JP4345558B2 - シャッター装置 - Google Patents

Description

本発明は、シャッター装置に関し、特に電動モータモータにより駆動されるシャッターにより開口部が開閉されるようにしたシャッター装置に関する。

従来の此の種のシャッター装置、例えば、特開平１０−１６９３４１号公報に開示されたものにおいては、開口部を閉鎖したシャッターが外部から開放されないように、ソレノイドを用いたロック装置により、開放不能にされている。
特開平１０−１６９３４１号公報

たしかに、ロック装置により、開口部を閉鎖したシャッターが外部から開放されないようにしたことは、防犯上は優れた効果を奏するものである。しかし、この従来装置においては、ソレノイドを主構成要素とするロック装置を別途設けねばならず、構造が複雑となる。更に、シャッターを駆動するモータ関連の配線に加え、ソレノイド関連の配線も行わねばならず、組み付け作業の煩瑣も付加される。

それ故に、本発明は、かような不具合のない、シャッター装置を提供することを、技術的課題とするものである。

上記技術的課題を解決するために請求項１記載の発明において講じた技術的手段は、開口部を開閉するシャッターと、該シャッターの駆動源となるモータと、該モータの回転方向を切り替える切替手段と前記モータの速度制御を行う速度制御手段を有するモータ駆動回路と、該モータ駆動回路を介して前記モータを制御する制御部と、該制御部に接続され、前記シャッターの開放を検知する検知手段と、を備えたシャッター装置において、前記制御部から前記シャッターを開にする信号が発信されていない状態で、前記検知手段が前記シャッターの開を検知した場合に、前記制御部が、前記切替手段または前記速度制御手段として用いられるリレーあるいはスイッチを動作させ、前記モータを短絡状態にさせる構成とした。

請求項１記載の発明によれば、開放信号が発せられていないときに検知手段がシャターカーテンの開放を検知したとき、制御装置は、この開放を外部からの不正な開放なものと見なし、モータを短絡させるようにしたので、このモータ短絡によりモータはロックされ（つまり、シャッターの昇降と連動するシャフトの回転が不能とされ）、シャッターの開放が阻止される。

本発明の実施形態例を図面に基づいて詳しく説明する。

図１において、建物の出入り用の開口を開閉する電動シャッター装置１は、開口１０に設けられた縦方向にのびる平行に並走された２本のガイドレール１１と、ガイドレール１１に沿って昇降され昇降に伴い開口を開閉させると共にストッパ１２ａをもつ開閉体としてのシャッター１２と、ガイドレール１１の上部側に設けられた非回転の横軸固定型の支軸１３と、支軸１３に保持され図略の連結部材を介して互いに一体回転可能に連結された４個の従動輪１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）と、複数の従動輪１４ のうちの端側の従動輪１４ａに対して離間して配置された回転可能な駆動輪１５と、駆動輪１５と端側の従動輪１４ａとの間に架設されたエンドレス状をなす伝達部材（チェーン）１６と、駆動輪１５を回転させるシャッター巻き上げ駆動装置２とを備えている。従動輪１４ａはスプロケット状をなし、従動輪１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは円盤状をなす。なお、図１に示すように、ケース１ｃ内には、支軸１３、従動輪１４、駆動輪１５、伝達部材１６、シャッター巻き上げ駆動装置２が内蔵されている。

支軸１３には、ねじりコイルバネで形成された付勢部材１７が装備されている。付勢部材１７はシャッター１２を上向きに付勢する付勢力を有する。付勢部材１７の上向きの付勢力は、基本的には、シャッター１２の重量による下向きの負荷力と釣り合うように設定されている。このためシャッター１２を開放させるとき、付勢部材１７の上向きの付勢力はアシスト力として機能するため、シャッター１２を持ち上げて開放させる力としては小さくて済む。なお、図１に示すように、シャッター巻き上げ駆動装置２は支軸１３に対して離間した位置に支軸１３に沿って配置されている。従動輪１４ａの径は駆動輪１５の径よりも大きく設定されていると共に、従動輪１４ａ歯数は駆動輪１５の歯数よりも大きく設定されている。このため、従動輪１４ａ、駆動輪１５及び伝達部材１６により減速機構１９が構成されており、モータ２０の駆動を減速させて従動輪１４ａに伝達し、従動輪１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにシャッター１２を巻き付けたり巻き外したりすることができる。

