JP2005331086A - バルブのアクチュエータとその組付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト・ナットなどの固定部材の削減、並びに組付工数を削減すると共に、構成部品の芯出しが行い易く、バルブとの接続に際して、アクチュエータの出力軸とバルブの回転軸との同軸度を、正確かつ容易に確保し得るようにしたバルブのアクチュエータとその組付方法を提供する。
【解決手段】ギヤ機構等を有する駆動ユニットに被駆動用のバルブと連結する出力軸を設け、前記駆動ユニットには、前記出力軸を芯出しする位置に連結部を設け、この連結部とバルブのアクチュエータ取付部位とをボルト等の連結手段で直接接続したバルブのアクチュエータである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁やその他のバルブに搭載されるアクチュエータとその組付方法に関し、特に、構成部品の芯出しが行い易く、バルブとの接続に際して、アクチュエータの出力軸とバルブの回転軸との同軸度を、正確かつ容易に確保し得るようにしたバルブのアクチュエータとその組付方法に関する。

バルブに搭載されるアクチュエータとして、例えば、電動モータを駆動源とするアクチュエータにあっては、電動モータと、電動モータの駆動軸と噛合して、電動モータからの回転力を減速して伝達する歯車群と、歯車群を介して伝達された回転力により回転する出力軸等から構成され、これら一連の出力伝達部品を、金属製の底板（下側カバーに相当）に位置決めして配設すると共に、これら部品は金属製のカバーによって覆われている。また、底板下面には雌ネジ部を設けており、この雌ネジ部にバルブのフランジ部に係止したボルトを締め付けて、バルブ本体との接続を行っている。

例えば、実用新案登録第２５０５４２２号公報（特許文献１）は、底板上面に立設したネジタップの雄ネジ部に、電動モータを載置した天板をナット止めしており、この天板と底板とで歯車群や出力軸を軸支すると共に、底板下面に設けた雌ネジ部に、バルブのフランジ部に係止したボルトを締め込むことで、バルブ本体との接続が成されている。

また、実開平２−６６７８８号公報（特許文献２）は、上方へ開口する有底円筒状のヨーク底面から下方へ突出する円筒部を円筒状のバルブボンネットに嵌合して、バルブボンネットと円筒部の夫々側面に設けた雌ネジ部にボルトを締め込んで固定し、アクチュエータの底板に設けた雌ネジ部にヨークのフランジ部をボルト止めすることで、アクチュエータ本体とバルブ本体とを接続している。

さらに、特許第２８７７２１３号公報（特許文献３）のように、ボルト・ナットなどの固定部材を多用しないものがある。特許第２８７７２１３号公報には、アクチュエータの円筒形ハウジング（底板）に穿孔した中心孔に、バルブ本体に固定されたニップル部材を挿入して、このニップル部材の上方に螺合したナットを締め込むことにより、アクチュエータ本体とバルブ本体とを接続する構造が開示されている。
実用新案登録第２５０５４２２号公報 実開平２−６６７８８号公報 特許第２８７７２１３号公報

ところが、上記特許文献１、２をはじめ、従来のアクチュエータにおいては、ギヤ機構や出力軸等から成る一連の出力伝達部品を、金属製の底板（下側カバーに相当）に位置決めして配設するという手段、並びにアクチュエータの駆動部とバルブ本体とは夫々個別の取付手段を用いて底板へ取付する手段のもと、その製造並びに組付が行われているため、バルブ本体との接続に際して、アクチュエータの出力軸とバルブの回転軸との同軸度の確保は容易ではなく、底板に取り付けられた各部品間の角度調整・位置調整を頻繁に行う必要があり、場合によっては底板から一旦取り外すなどして、調整を行う必要があった。さらに、ボルト・ナットなどの固定部材を多用するため、アクチュエータの組立からバルブ本体との接続までに多くの工数を要していた。

