JP4495829B2 - タイマー制御式電力切り換え装置を有するアクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に電気−機械的アクチュエータ（作動器）に関し、特に、駆動モータと低電力の保持機構との間で電力を切り換えるタイマー機能を有した電気−機械的アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気−機械的アクチュエータは、例えば暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）設備において広く用いられ、特に火及び煙が生じる緊急状況時に、空気流を制御するダンパーやバルブを作動するのに使われている。
【０００３】
これらのアクチュエータは一般に、オペレータによって意図的に遮断されるかあるいは停電によってアクチュエータへの電力が中断した際、ダンパーを所定のデフォルト位置（既定位置）へ位置させる引き戻し機能を備えている。
【０００４】
この機能によって、アクチュエータは電力を必要とせず自動的にダンパーを安全位置に変位させ、火及び／又は煙を予め決められた防火計画で指定された区域へ向けたりあるいは閉じ込めるのを助ける。
【０００５】
従来の多くのアクチュエータにおける引き戻し機能は、一般にバネ機構によって行われている。バネ機構の引き戻し力に抗してダンパーを通常の動作位置に維持するため、既知の一部のアクチュエータは複数で同じモータを用い、各ダンパーを既定位置から初期変位させている。
【０００６】
この構成は次の点において不利である。つまり、火及び煙の発生状況に適用されるアクチュエータは一般にその寿命のほぼ９９％の間通常の動作位置に保持され、その結果比較的多量の電力が消費されてしまう。
【０００７】
この電力消費の問題は、大規模なＨＶＡＣシステムで同種類のアクチュエータが多数使われる場合、それらアクチュエータの寿命期間にわたる合計の電力消費が非常に多量且つ高額になるため、一層顕著となる。さらに、ダンパーを駆動するアクチュエータ内のギア列が常時モータによる負荷下に置かれることになり、その結果６０Ｈｚの周波数振動によってギア歯の損傷を生じ易くなる。別の最悪とも言える問題は、モータを長期間停止位置に保持するため熱の蓄積が高まり、モータの損傷する可能性が潜在的に強まることである。
【０００８】
上記のほか、一部のアクチュエータには、ダンパーを通常の動作中所定の位置に維持する方法として、別個の保持機構を備えているものもある。付勢されるとロック機構がダンパーと係合し、ダンパーをその通常の動作位置にロックする。ロック機構は駆動モータよりも少ない電力でよく、しかもギア歯の損傷の可能性を排除もしくは少なくとも減少させる。
【０００９】
この種のアクチュエータは、ダンパーが通常の動作位置に達したかどうかを検出するエンドスイッチ、あるいはアクチュエータが駆動を停止したかどうかを検出する速度検知装置を備えている。ダンパーが通常の動作位置に達したと判定されると、アクチュエータは電力の供給を駆動モータからロック機構へと切り換える。しかしながら、エンドスイッチや速度検知装置は割高であり、また一般にほぼ３５０°Ｆ（約１７７℃）という高い動作温度下では機能させるのが困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の主な目的は、安価で簡単に機能する改良アクチュエータを提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、ダンパーをその通常の動作位置にロックするソレノイドを具備した改良アクチュエータを提供することにある。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、駆動モータとソレノイドとの間で電力を切り換えるタイマー制御装置を有する改良アクチュエータを提供することにある。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、プリント配線回路アセンブリ上に設けられたタイマー制御装置を有する改良アクチュエータを提供することにある。
【００１４】
