JP7284317B2 - ロータリーダンパー - Google Patents

Description

本発明は、ロータリーダンパー殊に歯車機構を利用したメカニカル（機械式）ロータリーダンパーに関する。

例えば炊飯器には、ヒンジ手段によって釜の上面を覆う閉位置と釜の上面を露呈せしめる開位置との間を旋回自在な蓋が設けられている。蓋は、ばねの如き適宜の付勢部材によって付勢された状態でロック機構により閉位置でロックされており、所要操作によって上記ロックが解除されると付勢して閉位置から開位置へ旋回せしめられる。付勢して旋回せしめられた蓋の旋回速度（運動エネルギー）は蓋の回転軸に接続されたロータリーダンパーの作用によって減衰せしめられ、蓋は開位置において衝撃を生じることなく停止する。かようなロータリーダンパーは炊飯器の蓋以外にもトイレの便座やブラインドの巻き取り機構等に設けられることもある。

ロータリーダンパーとしては、内部にシリコンオイル等の比較的粘性の高い流体が封入されたハウジングと、ハウジングに回転自在に装着された回転部材とを備える形式の所謂オイルダンパーが広く実用に供されている。オイルダンパーにおいては、流体の粘性抵抗により回転部材の回転に対して逆向きのトルクを回転部材に作用させることで、入力回転部材又は出力回転部材の回転速度を低減させる。下記特許文献１には、オイルダンパーの一例が開示されている。

特開平７－１２１６６号公報

而して、特許文献１に開示されたオイルダンパーにあっては、ハウジング内に封入された流体が外部に漏洩する虞がある。また、一般的に流体の粘性抵抗は温度によって変化することから、気温の高い夏場と気温の低い冬場とではオイルダンパーが付与する上記逆向きのトルクが変化してしまい、これにより制限される入力部材又は出力部材の回転速度も異なってしまう。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、流体の粘性抵抗を利用することなく機械的に回転体の回転速度を低減させることが可能な新規のロータリーダンパーを提供することである。

本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成するダンパーとして、内側空間を備えた固定のハウジングと、前記内側空間に収容されて中心軸の周りを自転可能な回転外歯歯車とを具備し、
前記内側空間は、前記ハウジングの内周面に固定内歯歯車が形成された歯車形成空間部と前記固定内歯歯車が形成されていない断面円形の歯車非形成空間部とに区画され、前記歯車形成空間部及び前記歯車非形成空間部は共に前記回転外歯歯車の前記中心軸と共通の中心軸を有し、
前記内側空間には更に作動部材が収容されており、前記作動部材は前記回転外歯歯車の前記中心軸に対して偏心した偏心軸上に共通に配置された作動内歯歯車及び作動外歯歯車を備え、前記作動内歯歯車は前記回転外歯歯車と、前記作動外歯歯車は前記固定内歯歯車と夫々噛み合い、前記回転外歯歯車、前記固定内歯歯車、前記作動内歯歯車、及び前記作動外歯歯車はいずれもトロコイド歯形であって、
前記作動部材は軸方向に突出する作動ピンも備え、前記作動ピンは摩擦付与手段によって制動トルクが付与された円形の制動板に形成された穴に挿通され、
前記制動板は前記歯車非形成空間部において前記回転外歯歯車の前記中心軸の周りを公転することは規制されるが自転することは許容された状態で前記ハウジングに嵌め合わされている、ことを特徴とするロータリーダンパーが提供される。

好ましくは、前記作動ピンの断面は円形状であって前記穴は径方向に長い長円形状である。前記作動ピンの断面及び前記穴は共に円形状であってもよい。前記歯車非形成空間部における前記ハウジングの内側面には前記回転外歯歯車の前記中心軸に対して垂直な円環形状の肩面が設けられており、前記肩面によって前記制動板の軸方向への移動は規制されているのがよい。好適には、前記摩擦付与手段は、前記ハウジングと前記制動板との間に配置されて前記制動板を軸方向に押圧する波ばねである。前記回転外歯歯車には前記中心軸に沿って軸方向に延びる断面円形の軸部が接続されており、前記軸部は前記制動板の内側に挿通されているのがよい。前記作動内歯歯車の歯数は前記回転外歯歯車の歯数よりも、前記固定内歯歯車の歯数は前記作動外歯歯車の歯数よりも夫々１ずつ多いのが好適である。

