JP5331199B2 - 微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠 - Google Patents

Description

本発明は電子錠の分野に関する。

商用電力や電池を使用して、錠本体内部の回路と直接、接続して給電する電子錠は、「アクティブ電子錠」と呼ばれる。

現在、広範に使用されているＩＣカード、ＩＤカード、指紋識別など、従来の「アクティブ電子錠」は、すべて４〜６個の単三形電池（ＡＡ又はＬＲ６）が必要であり、また電池の耐用寿命は、通常、３〜１２ヶ月である。したがって、アクティブ電子錠は、使用中に大量の電池を消費するばかりか、点検を頻繁に行ったり、電池交換など、より頻繁なメンテナンス作業が必要になる。さらには、電池の接触不良や、電子素子、デバイスが長期にわたり通電された状態におかれ、それが原因で発生する故障が、電子錠の信頼性と寿命に影響することがある。電源に商用電力を使用する電子錠は、使用範囲が限定され、通年で見た場合、待機状態における電力消費が大きい、取付、使用、及びメンテナンスがし辛い、環境保護に有害な影響を及ぼすという短所がある。

１９９９年の特許番号ＺＬ９９２０３６９５．Ｘ、公告番号ＣＮ２４１８２０７、特許名称「電子錠のキー」の中国特許で、この特許出願の出願者は、アクティブな「電子錠のキー」で基本的なものの技術を開示している。この電子キーは、解錠パスワードを生成するＩＣチップを備え、さらに、電子錠の動作用電池も電子キー内部に配置している。出願人は、この特許技術に基づき、出願者及び協力者による、別の特許番号ＣＮ９９２０７２０５．０「電子制御錠の電子式位置検出デバイス」、ＣＮ９９２０２０２２．０「電動錠の脱着装置」（世界知的所有権組織特許番号ＷＯ００４２２７８、米国特許番号ＵＳ６，５０２，８７０、欧州特許番号ＥＰ１１６７６６３、オーストラリア特許番号ＡＵ７５２０３４Ｂ）を組み合わせて、一連のアクティブな「電子錠のキー」を使用する、低電力消費の「パッシブ電子錠」を開発した。この「パッシブ電子錠」は、取付や使用が容易であり、電力消費量が小さく、且つ、環境保護に貢献する「アクティブ電子錠」と比較し、信頼性が向上し、且つ、格段に長寿命という利点がある。しかしながら、上述したセットの特許技術を適用して、通常の機械式シリンダー錠と同程度に小型化した「パッシブ電子シリンダー錠」を開発して、そのまま「機械式シリンダー錠」の代用又は代替とするまでには至っていない。

２０００年の米国特許番号ＵＳ６，６１５，６２５「電子錠システム」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｏｃｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）（中国特許番号ＺＬ０１８０４０７６．４、分割出願の中国特許出願番号２００７１０１０８７６９．５）では、アクティブな「電子錠のキー」の技術を採用して、容積を通常の「機械式シリンダー錠」と同一とし、このパッシブ電子錠を市場へ投入した。

中国特許第９９２０３６９５．Ｘ号明細書 中国特許第９９２０７２０５．０号明細書 中国特許第９９２０２０２２．０号明細書 国際公開第００４２２７８号明細書 米国特許第６５０２８７０号明細書 欧州特許第１１６７６６３号明細書 豪州特許第７５２０３４Ｂ号明細書 米国特許第６６１５６２５号明細書 中国特許第０１８０４０７６．４号明細書 中国特許出願第２００７１０１０８７６９．５号明細書 中国特許出願第２００４１００３７４２０．３号明細書

しかしながら、米国特許第６６１５６２５号の電子錠システムは、次のような問題がある。

１．このパッシブ電子シリンダー錠は、リニアソレノイドを動作エレメントとして使用するが、断電後は、リニアソレノイドのプランジャー（解錠及び施錠にあたって、変位を制限する接極子）は、位置を特定し、自動でロックする機能（すなわち、断電後、直ちに圧縮バネがプランジャーを自動的に復帰する）を失い、このため、リニアソレノイドに通電して、プランジャーを吸着する必要がある。また、解錠に要する入電時間が、約１秒かかり（すなわち、キーにより、内筒を指定した角度だけ回転させるまで待機する時間である）、この間、より多くの電気エネルギーを消費するため、消耗し、パッシブ電子錠の電気機械変換効率は低い。よって、容積と容量が比較的大きい電池をアクティブ電子キーの内部に取り付けて、数千回の解錠寿命を保証する必要があり、その結果、アクティブ電子キーは、比較的嵩高となる。

２．断電後、プランジャーは、自動ロック機能を失い、そのため、内筒の回転角度は、３６０°以下でなければならず（防犯ドア用の通常のシリンダー錠では、内筒は、７２０°を上回る角度まで回転できるようにしておく必要がある）。内筒を複数回、回転させる仕様を満足させた場合、解錠に数十倍の電気エネルギーを消費し、このパッシブ電子錠は、実用価値を失う。したがって、この錠の普及範囲は限定的になる。

３．キーに内蔵された電子制御回路中のマイクロ・コントローラー・ユニット（ＭＣＵ）は、外筒内部にあるピンとプランジャーの動的及び静的な機構上の位置を特定できず、そのため、ＭＣＵは、実際にシリンダー錠が、解錠か施錠のいずれの状態かを識別できない。したがって、このパッシブ電子錠では、有線又は無線のネットワークを通じて、知能化と安全性で、より高度化を図った仕様を備える遠隔モニタリングなどの機能を実現することは不可能である。

