JP2001037153A - スプリングリターン式電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ等を改良することなく、簡単な構造を
付加することによってコンパクト化とコストの低減を図
り、しかも、高トルクスプリングリターンの制動を行な
うことができ、リターン時の騒音を極力低下させると共
に、流体のウォータハンマー現象の発生を防止するこ
と。 【解決手段】 モータ３に歯車列８を介して出力軸２を
回転自在に設けると共に、モータ３で巻き上げたスプリ
ング４の蓄勢力で出力軸２を逆回転させるようにしたス
プリングリターン式電動アクチュエータにおいて、この
歯車列８に制動機構１６を設け、この制動機構１６の遠
心力と摩擦力によってスプリング４の戻し回転速度を制
御するようにしたスプリングリターン式電動アクチュエ
ータである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スプリングリター
ン式の電動アクチュエータに関し、特に、ボールバルブ
やバタフライバルブ等のバルブに用いられるスプリング
リターン式電動アクチュエータの制動構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のアクチュエータは、通電
時にモータの回転を伝達させて出力軸を駆動させること
によりバルブを開又は閉に駆動させ、一方、モータへの
非通電時には、スプリングを巻き上げた状態の蓄勢力
で、スプリングを逆回転させることによりバルブを開又
は閉に駆動させ、或は、停電時等に、スプリングの蓄勢
力を緊急に解除してばねの戻しトルクでバルブを遮断す
るようにするアクチュエータが知られている。

【０００３】ところで、スプリングリターン式の電動ア
クチュエータは、モータによる巻き上げスピードの１.
５〜３倍のスピードでスプリングの蓄勢力をリターンさ
せるため、例えば高速回転でスプリングをリターンさせ
ると、歯車列等の噛合部分による騒音が発生したり、バ
ルブが急激に閉状態になると、流体が液体の場合、配管
内の一次側にウォータハンマーが生じるおそれがある。

【０００４】そこで、従来よりこれらの対策として、実
開昭６３−４９０７１号公報、又は実開平４−１９９７
２号公報等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
これらの対策技術にも、それぞれ課題点を有していた。
即ち、実開昭６３−４９０７１号公報は、電動機の回転
軸に、遠心ブレーキを備えたものであるから、汎用の電
動機をそのまま用いることができず、付属構造が要るた
め、それだけコストアップの要因になると共に、電動機
の上部に設けられた遠心ブレーキは、電動機より露出す
るため、大型化しやすく、コンパクト化の要求に反する
等の課題を有している。

【０００６】また、実開平４−１９９７２号公報は、出
力軸の上端に設けたカムを緩衝装置に接触させたもので
あるため、アクチュエータ自体が複雑化し、大型化する
等の課題がある。

【０００７】本発明は、従来の課題を解決するために開
発したもので、その目的とするところは、モータ等を改
良することなく、簡単な構造を付加することによってコ
ンパクト化とコストの低減を図り、しかも高トルクスプ
リングリターンの制動を行なうことができ、リターン時
の騒音を極力低下させると共に、流体のウォータハンマ
ー現象の発生を防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、モータに歯車列を介して出
力軸を回転自在に設けると共に、モータで巻き上げたス
プリングの蓄勢力で出力軸を逆回転させるようにしたス
プリングリターン式電動アクチュエータにおいて、上記
歯車列に制動機構を設け、この制動機構の遠心力と摩擦
力によってスプリングの戻し回転速度を制御するように
したことを特徴とするスプリングリターン式電動アクチ
ュエータである。

【０００９】請求項２に係る発明は、上記歯車列のうち
モータ側の歯車の一面に板ばねを設け、この板ばねの外
端部側におもりとゴム等の摩擦部材を取付けて制動機構
を構成し、この制動機構を歯車に形成した開口部に位置
させ、歯車の所定以上の回転速度によって発生するおも
りの遠心力が板ばねに曲げモーメントを発生させて摩擦
部材を固定部材側へ摺動接触させるように構成する。

【００１０】この手段において、モータに通電すると、
歯車列を介して出力軸が回転すると共に、この回転に伴
ってスプリングが巻き上げられてスプリングに蓄勢力が
与えられる。次いで、モータへの通電を断つと、モータ
の駆動が停止すると共に、スプリングの蓄勢力によって
出力軸が逆回転し、所定の回転速度以上になると、遠心
力と摩擦力が働いて制動機構によりスプリングの戻し回
転速度を制御するようにしている。

