JP3975140B2

JP3975140B2 - バルブ駆動用の減速装置

Info

Publication number: JP3975140B2
Application number: JP2002254855A
Authority: JP
Inventors: 清次峯岸; 淳為永
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004092781A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール弁やバタフライ弁等を駆動するためのバルブ駆動用の減速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建築設備や水処理設備の配管路等に設置され、流路の開閉や流量の調整等を行う弁として、ボール弁やバタフライ弁等を用いたバルブが広く知られており、これらのバルブを駆動する装置が数多く提案されている。
【０００３】
近年では、手動でバルブを駆動するタイプの他に、モータを用いることによりいわゆる電動で駆動するタイプの駆動装置も求められている。
【０００４】
図５に特開２００２−１１５７４８号公報で開示されているこの種の駆動装置を示す。この駆動装置Ｐ１は、動力伝達装置（減速装置）Ｇ１とモータ１０とを組み合わせたものである。動力伝達装置Ｇ１は平行軸歯車機構１２及び内接噛合遊星歯車機構１４を備える。
【０００５】
駆動装置Ｐ１のケーシング１６は、２枚のプレート１８、２０によって３つのブロックＢ１〜Ｂ３に分離されている。第１のブロックＢ１は主にモータ１０やその制御装置（補機）２４を、第２のブロックＢ２は主に平行軸歯車機構１２を、第３のブロックＢ３は主に内接噛合遊星歯車機構１４を、それぞれ収容している。
【０００６】
モータ１０の出力軸（平行軸歯車機構１２の入力軸）２６には、平行軸歯車機構１２の第１ピニオン２８が設けられている。
【０００７】
平行軸歯車機構１２は、該第１ピニオン２８及び第１ギヤ３０からなる１段目減速機構３２と、第２ピニオン３４及び第２ギヤ（出力ギヤ）３６からなる２段目減速機構３８とを備える。
【０００８】
内接噛合遊星歯車機構１４は、該第２ギヤ３６が組み込まれた入力軸４０、該入力軸４０と一体化された偏心体４２、該偏心体４２の外周で揺動回転自在に組み込まれた外歯歯車４６、該外歯歯車４６の外歯の歯数より１だけ多い歯数の内歯を有する（僅少の歯数差を有する）内歯歯車４８をその構成要素として有する。出力軸５０は、外歯歯車４６の自転成分のみを伝達するキャリヤ５２を介して該外歯歯車４６と連結されている。又、該出力軸５０の先端には、手動時にスパナ等の図示せぬ棒状物を挿入するための貫通孔５０Ａが形成されている。
【０００９】
なお、内歯歯車４８及び外歯歯車４６の歯形には、いわゆるインボリュート歯形が採用されている。又、出力軸５０は、コスト低減のためその一端部がケーシング１６に直接指示されると共に、他端部は第１のブロックＢ１の側にまで延在され、プレート１８によって支持されている。
【００１０】
この装置の作用を簡単に説明すると、モータ１０の出力軸（平行軸歯車機構１２の入力軸）２６の回転は、２段の平行軸歯車機構１２によって減速され、第２ギヤ３６を介して内接噛合遊星歯車機構１４の入力軸４０に伝達される。該入力軸４０が回転すると、これと一体の偏心体４２を介して外歯歯車４６が内歯歯車４８に内接しながら揺動回転し、この結果、外歯歯車４６は該入力軸４０の１回転毎に内歯歯車４８と外歯歯車４６の歯数差に相当する分だけゆっくりと自転する。そのため、この外歯歯車４６の自転成分相当の回転をキャリヤ５２を介して出力軸５０から取り出すことにより、１段で大きな減速比を得ることができる。