JP4124442B2 - 手動操作機構付きバルブ用アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁などに搭載し、バルブの弁体を手動操作可能とする操作機構を設けたバルブ用アクチュエータに関し、電動操作時、手動操作時、及びメンテナンス時等における操作上、作業上の安全性を確保すると共に、操作性、作業性を向上させたコンパクトな手動操作機構付きバルブ用アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般にバルブ用アクチュエータは、平歯車、或いはウォーム歯車の組み合わせによって減速歯車列を構成し、該減速歯車列によって電動モータからの高速回転を減速させてバルブの回動開閉に用いられる。
電動モータを動力として減速歯車列を介して操作するようにしたバルブは、例えば、停電等の事態により動力源である電気の供給が絶たれた場合には手動で操作する必要が生じる。このため、この種のアクチュエータには、一般に弁体を手動操作するための手動操作部分を設けている。
【０００３】
手動操作時の一例として、手動操作部分となる出力軸をスパナ等を用いて直接操作するようにし、具体的には、アクチュエータ下側に突出配置した出力軸をスパナで挟み、このスパナを回転させて弁体を回動開閉する場合がある。
このように出力軸をスパナ等で直接回転させる場合は、出力軸を側方から手動操作しなければならないため、狭い空間に配置されているアクチュエータを手動操作する場合にはスパナ等の工具を使用するための作業空間が必要となる。
【０００４】
また、出力軸側から手動操作するためにスパナで挟むための出力軸の延長部分が必要となり、アクチュエータ下側部分が大きくなるので、アクチュエータ内部の平歯車、或いはウォーム歯車による減速歯車列の構造と相俟ってアクチュエータ全体が大型化するという問題があった。
【０００５】
このように、平歯車、或いはウォーム歯車の組み合わせによる減速歯車列構造のアクチュエータは、手動操作時の操作性が悪く、全体が大きくなり、コンパクト化の要求に対応できない問題があった。
このため、出力軸を有する回転伝達機構において手動操作時の操作部分を出力側とは別の箇所に設けるようにし、また、手動操作時に出力軸と減速歯車列との連結を外すようにこれらを断続する回転断続機構を設けるようにしたアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１に示すように、電動時には回転断続機構の操作棒先端のクラッチ歯と円環状太陽内歯車外周の回転止め溝を係合してハウジングに対して円環状太陽内歯車を拘束することで電動モータからの回転を出力軸側に伝達している。
手動操作時には、円環状太陽内歯車の回転止め溝からクラッチ歯の係合を外し、ハウジングに対して円環状太陽内歯車が回転するように開放して電動モータとの連動を断った状態で出力軸を手動回転するようにしている。
このときの手動操作は、ハウジングのエンドカバーを回転させたり、出力軸の下方にあけた孔を工具で回すことによって出力軸を回動して弁体を手動操作するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１５７４８号公報（第１−２頁、第１−５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００２−１１５７４８号公報（特許文献１）のアクチュエータは、出力軸と同軸に手動操作軸を設けているため、バルブの口径などによって出力軸径が変わると手動操作軸も含めて変更する必要があり、部品を共通化することができない。
しかも、手動操作軸から弁体までトルクを伝達可能にするためには手動操作軸をトルクに耐え得るようにある程度太い軸径にする必要があるため、この太い軸径に対して位置検出装置を配設するようにすると結果的にアクチュエータ全体が大型化するおそれがある。
【０００９】
