JP4233817B2 - 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に搭載するためのバルブ用アクチュエータであって、特に、電動モータ等を動力源とし、減速機構を介してボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁の弁軸を回転操作する構造のアクチュエータにおいて、電動操作時、及び手動操作時における弁の角度制御を正確に行うことを可能にした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、ボールバルブやバタフライバルブ等に搭載する減速機構を内蔵したバルブ用アクチュエータが各種提案されている。
従来のバルブ用アクチュエータは、モータからの回転力を減速して出力軸に伝達するために、出力軸とモータの回転軸との間に平歯車列を多段等に噛合して連結配設した減速機構を有しており、該減速機構を介することにより、モータからの回転力を減速して出力軸に伝達し、該出力軸と連結した弁軸に伝達して、弁体であるボールやジスクを開閉操作していた。しかし、前記減速機構を内蔵したバルブ用アクチュエータにあっては、多数の平歯車を多段等に噛合して連結配設した構造であるため、出力軸とモータの回転軸との間に広いスペースを確保しなければならず、アクチュエータの大型化につながると共に、構造が複雑になり、かつ部品点数も多くなるため、コスト的にも問題を有していた。
【０００３】
そこで、前記問題を解決するものとして、例えば、特開２００２−１１５７４８号公報が開示されている。
特開２００２−１１５７４８号公報では、少ない歯車数で大きな減速比を得ることができる減速機構を内蔵したアクチュエータが記載されている。
前記減速機構は、ハウジング外へ回転を伝える出力軸の周りに同軸に設けられ、モータによって前記出力軸と相対的に回転することができると共に、回転軸に対して偏心した外周円を持った偏心体と、外内周が前記出力軸と同軸になっており、内周面に沿って内歯車を有し、ハウジングに対して出力軸の周りに回転することができる円環状太陽内歯車と、前記偏心体の外周円と同軸になった内孔円と外周にある外歯車とを持った遊星外歯車であって、前記偏心体と相対回転可能に外挿して設けられ、外歯車を前記円環状太陽内歯車に部分的に噛合わせて太陽内歯車の内周に沿って公転運動をすることができるようになっているものと、前記遊星外歯車の自転を前記出力軸に伝える回転伝達機構と、前記円環状太陽内歯車のハウジングに対する回転を拘束及び開放することができる回転断続機構とからなる減速機構を内蔵するものであり、アクチュエータのコンパクト化を可能にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来（例えば、特開２００２−１１５７４８号公報など）の少ない歯車数で大きな減速比を得ることができる減速機構を内蔵したアクチュエータにあっては、モータからの回転力を前記減速機構を介して出力軸に伝達する場合、該出力軸を所定角度の範囲で回動規制する機械的手段を有していないため、例えば、カムによりリミットスイッチの接点を押圧してオン・オフ操作する際に、カムとリミットスイッチとの相対的な位置関係にズレなどが生じている場合や、リミットスイッチの誤作動が生じた場合には、所定の弁開度の範囲内で弁体の開閉を停止することができずに、流体の誤供給を生じる恐れがあり、さらに、停電時等において手動操作を行なう場合にも同様の問題を有していた。
なお、この従来技術における回転断続機構は、円環状太陽内歯車のハウジングに対する回転を拘束及び開放するものであり、電動操作時、或いは手動操作時において、出力軸の回転角度の範囲を規制するものではない。
【０００５】
本発明は、前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に搭載するためのバルブ用アクチュエータであって、特に、電動モータ等を動力源とし、少ない歯車数で大きな減速比を得ることができる内接噛合遊星歯車減速機構を介してボールバルブ、バタフライバルブなどの弁軸を回転操作する構造のアクチュエータにおいて、弁の角度制御を正確に行うことを可能にすると共に、弁の開閉位置を正確に検出し、さらに、構造の簡素化により、小型化と軽量化並びにコストの削減化を可能としたバルブ用アクチュエータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ベース体に形成した挿通孔に出力軸を回転可能に軸装し、この出力軸の同軸上である前記挿通孔の上端周縁部位のベース体内に回転規制部を所定角度の回動範囲に切欠き形成し、この回動規制部の回動範囲内に一対の係止部を設けると共に、前記出力軸の同軸上で、前記挿通孔周縁部位の上方のベース体内に内接噛合遊星歯車減速機構を配設し、前記一対の係止部を有する回動規制部を前記歯車減速機構の外径の配置内に設け、かつ、この歯車減速機構は、モータからの回転力の伝達により回転する偏心体と、この偏心体を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車と、この外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の揺動回