JP4373635B2 - 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、例えば、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等のバルブの弁軸を回転操作するアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータやエアモータを動力源とし減速機構を介してボールバルブ等のバルブの弁軸を回転操作するアクチュエータが従来から知られている。
かかるアクチュエータの減速機構は歯車列からなり、第１段歯車がモータに連結され、当該歯車列を介して最終段歯車が出力軸に固定されている。そして、通常のアクチュエータ使用状態ではモータの回転がこの減速機構によって減速しながら出力軸に伝達されるようになっている。
【０００３】
ところで、特開平１１−６３１６９号公報には歯車を支える軸の一端のみを取付板に締結した構造が開示されている。当該公報の図１には、モータからの回転を減速する歯車（減速機構の歯車列を構成する歯車）を支承する軸２３，３０の一端が取付板にカシメ固定された構造が記載されている。しかし、この図には、トルクを外部に伝達する出力軸の具体的構成については記載されていない。この点に関し、減速機構の歯車列は歯車自体がトルクを伝達するが、これを支持する軸はそれ自体トルクを伝達することはないので、上述の図において、減速機構の歯車列のみがこのような支持構造を採るように記載されているものと考えられる。
【０００４】
一方、当該公報の図６には、出力軸９が取付板に対して回転するように設けられた構造が記載されている。より詳細には、出力軸９の周面にローレット（付番なし）を刻設して出力歯車を嵌合固定している。そして、下側の取付板には出力軸９の下端を支承する軸受が固定されており、上側の取付板１Ｄには出力歯車（付番なし）の外周を支承するフランジ状の軸受が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
出力軸は減速歯車によって伝達されたトルクが最終的に伝達される部位であるので、出力軸には大きなトルクが発生する。従って、出力軸自体十分な機械的強度を確保しながら筐体外部へ十分な出力を取り出すために、大径であるとともに軸受を備えることに起因して長寸の出力軸を用いる必要があった。そして、これに合わせて大きい軸受を使用していたのでアクチュエータ自体が大型化していた。
【０００６】
さらに、従来では出力歯車と出力軸とが別体で構成されていたので、出力歯車を出力軸にしっかりと固定するために、出力軸にローレットやキー溝等の締結機構を形成する必要があった。そのため、軸の材料費および加工費が高くなるという問題があった。
さらに又、歯車同士の軸間距離を維持したり連結相手（バルブ）との回転心合わせを確実に行うためにかかる出力軸の軸心を保持する必要上、従来では出力軸を軸長手方向において少なくとも二ヶ所で軸支する構成をとっていた。この軸支用の軸受は出力軸方向にある程度の長さを必要とするため、取付板に孔を形成しただけでは軸受部としての役目を果たさない。従って、従来では別部材として形成した軸受を取付板に固定しなければならず、材料費および加工費の低減を図ることができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、材料費および加工費の低減を図ることができるアクチュエータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係るアクチュエータは、外部から供給されたエネルギーを回転運動に変換するモータと、モータの回転を外部へ出力する出力部材と、モータと出力部材との間に介在してモータの回転速度を減速すると共にトルクを増加させて前記出力部材にトルクを伝達する歯車列とを備え、バルブに取り付けられて該バルブの駆動軸を前記出力部材の回転トルクを伝達して該バルブを回転操作するものであって、
筐体に固定されて前記モータを支持する取付板と、この取付板に一端が締結されて前記出力部材を回転自在に支持する主軸と、前記出力部材と前記バルブの駆動軸とを連結する連結部材とを備え、