２００４年の中国特許出願番号２００４１００３７４２０．３「知能化パッシブ電子錠」では、アクティブな「電子錠のキー」技術を採用した「パッシブ電子錠」が開示されている。リニア電磁ソレノイドを作動エレメント（電気磁石）として採用し、これが、メカニカル・アクチュエータの動的及び静的な位置を特定できない。このため、この知能化パッシブ電子錠では、上記米国特許番号６，６１５，６２５の問題点が依然として解消されていない。また、当該特許技術では、外力による衝撃が原因で、予期せぬ解錠を防止するための関連手段について記述がなく、このシリンダー錠に衝撃力を作用させたとき、駆動ラック歯車は、慣性の作用により軸方向に移動し、受動ラック歯車と噛み合うに至る。そのため、ハンマーや重量物で打撃すれば、この知能化パッシブ電子錠は、解錠が可能である。

本発明の目的は、微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠で、先行技術の問題点を克服し得るものを提供することである。すなわち、電気機械変換効率の向上、電力消費の低下、内筒が任意の角度で複数回の回転が自在であり、衝撃に耐え、普及範囲が広範で、知能化されている、防犯性能が高く、環境保護に資するという利点を備える、微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠であり、コアとなる重要なユニット、すなわち、従来の機械式錠における機械式シリンダー錠の代用、代替、又は改良品となり、メカトロニクス式錠の用途範囲と市場を拡大するものである。

本発明は、微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠であって、固定のシリンダー本体、回転自在の内筒、回転自在の内筒上に配置したロックピン、電子制御回路部品から構成されるものを提供する。この電子制御回路部品の電子制御回路基板、マイクロモーター、変位リミットカム、位置検出第１スイッチも、同様に回転自在な内筒内に配置される。マイクロモーター、及び位置検出第１スイッチは、各々が、電子制御回路基板と電気接続する。ロックピンが移動すると、位置検出第１スイッチを駆動し、異なる位置にあるロックピンのスイッチング情報を電子制御回路に伝達し、処理に供す。マイクロモーターは、変位リミットカムを駆動して、回転させ、電子制御回路は、関係する指令を発して、変位リミットカムを、ロックピンが拘束又は拘束を解除される位置までに回転させる。こうして、回転自在な内筒の解錠又は施錠の状態が制御される。

ロックピンは、アームロッドを１個備える。位置検出第１スイッチは、ロックピンのアームロッド脇に配置され、このアームロッドにより駆動され、異なる位置にあるロックピンのスイッチング情報を電子制御回路に伝達し、処理に供す。

または、ロックピンは、球形のロックピン及び往復ピンを備える。位置検出第１スイッチは、往復ピン脇に配置され、この往復ピンの運動により、駆動され、異なる位置にある球形のロックピンのスイッチング情報を電子制御回路に伝達し、処理に供す。

変位リミットカムが、１回転すると、この変位リミットカムは、その少なくとも１つの凸面が、ロックピンと向かい合って、ロックピンが、回転自在の内筒の半径に沿った方向へ移動せぬよう、ロックピンを拘束する。変位リミットカムは、その少なくとも１つの外側凹面が、ロックピンと向かい合って、ロックピンの拘束を解除し、回転自在の内筒の半径に沿った方向へロックピンを移動させる。

上記の凸面及び凹面は、変位リミットカムの外面上で、相互に隣接している。この隣接する凸面と凹面それぞれの二面は、中心角の二等分線が直交し、したがって、それらのなす角度は、９０°である。

マイクロモーターは、回転ソレノイドで代用できる。

電子制御回路基板は、回転自在の内筒の末端から配線した、１束の導体と電気接続し、外部の制御回路又はネットワークとの接続に使用される。

電子制御回路基板は、検知素子及びデバイスと電気接続され、周囲環境からの情報を検知し、処理を行う。

電子制御回路基板は、可撓性のプリント回路、例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略称である）であり、実装後、回転自在の内筒内部で、マイクロモーター周囲の空間中に配置される。特に、可撓性のプリント回路ＦＰＣは、実装後に回転自在の内筒内部に配置されて、マイクロモーターは、実装済みの、可撓性のプリント回路ＦＰＣが囲む中央の空間内に配置される。

微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠ロックは、さらに、位置検出第２スイッチを有し、この位置検出スイッチは、回転自在の内筒内部に配置され、変位リミットカムの脇にある。この変位リミットカムには、少なくとも１つの光反射面があり、また、電子制御回路基板は、位置検出第２スイッチと電気接続される。この光反射面が、位置検出第２スイッチと向かい合うとき、電子制御回路で処理される位置に関するスイッチング情報が取得される。

または、この微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠は、さらに、磁気制御の位置検出スイッチを有し、このスイッチは、回転自在の内筒内部に取り付けられ、変位リミットカムの脇に配置される。この変位リミットカムは、少なくとも１個の永久磁石を有し、電子制御回路基板は、この磁気制御の位置検出スイッチと電気接続される。永久磁石が、磁気制御の位置検出スイッチと向かい合うとき、電子制御回路で処理される位置に関するスイッチング情報が取得される。

または、この微小電力で動作する電子シリンダー錠は、さらに、電気機械式の位置検出スイッチを有し、この位置検出スイッチは、回転自在の内筒内部に取り付られ、変位リミットカムの脇に配置される。この変位リミットカムは、少なくとも１個の突出点を有し、また、電子制御回路基板は、電気機械式の位置検出スイッチと電気接続される。この突出点が、電気機械式の位置検出スイッチと向かい合うとき、電子制御回路で処理されるべき、位置に関するスイッチング情報が取得される。

