JPH1182795A - スプリングリターン式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組立・分解時にコイルバネを変形させないト
ルクゼロの状態で組み込みや取り出しができるうえに、
個々の被駆動体に対して最適な初期トルクを設定できる
スプリングリターン式アクチュエータを提供する。 【解決手段】 正逆回転自在に設けられた出力軸２と、
この出力軸２の正回転に伴って蓄勢されるスプリング４
とを有し、このスプリング４の弾発力によって出力軸２
を逆回転させるスプリングリターン式アクチュエータに
おいて、一端４ｂを出力軸２側と係合したスプリング４
の他端４ａを蓄勢部材に係合し、この蓄勢部材をウォー
ムホイール７とし、ウォームホイール７に噛み合わせて
設けたウォーム８を操作して、スプリング４の蓄勢力を
調整するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スプリングリター
ン式アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスプリングリターン式アクチュエ
ータは、内蔵した電動モータによって出力軸を正回転さ
せると共に、コイルバネを弾性変形させて蓄勢し、コイ
ルバネの弾発力によって、出力軸を逆回転させるように
したものや、ラック部を有するピストンを空気圧やガス
圧などでスライドさせ、ラック部に噛み合うピニオン部
を回転させて出力軸を正回転させると共に、スライドす
るピストンによってコイルバネを圧縮して、このコイル
バネの弾発力によって出力軸を逆回転させるようにした
ものがある。両者共に、バルブを開閉するバルブ用アク
チュエータとして適用されており、特に、前者は、通電
が遮断されてもコイルバネの弾発力によりバルブを全閉
又は全開することができるため、制御が簡単なアクチュ
エータである。また、災害等による停電時にバルブを全
閉又は全開させる緊急駆動用として用いることができ
る。

【０００３】前者は、図４に示すような構造で、バルブ
を全開又は全閉するため出力軸１０２を９０度正回転さ
せる場合、内蔵した電動モータ１０３のピニオンギヤ１
０３ａに噛み合わせて設けた減速ギヤ１０６及びこの減
速ギヤ１０６に噛み合わせた次段ギヤ１０５を介し、最
終的には電動モータ１０３の動力を最終段ギヤ１０７の
軸となる出力軸１０２に伝達している。このとき、出力
軸１０２の回転と共に、出力軸１０２に固定した回転板
１０８に一端を係合させておいたコイルバネ１０４が巻
き上げられ蓄勢される。

【０００４】また、バルブを全閉又は全開するため出力
軸１０２を９０度逆回転させる場合、コイルバネ１０４
を巻き上げていた電動モータ１０３の駆動を停止して、
コイルバネ１０４の一端を係合した回転板１０８を介し
て、コイルバネ１０４の弾発力を出力軸１０２に伝達し
ている。

【０００５】このようにコイルバネ１０４の弾発力によ
り出力軸１０２を逆回転させて、バルブを確実に全閉又
は全開するために、コイルバネ１０４は、電動モータ１
０３による巻き上げ前の初期状態において、出力軸１０
２を逆回転させる初期トルクが働くように組み込まれて
いた。

【０００６】また、後者も前者同様、バルブを確実に全
閉又は全開するため、コイルバネの初期状態において、
出力軸を逆回転させる初期トルクが働くように組み込ま
れていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のスプリングリタ
ーン式アクチュエータは、必要な駆動トルクを得ると共
に、バルブの全閉又は全開時に弁体に適当なトルクが与
えられるように、コイルバネを巻き上げ蓄勢された状態
で組み込む必要があるため、組立・分解時にコイルバネ
が飛び出す危険性を有していた。また、コイルバネ自身
の特性のばらつきにより、コイルバネを同じ量変形させ
ても、実際にはトルクが均一化されないため、コイルバ
ネ毎にトルクを調整する必要があり、コストアップの一
因になっていた。さらに、アクチュエータにより駆動す
る被駆動体（上述の場合はバルブ）毎に駆動必要トルク
が異なるので、駆動必要トルクの最大を考慮して、十分
なトルクマージンを見込んでコイルバネを蓄勢しなけれ
ばならなかった。

