蓋体開閉装置
【課題】蓋体の開閉を容易に行うことができるとともに、蓋体を安定した速度で開閉することのできる蓋体開閉装置を提供すること。
【解決手段】蓋体開閉装置１０は、断面で見たときに、重心位置以外の位置を支点３３ａとして回動可能に支持される蓋体３０と、蓋体３０の重心位置と支点３３ａを挟んで反対側で、自重を作用させるカウンターウェイト４０と、を備え、カウンターウェイト４０は、剛体から構成され、カウンターウェイト４０は、カウンターウェイト４０の重心位置以外の第１連結部４１ａで、蓋体３０の支点３３ａから離れた位置に回動可能に連結され、カウンターウェイト４０の重心位置以外で、第１連結部４１ａとは別のカウンターウェイト４０の第２連結部４１ｂは、カウンターウェイト４０に対して水平方向に抗力を生じさせる軌道Ｘ上に沿って移動するように連結されていることを特徴とする。
【解決手段】蓋体開閉装置１０は、断面で見たときに、重心位置以外の位置を支点３３ａとして回動可能に支持される蓋体３０と、蓋体３０の重心位置と支点３３ａを挟んで反対側で、自重を作用させるカウンターウェイト４０と、を備え、カウンターウェイト４０は、剛体から構成され、カウンターウェイト４０は、カウンターウェイト４０の重心位置以外の第１連結部４１ａで、蓋体３０の支点３３ａから離れた位置に回動可能に連結され、カウンターウェイト４０の重心位置以外で、第１連結部４１ａとは別のカウンターウェイト４０の第２連結部４１ｂは、カウンターウェイト４０に対して水平方向に抗力を生じさせる軌道Ｘ上に沿って移動するように連結されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓋体開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重量の大きい蓋体の開閉を補助する機構として、蓋体にカウンターウェイト（又はバランスウェイトともいう）を取り付けた機構がある。例えば、特許文献１では、蓋体の裏面に取り付けられたアームとバランスウェイトが固着されたアームとを互いに噛合する歯車を介して連動させ、蓋体を開いたときにバランスウェイトが降下するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蓋体にカウンターウェイトを取り付けることによって、カウンターウェイトを有さない場合よりも蓋体の開閉を容易に行うことができるようになるものの、開閉速度が安定しないという問題や、蓋体の開閉の負荷を減らしたいという要望があった。例えば、蓋体の開閉の負荷を減らそうとした場合、蓋体が開き易くなり過ぎて、蓋体を取り付けた構造物に対して当該蓋体が開閉時に勢いよく衝突して蓋体や構造物が損傷しないように、開閉を慎重に行わなければならなかった。また、蓋体が開き易くなりすぎないようにするあまり、蓋体の開閉に要する負荷が増えることもあった。
【０００５】
本発明は、蓋体の開閉を容易に行うことができるとともに、蓋体を安定した速度で開閉することのできる蓋体開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の蓋体開閉装置は、断面で見たときに、重心位置以外の位置を支点として回動可能に支持される蓋体と、前記蓋体の重心位置と前記支点を挟んで反対側で、自重を作用させるカウンターウェイトと、を備え、前記カウンターウェイトは、剛体から構成され、前記カウンターウェイトは、当該カウンターウェイトの重心位置以外の第１連結部で、前記蓋体の前記支点から離れた位置に回動可能に連結され、前記カウンターウェイトの重心位置以外で、前記第１連結部とは別の前記カウンターウェイトの第２連結部は、前記カウンターウェイトに対して水平方向に抗力を生じさせる軌道上に沿って移動するように連結されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、カウンターウェイトに起因する蓋体を開こうとする方向のモーメント（開方向モーメント）、及び蓋体の重量に起因する蓋体を閉じようとする方向のモーメント（閉方向モーメント）が蓋体に作用する。なお、支点を中心として左回り方向を正、右回り方向を負とする。さらに、モーメントの値が正のとき開方向モーメントとし、モーメントの値が負のとき閉方向モーメントとする。
そして、カウンターウェイトの重量を適切に設定することで、蓋体を開く角度が増大するにつれて、カウンターウェイト重量起因の開方向モーメントと蓋体重量起因の閉方向モーメントの合計が減少するように設定することができる。
また、第２連結部によってカウンターウェイトに対して水平方向の抗力を生じさせ、この抗力に起因する蓋体を開こうとする方向のモーメント（開方向モーメント）が蓋体に作用する。
蓋体に作用するこれら３つのモーメントのバランスを調整し、蓋体を開く角度が小さい場合には、当該３つのモーメントの合計が正値となるようにして、蓋体に開方向のモーメントを作用させる。そして、蓋体を開く角度が大きくなるに従って、当該３つのモーメントの合計値は減少させる。さらに、回転角が大きくなると、当該３つのモーメントの合計値は負値になるようにして、蓋体に閉方向のモーメントを作用させる。
このように、蓋体を開く動作中にモーメントのバランスを変化させることができるので、蓋体を開く動作を軽い負荷で行うことができるとともに、蓋体の回転角が大きくなると蓋体を開く動作を抑制することができる。
よって、本発明によれば、蓋体の開閉を容易に行うことができるとともに、蓋体を安定した速度で開閉することができる。
【０００８】
本発明の蓋体開閉装置は、前記蓋体の重心位置と前記支点とを結ぶ線分、及び前記第１連結部と前記支点とを結ぶ線分が成す角度は、鉛直下方側で１８０度未満であることが好ましい。
【０００９】
この発明によれば、当該角度の範囲で、当該角度を小さくすることで、カウンターウェイトの重量に起因する開方向モーメントを小さくすることができる。そのため、蓋体に作用する３つのモーメントの合計値が大きい正値をとって、蓋体が急激に開かないように、カウンターウェイトの重量に起因する開方向モーメントを小さくさせて、当該３つのモーメントの合計値が大きい正値とならないように調節し、より安定した速度で蓋体を開閉することができる。
【００１０】
本発明の蓋体開閉装置において、前記第２連結部の軌道は、鉛直方向に延在していることが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、第２連結部の軌道は鉛直方向に制限されるので、カウンターウェイトに対する水平方向の抗力をより効率的に生じさせることができる。
さらに、第２連結部の水平方向への移動が抑制されているので、蓋体開閉装置を作動させるためのスペースを小さくすることができる。
【００１２】
本発明の蓋体開閉装置において、前記断面に直交し、前記支点を通る支持軸を有し、前記カウンターウェイトは、前記支持軸の軸方向端部の少なくともいずれか一方に設けられていることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、蓋体開閉装置が取り付けられる箱体等の構造体において、カウンターウェイトを構造体内部の側面側に設けることができる。そのため、構造体内部の空間を広く確保することができるとともに、構造体内部に収容する物との接触を防ぐこともできる。
【００１４】
本発明の蓋体開閉装置において、前記第１連結部、及び前記第２連結部とは別の前記カウンターウェイトの第３連結部は、前記蓋体の回動角度に応じて前記カウンターウェイトの回動を制御する制動装置に連結されていることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、蓋体の回動角度に応じてカウンターウェイトの回動を制御することができるので、蓋体が所定角度だけ開いた所で、蓋体の開動作を静止させることができる。そのため、蓋体の急激な回動を停止させることが出来る。
また、例えば、この蓋体開閉装置を備えた構造体を使用する者が、蓋体を所定角度まで開いたところで、手を離しても制動装置により蓋体の動作を静止させることができ、両手を使って当該構造体内部に物を収容するなどの作業を行い易くすることができる。
【００１６】
本発明の蓋体開閉装置において、前記制動装置は、少なくとも２つ以上の滑車と、前記第３連結部の回動範囲の外側に設定された２つの固定端部に掛け渡されるベルトと、を備え、前記制動装置は、前記蓋体及び前記カウンターウェイトが回動するときに前記少なくとも２つ以上の滑車を前記ベルト上で転動させることが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、滑車がベルト上を転動することによって生ずる摩擦力を利用した簡易的な構成の制動装置で、カウンターウェイトの回動を制御するとともに、蓋体の急激な回動を停止させることが出来る。さらに、この発明によれば、蓋体の開閉動作にシリンダーを用いるような方式と比較して、優れた耐久性を示す。さらに、ベルトの代わりにチェーンやワイヤーなどを用いた制動装置よりも、本発明の制動装置の方が優れた耐久性を示し、滑車の転動時に生ずる音を小さくすることができる。
【００１８】
本発明の蓋体開閉装置において、前記ベルトの長さは、前記２つの固定端部を結ぶ線分の長さよりも長いことが好ましい。
【００１９】
この発明によれば、蓋体が閉じているときはベルトを弛緩させた状態とすることができる。そして、蓋体が回動すると、カウンターウェイトも回動し、第１連結部から第３連結部へ向かう方向に制動装置の滑車が付勢される。このとき、ベルトも当該方向に付勢されるので、ベルトを緊張させた状態とすることができる。ベルトを緊張させた状態では、滑車の転動が抑制されるので、カウンターウェイトの回動が抑制されることになる。
このように、蓋体を開く動作の初期は軽い負荷で行うことができるとともに、蓋体の回転角が大きくなるとカウンターウェイト回動が抑制されて、蓋体の開動作を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る蓋体開閉装置の原理及び構造を説明する図。
【図２】構造体ＢＣＤの力のバランスについて説明する図。
【図３】構造体ＡＯＢの回転角γに応じた点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係を示す図。
【図４】図３とは別の条件下における構造体ＡＯＢの回転角γに応じた点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係を示す図。
【図５】構造体ＡＯＢ、及び構造体ＢＣＤにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂ，点Ｃ、点Ｄの位置関係を示す図。
【図６】図５とは別の条件下における構造体ＡＯＢ、及び構造体ＢＣＤにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂ，点Ｃ、点Ｄの位置関係を示す図。
【図７】本発明の実施形態に係るゴミ箱を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る蓋体開閉装置を示す前記ゴミ箱の断面図。
【図９】図８における蓋体開閉装置の蓋体を開いた状態を示す前記ゴミ箱の断面図。
【図１０】本発明の実施形態に係る制動装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔本発明の原理及び構造〕
［１］構造・位置の説明
図１は、本発明に係る蓋体開閉装置の原理及び構造を、その断面を見て説明する図である。ここでは、ＸＹ座標系を用いて説明する。なお、重力は、Ｙ軸の負方向に作用するものとする。
