(57)【要約】【課題】扉や窓などの開閉部材の移動で生じる運動エネルギーを再利用でき、外部からの電力供給を最小限にできる、エネルギー効率の高い開閉装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の開閉装置は、開口部に開閉自在に保持され付勢力により開方向または閉方向に付勢された開閉部材と、該開閉部材を前記付勢力に抗して閉状態または開状態に維持する維持手段５９と、維持手段５９を解除するアクチュエータ６０と、アクチュエータ６０に駆動力を供給する二次電池手段６２と、アクチュエータ６０を起動するスイッチ手段７と、前記付勢力に抗して前記開閉部材を駆動するとともに前記付勢力による前記開閉部材の移動で生じる運動エネルギーによって発電する駆動発電手段５７と、を有することを特徴とする。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部に開閉自在に保持され付勢力により開方向または閉方向に付勢された開閉部材と、
該開閉部材を前記付勢力に抗して閉状態または開状態に維持する維持手段と、
該維持手段を解除するアクチュエータと、
該アクチュエータに駆動力を供給する二次電池手段と、
前記アクチュエータを起動するスイッチ手段と、
前記付勢力に抗して前記開閉部材を駆動するとともに前記付勢力による前記開閉部材の移動で生じる運動エネルギーによって発電する駆動発電手段と、
を有することを特徴とする開閉装置。
【請求項２】
前記駆動発電手段は、モータおよび発電機として機能する回転機械である請求項１記載の開閉装置。
【請求項３】
前記駆動発電手段は、前記開閉部材の移動速度を制御できる発電回路を有する請求項１または２記載の開閉装置。
【請求項４】
前記二次電池手段は、二次電池またはキャパシターである請求項１記載の開閉装置。
【請求項５】
さらに、前記駆動発電手段を駆動する駆動電源を有する請求項１記載の開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開方向または閉方向に付勢された扉や窓などの開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドアやシャッター、窓などの開口部を開閉する開閉部材は、自動的に開放および／または閉鎖するものが多い。自動的に開閉される扉や窓などの開閉装置は、高速開閉が求められる反面、開閉速度を抑制して安全面にも考慮する必要がある。そのため、開閉装置には、開閉速度を落とすための減速装置が設けられている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、駆動軸を正逆回転させることにより扉を開閉する開閉装置において、閉扉速度を減速する開閉装置が開示されている。特許文献１では、扉は閉扉方向に付勢されており、閉扉時には、付勢力により回転する駆動軸の回転速度を粘性抵抗を用いて減速することで閉扉速度を減速する。また、特許文献２では、回転自在の巻き取りドラムに駆動索を巻き込みまたは巻き戻して扉を開閉する開閉装置において、巻き取りドラムに直接または間接的に取り付けた遠心ブレーキにより低速度で閉扉状態とする開閉装置が開示されている。
【０００４】
ところが、特許文献１，２で用いられる粘性抵抗や遠心ブレーキでは、減速性能が安定しない場合や、長期の使用により構成部品の折損が生じる場合もある。そして、粘性抵抗や遠心ブレーキは、いったん扉の仕様（サイズ、重量、開閉形式など）に合わせて制動力を設定した後に、ふたたび制動力を変更することが困難である。特に、粘性抵抗を用いた減速装置は、温度変化により液体の粘性が変化し、それに伴い制動力が変化するため、減速性能が不安定である。また、粘性抵抗では粘性液体を使用するため、ケーシングの気密性が要求され、製作コストが高くなる。
【０００５】