本発明に従って構成されたロータリーダンパーでは、回転外歯歯車、固定内歯歯車、作動内歯歯車、及び作動外歯歯車がいずれもトロコイド歯形であることに起因して、回転外歯歯車が回転すると、作動部材は、作動内歯歯車と回転外歯歯車との噛み合いによって回転外歯歯車の回転方向と同一方向に公転すると共に、作動外歯歯車と固定内歯歯車との噛み合いによって回転外歯歯車の回転方向とは反対方向に自転する。このとき、回転外歯歯車の歯先及び作動外歯歯車の歯先は同時に作動内歯歯車の歯先及び固定内歯歯車の歯先に乗り上げ又は作動内歯歯車の歯先及び固定内歯歯車の歯先から降りる。また、回転外歯歯車は作動内歯歯車との噛み合い及び作動外歯歯車と固定内歯歯車との噛み合いによる制動トルクを受けながら回転する。かような制動トルクは、回転外歯歯車の歯先及び作動外歯歯車の歯先が作動内歯歯車の歯元及び固定内歯歯車の歯元から夫々の歯先に向かって上昇するに従い漸次増大して作動内歯歯車の歯先及び固定内歯歯車の歯先に乗り上げたときに最大となり、作動内歯歯車の歯先及び固定内歯歯車の歯先を通過した後は漸次減少する。つまり、回転外歯歯車は変動する制動トルクを受けながら回転する。而して、かような制動トルクの変動量は小さい。

本発明に従って構成されたロータリーダンパーにあっては更に、摩擦付与手段によって制動トルクが付与された制動板がハウジング内で回転外歯歯車の中心軸の周りを自転のみ可能なように嵌め合わされ、作動部材に形成された軸方向に突出する作動ピンが制動板に形成された穴に挿通されていることから、上述したとおりに作動部材が公転及び自転することで作動ピンが移動した場合には、作動ピンの周方向移動成分にのみ制動板が摩擦付与手段から付与された制動トルクが付加される。つまり作動部材の公転運動成分にのみ制動板を介して摩擦付与手段から制動トルクが付加され、これによって上述した回転外歯歯車が受ける制動トルクの変動量は充分増大せしめられる。制動トルクの変動量が増大せしめられることで回転外歯歯車の運動エネルギーは効果的に減衰させられるため、流体の粘性抵抗を利用することなく回転外歯歯車の回転速度を低減させることができる。

本発明に従って構成されたロータリーダンパーの好適実施形態の全体構造を示す図。 図１に示すロータリーダンパーのハウジングを単体で示す図。 図１に示すロータリーダンパーの回転外歯歯車を単体で示す図。 図１に示すロータリーダンパーの作動部材を単体で示す図。 図１に示すロータリーダンパーの制動板を単体で示す図。 図１に示すロータリーダンパーの作動を説明するための図。 本発明に従って構成されたロータリーダンパーの他の実施形態を示す図。

以下、本発明に従って構成されたロータリーダンパーの好適実施形態を示す添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１を参照して説明すると、全体を番号２で示すロータリーダンパーは、固定のハウジング４と、ハウジング４内で中心軸ｏ１の周りを自転可能な回転外歯歯車６とを具備している。

