JP3975141B2

JP3975141B2 - Reducer for valve drive

Info

Publication number: JP3975141B2
Application number: JP2002254885A
Authority: JP
Inventors: 淳為永; 清次峯岸
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: JP2004092782A

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６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（減速機構）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、軸ぶれが発生することが考えられる。即ち、この種の減速装置は、前述したように、一般に出力軸の端部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考えられる。
【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、減速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、特に顕著になることが考えられるため、特にケーシングの剛性を高める必要があった。
【００１３】
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、この種の減速機構において発生しやすい「共振」を抑制す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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力軸の外周で偏心揺動する外歯歯車を有する減速機構を備え、該減速機構の出力軸の回転によってバルブを駆動するバルブ駆動用の減速装置において、前記減速機構の前段に平行軸歯車機構を備え、該平行軸歯車機構の出力ギヤが、前記減速機構の入力軸の端部外周に動力伝達可能に装着され、該減速機構の入力軸に、該入力軸の軸方向に沿った中空部を形成すると共に、該中空部に前記出力軸を挿入・貫通させ、且つ、この中空部の内周と出力軸の外周との間に、ニードルベアリングを介在させたことにより、上記課題を解決したものである。
【００１５】
本発明においては、入力軸に、該入力軸の軸方向に沿って中空部を形成し、この中空部内に出力軸を挿入する構成を採用している。この構成自体は、前述した従来例も外観上は同一のものを持っている。しかしながら、前述した従来例は、出力軸５０の「両持ち支持」を実現するために（スパン確保のために）この構成を採用しただけであり、それ以上の技術思想は特に有していない。即ち、内接噛合遊星歯車機構（減速機構）１４の入力軸４０と出力軸５０は、あくまで別個の回転素材であって互いに接触してはならないというスタンスであり、現に、両者は完全に分離・離反した状態で組付けられている。
【００１６】
これに対し、本発明では、この一つの回転素材である入力軸を、別の回転素材である出力軸によって支持し、逆に（或いは同時に）、一つの回転素材である出力軸を別の回転素材である入力軸によって支持するために、敢えて上記構成を採用し、その上で、入力軸の中空部の内周と出力軸の外周との間にニードルベアリングを介在させ、両者を半径方向において間接的に接触させた。
【００１７】
これにより、出力軸〜ニードルベアリング〜入力軸、ひいては減速機構全体を巨大なベアリングとして機能させることができるようになり、入力軸及び出力軸を含む各回転部材の支持剛性或いは回転円滑性をより向上させることができる。
【００１８】
特に、本発明は、前記減速機構の前段に平行軸歯車機構を備え、且つ該平行軸歯車機構の出力ギヤが、前記減速機構の入力軸の端部外周に動力伝達可能に装着されているような減速装置に適用したときに特に著しい効果が得られる。
【００１９】
即ち、このような装置においては、入力軸を介してラジアル荷重が常に減速機構に印加されている。従って、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、この入力軸から印加されるラジアル荷重、更には出力軸側から印加される外部ラジアル荷重とが複雑に干渉して共振が発生する確率がそれだけ高いことになる。
【００２０】
しかしながら、本発明によればニードルベアリングを介して入力軸は出力軸によっても支持されるため、安定した回転が可能となる。
【００２１】
また、本発明は、ｎを２以上の整数としたときに、前記外歯歯車を軸方向にｎ枚複列に組み込み、且つそれぞれの外歯歯車の前記入力軸に対する偏心方向を３６０°／ｎずつシフトさせた減速装置に適用すると、更に良好な結果が得られる。
【００２２】
即ち、このように構成すると、外歯歯車の揺動に起因して発生する内部ラジアル荷重を、全外歯歯車トータルで互いに相殺することができ、外部からラジアル荷重が印加された場合であっても、一層共振が発生しにくい。
【００２３】
また、外歯歯車が複列化された分、設計的に入力軸と出力軸との間に配置するニードルベアリングの軸方向長さをより長く取ることが可能となり、該ニードルベアリングを介して両者を更に強固に一体化させることができる。そのため、減速機構内の各歯車は、一層安定した状態で回転することができ、結果として出力軸の回転もより安定する。
【００２４】
なお、前記ニードルベアリングが軸方向において２以上に分割されている構成を採用すると、入力軸と出力軸との間で軸心のずれが発生するようなラジアル荷重の変動が発生したときでも、これを良好に吸収することができるようになる。この作用は、入力軸の端部に平行軸歯車機構の出力ギヤを組み込んだり、入力軸に２以上の外歯歯車を組み込んだり、あるいは、出力軸の動力を直交方向に変換させた上でバルブを駆動する場合のように、入力軸、あるいは出力軸にその軸心を傾けようとする何らかのラジアル荷重が作用するような態様で本減速装置を適用する場合に特に有効に機能する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。
【００２６】
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。
【００２７】
