JP2006249868A - 電気錠 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明の目的は、機械的な構造が単純で、小型化が可能な電気錠を提供することである。
【解決手段】 ケーシング１と、このケーシングに組み込んだ圧電モーター２と、この圧電モーター２の駆動力が直接伝達される掛け止め部材３とを備えている。上記圧電モーター２が、上記掛け止め部材３を直接駆動するようにしたので、圧電モーター２と掛け止め部材３との間に、減速機構などの複雑な機械的構造を設ける必要がなくなる点に特徴を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電気錠に関するものである。

従来から、出入り口のドアや窓などに設けて、電気的に施錠、解錠するための電気錠がある。
電気錠は、例えば、ドア側に取り付けた鍵ケース内に、電磁モーターによって鍵ケースから軸方向に出入するデッドボルトや、回転によって出入する鎌状の鎌状部材など、掛け止め部材を備え、壁側には、上記掛け止め部材が鍵ケースから突出したときに引っ掛かる止め部を設けている。
そして、上記可動部材を、電磁モーターで駆動し、掛け止め部材を突出させて施錠し、退避させて解錠するようにしている。
特開平７−２６８０９号公報 特開平８−３０３０７７号公報

上記電磁モーターは、電流を供給することによって回転するモーターであるが、この電磁モーターによって、デッドボルトや、鎌状部材などを駆動する際に必要なトルクを得るために、上記電磁モーターから掛け止め部材までの間に複数のギアを組み合わせた減速機構を設けていた。大きな駆動トルクを得るために、高トルクの電磁モーターを用いることも考えられる。しかし、そのために電磁モーターが大型化して電子錠が大型化してしまうことを考えると、減速機構を設けることが現実的であった。

特に、鎌状部材を回転させて止め部に引っ掛けるタイプの電子錠の場合、施錠時に、鎌状部材と止め部との間の隙間をなくすようにするためには、上記鎌状部材が止め部に引っ掛かる際に、止め部を引っ張る力が作用するように構成する必要がある。このように、鎌状部材が、止め部を引っ張りながら回転するために、より大きな駆動トルクを必要とする。従って、減速機構は必須であった。
また、デッドボルトを駆動するためには、回転運動を直線運動に変換するための運動方向の変換機構が必要である。このような運動方向の変換機構を用いるため、その分、さらに構造が複雑になるという問題もあった。

以上のように、減速機構や、運動方向の変換機構などを備えた従来の電気錠は、機械的に構造が複雑であった。
そのため、電気錠の設計が複雑になると共に、部品点数や組み立て工数が多く、製造コストが高くなってしまうという問題があった。
また、部品点数が多く、構造が複雑であれば、消耗箇所や故障箇所が多くなり、電気錠としても、故障しやすいという問題もあった。
さらに、機械的に複雑な構造により、電気錠の作動時に異音が発生することもあった。
また、複雑な構造のため、電気錠全体が大型化してしまい、取り付け場所が制限されることもあった。
この発明の目的は、機械的な構造が単純で、小型化が可能な電気錠を提供することである。

第１の発明は、ケーシングと、このケーシングに組み込んだ圧電モーターと、この圧電モーターの駆動力が直接伝達される掛け止め部材とを備えた点に特徴を有する。

第２の発明は、第１の発明を前提とし、上記ケーシングを、戸のかまちに埋設し、上記掛け止め部材を戸の枠に設けた掛けとめ穴に出入する構成にした点に特徴を有する。

第１および第２の発明では、小型で高トルクを実現できる圧電モーターを用いることで、減速機構を不要にし、圧電モーターで直接掛け止め部材を駆動できるようなる。
そのため、機械的構造を単純にできて、小型化できるだけでなく、設計や、組み立てを簡単にして、製造コストを低く抑えることもできる。
また、構造が単純になったため、作動時の異音の発生も防止できるとともに、故障しにくくなり、耐久性や信頼性も向上する。

第２の発明によれば、小型化した電気錠のケーシングを戸のかまちに埋設させることによって、電気錠を取り付けている場所を外部から見えないようにすることができる。
電気錠の取り付け箇所が分からないので、不正に侵入しようとする者が、電気錠を壊し難くなる。

図１〜図５を用いて、この発明の第１実施形態を説明する。
図１，図２に示す電気錠は、ケーシング１内に、圧電モーター２と、デッドボルト３を組み込むとともに、上記デッドボルト３が出入する開口６ａを設けたふた部材６でふたをしている。なお、図１、図２は、ケーシング１内部を表すために、表面カバーをはずした状態を示している。
そして、上記ケーシング１を、ドアの端部の厚み内に埋設し、上記ふた部材６を介して固定し、ドアを閉じたときに、このケーシング１に対抗するかまち部分に、上記デッドボルト３が嵌る穴を設けている。
このような電気錠は、上記圧電モーター２によってデッドボルト３を突出させて、かまち側に設けた穴に入り込ませて施錠し、圧電モーター２によってデッドボルト３をケーシング１内に後退させて解錠するようにしている。

