KR102052676B1

KR102052676B1 - 조작기

Info

Publication number: KR102052676B1
Application number: KR1020180013316A
Authority: KR
Inventors: 도모후미 오하시
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-12-06
Also published as: CN108386593A; US10605375B2; US20180224017A1; JP6842939B2; CN108386593B; JP2018126023A; KR20180090757A

Abstract

본 발명은 스프링 유닛을 탑재한 전동식의 조작기에서의 동력 전달 기구를 구성하는 기어의 수명 장기화를 도모하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따른 조작기(100)는, 구동용 모터(8)에 의한 회전력을 받아 회전하는 태양 기어(2)와, 그 내주면에 톱니를 가지며, 태양 기어를 둘러싸는 형태로 회전 가능하게 설치된 제1 내치 기어(5)와, 태양 기어와 제1 내치 기어 사이에 배치되고, 태양 기어와 제1 내치 기어와 맞물려 태양 기어의 주위를 공전하면서 자전 가능하게 구성된 복수의 유성 기어(4)와, 복수의 유성 기어의 회전력을 받아 회전하는 회전 기구(6)와, 회전 기구에 연결된 출력축(7)과, 태양 기어, 제1 내치 기어, 복수의 유성 기어, 및 회전 기구를 수용하는 하우징(10)과, 제1 내치 기어의 회전 가능한 상태와 회전 불가능한 상태를 전환하는 회전 제어 기구(3)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

조작기{ACTUATOR}

본 발명은, 기기를 조작하기 위한 조작기에 관한 것이며, 예컨대 로터리식의 조절 밸브의 밸브축을 조작하기 위한 조작기에 관한 것이다.

버터플라이 밸브 등의 로터리식의 조절 밸브를 조작하기 위한 전동식의 조작기(액추에이터)는, 구동용 모터로부터 발생한 회전력을 기어 기구를 통해 출력축에 전달함으로써, 출력축에 연결된 밸브축을 구동시킨다.

이러한 조작기는, 일반적으로, 정전 등에 의해 전원 공급이 끊긴 경우에 조절 밸브를 폐쇄하는 긴급 차단 기능을 갖추고 있다. 이 긴급 차단 기능을 갖춘 전동식의 조작기로는, 상기 기어 기구와는 별도로 설치된 스프링 유닛에 의해 출력축을 강제적으로 회전시켜 조절 밸브를 폐쇄하는 스프링 리턴 타입의 조작기가 알려져 있다.

일반적으로, 전동식의 조작기를 구성하는 구동용 모터는 디텐트 토크를 갖고 있다. 그 때문에, 조작기의 전원 공급이 끊긴 경우에, 구동용 모터에 연결되어 있는 기어 기구를, 스프링 유닛으로부터의 토크에 의해 출력축측으로부터 회전시키는 것은 용이하지 않다. 따라서, 일반적인 스프링 리턴 타입의 조작기는, 구동용 모터와 기어 기구의 연결을 절단하는 클러치 기구를 탑재하고 있다. 그러나, 클러치 기구에 의해 구동용 모터와의 연결을 절단한 상태에서, 스프링 유닛으로부터의 토크에 의해 출력축을 구동시키는 스프링 리턴 동작에서는, 구동용 모터의 회전력에 의해 출력축을 구동시키는 모터 동작에 비교해서 출력축의 회전 속도가 빠르다. 그 때문에, 리턴 동작에 의해 출력축의 회전이 정지했을 때, 기어 기구를 구성하고 있는 각 기어에는 큰 충격(이하, 「리턴 충격」이라고 함)이 가해진다. 따라서, 종래의 스프링 리턴 타입의 조작기에서는, 기어가 받는 리턴 충격을 작게 하기 위해, 전술한 클러치 기구에 더하여 브레이크 기구를 설치했다(특허문헌 1, 2 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평08-178119호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2016-023684호 공보

그러나, 특허문헌 1, 2에 개시된 조작기와 같이, 평기어를 연결한 기어 기구나 유성 기어 기구로 이루어진 동력 전달 기구에 의해 구동용 모터로부터의 회전력을 출력축에 전달하는 구조를 갖는 조작기에서는, 스프링 리턴 동작에 의해 출력축의 회전을 정지시켰을 때에, 매회 특정한 기어의 톱니가 리턴 충격을 받는다. 그 때문에, 가령 브레이크 기구를 탑재하여 리턴 충격을 작게 했다 하더라도, 리턴 충격을 받는 기어의 톱니가 매회 동일하기 때문에, 그 특정한 톱니의 수명에 의해 조작기의 수명이 결정되어 버린다. 이 문제는, 조작기의 동력 전달 기구로서, 패러독스 유성 기어 기구를 채용한 경우도 마찬가지이다.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 스프링 유닛을 탑재한 전동식의 조작기에서의 동력 전달 기구를 구성하는 기어의 수명 장기화를 도모하는 것에 있다.

본 발명에 따른 조작기(100, 100A, 100B, 100C, 100D)는, 구동용 모터(8)에 의한 회전력을 받아 회전하는 태양 기어(2)와, 그 내주면에 톱니를 가지며, 태양 기어를 둘러싸는 형태로 회전 가능하게 설치된 제1 내치 기어(5)와, 태양 기어와 제1 내치 기어 사이에 배치되고, 태양 기어와 제1 내치 기어와 맞물려 태양 기어의 주위를 공전하면서 자전 가능하게 구성된 복수의 유성 기어(4)와, 복수의 유성 기어의 회전력을 받아 회전하는 회전 기구(6, 6A, 6B)와, 회전 기구에 연결된 출력축(7)과, 태양 기어, 제1 내치 기어, 복수의 유성 기어, 및 회전 기구를 수용하는 하우징(10)과, 제1 내치 기어의 회전 가능한 상태와 회전 불가능한 상태를 전환하는 회전 제어 기구(3)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 조작기에 있어서, 회전 제어 기구는, 전원이 공급되고 있을 때에 제1 내치 기어를 회전 불가능한 상태로 하고, 전원이 공급되고 있지 않을 때에 제1 내치 기어를 회전 가능한 상태로 해도 좋다.

