JP2007132357A - 差動歯車式のバルブ操作機 - Google Patents

Abstract

【課題】高さ方向において小型化することが可能である差動歯車式のバルブ操作機を提供する。
【解決手段】同一の軸心４を中心として回転自在な入力軸５と出力部６とが備えられ、出力部６はケーシング２内に回転自在に保持され、入力軸５は偏心カム５ｂを下端部に有しており、出力部６は減速機構３を介して入力軸５に連動し、減速機構３は互いに歯合する内歯歯車１５と外歯歯車１４とを有し、偏心カム５ｂは、外歯歯車１４に嵌入され、外歯歯車１４を径方向へ押圧して内歯歯車１５に歯合させ、偏心カム５ｂに凹部が形成され、出力部６は凹部に嵌入される突部６ｂを有し、偏心カム５ｂが外歯歯車１４を径方向へ押圧する際の押圧力の反力が、突部６ｂを介して出力部６で受けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばバタフライ弁等のバルブを開閉操作する際に使用される差動歯車式のバルブ操作機に関する。

従来、差動歯車式のバルブ操作機としては、例えば図６に示すように、入力軸５１と出力部５２とを有し、入力軸５１に入力される回転の回転速度を減速して出力部５２から出力するものがある。入力軸５１と出力部５２とは同一の軸心５３の回りに回転自在であり、出力部５２は円筒状のケーシング５４内に回転自在に保持されている。ケーシング５４の上部にはカバー５５が設けられ、入力軸５１はスリーブ５６を介してカバー５５に回転自在に保持されている。

入力軸５１は、その下部に、上記軸心５３に対して径方向へ偏心した円形の偏心カム部５７を有している。また、出力部５２は、ケーシング５４内に設けられた差動歯車式の減速機構５８を介して、入力軸５１に連動している。減速機構５８は互いに内接して歯合する内歯歯車５９と外歯歯車６０とを有している。尚、外歯歯車６０は出力部５２の上方に配置されており、外歯歯車６０の歯数は内歯歯車５９の歯数よりも少なく設定されている。

内歯歯車５９はケーシング５４の上部内周に形成されている。また、偏心カム部５７は、外歯歯車６０の嵌入孔６１に、軸受６２を介して嵌入されており、外歯歯車６０を径方向へ押圧して内歯歯車５９に歯合させている。尚、上記軸受６２はフッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の部材である。

外歯歯車６０の中心は偏心カム部５７の中心を通る偏心軸心６３に一致している。外歯歯車６０には、上下方向（軸心５３の方向）において貫通するピン孔６４が周方向に複数形成されている。また、出力部５２には、ピン孔６４に下方から遊嵌されるピン６５が立設されている。出力部５２の上部には円形の凹部６６が形成されている。また、入力軸５１の偏心カム部５７の下端には円形短軸状の突部６７が形成されている。この突部６７は、上方から、軸受７２を介して凹部６６に嵌入されている。尚、これら凹部６６の中心と突部６７の中心とはそれぞれ上記軸心５３と一致している。また、上記軸受７２はフッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の部材である。

出力部５２には、下方に開放された軸挿入孔６８が形成されている。軸挿入孔６８には、弁（バタフライ弁等）の弁棒６９の上端部が下方から挿入されている。軸挿入孔６８の内周面にはキー溝７０が形成され、出力部５２と弁棒６９の上端部とはキーによって接続されている。

上記入力軸５１には操作用のハンドル（図示せず）が取付けられ、また、ケーシング５４はバタフライ弁等の弁側に取付けられている。
これによると、ハンドルを回すことにより、入力軸５１が軸心５３の回りに回転し、偏心カム部５７が軸心５３の回りに回転して外歯歯車６０を径方向へ押圧して内歯歯車５９に歯合させる。これにより、外歯歯車６０が、上記軸心５３を中心として公転するとともに、偏心軸心６３を中心として上記入力軸５１の回転方向とは逆方向へ減速されて自転する。この外歯歯車６０の自転がピン６５を介して出力部５２に伝達され、出力部５２が回転する。これにより、弁棒６９が回転して弁が開閉する。

