JP2004019937A

JP2004019937A - バルブ用アクチュエータ

Info

Publication number: JP2004019937A
Application number: JP2002180483A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Aoki; 青木　和弘; Yasuo Minae; 薬袋　泰夫; Yoshikazu Yokochi; 横地　良和; Masahiro Kazama; 風間　正裕
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】出力トルクの大きさに関係なく、リミットスイッチ、ポテンショメータ等の弁開度検出部材、その他構成部材を共通化し、さらに、弁の開閉位置を正確に検出することを可能にしたコンパクトで、しかも経済性に優れたバルブ用アクチュエータを提供すること。
【解決手段】モータ３からの回転力を、ケーシング１ａ内に配設した内接噛合遊星歯車減速機構７を介して出力軸８に減速して伝達し、該出力軸８の回転により弁体を回動開閉させるバルブ用アクチュエータ１において、出力軸８の上部には該出力軸８より小径である制御軸９を延設すると共に、前記歯車減速機構７の上方に各種の弁開度検出部材１０を配置したバルブ用アクチュエータである。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁に搭載するためのバルブ用アクチュエータであって、特に、電動モータ等を動力源とし、減速機構を介してボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁の弁軸を回転操作する構造のアクチュエータにおいて、出力トルクの大きさに関係なく、リミットスイッチ、ポテンショメータ等の弁開度検出部材、その他構成部材を共通化し、さらに、弁の開閉位置を正確に検出することを可能にしたコンパクトで、しかも経済性に優れたバルブ用アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ボールバルブやバタフライバルブ等に搭載する減速機構を内蔵したバルブ用アクチュエータが各種提案されている。
従来のバルブ用アクチュエータは、モータからの回転力を減速して出力軸に伝達するために、出力軸とモータの回転軸との間に平歯車列を多段等に噛合して連結配設した減速機構を有しており、該減速機構を介することにより、モータからの回転力を減速して出力軸に伝達し、該出力軸と連結した弁軸に伝達して、弁体であるボールやジスクを開閉操作していた。しかし、前記減速機構を内蔵したバルブ用アクチュエータにあっては、多数の平歯車を多段等に噛合して連結配設した構造であるため、出力軸とモータの回転軸との間に広いスペースを確保しなければならず、アクチュエータの大型化につながると共に、構造が複雑になり、かつ部品点数も多くなるため、コスト的にも問題を有していた。
【０００３】
そこで、前記問題を解決するものとして、例えば、特開２００２−１１５７４８号公報が開示されている。
特開２００２−１１５７４８号公報では、少ない歯車数で大きな減速比を得ることができる減速機構を内蔵したアクチュエータが記載されている。
前記減速機構は、ハウジング外へ回転を伝える出力軸の周りに同軸に設けられ、モータによって前記出力軸と相対的に回転することができると共に、回転軸に対して偏心した外周円を持った偏心体と、外内周が前記出力軸と同軸になっており、内周面に沿って内歯車を有し、ハウジングに対して出力軸の周りに回転することができる円環状太陽内歯車と、前記偏心体の外周円と同軸になった内孔円と外周にある外歯車とを持った遊星外歯車であって、前記偏心体と相対回転可能に外挿して設けられ、外歯車を前記円環状太陽内歯車に部分的に噛合わせて太陽内歯車の内周に沿って公転運動をすることができるようになっているものと、前記遊星外歯車の自転を前記出力軸に伝える回転伝達機構と、前記円環状太陽内歯車のハウジングに対する回転を拘束及び開放することができる回転断続機構とからなる減速機構を内蔵するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来（例えば、特開２００２−１１５７４８号公報など）の少ない歯車数で大きな減速比を得ることができる減速機構を内蔵したアクチュエータにあっては、モータからの回転力、即ち、出力トルクの大きさを変更する場合には、出力トルクの大きさに対応した出力軸径に変更しなければならず、同時に、カム部材、リミットスイッチ等の弁体の開度検出部材、その他搭載部品を交換したり、或は配置位置を変更する必要が生じて、前記部品・部材とこれらの部品・部材をアクチュエータ内部に固定配置するための取付板を出力トルク毎に用意し、組立てを行わなければならない等、作業性、経済性にも問題を有していた。