また、このアクチュエータの減速機構は、回転断続機構を設けることによって部品点数、製造工数が増加すると共に、この回転断続機構は、クラッチ歯と回転止め溝の係合のみで太陽内歯車を固定状態にしているため、通常の電動操作時にはこの部分にトルク負荷が集中し、耐久性の点で問題があった。
【００１０】
さらに、手動操作時において、電力供給を確実に停止（電源オフ）しておく必要があり、万が一、通電状態（電源オン）にあると、出力軸、及び手動操作部分が不用意に回転し危険であると共に、通電状態でもカバーを取り外すことができるため、カバーを取り外して行なうメンテナンス等の作業時には、電源の切り忘れ等により感電する危険性も伴なっていた。
【００１１】
本発明は、上記の実情に鑑みて開発に至ったものであり、その目的とするところは、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁などに搭載し、自動操作時、手動操作時、及びメンテナンス時等における操作上、作業上の安全性を確保すると共に、操作性、作業性を向上させ、コンパクト化、及びコストの削減化を可能とした手動操作機構付きバルブ用アクチュエータを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ベース体にアクチュエータカバーを着脱自在に取付け、このアクチュエータカバーに形成した挿通孔に、上端に手動操作部を有する手動操作軸の軸心を挿通保持させた状態で上下動自在に設け、一方、ベース体側には、歯車減速機構の歯車群の一つと噛合するギヤ部を設け、このギヤ部に設けた手動基軸の外周に係止部を設けると供に、前記手動操作軸の下端部には嵌合孔を設け、手動操作時における手動操作軸の引き上げ操作で前記係止部に前記嵌合孔を嵌合係止して手動操作状態とし、かつ、手動操作軸の引き上げ操作で手動操作軸の外周面に設けた突起部によるインターロックスイッチへの押圧状態が解除されて電源からモータへの電力供給が停止され、この電力供給が停止状態で、かつ、嵌合係止している手動操作状態のときだけ、前記ベース体から手動操作軸を有するアクチュエータカバーを取り外し可能に設け、電動操作時には、前記アクチュエータカバーを取り外す際に、手動操作軸の嵌合孔が手動基軸の係止部に非嵌合状態で係止するようにした手動操作機構付きバルブ用アクチュエータである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、前記手動基軸の上端部に、平面視六角形状の係止部を形成し、前記手動操作軸の下部に形成された円筒部の下端部に、平面視十二角形状の嵌合孔を形成し、この嵌合孔を前記係止部に嵌合係止した手動操作機構付きバルブ用アクチュエータである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明における手動操作機構付きバルブ用アクチュエータの一実施形態を図面に基づいて詳述する。
本実施形態では、歯車減速機構の一例として、内接噛合遊星歯車減速機構を内蔵したバルブ用アクチュエータに適用して説明する。
図１乃至図３に示すように、本発明のバルブ用アクチュエータ１は、アクチュエータカバー２と、該アクチュエータカバー２内に配設された電動モータ３と、該電動モータ３の回転軸に設けたピニオンギヤ４と噛合する中間歯車５と、該中間歯車５と噛合する歯車であって、出力軸と同軸上に配設された入力歯車６と、前記電動モータ３からの回転力を中間歯車５、入力歯車６を介して伝達される内接噛合遊星歯車減速機構７と、該歯車減速機構７を介して減速された回転力により回転する出力軸８と、該出力軸８の上部に延設した制御軸９に設けたカム部材１０と、該カム部材１０によりオン・オフ操作される弁開度検出部材１１、及び手動操作機構１２とからなり、該手動操作機構１２は、前記入力歯車６と噛合したギヤ部１３を有する手動基軸１４と、前記アクチュエータカバー２に形成された挿通孔２ａにより上下動自在に支持された手動操作軸１５と、該手動操作軸１５の上端部に設けた手動操作部１６とから構成されている。