また、出力伝達部品などの内部構成部品を覆うアクチュエータのカバーには、軽量化やデザイン性の観点から、樹脂製のものが多用されてきているが、底板に相当する下側カバーについては、その下面がバルブとの接続部位になるため、強度上の観点から未だ金属製のものが多く、これを樹脂製とする場合には、バルブ接続用の金属製ナットを下側カバーにインサート成形して、バルブ本体との接続強度を確保する必要がある。このため、カバーの製造には非常に多くの工数を要し、また、アクチュエータ廃棄時におけるカバーの分解や、リサイクル時の材料分別に工数と費用がかかり、リサイクル率の低下とこれに伴う環境悪化が懸念されている。また、底板が鉄鋳物やＡＤＣ製の場合には、タップ加工を行うことに加え、固定部材の多用による部品点数の増加も伴って、コスト高になってしまう欠点がある。

さらに、底板（下側カバー）に配設された部品の交換作業や点検作業を行う場合には、多数の固定部材を取り外した後、底板から個々に構成部品を取り外さなければならず、メンテナンス性にも問題を有し、さらには、取り外した固定部材を紛失させてしまうおそれもあった。

また、特許文献３の構造では、アクチュエータの駆動部を構成する部品は夫々個別にアクチュエータの円筒形ハウジング（底板）に固定されているので、アクチュエータの組付には依然として多くの工数を要し、アクチュエータをバルブ本体に着脱する際には、アクチュエータのハウジングから夫々部品を取り外さなければならないという問題を有している。

本発明は、上記した実情に鑑み、鋭意検討の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、ボルト・ナットなどの固定部材の削減、並びに組付工数を削減すると共に、構成部品の芯出しが行い易く、バルブとの接続に際して、アクチュエータの出力軸とバルブの回転軸との同軸度を、正確かつ容易に確保し得るようにしたバルブのアクチュエータとその組付方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ギヤ機構等を有する駆動ユニットに被駆動用のバルブと連結する出力軸を設け、前記駆動ユニットには、前記出力軸を芯出しする位置に連結部を設け、この連結部とバルブのアクチュエータ取付部位とをボルト等の連結手段で直接接続したバルブのアクチュエータである。

請求項２に係る発明は、前記駆動ユニットとバルブのアクチュエータ取付部位との間にアクチュエータ用カバーの一部を挟持させて、駆動ユニットの外周面を囲繞するようにしたバルブのアクチュエータである。

請求項３に係る発明は、前記連結部はナット部材であり、このナット部材にバルブのアクチュエータ取付部である取付フランジを介してボルトで連結すると共に、前記駆動ユニットと取付フランジとの間にアクチュエータ用カバーのうちの下カバーを挟持固定したバルブのアクチュエータである。

請求項４に係る発明は、前記ナット部材を下カバーに形成した挿入孔にＯリングを介して挿入し、カバー内に密封保持させたバルブのアクチュエータである。

請求項５に係る発明は、前記駆動ユニットを下カバーの内側底面に載置させ、一方、下カバーに組付ける上カバーの内側に押圧部を形成し、上下カバーを組付けたとき、前記押圧部で前記駆動ユニットを押圧挟持して、カバー内に駆動ユニットを内蔵させたバルブのアクチュエータである。

請求項６に係る発明は、ギヤ機構を設け、かつ、出力軸を有する駆動ユニットに、前記出力軸を芯出しする位置に連結部を設け、この連結部をバルブのアクチュエータ用カバーの挿入孔に挿通させ、この連結部を被駆動用のバルブのアクチュエータ取付部位にボルト等の連結手段を介して、前記駆動ユニットとバルブを直結接続させ、前記駆動ユニットと前記アクチュエータ取付部位との間に駆動ユニットの外周面を囲繞するカバーの一部を挟持固定させて、カバーを囲繞した駆動ユニットをバルブに取付けるようにしたバルブのアクチュエータの組付方法である。