さらに、特許文献１では付勢力により扉を閉扉するが、付勢力により回転駆動される駆動軸から発生する運動エネルギーを無駄に消費している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２６３５６４号公報
【特許文献２】
特開平１１−５０７３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、扉や窓などの開閉部材の移動で生じる運動エネルギーを再利用でき、外部からの電力供給を最小限にできる、エネルギー効率の高い開閉装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の開閉装置は、開口部に開閉自在に保持され付勢力により開方向または閉方向に付勢された開閉部材と、該開閉部材を前記付勢力に抗して閉状態または開状態に維持する維持手段と、該維持手段を解除するアクチュエータと、該アクチュエータに駆動力を供給する二次電池手段と、前記アクチュエータを起動するスイッチ手段と、前記付勢力に抗して前記開閉部材を駆動するとともに前記付勢力による前記開閉部材の移動で生じる運動エネルギーによって発電する駆動発電手段と、を有することを特徴とする。本発明の開閉装置は、開閉部材の移動で生じる運動エネルギーを再利用でき、外部からの電力供給を最小限にできる。
【０００９】
前記駆動発電手段は、モータおよび発電機として機能する回転機械であるのが好ましい。また、前記駆動発電手段は、前記開閉部材の移動速度を制御できる発電回路を有するのが好ましい。
【００１０】
前記二次電池手段は、二次電池またはキャパシターであるのが望ましい。駆動発電手段で発電した電力は、二次電池またはキャパシターに蓄電できるため、外部からの電力の供給が断たれた場合にも開閉部材を駆動できる。
【００１１】
さらに、本発明の開閉装置は、前記駆動発電手段を駆動する駆動電源を有するのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の開閉装置は、開口部に開閉自在に保持され付勢力により開方向または閉方向に付勢された開閉部材を有し、その開閉部材を開閉する装置である。開口部は、家屋、倉庫などの出入り口や、排煙や採光などのための窓穴など、開放・閉鎖が必要な開口部分である。開閉部材の形式としては、付勢力により開方向または閉方向に付勢されていれば特に限定はないが、開き戸式、引き戸式、折り戸式など、各種形式が可能である。具体的には、排煙窓、天窓、障子、スライドドア、回転ドア、シャッター等である。付勢力は、開閉部材の自重によるもの、スプリング、ゴム等の弾性部材によるもの等が好ましい。
【００１３】
本発明の開閉装置は、上記開閉部材を付勢力に抗して閉状態または開状態に維持する維持手段と、維持手段を解除するアクチュエータと、アクチュエータに駆動力を供給する二次電池手段と、アクチュエータを起動するスイッチ手段を有する。上記維持手段、アクチュエータ、二次電池手段、スイッチ手段は、従来用いられている形式であれば、特に限りはない。例えば、維持手段は、開閉部材に直接または間接的に設けられ、スプリングにより制動を行う励磁ブレーキや、歯車とその歯車に係止する爪部材とからなるロック機構などを用いるのが好ましい。維持手段を解除するアクチュエータや、アクチュエータを起動するスイッチ手段は、使用する維持手段の形式にあわせて、適宜選択すればよい。例えば、スイッチ手段を操作することによりアクチュエータを機械的に起動させたり、スイッチ手段からの電気的な信号を受けて制御回路によりアクチュエータを起動する形式などが好ましい。
【００１４】
二次電池手段は、リチウムイオン二次電池などの二次電池や、電気二重層コンデンサやアルミニウム電解コンデンサ等のキャパシターを用いるのが望ましい。二次電池手段は、アクチュエータに駆動力を供給する他、後述する駆動発電手段を駆動する電力を供給したり、駆動発電手段で発電された電力を蓄電したり、表示ランプの点灯などに要する電力を供給してもよい。特に、二次電池手段をアクチュエータへの駆動力の供給のみに用いれば、容量の小さい二次電池手段を用いることができる。容量の小さい二次電池手段を用いることは、省スペースにもつながる。