【００１７】
前記手動基軸１４の上端部には、平面視六角形状の係止部１４ａが形成されており、前記手動操作軸１５の下部に一体又は別体に形成された円筒部１５ａの下端部には、平面視十二角形状の嵌合部（本実施例では、嵌合孔）１５ｂが形成されている。
【００１８】
図３及び図４に示すように、電動操作（自動操作）時においては、前記手動基軸１４の係止部１４ａと、前記手動操作軸１５の嵌合孔１５ｂとは嵌合することなく、手動操作軸１５の下部に形成された円筒部１５ａ内に手動基軸１４が収納され、該手動基軸１４は、電動モータ３からの回転力が中間歯車５、入力歯車６を介して伝達され、円筒部１５ａ内で空回りする。
【００１９】
図５及び図６に示すように、手動操作時においては、手動操作部１６を介して手動操作軸１５を引き上げると、前記手動基軸１４の係止部１４ａと、前記手動操作軸１５の嵌合孔１５ｂとが嵌合して手動操作が可能となる。
なお、本実施例では、平面視六角形状の係止部１４ａ、及び平面視十二角形状の嵌合孔１５ｂとしているが、これに限定するものではなく、確実に嵌合することができる形状のものであればよく、また、他例として、手動操作軸１５に係止部（図示しない）を形成し、手動基軸１４に嵌合部（図示しない）を形成して嵌合させるようにしてもよい。
【００２０】
図７に示すように、アクチュエータカバー２に形成された挿通孔２ａの内周面には、溝部２ｂ，２ｃを形成しており、溝部２ｂに手動操作軸１５の外周面に設けた、本実施例では、例えば、Ｃ字形状の割りリング１７を嵌合させて、電動操作時における手動操作軸１５の位置保持をし、溝部２ｃに手動操作軸１５の外周面に設けた割りリング１７を嵌合させて、手動操作時における手動操作軸１５の位置保持をするようにしている。なお、１８はＯリングである。
【００２１】
アクチュエータカバー２内には、電動モータ３等へ電力供給を行なう電源（図示しない）をオン・オフ操作するインターロックスイッチ（リミットスイッチ）１９を配設しており、手動操作軸１５の下部外周面に形成された突起部１５ｃにより、インターロックスイッチ１９の作動レバー１９ａが押圧されて作動するように設けている。
図８は、電動操作時における手動操作軸１５の突起部１５ｃと、インターロックスイッチ１９の作動レバー１９ａとの位置関係、及び押圧状態を示した説明図であり、図９は、手動操作時における手動操作軸１５の突起部１５ｃと、インターロックスイッチ１９の作動レバー１９ａとの位置関係、及び押圧状態が解除されたことを示した説明図である。
図８に示すように、電動操作時においては、インターロックスイッチ１９の作動レバー１９ａが、手動操作軸１５の突起部１５ｃにより押圧されて作動し、電源から電動モータ３等へ電力供給を行なっており、また、図９に示すように、手動操作時においては、この押圧状態が解除されて電源からの電力供給を停止した状態となっている。
従って、手動操作軸１５の突起部１５ｃとインターロックスイッチ１９の作動レバー１９ａが離間している手動操作時、及びアクチュエータカバー２を取り外した状態においては、電力供給は確実に停止された状態となる。
【００２２】
また、アクチュエータカバー２は、ボルト等の取付部材（図示しない）を介してベース体１ａに装着されており、アクチュエータカバー２を取り外す場合、前記取付部材を取り外した後、アクチュエータカバー２を引き上げると、手動操作部１６の下面に形成された溝部１６ａにアクチュエータカバー２の挿通孔２ａの上端部位が嵌り、アクチュエータカバー２の引き上げと同時に手動操作軸１５が持ち上がり、手動基軸１４の係止部１４ａと手動操作軸１５の嵌合孔１５ｂとの嵌合状態が解除され、アクチュエータカバー２、手動操作軸１５、及び手動操作部１６を同時に取り外すことができる構造となっている。
【００２３】
従って、手動基軸１４の係止部１４ａと手動操作軸１５の嵌合孔１５ｂが嵌合していない電動操作時において、アクチュエータカバー２を引き上げた時、手動基軸１４の平面視六角形状の係止部１４ａと手動操作軸１５の平面視十二角形状の嵌合孔１５ｂとは嵌合することなく係止状態になるため、通電状態にある電動操作時においては、アクチュエータカバー２を取り外すことはできない。