また、次式（１）に示すようなベクトルを、以下、ベクトルＯＡ、と表すこととする。
【００２２】
【数１】
【００２３】
三角形（または直線）ＡＯＢは、点Ｏを支点として自在に回転し得る構造体とし、蓋体開閉装置における蓋体に相当し、以下、構造体ＡＯＢという。
点Ｏは、ＸＹ座標系の原点であると共に構造体ＡＯＢを自在に回転させるための支点であり、左回り方向を正としている。
点Ａは、蓋体の荷重が作用する点である。
点Ｂは、後述するカウンターウェイト（三角形ＢＤＣ）が連結される点であって、カウンターウェイトによる力が作用する点である（第１連結部）。
ベクトルＯＡとベクトルＯＢとが成すＹ軸負方向の角度は、π−α（ｒａｄ）で表される。ここで、αは、０からπ／３の間の値に設定する。すなわち、点Ｏ、点Ａ、及び点Ｂは、α＝０のとき、線分ＡＯＢとなる。αが０（ｒａｄ）を超える（α＞０）とき、線分ＯＡと線分ＯＢとが点Ｏで交わる。ここで、ベクトルＯＡの長さをｋａとし、ベクトルＯＢの長さをｋｂとする。
蓋体が点Ｏを支点としてどの程度回転したかについては、ベクトルＯＡとＸ軸（正方向）とがなす回転角度γ（Ｘ軸からの反時計回りの角度）で表す。
直線ＯＢとＸ軸（負方向）がなす角度（反時計回り）をθとすると、次式（２）の関係が成り立つ。
【００２４】
【数２】
【００２５】
三角形ＢＤＣは、第１連結部としての点Ｂで線分ＡＢに連結されており、点Ｂを支点として自在に回転し得る構造の剛体とし、蓋体開閉装置におけるカウンターウェイトを表し、以下、構造体ＢＤＣという。
点Ｃは、剛体上の一部であり、必要に応じてカウンターウェイトに対して制動力を作用させる第３連結部となる点である。制動力を作用させるには、後述する制動装置を用いる。
点Ｄは、後述するカウンターウェイトガイドによって形成される軌道上に連結されるカウンターウェイトの第２連結部であり、直線Ｌ上を移動する点である。
ベクトルＢＣとベクトルＢＤとが成すＹ軸負方向の角度をβとする。構造体ＢＤＣは剛体なので、βは定数となる。ここで、ベクトルＢＣの長さをｋｃとし、ベクトルＢＤの長さをｋｄとする。
ベクトルＢＣとＸ軸（正方向）とは時計回りで角度ωをなす。構造体ＡＯＢが回転（蓋体が開閉）すると、点Ｏを中心とした円弧を描きながら点Ｂの位置が変位し、それとともに、点Ｃの位置も変位するので、ωは構造体ＡＯＢの回転による変数である。
なお、構造体ＢＤＣは必ずしも三角形でなくてもよく、３点Ｂ，Ｄ，Ｃが相互に剛体的位置関係を保持できればよい。
【００２６】
直線Ｌは、構造体ＢＤＣ（カウンターウェイト）の点Ｄが連結され、点Ｄが移動し得る軌道を表す直線である。構造体ＢＤＣの点Ｄは、この直線Ｌ上に拘束されて移動する。なお、この直線Ｌは、蓋体開閉装置における制御部材（カウンターウェイトガイド）によって形成される軌道に相当する。
この拘束によって、線分ＯＡと線分ＯＢの角度θが任意の値をとるときに、これに対応して、構造体ＢＤＣの位置（点Ｂの位置、及び角度ω）が一意的に定まる。
なお、直線Ｌは、必ずしも直線である必要はなく、湾曲する曲線であってもよい。すなわち、構造体ＢＤＣに対して水平方向に抗力を作用させるように点Ｄを移動させる軌道であればよく、蓋体の回動に伴って点Ｂの移動軌跡とは異なる軌道に沿って点Ｄを移動させる軌道であれば、水平方向に抗力を生じさせることができる。
【００２７】
次に線分ＡＢの角度θに任意の値を与えたときの、構造体ＢＤＣの位置（点Ｃ、及び点Ｄの位置、並びにベクトルＢＣの角度ω）を求める。
点Ａの座標（ベクトルＯＡの成分）、点Ｂの座標（ベクトルＯＢの成分）、ベクトルＢＣの成分、及びベクトルＢＤの成分は次のように表される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
点Ｃの座標（ベクトルＯＣの成分）は、ベクトルＯＢの成分とベクトルＢＣの成分の和となるので次のように表される。
【００３０】
【数４】
【００３１】
点Ｄの座標（ベクトルＯＤの成分）は、ベクトルＯＢの成分とベクトルＢＤの成分の和となるので次のように表される。
【００３２】
【数５】
【００３３】
ここで、直線は一般的に次式（３）で表される。ただし、ａ，ｂ，及びｃは定数とする。
【００３４】
【数６】
【００３５】
点Ｄが直線Ｌ上（カウンターウェイトガイド）に位置するときは、点Ｄの（ｘ，ｙ）座標が式（９）を満たすことなる。
ここでは、直線Ｌがｙ軸に対して平行な直線の場合で考えると、直線Ｌは、次式（１０）で表すことができる。ただし、Ｌｃは定数とする。
【００３６】
【数７】
【００３７】
点Ｄの（ｘ，ｙ）座標、及び式（１０）から次式（１１）が導き出される。
【００３８】
【数８】
【００３９】
この式（１１）をωについて解くと、次式（１２）が導き出される。
【００４０】
【数９】
【００４１】
この式（１２）に基づいて、点Ｃ及び点Ｄの座標を求めることができる結果、三角形（構造体）ＢＤＣの位置も求めることができる。
【００４２】
［２］カウンターウェイトの力のバランス
図２は、カウンターウェイト（構造体ＢＤＣ）の力のバランスについて説明する図である。直線Ｌは垂直（ｙ軸に対して平行）であり、重力の方向は垂直方向とする。
カウンターウェイトには、次の３つの力が作用する。
ベクトルＦＷ：カウンターウェイトの重心Ｍに作用する重力。
ベクトルＦＮ：カウンターウェイトガイド（直線Ｌ）からの反作用による抗力。
向きは直線Ｌに対して垂直方向。
ベクトルＦＣ：カウンターウェイトが構造体ＡＯＢの点Ｂから受ける力。
カウンターウェイトが構造体ＡＯＢに作用する力の反作用。
【００４３】
この３つの力のバランスは次式（１３）で表される。
【００４４】
【数１０】
【００４５】
そして、点Ｂを基準とするモーメントのバランス式は、次式（１４）で表される。
【００４６】
【数１１】
【００４７】
ここで、ベクトルＢＤの成分は、前記したように、次式（１５）で表される。
【００４８】
【数１２】
【００４９】
また、ベクトルＢＭの長さ（点Ｂから点Ｍまでの距離）をｋｄとし、ベクトルＢＣとベクトルＢＭとが成す角度をεとすると、ベクトルＢＭの成分は、次式（１６）で表される。ここでεは定数である。
【００５０】
【数１３】
【００５１】
そして、カウンターウェイトの重量をｆｗとすると、ベクトルＦＷの成分は、次式（１７）で表される。ここで、ｆｗは正値である。
【００５２】
【数１４】
【００５３】
さらに、カウンターウェイトがカウンターウェイトガイド（直線Ｌ）から受ける抗力をｆｎとすると、ベクトルＦＮの成分は、次式（１８）で表される。
【００５４】
【数１５】
【００５５】
そうすると、ベクトルＦＣの成分は、式（１３），（１７），及び（１８）より、次式（１９）で表される。
【００５６】
【数１６】
【００５７】
また、式（１４）〜（１７）より、抗力ｆｎを求めることができ、次式（２０）で表される。
【００５８】
【数１７】
【００５９】
式（２０）より、ｆｗ，ｋｍ，ｋｄ，β，εは定数なので、ωが決まると抗力ｆｎが決まることが分かる。すなわち、蓋体の開閉によって、ωが変化し、それとともに抗力ｆｎも変化することになる。
【００６０】
［３］次に、構造体ＡＯＢに作用するモーメントについて説明する。
［３−１］点Ｂに作用する力
カウンターウェイトが構造体ＡＯＢの点Ｂに作用する力は、次式（２１）で表される。
【００６１】
【数１８】
【００６２】
したがって、この力が構造体ＡＯＢに作用するモーメントは、ベクトルＭＢとして次式（２２）で表される。
【００６３】
【数１９】
【００６４】
Ｘ軸方向の単位ベクトルベクトルＥｘ、Ｙ軸方向の単位ベクトルをベクトルＥｙとすると、ベクトルＯＢとベクトルＦＣは、それぞれ次式（２３），（２４）のように表される。
【００６５】
【数２０】
【００６６】
そうすると、ベクトルＭＢは、次式（２５）のように計算される。
【００６７】
【数２１】
【００６８】
式（２５）の最右辺スカラー係数の第１項：(ｆｗ・ｋｂ・ｃｏｓθ)は、カウンターウェイトの荷重が点Ｂに鉛直方向下向きに作用することによって生ずる、点Ｏについての、力のモーメントの大きさを示している。
また、式（２５）の最右辺スカラー係数の第２項の係数：(ｆｎ・ｋｂ・ｓｉｎθ)は、カウンターウェイトを直線Ｌに拘束することによって生ずるモーメント（抗力であるベクトルＦＮに起因）である。ｆｎは既に、式（２０）で得られているので、当該第２項の係数は、次式（２６）で表される。
【００６９】
【数２２】
【００７０】
［３−２］点Ａに作用する力
蓋体の重量は、構造体ＡＯＢの点Ａに作用する。蓋体の重量をｆａとすると、蓋の重量ベクトルＦＡは、次式で表される。ここで、ｆａは正値である。
【００７１】
【数２３】
【００７２】
したがって、この力が構造体ＡＯＢに作用するモーメントは、ベクトルＭＡとして次式（２８）で表される。
【００７３】
【数２４】
【００７４】
ここで、Ｘ軸方向の単位ベクトルベクトルＥｘ、Ｙ軸方向の単位ベクトルをベクトルＥｙとすると、ベクトルＯＡとベクトルＦＡは、それぞれ次式（２９），（３０）のように表される。
【００７５】
【数２５】
【００７６】
そのため、ベクトルＭＡは、次式（３１）のように計算される。
【００７７】
【数２６】
【００７８】
このように、蓋体の重量によって、点Ｏについて（ｆａ・ｋａ・ｃｏｓγ）の大きさのモーメントが、負方向、すなわち、図における時計回りに作用することが分かる。
【００７９】
［４］蓋体開閉装置のシミュレーション
次に、構造体ＡＯＢ（蓋体）を開閉させるときに、構造体ＡＯＢに作用するモーメントについて、例を挙げて説明する。
［４−１］ＣＡＳＥ１
構造体ＡＯＢの点Ａ，点Ｏ，点Ｂが同一直線状にある（α＝０）とともに、カウンターウェイトが空間的広がりをもたず、点Ｂにのみ作用する場合で考える。蓋体開閉装置の各条件を表１に示す。
【００８０】
【表１】
【００８１】
構造体ＡＯＢ（蓋体）を開く際にはγ（＝θ）の値が大きくなり、そのときのカウンターウェイトの重量に起因するモーメント、及び構造体ＡＯＢ（蓋体）の重量に起因するモーメント（−ｆａ・ｋａ・ｃｏｓγ）の関係を表２に示す。各モーメント値の符号が正（プラス）のときは、蓋体が開く方向にモーメントが作用し、符合が負（マイナス）のときは、蓋体が閉じる方向にモーメントが作用する。また、図３には、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係を示す。
【００８２】
【表２】
【００８３】
表２に示すように、ＣＡＳＥ１では、構造体ＡＯＢ（蓋体）を開いた角度γによらず、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントはゼロとなり、蓋体が開こうとする力と閉じようとするモーメントのバランスが保たれていることが分かる。
なお、ＣＡＳＥ１では、カウンターウェイトが空間的広がりをもたないため、カウンターウェイトは直線Ｌ（カウンターウェイトガイド）に拘束されず、ｆｎ起因のモーメントは生じない。
【００８４】
［４−２］ＣＡＳＥ２
ＣＡＳＥ２では、ＣＡＳＥ１とは異なり、ＯＡとＯＢとが所定の角度を成す場合としてα＝２０（度）とした。その他は、ＣＡＳＥ１と同様の条件とした。蓋体開閉装置の各条件を表３に示す。
【００８５】
【表３】
【００８６】
また、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントの関係を表４に示す。さらに、図４には、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係を示す。
【００８７】
【表４】
【００８８】
