JP4819450B2

JP4819450B2 - 電動アクチュエータ

Info

Publication number: JP4819450B2
Application number: JP2005261890A
Authority: JP
Inventors: 浩一関根; 亮猿渡
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: JP2007071357A

Description

本発明は、温水、冷水、水蒸気等の流体の流量を制御する電動弁やダンパ等に用いられる電動アクチュエータに関するものである。

各種流体の流量を制御するバルブやダンパの開度調整を行う電動式のアクチュエータは、制御部からの駆動信号によって駆動する駆動モータと、この駆動モータの回転を減速し制御対象であるバルブやダンパ等の回転軸に伝達する減速歯車機構と、前記回転軸の現在の動作角（または動作範囲）を検出し外部に出力する動作角検出機構を備えている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１に記載された電動アクチュエータは、太陽歯車と遊星歯車を有する遊星歯車ユニットを多段に積層して設けた遊星歯車機構によって減速歯車機構を構成し、この減速歯車機構をケーシング内に収納し、さらにこのケーシングをアクチュエータ用カバー内に組込み、駆動モータの回転を減速歯車機構によって減速して弁のシャフト（回転軸）に伝達するように構成している。弁のシャフトは、遊星歯車機構の最終段のギアベースに連結されており、このシャフトの回転を伝達歯車を介してさらにロッドに伝達し、このロッドの回転をカムとリミットスイッチとからなる動作角検出機構によって検出することにより、前記シャフトの動作角を間接的に検出し、動作角検出機構の検知信号によって前記駆動モータを駆動制御するようにしている。

特開２００２−３１２５９号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載されている電動アクチュエータは、ロッドの動作角をシャフトの動作角として間接的に検出するようにしているので、ロッド、伝達歯車等の多くの部品を必要とし、構造が複雑化するばかりか、アクチュエータ自体が大型、重量化するという問題があった。また、部品点数が多くなればそれだけ個々の部品の公差が積算されて誤差が大きくなりカムとリミットスイッチによって定まる停止位置精度の誤差が大きくなるため、開度表示板による動作角の表示誤差となり、信頼性が低いという問題があった。

本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、部品点数を削減し簡素化を可能にするとともに、回転軸の動作角度を直接検出することにより検出誤差が小さく信頼性を向上させるようにした電動アクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するために第１の発明は、ハウジング内に配設された駆動モータと、この駆動モータの回転を減速し回転軸に伝達する減速歯車機構と、前記回転軸と前記減速歯車機構とを連結し前記回転軸と一体に回動する連結部材と、この連結部材に設けられた２つの操作部のうちいずれか一方の操作部が、前記減速歯車機構を収納するケースに傾動自在に立設されたレバー部材に当接し、このレバー部材が、前記レバー部材を挟んでその傾動方向に近接して対向するように配設された回動位置検出手段を押圧することによって、前記回転軸の動作角を検知する動作角検出機構とを備え、前記減速歯車機構を前記回転軸と同軸上に積層された２段の遊星歯車ユニットによって構成し、前記回転軸側の前記遊星歯車ユニットは、複数の遊星歯車と、これらの遊星歯車が回転自在に支持されたキャリアとを備え、前記連結部材は、その内部に前記キャリアの内歯に噛合するギアが形成され、前記ケースに前記減速歯車機構を収納し、前記キャリアの内歯に前記連結部材のギアを噛合することにより、前記ケースを前記回転軸側の前記遊星歯車ユニットの前記キャリアと前記連結部材との間に配設したものである。

第２の発明は、前記動作角検出機構の回動位置検出手段は、前記連結部材の最大回動位置において、第１の出力を生じ、それ以外の回動位置では第２の出力を生じる最大回動位置検知手段と、前記連結部材の最小回動位置において、第１の出力を生じ、それ以外の回動位置では第２の出力を生じる最小回動位置検知手段とからなり、前記連結部材が最大回動位置まで回動したときにこの連結部材によって押圧力を受け、この押圧力を前記レバー部材を介して前記最大回動位置検知手段に伝えるとともに、前記連結部材が最小回動位置まで回動したときにこの連結部材によって押圧力を受け、この押圧力を前記レバー部材を介して前記最小回動位置検知手段に伝えるものである。

第１の発明によれば、回転軸に直接連結した連結部材の回動をケースに設けた動作角検出機構によって検知するようにしているので、回転軸と動作角検出機構との途中に介在する部品がなく、部品点数を削減でき、また検出誤差が小さく信頼性を向上させることができる。

