JP2002188692A - バルブ用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減速機構の解除手段を有する小型且つ廉価な
バルブ用アクチュエータを提供する。 【解決手段】バルブ用アクチュエータ１の減速機構２０
を、モータ回転軸の回転速度を減速する歯車列からなる
高速側歯車ユニットと、高速側歯車ユニットと出力軸と
の間に配置され、高速側歯車ユニットによって減速され
た回転速度を更に減速して出力軸に伝達する低速側歯車
ユニットと、高速側歯車ユニットの少なくとも一つの歯
車を当該歯車の回転軸線方向に付勢して高速側歯車ユニ
ットから低速側歯車ユニットへの動力伝達を維持する付
勢手段１８と、付勢手段１８の付勢力に抗して当該歯車
を変位させ、高速側歯車ユニットから低速側歯車ユニッ
トへの動力伝達を解除する操作手段３０とを備えてい
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、電動モータ等を動
力源として減速機構を介してボールバルブ等のバルブの
弁軸を回転操作するバルブ用アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】電動モータやエアモータを動力源とし減
速機構を介してボールバルブ等のバルブの弁軸を回転操
作するバルブ用アクチュエータが従来から知られてい
る。かかるバルブ用アクチュエータの減速機構は歯車列
からなり、当該連結機構には、特開平５−３３２４６７
号公報に記載されるように、弁体に連結された出力軸と
歯車列との係合を解除して出力軸の手動操作を可能とす
る操作手段が設けられているものがある。

【０００３】かかる操作手段を備えたバルブ用アクチュ
エータは、出力軸に固定した第一歯車と、第一歯車に直
接係合して回転力を伝える第二歯車とを備え、第一歯車
と第二歯車との係合を解除できる構成を有している。具
体的には、図３に示すように、第一歯車５１が出力軸６
１に固定され、第一歯車５１には第二歯車５２乃至第七
歯車５７の歯車列が順次係合し、第七歯車５７はモータ
６２の回転軸６２ａに固定された第八歯車５８と係合し
ている。そして、コイルばね６３の付勢力によって第二
歯車５２と第一歯車５１との係合状態を常時維持するよ
うになっている。本バルブ用アクチュエータはかかる構
成を有するので、通常のアクチュエータ使用状態ではモ
ータ６２の回転が第八歯車５８乃至第一歯車５１の歯車
列からなる減速機構によって減速しながら出力軸６１に
伝達される。

【０００４】尚、手動操作時には、減速機構の外部に突
出したノブ６４を押し込んで第三歯車５３をコイルばね
６３の付勢力に抗して当該歯車５３の回転軸線方向に移
動させることができるようになっており、これによって
必要に応じて第一歯車５１との係合を解除し、出力軸６
１の手動操作を可能にしている。又、ノブ６４の押し込
み操作をやめるとコイルばね６３の付勢力によって第二
歯車５２が第一歯車５１との係合状態に復帰してアクチ
ュエータ本来の機能を果たすようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】出力軸６１に直結して
いる第一歯車５１には減速機構の歯車列の中で最も大き
な回転トルクが発生するので、この回転トルクに十分耐
えられるだけの機械的強度を第一歯車５１に持たせる必
要がある。ここで同一材料による十分な疲労強度等の確
保から第一歯車５１の厚みを他の歯車の厚みよりも厚く
せざるを得ない。従って、第二歯車５２と第一歯車５１
との係合を解除するためには、少なくとも第一歯車５１
の厚み以上の距離だけ第二歯車５２をその軸線方向に移
動させる必要がある。その為、第二歯車５２の移動スト
ロークを長く取らなければならず、減速機構自体の厚み
が大きくなり、アクチュエータ自体も大きくなる。

【０００６】バルブは通常、屋内の天井付近やエアハン
ドリングユニット内に設置されることが多く設置条件が
制約されることや、アクチュエータの手動操作の操作端
を操作し易くする必要性からもこのようなアクチュエー
タの大型化は好ましくない。一方、かかるアクチュエー
タの大型化を避けるために、第一歯車の材質だけ疲労強
度に優れた特定の材料を使用して第一歯車の厚みを薄く
することで第二歯車の移動ストロークを短くすることも
考えられる。しかし、このように特殊な材質の歯車を使
用することはコスト上問題がある。

