JP4565913B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば流路中の流体の流れを制御する流量制御弁のために用いることができるアクチュエータであって、特に供給電力が事故等により突然ストップしたときに、流路が安全な状態になるように弁を強制的に動作させるフェイルセーフ機構を備えたアクチュエータに関する。

従来、ガス供給器の流路中に遮断弁を設けて、ガスの流量を制御する流量制御や、エアコンのガス冷媒流路の切り換えを行う切換制御に流量制御弁が使用されている。流量制御弁の駆動にはアクチュエータを利用している。特に、ピニオンギアやネジ機構により回転運動を直進運動に変換したアクチュエータにおいて流量制御弁を駆動する。

近年、ステップ入力によって高い位置決め精度が得られるようになったことから、アクチュエータとしてＰＭ型ステッピングモータを用い、回転運動を直進運動に変換する変換機構を備えた構成のアクチュエータが増えている。

流量制御弁が使用される機器として、例えば、ガスメータがある。ガスメータではガス事故を未然に防ぐために安全機構が設けられている。そのような安全機構としては、停電などにより電源がダウンしたり、制御回路の故障による供給電力のストップ等の異常を感知した場合には流量制御弁を自動的に安全な状態である、例えば閉状態にしてガスの通路を自動的に閉じる、いわゆるフェイルセーフ機能がガス遮断弁装置に備え付けられている。

このようなフェイルセーフ機能付きのガス遮断弁装置としては、例えば図７に示すような構造のガス遮断弁装置がある（例えば、特許文献１参照）。

図７は従来のガス遮断弁装置の構成図である。弁座１０１と、弁座１０１を閉塞可能な弁体１０２と、弁体１０２に配された弁軸１０３と、この弁軸１０３が直線運動するように設けられたガイド１０４と、弁体１０２を弁座１０１側に付勢するスプリング１０５と、回転駆動機構であるステッピングモータ１０６と、ステッピングモータ１０６の出力軸１０７に配置された送り手段である送りネジ１０８と、中心孔が送りネジ１０８に螺合あるいは係合可能で弁体１０２を押動可能な移動体１０９と、この移動体１０９の回転を規制する回転防止手段であるロッド１１０とで遮断弁が構成されている。ガスの使用状態が異常である場合には、コイル１１１に位相差を持ったパルス状電流を印加し、ロータ１１２を回転させ、移動体１０９はフタ１１３方向に後退し、弁体１０２はスプリング１０５に付勢されて弁座１０１に当接してガスが流れない閉弁状態になる。

また、他の従来のガス遮断弁装置として、例えば図８に示すような構造がある（例えば、特許文献２参照）。

図８は従来の他のガス遮断弁装置の構成図である。ガスの使用状態が異常である場合には、励磁コイル１２１の各導線１２２に位相差を持ったパルス状電流を印加し、ロータ１２３を正回転させる。移動体１２４は凹状部がリブ１２６と係合し回転を防止されているため、ロータ１２３に連動した送りネジ１２７の回転動作は移動体１２４の前後動作に変換され、移動体１２４と係合している弁体１２８は、弁シート１２９が弁座１３０に当接する位置に移動する。さらに移動体１２４が弁座１３０側に前進すると、コイルスプリング１３１がより圧縮され、弁シート保持部材１３２の円筒部１３３先端と移動体１２４のバネ受け１３４とが当接し、弁シート１２９が撓み、圧縮され、移動体１２４の反発力が送りネジ１２７の推力より大きくなり、ロータ１２３の回転が停止する。弁体１２８は弁座１３０にコイルスプリング１３１で付勢され、ガスが遮断される。この後、通電を停止してもロータ１２３は保持トルクのため、この状態を保持し、弁体１２８は弁座１３０にコイルスプリング１３１で付勢された閉弁状態を保持している。
特開２００３−０４２３２４号公報 特開２００３−２２２２５９号公報

しかしながら、従来の特許文献１に記載のガス遮断弁装置においては、ガス流路１１４に設けた弁体１０２に、弁体１０２を弁座１０１側に付勢するスプリング１０５を装着した構成のため、ガス流路１１４の構造が複雑になると共にスプリング１０５の付勢力に問題が発生した場合には簡単に取り替えることができず、メンテナンスの作業性がよくないという問題がある。