【０００８】本発明は、上記問題を解決するために成さ
れたものであり、組立・分解時にコイルバネを変形させ
ないトルクゼロの状態で組み込みや取り出しができるう
えに、個々の被駆動体に対して最適な初期トルクを設定
できるスプリングリターン式アクチュエータを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、正逆回転自在に設けられた出力軸と、
この出力軸の正回転に伴って蓄勢されるスプリングとを
有し、このスプリングの弾発力によって出力軸を逆回転
させるスプリングリターン式アクチュエータにおいて、
一端を出力軸側と係合したスプリングの他端を蓄勢部材
に係合し、この蓄勢部材をウォームホイール若しくはウ
ォームホイールの回転に伴い変位する部材とし、前記ウ
ォームホイールに噛み合わせて設けたウォームを操作し
て、スプリングの蓄勢力を調整するようにしたもので、
ウォームホイールとウォームとに働くセルフロック機能
により、蓄勢されたスプリングの弾発力によっては、ウ
ォームホイールは回転しないので、出力軸と連動するス
プリングの一端とは異なり、蓄勢部材に係合した他端は
動かず、スプリングが蓄勢される。一方、ウォームを操
作することによって、蓄勢部材を動かし、蓄勢していな
い状態で組み込んだスプリングを蓄勢し、適当な初期ト
ルクを出力軸に与えることができる。さらに、ウォーム
ホイールとウォームによって蓄勢力を調整するので、蓄
勢力を細かくかつ正確に設定することができる。

【００１０】前記ウォームホイール及びウォームの一方
若しくは両方の少なくとも噛合面を合成樹脂で成形する
と、腐食を防止し、長期蓄勢力を調整しなくても、ウォ
ームホイールとウォームが回転不能にならない。さら
に、ウォームホイールとウォームの噛みつきが無くなる
ため、回転がスムーズになる。

【００１１】前記出力軸の駆動手段を、前記蓄勢部材と
共にケーシング内に収納した場合、この駆動手段の動力
によって、スプリングの弾発力に抗して、出力軸を正回
転させると共にスプリングを蓄勢する一方、駆動手段の
動力をゼロにしスプリングの弾発力によって出力軸を逆
回転させる。

【００１２】前記出力軸をバルブのステムに連結して、
バルブを開閉するようにした場合、手動若しくは駆動手
段の動力を出力軸に伝達して、出力軸を正回転させバル
ブを全閉又は全開すると共にスプリングを蓄勢し、バル
ブを全開又は全閉するときは、スプリングの弾発力によ
って出力軸を逆回転させる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の好
ましい実施の一形態を詳細に説明する。図１において、
１は本発明のスプリングリターン式アクチュエータ（以
下、アクチュエータという。）のケーシング、２は図示
しない被駆動体に駆動力を伝達する出力軸、３は出力軸
２を正回転させる際の駆動手段となる電動モータ、４は
出力軸２を逆回転させる際の駆動手段となるスプリング
で、出力軸２の正回転に伴って蓄勢される。５は出力軸
２を軸として回転する最終段ギヤ、６は電動モータ３の
ピニオンギヤ３ａと中間ギヤ５ａ，６ａを介して最終段
ギヤ５とに噛み合わせて設けられる減速ギヤ、７は蓄勢
部材であるウォームホイール、８はこのウォームホイー
ル７に噛み合わせて設けられたウォームである。なお、
通常は、電動モータ３を駆動手段として出力軸２を正逆
回転させ、災害による停電時や緊急時のみ、スプリング
４によって出力軸２を回転させるようにしても良い。

