JP2018063067A - 扉開閉機構用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの動力を扉に伝達する複数のギアの少なくとも１つを切り離すことで、自動開閉から手動開閉に切り替える制御において、ギアの切り離し不良を防ぐ。【解決手段】モータＭの動力を複数のギアを介して扉に伝達する動力伝達状態と、複数のギアの少なくとも１つが切り離されてモータの動力が扉に伝達されない動力非伝達状態との間を移り変わる動力伝達状態遷移機構１０１を具備した扉開閉機構１００に用いられる制御装置９０であって、モータＭを制御するモータ制御部９３と、扉Ｄの回動を検知する回動検知手段８０から扉が回動していることを示す回動信号を取得する回動検知部９１とを備え、モータ制御部９３がモータＭを正回転させて扉Ｄを開方向に移動させている状態において、回動検知部９１が扉の閉方向の移動を示す回動信号を取得した場合に、モータ制御部９３がモータＭへの回転信号をＯＦＦするようにした。【選択図】図８

Description

本発明は、例えば冷蔵庫の扉を自動で開閉するための扉開閉機構に用いられる制御装置に関するものである。

この種の扉開閉機構としては、特許文献１に示すように、扉を自動で開閉できる自動モードと、扉を手動で開閉できる手動モードとを切替可能に構成されたものがある。
具体的にこの扉開閉機構は、モータの動力が伝達されるセンターギアと、センターギアに噛み合う一対の遊動ギアとを具備し、モータが正回転すると一方の遊動ギアが扉と連動する扉側ギアに噛み合って扉が自動で開き、モータが逆回転すると他方の遊動ギアが扉側ギアに噛み合って扉が自動で閉るように構成されている。また、遊動ギアの両方を扉側ギアから切り離すことで、扉を手動で開閉することができる。

本願発明者は、上述した扉開閉機構を用いて、自動モードから手動モードに切り替える制御方法として、図１３の上段に示すように、モータを正回転させて閉塞位置にある扉を所定開度まで開いた後、図１３の中段に示すように、モータを逆回転させることで遊動ギアを扉側ギアから切り離す制御を考えている。

しかしながら、上述した制御において、図１３の下段に示すように、モータを逆回転させる際に、例えばユーザが扉を動かすなど、外部からの力が扉に作用していると、その力と遊動ギアを切り離す力とが相殺されて遊動ギアを扉側ギアから切り離すことができない恐れがある。そうすると、ユーザが扉を動かそうとしても、遊動ギアが扉側ギアと噛み合っているので、モータが大きな負荷となり扉を動かすことができないという問題が生じる。

特開２０１４−２４０７８８号公報

そこで、本願発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、モータの動力を扉に伝達する複数のギアの少なくとも１つを切り離すことで、自動開閉から手動開閉に切り替える制御において、ギアの切り離し不良を防ぐことを課題とするものである。

すなわち、本願発明に係る扉開閉機構用制御装置は、モータの動力が扉に伝達する動力伝達状態と伝達しない動力非伝達状態とに切り替わる動力伝達状態遷移機構を具備した扉開閉機構に用いられる制御装置であって、前記モータを制御するモータ制御部と、扉の回動を検知する回動検知手段から扉が回動していることを示す回動信号を取得する回動検知部とを備え、前記モータ制御部が前記モータを正回転させて扉を開方向に移動させている状態において、前記回動検知部が扉の閉方向の移動を示す回動信号を取得した場合に、前記モータ制御部が前記モータへの回転信号をＯＦＦすることを特徴とするものである。

このような扉開閉機構用制御装置であれば、扉を開方向に移動させている状態において、扉の閉方向の移動が検知されるとモータへの回転信号がＯＦＦされるので、動力伝達状態遷移機構を構成するギアを切り離すまえに扉に不測な力が作用した場合、その状態でモータが逆回転してしまうことを防ぐことができる。
これにより、モータへの回転信号をＯＦＦしてから扉が停止した後、モータを逆回転させることでギアを確実に切り離すことができ、扉を手動で開閉させることが可能となる。