表４に示すように、ＯＡとＯＢとが所定の角度を成す場合は、ｆｗ起因のモーメントが、ＣＡＳＥ１の場合よりも小さくなる。そして、全モーメントは、γ＝０〜６０（度）の範囲で負の値を示し、蓋体が閉じようとするモーメント（負方向モーメント）が蓋体に対して作用している。そのため、蓋体には閉じようとするモーメントが加わっており、ＣＡＳＥ２では、蓋体を開き難い構造となっていることが分かる。
【００８９】
［４−３］ＣＡＳＥ３
次に、ＣＡＳＥ２に対して、蓋体が開き易くなるようにカウンターウェイトの重量を１４０Ｎに増やした場合について示す。その他は、ＣＡＳＥ２と同様の条件とした。蓋体開閉装置の各条件を表５に示す。
【００９０】
【表５】
【００９１】
また、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントの関係を表６に示す。なお、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係は図４と同様である。
【００９２】
【表６】
【００９３】
表６に示すように、全モーメントは、γ＝０（度）のとき、１２．６Ｎ・ｍとなっており、蓋体が開こうとするモーメント（開方向モーメント）が大きく、γ＝６０（度）のとき、−１０．３Ｎ・ｍとなっており、蓋体が閉じようとするモーメント（閉方向モーメント）が大きいことが分かる。すなわち、蓋体の開動作初期及び後期において蓋体に作用するモーメント変化が大きいため、安定した速度での開閉ができないといえる。蓋体の開動作初期の蓋体が開こうとするモーメントが大きいため、蓋体が勝手に開いたり、蓋体が勝手に開かないようにフックなどで固定していても、フックを外した途端に蓋体が勢いよく開いたりするため、開動作を行い難い。さらに、６０（度）まで開くと閉方向モーメントが大きくなり、勢い良く蓋体が閉じようとするので、蓋体を開けたまま作業を行い難い。
【００９４】
［４−４］ＣＡＳＥ４
次に、ＣＡＳＥ１において、カウンターウェイトが空間的広がりを有する剛体である場合で説明する。ここでは、カウンターウェイトを三角形（構造体）ＢＤＣとして表現するが、平面に限られないものとする。点Ｄが直線Ｌ（カウンターウェイトガイドによって形成される軌道）上に位置する場合について説明する。蓋体開閉装置の各条件を表７に示す。
【００９５】
【表７】
【００９６】
また、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントの関係を表８に示す。さらに、図５には、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢ、及び構造体ＢＣＤにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂ，点Ｃ、点Ｄの位置関係を示す。
【００９７】
【表８】
【００９８】
表８に示すように、全モーメントは蓋体が開くに従って（γが大きくなるに従って）大きくなることが分かる。この全モーメントの増大は、カウンターウェイトの重量起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントはゼロとなっており、カウンターウェイトの点Ｄを直線Ｌ（カウンターウェイトガイド）上に位置させることで生ずるモーメント（ｆｎ起因モーメント）によるものである。
このように、蓋体の開動作初期において、ＣＡＳＥ３のように蓋体が開こうとするモーメントが大きくないので、容易かつ安定して開動作を行うことが出来る。ただし、開動作後期において蓋体が開こうとするモーメントがさらに大きくなるため、蓋体の開く速度が速くなりすぎることのないように、制動装置を蓋体開閉装置に取り付けることが好ましい。この制動装置の詳細については後述する。
【００９９】
［４−５］ＣＡＳＥ５
次に、ＣＡＳＥ４において、ＣＡＳＥ２のようにＯＡとＯＢとが所定の角度を成す場合としてα＝２０（度）とした。その他は、ＣＡＳＥ４と同様の条件とした。蓋体開閉装置の各条件を表９に示す。
【０１００】
【表９】
【０１０１】
また、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントの関係を表１０に示す。さらに、図６には、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢ、及び構造体ＢＣＤにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂ，点Ｃ、点Ｄの位置関係を示す。
【０１０２】
【表１０】
【０１０３】
表１０に示すように、γ＝０〜６０（度）の範囲で全モーメントの変化がＣＡＳＥ３のように大きくない。カウンターウェイトの重量起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントの合計は、γ＝０〜６０（度）の範囲で負の値を示しており、蓋体には閉じようとするモーメントが作用している。ｆｎ起因モーメントは、γ＝０〜６０（度）の範囲で正の値を示しており、蓋体には開こうとするモーメントが作用している。つまり、ｆｎ起因モーメントが作用することによって、全モーメントの変化が少なくなっているので、安定した速度で蓋体の開閉ができる。特に、蓋体の開動作初期の全モーメントはＣＡＳＥ３のように大きくないので、急激に開いたりすることがなく、ゆっくり開こうとするので、開動作を行い易い。また、開動作後期の全モーメントはＣＡＳＥ４のように大きくないので、開動作後期に蓋体の開く速度が速くなりすぎることが無い。
なお、全モーメントの符号が、４５度＜γ＜６０度の範囲で逆転していることから、蓋体の開閉途中でカウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントがゼロとなって、バランスがとられる。
以上、ＣＡＳＥ５のように、構造体ＡＯＢ（蓋体）のＯＡとＯＢとに所定の角度を設けるとともに、カウンターウェイトを直線Ｌ（カウンターウェイトガイド）上に位置するように制御することによって、より容易かつ安定した蓋体の開閉ができる。
【０１０４】
［４−６］制動装置
上記制動装置としては、好ましくは、滑車とベルトとを有する機構を採用する。具体的には、２つ以上の滑車を同一の構造体としてのカウンターウェイト（三角形ＢＤＣ）上に固定し、その滑車の間にベルトを通し、当該ベルトを弛緩させた状態で固定端に固定する。そして、滑車がベルト上を転動することで、カウンターウェイトに対して制動力を作用させる。
図１において、固定端を点Ｅ，点Ｆとし、制動装置による制動力の作用点を点Ｃとする。点Ｅ，点Ｆは、点Ｃの回動範囲の外側に設定され、図１では、点Ｃを通る垂線を挟んで左右両側にそれぞれ設けられている。
蓋体が開くに従って（γが大きくなるに従って）、点Ｃは点Ｆに近づいて、線分ＥＣと線分ＦＣとの合計長さが増大する。これによって、ベルトは弛緩した状態から緊張した状態に変化し、次第に点Ｃは点Ｆに近づき難くなり、最終的には点Ｃがそれ以上点Ｆに近づけなくなる。これは、回転角γのそれ以上の増大が阻止されることであり、すなわち、構造材ＡＯＢ（蓋体）の回転が制御されることになる。
このような制動装置によって、構造体ＡＯＢ（蓋体）が勢い良く回転しようとしたときに、衝撃を生じさせることなしに構造材ＡＯＢ（蓋体）の回転を円滑に停止させることができる。
【０１０５】
［５］本発明を具体化した実施形態
次に、本発明の蓋体開閉装置を具体化した実施形態として、本発明の蓋体開閉装置を適用した構造体を例に挙げて説明する。
図７は、集合住宅等のゴミ集積所に置かれるゴミ箱１の斜視図である。
図８は、ゴミ箱１を箱体２０の側面部２２側から見た断面図である。蓋体３０には、カウンターウェイト４０が取り付けられている。
ゴミ箱１は、箱体２０と、この箱体２０に対して回動可能に取り付けられた蓋体３０及びカウンターウェイト４０を有する蓋体開閉装置１０とを備えており、片開き構造となっている。
箱体２０は、正面部２１、側面部２２、背面部２３、上面部２４、及び底面部２５を有している（図７、及び図８参照）。箱体２０は、上面部２４から正面部２１に向かって下方向に傾斜した形状となっている。そのため、蓋体３０も当該傾斜角度に合わせるようにして、傾斜して箱体２０に取り付けられている。
【０１０６】
蓋体３０は、箱体２０に取り付けられる蓋本体部３１と、後述するカウンターウェイト４０が取り付けられる取付部３２と、を有している。
蓋本体部３１は、略長方形の板状部材であり、箱体２０の正面部２１側で図８に示すように下方向へ屈曲している。蓋体３０を閉じた際には、正面部２１と蓋体３０の当該屈曲させた部分とが、ゴミ箱１の表面側鉛直方向で揃うようになっている。
また、蓋本体部３１は、図８の紙面に直交し、支点３３ａを通る支持軸３３によって軸支され、箱体２０に対して支持軸３３を中心に回動可能に取り付けられている。ゴミ箱１では、支持軸３３の両端部が支点３３ａとなっている。
そして、正面部２１側の蓋本体部３１には、蓋体３０を開閉する際に握る把手３４が設けられている。さらに、把手３４と正面部２１の上端側とには、蓋体３０が勝手に開くのを防ぐための一対の固定部材５０ａ，５０ｂが取り付けられている。
取付部３２は、板状部材であり、その一端３２ａは蓋本体部３１の上面部２４側に固定されている。また、取付部３２の他端３２ｂにはカウンターウェイト４０が回動可能に取り付けられている。
蓋体３０の重心位置は、箱体２０の正面部２１側とする。そのため、蓋体３０の重量によって、蓋体３０を閉じる方向のモーメント（閉方向モーメント）が生じる。
【０１０７】
カウンターウェイト４０は、蓋体３０に取り付けられる本体アーム部４１と、この本体アーム部４１の取付端４１ａ（第１連結部）と先端４１ｂ（第３連結部）とを結ぶ直線に交差する方向に本体アーム部４１から延在する制御アーム部４２と、本体アーム部４１の先端４１ｂ側に取り付けられたウェイト部４３と、を有している。カウンターウェイト４０は、支持軸３３の軸方向端部の少なくともいずれか一方に設けられている。すなわち、カウンターウェイト４０は、箱体２０内部の側面部２２側に位置する。
本体アーム部４１は、略長方形の長尺板状部材である。取付端４１ａは、蓋体３０の取付部３２の他端３２ｂに回転可能に取り付けられている。先端４１ｂ側には、ウェイト部４３の他、後述する制動装置６０が取り付けられている。
制御アーム部４２は、略長方形の短尺板状部材である。制御アーム部４２の基端４２ａは、本体アーム部４１の取付端４１ａ側に固定されている。一方、制御アーム４２部の先端（第２連結部）４２ｂは、先端４２ｂの水平方向の移動を抑制するための制御部材（カウンターウェイトガイド）４４に取り付けられている。
【０１０８】
ここで、制御アーム部４２の先端４２ｂには、車輪４２ｃが回転可能に取り付けられている。また、制御部材４４は、略Ｕ字状の部材であり、背面部２３（箱体２０の内側）に固定されている。つまり、先端４２ｂは、制御部材４４と背面部２３とで挟まれた領域内を車輪４２ｃが転動するように取り付けられている。
ゴミ箱１では、図８に示すように、制御部材４４と背面部２３とで挟まれた領域は、鉛直方向に延びているため、車輪４２ｃは、この領域を軌道Ｘとして鉛直方向に移動する。
ウェイト部４３の重量や取付位置については、設定する蓋体３０の重量との関係やカウンターウェイト４０の重心位置に応じて設定される。ゴミ箱１では、カウンターウェイト４０の重心位置は、箱体２０の正面部２１側とする。そのため、カウンターウェイト４０の重量は、蓋体３０の取付部３２における他端３２ｂに作用し、蓋体３０を開こうとする方向のモーメント（開方向モーメント）を生じさせる。
【０１０９】