請求項１乃至３に係る発明によると、アクチュエータの構成部品の芯出しが行い易く、また、駆動ユニットとバルブ本体とを直接接続することができるので、バルブ本体との接続に際して、位置ずれを起こす箇所は削減され、アクチュエータの出力軸とバルブの回転軸との同軸度を、正確かつ容易に確保することが可能となった。このため、従来より行われてきた各部品間の角度調整・位置調整作業は大幅に軽減され、極めて精度の高いバルブ制御が可能となった。また、従来構造ではアクチュエータの底板に相当する下側カバーを介して、歯車群や出力軸等からなる駆動部とバルブとが接続されていたので、この下側カバーには出力軸の回転に伴う回転反力に耐え得る強度を持たせる必要があったが、本発明によれば、駆動ユニットにバルブが直接接続される構造であるため、回転反力は駆動ユニットが受けることになり、下カバーには駆動ユニットとバルブとの間に挟まれる挟持力だけが加わり、従って、カバー全体の樹脂化、軽量化を図ることが可能となった。さらに、駆動ユニットを取り外すことなく、アクチュエータをバルブ本体に着脱することが可能となった。

請求項４に係る発明によると、連結部であるナット部材を、下カバーに設けた挿入孔にＯリングを介して挿入することで、アクチュエータ内部への粉塵や液体の侵入を確実に防ぐという効果を奏する。

請求項５に係る発明によると、駆動源として電動モータを採用した場合であっても、電動モータ特有の振動や外部からの振動等の影響を受けることなく、駆動ユニットとこれを内蔵するアクチュエータ用カバーとを強固に位置保持するという効果を奏する。

請求項６に係る発明によると、アクチュエータの駆動ユニットとバルブ本体とを直接接続することができるので、バルブ本体との接続に際して、位置ずれを起こす箇所は削減され、アクチュエータの出力軸とバルブの回転軸との同軸度を、正確かつ容易に確保することが可能となった。さらに、ボルト・ナットなどの固定部材の削減と、アクチュエータの組立からバルブへの接続までの工数を削減でき、製造コストを大幅に削減することが可能になった。

本発明におけるバルブのアクチュエータの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のアクチュエータを示す側面断面図であり、図２は、本発明のアクチュエータを示す正面断面図であり、図３は、本発明のアクチュエータにおいて、上カバーを取り外した状態を示す一部省略平面図である。本実施形態のアクチュエータ１は、駆動源として電動モータ２を搭載しており、電動モータ２からの回転力を減速して伝達するギヤ機構３と、このギヤ機構３を介して伝達された回転力により回転する出力軸４などを鋼板製の下板５に配設して駆動ユニット６を構成している。図１又は図２に示すように、本実施例では下板５に立設した円筒状のスペーサ７に、ネジ８等を介して上板９が強固にネジ止めされており、この上板９には駆動軸２ａを挿通した状態で電動モータ２が載置されている。この電動モータ２の駆動軸２ａは、上板９と下板５とで回転自在に軸支されたギヤ機構３と噛合し、このギヤ機構３は上板９と下板５とを挿通し、回転自在に軸支された出力軸４のギヤ部４ａと噛合している。図中５ａは下板５の軸受孔に装着された下軸受であり、図中９ａは上板９の軸受孔に装着された上軸受である。

また、ギヤ機構３において、バネ３ａで上方に付勢された中間ギヤ３ｂにはクラッチロッド３ｃを摺接させており、アクチュエータ１の手動操作を行う際には、クラッチロッド３ｃを押し下げてギヤの噛合を解除することにより、出力軸４をギヤ機構３の減速比に抗することなく、手動操作することができるようにしている。従って、本実施例ではバネ３ａやクラッチロッド３ｃも駆動ユニット６の構成部品としている。