図２に示すように、シャッター巻き上げ駆動装置２は、シャッター１２を開閉駆動させる駆動部としてのモータ２０とモータ駆動回路２２とを有する。モータ２０は直流モータとされている。更にモータ２０の駆動を制御する制御部１００と、モータ２０の駆動を操作する操作盤２００とが設けられている。操作盤２００には、シャッター１２を閉鎖方向に駆動させる閉動スイッチ２０１、シャッター１２を開放方向に駆動させる開動スイッチ２０２、シャッター１２を直ちに停止させる停止スイッチ２０３、シャッター１２を停止させる位置を設定する設定スイッチ２０４、リセットスイッチ２０５、シャッター下限位置検出器２０６が設けられている。しかして、シャッター下限位置検出器２０６は、図３に示されるように、ガイドレール１１の下側に設置されており、シャッター１２と一体となって下降してくるストッパ１２ａと係合したときオンされ、これにより、シャッター１２の下限位置が認識される。

図２に示すように、制御部１００は、入力処理部１０４と、記憶手段としての書き込み可能なメモリ１０６（ＥＰＲＯＭ 等）と、プログラム等を格納した書き込みできないメモリ１０７（ＲＯＭ 等）と、マイコン１０８と、出力処理部１１０を有する。メモリ１０６は、シャッター１２が障害物に接触したと判定するしきい値を記憶するものである。更に、閉動スイッチ２０１、開動スイッチ２０２、停止スイッチ２０３等の信号はそれぞれ入力処理部１０４を介して制御部１００に入力される。モータ２０のモータ軸には、ロータリ式のエンコーダ等のシャッター位置検出器１１２（シャッター位置検出手段）が設けられている。モータ２０が駆動してシャッター１２が閉鎖方向または開放方向に駆動するとき、エンコーダ等のシャッター位置検出器１１２から出力された信号は、制御部１００に入力される。制御部１００はエンコーダ等のシャッター位置検出器１１２の信号に基づいて、モータ２０の回転量、モータ２０の回転速度、ひいてはシャッター１２の下端の現在位置を検出することができ、これによりシャッター１２の下端が開端位置に到達したか否かを検出することができる。

図４に具体的に示されるように、モータ駆動回路２２は、モータ２０の回転方向を切り替えることによりシャッター１２の駆動方向を切り替える切替手段３と、モータ２０に対して直列に接続されモータ２０の速度制御を行う速度制御手段４とを有する。速度制御手段４ は、モータ２０ のモータ電流に対してオンオフを繰り返すスイッチング制御を行うものであり、モータ２０の正回転及び逆回転の双方に共用されている。

切替手段３はモータ２０の回転方向を切り替えるものであり、第１切替手段として機能する第１リレー３１と、第２切替手段として機能する第２リレー３２とで構成されている。第１リレー３１は有接点式であり、メインリレー３０を介して、モータ２０の一方のモータ端子に繋がる第１接点３１ａと、電源線５０につながる接点３１ｂと、スイッチング素子４０のドレンＤに繋がる接点３１ｃと、接点３１ｂ及び接点３１ｃを切り替える可動接片３１ｄとをもつ。また、第２リレー３２は有接点式であり、モータ２０の他方のモータ端子に繋がる第２接点３２ａと、電源線５０につながる接点３２ｂと、スイッチング素子４０のドレンＤに繋がる接点３２ｃと、接点３２ｂ及び接点３２ｃを切り替える可動接片３２ｄとをもつ。メインリレー３０は、シャッター１２の停止時は、開かれている。第１リレー３１は、図６に示されるように、メインリレー３０の閉成時、モータ２０側の第１接点３１ａと電源線５０側の接点３１ｂとを導通させることにより、モータ２０は正回転する。これにより、シャッター１２は閉方向に駆動される。また、第２リレー３２は、図５に示されるように、メインリレー３０の閉成時、モータ２０側の第２接点３２ａと電源線５０側の接点３２ｂとを導通させることにより、モータ２０は逆回転する。これにより、シャッター１２は開方向に駆動される。

