JP2003120838A - 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】 スプリングによるリターン時に衝撃力を確実
に緩和することができ、故障のおそれがなく長寿命であ
り、しかも、簡単な構造によって安価に製造することの
できるスプリングリターン式電動アクチュエータを提供
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、一方、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、前記出
力軸２に回転不能に設けた円板２０と当該出力軸２に回
転可能に設けた出力ギヤ２２とを円板２０に設けた係止
部２３を介して双方向に連動可能に設けると共に、スプ
リングリターン時で前記出力軸２回転停止の際に、前記
係止部２３が出力ギヤ２２に設けられた円弧状孔部２５
内を空転するようにした。

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
ン式電動アクチュエータに関し、例えば、ボールバルブ
やバタフライバルブ等の回転弁に好適な電動アクチュエ
ータに関する。

【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出力軸を停止位
置まで逆転させること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、スプリングによるリターン時に
は、出力軸に駆動用モータからの回転を伝達するための
減速歯車列を介して駆動用モータに伝達されるような駆
動系全体を逆回転させながら逆回転を行うようにするも
のが実施されている。この場合は、通常、小型で低トル
ク性のアクチュエータに適用されている。

【０００４】また、他のリターン方式としては、例え
ば、歯車列から出力軸への動力伝達過程においてクラッ
チを設けておき、出力軸のリターン回転時には、このク
ラッチの結合を切ることによって出力軸から歯車列にリ
ターン時の回転力が伝達しないようにしたものが知られ
ている。

【０００５】更には、歯車列から出力軸への動力伝達過
程にワンウェイクラッチを設け、一方向のみに回転を伝
達させるようにしたものがある。例えば、特開平９−１
３５５５２号、実開平６−７６７８１号は、いずれもワ
ンウェイクラッチを利用してスプリングリターンを行う
ようにしたアクチュエータである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のアクチュータは、何れも次に述べるような課題点を有
している。即ち、スプリングリターン時に出力軸から駆
動モータまでの駆動系全体を逆回転させる方式の場合、
高トルクのスプリングリターンの時にアクチュエータが
急激に停止すると、減速歯車列に強い衝撃力が作用し、
歯車が破損する等の故障の原因となる。また、このよう
に歯車機構に加わる負担が大きいため、歯車の寿命が短
くなるという問題を有している。

【０００７】一方、クラッチ、或は、特開平９−１３５
５５２号、或は、実開平６−７６７８１号のようなワン
ウェイクラッチを利用したリターン方式によって停止時
の衝撃力緩和を行う場合には、部品点数が多くなるばか
りでなく、規定寸法に制約されてアクチュエータの大き
さが大きくなってしまったり、コストアップの原因とな
る等の課題点を有している。

【０００８】本発明は、従来例に示した課題点に鑑みて
開発したものであり、その目的とするところは、スプリ
ングによるリターン時に衝撃力を確実に緩和することが
でき、故障のおそれがなく長寿命であり、しかも、簡単
な構造によって安価に製造することのできるスプリング
リターン式電動アクチュエータを提供することにある。

【０００９】

【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、一方、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、前記出
力軸に回転不能に設けた円板と当該出力軸に回転可能に
設けた出力ギヤとを円板に設けた係止部を介して双方向
に連動可能に設けると共に、スプリングリターン時で前
記出力軸回転停止の際に、前記係止部が出力ギヤに設け
られた円弧状孔部内を空転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。

【００１０】請求項２における発明は、前記円板と同軸
上に設けた出力ギヤに凹部を形成し、この凹部に円板を
所定の間隙を設けて嵌合し、この間隙内に緩衝機構を設
けたスプリングリターン式電動アクチュエータである。

【００１１】請求項３における発明は、前記緩衝機構
は、円板の外周側部に遠心方向に弾発させた板ばねを均
等間隔に設け、この板ばねを出力ギヤの凹部内周面に弾
発接触させたスプリングリターン式電動アクチュエータ
である。

