JP6012283B2 - 開閉体装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビル、工場、倉庫などの建物を含む構造物躯体の開口部などをシャッターなどの開閉体を用いて仕切るように構成された開閉体装置に係り、特に開閉体の開閉動作時の移動速度を安定化することのできる開閉体装置に関する。

シャッターカーテンなどのような開閉体装置は、住宅、ビル、工場、倉庫、車庫などの建物を含む構造物躯体の開口部や窓部あるいは内部の通路や空間などの開口部に設置され、その開閉体を移動させることによってその開口部を開放、閉鎖するものである。この開閉体装置は、多数の短冊状のスラット材からなるスラットカーテン、多数のパイプ材をリンク材などで連結させてなるパイプグリルカーテン、一枚状あるいは多数連結されたパネル材からなるパネルカーテン、ネット材からなるネットカーテン、合成樹脂あるいは布繊維製のシート材からなるシートカーテン、あるいはこれらの複合部材などからなる複合カーテンなどの開閉体を、開口部の上部から繰り出し下降させて開口部全体を閉鎖するように構成されている。このような開閉体装置は、開閉体の開閉動作を電動で行なう場合が多い。開閉動作を電動で行う開閉体装置については、特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２００２−０５４３６８号公報

従来の開閉体装置は、巻き径に関係なく、電動モータの回転数すなわち巻き取りシャフトの回転数を一定のまま、開閉体を巻き取っていた。従って、開閉体の巻取り始め、巻取り途中、巻取り終了時において、巻き取りシャフトの巻取径が徐々に大きくなり、開閉体の巻取り速度すなわち上昇速度が徐々に速くなる傾向にある。このように開閉体の上昇速度が変化すると、ガイドレールと開閉体との擦れによる開閉音が変化するため、静穏性が要求される環境では問題となることがあった。
開閉体の開閉動作を電動で行う場合、上昇等の開閉体の巻取りを行う際に電動にて行うのが一般的ではあるが、上述した課題は上昇等の巻取り時のみでなく、電動による下降等の巻き戻し時においても同様の課題がある。ただ、例えば防火シャッター装置のように下降等の巻き戻しの際には自重による等の必ずしも電動で行わない場合もあり、上述の課題はどちらかというと上昇等の巻取り時の方がより多く発生するといえる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、開閉体の巻取りや巻き戻しの際の開閉速度を一定化または略一定化すること、特には開閉体の上昇等における巻取りの際の開閉体の移動速度を一定化または略一定化することのできる開閉体装置を提供することを目的とする。

本発明に係る開閉体装置の第１の特徴は、開口部を開閉するために設けられた開閉手段を巻取手段に巻き取ったり、巻き戻したりすることによって前記開口部の開閉状態を制御する開閉体制御方法において、前記巻取手段に巻き取られた前記開閉手段の巻取状態に対応した巻取径に応じて前記巻取手段の回転速度を制御するようにしたことにある。これは、巻取手段の巻取径が、巻取り始め、巻取り途中、巻取り終了時などの巻取状態すなわち巻取回数に応じてそれぞれ異なるので、その巻取状態における巻取径に応じて巻取手段の回転速度すなわち巻取速度を適宜制御することによって、開閉手段の開閉動作時の移動速度をほぼ一定となるようにしたものである。本発明における「一定」とは厳密な意味のみでなく、開閉装置の利用上、実質的に一定としてもよいような略一定の場合も含む概念である。

本発明に係る開閉体装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載の開閉体装置において、前記巻取手段の半径がｄ、前記開閉手段の厚みがａ、前記巻取手段に巻き取られた前記開閉手段の巻取回数をｎとした場合における前記巻取手段の回転速度を、前記巻取手段の基準速度にｄ／（ｄ＋ｎａ）を乗じたものとすることにある。開閉動作時における開閉手段の移動速度は、巻取手段の巻取径と密接に関係しており、この巻取径ｒは、開閉手段の厚みａと巻取回数ｎの関数、ｄ＋ｎａとなる。従って、この発明は、巻取手段の巻取速度を、巻取手段の基準速度にｄ／（ｄ＋ｎａ）を乗じた速度とすることによって、開閉手段の移動速度をほぼ一定にしたものである。