また、上記のように偏心カム部５７が外歯歯車６０を径方向へ押圧して内歯歯車５９に歯合させる際、上記偏心カム部５７には径方向の押圧力に対して逆向きの反力が作用し、この反力は突部６７を介して出力部５２で受けられる。これにより、入力軸５１が上記反力によって軸心５３から径方向にぶれるのを防止することができる。

尚、下記文献には上記のような構成を備えたバルブ操作機が記載されている。
特開２０００−３４６２３７

しかしながら上記バルブ操作機では、出力部５２の上部に凹部６６を形成しているため、出力部５２に凹部６６の深さ寸法Ｄを確保する必要がある。また、ケーシング５４の内部空間７１にはグリース等の潤滑剤が注入されており、この潤滑剤が凹部６６から軸挿入孔６８を通って外部へ漏れることを防止するために、凹部６６の下奥端と軸挿入孔６８の上奥端とを連通せず、凹部６６の下奥端と軸挿入孔６８の上奥端との間を肉厚部５２ａで隔てている。したがって、凹部６６の下方に上記肉厚部５２ａを確保する必要もあり、このようなことから、出力部５２の高さＨ（すなわち出力部５２の下端から外歯歯車６０の下端までの高さ）が増大し、その結果、バルブ操作機が高さ方向において大型化するといった問題がある。

本発明は、高さ方向において小型化することが可能である差動歯車式のバルブ操作機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、入力軸と出力部とが備えられ、入力軸と出力部とは軸心回りに回転自在であり、出力部はケーシング内に回転自在に保持され、入力軸はその軸心に対して偏心した偏心部を有しており、出力部は、ケーシング内に設けられた差動歯車式の減速機構を介して、入力軸に連動し、減速機構は互いに歯合する内歯歯車と外歯歯車とを有し、偏心部が、内歯歯車と外歯歯車とのいずれか一方の歯車に嵌入され、この一方の歯車を径方向へ押圧して他方の歯車に歯合させる差動歯車式のバルブ操作機であって、入力軸の出力部側の端部に凹部が形成され、出力部は凹部に嵌入される突部を有し、偏心部が一方の歯車を径方向へ押圧する際の押圧力の反力が、上記突部を介して出力部で受けられるものである。

これによると、入力軸を回転することによって、偏心部が軸心回りに回転して一方の歯車を径方向へ押圧して他方の歯車に歯合させる。これにより、入力軸の回転速度が減速機構によって減速され、出力部が減速された回転速度で回転する。

上記のように偏心部が一方の歯車を径方向へ押圧して他方の歯車に歯合させる際、偏心部には押圧力に対して逆向きの反力が作用し、この反力は突部を介して出力部で受けられる。これにより、入力軸が反力によって軸心から径方向にぶれるのを防止することができる。

また、凹部は、出力部ではなく、入力軸に形成されているため、出力部に凹部の深さ寸法を確保する必要はなく、さらに、入力軸は凹部を形成し得るのに十分な長さを有している。これにより、突部が凹部に嵌入している部分の高さを除いた出力部の高さを、縮小することができる。このため、バルブ操作機を高さ方向において小型化することが可能となる。

本第２発明における差動歯車式のバルブ操作機は、偏心部として偏心カムが入力軸の出力部側の端部に形成され、凹部が偏心カムに形成されているものである。
本第３発明における差動歯車式のバルブ操作機は、出力部は出力部本体と突部とに分割され、突部が出力部本体に嵌め込まれているものである。

これによると、突部を出力部本体と異なった材質にすることができるため、別途、突部を高強度の材質で製作することができる。
本第４発明における差動歯車式のバルブ操作機は、出力部のバルブ側端部に、バルブ側の回転軸が挿入される軸挿入孔を形成し、軸挿入孔の内周面にスプライン溝が形成されているものである。

これによると、軸挿入孔の内周面にスプライン溝を形成しているため、キー溝を形成した場合に比べて、応力集中が低減でき、出力部の高さをさらに低くすることができる。

以上のように、本発明によると、凹部は、入力軸に形成されているため、出力部に凹部の深さ寸法を確保する必要はなく、さらに、入力軸は凹部を形成し得るのに十分な長さを有している。これにより、突部が凹部に嵌入している部分の高さを除いた出力部の高さを、縮小することができる。このため、バルブ操作機を高さ方向において小型化することが可能となる。

