JP4889473B2 - アクチュエータ、バルブ装置及びダンパ装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動モータにより駆動対象物を駆動制御するアクチュエータ及びこのアクチュエータを用いてバルブを開閉制御するバルブ装置及びダンパを開閉制御するダンパ装置に関するものである。

アクチュエータによるバルブ操作において、バルブの据え付け、点検、緊急時等には、手動操作によるバルブ開度の調整が必要とされる場合がある。このため、バルブの開閉制御を行う電動のアクチュエータでは、電動モータ等の駆動源とアクチュエータ出力軸との間のギアユニット内に電動操作と手動操作の切り替えを行うクラッチ機構を介在させている。

図８は、手動と電動の操作切替用のクラッチ機構を有するアクチュエータを備えたバルブ装置を示す斜視図であり、図８（ａ）はアクチュエータ１００をバルブ１０１に取り付けた状態を示し、図８（ｂ）はバルブ１０１を全開にする手動操作例を示し、図８（ｃ）はバルブ１０１を閉状態とする手動操作例を示している。

図８に示すように、アクチュエータ１００は、ケーシングにバルブ開度メモリ１０４に沿って回動可能な手動操作レバー１０２、及びケーシングから突出させたクラッチボタン１０３を備える。なお、アクチュエータ１００のケーシング内は図示していないが、電動モータ等の駆動源、バルブ１０１の弁軸に連結された出力軸、及び駆動源からの駆動力を出力軸に伝えるギアユニットが設けられている。

バルブ１０１の開度調整を手動操作にて行う場合、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、クラッチボタン１０３を押下する（図８中に黒色矢印で示す）。これにより、ケーシング内のギアユニットと駆動源との機械的な結合が解除される。このとき、図８（ｂ）に示すバルブ開度メモリ１０４の開度１００の位置まで手動操作レバー１０２を回動させると、これに応じて出力軸が回転してバルブ１０１が全開状態になる。また、図８（ｃ）に示すように、バルブ開度メモリ１０４の開度０の位置まで手動操作レバー１０２を回動させると、これに応じて出力軸が逆方向に回転してバルブ１０１が閉状態になる。

このような手動操作用のクラッチ機構を有する従来のアクチュエータとしては、例えば特許文献１に開示されるものがある。特許文献１に開示されるアクチュエータでは、ケーシング内に設けたクラッチボタンの押圧ストロークでアクチュエータの電源オンオフすると共に、クラッチボタンの押圧操作に連動して上下動するクラッチ桿によりギアユニットの噛合ギア群の１つを離脱させる。これにより、出力軸の手動操作が可能になる。

また、特許文献２には、クラッチ手段がオフの状態でバルブの手動操作が行われたことを前提として、タイマの動作を開始させると共に、バルブの開度を目標開度に調整する制御回路の作動を停止させ、且つタイマのタイムアップに基づいて制御回路の作動を復帰させる手段を具備するバルブ制御装置が開示されている。このバルブ制御装置では、手動で調節したバルブ開度を設定変更可能なタイマに設定されているタイムアップ時間まで保持することが可能である。

一方、アクチュエータは、一定の速度でバルブの開度操作を行うことが一般的であるが、バルブの動作速度を変えたい場合がある。例えば、開く方向（流量が増加する）へは高速で、閉じる方向（流量が減少する）へは低速で動かしたいという要求がある。このような要求に対応するには、変速用のクラッチ機構（変速クラッチ）を設ける必要がある。

図９は、手動操作用のクラッチ機構と変速用のクラッチ機構を有する従来のアクチュエータのギアユニットの構成例を示す図である。図９に示すアクチュエータは、電動モータ２００と出力軸２１０の間に介在させたギアユニット内に、電動操作と手動操作を切り替えるためのギアである電動／手動切替クラッチ２０２と、速度比の変更用ギアである変速クラッチ２０５とを設けた構成例を示している。この電動／手動切替クラッチ２０２と変速クラッチ２０５は、図９中の矢印で示すように上下動自在にギアユニット内に支持される。

電動／手動切替クラッチ２０２は、電動操作時（通常のアクチュエータ使用時）において、伝達ギア２０３と電動モータ２００の駆動軸に取り付けられた伝達ギア２０１とにそれぞれ噛み合った状態にある。この状態で電動モータ２００を駆動させると、その駆動力が伝達ギア２０３の後段のギアに順次伝達されて出力軸２１０が駆動する。

手動操作時には、電動／手動切替クラッチ２０２を図９中に示す手動操作位置にシフトさせて伝達ギア２０１との噛み合いを解除する。これによって、電動／手動切替クラッチ２０２から後段のギアと電動モータ２００との機械的結合が解除されるので、手動操作レバー２０４を回動操作することにより出力軸２１０を手動操作することができる。