また、従来の特許文献２に記載のガス遮断弁装置においては、弁体１２８部分にコイルスプリング１３１を装着した構成のため、弁体１２８の形状を小さくできないという問題がある。また、弁体１２８の形状ごとにコイルスプリング１３１を合わせる必要があり、その分、部品点数が増えてしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑み、流路中の流量制御弁をモータにより駆動するアクチュエータにおいて、アクチュエータを基準とした作業やメンテナンスが容易となるようにフェイルセーフ機構を組み込み構成したアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、異常時のフェイルセーフ動作により、出力軸を強制的に動かし安全な状態にする為に、アクチュエータの構成要素と出力軸に設けたピンとの間にコイルスプリングを設けることを特徴とする。
具体的には、
（１）アクチュエータは、外側面に雄ねじを形成したねじ部と先端にヘッド部を設けた棒状体部とを連設した出力軸と、内側に前記雄ねじに螺合する雌ねじを形成したねじ部を有し、両端に軸受を装着したスリーブと、前記スリーブの外側に設けたロータマグネットと、前記出力軸に直角に挿通し、両端が前記出力軸から突出するように設けたピンと、前記出力軸を囲繞し、前記ピンに付勢力が働くように前記ピンに一端を当接したコイルスプリングと、前記コイルスプリングを収納し、前記ピンを軸方向に案内するスリットを形成したスプリングホルダーと、前記スプリングホルダーを収納するハウジングと、前記スリーブの一方端に装着した前記軸受の上に載置するとともに、前記ハウジングによって前記軸受の上に押し付け固定したストッププレートと、前記ロータマグネットを設けた前記スリーブを収納する非磁性材からなる略カップ状のロータケースと、を有するロータ組立体と、励磁コイルと、前記励磁コイルを囲繞するボビンと、前記ボビンを囲繞するステータヨークとを備え、前記ロータマグネットを回転駆動するステータ組立体とからなり、前記ロータケースを前記ステータ組立体の中央開孔に圧入し、前記スリーブの両端に装着した軸受の一方は前記ロータケースに載置して固定し、他方は前記ハウジングに装着して固定して前記スリーブを回転自在に軸支し、前記出力軸のねじ部と前記スリーブのねじ部を螺合し、前記スリーブの回転運動を前記出力軸の直線運動に変換するように構成し、前記励磁コイルへの励磁電流が遮断されたとき、前記コイルスプリングの復帰力によって前記出力軸が移動し、前記出力軸のねじ部と前記スリーブのねじ部が螺合して前記ロータマグネットを強制的に回転させて前記ヘッド部を所定の位置へ移動させてなることを特徴とする。
（２）上記（１）記載のアクチュエータは、前記ハウジングに装着した抜け止めピンを前記スプリングホルダーに嵌合させて、前記スプリングホルダーの動きを規制したことを特徴とする。
（３）上記（１）又は（２）記載のアクチュエータは、前記コイルスプリングが前記ピンと前記スプリングホルダーとの間に介装されていることを特徴とする。
（４）上記（１）又は（２）記載のアクチュエータは、前記コイルスプリングが前記ピンと前記ストッププレートとの間に介装されていることを特徴とする。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載のアクチュエータは、前記コイルスプリングを伸張スプリングとしたことを特徴とする。
（６）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載のアクチュエータは、前記コイルスプリングを圧縮スプリングとしたことを特徴とする。
（７）上記（１）乃至（６）のいずれか１項記載のアクチュエータは、前記ハウジングは略円筒状で一端にフランジ部を有し、前記フランジ部を前記スリーブの他端の軸受と前記ロータケースとの間に嵌合させると共に、前記フランジ部により前記ストッププレートを押圧支持したことを特徴とする。
（８）上記（１）乃至（７）のいずれか１項記載のアクチュエータは、前記励磁コイルと、前記励磁コイルを囲繞するボビンと、前記ボビンを囲繞するステータヨークとからなる第１のステータと第２のステータを積層し、コイルの端子部を設け、これらを樹脂モールドしてステータ組立体を構成したことを特徴とする。