【０００５】
さらに、リミットスイッチ等の弁体の開度検出部材、その他搭載部品を交換したり、或は配置位置を変更する際に、取付部位、或は配置位置にズレが生じていると、特に、出力軸に取り付けたカム部材により、リミットスイッチの接点を押圧してオン・オフ操作する際に、カム部材と、リミットスイッチとの相対的な位置関係に微少なズレが生じて、弁の開閉位置を正確に検出できなくなるという問題も有していた。
【０００６】
本発明は、前記の実情に鑑みて開発に至ったものであり、その目的とするところは、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁に搭載するためのバルブ用アクチュエータであって、特に、電動モータ等を動力源とし、少ない歯車数で大きな減速比を得るとこができる内接噛合遊星歯車減速機構を介してボールバルブ、バタフライバルブなどの弁軸を回転操作する構造のアクチュエータにおいて、出力トルクの大きさに関係なく、リミットスイッチ、ポテンショメータ等の弁開度検出部材、その他構成部材を共通化し、さらに、弁の開閉位置を正確に検出することを可能にしたコンパクトで、しかも経済性に優れたバルブ用アクチュエータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、モータからの回転力を、ケーシング内に配設した内接噛合遊星歯車減速機構を介して出力軸に減速して伝達し、該出力軸の回転により弁体を回動開閉させるバルブ用アクチュエータにおいて、前記歯車減速機構は、モータからの回転力の伝達により回転する偏心体と、該偏心体を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の揺動回転から自転回転を取り出して出力軸に伝える回転伝達機構と、該回転伝達機構を介して連結された出力軸とからなり、該出力軸の上部には該出力軸より小径である制御軸を延設すると共に、前記歯車減速機構の上方に各種の弁開度検出部材を配置したバルブ用アクチュエータである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記弁開度検出部材を、前記歯車減速機構の平面投影面積内に配置したバルブ用アクチュエータである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記弁開度検出部材は、リミットスイッチ、ポテンショメータ、或はその他の部品構成からなり、この弁開度検出部材を共通の取付板に配置してユニットとしたバルブ用アクチュエータである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記モータ等の大きさがアクチュエータの出力によって変わる部品を、前記歯車減速機構の平面投影面積外に設けたバルブ用アクチュエータである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明におけるバルブ用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及び図２に示すように、本発明のバルブ用アクチュエータ１は、ケーシング１ａと、該ケーシング１ａ内（本実施形態ではベース体２上）に直付けに配設された電動モータ３と、該電動モータ３の回転軸に設けられたピニオンギヤ４と噛合する中間歯車５と、該中間歯車５と噛合する歯車であって、出力軸と同軸上に配設された入力歯車６と、前記電動モータ３からの回転力を前記中間歯車５、入力歯車６を介して伝達される内接噛合遊星歯車減速機構７と、該歯車減速機構７を介して減速された回転力により回転する出力軸８と、該出力軸８の上部に延設した制御軸９と、前記歯車減速機構７の上方に配置した弁開度検出部材１０とから構成されている。
【００１２】
前記歯車減速機構７は、前記出力軸８と同軸上に配設されており、図３に示すようにその構成は、前記入力歯車６が挿入固着される偏心体１１と、該偏心体１１を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車１２と、ベース体２などの固定側に固定され、前記外歯歯車１２と内接噛合する内歯歯車１３と、前記外歯歯車１２の揺動回転から自転回転を取り出して出力軸８に伝えると共に、前記出力軸８を所定角度内に回動制御するためのストッパ部（角度位置決め部）１４を有する回転伝達機構１５と、該回転伝達機構１５を介して連結された出力軸８とから構成されている。
【００１３】
