(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扉又は扉枠に取り付けられる中空の枠体と、枠体内において長さ方向に移動可能に案内されたスライダと、スライダを平常位置に向かう方向に付勢する戻しばねと、スライダ側面に形成されたラックと噛み合うピニオンと、枠体に回動自在に支承され、ピニオンと同軸に結合されると共に、枠体外に突出した部分に連係アームが取り付けられる主回転軸と、主回転軸に連結された歯車増速機構と、歯車増速機構の出力側に連結されたブレーキ機構とを有し、主回転軸からブレーキ機構に到るギア機構のうち、増速のために最低限必要な１組の歯車対を除いて主回転軸のすぐ後に１方向クラッチをつなぐことにより、１方向クラッチに回転数は速いが小さなトルクしかかからないようにすると共に、クラッチが切れたときにも回転を続ける歯車の数をなるべく減らすことで回転モーメントを小さくし、手でドアを開けるときの負荷を減らすようにしたことを特徴とするドアクローザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、扉を閉じるために使用されている戻しばねの復元力を、作動油によらず、機械的に緩衝させる方式のドアクローザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
戻しばねの復元力を機械的に緩衝させる方式のドアクローザは、作動油を使用しないことから油洩れの心配がなく、又、シリンダ回りのシーリング処理によるコスト高の要素がないこと等から注目され、この方式による種々のクローザの提案がなされている。
【０００３】
本出願人も、先に、平成８年特許願第１５７５６４号を以て、新規な機械式緩衝機構を有するドアクローザを提案している。
【０００４】
このクローザは、扉閉鎖時の戻しばね及び慣性による過大な閉鎖力を、ラック・ピニオン機構によりピニオンの回転トルクに変え、ピニオンの回転を歯車増速機構により増速した後、増速機構の出力側にブレーキ機構を連結して緩衝させるようにしている。
【０００５】
しかして、扉が閉じられる場合にはブレーキが作用し、扉を開く場合にはブレーキが作用するのを防止する必要があることから、当然、ピニオンの回転軸からブレーキに到る連結機構には一方向クラッチが組み込まれる必要があり、本出願人が提案した上記平成８年特許願第１５７５６４号に記載された発明においては、増速機構の入力軸、すなわち副回転軸に一方向クラッチが組み込まれている。
【０００６】
この構造によれば、扉を開く場合に、扉以外に作動させる必要のある部品は駆動側軸とピニオン・ラックのみであり、大きな慣性抵抗は発生せず、従って、ほとんど扉の慣性抵抗と戻しばねの弾力に打ち勝つ力だけで扉を開くことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のドアクローザに組み込まれた一方向クラッチのトルク負荷容量に着目すると、増速機構の入力軸におかれた一方向クラッチは、戻しばねによってピニオンにかかる大きなトルクを直接受けることとなり、ドアクローザのようにコンパクトな装置内に組み込まれる程度の寸法の一方向クラッチとしては負荷が大き過ぎ、その寿命が他の周囲の部品に比べて過小であるという問題が残る。
【０００８】
そこで、この発明のドアクローザは一方向クラッチの負荷を減少させて寿命を永くするとともに、扉を開く場合に扉以外の部品の慣性抵抗を増大させないことを目的として提案されたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明は、扉又は扉枠に取り付けられる中空の枠体と、枠体内において長さ方向に移動可能に案内されたスライダと、スライダを平常位置に向かう方向に付勢する戻しばねと、スライダ側面に形成されたラックと噛み合うピニオンと、枠体に回動自在に支承され、ピニオンと同軸に結合されると共に、枠体外に突出した部分に連係アームが取り付けられる主回転軸と、主回転軸に連結された歯車増速機構と、歯車増速機構の出力側に連結されたブレーキ機構とを有し、主回転軸からブレーキ機構に到るギア機構のうち、増速のために最低限必要な１組の歯車対を除いて主回転軸のすぐ後に１方向クラッチをつなぐことにより、１方向クラッチに回転数は速いが小さなトルクしかかからないようにすると共に、クラッチが切れたときにも回転を続ける歯車の数をなるべく減らすことで回転モーメントを小さくし、手でドアを開けるときの負荷を減らすようにしたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施例に基づいて、この発明について説明する。