本発明は、流路中の流量制御弁を駆動するのに適したアクチュエータにおいて、異常により供給電力が遮断された場合に、流路の状態を安全な状態にするように弁を強制駆動するフェイルセーフ機構をアクチュエータと一体に設けたので、フェイルセーフ機構およびアクチュエータを一体として取り扱うことができ、作業やメンテナンスが容易となる。
また、本発明のアクチュエータは、フェイルセーフ機構をアクチュエータと一体構造としたので、従来のように、フェイルセーフ機構とアクチュエータを互いに干渉しないように分離して配置する必要がなくなり、少ないスペースに収まるようになり、また弁体もフェイルセーフ機構をアクチュエータと一体化した分だけ、弁体形状を小さくでき、それに伴って流体流路の構造が簡素化でき、メンテナンスが容易にできる。特に、
アクチュエータは、外側面に雄ねじを形成したねじ部と先端にヘッド部を設けた棒状体部とを連設した出力軸と、内側に前記雄ねじに螺合する雌ねじを形成したねじ部を有し、両端に軸受を装着したスリーブと、前記スリーブの外側に設けたロータマグネットと、前記出力軸に直角に挿通し、両端が前記出力軸から突出するように設けたピンと、前記出力軸を囲繞し、前記ピンに付勢力が働くように前記ピンに一端を当接したコイルスプリングと、前記コイルスプリングを収納し、前記ピンを軸方向に案内するスリットを形成したスプリングホルダーと、前記スプリングホルダーを収納するハウジングと、前記スリーブの一方端に装着した前記軸受の上に載置するとともに、前記ハウジングによって前記軸受の上に押し付け固定したストッププレートと、前記ロータマグネットを設けた前記スリーブを収納する非磁性材からなる略カップ状のロータケースと、を有するロータ組立体と、励磁コイルと、前記励磁コイルを囲繞するボビンと、前記ボビンを囲繞するステータヨークとを備え、前記ロータマグネットを回転駆動するステータ組立体とからなり、前記ロータケースを前記ステータ組立体の中央開孔に圧入し、前記スリーブの両端に装着した軸受の一方は前記ロータケースに載置して固定し、他方は前記ハウジングに装着して固定して前記スリーブを回転自在に軸支し、前記出力軸のねじ部と前記スリーブのねじ部を螺合し、前記スリーブの回転運動を前記出力軸の直線運動に変換するように構成し、前記励磁コイルへの励磁電流が遮断されたとき、前記コイルスプリングの復帰力によって前記出力軸が移動し、前記出力軸のねじ部と前記スリーブのねじ部が螺合して前記ロータマグネットを強制的に回転させて前記ヘッド部を所定の位置へ移動させるようにしたので、フェイルセーフ機構をアクチュエータと一体に設けることができ、フェイルセーフ機構およびアクチュエータを一体として取り扱うことができ、作業やメンテナンスが容易となる。また、フェイルセーフ動作用のコイルスプリングをロータ組立体に組み込むことができるので、一体構造が簡単に構成でき、作業やメンテナンスが容易となる。

また、アクチュエータは、ハウジングに装着した抜け止めピンをスプリングホルダーに嵌合させて、スプリングホルダーの動きを規制したので、簡単な構成により、スプリングホルダーがハウジングに対して動かないように固定することができる。

また、アクチュエータは、コイルスプリングがピンとスプリングホルダーとの間に介装されているので、フェイルセーフ動作用のコイルスプリングをロータ組立体に組み込むことができ、一体構造が簡単に構成でき、作業やメンテナンスが容易となる。

また、アクチュエータは、コイルスプリングがピンとストッププレートとの間に介装されているので、フェイルセーフ動作用のコイルスプリングをロータ組立体に組み込むことができ、一体構造が簡単に構成でき、作業やメンテナンスが容易となる。

また、アクチュエータは、コイルスプリングを伸張スプリングとしたので、フェイルセーフ動作用のコイルスプリングをロータ組立体に組み込むことができ、一体構造が簡単に構成でき、作業やメンテナンスが容易となる。

また、アクチュエータは、コイルスプリングを圧縮スプリングとしたので、フェイルセーフ動作用のコイルスプリングをロータ組立体に組み込むことができ、一体構造が簡単に構成でき、作業やメンテナンスが容易となる。

また、アクチュエータは、そのハウジングが略円筒状で一端にフランジ部を有し、該フランジ部をスリーブの他端の軸受とロータケースとの間に嵌合させると共に、フランジ部によりストッププレートを押圧支持したので、ロータマグネットとロータケースとの間隔を適切にとることができ、また、ストッププレートを簡単に固定することができる。また、フェイルセーフ動作用のコイルスプリングをロータ組立体に組み込むことができ、一体構造が簡単に構成でき、作業やメンテナンスが容易となる。

また、アクチュエータは、励磁コイルと、励磁コイルを囲繞するボビンと、前記ボビンを囲繞するステータヨークとからなる第１のステータと第２のステータを積層し、コイルの端子部を設け、これらを樹脂モールドしてステータ組立体を構成したので、予め、ステータ組立体とロータ組立体として仮組立でき、それらをステータ組立体の中央開孔にロータ組立体のロータケースを嵌合することにより簡単に組み立てることができる。また、フェイルセーフ機構をアクチュエータと一体に設けたので、フェイルセーフ機構およびアクチュエータを一体として取り扱うことができ、一体構造が簡単に構成でき、作業やメンテナンスが容易となる。

以下、本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１のアクチュエータの構成を示す一部断面図である。
アクチュエータ１は、出力軸２とスリーブ３と多極着磁されたロータマグネット４等を有するロータ組立体５と、励磁コイル６と、励磁コイル６を囲繞するボビン９と、ボビン９を囲繞する磁性材料で形成したステータヨーク７、８等からなるステータ組立体１３と、ハウジング１７から構成され、ステータ組立体１３はロータ組立体５の外周に対向配置されている。

ステータ組立体１３は、第１のステータ１３ａと、第２のステータ１３ｂと、基板部１４と、フロントプレート２３とからなり、第１のステータ１３ａと第２のステータ１３ｂを上下２段に積み重ね、蓋をするようにフロントプレート２３を設けて構成される。

