JPS5844904B2 - アクチュエ−タの過負荷防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアクチュエータの改良、詳しくはトルク制限ブ
レーキ（ｔｏｒｑｕｅ ｌｉｍｉｔｉｎｇｂｒａｋｅ
）を備えた動力で操作される機構に関する。

モータによって操作される弁にカロえられる着座力（ｓ
ｅａｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）はトルクリミット（ｔｏ
ｒｑｕｅ １１ｍ１ｔ）によって制御されるのが普通
である。

すなわちトルクがプリセット［直に達すると、作動機構
向のトルク反作用を駆動モータへのパワーを切離すのに
使用している。

典型的な作動機構ないしアクチュエータはウオームとウ
オームホイールとからなり、ウオームのシャフトがばね
に抗して軸方向に動くことができこのシャフトの変位が
カロえられたトルクを表わすようになっている。

そしてこの変位ないしは運動がトルクリミットスイッチ
および接触子によってモータを切離すか、あるいは適当
な弁システムによって流体駆動モータを切離すのに用い
られる。

しかし、トルクの検知とモータの切離しとの間には、ス
イッチあるいは弁の反応時間に応じて一定の短い時間遅
れがどうしても生じる。

従って弁にカロえられるトルりはセ゛ントされたトルク
リミットよりも高くなる。

どの程度高くなるのかは弁の反応時間および弁が着座す
るのに応じてトルクが大きくなる割合に依存する。

そしてこの割合は電動弁の動作速度および剛性の関数で
あり、上述の差は高い弁の早い動作速度において非常に
重大となる。

１−ルク制限は構成部品が正確に連結されていないとき
や、電動機を使用している場合相回転が正確でないと、
効果がない。

このような場合、モータがシャットバルブに対して停止
し、特に運動する部品の運動エネルギーを急速に消失さ
せねばならない高速度において、損傷の可能性がある。

本発明の目的はブレーキをかけることによってモータが
過度なトルクを伝えないようにすることによって弁を保
護することにある。

このため作動機構のトルク反作用力を利用して、所要値
より大きいトルクが検出されると直ちにブレーキを力Ｉ
える。

これによって電磁ブＩ／−キを備えたモータの場合にお
けるブレーキ動作の遅れをなくする。

このような場合、前述の切離しの遅れがブレーキの動作
を遅らせるのでブレーキを無効にしてしまう。

本発明はトルクを検知しそこから機械的な運動を引き出
す手段を有し、トルクが予め定められた一定値を越えた
とき前記機械的な運動を利用して機械的ブレーキを加え
るようにしたモータで１駆動される作動機構ないしはア
クチュエータを提供するにある。

本発明の機構は好ましい実施例において、例えば弁を駆
動するウオームおよびウオームホイールを使用する。

そしてブレーキ円板がウオームのシャフトに固定され、
このシャフトの変位がいずれかの方向においてプリセッ
ト値を越えたとき、ブレーキ円板がブレーキパッドと接
触せしめられるようになっている。

従って過度なモータのトルクはブレーキによって直接吸
収され、電源の切離しが遅れても作動機構を介して弁に
トルクが伝達されない。

から動きのためのバツクラツシをウオームのシャツＩ・
とブレーキ円板の間に設け、ブレーキがかけられた状態
で、モータの逆転がブレーキの摩擦の影響を受けること
なく、モータがその全始動トルクを弁の開放方向に伝達
できるようにすることができる。

以下図面の実施例に従って詳説する。

第１図第２図を参照して、図示の弁アクチユエータ１０
は英国特願第３４５８４／７３に記述されているタイプ
のものであるが、概略的に説明すると、１１は主ケーシ
ングで、このケーシングの下部１２には開口１３があり
、ケーシノグ内を垂直に延びている中空の主出力シャフ
ト１４の下端が配置されている。

シャフト１４の下端にラジアル・スラストベアリノグ１
５が設りられている。

このベアリングはシャフト１４のいずれの方向の動きに
も応答してスラストを受けることができる。

スリーブ１８がシャフト１４の外周筒に螺合されており
、このスリーブにはシャフト１４の端部の内側に嵌め込
まれたナツト２１を保持するための内側に曲げられた端
縁フランジ２０が形成されている。