転から取り出して出力軸に連動させる回転伝達機構からなり、この回転伝達機構は、外歯歯車に形成された内ピン孔と、この内ピン孔内を遊嵌する内ピンと、この内ピンに一体に設けたリング状のピンフランジからなり、このピンフランジを前記出力軸の外周囲に挿入固定し、前記ピンフランジの下面にリング状フランジ面の下面で、かつピンフランジ外周面と同一平面範囲内にストッパ部を下方に向けて一体に突設形成し、このストッパ部を前記一対の係止部にそれぞれ係止させて前記出力軸を所定角度範囲内に回動制御するようにしたバルブ用アクチュエータである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明における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。
図１及び図２に示すように、本発明のバルブ用アクチュエータ１は、ケーシング１ａと、該ケーシング１ａ内（本実施形態ではベース体２上）に配設された電動モータ３と、該電動モータ３の回転軸に設けられたピニオンギヤ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からの回転力を前記中間歯車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とから構成されている。
【００１０】
前記歯車減速機構７は、前記出力軸８と同軸上に配設されており、その構成は、前記入力歯車６が挿入固着される偏心体９と、該偏心体９を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車１０と、ベース体２などの固定側に固定され、前記外歯歯車１０と内接噛合する内歯歯車１１と、前記外歯歯車１０の揺動回転から自転回転を取り出して出力軸８に伝えると共に、前記出力軸８を所定角度内に回動制御するためのストッパ部（角度位置決め部）１２を有する回転伝達機構１３と、該回転伝達機構１３を介して連結された出力軸８とから構成されている。
また、前記回転伝達機構１３には前記出力軸８を所定角度内に回動制御するための手段として、図示しない凹部状の係合部位（角度位置決め部）等を設けてもよい。
【００１１】
前記偏心体９は、出力軸８に対し、ベアリング１４を介して相対回転可能に配置されており、図３に示すように、偏心した偏心部９ａ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９の偏心部９ａ外周部位にはベアリング１５を設けており、該ベアリング１５を介して外歯歯車１０が回転自在に設けられている。
該外歯歯車１０は、外周にトロコイド系歯形１０ａを有しており、該外歯歯車１０と内接噛合する内歯歯車１１は、ベース体２に固定されており、外歯歯車１０と相隣接する内周に円弧歯形１１ａを有している。また、内歯歯車１１は、ベース体２に一体に形成してもよい。
【００１２】
本実施形態においては、前記したように、外周にトロコイド系歯形１０ａを有する外歯歯車１０と、該外歯歯車１０と内接噛合する内歯歯車１１は、相隣接する内周に円弧歯形１１ａを有しているが、これに限定されることはなく、トロコイド系歯形１０ａを有する外歯歯車１０と、内歯に相当する外ピン（図示せず）を外歯歯車１０と内接噛合する内周に設けた内歯歯車（図示せず）とからなるものでも良く、さらにその他の内接噛合遊星歯車機構でも良い。
【００１３】
また、前記回転伝達機構１３は、外歯歯車１０に形成された複数の内ピン孔１０ｂと、該内ピン孔１０ｂ内を遊嵌する内ピン１６と、該内ピン１６を挿入孔１７に挿入固着したピンフランジ１８とから構成されている。
また、内ピン１６をピンフランジ１８上面に一体形成することも可能である。前記ピンフランジ１８は、出力軸８の外周囲に取付固定されており、該ピンフランジ１８の外周部位にはベアリング１８ａを設けている。
また、リング状のピンフランジ１８の下面には、出力軸８を所定角度内に回動制御するためのストッパ部１２を一体に設けている。
【００１４】
また、ベース体２に形成された出力軸挿通孔２ａの上端周縁部位には、回転時に前記ストッパ部１２が当接して係止するための回動規制部１９を切欠き形成して設けている。
本実施形態では、図４に示すように、９０°（回動範囲）とストッパ部の厚み分の角度を有する平面視扇形状に切欠き形成して設けた回動規制部１９であり、該回動規制部１９に前記ストッパ部１２を嵌入設置して、該回動規制部１９の回動範囲内（本実施形態では９０°）、即ち、係止面（係止部）１９ａと係止面（係止部）１９ａとの間において回動可能に設けられており、回転時には、前記回動規制部１９の係止面（係止部）１９ａに前記ストッパ部１２が当接係止して、出力軸８を所定角度内に回動制御している。
また、本実施形態では、回動範囲を９０°としているが、１８０°としてもよい。
また、前記回動規制部１９は、本実施形態に限定されることなく、ストッパ部１２の配置、形状（例えば、ピン形状等）などにあわせて適宜の構造（例えば、円弧状溝等）に形成することができる。
【００１５】
前記したように、出力軸８を所定角度内に回動制御するための手段として、ピンフランジ１８にストッパ部（角度位置決め部）１２を形成しているが、出力軸８を所定角度内に回動制御するための手段として、前記ピンフランジ１８の下面、或は外周部位などの適宜位置に、図示しない凹部状の係合部位（角度位置決め部）等を設けることも可能である。
