JP4477465B2 - シャッタの開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、室内の空気を換気して室内の空気を新鮮に保つための換気扇に関するものであり、さらに詳述すると、本発明は、換気扇のシャッタの開閉装置に関する。

換気扇には、室内の空気を送風し排出するときにのみ開口部を開放し、それ以外の時には上記開口部を閉鎖するシャッタを有するものがある。このシャッタの開閉機構については従来多数のものが提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載された、換気扇のシャッタの開閉装置では、駆動源としてのモータの回転軸とシャッタを駆動させる駆動軸との間に減速歯車機構が設けられ、この減速歯車機構中に駆動側と従動側とを連結しまた遮断するクラッチを設けるとともにこのクラッチを動作するソレノイドが設けられている。そして、換気扇のスイッチがオンされるのに伴ってシャッタが開動作されるようになっている。故に、シャッタの開動作の際およびシャッタの開状態を維持させる際にはソレノイドが通電される。また、換気扇のスイッチがオフされると、ソレノイドの通電が停止されるのでクラッチが遮断され、シャッタは、自重およびバネによる付勢力に抗してシャッタの閉鎖速度を遅くさせるための制動手段によりゆっくりと閉動作される。なお、シャッタは、バネによる付勢力により閉位置に保持されるようになっている。
実開平２−７３５２９

しかしながら、上述した特許文献に記載された換気扇のシャッタの開閉装置では、ソレノイドを用いているので部品点数の増加を招くとともにソレノイドを配設するためのスペースが必要となり装置が大型化するという問題がある。また、シャッタの開状態を維持させるためには、ソレノイドの通電を連続して行いクラッチの連結を維持させる必要があるので、消費電力が大きいという問題がある。さらに、ソレノイドの通電時および通電停止時にプランジャーによる打音が発生するという問題がある。さらにまた、シャッタを閉位置に保持させるためのバネを用いているので部品点数の増加を招くという問題がある。また、シャッタの閉動作の際に、シャッタの自重およびバネによる付勢力に抗してシャッタの閉鎖速度を遅くさせるための制動手段を必要とし部品点数の増加を招くととともに制動手段を配設するためのスペースが必要となり装置が大型化するという問題がある。

そこで、本発明の課題は、シャッタを開状態および閉状態で維持する機能を備えつつ、ソレノイド、バネ、および制動手段を不要とすることにより省スペース化が可能であり、しかも、シャッタの位置を把握することにより、シャッタの開閉動作を適切に行うことができるシャッタの開閉装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明では、枠体の開口部に開閉可能に設けられ、その閉方向および開方向のいずれか一方のみに付勢されたシャッタと、該シャッタを、前記付勢力に抗して、該付勢力の方向およびその逆方向に駆動するステッピングモータと、該ステッピングモータの出力を減速してシャッタに伝達する減速機構と、前記シャッタが前記付勢力の方向に駆動されているとき該シャッタの動作を阻止し、該シャッタが当接した位置を原点位置とする阻止部とを有し、前記シャッタが阻止部に当接した後にも前記ステッピングモータを駆動するように該ステッピングモータへの通電時間を設定し、前記駆動源または前記減速機構には、一方向クラッチが配設され、該一方向クラッチは、前記阻止部により前記シャッタの動作が阻止されたときに前記ステッピングモータと前記シャッタとの連結を遮断されるように配設されていることを特徴とする。

本発明の場合、ステッピングモータによって、シャッタの開方向および閉方向の双方の動作を行わせているので、ステッピングモータとシャッタの伝達を遮断するためのソレノイドが不要になる。

一方で、ソレノイドを用いた機構の場合では、シャッタの閉方向の動作は、ソレノイドによりステッピングモータとシャッタとの伝達を遮断してシャッタがバネによって戻った位置をシャッタの原点位置にすることにより、常にシャッタの位置を把握することが可能であるが、本発明のように開方向および閉方向の双方の動作を行わせている場合では、シャッタの位置を把握するための手段が必要になる。そのために、例えば、位置センサを設けてシャッタの位置を把握してもよいが、コストの上昇が避けられない。