モータを逆回転させるための具体的な制御としては、前記モータへの回転信号がＯＦＦされたあと、前記回動検知部により扉が一定時間停止していることが検知されると、前記モータ制御部が前記モータを逆回転させる制御が挙げられる。

ところで、逆回転させたモータを停止させる際、ギアが切り離されている必要があり、このことを検知する方法としては、例えば扉が停止していること、すなわち回動検知部が取得する回動信号が一定時間変化していないことを検知する方法が挙げられる。
しかしながら、この方法では、扉が停止しているにもかかわらず、回動信号が一定時間変化していないことが検知されるまではモータが停止されず、ギアの切り離し操作が完了するまでのタイミングが遅くなってしまう。

そこで、上述したタイミングの遅れを低減するためには、前記動力伝達状態又は前記動力非伝達状態に応じてＯＮ／ＯＦＦ信号を送信する動力状態検知手段から前記ＯＮ／ＯＦＦ信号を取得する動力状態検知部をさらに備え、前記モータ制御部が、前記動力状態検知部がＯＦＦ信号を取得した場合に、前記モータへの回転信号をＯＦＦすることが好ましい。
このような構成であれば、ＯＦＦ信号を取得した場合、すなわちギアが切り離されて動力非伝達状態となった場合にモータへの回転信号がＯＦＦされるので、扉の停止を待つことなく、逆回転させたモータを停止させることができ、モータの停止タイミングの遅れを低減することが可能となる。

より具体的な実施態様としては、前記扉開閉機構が、前記扉の開閉と連動して回転する扉側ギアと、前記モータと連動して回転するモータ側ギアと、前記モータ側ギアに接続されたセンターギアと、前記センターギアに噛み合うとともに、所定の相対位置を保つ一対の遊動ギアとを具備し、前記動力伝達状態遷移機構が、前記センターギアの正回転又は逆回転に連動して、前記センターギアの回転軸を中心に前記一対の遊動ギアとともに旋回する首振り機構を具備した構成において、前記動力状態検知手段が、前記首振り機構に設けられた磁石と、前記一対の遊動ギアの一方が前記扉側ギアに噛み合っている状態で前記磁石を検出するように配置された第１ホールセンサと、前記一対の遊動ギアの他方が前記扉側ギアにかみ合っている状態で前記磁石を検出するように配置された第２ホールセンサとを有している構成が挙げられる。

このように構成した本発明によれば、モータの動力を扉に伝達する複数のギアの少なくとも１つを切り離すことで、自動開閉から手動開閉に切り替える制御において、ギアの切り離し不良を防ぐことができる。

本実施形態の扉開閉機構の配置を示す図。 本実施形態の扉開閉機構を上方から視た図。 本実施形態の扉開閉機構を下方から視た図。 本実施形態の動力伝達状態遷移機構を全体構成を模式的に示す図。 本実施形態の動力伝達状態遷移機構を分解状態を模式的に示す図。 本実施形態の動力変換機構を模式的に示す図。 本実施形態の制御装置の機能を示す機能ブロック図。 本実施形態の制御装置の動作を示すフローチャート。 その他の実施形態における動力状態検知手段の構成を模式的に示す図。 その他の実施形態における動力状態検知手段の構成を模式的に示す図。 その他の実施形態における制御装置の機能を示す機能ブロック図。 その他の実施形態における制御装置の動作を示すフローチャート。 本願発明者が中間的に検討した制御内容を説明するための模式図。

以下に本発明に係る扉開閉機構用制御装置（以下、制御装置という）の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の制御装置は、例えば冷蔵庫の扉を自動で開閉するための扉開閉機構に用いられるものである。まず始めに、扉開閉機構について説明する。

扉開閉機構１００は、図１に示すようにケーシングＣに収容された状態で冷蔵庫Ｒの扉Ｄの上面に配置されており、具体的には図２に示すように、モータＭの動力を複数の駆動ギア４５の回転によって扉ＤのヒンジＺに伝達する動力伝達機構４０と、閉塞位置にある扉Ｄを開方向に移動させるための補助力を発生させる補助機構３０とを具備する。