상기 조작기에 있어서, 회전 제어 기구는, 전원이 공급되고 있을 때에 제1 내치 기어를 하우징에 고정하여 회전 불가능한 상태로 하고, 전원이 공급되고 있지 않을 때에 제1 내치 기어의 고정을 해제하여 회전 가능한 상태로 해도 좋다.

상기 조작기(100, 100B, 100C)에 있어서, 회전 제어 기구(3)는, 하우징에 고정된 케이스(31)와, 케이스 내에 배치되고, 자성체로 이루어진 제1 부재(33)와, 일단이 케이스에 고정되고 타단이 제1 부재에 연결된 스프링 부재(35)와, 케이스 내에 제1 부재와 이격되어 대면 배치되고 제1 내치 기어와 연결된 자성체로 이루어진 제2 부재(34)와, 제1 부재 및 제2 부재를 여자하는 여자 코일(32)을 포함해도 좋다.

상기 조작기(100A, 100D)에 있어서, 회전 제어 기구(3A)는, 하우징 내에서 하우징의 내벽과 제1 내치 기어 사이에 배치된 철심(36)과, 철심을 여자하는 여자 코일(32)을 포함하고, 하우징 및 제1 내치 기어에 있어서, 적어도 철심과 대면하는 부분은 자성체에 의해 구성되어 있어도 좋다.

상기 조작기에 있어서, 회전 기구는, 제1 내치 기어와 동축으로 배치되고, 그 내주면에 유성 기어와 맞물리는 톱니를 가지며, 회전 가능하게 설치된 제2 내치 기어(6)를 포함해도 좋다.

상기 조작기에 있어서, 회전 기구는, 복수의 유성 기어를 자전 가능하게 지지하고, 복수의 유성 기어의 공전의 움직임을 출력축에 전달하는 캐리어(6A, 6B)를 포함해도 좋다.

또, 상기 설명에서는, 일례로서, 발명의 구성 요소에 대응하는 도면 상의 참조 부호를, 괄호를 붙여 기재하고 있다.

이상 설명한 것에 의해, 본 발명에 따르면, 스프링 유닛을 탑재한 전동식의 조작기에서의 동력 전달 기구를 구성하는 기어의 장기 수명화가 가능해진다.

도 1은 실시형태 1에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.
도 2는 전자 클러치의 전원이 차단되었을 때의 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.
도 3은 실시형태 2에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시형태 3에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.
도 5는 가동 내치 기어 및 캐리어를 구비한 구조를 갖는 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.
도 6은 가동 내치 기어 및 캐리어를 구비한 구조를 갖는 별도의 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 각 실시형태에서 공통된 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복 설명을 생략한다.

≪실시형태 1≫

도 1은 실시형태 1에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.

실시형태 1에 따른 조작기(100)는, 예컨대, 플랜트 등에서 유량의 프로세서 제어에 이용되는 버터플라이 밸브 등의 로터리식의 조절 밸브를 조작하는 전동식의 조작기(액추에이터)이다. 예컨대, 조작기(100)는, 외부에 설치된 포지셔너로부터 공급된 조작 신호에 기초하여 밸브축을 조작함으로써, 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어한다. 또한, 조작기(100)는, 전원 차단시에, 스프링 유닛(9)으로부터의 토크에 의해 출력축을 구동시키는 스프링 리턴 동작에 의해, 조절 밸브를 폐쇄하는 긴급 차단 기능을 갖추고 있다.

구체적으로, 조작기(100)는, 전원이 공급되고 있는 경우에는, 동력 전달부(1)를 구성하는 기어의 하나인 제1 내치 기어(5)의 회전을 억지함으로써 동력 전달부(1)를 패러독스 유성 기어 기구로서 기능시켜, 구동용 모터(8)로부터의 회전력을 구동 대상물(200)로서의 밸브축에 전달한다. 한편, 전원이 공급되고 있지 않는 경우에는, 제1 내치 기어(5)의 회전을 가능하게 함으로써, 스프링 유닛(9)으로부터의 입력 토크에 의해 상기 패러독스 유성 기어 기구를 구성하는 복수의 기어를 일체로서 회전시켜 밸브축을 조작하여 조절 밸브를 폐쇄한다.

이하, 조작기(100)의 구체적인 구조에 관해 상세히 설명한다.

또, 본 실시형태에서는, 조작기(100)의 동력 전달 기구의 구조를 명확하게 하기 위해, 조작기(100)를 구성하는 일부의 구성 요소에 관한 상세한 설명과 도시를 생략한다. 예컨대, 조작기(100)는, 동력 전달 기구 외에, 포지셔너로부터 공급된 조작 신호에 기초하여 구동용 모터(8)의 회전을 제어하는 전자 회로부나 전원 유닛 등도 구비하고 있지만, 본 실시형태에서는 이들의 상세한 설명 및 도시를 생략한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 조작기(100)는, 구동용 모터(8), 동력 전달부(1) 및 스프링 유닛(9)을 구비하고 있다.

구동용 모터(8)는, 조작기(100)에 전원이 공급되고 있을 때(통상 동작시)에, 구동 대상물(200)로서의 밸브축을 조작하기 위한 회전력을 발생시키는 부품이다. 구동용 모터(8)는, 전술한 전자 회로부(도시하지 않음)를 통해 전력이 공급됨으로써 회전이 제어되는 전동 모터이며, 예컨대 브러시리스 모터이다.

동력 전달부(1)는, 구동용 모터(8)에 의한 회전력을 구동 대상물(200)로서의 밸브축에 전달함으로써, 조절 밸브의 개폐를 조작하는 기능부이다.