【００１６】
この場合、ベース体２に形成された出力軸挿通孔２ａの上端周縁部位には、回転時に前記した凹部状の係合部位に形成された係止面（係止部）が当接して係止するための凸部状の回動規制部（図示せず）を形成する。
前記した凹部状の係合部位は、ピンフランジ１８の下面を９０°（回動範囲）と前記した凸部状の回動規制部の厚み分の角度を有する平面視扇形状に切欠き形成して設けた凹部からなり、該係合部位に前記した凸部状の回動規制部を嵌入設置して、回動範囲内（９０°）において回動可能に設け、回転時には、前記した凹部状の係合部位の係止面（係止部）が前記した凸部状の回動規制部に当接係止して、出力軸８を所定角度内に回動制御するのもであり、回動範囲は９０°でもよく、或は１８０°としてもよい。
また、前記した凹部状の係合部位は、前記した構造に限定されることなく、回動規制部の配置、形状（例えば、ピン形状等）などにあわせて適宜の構造（例えば、円弧状溝等）に形成することができる。
【００１９】
ベース体２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９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９が回転する。
該偏心体９の回転により、外歯歯車１０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２等の固定側に固定された内歯歯車１１によって回転が拘束され、該外歯歯車１０は前記内歯歯車１１に内接噛合しながら揺動する。
【００２０】
例えば、外歯歯車１０の歯数をＮ、内歯歯車１１の歯数をＮ＋１とすると、歯数差は１となり、偏心体９の１回転毎に外歯歯車１０はベース体２等の固定側に固定された内歯歯車１１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。これにより、偏心体９の１回転が外歯歯車１０の−１／Ｎの回転に減速されたことになる。
【００２１】
前記外歯歯車１０の回転は、該外歯歯車１０に形成された内ピン孔１０ｂ及び内ピン１６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１６を介してピンフランジ１８へ伝達され、該ピンフランジ１８と連結された出力軸８へ伝達される。
したがって、外歯歯車１０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２０を回転させる。
【００２２】
また、前記歯車減速機構７に設けられた、本実施形態においては、ピンフランジ１８の下面に一体に設けられたストッパ部１２と、該ストッパ部１２が当接して係止する回動規制部１９がベース体２に設けられており、特に、手動操作時において、例えば、アクチュエータカバー上部に突出形成された手動操作部（図示せず）を介して出力軸８を回転操作すると、前記ストッパ部１２が回動規制部１９の係止面（係止部）１９ａに当接係止して、出力軸８を所定角度内（本実施形態では９０°）に回動制御している。
【００２３】
また、出力軸８は上方に延設されており、該出力軸８上部位には、図示しないカム、及びリミットスイッチなどの弁開度検出部材が配置されており、さらに図示しない手動操作機構を適宜位置に設けている。
また、本発明のバルブ用アクチュエータにおいて、中間開度可能であることはむろんである。
【００２４】
次に、前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、ベース体２上に配設された電動モータ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、偏心部９ａを有する偏心体９と、該偏心体９を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車１０と、該外歯歯車１０と内接噛合する内歯歯車１１と、前記外歯歯車１０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１３と、該回転伝達機構１３を介して連結された出力軸８とから構成される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、小さなスペースで大きな減速比を得ることができ、さらに、その他の電子部品を内蔵するための有効スペースを確保することを可能にしている。
【００２５】
また、前記回転伝達機構１３には、出力軸８を所定角度内に回動制御するためのストッパ部（角度位置決め部）１２を設けており、特に、手動操作時において、例えば、アクチュエータカバー上部に突出形成された手動操作部（図示せず）を介して出力軸８を回転操作すると、前記ストッパ部１２が回動規制部１９の係止面（係止部）１９ａに当接係止して、出力軸８を所定角度内に回動制御するので、バルブ弁体（図示せず）の正確な開閉操作を可能にしている。
【００２６】
このように、減速機構の出力軸を直接回動規制しているので、規制角度がずれることなく、正確な弁開閉操作を可能にしている。