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（減速機構）１１４を備え、モータ１１０と共に用いられる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、前記弁棒６０４の一端側６０４ａが係入可能な有底の穴１５０Ａが形成されており、該弁棒６０４の一端側６０４ａが出力軸１５０と動力伝達可能に連結される。
【００３３】
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。
【００３４】
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から被駆動機械側（バルブ側）へ突出し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。
【００３５】
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をバルブの取付面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。
【００３６】
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。
【００３７】
突出部１７２の外周は内歯歯車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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。なお、ニードルベアリング１８０、１８１を軸方向に２つに分割して配置することの意義については後述する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、この減速装置の作用を説明する。
【００４５】
モータ軸１１０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回転バルブの弁棒（図示略）へと更に伝達される。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
しかしながら、この実施形態においては、該入力軸１４０は、その半径方向外周側については、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、半径方向外周側については、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出力軸１５０と嵌合し、該出力軸１５０によっても支持されている。そのため、非常に安定した状態で回転することができる。
【００５０】
一方、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（自身が入力軸１４０を支持すると共に、逆に）入力軸１４０側から支持されている。
【００５１】
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、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。
【００５２】
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。
【００５３】
ここで、この実施形態においては、ニードルベアリング１８０、１８１が軸方向に２つに分割された状態で配置されている。今、例えば外歯歯車１４６、１４７側から偏心体１４２、１４３を介して（あるいは、第２ギヤ１３６を介して直接的に）入力軸１４０の軸線Ｌｉを出力軸１５０の軸線Ｌｏに対して傾けるようなモーメントＭが該入力軸１４０に作用したとする。この場合、もしニードルベアリングＮＢが１個のみ配置されていると、図５の（Ａ）で示されるように片側（図の右側）が浮いてしまって図５（Ａ）の斜線で示された部分のみでモーメントＭｔに対する反作用付与が完結してしまう。そのためニードルベアリングＮＢの軸方向の端部のみに強い負荷が掛かる。そこで、本実施形態では、ニードルベアリングを、軸方向に２つに分割することにより、図５の（Ｂ）で示されるように、他の側のニードルベアリング１８１においてもモーメントＭ１の反作用の付与が可能になり、ニードルベアリング１８０は、ニードルベアリング１８１が受け持つＭ１だけＭｔより小さな値の反力Ｍ２を与えれば足りることになる。即ち、２つのニードルベアリング１８０、１８１が共同して該モーメントＭｔに対抗できるようになる。
【００５４】
そのため、入力軸１４０は殆どぶれることなく、且つより円滑に回転することができ、例えば外歯歯車１４６、１４７と内歯歯車１４８、あるいは第２ギヤ１３６と第２ピニオン１３４との間の軸間距離が１回転毎に規定値から変化することによって周期的なノイズが発生したりするのをより効果的に防止できる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６１】
更に、ニードルベアリングは、必ずしも軸方向に分割されていなくとも良い。
【００６２】
【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】ニードルベアリングが軸方向に２つに分割されていることによる作用を説明するための模式図
【図６】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
１８０、１８１…ニードルベアリング
１９０…回転軸
１９４、１９６…軸受部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve driving speed reduction device for driving a ball valve, a butterfly valve or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a valve using a ball valve, a butterfly valve, or the like is widely known as a valve that is installed in a piping line of a building facility or a water treatment facility, and opens and closes a flow path or adjusts a flow rate. Many devices have been proposed for driving the motor.