上記デッドボルト３は、断面をコの字状にして、ケーシング１に固定したガイド部４に、複数のボール５を介してかみ合わせている。これらのボール５は、上記デッドボルト３がガイド部４に対して軸方向に移動する際にその移動をスムーズに行わせるためのコロ部材である。
また、デッドボルト３の上面にはセラミック製の摩擦面３ａを設けて、この摩擦面３ａに圧電モーター２の移動チップ２ａを押し付けている。上記移動チップ２ａは、圧電モーター２の駆動部であり、デッドボルト３の摩擦部３ａを、矢印ｘ１または、ｘ２方向に擦って、ケーシング１から出入させるためのセラミック製の部材である。

さらに、ケーシング１内には、図示していないが、圧電モーター２を駆動するための電源回路などを設けている。ただし、電源回路などは、外部に設け、圧電モーター２と配線するだけでもよい。
なお、この第１実施形態の電気錠で用いる圧電モーター２は、例えば、特開平７−１８４３８２号公報に記載されているマイクロモーターの原理を利用したものであるが、図３〜図５を用いて簡単に説明する。

図３（ａ）〜（ｃ）は、圧電素子からなる電極７の機能を表した模式図である。この電極７は、電源用端子８，９に電源に接続して、電圧を印加すると、印加電圧に応じて歪む性質を持っている。例えば、図３（ａ）のように長方形の電極７に、図３（ｂ）のように所定の電圧を印加すると、一方向に伸びて、他方向には縮み、図３（ｃ）のように、図３（ｂ）とは逆方向の電圧を印加すると、一方向に縮み、他方向に伸びる。このような性質を備えた電極７を複数組み合わせて、図４に示すように電極部２ｂを構成する。そして、この電極部２ｂの一辺に上記移動チップ２ａを設けたものが、ここで用いる圧電モーター２である。

上記圧電モーター２の電極部２ｂは、印加電圧に応じて変形し、その結果、移動チップ２ａの先端は、図５（ａ），（ｂ）のように長円ｘの移動軌跡を描いた移動をする。なお、圧電モーター２に印加する電圧の極性を変えれば、上記移動チップ２ａは、長円上の移動方向が反対に移動する。つまり、図５（ａ）と図５（ｂ）では、印加電圧の極性が反対である。
上記移動チップ２ａの移動過程において、移動チップ２ａが上記デッドボルト３の摩擦面３ａに接触していれば、上記デッドボルト３を移動させることができる。

ただし、図５における移動チップ２ａ移動軌跡のうち、矢印ｘ１方向と、矢印ｘ２方向の両方で、移動チップ２ａがデッドボルト３の摩擦面３ａに接触していると、デッドボルト３は、往復運動をしてしまうので、いずれか一方向の移動部分でのみ、移動チップ２ａの駆動力を上記摩擦面３ａ伝達させるようにしている。
例えば、図５（ａ），（ｂ）において、上方を電極部２ｂ側とし、下方をデッドボルト３側とした場合には、図５（ａ）では、矢印ｘ１方向の移動過程では、デッドボルト３の摩擦面３ａに駆動力が伝達されるようにし、矢印ｘ２方向への移動中には、摩擦面３ａに駆動力が伝達されないような位置関係にして、デッドボルト３および上記移動チップ２ａを設けている。反対に、図５（ｂ）の場合には、矢印ｘ２方向の駆動力は、上記摩擦面３ａに伝達されるが、矢印ｘ１方向の駆動力は伝達されないようにしている。

なお、上記移動チップ２ａの駆動力が摩擦面３ａに伝達される状態とは、移動チップ２ａと摩擦面３ａとの間の摩擦力によって両者が滑らない状態のことで、ある程度の押圧力を作用させている。これに対し、移動チップ２ａの駆動力が摩擦面３ａに伝達されない状態とは、移動チップ２ａと摩擦面３ａとが非接触か、接触していても摩擦力が小さくて滑ってしまう状態のことである。なお、上記摩擦力は、上記移動チップ２ａの摩擦面３ａに対する押圧力で調整できる。
実際には、上記移動チップ２ａの移動軌跡が長円ｘであっても、その短軸長さは非常に小さいので、移動チップ２ａとデッドボルト３の摩擦面３ａとの間を完全に離すことは難しいことがある。その場合には、移動チップ２ａの駆動力をデッドボルト３に伝達させない位置でも、移動チップ２ａの先端を摩擦面３ａに接触させて、摩擦面３ａ上で移動チップ２ａが滑るような押圧力に調整すればよい。