図１と共に図２を参照して説明すると、ハウジング４は図２（ａ）に示されるハウジング本体１０及び図２（ｂ）に示されるシールド板１２から構成されている。ハウジング本体１０は中心軸ｏ１に対して垂直に配置される略正方形の端板１４と、端板１４の外周縁から軸方向に延びる外周壁１６とを有し、外周壁１６の内側には内側空間１８が設けられている。内側空間１８は、外周壁１６の内周面にトロコイド歯形である固定内歯歯車２２（歯数は３６）が形成された歯車形成空間部２４と、固定内歯歯車２２が形成されていない断面円形の歯車非形成空間部２６とに区画され、歯車形成空間部２４及び歯車非形成空間部２６は共に中心軸ｏ１と共通の中心軸を有している。更に、歯車非形成空間部２６は歯車形成空間部２４よりも外周壁１６の開放端縁側に位置し、両空間部は軸方向に隣接して配置されている。外周壁１６の開放端縁部の内径は増大されており、これに起因して歯車非形成空間部２６においてハウジング４の内側面には中心軸ｏ１に対して垂直な円環形状の肩面２８が設けられている。外周壁１６の角部には開放端側の端面から端板１４に向かって軸方向に直線状に延びるボルト穴３０が形成されている。端板１４の中央には円形の貫通穴３１が形成されている。シールド板１２はハウジング本体１０の端板１４と実質上同一の形状であって、中央には円形の貫通穴３２が、角部には円形の角穴３４が夫々形成されている。シールド板１２はハウジング本体１０の外周壁１６の開放端側の端面に整合して配置され、角穴３４に図示しない適宜のボルトを挿通してこれをハウジング本体１０のボルト穴３０に締結させることで、シールド板１２はハウジング本体１０の内側空間１８を閉鎖してハウジング本体１０と一体となる。

図１に示すとおり、回転外歯歯車６はトロコイド歯形であってハウジング４の歯車形成空間部２４に配置されている。回転外歯歯車６の歯数は２９である。図１と共に図３を参照して説明すると、回転外歯歯車６には中心軸ｏ１に沿って軸方向に貫通する断面正６角形の接続穴３６が形成されており、接続穴３６には例えば図示しない炊飯器の蓋の回転軸が連結され、回転外歯歯車６は炊飯器の蓋と一体となって回転する。回転外歯歯車６の軸方向片側面には接続穴３６の外周縁を囲繞して中心軸ｏ１に沿って軸方向に延びる断面円形の軸部４０が形成されている。軸部４０の先端部はシールド板１２の貫通穴３２によって回転可能に軸支される。回転外歯歯車６の軸方向他側面には接続穴３６の外周縁を囲繞して中心軸ｏ１に沿って軸方向に突出する円形の突部４２が夫々形成されている。突部４２はハウジング本体１０の貫通穴３１によって回転可能に軸支される。

図１に示すとおり、ハウジング４の内側空間１８には更に全体を番号４３で示す作動部材も収容されている。図１と共に図４を参照して説明すると、作動部材４３は中心軸ｏ１に対して偏心した偏心軸ｏ２上に共通に配置された作動内歯歯車４４及び作動外歯歯車４６を備えている。作動内歯歯車４４及び作動外歯歯車４６は共にトロコイド歯形であって、共通の円筒壁４８の内周面及び外周面に夫々形成されている。そして、作動内歯歯車４４は回転外歯歯車６と、作動外歯歯車４６は固定内歯歯車２２と夫々噛み合う。従って、作動内歯歯車４４及び作動外歯歯車４６は共に歯車形成空間部２４に配置されている。作動内歯歯車４４の歯数は回転外歯歯車６の歯数よりも、固定内歯歯車２２の歯数は作動外歯歯車４６の歯数よりも夫々１ずつ多いのが好ましく、図示の実施形態においては、作動内歯歯車４４の歯数は３０、作動外歯歯車４６の歯数は３５である。円筒壁４８の軸方向片側には作動端板５０が形成されており、作動端板５０はハウジング４の歯車非形成空間部２６に配置されている。さらに詳しくは、作動端板５０は歯車非形成空間部２６中の軸方向において肩面２８よりも端板１４側に配置されている。作動端板５０の中央には円形の貫通穴５２が形成されており、貫通穴５２には回転外歯歯車６に接続された軸部４０が挿通されている。作動端板５０において円筒壁４８が形成されている側とは反対側の面の外周縁部には、軸方向に突出する断面円形の作動ピン５４が形成されている。