変位リミットカムは、本発明の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠内部にあるマイクロモーターの出力軸上に配置される。施錠したとき、ロックピンは、変位リミットカムの凸面（すなわち、直径が最大の箇所）に拘束され、ロックピンは、回転自在の内筒の半径方向に沿って移動できなくなる。ロックピンは、回転自在の内筒と固定のシリンダー本体間で拘束され、両者間の相互回転が防止される。電子制御回路基板が、解錠指令を発すると、変位リミットカムの凹面が、ロックピンと向かい合う位置まで回転し、ロックピンは、回転自在の内筒が回転するに従い、これに追随して、回転自在の内筒の半径方向に沿って、移動し、これにより、ロックピンは、固定のシリンダー本体と回転自在の内筒間で、それ以上、拘束されず、回転自在の内筒は、固定のシリンダー本体に対して、回転可能となり、錠が解錠できるようになる。マイクロ・ステッピングモーターで駆動する変位リミットカムで、印を記した位置には、光反射面を設ける。この光反射面が、光電反射型の位置検出第２スイッチと向かい合うとき、印を記した位置に関する情報が取得されれる。また、印を記した位置に関する情報は、永久磁石又は突出点を備える光反射面で代用することによっても取得され得て、磁気制御の位置検出スイッチ又は電気機械式の位置検出スイッチを駆動する。この情報は、電子制御回路基板で処理すれば、駆動した変位リミットカムの回転角度を測定できる。変位リミットカムが、は９０°だけ回転すると、ロックピンは、拘束されるか又は拘束を解除されて、回転自在の内筒の半径方向に沿って移動できる。すなわち、シリンダー錠を施錠又は解錠する基本機能を実現する。ロックピン上にあるアームロッドは、位置検出第１スイッチを駆動して、回転自在の内筒の半径方向に沿って移動するロックピンの位置に関する情報を取得し、さらに、この情報は、電子制御回路基板が処理し、電子式のシリンダー錠が、回転により解錠されたかどうかを判断する。

固定のシリンダー本体には、位置検出用の穴が設けられている。ロックピンが拘束されたとき、すなわち、変位リミットカムにより、ロックピンが、回転自在の内筒の半径方向に沿って移動できなくなれば、ロックピンの下側末端が、固定のシリンダー本体の位置検出穴に嵌入する。

１．マイクロ・ステッピングモーター又は回転ソレノイド（別名：回転電磁石、その基本動作原理は、マイクロ・ステッピングモーターなどと同じであるが、構造が単純）を動作エレメントとして使用し、無負荷の変位リミットカムを駆動する。課題を解決するための技術としては、リニアソレノイドを使用して、有負荷の（圧縮バネ）プランジャーを駆動するよりも、電気機械変換効率が、大幅に上昇し、また、駆動電流も低下する。また、施錠又は解錠のための入電時間は、わずか数１０ｍｓであり、さらに、動作に要する電力消費は、リニアソレノイドを使用したときの課題解決技術に比較して、１桁小さい。これは、同じ容量の電池を使用したとき、その解錠可能回数（または、電池寿命）は、リニアソレノイドを適用して、シリンダー錠を解錠する回数に比較して、その１０倍を上回り、施錠又は解錠の電力消費が、きわめて小さいことを意味する。そのため、この微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠では、嵩がスリム化された、より小容量の電池を使用することができ、節電、コンパクト、軽量、薄型、及び環境にやさしいという現代の潮流になじむものである。

２．マイクロモーターの回転軸上にある変位リミットカムは、識別、位置検出、及び自動ロックをいずれも自動で行う機能を有するため、断電した後は、変位リミットカムの位置は、変更できず、内筒は、電力を一切消費せずに複数回の自由な回転が可能である。

３．この微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠には、慣性の作用で軸方向に移動し得るリニアソレノイドのごとき部品がないので、このシリンダー錠は、いかなる方向に衝撃力を加えても、誤って解錠することは起こりえない。

４．電子錠のシリンダー内にあるＭＣＵは、変位リミットカム並びにロックピンの動的及び静的な位置を判断し、また、周囲環境の情報を感知することができる。このため、この発明からは、有線又は無線の通信ネットワークと接続可能な新規の電子シリンダー錠が派生し得るが、これにより、リアルタイムの遠隔モニタリングなどの機能を、より一層、インテリジェント化して改善でき、ひいては、用途範囲を拡張できる。

５．この電子錠のシリンダーは、普及度を向上させ、標準化を推進できる、機械部品やユニットの点数が少ない、構造がコンパクト、嵩が小さいという利点があ。また、外形寸法が多様な従来の固定式シリンダー本体に嵌め合わせて、埋め込みが容易で、独立した「パッシブ電子シリンダー錠」を製作し、直ちに、コアとなる重要なユニット、すなわち、従来の機械式錠における機械式シリンダー錠の代用、代替、又は改良品として、「パッシブ電子錠」の量産品を製作できる。