このタイプは一般に「揺動回転型」と称されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開２００２−１１５７４８号公報で開示されている減速装置を含め、従来のこの種のバルブ駆動用の減速装置は、外歯歯車が内歯歯車に内接しながら揺動すると、該揺動によって内部ラジアル荷重が発生し、これが外部のラジアル荷重と共振すると、軸ぶれが発生してケーシングによる出力軸の支持部が損傷しやすくなるという問題があった。即ち、この種の減速装置は、前述したように、一般に出力軸がケーシングに直接支持されているため、この軸ぶれの発生によってケーシングによる出力軸の支持部が摩耗し、この結果、更にぶれが大きくなる原因となったり、あるいは、回転抵抗が増大する原因となったりすることがあったものである。
【００１２】
この問題は、前述の特開２００２−１１５７４８号公報で開示されている減速装置のように、内接噛合遊星歯車機構の入力軸の軸方向端部に平行軸歯車機構の出力ギヤが組み込まれ、（出力軸側からの外部ラジアル荷重のみならず）入力軸側からもラジアル荷重が加わるような構成とされている場合に、特に顕著になると考えられる。
【００１３】
また、この種の内接噛合遊星歯車機構は、特にその減速比を大きくとろうとした場合に、（外歯歯車及び内歯歯車ともその歯数を多く設定する必要があることから）一般に半径方向の大きさが大きくなり易いが、バルブを駆動する装置の周辺は、軸方向には余裕があっても、半径方向の余裕が少ないことも多く、駆動装置導入の支障になることが少なくなかった。
【００１４】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、内接噛合遊星歯車機構において発生しやすい「共振」を抑制することにより、出力軸を支持するための高コストの軸受を従来通り不要としながら、当該支持部の摩耗や摩擦の増大を低減すると共に、合わせて半径方向の大きさを小さくし、且つ駆動容量を増大させることのできるバルブ駆動用の減速装置を提供することをその課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一端部がケーシングに直接支持された出力軸を備え、入力軸の回転を、僅少の歯数差を有する外歯歯車及び内歯歯車を備えた内接噛合遊星歯車機構を介して前記出力軸に減速して伝達し、該出力軸と連結されたバルブを駆動するバルブ駆動用の減速装置において、前記内接噛合遊星歯車機構の入力軸にその前段の平行軸歯車機構の出力ギヤが組み込まれ、ｎを２以上の整数としたときに、前記内接噛合遊星歯車機構の内歯歯車に対して前記外歯歯車が軸方向にｎ枚複列に配置されると共に、それぞれの外歯歯車の前記入力軸に対する偏心方向が３６０°／ｎずつシフトされ、且つ、前記出力軸が、前記入力軸を貫通すると共に、前記ケーシングによる前記一端側の支持と、前記複列とした内接噛合遊星歯車機構を介した支持とによってケーシングに支持されている構成とすることにより、上記課題を解決したものである。
【００１６】
本発明においては、内接噛合遊星歯車機構の内歯歯車に対して外歯歯車を軸方向に２枚以上複列に配置し、且つそれぞれの外歯歯車の入力軸に対する偏心方向を円周方向に均等に（３６０°／ｎずつ）シフトさせるようにした。この結果、外歯歯車の揺動に起因して発生する内部ラジアル荷重は、全外歯歯車トータルで互いに相殺され、平行軸歯車機構側からラジアル荷重が印加された場合であっても、共振が発生しにくい。
【００１７】
そのため、内接噛合遊星歯車機構内の各歯車は、より安定した状態で回転することができ、出力軸の回転も安定する。従って出力軸を軸受なしでケーシングに直接支持したとしても、（軸ぶれや摩耗等の問題が発生しないため）低振動、低騒音の特性を長期に亘って維持することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記出力軸が、前記入力軸を貫通すると共に前記ケーシングによる前記一端側の支持と、前記複列とした内接噛合遊星歯車機構を介した支持とによってケーシングに支持されている構成を採用しているため、ケーシングの出力軸の他端側が、該出力軸に対して解放されているような構成（出力軸の他端側が、ケーシングによって支持されていない構成）を採用することができるようになる。
