(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に固定される回転羽根と本体部分に固定される固定羽根とを相互間で相対回転可能なように組み合わせた丁番において、
前記回転羽根又は固定羽根の何れか一方と一体になっている外側部材と、前記回転羽根又は前記固定羽根の何れか他方と一体になっている係合部材と、該係合部材と前記外側部材との間に設けられた軸受と、前記係合部材に支持された両端部分と該両端部分から偏心した中間部分と前記係合部材にトルク伝達可能なように係合したトルク伝達部とを備えた偏心部材と、前記外側部材に支持されて該外側部材と前記中間部分との間の相対回転を規制する規制部材と、該規制部材が回転部材を介して前記中間部分ところがり接触する関係になるように前記中間部分に設けられた前記回転部材と、を有することを特徴とする丁番。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体に固定される回転羽根と本体部分に固定される固定羽根とを相互間で相対回転可能なように組み合わせた丁番に関し、特に自動閉鎖式の扉に用いられる丁番に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の丁番は、通常、扉枠等の本体側と扉等の回転体側との間を単に相対回転可能に連結するだけの部品であった。又、例えばコピー機械のカバーの丁番のように、一定の抵抗トルクを持ち、カバーの重力による自然落下閉鎖を防止するようにした丁番が公知である。しかし、扉等の開閉に適したように回転位置で変化するトルクを付与できる丁番は従来から知られていない。
【０００３】
一方、自動閉鎖式扉では、丁番とは別に油圧式のトルク調整装置が取り付けられている。しかしながら、このような装置は大掛かりなものであり、装着のための余分なコストやスペースを必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、扉等の回転体の開閉に適したようにトルクを付与できる丁番を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、回転体に固定される回転羽根と本体部分に固定される固定羽根とを相互間で相対回転可能なように組み合わせた丁番において、
前記回転羽根又は固定羽根の何れか一方と一体になっている外側部材と、前記回転羽根又は前記固定羽根の何れか他方と一体になっている係合部材と、該係合部材と前記外側部材との間に設けられた軸受と、前記係合部材に支持された両端部分と該両端部分から偏心した中間部分と前記係合部材にトルク伝達可能なように係合したトルク伝達部とを備えた偏心部材と、前記外側部材に支持されて該外側部材と前記中間部分との間の相対回転を規制する規制部材と、該規制部材が回転部材を介して前記中間部分ところがり接触する関係になるように前記中間部分に設けられた前記回転部材と、を有することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した丁番の構成例を示し、図２乃至図４はその構成部品の図を示す。図１を中心に他の図を参照しつつ丁番の全体構成を説明する。
丁番は、回転体である扉１００に固定される回転羽根１と本体部分である枠２００に固定される固定羽根２とを相互間で相対回転可能なように組み合わせて構成されていて、外側部材としての円筒１１、偏心部材としての偏心軸３、係合部材としての中間リング２１、規制部材としてのネジ４、５、回転部材としてのニードルベアリング６、等を有する。なお、図１ではネジ４、５の仮定的位置を１箇所にのみ示しているが、これらは実際には例えば図６に示すような位置に設けられる。
【０００７】
回転羽根１は、図２にも示す如く、羽根部分１ａと円筒１１を取り付ける取付部分１ｂとを備え、それぞれに取付用のネジ穴１ｃが適当数明けられている。図２（ｂ）では、取付部分１ｂの半円曲げ加工前の展開状態を示している。なお、本例では、回転羽根１と円筒１１とを別体とし、これらをネジ等で結合することにより一体にしているが、全体が１部材で形成されていてもよい。
【０００８】
