JP2001336597A

JP2001336597A - 電動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2001336597A
Application number: JP2000160389A
Authority: JP
Inventors: Eimatsu Shimizu; 栄松清水
Original assignee: Nippon Gear Co Ltd
Current assignee: Nippon Gear Co Ltd
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-07
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: JP4558892B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セルフロック機能を有するとともに、歯車の
伝達効率が高く、ねじ部が摩耗に強く、軸線方向の重心
位置が低い電動アクチュエータを提供する。【解決手段】モータ１８により回転させられるように
したねじ軸１５と、ねじ軸１５と同軸にねじ係合してい
るステムナット２２とを有し、ステムナット２２を、軸
線方向には摺動可能に、かつ回転方向には回転不能に係
止して、モータ１８の回転運動を、ステムナット２２の
直線運動に変換するようにした電動アクチュエータにお
いて、ねじ軸１５を中空部を有する筒状とし、その中空
部に挿入した出力軸１０の端部を、ステムナット２２の
閉鎖端において、ステムナット２２に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの回転運動
を直線運動に変換する電動アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】モータの回転運動を直線運動に変換する
電動アクチュエータは、例えばバルブの開閉を行うアク
チュエータとして、数多くのものが実用化されている。

【０００３】この種の電動アクチュエータでは、モータ
の回転数を減速する機構として、１段で大きな減速比が
得られるウオーム歯車を用いたものが多い。また、回転
運動を直線運動に変換する機構としては、ボールねじを
用いたものと、通常の台形ねじを用いたものが実用化さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、回転運動を直
線運動に変換する機構として、ボールねじを用いたもの
は、直径方向の寸法のみならず、軸線方向の寸法も大き
くなるという欠点がある。また、ボールねじを用いた場
合には、いわゆるセルフロック機能がなく、モータの回
転停止後の位置保持ができないという欠点がある。

【０００５】一方、ウオーム歯車を用いたものは、セル
フロック機能があり、上述の欠点はないが、ウオーム歯
車の動力伝達効率が低いという別の欠点がある。

【０００６】さらに、通常の台形ねじを用いたものは、
機構部をコンパクトに構成できる長所はあるものの、ね
じ部が摩耗に弱いという問題がある。

【０００７】近年、電動バルブアクチュエータを使用す
るプラントにおいては、プラント機器の実装スペースの
節約を図るため、水平配管だけでなく、垂直配管につい
ても、バルブ及び電動アクチュエータを装着したいとい
う要望がある。このような垂直配管に実装する電動アク
チュエータについては、軸線方向の重心位置が取付面か
ら大きく離れると、スペースを占拠するのみならず、配
管の振動特性にも影響を与えるため、アクチュエータ取
付面からの重心位置を極力低くする必要がある。

【０００８】本発明は、上述の問題点に鑑み、セルフロ
ック機能を有するとともに、歯車の伝達効率が高く、し
かもねじ部が摩耗に強く、かつ軸線方向の重心位置を低
くできるようにした電動アクチュエータを提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は、次のようにして解決される。（１）モータにより回転させられるようにしたねじ軸
と、このねじ軸と同軸にねじ係合しているステムナット
とを有し、前記ステムナットを、軸線方向には摺動可能
に、かつ回転方向には回転不能に係止して、前記モータ
の回転運動を、前記ステムナットの直線運動に変換する
ようにした電動アクチュエータにおいて、前記ねじ軸を
中空部を有する筒状とし、その中空部に挿入した出力軸
の端部を、前記ステムナットの閉鎖端において、ステム
ナットに固定する。

【００１０】（２）上記(１)項において、ステムナット
を軸線方向に摺動可能に係止する手段として、キーとキ
ー溝による係合を用いる。

【００１１】（３）上記(１)項において、ステムナット
を軸線方向に摺動可能に係止する手段として、ステムナ
ットの外形を多角形状とする。

【００１２】（４）上記(１)〜(３)項のいずれかにおい
て、モータからの回転駆動力を伝達してねじ軸を減速回
転させる歯車として、円筒歯車を用いる。

【００１３】（５）上記(４)項において、ステムナット
とのねじ係合部をねじ軸の上部に、かつ円筒歯車をねじ
軸の下部に配設する。

【００１４】（６）上記(１)〜(５)項のいずれかにお
いて、ねじ軸、ステムナット、円筒歯車を含む機構部
を、ハウジング及びカバーによる潤滑油充填空間内に収
容する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例の要部
縦断面図、図２は、図１におけるII−II線横断面図であ
る。電動アクチュエータ(Ａ)は、下部が弁装置（図示
略）に結合されている出力軸(10)を有する。出力軸(10)
は、上部ハウジング(11)及び下部ハウジング(12)内に上
下部の軸受(13)(14)により枢支された中空筒状のねじ軸
(15)内に、ねじ軸(15)の軸線方向に摺動可能、かつ軸線
まわりに相対回転可能として挿入されている。