第２の発明によれば、連結部材の回動を最大回動位置検出手段に伝える部材と最小回動位置検出手段に伝える部材を共通のレバー部材で兼用できる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態を示す断面図、図２は同アクチュエータの主要構成部品の分解斜視図、図３（ａ）〜（ｃ）はジョイントの平面図、正面図および底面図、図４（ａ）〜（ｃ）はケースの正面図、平面図および右側面図、図５（ａ）、（ｂ）は弁開度が０％時のリミットスイッチのＯＮ、ＯＦＦ状態を示す平面図および正面図、図６（ａ）、（ｂ）は弁開度が５０％時のリミットスイッチのＯＮ、ＯＦＦ状態を示す平面図および正面図、図７（ａ）、（ｂ）は弁開度が１００％時のリミットスイッチのＯＮ、ＯＦＦ状態を示す平面図および正面図である。

図１において、１は制御対象であるボールバルブ、２はボールバルブ１を駆動制御し弁開度を調整する電動アクチュエータである。

前記ボールバルブ１は従来周知の２方ボールバルブで、弁本体４の上部に一体に突設した円筒部４Ａを貫通する回転軸３を備え、その外端が前記電動アクチュエータ２に連結され、内端にはボールバルブ１内を流れる流体の流量を制御するボールプラグ（図示せず）が設けられている。ボールプラグの全動作角は９０°、全閉角は−４５°、全開角は＋４５°である。

図１〜図４において、前記電動アクチュエータ２は、前記円筒部４Ａ上に着脱可能に固定されるハウジング５と、このハウジング５内に収納された駆動モータ１１、減速歯車機構１２、前記回転軸３の動作角を検出する動作角検出機構１３等を備えている。

前記ハウジング５は、上下に分割して形成され一体的に結合された上ケース５Ａおよび下ケース５Ｂとからなり、この下ケース５Ｂにヨーク１４が下方から嵌め込まれて固定されている。ヨーク１４は、前記円筒部４Ａの上端に一体に設けたフランジ部４Ｂ上に位置決めされて設置され、係合エレメント１５によって着脱可能に固定されている。ヨーク１４の底面には、複数個の位置決めピン１６が一体に突設されており、これらの位置決めピン１６をフランジ部４Ｂの上面に形成した凹部１７に嵌合することにより、ヨーク１４をフランジ部４Ｂに対して位置決めすることができる。

前記係合エレメント１５は、前記ヨーク１４の内部に嵌め込み固定されており、フランジ部４Ｂ側に設けた係合部（図示せず）に係合する係合部と、係合エレメント１５をフランジ部４Ｂに対して係止する操作ノブ１８とを備えている。操作ノブ１８は、ヨーク１４の下部に形成した開口部２０から外部に突出しており、この操作ノブ１８を操作してフランジ部４と係合エレメント１５の係合状態を解除すると、ヨーク１４をフランジ部４Ｂから取り外せるようになっている。

前記駆動モータ１１は、前記上ケース５Ａ内に設けた水平な取付板２１上に出力軸２２を下向きにして配設されている。駆動モータ１１の出力軸２２は、取付板２１に設けた小孔２３を貫通して取付板２１の下方に突出しており、この出力軸２２の回転がピニオン２４を介して前記減速歯車機構１２に伝達されるように構成されている。ピニオン２４は、出力軸２２に固定されている。

前記減速歯車機構１２は、２段に積層された第１、第２の遊星歯車ユニットＵ１，Ｕ２によって構成されており、ケース３０に収納されている。

前記第１の遊星歯車機構Ｕ１は、前記ピニオン２４に噛合するギア３３と、このギア３３の下面に一体に設けられたギア３４と、このギア３４に噛合するギア３５と、このギア３５の下面側に一体に設けられた太陽歯車３６と、この太陽歯車３６に噛合する４個の遊星歯車３７と、これらの遊星歯車３７が回転自在に軸着された太陽歯車３８等で構成されている。ギア３３，３４は一体に形成され、前記取付板２１の下面に回転自在に取付けられている。前記ギア３５、３６は同じく一体に形成され、ピン４１を介して前記太陽歯車３８の円盤部３８Ａ上に前記遊星歯車３７とともに配設されている。

同様に、前記第２の遊星歯車機構Ｕ２は、前記太陽歯車３８に噛合する４個の遊星歯車３９と、これらの遊星歯車３９が回転自在に軸着されたキャリア４０と、前記ケース３０内に形成され前記遊星歯車３９が噛合する内歯４２（図３（ｂ））等で構成されている。キャリア４０と前記回転軸３との間にはジョイント（連結部材）４５が配設されている。