【００１９】
即ち、本発明においては、内歯歯車に対して複数の外歯歯車が内接噛合をしており、しかも、各外歯歯車の偏心方向が円周方向において均等〈３６０°／ｎの角度毎）とされている。このことは、円周上のｎ箇所において全外歯歯車が内歯歯車と「常時接触している」ことを意味し、ラジアル方向が相殺されるだけでなく、内接噛合遊星歯車機構自体が巨大な軸受としての機能を果たし得ることになる。そのため、従来必要とされていた出力軸の他端側の軸受を省略することができる。従って、製造コストをその分低減できるだけでなく、この部分にモータの制御装置（補機）等を配置するスペースをより大きく確保できるようにもなる。
【００２０】
なお、この場合、前記内接噛合遊星歯車機構のキャリヤの外周が円筒状に加工処理され、ケーシングによる該キャリヤの外周の支持を含めて前記複列とした内接噛合遊星歯車機構による支持がなされるように構成すると、一層良好に出力軸を支持することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の例を図１〜図４を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係るバルブ駆動用の減速装置の適用例を示す展開断面図である。なお、この図１は、各歯車の噛合状態等の表示を優先して適宜半径方向に展開して図示しているため、該図１における半径方向の位置（座標）は、現実の縦断面とは必ずしも一致していない。図２は図１の右方向から見た側面図、図３は内接噛合遊星歯車機構の構成を示す要部断面図、図４は図１の左方向から見た側面図である。
【００２３】
この減速装置Ｇ２は、その減速機構として平行軸歯車機構１１２及び内接噛合遊星歯車機構１１４を備え、モータ１１０と共に用いられる。
【００２４】
モータ１１０のモータ軸１２６は、平行軸歯車機構１１４の入力軸を兼用している。即ち、モータ軸１２６には該平行軸歯車機構１１４の第１ピニオン１２８が歯切り形成されている。
【００２５】
平行軸歯車機構１１２は、この第１ピニオン１２８、及び該第１ピニオン１２８と噛合する第１ギヤ１３０からなる１段目減速機構１３２と、該１段目減速機構１３２の第１ギヤ１３０と共に回転する第２ピニオン１３４、及びこの第２ピニオン１３４と噛合する第２ギヤ１３６からなる２段目減速機構１３８とを備える。
【００２６】
２段目減速機構１３８の第２ギヤ１３６は、内接噛合遊星歯車機構１１４の入力軸１４０の外周に組み込まれ、該入力軸１４０と一体回転可能である。
【００２７】
前記内接噛合遊星歯車機構１１４は、当該入力軸１４０、該入力軸１４０と一体化された偏心体１４２、１４３、ベアリング１４４、１４５を介して該偏心体１４２、１４３の外周で揺動回転自在に組み込まれた２列の外歯歯車１４６、１４７、該外歯歯車１４６、１４７の外歯の歯数より１だけ多い歯数の内歯を有する（僅少の歯数差を有する）内歯歯車１４８をその構成要素として有する。外歯歯車１４６、１４７は、それぞれ複数の内ピン孔１４６Ａ、１４７Ａを有し、該内ピン孔１４６Ａ、１４７Ａにキャリヤ１５２と一体化された内ピン１５２Ａが遊嵌している。各外歯歯車１４６、１４７は入力軸１４０に対して、１８０°（３６０°／ｎ：この場合外歯歯車は２列配置であるためｎ＝２）だけ互いにその偏心方向がシフトされている。即ち、図３に示されるように、ちょうど逆方向にシフトされた状態で偏心体１４２、１４３に組付けられている。なお、３列（ｎ＝３）の外歯歯車を軸方向に配置した場合には、各外歯歯車は３６０°／３、即ち１２０°ずつ偏心方向がシフトされた状態で組み付けられる。