前記出力部材は、前記主軸に回動自在に嵌合する主軸嵌合部と、この主軸嵌合部と同軸に該主軸嵌合部の周囲に設けられて、前記歯車列に噛合して前記トルクが伝達される歯部と、前記主軸嵌合部と同軸に前記主軸側とは反対側に設けられて、一端が前記バルブの駆動軸に同軸に連結される連結部材の他端に同軸に連結される係合部とを具備し、
前記出力部材は、前記主軸嵌合部を前記主軸に嵌合させて設けられており、
当該アクチュエータを前記バルブに取り付けたとき、前記出力部材は、前記連結部材を介して前記バルブの駆動軸に同軸に連結され、前記主軸と前記バルブの駆動軸とにより軸線が規制されて、該軸線廻りの回動のみに回動自在に支持されることを特徴としている。
【０００９】
主軸の一端が前記取付板に締結されて強固に支持されており、一方、前記出力部材が歯車列と噛み合う歯部を有して前記主軸に対して回動自在に嵌合するようになっており、連結部材を介して操作対象の駆動軸に同軸に連結される構造を有しているので、出力軸の形状を簡素化して材料費および加工費の低減を図ることができる。
そのため、廉価で小型化したアクチュエータを得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るアクチュエータについて説明する。
本発明の一実施形態に係るアクチュエータ１は、図１の分解斜視図に示すように、ハウジング（筐体）１０と、ハウジング１０に収容され、後述する減速機構と出力軸が取り付けられたベース基板（取付板）２０と、同じくハウジング１０に収容されたプリント基板３０と、ハウジング底部に取り付けられたヨーク４０等を備えている。
【００１１】
ハウジング１０は、上面が開口した矩形箱型のケース１１と、ケース１１に被着されるカバー１２と、ケース１１とカバー１２との間に挟まれたガスケット１３を有している。
プリント基板３０には、後述するモータ駆動制御用の電気部品３１や端子３２等が実装されている。
【００１２】
ヨーク４０は、アクチュエータ１をバルブの駆動軸（図３）に取り付けるためのものであり、ヨーク４０内にはヨーク４０とバルブとの脱着を行うためのロックレバー４１が回動自在に収容されている。
また、ヨーク４０とハウジング１０との間には後述する出力軸とバルブ駆動軸（図３にのみ図示）とを連結するジョイント４６が介在されている。
【００１３】
ベース基板２０は金属プレートからなり、その一側面（図中上面）に駆動用パルスモータ２５が装着されると共に、その他側面（図中下面）に複数の歯車列からなる減速機構Ｇ、及び出力軸（出力部材）２６が備わっている。
減速機構Ｇは、図２に拡大して斜め上方から示すように、第１の減速歯車２１、第２の減速歯車２２、第３の減速歯車２３からなる。また、出力軸２６（図１及び図３参照）には第３の減速歯車２３と噛合する歯２６ｇが一体に形成されている。なお、図２において、各歯車の歯部については図示を省略している。
【００１４】
そして、これらの減速歯車２１〜２３は、図２において斜め下方から示すように、ベース基板２０に立設した金属製の支持シャフト２０ａ〜２０ｃに回動自在に支持されている。また、出力軸２６もベース基板２０に立設した支持シャフト（主軸）２０ｄに回動自在に支持されている。
なお、これら第１の支持シャフト２０ａ乃至第３の支持シャフト２０ｃはベース基板の下面にそれぞれその一端がカシメられた状態で立設している。また、第４の支持シャフト（主軸）２０ｄもベース基板の下面にその一端がカシメられた状態で立設している。
【００１５】
第１の減速歯車２１は、小歯車部２１ａと大歯車部２１ｂからなり、また、第２の減速歯車２２も小歯車部２２ａ（図３）と大歯車部２２ｂからなり、これらは全てポリアセタールで一体に形成されている。そして、第２の減速歯車２２は、コイルスプリング２７を介して第２の支持シャフト２０ｂの一側（図中、下方）に付勢された状態で支持されている。このコイルスプリング２７は、第２の減速歯車２２と第３の減速歯車２３とを噛合させるためのもので、図示しない解除レバーを押圧してこの付勢力に抗して第２の減速歯車２２を軸線方向に移動させることで歯車間のトルク伝達を解除するようになっている。
【００１６】
第３の減速歯車２３も小歯車部２３ａと大歯車部２３ｂからなるが、強化ポリアセタールを用いて一体に形成されている。
出力軸２６とこれと一体に形成された歯部２６ｇとは、第３の歯車と同様に強化ポリアセタールでできている。