【０００７】本発明の目的は、減速機構の解除手段を有
する小型且つ廉価なバルブ用アクチュエータを提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係るバルブ用アクチュエータは、バルブ
駆動用のモータと、バルブの弁軸に連結され且つ一部に
手動操作端を形成した出力軸と、モータの回転軸と出力
軸との間に配置された歯車列からなる減速機構とを有
し、減速機構が、モータ回転軸の回転速度（回転数）を
減速（減少）させる高速側歯車ユニットと、高速側歯車
ユニットと出力軸との間に配置され、高速側歯車ユニッ
トによって減速された回転速度（回転数）を更に減速
（減少）させて出力軸に伝達する低速側歯車ユニット
と、高速側歯車ユニットの少なくとも一つの歯車を当該
歯車の回転軸線方向に付勢して高速側歯車ユニットから
低速側歯車ユニットへの動力伝達を可能にする付勢手段
と、付勢手段の付勢力に抗して当該歯車を変位させ、高
速側歯車ユニットから低速側歯車ユニットへの動力伝達
を解除する操作手段とを備えている。

【０００９】高速側歯車ユニットの少なくとも一つの歯
車を付勢手段の付勢力に抗して変位可能とすることで、
高速側歯車ユニットと低速側歯車ユニットとの係合を解
除するようにした。変位させる歯車と係合する低速側の
歯車には従来のバルブ用アクチュエータの場合ほど大き
な回転トルクが作用しないので、従来のアクチュエータ
のように係合歯車の移動ストロークを大きくとる必要が
なくなり、バルブ用アクチュエータの小型化を図ること
ができる。

【００１０】特に、本発明の請求項２に係るバルブ用ア
クチュエータは、請求項１に記載のバルブ用アクチュエ
ータにおいて、低速側歯車ユニットは、出力軸に固定さ
れた第一の歯車と、第一の歯車に係合する第二の歯車
と、当該第二の歯車と一体に形成された第三の歯車とを
有し、高速側歯車ユニットは、付勢手段の付勢力によっ
て第三の歯車に係合する第四の歯車と、第四の歯車に一
体に形成された第五の歯車とを有し、第四の歯車は、操
作手段によって第三の歯車との係合状態が解除されるよ
うになっている。

【００１１】係合解除用の第四の歯車と出力軸に固定さ
れた第一の歯車との間に２つの歯車が介在しているの
で、第四の歯車に係合する第三の歯車には大きな回転ト
ルクが作用しない。従って、第三の歯車の厚さを薄くで
きるので、第四の歯車の移動ストロークが小さくて済
み、従来のバルブ用アクチュエータに較べて小型化を図
ることができる。

【００１２】更に、本発明の請求項３に係るバルブ用ア
クチュエータは、請求項２に記載のバルブ用アクチュエ
ータにおいて、第一の歯車の厚さよりも第三の歯車の厚
さが薄く形成されている。第一の歯車の厚さよりも第三
の歯車の厚さを薄くすることで、第四の歯車の移動スト
ローク量を小さくすることができ、従来のバルブ用アク
チュエータに較べて確実に小型化することができる。

【００１３】又、本発明の請求項４に係るバルブ用アク
チュエータは、請求項２に記載のバルブ用アクチュエー
タにおいて、低速側歯車ユニットと、高速側歯車ユニッ
トとを同一の有機高分子樹脂によって形成している。係
合を解除するために第四の歯車をその回転軸線方向に移
動できるようにし、且つ低速側歯車ユニットと高速側歯
車ユニットとを同一の有機高分子樹脂によって形成した
ので、小型のバルブ用アクチュエータを低コストで作る
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係るバルブ用アクチュエータについて説明す
る。本発明の一実施形態に係るバルブ用アクチュエータ
１は、図１に示すように、図示しないハウジング内に収
容された第一の支持プレート１１と、第一の支持プレー
ト１１から一定距離離間して平行に配置された第二の支
持プレート１２と、第一の支持プレート１１に載置され
たモータ１３と、両プレートを貫通して回転可能に配置
された出力軸１４と、両プレート間に配置され、モータ
の回転を出力軸に伝達する高速側歯車ユニット及び低速
側歯車ユニットからなる減速機構２０と、高速側歯車ユ
ニットの歯車係合を解除する手動操作部３０とを備えて
いる。