第１のステータ１３ａは、励磁コイル６を巻回したボビン９と、ステータヨーク７、８と、フロントプレート２３によって構成される。ステータヨーク７、８にはそれぞれ前記ロータマグネット４の外周面に対向する複数の極歯が形成されている。断面略コ字状のボビン９には端子部１０を一体に形成し、端子部１０には端子ピン１１が埋設されている。カバー１２は、励磁コイル６の外周面に装着され、励磁コイル６への塵の付着を防止する。フロントプレート２３は、取付のためのフランジ部として形成される。以上の構成要素は樹脂モールドされる。第２のステータ１３ｂは、第１のステータ１３ａと同様の構成のため、その説明は省略する。

基板部１４は、プリント基板１４ａとピンホルダー１４ｂからなる。ピンホルダー１４ｂはステータ組立体１３における端子部１０の外周に装着され、プリント基板１４ａを保持する。プリント基板１４ａに配線されたワイヤケーブル１６はピンホルダー１４ｂを介して引き出される。

ロータ組立体５は、基本的に、ロータケース２０に収納するものと、ロータケース２０に係止するもので構成される。

ロータ組立体５は、ねじ部２ａと棒状体部２ｂとを有する出力軸２と、円筒の内側にねじ部を突設した形状の合成樹脂からなるスリーブ３と、スリーブ３の外周に設けた円筒状のロータマグネット４と、一端にフランジ部１７ａを有するハウジング１７と、スリーブ３の軸受１８および３３と、略カップ状のロータケース２０と、長さ方向のスリットを有する略円筒状のスプリングホルダー２６と、圧縮された後元の伸びた状態に戻る（伸張コイルスプリング）コイルスプリング２７と、ストッププレート２８と、ピン２９と、ピン３０と、ハウジング１７の外側の溝に収納したＯリング３１および３２とからなる。

出力軸２のスリーブ３側の外周にはねじ部２ａが形成される。このねじ部２ａと螺合するスリーブ３のねじ部３ａはスリーブ３の内側に突出する部分の内周に形成される。出力軸２の自由端には、ヘッド部２５が装着される。前記ヘッド部２５には弁体が取り付けられ、流路中に形成した弁座に対向配置されて、流路の開閉動作を行う。出力軸２にピン２９が直角に挿通されて両端が突出している。コイルスプリング２７は、ピン２９とストッププレート２８にばね力が働くように当接状態に設けられて配置される。
（製造工程）
ステータ組立体１３の製造工程について説明する。

励磁コイル６を巻回したボビン９を軟磁性材、例えばＳＥＣＣ材（電気亜鉛めっき鋼板）、ＳＵＹ材（電磁軟鉄鋼板）、珪素鋼板などからなるステータヨーク７、８の間に装着する。ステータヨーク７、８にはそれぞれ複数の櫛歯状の極歯が形成されている。この極歯を電気角で１８０度の位相差となるように交互に位置決めして第１のステータ１３ａを構成する。

第２のステータ１３ｂも、第１のステータ１３ａと同様に、励磁コイル６を巻回したボビン９をステータヨーク７、８の間に装着し、ステータヨーク７、８に形成された複数の櫛歯状の極歯は電気角で１８０度の位相差となるように交互に位置決めして第２のステータ１３ｂを構成する。

次に、金型（図示省略）内に第１のステータ１３ａと第２のステータ１３ｂを積層し、第１のステータ１３ａと第２のステータ１３ｂが電気角で９０度の位相差となるように位置決めする。

この状態で金型内に合成樹脂、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂を注入する。この合成樹脂は第１のステータ１３ａと第２のステータ１３ｂの極歯間を充填すると共に、下部ボス２１と上部ボス２２も一体成形する。この結果、第１のステータ１３ａと第２のステータ１３ｂが樹脂により結合される。

フロントプレート２３に形成された孔に上部ボス２２を圧入してフロントプレート２３を第１のステータ１３ａ上に溶接接合で載置する。次に、プリント基板１４ａを装着した合成樹脂からなるピンホルダー１４ｂをステータ１３ａ、１３ｂの外周部に装着してステータ組立体１３を完成する。

次に、ロータ組立体５の製造工程について説明する。

円筒の内側にねじ部を突設した形状で、合成樹脂、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂からなるスリーブ３の外周面にロータマグネット４を固着する。スリーブ３の内周面には軸方向に移動手段として、雌ねじからなるねじ部３ａが形成されている。

スリーブ３の軸方向の両端に軸受１８、軸受３３を装着してロータケース２０内に収納する。ロータケース２０は、ロータマグネット４が回転可能になるようにロータマグネット４の外径よりほんの少し大きい内径を有し、ロータマグネット４等を収納するために略カップ状に形成されている。

次に、ストッププレート２８を軸受１８の上に載置し、ハウジング１７のフランジ部１７ａ側をスリーブ３の軸受１８とロータケース２０との間に挿入することによってストッププレート２８をハウジング１７によって押し付け固定する。ハウジング１７は、下端にフランジ部１７ａを有し、略円筒状で、内部にスプリングホルダー２６とコイルスプリング２７を収納できる。