動力伝達機構４０は、図２及び図３に示すように、前記複数の駆動ギア４５として、モータＭに連動して回転するモータ側ギア４１と、扉Ｄの開閉に連動して回転する扉側ギア４２とを備えている。さらに、この動力伝達機構４０は、モータＭの動力をヒンジＺに伝達する動力伝達状態と、モータＭの動力をヒンジＺに伝達させない動力非伝達状態との間を移り変わる動力伝達状態遷移機構１０１を具備している。

動力伝達状態遷移機構１０１は、モータＭとヒンジＺとの間に介在しており、図４に示すように、モータ側ギア４１に接続されるセンターギア４３と、センターギア４３に噛み合う一対の遊動ギア４４と、一対の遊動ギア４４をセンターギアの回転軸周りに旋回させる首振り機構５０とを備えている。

首振り機構５０は、図５に示すように、センターギア４３の回転軸を中心に回転するとともに、遊動ギア４４が取り付けられる第１取付部材５１と、第１取付部材５１と遊動ギア４４との間に介在するとともに、各遊動ギア４４の回転に負荷を与える回転負荷部材５２とを備えており、本実施形態では前記センターギア４３が取り付けられる第２取付部材５４をさらに備えている。

第１取付部材５１は、一対の遊動ギア用取付軸５１２を有し、貫通孔５１６が形成された平板状をなすものである。

回転負荷部材５２は、遊動ギア４４の回転に負荷を与え、一対の遊動ギア４４をセンターギア４３の回転軸周りに旋回させるトルクを発生させるものであり、ここでは、遊動ギア用取付軸５１２に通されるバネ等の弾性部材である。

第２取付部材５４は、センターギア用取付軸７が設けられた平板状のものであり、前記第１取付部材５１の下方に配置されている。
この第２取付部材５４は、センターギア４３に連動して回転するものであり、第１取付部材５１とは独立して回転する。

上述した構成により、動力伝達状態遷移機構１０１は、モータＭの動力を受けながら、その動力によって動力伝達状態と動力非伝達状態との間を移り変わる。より具体的には、モータＭを正回転させると、首振り機構５０が一対の遊動ギア４４を旋回させ、一方の遊動ギア４４が扉側ギア４２に噛み合って、扉Ｄが自動で開く。また、モータＭを逆回転させると、首振り機構５０が一対の遊動ギア４４を旋回させ、他方の遊動ギア４４が扉側ギア４２に噛み合って、扉Ｄが自動で閉じる。このように、遊動ギア４４が扉側ギア４２にかみ合っている状態が動力伝達状態である。一方、両方の遊動ギア４４と扉側ギア４２との噛み合いを外すことで動力非伝達状態となり、扉Ｄを手動で開閉することができる。

本実施形態の扉開閉機構１００は、動力伝達状態遷移機構１０１が動力非伝達状態にあり、モータＭの動力がヒンジＺに伝達されない状態において、補助機構３０に補助力を発生させて閉塞位置にある扉Ｄを開方向に移動させるように構成されている。

補助機構３０は、扉Ｄを開くための補助力を生じさせるものであり、図３に示すように、駆動ギア４５の回転に連動してスライド可能なスライド部材３４と、前記スライド部材３４のスライド移動に連動して回転し、筐体Ｈに接触して扉Ｄに前記補助力を与える補助力付与部材３２とを有している。

本実施形態では、図６に示すように、スライド部材３４と動力伝達機構４０との間に、駆動ギア４５（扉側ギア４２）における回転方向の動力を、スライド部材３４における延伸方向の動力に変換する動力変換機構７０を介在させてある。
この動力変換機構７０は、いわゆるラチェット機構を利用したものであり、スライド部材３４の端部に設けられた爪部７１と、この端部３４２の近傍に配置された駆動ギア４５（ここではセンターギア４３）の下方に設けられた複数の突起部７２とから構成されている。なお、ここでは突起部７２を上述した第２取付部材５４の背面に設けてある。