速度制御手段４は、モータ２０に流れるモータ電流をオンオフさせてモータ２０をスイッチング制御（デューティ制御）するものであり、唯一の（１個の）スイッチング素子４０（半導体スイッチング素子）で構成されている。スイッチング素子４０はＦＥＴとされている。このスイッチング素子４０はモータ２０の正回転及び逆回転の双方に共用される。

従って、スイッチング素子４０のドレンＤは、第１リレー３１の接点３１ｃ及び第２リレー３２の接点３２ｃに繋がる。スイッチング素子４０のゲートＧはＰＷＭ信号発生回路５５に繋がれている。ＰＷＭ信号発生回路５５からＰＷＭパルス信号Ｓ１がスイッチング素子４０のゲートＧに入力される。ＰＷＭパルス信号Ｓ１がＨｉのとき、スイッチング素子４０がオンとなり、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が導通する。これに対してＰＷＭパルス信号Ｓ１がＬｏｗのとき、スイッチング素子４０がオフとなり、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が非導通となる。これによりスイッチング素子４０のオン時間／（オン時間＋オフ時間）が規定され、モータ２０はデューティ制御される。シャッター１２の負荷が大きいときには、デューティ比が高いＰＷＭパルス信号Ｓ１が入力される。シャッター１２の負荷が小さいときには、デューティ比が低いＰＷＭパルス信号Ｓ１が入力される。

モータ２０において電流が矢印Ｘ１方向に流れるときを正回転（シャッター１２の閉鎖方向の駆動）、矢印Ｘ２方向に流れるときを逆回転（シャッター１２の開放方向の駆動）と仮定する。シャッター１２が停止しているときには、メインリレー３０は開かれており、第１リレー３１の可動接片３１ｄは接点３１ｃ側に存在し、電源線５０側の接点３１ｂに非導通状態に維持され、且つ、第２リレー３２の可動接片３２ｄは接点３２ｃ側に存在し、電源線５０側の接点３２ｂに非導通状態に維持されている。

モータ２０を正回転させるときには、メインリレー３０を閉じると共に、第１リレー３１の可動接片３１ｄを動作させ、モータ２０側の第１接点３１ａと電源線５０側の接点３１ｂとを導通させる。この場合、第２リレー３２については、これの可動接片３２ｄを動作させず、電源線５０側の接点３２ｂとモータ２０側の第２接点３２ａとを非導通とさせておく。これにより、モータ２０の一方向のモータ端子が第１リレー３１を介して電源線５０に繋がると共に、モータ２０の他方向のモータ端子が第２リレー３２、Ｐ３点、スイッチング素子４０を介してＧＮＤ線５１に繋がる。このため電源線５０からの電流は、第１リレー３１の接点３１ｂ→第１ 接点３１ａ→メインリレー３０→モータ２０（矢印Ｘ１ 方向）→第２ リレー３２の第２接点３２ａ→接点３２ｃ→Ｐ３点→スイッチング素子４０の順に流れることになる。ここで本例によれば、シャッター１２の負荷に応じたデューティ比をもつＰＷＭパルス信号Ｓ１がＰＷＭ 信号発生回路５５からスイッチング素子４０のゲートＧに入力される。このため、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が導通し、モータ２０が正回転する。この場合、スイッチング素子４０のオン時間／（オン時間＋オフ時間）、つまりデューティ比により、モータ２０を流れるモータ電流の平均電流が変化し、モータ２０に要請される回転速度に応じて、モータ２０の速度は制御され、ひいてはシャッター１２の駆動速度が制御される。