次に、回転止めとなるピン２９を設けた出力軸２をコイルスプリング２７に挿通し、その状態で出力軸２のねじ部２ａをスリーブ３のねじ部３ａに螺合する。
出力軸２は、側面にねじ部の形成されていない棒状体部２ｂと、側面にねじ部の形成されているねじ部２ａとを長さ方向に連続して設けてある。出力軸２は、先端に、組立後に、ストッパとなるヘッド部２５を装着する。ヘッド部２５の中央にはねじ部２５ａが形成され、ガス等の流体の流量制御を行なうための弁体を螺着する。ピン２９は、出力軸２の棒状体部２ｂに直角に挿通して、その両端をコイルスプリング２７のストッパとなるように出力軸２より突出させてある。

次に、スプリングホルダー２６を棒状体部２ｂに装着する。このとき、スプリングホルダー２６に形成した軸方向のスリット２６ａ内に回転止めとなるピン２９の両端が収まるようにして装着し、抜け止めのピン３０をハウジング１７の上端の開孔とスプリングホルダー２６の端面に形成したスリットに嵌合させて、スプリングホルダー２６がハウジング１７に対して動かないように固定する。以上の組立工程によってロータ組立体５を形成する。

ピン３０は、ハウジング１７とスプリングホルダー２６の相対向する２箇所で挿通させているが、スプリングホルダー２６が回転しなければ任意の位置で挿通させてよい。

ロータケース２０は、ロータマグネット４とステータヨーク７、８との間に挿入されるため非磁性材料、例えばステンレス材にて形成され、その厚みは強度を維持できる範囲で可能な限り薄い方が好ましい。また、ロータケース２０は、絞り加工にて製造すれば安価にできる。Ｏリング３１は、ハウジング１７をロータケース２０に装着する際に抜け止め手段になると共に、ハウジング１７とロータケース２０間をシールする。Ｏリング３１は、ゴム等の弾性体からなり、ハウジング１７のフランジ部１７ａの外向き凹溝に収納され、ロータケース２０に密封状態で当接する。

スリーブ３を収納したロータケース２０を、ステータ組立体１３の中央開孔に圧入し、ハウジング１７のフランジ部１７ａを押さえるようにしてフロントプレート２４をフロントプレート２３上に装着する。フロントプレート２３とフロントプレート２４との接合はピンのかしめ加工でもよいし、溶接でもよい。また、フロントプレートは２枚構造ではなく、１枚にてハウジング１７のフランジ１７ａを押さえる構造でも勿論よい。そして出力軸２の先端部にヘッド部２５を装着してアクチュエータ１が完成する。３３はスリーブ軸受であり、１９と３４はカラーである。
（動作）
次にアクチュエータ１の動作について説明する。

図２は図１の本発明のアクチュエータを流体流路に取り付け開弁状態に駆動した状態を示す一部断面図である。

図１では、アクチュエータ１は、アクチュエータ１に異常が生じた場合、例えば電源が遮断されたり、コイルが断線して励磁電流が遮断された場合、流量制御弁を安全な状態に強制駆動するフェイルセーフ機構、例えば流量制御弁を閉じて、ガスの流れを遮断するフェイルセーフ機構を備えた構成を示す。

アクチュエータ１は、流体流路３８へ至る貫通孔にハウジング１７を挿通配置し、貫通孔に連設する段部にフロントプレート２４の段部を遊挿配置する。その際、ハウジング１７の先端部側に設けたＯリング３２によってハウジング１７と貫通孔の間を密封状態にシールする。弁体３５はヘッド部２５が圧入されるかまたはヘッド部２５にねじにて装着されている。弁体３５と弁座３６とで流量制御弁３７を構成する。

第１のステータ１３ａと第２のステータ１３ｂの励磁コイル６に電流を制御して印加すると、ステータヨーク７、８がＮ極、Ｓ極（またはＳ極、Ｎ極）に磁化されることによってロータマグネット４が回転する。これに連れて、ロータマグネット４に連設されたスリーブ３の内周面に形成した移送手段であるねじ部３ａを回転し、このねじ部３ａとねじ部２ａが螺合し送り手段である出力軸２が回転しようとするが、出力軸２に挿通配置した回転止め用のピン２９がスプリングホルダー２６の軸方向のスリット２６ａ内に収容されているため、出力軸２の回転が規制される結果、出力軸２は軸方向の直進運動に変換され、ピン２９はスリット２６ａ内を移動し、コイルスプリング２７を圧縮しながら軸方向（ピン２９がスリーブ３の方向に移動）に直進移動し、弁体３５が弁座３６から離れて流量制御弁３７を開く。

流量制御弁３７の開度は、ステッピングモータのステップ数で制御され、所定の位置に保持することによって行なわれる。図２中、矢印は流体流路３８中のガスの流れを示す。モータは励磁により状態を保持する。
（フェイルセーフ動作）
実施例１の場合、フェイルセーフ動作で弁体が強制的に戻る状態は、弁体の閉状態であり、そのため、コイルスプリング２７は、ストッププレート２８とピン２９の間に伸張コイルスプリングとして設けられる。