本発明に係る開閉体装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載の開閉体装置において、前記巻取手段に巻き取られた前記開閉手段の巻取状態を、前記巻取手段を回転駆動する駆動手段の駆動電流に基づいて検出することにある。これは、開閉手段が巻取手段に巻き取られているときに巻取回数が変化する箇所で駆動手段の駆動電流が変化するので、この駆動電流に基づいて巻取回数が変化する箇所を検出し、検出された箇所に基づいて巻取手段の巻取速度を制御するようにしたものである。

本発明の開閉体装置によれば、開閉体の巻取りや巻き戻しの際の開閉速度を一定化または略一定化すること、特には開閉体の上昇等における巻取りの際の開閉体の移動速度を一定化または略一定化することができるという効果がある。

本発明の開閉体装置に係るシャッター装置の概略構成を示す図であり、建物外部から見た図である。 図１のシャッター装置を側面から見た一部断面を示す図である。 図１の制御装置の概略構成を示す図である。 図４は、図３の開閉体装置のシャッターカーテンの巻取り始め及び巻取り終了時における巻き取りシャフトの巻取径の様子を模式的に示す図である。 巻き取りシャフトに巻き取られるシャッターカーテンの位置と、モータの駆動電流との関係を示す図である。 巻取径の変化を考慮して制御回路が実行するモータ速度制御の一例を示す図である。 巻き径に関係なく、モータ速度を一定のままシャッターカーテンを巻き取った場合（改善前）及びモータ速度をその回転位置に応じて変化させてシャッターカーテンを巻き取った場合（改善後）におけるシャッターカーテンの上昇速度の一例をそれぞれ示す図である。

以下添付図面に従って本発明に係る開閉体装置の好ましい実施の形態について説明する。この実施の形態では開閉体装置として上下に開閉制御されるシャッター装置を例に説明する。図１は、本発明の開閉体装置に係るシャッター装置の概略構成を示す図であり、建物外部から見た図である。図２は、図１のシャッター装置を側面から見た一部断面を示す図である。このシャッター装置は、建物の開口部に設けられるものであり、基本的にシャッターケース１、シャッターカーテン２、ガイドレール３，４、巻き取りシャフト５、チェーン６、モータ７、制御装置８及び押しボタンスイッチ９から構成される。このシャッター装置は、通常時には、押しボタンスイッチ９の操作に応じて開閉機であるモータ７が動作して開閉制御するようになっている。

ガイドレール３，４は、シャッターカーテン２の両端部に接するように建物の開口部の両端側に設けられ、まぐさ部２０から床面まで掛け渡された断面形状がコの字型の案内溝を有する金属製部材で構成されている。シャッターカーテン２は、このガイドレール３，４の各案内溝に沿って上昇下降し、開口部の開閉動作を行う。巻き取りシャフト５は、シャッターケース１の両端側に回動可能に設けられ、シャッターカーテン２を巻き取ったり巻き戻したりする。チェーン６は、モータ７の回転軸に設けられた主動スプロケットと巻き取りシャフト５の回転軸に設けられた従動スプロケットとを連結している。従って、モータ７の回転駆動力はチェーン６を介して巻き取りシャフト５側に伝達され、モータ７が回転すると、チェーン６を介して巻き取りシャフト５が回転し、シャッターカーテン２の開閉動作が制御されるようになっている。

図３は、図１の制御装置の概略構成を示す図である。制御装置８は、マイクロコンピュータ８０を備えて構成されており、モータ７を駆動制御するモータドライブ回路８１を備えている。制御装置８は、図示していない電源ラインを介して電力の供給を受けている。制御装置８には、電源ラインＡＣを介して電力が供給されている。制御装置８は、押しボタンスイッチ９上の各操作ボタンの操作状態に対応した制御信号に基づいてモータドライブ回路８１にてモータ７の回転を制御する。