図１は、本発明の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠の等尺性の投影図である。 図２は、図１のシリンダー錠に合致するキーの等尺性の投影図である。 図３は、図２のキーを図１のシリンダー錠に挿入した後の等尺性の投影図である。 図４は、図２のキーを分解した後の等尺性の投影図である。 図５は、本発明によるシリンダー錠の実施形態Iの等尺性の投影図である。 図６は、図５のシリンダー錠の実施形態Iについて、組み立てた後の断面図である。 図７は、図６のシリンダー錠のＡ−Ａ断面図であり、このとき、このシリンダー錠は施錠した状態にある。 図８は、図６のシリンダー錠のＡ−Ａ断面図であり、このとき、このシリンダー錠は解錠した状態にある。 図９は、本発明によるシリンダー錠が施錠の状態にあるとき、このシリンダー錠の実施形態IIIの断面図である（すなわち、図６のＡ−Ａ断面図に相当する）。 図１０は、本発明によるシリンダー錠が解錠の状態にあるとき、このシリンダー錠の実施形態IIIの断面図である（すなわち、図６のＡ−Ａ断面図に相当する。）。 図１１は、この発明のシリンダー錠の実施形態IIについて、組み立てた後の断面図である。 図１２は、図１１のシリンダー錠のＡ−Ａ断面図であり、このとき、このシリンダー錠は施錠した状態にある。 図１３は、図１１のシリンダー錠のＡ−Ａ断面図であり、このとき、このシリンダー錠は解錠した状態にある。 図１４は、基本のキー及びシリンダー錠の回路ブロック図である。 図１５は、キーのＭＣＵ及びシリンダー錠の回路ブロック図である。 図１６は、モニタリング・ネットワークに接続可能なシリンダー錠の断面図である。

添付図面と具体的な実施形態を用いながら、本発明について更なる説明を行う。

図１において、典型的な筒形の電子シリンダー錠は、回転自在の内筒１、表蓋２、及びシリンダー本体３より構成され、表蓋２及び固定のシリンダー本体３は、締まり嵌め、密着結合、及び溶接などの加工により組立てが可能である。３個の接点電極１１及び絶縁ブッシュ１２は、回転自在の内筒１内部に嵌め込まれている。このシリンダー錠を別タイプの機械式錠に嵌め合わせる場合は、表蓋とシリンダー本体の形状及び構造を相応に変更することができる。表蓋をシリンダー本体に嵌合する形態は、様々あり、補完と嵌合の方法は、通常の従来の機械式錠と基本的に同じである。

図２において、電子キーは、構造上、カバー２１、下部ケース２２、及びスリーブ２３から構成される。図４においては、下部ケース２２にスリーブ２３を嵌め込み、スリーブ２３内に、絶縁体２４により、絶縁された３個の弾性電極２５を嵌め込み、下部ケース内部には、電子制御回路基板２６及び電池２７を配置し、カバー蓋２１で覆って、一体化する。

図３において、電子キー３２は、電子シリンダー錠３１に挿入されるが、電子キーが電子シリンダーに合致する関係は、通常の機械式シリンダー錠とキーの関係と同じである。

（実施形態I）
図１及び図５には、微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠を示す。電子シリンダー錠を分解した後の表蓋２、シリンダー本体３、回転自在の内筒１、裏蓋４、及びその他の部材の相対位置が透視法で明瞭に見て取れる。屈曲自在で可撓性の電子制御回路基板１３は、位置検出第１スイッチ１５、位置検出第２スイッチ１６等の電子素子やデバイスを備え、３個の接点電極１１は、絶縁ブッシュ１２を貫通して、回転自在の内筒内部に嵌め込まれ、及びアームロッド８ａが付属するロックピン８は、ガイド穴１０ａの中に入れられる。変位リミットカム５は、マイクロモーター１４の回転軸に取り付けられ、このカム５は、光反射面５ａ、凸面５ｃ、及び凹面５ｂを有する。裏蓋４は、固定部品９により、回転自在の内筒１と一体化可能である。裏蓋４上で、中心位置がずれた偏心カラム４ａは、組み合せる錠で連動する機械部品を通すために使用する接続部である。シリンダー本体３の位置検出穴３ｂは、ロックピン８の変位リミット穴しても使用され、密閉蓋３ａは、位置検出穴３ｂの密閉に使用され、防水性で非発塵性のシールリング６を、自在の内筒１の表蓋溝内に嵌入する。

図６においては、電子部品及び機械部品のすべて、並びに表蓋２、シリンダー本体３、回転自在の内筒１、及び裏蓋４等で構成されるコンポーネントの取付位置を示している。回転自在の内筒１の空洞内部に配置した可撓性の電子制御回路基板１３には、位置検出第１スイッチ１５、位置検出第２スイッチ１６等、並びにその他の電子素子およびデバイスを取り付けられる。回転自在の内筒１の前部末端に嵌めた３個の接点は、絶縁ブッシュ１２を貫通させてから、電子制御回路基板１３と電気接続する。マイクロモーター１４は、電子制御回路基板１３が囲む中心の空間に配置される。圧縮バネ７及びロックピン８は、ガイド穴１０ａ内に配置され、位置検出第１スイッチ１５は、ロックピン８上のアームロッド８ａにより駆動する。変位リミットカム５は、マイクロモーター１４により駆動し、裏蓋４の内側で自由に回転できる。位置検出第２スイッチ１６で相対位置を示す印と向かい合う、変位リミットカム５の面は、光反射面５ａを２面有し、これらの面は、電子制御回路が識別した後、変位リミットカム５の回転角度を制御するために使用される。変位リミットカム５の回転角度が、１回あたり、９０°のとき、凸面５ｃと凹面５ｂが交互に現れ、ロックピン８の動作を拘束するか、又は、拘束を解除し、さらに、電子錠の内筒の回転を禁止又は許可する。すなわち、制御自在な解錠及び解錠の基本機能を実現する。実施形態Iのマイクロモーター１４は、ステッピングモーターであり、そのため、マイクロモーターの回転角度は、電子制御回路により精確に制御でき、位置検出第２スイッチ１６が取得するスイッチング信号は、変位リミットカム５の２つ規定する位置、当該二つ規定位置時の光反射面５ａはちょうど向かった第２スイッチ１６を特定するために使用され、パラメータが異なれば、マイクロ・ステッピングモータは、脱調するため、変位リミットカム５が、各種の要素で意図しない非標定位置に滞在しもたらしたものを防止する。さらに、次回の回転時に、変位リミットカム５を前記標定位置へ修正するために、位置検出第２スイッチ１６が重要な役割を果たさせる、回転中の変位リミットカム５の開始点と停止点を検出する。ロックピン８と同期して動作する位置検出第１スイッチ１５は、ロックピン８の位置に関するスイッチング信号を取得し、これにより、制御回路は、内筒が、回転により解錠されるのか、又は、施錠若しくは施錠待機の状態のいずれであるのかを識別できる。位置検出第１スイッチ１５と位置検出第２スイッチ１６間における信号の総和、及び差の関係を利用し、シリンダー錠の状態に関するその他の情報を取得でき、これらの情報は、電子制御回路によって判断と処理が行われる。さらなる説明のためには、図１４及びその説明書が参照される。図６には、防水性で非発塵性のシールリング６、密閉蓋３ａ、位置検出穴３ｂ、及び偏心カラム４ａの相対位置が併せて示されている。