本発明は、シャッタが阻止部によって阻止された後にも、ステッピングモータが駆動するようにステッピングモータへの通電時間を設定しておくことにより、シャッタが阻止部に当接した位置をシャッタの原点位置として把握することができる。しかも、シャッタが阻止部によって阻止された状態でステッピングモータが駆動されたとしても、歯車どうしの噛合部等、連結個所に大きい負荷がかからないようにするためのクラッチとして、一方向クラッチを用いることができる。すなわち、シャッタを開方向および閉方向のいずれか一方のみに付勢するようにした構成と、シャッタが付勢力の方向に駆動されているときシャッタの動作を阻止するように阻止部を形成した構成とにより、単純な一方向クラッチを用いることができる。

また、本発明において、前記シャッタが前記阻止部に当接されることにより前記シャッタの動作が阻止されるので、シャッタ以外の部分が阻止部に当接することによってシャッタの動作が阻止される場合と比較して、シャッタの位置検出を直接的に行うことにより、正確にシャッタの位置を把握することができる。

さらに、本発明の前記阻止部は、前記シャッタの閉位置に設けられていることが好ましい。このように構成すると、シャッタを確実に閉鎖することができる。

さらにまた、本発明の前記付勢力は、シャッタの自重であることが好ましい。このように構成すると、シャッタを付勢するために、バネ等の別部材を用いることなくシャッタを付勢することができる。

以上のように、本発明のシャッタの開閉装置によれば、付勢力により開閉方向のどちらか一方のみに付勢されたシャッタと、このシャッタを、付勢力に抗して、開閉動作させるステッピングモータと、ステッピングモータの出力を減速する減速機構を介してシャッタを付勢力の方向へ駆動しているとき、シャッタの開閉動作を阻止し、シャッタが当接した位置を原点位置とする阻止部を有し、シャッタが阻止部に当接した後にもステッピングモータを駆動するようにステッピングモータへの通電時間を設定し、この阻止部によりシャッタの動作が阻止されたとき、ステッピングモータとシャッタとの連結が遮断される一方向クラッチが、駆動源または減速機構に配設されている。故に、ステッピングモータによりシャッタを開閉動作させるように構成したことにより、ソレノイド、バネ、および制動手段を不要とし省スペース化が可能になる。

また、ステッピングモータの出力が減速機構を介して、シャッタに伝達するように構成されているため、ステッピングモータのディテントトルクによりシャッタを開状態および閉状態で維持させることができる。しかも、シャッタが、阻止部に当接した後にも駆動するようにステッピングモータの通電時間を設定しておき、シャッタが阻止部に当接した位置をシャッタの原点位置にすることにより、シャッタの位置を把握することができる。このことにより、シャッタの開閉動作を適切に行うことが可能になる。さらに、一方向クラッチにより歯車の歯部に大きな負荷がかからないので、歯部の損傷を未然に防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明を適用したアクチュエータの平面図、および（Ａ）のＡ−Ａ線で切断した縦断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明を適用したアクチュエータを構成する減速機構の第１の減速歯車の縦断面図、および第１の減速歯車の分解斜視図である。

以下に図面を参照しながら本発明にかかる換気扇の実施の一形態を説明することにするが、まず、本発明に適用されるアクチュエータ１について説明する。

このアクチュエータ１は、ケース３とカバー２とからその外装をなし、ケース３の底部には、その内部には、ステッピングモータ４、複数の歯車からなる減速機構５、および一方向クラッチ２４から構成されている。

ステッピングモータ４は、ケース３の底部に配設されている。モータケース４１は、一方側が開口した有底のカップ状ケース４２とその開口を覆う地板４３とからなり、その内部には軸方向に沿って２段に巻線が施されたコイルボビン４４が嵌められ、コイルボビン４４の内周側には、櫛歯状の図示しない極歯を介して外周側にマグネット４５が保持されたロータ４６が配設されている。ロータ４６は軸１１に回転可能に支承され、軸１１の一方側はカップ状ケース４２に支持され、他方側は地板４３に支持されている。