前記ジョイント４５は、前記回転軸３と前記減速歯車機構１２を連結することにより、減速歯車機構１２によって減速された駆動モータ１１の回転を回転軸３に伝達するための部材で、前記回転軸３の上端に設けた角柱部３ａに回転を防止されて嵌合されており、内部には前記キャリア４０の内歯４６に噛合するギア４７（図４（ａ））が形成されている。また、ジョイント４５には、前記回転軸３の動作角の調整時に前記ジョイント４５を回動させるときに用いられる操作ハンドル５０と、前記動作角検出機構１３のレバー部材５４を傾動させる２つの操作部５１，５２が設けられている。操作部５１，５２は、ジョイント４５の円筒部４５Ａに設けた段差部で構成されている。操作部５１と操作部５２は、円筒部４５Ａの周方向に略９５°離間して設けられている。

前記動作角検出機構１３は、前記レバー部材５４と、このレバー部材５４の傾動によってＯＮ、ＯＦＦされる回動位置検出手段としての２つのリミットスイッチ６０，６１とで構成されている。レバー部材５４は、図３（ａ）においてケース３０の左右方向（矢印Ａ，Ｂ方向）に傾動自在に立設されており、前記ジョイント４５の操作部５１、５２のいずれもが当接しない状態では略垂直に起立しており、前記リミットスイッチ６０，６１のいずれに対しても非接触な状態を維持している。このようなレバー部材５４としては、下端寄りを支軸によって回動自在に軸支し、この支軸より下方に重りを取付けることにより自動復帰型のレバーが用いられる。

前記リミットスイッチ６０，６１は、同じく前記ケース３０上に前記レバー部材５４を挟んでその傾動方向に近接して対向するように配設されている。また、２つのリミットスイッチ６０，６１のうち図５（ａ）において右側に位置するリミットスイッチ６０は、前記ジョイント４５の図５に示す最小回動位置（弁の弁開度が０％となるときの回動位置）において、前記レバー部材５４によってＯＮされることにより、第１の出力を生じ、それ以外の回動位置では第２の出力を生じる最小回動位置検知手段を構成している。このとき、左側に位置するリミットスイッチ６１はＯＦＦの状態を保持している。

左側に位置する前記リミットスイッチ６１は、前記ジョイント４５の図７に示す最大回動位置（弁開度が１００％となるときの回動位置）において、前記レバー部材５４によってＯＮされることにより、第１の出力を生じ、それ以外の回動位置では第２の出力を生じる最大回動位置検知手段を構成している。このとき、右側のリミットスイッチ６０はＯＦＦの状態を保持している。なお、弁開度が全閉、全開以外の中間開度においては、レバー部材５４がジョイント４５の操作部５１，５２のいずれによっても傾動されないため、リミットスイッチ６０，６１はいずれもＯＦＦの状態を保持している。

次に、このような構造からなる電動アクチュエータ２の動作について説明する。
制御部からの駆動信号によって駆動モータ１１を駆動すると、その出力軸２２の回転は減速歯車機構１２によって減速され、ジョイント４５を介してボール弁１の回転軸３に伝達される。すなわち、駆動モータ１１の駆動するとその出力軸２２の回転は、ピニオン２４を介してギア３３，３４に伝達される。また、ギア３４の回転はギア３５を介して太陽歯車３６に伝達され、これによって遊星歯車３７を回転させる。遊星歯車３７が回転すると、太陽歯車３８が遊星歯車３７の回転に伴って回転し前記太陽歯車３６の回転を減速する。さらに太陽歯車３８の回転は、遊星歯車３９に伝達されると減速され、この遊星歯車３９の回転に伴いキャリア４０が回転する。さらに、キャリア４０の回転は、ギア４６，４７を介してジョイント４５に伝達されるため、ジョイント４５と回転軸３は一体に回動する。

前記回転軸３が回動すると、動作角検出機構１３は回転軸３の動作角を検出する。すなわち、ボール弁１の弁開度が５０％の状態（回転軸３の動作角＝０°）のとき、レバー部材５４は図６（ｂ）に示すように略垂直に起立してリミットスイッチ６０とリミットスイッチ６１の中間に位置している。また、ジョイント４５の２つの操作部５１，５２の中間に位置している。このため、この状態において、リミットスイッチ６０，６１は共にレバー部材５４と接触しておらず、ＯＦＦの状態を維持している。

弁開度５０％の状態より回転軸３が閉方向に回動するとジョイント４５も回転軸３と一体に回動する。そして、回転軸３が所定角度（−４５°）回動すると、ジョイント４５の一方の操作部５１がレバー部材５４の下端部に当接してこれを押圧し、レバー部材５４を図５（ｂ）に示すように右側に傾動させる。このため、レバー部材５４はリミットスイッチ６０の可動接点を押圧してリミットスイッチ６０をＯＮさせ、その出力信号が制御部に送られる。制御部では、リミットスイッチ６０からの出力信号を受信すると駆動モータ１１の駆動を停止させる。これにより、ボール弁１は全閉状態となる。