前記駆動ユニット６には、出力軸４を芯出しする位置に連結部１０を設けている。本実施例では連結部１０として、ナット部材（以下、バルブ接続ナットという）を採用しており、このバルブ接続ナット１０は、内面に雌ネジ部が形成された円筒部１０ａと、この円筒部１０ａより大径である頭部１０ｂから構成されている。図３に示すように、前記下板５にはバルブ接続ナット１０を挿着するための装着孔５ｂが、出力軸４の周方向に本実施例では２ヶ所形成され、この装着孔５ｂ,５ｂの夫々に挿着されたバルブ接続ナット１０,１０は、下板５の下面へ露出した状態でセットされる。なお、本実施例ではバルブ接続ナット１０の頭部１０ｂを円柱状に形成しているが、これに限定するものではなく、六角等の角柱形状としてもよい。また、本実施例における鋼板製の下板５の板厚は、約２．５〜３．０ｍｍとしており、バルブ接続ナット１０の雌ネジ部の呼びはＭ６としている。

バルブ接続ナット１０の頭部１０ｂの高さは、出力軸４に装着される下軸受５ａの上面と同じ高さに抑えてあり、駆動ユニット６へのバルブ接続ナット１０の組み付けを容易にしている。また、バルブ接続ナット１０の下端１０ｃは、後述するアクチュエータ用カバー１２の底面１２ａと略同一平面を成し、この面が後述するバルブ２０との接続に際して、バルブ２０のアクチュエータ取付部に密着するようにしている。バルブ接続ナット１０の材質は、本実施例では金属製（例えば、黄銅）としているが、断熱樹脂製とすることもでき、この場合、バルブ２０からの熱伝動をバルブ接続ナット１０にて遮断することができ、アクチュエータ１内での結露現象などを防ぐことができる。なお、図中１１は止め輪である。

連結部１０としては、前記バルブ接続ナット１０の他、雄ネジ部を有するバルブ接続ボルトを採用することもできるが、後述する防水・防塵用Ｏリング１５とのシール性や、駆動ユニット６への組み込み容易性などの観点から、本実施例に示すナット部材が好ましい。また、使用するバルブ接続ナット１０の個数や挿着位置は、本実施例に限定するものではないが、出力軸４を芯出しする位置であって、部品点数や組立工数、更にはバルブ本体との強固な接続を考慮すると、本実施例に示す形態が好ましい。

図中１２は、上カバー１３と下カバー１４から成る、本実施例では樹脂製のアクチュエータ用カバーであり、前記駆動ユニット６など密封状態で覆う必要がある部品を、このカバー１２内に内蔵する。図示するように、前記駆動ユニット６とバルブ２０のアクチュエータ取付部位、本実施例では取付フランジ２１との間に、下カバー１４を挟持させて駆動ユニット６の外周面を囲繞しており、また、図３に示すように、前記上カバー１３の内側には、円柱又は半円柱状の押圧部１３ａが、本実施例では４ヶ所に突設されている。上下カバーを組付けたときには、前記押圧部１３ａで駆動ユニット６の上板９が押圧された状態で、駆動ユニットをカバー１２内に内蔵する構造となっており、従って、振動等の影響を受けることなく、駆動ユニット６とアクチュエータ用カバー１２とは強固に位置保持される。図中１３ｂは上カバー１３に設けた出力軸挿通孔であり、図中１３ｃはクラッチロッド挿通孔である。このクラッチロッド挿通孔１３ｃの下方周縁には、クラッチロッド３ｃに係止された止め輪３ｄがＯリングを介して当接しており、クラッチロッド３ｃが当接する中間ギヤ３ｂの上方移動を規制している。

前記下カバー１４には、出力軸４を挿通させてアクチュエータ用カバー１２の下面へ挿通させる出力軸挿通孔１４ａと、前記下板５に挿着されたバルブ接続ナット１０を挿入させる挿入孔１４ｂ,１４ｂが夫々形成されており、出力軸４の挿通孔１４ａ、並びにバルブ接続ナット１０の挿入孔１４ｂの内側端面には、弾性ゴムから成る防水・防塵用Ｏリング１５が夫々装着されている。後述するが、上カバー１３と下カバー１４との組付けには、締結部材を用いた締結固定や、凹凸部による嵌め込み構造などの係止固定を採用することができる。また、上カバー１３と下カバー１４とは、駆動ユニット６を挟持した状態において、互いの位置決めが成されるよう構成されており、上カバー１３と下カバー１４との間に介在されたガスケット１６が過度に押圧されることはない。