스프링 유닛(9)은, 조작기(100)를 구성하는 구동용 모터(8)를 포함하는 전자 부품에 대한 전원 공급이 정지한 경우에, 밸브축을 조작하여 조절 밸브를 폐쇄하는 기능부이다. 스프링 유닛(9)은, 예컨대 나사선형 스프링 등의 스프링 부재를 구비한 조작기이다. 구체적으로, 스프링 유닛(9)은, 구동용 모터(8) 등에 전원이 공급되고 있는 기간에 스프링 부재를 감는 것에 의해 에너지를 축적해 두고, 구동용 모터(8) 등에 대한 전원 공급이 정지했을 때, 스프링 부재에 축적된 에너지를 해방하여 후술하는 동력 전달부(1)의 출력축(7)을 구동시킴으로써 조절 밸브를 폐쇄한다.

다음으로, 동력 전달부(1)의 구체적인 구조에 관해 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 동력 전달부(1)는, 태양 기어(2), 회전 제어 기구(3), 유성 기어(4), 제1 내치 기어(5), 회전 기구(6) 및 출력축(7)을 갖고 있다. 이들 부품은 하우징(10)에 수용되어 있다.

하우징(10)은, 조작기(100)의 구성 부품을 수용하기 위한 용기이며, 예컨대 금속 재료로 구성되어 있다. 구체적으로, 하우징(10)은, 태양 기어(2), 제1 내치 기어(5), 복수의 유성 기어(4) 및 제2 내치 기어(6)를 수용한다. 보다 구체적으로는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 하우징(10)은, 서로 대면 배치된 바닥부(11) 및 덮개부(12)를 포함한다. 바닥부(11)는, 제2 내치 기어(6)를 회전 가능하게 지지하는 지지면(11a)과, 지지면(11a)에 형성된 관통 구멍(11b)을 갖는다. 덮개부(12)는, 회전 제어 기구(3)를 지지하는 지지면(12a)과, 지지면(12a)에 형성된 관통 구멍(12b)을 갖는다.

태양 기어(2)는, 구동용 모터(8)에 의한 회전력을 받아 회전(자전)하는 부품이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 태양 기어(2)는, 일단이 구동용 모터(8)의 회전축에 연결된 축부(21)와, 축부(21)의 타단에 연결되고, 그 외주면에 톱니를 갖는 기어부(22)로 구성되어 있다. 태양 기어(2) 중, 기어부(22)는 하우징(10) 내에 수용되고, 축부(21)는 하우징(10)의 관통 구멍(12b)으로부터 돌출되어 있다.

여기서, 축부(21)와 기어부(22)는 별개의 부품으로 구성해도 좋지만, 일체 형성함으로써 부품수를 삭감할 수 있다.

제1 내치 기어(5)는, 태양 기어(2)를 둘러싸는 형태로 배치되고, 그 내주면에 톱니를 가지며, 회전 가능하게 설치된 부품이다. 구체적으로, 제1 내치 기어(5)는, 태양 기어(2)의 축부(21)를 회전 가능하게 지지하는 통형상의 지지부(52)와, 지지부(52)의 일단과 연결되고, 그 내주면에 톱니를 갖는 기어부(51)로 구성되어 있다.

제1 내치 기어(5)의 기어부(51)는, 하우징(10) 내에 수용되고, 후술하는 복수의 유성 기어(4)와 맞물려, 복수의 유성 기어(4)의 회전을 가이드한다. 제1 내치 기어(5)의 지지부(52)는, 하우징(10)의 관통 구멍(12b)에 삽입 관통되고, 통 내에 태양 기어(2)의 축부(21)가 삽입 관통되어 있다. 여기서, 지지부(52)와 기어부(51)는, 예컨대 일체 형성되어 있다.

유성 기어(4)는, 태양 기어(2)와 제1 내치 기어(5)와 맞물려 태양 기어(2)의 주위를 공전하면서 자전하는 기어이다. 조작기(100)에서는, 유성 기어(4)가, 태양 기어(2)와 제1 내치 기어(5) 사이에 복수(예컨대 3개) 배치된다. 도 1에서는, 일례로서, 태양 기어(2)와 제1 내치 기어(5) 사이에 배치된 3개의 유성 기어 중 2개의 유성 기어(4)가 나타내어져 있다.

회전 기구(6)는, 복수의 유성 기어(4)의 회전력을 받아 회전하는 부품이다. 회전 기구(6)는, 제1 내치 기어(5)와 동축으로 배치되고, 그 내주면에 유성 기어(4)와 맞물리는 톱니를 가지며, 회전 가능하게 설치된 제2 내치 기어이다. 제2 내치 기어는, 복수의 유성 기어(4)의 자전 및 공전의 움직임을 출력축(7)에 전달하는 가동 내치 기어로서 기능한다. 이하, 회전 기구(6)를 「제2 내치 기어(6)」라고도 칭한다. 구체적으로, 제2 내치 기어(6)는, 태양 기어(2) 및 복수의 유성 기어(4)를 회전 가능하게 지지하는 지지부(61)와, 복수의 유성 기어(4)와 맞물리는 기어부(62)를 포함한다. 지지부(61)는, 하우징(10)의 바닥부(11)의 지지면(11a)에 회전 가능하게 배치되어 있다.

출력축(7)은, 제2 내치 기어(6)의 회전력에 따라서, 구동 대상물(200)로서의 조절 밸브의 밸브축을 회전시키기 위한 부품이다. 구체적으로, 출력축(7)은, 일단이 제2 내치 기어(6)에 연결되고, 타단이 구동 대상물(200)로서의 밸브축에 연결되어 있다. 예컨대, 출력축(7)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제2 내치 기어(6)와 동일한 회전축을 갖는다. 출력축(7)은, 제2 내치 기어(6)와 일체로 형성되고, 하우징(10)의 바닥부(11)의 관통 구멍(11b)으로부터 돌출되어 있다.