本体アーム部４１の先端（第３連結部）４１ｂには、カウンターウェイト４０の移動を制御する制動装置６０が連結されている。
図１０は、制動装置６０を示す概略図である。ゴミ箱１の制動装置６０は、図１０（Ａ）に示すように、滑車６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ）と、２つの固定端部６２ａ，６２ｂと、この固定端部６２ａ，６２に掛け渡されたベルト６３と、を備えている。滑車６１は、２枚のプレート６４で挟まれて固定されている（図１０では、１枚のプレート６４を省略）。このプレート６４が、本体アーム部４１の先端４１ｂに連結されている。
なお、制動装置６０は、図１０（Ｂ）に示すように２つの滑車６１ａ，６１ｂとを備えた構成であっても良い。
【０１１０】
ここで、滑車６１ａ，６１ｃと、滑車６１ｂとが互いに位置をずらして、プレート６４に固定されている。図８に示すように、本体アーム部４１の取付端４１ａから先端４１ｂへ向かって外側に滑車６１ａ，６１ｃが取り付けられ、滑車６１ａ，６１ｃよりもその内側に滑車６１ｂが固定されている。これらの滑車６１ａ，６１ｂ，６１ｃの間にベルト６３が掛けられて、滑車６１ａ，６１ｂ，６１ｃはベルト６３に沿って移動する。
２つの固定端部６２ａ，６２ｂは、カウンターウェイト４０の先端４１ｂが移動する軌道に応じた位置に取り付けられる。ここで、本体アーム部４１の先端４１ｂは、本体アーム部４１の取付端４１ａが蓋体３０の取付部３２の他端３２ｂに回転可能に取り付けられているので、当該取付端４１ａを中心にして回転する。そのため、固定端部６２ａ，６２ｂは、滑車６１ａ，６１ｂ，６１ｃが当該回転に伴ってベルト６３と接触しながら移動するように取り付けられる。ゴミ箱１では、固定端部６２ａは、箱体２０の側面部２２の正面部２１側に取り付けられ、固定端部６２ｂは、箱体２０の底面部２５の背面部２３側に取り付けられている。
【０１１１】
ベルト６３としては、横断面が台形状のＶベルトが好ましい。ベルト６３の当該台形の上底、及び下底の内、辺の長さが長い方を滑車６１ａ，６１ｃと接触するようにして、２つの固定端部６２ａ，６２ｂに掛け渡す。このようにすることで、ベルト６３と滑車６１ａ，６１ｃとの接触面積が大きくなり、摩擦による制動力を大きくすることが出来る。
ベルト６３の長さは、２つの固定端部６２ａ，６２ｂを結ぶ直線の長さよりも長くし、ベルト６３が弛緩した状態にしておく。
【０１１２】
ゴミ箱１の蓋体３０を開く動作について説明する。
図８は蓋体３０を閉じた状態を示し、図９は蓋体３０が開いた状態を示す。
図８に示すように、蓋体３０が閉じているときは、本体アーム部４１の先端４１ｂは、正面部２１側にあり、制御アーム部４２の先端４２ｂ、及び車輪４２ｃは、軌道Ｘの上方にある。
【０１１３】
次に、図９に示すように、蓋体３０を開いていくと、取付部３２の他端３２ｂ、及び本体アーム部４１の取付端４１ａは、図９における右下方向へ動く（支点３３ａを中心にして円弧状に動く）。このとき、本体アーム部４１の先端４１ｂは、本体アーム部４１の取付端４１ａが、蓋体３０の取付部３２の他端３２ｂに回転可能に取り付けられているので、取付端４１ａを中心にして図における時計回り方向へ回転する。制御アーム部４２の先端４２ｂは、軌道Ｘが鉛直方向に延びているため、時計回り方向に回転することが出来ない。先端４２ｂは、上下方向に移動できるものの、水平方向（図９における左方向）への移動は制限される。すなわち、蓋体３０を開いていくときに、先端４２ｂに取り付けられた車輪４２ｃは、箱体２０の背面部２３側に付勢されながら、軌道Ｘに沿って移動する。そのとき、車輪４２ｃが付勢される方向とは反対向きの水平抗力が、背面部２３側からカウンターウェイト４０に対して作用することになる。この水平抗力は、蓋体３０が開こうとするモーメント（開方向モーメント）を生じさせる。
【０１１４】
また、蓋体３０を開いていくと、制動装置６０は、滑車６１がベルト６３上を転動し、固定端部６２ａ側から固定端部６２ｂ側へと移動していく。そのとき、滑車６１ａ，６１ｃは、本体アーム部４１の取付端４１ａをカウンターウェイト４０の回転中心としてみた場合の外側方向に付勢される。この付勢によってベルト６３は、弛緩した状態から徐々に緊張した状態となり、滑車６１の転動が停止される。その結果、カウンターウェイト４０の回転が制御され、さらに蓋体３０の開動作が制御される。
【０１１５】
本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）制御部材４４と背面部２３とで形成された軌道Ｘで車輪４２ｃを移動させることによってカウンターウェイト４０に対して水平方向の抗力を生じさせ、この抗力に起因する蓋体３０の開方向モーメントを生じさせることができる。この抗力に起因するモーメントと、蓋体３０の閉方向モーメントと、カウンターウェイト４０による開方向モーメントとを蓋体３０に対して互いに作用させ、その結果、蓋体の開閉を容易に行うことができるとともに、蓋体を安定した速度で開閉することができる。
【０１１６】
（２）本体アーム部４１の先端４１ｂには、制動装置６０が設けられているので、蓋体３０の開動作を円滑に制御することができるとともに、滑車６１とベルト６３とによる簡易的な構成で制動力を生じさせることができる。
さらに、ベルト６３の代わりにチェーンやワイヤーなどを用いると滑車６１の転動時の音が大きく、耐久性も低いが、ベルト６３であれば転動時の音が小さく、耐久性にも優れる。
【０１１７】
（３）カウンターウェイト４０は、箱体２０内部の側面部２２側に位置するので、箱体２０内部の空間を広く確保することができるとともに、箱体２０内部に収容する物との接触を防ぐこともできる。
【０１１８】
（４）制御アーム部４２の先端４２ｂの位置を制御部材４４によって制御することで、蓋体３０の動きを制御することが出来る。ゴミ箱１のような片開き構造の場合、蓋体３０の取付部３２側には機械的機構を設置する空間がほとんど得られないが、蓋体３０の重心位置側の空間を活用することが出来る。
【０１１９】
［実施形態の変形］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、蓋体３０へ連結するカウンターウェイト４０の位置を取付端４１ａとしたが、このように端部に限られず、その他の位置で連結して第１連結部としてもよい。
また、前記実施形態では、制動装置６０を滑車６１とベルト６３とを用いた構成としたが、これに限られず、本体アーム部４１の先端４１ｂの回動をバネ機構やシリンダー機構で制御してもよい。
【０１２０】
さらに、制動装置を、回動可能に軸支された構造体の回動を抑制するための制動装置として次のような構成とすることもできる。まず、制動装置は、構造体ＢＤＣの軸支された位置から離れた位置に設けられる少なくとも２つ以上の滑車と、この構造体ＢＤＣの回動範囲の外側に設定された２つの固定端部と、この２つの固定端部同士を連結するベルトと、を備えている。このベルトの長さは、前記２つの固定端部を結ぶ線分の長さよりも長く、このベルトは、前記少なくとも２つ以上の滑車に捲回されている。そして、この制動装置において、構造体ＢＤＣが回動する際の前記少なくとも２つ以上の滑車の移動軌跡と、２つの固定端部を焦点とする楕円軌道とが、少なくとも１以上の点で交差する。
ここで、２つの固定端部同士を結ぶ線分の長さよりも長いベルトに張力を加えた状態で描かれる軌道は、２つの固定端部を焦点とする楕円軌道となる。また、構造体ＡＯＢの開動作に伴って構造体ＢＤＣが回動する際に、当該滑車は、２つの固定端部を結ぶ線分の長さよりも長いベルトが当該滑車に捲回されているため、当該ベルト上を転動しながら移動する。そして、当該滑車の移動軌跡と当該楕円軌道とが交差するので、当該滑車が移動して当該楕円軌道上に位置するとき、当該ベルトに張力が加わって、当該ベルトは弛緩した状態から緊張した状態に変化し、当該滑車の転動が抑制される。さらに、構造体ＡＯＢの開動作に伴って構造体ＢＤＣが回動しようとすると、当該ベルトに加わる張力は大きくなり、当該滑車の転動がより強く抑制される。当該滑車の転動が抑制されるため、構造体ＢＤＣの回動が抑制され、結果として、構造体ＡＯＢの開動作が停止される。この制動装置は、耐久性に優れ、蓋体の急激な開閉動作を十分に制動できる。
なお、この制動装置において、前記少なくとも２つ以上の滑車のうち少なくとも１つ以上には前記ベルトが係合可能な溝が形成されていることが好ましい。このような溝が形成されていると、当該ベルトに張力が加わるときに、溝が形成されていない場合に比べて、当該滑車に対してベルトが強く係合するとともに、滑車とベルトとの接触面積が大きいので摩擦力が大きくなって、制動装置の制動力を強くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の蓋体開閉装置は、ゴミ箱の蓋体、ピアノの鍵盤蓋、床板（スラブ）の開口（ハッチ）に設けられた蓋体等の開閉に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…蓋体開閉装置
３０…蓋体
３２…取付部
３２ａ…一端
３３…支持軸
３３ａ…支点
４０…カウンターウェイト
４１…本体アーム部
４１ａ…取付端（第１連結部）
４１ｂ…先端（第３連結部）
４２ｂ…先端（第２連結部）
６０…制動装置
６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ）…滑車
６２ａ，６２ｂ…固定端部
６３…ベルト
Ｘ…軌道
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓋体開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重量の大きい蓋体の開閉を補助する機構として、蓋体にカウンターウェイト（又はバランスウェイトともいう）を取り付けた機構がある。例えば、特許文献１では、蓋体の裏面に取り付けられたアームとバランスウェイトが固着されたアームとを互いに噛合する歯車を介して連動させ、蓋体を開いたときにバランスウェイトが降下するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蓋体にカウンターウェイトを取り付けることによって、カウンターウェイトを有さない場合よりも蓋体の開閉を容易に行うことができるようになるものの、開閉速度が安定しないという問題や、蓋体の開閉の負荷を減らしたいという要望があった。例えば、蓋体の開閉の負荷を減らそうとした場合、蓋体が開き易くなり過ぎて、蓋体を取り付けた構造物に対して当該蓋体が開閉時に勢いよく衝突して蓋体や構造物が損傷しないように、開閉を慎重に行わなければならなかった。また、蓋体が開き易くなりすぎないようにするあまり、蓋体の開閉に要する負荷が増えることもあった。
【０００５】
本発明は、蓋体の開閉を容易に行うことができるとともに、蓋体を安定した速度で開閉することのできる蓋体開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の蓋体開閉装置は、断面で見たときに、重心位置以外の位置を支点として回動可能に支持される蓋体と、前記蓋体の重心位置と前記支点を挟んで反対側で、自重を作用させるカウンターウェイトと、を備え、前記カウンターウェイトは、剛体から構成され、前記カウンターウェイトは、当該カウンターウェイトの重心位置以外の第１連結部で、前記蓋体の前記支点から離れた位置に回動可能に連結され、前記カウンターウェイトの重心位置以外で、前記第１連結部とは別の前記カウンターウェイトの第２連結部は、前記カウンターウェイトに対して水平方向に抗力を生じさせる軌道上に沿って移動するように連結されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、カウンターウェイトに起因する蓋体を開こうとする方向のモーメント（開方向モーメント）、及び蓋体の重量に起因する蓋体を閉じようとする方向のモーメント（閉方向モーメント）が蓋体に作用する。なお、支点を中心として左回り方向を正、右回り方向を負とする。さらに、モーメントの値が正のとき開方向モーメントとし、モーメントの値が負のとき閉方向モーメントとする。