一方、弁開度５０％の状態より回転軸３が開方向に所定角度（４５°）回動するとジョイント４５の操作部５２が図７（ｂ）に示すようにレバー部材５４を押圧して左側に傾動させる。このため、レバー部材５４はリミットスイッチ６１の可動接点を押圧してリミットスイッチ６１をＯＮさせ、その出力信号が制御部に送られる。制御部では、リミットスイッチ６１からの出力信号を受け取ると駆動モータ１１の駆動を停止させる。これにより、ボール弁１は全開状態となる。

このように本発明においては、ボール弁１の回転軸３に取付けたジョイント４５の回動をケース３０に設けた２つのリミットスイッチ６０，６１によって検知するように構成したので、上記した特許文献１に記載されている駆動アクチュエータに比べて構造が簡単で回転軸から動作角検出機構１３までの途中に介在される部品を削減でき、動作角検出機構１３の検出精度および信頼性を向上させることができる。

また、本発明においては、ジョイント４５の回動を２つのリミットスイッチ６０，６１に伝達する部材を１本のレバー部材５４で兼用し、ケース３０を減速歯車機構１２の収納と、動作角検出機構１３の取付けに兼用しているので、この点からも部品点数を削減する

なお、上記した実施の形態においては、駆動モータ１１とは別個に減速歯車機構１２を設けたが、これに限らず減速歯車機構を一体に備えたギアドモータを用いてもよい。

本発明に係る電動アクチュエータはボール弁に適用した例を示したが、これに限らず各種の弁やダンパに適用することができ、また例えば燃焼装置やダクトの排気口を開閉するダンパなどにも用いることができる。

本発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態を示す断面図である。同アクチュエータの主要構成部品の分解斜視図である。（ａ）〜（ｃ）はケースの正面図、平面図および右側面図である。（ａ）〜（ｃ）はジョイントの平面図、正面図および底面図である。（ａ）、（ｂ）は弁開度が０％時のリミットスイッチのＯＮ、ＯＦＦ状態を示す平面図および正面図である。（ａ）、（ｂ）は弁開度が５０％時のリミットスイッチのＯＮ、ＯＦＦ状態を示す平面図および正面図である。（ａ）、（ｂ）は弁開度が１００％時のリミットスイッチのＯＮ、ＯＦＦ状態を示す平面図および正面図である。

符号の説明

１…ボール弁、２…電動アクチュエータ、３…回転軸、５…ハウジング、１１…駆動モータ、１２…減速歯車機構、１３…動作角検出機構、３０…ケース、４５…ジョイント（連結部材）、５４…レバー部材、６０，６１…リミットスイッチ、Ｕ１，Ｕ２…遊星歯車ユニット。

Claims

ハウジング内に配設された駆動モータと、
この駆動モータの回転を減速し回転軸に伝達する減速歯車機構と、
前記回転軸と前記減速歯車機構とを連結し前記回転軸と一体に回動する連結部材と、
この連結部材に設けられた２つの操作部のうちいずれか一方の操作部が、前記減速歯車機構を収納するケースに傾動自在に立設されたレバー部材に当接し、このレバー部材が、前記レバー部材を挟んでその傾動方向に近接して対向するように配設された回動位置検出手段を押圧することによって、前記回転軸の動作角を検知する動作角検出機構とを備え、
前記減速歯車機構を前記回転軸と同軸上に積層された２段の遊星歯車ユニットによって構成し、
前記回転軸側の前記遊星歯車ユニットは、複数の遊星歯車と、これらの遊星歯車が回転自在に支持されたキャリアとを備え、
前記連結部材は、その内部に前記キャリアの内歯に噛合するギアが形成され、
前記ケースに前記減速歯車機構を収納し、前記キャリアの内歯に前記連結部材のギアを噛合することにより、前記ケースを前記回転軸側の前記遊星歯車ユニットの前記キャリアと前記連結部材との間に配設したことを特徴とする電動アクチュエータ。
前記動作角検出機構の前記回動位置検出手段は、前記連結部材の最大回動位置において、第１の出力を生じ、それ以外の回動位置では第２の出力を生じる最大回動位置検知手段と、
前記連結部材の最小回動位置において、第１の出力を生じ、それ以外の回動位置では第２の出力を生じる最小回動位置検知手段とからなり、
前記連結部材が最大回動位置まで回動したときにこの連結部材によって押圧力を受け、この押圧力を前記レバー部材を介して前記最大回動位置検知手段に伝えるとともに、前記連結部材が最小回動位置まで回動したときにこの連結部材によって押圧力を受け、この押圧力を前記レバー部材を介して前記最小回動位置検知手段に伝える揺動自在なレバー部材とで構成したことを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。