また、変速クラッチ２０５は、例えば大径ギアと小径ギアが同軸に一体に形成された構造を有しており、図９に示す第１変速位置で出力軸側に隣接する第１変速ギア２０６と噛み合い、第２変速位置で出力軸側に隣接する第２変速ギア２０７と噛み合う。第１変速ギア２０６は第２変速ギア２０７より小径のギアであり、両者は伝達ギア２０８の上下に設けられる。伝達ギア２０８は、出力軸２１０に設けられた伝達ギア２０９と噛み合っている。これにより、第１変速位置と第２変速位置で異なる減速比で電動モータ２００の回転を出力軸２１０に伝えることができる。

特開平８−２１５５７号 特開２００１−３４３０８４号

バルブの開閉制御等では、バルブの用途によって開閉動作の速度を速めたり、動作量が異なっても動作時間を維持したい場合がある。このため、バルブの開閉動作を制御するアクチュエータの動作速度を可変に設定できることが望まれる。

従来のアクチュエータにおいて、出力軸の回転速度を可変とするには、例えば図９に示す変速クラッチ２０５のような変速用のクラッチ機構をギアユニット内に新たに設けるか、若しくは電動モータ等の駆動源自体を速度可変にすること等が考えられる。

しかしながら、例えば手動操作用のクラッチ機構を有するアクチュエータに対して変速用のクラッチ機構を設ける場合、図９に示すように部品点数が増えてギアユニット内の空間が占有され、アクチュエータが大型化、複雑化するという課題がある。また、駆動源を速度可変にするには、高価な速度制御回路やこれに対応した駆動源が必要であり、コスト的に不利である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、手動と電動の操作切り替え及び出力軸の変速を簡易な構成で実現することができるアクチュエータ及びこれを用いてバルブを開閉制御するバルブ装置及びダンパを開閉制御するダンパ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアクチュエータは、同軸に一体で回転する複数のギアから構成され、中心軸に沿って移動可能に取り付けられた手動／変速クラッチギアと、手動／変速クラッチギアと噛み合って電動モータからの回転トルクを伝達する前段側伝達ギア部と、手動／変速クラッチギアと噛み合って異なる減速比を与える複数のギアを含んで構成され、電動モータからの回転トルクを出力軸側に伝達する後段側伝達ギア部と、手動／変速クラッチギアの中心軸に沿った移動操作により、前段側伝達ギア部又は後段側伝達ギア部のうちのいずれか一方と手動／変速クラッチギアとの噛み合わせ解除と、手動／変速クラッチギアと後段側伝達ギア部との間で選択的にギアの噛み合わせとを行うクラッチギア切替手段とを備え、クラッチギア切替手段は、手動／変速クラッチギアを弾性保持する弾性保持部材と、外力を手動／変速クラッチギアの中心軸に沿った移動力に変換する操作部と、操作部により変換された移動力を弾性保持部材に伝達し、弾性保持部材を介して手動／変速クラッチギアを移動させる伝達部とを備え、弾性保持部材は、手動／変速クラッチギアを所定位置まで移動させる際にその移動が規制されると、移動力により手動／変速クラッチギアの移動方向とは逆方向に変形し、手動／変速クラッチギアの移動規制が解除されると、もとの状態に復帰する際の反力によって手動／変速クラッチギアを所定位置まで移動させることを特徴とするものである。

この発明によれば、同軸に一体で回転する複数のギアから構成された手動／変速クラッチギアを中心軸に沿って移動操作することにより、前段側伝達ギア又は後段側伝達ギアと手動／変速クラッチギアとの噛み合わせを解除し、また手動／変速クラッチギアと後段側伝達ギアとの間での所望の減速比を与えるギアを噛み合わせるので、同軸に一体で回転する簡易な構成のギアの追加により、ケーシング内の収納空間を占有する部品点数の増加を招くことなく、手動と電動の操作切り替え及び出力軸の変速を実現することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるアクチュエータの内部機構を概略的に示す図であり、図２は、図１中のギアユニットを示す図である。実施の形態１によるアクチュエータ１では、ケーシング内に収納された支持プレート２ａ，２ｂ、支持プレート２ａ上に配置された電動モータ３、支持プレート２ａ，２ｂを貫通して回転自在に設けられた出力軸４、及び電動モータ３の回転トルクを出力軸４まで伝達するギアユニットを備える。

支持プレート２ａと支持プレート２ｂは、ケーシング内に一定の間隔で平行に配置される。電動モータ３は、回転軸５が支持プレート２ａを貫通して配置されており、回転軸５には伝達ギア６が取り付けられる。アクチュエータ１の出力軸４は、図１の下方に取り付けられる図示しないバルブの弁軸に連結され、出力軸４の回転に応じて当該バルブが開閉する。

ギアユニットは、電動モータ３の回転軸５に取り付けられた伝達ギア６、伝達ギア６と噛み合う伝達ギア７ａ、伝達ギア７ａと同軸に一体に形成された伝達ギア７ｂ、ギア部８ａ，８ｂ，８ｃを有する手動／変速クラッチギア８、同軸に形成されて一体に回転する伝達ギア１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、出力軸４と一体に回転する伝達ギア１２を備える。なお、同軸に一体に形成された伝達ギア７ａ，７ｂが前段側伝達ギアを構成し、同軸に形成されて一体に回転する伝達ギア１０ａ，１０ｂ，１０ｃが後段側伝達ギア部を構成する。