【００１６】ねじ軸(15)の下部には、ヘリカルギアのよ
うな肉厚の大径歯車(16)が同軸的に固着されており、ね
じ軸(15)は、この大径歯車(16)と、これに噛合するピニ
オン(17)を介して、モータ(18)に連結されている。

【００１７】ピニオン(17)は、通常は、モータ(18)によ
り回転駆動されるが、必要に応じ、手動操作も可能とな
るように、傘歯車(19a)(19b)を介して駆動できる手動操
作軸(20)が設けられている。手動操作軸(20)は、常時
は、戻しばね(21)の力で後退位置にあり、傘歯車(19a)
(19b)は互いに離れた不作動位置にある。

【００１８】ねじ軸(15)の上部外周面には、雄ねじが刻
設され、この雄ねじは、内周面に雌ねじが刻設されたス
テムナット(22)と螺合している。(15a)は、この雄ねじ
と雌ねじとの螺合ねじ部を示す。

【００１９】ステムナット(22)の外周面は円筒状をな
し、同じく円筒状を有するカバー(23)内に収容されてい
る。ステムナット(22)の外周面に設けたキー溝(24)の上
面には、カバー(23)に固着されたキー(25)が当接されて
おり、大径歯車(16)に伴うねじ軸(15)の回転運動は、ス
テムナット(22)の直線運動に変換される。

【００２０】ステムナット(22)の上端は閉鎖端(22a)と
なっており、その軸心には孔(26)が穿設されている。こ
の孔(26)に、出力軸(10)の縮径端部(10a)が挿入されて
いる。縮径端部(10a)の上端部には雄ねじ(10b)が刻設
され、ここに螺合したロックナット(27)により、出力軸
(10)は、ステムナット(22)の閉鎖端(22a)に固定されて
いる。この際、縮径端部(10a)に続く出力軸(10)の肩部
(10c)は、ステムナット(22)の閉鎖端(22a)の下面に密着
する。

【００２１】出力軸(10)の上端面には、ロッド(28)が固
着され、その上端部は、カバー(23)を貫いて上方に突出
し、その突出した部分には、ラック(28a)が刻設されて
いる。

【００２２】ラック(28a)には、カバー(23)の上部に取
り付けたポテンショメータ(29)の軸に固着したピニオン
(30)が噛合されている。

【００２３】カバー(23)におけるロッド(28)の貫通部に
は、シール(31)が、また下部ハウジング(12)における出
力軸(10)の貫通部にはシール(32)が、さらに上部ハウジ
ング(11)における手動操作軸(20)の貫通部にはシール(3
3)が、それぞれ装着されており、上下部ハウジング(11)
(12)及びカバー(23)により、潤滑油を封入する閉鎖空間
が形成されている。

【００２４】本発明の電動アクチュエータは上述のよう
な構造であるので、モータ(18)または手動操作軸(20)に
よりピニオン(17)を回転させると、大径歯車(16)及び中
空のねじ軸(15)は一体になって回転し、ねじ軸(15)と螺
合部(15a)で噛合し、かつキー溝(24)とキー(25)との係
合により、軸線方向には摺動可能であるが、回転は不能
であるステムナット(22)は、軸線方向に移動させられ
る。この移動は、中空のねじ軸(15)内に収容されステム
ナット(22)に取り付けられた出力軸(10)に伝えられ、出
力軸(10)が軸線方向に動いて、バルブ（図示省略）を開
閉することとなる。

【００２５】ねじ軸(15)、ステムナット(22)、大径歯車
(16)、ピニオン(17)をを含む可動の機構部は、上下部ハ
ウジング(11)(12)及びカバー(23)により密封される潤滑
油充填空間内に収容され、機構部は完全に潤滑されるの
で、摩耗に強い電動アクチュエータとなっている。

