JPS5845519Y2 - 電動式アクチュエ−タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はサーボ電動機の正転、逆転により、出力軸の
有限範囲の往復動を行ない、被操作物を駆動する電動式
アクチュエータに関するものである。

一般に電動式アクチュエータには、事故などによりその
電動機負荷があらかじめ設定された値を越えたときか、
あるいはアクチュエータがあらかじめ定められた極限位
置まで作動したとき自動的にアクチュエータを停止する
保安を目的とした制御機構を有している。

一例として弁の開閉動作を行なうアクチュエータについ
て説明すると、その一つは位置リミット機構で、これは
アクチュエータに連結された弁体の開度な任意に設定し
たいとき、アクチュエータ出力軸の変位を検出伝達する
機構、たとえば弁体と直結する主軸に位置検出用ウオー
ムを取付け、それに係合する位置検出用ウオームホイー
ルに主軸の回動に比例した回動を伝達し、そのウオーム
ホイールに結合されたリミットシャフトを回転させ、そ
の回転を位置の変位に変換するリミットナツトとリミッ
トスイッチによってモータを停止させる機構であり、い
ろいろの型式があるが電動式アクチュエータには必ず設
けられているものである。

この外に今一つの保安制御機構として出力軸に過大負荷
のかかった場合に作動するトルクリミット機構があり、
これは通常モータの出力軸にウオームを設け、それに係
合するウオームホイールを弁体の主軸に回転トルクを与
えるように取付け、かつ上記ウオーム軸（モータ出力軸
）は軸方向に揺動自在であるとともに弾性部材に係合さ
せてあり、弁体が弁閉止位置すなわち弁座に密着する位
置まで駆動され、弁体の運動が停止されると、モータの
負荷が大きくなり、設定値をこえることによってウオー
ム軸がこれにかかる軸方向推力で前記弾性部材の弾性力
に抗して変位し、リミットスイッチを開放し、モータを
停止させる。

また弁開放位置においても弁体に係合するストッパなど
を設けておき、過大出力によって上記の逆方向の変位を
検出し、モータを停止させるようにしている。

以上述べたように従来の電動式アクチュエータにおける
位置リミットおよびトルクリミット機構はウオームとウ
オームホイールの噛合のウオームギアを用いることを通
例としており、その機構。

構造はいずれも可成り複雑でこれが製造コストを高価に
して、空気式に比して信号伝達おくれがないなどの数々
の有利な点がありながら、その普及を阻害していた現状
である。

この考案は以上の現状に鑑み大規模計装、演算の容易さ
、応答の速さ。

コンピュータとの組合せなどにおいて空気式に比して有
利な電気式制御弁を操作する電動式アクチュエータをし
て、その構造を簡素にし、製造コストを廉価にし、従来
簡便で廉価な電磁弁が専ら用いられていたオンオフ制御
出力の調節計で流量を制御しようとするような操作部に
むける弁を作動させる電動式アクチュエータとして電磁
弁に置き換え得るだけでなく、電磁弁ではその電磁吸引
力の限度から弁口径、使用圧力に制限があるが、この考
案はその制限を越えて更に大口径の流量弁をも制御でき
るもので、また弁以外の操作もできるものであり、この
ように廉価な電動式アクチュエータを提供するについて
、電動機構体を一定限度以上のトルクにより出力軸トル
クとは反対方向に回動するよう固定部に装置し、電動機
負荷が上記一定限塵を越えたとき、その回転トルクの反
作用により前記電動機構体がその出力軸の回転と反対方
向へ回動する作動によって電動機付勢動力を開放するよ
う構成してなる電動式アクチュエータの電動機構体にか
かるものである。

以下図面によってこの考案の一実施例を詳説する。

第１図はこの考案の電動式アクチュエータを装着した外
ネジ式パルプｌの流量弁の外観図で、１は電動式アクチ
ュエータ、２は外ネジ式流量制御弁本体で、３はその手
動バンドル、４のステム部の５の個所でボルト、ナツト
によって上記１の電動アクチュエータを固定するととも
に、その出力軸６の先端爪部６′２個が制御弁２の手動
バンドル３上部ナツト７の凹部と噛合い、電動アクチェ
エータの出力軸６の回転を上記手動バンドル３に伝達し
、手動バンドル３が回転することにより、その内部で螺
合している弁軸８はその案内アーム９により回転を抑え
られ、上下動のみ有限範囲可動し下部の弁本体の開閉動
作をするものであるが、電動式アクチュエータの通電を
断てば、手動バンドル３によって任意に弁を開閉しうる
形式のものである。

第１図の制御弁の弁口径は４吋であり、これは前述の電
磁弁の使用最大口径の２吋をはるかに越えるものであり
、この考案の電動式アクチュエータの出力の大きさを示
す一例である。

つぎにその内部構造を第２．第３図で説明する。

第２図はこの考案の一実施例アクチュエータの平面図第
３図の■−■縦断面図で、１０はＡＣ１００Ｖ２相サー
ボモータ本体で、１１はその減速機構部、１２はその両
者の結合ボルトの手前の１本で、一点鎖線で示す１３は
１２の反対側の今１本の結合ボルトに装着した外套金具
で、この考案の要部の一つであるトルクリミットマイク
ロスイッチ１４の作動片となるもの。