[0003]
In recent years, in addition to a type in which a valve is manually driven, there is also a demand for a drive device of a so-called electric drive type using a motor.
[0004]
FIG. 6 shows this type of driving device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-115748. This drive device P1 is a combination of a power transmission device (deceleration device) G1 and a motor 10. The power transmission device G1 includes a parallel shaft gear mechanism 12 and an intermeshing planetary gear mechanism 14.
[0005]
The casing 16 of the driving device P1 is separated into three blocks B1 to B3 by two plates 18 and 20. The first block B1 is mainly the motor 10 and its control device (auxiliary machine) 24, the second block B2 is mainly the parallel shaft gear mechanism 12, and the third block B3 is mainly an intermeshing planetary gear mechanism. 14, respectively.
[0006]
A first pinion 28 of the parallel shaft gear mechanism 12 is provided on the output shaft 26 of the motor 10 (input shaft of the parallel shaft gear mechanism 12).
[0007]
The parallel shaft gear mechanism 12 includes a first stage reduction mechanism 32 composed of the first pinion 28 and the first gear 30 and a second stage reduction mechanism 38 composed of the second pinion 34 and the second gear (output gear) 36. Prepare.
[0008]
The intermeshing planetary gear mechanism (reduction mechanism) 14 includes an input shaft 40 in which the second gear 36 is incorporated, an eccentric body 42 integrated with the input shaft 40, and can be swung and rotated on the outer periphery of the eccentric body 42. And an internal gear 48 having a number of teeth that is one more than the number of teeth of the external gear 46 (having a slight difference in the number of teeth). . The output shaft 50 is connected to the external gear 46 via a carrier 52 that transmits only the rotation component of the external gear 46. Further, a through hole 50A for inserting a rod-shaped object (not shown) such as a spanner at the time of manual operation is formed at the tip of the output shaft 50.
[0009]
Note that so-called involute tooth profiles are employed for the tooth profiles of the internal gear 48 and the external gear 46. Further, one end of the output shaft 50 is directly directed to the casing 16 for cost reduction, and the other end extends to the first block B1 side and is supported by the plate 18.
[0010]
The operation of this apparatus will be briefly described. The rotation of the output shaft 26 (the input shaft of the parallel shaft gear mechanism 12) 26 of the motor 10 is decelerated by the two-stage parallel shaft gear mechanism 12 and is transmitted through the second gear 36. It is transmitted to the input shaft 40 of the meshing planetary gear mechanism 14. When the input shaft 40 rotates, the external gear 46 oscillates and rotates while inscribed in the internal gear 48 via the eccentric body 42 integral therewith. As a result, the external gear 46 is one of the input shaft 40. Each rotation rotates slowly by an amount corresponding to the difference in the number of teeth between the internal gear 48 and the external gear 46. Therefore, by taking out the rotation corresponding to the rotation component of the external gear 46 from the output shaft 50 through the carrier 52, a large reduction ratio can be obtained in one stage. This type is generally referred to as “oscillating and rotating type”.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, this type of conventional speed reducing device for driving a valve, including the speed reducing device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-115748, causes the vibration when the external gear swings in contact with the internal gear. It is conceivable that an internal radial load is generated by the movement, and if this resonates with an external radial load, a shaft shake occurs. That is, in this kind of reduction gear, as described above, since the end portion of the output shaft is generally directly supported by the casing, the support portion of the output shaft by the casing wears due to the occurrence of this shaft shake. Further, it may be a cause of increased blurring or a cause of increased rotational resistance.
