JP2016108928A - 電気錠 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動入力と手動入力のいずれによっても施錠・開錠を行うことができ、長期間安定して使用できる電気錠を提供する。【解決手段】電動入力または手動入力による駆動力を出力側に伝達する入力切替クラッチ10として、電動入力歯車3と一体回転する外輪21と、出力歯車8と一体に回転する内輪22との間に形成した複数の楔形空間29に、ローラ23とそのローラ23を楔形空間29の狭小部へ押し込むコイルばね24を組み込み、各楔形空間29の周方向両側に挿入される柱部25aを有するロック解除片25を手動入力軸6に回転伝達可能に連結し、手動入力軸6の回転を僅かな角度遅れをもって内輪22に伝達するトルク伝達手段を設けたものを採用することにより、ローラ23を周方向にバランスよく複数配置でき、外輪21や内輪22の早期摩耗や偏摩耗、内輪22の偏心を生じにくくしたのである。【選択図】図4
Description
本発明は、電動入力と手動入力のいずれによっても施錠・開錠が行えるようにした電気錠に関する。
近年、住宅のスマートハウス化に伴って住宅関連装置の電動化が進んでおり、特に玄関ドアではキーレスで施錠・開錠が行える電気錠を取り付けたものが普及しつつある。ただし、玄関ドアに取り付けられる電気錠については、電動入力での施錠・開錠だけでなく、停電時等の緊急時に備えて従来の鍵を使った手動入力での施錠・開錠もできる構造となっている必要がある。
上記のように電動入力と手動入力のいずれによっても施錠・開錠が行えるようにした電気錠として、例えば、特許文献1で提案されているものがある。この特許文献1の電気錠は、モータによって駆動されるクラッチ歯車の内部に、3つのクラッチ部材(第1クラッチピース、第2クラッチピースおよびロックピース)を軸方向に重ねて固定のクラッチ軸に回転可能に嵌合させた状態で配置し、電動入力時には、クラッチ歯車とクラッチ部材とがロックして、クラッチ部材に係合する駆動アームが、鍵またはサムターンから手動入力を受ける手動入力部材(ダルマ)を介してデッドボルトを駆動することにより施錠・開錠を行い、手動入力時には、手動入力部材と連動する駆動アームがクラッチ歯車とクラッチ部材とのロック状態を解除すると同時に、手動入力部材がデッドボルトを駆動することにより施錠・開錠を行うようにしたものである。
上記特許文献1で提案された電気錠は、クラッチ部材のうちの第2クラッチピースを扇形に形成して、その周方向端部に設けた被係合部を駆動アームの端部と係合させるとともに、第2クラッチピースの外周面とクラッチ歯車の内周面との間に楔形空間を形成し、この楔形空間内に配されたローラが楔形空間の狭小部に押し込まれることによってクラッチ歯車と第2クラッチピースとがロックするようになっている。
ところが、第2クラッチピースが扇形に形成されていることにより、クラッチ歯車と第2クラッチピースとをロックさせる部材であるローラは、クラッチ歯車の全周に均等に配置することができず、その数も全周配置の場合に比べて少なくなる(実施例では2個で、その一方がロックするときは他方は空転する)。
このため、クラッチ歯車と第2クラッチピースとがロックしたときにローラの面圧が高くなりやすく、使用中にクラッチ歯車の内周面や第2クラッチピースの外周面の早期摩耗により、その間に形成されている楔形空間の形状が崩れてロック不良が発生し、電動入力での施錠・開錠ができなくなるおそれがある。また、ロック時には、楔形空間の狭小部に押し込まれたローラが第2クラッチピースをクラッチ軸に押し付けることになるので、クラッチ軸と摺動しながら回転する第2クラッチピースの回転トルクが大きくなって、電動入力での施錠・開錠がスムーズに行えなくなるおそれがあるし、クラッチ軸の外周面および第2クラッチピースのクラッチ軸嵌合孔の内周面の偏摩耗やクラッチ軸の偏心による駆動トルクの変動が生じやすいという問題もある。
そこで、本発明は、電動入力と手動入力のいずれによっても施錠・開錠を行うことができ、長期間安定して使用できる電気錠を提供することを課題とする。