上記以外の目的及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、例えば火及び煙の発生時に適用され、ダンパーやバルブを開閉するのに使われる電気−機械的アクチュエータに係わる。アクチュエータはダンパーをその動作位置に駆動する電動モータへ電力を供給するための切り換え装置を備える。この切り換え装置は、ダンパーが動作位置に到達すると、モータへの電力供給を停止し、ダンパーを動作位置に維持するソレノイドへ電力供給を行なう。ソレノイドへ供給される電力はモータに供給される電力に比べて著しく少なく、よってアクチュエータにより消費される電力は著しく減少する。
【００１６】
広義において、本発明は、外部装置に接続されて、外部装置を所定の位置に変位せしめると共に、外部装置をその所定の位置に維持する電気−機械的アクチュエータに係わる。アクチュエータはハウジングを具備し、付勢されたとき外部装置を前記所定の位置に駆動する駆動モータと、付勢されたとき外部装置を前記所定の位置に維持する制動機構とがハウジング内に設けられる。切り換え装置が、駆動モータを付勢して外部装置を前記所定の位置に駆動する切り換え信号と、駆動モータの付勢時点から所定の時間が経過したとき、駆動モータを消勢する一方制動機構を作動させ、外部装置を前記所定の位置に維持する切り換え信号とを発生する。
【００１７】
本発明の一具体例によれば、切り換え装置は、駆動モータと低電力の保持機構との間で電力を切り換えるため電気−機械的アクチュエータで用いられる。切り換え装置は、所定の時点に駆動モータと低電力の保持機構との間で電力を切り換える信号を発生する切り換え信号発生器と、この信号発生器によって切り換え信号を発生可能とする制御回路とを備える。また、切り換え装置には、駆動モータと保持機構に接続され、及び切り換え信号発生器から切り換え信号を受け取ると、駆動モータから低電力の保持機構へ電力の供給を切り換える切り換え手段も具備される。
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照して説明すると、本発明における電気−機械的アクチュエータは全体を１０で示してあり、下部ハウジング１２を備える（上部ハウジングは省略）。下部ハウジング１２は回転可能な出力カプラ（継手）１４を、ベアリングリング１８を介してカプリング穴１６（図１中に図示）で受けるように構成されている。
【００１８】
出力カプラ１４はダンパーやバルブ（図示せず）等の外部装置に動作接続されるよう構成され、電力が遮断された場合の既定位置とアクチュエータ１０に電力が供給された際の所望の動作位置との間でダンパー位置を変位せしめる。
【００１９】
出力カプラ１４は一体状の扇形歯車２０を備え、扇形歯車２０は全体を２２で示したギア列と噛み合う複数の歯を備える。好ましい実施の形態において、ギア列２２は４個の互いに噛み合ったギアセット２４,２６,２８,３０で構成される。
【００２０】
ギア列２２は、ギアセット２４,２６,２８,３０の各軸がアクチュエータ１０の長手方向に沿って全体としてジグザグ状となるように配置される。ギア列２２のギアセット２４は出力カプラ１４の扇形歯車２０に噛み合い、ギアセット３０は駆動モータ３４の駆動ピニオン３２に噛み合う。この構成により、モータに電力が供給されると、モータ３４で発生したトルクはギア列２２によって増幅され、出力カプラ１４に伝達される。
【００２１】
注意すべき点として、好ましい実施の形態のギア列２２はそれぞれ伝達ピニオン３５（全てのピニオンは表示されていない）を有する互いに連結された４個のギアセット２４,２６,２８,３０で構成されるが、ギア列２２は４個より多い若しくは少ない数のギヤセットを備えていても良く、駆動モータ３４と出力カプラ１４との間でのトルク伝達を可能とするその他様々な構成が可能であることは、当業者であれば容易に理解できるであろう。
【００２２】
図１に示すとおり、ギア２６と同軸の細長いシャフト３６がギア２６から垂直下方に延びている。溝付きスリーブ３８がシャフト３６の端に取り付けられ、例えばぜんまいバネやねじれバネなどからなる引き戻しバネ（図中表示されていない）の終端に接続されている。ダンパーが出力カプラ１４によって既定位置から変位されると、引き戻しバネはねじれた状態となり、ギア列２２を介して出力カプラ１４にダンパーを既定位置に戻す力を与える。
【００２３】