【００１４】図示しない被駆動体（例えば、バルブ）の
入力軸（ステム）を連結する出力軸２は、ケーシング１
を構成する箱状のカバー１ａとボトム１ｂから上下両端
部をそれぞれ突出させ、カバー１ａ、ボトム１ｂおよび
このボトム１ｂに固定した地板１ｃに正逆回転自在に軸
支され、下端部に被駆動体の入力軸を連結し、他方の上
端部には、適宜、手動操作用の工具やハンドルなどを連
結して、電動モータ３によらずに出力軸２を正回転させ
ることができる。また、この出力軸２の地板１ｃとボト
ム１ｂ間の適宜位置に、最終段ギヤ５と、スプリング４
の一端を係止する回転板９とがキー９ａ及びキー溝２ａ
やローレットなどによって固定されている。

【００１５】ボトム１ｂの開口端を塞ぐように固定され
た地板１ｃには、ピニオンギヤ３ａを下方に突出させて
電動モータ３が固定される他、スプリング４を収納する
ケース１０が固定されている。さらに、この地板１ｃに
は出力軸２の回動角に対応する円弧状孔１ｄが形成され
ており、この円弧状孔１ｄを通して回転板９に固定され
たスプリング４の端部４ｂが、出力軸２の回動始点、終
点において円弧状孔１ｄの側面に当接し出力軸２の回転
が規制される。すなわち、出力軸２の回転は、スプリン
グ４の端部４ｂが円弧状孔１ｄの側面に当接することで
停止する。

【００１６】スプリング４は、端部４ａ，４ｂをそれぞ
れ上下に折り曲げ突出させたコイルバネで、出力軸２を
中心に蓄勢していない状態でケース１０内に収納されて
おり、上端部４ａをウォームホイール７の係止孔７ａに
係止し、下端部４ｂを、地板１ｃの円弧状孔１ｄを通し
て、出力軸２に固定した回転板９の係止孔９ｂに係止
し、出力軸２と連動させている。なお、スプリング４
は、コイルバネに限定されず、渦巻バネ、ねじりバネな
どでも良い。また、端部４ｂを最終段ギヤ５に係止し
て、回転板９を省略しても良い。

【００１７】減速ギヤ６は、地板１ｃより下方に突出し
たピニオンギヤ３ａと、それぞれ軸に回転自在の中間ギ
ヤ５ａ，６ａを介して出力軸２に固定した最終段ギヤ５
とに噛み合うように、地板１ｃとボトム１ｂとに回転自
在に軸支した軸に固定されている。

【００１８】蓄勢機構は、スプリング４の上端部４ａを
係止しするウォームホイール７と、このウォームホイー
ル７を回転させるウォーム８とで構成され、スプリング
４を収納するケース１０の上部に、それぞれ回転自在に
配置されている。

【００１９】ウォームホイール７は、ケース１０の天井
面から出力軸２に沿って下方に突設したボス部１０ａに
回転自在に軸支されており、出力軸２の回転方向に係ら
ず回転することができる。

【００２０】ウォーム８は、ウォームホイール７に噛み
合わされ、かつ、ケース１０の側壁に回転自在に軸支し
たウォーム軸８ａに、ネジなどの適宜手段によって固定
されている。そして、このウォーム軸８ａの両軸端部８
ｂを六角穴付きボルト、矩形部、ドライバとの結合部等
としておき、適宜手段を用いて回転させることによって
ウォーム８を回転させる。

【００２１】なお、ウォームホイール７とウォーム８の
全体若しくは噛合面を合成樹脂により形成しても良い。
これによって、長期蓄勢力を調整しなくても、ウォーム
ホイール７とウォーム８とが腐食し回転不能になること
はない。さらに、ウォームホイール７とウォーム８の噛
みつきが無くなるため、回転がスムーズになる。また、
ウォーム軸８ａの軸心に沿って操作軸を突設しても良
い。さらに、軸端部８ｂを臨める孔をカバー１ａに形成
したり、突設した操作軸をカバー１ａの外に突出させて
も良い。尚、実際のウォーム回転頻度が極めて少ないた
め合成樹脂でも十分に耐えられる。