従って、前記係止部１４ａと嵌合孔１５ｂを嵌合させるためには、手動での嵌合を行なわなければならず、手動操作状態、即ち、電力供給を停止した状態でなければ、アクチュエータカバー２を取り外すことはできない構造となっている。
【００２４】
前記アクチュエータカバー２を取り付ける場合は、アクチュエータカバーの挿通孔２ａによって軸心を維持された手動操作軸１５の嵌合孔１５ｂと、手動基軸１４の係止部１４ａとを嵌合させた後、ボルト等の取付部材を介してベース体１ａに取り付ける。
【００２５】
また、本実施例では、制御軸９の上部に樹脂製の弁開度計２０を設けており、外側から該弁開度計２０を視認可能な透明又は半透明の樹脂製の弁開度計カバー２１を設けている。
【００２６】
次に、本実施形態において採用した内接噛合遊星歯車減速機構７の一例について説明する。
図１に示すように、内接噛合遊星歯車減速機構７は、出力軸８と同軸上に配設されており、その構成は、入力歯車６が挿入固着される偏心体２２と、該偏心体２２を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車２３と、ベース体１ａなどの固定側に固定され、前記外歯歯車２３と内接噛合する内歯歯車２４と、前記外歯歯車２３の揺動回転から自転回転を取り出して出力軸８に伝える回転伝達機構２５と、該回転伝達機構２５を介して連結された出力軸８とから構成されている。
【００２７】
前記偏心体２２は、出力軸８に対し、ベアリング２６を介して相対回転可能に配置されており、図１０に示すように、偏心した偏心部２２ａの中心は出力軸８から偏心量ｅだけ偏心している。
該偏心体２２の偏心部２２ａ外周部位にはベアリング２７を設けており、該ベアリング２７を介して外歯歯車２３が回転自在に設けられている。
該外歯歯車２３は、外周にトロコイド系歯形２３ａを有しており、該外歯歯車２３と内接噛合する内歯歯車２４は、ベース体１ａに固定されており、外歯歯車２３と相隣接する内周に円弧歯形２４ａを有している。
【００２８】
また、前記回転伝達機構２５は、外歯歯車２３に形成された複数の内ピン孔２３ｂと、該内ピン孔２３ｂ内を遊嵌する内ピン２８と、該内ピン２８を一体又は別体に形成したピンフランジ２９とから構成されており、該ピンフランジ２９は、出力軸８に取付固定されている。
【００２９】
ベース体１ａ上に配設された電動モータ３が駆動すると、該電動モータ３の回転軸に設けられたピニオンギヤ４が回転すると共に、該ピニオンギヤ４と噛合する中間歯車５を介して、出力軸８と同軸上に配設された入力歯車６が回転する。
該入力歯車６は、出力軸８と同軸上に配設された偏心体２２に取付固定されており、入力歯車６に伝達された回転力により、偏心体２２が回転する。
該偏心体２２の回転により、外歯歯車２３は出力軸８の周りで揺動回転をしようとするが、ベース体１ａ等の固定側に固定された内歯歯車２４によって回転が拘束され、該外歯歯車２３は前記内歯歯車２４に内接噛合しながら揺動する。
【００３０】
例えば、外歯歯車２３の歯数をＮ、内歯歯車２４の歯数をＮ＋１とすると、歯数差は１となり、偏心体２２の１回転毎に外歯歯車２３はベース体１ａ等の固定側に固定された内歯歯車２４に対して１歯分ずれることになる。即ち、自転回転が生じる。このことは、偏心体２２の１回転が外歯歯車２３の−１／Ｎの回転に減速されたことになる。
【００３１】
前記外歯歯車２３の回転は、該外歯歯車２３に形成された内ピン孔２３ｂ及び内ピン２８の隙間によって揺動成分が吸収され、自転回転が前記内ピン２８を介してピンフランジ２９へ伝達され、該ピンフランジ２９と連結された出力軸８へ伝達される。
従って、外歯歯車２３の自転回転−１／Ｎの回転が出力軸８へ伝達されることになり、該出力軸８と連結された弁軸（図示しない）を回転させる。
【００３２】
