JP2000337696A - タイマー制御式電力切り換え装置を有するアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で簡単に機能し、駆動モータと低電力の
保持機構との間で電力を切り換えるタイマー機能を有し
た電気−機械的な改良アクチュエータを提供する。 【解決手段】 電気−機械的アクチュエータは外部装置
に接続され、外部装置を所定の位置に変位せしめると共
に、外部装置をその所定の位置に維持する。アクチュエ
ータはハウジングを具備し、付勢されたとき外部装置を
前記所定の位置に駆動する駆動モータと、付勢されたと
き外部装置を前記所定の位置に維持する制動機構とがハ
ウジング内に設けられる。切り換え装置が、駆動モータ
を付勢して外部装置を前記所定の位置に駆動する切り換
え信号と、駆動モータの付勢時点から所定の時間が経過
したとき、駆動モータを消勢する一方制動機構を作動さ
せ、外部装置を前記所定の位置に維持する切り換え信号
とを発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に電気−機
械的アクチュエータ（作動器）に関し、特に、駆動モー
タと低電力の保持機構との間で電力を切り換えるタイマ
ー機能を有した電気−機械的アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気−機械的アクチュエータは、例えば
暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）設備において広く用い
られ、特に火及び煙が生じる緊急状況時に、空気流を制
御するダンパーやバルブを作動するのに使われている。

【０００３】これらのアクチュエータは一般に、オペレ
ータによって意図的に遮断されるかあるいは停電によっ
てアクチュエータへの電力が中断した際、ダンパーを所
定のデフォルト位置（既定位置）へ位置させる引き戻し
機能を備えている。

【０００４】この機能によって、アクチュエータは電力
を必要とせず自動的にダンパーを安全位置に変位させ、
火及び／又は煙を予め決められた防火計画で指定された
区域へ向けたりあるいは閉じ込めるのを助ける。

【０００５】従来の多くのアクチュエータにおける引き
戻し機能は、一般にバネ機構によって行われている。バ
ネ機構の引き戻し力に抗してダンパーを通常の動作位置
に維持するため、既知の一部のアクチュエータは複数で
同じモータを用い、各ダンパーを既定位置から初期変位
させている。

【０００６】この構成は次の点において不利である。つ
まり、火及び煙の発生状況に適用されるアクチュエータ
は一般にその寿命のほぼ９９％の間通常の動作位置に保
持され、その結果比較的多量の電力が消費されてしま
う。

【０００７】この電力消費の問題は、大規模なＨＶＡＣ
システムで同種類のアクチュエータが多数使われる場
合、それらアクチュエータの寿命期間にわたる合計の電
力消費が非常に多量且つ高額になるため、一層顕著とな
る。さらに、ダンパーを駆動するアクチュエータ内のギ
ア列が常時モータによる負荷下に置かれることになり、
その結果６０Ｈｚの周波数振動によってギア歯の損傷を
生じ易くなる。別の最悪とも言える問題は、モータを長
期間停止位置に保持するため熱の蓄積が高まり、モータ
の損傷する可能性が潜在的に強まることである。

【０００８】上記のほか、一部のアクチュエータには、
ダンパーを通常の動作中所定の位置に維持する方法とし
て、別個の保持機構を備えているものもある。付勢され
るとロック機構がダンパーと係合し、ダンパーをその通
常の動作位置にロックする。ロック機構は駆動モータよ
りも少ない電力でよく、しかもギア歯の損傷の可能性を
排除もしくは少なくとも減少させる。

【０００９】この種のアクチュエータは、ダンパーが通
常の動作位置に達したかどうかを検出するエンドスイッ
チ、あるいはアクチュエータが駆動を停止したかどうか
を検出する速度検知装置を備えている。ダンパーが通常
の動作位置に達したと判定されると、アクチュエータは
電力の供給を駆動モータからロック機構へと切り換え
る。しかしながら、エンドスイッチや速度検知装置は割
高であり、また一般にほぼ３５０°Ｆ（約１７７℃）と
いう高い動作温度下では機能させるのが困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の主な目
的は、安価で簡単に機能する改良アクチュエータを提供
することにある。