図１及び図２は、この発明の一実施例によるドアクローザを示し、これらの図において符号１は扉１０又は扉枠にねじ等で取り付けられる断面形状が横に細長い矩形の枠体、１１は枠体１の開口を覆うように装着されたカバー板である。
【００１１】
枠体１内にはスライダ４が配設されている。このスライダ４は、枠体１内に固設された筒状のスライダ受け１２と嵌合しており、枠体１の長さ方向、すなわち図１で左右に移動可能に案内されている。
【００１２】
スライダ４は、例えば有底円筒状で、その外周面にはその母線に沿うラック６が装着されており、このラック６はスライダ受け１２にその母線に沿って形成されたスリットを通してスライダ受け１２の外方に突出している。
【００１３】
また、スライダ４の内筒部底面と、スライダ受け１２の開口を覆うばね受け１３との間には、戻しばね５が弾装されており、スライダ４を図の左方向へ付勢している。
【００１４】
一方、枠体１の中央部分は、両端又は一端を外方に突出させた垂直な主回転軸２が回動自在に支承されており、その主回転軸２には前述のラック６に噛み合うピニオン３が固定されている。
【００１５】
また、主回転軸２の一方の外端には図示しない連係アームの１つが固設してあり、その図示しない連係アームの他端は従来のドアクローザ同様、他の連係アームを介して扉枠等の固定部分に接続させてある。
【００１６】
更に、主回転軸２の図２で上方の部分には比較的歯数の多い大傘歯車２１が装着されている。
【００１７】
又、ブラケット１４（図２参照）に支承された第１支軸３１の一端（図１及び図２で右端）には、比較的歯数の少ない小傘歯車２２が装着され、この小傘歯車２２は上記大傘歯車２１と噛み合っている。
【００１８】
上記第１支軸３１には一方向クラッチ７が装着されており、第１支軸３１の駆動側軸３１ａ従動側軸３１ｂとを前者の回動方向により係脱させる構造となっている。
【００１９】
一方向クラッチ７は、扉１０が開くとき、(例えば、主回転軸２が図１で反時計方向に回動するとき）、大傘歯車２１及び小傘歯車２２を介して駆動される駆動軸側３１ａの回動が従動側軸３1ｂに伝達されないように作動する。
【００２０】
逆に閉扉時は、一方向クラッチは７は駆動側軸３１ａの回動を受動側軸３１ｂに伝達する。このような一方向クラッチは、例えばラチエット爪とラチエットホイールよりなるもの、あるいは傾斜孔にころをは嵌め込んだもの等種々のものを採用することができる。
【００２１】
第１支軸３１の他端（図１及び図２で左端）には第１大歯車２３が装着され、ブラケット１４に支承された第２支軸３２の一端に装着された第１小歯車２４と噛み合っている。
【００２２】
第２支軸３２の他端に装着された第２大歯車２５は、ブラケット１４に支承された第３支軸３３の一端に装着された第２小歯車２６と噛み合っている。
【００２３】
また、第３支軸３３の他端に装着された第３大歯車２７は、ブラケット１４及び枠体の一端に支承されたブレーキ軸３４の第３小歯車２８と噛み合っている。
【００２４】
上記構造において、大傘歯車２１から第３小歯車２８に至る歯車連結構造は増速機構を形成し、主回転軸２の回動は４段の歯車増速機構を経て、ブレーキ軸３４を高速回転させる。
【００２５】
ブレーキ軸３４にはブレーキカップ４１が固設されており、ブレーキカップの少くともスカート部４１ａは非磁性の導電体から作られている。
【００２６】
一方、ブレーキカップ４１のスカート部４１ａ（図１及び図３参照）の内外面に近接するようにして、その外側には円筒状の第１磁石ホルダー４２が、内側には、同じく円筒状の第２磁石ホルダー４４が配設されている。
【００２７】
内側の第２磁石ホルダー４４には、図３に示すように、図３における頂点部をＮ極として、円周方向に交互に異極が隣接するようにして、永久磁石からなる６個の内側磁石４５、４５が配設されており、この第２磁石ホルダー４４は枠体１に対して固定されている。
【００２８】
一方、外側の第２磁石ホルダー４２には、同じく図３で示すように、図３における頂点部をＳ極として、円周方向に交互に異極が隣接するようにして、夫々永久磁石からなる６個の外側磁石４３、４３が配設されている。
【００２９】