図１に示すとおり、ハウジング４の歯車非形成空間部２６には円形の制動板５６も配設されている。容易に理解できるよう、図１等の断面図では制動板５６に薄墨を付して示す。制動板５６は中心軸ｏ１の周りを公転することは規制されるが自転可能な状態でハウジング４（さらに詳しくはハウジング本体１０）に嵌め合わされており、ハウジング４に形成された肩面２８及びシールド板１２によって軸方向への移動が規制される。図１と共に図５も参照して説明すると、制動板５６の中央には円形の貫通穴５８が形成されており、貫通穴５８には回転外歯歯車６に接続された軸部４０が挿通されている。制動板５６の外周縁部には軸方向に貫通する穴６０が形成されており、図１のＡ－Ａ断面図及びＣ－Ｃ断面図に示すとおり、穴６０には作動部材４３の作動ピン５４が挿通されている。図示の実施形態においては、穴６０は径方向に長い長円形状であり、穴６０及び作動ピン５４は夫々１つずつ設けられている。

上述した制動板５６には摩擦付与手段によって所定の制動トルクが付与される。図示の実施形態においては、摩擦付与手段は、図１のＡ－Ａ断面に示されるとおり、ハウジング４のシールド板１２と制動板５６との間に配置されて制動板５６を軸方向に押圧する波ばね６２である。制動板５６は波ばね６２によって軸方向に押圧されるものの、外周縁部がハウジング４の肩面２８と当接して軸方向への移動は規制されるため、制動板５６が作動部材４３を軸方向に押圧することはない。所望ならば、摩擦付与手段は、制動板５６の外周面とハウジング４の外周壁１６の内周面との間に配置される板ばね或いは周知のトレランスリグであってもよい。

続いて、図６を参照してロータリーダンパー２の作動について説明する。図６のＡ－Ａ断面図に示すとおり、回転外歯歯車６が同図の右方向から見て反時計方向に回転させられると、回転外歯歯車６、固定内歯歯車２２、作動内歯歯車４４、及び作動外歯歯車４６がいずれもトロコイド歯形であることに起因して、作動部材４３は、Ｂ－Ｂ断面図において矢印で示されるとおり、作動内歯歯車４４と回転外歯歯車６との噛み合いによって回転外歯歯車６の回転方向と同一方向である反時計方向に公転（図中の作動部材４３上に示す大矢印）すると共に、作動外歯歯車４６と固定内歯歯車２２との噛み合いによって回転外歯歯車６の回転方向とは反対方向である時計方向に自転（図中の作動部材４３上に示す小矢印）する。このとき、回転外歯歯車６の歯先及び作動外歯歯車４６の歯先は同時に作動内歯歯車４４の歯先及び固定内歯歯車２２の歯先に乗り上げ又は作動内歯歯車４４の歯先及び固定内歯歯車２２の歯先から降りる。また、回転外歯歯車６は作動内歯歯車４４との噛み合い及び作動外歯歯車４６と固定内歯歯車２２との噛み合いによる制動トルクを受けながら回転する。かような制動トルクは、回転外歯歯車６の歯先及び作動外歯歯車４６の歯先が作動内歯歯車４４の歯元及び固定内歯歯車２２の歯元から夫々の歯先に向かって上昇するに従い漸次増大して作動内歯歯車４４の歯先及び固定内歯歯車２２の歯先に乗り上げたときに最大となり、作動内歯歯車４４の歯先及び固定内歯歯車２２の歯先を通過した後は漸次減少する。つまり、回転外歯歯車６は変動する制動トルクを受けながら回転する。而して、かような制動トルクの変動量は小さい。

ロータリーダンパー２にあっては更に、波ばね６２（摩擦付与手段）によって制動トルクが付与された円形の制動板５６がハウジング４内に区画された円形の歯車非形成空間部２６において回転外歯歯車６の中心軸ｏ１の周りを自転のみ可能なように嵌め合わされ、作動部材４３に形成された軸方向に突出する作動ピン５４が制動板５６に形成された穴６０に挿通されていることから、上述したとおりに作動部材４３が公転及び自転すると、作動ピン５４はＣ－Ｃ断面図に示すとおり制動板５６に形成された穴６０内で径方向に往復移動しながら中心軸ｏ１の周りを回転し、制動板５６は作動ピン５４によって中心軸ｏ１の周りを回転させられる。制動板５６は反時計方向への回転と時計方向への回転とを小刻みに交互に繰り返しながら全体的に反時計方向に回転させられる。その際、制動板５６が波ばね６２（摩擦付与手段）から付与された制動トルクは、作動ピン５４が中心軸ｏ１の周りを移動する周方向移動成分にのみ付加され、作動ピン５４が中心軸ｏ１に対して径方向に移動する径方向移動成分には付加されない。つまり制動板５６が波ばね６２（摩擦付与手段）から付与された制動トルクは、作動部材４３の公転運動成分にのみ付加され、これによって上述した回転外歯歯車６が受ける制動トルクの変動量は充分増大せしめられる。制動トルクの変動量が増大せしめられることで回転外歯歯車６の運動エネルギーは効果的に減衰させられるため、流体の粘性抵抗を利用することなく回転外歯歯車６の回転速度を低減させることが可能となる。

