JP2004036629A

JP2004036629A - バルブ用アクチュエータ

Info

Publication number: JP2004036629A
Application number: JP2002190025A
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: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】ボールバルブ及びバタフライバルブの回転弁に搭載して確実に逆転防止機能を働かせることのできるバルブ用アクチュエータであり、コンパクトで低コスト化が可能なバルブ用アクチュエータを提供すること。
【解決手段】回転駆動源１２に連動して回転する入力歯車１５と、この入力歯車１５に噛合する中間歯車１４と、入力歯車１５の回転に連動して偏心回転する偏心体１７と、偏心体１７からの偏心回転を受けて揺動回転する外歯歯車１８と、外歯歯車１８と噛合或は係合し、外歯歯車１８の揺動回転を規制する枠体１９と、外歯歯車１８と連動して外歯歯車１８の自転成分を出力可能な出力軸２０からなる減速歯車機構１０を構成し、この出力軸２０と弁ステム３０を介してバルブ用弁体３１を回転自在に接続し、この弁体３１を減速歯車機構１０の偏心モーメントによる位置保持機能により中間開度位置で保持するように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、バルブ用アクチュエータに関し、特に、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁に使用されるアクチュエータは、弁体を所定量回転させるために必要な回転量及びトルクを得るようにモータからの高速回転を減速歯車列を用いて減速して伝達され、この減速歯車列は、ボールバルブ、バタフライバルブ等のバルブの形態、及び流路の呼び径などの仕様に応じて適宜決定するようにしている。
【０００３】
例えば、ボールバルブ用のアクチュエータは、図４に示すようにインボリュート歯形を有する平歯車４ａ、４ｂ、４ｃ、及び４ｄから構成される減速歯車列４を収納し、このアクチュエータは、モータ２の回転軸３からの回転が伝達されると平歯車列によって減速され出力軸５から出力するようにしている。６は出力軸５と接続された弁体（ボール）である。
【０００４】
一方、バタフライバルブ用のアクチュエータは、中間開度において流体が流れた場合にはボールバルブと比較してジスクが流体からの影響を受け易く、ジスクに流体圧が加わった場合に、ジスクが支受けされていないためジスクが逆転するおそれがある。
【０００５】
このため、バタフライバルブ用アクチュエータに使用する減速歯車列は、ボールバルブ用アクチュエータと比較してより強い逆転防止機能を発揮することのできる構造である必要があり、バタフライバルブ用アクチュエータの減速歯車列としては、平歯車列と比較してより強い逆転防止効果を発揮することのできるウォームギヤとウォームを歯車列に組み込み、弁体側から加わる力に対して逆転防止機能を働かせるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ボールバルブ用のアクチュエータは、歯車列の逆転防止機能が十分とはいえない構造であるため、バタフライバルブ用として利用することは困難であり、バタフライバルブ用のアクチュエータは、確実に逆転防止機能を得るためにボールバルブ用アクチュエータとは別構造の減速歯車列を別途設ける必要があった。
このように回転弁用アクチュエータとしては、ボールバルブ又はバタフライ毎に搭載するアクチュエータを準備する必要があり、これらのアクチュエータを共用することはしていない。
【０００７】
また、バタフライバルブ用のように、ウォームとウォームギヤとを利用した減速歯車列を構成するためには広いスペースが必要となり、アクチュエータが大型化し、内部構造もボールバルブ用とは異なるため、大きくコストアップする等の問題が生じていた。
一方、ボールバルブ用のように、平歯車の組合せによる減速歯車列であっても高減速比にするためには歯車数が増加し、このためアクチュエータ全体が大型化するおそれがあった。
【０００８】