여기서, 전술한 태양 기어(2), 유성 기어(4), 제1 내치 기어(5), 제2 내치 기어(6) 및 출력축(7)은, 수지 재료(예컨대 폴리아세탈 수지)에 의해 구성되어 있다.

회전 제어 기구(3)는, 제1 내치 기어(5)의 회전 가능한 상태와 회전 불가능한 상태를 전환하는 기능부이다. 회전 제어 기구(3)는, 전원이 공급되고 있을 때에 제1 내치 기어(5)를 회전 불가능한 상태로 하고, 전원이 공급되고 있지 않을 때에 제1 내치 기어(5)를 회전 가능한 상태로 한다. 구체적으로, 회전 제어 기구(3)는, 전원이 공급되고 있을 때에 제1 내치 기어(5)를 하우징(10)에 고정하여 회전 불가능한 상태로 하고, 전원이 공급되고 있지 않을 때에 제1 내치 기어(5)의 고정을 해제하여 회전 가능한 상태로 한다. 회전 제어 기구(3)는, 예컨대 전자 클러치에 의해 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 일례로서, 회전 제어 기구(3)를 전자 클러치라고 하고, 회전 제어 기구(3)를 「전자 클러치(3)」라고도 칭한다. 이하, 전자 클러치(3)의 구체적인 구조에 관해 설명한다.

전자 클러치(3)는, 케이스(31), 여자 코일(32), 제1 부재(33), 제2 부재(34) 및 스프링 부재(35)를 포함한다.

케이스(31)는, 여자 코일(32), 제1 부재(33), 제2 부재(34) 및 스프링 부재(35)를 수용하기 위한 용기이며, 예컨대 금속 재료로 구성되어 있다. 케이스(31)는, 태양 기어(2)의 축부(21)가 삽입 관통된 관통 구멍을 가지며, 하우징(10)의 덮개부(12)에 고정되어 있다.

제1 부재(33)는 케이스(31) 내에 배치되어 있다. 제1 부재(33)는, 자성체로 구성되고, 태양 기어(2)의 축부(21)가 삽입 관통된 관통 구멍을 갖고 있다. 제1 부재(33)는, 여자 코일(32)에 의해 여자됨으로써 전자석으로서 기능한다.

스프링 부재(35)는, 제1 부재(33)를 케이스(31)에 고정하는 부품이다. 구체적으로, 스프링 부재(35)는, 일단이 케이스(31)에 고정되고, 타단이 제1 부재(33)에 연결되어 있다.

제2 부재(34)는, 케이스(31) 내에, 제1 부재(33)와 이격되어 대면 배치되어 있다. 제2 부재(34)는, 태양 기어(2)의 축부(21)가 삽입 관통된 관통 구멍을 가지며, 제1 내치 기어(5)의 통형상의 지지부(52)의 타단과 연결되어 있다. 제2 부재(34)는, 제1 부재(33)와 마찬가지로, 자성체로 구성되고, 여자 코일(32)에 의해 여자됨으로써 전자석으로서 기능한다.

여자 코일(32)은, 코일에 흐르는 전류에 따라서, 자성체로 이루어진 제1 부재(33) 및 제2 부재(34)를 여자하는 부품이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 여자 코일(32)은, 제1 부재(33) 및 제2 부재(34)를 둘러싸도록 배치되어 있다.

다음으로, 조작기(100)의 동작 원리에 관해 설명한다.

우선, 조작기(100)에 전원이 공급되고 있는 경우에 관해 설명한다.

이 경우, 구동용 모터(8)뿐만 아니라 전자 클러치(3)에도 전력이 공급된다. 즉, 전자 클러치(3)를 구성하는 여자 코일(32)에 전류가 흐름으로써, 제1 부재(33) 및 제2 부재(34)가 여자된다. 이에 따라, 도 1에 나타낸 바와 같이, 스프링 부재(35)가 신장되어, 제1 부재(33)가 케이스(31)의 하면측으로 이동하고, 제1 부재(33)와 제2 부재(34)가 자력에 의해 연결된다.

제2 부재(34)에 연결된 제1 내치 기어(5)는, 제2 부재(34), 제1 부재(33), 스프링 부재(35) 및 케이스(31)를 통해 하우징(10)에 고정되어, 회전 불가능한 상태가 된다. 즉, 제1 내치 기어(5)는 고정 내치 기어로서 기능한다. 이에 따라, 태양 기어(2), 복수의 유성 기어(4), 제1 내치 기어(5)(고정 내치 기어) 및 제2 내치 기어(가동 내치 기어)에 의해, 하나의 패러독스 유성 기어 기구(감속기)가 실현된다.

제1 내치 기어(5)가 하우징(10)에 고정된 상태에서, 구동용 모터(8)의 회전축이 회전하면, 그 회전력이 태양 기어(2)에 전달되어 태양 기어(2)가 회전한다. 태양 기어(2)의 회전력에 의해, 태양 기어(2)와 맞물리는 복수의 유성 기어(4)가 자전하면서 고정 내치 기어로서의 제1 내치 기어(5)의 기어부(51)의 내주를 따라서 회전(공전)한다. 복수의 유성 기어(4)의 회전력에 의해, 복수의 유성 기어(4)와 맞물려 있는 가동 내치 기어로서의 제2 내치 기어(6)가 회전한다. 이에 따라, 제2 내치 기어(6)와 일체 형성된 출력축(7)이 회전한다. 이 출력축(7)에 밸브축을 연결함으로써, 구동용 모터(8)의 회전력을 크게 감속시킨 회전력에 의해 밸브축을 회전시켜, 조절 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 것이 가능해진다.