上記の課題を解決するため、本発明は、駆動モータからの電動入力によって回転駆動される第1入力部材と、鍵またはサムターンからの手動入力によって回転駆動される第2入力部材と、デッドボルトを進退させる出力部材と、前記駆動モータの駆動力を第1入力部材に伝達し、第1入力部材に加えられる逆入力トルクに対してはロックして第1入力部材を停止させる逆入力遮断機構と、前記第1入力部材または第2入力部材に加えられる駆動力を出力部材に伝達する入力切替クラッチとを備え、電動入力と手動入力のいずれによっても施錠・開錠が行えるようにした電気錠において、前記入力切替クラッチは、前記第1入力部材と一体回転する外輪の径方向内側に、前記第2入力部材と同一軸心のまわりに前記出力部材と一体に回転する内輪を配し、前記外輪と内輪との間に複数のローラを配して、前記第1入力部材に駆動力が加えられたときは、前記外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記第2入力部材に駆動力が加えられたときは、前記第2入力部材の回転により前記外輪と内輪のロック状態が解除された後、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達される構成のものとした。
すなわち、電動入力または手動入力による駆動力を出力部材に伝達する入力切替クラッチとして、電動入力によって第1入力部材と一体に回転する外輪と、出力部材と一体に回転する内輪との間に、外輪と内輪とをロックさせるローラを周方向にバランスよく複数配置することができ、外輪と内輪とがロックしたときのローラの面圧が低く抑えられ、使用中に外輪の内周面や内輪の外周面の早期摩耗や偏摩耗、内輪の偏心が生じにくい構造のものを採用したのである。
前記入力切替クラッチの具体的な構成としては、前記内輪の外周面にカム面を周方向に複数設けて、前記外輪の内周円筒面と内輪の各カム面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に前記ローラとそのローラを楔形空間の狭小部へ押し込むばねを組み込み、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有するロック解除片を前記第2入力部材に回転伝達可能に連結し、前記第2入力部材と内輪との間に、第2入力部材の回転を僅かな角度遅れをもって内輪に伝達するトルク伝達手段を設け、前記第1入力部材に駆動力が加えられたときには、前記第1入力部材と一体回転する外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記第2入力部材に駆動力が加えられたときは、前記第2入力部材と一体回転するロック解除片の柱部が、回転方向で対向するローラを前記ばねの弾力に抗して楔形空間の広大部へ押しやって前記外輪と内輪のロック状態を解除した後、前記トルク伝達手段によって前記内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものを採用することができる。
また、前記逆入力遮断機構としては、前記駆動モータから駆動力を加えられるウォーム歯車と、前記ウォーム歯車と噛み合い、前記第1入力部材に回転伝達可能に連結されるウォームホイールとを備え、セルフロック機能を有するウォーム機構を採用することができる。
本発明の電気錠は、上述したように、電動入力または手動入力による駆動力を出力部材に伝達する入力切替クラッチとして、電動入力によって第1入力部材と一体に回転する外輪と、出力部材と一体に回転する内輪との間に、外輪と内輪とをロックさせるローラを周方向にバランスよく複数配置できるものを組み込んだので、使用中に入力切替クラッチの外輪や内輪の早期摩耗や偏摩耗、内輪の偏心が生じにくく、従来のローラの配置や数の制約が大きいクラッチ機構を組み込んだものよりも長期間にわたって安定した施錠・開錠動作が得られる。