【００２８】
キャリヤ１５２は出力軸１５０と連結（圧入）されており、これにより外歯歯車１４６、１４７の自転成分のみがキャリヤ１５２を介して出力軸１５０に伝達される構成となっている。出力軸１５０には、弁体に連結された弁棒（図示略）が係入可能な有底の穴１５０Ａが形成されており、該弁棒が出力軸１５０と動力伝達可能に連結される。
【００２９】
ここで、本減速装置Ｇ２の各部材の配置構成についてより詳細に説明する。
【００３０】
減速装置Ｇ２のケーシング１７０は、矩形状のベース部１７４と、該ベース部１７４から被駆動機機側（バルブ側）へ突出されたほぼ正方形の突出部１７２とを一体的に備え、アルミニウム系の軽量素材（又は鋳物）によって形成されている。
【００３１】
ケーシング１７０における前記突出部１７２は、ボルト穴１７２Ａ〜１７２Ｃのいずれかを介して当該減速装置Ｇ２をバルブ７００に取り付ける取付面Ｆ１を備え、又、内接噛合遊星歯車機構１１４の出力軸１５０の端部を回転自在に収容・支持するための中空孔１７２Ｄを備える。
【００３２】
一方、ケーシング１７０のベース部１７４は、平行軸歯車機構１１２及び内接噛合遊星歯車機構１１４を突出部１７２の内周に繋がる単一の空間に収容している。従来のプレート２０に相当するプレートは特に設けられていない。モータ１１０はベース部１７４の端部１７４Ｃに取り付けられている。
【００３３】
突出部１７２の内周は内歯歯車１４８の本体を兼用している。該内歯歯車１４８の内歯は、ケーシング１７０自体（例えばアルミニウム系の軽量素材）よりも高い硬度を有するローラ状のピン１４８Ａを、断面が半円状の溝１４８Ｂ内に回転自在に組み込むことによって形成されている。なお、これに伴って、外歯歯車１４６の歯形はトロコイド系の曲線を基調とした歯形が採用されている。
【００３４】
キャリヤ１５２は、その外周１５２Ｂが円筒状に加工処理され、突出部１７２の内周側１７２Ｅに摺動自在に組み込まれている。キャリヤ１５２の内周は、出力軸１５０の中央部１５０Ｂが圧入されており、該キャリヤ１５２の回転が出力軸１５０に伝達可能となっている。出力軸１５０は、基本的にケーシング１７０の突出部１７２の中空孔１７２Ｄ、及びキャリヤ１５２を介して該突出部１７２の内周側１７２Ｅに直接支持されており、ケーシング１７０との間に特に軸受は配置されていない。
【００３５】
入力軸１４０にはその軸方向に沿って中空部１４０Ａが形成されており、出力軸１５０は該入力軸１４０を貫通して平行軸歯車機構１１２側に延長されている。中空部１４０Ａの内周と対応する出力軸１５０の外周１５０Ｃとの間には、２つのニードルベアリング１８０、１８１が介在され、入力軸１４０は該ニードルベアリング１８０、１８１を介して出力軸１５０と相互に支持し合っている。
【００３６】
一方、ベース部１７４の一端側にはプレート１８２が図示せぬボルトを介して取り付けられている。プレート１８２には、その中央部に大径の孔１８２Ａが形成されており、出力軸１５０はこの孔１８２Ａを貫通して該プレート１８２の図１における右側の空間Ｓにまで突出・延在されている。空間Ｓには、出力軸１５０の回転状態をモニタして該出力軸１５０の駆動状態を制御するための図示せぬ制御装置（エンコーダ等を含む補機）が配置される。
【００３７】
平行軸歯車機構１１２の前記第１ギヤ１３０及び第２ピニオン１３４が装着された回転軸１９０の軸受部１９２、１９４はこのプレート１８２及びベース部１７４の前記フランジ部１７４Ｂにそれぞれ配置されている。
【００３８】
このうち、ベース部１７４側の軸受部１９４は、内歯歯車１４８の外周、即ち、内歯歯車１４８が存在する軸方向の範囲内にその一部が存在し、且つ該内歯歯車１４８の半径方向外側の位置に配置されている。即ち、入力軸１４０、外歯歯車１４６、内歯歯車１４８等を含む内接噛合遊星歯車機構１１４の主要部と該軸受部１９４は軸方向座標がほぼ同一の平面内に配置されている。