また、出力部を出力部本体と突部とに分割することで、突部を出力部本体と異なった材質で製作することができ、別途、突部を高強度の材質で製作することができる。
また、軸挿入孔の内周面にスプライン溝を形成することにより、応力集中が低減でき、出力部の高さをさらに低くすることができる。

以下、本発明における実施の形態を図１〜図５に基いて説明する。
図１，図２に示すように、１は例えばバタフライ弁を開閉操作する際に使用される差動歯車式のバルブ操作機である。

バルブ操作機１は、ケーシング２と、差動歯車式の減速機構３と、同一の軸心４を中心に回転自在な入力軸５と出力部６とを有している。ケーシング２は、円筒形状に形成されており、下端に接続用のフランジ部８を有し、上端にカバー部９を有している。フランジ部８はバタフライ弁側に接合されている。

図３に示すように、入力軸５は、上部に形成された差込部５ａと、下端部（出力部６側の端部）に形成された偏芯カム５ｂ（偏芯部の一例）と、差込部５ａと偏芯カム５ｂとの間に形成された中間軸部５ｃとで構成されている。差込部５ａは、横断面形状が四角であり、操作用のハンドル（図示せず）に差し込み可能である。また、図３（ｂ）に示すように、偏芯カム５ｂは、平面視において円形に形成され、軸心４に対して径方向に所定距離だけ偏心している。尚、偏心軸心１０は偏芯カム５ｂの中心を通る軸心である。

偏芯カム５ｂには、下方（出力部６側）に開放された凹部１３が形成されている。この凹部１３は軸心４を中心とする円形に形成されている。
図１に示すように、入力軸５の中間軸部５ｃは円筒状のスリーブ１１に嵌入されており、中間軸部５ｃの外周面とスリーブ１１の内周面との間には、フッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の軸受１２が挿入されている。また、スリーブ１１は、カバー部９に嵌め込まれており、入力軸５とは個別に、軸心４を中心に回転自在である。

図１，図４に示すように、減速機構３は、互いに内接して歯合する外歯歯車１４（一方の歯車）と内歯歯車１５（他方の歯車）とを有している。外歯歯車１４は、円板状に形成されており、偏心軸心１０を中心としている。入力軸５の偏芯カム５ｂは、外歯歯車１４の中心部に形成された嵌入孔に嵌入されており、外歯歯車１４を径方向へ押圧して内歯歯車１５に歯合させる。偏芯カム５ｂの外周面と外歯歯車１４の嵌入孔の内周面との間には、フッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の軸受１６が挿入されている。また、内歯歯車１５はケーシング２の内周部に形成された固定歯車である。尚、外歯歯車１４の歯数は内歯歯車１５の歯数よりも所定歯数少なく設定されている。

出力部６は、減速機構３を介して入力軸５に連動しており、止め輪１９によってケーシング２内に回転自在に保持されている。また、出力部６は出力部本体６ａと突部６ｂとに分割されている。図５に示すように、出力部本体６ａは円盤状に形成されており、出力部本体６ａには、軸挿入孔２０が軸心４の方向（上下方向）において貫通して形成されている。この軸挿入孔２０には、図１に示すように、バタフライ弁等の弁棒３２（バルブ側の回転軸）の先端が挿入されている。軸挿入孔２０の内周面にはスプライン溝２１が形成されており、弁棒３２と出力部本体６ａとはスプライン嵌合されている。尚、軸挿入孔２０の上端部には嵌込孔部２０ａが形成されており、嵌込孔部２０ａの領域にはスプライン溝２１が形成されていない。

突部６ｂは、円板状の嵌込部２３と、嵌込部２３から上向きに突出する突出体２４とで構成されており、嵌込部２３を軸挿入孔２０の嵌込孔部２０ａに嵌め込むことによって、出力部本体６ａに保持されている。突部６ｂは軸心４を中心とする円形に形成され、図１に示すように、突出体２４が入力軸５の凹部１３に嵌入されている。尚、突出体２４の外周面と凹部１３の内周面との間には、フッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状の軸受２５が挿入されている。また、嵌込部２３の外周面と嵌込孔部２０ａの内周面との間隙は、Ｏリング２６によってシールされている。