以下、図1乃至図5に基づき、本発明の実施形態を説明する。この電気錠は、図1および図2に示すように、玄関ドアの内外面を形成する一対の板部材B1、B2の間に挿入固定される錠ケース1の内部に、駆動モータ2と、駆動モータ2からの電動入力によって回転駆動される電動入力歯車(第1入力部材)3と、鍵4またはサムターン5からの手動入力によって回転駆動される手動入力軸(第2入力部材)6と、デッドボルト7を進退させる出力歯車(出力部材)8と、駆動モータ2と電動入力歯車3との間に設けられる逆入力遮断機構としてのウォーム機構9と、電動入力歯車3、手動入力軸6および出力歯車8のそれぞれに連結され、電動入力と手動入力のいずれかの駆動力を出力歯車8に伝達する入力切替クラッチ10とを設け、電動入力と手動入力のいずれによっても施錠・開錠が行えるようにしたものである。
前記錠ケース1は、鍵4側が開放された外箱1aに、サムターン5側が開放された内箱1bを入れ子状に挿入したもので、その外箱1aとドア内面側の板部材B1をサムターン5と一体形成されたサムターン軸11が貫通している。サムターン軸11は鍵4の先端部が挿入される鍵軸12の一端部と回転伝達可能に連結されており、その鍵軸12は他端部を内箱1bに回転自在に支持されている。なお、ドア内面側の板部材B1の表面には、サムターン軸11を回転自在に支持するサムターン座13が取り付けられており、ドア外面側の板部材B2の表面には鍵座14が取り付けられて、鍵4の先端部が鍵座14と板部材B2を貫通して鍵軸12に挿入されるようになっている。
ここで、鍵軸12は、図2に示すように、鍵4の先端部を挿入される鍵穴12aが径方向で互いに対向する2つの断面扇形の凹部を有しており、この状態のとき、すなわち一方の扇形凹部が左上にあり、他方の扇形凹部が右下にあるときに電気錠が開錠状態となっている。そして、この開錠状態から、図3(a)に示すように鍵軸12に差し込んだ鍵4を右回転させると、鍵軸12も鍵4に押されて右回転し、図3(b)に示すように一方の扇形凹部が右上に、他方の扇形凹部が左下にきたときに電気錠が施錠される。なお、鍵4はその先端部の断面が上下方向に延びる姿勢(図3(a)の姿勢)でなければ鍵座14に挿脱できないようになっているので、鍵4で施錠したときは、鍵4を図3(b)に示すように反転(左回転)させてもとの姿勢に戻した後(図3(c)の状態とした後)、鍵軸12および鍵座14から引き抜く。
また、図3(c)の状態から鍵4を左回転させると(図3(d))、鍵4に押された鍵軸12も左回転し、図3(e)に示す開錠状態となる。鍵4で開錠したときも、鍵4を反転(右回転)させてもとの位置へ戻し(図3(f)の状態)、鍵軸12および鍵座14から引き抜く。
前記電動入力歯車3は、後述するようにウォーム機構9の一部を構成するウォームホイールであり、その軸方向の一端側の開口から内側に入力切替クラッチ10が組み込まれるようになっており、その開口は蓋15で塞がれている。
前記手動入力軸6は、その一端側が大径に形成されており、両端部がそれぞれ焼結含油軸受16、17を介して錠ケース1の外箱1aおよび内箱1bに支持されている。その大径部のうち、小径部と連続する部分に、後述するように駆動力を出力側に伝達するための二面幅部6aが形成されている。そして、その二面幅部6aと一端側の焼結含油軸受16との間の外周に手動入力歯車18がキー固定され、この手動入力歯車18がサムターン軸11の外周にキー固定されたサムターン歯車19と噛み合っている。これにより、鍵4またはサムターン5からの手動入力によって手動入力軸6が回転駆動されるようになっている。
前記ウォーム機構9は、駆動モータ2の主軸2aに接続されて、駆動モータ2から駆動力を直接入力されるウォーム歯車20と、ウォーム歯車20と噛み合うウォームホイールとしての電動入力歯車3とで構成され、セルフロック機能を有するものである。したがって、駆動モータ2の駆動力は電動入力歯車3に伝達するが、出力側から電動入力歯車3に加えられる逆入力トルクに対してはロックして電動入力歯車3を停止させる。
前記入力切替クラッチ10は、図1および図4に示すように、二段円筒状に形成された外輪21と、外輪21の大径部の径方向内側に配される内輪22と、外輪21の大径部内周面と内輪22の外周面との間に組み込まれるローラ23およびコイルばね24と、ローラ23を挟んでコイルばね24と対向する位置に挿入される柱部25aを有するロック解除片25と、ロック解除片25と電動入力歯車3の蓋15との間に配され、外輪21に取り付けられる側板26とを備えている。