また、駆動ユニット６の上板９には磁気素子等の弁開度検出部材や、ＬＥＤ等の弁開度表示部材を装着した板材１７を取り付けることで、これらの部品も駆動ユニット６と合わせてユニット化され、カバー１２内に強固に位置保持された状態で内蔵することができるので、アクチュエータの組立作業が容易となり、メンテナンス時には、駆動ユニット６をはじめとする内部構成部品をユニットとしてカバー１２から取り出すことができ、給油作業や不調部分の特定作業を容易に行うことができる。

次に、バルブのアクチュエータの組付方法について説明する。
図４は、本発明であるバルブのアクチュエータの組付方法の一例を示した分離図である。先ず、電動モータ２と、電動モータ２からの回転力を減速して伝達するギヤ機構３と、このギヤ機構３を介して伝達された回転力により回転する出力軸４などを下板５に夫々配設する。本実施例では下板５に立設した円筒状のスペーサ７に、ネジ８等を介して上板９が強固にネジ止めされており、この上板９には駆動軸２ａを挿通した状態で電動モータ２を載置している。ギヤ機構３は上板９と下板５とで軸支し、また、出力軸４は上軸受９ａと下軸受５ａを装着して、上板９と下板５とで軸支する。これにより、電動モータ２の駆動軸２ａはギヤ機構３と噛合し、かつ、ギヤ機構３は出力軸４のギヤ部４ａと噛合した状態で配設され、電動モータ２からの回転力が出力軸４へと減速して伝達される。駆動ユニット６の上板９には磁気素子等の弁開度検出部材や、ＬＥＤ等の弁開度表示部材を装着した板材１７を取り付けることで、これらの部品も駆動ユニット６と合わせてユニット化することができる。

次いで、前記下板５に設けた装着孔５ｂ，５ｂにバルブ接続ナット１０，１０を挿着する。挿着方法として、本実施例では圧入により取り付けているが、接着剤を併用したり、別途の係止部位を設けてもよく、実施に応じて任意である。

前記駆動ユニット６を組立した後、上カバー１３と下カバー１４から成るアクチュエータ用カバー１２内に駆動ユニット６を収容する。下カバー１４に設けた出力軸４の挿通孔１４ａ、並びにバルブ接続ナット１０の挿入孔１４ｂ，１４ｂの内側端面に、弾性ゴムから成る防水・防塵用Ｏリング１５を夫々装着する。これに下板５を挿通した出力軸４とバルブ接続ナット１０，１０を夫々装着させた状態でセットし、下カバー１４の外周部にゴム製ガスケット１６を装着した後、上カバー１３に設けた押圧部１３ａを駆動ユニット６の上板９に押圧させた状態で、この上カバー１３と下カバー１４とで駆動ユニット６を挟み込み、上下カバーに設けた孔部にボルト１８を挿着し、これにナット１９を締め込んで固定する。組み立てられたアクチュエータ１は実施に応じた適宜のバルブ、例えば、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁や、ゲートバルブ、グローブバルブ等の開閉弁と接続する。

図５は、本発明であるアクチュエータの組付方法の他例を示した分離図であり、図４では上カバー１３と下カバー１４との固定に、ボルト１８・ナット１９を用いた締結固定を採用したものであるが、本実施例では上カバー１３に嵌め込み凹部１３ｄを形成し、下カバー１４には嵌め込み凸部１４ｃを形成しており、これら凹凸部を嵌め込ませることにより、上カバー１３と下カバー１４とを係止固定するものである。その他の工程は上述した工程と同様であるので、その説明を省略する。

