JP2018123935A - 操作器 - Google Patents

Abstract

【課題】より薄型の電動式の操作器を実現する。
【課題手段】本発明に係る操作器１００は、リング状に形成され、その内周面に歯１ａを有し、回転不能に設けられた固定内歯車１と、リング状に形成され、その内周面に歯２ｄを有し、固定内歯車と同軸に回転可能に設けられた可動内歯車２と、固定内歯車および可動内歯車と噛み合って固定内歯車の内周面に沿って回転する複数の外歯車４と、リング状に形成され、複数の外歯車を回転可能に支持するとともに、その外周面に駆動用モータからの回転力を受ける歯（３０ａ）を有し、駆動用モータからの回転力を複数の外歯車に伝達し、可動内歯車と同軸に回転可能に設けられたキャリア（３）とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器を操作するための操作器に関し、例えばロータリ式の調節弁の弁軸を操作するための操作器に関する。

一般に、バタフライ弁等のロータリ式の調節弁やダンパのダンパシャフトを操作するための電動式の操作器（アクチュエータ）は、構造上の制約が多い。例えば、ダンパ用の操作器は、ダンパから突き出ているダンパシャフトを操作器の出力軸に固定する必要があるため、操作器の内部にダンパシャフトを通す空間（孔）が必要となる。そのため、操作器内の動力伝達機構（歯車機構）を中空構造としなければならない上に、その動力伝達機構と駆動用モータとを高さ方向に同軸上に配置できない。

このような構造上の制約に対応した従来の電動式の操作器が、特許文献１，２に開示されている。具体的に、特許文献１には、モータの出力軸を中空構造とし、その中空部分に歯車機構からの出力を伝達する出力シャフトを配設することにより、出力シャフトとモータの出力軸とを同軸に配置した構造を有する動力伝達機構が開示されている。また、特許文献２には、遊星歯車機構の太陽歯車とモータとの間に別の歯車機構を設けることにより、操作器における入力軸と出力軸とを同軸上に配置しない（オフセットさせて配置した）構造を有する動力伝達機構が開示されている。

特開２００１−１５３１８９号公報 特開平３−２６０４３６号公報

ところで、ダンパ等を操作するための電動式の操作器は、設置環境により、高さ方向の制約がある場合が多く、より薄型であることが求められている。

しかしながら、特許文献１に開示された操作器では、モータの出力軸が中空構造であるがゆえにその出力軸の径が汎用のモータよりも大きくなり、結果的にモータが大型になるため、操作器の薄型化には限界がある。

また、特許文献２に開示された操作器は、モータと太陽歯車との間に設けた歯車機構の分だけ高さ方向に体積が増加するため、操作器の薄型化には限界がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、より薄型の電動式の操作器を実現することにある。

本発明に係る操作器（１００）は、リング状に形成され、その内周面に歯（１ａ）を有し、回転不能に設けられた固定内歯車（１）と、リング状に形成され、その内周面に歯（２ｄ）を有し、固定内歯車と同軸に回転可能に設けられた可動内歯車（２）と、固定内歯車および可動内歯車と噛み合って固定内歯車の内周面に沿って回転する複数の外歯車（４）と、リング状に形成され、複数の外歯車を回転可能に支持するとともに、その外周面に駆動用モータからの回転力を受ける歯（３０ａ）を有し、駆動用モータからの回転力を複数の外歯車に伝達し、可動内歯車と同軸に回転可能に設けられたキャリア（３）とを備えることを特徴とする。

上記操作器において、可動内歯車の回転軸と異なる軸線上に配置された駆動用モータ（５）と、駆動用モータの出力軸に連結されたモータ用歯車機構（６）とを更に備え、キャリアの外周面に形成された歯（３０ａ）は、モータ用歯車機構を構成する歯車と噛み合っていてもよい。