この入力切替クラッチ10の外輪21は、一端に設けられたフランジ部21aの外周部に複数の切欠き21bが形成されており、その一部の切欠き21bに、側板26の外周部に形成された爪26aを嵌め込んで折り曲げることにより、フランジ部21aに側板26が固定されている。そして、フランジ部21aの残りの切欠き21bと、これに対応する位置に形成された側板26の切欠き26bに、電動入力歯車3の内周に設けられた回り止め凸部3aが嵌め込まれて、外輪21および側板26が電動入力歯車3と一体回転するようになっている。
一方、内輪22は、その一端側に形成された係合穴22aに手動入力軸6の二面幅部6aが挿入され、他端側に一体形成された中空の出力軸27に手動入力軸6の小径部が通されて、手動入力軸6と同一軸心のまわりに回転するようになっている。出力軸27は、外輪21の小径部の内周に嵌め込まれた焼結含油軸受28に回転自在に支持されている。そして、その焼結含油軸受28と手動入力軸6の他端側を支持する焼結含油軸受17との間の出力軸27外周に出力歯車8がキー固定され、内輪22および出力軸27が出力歯車8と一体回転するようになっている。
この内輪22の係合穴22aは、手動入力軸6の二面幅部6aとほぼ同じ断面形状で、僅かな回転方向の隙間をおいて対向するように形成されている。これにより、手動入力軸6の回転が僅かな角度遅れをもって内輪22に伝達されるようになっている。
また、内輪22の外周には、径方向と直交する複数のカム面22bが設けられ、これらの各カム面22bと外輪21の内周円筒面との間に周方向両側で次第に狭小となる楔形空間29が形成されている。そして、これらの各楔形空間29に、一対のローラ23が各ローラ23を楔形空間29の狭小部に押し込むコイルばね24を挟んだ状態で配され、各楔形空間29の周方向両側にロック解除片25の柱部25aが挿入されている。そのロック解除片25は、手動入力軸6の二面幅部6aの一端側部分の外周に隙間なく嵌合固定されている。
この入力切替クラッチ10では、電動入力歯車3を介して外輪21に入力トルク(駆動力)が加えられると、コイルばね24の弾性力によって楔形空間29の狭小部に押し込まれている回転方向前側のローラ23を介して外輪21と内輪22とがロックするので、外輪21の回転が内輪22、出力軸27および出力歯車8に伝達される。このときには、回転方向前側のローラ23がロック解除片25の柱部25aを押すので、ロック解除片25が固定された手動入力軸6および手動入力歯車18も共回りする。
一方、手動入力歯車18を介して手動入力軸6に入力トルク(駆動力)が加えられたときには、まず、図5(a)に示すように、手動入力軸6と一体回転するロック解除片25の柱部25aが回転方向後側の(回転方向で対向する)ローラ23をコイルばね24の弾性力に抗して楔形空間29の広大部へ押しやるので、そのローラ23と外輪21および内輪22との係合が解除され、外輪21と内輪22のロック状態が解除される。そして、図5(b)に示すように、手動入力軸6がさらに回転して、その大径部の二面幅部6aが内輪22の係合穴22aの内面を押すようになると、手動入力軸6の回転が内輪22に伝達され、回転方向前側のローラ23と外輪21および内輪22との係合も解除されて、内輪22および出力軸27が出力歯車8と一体に回転する。
なお、外輪21と手動入力軸6に同時に入力トルクが加えられたときには、手動入力軸6に固定されたロック解除片25が外輪21と内輪22のロック状態を解除するので、外輪21から内輪22への回転伝達は遮断され、手動入力軸6から内輪22への回転伝達が行われて出力歯車8が回転する(手動入力が優先される)。
前記出力歯車8は、デッドボルト7のラック部7aと噛み合うピニオン30に、デッドボルト7と反対の側で噛み合っている。そのピニオン30は、錠ケース1の内箱1bに固定された支軸31に回転自在に支持されている。また、デッドボルト7は長手方向の2箇所に長手方向に延びるガイド孔7bが形成されており、これらの各ガイド孔7bを貫通する小径部を有するガイド軸32が、その両端部をそれぞれ錠ケース1の外箱1aおよび内箱1bに支持されている。これにより、出力歯車8が回転すると、デッドボルト7がガイド軸32の小径部に案内されて、その先端部を錠ケース1から出没させるようになっている。