更に、ジスクを開閉するために必要なトルクなどに応じて出力軸の軸径を変える必要が生じたり、減速歯車列の歯車の組合せ及び各歯車の配設位置なども適宜設計変更する必要があり、この減速歯車列の設計変更に伴ってその都度アクチュエータの大きさが変わる場合がある。
特に、バルブが大型である場合には、歯車数の増加や減速歯車列の内部構造の複雑化がより顕著になり、歯車列を構成する容積がより広く必要となり、大型化してコストアップの要因となっていた。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するために開発されたものであり、その目的とするところは、ボールバルブ及びバタフライバルブの回転弁に搭載して確実に逆転防止機能を働かせることのできるバルブ用アクチュエータであり、コンパクトで低コスト化が可能なバルブ用アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明におけるバルブ用アクチュエータは、回転駆動源に連動して回転する入力歯車と、この入力歯車に噛合する中間歯車と、入力歯車の回転に連動して偏心回転する偏心体と、偏心体からの偏心回転を受けて揺動回転する外歯歯車と、外歯歯車と噛合或は係合し、外歯歯車の揺動回転を規制する枠体と、外歯歯車と連動して外歯歯車の自転成分を出力可能な出力軸からなる減速歯車機構を構成し、この出力軸と弁ステムを介してバルブ用弁体を回転自在に接続し、この弁体を減速歯車機構の偏心モーメントによる位置保持機能により中間開度位置で保持するようにしたバルブ用アクチュエータである。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前記減速歯車機構は、偏心体の偏心量或いは歯車の表面粗を適宜に選択して異なる出力軸のトルク値であっても略同一容積を有するように構成したバルブ用アクチュエータである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明におけるバルブ用アクチュエータの実施形態を図面に基づいて説明する。図において、１２は双方向回転又は一方向に回転可能な回転駆動源（電動モータ）であり、この回転駆動源１２は、図示しないボルト等の固着手段でケーシング１３の上面側に固着されている。１２ａは回転駆動源１２の駆動軸であり、この駆動軸１２ａは中間歯車１４と噛合して回転駆動源１２からの動力を伝達している。中間歯車１４は、出力軸２０と同軸に設けた入力歯車１５と噛合し、回転駆動源１２からの回転は、駆動軸１２ａ、中間歯車１４を介して減速された後に入力歯車１５に入力される。
【００１３】
１０は減速歯車機構であり、本発明における減速歯車機構１０は、主減速歯車部である入力歯車１５、偏心体１７、外歯歯車１８、枠体１９、出力軸２０と、入力歯車１５に噛合する中間歯車１４から構成されている。偏心体１７は、入力歯車１５に一体に固着され、出力軸２０の軸芯に対して偏心量ｅにおいて偏心するような偏心部１７ａを下部に有し、回転駆動源１２からの回転に連動して回転する入力歯車１５に連動して偏心体１７本体を偏心回転可能に設けている。
【００１４】
外歯歯車１８は、ベアリング２１を介して偏心体１７の外周面側に組合わせ、この外歯歯車１８は、偏心体１７からの偏心回転を受けて偏心回転可能に設けている。この外歯歯車１８の歯形は、エピトロコイド平行曲線からなる曲線に形成している。
【００１５】
枠体１９は、円形状或いは矩形状等の適宜の形状に形成され、減速歯車機構１０を収納するためのケーシング１３内に適宜の手段で固着され、本実施形態において、この枠体１９は内周側に円弧歯形からなる内歯２３を形成した内歯歯車としている。枠体１９は、内歯２３において外歯歯車１８と噛合し、外歯歯車１８の偏心回転を規制して外歯歯車１８が揺動回転可能に設けている。
【００１６】
出力軸２０は、フランジ部２６を一体に回転可能に固着している。２６ａはフランジ部２６に設けた嵌着孔であり、この嵌着孔２６ａに棒状に形成した内ピン２５の一方側を挿嵌している。
また、内ピン２５の他方側は、外歯歯車１８に貫通して設けた貫通孔１８ａに遊嵌して外歯歯車１８とフランジ部２６を重合するようにしている。
外歯歯車１８が回転したときには、貫通孔２６ａ内を内ピン２５が転動しようとする作用によってフランジ部２６に固着された出力軸２０の回転運動に変換され、出力軸２０は、外歯歯車１８と連動して外歯歯車１８の自転成分を出力可能に設けている。