【００１１】本発明の別の目的は、ダンパーをその通常
の動作位置にロックするソレノイドを具備した改良アク
チュエータを提供することにある。

【００１２】本発明の更に別の目的は、駆動モータとソ
レノイドとの間で電力を切り換えるタイマー制御装置を
有する改良アクチュエータを提供することにある。

【００１３】本発明の更に別の目的は、プリント配線回
路アセンブリ上に設けられたタイマー制御装置を有する
改良アクチュエータを提供することにある。

【００１４】上記以外の目的及び利点は、添付の図面を
参照した以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば火及び
煙の発生時に適用され、ダンパーやバルブを開閉するの
に使われる電気−機械的アクチュエータに係わる。アク
チュエータはダンパーをその動作位置に駆動する電動モ
ータへ電力を供給するための切り換え装置を備える。こ
の切り換え装置は、ダンパーが動作位置に到達すると、
モータへの電力供給を停止し、ダンパーを動作位置に維
持するソレノイドへ電力供給を行なう。ソレノイドへ供
給される電力はモータに供給される電力に比べて著しく
少なく、よってアクチュエータにより消費される電力は
著しく減少する。

【００１６】広義において、本発明は、外部装置に接続
されて、外部装置を所定の位置に変位せしめると共に、
外部装置をその所定の位置に維持する電気−機械的アク
チュエータに係わる。アクチュエータはハウジングを具
備し、付勢されたとき外部装置を前記所定の位置に駆動
する駆動モータと、付勢されたとき外部装置を前記所定
の位置に維持する制動機構とがハウジング内に設けられ
る。切り換え装置が、駆動モータを付勢して外部装置を
前記所定の位置に駆動する切り換え信号と、駆動モータ
の付勢時点から所定の時間が経過したとき、駆動モータ
を消勢する一方制動機構を作動させ、外部装置を前記所
定の位置に維持する切り換え信号とを発生する。

【００１７】本発明の一具体例によれば、切り換え装置
は、駆動モータと低電力の保持機構との間で電力を切り
換えるため電気−機械的アクチュエータで用いられる。
切り換え装置は、所定の時点に駆動モータと低電力の保
持機構との間で電力を切り換える信号を発生する切り換
え信号発生器と、この信号発生器によって切り換え信号
を発生可能とする制御回路とを備える。また、切り換え
装置には、駆動モータと保持機構に接続され、及び切り
換え信号発生器から切り換え信号を受け取ると、駆動モ
ータから低電力の保持機構へ電力の供給を切り換える切
り換え手段も具備される。

【発明の実施の形態】以下、図１及び図２を参照して説
明すると、本発明における電気−機械的アクチュエータ
は全体を１０で示してあり、下部ハウジング１２を備え
る（上部ハウジングは省略）。下部ハウジング１２は回
転可能な出力カプラ（継手）１４を、ベアリングリング
１８を介してカプリング穴１６（図１中に図示）で受け
るように構成されている。

【００１８】出力カプラ１４はダンパーやバルブ（図示
せず）等の外部装置に動作接続されるよう構成され、電
力が遮断された場合の既定位置とアクチュエータ１０に
電力が供給された際の所望の動作位置との間でダンパー
位置を変位せしめる。

【００１９】出力カプラ１４は一体状の扇形歯車２０を
備え、扇形歯車２０は全体を２２で示したギア列と噛み
合う複数の歯を備える。好ましい実施の形態において、
ギア列２２は４個の互いに噛み合ったギアセット２４,
２６,２８,３０で構成される。

【００２０】ギア列２２は、ギアセット２４,２６,２
８,３０の各軸がアクチュエータ１０の長手方向に沿っ
て全体としてジグザグ状となるように配置される。ギア
列２２のギアセット２４は出力カプラ１４の扇形歯車２
０に噛み合い、ギアセット３０は駆動モータ３４の駆動
ピニオン３２に噛み合う。この構成により、モータに電
力が供給されると、モータ３４で発生したトルクはギア
列２２によって増幅され、出力カプラ１４に伝達され
る。

【００２１】注意すべき点として、好ましい実施の形態
のギア列２２はそれぞれ伝達ピニオン３５（全てのピニ
オンは表示されていない）を有する互いに連結された４
個のギアセット２４,２６,２８,３０で構成されるが、
ギア列２２は４個より多い若しくは少ない数のギヤセッ
トを備えていても良く、駆動モータ３４と出力カプラ１
４との間でのトルク伝達を可能とするその他様々な構成
が可能であることは、当業者であれば容易に理解できる
であろう。

【００２２】図１に示すとおり、ギア２６と同軸の細長
いシャフト３６がギア２６から垂直下方に延びている。
溝付きスリーブ３８がシャフト３６の端に取り付けら
れ、例えばぜんまいバネやねじれバネなどからなる引き
戻しバネ（図中表示されていない）の終端に接続されて
いる。ダンパーが出力カプラ１４によって既定位置から
変位されると、引き戻しバネはねじれた状態となり、ギ
ア列２２を介して出力カプラ１４にダンパーを既定位置
に戻す力を与える。