カップ状ケース４２とロータ４６との間には、リーフスプリング４７が介装され、ロータ４６がスラスト方向に付勢されている。地板４３は、中央が外方に隆起して、その一部が径方向に切り欠かれ、その底部に軸１１の他方側が支持されている。なお、ロータ４６には、ピニオン４８が一体に形成されており、ピニオン４８が切り欠きから露出するように地板４３の隆起した部分に配設されている。巻き線端末は、端子ピン４９に巻回され、端子ピン４９とコネクタ２３とがＦＰＣ２２によって連結されている。なお、このコネクタ２３に対して、マイクロコンピュータを備えた制御部（図示せず）から駆動信号を出力することにより、ロータ４６の回転、停止が制御される。

また、減速機構５は、ピニオン４８に噛合する第１の減速歯車６と、この第１の減速歯車６の小径歯車と噛合する大径歯車を備えた第２の減速歯車７と、この第２の減速歯車７の小径歯車と噛合する大径歯車を備えた第３の減速歯車８と、この第３の減速歯車８の小径歯車と噛合する出力歯車９とを備えており、ケース３には、図１（Ｂ）に示すように、出力歯車９の出力部９１が外部に露出する切り欠き部１０が形成されている。

第１、第２、および第３の減速歯車６、７、８は、それぞれ軸１２、１３、１４に回転可能に支承され、軸１２、１３、１４の一方側は、地板４３に支持されるとともに、他方側は、カバー２に支持されている。故に、地板４３に形成された第１、第２、および第３の減速歯車６、７、８の支持部は、中央が隆起した部分の周囲に沿って配設されている。なお、出力歯車９は、軸１５に回転可能に支承され、軸１５の一方側はケース３に支持されるとともに、他方側はカバー２に支持されている。

本形態では、第１の減速歯車６は、図２に示すように、大径歯車が形成された大径部材６１と小径歯車が形成されて小径部材６２と、コイルスプリング１６の３部材から構成されている。大径部材６１は、大径歯車の端面側に、内壁が軸１２に支承された内筒部６１１と、内筒部６１１の径方向の外側に形成された外筒部６１２とから構成されている。小径部材６２は、軸方向に沿ってその一端側に内壁部が内筒部６１１の外周に係合した円筒部６２１が形成され、他端側に内壁が軸１２に支承された小径歯車が形成されている。

なお、大径部材６１と小径部材６２との間には、一方向クラッチ２４を構成するためのコイルスプリング１６が配設されている。すなわち、コイルスプリング１６は、円筒部６２１の外周には比較的きつく巻き付けられており、その一端が径方向に向かって折曲した折曲部１６１になって、外筒部６１２に形成されたスリット６１２ａに係合されている。一方、コイルスプリング１６の他端はフリーになっている。

次に、上述したアクチュエータ１を換気扇１７に用いた実施形態について説明する。

図３は、上記アクチュエータを用いた本発明に関わる換気扇の背面図である。

出力歯車９の出力部９１は、外周に歯部が形成されており、その歯部が換気扇１７のシャッタ１８を駆動する駆動歯車１９に噛合している。また、枠体２０の前面側には、開口部２１を開閉可能に複数のシャッタ１８が支持されている。各シャッタ１８は、図示しない軸によって回転可能に支持され、各々の軸には歯車（図示しない）が一体に形成されており、隣接するシャッタの歯車どうしが噛合されている。