歯部２６ｇは扇形状を有し、出力軸の周方向一部に形成されている。そして、出力軸の一端側には円環状の出力軸端部２６ｅ（図１）が突出形成され、出力軸２６の他端側には支持シャフト挿入孔（主軸嵌合部）２６ｈが形成されている。また、出力軸端部２６ｅの内周壁には雌スプラインが形成され、ジョイント４６の雄スプラインと係合して一体に回動するようになっている。
【００１７】
そして、補助プレート２８は、第３の減速歯車２３の支持シャフト２０ｃと第２の減速歯車２２の支持シャフト２０ｂに取り付けられて、各歯車の仮止めの役目を果たしている。
以上の構成から明らかなように、歯部２６ｇと出力軸２６は、従来のように出力軸にこれとは別体の出力歯車を嵌合した構成をとっておらず、一体に形成されかつベース基板２０に片持ち状態で取り付けられた第４の支持シャフト２０ｄによって回動自在に支持されている。
【００１８】
尚、出力軸２６には、回転角度検出用の突起２６ｔが立設している。この突起２６ｔは、ベース基板２０の貫通孔２０ｈから図中上方に突出してプリント基板３０に取り付けられた検出スイッチ２０ｓ（図１）を介して出力軸２６の回転角度を検出するようになっている。
次に、各歯車の噛合状態についてより詳しく説明する。
【００１９】
モータ２５の出力軸２５ｓに取り付けられた歯車２５ｇは第１の減速歯車の大歯車部２１ｂと噛合し、第１の減速歯車の小歯車部２１ａと第２の減速歯車の大歯車部２２ｂが噛合し、第２の減速歯車の小歯車部２２ａと第３の減速歯車の大歯車部２３ｂが噛合し、第３の減速歯車の小歯車部２３ａと出力軸の歯部２６ｇが噛合するようになっている。そして、これによって、モータ２５の回転速度を徐々に減速すると共にトルクを出力軸２６に確実に伝達するようになっている。
【００２０】
なお、出力軸２６には補助スイッチ用歯車２９ｇが更に噛合しており、カム２９ｃを介して補助スイッチ２９ｓを選択的にオン・オフすることを可能としている。また、ポテンショ２９ｐが取り付けられ、出力軸２６の動作角度位置を検出するようになっている。
本発明にかかるアクチュエータ１は上述したように、減速歯車の最終段（第３の歯車）２３に噛合する歯部２６ｇと出力軸２６とが一体となり、ベース基板２０に一端をカシメで締結した支持シャフト２０ｄに回動自在に支持されている。従って、従来のように、出力軸を少なくとも二ヶ所で基板やアクチュエータの筐体に支持し、かつこの出力軸に歯車を嵌合させた構成を採る必要がない。そのため、部品点数が少なく済み、コスト低減が図れるとともにアクチュエータ自体の小型化も図ることができる。
【００２１】
続いて、以上のように構成されたアクチュエータ１をボールバルブ５に取り付けた状態について説明する。
図３に示すように、ボールバルブ５は、ハウジング５１と、ハウジング内に収容され、流路の開閉を行うボール弁５２と、ボール弁５２と一体に取り付けられ、アクチュエータ１の出力軸２６の回転によりボール弁５２の開閉動作を行う駆動軸５６等を備えている。この駆動軸５６は構造上明らかなように駆動軸５６の軸線廻りに回転動作のみを行い、軸線に対する曲げ動作を行うことはない。
【００２２】
なお、駆動軸５６の端部５６ｅは端面視矩形状に形成され、ジョイント４６と嵌合してアクチュエータ１の出力軸２６のトルクを伝達するようになっている。アクチュエータ１のロックレバー４１とヨーク４０にはそれぞれ、周方向の当接部に図示しないテーパ部が形成され、ロックレバー４１を所定方向に廻すことでテーパ部同士が楔作用により係合し合い、ヨーク４０とボールバルブ５のフランジ部５１ｆをしっかりと当接固定するようになっている。
【００２３】
このように、アクチュエータ１の出力軸２６の一端（図中下端）は、アクチュエータ１をボールバルブ５に取り付けない状態では自由端となっているが、アクチュエータ１をボールバルブ５に取り付けると、この端部がジョイント４６を介してボールバルブ５の駆動軸５６に連結される。即ち、アクチュエータ１の出力軸２６は、その一端がベース基板２０の第４の支持シャフト２０ｄによって軸線廻りの回動のみにその動きを規制され、その他端もジョイント４６を介してバルブ駆動軸５６の端部によって軸線廻りの回動のみにその動きを規制される。
【００２４】