【００２３】アクチュエータ１０の通常の動作中にダン
パーがその既定位置に戻るのを防止するために、アクチ
ュエータに制動機構（ブレーキアセンブリ）４０が設置
され、制動機構は作動されるとギア列２２を回転しない
ようにロックする。

【００２４】制動機構４０は、ソレノイド４６中の直動
プランジャ（図中表示されていない）に掛け止めされた
アーム４４（図１に表示）を有するスライド可能なレバ
ーブレーキ４２を備え、ソレノイド４６が作動したと
き、レバーブレーキ４２はそれに応じてプランジャと共
にスライドする。レバーブレーキ４２はタブ（耳）４８
を備え、これはソレノイド４６が作動したときにギア３
０の歯の１つを捕らえ、ギア列２２を所定の位置にロッ
クする。

【００２５】ソレノイドが作動しないときは、バイアス
バネ５０（図１に表示）がソレノイドプランジャひいて
はブレーキレバー４２とそのタブ４８をギア３０から離
れる方向に押す。これにより、ギア列２２は駆動モータ
３４あるいは引き戻しバネによって回転可能となる。

【００２６】本発明の一観点によれば、アクチュエータ
１０は、さらに、駆動モータ３４とソレノイド４６へ供
給される電力を制御する切り換え回路５１を備える。切
り換え回路５１はプリント配線板５２上に構成され、絶
縁板５４により保護される。

【００２７】ここで、図３を参照すれば、切り換え回路
５１は4541B型集積（ＩＣ）チップ等のソリッドステー
トタイマー５４を備える。タイマー５４が所定の信号を
発生可能となるように、タイマー制御回路５６が設けら
れている。タイマー制御回路５６は、一対の抵抗５８，
６０とコンデンサ６２を備え、これらの抵抗及びコンデ
ンサはタイマー５４の要求条件に応じて選択され、タイ
マーから所望の信号が生成されリレー６４に供給され
る。

【００２８】好ましい実施の形態において、抵抗５８，
６０の各値は３４８Ωと６９８Ω、コンデンサ６２の容
量は0.001μＦである。これにより、タイマー５４は、
駆動モータ３４に接続されたリレー６４中のスイッチ６
６を好ましくは約２５秒間保持する信号を発生し、駆動
モータがダンパーを通常の動作位置に移動させるのに十
分な時間を与える。リレー６４は好ましい実施の形態で
は SPDT タイプである。

【００２９】上記期間の後、タイマー５４は、スイッチ
６６によってモータ３４を切り離す一方ソレノイド４６
に接続する信号を出力する。これにより、制動機構４０
を動作させてギア列２２をロックし、ダンパーをその動
作位置に保持する。

【００３０】タイマー５４はまた一対の抵抗６８，７０
を備え、入力交流電圧をタイマーにより使用可能なレベ
ルに低下させる。ダイオード７１，コンデンサ７２及び
ツェナーダイオード７４が抵抗６８，７０の下流側に接
続され、タイマー５４へ供給される前に入力交流電圧を
整流し、約１３Ｖの直流電圧に調整する。

【００３１】

【発明の効果】上記の記載から、多くの望ましい特性と
利点を有する本発明の電気−機械的な改良アクチュエー
タが図示され且つ説明されたことが理解されるであろ
う。本アクチュエータは、駆動モータよりも著しく少な
い電力でダンパーを通常の動作位置に保持する制動機構
を有する。他の利点として、本アクチュエータは、電力
の供給を駆動モータから制動機構へ切り換えるタイマー
制御式の切り換え装置を使用している。タイマー制御式
の切り換え装置は安価で、またアクチュエータの動作が
要求される高温状態においても容易に機能する。

【００３２】以上、本発明の様々な実施の形態を図示し
且つ説明したが、その他の変更，置換及び代替が可能で
あることは当業者にとって容易に理解できるであろう。
このような変更，置換及び代替は、特許請求の範囲に記
載の各請求項によって決定される本発明の精神及び範囲
を逸脱することなく成し得るものである。本発明の種々
の特徴は、特許請求の範囲に記載の各請求項に記述され
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した電気−機械的アクチュエータ
の分解斜視図。