【００１５】
また、二次電池手段は、外部からの電力の供給が断たれた場合に非常用電源としての役割を果たすため、非常用電源を新たに設置する必要がない。さらに、二次電池手段には、後述する駆動発電手段により発電した電力を再び補ってもよいので、エネルギー効率の高い開閉装置となる。
【００１６】
本発明の開閉装置は、付勢力に抗して開閉部材を駆動するとともに付勢力による開閉部材の移動で生じる運動エネルギーによって発電する駆動発電手段を有する。駆動発電手段は、付勢力に抗して開閉部材を駆動するが、開閉部材の駆動は手動であっても自動であってもよい。
【００１７】
駆動発電手段は、モータおよび発電機として機能する回転機械であるのが好ましい。回転機械は、電気入力を与えると機械出力が得られるモータの役割をし、機械的回転力を与えるとコイルが電圧を発生する発電機の役割をする。
【００１８】
また、駆動発電手段は、開閉部材の移動速度を制御できる発電回路を有するのが好ましい。発電回路が有する抵抗器により、駆動発電手段が発電した電力を消費することで、抵抗トルクが発生する（発電制動）。そのため、発電回路が有する抵抗器の数やつなぎかたを変化させて抵抗値を調整することにより回転機械の抵抗トルクを増減させ、開閉部材の形式や付勢力に合わせて制動力を調節してもよい。また、発電回路だけでは制動力が不十分な場合は、回転機械を電気入力により発電時の回転方向とは逆方向に駆動させて、さらに大きな制動力を得ることもできる。また、発電制動の剰余電力は、二次電池手段に蓄えてもよい。
【００１９】
なお、駆動発電手段を手動で駆動する場合には、付勢力または手動により発電機に機械的回転力を与えられるので、開放・閉鎖のどちらでも発電することが可能である。この際、回転機械は、機械的回転力を与えると電圧を発生する発電機としてのはたらきのみを行う。
【００２０】
上記構成の開閉装置は、開閉部材の移動で生じる運動エネルギーを再利用でき、外部からの電力供給を最小限にできる、エネルギー効率の高い開閉部材の開閉装置である。
【００２１】
【実施例】
本発明の開閉装置の一実施例を、図を用いて説明する。図１〜３は本実施例の開閉装置の構成を示す図であり、図４は制御回路を示す。
【００２２】
図１は、開いた状態の排煙用連窓を屋内側から見た斜視図である。なお、図１において、符号の４および７は、後述する駆動部４およびスイッチボックス７であり、壁面に配設されている。排煙用連窓は、家屋の壁上部に配設されており、スイッチボックス７は、人の手により操作しやすい位置に設置されている。
【００２３】
図１において、壁上部にあけられた開口部１には、周辺部材として枠材１１〜１３が枠組みされて取り付けられている。各開口部１には、開閉部材として排煙窓２が配設される。それぞれの排煙窓２は、排煙窓２の下部２１と枠材の下縁部１１とが枢支され、排煙窓２の側部２２と枠材の側縁部１２に設けられたダンパー１５により支持されている。すなわち、排煙窓２は、上部２３側が開口し、排煙窓２の自重により屋外側へ倒れ込むように支持されている。また、排煙窓２の上部２３と枠材の上縁部１３には、滑車３２〜３８が固定されており、滑車３２〜３８には一端が係止部材３１に係止された１本のワイヤ３が掛け渡されている。そして、ワイヤ３を矢印のＡ方向に巻き取ることにより、排煙窓２の上部２３と枠材の上縁部１３との距離が狭められ、排煙窓２が閉鎖される。逆に、ワイヤ３を矢印のＢ方向に繰り出すことにより、排煙窓２の上部２３と枠材の上縁部１３との距離が広がり、排煙窓２が開放される。
【００２４】
ワイヤ３の巻き上げおよび繰り出しの操作は、駆動部４で行われる。駆動部４の構成を図２に示す。ワイヤ３は、駆動部４のケース４１に固定された導管４３により、ケース４１内に案内される。駆動部４は、ワイヤ３を機械的に駆動する機械的機構部５と、機械的機構部５を電気的に制御する電気的機構部６を、ケース４１内に有する。