【００１５】出力軸１４の一端（図中、下端）には図示
しないボールバルブ等の回転弁に接続され、他端には弁
体を手動操作するための平面取り部１４ａが形成されて
いる。又、出力軸１４には、両支持プレート間において
出力軸１４の弁体方向への移動を規制する鍔部１４ｂ，
１４ｃが形成されると共に、出力軸１４と一体に回転す
る第一の歯車２１がキー１５を介して出力軸１４に固定
されている。

【００１６】第一の歯車２１にはこれと同一ピッチを有
し且つ第一の歯車２１より小径の第二の歯車２２が係合
している。第二の歯車２２には一側（第二の支持プレー
ト１２側）に第二の歯車２２より大径且つ歯数の多い第
三の歯車２３が同軸且つ一体に形成されている。又、第
二及び第三の歯車２２，２３は両プレートに固定された
固定軸１６に回動自在且つ鍔部１６ａにより軸線方向に
移動しないように取り付けられている。尚、第一の歯車
２１乃至第三の歯車２３によって低速側歯車ユニットを
形成している。

【００１７】続いて、第三の歯車２３にはこれと同一ピ
ッチを有し且つ第三の歯車２３より小径の第四の歯車２
４が係合している。第四の歯車２４には他側（第一の支
持プレート１１側）に第四の歯車２４より大径且つ歯数
の多い第五の歯車２５が同軸且つ一体に形成されてい
る。そして、第四及び第五の歯車２４，２５は両プレー
トに固定された固定軸１７に回動自在且つ軸線方向に移
動可能に取り付けられている。

【００１８】固定軸１７には第一のプレート１１と第五
の歯車２５との間にコイルばね１８が介装されている。
そして、コイルばね１８の付勢力によって第三の歯車２
３と第四の歯車２４が通常係合状態を維持するように第
四及び第五の歯車２４，２５を第二のプレート１２に押
し付けている。第五の歯車２５にはこれと同一ピッチを
有し且つ第五の歯車２５より小径の第六の歯車２６が係
合している。尚、第六の歯車２６は、第五の歯車２５が
軸線方向に移動してもこれと係合状態を維持する程度の
歯幅を有している。第六の歯車２６には他方（第一の支
持プレート１１側）に第六の歯車２６より大径且つ歯数
の多い第七の歯車２７が同軸且つ一体に形成されてい
る。そして、第六及び第七の歯車２６，２７は両プレー
トに固定された固定軸１９に回動自在且つ鍔部１９ａに
より軸線方向に移動しないように取り付けられている。

【００１９】第七の歯車２７は、これより歯数の少な
い、モータ１３の回転軸１３ａに固定された第八の歯車
２８に常時係合している。尚、第四の歯車２４乃至第八
の歯車２８によって高速側歯車ユニットを構成してい
る。高速側歯車ユニットには、第四の歯車２４から第三
の歯車２３を係合解除するための手動操作部３０が備わ
っている。手動操作部３０は、一端が第二の支持プレー
ト１２の孔１２ａを貫通して第五の歯車２５の端面に位
置し他端が第二の支持プレート１２から突出した操作シ
ャフト３１と、操作シャフト３１を第二の支持プレート
１２から突出した状態に維持するコイルばね３２を備え
ている。尚、シャフト一側の拡径部３１ａはコイルばね
３２と協働して第二の支持プレート１２の孔１２ａと係
合し、操作シャフト３１を下方に突出状態に保ち、拡径
部３１ａの先端を第五の歯車２５の下面から離れた状態
に保つ役目を果たしている。又、シャフト他側の拡径部
は作業者が係合解除に際して操作するためのノブ３１ｂ
を形成している。操作シャフト３１の長さ及びコイルば
ね３２のばね定数は操作シャフト３１のノブ３１ｂをコ
イルばね３２の付勢力に抗して押し込んだとき、第四及
び第五の歯車２４，２５が固定軸１７に沿って第一の支
持プレート１１側に移動して第四の歯車２４が第三の歯
車２３から係合解除（図２中、２点鎖線で図示）するよ
うに規定されている。