押しボタンスイッチ９は、開閉停の各動作に対応した制御スイッチとして、開スイッチ９Ａ、停止スイッチ９Ｂ、閉スイッチ９Ｃを有し、それぞれのボタンの操作状態に応じた制御信号を制御装置８のマイクロコンピュータ８０に出力する。開スイッチ９Ａ及び閉スイッチ９Ｃはａ接点で構成され、停止スイッチ９Ｂはｂ接点で構成されている。上限用リミットスイッチ８Ａ及び下限用リミットスイッチ８Ｂは、モータ７の回転位置に応じてオン・オフ状態を維持するものであり、シャッターカーテン２が上限又は下限位置に達すると、上限用リミットスイッチ８Ａ又は下限用リミットスイッチ８Ｂの接点が閉じて、シャッターカーテン２がこの上限位置又は下限位置に達したことを制御装置８のマイクロコンピュータ８０に通知する。制御装置８のマイクロコンピュータ８０は、シャッターカーテン２が上限又は下限位置に達すると、シャッターカーテン２を上限又は下限位置で停止させる。

エンコーダ１０は、モータ７の回転軸に結合され、モータ７の回転位置を検出して、それを制御装置８のマイクロコンピュータ１８に出力する。電流検出器１１は、モータドライブ回路８１によってモータ７に供給される駆動電流を検出し、それを制御装置８のマイクロコンピュータ８０に出力する。制御装置８のマイクロコンピュータ８０は、エンコーダ１０から出力されるモータ７の回転位置（シャッター位置）を示す検出信号及び電流検出器１１から出力されるモータ７の駆動電流を示す検出信号に基づいてモータ７の回転速度制御用の制御信号を作成する。この制御信号の作成方法については後述する。

図４は、図３の開閉体装置のシャッターカーテンの巻取り始め及び巻取り終了時における巻き取りシャフトの巻取径の様子を模式的に示す図である。図２に示すようにシャッターカーテン２の先端部が床面２１に接地している状態にある場合における巻き取りシャフト５の巻取径（半径）は、図４（Ａ）に示すように巻き取りシャフト５にシャッターカーテン２が巻き取られていない場合は、巻き取りシャフト５自体の半径ｄとなる。一方、シャッターカーテン２の先端部がまぐさ部２０に接近した巻取終了直前状態にある場合における巻き取りシャフト５の巻取径（半径）ｒは、図４（Ｂ）に示すように巻き取りシャフト５自体の半径ｄに、巻き取りシャフト５に巻き取られたシャッターカーテン２の巻取状態、すなわちシャッターカーテン２の巻取り回数ｎに対応した厚み分ｎａだけ大きくなる。巻き取りシャフト５にシャッターカーテン２がｎ回巻き取られた場合には、その巻取径ｒは、巻取回数ｎにシャッターカーテン２の厚みａを乗じた値ｎａを、巻き取りシャフト自体の半径ｄに加算した値ｄ＋ｎａとなる。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、巻取径ｒは、ｄ＋ｎａとなる。

図５は、巻き取りシャフトに巻き取られるシャッターカーテンの位置と、モータの駆動電流との関係を示す図である。図５に示すように、巻取り径の変化ポイントすなわちシャッターカーテン２の位置Ｓ１，Ｓ２，・・・でモータ７の駆動電流が増加している。巻取り径の変化ポイントＳ１は、シャッターカーテン２が巻き取りシャフト５に巻き取られて１回転した時点、巻取り径の変化ポイントＳ２は、さらにシャッターカーテン２が巻き取りシャフト５に巻き取られて２回転した時点にそれぞれ対応する。このように、巻き取りシャフト５に巻き取られるシャッターカーテン２の巻取径ｒはｄ＋ａとなり、シャッターカーテン２が巻き取りシャフト５に巻き取られる回数に応じて変化する。そこで、モータ７の駆動電流を検出することによって、巻取径ｒが段階的に大きくなる変化ポイントＳ１，Ｓ２，・・・を特定することができるので、エンコーダ１０から出力されるモータ７の回転位置（シャッター位置）をその変化ポイントＳ１，Ｓ２，・・・として記憶する。これによって、マイクロコンピュータ８０は、エンコーダ１０から出力されるモータ７の回転位置（シャッター位置）に基づいて、巻取径ｒが変化するシャッター位置（変化ポイント）Ｓ１，Ｓ２，・・・を認識することができるようになる。