本形態の場合、図３において、最下部のシャッタ１８の歯車が駆動歯車１９として、出力歯車９の出力部９１と噛合している。故に、複数のシャッタ１８は、ステッピングモータ４が一方に回転するのに連動して、開口部２１を閉状態から開状態へと駆動させるとともに、ステッピングモータ４が他方に回転するのに連動して、開口部２１を開状態から閉状態へと駆動させることができる。この閉状態において、シャッタ１８は、ステッピングモータ４のディテントトルクにより閉状態が維持されているが、併せてシャッタ１８自身の自重により常に開口部２１を閉状態にする方向の付勢力を受け、枠体２０の前面に当接して、開口部２１が閉鎖されているため、より確実に閉状態が維持できる。なお、シャッタ１８は、閉状態のみではなく、常にシャッタ１８自身の自重により開口部２１を閉状態にする方向の付勢力を受けるように構成されている。

次に、上述したアクチュエータ１の動作の一例を説明する。

図３に示すように、換気扇１７の開口部２１を閉状態から開状態にシャッタ１８を動作させるために、ロータ４６をＣＣＷ方向へ回動させると、大径部材６１がＣＷ方向（図２におけるＸ方向）へ回動させられる。故に、大径部材６１の回転はスリット６１２ａに係合したコイルスプリング１６の一端に伝達され、コイルスプリング１６が縮径する方向、すなわち、コイルスプリング１６が、小径部材６２の円筒部６２１の外周に巻き締まる方向に駆動される。

このとき、小径部材６２にはシャッタ１８の自重によりやはりコイルスプリング１６が、小径部材６２の円筒部６２１の外周に巻き締まる方向の応力が働いている。その結果、大径部材６１の回動力はコイルスプリング１６を介して小径部材６２に伝達される。従って、出力歯車９がＣＣＷ方向へ回動するので駆動歯車１９がＣＷ方向へ回動され、この駆動歯車１９の回動に伴い、シャッタ１８が、開口部２１を閉状態から開状態になるように動作される。

一方、開口部２１を開状態から閉状態にシャッタ１８を回動させるために、ロータ４６をＣＷ方向へ回動させると、大径部材６１がＣＣＷ方向（図２におけるＹ方向）へ回動させられる。故に、大径部材６１の回転はスリット６１２ａに係合したコイルスプリング１６の一端に伝達され、コイルスプリング１６が拡開する方向に駆動されるが、小径部材６２にはシャッタ１８の自重によりコイルスプリング１６が、小径部材６２の円筒部６２１の外周に巻き締まる方向の応力が働いているため、大径部材６１の回動力はコイルスプリング１６を介して小径部材６２に伝達される。従って、出力歯車９がＣＷ方向へ回動するので駆動歯車１９がＣＣＷ方向へ回動され、この駆動歯車１９の回動に伴い、シャッタ１８が、開口部２１を開状態から閉状態になるように動作される。

やがて、シャッタ１８が閉位置に到達し開口部２１の端面に当接して駆動が阻止されると、シャッタ１８の自重によりコイルスプリング１６が小径部材６２の円筒部６２１の外周に巻き締まる方向の応力が消滅する。このとき、大径部材６１の回転は、コイルスプリング１６が、拡径する方向に駆動されているため、コイルスプリング１６が、小径部材６２の円筒部６２１の外周をスリップして、連結が遮断される。本形態の場合、閉位置において、シャッタ１８が当接される開口部２１の端面が、阻止部になっており、この閉位置において、シャッタ１８が開口部２１の端面に当接することにより動作が阻止された後、一方向クラッチ２４が働くためロータ４６の回転が持続される。

（本形態の効果）
以上説明したように、本形態の換気扇１７では、上記の課題を解決するために、枠体２０の開口部２１に開閉可能に設けられ、自重により閉方向に付勢されたシャッタ１８と、このシャッタ１８を、自重に抗して、開閉動作させるステッピングモータ４と、ステッピングモータ４の出力を減速してシャッタ１８に伝達する減速機構５と、ステッピングモータ４からシャッタ１８への連結が遮断される一方向クラッチ２４とを有している。特に、一方向クラッチ２４は、シャッタ１８が、閉方向に駆動され、やがて開口部２１の端面に当接した閉位置を、シャッタ１８の動作が阻止される阻止部として、この阻止部によりシャッタ１８の動作が阻止されたとき、ステッピングモータ４からシャッタ１８への連結が遮断されるように減速機構５の第１歯車６に配設されている。