【００２０】尚、第一歯車２１乃至第八歯車２８の材質
には全てポリアセタール樹脂が使用されている。しか
し、かかる樹脂の代りに潤滑性と疲労強度を併せ持つ樹
脂、例えばポリアミド樹脂等を使用しても良い。又、歯
車２３，２４，２６の夫々の下端面と支持プレート１２
の上面とが摺動するときの摩擦力を低減するために、各
歯車と支持プレートとの間にリング状のグラファイトワ
ッシャ等を介在させても良い。

【００２１】本発明の第一の実施形態に係るバルブ駆動
用アクチュエータ１は、上述のような構成を有している
ので、モータ１３を回転させると、通常のアクチュエー
タ作動状態では回転数（回転速度）が高速側歯車ユニッ
ト及び低速側歯車ユニットを介して減少（減速）しなが
ら出力軸１４に伝達される。そして、出力軸１４の回動
に応じて図示しないボール弁の開閉動作が行なわれる。
出力軸１４が弁閉止状態に対応する回動位置になったこ
とを図示しないリミットスイッチで検知した場合、モー
タ１３の駆動を停止してボール弁の全閉状態を維持す
る。又、出力軸１４が弁全開状態に対応する回動位置に
なったことを当該リミットスイッチで検知した場合、モ
ータ１３の駆動を停止してボール弁の全開状態を維持す
る。更には図示しないコントローラによってモータ１３
の回転数を制御してボール弁の開度を調整する場合もあ
る。

【００２２】一方、例えば停電等、何らかの理由によっ
て手動操作を行なう時には、ノブ３１ｂを第二の支持プ
レート１２に向かって押し付ける。これによって、高速
側歯車ユニットの第四の歯車２４と第五の歯車２５がコ
イルばね３２の付勢力に抗して第一の支持プレート１１
に向かって固定軸１７に沿って移動する。第四の歯車２
４と第五の歯車２５が図１中、二点鎖線で示される位置
まで移動すると、第四の歯車２４と第三の歯車２３との
係合が解除される。これによって、出力軸１４は、第一
の歯車２１と第二及び第三の歯車２２，２３のみが係合
した状態になり、高速側歯車ユニットから低速側歯車ユ
ニットへの動力伝達が解除される。そして、この状態で
手動操作端にレンチやスパナをかけて出力軸１４を手動
で容易に回転させることができるようになる。即ち、出
力軸１４を何れの回転方向にも任意の回転角度だけ回転
させることができる。従って、出力軸１４に連結したボ
ール弁の開閉を手動で容易に行なうことができる。

【００２３】尚、手動操作状態はノブ３１ｂを押してい
る間だけ維持され、ノブ３１ｂの押し込みを止めると第
四の歯車２４と第五の歯車２５とがコイルばね１８の付
勢力によって係合状態、即ち第四の歯車２４が第三の歯
車２３に係合するアクチュエータ作動状態に復帰する。
これによって、操作者が元の係合状態に復帰し忘れるの
確実に防止できる。尚、第四の歯車２４と第三の歯車２
３の歯同士がかみ合わず、両歯車の歯端面同士が当接し
た状態で止まっても、モータ１３を駆動すればその直後
に両歯車が係合して第四の歯車２４と第三の歯車２３と
の係合状態に復帰する。

