JP4558892B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転運動を直線運動に変換する電動アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの回転運動を直線運動に変換する電動アクチュエータは、例えばバルブの開閉を行うアクチュエータとして、数多くのものが実用化されている。
【０００３】
この種の電動アクチュエータでは、モータの回転数を減速する機構として、１段で大きな減速比が得られるウオーム歯車を用いたものが多い。
また、回転運動を直線運動に変換する機構としては、ボールねじを用いたものと、通常の台形ねじを用いたものが実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回転運動を直線運動に変換する機構として、ボールねじを用いたものは、直径方向の寸法のみならず、軸線方向の寸法も大きくなるという欠点がある。
また、ボールねじを用いた場合には、いわゆるセルフロック機能がなく、モータの回転停止後の位置保持ができないという欠点がある。
【０００５】
一方、ウオーム歯車を用いたものは、セルフロック機能があり、上述の欠点はないが、ウオーム歯車の動力伝達効率が低いという別の欠点がある。
【０００６】
さらに、通常の台形ねじを用いたものは、機構部をコンパクトに構成できる長所はあるものの、ねじ部が摩耗に弱いという問題がある。
【０００７】
近年、電動バルブアクチュエータを使用するプラントにおいては、プラント機器の実装スペースの節約を図るため、水平配管だけでなく、垂直配管についても、バルブ及び電動アクチュエータを装着したいという要望がある。
このような垂直配管に実装する電動アクチュエータについては、軸線方向の重心位置が取付面から大きく離れると、スペースを占拠するのみならず、配管の振動特性にも影響を与えるため、アクチュエータ取付面からの重心位置を極力低くする必要がある。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑み、セルフロック機能を有するとともに、歯車の伝達効率が高く、しかもねじ部が摩耗に強く、かつ軸線方向の重心位置を低くできるようにした電動アクチュエータを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１） モータにより回転させられるようにしたねじ軸と、このねじ軸と同軸にねじ係合しているステムナットとを有し、前記ステムナットを、軸線方向には摺動可能に、かつ回転方向には回転不能に係止して、前記モータの回転運動を、前記ステムナットの直線運動に変換するようにした電動アクチュエータにおいて、前記ねじ軸を中空部を有する筒状とし、その中空部に前記ねじ軸の軸線方向に摺動可能に挿入した出力軸の端部を、前記ステムナットの閉鎖端に固定し、前記出力軸と前記ステムナットとによって前記ねじ軸を内外より挟むようにした。
【００１０】
（２）上記(１)項において、ステムナットを軸線方向に摺動可能に係止する手段として、キーとキー溝による係合を用いる。
【００１１】
（３）上記(１)項において、ステムナットを軸線方向に摺動可能に係止する手段として、ステムナットの外形を多角形状とする。
【００１２】
（４）上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、モータからの回転駆動力を伝達してねじ軸を減速回転させる歯車として、円筒歯車を用いる。
【００１３】
（５）上記(４)項において、ステムナットとのねじ係合部をねじ軸の上部に、かつ円筒歯車をねじ軸の下部に配設する。
【００１４】
（６） 上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、ねじ軸、ステムナット、円筒歯車を含む機構部を、ハウジング及びカバーによる潤滑油充填空間内に収容する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例の要部縦断面図、図２は、図１におけるII−II線横断面図である。
電動アクチュエータ(Ａ)は、下部が弁装置（図示略）に結合されている出力軸(10)を有する。出力軸(10)は、上部ハウジング(11)及び下部ハウジング(12)内に上下部の軸受(13)(14)により枢支された中空筒状のねじ軸(15)内に、ねじ軸(15)の軸線方向に摺動可能、かつ軸線まわりに相対回転可能として挿入されている。
【００１６】
ねじ軸(15)の下部には、ヘリカルギアのような肉厚の大径歯車(16)が同軸的に固着されており、ねじ軸(15)は、この大径歯車(16)と、これに噛合するピニオン(17)を介して、モータ(18)に連結されている。
【００１７】
ピニオン(17)は、通常は、モータ(18)により回転駆動されるが、必要に応じ、手動操作も可能となるように、傘歯車(19a)(19b)を介して駆動できる手動操作軸(20)が設けられている。手動操作軸(20)は、常時は、戻しばね(21)の力で後退位置にあり、傘歯車(19a)(19b)は互いに離れた不作動位置にある。
【００１８】
ねじ軸(15)の上部外周面には、雄ねじが刻設され、この雄ねじは、内周面に雌ねじが刻設されたステムナット(22)と螺合している。(15a)は、この雄ねじと雌ねじとの螺合ねじ部を示す。