【００２２】次に、上述したアクチュエータの作用を説
明する。組み込まれた状態のスプリング４には、蓄勢さ
れておらず、出力軸２にトルクは働かない。従って、こ
の状態のままでは、スプリング４の弾発力によって出力
軸２を回動終点から始点まで逆方向（例えば、図２で時
計回り）に回転させるときに、被駆動体の回転抵抗を受
けて出力軸２が回動始点に達しないおそれがあると共
に、被駆動体を駆動するに十分なトルクが得られないお
それがある。そこで、あらかじめ、スプリング４を蓄勢
し、回動始点において出力軸２に逆方向の初期トルクが
働くようにする。この初期トルクは、被駆動体の駆動ト
ルクに応じて決定される。

【００２３】スプリング４に蓄勢力を付与するため、ウ
ォームホイール７を出力軸２の逆方向に回転させるべ
く、適宜手段により図２で上側の軸端部８ｂを回してウ
ォーム８を回転させ、スプリング４の上端部４ａを出力
軸２の逆方向に移動させる。このとき、スプリング４の
下端部４ｂは、地板１ｃの円弧状孔１ｄの側面に当接し
ているので、上端部４ａと共にスプリング４全体が回転
することなく、スプリング４は蓄勢される。このよう
に、回転比の大きいウォームホイール７とウォーム８を
用いて上端部４ａを回転させるため、スプリング４の蓄
勢力を細かく調整でき、初期トルクの設定精度が高い。

【００２４】前述したように初期トルクを設定した後、
被駆動体を駆動させる。電動モータ３をオンし、電動モ
ータ３の動力をピニオンギヤ３ａ、減速ギヤ６及び最終
段ギヤ５を介して出力軸２に伝達し、スプリング４の弾
発力に抗して、出力軸２を正方向（例えば、図２で反時
計回り）に回転させる。このとき、出力軸２の回転と共
に、回転板８に係止したスプリング４の下端部４ｂが移
動する一方、ウォームホイール７とウォーム８との自動
締りの性質により逆転せずに静止するウォームホイール
７と共に、スプリング４の上端部４ａは略静止するの
で、スプリング４は更に蓄勢され、出力軸２に働く逆方
向のトルクが増加する。

【００２５】そして、所定の回動範囲（回動終点）まで
出力軸２が回転すると、地板１ｃの円弧状孔１ｄの側面
にスプリング４の下端部４ｂが当接し、電動モータ３の
駆動に反して出力軸２が停止する。

【００２６】この状態から電動モータ３をオフし、電動
モータ３の駆動を停止すると、スプリング４の弾発力に
より出力軸２が逆回転し、スプリング４の下端部４ｂが
地板１ｃの円弧状孔１ｄの側面に当接し、出力軸２は回
動始点において停止する。このとき、スプリング４には
蓄勢力が残っており、スプリング４の下端部４ｂが円弧
状孔１ｄの側面に弾発付勢される。これにより、出力軸
２に外力が働いても、これに抗して出力軸２を静止させ
ておくことができる。

【００２７】なお、このアクチュエータを分解する場
合、図２で下側の軸端部８ｂを回して、蓄勢する場合と
は逆にウォーム８を回転させ、スプリング４の蓄勢力を
除去し、分解時にスプリング４が飛び出さないようにす
る。

【００２８】次に、図３を用いて本発明の実施の他の形
態を説明する。このアクチュエータは、ケーシング３１
内に、ラック部４２ａを有する主ピストン４２をスライ
ド自在に設け、被駆動体と連結する出力軸３２にラック
部４２ａと噛み合うセクタ４３を固定し、主ピストン４
２との間にスプリング３４、例えば圧縮コイルバネ、を
介在させて、副ピストン４４をスライド自在に設け、さ
らに、この副ピストン４４をスプリング３４の弾発力に
抗し主ピストン４２側にスライドさせる蓄勢部材をスプ
リング３４の反対側に設けている。