図３は本発明のアクチュエータのフェイルセーフ動作を説明する一部断面図である。

図３は、停電などにより電源がダウン、あるいは図示しない制御回路の事故により配線が断線するなどの非常状態によって励磁電流が遮断された場合で、安全な状態、即ち、弁体３５を弁座３６に圧接して流量制御弁３７を閉状態にし、ガスの流れを遮断する状態を示した図である。

コイル６への励磁電流が遮断された場合、ストッププレート２８を基準位置として、コイルスプリング２７の復帰力によってピン２９が弁体３５方向に押圧され、出力軸２が弁座３６側に移動し、ピン２９がスプリングホルダー２６に当接するまでコイルスプリング２７が伸張しながら復帰動作する。その際、コイルスプリング２７の復帰力によって出力軸２も移動させられるので、ねじ部２ａに螺合するねじ部３ａを介してロータマグネット４も強制的に回転させられる。このようにコイルスプリング２７の付勢力によって弁体３５を弁座３６に圧接させて流量制御弁３７を閉状態にし、ガスの流れを遮断する。

図３の例は、フェイルセーフ動作時、弁を安全な状態にするためにコイルスプリング２７を伸張するように動作させる例である。

図４は、本発明の実施例２のアクチュエータの一部断面図である。
図４では、弁体３５に設定値以上の負荷が掛かった場合、流量制御弁３７を開放して、弁体３５やアクチュエータの損傷を防止する機構の構成である。基本構造は図１に示したアクチュエータの構造と同じであるため、同じ構成要素については同じ符号を用いて説明を省略し、相違する構成要素についてのみ説明する。

実施例１の場合、フェイルセーフ動作で弁体が強制的に戻る状態は、弁体の閉状態であり、そのため、コイルスプリング２７は、ストッププレート２８とピン２９の間に伸張コイルスプリングとして設けられる。

一方、実施例２の場合、フェイルセーフ動作で弁体が強制的に戻る状態は、弁体の開状態であり、そのため、コイルスプリング２７は、スプリングホルダー２６とピン２９の間に伸張コイルスプリングとして設けられる。

即ち、実施例２のアクチュエータ５０と実施例１のアクチュエータ１との相違は、スプリングホルダー２６の形状とコイルスプリング２７の装着位置にある。

アクチュエータ１ではストッププレート２８とピン２９の間にコイルスプリング２７が介装されているが、アクチュエータ５０ではスプリングホルダー２６とピン２９の間にコイルスプリング２７が介装されており、スプリングホルダー２６のスリット２６ａの長さが短くなっている。

図４のアクチュエータ５０のステータ組立体は図１と同じであるため、その説明を省略し、ロータ組立体とその動作についてのみ説明する。

ロータ組立体５の製造工程について説明する。

合成樹脂、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂からなるスリーブ３の外周面にロータマグネット４を固着する。スリーブ３の内周面には移動手段として、雌ねじからなるねじ部３ａが形成されている。

出力軸２は、棒状体部２ｂとねじ部２ａからなる。ねじ部２ａは送り手段としてのねじが形成される。棒状体部２ｂの端部には、ストッパとなるヘッド部２５が装着される。ヘッド部２５の中央部にはねじ部２５ａが形成され、ガスなどの流体の流量制御を行なうための弁体を螺着する。

スリーブ３の両端にそれぞれ軸受１８、３３を装着してロータケース２０内に収納し、ストッププレート２８を軸受１８の上に載置し、ハウジング１７のフランジ部１７ａをロータケース２０内に挿入することによってストッププレート２８をハウジング１７のフランジ部１７ａによって押し付け固定する。ハウジング１７は、一端にフランジ部１７ａを有し、略円筒状で、内部にスプリングホルダー２６とコイルスプリング２７を収納している。

次に、コイルスプリング２７をスプリングホルダー２６に収納し、回転止めとなるピン２９を装着した出力軸２をコイルスプリング２７とスプリングホルダー２６内に挿通する。ピン２９は出力軸２に挿入して、その両端を抜け止めのために出力軸２の外周面より突出させる。

出力軸２のねじ部２ａとスリーブ３のねじ部３ａを螺合する。このとき、スプリングホルダー２６に形成したスリット２６ａ内に回転止めとなるピン２９の両端が収まるようにして装着する。次にピン３０をハウジング１７の孔とスプリングホルダー２６の端面に形成したスリットに挿通させ、スプリングホルダー２６が動かないようにハウジング１７に留めることによってロータ組立体５を構成する。

ピン３０は、ハウジング１７およびスプリングホルダー２６の相対向する２箇所の位置に挿通させているが、２箇所に限定されず、任意の位置に設けることができ、スプリングホルダー２６がハウジング１７に対して回転しなければよい。