伝達ギア７ａは、電動モータ３の回転軸５に取り付けられた小径の伝達ギア６と噛み合っており、支持プレート２ｂ側に同軸で一体に伝達ギア７ａより小径の伝達ギア７ｂが形成される。また、伝達ギア７ａ，７ｂは、支持プレート２ａ，２ｂに固定された固定軸７を中心に回転自在に取り付けられる。

手動／変速クラッチギア８は、同軸で一体に形成されたギア部８ａ，８ｂ，８ｃから構成され、支持プレート２ａ，２ｂに固定された固定軸９に回転自在で、かつ、図２中に矢印で示す軸方向に沿ってスライド可能に取り付けられる。支持プレート２ａ側のギア部８ａと支持プレート２ｂ側のギア部８ｃとの間に形成されたギア部（前段ギア部）８ｂは、ギア部８ａ，８ｃと比較して大径であり、電動モータ３側（以降、前段側と称す）に隣接する同一ピッチで小径の伝達ギア７ｂと噛み合う。

なお、伝達ギア７ｂは、手動／変速クラッチギア８が固定軸９に沿ってスライドしても噛み合いが外れない歯幅を有している。つまり、図１及び図２では、手動／変速クラッチギア８により手動操作に切り替えた際、手動／変速クラッチギア８の前段側の伝達ギアとの噛み合いが維持され、後段側の伝達ギアとの噛み合いが外れる構成を示している。

手動／変速クラッチギア８のギア部８ａ（第１ギア部）は、ギア部８ｃより大径であり、手動／変速クラッチギア８の固定軸９に沿ったスライド操作により、出力軸４側（以降、後段側と称す）に隣接する伝達ギア１０ａ（第１ギア）との噛み合い及びその解除が選択的に決定される。また、ギア部８ｃ（第２ギア部）は、手動／変速クラッチギア８の固定軸９に沿ったスライド操作により、後段側に隣接する伝達ギア１０ｂ（第２ギア）との噛み合い及びその解除が選択的に決定される。

本実施の形態１によるアクチュエータ１では、手動／変速クラッチギア８のギア部８ａと後段側の伝達ギア１０ａとが噛み合った状態と、手動／変速クラッチギア８のギア部８ｃと後段側の伝達ギア１０ｂとが噛み合った状態とが、それぞれ異なる減速比のギアユニットを構成する。

手動／変速クラッチギア８の後段側に隣接して配置される伝達ギア１０ａ，１０ｂ，１０ｃは同軸に一体で回転するように形成されており、支持プレート２ａ，２ｂ間に軸支された回転軸１０に一体に取り付けられる。伝達ギア１０ｂは、伝達ギア１０ａ，１０ｃの双方よりも大径であり、伝達ギア１０ａは伝達ギア１０ｃよりも大径である。

また、本実施の形態１では、手動／変速クラッチギア８の手動操作位置、つまり図１及び図２に示す伝達ギア１０ａとギア部８ａ及び伝達ギア１０ｂとギア部８ｃの噛み合いがそれぞれ解除される手動／変速クラッチギア８のスライド位置を基準として、後段側に隣接する伝達ギアを配置する。例えば、変速用のギア部８ａと噛み合わせる伝達ギア１０ａは、上記手動操作位置より支持プレート２ａ側に配置し、変速用のギア部８ｃと噛み合わせる伝達ギア１０ｂは上記手動操作位置より支持プレート２ｂ側に配置する。

出力軸４と一体に回転する伝達ギア１２は、前段側に隣接する小径の伝達ギア１０ｃと噛み合う。伝達ギア１０ｃに伝わった電動モータ３の回転トルクは、伝達ギア１２を介して出力軸４に伝わり、バルブの開閉動作が行われる。

また、回転軸１０には、支持プレート２ａを貫通し、ケーシング外に突出する手動操作レバー１１が設けられる。手動操作時に、手動／変速クラッチギア８をスライド操作して後段側の伝達ギアと前段側の伝達ギアとの連結を遮断し、手動操作レバー１１を回転軸１０に対して円周方向に回動操作すると、この回転トルクが伝達ギア１０ｃ，１２を経て出力軸４に伝わり回転する。

このように、本発明では、電動と手動の操作切り替え用のクラッチ機構と変速用のクラッチ機構とを、同軸で一体に回転するギアとして共通化している。これにより、ケーシング内の水平方向の空間を過剰に占有することなく、電動と手動の操作の切り替え機能と２変速機能とを簡易な構成で実現でき、アクチュエータの小型化を図ることができる。