【００１１】この場合、制動機構は、モータ側の歯車に
設けられ、おもりの遠心力が板ばねに曲げモーメントを
発生させ、摩擦部材を固定部材側へ接触させることによ
りスプリングの戻し回転速度を低下させる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明におけるスプリン
グリターン式電動アクチュエータの一実施形態を図１〜
図５に従って説明する。図１において、１はアクチュエ
ータのケーシングで、このケーシング１は、箱状のカバ
ー１ａとボトム１ｂより成り、２は図示しないボールバ
ルブやバタフライバルブ等の回転弁などの被駆動体に駆
動力を伝達する出力軸であり、３は出力軸を正回転させ
る際の電動モータで、このモータ３は、ボトム１ｂに固
定した地板５に設けられている。４は出力軸２を逆回転
させる駆動手段となるコイルスプリングで、本例におい
ては、２個のコイルスプリング４ａ，４ｂを装着してお
り、このスプリング４ａ，４ｂの一端部を出力軸２に固
着した係合部材６に係合し、他端部を地板５に固着した
係止部７に係止して出力軸２の正回転に伴って蓄勢さ
れ、高トルクを生じるように構成されている。なお、係
止部７は、地板５に設けた穴であってもよい。

【００１３】図中８は、歯車列であり、本例において、
歯車列８は、出力軸２を軸として回転する最終段ギヤ９
と、モータ３のピニオンギヤ１０と中間ギヤ１１ａ，１
１ｂを介して最終段ギヤ９とに噛み合わせて設けられる
減速歯車１２とから構成されている。図１において、減
速ギヤ１２、中間ギヤ１１ａ，１１ｂは、ボトム１ｂと
地板５に回転自在に設けた中間軸１３に軸装されてい
る。

【００１４】図２において、最終段ギヤ９には、回転角
に対応する円弧状孔１４が形成されている。本例におい
ては、ボールバルブ等の回転弁を開閉するために略９０
°の回転角に対応するように設けられている。この円弧
状孔１４には、ボトム１ｂに植設したピン１５が出力軸
の回転始点、終点において当接することにより、出力軸
２の回転が規制される。

【００１５】歯車列８には、制動機構１６を設け、この
制動機構１６の遠心力と摩擦力によってスプリング４の
戻し回転速度を制御するようにしている。本例における
制動機構１６は、図１及び図２に示すような制動構造を
採用している。即ち、減速歯車１２の下面に板ばね１７
の中央位置をボルト１８，１８で固着し、板ばね１７の
両端部には、金属製等のおもり１９とゴムや樹脂等の摩
擦部材２０とで板ばね１７をボルト１６ａで挾着して取
付けている。

【００１６】この制動機構１６は、減速歯車１２に形成
した開口部２１に位置させ、板ばね１７に曲げモーメン
トが発生したときに、板ばね１７が撓み変形して摩擦部
材２０が地板５の下面に固着した固定板２２に接触して
摩擦力を発生し、減速歯車１２の回転速度を低下させる
ようにしている。

【００１７】次に、上記の実施形態の作用を説明する。
電動モータ３に通電してピニオンギヤ１０を駆動させる
と、歯車列８を介して出力軸２が回転すると共に、この
出力軸２の回転が係合部材６を介してスプリング４ａ，
４ｂを巻き上げてスプリング４に蓄勢力が付与される。
ピン１５に円弧状孔１４が当接すると、出力軸２の回転
が規制されると共に、更に回転を続けようとする電通モ
ータ３の力により、バルブの開又は閉の状態が保持され
る。なおこの際、図示しないリミットスイッチによって
モータへの供給電圧を下げ、消費電力を減らすと共に、
電動モータ３の過剰な発熱を防止している。