従って、アクチュエータ１をボールバルブ５に取り付けた状態では、出力軸２６から第４の支持シャフト２０ｄに曲げが作用することはほとんどない。そのため、従来例のように、アクチュエータの出力軸をあらかじめ二点支持していなくても、出力軸２６が、大きなトルクをジョイント４６を介してバルブの駆動軸５６に伝達することを可能とする。
【００２５】
なお、上述の実施形態では、アクチュエータをボール弁に取り付けた場合について説明したが、必ずしもこれに限定されることはない。即ち、出力軸が連結される相手側駆動軸が軸線方向に対して曲げ動作を伴わず、回転動作にのみ制限されるものであれば、本発明に係るアクチュエータを好適に使用することができる。
【００２６】
従って、ボール弁の代りに例えばダンバなどの開閉機構を備えた弁にも本発明にかかるアクチュエータを適用可能である。
以上、説明したアクチュエータに関して、第１乃至第３の歯車及び歯を一部に備えた出力軸の材質は必ずしもポリアセタールに限定されない。従って、これらの構成要素を、ポリカーボネート、ＰＢＴ、ＰＰＥなどのエンジニアリングプラスチックで形成しても良いし、燒結金属やダイキャストで形成しても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るアクチュエータは、アクチュエータの主軸の一端が該取付板に締結されると共に、出力部材が歯車列と噛み合う歯を有し、主軸に対して回動自在に嵌合するようになっているので、出力のための軸の形状を簡素化して材料費および加工費の低減を図ることができる。
【００２８】
そのため、廉価で小型化したアクチュエータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるアクチュエータを分解状態で斜め下方から示した斜視図である。
【図２】図１における部分斜視図であり、ベース板とモータを斜め下方から、減速歯車を斜め上方から示した図である。
【図３】図１のアクチュエータをボール弁に取り付けた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ
５ ボールバルブ
１０ ハウジング
２０ ベース基板（取付板）
２０ａ〜２０ｄ 支持シャフト
２１ 第１の減速歯車
２２ 第２の減速歯車
２３ 第３の減速歯車
２６ 出力軸
２６ｇ 歯部
３０ プリント基板
４０ ヨーク
４１ ロックレバー
４６ ジョイント
５１ ハウジング
５２ ボール弁
５６ 駆動軸

Claims (2)

1. 外部から供給されたエネルギーを回転運動に変換するモータと、前記モータの回転を外部へ出力する出力部材と、前記モータと前記出力部材との間に介在して前記モータの回転速度を減速すると共にトルクを増加させて前記出力部材にトルクを伝達する歯車列とを備え、バルブに取り付けられて該バルブの駆動軸に前記出力部材の回転トルクを伝達して該バルブを回転操作するアクチュエータにおいて、
   筐体に固定されて前記モータを支持する取付板と、この取付板に一端を締結されて前記出力部材を回転自在に支持する主軸と、前記出力部材と前記バルブの駆動軸とを連結する連結部材とを備え、
   前記出力部材は、前記主軸に回動自在に嵌合する主軸嵌合部と、この主軸嵌合部と同軸に該主軸嵌合部の周囲に設けられて、前記歯車列に噛合して前記トルクが伝達される歯部と、前記主軸嵌合部と同軸に前記主軸側とは反対側に設けられて、一端が前記バルブの駆動軸に同軸に連結される前記連結部材の他端に同軸に連結される係合部とを具備し、
   前記出力部材は、前記主軸嵌合部に前記主軸が嵌合させており、
   当該アクチュエータを前記バルブに取り付けたとき、前記出力部材は、前記連結部材を介して前記バルブの駆動軸に同軸に連結され、前記主軸と前記バルブの駆動軸とにより軸線が規制されて該軸線廻りの回動のみに回動自在に支持されることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記歯車列を支える軸の全てが、その一端を前記取付板に締結されていることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。

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