かかる構成により、前記駆動ギア４５が回転することにより、突起部７２が爪部７１を押圧し、駆動ギア４５の回転方向の動力が爪部７１を介してスライド部材３４における延伸方向の動力としてスライド部材３４に伝達される。これにより、スライド部材３４が延伸方向にスライド移動し、補助力付与部材３２が回転して筐体Ｈの前面に衝突し、そのときの衝撃が補助力として作用して扉Ｄと筐体Ｈとの着磁を外すことができる。

続いて、上述した扉開閉機構１００の動作を制御する制御装置９０について説明する。

制御装置９０は、上述したモータＭを駆動するモータ駆動回路に接続されてモータＭを制御するものであり、物理的には、ＣＰＵ、メモリ、タイマ、Ａ／Ｄコンバータ等を備えている。そして、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従ってＣＰＵや周辺機器が協働することにより、図７に示すように、回動検知部９１、扉開度算出部９２及びモータ制御部９３としての機能を発揮するように構成されている。
以下、各部の説明を兼ねて、制御装置９０の動作を説明する。

回動検知部９１は、扉Ｄの回動を検知する回動検知手段８０から扉Ｄが回動していることを示す回動信号を取得する。
本実施形態の回動検知手段８０は、扉側ギア４２の回転を検出するものであり、例えばロータリーエンコーダを利用して３ビットのデジタル信号を出力するように構成されている。前記回動検知部９１は、この回動検知手段８０から出力されたデジタル信号の変化に基づいて、扉Ｄが開方向に移動しているか、閉方向に移動しているか、又は停止しているかを検知する。なお、回動検知手段８０としては、電気抵抗値の変化などにより扉側ギアの回転を検出するものなどであっても良い。

扉開度算出部９２は、回動検知部９１が取得した回動信号に基づいて扉Ｄの移動量、すなわち扉Ｄの開度を算出するものであり、扉Ｄの開度を示す開度信号をモータ制御部９３へ送信する。

モータ制御部９３は、扉開度算出部９２からの開度信号を受け付けて、扉Ｄの開度が目標の開度となるようにモータＭへの回転方向とモータＭを回転させるための回転信号を制御するものであり、例えば入力手段を介してユーザにより入力された開放信号や閉塞信号などを受け付けて、モータＭを正回転又は逆回転させる。

次に、この制御装置９０の動作に関し、本実施形態において特徴的な制御であり、閉塞位置にある扉Ｄを自動で所定開度まで自動で開いたあと、手動で扉Ｄを開閉できるようにするための制御について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、モータ制御部９３が開放信号を取得すると（Ｓ１）、モータＭを正回転させる（Ｓ２）。これにより、上述したように、遊動ギア４４の一方が扉側ギア４２に噛み合って、扉Ｄが自動的に開方向に移動する。

次に、モータ制御部９３は、扉開度算出部９２により算出された扉Ｄの開度と、予め設定された目標開度とを比較して（Ｓ３）、扉Ｄの開度が前記目標開度に達すると、言い換えれば扉Ｄが開方向に所定量移動すると、モータＭへの回転信号をＯＦＦする（Ｓ４）。

その後、ＣＰＵ内部タイマによる所定のモータ停止時間が経過すると（Ｓ５）、モータ制御部９３はモータＭを逆回転させる（Ｓ６）。これにより、遊動ギア４４が扉側ギア４２から外れて、動力伝達状態遷移機構１０１が動力伝達状態から動力非伝達状態に切り替わる。

最後に、モータ制御部９３は、モータＭを逆回転させたあと所定の逆転時間が経過すると（Ｓ７）、モータＭへの回転信号をＯＦＦする（Ｓ８）。

そして本実施形態では、モータ制御部９３が、モータＭを正回転させて扉Ｄを開方向に移動させている状態において、回動検知部９１が扉Ｄの逆方向の移動を示す回動信号を取得した場合に、モータＭへの回転信号をＯＦＦする。言い換えれば、モータ制御部９３は、モータＭを正回転させてから扉Ｄが所定開度に達するまえに、回動検知部９１によって扉Ｄの閉方向の移動が検知された場合に（Ｓ９）、モータＭへの回転信号をＯＦＦする（Ｓ１０）。