モータ２０を逆回転させるときには、第２リレー３２の電源線５０側の接点３２ｂとモータ２０側の第２接点３２ａとを導通させる。この場合、第１リレー３１の可動接片３１ｄについては、電源線５０側の接点３１ｂとモータ２０側の第１接点３１ａとを非導通とさせておく。これによりモータ２０の他方向のモータ端子が第２リレー３２を介して電源線５０に繋がると共に、モータ２０の一方向のモータ端子がメインリレー３０、第１リレー３１、Ｐ２点、Ｐ３点及びスイッチング素子４０を介してＧＮＤ線５１に繋がる。

このため電源線５０からの電流は、Ｐ１点→第２リレー３２の接点３２ｂ→第２リレー３２の第２接点３２ａ→モータ２０（矢印Ｘ２ 方向）→メインリレー３０→第１リレー３１の第１接点３１ａ、接点３１ｃ→Ｐ２点→Ｐ３点→スイッチング素子４０の順に流れることになる。ここで、本例によれば、第１リレー３１の可動接片３１ｄ、第２ リレー３２の可動接片３２ｄを切替駆動させた後に、シャッター１２の負荷に応じたデューティ比をもつＰＷＭパルス信号Ｓ１がＰＷＭ信号発生回路５５からスイッチング素子４０のゲートＧ に入力される。このため、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が導通し、モータ２０が回転する。この場合、スイッチング素子４０のオン時間／（オン時間＋オフ時間）、つまりデューティ比により、モータ２０を流れるモータ電流の平均電流が変化し、モータ２０に要請される回転速度に応じて、モータ２０の速度は制御され、ひいてはシャッター１２の駆動速度が制御される。

前記したように、シャッター１２が停止しているとき、モータ駆動回路２２は、図４に示す状態であるが、この状態において、シャッター１２を外部から開放されることが予想される。かような事態を想定して、制御装置１００はモータ駆動回路２２をしてモータ２０をロックさせ、これによりシャッター１２の開放を許容しないようになっている。すなわち、シャッター１２が開口を閉じているときは、制御装置１００へは、シャッター下限位置検出器２０６からは常時ＯＮ信号が、開動スイッチ２０２からは常時ＯＦＦ信号が、夫々、送られている。しかして、シャッター１２を外部から開放する場合は、開動スイッチ２０２から制御装置１００へ常時ＯＦＦ信号が送られている間に、シャッター下限位置検出器２０６から制御装置１００への信号がＯＮからＯＦＦに変化するので、この変化を検知した制御装置１００は、図７に示されるように、第１リレー３１の可動接片３１ｄを電源線５０側の接点３１ｂと導通させる。このとき、第２リレー３２の可動接片３２ｄはＰ３点及びスイッチング素子４０を介してＧＮＤ線５１に繋がっているので、モータ２０は、その両端が、短絡されることになる。この短絡により、モータ２０がロックされるので、シャッター１２の巻き上げが阻止される。

シャッター１２の下限位置は、前述したように、シャッター位置検出器１１２（シャッター位置検出手段）たるエンコーダによっても行うことができる。従って、シャッター１２の外部からの開放は、エンコーダ１１２からの信号変化を検知することによっても行うことができる。しかして、エンコーダ１１２からの信号変化はシャッター１２の振動によっても惹起されるので、強風でシャッター１２が振動したときは、直ちにモータ２０のロックがなされて、スラットのガタツキが防止できる。

尚、手動スイッチ２１０が押されてシャッター１２が手動モードとなった時、メインリレー３０は開かれ、シャッターの昇降に伴いモータ２０にて惹起される逆起電力が駆動回路２２に印加されないようになっている。しかして、シャッターが手動モードで下降されて開口を閉じた後（シャッター下限位置検出器２０６からＯＮ信号は発せられて所定時間経過後は、手動モードが自動的にキャンセルされるようになっており、これ以降は、シャッター１２が外部から開放された場合は、上記したモータロックにより、開放が阻止されるようになっている。

また、駆動回路２２においては、電源線５０とスイッチング素子４０との間には、フライホィールダイオードとして機能するダイオード５７がモータ２０と並列に設けられている。ダイオード５７は、ＰＷＭ パルス信号Ｓ１ がオフ（Ｌｏｗ ）とされたとき、つまり、スイッチング素子４０のドレンＤとソースＳとの間が非導通とされたとき、モータ２０のインダクタに蓄えられたエネルギをモータ２０に電流として流し、モータ電流を滑らかにするものである。