なお、図３において、各磁石４３、４５はブレーキカップ４１の半径方向に着磁されているものとし、そのＳ、Ｎの磁極はスカート部４１ａに対向している磁極を表わすものとする。
【００３０】
第２磁石ホルダー４２は、その外周の一部にセクターギヤ４２ａが形成されており、このセクターギア４２ａは、枠体１の一端に回動自在に支承された第４支軸４６に固定されているピニオン４７と噛み合っている。
【００３１】
その為、第４支軸４６の枠体１から突出した一端をドライバー等の工具により回動させてピニオン４７を回すことにより、第１磁石ホルダー４２と第２磁石ホルダー４４との円周方向の相対位置を変化させることができる。
【００３２】
図３に示す磁極の配置においては、外側磁石４３と内側磁石４５との間に磁力線が流れ、この磁力線は、スカート部４１ａの走行方向と直交する。従って、スカート部には誘導電流が流れ、いわゆる渦電流が発生する。
【００３３】
このうず電流は、磁束を切るスカート部４１ａの移動を阻止するように作用するので、ブレーキカップ４１はブレーキ力を受ける。
【００３４】
この結果、扉が開放状態から閉鎖方向に移動するとき扉はブレーキ力を受けてゆっくりと閉扉し、扉の閉扉回動が緩衝される。
【００３５】
図３に示す磁極配置は、外側磁石４３のＮ極或はＳ極が内側磁石４５のＳ極或はＮ極と完全に向かい合っているので、流れる磁力線は最大となっている。換言すれば、スカート部４１ａを通る磁束密度は最大となっている。
【００３６】
第４支軸４６を回動させて、図４に示すように第１磁石ホルダー４２を時計方向に回動させると、外側磁石４３及び内側磁石４５はその一部が同極同志向かい合い、この部分には磁力線が流れなくなり、全体としての磁力線の数は減少する。
【００３７】
この結果、スカート部４１ａの走行によって発生する誘導電流も図３で示す状態と比較して減少し、ブレーキ力が小さくなる。すなわち、軸４６の回動によりブレーキ力を調整することができる。
【００３８】
以上に説明したブレーキ機構は、戻しばねの弾力によるエネルギーを渦電流により吸収するものであるが、この他にブレーキバンドと使用して摩擦熱として、エネルギーを吸収する方法も使用可能であることは勿論である。
【００３９】
前述したようにこの実施例では、大傘歯車２１から第３小歯車２８に到る歯車増速機構の第１支持軸３１に一方向クラッチ７を組込んである。
【００４０】
このように構成したのはは次の理由による。
すなわち、戻しばね５の弾力によりラック・ピニオンを介して、主回転軸２にかかるトルクをＴ0とし、大傘歯車と小傘歯車による増速比をｉとしたとき、第１支軸３１にかかるトルクＴ1は次式で示される。
【００４１】
【数１】
0003774005.tif 000002
【００４２】
増速比ｉは当然１よりも大きく、実用的には２乃至５の値が使用されるので、第１支軸３１にかかるトルクＴ1は主回転軸２にかかるトルクＴ0の数分の一と小さくなる。
【００４３】
この結果、一方向クラッチにかかる負荷トルクも数分の一に軽減され、クラッチとしての寿命が延長される。
【００４４】
一方向クラッチの一例を図５に示す。符号１００は内輪カムローラ形クラッチの平面略図を示し、このクラッチは、外輪１０１、内輪カム１０２、及びローラ１０３から構成され、内輪カム１０２の外辺部には、内輪の接線方向に対して傾斜するカム面１０２ａが形成され、このカム面１０２ａと外輪１０１の内周面との間には楔状の空間が形成されている。
【００４５】
一方、上記区間には、夫々１個ずつのローラ１０３が配設され、このローラは内輪に内臓されたスプリング１０５の作用により外方に向かって付勢された接触片１０４により、外輪の内面に軽く接触している。
【００４６】
内輪が時計方向（矢印Ｒ１の方向）に回転すると、ローラ１０３はカム面１０２ａと外輪との間に押し込まれ、内輪と外輪とは一体となって回転する。
【００４７】
逆に内輪が反時計方向（矢印Ｒ２）に回転すると、ローラは外輪とは軽く接するだけで、内輪と外輪との間には滑りが生じ、内輪の回転は外輪に伝達されない。
【００４８】
この構造において、このクラッチの負荷トルクの伝達能力は、外輪の内面、内輪のカム面及びローラの接触圧力強度により決定される。
【００４９】
これを言い換えれば、一方向クラッチの能力以上の過大な負荷トルクをかけると、外輪内面とローラ表面及び内輪のカム面とローラ表面との間に許容接触圧力以上の過大な接触圧力がかけられる結果、これら表面において弾性歪みを超えて永久歪みが発生し、この結果ローラとしての作用が不可能となる。
【００５０】