上記操作器において、キャリアは、固定内歯車と可動内歯車との間に、可動内歯車と同軸に配置されていてもよい。

上記操作器において、可動内歯車は、その回転軸上に形成された貫通孔（２ｂ）と、その外周面と貫通孔との間の領域に可動内歯車の回転軸と平行な方向に形成された貫通孔と同心のリング状の溝（２ａ）と、溝の内壁に形成され、複数の外歯車と噛み合う歯（２ｄ）とを有していてもよい。

上記操作器において、複数の外歯車は、その回転軸上に形成された貫通孔（４ａ）を夫々有し、キャリアは、複数の外歯車の夫々の貫通孔に挿通された複数の軸部材（３１）と、その外周面にモータ用歯車機構を構成する歯車と噛み合う歯（３０ａ）を有し、複数の軸部材の一端を支持する基部（３０）と、複数の外歯車の回転軸方向に、複数の外歯車を挟んで基部と対面配置され、軸部材の他端を支持する支持部材（３２）とを有することを特徴とする。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

以上説明したことにより、本発明によれば、より薄型の電動式の操作器を実現することが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る操作器の動力伝達機構を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る操作器の動力伝達機構を示す分解斜視図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る操作器の動力伝達機構を示す平面図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係る操作器の動力伝達機構を示す別の平面図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る操作器の動力伝達機構を示す正面図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る操作器の動力伝達機構を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１〜６は、本発明の一実施の形態に係る操作器の動力伝達機構を示す図である。
図１には、本実施の形態に係る操作器１００の動力伝達機構の斜視図が示され、図２には、操作器１００の動力伝達機構の分解斜視図が示され、図３，４には、操作器１００の動力伝達機構の平面図が示され、図５には、操作器１００の動力伝達機構の正面図が示され、図６には、操作器１００の動力伝達機構の断面図が示されている。

操作器１００は、例えば、空調設備においてダクト内に設けられて風量を調節するダンパのダンパシャフトを操作する電動式の操作器（アクチュエータ）である。操作器１００は、外部に設けられた制御機器から供給された操作信号に基づいてダンパシャフトを操作することにより、風量を制御する。

操作器１００は、駆動用モータの回転力を駆動対象物であるダンパシャフトに伝達するための動力伝達機構として、不思議遊星歯車機構における太陽歯車の代わりに、複数の遊星歯車を回転可能に保持するキャリアから駆動用モータの動力を入力する構造の減速機を備えている。
以下、操作器１００の動力伝達機構の具体的な構造について、詳細に説明する。

なお、本実施の形態では、操作器１００の動力伝達機構の構造を明確にするために、操作器１００を構成する一部の構成要素についての詳細な説明と図示を省略する。例えば、操作器１００は、動力伝達機構の他に、外部機器から入力された操作信号に基づいて駆動用モータ５の回転を制御する電子回路部や電源ユニット等も備えているが、本実施の形態では、それらの詳細な説明および図示を省略する。

図１に示されるように、操作器１００は、駆動用モータ５、モータ用歯車機構６、および動力伝達機構１０を備えている。

駆動用モータ５は、操作器１００に電源が供給されている場合（通常動作時）に、駆動対象物２００としてのダンパシャフトを操作するための回転力を発生させる部品である。駆動用モータ５は、上述した電子回路部（図示せず）を介して電力が供給されることによって回転が制御される電動モータであり、例えば、ブラシレスモータである。

駆動用モータ５は、動力伝達機構１０を構成する可動内歯車２と非同軸に配置されている。具体的には、図１〜６に示されるように、操作器１００の横方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に、動力伝達機構１０と並んで配置されている。

モータ用歯車機構６は、駆動用モータ５の回転力を後段の動力伝達機構１０に伝えるための歯車機構である。本実施の形態では、一例として、モータ用歯車機構６が、駆動用モータ５の出力軸に接続された１つの外歯車から構成されるものとして説明する。

動力伝達機構１０は、モータ用歯車機構６を介して入力された駆動用モータ５の回転力を、駆動対象物２００としてのダンパシャフトに伝達する減速機である。動力伝達機構１０は、図１〜６に示されるように、固定内歯車１、可動内歯車２、複数の外歯車４、およびキャリア３を含む。動力伝達機構１０を構成するこれらの部品は、例えば金属から成るハウジング（図示せず）に収容されている。