【００２５】
機械的機構部５は、ワイヤ３を巻き取るドラム５３と減速機５５とモータ５７と無励磁ブレーキ５９とからなる。ドラム５３と減速機５５は、駆動部ケース５１内に収納されている。図３に、機械的機構部５の側面図（Ｉ）と、ケース５１の断面図（ＩＩ）を示す。モータ５７は、一対の傘歯車５５４，５５６を有する減速機５５を介してドラム５３を回転する。減速機５５の入力軸５５８に固定された傘歯車５５６は、モータ５７により回転される。傘歯車５５６の回転は、出力軸５５２に固定された傘歯車５５４に伝達され、出力軸５５２の端部に固定されたドラム５３が回転駆動される。なお、ドラム５３の回転をモータ５７に伝達して、モータ５７に機械的回転力を付与し、発電機として使用もできる。この際、モータ５７に電力は供給されない。
【００２６】
すなわち、モータ５７に電力を供給することにより、ドラム５３が回転駆動すると、ワイヤ３がドラム５３に巻き取られ（図１のＡ方向）、排煙窓２が閉鎖される。逆に、ワイヤ３が排煙窓２の自重により繰り出される（図１のＢ方向）と、ドラム５３の回転がモータ５７に伝達されるので、モータ５７は発電機として作用する。
【００２７】
また、無励磁ブレーキ５９は、排煙窓２を自重に抗して閉状態または半開き状態に維持する維持手段である。無励磁ブレーキ５９は、非通電時にスプリングの力によりモータ５７の回転を機械的に停止する。そのため、非通電時にはモータ５７は回転せず、排煙窓２の自重およびダンパー１５の付勢力によりワイヤ３が図１のＢ方向へ引っ張られてもドラム５３が回転することがないので、排煙窓２を閉状態または半開き状態で維持することができる。通電時には、モータ５７は回転可能となり、排煙窓２を開閉駆動できる。
【００２８】
電気的機構部６では、排煙窓２を開閉駆動したり、閉状態、開状態または半開き状態で維持する際に、自動的に処理動作を行う。図４は、本実施例の開閉装置の制御回路である。電気的機構部６は、主として、制御マイコン６０と電源６１とからなり、スイッチボックス７からの操作信号を受けて、制御マイコン６０により機械的機構部５の動作が制御される。なお、電源６１は、ＡＣ１００Ｖを降圧整流回路によりＤＣ５Ｖ、ＤＣ９Ｖ、ＤＣ１２Ｖ（スイッチ用）、ＤＣ２４Ｖに変換して用いた。
【００２９】
また、駆動部４のケース４１の正面には、操作状態を示す表示ランプＷＬ（白色表示灯）が設けられている。
【００３０】
スイッチボックス７には、開放スイッチ７Ｏ  、停止スイッチ７Ｓ  、閉鎖スイッチ７Ｃ  、また、操作状態を示す表示ランプＲＬ（赤色表示灯）、ＧＬ（緑色表示灯）が設けられている。なお、スイッチボックス７のかわりにリモコン７’を用いても同様な操作を行うことができる。各スイッチ７Ｏ  ，７Ｓ  ，７Ｃ  からの操作信号ＳＯ  ，ＳＳ  ，ＳＣ  ，は、入力回路６７Ｏ  ，６７Ｓ  ，６７Ｃ  を介して制御マイコン６０に入力される。制御マイコン６０は、各スイッチからの操作信号に基づき、各操作信号に対応する各制御信号を出力する。制御マイコン６０からは、ブレーキリレーＲＢ  とモータリレーＲＭ  、また、表示ランプＲＬ、ＧＬ、駆動部４の表示ランプＷＬへ制御信号が出力される。ブレーキリレーＲＢ  は、接点ＣＢ  をＢ端子側またはＢ’端子側に切り換えることにより、無励磁ブレーキ５９を通電または非通電状態とする。モータリレーＲＭ  は、接点ＣＭ  １をＭ１端子側またはＭ１’端子側に、接点ＣＭ  ２をＭ２端子側またはＭ２’端子側に切り換えることにより、モータ５７を電源６１（ＤＣ２４Ｖ）につないだり、電源６１から切断したりする。また、電源リレーＲＸ  は、電力投入時に、接点ＣＸ  １をＸ１端子側またはＸ１’端子側に、接点ＣＸ  ２をＸ２端子側またはＸ２’端子側に切り換えることにより、電気二重層コンデンサを有するコンデンサ回路６２での充放電や、可変抵抗を有する発電回路６３を制御する。
【００３１】