前記偏心体１１は、出力軸８に対し、ベアリング１６を介して相対回転可能に配置されており、図４に示すように、偏心した偏心部１１ａの中心は出力軸８から偏心量ｅだけ偏心している。
該偏心体１１の偏心部１１ａ外周部位にはベアリング１７を設けており、該ベアリング１７を介して外歯歯車１２が回転自在に設けられている。
該外歯歯車１２は、外周にトロコイド系歯形１２ａを有しており、該外歯歯車１２と内接噛合する内歯歯車１３は、ベース体２に固定されており、外歯歯車１２と相隣接する内周に円弧歯形１３ａを有している。
【００１４】
本実施形態においては、前記したように、外周にトロコイド系歯形１２ａを有する外歯歯車１２と、該外歯歯車１２と内接噛合する内歯歯車１３は、相隣接する内周に円弧歯形１３ａを有しているが、これに限定されることはなく、トロコイド系歯形１２ａを有する外歯歯車１２と、内歯に相当する外ピン（図示せず）を外歯歯車１２と内接噛合する内周に設けた内歯歯車（図示せず）とからなるものでも良く、さらにその他の内接噛合遊星歯車機構でも良い。
なお、前記歯車減速機構７は、外歯歯車１２や内歯歯車１３の歯数や厚みを調整することにより、内歯歯車１３の外径、即ち、歯車減速機構７の外径の寸法を変えることなく、異なる出力トルクを得ることができるものである。
【００１５】
また、前記回転伝達機構１５は、外歯歯車１２に形成された複数の内ピン孔１２ｂと、該内ピン孔１２ｂ内を遊嵌する内ピン１８と、該内ピン１８を挿入孔１９に挿入固着したピンフランジ２０とから構成されている。
また、内ピン１８をピンフランジ２０上面に一体形成することも可能である。前記ピンフランジ２０は、出力軸８に取付固定されており、該ピンフランジ２０の外周部位にはベアリング２０ａを設けている。
また、ピンフランジ２０の下面には、出力軸８を所定角度内に回動制御するためのストッパ部１４を一体又は別体に設けている。
【００１６】
ベース体２に形成された出力軸挿通孔２ａの上端周縁部位には、回転時に前記ストッパ部１４が当接して係止するための回動規制部２１を切欠き形成して設けており、本実施形態では回動範囲を９０°にしているが、１８０°としてもよい。
【００１７】
前記したように、出力軸８の上部には、該出力軸８より小径である制御軸９を一体又は別体に延設して設けている。
該制御軸９には、リミットスイッチ（弁開度検出部材）１０を押圧してオン・オフ操作するカム部材２２を設けており、本実施形態では該カム部材２２をトレランスリング２３を介して角度調整可能に設けている。
【００１８】
また、図２及び図５に示すように、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる弁開度検出部材１０を、前記歯車減速機構７の上方に位置すると共に、該歯車減速機構７の平面投影面積内に配置している。
【００１９】
また、該弁開度検出部材１０は、共通の取付板２４に配置してユニットとして構成しており、前記取付板２４を介してベース体２に取付固定している。
本実施形態においては、取付部材２５を介して、弁開度検出部材（リミットスイッチ等）１０を取付板２４上に配置しているが、必要に応じて、補助リミットスイッチ等をリミットスイッチ１０に積層して追加設置するとよい。
【００２０】
また、図１及び図５に示すように、モータ３を、前記歯車減速機構７の平面投影面積外に設けると共に、本実施形態においては、前記モータ３をベース体２上に直付けして設置している。
さらに、ベース体２の下部外側には、前記モータ３、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる前記弁開度検出部材１０などの配線が接続される端子箱２６を配置することが可能である。
【００２１】
ベース体２上に配設された電動モータ３が駆動すると、該電動モータ３の回転軸に設けられたピニオンギヤ４が回転すると共に、該ピニオンギヤ４と噛合する中間歯車５を介して、出力軸８と同軸上に配設された入力歯車６が回転する。該入力歯車６は、出力軸８と同軸上に配設された偏心体１１に取付固定されており、入力歯車６に伝達された回転力により、偏心体１１が回転する。
該偏心体１１の回転により、外歯歯車１２は出力軸８の周りで揺動回転をしようとするが、ベース体２等の固定側に固定された内歯歯車１３によって回転が拘束され、該外歯歯車１２は前記内歯歯車１３に内接噛合しながら揺動する。
【００２２】
例えば、外歯歯車１２の歯数をＮ、内歯歯車１３の歯数をＮ＋１とすると、歯数差は１となり、偏心体１１の１回転毎に外歯歯車１２はベース体２等の固定側に固定された内歯歯車１３に対して１歯分ずれることになる。即ち、自転回転が生じる。これにより、偏心体１１の１回転が外歯歯車１２の−１／Ｎの回転に減速されたことになる。