固定羽根２は、図３にも示す如く、羽根部分２ａと中間リング２１を取り付ける取付部分２ｂとを備え、それぞれに取付用のネジ穴２ｃが適当数明けられている。図３（ｂ）では、羽根部分２ａ及び取付部分２ｂがそれぞれ折り曲げ線Ａ及びＢで折り曲げ加工される前の展開状態を示している。線Ａ、Ｂでの折り曲げ角度はそれぞれ４５°及び９０°である。なお、本例では、固定羽根２と中間リング２１とを別体とし、これらをネジ等で結合することにより一体にしているが、全体が１部材で形成されていてもよい。
【０００９】
円筒１１は、図４にも示す如く、回転羽根１に取り付けられるためのネジ穴１１ａ及びネジ４、５と螺合しこれらを支持するネジ穴１１ｂを備えている。円筒１１の両端部には軸受７が取り付けられる。これにより円筒１１は、軸受７及び中間リング２１を介して偏心軸３の両端部分（後述する曲面状部分３１）との間で相対回転可能な支持関係を形成する。なお、本例では外側部材を円筒１１として形成しているが、ネジ４、５を支持できると共に、軸受７等を介して偏心軸３の両端部分との間で相対回転可能な支持関係を形成できる部材であれば、必ずしも円筒状でなくてもよい。
【００１０】
偏心軸３は、上記の如く軸受７及び中間リング３を介して円筒１１と回転自在な支持関係を形成する両端部分としての曲面状部分３１、この部分から偏心した中間部分としての偏心部３２、トルクを伝達するためのトルク伝達部としての軸端部３３、これらを結合する中間軸部３４等を備えている。その結果、偏心軸３は、両端の曲面状部分３１の中心であり且つ円筒１１の中心である中心Ｏを中心として円筒１１との間で相対的な偏心回転可能になっている。但し本例では、固定羽根２が固定されると、偏心軸３は回転できず、円筒１１が回転する。
【００１１】
偏心部３２は、中心Ｏから距離ｅだけ偏心した位置に中心Ｏ0 を持ち、その外側には、偏心部とネジ４、５とをころがり接触関係にする回転部材としてのニードルベアリング６が装着されている。このため、ニードルベアリング６の外輪６ａは、偏心部３２との間でころがりによって相対回転することができる。
【００１２】
軸端部３３は平坦面になっている両側面及び端面を備えていて、端面がカバーリング８の先端面と接触することにより、偏心軸３が軸方向に位置決めされる。カバーリング８は、中間リング２１と共に固定羽根２の取付部分２ｂにネジで固定される。なお、トルクを伝達するための軸端部３３は、キー溝や角形の穴等であってもよい。中間軸部３４は中実円筒軸になっている。但し、用途によっては、中空軸や、曲げる方向によって曲げ剛性（断面二次モーメントに相当）が変化するような軸であってもよい。
【００１３】
中間リング２１は、固定羽根２に取り付けられていて、軸端部３３とトルク伝達可能なように係合する。即ち、その穴部分は軸端部３３の両側面と接触し、この接触関係を介して固定羽根２と偏心軸３との間でトルクが伝達される。但し本例では、前述の如く固定羽根２が固定されることにより、中間リング２１を介して偏心軸３の回転が拘束される。つまり、トルク伝達部は偏心軸３の回転を防止する作用をなすのみである。中間リング２１の先端突出部分は、偏心軸３に生ずる曲げ荷重の軸端反力を軸受７を介して円筒１１に伝達する。
【００１４】
図５は丁番の取付例を示し、図６はこのときのネジ４、５の装着状態を示す。図５において、丁番の回転羽根１及び固定羽根２は、一方側に壁３００がある室内４００と室外５００とを仕切る扉１００及び枠２００にそれぞれ取り付けられている。扉１００は、実線では全閉位置にあり、二点鎖線ではこれから約１１０°回転した全開位置にある。このときには、図１にも示すように固定羽根２の羽根部分２ａは上側の中心線ＣＬ1 方向の位置で固定され、回転羽根１は、中心線ＣＬ1 の位置（全閉）及びこれから１１０°開いた線ＣＬ2 の位置（全開）の間で回転する。
【００１５】
図６に示す如く、このような丁番の取付状態では、偏心軸３は、外輪６ａがネジ４、５と接触しないと仮定したときに、偏心部３２及び外輪６ａが中心線ＣＬ1 上で中心Ｏから偏心量ｅだけ離れた中心Ｏ0 を中心とした位置になるように、固定羽根２によって位置決めされている。このときの外輪６ａの位置を実線の円Ｃで示している。この位置は図１の状態と同じである。そしてネジ４は、回転羽根１が全開の線ＣＬ2 の位置にあるときに、線ＣＬ2 から反時計方向に約２０°回転した中心線ＣＬ3 で示す位置に設けられる。ネジ５は、これから同方向に約９０°回転した前記中心線ＣＬ1 の位置（ネジ４から９０°位相のずれた位置）に設けられている。
【００１６】