[0012]
This problem is caused by the fact that the output gear of the parallel shaft gear mechanism is incorporated at the axial end of the input shaft of the speed reduction mechanism, as in the speed reduction device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-115748. In particular, it is conceivable to increase the rigidity of the casing when the configuration is such that the radial load is applied from the input shaft side as well as the external radial load from the input shaft.
[0013]
The present invention has been made to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide a valve drive speed reduction device capable of suppressing “resonance” that is likely to occur in this type of speed reduction mechanism. It is an issue.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a reduction mechanism having an external gear that is eccentrically oscillated on an outer periphery of an input shaft, and a reduction device for driving a valve that drives a valve by rotation of an output shaft of the reduction mechanism. comprising a parallel shaft gear mechanism, the output gears of the parallel shaft gear mechanism, the power transmission can be mounted on the outer circumference of the end portion of the input shaft of the speed reduction mechanism, the input shaft of the speed reduction mechanism, in the axial direction of the input shaft Forming the hollow portion along, and inserting and penetrating the output shaft into the hollow portion , and interposing the needle bearing between the inner periphery of the hollow portion and the outer periphery of the output shaft, It solves the problem.
[0015]
In this invention, the hollow part is formed in the input shaft along the axial direction of this input shaft, and the structure which inserts an output shaft in this hollow part is employ | adopted. This configuration itself has the same appearance as the conventional example described above. However, the above-described conventional example only adopts this configuration (in order to secure a span) in order to realize “both-end support” of the output shaft 50, and does not have any technical idea beyond that. In other words, the input shaft 40 and the output shaft 50 of the intermeshing planetary gear mechanism (reduction mechanism) 14 are to be separated from each other and should not be in contact with each other. It is assembled in a separated state.
[0016]
On the other hand, in the present invention, the input shaft that is one rotating material is supported by the output shaft that is another rotating material, and conversely (or simultaneously), the output shaft that is one rotating material is rotated differently. In order to support it by the input shaft that is the material, the above-described configuration is adopted, and then a needle bearing is interposed between the inner periphery of the hollow portion of the input shaft and the outer periphery of the output shaft, and both are arranged in the radial direction. Indirect contact.
[0017]
As a result, the output shaft to the needle bearing to the input shaft, and thus the entire speed reduction mechanism, can function as a huge bearing, and the support rigidity or rotational smoothness of each rotating member including the input shaft and the output shaft is further improved. Can be made.
[0018]
In particular, the present invention is pre-Symbol comprises a parallel shaft gear mechanism at the preceding stage of the reduction mechanism, and the output gear the parallel shaft gear mechanism is capable of transmitting power mounted on an end portion outer periphery of the input shaft of the speed reduction mechanism When applied to such a reduction gear, a particularly remarkable effect is obtained.
[0019]
That is, in such a device, a radial load is always applied to the speed reduction mechanism via the input shaft. Therefore, the pulsating internal radial load repeatedly generated due to the oscillation of the external gear, the radial load applied from the input shaft, and the external radial load applied from the output shaft side are complicated. The probability that resonance will occur due to interference increases accordingly.
[0020]
However, according to the present invention, since the input shaft is also supported by the output shaft via the needle bearing, stable rotation is possible.
[0021]
Further, in the present invention, when n is an integer of 2 or more, the external gears are incorporated in n rows in the axial direction, and the eccentric direction of each external gear with respect to the input shaft is 360 ° / n. Even better results can be obtained when applied to decelerators that are shifted one by one.
[0022]
In other words, with this configuration, the internal radial load generated due to the oscillation of the external gear can be canceled out in total for all the external gears, and the radial load is applied from the outside. However, resonance is less likely to occur.
[0023]
In addition, since the external gear is doubled, it is possible to increase the axial length of the needle bearing arranged between the input shaft and the output shaft in terms of design. Can be integrated more firmly. Therefore, each gear in the speed reduction mechanism can be rotated in a more stable state, and as a result, the rotation of the output shaft is further stabilized.