そして、カウンターウェイトの重量を適切に設定することで、蓋体を開く角度が増大するにつれて、カウンターウェイト重量起因の開方向モーメントと蓋体重量起因の閉方向モーメントの合計が減少するように設定することができる。
また、第２連結部によってカウンターウェイトに対して水平方向の抗力を生じさせ、この抗力に起因する蓋体を開こうとする方向のモーメント（開方向モーメント）が蓋体に作用する。
蓋体に作用するこれら３つのモーメントのバランスを調整し、蓋体を開く角度が小さい場合には、当該３つのモーメントの合計が正値となるようにして、蓋体に開方向のモーメントを作用させる。そして、蓋体を開く角度が大きくなるに従って、当該３つのモーメントの合計値は減少させる。さらに、回転角が大きくなると、当該３つのモーメントの合計値は負値になるようにして、蓋体に閉方向のモーメントを作用させる。
このように、蓋体を開く動作中にモーメントのバランスを変化させることができるので、蓋体を開く動作を軽い負荷で行うことができるとともに、蓋体の回転角が大きくなると蓋体を開く動作を抑制することができる。
よって、本発明によれば、蓋体の開閉を容易に行うことができるとともに、蓋体を安定した速度で開閉することができる。
【０００８】
本発明の蓋体開閉装置は、前記蓋体の重心位置と前記支点とを結ぶ線分、及び前記第１連結部と前記支点とを結ぶ線分が成す角度は、鉛直下方側で１８０度未満であることが好ましい。
【０００９】
この発明によれば、当該角度の範囲で、当該角度を小さくすることで、カウンターウェイトの重量に起因する開方向モーメントを小さくすることができる。そのため、蓋体に作用する３つのモーメントの合計値が大きい正値をとって、蓋体が急激に開かないように、カウンターウェイトの重量に起因する開方向モーメントを小さくさせて、当該３つのモーメントの合計値が大きい正値とならないように調節し、より安定した速度で蓋体を開閉することができる。
【００１０】
本発明の蓋体開閉装置において、前記第２連結部の軌道は、鉛直方向に延在していることが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、第２連結部の軌道は鉛直方向に制限されるので、カウンターウェイトに対する水平方向の抗力をより効率的に生じさせることができる。
さらに、第２連結部の水平方向への移動が抑制されているので、蓋体開閉装置を作動させるためのスペースを小さくすることができる。
【００１２】
本発明の蓋体開閉装置において、前記断面に直交し、前記支点を通る支持軸を有し、前記カウンターウェイトは、前記支持軸の軸方向端部の少なくともいずれか一方に設けられていることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、蓋体開閉装置が取り付けられる箱体等の構造体において、カウンターウェイトを構造体内部の側面側に設けることができる。そのため、構造体内部の空間を広く確保することができるとともに、構造体内部に収容する物との接触を防ぐこともできる。
【００１４】
本発明の蓋体開閉装置において、前記第１連結部、及び前記第２連結部とは別の前記カウンターウェイトの第３連結部は、前記蓋体の回動角度に応じて前記カウンターウェイトの回動を制御する制動装置に連結されていることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、蓋体の回動角度に応じてカウンターウェイトの回動を制御することができるので、蓋体が所定角度だけ開いた所で、蓋体の開動作を静止させることができる。そのため、蓋体の急激な回動を停止させることが出来る。
また、例えば、この蓋体開閉装置を備えた構造体を使用する者が、蓋体を所定角度まで開いたところで、手を離しても制動装置により蓋体の動作を静止させることができ、両手を使って当該構造体内部に物を収容するなどの作業を行い易くすることができる。
【００１６】
本発明の蓋体開閉装置において、前記制動装置は、少なくとも２つ以上の滑車と、前記第３連結部の回動範囲の外側に設定された２つの固定端部に掛け渡されるベルトと、を備え、前記制動装置は、前記蓋体及び前記カウンターウェイトが回動するときに前記少なくとも２つ以上の滑車を前記ベルト上で転動させることが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、滑車がベルト上を転動することによって生ずる摩擦力を利用した簡易的な構成の制動装置で、カウンターウェイトの回動を制御するとともに、蓋体の急激な回動を停止させることが出来る。さらに、この発明によれば、蓋体の開閉動作にシリンダーを用いるような方式と比較して、優れた耐久性を示す。さらに、ベルトの代わりにチェーンやワイヤーなどを用いた制動装置よりも、本発明の制動装置の方が優れた耐久性を示し、滑車の転動時に生ずる音を小さくすることができる。
【００１８】
本発明の蓋体開閉装置において、前記ベルトの長さは、前記２つの固定端部を結ぶ線分の長さよりも長いことが好ましい。
【００１９】
この発明によれば、蓋体が閉じているときはベルトを弛緩させた状態とすることができる。そして、蓋体が回動すると、カウンターウェイトも回動し、第１連結部から第３連結部へ向かう方向に制動装置の滑車が付勢される。このとき、ベルトも当該方向に付勢されるので、ベルトを緊張させた状態とすることができる。ベルトを緊張させた状態では、滑車の転動が抑制されるので、カウンターウェイトの回動が抑制されることになる。
このように、蓋体を開く動作の初期は軽い負荷で行うことができるとともに、蓋体の回転角が大きくなるとカウンターウェイト回動が抑制されて、蓋体の開動作を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る蓋体開閉装置の原理及び構造を説明する図。
【図２】構造体ＢＣＤの力のバランスについて説明する図。
【図３】構造体ＡＯＢの回転角γに応じた点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係を示す図。
【図４】図３とは別の条件下における構造体ＡＯＢの回転角γに応じた点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係を示す図。
【図５】構造体ＡＯＢ、及び構造体ＢＣＤにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂ，点Ｃ、点Ｄの位置関係を示す図。
【図６】図５とは別の条件下における構造体ＡＯＢ、及び構造体ＢＣＤにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂ，点Ｃ、点Ｄの位置関係を示す図。
【図７】本発明の実施形態に係るゴミ箱を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る蓋体開閉装置を示す前記ゴミ箱の断面図。
【図９】図８における蓋体開閉装置の蓋体を開いた状態を示す前記ゴミ箱の断面図。
【図１０】本発明の実施形態に係る制動装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔本発明の原理及び構造〕
［１］構造・位置の説明
図１は、本発明に係る蓋体開閉装置の原理及び構造を、その断面を見て説明する図である。ここでは、ＸＹ座標系を用いて説明する。なお、重力は、Ｙ軸の負方向に作用するものとする。
また、次式（１）に示すようなベクトルを、以下、ベクトルＯＡ、と表すこととする。
【００２２】
【数１】
【００２３】
三角形（または直線）ＡＯＢは、点Ｏを支点として自在に回転し得る構造体とし、蓋体開閉装置における蓋体に相当し、以下、構造体ＡＯＢという。
点Ｏは、ＸＹ座標系の原点であると共に構造体ＡＯＢを自在に回転させるための支点であり、左回り方向を正としている。
点Ａは、蓋体の荷重が作用する点である。
点Ｂは、後述するカウンターウェイト（三角形ＢＤＣ）が連結される点であって、カウンターウェイトによる力が作用する点である（第１連結部）。
ベクトルＯＡとベクトルＯＢとが成すＹ軸負方向の角度は、π−α（ｒａｄ）で表される。ここで、αは、０からπ／３の間の値に設定する。すなわち、点Ｏ、点Ａ、及び点Ｂは、α＝０のとき、線分ＡＯＢとなる。αが０（ｒａｄ）を超える（α＞０）とき、線分ＯＡと線分ＯＢとが点Ｏで交わる。ここで、ベクトルＯＡの長さをｋａとし、ベクトルＯＢの長さをｋｂとする。
蓋体が点Ｏを支点としてどの程度回転したかについては、ベクトルＯＡとＸ軸（正方向）とがなす回転角度γ（Ｘ軸からの反時計回りの角度）で表す。
直線ＯＢとＸ軸（負方向）がなす角度（反時計回り）をθとすると、次式（２）の関係が成り立つ。
【００２４】
【数２】
【００２５】
三角形ＢＤＣは、第１連結部としての点Ｂで線分ＡＢに連結されており、点Ｂを支点として自在に回転し得る構造の剛体とし、蓋体開閉装置におけるカウンターウェイトを表し、以下、構造体ＢＤＣという。
点Ｃは、剛体上の一部であり、必要に応じてカウンターウェイトに対して制動力を作用させる第３連結部となる点である。制動力を作用させるには、後述する制動装置を用いる。
点Ｄは、後述するカウンターウェイトガイドによって形成される軌道上に連結されるカウンターウェイトの第２連結部であり、直線Ｌ上を移動する点である。
ベクトルＢＣとベクトルＢＤとが成すＹ軸負方向の角度をβとする。構造体ＢＤＣは剛体なので、βは定数となる。ここで、ベクトルＢＣの長さをｋｃとし、ベクトルＢＤの長さをｋｄとする。
ベクトルＢＣとＸ軸（正方向）とは時計回りで角度ωをなす。構造体ＡＯＢが回転（蓋体が開閉）すると、点Ｏを中心とした円弧を描きながら点Ｂの位置が変位し、それとともに、点Ｃの位置も変位するので、ωは構造体ＡＯＢの回転による変数である。
なお、構造体ＢＤＣは必ずしも三角形でなくてもよく、３点Ｂ，Ｄ，Ｃが相互に剛体的位置関係を保持できればよい。
【００２６】
直線Ｌは、構造体ＢＤＣ（カウンターウェイト）の点Ｄが連結され、点Ｄが移動し得る軌道を表す直線である。構造体ＢＤＣの点Ｄは、この直線Ｌ上に拘束されて移動する。なお、この直線Ｌは、蓋体開閉装置における制御部材（カウンターウェイトガイド）によって形成される軌道に相当する。
この拘束によって、線分ＯＡと線分ＯＢの角度θが任意の値をとるときに、これに対応して、構造体ＢＤＣの位置（点Ｂの位置、及び角度ω）が一意的に定まる。
なお、直線Ｌは、必ずしも直線である必要はなく、湾曲する曲線であってもよい。すなわち、構造体ＢＤＣに対して水平方向に抗力を作用させるように点Ｄを移動させる軌道であればよく、蓋体の回動に伴って点Ｂの移動軌跡とは異なる軌道に沿って点Ｄを移動させる軌道であれば、水平方向に抗力を生じさせることができる。
【００２７】
次に線分ＡＢの角度θに任意の値を与えたときの、構造体ＢＤＣの位置（点Ｃ、及び点Ｄの位置、並びにベクトルＢＣの角度ω）を求める。
点Ａの座標（ベクトルＯＡの成分）、点Ｂの座標（ベクトルＯＢの成分）、ベクトルＢＣの成分、及びベクトルＢＤの成分は次のように表される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