ロータケース２０は、ロータマグネット４とステータヨーク７、８との間に挿入されるため非磁性材料、例えばステンレス材にて形成され、その厚みは強度を維持できる範囲で可能な限り薄い方が好ましい。また、ロータケース２０は、絞り加工にて作製すれば安価にできる。Ｏリング３１はハウジング１７のフランジ部１７ａをロータケース２０に装着する際の抜け止め手段になると共にハウジング１７とロータケース２０の間のシール手段となる。

ロータケース２０をステータ組立体１３の中央開孔に圧入し、ハウジング１７のフランジ１７ａを押さえるようにしてフロントプレート２４をフロントプレート２３上に装着する。フロントプレート２３とフロントプレート２４との接合はピンのかしめ加工でもよいし、溶接でもよい。また、フロントプレートは２枚構造ではなく、１枚にてハウジング１７のフランジ１７ａを押さえる構造でも勿論よい。最後に出力軸２の先端部にヘッド部２５を装着してアクチュエータ５０を完成する。その際、励磁コイル６に通電してコイルスプリング２７を圧縮させる方向に出力軸２を移動させて出力軸２の先端をハウジング１７の端面より露出させた後、出力軸２の先端部に形成したねじ部にヘッド部２５を螺着させる。３３はスリーブ軸受であって、１９と３４はカラーである。

次にアクチュエータ５０の動作について説明する。図４のアクチュエータ５０は、弁体３５に所定値以上の圧力が掛った場合、流量制御弁３７を開放して、弁体３５とアクチュエータの損傷を防止する機構の構成であり、アクチュエータ５０を流体流路３８に取り付けた状態を図５に示す。

図５は、図４の本発明のアクチュエータを流体流路に取り付け開弁状態に駆動した状態を示す一部断面図である。
アクチュエータ５０は、ハウジング１７の外側溝部に設けたＯリング３２によって流体流路３８へ取り付けられると共にハウジング１７と流体流路３８の間をシールする。３５は弁体であり、ヘッド部２５を弁体３５に圧入またはねじ止めによって弁体３５を装着している。弁体３５と弁座３６とで流量制御弁３７を構成している。

励磁コイル６に電流を印加するとステータヨーク７、８がＮ極、Ｓ極（またはＳ極、Ｎ極）に磁化されることによってロータマグネット４が回転する。スリーブ３の内周面に移送手段であるねじ部３ａが形成されており、このねじ部３ａと出力軸２の送り手段であるねじ部２ａが螺合し、回転止め用のピン２９にて出力軸２の回転が規制されているため、出力軸２は直進運動に変換され、ピン２９はスリット２６ａ内を移動して、コイルスプリング２７を圧縮させて流量制御弁３７を閉じる方向に移動し、所定の位置で停止し、流量制御弁３７の開度を調節する。流量制御弁３７の開度はステッピングモータのステップ数で制御し、所定の位置に保持する。図中、矢印は流体流路３８中のガスの流れを示す。

図６は、本発明のアクチュエータのフェイルセーフ動作を説明する一部断面図である。

図６は流体流路３８中のガスの圧力が所定値を超えて上昇した場合、流量制御弁３７を開状態にし、弁体３５へのガス圧力を減らして弁体３５とアクチュエータ５０が損傷することを防止する状態を示した図である。流体流路３８中のガスの圧力が所定値を超えて上昇した場合、センサー（図示省略）にてガスの圧力を感知すると共に制御回路（図示省略）に出力信号を出力する。すると、制御回路は制御信号を出力してコイル６への通電を遮断する。励磁電流が遮断されると、コイルスプリング２７の戻りによって、出力軸２が弁座３６から離間する方向に移動し、ピン２９がストッププレート２８に当接するまでコイルスプリング２７が戻る。その際、出力軸２のねじ部２ａとスリーブ３のねじ部３ａが螺合してスリーブ３およびロータマグネット４を強制的に回転駆動する。

このため、弁体３５が弁座３６から離れて流量制御弁３７の開状態をより大きくするため、ガスの圧力によって弁体３５とアクチュエータ５０が損傷するのを防止できる。

実施例１と実施例２は、異常時のフェイルセーフ動作のために伸張スプリングを用いた例であるが、反対に、圧縮コイルスプリングを用いることもできる。圧縮コイルスプリングは、外部から力を加えて伸ばした状態にしておき、加えた力を無くすと、縮んだ状態に戻る特性を有する。

この圧縮コイルスプリングを用いると、コイルスプリングの掛け方が伸張コイルスプリングの場合と逆になる。この為、圧縮コイルスプリングの両端を相手部材にばね力が働くように係止する必要がある。
図１の実施例１の場合には、圧縮コイルスプリングをスプリングホルダー２６とピン２９に外れないように係止する。また、図４の実施例２の場合には、圧縮コイルスプリングをストッププレート２８とピン２９に外れないように係止する。圧縮コイルスプリングを用いるときは、縮んだ状態でのスプリングの高さを考慮してピン２９の位置を設定する必要がある。