固定内歯車１は、中空構造を有する歯車部品である。具体的に、固定内歯車１は、リング状に形成され、その内周面に歯１ａを有する。固定内歯車１は、例えばハウジングに固定され、回転不能に設けられている。

可動内歯車２は、中空構造を有する歯車部品である。具体的に、可動内歯車２は、リング状に形成され、上述したハウジング内において固定内歯車１と同軸に回転可能に設けられている。より具体的には、可動内歯車２は、回転軸上に形成された貫通孔２ｂと、貫通孔２ｂと外周面２ｃとの間の領域に、可動内歯車２の回転軸と平行な方向に形成された、貫通孔２ｂと同心のリング状の溝２ａとを有する。可動内歯車２の内周面、すなわち溝２ａの外周面２ｃ側の内壁には、複数の歯２ｄが形成されている。

可動内歯車２の貫通孔２ｂは、例えば、図示されないアタッチメントを介して駆動対象物２００としてのダンパシャフトと連結可能になっている。例えば、図１に示すように貫通孔２ｂの内壁に複数の凹部（また凸部）を形成するとともに、アタッチメントの外周面に複数の凸部（または凹部）を形成しておき、可動内歯車２の貫通孔２ｂの複数の凹部とアタッチメントの複数の凸部とを嵌合させることにより、アタッチメントを介して可動内歯車２とダンパシャフトとを連結することが可能となる。

外歯車４は、その外周面に歯４ｂを有し、固定内歯車１と可動内歯車２と噛み合って、固定内歯車１の内周面に沿って回転する部品である。具体的に、外歯車４は、その外周面に形成された歯４ｂが、固定内歯車１の内周面に形成された歯１ａと可動内歯車２の溝２ａの内壁に形成された歯２ｄに噛み合った状態で、後述するキャリア３によって回転可能に保持されている。また、外歯車４は、その回転軸上に形成された貫通孔４ａを有している。

外歯車４は、固定内歯車１の内周面に複数配置される。本実施の形態では、操作器１００が３つの外歯車４を有する場合を例にとり、説明する。

キャリア３は、複数の外歯車４を回転可能に支持し、駆動用モータ５からの回転力を複数の外歯車４に伝達する部品である。キャリア３は、その外周面にモータ用歯車機構６の歯車と噛み合う歯を有し、固定内歯車１と可動内歯車２との間に、可動内歯車２と同軸に配置されている。具体的に、キャリア３は、複数の軸部材３１と、基部３０と、複数の支持部材３２とから構成されている。

複数の軸部材３１は、複数の外歯車４に夫々形成された貫通孔４ａに挿通されている。ここで、各軸部材３１の両端は、挿通されている外歯車４の貫通孔４ａから夫々突出している。各軸部材３１は、基部３０と支持部材３２とによって、外歯車４の回転軸と平行な方向から挟まれて保持されている。

基部３０は、その外周面にモータ用歯車機構６と噛み合う歯を有し、複数の軸部材３１の一端を支持する部品である。基部３０は、固定内歯車１と可動内歯車２との間に、可動内歯車２と同軸に配置されている。具体的に、基部３０は、その外周面に歯３０ａを有するリング状の歯車部３０Ａと、歯車部３０Ａを可動内歯車２上で支持する支持部３０Ｂとから構成されている。

歯車部３０Ａの歯３０ａは、モータ用歯車機構６を構成する一つの外歯車の歯６ａと噛み合っている。

支持部３０Ｂは、歯車部３０Ａと一体形成され、歯車部３０Ａから歯車部３０Ａの回転軸と平行な方向に突出している。支持部３０Ｂは、複数の外歯車４毎に対応して設けられている。本実施の形態では、基部３０は、３つの支持部３０Ｂを有している。これら３つの支持部３０Ｂが可動内歯車２の溝２ａの底面２ｅに載置されることにより、基部３０が可動内歯車２上に回転可能に支持される。