モータ１０と一体化された減速機１１はその出力軸１５
０基部軸受１６がアクチュエータ機台１Ｔの中心部にお
いて、その円周の２／３を支承された軸受１８に嵌合し
、軸受１８がモータの荷重を軸支している。

なか前記減速機出力軸１５の先端において押捻子１９に
て締結されたピニオン２０の内径に嵌合するピン軸承２
１が上記アクチュエータ機台１７に樹設してあり、上記
軸受１８とピン軸承２１とによってモータ１０および減
速機１１はその出力軸１５を軸心として機台１７に対し
回動可能に装着されている（なお補助的にモータ１０の
上部をアクチュエータ機台１７に固定した支持具２２の
球面２２′が出力軸１５の軸心に対応して支承している
）が、以下述べる構成によって常時定位置においてピニ
オンを可逆に回転し、その負荷があらかじめ設定した以
上になったときのみ、そのピニオンの回転と反対方向（
第３図矢印Ａ方向）に回動するものである。

すなわち減速機１１に固定されたアングル２３は第３図
のようにその先端部の穴に装着したバネ止め金具２４に
１方を係合し、かつアクチュエータ機台１７に樹設した
ピン２５に他方を係合する引張りバネ（トルクスプリン
グ）２６の弾性力により、同じく機台１７に設けたスト
ッパーピン２７に上記アングル２３が圧接されている。

第２図にもどってピニオン２０に噛合っているスパーギ
ア２８はその固定軸６すなわち筒状出力桿をその下部の
つば部Ｃを機台１７に固定したリング状軸受２９に接す
るとともにスパーギア２８の下面を機台１７の軸受面１
７ａにて支承し、ギヤー軸６の上部溝部にはめ込んだＣ
リング３０にて回転自在に装着されている。

ギヤー軸６はアクチュエータの出力軸となるもので第１
図に示すように６′の爪が円周に２個設けであることは
前述したが、その中心部６″は中空になっておりその中
心にこの渚考案の今一つの要部である位置にリミットマ
イクロスイッチ３１の接触子３２の先端が適切な位置に
くるようマイクロスイッチ３１をその支持板３３に位置
を調整して、捻子止めされている。

第３図に示す３４はモータの農相用コンデンサである。

なお第２図のアクチュエータカバー３５は防水のため、
Ｏリング３６を介して機台１７にボルト締めしている。

以上が構造の概要であり、つぎにその作動を第４図の回
路図を参照して説明する。

Ｔ１．Ｔ２はＡＣ１００Ｖ単相電源端子、ＳＡは操作ス
イッチで制御室内の操作盤に設けられ、弁の開閉を手動
などにて切換える。

図は弁を開放にする状態を示す。

端子Ｔ３．Ｔ６を経て、電路Ｌｌ 、Ｌ３で現場のアク
チュエータ端子Ｔ８゜Ｔ１１ に通電されると、開リミ
ットスイッチＭＳ１（第２図の３１）が常時ＯＮであり
Ｏは分相Ｗ１とコンデンサＣにより矢印ａの方向に回転
する。

第３図のピニオン２０は、時計方向ａ、スパーギア２８
は反時計方向すに回転し弁軸（ねじ棒）８を上昇させ、
弁本体を弁座から開放する。

この上昇限度たとえば５０ｍｍと設定されているとそれ
だけ上昇すると弁軸８の先端８′が第２図に示した位置
リミットマイクロスイッチ３１の接触子３２に接し、第
４図のＭＳＩを開放し、接点Ｃ１を経て開のランプＬ１
が点灯し、開放を表示し、モータは停止する。

つぎに操作スイッチＳＡを（閉）に切換えると電圧は端
子Ｔ４．Ｔ９．Ｔ６を経て第４図のＭＳ２（第２図の１
４）すなわちトルクリミットマイクロスイッチ１４（常
時ＯＮ）を経てモータＭの分相Ｗ２およびコンデンサＣ
に通電され、モータ回転子は矢印す方向に回転する。

これは第３図のピニオン２０が反時計方向（矢印ｂ）ス
パーギア２８が時計方向（矢印すに回転することを意味
し、弁軸８を上記と逆に下降させる。

弁体（図示せず）が上記した５０ｍｍ下降し、弁座（図
示せず）に密着すると、弁軸は下降を阻止され、スパー
ギア２８は停止する。

そのためピニオン２０も同様停止を余儀なくされるが、
このときこの考案のアクチュエータはその特徴とする構
造、すなわちモータがその出力軸１５を軸心として回動
可能に支承され、トルクスプリング２６の弾性力で、ス
トッパ２７に圧接定置していたので、ピニオン２０が強
制停止されるとモータ本体にその回転トルクによる作用
が働らき、前述したように第３図の白矢印Ａ方向に回動
する。

引張バネの引張りトルクはアクチュエータの設定トルク
が例えば２−−ｍであれば、ピニオン２０とスパーギア
２８の歯数比によってｏ、ｓｋ！９−ｍに調整されてい
るのでそれ以上の反作用トルクによって回動するもので
ある。