以下に、電気的機構部６の具体的な処理動作を、図４を用いて説明する。なお、図４の制御回路は、全ての電気機器・電気回路が休止している状態を示している。そのため、スイッチ類は、通常あるべき状態の位置で記載されている。
【００３２】
＜電力の投入＞
スイッチ６１１によりＡＣ１００Ｖを電源６１へ印加すると、電源リレーＲＸ  により、接点ＣＸ  １がＸ１’端子側に切り換わる。コンデンサ回路６２にＤＣ２４Ｖが印加され、コンデンサ回路６２の電気二重層コンデンサは常に充電される。なお、電源リレーＲＸ  により、接点ＣＸ  ２がＸ２’端子側に切り換わるが、モータ５７が発電を行わない限り発電回路６３が作動しないことは図４より明らかである。
【００３３】
＜排煙窓を開放する場合の処理動作＞
排煙窓２を開放する場合は、スイッチボックス７の開放スイッチ７Ｏ  を押すと、操作信号ＳＯ  が入力回路６７Ｏ  を介して、制御マイコン６０に入力される。制御マイコン６０は、ブレーキリレーＲＢ  へ制御信号を出力する。
【００３４】
ブレーキリレーＲＢ  により、接点ＣＢ  がＢ’端子側に切り換わり、無励磁ブレーキ５９は通電状態（ＤＣ２４Ｖ）となり、モータ５７のブレーキが解除される。そのため、排煙窓２は自重により開放する。この際、機械的回転力がモータ５７に付与され、モータ５７は発電機としてはたらく。
【００３５】
また、電力投入時にＸ２’端子側に切り換えられた接点ＣＸ  ２では、発電回路６３が作動する。発電回路６３には発電ブレーキ抵抗が組み込まれており、モータ５７で発電された電力を発電ブレーキ抵抗によって消費することで、発電制動を行う。なお、発電回路６３に組み込まれた発電ブレーキ抵抗は可変抵抗であって、開放速度調節ダイアル６３１（図２）によりその抵抗値を調整し、開放速度を適宜調節することができる。表１に、本実施例においての発電ブレーキ抵抗の抵抗値と、閉状態から開状態までにかかる時間（開放時間）との関係を示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
この際のワイヤ巻き取り量（すなわち、ワイヤ繰り出し量）は、１７６０ｍｍである。なお、表１には、比較のために、排煙窓２を閉鎖する場合（後述）の閉鎖電流値および閉鎖時間も記載した。
【００３８】
排煙窓２が完全に開放されると、同時に発電も終了する。発電の終了は、発電電圧検出回路６５で検出され、発電電圧検出回路６５から制御マイコン６０へと信号が入力される。制御マイコン６０は、ブレーキリレーＲＢ  に制御信号を出力し、接点ＣＢ  はＢ’端子側からＢ端子側へ切り換わる。このとき、ブレーキリレーＲＢ  により、無励磁ブレーキ５９は非通電状態となるので、モータ５７が回転不可能となり、排煙窓２が全開状態に維持される。
【００３９】
なお、上記開放動作中には表示ランプＷＬおよびＲＬが点灯する。
【００４０】
＜排煙窓を閉鎖する場合の処理動作＞
排煙窓２を閉鎖する場合は、スイッチボックス７の閉鎖スイッチ７Ｃ  を押すと、操作信号ＳＣ  が入力回路６７Ｃ  を介して、制御マイコン６０に入力される。制御マイコン６０は、ブレーキリレーＲＢ  とモータリレーＲＭ  へ制御信号を出力する。
【００４１】
ブレーキリレーＲＢ  により、接点ＣＢ  がＢ’端子側に切り換わり、無励磁ブレーキ５９は通電状態（ＤＣ２４Ｖ）となる。そのため、モータ５７のブレーキが解除される。
【００４２】
モータリレーＲＭ  により、接点ＣＭ  １がＭ１’端子側に、接点ＣＭ  ２がＭ２’端子側に切り換わる。そのため、モータ５７が通電状態（ＤＣ２４Ｖ）となり、ブレーキの解除されたモータ５７が駆動される。モータ５７の駆動により、ドラム５３にワイヤ３が巻き取られ、排煙窓２は閉鎖される。
【００４３】