上記電気錠で、図１の解錠状態において、圧電モーター２に対して所定の電圧を所定時間印加すると、上記移動チップ２ａが、図５（ａ）の軌跡を描いて移動し、矢印ｘ１方向の運動のみを、摩擦面３ａを介してデッドボルト３に伝達する。その結果、デッドボルト３は、ケーシング１から突出して、図２に示す施錠状態となる。この状態で、圧電モーター２に上記施錠時とは逆の電圧を印加すると、移動チップ２ａは図５（ｂ）のような軌跡を描いて移動し、矢印ｘ２方向の運動のみが摩擦面３ａを介してデッドボルト３に伝達される。その結果、デッドボルト３がケーシング１内に退避して解錠する。

以上のような電気錠は、ケーシング１内に、この発明の掛け止め部材であるデッドボルト３を駆動する駆動源として圧電モーター２を用いている。圧電モーター２は、従来用いていた電磁モーターと比べて、小型でも高トルクを得られるため、減速機構を設けずに、その駆動力が、デッドボルト３に直接伝達する構成にしている。このように駆動減とデッドボルトとの間に複雑な機械的構造が不要になったので、電気錠全体の構造が単純である。
そのため、製造コストを抑えることができるだけでなく、異音の発生も防止できるとともに、故障箇所も少なくなり、耐久性や信頼性が向上する。
また、小型化できることにより、狭い場所への設置も可能になる。
なお、上記第１実施形態のケーシング１は、ドア側またはかまち側のどちらに設けてもかまわない。

図６、図７に、第２実施形態を示す。
この第２実施形態の電気錠は、鎌状部材１１が回転運動によってケーシング１から出入するようにしている点が、上記第１実施形態と異なる。ただし、第１実施形態と同様の構成要素には、図１、図２と同じ符号を用いている。
図６に示すように、ケーシング１内には、回転部材１０と、これに固定した鎌状部材１１と、圧電モーター２とを設け、開口６ａを形成したふた部材６でケーシング１をふたしている。

そして、この第２実施形態では、図７に示すように、この発明の電気錠を窓に用いている。
すなわち、上記ケーシング１を窓の周囲のかまちに１５に埋設するとともに、窓枠１２側には、ケーシング１から突出した鎌状部材１１が引っ掛かる止め部を設けている。
窓枠１２側は、図６に示すように、鎌状部材１１が入り込む凹部１３を形成するとともに、板部材１４によって、入り込んだ鎌状部材１１抜けないように止め部１４ａを形成している。この第２実施形態では、上記凹部１３と止め部１４ａによって、この発明の掛けとめ穴を構成している。
なお、図６は、ケーシング１および窓枠１２側の表面カバーをはずした状態を示している。

また、上記回転部材１０は、円盤状の部材であり、図示しないが、ケーシング１に固定した支持軸に、例えばボールベアリングなどの軸受け部材を介して回転自在に取り付けられている。そして、この回転部材１０の円形の両表面に鎌状部材１１を固定して、回転部材１０と鎌状部材１１とが一体的に回転するようにしている。つまり、上記回転部材１０および鎌状部材１１とが一体となって、この発明の掛け止め部を構成している。
さらに、回転部材１０の外側面には、セラミック製の摩擦面１０ａ設け、上記圧電モーター２の移動チップ２ａを接触させている。

ただし、移動チップ２ａを摩擦面１０ａに接触させる際の押圧力は、一方向のみの駆動力が伝達され、反対方向の駆動力は伝達されない程度に調整しておかなければならない点は、先に説明した第１実施形態と同様である。なお、上記圧電モーター２は、第１実施形態の圧電モーター２と同様のものである。従って、圧電モーター２についての詳細な説明は省略する。
例えば、図５（ａ），（ｂ）において、上方を回転部材１０側とし、下方を圧電モーター２側としたとき、移動チップ２ａが、図５（ａ）に示す方向で移動した場合には、矢印ｘ２方向の駆動力が摩擦面１０ａを介して上記回転部材１０へ伝達され、図５（ｂ）に示す方向で移動した場合には、矢印ｘ１方向の駆動力が上記回転部材１０へ伝達されるようにしている。そして、この第２実施形態では、移動チップ２ａは、施錠時には、図５（ａ）、解錠時には図５（ｂ）に示すように移動するものとする。

上記のように構成した電気錠の作用を説明する。
図６において点鎖線で示す鎌状部材１１は、解錠時の位置である。この状態で、圧電モーター２を駆動すると、移動チップ２ａが図５（ａ）のように移動する。移動チップ２ａは、摩擦面１０ａに押圧された状態で矢印ｘ２方向へ移動するので、この方向の駆動力が摩擦面１０ａを介して回転部材１０へ伝達される。回転部材１０は回転し、鎌状部材１１が、実線で示すように開口６ａから突出し、止め部１４ａに引っ掛かって施錠される。