図１に示すように、出力部６は、係合手段２８を介して、周方向において外歯歯車１４に係合している。図１，図４に示すように、係合手段２８は、外歯歯車１４に形成された複数のピン孔２８ａと、出力部本体６ａに設けられて各ピン孔２８ａに遊嵌される複数のピン２８ｂとで構成されている。各ピン２８ｂの上端部はスリーブ１１の下端部に係合されており、これによって、外歯歯車１４の回転が、ピン２８ｂを介して、出力部６とスリーブ１１との両者に伝えられる。

図２に示すように、スリーブ１１の上端には開度を示す指針３０が設けられており、カバー部９の上面には開度に対応した開度目盛が表示されている。また、ケーシング２には、出力部６の回転をバルブの全開位置と全閉位置とにおいて規制するストッパーボルト３１ａ，３１ｂが設けられている。また、ケーシング２の内部空間３３には、グリース等の潤滑剤が注入されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
入力軸５の差込部５ａにハンドルを差し込んで取付け、ハンドルを回すことにより、入力軸５が軸心４を中心に回転する。この際、図４に示すように、偏心カム５ｂは、軸心４を中心に回転することで、外歯歯車１４を径方向へ押圧して内歯歯車１５に歯合させる。これにより、外歯歯車１４が、軸心４を中心に公転するとともに、偏心軸心１０を中心に入力軸５とは反対方向へ自転する。この外歯歯車１４の自転がピン２８ｂを介して出力部６とスリーブ１１とに伝えられ、出力部６とスリーブ１１とが共に減速された回転速度で入力軸５とは反対方向へ回転する。これにより、弁棒６９が回転してバタフライ弁が開閉される。

この際、スリーブ１１の回転により、指針３０が移動して開度目盛を指し示す。また、ピン２８ｂの偏心運動はピン孔２８ａにおいて許容される。また、上記のように偏心カム５ｂが外歯歯車１４を径方向へ押圧して内歯歯車１５に歯合させる際、偏心カム５ｂには径方向の押圧力Ｆ１に対して逆向きの反力Ｆ２が作用し、この反力Ｆ２は、突部６ｂを介して出力部６で受けられ、さらに、出力部６からケーシング２で受けられる。これにより、入力軸５が反力Ｆ２によって軸心４から径方向にぶれるのを防止することができる。

また、図１，図３に示すように、凹部１３は、出力部６ではなく、入力軸５に形成されているため、出力部６に凹部１３の深さ寸法Ｄを確保する必要はない。さらに、入力軸５は上記凹部１３を形成し得るのに十分な長さを有している。これらのことにより、突部６ｂが凹部１３に嵌入している部分の高さを除いた出力部６の高さＨを、縮小することができる。このため、バルブ操作機１を高さ方向において小型化することが可能となる。

また、凹部１３を入力軸５の偏心カム５ｂに形成しているため、上記反力Ｆ２を凹部１３すなわち偏心カム５ｂの裏側で受けることになり、入力軸５に曲げ荷重が作用せず、したがって、入力軸５を細くして軽量化することができるといった効果が得られ、さらに、入力軸５とスリーブ１１との摺動抵抗が低減されて入力軸５の操作力が軽減するといった効果も得られる。

また、出力部６を出力部本体６ａと突部６ｂとに分割して構成しているため、突部６ｂを出力部本体６ａと異なった材質にすることができ、別途、突部６ｂを高強度の材質で製作することができる。例えば、出力部本体６ａの材質が鋳鉄や鋳鋼等であるのに対して、突部６ｂの材質にステンレス鋼等を採用することができる。

また、嵌込部２３の外周面と嵌込孔部２０ａの内周面との間隙はＯリング２６によってシールされているため、ケーシング２内の潤滑剤が上記間隙を通り抜けて軸挿入孔２０から外部へ漏れ出るのを防止することができる。