次に、上記の実施形態の作用を説明する。
本発明におけるバルブ用アクチュエータ１は、歯車減速機構を構成する入力歯車６と噛合したギヤ部１３を有する手動基軸１４と、前記アクチュエータカバー２に形成された挿通孔２ａにより上下動自在に支持された手動操作軸１５と、該手動操作軸１５の上端部に設けた手動操作部１６とからなる手動操作機構１２を有し、電動操作時においては、前記手動基軸１４の係止部１４ａと、前記手動操作軸１５の嵌合孔１５ｂとは嵌合することなく、手動操作軸１５の下部に形成された円筒部１５ａ内に収納された手動基軸１４は、電動モータ３からの回転力が伝達され円筒部１５ａ内を空回りするが、手動操作軸１５、手動操作部１６には回転力が伝達されないので不用意に回転することがなく、操作上、作業上の安全性を確保することができる。
【００３３】
手動操作にする場合は、手動操作部１６を介して手動操作軸１５を引き上げるとその引き上げに連動して、押圧状態（電源オン）にあった手動操作軸１５の突起部１５ｃと、インターロックスイッチ１９の作動レバー１９ａとが離間して押圧状態が解除され、電源からの電力供給が停止（電源オフ）されると共に、前記手動基軸１４の係止部１４ａと、前記手動操作軸１５の嵌合孔１５ｂとが嵌合して手動操作が可能となる。
従って、電動から手動への切り換えを容易に行なうことができ、さらに、電動から手動への切り換えに連動して電源からの電力供給を確実に停止（電源オフ）することができるので、操作上、作業上の安全性をさらに確保することができる。
【００３４】
前記アクチュエータカバー２の挿通孔２ａの内周面に形成された溝部２ｃに、手動操作軸１５の外周面に設けた割りリング１７を嵌合させて手動操作軸１５の位置保持をするようにしているので、不用意に手動基軸１４の係止部１４ａと手動操作軸１５の嵌合孔１５ｂとの嵌合状態が外れることはない。
【００３５】
アクチュエータカバー２、手動操作軸１５、及び手動操作部１６をそれぞれ分離することなく、同時に取り外すことができるので、作業性がよく、しかも、アクチュエータカバー２を取り外した状態においては、電源からの電力供給は確実に停止（電源オフ）された状態であるため、感電等することなく、極めて安全にメンテナンス等の作業を行なうことができる。
【００３６】
図３に示すように、手動操作機構１２は、出力軸８と別体に設けられているので、バルブの口径などによって出力軸径を変更する必要がある場合でも、手動操作機構１２の構成部材を変更する必要がなく、さらに、本実施例のように、入力歯車６を手動操作する構造とすることにより、アクチュエータの横方向の大きさを抑えつつ、手動操作軸１５をアクチュエータ上部に突出配置することができる。
【００３７】
本実施例では、前記出力軸８の上部に、該出力軸８より小径である制御軸９を一体又は別体に延設して設けており、該制御軸９の径を電動モータ３からの回転力、即ち、出力トルクの大きさに関係なく、一定の径とすることにより、該制御軸９に設けられるカム部材１０、弁開度計２０、及び弁開度計カバー２１を共通部品とすることができる。
さらに、前記カム部材１０と、該弁開度検出部材１１との相対位置を一定に維持することが可能となり、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる弁開度検出部材１１を共通部品とすることができる。
【００３８】
本実施例のように、電動モータ３からの回転力を減速して出力軸８へ伝達する手段として、内接噛合遊星歯車減速機構７を出力軸８と同軸上に配設することで、ベース体１ａに電気部品等を配設するための有効スペースを確保することができ、しかも、小さなスペースで大きな減速比を得ることが可能なアクチュエータとすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明の手動操作機構付きバルブ用アクチュエータは、電動操作（自動操作）時は、手動操作軸、及び手動操作部に電動モータからの回転力が伝達されることがないので、不用意に手動操作軸、及び手動操作部が回転することがなく、かつ、電動操作時においては、アクチュエータカバーの着脱をすることができないので、誤って通電状態でメンテナンス等の作業を行なう危険性を解消することができ、操作上、作業上の安全性を確保することが可能となった。