点Ｃの座標（ベクトルＯＣの成分）は、ベクトルＯＢの成分とベクトルＢＣの成分の和となるので次のように表される。
【００３０】
【数４】
【００３１】
点Ｄの座標（ベクトルＯＤの成分）は、ベクトルＯＢの成分とベクトルＢＤの成分の和となるので次のように表される。
【００３２】
【数５】
【００３３】
ここで、直線は一般的に次式（３）で表される。ただし、ａ，ｂ，及びｃは定数とする。
【００３４】
【数６】
【００３５】
点Ｄが直線Ｌ上（カウンターウェイトガイド）に位置するときは、点Ｄの（ｘ，ｙ）座標が式（９）を満たすことなる。
ここでは、直線Ｌがｙ軸に対して平行な直線の場合で考えると、直線Ｌは、次式（１０）で表すことができる。ただし、Ｌｃは定数とする。
【００３６】
【数７】
【００３７】
点Ｄの（ｘ，ｙ）座標、及び式（１０）から次式（１１）が導き出される。
【００３８】
【数８】
【００３９】
この式（１１）をωについて解くと、次式（１２）が導き出される。
【００４０】
【数９】
【００４１】
この式（１２）に基づいて、点Ｃ及び点Ｄの座標を求めることができる結果、三角形（構造体）ＢＤＣの位置も求めることができる。
【００４２】
［２］カウンターウェイトの力のバランス
図２は、カウンターウェイト（構造体ＢＤＣ）の力のバランスについて説明する図である。直線Ｌは垂直（ｙ軸に対して平行）であり、重力の方向は垂直方向とする。
カウンターウェイトには、次の３つの力が作用する。
ベクトルＦＷ：カウンターウェイトの重心Ｍに作用する重力。
ベクトルＦＮ：カウンターウェイトガイド（直線Ｌ）からの反作用による抗力。
向きは直線Ｌに対して垂直方向。
ベクトルＦＣ：カウンターウェイトが構造体ＡＯＢの点Ｂから受ける力。
カウンターウェイトが構造体ＡＯＢに作用する力の反作用。
【００４３】
この３つの力のバランスは次式（１３）で表される。
【００４４】
【数１０】
【００４５】
そして、点Ｂを基準とするモーメントのバランス式は、次式（１４）で表される。
【００４６】
【数１１】
【００４７】
ここで、ベクトルＢＤの成分は、前記したように、次式（１５）で表される。
【００４８】
【数１２】
【００４９】
また、ベクトルＢＭの長さ（点Ｂから点Ｍまでの距離）をｋｄとし、ベクトルＢＣとベクトルＢＭとが成す角度をεとすると、ベクトルＢＭの成分は、次式（１６）で表される。ここでεは定数である。
【００５０】
【数１３】
【００５１】
そして、カウンターウェイトの重量をｆｗとすると、ベクトルＦＷの成分は、次式（１７）で表される。ここで、ｆｗは正値である。
【００５２】
【数１４】
【００５３】
さらに、カウンターウェイトがカウンターウェイトガイド（直線Ｌ）から受ける抗力をｆｎとすると、ベクトルＦＮの成分は、次式（１８）で表される。
【００５４】
【数１５】
【００５５】
そうすると、ベクトルＦＣの成分は、式（１３），（１７），及び（１８）より、次式（１９）で表される。
【００５６】
【数１６】
【００５７】
また、式（１４）〜（１７）より、抗力ｆｎを求めることができ、次式（２０）で表される。
【００５８】
【数１７】
【００５９】
式（２０）より、ｆｗ，ｋｍ，ｋｄ，β，εは定数なので、ωが決まると抗力ｆｎが決まることが分かる。すなわち、蓋体の開閉によって、ωが変化し、それとともに抗力ｆｎも変化することになる。
【００６０】
［３］次に、構造体ＡＯＢに作用するモーメントについて説明する。
［３−１］点Ｂに作用する力
カウンターウェイトが構造体ＡＯＢの点Ｂに作用する力は、次式（２１）で表される。
【００６１】
【数１８】
【００６２】
したがって、この力が構造体ＡＯＢに作用するモーメントは、ベクトルＭＢとして次式（２２）で表される。
【００６３】
【数１９】
【００６４】
Ｘ軸方向の単位ベクトルベクトルＥｘ、Ｙ軸方向の単位ベクトルをベクトルＥｙとすると、ベクトルＯＢとベクトルＦＣは、それぞれ次式（２３），（２４）のように表される。
【００６５】
【数２０】
【００６６】
そうすると、ベクトルＭＢは、次式（２５）のように計算される。
【００６７】
【数２１】
【００６８】
式（２５）の最右辺スカラー係数の第１項：(ｆｗ・ｋｂ・ｃｏｓθ)は、カウンターウェイトの荷重が点Ｂに鉛直方向下向きに作用することによって生ずる、点Ｏについての、力のモーメントの大きさを示している。
また、式（２５）の最右辺スカラー係数の第２項の係数：(ｆｎ・ｋｂ・ｓｉｎθ)は、カウンターウェイトを直線Ｌに拘束することによって生ずるモーメント（抗力であるベクトルＦＮに起因）である。ｆｎは既に、式（２０）で得られているので、当該第２項の係数は、次式（２６）で表される。
【００６９】
【数２２】
【００７０】
［３−２］点Ａに作用する力
蓋体の重量は、構造体ＡＯＢの点Ａに作用する。蓋体の重量をｆａとすると、蓋の重量ベクトルＦＡは、次式で表される。ここで、ｆａは正値である。
【００７１】
【数２３】
【００７２】
したがって、この力が構造体ＡＯＢに作用するモーメントは、ベクトルＭＡとして次式（２８）で表される。
【００７３】
【数２４】
【００７４】
ここで、Ｘ軸方向の単位ベクトルベクトルＥｘ、Ｙ軸方向の単位ベクトルをベクトルＥｙとすると、ベクトルＯＡとベクトルＦＡは、それぞれ次式（２９），（３０）のように表される。
【００７５】
【数２５】
【００７６】
そのため、ベクトルＭＡは、次式（３１）のように計算される。
【００７７】
【数２６】
【００７８】
このように、蓋体の重量によって、点Ｏについて（ｆａ・ｋａ・ｃｏｓγ）の大きさのモーメントが、負方向、すなわち、図における時計回りに作用することが分かる。
【００７９】
［４］蓋体開閉装置のシミュレーション
次に、構造体ＡＯＢ（蓋体）を開閉させるときに、構造体ＡＯＢに作用するモーメントについて、例を挙げて説明する。
［４−１］ＣＡＳＥ１
構造体ＡＯＢの点Ａ，点Ｏ，点Ｂが同一直線状にある（α＝０）とともに、カウンターウェイトが空間的広がりをもたず、点Ｂにのみ作用する場合で考える。蓋体開閉装置の各条件を表１に示す。
【００８０】
【表１】
【００８１】
構造体ＡＯＢ（蓋体）を開く際にはγ（＝θ）の値が大きくなり、そのときのカウンターウェイトの重量に起因するモーメント、及び構造体ＡＯＢ（蓋体）の重量に起因するモーメント（−ｆａ・ｋａ・ｃｏｓγ）の関係を表２に示す。各モーメント値の符号が正（プラス）のときは、蓋体が開く方向にモーメントが作用し、符合が負（マイナス）のときは、蓋体が閉じる方向にモーメントが作用する。また、図３には、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係を示す。
【００８２】
【表２】
【００８３】
表２に示すように、ＣＡＳＥ１では、構造体ＡＯＢ（蓋体）を開いた角度γによらず、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントはゼロとなり、蓋体が開こうとする力と閉じようとするモーメントのバランスが保たれていることが分かる。
なお、ＣＡＳＥ１では、カウンターウェイトが空間的広がりをもたないため、カウンターウェイトは直線Ｌ（カウンターウェイトガイド）に拘束されず、ｆｎ起因のモーメントは生じない。
【００８４】
［４−２］ＣＡＳＥ２
ＣＡＳＥ２では、ＣＡＳＥ１とは異なり、ＯＡとＯＢとが所定の角度を成す場合としてα＝２０（度）とした。その他は、ＣＡＳＥ１と同様の条件とした。蓋体開閉装置の各条件を表３に示す。
【００８５】
【表３】
【００８６】
また、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントの関係を表４に示す。さらに、図４には、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係を示す。
【００８７】
【表４】
【００８８】
表４に示すように、ＯＡとＯＢとが所定の角度を成す場合は、ｆｗ起因のモーメントが、ＣＡＳＥ１の場合よりも小さくなる。そして、全モーメントは、γ＝０〜６０（度）の範囲で負の値を示し、蓋体が閉じようとするモーメント（負方向モーメント）が蓋体に対して作用している。そのため、蓋体には閉じようとするモーメントが加わっており、ＣＡＳＥ２では、蓋体を開き難い構造となっていることが分かる。
【００８９】
［４−３］ＣＡＳＥ３
次に、ＣＡＳＥ２に対して、蓋体が開き易くなるようにカウンターウェイトの重量を１４０Ｎに増やした場合について示す。その他は、ＣＡＳＥ２と同様の条件とした。蓋体開閉装置の各条件を表５に示す。
【００９０】
【表５】
【００９１】
また、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントの関係を表６に示す。なお、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂの位置関係は図４と同様である。
【００９２】
【表６】
【００９３】
表６に示すように、全モーメントは、γ＝０（度）のとき、１２．６Ｎ・ｍとなっており、蓋体が開こうとするモーメント（開方向モーメント）が大きく、γ＝６０（度）のとき、−１０．３Ｎ・ｍとなっており、蓋体が閉じようとするモーメント（閉方向モーメント）が大きいことが分かる。すなわち、蓋体の開動作初期及び後期において蓋体に作用するモーメント変化が大きいため、安定した速度での開閉ができないといえる。蓋体の開動作初期の蓋体が開こうとするモーメントが大きいため、蓋体が勝手に開いたり、蓋体が勝手に開かないようにフックなどで固定していても、フックを外した途端に蓋体が勢いよく開いたりするため、開動作を行い難い。さらに、６０（度）まで開くと閉方向モーメントが大きくなり、勢い良く蓋体が閉じようとするので、蓋体を開けたまま作業を行い難い。
【００９４】
［４−４］ＣＡＳＥ４
次に、ＣＡＳＥ１において、カウンターウェイトが空間的広がりを有する剛体である場合で説明する。ここでは、カウンターウェイトを三角形（構造体）ＢＤＣとして表現するが、平面に限られないものとする。点Ｄが直線Ｌ（カウンターウェイトガイドによって形成される軌道）上に位置する場合について説明する。蓋体開閉装置の各条件を表７に示す。
【００９５】
【表７】
【００９６】
また、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントの関係を表８に示す。さらに、図５には、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢ、及び構造体ＢＣＤにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂ，点Ｃ、点Ｄの位置関係を示す。
【００９７】
【表８】
【００９８】
表８に示すように、全モーメントは蓋体が開くに従って（γが大きくなるに従って）大きくなることが分かる。この全モーメントの増大は、カウンターウェイトの重量起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントはゼロとなっており、カウンターウェイトの点Ｄを直線Ｌ（カウンターウェイトガイド）上に位置させることで生ずるモーメント（ｆｎ起因モーメント）によるものである。
このように、蓋体の開動作初期において、ＣＡＳＥ３のように蓋体が開こうとするモーメントが大きくないので、容易かつ安定して開動作を行うことが出来る。ただし、開動作後期において蓋体が開こうとするモーメントがさらに大きくなるため、蓋体の開く速度が速くなりすぎることのないように、制動装置を蓋体開閉装置に取り付けることが好ましい。この制動装置の詳細については後述する。