図３は、クラッチギア切替手段を示す図であり、図３（ａ）は手動／変速クラッチギア８の支持プレート２ａ側からみた上面を示し、図３（ｂ）はピニオン部１７の軸方向に垂直な側面を示している。また、図３（ａ）において、支持プレート２ａを透明にして、手動／変速クラッチギア８と弾性緩衝部の構成を視認しやすく示している。

このクラッチギア切替手段は、図３（ｂ）に示すように、固定軸９に沿って上下方向から手動／変速クラッチギア８を挟み込んで保持する弾性保持部材１３と、外部からピニオン部１７の軸に対して円周方向に加えられた回転力を固定軸９の軸方向に弾性保持部材１３をスライドさせる力に変換して弾性保持部材１３に保持された手動／変速クラッチギア８を固定軸９に沿ってスライドさせる操作部１６とを備える。

弾性保持部材１３はその一端部で手動／変速クラッチギア８のギア部８ａの上面に当接して弾性保持する上方弾性保持部１３−１と、その一端部で手動／変速クラッチギア８のギア部８ｃの下面に当接して弾性保持する下方弾性保持部１３−２と、手動／変速クラッチギア８のギア部８ｂの外周に位置するとともに上方弾性保持部１３−１の他端部と下方弾性保持部１３−２の他端部とを連結する連結部１３−３から構成されており、その連結部１３−３の外側面には、操作部１６のピニオン部１７と噛み合うラック部（伝達部）１４が形成されており、ラック部１４の両側面部には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、固定軸９の軸方向に平行な溝部１５がそれぞれ形成されている。

また、図３（ａ）に示すように、ラック部１４の両溝部１５に対向するようにレール部１８が設けられる。レール部１８には、固定軸９に平行な線状の当接部１８ａが形成されており、当接部１８ａは溝部１５に係合する。なお、図３（ｂ）では、弾性保持部材１３及びその周辺構成を視認し易くするために、レール部１８の記載を省略している。

操作部１６は、ケーシングの外壁２ｃから突出して外部から回転操作が可能な操作ダイヤル２０と、この操作ダイヤル２０に一端が接続する操作軸１９と、操作軸１９の他端が接続し、ラック部１４に噛み合うピニオン部１７とを備える。操作ダイヤル２０により操作軸１９を中心軸とするピニオン部１７の回転操作が行われると、その回転がラック部１４に伝わり、固定軸９の軸方向に平行な移動に変換されて溝部１５を介し弾性保持部材１３がレール部１８の当接部１８ａ上を摺動する。これにより、手動／変速クラッチギア８は、弾性保持部材１３により上下から付勢力が加えられながら、固定軸９に沿ってスライドする。

例えば、図３（ａ）に示す「ＭＡＮＵＡＬ」の位置に操作ダイヤル２０を回転させると、手動／変速クラッチギア８が、図１及び図２に示す後段側に隣接する伝達ギアとの噛み合いが解除される位置（手動操作位置）になる。また、一例ではあるが、「３０Ｓ」又は「６０Ｓ」はフルストローク動作時間（全閉から全開、もしくは全開から全閉までの動作時間）を示しており、３０秒又は６０秒でバルブの開度が変更されることを示している。つまり、「３０Ｓ」又は「６０Ｓ」の位置に操作ダイヤル２０を合わせると、手動／変速クラッチギア８のギア部８ａ又はギア部８ｃと後段側の伝達ギア１０ａ又は伝達ギア１０ｂとが噛み合う。

上述したような手動／変速クラッチギア８のスライド操作により後段側のギアと手動／変速クラッチギア８のギア部とを噛み合わせる際に、後段側のギアと手動／変速クラッチギア８のギア部とが噛み合い位置にない場合がある。
即ち、本実施の形態１では、後段の伝達ギアと手動／変速クラッチギア８のギア部が噛み合いの位置にない場合、操作ダイヤル２０で設定された位置までラック部１４を固定軸９に沿ってスライドさせる力（手動／変速クラッチギア８のスライド方向の力）により、後段側の伝達ギアの歯端面と手動／変速クラッチギア８のギア部の歯端面とが上下に当接した状態になる。

例えば、後段側の伝達ギア１０ａと手動／変速クラッチギア８のギア部８ａとを噛み合わせる際、本来であれば図４中で符号ｂを付した位置で両ギアが噛み合うが、両ギアが噛み合いの位置にない場合、図４中で符号ａを付した位置にギア部８ａがある状態で伝達ギア１０ａとギア部８ａとの双方の歯端面が上下に当接する。このとき、弾性保持部材１３の上方弾性保持部１３−１の保持力が弱まるとともに、弾性保持部材１３の下方弾性保持部１３−２による保持力は強まるものの、下方弾性保持部１３−２が図４に示す下向きの矢印で示す方向（スライド方向と逆方向）に弾性変形することによりその保持力の上昇も緩和される。それによって、両ギアの双方の歯端面の当接部に生じる応力が緩和され歯車の歯形の損傷を防ぐことができる。