【００２４】以上のように、本実施形態に係るバルブ用
アクチュエータ１では、高速側歯車ユニットである第四
の歯車２４が低速側歯車ユニットである第三の歯車２３
に対して係合解除可能に構成されているので、従来例の
バルブ用アクチュエータのように手動操作時に低速側歯
車ユニットである第一の歯車と第二の歯車との係合を解
除することはない。本実施形態の第一の歯車は上述した
ように回転トルクに十分耐えられるだけの厚さを有して
いるが、従来のバルブ用アクチュエータのように、第二
の歯車２２を第一の歯車２１に対して係合解除する構造
を採らず、第四の歯車２４が第三の歯車２３に対して係
合解除するようになっているので、低コストの樹脂材料
を使用しながら係合解除用歯車（本実施形態における第
四の歯車２４）の厚みを薄くでき、バルブ用アクチュエ
ータ自体の小型化を図ることができる。

【００２５】次に、上述の第一の実施形態に係るバルブ
用アクチュエータの変形例について説明する。かかる変
形例であるバルブ用アクチュエータ２は、図２の分解斜
視図に示すように、上記アクチュエータ１と構造的に共
通するモータ１１３、プラスチック製の減速用歯車列１
２１〜１２８、金属製の第一の支持プレート１１１、及
び歯車１２１と一体成形したプラスチック製の出力軸１
１４を有している。そして、これらの構成要素は、出力
軸１１４の一部を除いてアクチュエータ２の上部カバー
１１５及び下部カバー１１６とで構成されるプラスチッ
ク製の筐体内に収容されている。一方、本変形例では第
二の支持プレートとして下部カバー１１６の底面を使用
しており、係合解除のための操作部１３０がこの底面に
備わっている点で上述のバルブ用アクチュエータ１と構
成を異にしている。

【００２６】操作部１３０は、下部カバー底面を貫通す
る貫通孔を備えたシャフトホルダ１３２と、操作シャフ
ト１３１の略先端部の全周に掘られた溝に自身の弾性力
によって固定してシャフトホルダ１３２の段部１３２ａ
にシャフト先端を係止させる合成ゴム製のＯ‐リング１
３３と、金属製（若しくは樹脂製）の操作シャフト１３
１の縮径部１３１ａに係合して操作シャフト１３１をカ
バー外方に付勢するコイルばね１３４とを有している。
尚、Ｏ‐リング１３３は、シャフトホルダ１３２の貫通
孔よりもその外径が大きくなっており、操作シャフト１
３１を指で押圧していない時、コイルばね１３４の付勢
力によって段部１３２ａの表面に全周で密着しているの
でアクチュエータ内外のシール性を維持する役目も果た
している。即ち、操作シャフト１３１とシャフトホルダ
１３２との間の隙間を通って液体や気体が筐体内に侵入
することを防ぐ。

【００２７】一方、出力軸１１４の手動操作端は、出力
軸の出力側端部１１４ａ（図中、軸下端部の両面取り
部）を兼用するようになっている。尚、上述の実施形態
ではバルブ用アクチュエータをボール弁に使用する場合
について説明したが、これに限定されることはなく、バ
タフライ弁などの回転弁やダンパの開度調整に使用でき
ることもいうまでもない。

【００２８】又、第二の歯車と第三の歯車を一体に形成
する代りに別体で形成して接着剤等で固着しても良い。
第四の歯車と第五の歯車、第六の歯車と第七の歯車につ
いても同様である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るバル
ブ用アクチュエータは、高速側歯車ユニットの少なくと
も一つの歯車を付勢手段の付勢力に抗して変位可能とす
ることで、高速側歯車ユニットと低速側歯車ユニットと
の係合を解除するようにした。変位させる歯車と係合す
る低速側の歯車には従来のバルブ用アクチュエータの場
合ほど大きな回転トルクが作用しないので、従来のアク
チュエータのように係合歯車の移動ストロークを大きく
とる必要がなくなり、バルブ用アクチュエータの小型化
を図ることができる。