この電気錠は、上記の構成であり、その動作について以下に説明する。まず、外部から電気信号により駆動モータ2を駆動すると、その駆動力がウォーム機構6を介して電動入力歯車3に加えられ、前述の入力切替クラッチ10の作用によって出力歯車8に伝達される。そして、出力歯車8の回転によってデッドボルト7が長手方向に進退し、その先端部が錠ケース1から出没することにより施錠・開錠が行われる。
なお、このときには、前述のように、入力切替クラッチ10の作用により手動入力軸6および手動入力歯車18も共回りするので、その回転がサムターン歯車19に伝達され、サムターン歯車19と一体にサムターン軸11およびサムターン5が回転する(同時に、サムターン軸11に連結された鍵軸12も回転する)。したがって、電動入力によって施錠・開錠した場合でも、玄関ドアの内側からサムターン5を目視することによって施錠・開錠の状態がわかる。
次に、鍵4で施錠・開錠を行う場合は、鍵4の先端部を鍵座14および鍵軸12に差し込んで右回転(施錠時)または左回転(開錠時)させる。すると、鍵4の駆動力が、鍵軸12、サムターン軸11、サムターン歯車19および手動入力歯車18を介して手動入力軸6に加えられ、前述の入力切替クラッチ10の作用によって出力歯車8に伝達される。出力歯車8の回転によってデッドボルト7が長手方向に進退し、施錠・開錠が行われるのは、駆動モータ2を駆動したときと同じである。また、サムターン5をサムターン5側から見て左回転(施錠時)または右回転(開錠時)させても、鍵4を回転させる場合と同じ動作で施錠・開錠が行われる。
なお、鍵4またはサムターン5を回転させるときには、ウォーム機構9の作用により電動入力歯車3および外輪21は停止しているので、入力切替クラッチ10はスムーズに駆動力の伝達を行うことができる。すなわち、この電子錠では、手動入力により施錠・開錠しようとするときに、鍵4やサムターン5を軽く操作できるようになっている。
この電気錠では、上述したように、駆動モータ2からの電動入力と鍵4またはサムターン5からの手動入力のいずれの場合も、入力切替クラッチ10の作用によってスムーズに施錠・開錠を行うことができる。しかも、その入力切替クラッチ10は、電動入力によって電動入力歯車3と一体に回転する外輪21と、出力歯車8と一体に回転する内輪22との間に、外輪21と内輪22とをロックさせるローラ23を周方向にバランスよく複数配置することができるので、外輪21と内輪22とがロックしたときのローラ23の面圧が低く抑えられ、使用中に外輪21の内周面や内輪22の外周面の早期摩耗や偏摩耗、内輪22の偏心が生じにくい。したがって、従来のローラの配置や数の制約が大きいクラッチ機構を組み込んだものよりも長期間にわたって安定した施錠・開錠動作が得られる。
なお、本発明の入力切替クラッチは、上述した実施形態のものに限らず、第1入力部材と一体回転する外輪の径方向内側に、第2入力部材と同一軸心のまわりに出力部材と一体に回転する内輪を配し、外輪と内輪との間に複数のローラを配して、第1入力部材に駆動力が加えられたときは、外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、内輪および出力部材に駆動力が伝達され、第2入力部材に駆動力が加えられたときは、第2入力部材の回転により外輪と内輪のロック状態が解除された後、内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものであればよい。
また、上述した実施形態では逆入力遮断機構としてウォーム機構6を採用したが、逆入力遮断機構は、ウォーム機構以外のセルフロック機能を有する高減速率の減速機構や、入力トルクを出力側に伝達し、出力側に加えられる逆入力トルクに対してはロックしてトルク伝達を遮断する逆入力遮断クラッチを採用することもできる。
また、電動入力歯車は、ウォーム機構の一部を構成するウォームホイールと第1入力部材とに分割して両者を回転伝達可能に連結したものとしてもよい。一方、電動入力歯車に入力切替クラッチの外輪を一体形成するようにしてもよい。