ナツト２１は弁のスピンドル（図示時）と係合するため
内側にねじが刻設され、あるいはスプラインが設けられ
ている。

中空の出力シャフト１４にはケーシング１１内にシャフ
トの長さに沿ってクラッチ部材２６が設けられている。

このクラッチ部材はシャフト１４に軸方向に摺動可能に
取付けられている。

クラッチ部材はまたシャフト１４にキー止めされている
ので、このシャフトと共に回転することができる。

クラッチ部材２６は二つの位置の間を移動できる。

その一つの位置ではクラッチは出力シャフト１４をモー
タ２７（第２図）に接続し動力操作を行わせる。

他の位置ではクラッチ２６はケーシング１１の上方外側
に取付けられた手動ホイール２８によって手動操作が可
能となるように出力シャフト１４を接続する。

動力操作のためのモータ２７は主ケーシング１１から水
平に延長附設さ和たケーシング２９内に配備されている
。

モータ２７は逆転可能で、隔壁３２を貫通して主ケーシ
ング１１内に延長する駆動シャフト３１を備えている。

シャフト３１の一端にはウオーム３４が設けられていて
中空出力シャフト１４に自由に取付けられ、かつ水平な
壁ないし板３６に支受されたウオームホイール３５とか
みあっている。

モータシャフト３１の他端３７はモータ２７から小さい
補助ハウジング３８内へ延びており、補助ハウジング３
８にはベアリング４０が仕切壁４１に当接配置されてい
る。

ベアリング４０は段部４２を形成するように細くなった
直径を有するシャフト３１の延長部３７を支持している
。

円板ばね４３ないしはつる巻はわがワッシャ４８を介し
て段部４２とベアリング４０の側面との間に配置されて
いる。

もう一方の円板ばね４４ないしはつる巻ばねがベアリン
グの他方の側面とピン４６でシャフト３７に固定された
カプリング部材４５との間に配置されている。

カプリング部材４５は後述するようにトルク制限ブレー
キ機構の一部を形成している。

−Ｌ述の二つのはね４３．４４は弁の運動に対する抵抗
のために予定されたトルクに応答してシャフト３１がモ
ータの運動方向に応じていずれかの軸方向に動くことを
許容しつつこのシャフトを中心位置に置く。

モーフシャフト３１のこの軸方向の運動は普通、制御ユ
ニット（図示時）のトルクスイッチを動作させて、例え
ばモーフ回路を消勢するのに使用される。

クラッチ部材２６は一対のＵ字形駆動部材あるいはキー
５０（第１図）に装着されたリングあるいはスリーブ４
９から戊る。

駆動部材ないしはキー５０はクラッチリング４９の直径
をはさんで対向配置され、各Ｕ字形駆動部材ないしはキ
ー５０の基部は出力シャフト１４の円面の垂直ないしは
軸方向のキー溝５１（第１図）に垂直方向に摺動可能に
係合されている。

キー５０の上端の水平延長アーム５２はクラッチリング
４９の上面４９′の半径方向のスロット５３に係合配備
され、これら両部材間の相対的回転が阻止されている（
第１図氾従ってクラッチリング４９は駆動部材ないしは
キー５０によってシャツ］・１４上を軸方向に摺動可能
に取付けられている。

駆動部材５０はコイル状匡縮ばね５４によってウオーム
ホイール３５の上面と接合するように常時下方向に押し
付けられている。

ウオームホイール３５はその上面に１駆動ドツグないし
は突起（図示時）を備之ていて、モータ２７が付勢され
ると、１駆動部材５０の下端の水平アーム５６との係合
により、ウオームホイール３５の回転運動をシャフト１
４に伝える。

ハンドホイールのボス５８の下面には直径を隔てて二つ
のねじ６１が装着されている。

これらのねじはクラッチ部材がはね５４に抗して上方向
に摺動変位させられたときに、クラッチ部材２６の駆動
部材ないしはキー５０の上方アーム５２に動作係合され
るようになっている。