【００２９】この蓄勢部材は、ウォームホイール３７の
軸に固定され、ウォームホイール３７と共に回転するカ
ム３０で、副ピストン４４の端面に当接されている。ま
た、このウォームホイール３７には、ウォーム３８が噛
み合わされており、このウォーム３８を回転操作するこ
とによって、蓄勢部材であるカム３０を回転させ、副ピ
ストン４４を、スプリング３４の弾発力に抗して主ピス
トン４２側にスライドさせたり、スプリング３４の弾発
力によってカム３０側にスライドさせ、スプリング３４
の蓄勢力を調整する。

【００３０】なお、駆動手段を図示していないが、適
宜、流体圧を用いたり、電動モータを用いることができ
る。例えば、流体圧を用いる場合、主ピストン４２のス
プリング３４と反対側に流体（例えば、空気、ガス）を
流入することで、スプリング３４の弾発力に抗して主ピ
ストン４２を副ピストン４４側に往運動させ、また、流
体を流出させることで、スプリング３４の弾発力により
主ピストン４２を復運動させる。他方、電動モータを用
いる場合は、前実施形態同様、出力軸３２に減速ギヤな
どを介して電動モータのピニオンギヤを噛み合わせ、電
動モータの動力によって、主ピストン４２をスプリング
３４の弾発力に抗して副ピストン４４側に往運動させ、
復運動は蓄勢されたスプリング３４の弾発力により行
う。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、分解・組立作業を容易かつ安全に行うことがで
き、そのうえ、初期トルクの設定を精度高く、かつ、被
駆動体の駆動トルクに応じて設定できるスプリングリタ
ーン式アクチュエータの提供が可能である。また、ウォ
ームホイールとウォームの全体若しくは噛合面を合成樹
脂により形成すると、腐食によって回転不能となること
を防止できると共に、噛みつきを防いで、回転をスムー
ズにすることができる。そして、駆動手段を蓄勢部材と
共にケーシング内に設けたので、本アクチュエータをコ
ンパクトに製作でき、小型化に寄与できる。さらに、バ
ルブに適用することによって、安定した開閉駆動を実現
し、バルブとしての実用的価値が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスプリングリターン式アクチュエータ
の一実施形態を示す概略断面図である。

【図２】上記スプリングリターン式アクチュエータの蓄
勢機構を上から視した部分断面図である。

【図３】本発明のスプリングリターン式アクチュエータ
の他の実施形態を示す概略断面図である。

【図４】従来のスプリングリターン式アクチュエータの
一例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１，３１ ケーシング ２，３２ 出力軸 ３ 電動モータ（駆動手段） ４，３４ スプリング ７ ウォームホイール（蓄勢部材） ８，３８ ウォーム ３０ カム（蓄勢部材） ３７ ウォームホイール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正逆回転自在に設けられた出力軸と、こ
   の出力軸の正回転に伴って蓄勢されるスプリングとを有
   し、このスプリングの弾発力によって出力軸を逆回転さ
   せるスプリングリターン式アクチュエータにおいて、一
   端を出力軸側と係合したスプリングの他端を蓄勢部材に
   係合し、この蓄勢部材をウォームホイール若しくはウォ
   ームホイールの回転に伴い変位する部材とし、前記ウォ
   ームホイールに噛み合わせて設けたウォームを操作し
   て、スプリングの蓄勢力を調整するようにしたことを特
   徴とするスプリングリターン式アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記ウォームホイール及びウォームの一
   方若しくは両方の少なくとも噛合面を合成樹脂で成形し
   た請求項１記載のスプリングリターン式アクチュエー
   タ。
3. 【請求項３】 前記出力軸の駆動手段を、前記蓄勢部材
   と共にケーシング内に収納した請求項１又は２記載のス
   プリングリターン式アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記出力軸でバルブを開閉するようにし
   た請求項１，２又は３記載のスプリングリターン式アク
   チュエータ。