다음으로, 조작기(100)에 대한 전원 공급이 끊긴 경우에 관해 설명한다.

도 2는 전자 클러치의 전원이 차단되었을 때의 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.

이 경우, 구동용 모터(8)뿐만 아니라, 전자 클러치(3)의 전력 공급도 정지되기 때문에, 전자 클러치(3)를 구성하는 여자 코일(32)에는 전류가 흐르지 않는다. 이에 따라, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스프링 부재(35)가 줄어들어 제1 부재(33)가 케이스(31)의 상면측으로 이동하고, 제1 부재(33)와 제2 부재(34)의 연결이 해제된다. 그 결과, 제1 내치 기어(5)의 하우징(10)에 대한 고정이 해제되어, 하우징(10) 내에서 회전 가능한 상태(클러치 해제 상태)가 된다. 즉, 태양 기어(2), 복수의 유성 기어(4), 제1 내치 기어(5) 및 제2 내치 기어(6)에 의해 구성되어 있던 패러독스 유성 기어 기구의 셀프록 기능이 해제되어, 스프링 유닛(9)에 의한 출력축(7)(밸브축)의 조작이 가능해진다.

구체적으로는, 제1 내치 기어(5)가 회전 가능한 상태에서, 스프링 유닛(9)의 스프링 부재에 축적되어 있던 에너지가 해방되고, 출력축(7)에 대하여 스프링 유닛(9)으로부터 토크가 입력된 경우, 출력축(7)을 통해 제2 내치 기어(6)에 토크가 가해진다. 이에 따라, 제2 내치 기어(6)로부터 복수의 유성 기어(4)를 통해 제1 내치 기어(5) 및 태양 기어(2)에 회전력이 가해진다. 이때, 태양 기어(2)는, 그것에 연결되어 있는 구동용 모터(8)의 디텐트 토크에 의해 회전이 억지된다. 한편, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4) 및 제1 내치 기어(5)는, 일체가 되어 하우징(10) 내를 회전한다. 이때, 유성 기어(4)는 자전하지 않고 태양 기어(2)의 주위를 공전한다.

이와 같이, 스프링 유닛(9)으로부터의 입력 토크에 의해, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4) 및 제1 내치 기어(5)가 일체가 되어 태양 기어(2)의 주위를 회전함으로써, 출력축(7)이 회전하여, 조절 밸브를 폐쇄할 수 있다.

실시형태 1에 따른 조작기(100)에 있어서 스프링 리턴 동작에 의해 조절 밸브가 폐쇄되었을 때, 종래의 조작기의 기어 기구와 마찬가지로, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4) 및 제1 내치 기어(5)는 리턴 충격을 받는다. 그러나, 조작기(100)에서는, 스프링 리턴 동작시에, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4) 및 제1 내치 기어(5)가 전원 차단시의 맞물려 있는 상태인 채로 일체가 되어 태양 기어(2)의 주위를 공전한다. 그 때문에, 리턴 충격을 받는 각 기어의 톱니의 조합은, 전원 차단시의 맞물림에 의존한다. 전원 차단시의 각 기어의 조합은, 매회 동일할 가능성은 낮다. 따라서, 조작기(100)에 의하면, 종래의 조작기의 기어 기구와 같이 매회 특정한 톱니가 리턴 충격을 받는 것은 아니며, 리턴 충격을 받는 톱니를 매회 상이하게 하는 것이 가능해진다.

이상, 실시형태 1에 따른 조작기(100)는, 종래의 스프링 리턴 타입의 조작기와 같이 구동용 모터와 기어 기구의 연결을 절단하는 구조가 아니라, 회전 제어 기구로서의 전자 클러치(3)에 의해, 패러독스 유성 기어 기구의 고정 내치 기어로서 기능하는 제1 내치 기어(5)의 회전 불가능한 상태와 회전 가능한 상태를 전환하는 구조를 갖고 있다. 이것에 의하면, 전술한 바와 같이, 전원 차단시의 스프링 리턴 동작에 있어서, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4) 및 제1 내치 기어(5)가 전원 차단시의 맞물려 있는 상태인 채로 일체가 되어 태양 기어(2)의 주위를 공전하기 때문에, 리턴 충격을 받는 각 기어의 톱니의 조합을 매회 상이하게 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 스프링 리턴 동작시에 매회 특정한 톱니가 리턴 충격을 받는 종래의 스프링 유닛을 탑재한 전동식의 조작기에 비교해서, 기어 기구를 구성하는 기어의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 일반적으로 패러독스 유성 기어 기구는, 출력측으로부터의 입력 토크에 의한 회전을 저지시키는 셀프록 기능을 갖고 있기 때문에, 스프링 리턴 타입의 조작기의 동력 전달 기구로서 적용하는 것은 용이하지 않았다. 그러나, 본 실시형태에 따른 동력 전달부(1)에 의하면, 전자 클러치(3)에 의해, 패러독스 유성 기어 기구의 고정 내치 기어로서 기능하는 제1 내치 기어(5)를 회전 불가능한 상태로부터 회전 가능한 상태로 전환하기 때문에, 스프링 리턴 동작시에 패러독스 유성 기어 기구의 셀프록 기능을 해제할 수 있다. 이에 따라, 동력 전달부(1)를 스프링 리턴 타입의 조작기의 동력 전달 기구로서 적용하는 것이 가능해지기 때문에, 종래보다도 소형이며 저렴한 스프링 리턴 타입의 조작기를 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 따른 조작기(100)에 의하면, 구동용 모터(8), 전자 클러치(3), 동력 전달부(1) 및 스프링 유닛(9)을 밸브축과 동축 상에 배치할 수 있기 때문에, 수평 방향(밸브축과 수직인 방향)으로의 스페이스의 확대를 억제할 수 있어, 보다 공간이 절약되는 조작기를 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 종래의 기어 기구를 갖는 스프링 리턴 타입의 조작기에서는, 기어 기구의 감속비가 커질수록 각 기어의 프리 토크를 무시할 수 없게 되기 때문에, 스프링 리턴 동작시의 기어 기구 전체의 프리 토크를 고려하여 스프링 유닛 등을 설계할 필요가 있다. 이에 비해, 본 실시형태에 따른 조작기(100)에 의하면, 스프링 리턴 동작시에, 기어 기구를 구성하는 복수의 기어가 일체가 되어 회전하기 때문에, 기어 기구 전체의 프리 토크를 무시할 수 있어, 스프링 유닛 등의 설계가 용이해진다.