回転信号をＯＦＦした後、回動検知手段８０から出力される回動信号が一定時間変化せず、回動検知部９１によって扉Ｄが停止していることが検知されると（Ｓ１１）、モータ制御部９３はモータＭを逆回転させる（Ｓ６）。その後は、上述したＳ７及びＳ８の動作を実行する。

このように構成された本実施形態の制御装置９０によれば、扉Ｄを開方向に移動させている状態において、扉Ｄの閉方向の移動が検知されるとモータＭへの回転信号をＯＦＦされるので、扉側ギア４２から遊動ギア４４を切り離すまえに扉Ｄに不測な力が作用した場合、その状態でモータＭが逆回転してしまうことを防ぐことができる。
そして、モータＭへの回転信号をＯＦＦしてから扉Ｄが停止したことを検知した後、モータＭを逆回転させるので、扉側ギア４２から遊動ギア４４を確実に切り離すことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

前記実施形態では、扉側ギア４２から遊動ギア４４の切り離しを確実に行うべく、扉Ｄが停止するまで、逆転動作を開始しないため、扉側ギア４２から遊動ギア４４を切り離す操作が完了するまでのタイミングが遅くなってしまう。
そこで、図９及び図１０に示すように、扉開閉機構１００が、動力伝達状態遷移機構１０１の動力伝達状態又は動力非伝達状態に応じてＯＮ／ＯＦＦ信号を送信する動力状態検知手段６０を備えることが好ましい。なお、図１０は、説明の便宜上、図２における動力伝達状態遷移機構１０１を取り外した状態を示している。

具体的にこの動力状態検知手段６０は、遊動ギア４４と連動して旋回する磁石６１と、遊動ギア４４の一方が扉側ギア４２に噛み合っている状態で磁石６１を検出するように配置された第１ホールセンサ６２１と、遊動ギア４４の他方が扉側ギア４２にかみ合っている状態で磁石６１を検出するように配置された第２ホールセンサ６２２とを有している。

ここでは、図９に示すように、磁石６１を遊動ギア４４の下方に配置してあり、具体的には遊動ギア４４が取り付けられる第１取付部材５１に設けてある。

第１ホールセンサ６２１及び第２ホールセンサ６２２は、図１０に示すように、ケーシングＣの底部に設けてあり、両方の遊動ギア４４が扉側ギア４２から切り離されている状態において、磁石６１が第１ホールセンサ６２１及び第２ホールセンサ６２２の間に位置し、両方のホールセンサ６２１、６２２が磁石６１を検知しないように配置されている。

上述した構成により、一方又は他方の遊動ギア４４が扉側ギア４２に噛み合っている場合、すなわち動力伝達状態遷移機構１０１が動力伝達状態にある場合、磁石６１が一方又は他方のホールセンサ６２１、６２２によって検知され、該ホールセンサ６２１、６２２がＯＮ信号を出力する。
また、両方の遊動ギア４４が扉側ギア４２に噛み合っていない場合、すなわち動力伝達状態遷移機構１０１が動力非伝達状態にある場合、磁石６１はいずれのホールセンサ６２１、６２２によっても検出されず、このときホールセンサ６２１、６２２からはＯＦＦ信号が出力される。

このような構成において制御装置９０としては、図１１に示すように、ＯＮ／ＯＦＦ信号を取得する動力状態検知部９４としての機能を備えていれば良い。
この場合、図１２のフローチャートに示すように、前記実施形態と同様、モータ制御部９３がモータＭを正回転させて扉Ｄを開方向に移動させている状態において、回動検知部９１が扉Ｄの逆方向の移動を示す回動信号を取得した場合（Ｓ９）、モータ制御部９３はモータＭへの回転信号をＯＦＦする（Ｓ４）。

そして、この実施形態では、扉側ギア４２から遊動ギア４４の切り離しを行うべく、モータＭを逆回転させたあと（Ｓ６）、遊動ギア４４が切り離されると、ホールセンサ６２１、６２２からの出力がＯＮ信号からＯＦＦ信号に切り替わるので、動力状態検知部９４がＯＦＦ信号を取得すると（Ｓ７）、扉Ｄの停止を待つことなくモータ制御部９３がモータＭへの回転信号をＯＦＦする（Ｓ８）。