このように構成すると、ステッピングモータ４によりシャッタ１８を歯車どうしの噛合により開閉動作させるように構成したことにより、ソレノイド、バネ、および制動手段を不要とし省スペース化が可能になる。

また、ステッピングモータ４の出力が減速機構５を介して、シャッタ１８に伝達するように構成されているため、ステッピングモータ４のディテントトルクによりシャッタ１８を開状態および閉状態で維持することができる。

しかも、シャッタ１８が、阻止部に当接した後にも駆動するようにステッピングモータ４の通電時間を設定しておき、シャッタ１８が阻止部に当接した位置を原位置にすることにより、シャッタ１８の位置を把握することができる。このことにより、シャッタ１８の開閉動作を適切に行うことが可能になる。さらに、一方向クラッチ２４により、歯車の歯部に大きな負荷がかからないので、歯部の損傷を未然に防止することができる。

（その他の実施の形態）
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上記形態のアクチュエータ１では、換気扇１７のシャッタ１８を駆動させているが、これに限定されるものではなく、ファンヒータやエアコン等のエア吹き出し口を開閉するシャッタを駆動させるようにしてもよい。また、トイレの弁蓋、炊飯器の蓋、および洗濯機の蓋等の蓋開閉を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態のシャッタ１８は、常に開口部２１を閉状態にする方向の付勢力を受けているが、反対に、常に開口部２１を開状態にする付勢力を受けるように構成してもよい。

さらに、上記実施の形態のシャッタ１８は、枠体２０の前面に当接してシャッタの動作が阻止されているが、駆動歯車１９や出力歯車９に一方の突起を設けるとともに、枠体に一方の突起の回転軌跡と重なるように他方の突起を設ける等して、両者が係合することによりシャッタの動作を阻止するように構成してもよい。

さらにまた、上記実施の形態では、シャッタ１８の自重によりシャッタ１８を閉方向に付勢しているが、シャッタ１８をバネを用いて付勢するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、コイルスプリング１６を用いて一方向クラッチ２４を構成しているが、一方向クラッチ２４としてラチェットを用いて構成してもよい。

（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明を適用したアクチュエータの平面図、および（Ａ）のＡ−Ａ線で切断した縦断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明を適用したアクチュエータを構成する減速機構の第１の減速歯車の縦断面図、および第１の減速歯車の分解斜視図である。 上記アクチュエータを用いた本発明に関わる換気扇の背面図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
４ ステッピングモータ
５ 減速機構
１６ コイルスプリング
１８ シャッタ
２０ 枠体
２１ 開口部
２４ 一方向クラッチ

Claims (3)

1. 枠体の開口部に開閉可能に設けられ、その閉方向および開方向のいずれか一方のみに付勢されたシャッタと、該シャッタを、前記付勢力に抗して、該付勢力の方向およびその逆方向に駆動するステッピングモータと、該ステッピングモータの出力を減速してシャッタに伝達する減速機構と、前記シャッタが前記付勢力の方向に駆動されているとき該シャッタの動作を阻止し、該シャッタが当接した位置を原点位置とする阻止部とを有し、
   前記シャッタが阻止部に当接した後にも前記ステッピングモータを駆動するように該ステッピングモータへの通電時間を設定し、
   前記駆動源または前記減速機構には、一方向クラッチが配設され、該一方向クラッチは、前記阻止部により前記シャッタの動作が阻止されたときに前記ステッピングモータと前記シャッタとの連結を遮断されるように配設されていることを特徴とするシャッタの開閉装置。
2. 請求項１において、前記阻止部は、前記シャッタの閉位置に設けられていることを特徴とするシャッタの開閉装置。
3. 請求項１または２において、前記付勢力は、前記シャッタの自重であることを特徴とするシャッタの開閉装置。

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