図７は、施錠の状態にあるシリンダー錠の実施形態Iを示す。すなわち、図６におけるシリンダーのＡ−Ａ断面図である。シリンダー錠は、施錠の状態にあり、図には、次に挙げる機械部品及びコンポーネントを示す。すなわち、シリンダー本体３、裏蓋４、変位リミットカム５、ロックピン８、圧縮バネ７、及び密閉蓋３ａである。施錠したとき、圧縮バネ７は、ロックピン８に作用し、ロックピン８の球面の一部が、位置検出穴３ｂ内に嵌入し、ロックピン８は、変位リミットカム５の凸面５ｃに阻まれ、軸方向の移動ができなくなり、ロックピン８の球面は動きが阻まれ、その位置が、回転自在の円筒と固定のシリンダー本体の間にあって、両者の相対的な回転を防止する。

図８は、解錠の状態にあるシリンダー錠の実施形態Iを示す。すなわち、図６におけるシリンダーのＡ−Ａ断面図である。図には、次に挙げる関連機械部品及びコンポーネントについて、内筒が、９０°だけ回転した後の相対位置を示す。すなわち、固定のシリンダー本体３、裏蓋４、変位リミットカム５、ロックピン８、圧縮バネ７、及び密閉蓋３ａである。図８の変位リミットカム５は、図７と比較し、マイクロモーターにより９０°だけ回転している。凹面５ｂをロックピン８と相対状態に回転させる、内筒を回転した時、ロックピン８を回転錠芯１の径方向に沿って移動するため、位置検出穴３ｂを離れて、この回転錠芯１と固定のシリンダー本体３の間に閉塞が防止される。したがって、いかなる回転数であっても、ロックピン８と固定のシリンダー本体３は、相互で相対的な回転を行う。

（実施形態II）
図１１は、微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠を示す。実施形態IIの基本構造及び動作原理は、基本的に実施形態Iのそれと同一であるが、次に挙げる項目において相違する。

１．実施形態Iにおける、アームロッドが付属したロックピン８を１個又は２個の球形ロックピン８ｄで代用する。

２．往復ピン８ｅを付加し、この往復ピンにより、実施形態Iにおける、ロックピン８のアームロッドが果たす機能を代替し、往復ピン８ｅが、回転自在の内筒とともに回転し、固定のシリンダー本体内の位置検出穴を離れるとき、往復ピン８ｅは、位置検出第１スイッチ１５を駆動して、動作させる。

３．リミットカム５５の外径は、実施形態Iにおけるカム５のそれと比較し、やや大きい。

図１２は、実施形態IIにおいて、このシリンダー錠を施錠する状態を示す。図には、次に挙げる関連機械部品及びコンポーネントについて、このシリンダー錠を施錠する状態のときの相対位置を示す。すなわち、裏蓋４、変位リミットカム５５、及びロックピン８ｄであり、ロックピン８ｄは、裏蓋４のガイド穴１０ｂ内に配置されるが、変位リミットカム５５の凸面に遮られる。したがって、ロックピン８ｄは、動作が拘束され、回転自在の内筒と固定のシリンダー本体間が適正なセット位置になる。

図１３は、実施形態IIにおいて、このシリンダー錠を解錠する状態を示す。図には、このシリンダー錠を解錠する状態のとき、すなわち、最初、変位リミットカムが先に９０°だけ回転し、その後、回転自在の内筒が、９０°だけ回転するときの、次に挙げる関連機械部品及びコンポーネントについて、相対位置を示す。すなわち、裏蓋４、変位リミットカム５５、及びロックピン８ｄである。

（実施形態III）
図９及び図１０は、微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠を示す。実施形態IIIの動作原理、番号、及び説明は、基本的に実施形態Iと同一である。シリンダー内でロックピン８の動作を拘束したり、閉塞を解除する課題を解決するための技術は、米国特許番号ＵＳ５，８２３，０３０「シリンダー錠システム」（Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｌｏｃｋ Ｓｙｓｔｅｍ）と米国特許番号６，１５５，０８９「電気機械式電子錠」（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｌｏｃｋ）が開示する、課題解決のための技術と相当するものであるが、実施形態IIIは、これら２件の米国特許とは、次に挙げる項目で相違する。

１．図７及び図８に示す実施形態Iと比較し、円形の位置検出穴３ｃ（図７及び図８の位置検出穴３ｂとは異なる）が、固定のシリンダー本体３に穿たれ、解錠又は施錠の基準位置について、位置決めの感触が、上記の米国特許が開示する課題解決のための技術と比較し、優れている。