[0024]
If the needle bearing is divided into two or more in the axial direction, even when a radial load fluctuation that causes a shift of the axial center between the input shaft and the output shaft occurs, Can be absorbed well. This action can be achieved by incorporating an output gear of a parallel shaft gear mechanism at the end of the input shaft, incorporating two or more external gears into the input shaft, or converting the power of the output shaft in the orthogonal direction. This is particularly effective when the present speed reducer is applied in such a manner that some radial load is applied to the input shaft or the output shaft so as to incline the shaft center.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 is a developed cross-sectional view showing an application example of a valve drive speed reducing device according to an embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 is illustrated by appropriately expanding in the radial direction with priority given to the display of the meshing state of each gear, and the radial position (coordinates) in FIG. Are not necessarily consistent. 2 is a side view seen from the right direction of FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view of the main part showing the configuration of the inscribed mesh planetary gear mechanism, and FIG. 4 is a side view seen from the left direction of FIG.
[0027]
The reduction gear G2 includes a parallel shaft gear mechanism 112 and an intermeshing planetary gear mechanism (deceleration mechanism) 114 as the reduction mechanism, and is used together with the motor 110.
[0028]
The motor shaft 126 of the motor 110 also serves as the input shaft of the parallel shaft gear mechanism 114. That is, the first pinion 128 of the parallel shaft gear mechanism 114 is formed on the motor shaft 126 by gear cutting.
[0029]
The parallel shaft gear mechanism 112 rotates together with the first gear 130 of the first gear reduction mechanism 132 including the first pinion 128, the first gear 130 meshing with the first pinion 128, and the first gear 130 of the first gear reduction mechanism 132. And a second stage reduction mechanism 138 including a second gear 136 that meshes with the second pinion 134.
[0030]
The second gear 136 of the second-stage reduction mechanism 138 is incorporated on the outer periphery of the input shaft 140 of the intermeshing planetary gear mechanism 114 and can rotate integrally with the input shaft 140.
[0031]
The inscribed mesh planetary gear mechanism 114 is swingable and rotatable on the outer periphery of the eccentric bodies 142 and 143 via the input shaft 140, eccentric bodies 142 and 143 integrated with the input shaft 140, and bearings 144 and 145. Internal gears having two teeth external gears 146 and 147 incorporated in the inner gear, and having an internal tooth number one more than the number of external teeth of the external gear gears 146 and 147 (having a slight difference in the number of teeth) 148 as its constituent elements. The external gears 146 and 147 have a plurality of inner pin holes 146A and 147A, respectively, and an inner pin 152A integrated with the carrier 152 is loosely fitted in the inner pin holes 146A and 147A. The eccentric directions of the external gears 146 and 147 are shifted relative to the input shaft 140 by 180 ° (360 ° / n: in this case, n = 2 because the external gears are arranged in two rows). That is, as shown in FIG. 3, it is assembled to the eccentric body 142 while being shifted in the opposite direction. When three rows (n = 3) of external gears are arranged in the axial direction, the external gears are assembled in a state where the eccentric direction is shifted by 360 ° / 3, that is, 120 °.
[0032]
The carrier 152 is connected (press-fitted) with the output shaft 150, whereby only the rotation component of the external gear 146 is transmitted to the output shaft 150 via the carrier 152. The output shaft 150 is formed with a bottomed hole 150A into which one end side 604a of the valve rod 604 can be engaged, and the one end side 604a of the valve rod 604 is connected to the output shaft 150 so as to transmit power. .
[0033]
Here, the arrangement configuration of each member of the reduction gear G2 will be described in more detail.
[0034]
The casing 170 of the reduction gear G2 is integrally provided with a rectangular base portion 174 and a substantially square protruding portion 172 protruding from the base portion 174 to the driven machine side (valve side), and is an aluminum-based lightweight material. (Or casting).
[0035]
The projecting portion 172 of the casing 170 includes a mounting surface F1 for mounting the reduction gear G2 on the mounting surface of the valve via any one of the bolt holes 172A to 172C, and the output shaft 150 of the intermeshing planetary gear mechanism 114. A hollow hole 172D is provided for receiving and supporting the end portion of the first and second rotation portions.