他の実施の態様としては、伸張コイルスプリング又は圧縮コイルスプリングを蓄圧状態でラッチを掛けておき、電源の電圧又は電流のダウンを検出し、前記ラッチを電磁的に開放して出力軸を安全な状態に強制移行させるように構成することもできる。

実施例の各構成要素は同じ機能を奏する限り任意に取り替え可能とする。

本発明の実施例１のアクチュエータの構成を示す一部断面図である。 図１の本発明のアクチュエータを流体流路に取り付け開弁状態に駆動した状態を示す一部断面図である。 本発明のアクチュエータのフェイルセーフ動作を説明する一部断面図である。 本発明の実施例２のアクチュエータの一部断面図である。 図４の本発明のアクチュエータを流体流路に取り付け開弁状態に駆動した状態を示す一部断面図である。 本発明のアクチュエータのフェイルセーフ動作を説明する一部断面図である。 従来のガス遮断弁装置の構成図である。 従来の他のガス遮断弁装置の構成図である。

１、５０ アクチュエータ
２ 出力軸
２ａ，３ａ．２５ａ ねじ部
２ｂ 棒状体部
３ スリーブ
４ ロータマグネット
５ ロータ組立体
６ 励磁コイル
７、８ ステータヨーク
９ ボビン
１０ 端子部
１３ ステータ組立体
１３ａ 第１のステータ
１３ｂ 第２のステータ
１４ 基板部
１７ ハウジング
１７ａ フランジ部
１８、３３ 軸受
２０ ロータケース
２３、２４ フロントプレート
２５ ヘッド部
２６ スプリングホルダー
２７ コイルスプリング
２８ ストッププレート
２９、３０ ピン
３１、３２ Ｏリング
３５ 弁体
３６ 弁座
３７ 流量制御弁
３８ 流体流路

Claims (8)

1. 外側面に雄ねじを形成したねじ部と先端にヘッド部を設けた棒状体部とを連設した出力軸と、
   内側に前記雄ねじに螺合する雌ねじを形成したねじ部を有し、両端に軸受を装着したスリーブと、
   前記スリーブの外側に設けたロータマグネットと、
   前記出力軸に直角に挿通し、両端が前記出力軸から突出するように設けたピンと、
   前記出力軸を囲繞し、前記ピンに付勢力が働くように前記ピンに一端を当接したコイルスプリングと、
   前記コイルスプリングを収納し、前記ピンを軸方向に案内するスリットを形成したスプリングホルダーと、
   前記スプリングホルダーを収納するハウジングと、
   前記スリーブの一方端に装着した前記軸受の上に載置するとともに、前記ハウジングによって前記軸受の上に押し付け固定したストッププレートと、
   前記ロータマグネットを設けた前記スリーブを収納する非磁性材からなる略カップ状のロータケースと、を有するロータ組立体と、
   励磁コイルと、
   前記励磁コイルを囲繞するボビンと、
   前記ボビンを囲繞するステータヨークとを備え、
   前記ロータマグネットを回転駆動するステータ組立体とからなり、
   前記ロータケースを前記ステータ組立体の中央開孔に圧入し、
   前記スリーブの両端に装着した軸受の一方は前記ロータケースに載置して固定し、他方は前記ハウジングに装着して固定して前記スリーブを回転自在に軸支し、
   前記出力軸のねじ部と前記スリーブのねじ部を螺合し、前記スリーブの回転運動を前記出力軸の直線運動に変換するように構成し、
   前記励磁コイルへの励磁電流が遮断されたとき、前記コイルスプリングの復帰力によって前記出力軸が移動し、前記出力軸のねじ部と前記スリーブのねじ部が螺合して前記ロータマグネットを強制的に回転させて前記ヘッド部を所定の位置へ移動させてなる
   ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記ハウジングに装着した抜け止めピンを前記スプリングホルダーに嵌合させて、前記スプリングホルダーの動きを規制したことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記コイルスプリングが前記ピンと前記スプリングホルダーとの間に介装されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータ。
4. 前記コイルスプリングが前記ピンと前記ストッププレートとの間に介装されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータ。
5. 前記コイルスプリングを伸張スプリングとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のアクチュエータ。
6. 前記コイルスプリングを圧縮スプリングとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のアクチュエータ。
7. 前記ハウジングは略円筒状で一端にフランジ部を有し、前記フランジ部を前記スリーブの他端の軸受と前記ロータケースとの間に嵌合させると共に、前記フランジ部により前記ストッププレートを押圧支持したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のアクチュエータ。
8. 前記励磁コイルと、前記励磁コイルを囲繞するボビンと、前記ボビンを囲繞するステータヨークとからなる第１のステータと第２のステータを積層し、コイルの端子部を設け、これらを樹脂モールドしてステータ組立体を構成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のアクチュエータ。

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