モータ駆動回路２２には、モータ２０にかかる負荷をモータ電流（物理量）として検出するモータ電流検出器１０２が設けられている。モータ電流検出器１０２は、モータ２０にかかる負荷をモータ電流として検出するため、モータ負荷検出器として機能することができる。モータ電流検出器１０２から出力されたモータ電流に関する信号は、制御部１００に入力される。出力処理部１１０は、モータ駆動回路２２を経てモータ２０を制御する信号を出力すると共に、駆動回路１３０を経て警告器１３２を制御する信号を出力する。警告器１３２としては、例えば、警告ブザーや警告灯等を採用することができる。

更に説明を加える。図８は、障害物が存在しないとき、シャッター１２を開端位置Ｋｏから閉鎖方向に駆動させて閉端位置Ｋｓに到達させるときにおけるモータ負荷特性を示す。図９は、障害物が存在しないとき、シャッター１２を閉端位置Ｋｓから開放方向に駆動させて開端位置Ｋｏに到達させるときにおけるモータ負荷特性を示す。図８及び図９において、横軸はシャッター１２のシャッター下端の現在位置を示し、縦軸はモータ２０を流れるモータ電流値、つまりモータトルクを示す。図８に示すように、シャッター１２を開端位置Ｋｏから閉鎖方向に駆動させて閉端位置Ｋｓに到達させるとき、モータ電流は概略的には、開端位置Ｋｏ側ではモータ電流値は相対的に高く、中間領域では相対的に低下しており、閉端位置Ｋｓ側ではモータ電流値は相対的に高めになり、全体として概略的には下向き凸の特性が得られる。また図９に示すように、シャッター１２を閉端位置Ｋｓから開放方向に駆動させて開端位置Ｋｏに到達させるとき、モータ電流は概略的には、閉端位置Ｋｓ側ではモータ電流値は相対的に低く、中間領域では増加して相対的に高くなり、閉端位置Ｋｓ側ではモータ電流値は相対的に低めになり、全体として概略的には上向き凸の特性が得られる。

そこで本実施形態例によれば、シャッター１２を閉鎖方向に駆動させるとき、シャッター１２の閉端位置Ｋｓと開端位置Ｋｏとの間を、開端位置Ｋｏから閉端位置Ｋｓにかけて複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃに分割し、領域Ａにおいて最も高いモータ電流を基準物理量として取り出し、その基準物理量にマージンαＡを加えた値を領域Ａにおけるしきい値ＰＡとして設定する。そしてその閉動用のしきい値ＰＡをメモリ１０６の所定のエリアに記憶させている。同様に、領域Ｂにおける最も高いモータ電流を基準物理量として取り出し、その基準物理量にマージンαＢを加えた値を領域Ｂにおけるしきい値ＰＢとして設定し、その閉動用のしきい値ＰＢをメモリ１０６の所定のエリアに記憶させている。また、領域Ｃにおける最も高いモータ電流を基準物理量として取り出し、その基準物理量にマージンαＣを加えた値を領域Ｃにおけるしきい値ＰＣとして設定する。そしてその閉動用のしきい値ＰＣをメモリ１０６の所定のエリアに記憶させている。ここで、閉動用のマージンαＡ、αＢ、αＣはそれぞれ同一とすることができるが、場合によっては異なる値としても良い。

更に、シャッター１２を開放方向に駆動させるとき、シャッター１２の閉端位置Ｋｓと開端位置Ｋｏとの間を、閉端位置Ｋｓから開端位置Ｋｏにかけて複数の領域Ｄ、Ｅ、Ｆに分割し、領域Ｄにおける最も高いモータ電流を基準物理量として取り出し、その基準物理量にマージンαＤを加えた値を領域Ｄにおけるしきい値ＰＤとして設定し、その開動用のしきい値ＰＤをメモリ１０６の所定のエリアに記憶させている。同様に、領域Ｅにおける最も高いモータ電流を基準物理量として取り出し、その基準物理量にマージンαＥを加えた値を領域Ｅにおけるしきい値ＰＥとして設定し、その開動用のしきい値ＰＥをメモリ１０６の所定のエリアに記憶させている。また、領域Ｆにおける最も高いモータ電流を基準物理量として取り出し、その基準物理量にマージンαＦを加えた値を領域Ｆにおけるしきい値ＰＦとして設定し、その開動用のしきい値ＰＦをメモリ１０６の所定のエリアに記憶させている。ここで、開動用のマージンαＤ、αＥ、αＦはそれぞれ同一とすることができるが、場合によっては異なる値としても良い。