≪실시형태 2≫

도 3은 실시형태 2에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.

실시형태 2에 따른 조작기(100A)는, 전자 클러치(3) 대신에, 여자 코일(32)과 철심(36)으로 이루어진 회전 제어 기구(3A)를 구비하는 점에서 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 상이하고, 그 밖의 점에서는 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 동일하다.

조작기(100A)에 있어서, 회전 제어 기구(3A)를 구성하는 여자 코일(32) 및 철심(36)은 하우징(10) 내에 배치된다. 철심(36)은, 예컨대 통형상으로 형성되어 있다. 구체적으로, 철심(36)은, 하우징(10)의 내벽과 제1 내치 기어(5A)의 간극에, 태양 기어(2)의 축부(21)를 둘러싸고 배치되어 있다. 여기서, 철심(36)은, 하우징(10)의 내벽과 제1 내치 기어(5A)에 각각 접촉하고 있지만, 접착되어 있지는 않다.

여자 코일(32)은, 철심(36)을 둘러싸고 배치되며, 하우징(10)의 내벽에 고정되어 있다. 여자 코일(32)은, 그 코일에 흐르는 전류에 따른 자계를 발생시킴으로써 철심(36)을 여자한다.

실시형태 2에 따른 조작기(100A)에 있어서, 하우징(10) 및 제1 내치 기어(5A)는 자성체에 의해 구성되어 있다. 또, 하우징(10) 및 제1 내치 기어(5A)는, 전체가 자성체에 의해 구성되어 있을 필요는 없고, 적어도 철심(36)과 대면하는 부분이 자성체에 의해 구성되어 있으면 된다.

실시형태 2에 따른 조작기(100A)에 있어서, 전원이 공급되고 있는 경우에는, 여자 코일(32)의 코일에 전류가 흐르고, 철심(36)이 여자된다. 이에 따라, 제1 내치 기어(5A), 철심(36) 및 하우징(10)이 자력에 의해 연결되고, 제1 내치 기어(5A)가 하우징(10)에 고정되어 회전 불가능한 상태가 된다. 이에 따라, 동력 전달부(1A)는, 패러독스 유성 기어 기구를 구성하고, 실시형태 1에 따른 동력 전달부(1)와 동일한 동작 원리에 의해, 구동용 모터(8)로부터의 회전력을 출력축(7)에 감속하여 전달한다.

한편, 조작기(100A)에 대한 전원 공급이 끊긴 경우에는, 제1 내치 기어(5A)의 철심(36)을 통한 하우징(10)과의 연결이 해제된다. 이에 따라, 제1 내치 기어(5A)가 회전 가능한 상태가 되고, 동력 전달부(1A)의 패러독스 유성 기어 기구로서의 셀프록 기능이 해제된다. 이 상태에서, 스프링 유닛(9)으로부터 출력축(7)에 토크가 입력되면, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 동일한 원리로, 제2 내치 기어(6), 복수의 유성 기어(4), 제1 내치 기어(5A) 및 출력축(7)이 일체가 되어 회전하여, 조절 밸브를 폐쇄할 수 있다.

이상, 실시형태 2에 따른 조작기(100A)에 의하면, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 마찬가지로, 동력 전달 기구를 구성하는 기어의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 2에 따른 조작기(100A)에 의하면, 전자 클러치에 비교해서 적은 부품수로 회전 제어 기구를 실현할 수 있기 때문에, 조작기의 제조 비용을 더욱 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 실시형태 2에 따른 조작기(100A)에 의하면, 여자 코일(32) 및 철심(36)이 하우징(10) 내에 수용되어 있기 때문에, 더욱 공간이 절약되는 조작기를 실현하는 것이 가능해진다.

≪실시형태 3≫

도 4는 실시형태 3에 따른 조작기의 동력 전달 기구를 나타내는 단면도이다.

실시형태 3에 따른 조작기(100B)는, 동력 전달부(1B)가 유성 기어 기구를 구성하는 점에서 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 상이하고, 그 밖의 점에서는 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 동일하다.

구체적으로는, 조작기(100B)의 동력 전달부(1B)는, 회전 기구로서의 제2 내치 기어(6) 대신에, 복수의 유성 기어(4)를 자전 가능하게 지지하고, 복수의 유성 기어(4)의 공전의 움직임을 출력축(7)에 전달하는 캐리어(6A, 6B)를 갖고 있다.

캐리어(6A)와 캐리어(6B)는, 복수의 유성 기어(4)를 통해 제1 내치 기어(5)와 평행하게 대면 배치되어 있다. 구체적으로, 캐리어(6A)와 캐리어(6B)는, 유성 기어(4)를 회전 가능하게, 유성 기어(4)의 회전축과 평행한 방향으로부터 사이에 끼워 유지하고 있다. 보다 구체적으로는, 캐리어(6A)는, 태양 기어(2)의 축부(21)가 삽입 관통된 관통 구멍을 갖는 플레이트(61A)와, 일단이 플레이트(61A)에 연결되고, 대응하는 유성 기어(4)의 회전축을 따라서 형성된 관통 구멍(4c)에 삽입 관통된 복수의 기둥부(62A)를 포함한다. 또한, 캐리어(6B)는, 출력축(7)이 연결된 플레이트(61B)와, 플레이트(61B)의 출력축(7)과 반대측의 면에 형성된 비관통 구멍(63B)을 포함한다. 플레이트(61B)는, 그것과 일체 형성된 출력축(7)이 하우징(10)의 바닥부(11)의 관통 구멍(11b)으로부터 돌출된 상태로, 하우징(10)의 바닥면(11a)에 회전 가능하게 배치되어 있다. 또한, 캐리어(6B)의 비관통 구멍(63B)에는, 캐리어(6A)의 각 기둥부(62A)의 타단이 삽입되어 있다. 이에 따라, 각 유성 기어(4)가 캐리어(6A)와 캐리어(6B)에 의해 회전 가능하게 유지되고, 각 유성 기어(4)의 공전에 따라서 캐리어(6A) 및 캐리어(6B)가 회전한다.