図６は、巻取径の変化を考慮して制御回路が実行するモータ速度制御の一例を示す図である。マイクロコンピュータ８０は、エンコーダ１０からの回転位置（シャッター位置）に基づいたモータ速度制御を制御するための信号のモータドライブ回路８１に出力する。このとき、マイクロコンピュータ８０は、図６に示すように、エンコーダ１０からの回転位置（シャッター位置）が変化ポイントＳ１，Ｓ２，・・・に達した時点で、モータ速度を段階的に減速する。例えば、巻き取りシャフト５にシャッターカーテン２が１回転して巻き取られるまでのモータ速度を基準速度ｖ０とする。モータ７の回転位置（シャッター位置）が変化ポイントＳ１に到達した時点で、モータ速度を基準速度ｖ０にｄ／（ｄ＋ａ）を乗じた速度に減速する。次に、モータ７の回転位置（シャッター位置）が変化ポイントＳ２に到達した時点で、モータ速度を基準速度ｖ０にｄ／（ｄ＋２ａ）を乗じた速度に減速する。以下、同様に、モータ７の回転位置（シャッター位置）が変化ポイントｓｎに到達した時点で、モータ速度を基準速度ｖ０にｄ／（ｄ＋ｎａ）を乗じた速度に減速する。

図７は、巻き径に関係なく、モータ速度を一定のままシャッターカーテンを巻き取った場合（改善前）及びモータ速度をその回転位置に応じて変化させてシャッターカーテンを巻き取った場合（改善後）におけるシャッターカーテンの上昇速度の一例をそれぞれ示す図である。図に示すように、モータ速度を一定のままシャッターカーテンを巻き取った改善前の場合、シャッターカーテン２が巻き取りシャフト５に巻き取られ、１回転して変化ポイントＳ１に到達するまで、シャッターカーテン２は一定の上昇速度ｖ１で上昇する。シャッターカーテン２が巻取りシャフト５に１回転分巻き取られ、変化ポイントＳ１に到達した後は、シャッターカーテン２は上昇速度ｖ１から上昇速度ｖ２に速度が大きくなり、その速度ｖ２で上昇することになる。そして、シャッターカーテン２が巻取りシャフト５に２回転分巻き取られ、変化ポイントＳ２に到達した後は、シャッターカーテン２は上昇速度ｖ２から上昇速度ｖ３に速度が大きくなり、その速度ｖ３で上昇することになる。このように、改善前、すなわち従来は、巻き取りシャフト５の巻取径が徐々に大きくなり、シャッターカーテン２の巻取り速度すなわち上昇速度が徐々に速くなっていた。これに対して、図６に示すように、モータ７の回転位置（シャッター位置）が変化ポイントｓｎに到達した時点で、モータ速度を基準速度ｖ０にｄ／（ｄ＋ｎａ）を乗じた速度に減速することによって、図７に示すように、シャッターカーテン２の上昇速度ｖ１は、変化することなく、常時一定の速度ｖ１で上昇するようになる。

上述の実施の形態では、開閉体の巻取りによる上昇速度を一定または略一定にする場合について説明したが、開閉体の巻き戻しによる下降速度を一定または略一定とするような制御を行なうこともできる。すなわち、上昇の巻取りの際には巻取径が増大するために巻取径ｒはｄ＋ｎａ（上昇時の開閉手段の厚みａはプラス符号）となるが、下降の巻き戻しの際には巻取径が減少するために巻取径ｒはｄ＋ｎａ（下降時の開閉手段の厚みａはマイナス符号）となる。したがって、巻き戻しの際には、モータ速度を巻き戻し時の基準速度ｖ０（このｖ０は巻取り時の基準速度と同じでも異なっていてもよい）にｄ／（ｄ＋ｎａ）を乗じた速度に加速すればよい。すなわち、ｄ／（ｄ＋ｎａ）の式は巻取り、巻き戻しのそれぞれに応じて開閉手段の厚みａの符号がプラスかマイナスに変わるだけで、式自体はそのまま適用することができる。