【００１２】請求項４における発明は、前記円板の上面
に固着した係止部を出力ギヤに設けた円弧状孔部に係合
して連動させると共に、この円弧状孔部を係止部の空転
回動領域としたスプリングリターン式電動アクチュエー
タである。

【００１３】

【発明の実施の形態】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面に基づいて
詳述する。図１は、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
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に固着した係着部７に係止して出力
軸２の正回転に伴ってリターントルクが蓄勢され、高ト
ルクを生じるように構成されている。なお、係着部７
は、地板５に設けた穴であってもよく、またコイルスプ
リングは、高トルクを生じるものであれば１個であって
も良い。

【００１４】図中２０は、円板であり、この円板２０
は、キー２６を介して出力軸２に一体に取付けられてい
る。また、８は、複数のギヤからなる歯車列であり、９
はこの歯車列８に設けた回転規制部である。この回転規
制部９は、本例では、図１と図５に示すように円板２０
から突出するようにストッパピンからなる突条部２４を
設け、また、ボトム１ｂにおいて、この突条部２４の同
心円上の係止位置には出力軸２を中心軸とした所定角度
の円弧状溝部１４を切欠き形成している。なお、この円
弧状溝部１４は、本例においては出力軸２を中心にして
９０°の角度になるように設け、円弧状溝部１４の両端
内側部分に突条部２４を係止させると、出力軸２は、ボ
トム１ｂに対して略９０°の角度で回転するように構成
されている。

【００１５】図１において、歯車列８において、２２
は、最終段ギヤである出力ギヤであり、この出力ギヤ２
２は、円板２０に対して同芯円上に回転するように設け
られ、係止機構２７により出力ギヤ２２と円板２０とは
連動回転するように設けられている。本例において、出
力ギヤ２２と円板２０との係止機構２７は、図１及び図
５に示すように、出力ギヤ２２の下面に設けた凹部２２
´に出力軸２に固着した円板２０を所定の間隙２０´を
有して同芯円上に嵌合し、この間隙２０´には緩衝機構
２１を介在させている。そして、出力ギヤ２２には、円
板２０側に固設して設けた駆動ピンからなる係止部２３
が係合する円弧状孔部２５を出力軸２を中心とした所定
角度に形成し、この係止部２３が円弧状孔部２５に係止
したときに円板２０と出力ギヤ２２が連動して所定角度
連動可能になるような係止機構２７を設けている。な
お、この円弧状孔部２５は、本例においては出力軸２を
中心にして１５０°の角度になるように設け、出力軸２
の逆回転時には、この係止機構２７の出力ギヤ２２が円
板２０に対して前記１５０°の範囲内で回転して衝撃力
を緩和するようにしている。

【００１６】円板２０の外周側部には、図６に示すよう
に遠心方向に弾発させた板ばね２１ａを均等間隔に設
け、この板ばね２１ａの中央部位を突出させるようにし
て一部を折り曲げて略弓状に設け、出力ギヤ２２に設け
た凹部２２´内周面に対して板ばね２１ａを弾発接触さ
せるようにした緩衝機構２１を設けている。円板２０を
出力ギヤ２２に嵌め込んだときには、板ばね２１ａの中
央付近が凹部２２´に対して弾発してより大きい摩擦力
を発生可能に設けている。このように、緩衝機構２１
は、円板２０と出力ギヤ２２との間に摩擦力を発生させ
るようにしているが、このときの円板２０と出力ギヤ２
２との間に生じる間隙２０´の間隔を調整し、接触面に
おける摩擦力をより高めるようにするのが望ましい。緩
衝機構２１は、板ばね２１ａを凹部２２´内周面側に設
けてもよく、あるいは係止部２３と円弧状孔部２５の間
に設けるようにしてもよい。