【００１９】
ステムナット(22)の外周面は円筒状をなし、同じく円筒状を有するカバー(23)内に収容されている。ステムナット(22)の外周面に設けたキー溝(24)の上面には、カバー(23)に固着されたキー(25)が当接されており、大径歯車(16)に伴うねじ軸(15)の回転運動は、ステムナット(22)の直線運動に変換される。
【００２０】
ステムナット(22)の上端は閉鎖端(22a)となっており、その軸心には孔(26)が穿設されている。この孔(26)に、出力軸(10)の縮径端部(10a)が挿入されている。 縮径端部(10a)の上端部には雄ねじ(10b)が刻設され、ここに螺合したロックナット(27)により、出力軸(10)は、ステムナット(22)の閉鎖端(22a)に固定されている。
この際、縮径端部(10a)に続く出力軸(10)の肩部(10c)は、ステムナット(22)の閉鎖端(22a)の下面に密着する。
【００２１】
出力軸(10)の上端面には、ロッド(28)が固着され、その上端部は、カバー(23)を貫いて上方に突出し、その突出した部分には、ラック(28a)が刻設されている。
【００２２】
ラック(28a)には、カバー(23)の上部に取り付けたポテンショメータ(29)の軸に固着したピニオン(30)が噛合されている。
【００２３】
カバー(23)におけるロッド(28)の貫通部には、シール(31)が、また下部ハウジング(12)における出力軸(10)の貫通部にはシール(32)が、さらに上部ハウジング(11)における手動操作軸(20)の貫通部にはシール(33)が、それぞれ装着されており、上下部ハウジング(11)(12)及びカバー(23)により、潤滑油を封入する閉鎖空間が形成されている。
【００２４】
本発明の電動アクチュエータは上述のような構造であるので、モータ(18)または手動操作軸(20)によりピニオン(17)を回転させると、大径歯車(16)及び中空のねじ軸(15)は一体になって回転し、ねじ軸(15)と螺合部(15a)で噛合し、かつキー溝(24)とキー(25)との係合により、軸線方向には摺動可能であるが、回転は不能であるステムナット(22)は、軸線方向に移動させられる。
この移動は、中空のねじ軸(15)内に収容されステムナット(22)に取り付けられた出力軸(10)に伝えられ、出力軸(10)が軸線方向に動いて、バルブ（図示省略）を開閉することとなる。
【００２５】
ねじ軸(15)、ステムナット(22)、大径歯車(16)、ピニオン(17)をを含む可動の機構部は、上下部ハウジング(11)(12)及びカバー(23)により密封される潤滑油充填空間内に収容され、機構部は完全に潤滑されるので、摩耗に強い電動アクチュエータとなっている。
【００２６】
前述のように、大径歯車(16)の固着位置が低いため、弁機構部への取付面(Ｂ)は、アクチュエータ機構部の重心位置に近くなっている。
【００２７】
また、大径歯車(16)は、ウオーム歯車に較べて動力伝達効率が高いが、本来セルフロック機能に欠けている。しかし、大径歯車(16)は、ねじ軸(15)とステムナット(22)とからなる回転運動を直線運動に変換する機構と一体になっているので、螺合ねじ部(15a)により結果的にセルフロック機能を有する。
【００２８】
図３に示す変形例では、ステムナット(22)の外形が多角形状となっており、同形状の内面を有するカバー(23)に収容されている。この場合、ステムナット(22)の回転を阻止するキー溝(24)およびキー(25)は不要となる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ねじ軸及び出力軸の長さを短くして、軸線方向の重心位置を低くできるととともに、良好なセルフロック性能が得られ、かつ歯車の伝達効率を高めることができる。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、簡単な構成で、確実にステムナットの回転を阻止し、その軸線方向の移動を許容することができる。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、キーとキー溝等を設ける必要性をなくし、構造をさらに簡素化できる。
【００３２】
請求項４記載の発明によれば、高い動力伝達効率が得られ、かつねじ軸とステムナットとからなる回転運動を直線運動に変換する機構と一体とすることにより、結果的にセルフロック機能が得られる。
【００３３】
請求項５記載の発明によれば、取付面とアクチュエータ重心位置とを接近させることができ、垂直配管に装着した場合であっても、耐振性が向上し、配管強度に及ぼす影響が少なくなる。
【００３４】
請求項６記載の発明によれば、ねじ部をグリース潤滑とした場合と比較して、潤滑性能が向上し、摩耗、特にねじ部の摩耗に強い電動アクチュエータとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す要部縦断面図である。
【図２】図１のII−II線における横断面図である。
【図３】変形例を示す図２と同様の断面図である。
【符号の説明】
(Ａ)電動アクチュエータ
(Ｂ)取付面
(10)出力軸
(10a)縮径端部
(10b)雄ねじ