ネジ４、５は、前述の如く円筒１１のネジ穴１１ｂと螺合することによってこれに支持され、円筒１１と偏心部３２及び外輪６ａとの回転を規制する。そのため、ネジ４、５の先端４ａ、５ａは、ネジの進退によって調整され、それぞれ図示のように突出した位置に設定される。図示の状態では、それぞれ右斜線及び左斜線で示す範囲だけ外輪６ａ内に突出している。これらは、回転羽根１及び円筒１１の回転と共に、それぞれ中心Ｏを中心とした円Ｃ1 （一点鎖線で示す外側の円）及びＣ2 （二点鎖線で示す内側の円）上を反時計方向に回転するので、それぞれの突出量は右斜線（一点鎖線）及び左斜線（二点鎖線）のように変化する。そして、先端４ａ及び５ａは、それぞれ、円Ｃ1 及びＣ2 が、円Ｃと、中心線ＣＬ1 から両側に角度１５０°及び１８０°の位置の点Ｐ、Ｐ及びＱで交わるように突出した位置に設定される。以下では、ネジ４及び５をそれぞれ１５０°ネジ及び１８０°ネジと言う。
【００１７】
以上のような丁番は次のような作用効果を奏する。
図７は、円筒１１と共にネジ４が回転し、ネジの先端が４ａ−１乃至４ａ−４の各位置になったときに、ネジ４及び円筒１１にトルクが発生するときの作用を説明するための図である。
【００１８】
ネジ４が中心線ＣＬ1 にあるときには、先端４ａ−１は図示のような力Ｆ1 で外輪６ａを押す。この場合、外輪６ａは偏心部３２に対して回転自在になっているので、先端４ａ−１は外輪６ａと一体となって偏心部３２をその中心Ｏ0 方向に押す。この先端の位置では押す方向が中心Ｏ方向であり、偏心部３２はその方向にネジ４の突出量δ1 だけ押されてＯ1 の位置に移動する。
【００１９】
このときには、力Ｆ1 は偏心軸３の両端の球面状部分３１で支持され、偏心軸に曲げ荷重だけが作用すると仮定すれば、偏心軸はスパンＬの単純支持梁として曲げ荷重を受けてδ1 だけ撓むことになる。このときには、ネジ４と外輪６ａ間に作用する圧接力Ｆ1 は、
Ｆ1 ＝４８ＥＩｚδ1 ／Ｌ3 ＝Ｋδ1 （Ｋ＝４８ＥＩｚ／Ｌ3 ）
になる。図では、このＦ1 の大きさをδ1 と同じ長さで示している。このＦ1 と大きさが等しく方向が反対の力Ｆ1 ´が先端４ａ−１に作用する。しかし、これらの力Ｆ1 、Ｆ1 ´は上記の如く中心Ｏ方向の力であるため、これらによって偏心軸３及びネジ４従って円筒１１を回転させるトルクは発生しない。
【００２０】
４ａ−１から角度θ回転した４ａ−２の位置では、外輪６ａがネジ４で押されると、その中心Ｏ0 が４ａ−２からＯ0 方向の力を受けて近似的には中心Ｏ2 の位置まで移動する。このときの中心の移動量はδ2 である。このδ2 が曲げ荷重のみによって生じるとすれば、上式によって外輪６ａと先端４ａ−２との間に作用する力Ｆ2 、Ｆ2 ´を計算することができる。この場合には、Ｆ2 及びＦ2 ´は中心Ｏから距離ｄ2 だけ離れた位置に作用するので、偏心軸３及びネジ４従って円筒１１を中心Ｏまわりに回転させるトルク
Ｔ2 ＝Ｆ2 ｄ2 ＝Ｋδ2 ｄ2     Ｔ2 ´＝Ｆ2 ´ｄ2 ＝−Ｋδ2 ｄ2 
が発生する。ところが、偏心軸３は中間リング２１を介して固定羽根２によって回転を拘束されているので、ネジ４及び円筒１１を介して回転羽根１がトルクを受けて動くことになる。このトルクは、時計方向のトルク即ち回転羽根１を開方向に回転させるトルクである。
【００２１】
θを４５°程度として示した先端４ａ−２の位置に対して、θが９０°である先端４ａ−３の位置では、Ｔ3 ＝Ｋδ3 ｄ3 において、図示の如くｄ3 はｄ2 より少し大きくなるが、δ3 はδ2 の半分程度になるため、Ｔ3 はＴ2 より小さくなっている。θが１５０°の位置では、外輪６ａに対するネジ４の先端４ａ−４の突出量が０になるので、Ｔ4 は０になる。
【００２２】
以上では、ネジ４の先端で外輪６ａが押されると、偏心軸３が曲げ荷重のみを受け、偏心部３２はネジ４の先端から偏心部の中心Ｏ方向にネジ４の突出量だけ撓むものとしたが、偏心軸３に前記のようなトルクが発生すると、偏心部３２には曲げによる撓みと共に捩じれによる撓みが生じ、δは曲げ捩じり撓みになる。その結果、偏心部３２の中心Ｏ0 の移動する位置が図示のＯ2 、Ｏ3 の位置から左回転方向にずれてくる。曲げ捩じりの合成作用を考慮すればこのような発生トルクを精度良く計算することができるが、その計算は極めて複雑になるので省略する。
【００２３】
図８は、上記のようなトルク発生作用によって生ずるトルクを実験的に測定した結果を示す。