【００９９】
［４−５］ＣＡＳＥ５
次に、ＣＡＳＥ４において、ＣＡＳＥ２のようにＯＡとＯＢとが所定の角度を成す場合としてα＝２０（度）とした。その他は、ＣＡＳＥ４と同様の条件とした。蓋体開閉装置の各条件を表９に示す。
【０１００】
【表９】
【０１０１】
また、カウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントの関係を表１０に示す。さらに、図６には、γ＝０，３０，６０（度）のときの、構造体ＡＯＢ、及び構造体ＢＣＤにおける、点Ａ，点Ｏ，点Ｂ，点Ｃ、点Ｄの位置関係を示す。
【０１０２】
【表１０】
【０１０３】
表１０に示すように、γ＝０〜６０（度）の範囲で全モーメントの変化がＣＡＳＥ３のように大きくない。カウンターウェイトの重量起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントの合計は、γ＝０〜６０（度）の範囲で負の値を示しており、蓋体には閉じようとするモーメントが作用している。ｆｎ起因モーメントは、γ＝０〜６０（度）の範囲で正の値を示しており、蓋体には開こうとするモーメントが作用している。つまり、ｆｎ起因モーメントが作用することによって、全モーメントの変化が少なくなっているので、安定した速度で蓋体の開閉ができる。特に、蓋体の開動作初期の全モーメントはＣＡＳＥ３のように大きくないので、急激に開いたりすることがなく、ゆっくり開こうとするので、開動作を行い易い。また、開動作後期の全モーメントはＣＡＳＥ４のように大きくないので、開動作後期に蓋体の開く速度が速くなりすぎることが無い。
なお、全モーメントの符号が、４５度＜γ＜６０度の範囲で逆転していることから、蓋体の開閉途中でカウンターウェイト起因のモーメントと蓋体重量起因のモーメントとの全モーメントがゼロとなって、バランスがとられる。
以上、ＣＡＳＥ５のように、構造体ＡＯＢ（蓋体）のＯＡとＯＢとに所定の角度を設けるとともに、カウンターウェイトを直線Ｌ（カウンターウェイトガイド）上に位置するように制御することによって、より容易かつ安定した蓋体の開閉ができる。
【０１０４】
［４−６］制動装置
上記制動装置としては、好ましくは、滑車とベルトとを有する機構を採用する。具体的には、２つ以上の滑車を同一の構造体としてのカウンターウェイト（三角形ＢＤＣ）上に固定し、その滑車の間にベルトを通し、当該ベルトを弛緩させた状態で固定端に固定する。そして、滑車がベルト上を転動することで、カウンターウェイトに対して制動力を作用させる。
図１において、固定端を点Ｅ，点Ｆとし、制動装置による制動力の作用点を点Ｃとする。点Ｅ，点Ｆは、点Ｃの回動範囲の外側に設定され、図１では、点Ｃを通る垂線を挟んで左右両側にそれぞれ設けられている。
蓋体が開くに従って（γが大きくなるに従って）、点Ｃは点Ｆに近づいて、線分ＥＣと線分ＦＣとの合計長さが増大する。これによって、ベルトは弛緩した状態から緊張した状態に変化し、次第に点Ｃは点Ｆに近づき難くなり、最終的には点Ｃがそれ以上点Ｆに近づけなくなる。これは、回転角γのそれ以上の増大が阻止されることであり、すなわち、構造材ＡＯＢ（蓋体）の回転が制御されることになる。
このような制動装置によって、構造体ＡＯＢ（蓋体）が勢い良く回転しようとしたときに、衝撃を生じさせることなしに構造材ＡＯＢ（蓋体）の回転を円滑に停止させることができる。
【０１０５】
［５］本発明を具体化した実施形態
次に、本発明の蓋体開閉装置を具体化した実施形態として、本発明の蓋体開閉装置を適用した構造体を例に挙げて説明する。
図７は、集合住宅等のゴミ集積所に置かれるゴミ箱１の斜視図である。
図８は、ゴミ箱１を箱体２０の側面部２２側から見た断面図である。蓋体３０には、カウンターウェイト４０が取り付けられている。
ゴミ箱１は、箱体２０と、この箱体２０に対して回動可能に取り付けられた蓋体３０及びカウンターウェイト４０を有する蓋体開閉装置１０とを備えており、片開き構造となっている。
箱体２０は、正面部２１、側面部２２、背面部２３、上面部２４、及び底面部２５を有している（図７、及び図８参照）。箱体２０は、上面部２４から正面部２１に向かって下方向に傾斜した形状となっている。そのため、蓋体３０も当該傾斜角度に合わせるようにして、傾斜して箱体２０に取り付けられている。
【０１０６】
蓋体３０は、箱体２０に取り付けられる蓋本体部３１と、後述するカウンターウェイト４０が取り付けられる取付部３２と、を有している。
蓋本体部３１は、略長方形の板状部材であり、箱体２０の正面部２１側で図８に示すように下方向へ屈曲している。蓋体３０を閉じた際には、正面部２１と蓋体３０の当該屈曲させた部分とが、ゴミ箱１の表面側鉛直方向で揃うようになっている。
また、蓋本体部３１は、図８の紙面に直交し、支点３３ａを通る支持軸３３によって軸支され、箱体２０に対して支持軸３３を中心に回動可能に取り付けられている。ゴミ箱１では、支持軸３３の両端部が支点３３ａとなっている。
そして、正面部２１側の蓋本体部３１には、蓋体３０を開閉する際に握る把手３４が設けられている。さらに、把手３４と正面部２１の上端側とには、蓋体３０が勝手に開くのを防ぐための一対の固定部材５０ａ，５０ｂが取り付けられている。
取付部３２は、板状部材であり、その一端３２ａは蓋本体部３１の上面部２４側に固定されている。また、取付部３２の他端３２ｂにはカウンターウェイト４０が回動可能に取り付けられている。
蓋体３０の重心位置は、箱体２０の正面部２１側とする。そのため、蓋体３０の重量によって、蓋体３０を閉じる方向のモーメント（閉方向モーメント）が生じる。
【０１０７】
カウンターウェイト４０は、蓋体３０に取り付けられる本体アーム部４１と、この本体アーム部４１の取付端４１ａ（第１連結部）と先端４１ｂ（第３連結部）とを結ぶ直線に交差する方向に本体アーム部４１から延在する制御アーム部４２と、本体アーム部４１の先端４１ｂ側に取り付けられたウェイト部４３と、を有している。カウンターウェイト４０は、支持軸３３の軸方向端部の少なくともいずれか一方に設けられている。すなわち、カウンターウェイト４０は、箱体２０内部の側面部２２側に位置する。
本体アーム部４１は、略長方形の長尺板状部材である。取付端４１ａは、蓋体３０の取付部３２の他端３２ｂに回転可能に取り付けられている。先端４１ｂ側には、ウェイト部４３の他、後述する制動装置６０が取り付けられている。
制御アーム部４２は、略長方形の短尺板状部材である。制御アーム部４２の基端４２ａは、本体アーム部４１の取付端４１ａ側に固定されている。一方、制御アーム４２部の先端（第２連結部）４２ｂは、先端４２ｂの水平方向の移動を抑制するための制御部材（カウンターウェイトガイド）４４に取り付けられている。
【０１０８】
ここで、制御アーム部４２の先端４２ｂには、車輪４２ｃが回転可能に取り付けられている。また、制御部材４４は、略Ｕ字状の部材であり、背面部２３（箱体２０の内側）に固定されている。つまり、先端４２ｂは、制御部材４４と背面部２３とで挟まれた領域内を車輪４２ｃが転動するように取り付けられている。
ゴミ箱１では、図８に示すように、制御部材４４と背面部２３とで挟まれた領域は、鉛直方向に延びているため、車輪４２ｃは、この領域を軌道Ｘとして鉛直方向に移動する。
ウェイト部４３の重量や取付位置については、設定する蓋体３０の重量との関係やカウンターウェイト４０の重心位置に応じて設定される。ゴミ箱１では、カウンターウェイト４０の重心位置は、箱体２０の正面部２１側とする。そのため、カウンターウェイト４０の重量は、蓋体３０の取付部３２における他端３２ｂに作用し、蓋体３０を開こうとする方向のモーメント（開方向モーメント）を生じさせる。
【０１０９】
本体アーム部４１の先端（第３連結部）４１ｂには、カウンターウェイト４０の移動を制御する制動装置６０が連結されている。
図１０は、制動装置６０を示す概略図である。ゴミ箱１の制動装置６０は、図１０（Ａ）に示すように、滑車６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ）と、２つの固定端部６２ａ，６２ｂと、この固定端部６２ａ，６２に掛け渡されたベルト６３と、を備えている。滑車６１は、２枚のプレート６４で挟まれて固定されている（図１０では、１枚のプレート６４を省略）。このプレート６４が、本体アーム部４１の先端４１ｂに連結されている。
なお、制動装置６０は、図１０（Ｂ）に示すように２つの滑車６１ａ，６１ｂとを備えた構成であっても良い。
【０１１０】
ここで、滑車６１ａ，６１ｃと、滑車６１ｂとが互いに位置をずらして、プレート６４に固定されている。図８に示すように、本体アーム部４１の取付端４１ａから先端４１ｂへ向かって外側に滑車６１ａ，６１ｃが取り付けられ、滑車６１ａ，６１ｃよりもその内側に滑車６１ｂが固定されている。これらの滑車６１ａ，６１ｂ，６１ｃの間にベルト６３が掛けられて、滑車６１ａ，６１ｂ，６１ｃはベルト６３に沿って移動する。
２つの固定端部６２ａ，６２ｂは、カウンターウェイト４０の先端４１ｂが移動する軌道に応じた位置に取り付けられる。ここで、本体アーム部４１の先端４１ｂは、本体アーム部４１の取付端４１ａが蓋体３０の取付部３２の他端３２ｂに回転可能に取り付けられているので、当該取付端４１ａを中心にして回転する。そのため、固定端部６２ａ，６２ｂは、滑車６１ａ，６１ｂ，６１ｃが当該回転に伴ってベルト６３と接触しながら移動するように取り付けられる。ゴミ箱１では、固定端部６２ａは、箱体２０の側面部２２の正面部２１側に取り付けられ、固定端部６２ｂは、箱体２０の底面部２５の背面部２３側に取り付けられている。
【０１１１】
ベルト６３としては、横断面が台形状のＶベルトが好ましい。ベルト６３の当該台形の上底、及び下底の内、辺の長さが長い方を滑車６１ａ，６１ｃと接触するようにして、２つの固定端部６２ａ，６２ｂに掛け渡す。このようにすることで、ベルト６３と滑車６１ａ，６１ｃとの接触面積が大きくなり、摩擦による制動力を大きくすることが出来る。
ベルト６３の長さは、２つの固定端部６２ａ，６２ｂを結ぶ直線の長さよりも長くし、ベルト６３が弛緩した状態にしておく。
【０１１２】
ゴミ箱１の蓋体３０を開く動作について説明する。
図８は蓋体３０を閉じた状態を示し、図９は蓋体３０が開いた状態を示す。
図８に示すように、蓋体３０が閉じているときは、本体アーム部４１の先端４１ｂは、正面部２１側にあり、制御アーム部４２の先端４２ｂ、及び車輪４２ｃは、軌道Ｘの上方にある。
【０１１３】
次に、図９に示すように、蓋体３０を開いていくと、取付部３２の他端３２ｂ、及び本体アーム部４１の取付端４１ａは、図９における右下方向へ動く（支点３３ａを中心にして円弧状に動く）。このとき、本体アーム部４１の先端４１ｂは、本体アーム部４１の取付端４１ａが、蓋体３０の取付部３２の他端３２ｂに回転可能に取り付けられているので、取付端４１ａを中心にして図における時計回り方向へ回転する。制御アーム部４２の先端４２ｂは、軌道Ｘが鉛直方向に延びているため、時計回り方向に回転することが出来ない。先端４２ｂは、上下方向に移動できるものの、水平方向（図９における左方向）への移動は制限される。すなわち、蓋体３０を開いていくときに、先端４２ｂに取り付けられた車輪４２ｃは、箱体２０の背面部２３側に付勢されながら、軌道Ｘに沿って移動する。そのとき、車輪４２ｃが付勢される方向とは反対向きの水平抗力が、背面部２３側からカウンターウェイト４０に対して作用することになる。この水平抗力は、蓋体３０が開こうとするモーメント（開方向モーメント）を生じさせる。
【０１１４】