アクチュエータ１０の通常の動作中にダンパーがその既定位置に戻るのを防止するために、アクチュエータに制動機構（ブレーキアセンブリ）４０が設置され、制動機構は作動されるとギア列２２を回転しないようにロックする。
【００２４】
制動機構４０は、ソレノイド４６中の直動プランジャ（図中表示されていない）に掛け止めされたアーム４４（図１に表示）を有するスライド可能なレバーブレーキ４２を備え、ソレノイド４６が作動したとき、レバーブレーキ４２はそれに応じてプランジャと共にスライドする。レバーブレーキ４２はタブ（耳）４８を備え、これはソレノイド４６が作動したときにギア３０の歯の１つを捕らえ、ギア列２２を所定の位置にロックする。
【００２５】
ソレノイドが作動しないときは、バイアスバネ５０（図１に表示）がソレノイドプランジャひいてはブレーキレバー４２とそのタブ４８をギア３０から離れる方向に押す。これにより、ギア列２２は駆動モータ３４あるいは引き戻しバネによって回転可能となる。
【００２６】
本発明の一観点によれば、アクチュエータ１０は、さらに、駆動モータ３４とソレノイド４６へ供給される電力を制御する切り換え回路５１を備える。切り換え回路５１はプリント配線板５２上に構成され、絶縁板５４により保護される。
【００２７】
ここで、図３を参照すれば、切り換え回路５１は4541B型集積（ＩＣ）チップ等のソリッドステートタイマー５４を備える。タイマー５４が所定の信号を発生可能となるように、タイマー制御回路５６が設けられている。タイマー制御回路５６は、一対の抵抗５８，６０とコンデンサ６２を備え、これらの抵抗及びコンデンサはタイマー５４の要求条件に応じて選択され、タイマーから所望の信号が生成されリレー６４に供給される。
【００２８】
好ましい実施の形態において、抵抗５８，６０の各値は３４８Ωと６９８Ω、コンデンサ６２の容量は0.001μＦである。これにより、タイマー５４は、駆動モータ３４に接続されたリレー６４中のスイッチ６６を好ましくは約２５秒間保持する信号を発生し、駆動モータがダンパーを通常の動作位置に移動させるのに十分な時間を与える。リレー６４は好ましい実施の形態では SPDT タイプである。
【００２９】
上記期間の後、タイマー５４は、スイッチ６６によってモータ３４を切り離す一方ソレノイド４６に接続する信号を出力する。これにより、制動機構４０を動作させてギア列２２をロックし、ダンパーをその動作位置に保持する。
【００３０】
タイマー５４はまた一対の抵抗６８，７０を備え、入力交流電圧をタイマーにより使用可能なレベルに低下させる。ダイオード７１，コンデンサ７２及びツェナーダイオード７４が抵抗６８，７０の下流側に接続され、タイマー５４へ供給される前に入力交流電圧を整流し、約１３Ｖの直流電圧に調整する。
【００３１】
【発明の効果】
上記の記載から、多くの望ましい特性と利点を有する本発明の電気−機械的な改良アクチュエータが図示され且つ説明されたことが理解されるであろう。本アクチュエータは、駆動モータよりも著しく少ない電力でダンパーを通常の動作位置に保持する制動機構を有する。他の利点として、本アクチュエータは、電力の供給を駆動モータから制動機構へ切り換えるタイマー制御式の切り換え装置を使用している。タイマー制御式の切り換え装置は安価で、またアクチュエータの動作が要求される高温状態においても容易に機能する。
【００３２】
以上、本発明の様々な実施の形態を図示し且つ説明したが、その他の変更，置換及び代替が可能であることは当業者にとって容易に理解できるであろう。このような変更，置換及び代替は、特許請求の範囲に記載の各請求項によって決定される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく成し得るものである。
本発明の種々の特徴は、特許請求の範囲に記載の各請求項に記述されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した電気−機械的アクチュエータの分解斜視図。
【図２】図１のアクチュエータの平面図。
【図３】本発明のタイマー制御式切り換え装置の詳細な回路配線図。
【符号の説明】
１０ 電気−機械的アクチュエータ
１２ 下部ハウジング
１４ 出力カプラ（連結手段）
２２ ギア列（トルク伝達手段）
３０ ギア（歯車）
３４ 駆動モータ（駆動手段）