クラッチ部材２６がこの最上方位置に保持されていると
き、ハンドホイール２８の回転はキー５０とクラッチリ
ング４９を介して出力シャフト１４に伝えられる。

クラッチ部材２６を最上方位置ないしは手動操作位置へ
動かすのは、操作者がクランクハンドルレバー６２を手
動操作して行う。

レバー６２はクラッチ部材２６の傾斜面に係合する昇降
ジヤツキに連結されている。

クラッチ部材は英国特許願第３４５８４７７３号に記載
されたつめによって手動操作位置に保持される。

第３図第４図に示すように、トルク制限ブレーキ機構は
ねじ６６によって補助ハウジング３８に取付けられた取
付板６５を有する。

取付板６５は管状突出部６７を備えていて、これがハウ
ジング３８内に突入してベアリング４０に当接しこれを
保持している。

円筒状本体ないしはハウジング６８が取付板６５に付設
されている。

ハウジング６８はその内側にねじが切られていてそこに
一対のリング７０．７１が螺合されている。

これらのリングの外固面にはハウジング６８の内面のね
じと螺合するねじが設けられている。

リング７０，７１にはねじ７４によって環状ブレーキパ
ッド７２．７３が固定されている。

ブレーキ円板７５がブレーキパッド７２と７３の間に配
備され、カプリング部材４５によってシャフト３７の端
部に固定されている。

この集合体を第４図に分解して示す。

カプリング４５はその端部に一対の１駆動ドツク７６が
突設されていて、このドッグがブレーキ円板７５の４５
度角の切欠きスロット７７に係合するようになっている
。

ドッグの円同方向の幅はスロットのそれよりも短くなっ
ているので、シー゛）′フト３７はブレーキ円板７５に
対して一定の制限された範囲内で回動できる。

ブレーキ円板７５はカプリング部材４５のねじ穴７９に
螺合されるボルト７８によりカプリング部材のドッグ７
６に保持されている。

ボルトの頭部は平ワツシヤ８０とタブワッシャ８１を介
してブレーキ円板７５の側面に接し、ブレーキ円板７５
とカプリング部材４５の間の相対的運動を許容する。

ドッグ７６がブレーキ円板７５の厚みよりも長く、乎ワ
ッシャ８０がボルト７８によってドッグに強く締付られ
、カプリング４５に対する相対的回転のための軸方向の
十分な隔間をワッシャに与える限り、タブワッシャ８１
は省略することができる。

ブレーキ円板γ５はボルト７８のねじのない部分８２に
軸受けされている。

次に動作について説明する。

ウオームシャフト３１がトルク反作用によって軸方向の
いずれか一方向に動くと、ブレーキ円板７５がブレーキ
パッド７２．７３の一方と接触せしめられ、シャフトの
それ以上の回転を停止させる。

ブレーキ円板７５をブレーキパッドと接合させるのに必
要な軸方向の運動距離はハウジング６８内のりング７０
゜７１を調節することによって決定される。

ブレーキパッド７３の設定は３本のねじ８３と３個のナ
ツト８４によってロックされる。

一方、パット７２の設定はハウジング６８に螺合された
り／グ８５によってロックされる。

このブレーキ機構はカバープレート８６でシールされる
。

ブレーキ円板７５をカプリング部材４５に確固に固定す
ると、モータは再び始動されるとき、ブレーキ円板７５
とパッドの間の初期摩擦に打ち勝つ必要がある。

第４図のカプリング機構はブレーキ円板７５と部材４５
の間に回転方向のバツクラツシを与えているので、ブレ
ーキ円板７５が回転する前にウオームシャフト３１が若
干回動できる。

この回動によってブレーキ円板７５が回転する前にシャ
フト３１を円板７５とパッドが接合していた位置から軸
方向に逆方向に動かし、これによって摩擦負荷を除去す
る。

本発明をモータ駆動による弁アクチュエータに適用した
実施例を上に説明したが、ウオームシャフトの軸方向の
運動がトルクを測定するのに使用される他のロータリモ
ータ装置にも使用できること勿論である。

同様に弾性部材に対するトルク反作用力が運動を生せし
めるようにした機械的トルク検知機構を有する他のどん
な伝動装置でも本発明により機械的ブレーキを駆動源に
加えるように設計することもできる。

本発明は低下した重臣条件のもとでも動作を保証するた
めに、モータトルクの極めて高い余裕を必要とする原子
炉用の高速度弁アクチユエータに特に好適に使用される
。

以下本発明の特徴事項を列記する。

（１）トルクを検知し、これから機械的な運動を生せし
める手段を有し、前記トルクが予め定めた値を越えたと
き、前記機械的な運動を利用して機械的なブレーキを加
えるようにしたことを特徴とするモータで駆動されるア
クチュエータ。