【００３９】
なお、図２に示されるように、平行軸歯車機構１１２の第２ギヤ１３６には、前述の第２ピニオン１３４が噛合するとともに、手動操作時に弁棒６０４を駆動するための駆動力を入力する手動ピニオン１６０が同時に噛合している。
【００４０】
次に、この減速装置の作用を説明する。
【００４１】
モータ軸１２６が回転すると、平行軸歯車機構１１２の第１ピニオン１２８、第１ギヤ１３０、及び第２ピニオン１３４、第２ギヤ１３６を介して２段階の減速が行われ、該第２ギヤ１３６と内周側で係合している内接噛合遊星歯車機構１１４の入力軸１４０が回転する。この結果、該入力軸１４０と一体化されている偏心体１４２、１４３を介して外歯歯車１４６、１４７が互いに１８０°の位相で内歯歯車１４８に内接しながら揺動回転し、外歯歯車１４６、１４７は入力軸１４０の１回転毎に内歯歯車１４８と外歯歯車１４６、１４７の僅少の歯数差（この例では１）に相当する分だけゆっくりと自転する。この外歯歯車１４６、１４７の運動は、内ピン孔１４６Ａ、１４７Ａ及び内ピン１５２Ａの遊嵌によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみがキャリヤ１５２を介して出力軸１５０に伝達される。出力軸１５０の回転は、有底の穴１５０Ａ内に侵入されているバルブの弁棒（図示略）へと更に伝達される。
【００４２】
なお、僅少の歯数差を有する歯車を内接噛合させる内接噛合遊星歯車機構としては、この他に「撓み噛み合い型」、あるいは「差動歯車型」等のタイプが公知である。いずれも１段で大きな減速比を得ることができる。
【００４３】
外歯歯車１４６、１４７が２列配置されているため、内歯歯車１４８が同一であっても、即ち同一の外径寸法であっても、伝達容量は（外歯歯車が１枚の装置と比べて）ほぼ２倍となる。
【００４４】
この実施形態では、入力軸１４０は、その端部に平行軸歯車機構１１２の第２ギヤ１３６が組み込まれており、該入力軸１４０を介してラジアル荷重が常に印加されている。従って、もし外歯歯車の枚数が１枚のみであったならば、該外歯歯車の揺動に起因して繰り返し発生する脈動的な内部ラジアル荷重と、この入力軸１４０から印加されるラジアル荷重、更には出力軸１５０側から印加される外部ラジアル荷重とが複雑に干渉することとなる。
【００４５】
しかしながら、この実施形態においては、該入力軸１４０は、外歯歯車１４６、１４７、及び該外歯歯車１４６、１４７と円周方向の２点において常に噛合している内歯歯車１４８を介して、間接的に該内歯歯車１４８と一体のケーシング１７０の突出部１７２に支持されている。また、出力軸１５０は、ケーシング１７０の突出部１７２の中空孔１７２Ａ及び該突出部１７２の内周部１７２Ｅによって安定支持されており、且つ、ニードルベアリング１８０、１８１を介して（外歯歯車２列分の）軸方向に長いスパンで当該入力軸１４０と嵌合し、該入力軸１４０を含む内接し合遊星歯車構造１１４全体によっても支持されている。
【００４６】
そのため、出力軸１５０は、たとえ出力軸側から外部ラジアル過重か掛かったとしても極めて安定した回転が可能であり、ケーシング１７０との間に軸受がなくても該支持部の損傷を最小限に抑えることができる。
【００４７】
また、出力軸１５０の図１の右側端をケーシング１７０に支持するための軸受を省略でき、その分コストの低減及び軸方向の寸法短縮が可能である。更には、軸方向の寸法短縮ができた分、プレート１８２の側面の空間Ｓを十分広く確保できる。
【００４８】
この結果、該プレート１８２の大径の孔１８２Ａを適宜利用できることと相まって、補機類の自由度の高い設置が可能である。
【００４９】
なお、平行軸歯車機構１１２の第１ギヤ１３０及び第２ピニオン１３４を回転自在に支持する回転軸１９０の軸受部１９４が、内歯歯車１４８の外周に配置されていることから、該軸受部１９４が極めて安定した状態で支持されることになり、回転軸１９０を円滑に回転させることができる。