【００１７】
３０は弁ステムであり、出力軸２０からこの弁ステム３０を介してバルブ用弁体３１を回転自在に接続している。本実施形態において、弁体３１が中間開度位置の状態で流体が流れたとしても、減速歯車機構１０の偏心体１７によって生じる偏心モーメントによる弁ステム３０の位置保持機能により、この弁体３１を中間開度で保持するようにしている。
【００１８】
また、このように減速歯車機構１０は、回転駆動源１２に連動して回転する偏心体１７から出力軸２０までの減速機構を図において上下方向に組合わせるようにしているため省スペースであり、この減速歯車機構１０全体の容積を変更することなく減速比を変更することができる。
【００１９】
バルブの開閉動作時には、回転駆動源１２からの回転が駆動軸１２ａ、中間歯車１４を介して入力歯車１５に伝わると、入力歯車１５と一体の偏心体１７が回転する。
偏心体１７が回転すると、偏心部１７ａが偏心回転し、この偏心回転は、ベアリング２１を介して外歯歯車１８に伝達され、外歯歯車１８が偏心回転を開始する。
【００２０】
外歯歯車１８は、偏心体１７の回転により出力軸２０の軸芯を中心として高速で公転しながら、同時に低速で自転しようとするが、外歯歯車１８と噛合する枠体１９と内歯２３の組み合わせによってこの回転が規制され、外歯歯車１８による内歯歯車２３に内接するような揺動回転運動が行われ、外歯歯車１８の減速された自転成分のみを取り出して出力側に伝えることができる。このときの外歯歯車１８の出力軸２０に対する偏心量は２ｅとなる。
【００２１】
外歯歯車１８が揺動回転すると、次いで、内ピン２５が軸径差ｅに設けた貫通孔１８ａ内を転動しようとし、この内ピン２５を介して外歯歯車１８と連動している出力軸２０に外歯歯車１８の回転を伝達して出力軸２０を減速回転させることができる。
【００２２】
図において、入力歯車１５が回転し、外歯歯車１８の出力軸２０を中心とした揺動回転によって減速された回転が出力するときの入力歯車１５の角速度をω_１、外歯歯車１８の角速度をω_２とし、また、外歯歯車１８の歯数をｚ_ａ、内歯歯車１９の歯数をｚ_ｂとすると、角速度比ω_２／ω_１は、１−ｚ_ｂ／ｚ_ａとなり、従って角速度比ω_２／ω_１は、−（ｚ_ｂ−ｚ_ａ）／ｚ_ａとなる。
ここで、ｚ_ｂ−ｚ_ａを１（歯数差１）とすれば、角速度比ω_２／ω_１は−１／ｚ_ａとなり、外歯歯車１８と内歯歯車１９の歯数差を１としたときに回転方向が逆向きで最大減速比を得ることができる。
従って、外歯歯車１８と枠体１９の歯数を組合わせて外歯歯車１８の自転成分を調整して出力軸２０からの回転を所望の減速比にして出力することが可能となる。
【００２３】
偏心体１７の偏心量ｅ、或いは外歯歯車１８と内歯２３の表面粗を適宜に選択するようにしてもよく、この場合、略同一容積の減速歯車機構１０であっても異なるトルク値にすることが可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態において、外歯歯車１８の枚数は、単数枚としているがこの枚数は複数枚であってもよく、複数枚にする場合は、出力軸２０に対して偏心量ｅの偏心方向が対向する向きに偏心体１７を取付け、各偏心体１７に対応して外歯歯車１８を連動可能に設けるようにすれば、各外歯歯車１８と枠体１９が一度に複数箇所で噛合して伝達力が大きくなると共に、特に、外歯歯車１８を２枚設けた場合には、外歯歯車１８と枠体１９の噛合による組合せを出力軸２０を中心として点対称位置に設けることができるため、動力伝達のバランスがよくなる。
【００２５】
また、枠体１９は、内周面側に外歯歯車１８と噛合する内歯２３を設けた内歯歯車としているが、これ以外にも、入力歯車１５が回転したときに外歯歯車１８のエピトロコイド曲線と組合わさって外歯歯車１８の自転成分を抽出できるものであればよく、図３において二点鎖線に示すような内歯２３の一部と略同一曲線を有するローラ状の外ピン２４を回転可能に枠体１９に設け、この外ピン２４に外歯歯車１８を係合させるようにしてもよい。
【００２６】
次に、本発明のバルブ用アクチュエータの作用を説明する。