上昇等の巻取り時の開放速度や下降等の巻き戻し時の開閉体の移動速度は一定であることが好ましいが、実際の開閉体は例えばスラットが複数係合されて構成されているような場合の係合箇所やスラット自体の厚みが異なる場合がある等の理由で、開閉体の厚みが一定でない場合が通常なので、正確な意味では上述した式に一致するわけでは必ずしもない。しかしながら、実際の開閉装置においては略一定の速度になることが多い。これは、上述の係合箇所やスラット自体の厚みの変化が、開閉体の厚みと比較してわずかであれば近似的な意味で上述した式に合致するためであり、実用上は支障がないと考えられる。なお、開閉体がガイドレールに案内されている等の場合には摩擦等により速度も影響を受けることが考えられるが、この影響も実用上無視できるのであれば、上述の式を適用してもよい。なお、必要に応じて、摩擦等の影響を加味した式に補正してもよいことは言うまでもない。

一定の速度で上昇（や下降）は、全開から全開の全範囲で一定という意味ではなく、全閉近傍、全開近傍または途中停止や途中開始近傍の場合にはモータの減速や加速が必要なので当然速度が一定になることはない。この実施の形態においては、速度一定とは、開閉体が停止した状態から移動して定常状態になる過渡状態及び定常状態から停止するまでの過渡状態などを除いた開閉の定常状態における速度を前提としており、例えば、途中停止や開始がない場合におけるある範囲、例えば、全閉位置近傍と全開位置近傍とを除いた開閉体移動範囲のうちの大部分の範囲（例えば開閉体移動範囲の内の３／４や４／５の範囲等）での移動速度に対して、その速度を一定または略一定にするということである。上述の式の開閉手段の厚みａは、開閉体全体で一定値でなく複数の値があってもよい。開閉手段の厚みａの値が変化すれば、これに伴ってｄ／（ｄ＋ｎａ）の値も変化するが、この変化に応じて速度を変化させればよい。

上述の実施の形態では、シャッターカーテンが繰り出されて閉鎖するシャッター装置を例に説明したが、これ以外にも開閉部材が横引き方式で繰り出されたり、上昇方式で繰り出されたり、あるいは水平方式で繰り出されたりするものであっても同様に適用することができる。また、開閉体装置としては、例えば、オーバーヘッドドア装置を含むシャッター装置、ブラインド装置などに適用可能である。開閉体装置をシャッター装置とした場合、開閉体手段である開閉部材は、シャッターカーテンであり、その構成は、多数の短冊状のスラット材からなるスラットカーテン、多数のパイプ材をリンク材などで連結させてなるパイプグリルカーテン、一枚状あるいは多数連結されたパネル材からなるパネルカーテン、ネット材からなるネットカーテン、あるいはこれらの複合部材などからなる複合カーテンなどによるものである。また、開閉体手段である開閉部材の材質は、使用目的に応じたものであれば、どのようなものでもよい。具体的には、金属製、木製、プラスチック製、これらの複合されたものなどで構成することができる。

１…シャッターケース、
１０…エンコーダ、
１１…電流検出器、
２…シャッターカーテン、
２０…まぐさ部、
２１…床面、
３，４…ガイドレール、
５…巻き取りシャフト、
６…チェーン、
７…モータ、
８…制御装置、
８０…マイクロコンピュータ、
８１…モータドライブ回路、
８Ａ…上限用リミットスイッチ、
８Ｂ…下限用リミットスイッチ、
９…ボタンスイッチ、
９Ａ…開スイッチ、
９Ｂ…停止スイッチ、
９Ｃ…閉スイッチ

Claims (1)

1. 開口部を開閉するために設けられた開閉手段を巻取手段に巻き取ったり、巻き戻したりすることによって前記開口部の開閉状態を制御する開閉体制御装置において、
   前記巻取手段を回転駆動する駆動手段と、
   前記巻取手段に巻き取られた前記開閉手段の巻取回数ｎに対応した巻取径ｒに応じて前記巻取手段の回転速度を制御する制御手段とを備え、
   前記開閉手段は、前記巻取回数ｎが変化する箇所で前記駆動手段の駆動電流が変化するような厚みａの短冊状のスラットの複数係合されたもので構成され、
   前記制御手段は、前記巻取回数ｎが変化する前記巻取手段の回転位置を前記駆動手段の駆動電流に基づいて予め検出しておき、前記巻取手段の半径ｄ、前記開閉手段の厚みａ、前記巻取回数ｎとした場合における前記巻取手段の回転速度を、前記巻取手段の基準速度にｄ／（ｄ＋ｎａ）を乗じたものとすることを特徴とする開閉体装置。

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