図において、横軸の中心である角度０の位置は、４種類の突出量を持つネジが図７の中心線ＣＬ1 上にある状態を示し、プラス／マイナスの角度はそれからネジがそれぞれ時計方向／反時計方向に回転した角度を示す。縦軸はそれぞれのネジ角度において回転羽根１に発生するトルクを示し、プラス／マイナス側はそれぞれ閉トルク／開トルクを示す。又、ネジの突出量がネジ４及び５の突出量に相当する１５０°ネジ及び１８０°ネジの測定値をそれぞれ白丸及び黒丸で示し、１２０°ネジ及び９０°ネジの測定値を三角及び四角で示し、それぞれのトルク曲線をＴ−１５０等で表示している。
【００２４】
この実験では、θが４５°近傍でトルクＴが最大になっている。図７で説明したように、Ｔ∝δｄであるから、実験結果のトルクは、曲げのみを考慮して作図的に求まる概略トルクと同様の傾向になっている。本例の丁番では、扉全開時に１５０°ネジ４が９０°の位置にあって１８０°ネジ５がこれから９０°位相のずれた０°の位置にあり、扉全閉時にはネジ４がマイナス２０°の位置にあってネジ５はマイナス１１０°の位置にある。従って、ネジ４のトルク曲線Ｔ−１５０を基準にして全開から全閉までの部分を太線で示し、ネジ５のトルク曲線Ｔ−１８０を９０°位相をずらせてネジ４の部分に重ねてこれを点線のトルク曲線Ｔ−１８０／９０で示すと、ネジ４及びネジ５による合成トルク曲線は実線のＴｃのようになる。
【００２５】
このＴｃによれば、θ＝−２０°の扉全閉時には、相当量の閉トルクＴｓが残り、扉はロックなしでも閉状態に維持される。θが１０°〜７０°（扉開角度で３０°〜９０°）程度では、それ程大きくない閉トルクＴｍが生じ、扉を適度な速度で自動的に閉めることができる。θが９０°（扉開角度で１１０°）では、適当な開トルクＴ0 が残り、全開ロックを掛けることなく扉を開状態に維持できると共に、僅かな力を加えることによって扉を閉トルク状態まで閉めることができる。又、全開近傍の閉トルクが小さいため、人が扉を開けて退出したときに、扉が急に閉まって人の尻を叩くような、単なるバネを使用したときの不具合点も防止される。
【００２６】
以上では、本発明の丁番が１１０°程度の全開角度の扉に用いられる例を示した。この例では、そして規制部材として２本のネジ４、５を用いているが、上記扉のように用途が定まっている場合には、必ずしもネジのように突出量の調整可能な規制部材を用いる必要はない。例えば円筒１１と一体又はこれに固定された凸部でもよい。
【００２７】
又、規制部材の数が２個に限定されないことは勿論であり、丁番の用途によって１個又は３個以上であってもよい。例えばコピー機械の蓋のように、６０°程度でその開位置を保持させれば足りるような用途に対しては、規制部材を１個にして、図８のトルク曲線Ｔ−１８０の範囲Ｒ部分を用いることができる。その場合には、閉位置で閉トルクがあり蓋の閉状態を維持でき、全開時には、蓋の自然落下力に対抗する最大開トルクが生じて、確実に蓋の開状態を保持することができる。
【００２８】
更に、特殊な用途の丁番に対しては、偏心軸３の中間軸部３４の断面を楕円形やその他の特殊形状にして、回転位置によって断面二次モーメントを変化させ、曲げ合成の変化も加えた特別なトルク曲線を作ることも可能である。又、ネジ４、５の何れかもしくは両方を傾倒式にして、特定の回転角度になると傾倒させ、回転角度に対してトルクが急変するような構造にしてもよい。
【００２９】
ネジ４、５と偏心軸３の偏心部３２間をころがり接触関係にする回転部材として、本例では偏心部３２にニードルベアリング６を設けているが、このような構成に代えて、ネジ４、５又はこれに代わる突出部材の先端部分もしくは突出部材自体をローラ等の回転部材で形成してもよい。偏心部材も、本例では偏心軸にしているが、これをクランク状に形成してもよい。更に用途によっては、偏心部３２を軸の両端支持部の中央でなく一方側に近づけるような構成も可能である。
【００３０】