[0036]
On the other hand, the base portion 174 of the casing 170 accommodates the parallel shaft gear mechanism 112 and the intermeshing planetary gear mechanism 114 in a single space connected to the inner periphery of the protruding portion 172. A plate corresponding to the conventional plate 20 is not particularly provided. The motor 110 is attached to the end 174 </ b> C of the base portion 174.
[0037]
The outer periphery of the protrusion 172 also serves as the main body of the internal gear 148. The internal gear of the internal gear 148 is formed by rotatably incorporating a roller-shaped pin 148A having higher hardness than the casing 170 itself (for example, an aluminum-based lightweight material) into a groove 148B having a semicircular cross section. Is formed. Accordingly, the tooth profile of the external gear 146 is a tooth profile based on a trochoidal curve.
[0038]
The carrier 152 has its outer periphery 152B processed into a cylindrical shape, and is slidably incorporated in the inner peripheral side 172E of the protruding portion 172. The center portion 150B of the output shaft 150 is press-fitted on the inner periphery of the carrier 152, so that the rotation of the carrier 152 can be transmitted to the output shaft 150. The output shaft 150 is basically supported directly on the inner peripheral side 172E of the projecting portion 172 through the hollow hole 172D of the projecting portion 172 of the casing 170 and the carrier 152. Not placed.
[0039]
A hollow portion 140A is formed along the axial direction of the input shaft 140, and the output shaft 150 extends through the input shaft 140 to the parallel shaft gear mechanism 112 side. Two needle bearings 180 and 181 are interposed between the inner periphery of the hollow portion 140A and the corresponding outer periphery 150C of the output shaft 150, and the input shaft 140 is mutually connected to the output shaft 150 via the needle bearings 180 and 181. Support each other. The significance of disposing the needle bearings 180 and 181 in two in the axial direction will be described later.
[0040]
On the other hand, a plate 182 is attached to one end side of the base portion 174 via a bolt (not shown). The plate 182 has a large-diameter hole 182A formed at the center thereof, and the output shaft 150 extends through the hole 182A and extends to the space S on the right side of the plate 182 in FIG. Yes. In the space S, a control device (auxiliary device including an encoder and the like) (not shown) for monitoring the rotation state of the output shaft 150 and controlling the drive state of the output shaft 150 is arranged.
[0041]
The bearing portions 192 and 194 of the rotary shaft 190 to which the first gear 130 and the second pinion 134 of the parallel shaft gear mechanism 112 are mounted are disposed on the flange portion 174B of the plate 182 and the base portion 174, respectively.
[0042]
Among these, the bearing portion 194 on the base portion 174 side has a part in the outer periphery of the internal gear 148, that is, in the axial range where the internal gear 148 exists, and the radius of the internal gear 148. It is arranged at a position outside the direction. That is, the main portion of the intermeshing planetary gear mechanism 114 including the input shaft 140, the external gear 146, the internal gear 148 and the like and the bearing portion 194 are arranged in a plane having substantially the same axial coordinate.
[0043]
As shown in FIG. 2, the second gear 136 of the parallel shaft gear mechanism 112 is engaged with the second pinion 134 described above, and a driving force for driving the valve rod 604 is input during manual operation. The manual pinion 160 is engaged at the same time.
[0044]
Next, the operation of this reduction gear will be described.
[0045]
When the motor shaft 110 rotates, two-stage deceleration is performed via the first pinion 128, the first gear 130, the second pinion 134, and the second gear 136 of the parallel shaft gear mechanism 112, and the second gear 136 and The input shaft 140 of the intermeshing planetary gear mechanism 114 engaged on the inner peripheral side rotates. As a result, the external gears 146 and 147 rotate and rotate in contact with the internal gear 148 at a phase of 180 ° with each other via the eccentric bodies 142 and 143 integrated with the input shaft 140, and thus the external gear. 146 and 147 rotate slowly every time the input shaft 140 rotates by an amount corresponding to a slight difference in the number of teeth (1 in this example) between the internal gear 148 and the external gear 146 and 147. The movement of the external gears 146 and 147 absorbs the swing component by loose fitting of the inner pin holes 146A and 147A and the inner pin 152A, and only the rotation component is transmitted to the output shaft 150 via the carrier 152. The rotation of the output shaft 150 is further transmitted to the valve stem (not shown) of the rotary valve that has entered the bottomed hole 150A.