【００５０】
また、該軸受部１９４が内接噛合遊星歯車機構１１４の主要部（外歯歯車１４６、あるいは内歯歯車１４８）の存在する平面とほぼ同一の平面に配置されることになるため、減速装置全Ｇ２体の軸方向長をそれだけ短縮できる。
【００５１】
さらに、従来必要とされていたプレート２０等の配置を省略することができるようになるため、それだけ軽量化でき、またその分減速装置の軸方向長を更に短縮できる。
【００５２】
また、ケーシング１７０の突出部１７２が内歯歯車１４８の本体を兼用しているため、部品点数を削減でき、さらに、内歯歯車１４８を含めケーシング全体がアルミニウム系の軽量素材で形成されているため、この点でも軽量化が図られている。一方、それにも拘わらず、内歯歯車１４８の歯形をその本体よりも高い硬度を有するローラ状のピン１４８Ａで構成しているため、特に外歯歯車１４６、１４７との噛合に関して高い耐久性を得ることができる。なお、内歯歯車１４８のピン１４８Ａと溝１４８Ｂとの接触に関しては、凸と凹との接触とになるため、耐久性上優れている。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、外歯歯車を軸方向に２列配置した例が示されていたが、３列以上配置するようにしても同様な効果が得られる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、出力軸を支持するための高コストの軸受を従来通り不要としながら、当該支持部の摩耗や摩擦の増大を低減すると共に、合わせて半径方向の大きさを小さくし、且つ駆動容量を増大させることのできるバルブ駆動用の減速装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたバルブ駆動用の減速装置の実施形態の例を示す展開縦断面図
【図２】図１の右方向から見た側面図
【図３】内接噛合遊星歯車機構の構成を示す要部断面図
【図４】図１の左方向から見た側面図
【図５】従来の動力伝達装置の適用例を示す図１相当の縦断面図
【符号の説明】
１１０…モータ
１１２…平行軸歯車機構
１１４…内接噛合遊星歯車機構
１２８…第１ピニオン
１３０…第１ギヤ
１３２…１段目減速機構
１３４…第２ピニオン
１３６…第２ギヤ（出力ギヤ）
１３８…２段目減速機構
１４０…内接噛合遊星歯車機構の入力軸
１４２、１４３…偏心体
１４４、１４５…ベアリング
１４６、１４７…外歯歯車
１４８…内歯歯車
１５０…出力軸
１５２…キャリヤ
１６０…手動ピニオン
１６２…手動軸
１７０…ケーシング
１７２…突出部
１７４…ベース部
１９０…回転軸
１９４、１９６…軸受部

Claims

一端部がケーシングに直接支持された出力軸を備え、入力軸の回転を、僅少の歯数差を有する外歯歯車及び内歯歯車を備えた内接噛合遊星歯車機構を介して前記出力軸に減速して伝達し、該出力軸と連結されたバルブを駆動するバルブ駆動用の減速装置において、
前記内接噛合遊星歯車機構の入力軸にその前段の平行軸歯車機構の出力ギヤが組み込まれ、
ｎを２以上の整数としたときに、
前記内接噛合遊星歯車機構の内歯歯車に対して前記外歯歯車が軸方向にｎ枚複列に配置されると共に、それぞれの外歯歯車の前記入力軸に対する偏心方向が３６０°／ｎずつシフトされ、且つ
前記出力軸が、前記入力軸を貫通すると共に、前記ケーシングによる前記一端側の支持と、前記複列とした内接噛合遊星歯車機構を介した支持とによってケーシングに支持されている
ことを特徴とするバルブ駆動用の減速装置。
請求項１において、
前記内接噛合遊星歯車機構が、前記歯数差による減速した回転を出力軸に伝達するキャリヤを有し、該キャリヤの外周が円筒状に加工処理され、前記ケーシングにより該キャリヤの外周を支持した
ことを特徴とするバルブ駆動用の減速装置。