この後、電動モータ３を駆動させると、手動／変速クラッチギア８は固定軸９に対して回転して、噛み合い位置になかった両ギアが噛み合いの位置に移行すると、弾性保持部材１３はもとの状態に復帰し、復帰により発生した反力を上記スライド方向の力として開放する。そして、弾性保持部材１３は開放されたスライド方向の力によって、手動／変速クラッチギア８を固定軸９に沿って更に上方にスライドさせ、ギア部８ａは図４のｂの位置まで移動して伝達ギア１０ａと完全に噛み合うようになる。

一方、後段側の伝達ギア１０ｂと手動／変速クラッチギア８のギア部８ｃとを噛み合わせる際、本来であれば図４中で符号ｄを付した位置で両ギアが噛み合うが、両ギアが噛み合い位置にないと、図４中で符号ｃを付した位置にギア部８ｃがある状態で伝達ギア１０ｂとギア部８ｃとの双方の歯端面が上下に当接する。このとき、弾性保持部材１３の下方弾性保持部１３−２の保持力が弱まるとともに、弾性保持部材１３の上方弾性保持部１３−１の保持力は強まるものの、上方弾性保持部１３−１が図４に示す上向きの矢印で示す方向（スライド方向と逆方向）に弾性変形することによりその保持力の上昇も緩和される。それによって、両ギアの双方の歯端面の当接部に生じる応力が緩和され歯車の歯形の損傷を防ぐことができる。

この後、電動モータ３を駆動させると、手動／変速クラッチギア８は固定軸９に対して回転して、噛み合い位置になかった両ギアが噛み合いの位置に移行すると、弾性保持部材１３はもとの状態に復帰し、復帰により発生した反力を上記スライド方向の力として開放する。そして、弾性保持部材１３は開放されたスライド方向の力によって、手動／変速クラッチギア８を固定軸９に沿って更に下方にスライドさせ、ギア部８ｃは図４のｄの位置まで移動して伝達ギア１０ｂと完全に噛み合うようになる。

このように、図３に示すクラッチギア切替手段では、噛み合わせようとする両ギアが噛み合いの位置になく双方の歯端面が上下に当接しても、弾性保持部材１３の上方弾性保持部１３−１又は下方弾性保持部１３−２がスライド方向と逆方向に弾性変形することにより両ギアの双方の歯端面の当接部に生じる応力が緩和され歯車の歯形の損傷を防ぐことができ、その状態で電動モータ３を駆動することにより両ギアが噛み合い位置に移行すると、弾性保持部材１３はもとの状態に復帰することにより発生する反力により、両ギアを自動的に完全に噛み合い状態とすることができる。

なお、手動／変速クラッチギア８のギア部（８ａ，８ｂ）と後段側の伝達ギア（１０ａ，１０ｂ）が噛み合い状態になると、弾性保持部材１３は変形状態からもとの状態に復帰し、上方弾性保持部１３−１の保持力と下方弾性保持部１３−２の保持力ももとに戻るので、手動／変速クラッチギア８は安定して保持される。

図５は、クラッチギア切替手段の他の構成例を示す図であり、図５（ａ）はピニオン部１７の軸方向に垂直な側面を示し、図５（ｂ）は（ａ）中の矢印Ａ，Ｂの方向からそれぞれみたピニオン部１７及び弾性操作軸１９ａ，１９ｂを示している。図５に示す弾性緩衝部は、保持部材１３Ａと、操作部１６Ａ（又は操作部１６Ｂ）とを備える。保持部材１３Ａは、固定軸９に沿った上下から手動／変速クラッチギア８を挟み込むように保持する。図３に示した弾性保持部材１３と異なり、保持部材１３Ａ自体は弾性変形しない。

また、保持部材１３Ａも、図３に示した弾性保持部材１３と同様に、その一端部で手動／変速クラッチギア８のギア部８ａの上面に当接して保持する上方保持部１３Ａ−１と、その一端部で手動／変速クラッチギア８のギア部８ｃの下面に当接して保持する下方保持部１３Ａ−２と、手動／変速クラッチギア８のギア部８ｂの外周に位置するとともに上方保持部１３Ａ−１の他端部と下方保持部１３Ａ−２の他端部とを連結する連結部１３Ａ−３から構成されており、その連結部１３Ａ−３の外側面に操作部１６Ａ（又は操作部１６Ｂ）のピニオン部１７と噛み合うラック部（伝達部）１４が形成される。なお、保持部材１３Ａに対して弾性保持部材１３と同様な溝部を形成し、保持部材１３Ａの溝部がレール部の当接部上を摺動することにより、手動／変速クラッチギア８が、固定軸９に沿ってスライドする構成としてもよい。

操作部１６Ａは、図３（ａ）に示したような操作ダイヤルに一端が接続する線状の弾性部材からなる弾性操作軸１９ａと、弾性操作軸１９ａの他端が接続し、保持部材１３Ａのラック部１４に噛み合うピニオン部１７とを備える。一方、操作部１６Ｂでは、図５（ｂ）に示すように、固定軸９の軸方向に対して垂直方向に延びる線状の弾性部材からなる弾性操作軸１９ｂを２本平行して設けている。