２．米国特許番号５，８２３，０３０「シリンダー錠システム」と比較し、実施形態IIIにおいて、固定のシリンダー本体内にある円形の位置検出穴３ｃは、米国特許番号５，８２３，０３０が推奨するＶ字形の位置検出溝と比較し、加工が容易である。しかしながら、ロックピンは、円弧の滑動面を有して、Ｖ字形の位置検出溝と合致し得る。

図１４は、キー及びシリンダー錠の基本回路ブロック図を示す。課題を解決する技術として、図の左部分に、基本のアクティブ電子キーを示す。すなわち、出願者が、特許番号ＺＬ９９２０３６９５．Ｘ、公告番号ＣＮ２４１８２０７の中国特許にて出願した電子錠のキーにおける課題解決の技術である。電子キー内部の電池５１及び暗号化チップＩＤ−５２は、各々、３個の電極２５と接続する。キーの３個の電極２５が、図右部分に示すシリンダー錠の３個の電極１１と接触すると、キーの電力が、シリンダー錠の回路に供給され、同時に抵抗Ｒ−５３を通じて、キーの暗号化ＩＤ−５２に戻り、こうして、マイクロ・コントローラーユニット（ＭＣＵ−５５）は、データ電極を通じて、キーのＩＤを読み取ることできる。ＭＣＵ−５５のＩＤ設定が、暗号化チップ５２のＩＤ設定と一致し、且つ、往復スイッチＫ１−１５が閉じた状態にあるとき、すなわち、ロックピンの球面が、固定のシリンダー本体の位置検出穴に嵌入しているとき、光電反射型の位置検出スイッチＫ２−１６は、変位リミットカム５の光反射信号を検出し、ＭＣＵ−５５は、解錠指令を発し、駆動ＩＣ５７を経由して、マイクロ・ステッピングモーター１４を駆動して、９０°回転させる。このとき、変位リミットカム５の凹面は、ロックピンと向かい合い、ロックピンの拘束を解除し、ロックピンは、回転自在の内筒１の半径方向に沿って移動できるようになる。これで、シリンダー錠は、解錠の状態にあり、回転自在の内筒は、自由に回転できる。Ｋ１−１５を閉じると、すなわち、ロックピンの球面が、固定のシリンダー本体の位置検出穴に嵌入したとき、Ｋ２−１６は、変位リミットカムの光反射信号を検出できず、ＭＣＵ−５５は、拘束する指令を発し、駆動ＩＣ−５７を経由して、マイクロ・ステッピングモーター１４を駆動して、９０°回転させる。このとき、変位リミットカムの凸面、すなわち、直径が最大の位置で、ロックピンが拘束され、ロックピンによる、回転自在の内筒１の半径方向に沿う運動を抑止する。回転自在の内筒は、回転できなくなり、こうして、ロックは、施錠の状態になる。Ｋ１−１５が、開いた状態にある場合は、回転自在の内筒は、回転を終え、ロックピンは、位置検出穴を離れており、ＭＣＵは、マイクロ・ステッピングモーター１４を駆動して、回転させる指令を発しない。シリンダー錠内部には、発光ダイオードＬＥＤ−５４が併せて配置されて、シリンダー上の動作状態を指示することができる。

前段で引用した暗号化チップＩＤ−５２としては、Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（商標名ＤＡＬＬＡＳ）が１９９０年代に製造したＤＳ１９９０又はＤＳ１９９４など、電子錠で１−ＷｉｒｅシリーズのシングルチップＩＣ向けに広く使用されるものが、採用できる。ＤＳ１９９０は、６４ビットＩＤが１個のみであり、暗号化認証による解錠を除き、ＩＤに係わる他の付加機能は、比較的単純である。ＤＳ１９９４は、６４ビットのＩＤ、１個に加え、リアルクタイム・クロックと消去可能メモリを併せて内蔵し、解錠及び施錠時間、シリンダー錠、キー、並びにその他の番号データを長期間、複数回にわたり、保存する機能を備える。シリンダー錠では、ＭＣＵ−５５として、消去可能なデータメモリが付属する８ビット・マイクロ・コントローラーを使用すれば、関係データを複数回、記録し、保存できる。キーから取得したデータは、コンピュータシステムで読み取ることができる。データの書き込み及び読み取りの方法は、この提供する製品技術マニュアルの中に詳細に紹介されており、ここでは、繰り返さない。