(10c)肩部
(11)上部ハウジング
(12)下部ハウジング
(13)(14)軸受
(15)ねじ軸
(15a)螺合ねじ部
(16)大径歯車
(17)ピニオン
(18)モータ
(19a)(19b)傘歯車
(20)手動操作軸
(21)戻しばね
(22)ステムナット
(23)カバー
(24)キー溝
(25)キー
(26)孔
(27)ロックナット
(28)ロッド
(28a)ラック
(29)ポテンショメータ
(30)ピニオン
(31)(32)(33)シール
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転運動を直線運動に変換する電動アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの回転運動を直線運動に変換する電動アクチュエータは、例えばバルブの開閉を行うアクチュエータとして、数多くのものが実用化されている。
【０００３】
この種の電動アクチュエータでは、モータの回転数を減速する機構として、１段で大きな減速比が得られるウオーム歯車を用いたものが多い。
また、回転運動を直線運動に変換する機構としては、ボールねじを用いたものと、通常の台形ねじを用いたものが実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回転運動を直線運動に変換する機構として、ボールねじを用いたものは、直径方向の寸法のみならず、軸線方向の寸法も大きくなるという欠点がある。
また、ボールねじを用いた場合には、いわゆるセルフロック機能がなく、モータの回転停止後の位置保持ができないという欠点がある。
【０００５】
一方、ウオーム歯車を用いたものは、セルフロック機能があり、上述の欠点はないが、ウオーム歯車の動力伝達効率が低いという別の欠点がある。
【０００６】
さらに、通常の台形ねじを用いたものは、機構部をコンパクトに構成できる長所はあるものの、ねじ部が摩耗に弱いという問題がある。
【０００７】
近年、電動バルブアクチュエータを使用するプラントにおいては、プラント機器の実装スペースの節約を図るため、水平配管だけでなく、垂直配管についても、バルブ及び電動アクチュエータを装着したいという要望がある。
このような垂直配管に実装する電動アクチュエータについては、軸線方向の重心位置が取付面から大きく離れると、スペースを占拠するのみならず、配管の振動特性にも影響を与えるため、アクチュエータ取付面からの重心位置を極力低くする必要がある。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑み、セルフロック機能を有するとともに、歯車の伝達効率が高く、しかもねじ部が摩耗に強く、かつ軸線方向の重心位置を低くできるようにした電動アクチュエータを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１） モータにより回転させられるようにしたねじ軸と、このねじ軸と同軸にねじ係合しているステムナットとを有し、前記ステムナットを、軸線方向には摺動可能に、かつ回転方向には回転不能に係止して、前記モータの回転運動を、前記ステムナットの直線運動に変換するようにした電動アクチュエータにおいて、前記ねじ軸を中空部を有する筒状とし、その中空部に前記ねじ軸の軸線方向に摺動可能に挿入した出力軸の端部を、前記ステムナットの閉鎖端に固定し、前記出力軸と前記ステムナットとによって前記ねじ軸を内外より挟むようにした。
【００１０】
（２）上記(１)項において、ステムナットを軸線方向に摺動可能に係止する手段として、キーとキー溝による係合を用いる。
【００１１】
（３）上記(１)項において、ステムナットを軸線方向に摺動可能に係止する手段として、ステムナットの外形を多角形状とする。
【００１２】
（４）上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、モータからの回転駆動力を伝達してねじ軸を減速回転させる歯車として、円筒歯車を用いる。
【００１３】
（５）上記(４)項において、ステムナットとのねじ係合部をねじ軸の上部に、かつ円筒歯車をねじ軸の下部に配設する。
【００１４】
（６） 上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、ねじ軸、ステムナット、円筒歯車を含む機構部を、ハウジング及びカバーによる潤滑油充填空間内に収容する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例の要部縦断面図、図２は、図１におけるII−II線横断面図である。
電動アクチュエータ(Ａ)は、下部が弁装置（図示略）に結合されている出力軸(10)を有する。出力軸(10)は、上部ハウジング(11)及び下部ハウジング(12)内に上下部の軸受(13)(14)により枢支された中空筒状のねじ軸(15)内に、ねじ軸(15)の軸線方向に摺動可能、かつ軸線まわりに相対回転可能として挿入されている。
【００１６】
ねじ軸(15)の下部には、ヘリカルギアのような肉厚の大径歯車(16)が同軸的に固着されており、ねじ軸(15)は、この大径歯車(16)と、これに噛合するピニオン(17)を介して、モータ(18)に連結されている。
【００１７】