【００１７】２５ａは、円弧状孔部２５の始点であり、
出力軸２が正回転に回転した場合には、この始点２５ａ
に対して円板２０に設けた係止部２３が係止することに
よって出力ギヤ２２に回転力が伝達され、円板２０と出
力ギヤ２２を一体に回転可能に設けている。

【００１８】また、２５ｂは、円弧状孔部２５の終点で
あり、円板２０の上面に固着した係止部２３を出力ギヤ
２２の円弧状孔部２５に係合することによって円板２０
と出力ギヤ２２とを連動させた場合には、係止部２３が
始点２５ａから終点２５ｂまでの間の適宜範囲内で移動
可能となり、この円弧状孔部２５は、係止部２３の空転
回動領域としている。この場合の空転領域は、適宜の間
隔で設定される。

【００１９】なお、歯車列８は、出力ギヤ２２と、モー
タ３のピニオンギヤ１０と中間ギヤ１１ａ，１１ｂを介
して出力ギヤ２２とに噛み合わせて設けられる減速ギヤ
１２によって構成され、減速ギヤ１２、中間ギヤ１１
ａ，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。

【００２０】次に、上記実施形態の作用を説明する。図
２の状態において、電動モータ３に通電して正回転させ
た場合には、ピニオンギヤ１０を駆動させると、歯車列
８を介して動力が伝達して出力ギヤ２２が矢印方向に回
転し、このとき、出力ギヤ２２の始点２５ａに係止部２
３が当接しているので出力ギヤ２２から円板２０に回転
力が伝達して円板２０が出力ギヤ２２と連動して回転
し、円板２０と一体に設けた出力軸２が回転する。

【００２１】この回転時においては、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、この回転は、図３に
示すように円板２０に設けた突条部２４が円弧状溝部１
４の端部１４ｂに当接して出力軸２の回転が９０°の範
囲内に規制されると共に、更に回転を続けようとするモ
ータ３の力により、バルブの開又は閉の状態が図７の破
線の状態に保持される。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３への供給電圧を下げ、消費
電力を減らすと共に、モータ３の過剰な発熱を防止して
いる。

【００２２】なお、別途設けるリミットスイッチにより
バルブの開又は閉を検知し、この検知時には、モータ３
内のクラッチ機構を作動させると共にモータ３に併設し
た電磁ブレーキを作動させて、ピニオンギヤ１０等によ
って構成される減速ギヤ１２の回動を阻止することによ
り、バルブの開又は閉の状態を保持するようにしてもよ
い。この場合、電磁ブレーキからの適度な発熱により、
アクチュエータ内の結露防止も図ることができる。

【００２３】次いで、逆回転の場合には、電動モータ３
への電通を断つと、バルブの開又は閉の保持状態が解除
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。出力軸２の逆回転時には、先
ずキー２６によって出力軸２の回転力が円板２０に伝達
され、円板２０が回転を開始する。円板２０が回転する
と、この円板２０から係止部２３を介して出力ギヤ２２
の始点２５ａに回転力が伝達することによって円板２０
と連動して出力ギヤ２２が回転し、歯車列８が回転を開
始する。

【００２４】この回転は、出力軸２が９０°逆回転した
状態すなわち、図２のように突条部２４が円弧状溝部１
４の端部１４ａに当接して円板２０の回転が規制される
まで行われ、更に、出力ギヤ２２に対しては、なおも円
板２０と連動して回転しようとする力が加わろうとする
が、出力ギヤ２２に設けた円弧状孔部２５内に対して係
止部２３が回転可能であるため、図４に示すように円板
２０に対して出力ギヤ２２が空転回動領域となる円弧状
孔部２５の範囲において空転し、この出力ギヤ２２から
歯車列８に回転が伝達し、続いてモータ３にこの回転が
伝達される。

【００２５】従って、この空転領域によって歯車列８全
体が回転速度を減少しながら徐々に停止し、出力軸２の
逆回転が停止したとき発生する出力軸２と連動して回転
しようとする力は、この歯車列８が回転することで徐々
に吸収され、歯車列８が急激に停止することがなく、衝
撃力の発生を緩和することができる。