【００２３】
前記外歯歯車１２の回転は、該外歯歯車１２に形成された内ピン孔１２ｂ及び内ピン１８の隙間によって揺動成分が吸収され、自転回転が前記内ピン１８を介してピンフランジ２０へ伝達され、該ピンフランジ２０と連結された出力軸８へ伝達される。
従って、外歯歯車１２の自転回転−１／Ｎの回転が出力軸８へ伝達されることになり、該出力軸８と連結された弁軸２７を回転させる。
【００２４】
また、前記出力軸８が回転すると、該出力軸の上部に一体又は別体に延設して設けた制御軸９が回転し、該制御軸９に設けたカム部材２２によって、歯車減速機構７の上方に配置したリミットスイッチ（弁開度検出部材）１０をオン・オフ操作して、弁軸２７の先端に設けられたバルブ弁体（図示せず）を全開状態、全閉状態にする。
【００２５】
さらに、前記歯車減速機構７に設けられた、本実施形態においては、ピンフランジ２０の下面に一体又は別体に設けられたストッパ部１４と、該ストッパ部１４が当接して係止する回動規制部２１がベース体２に設けられており、特に、手動操作時において、例えば、アクチュエータカバー上部に突出形成された手動操作部（図示せず）を介して出力軸８を回転操作すると、前記ストッパ部１４が回動規制部２１の係止面（係止部）２１ａに当接係止して、出力軸８を所定角度内（９０°、或は１８０°）に回動制御している。
また、本発明のバルブ用アクチュエータにおいて、中間開度可能であることはむろんである。
【００２６】
次に、前記の実施形態の作用を説明する。
本発明におけるバルブ用アクチュエータ１は、ベース体２上に配設された電動モータ３からの回転力を減速して出力軸８へ伝達する手段として、偏心部１１ａを有する偏心体１１と、該偏心体１１を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車１２と、該外歯歯車１２と内接噛合する内歯歯車１３と、前記外歯歯車１２の揺動回転から自転回転を取り出して、出力軸８に伝える回転伝達機構１５と、該回転伝達機構１５を介して連結された出力軸８とから構成される内接噛合遊星歯車減速機構７を出力軸８と同軸上に配設することで、小さなスペースで大きな減速比を得ることができ、さらに、その他の電子部品を内蔵するための有効スペースを確保することを可能にしている。
【００２７】
また、前記出力軸８の上部に、該出力軸８より小径である制御軸９を一体又は別体に延設して設けており、該制御軸９の径をモータ３からの回転力、即ち、出力トルクの大きさに関係なく、一定の径とすることにより、該制御軸９に設けられるカム部材２２を共通部品とすることができる。
【００２８】
さらに、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる弁開度検出部材１０を前記歯車減速機構７の上方であって、該歯車減速機構７の平面投影面積内に配置することで、前記制御軸９に設けられるカム部材２２と、該弁開度検出部材１０との相対位置を、モータ３からの回転力、即ち、出力トルクの大きさに関係なく、一定に、且つコンパクトに維持することが可能となり、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる弁開度検出部材１０を共通部品とすることができると共に、アクチュエータ自体をコンパクトにすることができる。
特に、前記弁開度検出部材１０を出力トルクの大きい歯車減速機構７の平面投影面積内に配置しておけば、これよりも出力トルクの小さいアクチュエータと共通の部品、共通の配置に統一することができる。
【００２９】
また、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる前記弁開度検出部材１０を出力トルクの大きさに関係なく、一定の大きさとした共通の取付板２４に配置してユニットとして構成することにより、共通の取付板２４で、各部材を位置決めすることができる。
【００３０】
また、前記モータ３を前記歯車減速機構７の平面投影面積外に設けることで、有効スペースを確保することが可能なり、例えば、図１に示すように、モータ３を歯車減速機構７の斜め上方のベース体２上部に配置した場合、ベース体２の下部外側には、前記モータ３、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる前記弁開度検出部材１０などの配線が接続される端子箱２６を配置することが可能となる。
従って、アクチュエータの横寸法を小さくしつつ、モータ３、端子箱２６を配置することができる。
【００３１】
さらに、前記歯車減速機構７に角度位置決め部１４（本実施形態では、ストッパ部）を形成することで、出力軸８を所定角度内に回動制御するので、バルブ弁体（図示せず）の正確な開閉操作をさらに可能にしている。