【００２６】前述のように、大径歯車(16)の固着位置が
低いため、弁機構部への取付面(Ｂ)は、アクチュエータ
機構部の重心位置に近くなっている。

【００２７】また、大径歯車(16)は、ウオーム歯車に較
べて動力伝達効率が高いが、本来セルフロック機能に欠
けている。しかし、大径歯車(16)は、ねじ軸(15)とステ
ムナット(22)とからなる回転運動を直線運動に変換する
機構と一体になっているので、螺合ねじ部(15a)により
結果的にセルフロック機能を有する。

【００２８】図３に示す変形例では、ステムナット(22)
の外形が多角形状となっており、同形状の内面を有する
カバー(23)に収容されている。この場合、ステムナット
(22)の回転を阻止するキー溝(24)およびキー(25)は不要
となる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ねじ軸及
び出力軸の長さを短くして、軸線方向の重心位置を低く
できるととともに、良好なセルフロック性能が得られ、
かつ歯車の伝達効率を高めることができる。

【００３０】請求項２記載の発明によれば、簡単な構成
で、確実にステムナットの回転を阻止し、その軸線方向
の移動を許容することができる。

【００３１】請求項３記載の発明によれば、キーとキー
溝等を設ける必要性をなくし、構造をさらに簡素化でき
る。

【００３２】請求項４記載の発明によれば、高い動力伝
達効率が得られ、かつねじ軸とステムナットとからなる
回転運動を直線運動に変換する機構と一体とすることに
より、結果的にセルフロック機能が得られる。

【００３３】請求項５記載の発明によれば、取付面とア
クチュエータ重心位置とを接近させることができ、垂直
配管に装着した場合であっても、耐振性が向上し、配管
強度に及ぼす影響が少なくなる。

【００３４】請求項６記載の発明によれば、ねじ部をグ
リース潤滑とした場合と比較して、潤滑性能が向上し、
摩耗、特にねじ部の摩耗に強い電動アクチュエータとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す要部縦断面図であ
る。

【図２】図１のII−II線における横断面図である。

【図３】変形例を示す図２と同様の断面図である。

【符号の説明】

(Ａ)電動アクチュエータ (Ｂ)取付面 (10)出力軸 (10a)縮径端部 (10b)雄ねじ (10c)肩部 (11)上部ハウジング (12)下部ハウジング (13)(14)軸受 (15)ねじ軸 (15a)螺合ねじ部 (16)大径歯車 (17)ピニオン (18)モータ (19a)(19b)傘歯車 (20)手動操作軸 (21)戻しばね (22)ステムナット (23)カバー (24)キー溝 (25)キー (26)孔 (27)ロックナット (28)ロッド (28a)ラック (29)ポテンショメータ (30)ピニオン (31)(32)(33)シール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータにより回転させられるようにした
ねじ軸と、このねじ軸と同軸にねじ係合しているステム
ナットとを有し、前記ステムナットを、軸線方向には摺
動可能に、かつ回転方向には回転不能に係止して、前記
モータの回転運動を、前記ステムナットの直線運動に変
換するようにした電動アクチュエータにおいて、前記ね
じ軸を中空部を有する筒状とし、その中空部に挿入した
出力軸の端部を、前記ステムナットの閉鎖端において、
ステムナットに固定したことを特徴とする電動アクチュ
エータ。
【請求項２】ステムナットを軸線方向に摺動可能に係
止する手段を、キーとキー溝によるものとした、請求項
１記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】ステムナットを軸線方向に摺動可能に係
止する手段として、ステムナットの外形を多角形状とし
た、請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】モータの回転駆動力を伝達してねじ軸を
減速回転させる歯車として、円筒歯車を用いた請求項１
〜３のいずれかに記載の電動アクチュエータ。
【請求項５】ステムナットとのねじ係合部をねじ軸の
上部に、かつ円筒歯車をねじ軸の下部に配設した、請求
項４記載の電動アクチュエータ。
【請求項６】ねじ軸、ステムナット、円筒歯車を含む
機構部を、ハウジング及びカバーによる潤滑油充填空間
内に収容した、請求項１〜５のいずれかに記載の電動ア
クチュエータ。