また、図５（ａ）に示すように、軸挿入孔２０は、途中で止まらずに、出力部６の出力部本体６ａを貫通しているため、スプライン溝２１をスロッター加工ではなくブローチ加工で形成することが可能となる。これにより、加工工数が削減され、加工の手間が軽減される。

また、軸挿入孔２０の内周面にスプライン溝２１を形成しているため、キー溝を形成した場合に比べて、応力集中が低減でき、出力部６の高さＨをさらに低くすることができる。

上記実施の形態では、出力部６を出力部本体６ａと突部６ｂとに分割して構成しているが、出力部本体６ａと突部６ｂとを一体に構成してもよい。
上記実施の形態では、各軸受１２，１６，２５を、フッ素樹脂等を材質とする薄い円筒状にしているが、これに限定されるものではなく、例えば、金属を材質としたものや、或いは玉軸受等の他の種類の軸受を用いてもよい。

上記実施の形態では、外歯歯車１４が公転しながら自転し、内歯歯車１５が固定されているタイプのバルブ操作機１を挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、特開２０００−１２０９１７号公報に示されるように、外歯歯車が固定され、内歯歯車が公転しながら自転するタイプのものにも適応できる。また、実開平６−８０９６７号公報に示されるように、外歯歯車が公転のみし、内歯歯車が自転のみするタイプのものにも適応できる。さらに、特開２００１−２４１５１８号公報に示されるように、内歯歯車が公転しながら自転し、外歯歯車が固定され、上記内歯歯車の自転をオルダム継手を介して出力軸に伝えるタイプのものにも適応できる。

上記実施の形態では、バルブ操作機１をバタフライ弁に設けているが、バタフライ弁以外のバルブ、例えばボール弁等に設けてもよい。

本発明の実施の形態におけるバルブ操作機の断面図である。 同、バルブ操作機の平面図である。 同、バルブ操作機の入力軸の図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。 同、バルブ操作機の減速機構の動きを示す平面図である。 同、バルブ操作機の出力部の図であり、（ａ）は出力部を出力部本体と突部とに分離した状態を示し、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図を示し、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ矢視図を示す。 従来のバルブ操作機の断面図である。

符号の説明

１ バルブ操作機
２ ケーシング
３ 減速機構
４ 軸心
５ 入力軸
５ｂ 偏心カム（偏心部）
６ 出力部
６ａ 出力部本体
６ｂ 突部
１３ 凹部
１４ 外歯歯車（一方の歯車）
１５ 内歯歯車（他方の歯車）
２０ 軸挿入孔
２１ スプライン溝
３２ 弁棒（バルブ側の回転軸）
Ｆ１ 押圧力
Ｆ２ 反力

Claims (4)

1. 入力軸と出力部とが備えられ、
   入力軸と出力部とは軸心回りに回転自在であり、
   出力部はケーシング内に回転自在に保持され、
   入力軸はその軸心に対して偏心した偏心部を有しており、
   出力部は、ケーシング内に設けられた差動歯車式の減速機構を介して、入力軸に連動し、
   減速機構は互いに歯合する内歯歯車と外歯歯車とを有し、
   偏心部が、内歯歯車と外歯歯車とのいずれか一方の歯車に嵌入され、この一方の歯車を径方向へ押圧して他方の歯車に歯合させる差動歯車式のバルブ操作機であって、
   入力軸の出力部側の端部に凹部が形成され、
   出力部は凹部に嵌入される突部を有し、
   偏心部が一方の歯車を径方向へ押圧する際の押圧力の反力が、上記突部を介して出力部で受けられることを特徴とする差動歯車式のバルブ操作機。
2. 偏心部として偏心カムが入力軸の出力部側の端部に形成され、
   凹部が偏心カムに形成されていることを特徴とする請求項１記載の差動歯車式のバルブ操作機。
3. 出力部は出力部本体と突部とに分割され、
   突部が出力部本体に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の差動歯車式のバルブ操作機。
4. 出力部のバルブ側端部に、バルブ側の回転軸が挿入される軸挿入孔を形成し、
   軸挿入孔の内周面にスプライン溝が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の差動歯車式のバルブ操作機。

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