図７には本発明に従って構成されたロータリーダンパーの他の実施形態が示されている。図７に示された全体を番号２´で示すロータリーダンパーにあっては、作動部材４３´に形成された作動ピンの断面及び制動板５６´に形成された穴は共に円形状であって、作動ピン及び穴は１つずつではなく複数（図示の実施形態においては６つ）ずつ、夫々周方向に等角度間隔をおいて設けられている。各作動ピン及び穴を夫々、符号５４ａ´乃至５４ｆ´及び符号６０ａ´乃至６０ｆ´で示す。図７のＣ－Ｃ断面図に示すとおり、作動ピン５４ａ´乃至５４ｆ´の径はいずれも同一であるが、穴６０ｂ´及び６０ｆ´の径は他の穴（即ち穴６０ａ´、及び６０ｃ´乃至６０ｅ´）の径よりも大きく、作動ピン５４ｂ´及び５４ｆ´は穴６０ｂ´及び６０ｆ´において制動板５６´の内周面とは当接しないが、作動ピン５４ａ´、及び５４ｃ´乃至５４ｅ´は穴６０ａ´、及び６０ｃ´乃至６０ｅ´において制動板５６´の内周面と当接する。

回転外歯歯車６´が図７のＡ－Ａ断面の右方向から見て反時計方向に回転させられると、上述したロータリーダンパー２と同様、作動部材４３´は反時計方向に公転しながら時計方向に自転する。このとき、本実施形態のロータリーダンパー２´においては、制動板５６´に形成された穴６０ａ´乃至６０ｆ´は長円形状ではなく円形状であることから、作動ピン５４ａ´乃至５４ｆ´は一体となって各々が挿入された穴６０ａ´乃至６０ｆ´の内周面に沿って時計方向に自転しながら反時計方向に公転する。そして、作動ピン５４ａ´乃至５４ｆ´が公転することで制動板５６´は周方向に押されて反時計方向に回転せしめられる。このとき、作動ピン５４ｂ´及び５４ｆ´は穴６０ｂ´及び６０ｆ´において制動板５６´の内周面とは当接しないことから、作動ピン５４ｂ´及び５４ｆ´が制動板５６´に作用することはない。従って、制動板５６´は作動ピン５４ａ´、及び５４ｃ´乃至５４ｅ´によって周方向に押されて反時計方向に回転せしめられる。制動板５６´は反時計方向に間欠的に回転する。制動板５６´には波ばね６２´によって制動トルクが付与されており、かかる制動トルクは作動ピン５４ａ´、５４ｃ´乃至５４ｅ´が制動板５６を周方向に押すときにのみ作動部材４３´に作用することから、本実施形態も上述したロータリーダンパー２と同様の作用効果を備える。このとき、作動ピン５４ａ´、５４ｃ´及び５４ｅ´はいずれも穴６０ａ´、６０ｃ´及び６０ｅ´において制動板５６´の内周面と当接しているものの、作動ピン５４ａ´、５４ｃ´及び５４ｅ´はいずれも周方向に等角度間隔をおいて位置することから、作動ピン５４ａ´、５４ｃ´及び５４ｅ´が各穴６０ａ´、６０ｃ´及び６０ｅ´において制動板５６´に作用するモーメントの和は一定となり、作動ピン５４ａ´、５４ｃ´及び５４ｅ´による上述した制動トルクの変動は相互に打ち消される。つまり、本実施形態においては、上述した制動トルクの変動は、他の作動ピン及び穴とは位相が異なる作動ピン５４ｄ´及び穴６０ｄ´によってのみ生じるため、作動ピン５４ｄ´及び穴６０ｄ´がロータリーダンパー２の作動ピン５４及び穴６０と対応する。なお、本実施形態においては、（１）作動ピン５４ａ´乃至５４ｆ´及び穴６０ａ´乃至６０ｆ´が夫々周方向に等角度間隔をおいて配置されていること、（２）作動ピン５４ｂ´及び５４ｆ´は穴６０ｂ´及び６０ｆ´において制動板５６´の内周面とは当接しないことに起因して、制動トルクの変動は穴６０ｄ´における作動ピン５４ｄ´によってのみ生じたが、作動ピン及びこれが挿通せしめられる穴が周方向に不等角度間隔に配置されていれば、複数の作動ピンによって制動トルクの変動を発生させることもできる。本実施形態においては、作動ピン５４ａ´乃至５４ｆ´及び穴６０ａ´乃至６０ｆ´が複数ずつ設けられているため、作動ピンの倒れ、つまり作動部材４３´が中心軸ｏ１´に対して傾くことが防止され、これにより回転外歯歯車６´は安定的に回転することができる。