ピニオン(17)は、通常は、モータ(18)により回転駆動されるが、必要に応じ、手動操作も可能となるように、傘歯車(19a)(19b)を介して駆動できる手動操作軸(20)が設けられている。手動操作軸(20)は、常時は、戻しばね(21)の力で後退位置にあり、傘歯車(19a)(19b)は互いに離れた不作動位置にある。
【００１８】
ねじ軸(15)の上部外周面には、雄ねじが刻設され、この雄ねじは、内周面に雌ねじが刻設されたステムナット(22)と螺合している。(15a)は、この雄ねじと雌ねじとの螺合ねじ部を示す。
【００１９】
ステムナット(22)の外周面は円筒状をなし、同じく円筒状を有するカバー(23)内に収容されている。ステムナット(22)の外周面に設けたキー溝(24)の上面には、カバー(23)に固着されたキー(25)が当接されており、大径歯車(16)に伴うねじ軸(15)の回転運動は、ステムナット(22)の直線運動に変換される。
【００２０】
ステムナット(22)の上端は閉鎖端(22a)となっており、その軸心には孔(26)が穿設されている。この孔(26)に、出力軸(10)の縮径端部(10a)が挿入されている。 縮径端部(10a)の上端部には雄ねじ(10b)が刻設され、ここに螺合したロックナット(27)により、出力軸(10)は、ステムナット(22)の閉鎖端(22a)に固定されている。
この際、縮径端部(10a)に続く出力軸(10)の肩部(10c)は、ステムナット(22)の閉鎖端(22a)の下面に密着する。
【００２１】
出力軸(10)の上端面には、ロッド(28)が固着され、その上端部は、カバー(23)を貫いて上方に突出し、その突出した部分には、ラック(28a)が刻設されている。
【００２２】
ラック(28a)には、カバー(23)の上部に取り付けたポテンショメータ(29)の軸に固着したピニオン(30)が噛合されている。
【００２３】
カバー(23)におけるロッド(28)の貫通部には、シール(31)が、また下部ハウジング(12)における出力軸(10)の貫通部にはシール(32)が、さらに上部ハウジング(11)における手動操作軸(20)の貫通部にはシール(33)が、それぞれ装着されており、上下部ハウジング(11)(12)及びカバー(23)により、潤滑油を封入する閉鎖空間が形成されている。
【００２４】
本発明の電動アクチュエータは上述のような構造であるので、モータ(18)または手動操作軸(20)によりピニオン(17)を回転させると、大径歯車(16)及び中空のねじ軸(15)は一体になって回転し、ねじ軸(15)と螺合部(15a)で噛合し、かつキー溝(24)とキー(25)との係合により、軸線方向には摺動可能であるが、回転は不能であるステムナット(22)は、軸線方向に移動させられる。
この移動は、中空のねじ軸(15)内に収容されステムナット(22)に取り付けられた出力軸(10)に伝えられ、出力軸(10)が軸線方向に動いて、バルブ（図示省略）を開閉することとなる。
【００２５】
ねじ軸(15)、ステムナット(22)、大径歯車(16)、ピニオン(17)をを含む可動の機構部は、上下部ハウジング(11)(12)及びカバー(23)により密封される潤滑油充填空間内に収容され、機構部は完全に潤滑されるので、摩耗に強い電動アクチュエータとなっている。
【００２６】
前述のように、大径歯車(16)の固着位置が低いため、弁機構部への取付面(Ｂ)は、アクチュエータ機構部の重心位置に近くなっている。
【００２７】
また、大径歯車(16)は、ウオーム歯車に較べて動力伝達効率が高いが、本来セルフロック機能に欠けている。しかし、大径歯車(16)は、ねじ軸(15)とステムナット(22)とからなる回転運動を直線運動に変換する機構と一体になっているので、螺合ねじ部(15a)により結果的にセルフロック機能を有する。
【００２８】
図３に示す変形例では、ステムナット(22)の外形が多角形状となっており、同形状の内面を有するカバー(23)に収容されている。この場合、ステムナット(22)の回転を阻止するキー溝(24)およびキー(25)は不要となる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ねじ軸及び出力軸の長さを短くして、軸線方向の重心位置を低くできるととともに、良好なセルフロック性能が得られ、かつ歯車の伝達効率を高めることができる。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、簡単な構成で、確実にステムナットの回転を阻止し、その軸線方向の移動を許容することができる。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、キーとキー溝等を設ける必要性をなくし、構造をさらに簡素化できる。
【００３２】
請求項４記載の発明によれば、高い動力伝達効率が得られ、かつねじ軸とステムナットとからなる回転運動を直線運動に変換する機構と一体とすることにより、結果的にセルフロック機能が得られる。
【００３３】
請求項５記載の発明によれば、取付面とアクチュエータ重心位置とを接近させることができ、垂直配管に装着した場合であっても、耐振性が向上し、配管強度に及ぼす影響が少なくなる。
【００３４】