なお、この引張りトルクは第３図の２４のボルトをアン
グル２３に固定する関係位置を２４′の両ナツトでもっ
て調整すれば任意に設定できる。

モータ本体が回動すると、第２図で示したマイクロスイ
ッチ作動片１３（第３図でも点線で示す）がドルクリ□
ットマイクロスイッチ１４の接触子３７に接し、第４図
のＭＳ２を開放し、モータな停止させるとともに接点Ｃ
２が閉じ、閉ランプＬ２が点灯する。

第３図のモータ本体に固定したアングル２３は上記モー
タの回動によってストッパ２０への圧接を解かれ、それ
に隣接して設けであるストッパ３８（第３図の点線で示
すもの）に接し、その回動を停止する。

その間の動きは３〜４朋の僅かなものである。

上記のトルクリミットマイクロスイッチＭＳ２（第２．
第３図の１４）は前述のように弁本体が弁座に密着した
とき作動するので、閉位置リミットスイッチの役目を第
一とし、かつ弁本体に何らの事故により閉位置以外の位
置においてもその設定トルク２ ｋｇ −ｍ以上のトル
クが弁軸８にかかつても同一原理で作動し、モータを停
止させる。

これが弁本体の破損またはモータに過大負荷電流が長時
間流れ、捲線な焼損させることを防止するトルクリミッ
ト機能となるのである。

以上がこの考案の一実施例である電動式アクチュエータ
の構成と作動であるが、各部の部品の形状その他は第２
．第３図に限定されるものではなく、すなわち従来ウオ
ームギアを用いて位置リミット、ならびにドルクリ□ッ
ト機構を設けていたのを、平歯車にて置換えるとともに
モータ本体がその回転トルクの反作用で、回動し直接ト
ルクリミットスイッチを開放するとともに位置リミット
スイッチを弁軸（ねじ棒）の上昇によって直接開放する
ようにしたことによって構造を簡単にしたのがこの考案
の要点である。

なお操作部は必ずしも弁に限定されるものではない。

この考案は以上のように構成されているので電動式アク
チュエータが従来構造複雑で、高価であった欠点を解消
し、オンオフ制御用として今まで専ら用いられていた電
磁弁の使用個所に適用しうるだけでなく、電磁弁が使用
できない大口径の制御弁などの操作部として、構造簡素
で故障の少なく、かつ廉価な電動式アクチュエータを提
供しえたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の電動式アクチュエータを
装着した流量弁の外観図、第２図は第１図の電動式アク
チュエータの縦断面図（第３図の■−■断面）、第３図
はその平面図で、構造釦よび作動説明図、第４図は電気
回路の一実施図である。 ３・・・・・・弁手動バンドル、６・・・・・・電動式
アクチェエータの筒状出力桿、６・・・・・・同上の弁
軸との結合用爪部、Ｉ・・・・・・バンドルの上部ナツ
ト、８・・・・・・弁軸（ねじ棒）、１０−・・・・・
モータ本体、１１・・・・・・モータの減速部、１４・
・・・・・トルクリミットマイクロスイッチ（トルク検
知機構）、１５・・・・・・減速機出力軸、１７・・・
・・・アクチュエータ機台、１８．２１・・・・・・モ
ータの軸受、２０・・・・・・ピニオン、２３・・・・
・・アングル、２６・・・・・・トルクスプリング（引
張りバネ）、２８・・・・・・スパーギア、３１・・・
・・・位置リミットマイクロスイッチ（位置検知機構）
、２７゜３８・・・・・・ストッパ、ＳＡ・・・・・・
弁開閉操作スイッチ、ＭＳＩ・・・・・・上記３１のス
イッチ、ＭＳ２・・・・・・上記１４のスイッチ、Ｌｌ
・・・・・・弁開放表示ランプ、Ｌ２・・・・・・弁閉
止表示ランプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電動機構体１０．１１を一定限度以上のトルクにより出
   力軸１５０回転と反対方向Ａに回動可能にアクチュエー
   タ機台１７に装着し、前記出力軸１５のピニオン２０に
   より駆動される出力ギヤ２８を筒状出力桿６を介して前
   記アクチュエータ機台１７に回転自在に支承せしめ、か
   つ前記筒状出力桿６の先端爪部６がはまり合うナツト７
   を被駆動体２の上部に設け、これを回転させることによ
   って被駆動体２の回転を拘束されたねじ棒８が前記出力
   桿６を貫通して昇降するようにし、前記ねじ棒８の上昇
   限度に達したとき、それを検知し、電動機１０の付勢動
   力を開放する位置検知機構３１．３２を前記出力桿６の
   中空部に設けるとともに、前記ねじ棒８の下降に際し、
   その下降限度に達するかまたは前記一定限塵のトルクを
   越えたとき、その回転トルクの反作用による回動によっ
   て電動機１０の付勢動力を同じく開放するトルク検知機
   構１４ 、３７をアクチュエータ固定部３５に設けたこ
   とを特徴とする電動式アクチュエータ。