（２）ウオームとウオームホイールを有し、ウオームシ
ャフトがトルク反作用に応じてスプリングに抗して軸方
向に変位可能であり、前記シャフトの運動を駆動モータ
を消勢するために利用するとともに、前記ウオームシャ
フトにブレーキ円板を附設し、前記ウオームシャフトの
変位が予定値を越えたとき、前記ブレーキ円板をブレー
キパッドに接触せしめるようにした（１）項のアクチュ
エータ。

（３）＠記つオームホイールを出力シャフトに駆動連結
し、駆動モータをアクチュエータのケーシングに附設し
たモータハウジング内で前記ウオームシャフトに装備し
た（２）項のアクチュエータ。

（４）前記ウオームシャフトは前記モータハウジングに
附設されたブレーキ機構内に延長し、前記ブレーキ機構
は調節可能な二つのブレーキパッドを支持する部材を有
する（３）項のアクチュエータ。

（５）前記ウオームシャフトに附設されたブレーキ円板
は前記二つの可調節ブレーキパッドの間に配備され、前
記支持部材は内面にねじが刻設され、前記ブレーキパッ
ドは前記支持部材に螺合された可調節リングに支持され
てなる（４）項のアクチユ工−り。

（６）前記可調節リングは田ンク手段を備えている（５
）項のアクチュエータ。

（７）前記ウオームシャフトは前記ブレーキ円板のスロ
ットに係合する軸方向に突出する駆動ドッグないしは突
起を有し、前記スロットの円周方向の巾は前記対応する
ドッグの円周方向の幅よりも広く形威し、前記ブレーキ
円板を連結ボルトによって前記ドッグ上の所定位置に保
持してなる（２）〜（６）項のアクチュエータ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるアクチュエータを示
す第２図のＡ−Ａ線における断面図、第２図は第１図の
平面図、第３図は第２図のＢ−Ｂ線断面図でブレーキ機
構を拡大して示し、第４図はブレーキ円板の駆動連結機
構の分解斜視図である。 １１・・・・・・主ケーシング、１４・・・・・・出力
シャフト、２６・・・・・・クラッチ部材、２７・・・
・・・モータ、３１・・・モークシ十フト、′３４・・
・・・・ウオーム、３５・・・・・・ウオームホイール
、４３，４４・・・・・・円板ばね、４５・・・・・・
カプリング部材、４９・・・・・・クラッチリンク、６
８・・・・・・ブレーキハウジング、７２．７３・・・
・・・ブレーキパッド、７５・・・・・・ブレーキ円板
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動モータによって回転駆動される回転機構を介し
   て被作動部を作動させるアクチュエータにおいて、前記
   回転機構がウオームとウオームホイールとウオームシャ
   フトとを含み、前記ウオームシャフトが負荷トルクの反
   作用によってスプリングに抗して軸心方向に変位可能に
   構成され、前記シャフトの運動を前記駆動モータを消勢
   するために利用するとともに、前記ウオームシャフトに
   ブレーキ円板を付設し、前記ウオームシャフトの変位が
   予め定めた値を越えたとき前記ブレーキ円板をブレーキ
   パッドに接触せしめ前記回転機構の回転を停止させるよ
   うにしたことを特徴とするアクチュエータの過負荷防止
   装置。 ２ 駆動モータによって回転駆動される回転機構を介し
   て被作動部を作動させるアクチュエータにおいて、前記
   回転機構がウオームとウオームホイールとウオームシャ
   フトとを含み、前記ウオームシャフトが負荷：〜ルクの
   反作用によってスプリングに抗して軸心方向に変位可能
   に構成され、前記シャフトの運動を前記１駆動モータを
   消勢するために利用するとともに、前記ウオームシャフ
   トにブレーキ円板を付設し、前記ウオームシャフトの変
   位が予め定めた値を越えたとき前記ブレーキ円板をブレ
   ーキパッドに接触せしめ前記回転機構の回転を停止させ
   るようになすとともに、前記ブレーキ円板を前記ウオー
   ムシャフトに一定角度範囲内で互いに相対的に回動可能
   に装備したことを特徴とするアクチュエータの過負荷防
   止装置。