この施錠状態から、圧電モーター２に、上記施錠時とは反対極性の電圧を印加して圧電モーター２を駆動すると、移動チップ２ａは、図５（ｂ）のように移動する。移動チップ２ａは、摩擦面１０ａに押圧された状態で矢印ｘ１方向へ移動し、この方向の駆動力が摩擦面１０ａを介して回転部材１０へ伝達される。回転部材１０は回転し、鎌状部材１１が、移動し、二点鎖線で示す位置まで移動して解錠する。

上記のような電気錠は、第１実施形態と同様に、ケーシング１内に、この発明の掛け止め部材である回転部材１０および鎌状部材１１を駆動する駆動源として圧電モーター２を用いている。圧電モーター２は、従来用いていた電磁モーターと比べて、小型でも高トルクを得られるため、減速機構を設けずに、その駆動力が、直接伝達する構成にしている。このように駆動減と回転部材１０および鎌状部材１１との間に複雑な機械的構造が不要になったので、電気錠全体の構造が単純である。
そのため、製造コストを抑えることができるだけでなく、異音の発生も防止できるとともに、故障箇所も少なくなり、耐久性や信頼性が向上する。

さらに、小型化できることにより、狭い場所への設置も可能になる。
電気錠が小型化できるので、図８に示すように、窓のかまち１５のように厚みの薄い部分にも、ケーシング１を埋設することができ、電気錠のケーシング１を外部から見えないようにすることができる。ケーシング１からの配線１６も、かまち１５の内部に設ければ、電気錠が設置されていることが外部からは分からない。そのため、窓を開けて不正に侵入しようとする者が、電気錠を壊し難くいというメリットがある。
図８では、上記ケーシング１をかまち１５に埋設させているが、ケーシング１を窓枠１２に設け、止め部１４ａをかまち側に設けてもかまわない。
なお、この上記第１、第２実施形態の電気錠は、どちらも、ドアや、窓だけでなく、様々な形態の戸の施錠に利用できる。

また、上記第１、第２実施形態において、圧電モーター２の移動チップ２ａと、この移動チップ２ａが駆動力を伝達する摩擦面３ａ、１０ａとをセラミック製にしているが、これは、移動チップ２ａの駆動力が摩擦面３ａ，１０ａに伝達されるために必要な摩擦力が発生するようにするためと、上記移動チップ２ａが上記摩擦面３ａ、１０ａ上で滑ったときに、互いの表面が磨耗しない程度の硬度を実現するためである。

移動チップ２ａの先端面および摩擦面３ａ，１０ａの接触面は、繰り返しの使用によっても磨耗しないようにするために、表面の硬度がロックウエル硬さＨRc６０よりも硬いことが好ましい。
また、上記移動チップ２ａの先端面および摩擦面３ａ，１０ａを、算術平均表面粗さ０．１（μｍ）以下の鏡面仕上げにすることによって、安定した駆動力の伝達ができるようになるとともに、摩擦による偏磨耗を防止することができる。
以上の特性を備えた移動チップ２ａおよび摩擦面３ａ，１０ａとして、上記の実施形態ではセラミックを用いたが、移動チップ２ａおよび摩擦面３ａ，１０ａの材質はセラミックに限らない。

第１実施形態の電気錠の解錠状態を示した正面図である。 第１実施形態の電気錠の施錠状態を示した正面図である。 この発明に用いる圧電モーターの原理を説明するための模式図で、電極に電圧を印加していない状態である。 この発明に用いる圧電モーターの原理を説明するための模式図で、電圧を印加した状態である。 この発明に用いる圧電モーターの原理を説明するための模式図で、図３（ｂ）と逆方向の電圧を印加した状態である。 この発明に用いる圧電モーターの動作を説明するための模式図である。 圧電モーターの移動チップの動きを示した図で、所定の電圧を印加した状態である。 圧電モーターの移動チップの動きを示した図で、図５（ａ）とは逆方向の電圧を印加した状態である。 第２実施形態の電気錠の正面図である。 第２実施形態の電気錠の使用状況を示した正面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 圧電モーター
３ デッドボルト
３ａ 摩擦面
１０ 回転部材
１０ａ 摩擦面
１１ 鎌状部材
１２ 窓枠
１３ 凹部
１４ａ 止め部
１５ かまち

Claims (2)

1. ケーシングと、このケーシングに組み込んだ圧電モーターと、この圧電モーターの駆動力が直接伝達される掛け止め部材とを備えた電気錠。
2. 上記ケーシングを、戸のかまちに埋設し、上記掛け止め部材を戸の枠に設けた掛けとめ穴に出入する構成にした請求項1に記載の電気錠。

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