４０ 制動機構（制動手段）
４２ レバーブレーキ（制動手段）
４４ アーム（制動手段）
４６ ソレノイド（制動手段）
５１ 切り換え回路（切り換え手段）
５４ タイマー（切り換え手段）
５６ タイマー制御回路（切り換え手段）
５８，６０ 抵抗（切り換え手段）
６２ コンデンサ（切り換え手段）
６４ リレー（切り換え手段）
６６ スイッチ（切り換え手段）

Claims (9)

1. 外部装置に接続されて、前記外部装置を所定の位置に変位せしめると共に、前記外部装置を前記所定の位置に維持する電気−機械的アクチュエータにおいて、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ、付勢されたとき前記外部装置を前記所定の位置に駆動する手段と、
   付勢されたとき、前記外部装置を前記所定の位置に維持する制動手段と、
   前記駆動手段を付勢して前記外部装置を前記所定の位置に駆動するための第１の切り換え信号と、前記駆動手段の付勢時点から所定の時間が経過したとき、前記駆動手段を消勢する一方前記制動手段を作動させ、前記外部装置を前記所定の位置に維持するための第２の切り換え信号とを発生する切り換え手段と
   を備え、
   前記切り換え手段は、
   前記第１及び第２の切り換え信号を発生するためのタイマーと、
   前記タイマーが前記第１及び第２の切り換え信号を発生するために必要な入力信号を与える制御回路と、
   前記タイマーに接続された電子リレーであって、前記第１の切り換え信号が前記タイマーによって出力されたとき前記駆動手段へ給電し、前記外部装置を前記所定の位置に駆動し、前記第２の切り換え信号が前記タイマーによって出力されたとき前記駆動手段への給電から前記制動手段への給電に切り換える電子リレーと
   を備えたアクチュエータ。
2. 前記駆動手段は、電動モータである請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記制動手段は、プランジャを含むソレノイドである請求項１記載のアクチュエータ。
4. 前記制動手段は、前記プランジャに接続されたアームを有するレバーブレーキを具備し、
   前記制動手段が作動されたとき、前記レバーブレーキが前記駆動手段と動作係合して、
   前記外部装置が前記所定の位置から変位するのを防止する請求項３記載のアクチュエータ。
5. 前記駆動手段は、駆動シャフトに取り付けられた歯車を有する電動モータであり、
   前記制動手段が作動されたとき、前記歯車が前記レバーブレーキに備えられたタブと係合する請求項４記載のアクチュエータ。
6. 前記アクチュエータを前記外部装置に接続する連結手段と、
   前記駆動手段と前記連結手段との間に動作係合して配設され、前記駆動手段と前記連結手段との間でトルクを伝達するトルク伝達手段と
   を更に備えた請求項１記載のアクチュエータ。
7. 前記駆動手段は、電動モータであり、
   前記トルク伝達手段は、前記電動モータを前記連結手段へ伝達するように配置されたギア列である請求項６記載のアクチュエータ。
8. 駆動モータと低電力の保持機構との間で電力を切り換えるため電気−機械的アクチュエータで用いられる切り換え装置であって、
   所定の時点に前記駆動モータと前記保持機構との間で電力を切り換えるための切り換え信号を発生するタイマーと、
   前記タイマーによって前記切り換え信号を発生可能とする制御回路と、
   前記タイマーに接続され、前記タイマーから出力された前記切り換え信号に従って、前記駆動モータ及び前記保持機構の一方に給電する切り換え手段と
   を備え、
   前記タイマーは、
   ソリッドステートタイマーであり、
   前記切り替え手段は、
   前記タイマーに接続された電子リレーであって、前記タイマーから出力される前記切り換え信号に従って前記駆動モータへ給電し、その後、所定の時間が経過したとき、前記保持機構への給電に切り換える電子リレーと
   を備えた切り換え装置。
9. 前記制御回路は、前記タイマーによって前記切り換え信号を発生可能に配された少なくとも１つの抵抗と少なくとも１つのコンデンサと
   を具備する請求項８記載の切り換え装置。

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