[0046]
In addition, as the intermeshing planetary gear mechanism for intermeshing a gear having a slight difference in the number of teeth, other types such as a “flexion meshing type” or a “differential gear type” are known. In either case, a large reduction ratio can be obtained in one stage.
[0047]
Since the external gears 146 and 147 are arranged in two rows, even if the internal gears 148 are the same, that is, have the same outer diameter, the transmission capacity is equal to that of the device with one external gear. (Compared) almost twice as much.
[0048]
In this embodiment, the input shaft 140 incorporates the second gear 136 of the parallel shaft gear mechanism 112 at its end, and a radial load is always applied via the input shaft 140.
[0049]
However, in this embodiment, the input shaft 140 always meshes with the external gears 146 and 147 and the external gears 146 and 147 at two points in the circumferential direction on the outer peripheral side in the radial direction. It is indirectly supported by the protrusion 172 of the casing 170 integral with the internal gear 148 via the internal gear 148. Further, the outer peripheral side in the radial direction is fitted to the output shaft 150 with a long span in the axial direction (for two rows of external gears) via needle bearings 180 and 181 and is also supported by the output shaft 150. . Therefore, it can rotate in a very stable state.
[0050]
On the other hand, the output shaft 150 is stably supported by the hollow hole 172A of the projecting portion 172 of the casing 170 and the inner peripheral portion 172E of the projecting portion 172, and via the needle bearings 180 and 181 (it is the input shaft 140 itself). Is supported from the input shaft 140 side.
[0051]
Therefore, the output shaft 150 can rotate extremely stably even if an external radial load is applied from the output shaft side, and even if there is no bearing between the casing 170 and the damage to the support portion is minimized. Therefore, the cost can be reduced and the dimension in the axial direction can be shortened accordingly. Furthermore, the space S on the side surface of the plate 182 can be secured sufficiently wide as the axial dimension can be shortened.
[0052]
As a result, coupled with the fact that the large-diameter hole 182A of the plate 182 can be used as appropriate, it is possible to install the accessories with a high degree of freedom.
[0053]
Here, in this embodiment, the needle bearings 180 and 181 are arranged in a state of being divided into two in the axial direction. Now, for example, the axis Li of the input shaft 140 is inclined with respect to the axis Lo of the output shaft 150 from the external gears 146 and 147 via the eccentric bodies 142 and 143 (or directly via the second gear 136). It is assumed that such a moment M acts on the input shaft 140. In this case, if only one needle bearing NB is arranged, one side (the right side in the figure) is lifted as shown in FIG. The reaction imparting to the moment Mt is completed only by the portion. Therefore, a strong load is applied only to the axial end of the needle bearing NB. Therefore, in this embodiment, by dividing the needle bearing into two in the axial direction, the reaction of the moment M1 can be imparted to the needle bearing 181 on the other side as shown in FIG. The needle bearing 180 is sufficient if a reaction force M2 having a value smaller than Mt is applied by M1 that the needle bearing 181 is responsible for. That is, the two needle bearings 180 and 181 can jointly counter the moment Mt.
[0054]
Therefore, the input shaft 140 can be rotated more smoothly with little fluctuation, for example, between the shafts between the external gears 146 and 147 and the internal gear 148 or between the second gear 136 and the second pinion 134. It is possible to more effectively prevent the occurrence of periodic noise due to the distance changing from the specified value every rotation.
[0055]
Since the bearing portion 194 of the rotating shaft 190 that rotatably supports the first gear 130 and the second pinion 134 of the parallel shaft gear mechanism 112 is disposed on the outer periphery of the internal gear 148, the bearing portion 194 is provided. Is supported in an extremely stable state, and the rotating shaft 190 can be smoothly rotated.