【図２】図１のアクチュエータの平面図。

【図３】本発明のタイマー制御式切り換え装置の詳細な
回路配線図。

【符号の説明】

１０ 電気−機械的アクチュエータ １２ 下部ハウジング １４ 出力カプラ（連結手段） ２２ ギア列（トルク伝達手段） ３０ ギア（歯車） ３４ 駆動モータ（駆動手段） ４０ 制動機構（制動手段） ４２ レバーブレーキ（制動手段） ４４ アーム（制動手段） ４６ ソレノイド（制動手段） ５１ 切り換え回路（切り換え手段） ５４ タイマー（切り換え手段） ５６ タイマー制御回路（切り換え手段） ５８，６０ 抵抗（切り換え手段） ６２ コンデンサ（切り換え手段） ６４ リレー（切り換え手段） ６６ スイッチ（切り換え手段）

フロントページの続き (72)発明者 ガイ、ピー、カリエンド アメリカ合衆国、イリノイ州60102、アル ゴンキン、オールドオークサークル610 (72)発明者 マイク、ストロツスキー アメリカ合衆国、イリノイ州60056、マウ ントプロスペクト、イーキオワ2014

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部装置に接続されて、前記外部装置を
   所定の位置に変位せしめると共に、前記外部装置を前記
   所定の位置に維持する電気−機械的アクチュエータにお
   いて、 ハウジングと、 前記ハウジング内に設けられ、付勢されたとき前記外部
   装置を前記所定の位置に駆動する手段と、 付勢されたとき、前記外部装置を前記所定の位置に維持
   する制動手段と、 前記駆動手段を付勢して前記外部装置を前記所定の位置
   に駆動する第１の切り換え信号と、前記駆動手段の付勢
   時点から所定の時間が経過したとき、前記駆動手段を消
   勢する一方前記制動手段を作動させ、前記外部装置を前
   記所定の位置に維持する第２の切り換え信号を発生する
   切り換え手段とを備えたアクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記駆動手段は電動モータである請求項
   １記載のアクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記制動手段はプランジャとフレームを
   含むソレノイドである請求項１記載のアクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記制動手段は前記プランジャに接続さ
   れブレーキアームを具備し、前記制動手段が作動された
   とき、前記ブレーキアームが前記駆動手段と動作係合し
   て、前記外部装置が前記所定の位置から変位するのを防
   止する請求項３記載のアクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記駆動手段は駆動シャフトに取り付け
   られた歯車を有する電動モータであり、前記制動手段が
   作動されたとき、前記歯車が前記ブレーキアームと係合
   する請求項４記載のアクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記切り換え手段は、 前記第１及び第２の切り換え信号を発生するタイマー
   と、 前記タイマーが前記第１及び第２の切り換え信号を発生
   するのに必要な入力信号を与える制御回路と、 前記タイマーに接続された電子リレーであって、前記第
   １の切り換え信号が前記タイマーによって受け取られた
   とき前記タイマーを前記駆動手段へ電気的に接続し、前
   記第２の切り換え信号が前記タイマーによって受け取ら
   れたとき前記タイマーを前記制動手段へ電気的に接続す
   る電子リレーとを備えた請求項１記載のアクチュエー
   タ。
7. 【請求項７】 前記アクチュエータを前記外部装置に接
   続する連結手段と、前記駆動手段と前記連結手段との間
   に動作係合して配設され、前記駆動手段と前記連結手段
   との間でトルクを伝達するトルク伝達手段とを更に備え
   た請求項１記載のアクチュエータ。
8. 【請求項８】 前記駆動手段は電動モータであり、前記
   トルク伝達手段は前記電動モータを前記連結手段へ伝達
   するように配置されたギア列である請求項７記載のアク
   チュエータ。
9. 【請求項９】 駆動モータと低電力の保持機構との間で
   電力を切り換えるため電気−機械的アクチュエータで用
   いられる切り換え装置において、 所定の時点に前記駆動モータと前記低電力の保持機構と
   の間で電力を切り換える切り換え信号を発生する手段
   と、 前記発生手段によって前記切り換え信号を発生可能とす
   る制御回路と、 前記発生手段に接続され、前記発生手段から受け取られ
   た前記切り換え信号に従って、タイマーを前記駆動モー
   タ及び前記保持機構の一方に電気的に接続する切り換え
   手段とを備えた切り換え装置。
10. 【請求項１０】 前記発生手段はソリッドステートタイ
    マーであり、前記切り換え手段は電子リレーである請求
    項９記載の切り換え装置。
11. 【請求項１１】 前記制御回路は、前記発生手段によっ
    て前記切り換え信号を発生可能に配された少なくとも１
    つの抵抗と少なくとも１つのコンデンサとを具備する請
    求項１０記載の切り換え装置。