このように構成された制御装置９０であれば、扉側ギア４２から遊動ギア４４を切り離す操作が完了するまでのタイミングを前記実施形態よりも早くすることができる。

また、前記実施形態のように、モータＭを逆回転させたあと所定の逆転時間が経過してからモータＭを停止させる場合、遊動ギア４４の切り離し量が時間で制御されているので、遊動ギア４４に作用する摩擦や扉側ギア４２からの弾き力などによって遊動ギア４４の移動量にばらつきがあると、遊動ギア４４を確実に切り離せなかったり、他方の遊動ギアが扉側ギアに噛み合ったりしてしまう場合がある。
これに対して、上述したように扉開閉機構１００に動力検知手段６０を備えさせれば、動力状態検知部９４がＯＦＦ信号を取得した場合に、モータ制御部９３がモータＭへの回転信号をＯＦＦすることで、遊動ギア４４を確実に切り離したあと、モータＭへの回転信号をＯＦＦさせることができる。

なお、動力状態検知手段６０は、遊動ギア４４の位置を検出できるように構成されていれば良く、磁石６１やホールセンサ６２１、６２２を備えたものには限らず、スイッチング素子やフォトインタラプタなどを利用した位置センサを用いて構成しても構わない。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・扉開閉機構
１０１・・・動力伝達状態遷移機構
Ｍ ・・・モータ
８０ ・・・回動検知手段
９０ ・・・扉開閉機構用制御装置（制御装置）
９１ ・・・回動検知部
９２ ・・・扉開度算出部
９３ ・・・モータ制御部

Claims (4)

1. モータの動力が扉に伝達する動力伝達状態と伝達しない動力非伝達状態とに切り替わる動力伝達状態遷移機構を具備した扉開閉機構に用いられる制御装置であって、
   前記モータを制御するモータ制御部と、
   扉の回動を検知する回動検知手段から扉が回動していることを示す回動信号を取得する回動検知部とを備え、
   前記モータ制御部が前記モータを正回転させて扉を開方向に移動させている状態において、前記回動検知部が扉の閉方向の移動を示す回動信号を取得した場合に、前記モータ制御部が前記モータへの回転信号をＯＦＦすることを特徴とする扉開閉機構用制御装置。
2. 前記モータへの回転信号がＯＦＦされたあと、前記回動検知部により扉が一定時間停止していることが検知されると、前記モータ制御部が前記モータを逆回転させることを特徴とする請求項１記載の扉開閉機構用制御装置。
3. 前記動力伝達状態又は前記動力非伝達状態に応じてＯＮ／ＯＦＦ信号を送信する動力状態検知手段から前記ＯＮ／ＯＦＦ信号を取得する動力状態検知部をさらに備え、
   前記モータ制御部が、前記動力状態検知部がＯＦＦ信号を取得した場合に、前記モータへの回転信号をＯＦＦすることを特徴とする請求項１又は２記載の扉開閉機構用制御装置。
4. 前記扉開閉機構が、前記扉の開閉と連動して回転する扉側ギアと、前記モータと連動して回転するモータ側ギアと、前記モータ側ギアに接続されたセンターギアと、前記センターギアに噛み合うとともに、所定の相対位置を保つ一対の遊動ギアとを具備し、
   前記動力伝達状態遷移機構が、前記センターギアの正回転又は逆回転に連動して、前記センターギアの回転軸を中心に前記一対の遊動ギアとともに旋回する首振り機構を具備し、
   前記動力状態検知手段が、
   前記首振り機構に設けられた磁石と、
   前記一対の遊動ギアの一方が前記扉側ギアに噛み合っている状態で前記磁石を検出するように配置された第１ホールセンサと、
   前記一対の遊動ギアの他方が前記扉側ギアにかみ合っている状態で前記磁石を検出するように配置された第２ホールセンサとを有していることを特徴とする請求項３記載の扉開閉機構用制御装置。