실시형태 3에 따른 조작기(100B)에 있어서, 조작기(100B)에 전원이 공급되고 있는 경우에는, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 동일한 원리로, 전자 클러치(3)에 의해 제1 내치 기어(5)가 하우징(10)에 고정되어 회전 불가능한 상태가 된다. 이 상태에서, 구동용 모터(8)의 회전력이 태양 기어(2)에 가해지면, 태양 기어(2)의 주위에 배치된 복수의 유성 기어(4)가, 고정된 제1 내치 기어(5)의 내주면을 따라서 태양 기어(2)의 주위를 공전한다. 캐리어(6A, 6B)는, 이 유성 기어(4)의 회전력을 받아 회전한다. 이에 따라, 캐리어(6B)에 연결된 출력축(7)이 회전하여 밸브축을 조작할 수 있다.

한편, 조작기(100B)에 대한 전원 공급이 차단된 경우에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 동일한 원리로, 제1 내치 기어(5)가 회전 가능한 상태가 된다. 이 상태에서, 스프링 유닛(9)으로부터 출력축(7)에 토크가 입력된 경우, 캐리어(6A, 6B), 복수의 유성 기어(4) 및 제1 내치 기어(5)가 일체가 되어 회전함으로써, 출력축(7)이 회전하여 조절 밸브가 폐쇄된다.

이상, 실시형태 3에 따른 조작기(100B)에 의하면, 구동용 모터의 동력을 밸브축에 전달하는 동력 전달부로서 유성 기어 기구를 채용한 경우라 하더라도, 실시형태 1에 따른 조작기(100)와 마찬가지로, 스프링 리턴 동작시에 리턴 충격을 받는 각 기어의 톱니의 조합을 매회 상이하게 하는 것이 가능해지기 때문에, 그 유성 기어 기구를 구성하는 기어의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다.

≪실시형태의 확장≫

이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 실시형태에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 그것에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 당연하다.

예컨대, 실시형태 1, 2에 따른 조작기에 있어서, 회전 제어 기구(3)로서 전자 클러치(3)나 철심(36) 및 여자 코일(32)을 예시했지만, 이들에 한정되는 것이 아니며, 전원 공급의 유무에 따라서 제1 내치 기어(5)의 회전 가능한 상태와 회전 불가능한 상태를 전환하는 것이 가능한 구조를 갖는 기구라면, 동일하게 적용할 수 있다.

또한, 실시형태 1, 2에 따른 조작기에 있어서, 회전 기구로서, 제2 내치 기어(가동 내치 기어)(6) 및 캐리어를 이용해도 좋다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 조작기(100C)의 동력 전달부(1C) 및 도 6에 나타내는 조작기(100D)의 동력 전달부(1D)와 같이, 실시형태 3에 나타낸 캐리어(6A)와 제2 내치 기어(6)를 조합한 것을 회전 기구로서 이용해도 좋다. 이것에 의하면, 실시형태 1, 2에 따른 조작기(100, 100A)와 마찬가지로, 스프링 리턴 동작시에 리턴 충격을 받는 각 기어의 톱니의 조합을 매회 상이하게 하는 것이 가능해지기 때문에, 유성 기어 기구를 구성하는 기어의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 실시형태에서는, 회전 제어 기구로서, 전기적으로 동작하는 클러치 기구[전자 클러치(3)나, 철심(36) 및 여자 코일(32) 등]를 이용하는 경우를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 제1 내치 기어(5)의 회전 가능 상태와 회전 불가능 상태를 수동으로 전환하는 수동 클러치 기구를 이용해도 좋다.

이것에 의하면, 동력 전달부(1, 1A, 1B, 1C, 1D)를 논스프링 리턴 타입의 조작기에도 탑재할 수 있어, 논스프링 리턴 타입의 조작기의 동력 전달 기구를 구성하는 기어의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다. 예컨대, 논스프링 리턴 타입의 조작기에 있어서, 수동 클러치 기구에 의해, 패러독스 유성 기어 기구(또는 유성 기어 기구)를 구성하는 기어군 일체로 회전시킴으로써, 내부 기어차와 유성 기어가 맞물리는 위치를 정기적으로 바꾼다. 이것에 의하면, 예컨대 조절 밸브의 완전 폐쇄시에 큰 부하가 가해지는 톱니의 조합을 정기적으로 바꿀 수 있기 때문에, 기어의 수명 장기화를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 실시형태에서는, 조작기(100, 100A, 100B, 100C, 100D)를, 조절 밸브의 밸브축을 조작하는 조작기로서 적용하는 경우를 예시했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 조작기(100, 100A, 100B, 100C, 100D)를, 댐퍼의 댐퍼 샤프트를 조작하는 조작기로서 적용할 수도 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 태양 기어(2), 유성 기어(4), 제1 내치 기어(5), 제2 내치 기어(6) 및 출력축(7)의 각 부품이 수지 재료로 구성되는 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 별도의 재료에 의해 구성되어 있어도 좋다. 예컨대, 전술한 각 부품은, 금속 재료(예컨대 철강 재료)에 의해 구성되어 있어도 좋다.