不図示の操作ダイヤルで弾性操作軸１９ａ（又は弾性操作軸１９ｂ，１９ｂ）を軸とするピニオン部１７の回転操作が行われると、その回転がラック部１４に伝わり、手動／変速クラッチギア８の固定軸９の軸方向に沿った移動に変換されて手動／変速クラッチギア８がスライドする。

ここで、後段側の伝達ギアと手動／変速クラッチギア８のギア部とが噛み合い位置にない場合、操作ダイヤルで設定された位置までラック部１４を固定軸９に沿ってスライドさせる力（手動／変速クラッチギア８のスライド方向の力）により、後段側の伝達ギアと手動／変速クラッチギア８のギア部の双方の歯端面が上下に当接した状態になる。

上述のように歯端面が当接して手動／変速クラッチギア８のスライドが規制されると、操作ダイヤルの回転操作により加えられた回転力によって、弾性操作軸１９ａ（又は弾性操作軸１９ｂ，１９ｂ）が、図５（ｂ）に示すように捩れ変形する。
つまり、図５に示すクラッチギア切替手段では、両ギアが噛み合いの位置になるまで、手動／変速クラッチギア８を所定のスライド位置に設定するためのスライド方向の力が、弾性操作軸１９ａ（又は弾性操作軸１９ｂ，１９ｂ）の捩れ変形によって吸収（蓄積）される。このように構成することでも、図３に示したクラッチギア切替手段と同様に、当接する両ギアの歯端面にかかる応力を緩和し、歯車の歯形の損傷を防ぐことができる。

この後、電動モータ３を駆動させる等して両ギアを噛み合い位置にすると、弾性操作軸１９ａ（又は弾性操作軸１９ｂ，１９ｂ）は、捩れ変形状態から捻れのない状態に復帰し、復帰の際に発生する反力を上記スライド方向の力として解放する。この力はピニオン部１７からラック部１４に伝達されることにより、手動／変速クラッチギア８が、保持部材１３Ａを介して操作ダイヤルで設定された適切な位置にスライドして後段側の伝達ギアと噛み合う。

なお、図３乃至図５に示した構成の他、手動／変速クラッチギア８の上下に巻バネ部材を設け、これら巻バネ部材によって手動／変速クラッチギア８に対して上下双方から付勢力を与えるようにしても良いし、要は手動／変速クラッチギア８の上下双方に弾性保持力を与えられる構成を付加することができればどのような構成でも良い。これらの構成によっても、上記と同様な効果を得ることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、電動モータ３からの回転トルクを伝える前段側の伝達ギアと噛み合うギア部と、変速用の径の異なる複数のギア部とが同軸に形成され、固定軸９を中心として全てのギア部が一体に回転すると共に、固定軸９に沿ってスライド可能な手動／変速クラッチギア８を備え、手動／変速クラッチギア８のギア部と後段側の伝達ギアとの連結が外れる手動操作時の状態と、変速用の径の異なる複数のギア部の各々と後段側の対応する伝達ギアとが噛み合う各変速の状態とを、固定軸９に沿った手動／変速クラッチギア８のスライド操作により選択的に決定する。このように構成することで、ケーシング内の収納空間を占有する部品点数の増加を招くことなく、同軸にギアを組み合わせた簡易な構成の手動／変速クラッチギア８を追加するだけで、手動と電動の操作切り替えと変速の双方を実現することができる。

また、上記実施の形態１によれば、手動／変速クラッチギア８と後段側の伝達ギアとが噛み合い位置になく、両ギアの歯端面が上下に当接した際、弾性保持部材１３や弾性操作軸１９ａ，１９ｂの弾性変形により手動／変速クラッチギア８のスライド方向の力を吸収して両ギアの歯端面への応力を緩和することができる。さらに、両ギアが噛み合い位置になると、弾性変形した弾性保持部材１３や弾性操作軸１９ａ，１９ｂがもとの状態に復帰して、その反力を手動／変速クラッチギア８の固定軸９に沿ったスライド方向の力として解放する。この力によって両ギアを適切な位置で噛み合わせることができる。

さらに、上記実施の形態１では、手動／変速クラッチギア８がギア部８ａ，８ｃによる２変速である場合を示したが、本発明は２変速に限定されるものではない。
図６は、実施の形態１によるギアユニットの他の構成例を示す図である。ギア部２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、上記実施の形態１で示した手動／変速クラッチギア８のギア部８ａ，８ｂ，８ｃに相当するものであるが、図６に示す手動／変速クラッチギア２１には、ギア部２１ｃより小径のギア部２１ｄをさらに設けている。また、後段側に隣接する伝達ギアとして、ギア部２１ｄに対応する伝達ギア１０ｄを、伝達ギア１０ａ，１０ｂ，１０ｃと同軸で一体に回転するように設けている。