各支持部３０Ｂには、孔３０ｂが夫々形成されている。孔３０ｂには、対応する外歯車４に挿通された各軸部材３１の一端が挿入されている。

支持部材３２は、対応する軸部材３１の他端を支持する部品である。支持部材３２は、対応する外歯車４の回転軸方向に、対応する外歯車４を挟んで基部３０と対面配置されている。各支持部材３２には、孔３２ａが夫々形成されている。孔３２ａには、対応する外歯車４に挿通された軸部材３１の他端が挿入されている。

上述のように、キャリア３は、各外歯車４の回転軸を貫く複数の軸部材３１の両端を、基部３０の支持部３０Ｂと支持部材３２とによって挟み込んで固定することにより、複数の外歯車４を回転（自転および公転）可能に保持している。

上述した動力伝達機構１０を構成する部品は、例えば樹脂材料（例えば、ポリアセタール樹脂）によって構成されている。なお、キャリア３の軸部材３１は、金属（例えばＳＵＳ）から構成されていてもよい。

次に、操作器１００の動作原理について説明する。
操作器１００に電源が供給され、駆動用モータ５が回転した場合、その回転力がモータ用歯車機構６を介してキャリア３に伝達される。駆動用モータ５からの回転力を受けたキャリア３は、固定内歯車１および可動内歯車２と同軸に回転する。このとき、キャリア３によって支持されている複数の外歯車４は、固定内歯車１の歯１ａと噛み合いながら、キャリア３からの回転力を受けて固定内歯車１の内周面に沿って回転（自転および公転）する。

複数の外歯車４の回転力により、それらと噛み合っている可動内歯車２が回転する。これにより、可動内歯車２に連結されている駆動対象物２００としてのダンパシャフトが回転し、空調設備の風量を調節することが可能となる。

以上、本実施の形態に係る操作器１００は、中空構造の固定内歯車１および可動内歯車２と互いに噛み合う複数の外歯車４を回転可能に支持する中空構造のキャリア３から駆動用モータ５の動力を入力する構造の動力伝達機構１０を備えている。この動力伝達機構１０によれば、駆動対象物２００を動力伝達機構１０の中空部分に固定することができるとともに、駆動用モータ５を動力伝達機構１０を構成する可動内歯車２の回転軸（出力軸）とは異なる軸線上に配置することが可能となるので、より薄型のダンパ用の操作器を実現することが可能となる。

具体的には、図１〜６に示すように、キャリア３の外周面に歯３０ａを形成し、その歯３０ａを駆動用モータ５の出力軸に連結されたモータ用歯車機構６の歯６ａと噛み合わせることにより、駆動用モータ５を可動内歯車２の回転軸（動力伝達機構１０の出力軸）からずらして配置することができるので、操作器全体を薄型にすることが可能となる。

特に、キャリア３を、操作器１００の高さ方向（Ｚ軸方向）において、固定内歯車１と可動内歯車２との間に可動内歯車２と同軸に配置することにより、キャリア３の歯３０ａと噛み合うモータ用歯車機構６および駆動用モータ５を、操作器１００の横方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に、固定内歯車１および可動内歯車２と並べて配置することができる。これにより、操作器１００の高さ方向（Ｚ方向）の体積の拡がりを抑えることが可能となり、より薄型の操作器を実現することが可能となる。

また、動力伝達機構１０の構造は、不思議遊星歯車機構における太陽歯車の代わりに設けたキャリア３から外歯車４（遊星歯車に相当）に回転力を伝える構造と考えることもできる。すなわち、上記動力伝達機構は、小型且つ安価な不思議遊星歯車機構をベースとしているので、操作器１００全体の小型化および低コスト化に資する。

また、前述の特許文献１に開示された操作器では、出力軸が中空構造の特殊な電動モータを用いるため、製造コストの増大を招くが、本実施の形態に係る動力伝達機構によれば、駆動用モータ５として、特殊な電動モータではなく汎用の電動モータを用いることができるので、操作器１００の製造コストの増大を抑えることが可能となる。