２：ロータリーダンパー
４：ハウジング
６：回転外歯歯車
１８：内側空間
２２：固定内歯歯車
２４：歯車形成空間部
２６：歯車非形成空間部
２８：肩面
４３：作動部材
４４：作動内歯歯車
４６：作動外歯歯車
５４：作動ピン
５６：制動板
６２：波ばね（摩擦付与手段）

Claims (7)

1. 内側空間を備えた固定のハウジングと、前記内側空間に収容されて中心軸の周りを自転可能な回転外歯歯車とを具備し、
   前記内側空間は、前記ハウジングの内周面に固定内歯歯車が形成された歯車形成空間部と前記固定内歯歯車が形成されていない断面円形の歯車非形成空間部とに区画され、前記歯車形成空間部及び前記歯車非形成空間部は共に前記回転外歯歯車の前記中心軸と共通の中心軸を有し、
   前記内側空間には更に作動部材が収容されており、前記作動部材は前記回転外歯歯車の前記中心軸に対して偏心した偏心軸上に共通に配置された作動内歯歯車及び作動外歯歯車を備え、前記作動内歯歯車は前記回転外歯歯車と、前記作動外歯歯車は前記固定内歯歯車と夫々噛み合い、前記回転外歯歯車、前記固定内歯歯車、前記作動内歯歯車、及び前記作動外歯歯車はいずれもトロコイド歯形であって、
   前記作動部材は軸方向に突出する作動ピンも備え、前記作動ピンは摩擦付与手段によって制動トルクが付与された円形の制動板に形成された穴に挿通され、
   前記制動板は前記歯車非形成空間部において前記回転外歯歯車の前記中心軸の周りを公転することは規制されるが自転することは許容された状態で前記ハウジングに嵌め合わされている、ことを特徴とするロータリーダンパー。
2. 前記作動ピンの断面は円形状であって前記穴は径方向に長い長円形状である、請求項１に記載のロータリーダンパー。
3. 前記作動ピンの断面及び前記穴は共に円形状である、請求項１に記載のロータリーダンパー。
4. 前記歯車非形成空間部における前記ハウジングの内側面には前記回転外歯歯車の前記中心軸に対して垂直な円環形状の肩面が設けられており、前記肩面によって前記制動板の軸方向への移動は規制されている、請求項１に記載のロータリーダンパー。
5. 前記摩擦付与手段は、前記ハウジングと前記制動板との間に配置されて前記制動板を軸方向に押圧する波ばねである、請求項１に記載のロータリーダンパー。
6. 前記回転外歯歯車には前記中心軸に沿って軸方向に延びる断面円形の軸部が接続されており、前記軸部は前記制動板の内側に挿通されている、請求項１に記載のロータリーダンパー。
7. 前記作動内歯歯車の歯数は前記回転外歯歯車の歯数よりも、前記固定内歯歯車の歯数は前記作動外歯歯車の歯数よりも夫々１ずつ多い、請求項１に記載のロータリーダンパー。
   

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