[0056]
In addition, since the bearing portion 194 is disposed in substantially the same plane where the main portion (external gear 146 or internal gear 148) of the intermeshing planetary gear mechanism 114 is present, The axial length of the G2 body can be shortened accordingly.
[0057]
Further, since the arrangement of the plate 20 or the like that has been conventionally required can be omitted, the weight can be reduced accordingly, and the axial length of the speed reducer can be further reduced accordingly.
[0058]
Moreover, since the protrusion part 172 of the casing 170 also serves as the main body of the internal gear 148, the number of parts can be reduced, and the entire casing including the internal gear 148 is made of an aluminum-based lightweight material. Also in this respect, weight reduction is achieved. On the other hand, since the tooth profile of the internal gear 148 is composed of a roller-shaped pin 148A having a hardness higher than that of the main body, high durability is obtained particularly with respect to meshing with the external gears 146 and 147. be able to. Note that the contact between the pin 148A of the internal gear 148 and the groove 148B is a contact between a convex and a concave, which is excellent in terms of durability.
[0059]
In the above embodiment, an example in which the external gears are arranged in two rows in the axial direction is shown, but the same effect can be obtained even if three or more rows are arranged in the axial direction.
[0061]
Furthermore, the needle bearing does not necessarily have to be divided in the axial direction.
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, while eliminating the need for a high-cost bearing for supporting the output shaft as usual, the wear of the support portion and the increase in friction are reduced, and the size in the radial direction is also reduced, and A reduction device for driving a valve capable of increasing the driving capacity can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a developed longitudinal cross-sectional view showing an example of an embodiment of a valve drive speed reducing device to which the present invention is applied. FIG. 2 is a side view seen from the right side of FIG. FIG. 4 is a side view seen from the left direction of FIG. 1. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the action of the needle bearing divided into two in the axial direction. 6 is a longitudinal sectional view corresponding to FIG. 1 showing an application example of a conventional power transmission device.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Motor 112 ... Parallel shaft gear mechanism 114 ... Internal meshing planetary gear mechanism 128 ... 1st pinion 130 ... 1st gear 132 ... 1st stage reduction mechanism 134 ... 2nd pinion 136 ... 2nd gear (output gear)
138 ... Second stage reduction mechanism 140 ... Input shafts 142 and 143 of the intermeshing planetary gear mechanism ... Eccentric bodies 144 and 145 ... Bearings 146 and 147 ... External gear 148 ... Internal gear 150 ... Output shaft 152 ... Carrier 160 ... Manual pinion 162 Manual shaft 170 Casing 172 Projection 174 Base 180, 181 Needle bearing 190 Rotary shaft 194, 196 Bearing

Claims

In a reduction device for driving a valve, comprising a reduction mechanism having an external gear that eccentrically swings on the outer periphery of the input shaft, and driving the valve by rotation of the output shaft of the reduction mechanism,
A parallel shaft gear mechanism is provided in front of the speed reduction mechanism,
The output gear of the parallel shaft gear mechanism is mounted on the outer periphery of the end of the input shaft of the speed reduction mechanism so as to be able to transmit power,
The input shaft of the speed reduction mechanism, so as to form a hollow portion along the axial direction of the input shaft,
Inserting and penetrating the output shaft into the hollow portion ; and
Between the outer periphery of the inner periphery and the output shaft of the hollow portion, the Rukoto is interposed a needle bearing, the output shaft reduction device for a valve driving the inserted side on the hollow portion, characterized in that the support .

Oite to claim 1,
When n is an integer of 2 or more,
A reduction gear for driving a valve, wherein the external gears are incorporated in n double rows in the axial direction, and the eccentric direction of each external gear with respect to the input shaft is shifted by 360 ° / n.

Oite to claim 1 or 2,
The needle drive is divided into two or more in the axial direction. A speed reducing device for driving a valve.