【００３２】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によると、電動モータからの回転力を減速して出力軸へ伝達する手段として、偏心部を有する偏心体と、該偏心体を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の揺動回転から自転回転を取り出して、出力軸に伝える回転伝達機構と、該回転伝達機構を介して連結された出力軸とから構成される内接噛合遊星歯車減速機構を出力軸と同軸上に配設したことにより、減速機構を内蔵したアクチュエータのコンパクト化が可能となると共に、前記減速機構における同一容積内で減速比を変更することが可能であるため、アクチュエータのコンパクト化は勿論のこと、従来、出力トルク毎に必要であった部品・部材を削除することができ、作業性、経済性を向上させることが可能となった。
【００３３】
さらに、出力軸の上部に該出力軸より小径である制御軸を延設して設けて、出力トルクの大きさに関係なく、一定の径とすることにより、該制御軸に設けられるカム部材を共通部品とすることが可能となった。
さらに、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる弁開度検出部材を前記歯車減速機構の上方であって、該歯車減速機構の平面投影面積内に配置することで、前記制御軸に設けられるカム部材と、該弁開度検出部材との相対位置を、出力トルクの大きさに関係なく、一定に維持することが可能となり、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる弁開度検出部材を共通部品とすることが可能となった。
【００３４】
さらに、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる前記弁開度検出部材を共通の取付板に配置してユニットとして構成することにより、共通の取付板で、各部材を位置決めすることが可能となると共に、特に、カム部材と、リミットスイッチとの相対的な位置関係を維持することが可能となり、バルブ弁体の開閉位置を正確に検出することが可能となった。
【００３５】
さらに、前記モータ等のように、大きさがアクチュエータの出力によって変わる部品を前記歯車減速機構の平面投影面積外に設けることで、有効スペースを確保することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるバルブ用アクチュエータの正面断面図である。
【図２】本発明におけるバルブ用アクチュエータの横断面図であるである。
【図３】本発明におけるバルブ用アクチュエータに内蔵する内接噛合遊星歯車減速機構の分離斜視図である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】ケーシング（アクチュエータカバー）を取り外した状態における本発明のバルブ用アクチュエータの平面図である。
【符号の説明】
１　バルブ用アクチュエータ
１ａ　ケーシング
２　ベース体
３　モータ
７　内接噛合遊星歯車減速機構
８　出力軸
９　制御軸
１０　弁開度検出部材
１１　偏心体
１２　外歯歯車
１３　内歯歯車
１５　回転伝達機構
２４　取付板

Claims

モータからの回転力を、ケーシング内に配設した内接噛合遊星歯車減速機構を介して出力軸に減速して伝達し、該出力軸の回転により弁体を回動開閉させるバルブ用アクチュエータにおいて、前記歯車減速機構は、モータからの回転力の伝達により回転する偏心体と、該偏心体を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の揺動回転から自転回転を取り出して出力軸に伝える回転伝達機構と、該回転伝達機構を介して連結された出力軸とからなり、該出力軸の上部には該出力軸より小径である制御軸を延設すると共に、前記歯車減速機構の上方に各種の弁開度検出部材を配置したことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
前記弁開度検出部材を、前記歯車減速機構の平面投影面積内に配置した請求項１に記載のバルブ用アクチュエータ。
前記弁開度検出部材は、リミットスイッチ、ポテンショメータ、或はその他の部品構成からなり、この弁開度検出部材を共通の取付板に配置してユニットとした請求項１又は２に記載のバルブ用アクチュエータ。
前記モータ等の大きさがアクチュエータの出力によって変わる部品を、前記歯車減速機構の平面投影面積外に設けた請求項１乃至３の何れかに記載のバルブ用アクチュエータ。