このように、本発明では、ギア部２１ｄと伝達ギア１０ｄによる変速段を一段追加して３変速としたが、それ以上の変速段数にも容易に拡張可能である。

実施の形態２．
上記実施の形態１では手動操作するにあたり、手動／変速クラッチギアによって後段側の伝達ギアとの連結を遮断する例を示したが、本実施の形態２は、手動／変速クラッチギアにより前段側の伝達ギアとの連結を遮断するものである。

図７は、この発明の実施の形態２によるアクチュエータのギアユニットを示す図である。図７に示すギアユニットは、電動モータ３の回転軸５に固定された伝達ギア６、ギア部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを有する手動／変速クラッチギア２２、同軸に形成されて一体に回転する伝達ギア２４ａ，２４ｂ，２４ｃを備える。

手動／変速クラッチギア２２は、同軸に一体に形成されたギア部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄから構成され、支持プレート２ａ，２ｂに固定された固定軸２３に回転自在で、かつ固定軸２３の軸方向に沿ってスライド可能に設けられる。なお、手動／変速クラッチギア２２の各ギア部では、支持プレート２ａ側から２ｂ側に向かって小径のギア部が形成され、電動操作時においてギア部２２ａと電動モータ３の回転軸５に取り付けられた伝達ギア６とが噛み合う。また、伝達ギア２４ａには図示しない出力軸と一体に回転する伝達ギア（図１中の伝達ギア１２に相当するもの）と常時噛み合っている。

実施の形態２によるアクチュエータでは、ギア部２２ａと伝達ギア６との噛み合いが外れない範囲で手動／変速クラッチギア２２を固定軸２３に沿ってスライド操作することにより、ギア部（第１ギア部）２２ｄと後段側に隣接する伝達ギア（第１ギア）２４ｃとが噛み合う状態と、ギア部（第２ギア部）２２ｃと後段側に隣接する伝達ギア（第２ギア）２４ｂとが噛み合う状態と、ギア部（第３ギア部）２２ｂと後段側に隣接する伝達ギア（第３ギア）２４ａとが噛み合う状態の３段階の回転速度を選択することが可能である。

また、手動操作時には、手動／変速クラッチギア２２を固定軸２３に沿って更に下方にスライド操作してギア部２２ａと伝達ギア６との噛み合いを外せば良く、手動操作としては、例えば後段側伝達ギアの回転軸２４の支持プレートから外部に露出した端部２５の周面に取り付けられた手動操作レバー２６を回動操作することによって回転トルクを出力軸に伝え、出力軸を回転させる。

以上のように、この実施の形態２によれば、同軸にギアを組み合わせた簡易な構成の手動／変速クラッチギア２２を追加するだけで、手動操作と電動操作の切り替え機能と変速用機能の双方を実現することができる。

なお、実施の形態１及び２では選択的に手動／変速クラッチギアのギア部と噛み合う変速用の減速比の異なる複数の伝達ギアを手動／変速クラッチギアの後段に配置した例を示したが、これらの伝達ギアを電動モータと手動／変速クラッチギアとの間、即ち、手動／変速クラッチギアの前段に配置しても良く、本発明の技術思想の範囲に含まれる。
また、これら選択的に手動／変速クラッチギアのギア部と噛み合う変速用の減速比の異なる複数の伝達ギアを同軸に一体に設けずに、それぞれ異なる軸を中心に回転するように構成し、電動時には手動／変速クラッチギアの位置の違いによって、それぞれ異なる伝達ギアを経由して出力軸に電動モータの回転トルクを伝達するように構成することも本発明の技術思想の範囲に含まれる。

本発明によるアクチュエータは、図８に示したようなバルブ装置に適用することで、より効果を発揮することができる。例えば、弁軸の回転により開度が決定されるボールバルブのバルブ開閉を電動制御するバルブ装置を構成するにあたり、本発明によるアクチュエータで弁軸の回転を制御する。

このバルブ装置では、上記実施の形態１、２で説明したように出力軸の回転速度を変速することができるので、所望の速度でバルブを開閉制御できる。また、手動／変速クラッチギアのスライド操作により容易に手動でバルブの開度調整を行うこともできる。
なお、上述のようなバルブ装置を構成するバルブとしては、ボールバルブに限定されるものでなく、本発明によるアクチュエータの出力軸の回転に応じて開閉するものであればよいし、また、弁軸を垂直方向に上昇下降させて弁開度を制御する直動型のバルブにも適用できる。

更に、ダンパ開度の制御を行うダンパ装置にも適用でき、その場合も上記実施の形態１、２で説明したように出力軸の回転速度を変速することができるので、所望の速度でダンパを開閉制御できる。また、停電時でも手動／変速クラッチギアのスライド操作により容易に手動でダンパの開度調整を行うこともできる。