図１５は、キーのＭＣＵ及びシリンダー錠の回路ブロック図を示す。基本的な動作原理は、図１４の内容説明と同一である。よく知られているように、マイクロコントローラユニット ＭＣＵ−６０、リアルタイム・クロック６２、強誘電体メモリＦＲＡＭ−６１などのチップは、キー内部に配置して、１個の典型的な超小型ＳＣＭ（シングル・チップ・マイクロコンピュータ）システムを構成し、図１４中の多機能暗号化シングルチップＩＤ−５２（ＤＳ１９９４）の代替にできる。このシステムは、自動的にパスワードＩＤを設定でき、複数回にわたり、解錠及び施錠の時間などの関係データを記録及び保存する基本機能以外にも、その他の付加機能をシステム向けに開発できる。キー及びシリンダー錠内部にあるＦＲＡＭ−６１の容量で、時間に関係する、解錠及び施錠記録のデータ量が決まり、記録したデータも、コンピュータシステムで読み取ることができる。ＬＥＤ−６３とブザー６４は、様々な状態や機能の実行を促すために使用する。スイッチＫ３−６５は、キーのロック解錠又は施錠を指令する設定に使用し、これは、数回転するシリンダー錠を制御するために必要な機能である。必要な場合、シリンダー錠内のマイクロ・コントローラーユニット（ＭＣＵ−６０）から配線して、通信をモニタリングするインタフェース５９が設けられ、有線又は無線の通信ネットワークから、このインターフェースにアクセスして、高レベルな「アクティブ電子錠」の機能を実現できる。すなわち、遠隔リアルタイム・モニタリングなどのより高度なインテリジェント機能である。検知素子６６は、必要に応じ、用途に合わせて選択でき、外力による破壊的な衝撃の情報を検出する必要がある場合、加速度検知チップを用途に合わせて選択できる。周囲環境温度の情報を検出する必要がある場合、温度検知チップなどを用途に合わせて選択できる。これらの検知素子は、データ処理用に、シリンダー錠内のＭＣＵ−６０と接続する。この図で、図１４と同一の番号を付した素子及びデバイスは、同一の機能を有する。以上、数個のＩＣにより構成する超小型ＳＣＭシステムの基本構成及び動作原理を簡単に説明した。シングルチップのＭＣＵ内に大容量の消去可能メモリとリアルタイム・クロックを内蔵し、これをキー及びシリンダー錠の内部で使用した場合、キー及びシリンダー錠の回路構成はさらに単純になり、また、明らかに、制御回路ユニットの素子及びデバイスの組み合わせ方は多種あり、また、実際に使用する機能は、必要に応じて適切に追加又は削除できる。ただし、制御回路の基本構造及び動作方式は、依然として、特許番号ＺＬ９９２０３６９５．Ｘ、公告番号ＣＮ２４１８２０７、「電子錠のキー」が開示する技術に基づいている。

図１６は、モニタリングの目的で、ネットワークに接続可能なシリンダー錠の断面図を示す。裏蓋４には、電線穴４ｂを１個穿ち、これにより、ネットワーク接続とモニタリングのインターフェースに繋ぐ導体１７を電子制御回路基板１３から配線し、モニタリングとネットワーク接続を分離できる。また、旧来からあるリアルタイムの遠隔監視機能をレベルアップし、さらに、例えば、ネットワークを通じて、解錠を集中制御するなど、デュアルで解錠が制御可能になる。（例えば、火災時など）用途によっては、こうした特殊機能が重要になり、ネットワークが「麻痺」状態にあっても、アクティブ「電子錠のキー」を使用すれば、依然として解錠が可能である。微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠は、解錠及び施錠の電力消費が、極めて小さいため、集中化して遠隔解錠可能な距離は大幅に伸びる。分散型の半集中式電力供給タイプの「アクティブ電子錠システム」は、ネットワークで監視しており、このネットワークに不具合が発生したり、電源から遮断された場合、パッシブＩＣカードタイプの電子キーでは錠を解錠できない。さもなければ、分散して配置するバックアップの電池が多数必要となり、これにより、システムがより複雑になり、また、メンテナンスコストが上昇し、環境保護の面でも不利となる。

変位リミットカムで印を付した位置に永久磁石を嵌め込み、磁気スイッチ（ホール効果スイッチ、リードスイッチなど）を駆動する方法、又は、変位リミットカムで印を付した位置に突出点を設けて、電気機械式スイッチを駆動する方法は、光電反射型のスイッチを使用して、位置検出穴スイッチのスイッチング情報を取得する方法と同一である。

シングルチップ・マイクロコントローラーにおける、ソフトウェアのプログラミング、データの読み出し及び書き込み、ネットワーク通信、回路のハードウェア構成、さらに、マイクロ・ステッピングモーターや回転ソレノイドの動作原理に関する各内容は、工業大学の関連教本や技術文献に詳細に記述され、また、電子工学、シングルチップコンピュータ工学、自動制御工学を熟知する者にとっては、馴染みのある内容及び動作原理であり、ここで繰り返す必要性はない。

この発明の実施形態において、商標のない、その他の電子素子及びデバイスは、既存の市場で販売される、多様な銘柄及び品種の製品を使用でき、本発明は、そうした素子及びデバイスを限定するものではない。

以上の実施形態は、この発明による好ましい実施形態を示したに過ぎない。また、上記記述は、具体的且つ詳細であるが、これをもって、この発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。この分野における一般の技術要員にあっては、この特許が保護する範囲に帰属する、発明の概念から乖離しないという前提に則り、形状を変更し、また、改善することが可能であり、したがって、特許請求の範囲に相当する、変更および改造は、特許請求の範囲が網羅する中に含まれる旨を述べておく。

１ 内筒
２ 表蓋
３ シリンダー本体
３ａ 密閉蓋
３ｂ 位置検出穴
３ｃ 位置検出穴
４ 裏蓋
４ａ 偏心カラム
５ 変位リミットカム
５ａ 光反射面
５ｂ 凹面
５ｃ 凸面
６ シールリング
７ 圧縮バネ
８ ロックピン
８ａ アームロッド
８ｄ ロックピン
８ｅ 往復ピン
９ 固定部品
１０ａ ガイド穴
１０ｂ ガイド穴
１１ 接点電極
１２ 絶縁ブッシュ
１３ 電子制御回路基板
１４ マイクロ（ステッピング）モーター
１５ 位置検出第１スイッチ（往復スイッチＫ１）
１６ 位置検出第２スイッチ（位置検出スイッチＫ２）
１７ 導体
２１ カバー
２２ 下部ケース
２３ スリーブ
２４ 絶縁体
２５ 弾性電極
２６ 電子制御回路基板
２７ 電池
３１ 電子シリンダー錠
３２ 電子キー
５１ 電池
５２ 暗号化チップＩＤ
５３ 抵抗
５４ 発光ダイオードＬＥＤ
５５ リミットカム（ＭＣＵ）
５７ 駆動ＩＣ
５９ インターフェース
６０ ＭＣＵ
６１ 強誘電体メモリＦＲＡＭ
６２ リアルタイム・クロック
６３ ＬＥＤ
６４ ブザー
６５ スイッチＫ３
６６ 検知素子