さらに、本発明におけるバルブ用アクチュエータ１の歯車減速機構７は、減速比が非常に高いことから、出力軸８側からの負荷に対しては逆転しにくい構成であるので、バルブ弁体をストッパ当接位置において、ストッパ機構と歯車減速機構７による逆転防止機能により、出力軸８を介して位置保持を行うことができる。
【００２７】
本実施形態においては、前記ストッパ部１２をピンフランジ１８の下面に一体に設け、ベース体２に形成された出力軸挿通孔２ａの上端周縁部位には、出力軸８の回転時に前記ストッパ部１２が当接して係止するための回動規制部１９を切欠き形成して設けることで、該歯車減速機構７の外径の配置内でストッパ機構を有することになり、ストッパ機構を設置するためのスペースをあらたに設ける必要がない。
【００２８】
とりわけ、図１に示すストッパ部１２のように、ピンフランジ１８の下面に一体にストッパ部を設けることにより、ストッパ部１２がピンフランジ１８により補強されるので、高出力となる出力軸の回動規制に好適である。
また、前記回動規制部１９は本実施形態に限定されることなく、ストッパ部１２の配置、形状（例えば、ピン形状等）にあわせて適宜の構造（例えば、円弧状溝等）に形成することが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によると、電動モータからの回転力を減速して出力軸へ伝達する手段として、偏心部を有する偏心体と、該偏心体を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車と、該外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の揺動回転から自転回転を取り出して、出力軸に伝える回転伝達機構と、該回転伝達機構を介して連結された出力軸とから構成される内接噛合遊星歯車減速機構を出力軸と同軸上に配設したことにより、減速機構を内蔵したアクチュエータのコンパクト化が可能となり、さらに出力軸を所定角度内に回動制御するための角度位置決め部を前記歯車減速機構内に設けたことにより、さらにコンパクト化が可能となると共に、構造の簡素化により、軽量化並びにコストの削減化を可能にした。
【００３１】
さらに、電動操作時において、カムによりリミットスイッチの接点を押圧してオン・オフ操作する際に、カムとリミットスイッチとの相対的な位置関係にズレなどが生じている場合や、リミットスイッチの誤作動が生じた場合には、所定の弁開度の範囲内で弁体の開閉を停止することができずに、流体の誤供給を生じる恐れがあったが、前記角度位置決め部を設けたことにより、所定範囲以上に回動しないため、前記のような問題を解消した。
【００３２】
さらに、停電時等において手動操作を行なう場合にも、前記角度位置決め部を設けたことにより、弁開度を正確に規制することが可能となり、弁の開閉位置を正確に検出することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明におけるバルブ用アクチュエータに内蔵する内接噛合遊星歯車減速機構の分離斜視図である。
【図２】 本発明におけるバルブ用アクチュエータの正面断面図である。
【図３】 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】 ストッパ部（角度位置決め部）と回動規制部との作用説明図である。
【符号の説明】
１ バルブ用アクチュエータ
１ａ ケーシング
２ ベース体
３ モータ
７ 内接噛合遊星歯車減速機構
８ 出力軸
９ 偏心体
１０ 外歯歯車
１０ａ 内ピン孔
１１ 内歯歯車
１２ 角度位置決め部
１３ 回転伝達機構
１６ 内ピン
１８ ピンフランジ
１９ 回転規制部
１９ａ 係止部

Claims (1)

1. ベース体に形成した挿通孔に出力軸を回転可能に軸装し、この出力軸の同軸上である前記挿通孔の上端周縁部位のベース体内に回転規制部を所定角度の回動範囲に切欠き形成し、この回動規制部の回動範囲内に一対の係止部を設けると共に、前記出力軸の同軸上で、前記挿通孔周縁部位の上方のベース体内に内接噛合遊星歯車減速機構を配設し、前記一対の係止部を有する回動規制部を前記歯車減速機構の外径の配置内に設け、かつ、この歯車減速機構は、モータからの回転力の伝達により回転する偏心体と、この偏心体を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車と、この外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の揺動回転から取り出して出力軸に連動させる回転伝達機構からなり、この回転伝達機構は、外歯歯車に形成された内ピン孔と、この内ピン孔内を遊嵌する内ピンと、この内ピンに一体に設けたリング状のピンフランジからなり、このピンフランジを前記出力軸の外周囲に挿入固定し、前記ピンフランジの下面にリング状フランジ面の下面で、かつピンフランジ外周面と同一平面範囲内にストッパ部を下方に向けて一体に突設形成し、このストッパ部を前記一対の係止部にそれぞれ係止させて前記出力軸を所定角度範囲内に回動制御するようにしたことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。

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