100, 100A, 100B, 100C, 100D : 조작기
1, 1A, 1B, 1C, 1D : 동력 전달부
2 : 태양 기어 3 : 전자 클러치(회전 제어 기구)
3A : 회전 제어 기구 4 : 유성 기어
4c : 관통 구멍 5, 5A : 제1 내치 기어
6 : 제2 내치 기어(회전 기구) 6A, 6B : 캐리어(회전 기구)
7 : 출력축 8 : 구동용 모터
9 : 스프링 유닛 200 : 구동 대상물
10 : 하우징 11 : 바닥부
11a, 12a : 지지면 11b, 12b : 관통 구멍
12 : 덮개부 21 : 축부
22 : 기어부 31 : 케이스
32 : 여자 코일 33 : 제1 부재
34 : 제2 부재 35 : 스프링 부재
36 : 철심 51 : 기어부
52 : 지지부 61 : 지지부
62 : 기어부 61A, 61B : 플레이트
62A : 기둥부 63B : 비관통 구멍

Claims

구동용 모터에 의한 회전력을 받아 회전하는 태양 기어와,
그 내주면에 톱니를 가지며, 상기 태양 기어를 둘러싸는 형태로 회전 가능하게 설치된 제1 내치 기어와,
상기 태양 기어와 상기 제1 내치 기어 사이에 배치되고, 상기 태양 기어와 상기 제1 내치 기어와 맞물려 상기 태양 기어의 주위를 공전하면서 자전 가능하게 구성된 복수의 유성 기어와,
상기 복수의 유성 기어의 회전력을 받아 회전하는 회전 기구와,
상기 회전 기구에 연결된 출력축과,
상기 태양 기어, 상기 제1 내치 기어, 상기 복수의 유성 기어, 및 상기 회전 기구를 수용하는 하우징과,
상기 제1 내치 기어의 회전 가능한 상태와 회전 불가능한 상태를 전환하는 회전 제어 기구
를 구비하고,
상기 회전 제어 기구는, 전원이 공급되고 있을 때에 상기 제1 내치 기어를 회전 불가능한 상태로 하고, 상기 전원이 공급되고 있지 않을 때에 상기 제1 내치 기어를 회전 가능한 상태로 하는 것을 특징으로 하는 조작기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 회전 제어 기구는, 전원이 공급되고 있을 때에 상기 제1 내치 기어를 상기 하우징에 고정하여 회전 불가능한 상태로 하고, 상기 전원이 공급되고 있지 않을 때에 상기 제1 내치 기어의 고정을 해제하여 회전 가능한 상태로 하는 것을 특징으로 하는 조작기.
구동용 모터에 의한 회전력을 받아 회전하는 태양 기어와,
그 내주면에 톱니를 가지며, 상기 태양 기어를 둘러싸는 형태로 회전 가능하게 설치된 제1 내치 기어와,
상기 태양 기어와 상기 제1 내치 기어 사이에 배치되고, 상기 태양 기어와 상기 제1 내치 기어와 맞물려 상기 태양 기어의 주위를 공전하면서 자전 가능하게 구성된 복수의 유성 기어와,
상기 복수의 유성 기어의 회전력을 받아 회전하는 회전 기구와,
상기 회전 기구에 연결된 출력축과,
상기 태양 기어, 상기 제1 내치 기어, 상기 복수의 유성 기어, 및 상기 회전 기구를 수용하는 하우징과,
상기 제1 내치 기어의 회전 가능한 상태와 회전 불가능한 상태를 전환하는 회전 제어 기구
를 구비하고,
상기 회전 제어 기구는,
상기 하우징에 고정된 케이스와,
상기 케이스 내에 배치되고, 자성체로 이루어진 제1 부재와,
일단이 상기 케이스 내에 고정되고, 타단이 상기 제1 부재에 연결된 스프링 부재와,
상기 케이스 내에 상기 제1 부재와 이격되어 대면 배치되고, 상기 제1 내치 기어와 연결된 자성체로 이루어진 제2 부재와,
상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 여자하는 여자 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
구동용 모터에 의한 회전력을 받아 회전하는 태양 기어와,
그 내주면에 톱니를 가지며, 상기 태양 기어를 둘러싸는 형태로 회전 가능하게 설치된 제1 내치 기어와,
상기 태양 기어와 상기 제1 내치 기어 사이에 배치되고, 상기 태양 기어와 상기 제1 내치 기어와 맞물려 상기 태양 기어의 주위를 공전하면서 자전 가능하게 구성된 복수의 유성 기어와,
상기 복수의 유성 기어의 회전력을 받아 회전하는 회전 기구와,
상기 회전 기구에 연결된 출력축과,
상기 태양 기어, 상기 제1 내치 기어, 상기 복수의 유성 기어, 및 상기 회전 기구를 수용하는 하우징과,
상기 제1 내치 기어의 회전 가능한 상태와 회전 불가능한 상태를 전환하는 회전 제어 기구
를 구비하고,
상기 회전 제어 기구는,
상기 하우징 내에 있어서, 상기 하우징의 내벽과 상기 제1 내치 기어 사이에 배치된 철심과,
상기 철심을 여자하는 여자 코일을 포함하고,
상기 하우징 및 상기 제1 내치 기어에 있어서, 적어도 상기 철심과 대면하는 부분은 자성체에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조작기.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 회전 기구는,
상기 제1 내치 기어와 동축으로 배치되고, 그 내주면에 상기 복수의 유성 기어와 맞물리는 톱니를 가지며, 회전 가능하게 설치된 제2 내치 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 회전 기구는,
상기 복수의 유성 기어를 자전 가능하게 지지하고, 상기 복수의 유성 기어의 공전의 움직임을 상기 출력축에 전달하는 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.