Claims (10)

1. 固定のシリンダー本体（３）と、
   回転自在の内筒（１）と、
   前記回転自在の内筒（１）内部に配置されたロックピン（８）と、
   電子制御回路部品とを備え、
   電子制御回路基板（１３）、マイクロモーター（１４）、変位リミットカム（５）、位置検出第１スイッチ（１５）が、前記回転自在の内筒（１）の内部に配置されており、
   前記マイクロモーター（１４）及び前記位置検出第１スイッチ（１５）は、各々、前記電子制御回路基板（１３）と電気接続されており、
   前記ロックピン（８）の動作により前記位置検出第１スイッチ（１５）を駆動して、様々な位置における処理用の前記ロックピン（８）のスイッチング情報を前記電子制御回路に提供するものであり、
   前記マイクロモータ（１４）は、前記変位リミットカム（５）を駆動して回転させて、前記電子制御回路が、関連する指令を発して、前記変位リミットカム（５）をロックピン（８）が拘束される位置又は拘束を解除される位置まで回転させ、これにより、前記回転自在の内筒（１）の回転不能又は可能な状態を制御するものであり、
   前記ロックピン（８）が拘束される状態は、前記ロックピン（８）が前記シリンダー本体（３）の穴に嵌入した状態から抜け出すのを前記変位リミットカム（５）が阻止することにより、前記内筒（１）の回転が阻止される状態である一方、
   前記ロックピン（８）が拘束を解除される状態は、前記ロックピン（８）が前記シリンダー本体（３）の穴に嵌入した状態から抜け出すのを前記変位リミットカム（５）が許容することにより、前記内筒（１）の回転が許容される状態であり、
   前記電子制御回路は、
   シリンダー錠に相応のキーが挿入されたときに、前記ロックピン（８）が前記シリンダー本体（３）の穴に嵌入していることが前記位置検出第１スイッチ（１５）によって検出され、かつ、前記変位リミットカム（５）が前記ロックピン（８）を拘束している場合に、前記変位リミットカム（５）を回転させて前記ロックピン（８）の拘束を解除する一方、
   その後、一旦、前記ロックピン（８）が前記シリンダー本体（３）の穴に嵌入している状態から抜け出した後、再度嵌入したことが前記位置検出第１スイッチ（１５）によって検出された場合に、前記変位リミットカム（５）を回転させて前記ロックピン（８）を拘束する
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
2. 請求項１に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
   前記ロックピン（８）がアームロッド（８ａ）を備えており、前記位置検出第１スイッチ（１５）が、前記ロックピン（８）の前記アームロッド（８ａ）の脇に配置され、且つ、前記アームロード（８ａ）により駆動されて、様々な位置における処理用の前記ロックピン（８）のスイッチング情報を前記電子制御回路に提供する
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
3. 請求項１に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
   前記変位リミットカム（５）が１回転する間に、前記変位リミットカム（５）の少なくとも１つの凸面（５ｃ）が、前記ロックピン（８）と向かい合い、前記ロックピン（８）を拘束して、前記回転自在の内筒（１）の半径方向に沿った動作を抑止し、
   前記変位リミットカム（５）が、１回転する間に、前記変位リミットカム（５）の外側凹面（５ｂ）の少なくとも１面は、前記ロックピン（８）と向かい合い、前記ロックピン（８）の拘束を解除して移動させる
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
4. 請求項３に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
   前記変位リミットカム（５）の外表面上において、凸面（５ｃ）と前記凹面（５ｂ）とが隣接している
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
5. 請求項４に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
   隣接する前記凸面（５ｃ）及び前記凹面（５ｂ）それぞれが形成されている円周方向の範囲の中心角を二等分する線が直交して角度９０°をなしている
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
6. 請求項１に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
   前記マイクロモーター（１４）が、回転ソレノイドで代替し得る
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
7. 請求項１に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
   前記電子制御回路基板（１３）は、前記回転自在の内筒（１）の終端から配線した１束の導体（１７）と電気接続され、且つ、外部の制御回路又はネットワークと接続するために使用される
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
8. 請求項１に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
   前記電子制御回路基板（１３）は、周囲の環境情報を検知して処理するために、温度検知素子及びデバイスと電気接続されている
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
9. 請求項１に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
   前記電子制御回路基板（１３）が、可撓性のプリント回路であって、実装後に前記回転自在の内筒（１）内の限られた空間に配置される可撓性のプリント回路（ＦＰＣ）である
   ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。
10. 請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠において、
    前記回転自在の内筒（１）内部に配置され、且つ、前記変位リミットカム（５）の脇にある位置検出第２スイッチ（１６）をさらに備えており、
    前記変位リミットカム（５）が、少なくとも１面の光反射面（５ａ）を有し、前記電子制御回路基板（１３）が、前記位置検出第２スイッチ（１６）と電気接続されており、前記光反射面（５ａ）が、前記位置検出第２スイッチ（１６）と向かい合うとき、前記電子制御回路によって処理されるその位置におけるスイッチング情報が取得される
    ことを特徴とする微小電力で動作するパッシブ電子シリンダー錠。

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