本発明のバルブ用アクチュエータは、入力歯車１５、偏心体１７、外歯歯車１８、枠体１９、出力軸２０と、入力歯車１５に噛合する中間歯車１４からなる減速歯車機構１０によって、回転駆動源１２からの回転を偏心回転させて伝達して外歯歯車１８を揺動回転させ、この外歯歯車１８の自転成分を出力軸２０から弁ステム３０を介して弁体３１に伝達して弁体３１を回転自在に設け、弁体３１を偏心モーメントによる位置保持機能により中間開度で保持するようにしているので、この状態で弁体３１に流体圧が加わったとしても弁ステム３０が逆転するおそれがない。
【００２７】
従って、本発明のバルブ用アクチュエータは、回転駆動源からの回転力を１つの形式の減速歯車機構１０で減速しながら逆転防止機能を十分に発揮させることができ、この減速歯車機構１０をアクチュエータ内に収納してボールバルブ及びバタフライバルブ用アクチュエータとして共用することができ、コストを大幅に削減することができる。
【００２８】
減速歯車機構１０は、ケーシング１３内に収納する際に同一容積内に収納可能であるため、出力の異なる回転駆動源１２を使用した場合でも外歯歯車１８と枠体１９の内歯２３の歯数を変更して組合せて必要とする減速比に減速することができ、歯車の組合せ及び各歯車の配設位置などの設計変更を行う必要がなく、歯車数が増加したり、減速歯車列の内部構造が複雑化することがなくバルブが大型である場合にもアクチュエータが大型化することがない。
また、出力軸径を変更することなくトルクを伝達することができる。
【００２９】
外歯歯車１８の偏心量ｅを大きくするようにすれば、歯車の噛み合い深さを深くすることができ、また、歯車の表面粗を粗くすれば歯車同志の接触抵抗を増加することができるため、これらを変更することによって伝達するトルク値を変更して異なる出力軸に対応することができると共に、偏心モーメントが増加して逆転防止機能をより一層高めることが可能となる。
なお、このとき外歯歯車１８を２枚設けるようにすれば噛み合い深さが大きくなった場合でもスムーズに回転力を伝達することができる。
また、外歯歯車１８を２枚以上設けた場合には、バックラッシを少なくして高い位置決め制御を行うことができ、弁体を開閉時の精度が高くなり、シール性を高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１に係る発明によると、減速歯車機構の偏心モーメントによる位置保持機能によってバルブの弁体のセルフロック機能を持たせることができ、弁体が中間開度であっても確実に弁体に逆転防止機能を発揮させることができる。
しかも、この減速歯車機構は、同一容積内で歯数の異なる歯車を組合せることによって任意の減速比にできるため、異なるトルクによって仕様の異なるボールバルブ、バタフライバルブの何れの回転弁にも共用することができる。
【００３１】
請求項２に係る発明によると、略同一容積の減速歯車機構を有するアクチュエータによって弁体が開閉する際に必要なトルク値を調整することができ、異なるトルクの弁体に使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブ用アクチュエータの断面図である。
【図２】減速歯車機構の分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】ボールバルブ用アクチュエータの断面図である。
【符号の説明】
１０　減速歯車機構
１２　モータ（回転駆動源）
１７　偏心体
１８　外歯歯車
１９　枠体
２０　出力軸
３０　弁ステム
３１　弁体

Claims

回転駆動源に連動して回転する入力歯車と、この入力歯車に噛合する中間歯車と、入力歯車の回転に連動して偏心回転する偏心体と、偏心体からの偏心回転を受けて揺動回転する外歯歯車と、外歯歯車と噛合或は係合し、外歯歯車の揺動回転を規制する枠体と、外歯歯車と連動して外歯歯車の自転成分を出力可能な出力軸からなる減速歯車機構を構成し、この出力軸と弁ステムを介してバルブ用弁体を回転自在に接続し、この弁体を減速歯車機構の偏心モーメントによる位置保持機能により中間開度位置で保持するようにしたことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
前記減速歯車機構は、偏心体の偏心量或いは歯車の表面粗を適宜に選択して異なる出力軸のトルク値であっても略同一容積を有するように構成した請求項１記載のバルブ用アクチュエータ。