０】
さらに、前記歯車は、前記歯車は、前記駆動手段によって駆動される蓄勢歯車と前記付勢手段としてのコイルバネを介して連結され、前記歯車を前記保持手段としての一方の係止手段により駆動方向に係止した状態で、前記蓄勢歯車を駆動して前記保持手段としての他方の係止手段で係止されるまで前記コイルバネが付勢されると、該コイルバネは、前記他方の係止手段によって係止され、前記コイルバネが保持されるので、モータの回転力はコイルバネの蓄勢に使用されるだけであり、動作補助はこのねじりコイルバネの機械力を利用した構成であるから、動作補助をモータで行う機構に見られる高負荷による動作時間の変化や、周囲温度に影響される電磁気力と異なり常に一定の開放力を得ることができる。
【００３１】
また、本発明に係わる動作補助装置は、請求項２の記載によれば、前記一方の係止手段には、前記蓄勢歯車に形成されたカム面に摺動する摺動部を備え、この摺動部によって前記一方の係止手段による係止を解除する前記解除手段を構成したので、モータ回転は一方向だけで回転を正逆させるタイミング検出を含むモータ制御回路が省略でき、機構が単純化できる。
【００３２】
そして、本発明に係わる動作補助装置は、請求項３の記載によれば、前記駆動源にステッピングモータを使用し、駆動信号のステップ数を計数して一連の動作の制御を行うので、位置センサが省略でき、ユニット構成を単純化して、コストを低減し、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる動作補助装置の一実施例における畜勢状態を示す概略の平面図である。
【図２】図１に示した動作補助装置の作動状態を示す概略の平面図である。
【図３】図１に示した動作補助装置のIII-III線に沿って展開した断面図である。
【図４】図１に示した動作補助装置のスイッチの動作を説明する部分平面図である。
【符号の説明】
１０  動作補助装置
１１  ケース
１２  ステッピングモータ
１８  主軸
２０  カムギヤ
２２  始動カム
２３  係止カム
２４  カムフォロア
２５  係止レバー
２６  出力車
２８  駆動ねじりコイルバネ
２９  起動アーム
３０  ロッド
３２  ラック
３４  扇形歯車
【図１】
0003887243.tif 000002
【図２】
0003887243.tif 000003
【図３】
0003887243.tif 000004
【図４】
0003887243.tif 000005