排煙窓２が完全に閉鎖されると、電源６１からの過電流が過電流検出抵抗Ｒで検出され、過電流検出回路６４から制御マイコン６０へと信号が入力される。制御マイコン６０は、ブレーキリレーＲＢ  、モータリレーＲＭ  へ制御信号を出力し、各接点が元の端子側に戻る。このとき、ブレーキリレーＲＢ  により、無励磁ブレーキ５９は非通電状態となるので、モータ５７が回転不可能となる。したがって、排煙窓２の自重により排煙窓２が開放することがない。
【００４４】
なお、上記閉鎖動作中には表示ランプＷＬおよびＧＬが点灯する。
【００４５】
＜排煙窓の開閉を途中で停止する場合の処理動作＞
排煙窓２の開放または閉鎖動作中では、前述のように、接点ＣＢ  がＢ’端子側にあり、無励磁ブレーキ５９は通電状態となっている。排煙窓２を任意の半開き状態に維持するためには、排煙窓２の開放または閉鎖動作中に停止スイッチ７Ｓ  を押す。停止スイッチ７Ｓ  を押すと、操作信号ＳＳ  が入力回路６７Ｓ  を介して、制御マイコン６０に入力される。制御マイコン６０は、ブレーキリレーＲＢ  へ制御信号を出力する。
【００４６】
ブレーキリレーＲＢ  により、接点ＣＢ  がＢ’端子側からＢ端子側に切り換わり、無励磁ブレーキ５９は非通電状態となる。そのため、モータ５７にブレーキがかかり、回転不可能となる。すなわち、排煙窓２が自重により開放することが無くなり、排煙窓２を半開き状態に維持できる。
【００４７】
＜非常時に排煙窓を開放する場合の処理動作＞
ここで、非常時とは、火災により発生した煙を排煙窓２を開放して排煙する際に、停電などにより外部からの電力の供給が絶たれた場合を想定している。
【００４８】
火災発生時には、スイッチボックス７の開放スイッチ７Ｏ  を押す。開放スイッチ７Ｏ  を押すと、コンデンサ回路６２の電気二重層コンデンサに予め蓄電されていた電力により無励磁ブレーキ５９を通電状態とし、モータ５７のブレーキが解除される。そのため、排煙窓２の自重により、排煙窓２が開放する。
【００４９】
なお、電気二重層コンデンサに予め蓄電されていた電力は、放電が終了するまで無励磁ブレーキ５９に供給される。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の開閉装置は、開口部に開閉自在に保持され付勢力により開方向または閉方向に付勢された開閉部材と、該開閉部材を前記付勢力に抗して閉状態または開状態に維持する維持手段と、該維持手段を解除するアクチュエータと、該アクチュエータに駆動力を供給する二次電池手段と、前記アクチュエータを起動するスイッチ手段と、前記付勢力に抗して前記開閉部材を駆動するとともに前記付勢力による前記開閉部材の移動で生じる運動エネルギーによって発電する駆動発電手段と、を有することを特徴とする。本発明の開閉装置は、開閉部材の移動で生じる運動エネルギーを再利用でき、外部からの電力供給を最小限にできる、エネルギー効率の高い開閉部材の開閉装置である。
【００５１】
また、前記二次電池手段が二次電池やキャパシターであれば、駆動発電手段で発電した電力を蓄電できるため、外部からの電力の供給が断たれた場合にも開閉部材を駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の開閉装置において、排煙用連窓を示す斜視図である。
【図２】実施例の開閉装置の駆動部を示す図である。
【図３】実施例の開閉装置の機械的機構部を示す図であって、（Ｉ）は側面図、（ＩＩ）は駆動部本体の断面図である。
【図４】実施例の開閉装置の制御回路を示す。
【符号の説明】
１：開口部
２：排煙窓
３：ワイヤ
４：駆動部
５：機械的機構部
５３：ドラム      ５７：モータ        ５９：無励磁ブレーキ
６：電気的機構部
６０：制御マイコン          ６２：コンデンサ回路        ６３：発電回路
ＲＢ  ：ブレーキリレー      ＲＭ  ：モータリレー
７：スイッチボックス
【図１】
2004353392.tif 000004
【図２】
2004353392.tif 000005
【図３】
2004353392.tif 000006
【図４】
2004353392.tif 000007