次いで、アクチュエータ本体１とバルブ本体２０との接続について説明すると、駆動ユニット６の下板５に挿着され、その下端１０ｃがアクチュエータ用カバー１２の底面と略同一平面を成しているバルブ接続ナット１０に、バルブ２０の取付フランジ２１に係止した雄ネジ部材、本実施例ではインシュレータ２２を装着したボルト２３を螺合して、アクチュエータ本体１とバルブ本体２０とを接続する。このとき、カバー１２の下面１２ａと取付フランジ２１の取付面とは密着状態となっており、強固な締め込みが実現される。また、本実施例ではバルブ２０の回転軸２４上端に形成した挿入フラット面２４ａをアクチュエータ１の出力軸４下端に形成した二股部４ｂに挿入して、出力軸４と回転軸２４が一体的に回転するように結合しているが、無論、結合手段はこれに限定するものではない。
このように、一連の出力伝達部品をユニット化して成る駆動ユニット６に、バルブ本体２０が直接接続される構造であるため、その接続状態は強固であり、しかも、アクチュエータ１の出力軸４とバルブ２０の回転軸２４との同軸度は優れた精度を持って、容易にしかも確実に確保される。

本発明のバルブ用アクチュエータは、電動式、空圧式等して構成することができ、汎用工業用や空調機用など、あらゆる分野において利用可能であり、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁や、ゲートバルブ、グローブバルブ等の開閉弁に適用して組付可能なバルブのアクチュエータとその組付方法を提供することができる。

本発明におけるバルブのアクチュエータを示した側面断面図である。 本発明におけるバルブのアクチュエータを示した正面断面図である。 上カバーを取り外した状態を示した一部省略平面図である。 本発明におけるバルブのアクチュエータの組付方法の一例を示した分離図である。 本発明におけるバルブのアクチュエータの組付方法の他例を示した分離図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
３ ギヤ機構
４ 出力軸
５ 下板
６ 駆動ユニット
１０ 連結部（ナット部材、バルブ接続ナット）
１２ アクチュエータ用カバー
１３ 上カバー
１３ａ 押圧部
１４ 下カバー
１４ｂ 挿入孔
１５ Ｏリング
２０ バルブ
２１ 取付フランジ
２３ 連結手段（ボルト）

Claims (6)

1. ギヤ機構等を有する駆動ユニットに被駆動用のバルブと連結する出力軸を設け、前記駆動ユニットには、前記出力軸を芯出しする位置に連結部を設け、この連結部とバルブのアクチュエータ取付部位とをボルト等の連結手段で直接接続したことを特徴とするバルブのアクチュエータ。
2. 前記駆動ユニットとバルブのアクチュエータ取付部位との間にアクチュエータ用カバーの一部を挟持させて、駆動ユニットの外周面を囲繞するようにした請求項１に記載のバルブのアクチュエータ。
3. 前記連結部はナット部材であり、このナット部材にバルブのアクチュエータ取付部である取付フランジを介してボルトで連結すると共に、前記駆動ユニットと取付フランジとの間にアクチュエータ用カバーのうちの下カバーを挟持固定した請求項１又は２に記載のバルブのアクチュエータ。
4. 前記ナット部材を下カバーに形成した挿入孔にＯリングを介して挿入し、カバー内に密封保持させた請求項３に記載のバルブのアクチュエータ。
5. 前記駆動ユニットを下カバーの内側底面に載置させ、一方、下カバーに組付ける上カバーの内側に押圧部を形成し、上下カバーを組付けたとき、前記押圧部で前記駆動ユニットを押圧挟持して、カバー内に駆動ユニットを内蔵させた請求項１乃至４に記載のバルブのアクチュエータ。
6. ギヤ機構を設け、かつ、出力軸を有する駆動ユニットに、前記出力軸を芯出しする位置に連結部を設け、この連結部をバルブのアクチュエータ用カバーの挿入孔に挿通させ、この連結部を被駆動用のバルブのアクチュエータ取付部位にボルト等の連結手段を介して、前記駆動ユニットとバルブを直結接続させ、前記駆動ユニットと前記アクチュエータ取付部位との間に駆動ユニットの外周面を囲繞するカバーの一部を挟持固定させて、カバーを囲繞した駆動ユニットをバルブに取付けるようにしたことを特徴とするバルブのアクチュエータの組付方法。
   

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