【００１８】次いで、電動モータ３への電通を断つと、
バルブの開又は閉の状態が解除されると共に、スプリン
グ４の蓄勢力によって出力軸２が逆回転をスタートす
る。その後、減速歯車１２が所定の回転速度以上になる
と、図４に示すように、おもり１９に遠心力Ｆが発生す
ると共に、板ばね１７に曲げモーメントＭが発生し、図
５に示すように、摩擦部材２０が固定側の固定板２２に
摺動接触して摩擦力を発生し、減速歯車１２の回転速度
を低下させる。

【００１９】この場合、スプリング４の蓄勢力は、モー
タ３による巻上げスピードの１.５〜３倍の速度でリタ
ーンするが、所定以上の回転速度になると制動力が生じ
るように設けられているので、スプリングリターンの立
上り時は、制動力が生じることなく、スプリングの戻し
トルクのロスも発生することがない。なお、スプリング
４の巻上げ時には、制動の摩擦力は生じることはない。

【００２０】このように、ボールバルブやバタフライバ
ルブ等の回転弁のステムに出力軸２を連結してバルブ用
のアクチュエータに用いた場合、スプリング４の蓄勢力
で、バルブを開又は閉に作動することができ、スプリン
グリターン時において、高速になると、制動力が生じて
停止時のショックを緩わらげることが可能となり、ま
た、水等の流体に適用したバルブの場合、バルブの一次
側に発生するおそれのあるウォーターハンマー現象を防
ぐことができる。

【００２１】図６は、本発明におけるスプリングリター
ン式アクチュエータの制動構造の他例を示したもので、
減速歯車１２に、ばね２３、おもり２４と、ゴム等の摩
擦部材２５から成る制動機構２６を設け、固定側の固定
筒体２７の内周面に摩擦部材２５を当接させ、制動力を
半径方向に生じさせるようにしている。即ち、減速歯車
１２が所定以上の回転速度を生じたときに、遠心力と摩
擦力によって歯車の回転速度を低下させるように構成し
ており、上記の例と同様の作用効果を発揮する。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、簡単な
構造の回転速度制御機構を設けることによってコンパク
トに製造でき、かつコスト低減ができ、また、高トルク
のスプリングリターンにおける制動の制御を行なうこと
ができると共に、スプリングのリターン時に生ずる各種
の騒音を極力低下させ、特に、停止時の衝撃を緩和させ
ることができ、更には、バルブなどに応用した場合、水
などの流体によるウォータハンマー現象の発生を確実に
防止でき得る。

【００２３】また、スプリングの巻上げ時は、制動が発
生することなく、逆回転時において高速になるときに制
動が生じ、しかもスプリングのリターンの立上り時に
は、スプリングの戻しトルクのロスが生じない等の優れ
た効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるスプリングリターン式電動アク
チュエータの一例を示す縦断面図である。

【図２】図１における要部を示した横断面図である。

【図３】図１からカバーを取り外したＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図４】図１における制御機構の一部切欠き拡大断面図
である。

【図５】図４の作動状態を示す部分断面図である。

【図６】本発明におけるスプリングリターン式電動アク
チュエータの他例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１ アクチュエータのケーシング ２ 出力軸 ３ モータ ４ スプリング ８ 歯車列 １２ 減速歯車 １６ 制動機構 １７ 板ばね １９ おもり ２０ 摩擦部材 ２２ 固定板 ２３ ばね ２４ おもり ２５ 摩擦部材 ２６ 制動機構 ２７ 固定筒体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータに歯車列を介して出力軸を回転自
   在に設けると共に、モータで巻き上げたスプリングの蓄
   勢力で出力軸を逆回転させるようにしたスプリングリタ
   ーン式電動アクチュエータにおいて、上記歯車列に制動
   機構を設け、この制動機構の遠心力と摩擦力によってス
   プリングの戻し回転速度を制御するようにしたことを特
   徴とするスプリングリターン式電動アクチュエータ。
2. 【請求項２】 上記歯車列のうちモータ側の歯車の一面
   に板ばねを設け、この板ばねの外端部側におもりとゴム
   等の摩擦部材を取付けて制動機構を構成し、この制動機
   構を歯車に形成した開口部に位置させ、歯車の所定以上
   の回転速度によって発生するおもりの遠心力が板ばねに
   曲げモーメントを発生させて、摩擦部材を固定部材側へ
   摺動接触させるようにした請求項１に記載のスプリング
   リターン式電動アクチュエータ。