【００３０】特に、本発明の請求項２に係るバルブ用ア
クチュエータは、係合解除用の第四の歯車と出力軸に固
定された第一の歯車との間に２つの歯車が介在している
ので、第四の歯車に係合する第三の歯車には大きな回転
トルクが作用しない。従って、第三の歯車の厚さを薄く
できるので第四の歯車の移動ストロークが小さくて済
み、従来のバルブ用アクチュエータに較べて小型化を図
ることができる。

【００３１】更に、本発明の請求項３に係るバルブ用ア
クチュエータは、第一の歯車の厚さよりも第三の歯車の
厚さを薄くすることで、第四の歯車の移動ストローク量
を小さくすることができ、従来のバルブ用アクチュエー
タに較べて確実に小型化することができる。又、本発明
の請求項４に係るバルブ用アクチュエータは、係合を解
除するために第四の歯車をその回転軸線方向に移動でき
るようにし、且つ低速側歯車ユニットと高速側歯車ユニ
ットとを同一の有機高分子樹脂によって形成したので、
小型のバルブ用アクチュエータを低コストで作ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るバルブ用アクチュエー
タを概略的に示す要部断面図である。

【図２】図１のバルブ用アクチュエータの変形例を部分
的に示す分解斜視図である。

【図３】従来のバルブ用アクチュエータを概略的に示す
要部断面図である。

【符号の説明】

１，２ バルブ用アクチュエータ １１ 第一の支持プレート １２ 第二の支持プレート １３ モータ １４，１１４ 出力軸 １８ コイルばね ２０ 減速機構 ２１ 第一の歯車 ２２ 第二の歯車 ２３ 第三の歯車 ２４ 第四の歯車 ２５ 第五の歯車 ２６ 第六の歯車 ２７ 第七の歯車 ２８ 第八の歯車 ３０ 手動操作部 ３１ 操作シャフト ３２ コイルばね １１１ 第一の支持プレート １１６ 下部カバー １２１〜１２８ 減速用歯車列 １３０ 操作部 １３２ シャフトホルダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H062 BB30 CC01 EE03 3J009 EA04 EA05 EA11 EA21 EA32 EA44 EB06 FA30 3J030 BC01 CA10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブ駆動用のモータと、 バルブの弁軸に連結され且つ一部に手動操作端を形成し
   た出力軸と、 前記モータの回転軸と前記出力軸との間に配置された歯
   車列からなる減速機構とを有するバルブ用アクチュエー
   タにおいて、 前記減速機構が、前記モータ回転軸の回転速度を減速す
   る高速側歯車ユニットと、前記高速側歯車ユニットと前
   記出力軸との間に配置され、前記高速側歯車ユニットに
   よって減速された回転速度を更に減速して前記出力軸に
   伝達する低速側歯車ユニットと、 前記高速側歯車ユニットの少なくとも一つの歯車を当該
   歯車の回転軸線方向に付勢して前記高速側歯車ユニット
   から前記低速側歯車ユニットへの動力伝達を可能にする
   付勢手段と、 前記付勢手段の付勢力に抗して前記歯車を変位させ、前
   記高速側歯車ユニットから前記低速側歯車ユニットへの
   動力伝達を解除する操作手段とを備えたことを特徴とす
   るバルブ用アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記低速側歯車ユニットは、前記出力軸
   に固定された第一の歯車と、前記第一の歯車に係合する
   第二の歯車と、当該第二の歯車と一体に形成された第三
   の歯車を有し、 前記高速側歯車ユニットは、前記付勢手段の付勢力によ
   って前記第三の歯車に係合する第四の歯車と、当該第四
   の歯車に一体に形成された第五の歯車とを有し、 前記第四の歯車は、前記操作手段によって前記第三の歯
   車との係合状態が解除されることを特徴とするバルブ用
   アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記第一の歯車の厚さよりも前記第三の
   歯車の厚さが薄く形成されていることを特徴とする、請
   求項２に記載のバルブ用アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記低速側歯車ユニットと、前記高速側
   歯車ユニットとを同一の有機高分子樹脂によって形成し
   たことを特徴とする、請求項２乃至請求項４のいずれか
   に記載のバルブ用アクチュエータ。