【００２６】また、このとき、出力ギヤ２２と円板２０
との間隙２０´において、円板２０の外周において遠心
方向に板ばね２１ａを弾発させた緩衝機構２１を設けて
いるので、この緩衝機構２１によって円板２０と出力ギ
ヤ２２との間に摩擦力を発生させることができ、逆回転
時において出力軸２が略９０°回転して停止した後、出
力ギヤ２２が回転した際に係止部２３を円弧状孔部２５
内の角度内に確実に停止させるような回転を行うことが
でき、出力ギヤ２２が円弧状孔部２５の角度範囲以上に
空転することがない。

【００２７】なお、緩衝機構２１における板ばね２１ａ
は、全体が連結した形状にしたり、或は、本例のように
分割したりして適宜の形状に設けるようにしてもよく、
また、板ばね２１ａが出力ギヤ２２と一体に動くと摩擦
力が変化するおそれがあるので、切欠部２０ａとの間の
間隙２０´を制限したり、或は、一部を曲げ引掛として
板ばね２１ａが切欠部２０ａに対して動かないようにす
るのが望ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、スプリ
ングによるリターン時に急激な力が歯車列に加わること
がなく、衝撃力を確実に緩和することができ、歯車が破
損したりして故障するおそれがなく、また、歯車列に余
計な力が加わることがないので長期に渡って使用するこ
とのできる長寿命のスプリング式電動アクチュエータで
ある。また、クラッチ、或はワンウェイクラッチの場合
と比較して部品点数が少なく、簡単な構造であるから無
駄なコストがかからず、安価でコンパクトに製造するこ
とができる。

【００２９】また、緩衝機構は、容易に形成することが
できるものであり、出力軸の回転停止後におけるスプリ
ングリターンによる中間ギヤ（出力ギヤ）の回動を、所
定の範囲内で確実に停止させることができる。

【００３０】更に、伝達力を徐々に弱めてかかる負担を
少なくするようにしたスプリング式電動アクチュエータ
である。

【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】本発明の作用を示す図１における要部を示した
横断面図である。

【図３】本発明の作用を示す図１における要部を示した
横断面図である。

【図４】本発明の作用を示す図１における要部を示した
横断面図である。

【図５】図１の係止機構を示した分解斜視図である。

【図６】図４の一部拡大図である。

【図７】出力ギヤ付近を示す一部拡大平面図である。

【符号の説明】

２ 出力軸 ３ モータ ４ スプリング ８ 歯車列 ２０ 円板 ２１ 緩衝機構 ２１ａ 板ばね ２２ 出力ギヤ ２２´ 凹部 ２３ 係止部 ２５ 円弧状孔部

Claims (4)

【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、一方、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、前記出力軸に回転不
   能に設けた円板と当該出力軸に回転可能に設けた出力ギ
   ヤとを円板に設けた係止部を介して双方向に連動可能に
   設けると共に、スプリングリターン時で前記出力軸回転
   停止の際に、前記係止部が出力ギヤに設けられた円弧状
   孔部内を空転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】 前記円板と同軸上に設けた出力ギヤに凹
   部を形成し、この凹部に円板を所定の間隙を設けて嵌合
   し、この間隙内に緩衝機構を設けたことを特徴とする請
   求項１記載のスプリングリターン式電動アクチュエー
   タ。
3. 【請求項３】 前記緩衝機構は、円板の外周側部に遠心
   方向に弾発させた板ばねを均等間隔に設け、この板ばね
   を出力ギヤの凹部内周面に弾発接触させたことを特徴と
   する請求項１又は２の何れか１項に記載の記載スプリン
   グリターン式電動アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記円板の上面に固着した係止部を出力
   ギヤに設けた円弧状孔部に係合して連動させると共に、
   この円弧状孔部を係止部の空転回動領域としたことを特
   徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のスプリン
   グリターン式電動アクチュエータ。