請求項６記載の発明によれば、ねじ部をグリース潤滑とした場合と比較して、潤滑性能が向上し、摩耗、特にねじ部の摩耗に強い電動アクチュエータとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す要部縦断面図である。
【図２】図１のII−II線における横断面図である。
【図３】変形例を示す図２と同様の断面図である。
【符号の説明】
(Ａ)電動アクチュエータ
(Ｂ)取付面
(10)出力軸
(10a)縮径端部
(10b)雄ねじ
(10c)肩部
(11)上部ハウジング
(12)下部ハウジング
(13)(14)軸受
(15)ねじ軸
(15a)螺合ねじ部
(16)大径歯車
(17)ピニオン
(18)モータ
(19a)(19b)傘歯車
(20)手動操作軸
(21)戻しばね
(22)ステムナット
(23)カバー
(24)キー溝
(25)キー
(26)孔
(27)ロックナット
(28)ロッド
(28a)ラック
(29)ポテンショメータ
(30)ピニオン
(31)(32)(33)シール
Claims (6)
- モータにより回転させられるようにしたねじ軸と、このねじ軸と同軸にねじ係合しているステムナットとを有し、前記ステムナットを、軸線方向には摺動可能に、かつ回転方向には回転不能に係止して、前記モータの回転運動を、前記ステムナットの直線運動に変換するようにした電動アクチュエータにおいて、前記ねじ軸を中空部を有する筒状とし、その中空部に前記ねじ軸の軸線方向に摺動可能に挿入した出力軸の端部を、前記ステムナットの閉鎖端に固定し、前記出力軸と前記ステムナットとによって前記ねじ軸を内外より挟むようにしたことを特徴とする電動アクチュエータ。
- ステムナットを軸線方向に摺動可能に係止する手段を、キーとキー溝によるものとした、請求項１記載の電動アクチュエータ。
- ステムナットを軸線方向に摺動可能に係止する手段として、ステムナットの外形を多角形状とした、請求項１記載の電動アクチュエータ。
- モータの回転駆動力を伝達してねじ軸を減速回転させる歯車として、円筒歯車を用いた請求項１〜３のいずれかに記載の電動アクチュエータ。
- ステムナットとのねじ係合部をねじ軸の上部に、かつ円筒歯車をねじ軸の下部に配設した、請求項４記載の電動アクチュエータ。
- ねじ軸、ステムナット、円筒歯車を含む機構部を、ハウジング及びカバーによる潤滑油充填空間内に収容した、請求項１〜５のいずれかに記載の電動アクチュエータ。
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|---|---|---|---|
| JP2000160389A JP4558892B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 電動アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000160389A JP4558892B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 電動アクチュエータ |
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|---|---|
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| JP4558892B2 true JP4558892B2 (ja) | 2010-10-06 |
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ID=18664585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000160389A Expired - Lifetime JP4558892B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 電動アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4558892B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113389879B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-05-03 | 东莞市勃航传动科技有限公司 | 一种精密电机齿轮箱传动装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6263453U (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-20 | ||
| JPH0658174U (ja) * | 1993-01-21 | 1994-08-12 | 東芝エンジニアリング株式会社 | 可変ピッチプロペラ駆動装置 |
-
2000
- 2000-05-30 JP JP2000160389A patent/JP4558892B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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