また、蓋体３０を開いていくと、制動装置６０は、滑車６１がベルト６３上を転動し、固定端部６２ａ側から固定端部６２ｂ側へと移動していく。そのとき、滑車６１ａ，６１ｃは、本体アーム部４１の取付端４１ａをカウンターウェイト４０の回転中心としてみた場合の外側方向に付勢される。この付勢によってベルト６３は、弛緩した状態から徐々に緊張した状態となり、滑車６１の転動が停止される。その結果、カウンターウェイト４０の回転が制御され、さらに蓋体３０の開動作が制御される。
【０１１５】
本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）制御部材４４と背面部２３とで形成された軌道Ｘで車輪４２ｃを移動させることによってカウンターウェイト４０に対して水平方向の抗力を生じさせ、この抗力に起因する蓋体３０の開方向モーメントを生じさせることができる。この抗力に起因するモーメントと、蓋体３０の閉方向モーメントと、カウンターウェイト４０による開方向モーメントとを蓋体３０に対して互いに作用させ、その結果、蓋体の開閉を容易に行うことができるとともに、蓋体を安定した速度で開閉することができる。
【０１１６】
（２）本体アーム部４１の先端４１ｂには、制動装置６０が設けられているので、蓋体３０の開動作を円滑に制御することができるとともに、滑車６１とベルト６３とによる簡易的な構成で制動力を生じさせることができる。
さらに、ベルト６３の代わりにチェーンやワイヤーなどを用いると滑車６１の転動時の音が大きく、耐久性も低いが、ベルト６３であれば転動時の音が小さく、耐久性にも優れる。
【０１１７】
（３）カウンターウェイト４０は、箱体２０内部の側面部２２側に位置するので、箱体２０内部の空間を広く確保することができるとともに、箱体２０内部に収容する物との接触を防ぐこともできる。
【０１１８】
（４）制御アーム部４２の先端４２ｂの位置を制御部材４４によって制御することで、蓋体３０の動きを制御することが出来る。ゴミ箱１のような片開き構造の場合、蓋体３０の取付部３２側には機械的機構を設置する空間がほとんど得られないが、蓋体３０の重心位置側の空間を活用することが出来る。
【０１１９】
［実施形態の変形］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、蓋体３０へ連結するカウンターウェイト４０の位置を取付端４１ａとしたが、このように端部に限られず、その他の位置で連結して第１連結部としてもよい。
また、前記実施形態では、制動装置６０を滑車６１とベルト６３とを用いた構成としたが、これに限られず、本体アーム部４１の先端４１ｂの回動をバネ機構やシリンダー機構で制御してもよい。
【０１２０】
さらに、制動装置を、回動可能に軸支された構造体の回動を抑制するための制動装置として次のような構成とすることもできる。まず、制動装置は、構造体ＢＤＣの軸支された位置から離れた位置に設けられる少なくとも２つ以上の滑車と、この構造体ＢＤＣの回動範囲の外側に設定された２つの固定端部と、この２つの固定端部同士を連結するベルトと、を備えている。このベルトの長さは、前記２つの固定端部を結ぶ線分の長さよりも長く、このベルトは、前記少なくとも２つ以上の滑車に捲回されている。そして、この制動装置において、構造体ＢＤＣが回動する際の前記少なくとも２つ以上の滑車の移動軌跡と、２つの固定端部を焦点とする楕円軌道とが、少なくとも１以上の点で交差する。
ここで、２つの固定端部同士を結ぶ線分の長さよりも長いベルトに張力を加えた状態で描かれる軌道は、２つの固定端部を焦点とする楕円軌道となる。また、構造体ＡＯＢの開動作に伴って構造体ＢＤＣが回動する際に、当該滑車は、２つの固定端部を結ぶ線分の長さよりも長いベルトが当該滑車に捲回されているため、当該ベルト上を転動しながら移動する。そして、当該滑車の移動軌跡と当該楕円軌道とが交差するので、当該滑車が移動して当該楕円軌道上に位置するとき、当該ベルトに張力が加わって、当該ベルトは弛緩した状態から緊張した状態に変化し、当該滑車の転動が抑制される。さらに、構造体ＡＯＢの開動作に伴って構造体ＢＤＣが回動しようとすると、当該ベルトに加わる張力は大きくなり、当該滑車の転動がより強く抑制される。当該滑車の転動が抑制されるため、構造体ＢＤＣの回動が抑制され、結果として、構造体ＡＯＢの開動作が停止される。この制動装置は、耐久性に優れ、蓋体の急激な開閉動作を十分に制動できる。
なお、この制動装置において、前記少なくとも２つ以上の滑車のうち少なくとも１つ以上には前記ベルトが係合可能な溝が形成されていることが好ましい。このような溝が形成されていると、当該ベルトに張力が加わるときに、溝が形成されていない場合に比べて、当該滑車に対してベルトが強く係合するとともに、滑車とベルトとの接触面積が大きいので摩擦力が大きくなって、制動装置の制動力を強くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の蓋体開閉装置は、ゴミ箱の蓋体、ピアノの鍵盤蓋、床板（スラブ）の開口（ハッチ）に設けられた蓋体等の開閉に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…蓋体開閉装置
３０…蓋体
３２…取付部
３２ａ…一端
３３…支持軸
３３ａ…支点
４０…カウンターウェイト
４１…本体アーム部
４１ａ…取付端（第１連結部）
４１ｂ…先端（第３連結部）
４２ｂ…先端（第２連結部）
６０…制動装置
６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ）…滑車
６２ａ，６２ｂ…固定端部
６３…ベルト
Ｘ…軌道
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面で見たときに、重心位置以外の位置を支点として回動可能に支持される蓋体と、
前記蓋体の重心位置と前記支点を挟んで反対側で、自重を作用させるカウンターウェイトと、を備え、
前記カウンターウェイトは、剛体から構成され、
前記カウンターウェイトは、当該カウンターウェイトの重心位置以外の第１連結部で、前記蓋体の前記支点から離れた位置に回動可能に連結され、
前記カウンターウェイトの重心位置以外で、前記第１連結部とは別の前記カウンターウェイトの第２連結部は、前記カウンターウェイトに対して水平方向に抗力を生じさせる軌道上に沿って移動するように連結されていることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓋体開閉装置において、
前記蓋体の重心位置と前記支点とを結ぶ線分、及び前記第１連結部と前記支点とを結ぶ線分が成す角度は、鉛直下方側で１８０度未満であることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の蓋体開閉装置において、
前記第２連結部の軌道は、鉛直方向に延在していることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の蓋体開閉装置において、
前記断面に直交し、前記支点を通る支持軸を有し、
前記カウンターウェイトは、前記支持軸の軸方向端部の少なくともいずれか一方に設けられていることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の蓋体開閉装置において、
前記第１連結部、及び前記第２連結部とは別の前記カウンターウェイトの第３連結部は、前記蓋体の回動角度に応じて前記カウンターウェイトの回動を制御する制動装置に連結されていることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項６】
請求項５に記載の蓋体開閉装置において、
前記制動装置は、少なくとも２つ以上の滑車と、前記第３連結部の回動範囲の外側に設定された２つの固定端部に掛け渡されるベルトと、を備え、
前記制動装置は、前記蓋体及び前記カウンターウェイトが回動するときに前記少なくとも２つ以上の滑車を前記ベルト上で転動させることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項７】
請求項６に記載の蓋体開閉装置において、
前記ベルトの長さは、前記２つの固定端部を結ぶ線分の長さよりも長いことを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項１】
断面で見たときに、重心位置以外の位置を支点として回動可能に支持される蓋体と、
前記蓋体の重心位置と前記支点を挟んで反対側で、自重を作用させるカウンターウェイトと、を備え、
前記カウンターウェイトは、剛体から構成され、
前記カウンターウェイトは、当該カウンターウェイトの重心位置以外の第１連結部で、前記蓋体の前記支点から離れた位置に回動可能に連結され、
前記カウンターウェイトの重心位置以外で、前記第１連結部とは別の前記カウンターウェイトの第２連結部は、前記カウンターウェイトに対して水平方向に抗力を生じさせる軌道上に沿って移動するように連結されていることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓋体開閉装置において、
前記蓋体の重心位置と前記支点とを結ぶ線分、及び前記第１連結部と前記支点とを結ぶ線分が成す角度は、鉛直下方側で１８０度未満であることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の蓋体開閉装置において、
前記第２連結部の軌道は、鉛直方向に延在していることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の蓋体開閉装置において、
前記断面に直交し、前記支点を通る支持軸を有し、
前記カウンターウェイトは、前記支持軸の軸方向端部の少なくともいずれか一方に設けられていることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の蓋体開閉装置において、
前記第１連結部、及び前記第２連結部とは別の前記カウンターウェイトの第３連結部は、前記蓋体の回動角度に応じて前記カウンターウェイトの回動を制御する制動装置に連結されていることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項６】
請求項５に記載の蓋体開閉装置において、
前記制動装置は、少なくとも２つ以上の滑車と、前記第３連結部の回動範囲の外側に設定された２つの固定端部に掛け渡されるベルトと、を備え、
前記制動装置は、前記蓋体及び前記カウンターウェイトが回動するときに前記少なくとも２つ以上の滑車を前記ベルト上で転動させることを特徴とする蓋体開閉装置。
【請求項７】
請求項６に記載の蓋体開閉装置において、
前記ベルトの長さは、前記２つの固定端部を結ぶ線分の長さよりも長いことを特徴とする蓋体開閉装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１４４５５２（Ｐ２０１１−１４４５５２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８８１（Ｐ２０１０−５８８１）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（５０９０８４３８９）株式会社井上工業 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（５０９０８４３８９）株式会社井上工業 (1)
【Ｆターム（参考）】
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