この発明の実施の形態１によるアクチュエータの内部機構を概略的に示す図である。 図１中のギアユニットを示す図である。 クラッチギア切替手段を示す図である。 噛み合い位置にない場合における弾性保持部材の変形を示す図である。 クラッチギア切替手段の他の構成例を示す図である。 実施の形態１によるギアユニットの他の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態２によるアクチュエータのギアユニットを示す図である。 手動と電動の操作切替用のクラッチ機構を有するアクチュエータを備えたバルブ装置を示す斜視図である。 従来のアクチュエータのギアユニットの構成例を示す図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
２ａ，２ｂ 支持プレート
２ｃ 外壁
３ 電動モータ
４ 出力軸
５，１０ 回転軸
６，７ａ，７ｂ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１２，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 伝達ギア
７，９，２３，２４ 固定軸
８，２２ 手動／変速クラッチギア
８ａ，８ｂ，８ｃ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ ギア部
１１，２６ 手動操作レバー
１３ 弾性保持部材
１３−１ 上方弾性保持部
１３−２ 下方弾性保持部
１３−３，１３Ａ−３ 連結部
１３Ａ 保持部材
１３Ａ−１ 上方保持部
１３Ａ−２ 下方保持部
１４ ラック部
１５ 溝部
１６，１６Ａ，１６Ｂ 操作部
１７ ピニオン部
１８ レール部
１８ａ 当接部
１９ 操作軸
１９ａ，１９ｂ 弾性操作軸
２０ 操作ダイヤル

Claims (2)

1. 駆動対象物に連結された出力軸を電動モータの回転トルクを伝達することで動作させ、前記駆動対象物を駆動制御するアクチュエータにおいて、
   同軸に一体で回転する複数のギアから構成され、中心軸に沿って移動可能に取り付けられた手動／変速クラッチギアと、
   前記手動／変速クラッチギアと噛み合って異なる減速比を与える複数のギアを含んで構成され、前記電動モータの回転トルクを伝達する前段側伝達ギア部と、
   前記手動／変速クラッチギアと噛み合って前記電動モータの回転トルクを出力軸側に伝達する後段側伝達ギア部と、
   前記手動／変速クラッチギアの中心軸に沿った移動操作により、前記前段側伝達ギア部又は前記後段側伝達ギア部のうちのいずれか一方と前記手動／変速クラッチギアとの噛み合わせ解除と、前記手動／変速クラッチギアと前記前段側伝達ギア部との間で選択的にギアの噛み合わせとを行うクラッチギア切替手段とを備え、
   前記クラッチギア切替手段は、
   手動／変速クラッチギアを弾性保持する弾性保持部材と、
   外力を前記手動／変速クラッチギアの中心軸に沿った移動力に変換する操作部と、
   前記操作部により変換された前記移動力を前記弾性保持部材に伝達し、前記弾性保持部材を介して前記手動／変速クラッチギアを移動させる伝達部とを備え、
   前記弾性保持部材は、
   前記手動／変速クラッチギアを所定位置まで移動させる際にその移動が規制されると、前記移動力により前記手動／変速クラッチギアの移動方向とは逆方向に変形し、前記手動／変速クラッチギアの移動規制が解除されると、もとの状態に復帰する際の反力によって前記手動／変速クラッチギアを前記所定位置まで移動させることを特徴とするアクチュエータ。
2. 駆動対象物に連結された出力軸を電動モータの回転トルクを伝達することで動作させ、前記駆動対象物を駆動制御するアクチュエータにおいて、
   同軸に一体で回転する複数のギアから構成され、中心軸に沿って移動可能に取り付けられた手動／変速クラッチギアと、
   前記手動／変速クラッチギアと噛み合って異なる減速比を与える複数のギアを含んで構成され、前記電動モータの回転トルクを伝達する前段側伝達ギア部と、
   前記手動／変速クラッチギアと噛み合って前記電動モータの回転トルクを出力軸側に伝達する後段側伝達ギア部と、
   前記手動／変速クラッチギアの中心軸に沿った移動操作により、前記前段側伝達ギア部又は前記後段側伝達ギア部のうちのいずれか一方と前記手動／変速クラッチギアとの噛み合わせ解除と、前記手動／変速クラッチギアと前記前段側伝達ギア部との間で選択的にギアの噛み合わせとを行うクラッチギア切替手段とを備え、
   前記クラッチギア切替手段は、
   手動／変速クラッチギアを保持する保持部材と、
   弾性部材からなる弾性操作軸を有し、外部から加えられた回転力を前記手動／変速クラッチギアの中心軸と平行な方向の移動力に変換する操作部と、
   前記操作部により変換された前記移動力を前記保持部材に伝達し、前記保持部材を介して前記手動／変速クラッチギアを中心軸に沿って移動させる伝達部とを備え、
   前記弾性操作軸は、
   前記手動／変速クラッチギアを所定位置まで移動させる際にその移動が規制されると前記回転力により捩れ変形し、
   前記伝達部は、
   前記手動／変速クラッチギアの移動規制が解除されて前記弾性操作軸がもとの状態に復帰する際の反力を、前記手動／変速クラッチギアを前記所定位置まで移動させる移動力として前記保持部材に伝達することを特徴とするアクチュエータ。

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