また、本発明は電気錠に関するものであるが、その駆動力伝達を行う入力切替クラッチの構造は、電動入力と手動入力のいずれによっても作動できるようにした産業用ロボット等の装置に広く応用することができる。
1 錠ケース
2 駆動モータ
3 電動入力歯車(第1入力部材)
4 鍵
5 サムターン
6 手動入力軸(第2入力部材)
7 デッドボルト
8 出力歯車(出力部材)
9 ウォーム機構(逆入力遮断機構)
10 入力切替クラッチ
11 サムターン軸
12 鍵軸
18 手動入力歯車
19 サムターン歯車
20 ウォーム歯車
21 外輪
22 内輪
23 ローラ
24 コイルばね
25 ロック解除片
25a 柱部
27 出力軸
29 楔形空間
30 ピニオン
32 ガイド軸
B1、B2 板部材
2 駆動モータ
3 電動入力歯車(第1入力部材)
4 鍵
5 サムターン
6 手動入力軸(第2入力部材)
7 デッドボルト
8 出力歯車(出力部材)
9 ウォーム機構(逆入力遮断機構)
10 入力切替クラッチ
11 サムターン軸
12 鍵軸
18 手動入力歯車
19 サムターン歯車
20 ウォーム歯車
21 外輪
22 内輪
23 ローラ
24 コイルばね
25 ロック解除片
25a 柱部
27 出力軸
29 楔形空間
30 ピニオン
32 ガイド軸
B1、B2 板部材
Claims (3)
- 駆動モータからの電動入力によって回転駆動される第1入力部材と、鍵またはサムターンからの手動入力によって回転駆動される第2入力部材と、デッドボルトを進退させる出力部材と、前記駆動モータの駆動力を第1入力部材に伝達し、第1入力部材に加えられる逆入力トルクに対してはロックして第1入力部材を停止させる逆入力遮断機構と、前記第1入力部材または第2入力部材に加えられる駆動力を出力部材に伝達する入力切替クラッチとを備え、電動入力と手動入力のいずれによっても施錠・開錠が行えるようにした電気錠において、
前記入力切替クラッチは、前記第1入力部材と一体回転する外輪の径方向内側に、前記第2入力部材と同一軸心のまわりに前記出力部材と一体に回転する内輪を配し、前記外輪と内輪との間に複数のローラを配して、前記第1入力部材に駆動力が加えられたときは、前記外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記第2入力部材に駆動力が加えられたときは、前記第2入力部材の回転により前記外輪と内輪のロック状態が解除された後、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものであることを特徴とする電気錠。 - 前記入力切替クラッチは、前記内輪の外周面にカム面を周方向に複数設けて、前記外輪の内周円筒面と内輪の各カム面との間に周方向で次第に狭小となる楔形空間を形成し、これらの各楔形空間に前記ローラとそのローラを楔形空間の狭小部へ押し込むばねを組み込み、前記各楔形空間の周方向両側に挿入される柱部を有するロック解除片を前記第2入力部材に回転伝達可能に連結し、前記第2入力部材と内輪との間に、第2入力部材の回転を僅かな角度遅れをもって内輪に伝達するトルク伝達手段を設け、前記第1入力部材に駆動力が加えられたときには、前記第1入力部材と一体回転する外輪がローラを介して内輪とロックすることにより、前記内輪および出力部材に駆動力が伝達され、前記第2入力部材に駆動力が加えられたときは、前記第2入力部材と一体回転するロック解除片の柱部が、回転方向で対向するローラを前記ばねの弾力に抗して楔形空間の広大部へ押しやって前記外輪と内輪のロック状態を解除した後、前記トルク伝達手段によって前記内輪および出力部材に駆動力が伝達されるようにしたものであることを特徴とする請求項1に記載の電気錠。
- 前記逆入力遮断機構が、前記駆動モータから駆動力を加えられるウォーム歯車と、前記ウォーム歯車と噛み合い、前記第1入力部材に回転伝達可能に連結されるウォームホイールとを備え、セルフロック機能を有するウォーム機構であることを特徴とする請求項1または2に記載の電気錠。
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