以上のことから、本実施の形態に係る動力伝達機構１０によれば、より薄型の電動式の操作器を実現することが可能となる。また、本実施の形態に係る動力伝達機構によれば、従来に比べて、電動式の操作器の製造コストを抑えることが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態では、モータ用歯車機構６が一つの外歯車によって構成される場合を例示したが、モータ用歯車機構６を構成する歯車の個数や歯車の種類等はこれに限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、操作器１００を、ダンパのダンパシャフトを操作する操作器として適用する場合を例示したが、これに限られない。例えば、操作器１００を、プラント等において流量のプロセス制御に用いられるバタフライ弁等のロータリ式の調節弁の弁軸を操作する操作器として適用することもできる。

また、上記実施の形態では、動力伝達機構１０を構成する各部品が樹脂材料から構成される場合を例示したが、これに限定されるものではなく、別の材料によって構成されていてもよい。例えば、上述の各部品は、金属材料（例えば、鉄鋼材料）によって構成されていてもよい。

１００…操作器、１０…動力伝達機構、１…固定内歯車、１ａ…歯、２…可動内歯車、２ａ…溝、２ｂ…貫通孔、２ｃ…外周面、２ｄ…歯、２ｅ…底面、３…キャリア、４…外歯車、４ａ…貫通孔、４ｂ…歯、５…駆動用モータ、６…モータ用歯車機構、３０…基部、３０Ａ…歯車部、３０Ｂ…支持部、３０ａ…歯、３０ｂ…孔、３１…軸部材、３２…支持部材、３２ａ…孔、２００…駆動対象物。

Claims (5)

1. リング状に形成され、その内周面に歯を有し、回転不能に設けられた固定内歯車と、
   リング状に形成され、その内周面に歯を有し、前記固定内歯車と同軸に回転可能に設けられた可動内歯車と、
   前記固定内歯車および前記可動内歯車と噛み合って、前記固定内歯車の内周面に沿って回転する複数の外歯車と、
   リング状に形成され、前記複数の外歯車を回転可能に支持するとともに、その外周面に駆動用モータからの回転力を受ける歯を有し、前記駆動用モータからの回転力を前記複数の外歯車に伝達し、前記可動内歯車と同軸に回転可能に設けられたキャリアと、を備える
   操作器。
2. 請求項１に記載の操作器において、
   前記可動内歯車の回転軸と異なる軸線上に配置された前記駆動用モータと、
   前記駆動用モータの出力軸に連結されたモータ用歯車機構と、を更に備え、
   前記キャリアの外周面に形成された歯は、前記モータ用歯車機構を構成する歯車と噛み合っている
   ことを特徴とする操作器。
3. 請求項２に記載の操作器において、
   前記キャリアは、前記固定内歯車と前記可動内歯車との間に、前記可動内歯車と同軸に配置されている
   ことを特徴とする操作器。
4. 請求項３に記載の操作器において、
   前記可動内歯車は、
   その回転軸上に形成された貫通孔と、
   その外周面と前記貫通孔との間の領域に、前記可動内歯車の回転軸と平行な方向に形成された、前記貫通孔と同心のリング状の溝と、
   前記溝の内壁に形成され、前記複数の外歯車と噛み合う歯と、を有する
   ことを特徴とする操作器。
5. 請求項３または４に記載の操作器において、
   前記複数の外歯車は、その回転軸上に形成された貫通孔を夫々有し、
   前記キャリアは、
   前記複数の外歯車の夫々の前記貫通孔に挿通された複数の軸部材と、
   その外周面に前記モータ用歯車機構を構成する歯車と噛み合う歯を有し、前記複数の軸部材の一端を支持する基部と、
   前記複数の外歯車の回転軸方向に、前記複数の外歯車を挟んで前記基部と対面配置され、前記軸部材の他端を支持する支持部材と、を有する
   ことを特徴とする操作器。