又以上では、偏心軸３を固定羽根２で固定し、円筒１１を回転羽根１で回転させているが、この反対に、図１に示す回転羽根１及び円筒１１を固定し、固定羽根１及び偏心軸３を回転させてもよいことは勿論である。この場合には、回転羽根１を枠２００に取り付け、固定羽根２を扉１００に取り付けることになる。そして、図６において回転羽根１を線ＣＬ1 の位置に固定し、ネジ４を二点鎖線で示す４´の位置に設定する。これにより、扉を全開位置ＣＬ2 と全閉位置ＣＬ1 との間で開閉し、中間リング３１を介して偏心軸３を回転させ、その偏心部３２及び外輪６ａを偏心回転させると、円筒１１を回転させるのと全く同様に、図８に示すトルク曲線Ｔｃを得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、例えば固定羽根と係合部材とを一体化し、この係合部材を偏心部材のトルク伝達部にトルク伝達可能なように係合させ、固定羽根を扉枠等に固定することによって、偏心部材に固定トルクを伝達し、偏心部材の回転を拘束することができる。又、扉等に取り付けられる回転羽根と外側部材とを一体化して、外側部材と偏心部材の両端部分とを回転可能な支持関係にすることにより、偏心部材の回転を拘束しても、回転羽根及び外側部材を回転させることができる。
【００３２】
一方、偏心部材はその両端部分から偏心した中間部分を備え、外側部材に支持された規制部材によってこの中間部分と外側部分との間の相対回転を規制するので、外側部材を強制的に回転させると、中間部分が規制部材と接触し、両端部分に対して中間部分が撓むことにより、規制部材の回転規制を回避することになる。この場合、規制部材と中間部分との間をころがり接触関係にする回転部材を設けているので、規制部材と中間部分との間では摩擦なく接触面圧だけが伝達される。
【００３３】
この接触面圧による押圧力は中間部分の中心方向に作用するが、中間部分の中心は偏心部材の両端部分の中心から偏心しているので、規制部材が特定位置にあるとき以外には、圧接力によって偏心部材と規制部材（従って外側部材）間を相対回転させるトルクが発生する。この場合、圧接力の大きさ及びその方向が規制部材の回転位置によって異なってくるので、規制部材の回転と発生トルクの大きさ及び方向とを調整することにより、規制部材を介して外側部材及び回転羽根に必要なトルクを付与することができる。又、規制部材を複数個設けることにより、回転羽根の回転位置と発生トルクの大きさ及び方向の関係を目的に合わせて細かく調整することができる。その結果、例えば自動閉鎖扉としての適当なトルク特性を得ることができる。
【００３４】
このような丁番は、扉の支持案内機能のみを備えた通常の丁番に較べて、開閉トルク自動調節機能を備えているので、丁番とは別に設けられる大掛かりな油圧式の開閉装置を省略することができる。この場合、本発明の丁番は、通常の丁番に較べて、支持軸が偏心軸等の偏心部材になっていること、支持部材に規制部材を設けていること、及び偏心部材の中間部分と規制部材との間に回転部材を設けていることが相違するだけであるから、構造が少し複雑になり大きさが少し大きくなる程度である。従って、扉を自動閉鎖できる装置全体として見ると、従来よりも大幅に小型軽量化、構造の簡素化及びコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した丁番の全体構造の一例を示し、（ａ）は縦断面図で（ｂ）は底面図である。
【図２】上記丁番の回転羽根を示し、（ａ）は断面図で（ｂ）は曲げ加工前の正面図である。
【図３】上記丁番の固定羽根を示し、（ａ）は上面図で（ｂ）は曲げ加工前の正面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ上記丁番の円筒の正面図及び上面図である。
【図５】上記丁番の取付例を示す説明図である。
【図６】上記丁番のネジの取付状態を示す説明図である。
【図７】上記丁番のネジの回転によるトルク発生作用の説明図である。
【図８】上記丁番のネジを回転させたときのトルク特性の曲線図である。
【符号の説明】
１            回転羽根
２            固定羽根
３            偏心軸（偏心部材）
４、５        ネジ（規制部材）
６            ニードルベアリング（回転部材）
１１          円筒（外側部材）
２１          中間リング（係合部材）
３１          曲面状部分（両端部分）
３２          偏心部（中間部分）
３３          軸端部（トルク伝達部）
１００        扉（回転体）
２００        枠（本体部分）
【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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