尚、領域Ａ〜Ｆにおける基準物理量として取り出すモータ電流は、当該領域において最も高いもの（異常値を除く）である。シャッター１２と障害物とが接触していないにもかわらず、接触していると誤判定されることを防止するためである。領域Ａ〜Ｆにおける基準物理量として取り出す最も高いモータ電流は、異常値は排除されている。これにより信頼性を高めることができる。

上記したように、モータ２０を流れるモータ電流値は、モータトルクを示すが、モータトルクは、シャッター１２の下降時、シャッター１２を開方向に作用するねじりコイルバネの付勢部材１７の付勢力と拮抗する。しかして、ねじりコイルバネの付勢部材１７の付勢力は、経年変化に伴いバネ定数が変動しない限り一定であるが、モータトルクは、モータ２０を流れる電流を調整することにより、制御することができる。すなわち、上記したように、回路２２においては、スイッチング素子４０のオン時間／（オン時間＋オフ時間）、つまりデューティ比により、モータ２０を流れるモータ電流の値が決定されるので、このデューティ比がモータトルクの値を決定する。したがって、デューティ比＝スイッチング素子４０のオン時間／（オン時間＋オフ時間）を適宜調整することにより、モータトルクとコイルバネの付勢部材１７の付勢力との間の拮抗関係を、最適化することができる。

しかして、モータトルクとコイルバネの付勢部材１７の付勢力との間の拮抗関係の最適化とは、次の２点が惹起されないことをいう。

（１）シャッター１２を閉方向に付勢するモータトルクが、シャッター１２を開方向に作用するねじりコイルバネの付勢部材１７の付勢力よりも大きすぎて、シャッター１２を構成するスラットを変形させる。

（２）シャッター１２を閉方向に付勢するモータトルクが、シャッター１２を開方向に作用するねじりコイルバネの付勢部材１７の付勢力よりも小さく、シャッター１２の開放が容易となる。

以上本発明の実施形態例を詳述したが、これはあくまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の実施形態例に係るシャッター装置の外観斜視図。 図１のシャッター装置の制御系を示すブロック図。 図１のシャッター装置の下限位置検知スイッチの設置位置を示す図。 シャッター停止時の、モータ駆動回路の状態を示すブロック図。 シャッター開放過程における、モータ駆動回路の状態を示すブロック図。 シャッター閉鎖過程における、モータ駆動回路の状態を示すブロック図。 モータロック時の、モータ駆動回路の状態を示すブロック図。 シャッターが全開から全閉に変移する過程におけるモータ負荷状態を示すグラフ。 シャッターが全閉から全開に変移する過程におけるモータ負荷状態を示すグラフ。

符号の説明

１０：開口
１２：シャッター
２０：モータ
２２：モータ駆動回路

Claims (1)

1. 開口部を開閉するシャッターと、
   該シャッターの駆動源となるモータと、
   該モータの回転方向を切り替える切替手段と前記モータの速度制御を行う速度制御手段を有するモータ駆動回路と、
   該モータ駆動回路を介して前記モータを制御する制御部と、
   該制御部に接続され、前記シャッターの開放を検知する検知手段と、を備えたシャッター装置において、
   前記制御部から前記シャッターを開にする信号が発信されていない状態で、前記検知手段が前記シャッターの開を検知した場合に、
   前記制御部が、前記切替手段または前記速度制御手段として用いられるリレーあるいはスイッチを動作させ、前記モータを短絡状態にさせる構成としたことを特徴とするシャッター装置。

Images