従って負荷能力を超えた条件において使用を重ねることにより、一方向クラッチとしての寿命は著しく短縮される。
【００５１】
以上説明したように、一方向クラッチは増速機構の従動側のより高速な部分に組込むほどトルクが小さくなり、一方向クラッチにかかる負荷トルクが軽減されるが、一方、次の問題についての考慮がなされる必要がある。
【００５２】
扉を開くときには、一方向クラッチよりも従動側の各部品は一方向クラッチの機能により機械的に切離されて静止状態にあるが、一方向クラッチよりも駆動側の各部品は常時主回転軸に連結されているから、扉を開くと一体的に回転し、これが慣性抵抗となって扉を開く力に負荷として印加される。
【００５３】
しかも、この慣性抵抗は後述するように、増速比の２乗となって主回転軸に印加される。
【００５４】
すなわち、回転体（例えば歯車）の慣性モーメントをＩとし、角速度をＷ0とするとき、この回転体の運動エネルギーＥ0は次式で示される。
【００５５】
【数２】
0003774005.tif 000003
【００５６】
この回転体の角速度を増速比ｉにより増速した時には、回転体の運動エネルギーＥ1は次式で示される。
【００５７】
【数３】
0003774005.tif 000004
【００５８】
上式で示すように、小さな歯車であっても運動エネルギーは増速比ｉの２乗に比例して増加し、無視できない値となる。
【００５９】
従って、扉を開けるときには、一方向クラッチよりも駆動側にある全ての歯車の慣性抵抗の増速比ｉの２乗倍の慣性抵抗を引きずりつつ扉を開けることになり、換言すれば、扉を開けるのが重くなるという不都合を生じる。
換言すれば、一方向クラッチを駆動側から遠ざけるほど扉が重くなる。
【００６０】
このように一方向クラッチを駆動原軸に近づけるほど開けるとき扉が軽くなるが負荷容量を大きくする必要があり、反対に、一方向クラッチをブレーキ機構に近づけるほどクラッチの負荷容量は小さくて済むが開ける扉が重くなる。
【００６１】
以上説明したように、一方向クラッチを組み込む位置は自ら限定され、回転数が小さすぎる位置でも、大きすぎる位置でも支障を生じ、実用上差し支えない回転数の位置に設定する必要がある。
【００６２】
そこで、この発明では、増速機構の入力軸となっている大傘歯軸２１に直結した軸及び増速機構の出力軸となっている第３小歯車２８に直結した軸に一方向クラッチを組込むことはさけ、これら歯車の中間にある歯車の支軸に一方向クラッチを組込み、上記した不都合を解消したものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上に説明したこの発明によるドアクローザは、主回転軸とブレーキとの間に取付けられる増速機構の入力軸、及び出力軸を除いた中間の歯車支軸に一方向クラッチを組込んだので扉を開くときには重くなく、又、クラッチの寿命も永くなるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のドアクローザの実施例を示す縦断平面図。
【図２】カバー板を取り外して示したその側面図。
【図３】ブレーキ機構の正面図。
【図４】ブレーキ機構のブレーキ調整時の正面図。
【図５】内輪カムローラ形クラッチの平面略図。
【符号の説明】
１   枠体
２   主回転軸
３   ピニオン
４   スライダ
５   戻しばね
６   ラック
７   一方向クラッチ
１０  扉
１１  カバー板
１２  スライダ受け
２１  大傘歯車
２２   小傘歯車
２３   第１小歯車
２４   第２大歯車
２５   第２大歯車
２６   第２小歯車
２７   第２大歯車
２８   第２小歯車
３１  第１支軸
３１ａ  駆動側軸
３１ｂ  従動側軸
３４   ブレーキ軸
３５   ブレーキカップ
４１ａ  スカート部
４２   第１磁石ホルダー
４２ａ  セクターギヤ
４３   外側磁石
４４   第２磁石ホルダー
４５   内側磁石
４６   第４軸
４７   ピニオン
１００  内輪カムローラ形クラッチ
１０１   外輪
１０２   内輪
１０２ａ  カム面
１０３   ローラ
１０４   接触片
１０５   スプリング
【図１】
0003774005.tif 000005
【図２】
0003774005.tif 000006
【図３】
0003774005.tif 000007
【図４】
0003774005.tif 000008
【図５】
0003774005.tif 000009