【００４０】
手動操作時は、電動操作から手動操作への切り替えに連動して、電源からの電力供給が確実に停止され、さらに、アクチュエータカバーを取り外して行なうメンテナンス時等においては、電源からの電力供給が確実に停止されているので、感電等の危険性が解消され、操作上、作業上の安全性を確保し、操作性、作業性を向上させることが可能となった。
【００４１】
さらに、アクチュエータカバー、手動操作軸、及び手動操作部とをそれぞれ分離することなく、同時に取り外すことができるため、さらに、作業性を向上させることが可能となった。
【００４２】
部品点数、製造工数を多く必要とすることなく、操作上、作業上の安全性を確保すると共に、操作性、作業性を向上させることができるため、コンパクト化、及びコストの削減化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における手動操作機構付きバルブ用アクチュエータの断面図である。
【図２】本発明における手動操作機構付きバルブ用アクチュエータの一部省略した平面図である。
【図３】電動操作時における本発明のバルブ用アクチュエータの断面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図５】手動操作時における本発明のバルブ用アクチュエータの断面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図７】手動操作軸の位置保持状態を示した説明図である。
【図８】電動操作時における手動操作軸の突起部とインターロックスイッチの作動レバーとの状態説明図である。
【図９】手動操作時における手動操作軸の突起部とインターロックスイッチの作動レバーとの状態説明図である。
【図１０】図１におけるＣ−Ｃ線断面説明図である。
【符号の説明】
１ バルブ用アクチュエータ
２ アクチュエータカバー
２ａ 挿通孔
２ｂ，２ｃ 溝部
３ 電動モータ
７ 歯車減速機構
８ 出力軸
１３ ギヤ部
１４ 手動基軸
１４ａ 係止部
１５ 手動操作軸
１５ａ 円筒部
１５ｂ 嵌合孔
１５ｃ 突起部
１６ 手動操作部
１９ インターロックスイッチ
１９ 作動レバー

Claims (2)

1. ベース体にアクチュエータカバーを着脱自在に取付け、このアクチュエータカバーに形成した挿通孔に、上端に手動操作部を有する手動操作軸の軸心を挿通保持させた状態で上下動自在に設け、一方、ベース体側には、歯車減速機構の歯車群の一つと噛合するギヤ部を設け、このギヤ部に設けた手動基軸の外周に係止部を設けると供に、前記手動操作軸の下端部には嵌合孔を設け、手動操作時における手動操作軸の引き上げ操作で前記係止部に前記嵌合孔を嵌合係止して手動操作状態とし、かつ、手動操作軸の引き上げ操作で手動操作軸の外周面に設けた突起部によるインターロックスイッチへの押圧状態が解除されて電源からモータへの電力供給が停止され、この電力供給が停止状態で、かつ、嵌合係止している手動操作状態のときだけ、前記ベース体から手動操作軸を有するアクチュエータカバーを取り外し可能に設け、電動操作時には、前記アクチュエータカバーを取り外す際に、手動操作軸の嵌合孔が手動基軸の係止部に非嵌合状態で係止するようにしたことを特徴とする手動操作機構付きバルブ用アクチュエータ。
2. 前記手動基軸の上端部に、平面視六角形状の係止部を形成し、前記手動操作軸の下部に形成された円筒部の下端部に、平面視十二角形状の嵌合孔を形成し、この嵌合孔を前記係止部に嵌合係止した請求項１に記載の手動操作機構付きバルブ用アクチュエータ。

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