(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化でき、かつ製造コストを低減できる電動アクチュエータを提供する。【解決手段】電動アクチュエータ１０は、モータ３８、モータからの駆動力によって回転するギア４０、およびギアの軸部４０ａを貫通するように設けられる回転軸５０等を含み、ギアの軸部の内周面には、キー溝４０ｃが形成され、回転軸の外周面には、キー溝に嵌合される滑りキー５０ｂが形成される。そして、ギアの下面と軸受４４との間には、第１スラストベアリング５２が設けられる。【選択図】図３
2020058373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体または仕切体の変位により送水を制御する変位機構を有する送水制御装置に取り付けられて、前記変位機構を作動させる電動アクチュエータであって、
本体ケース、
前記本体ケース内に設けられるモータ、
前記本体ケース内に設けられ、前記モータの駆動を制御する制御部、
上下方向に延びる円筒状の軸部と円板状のギア部とを有し、前記モータからの駆動力によって回転するギア、
前記軸部の両端部において当該軸部を回転可能に保持する軸受、および
前記軸部を貫通するように設けられる回転軸を備え、
前記軸部の内周面には、軸方向に沿って延びる第１キー溝または第１滑りキーが形成され、
前記回転軸の外周面には、前記第１キー溝または前記第１滑りキーに嵌合される第１滑りキーまたは第１キー溝が形成され、
前記ギア部の下面と前記軸受との間には、第１スラストベアリングが設けられる、電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記ギア部の上面と前記軸受との間に設けられる第２スラストベアリングをさらに備える、請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記軸部の内周面には、前記第１キー溝または前記第１滑りキーとは反対側の周方向位置において、軸方向に沿って延びる第２キー溝または第２滑りキーが形成され、
前記回転軸の外周面には、前記第２キー溝または前記第２滑りキーに嵌合される第２滑りキーまたは第２キー溝が形成される、請求項１または２記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記送水制御装置は、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための給水装置または排水装置であって、
前記本体ケースに取り付けられる太陽電池パネル、および
前記本体ケース内に設けられ、前記太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動アクチュエータに関し、特にたとえば、弁体または仕切体の変位により送水を制御する変位機構を有する送水制御装置に取り付けられて、送水制御装置の変位機構を作動させる、電動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の電動アクチュエータの一例が特許文献１に開示される。特許文献１には、既存の給水栓に装着されて、給水栓の開閉を自動的に行う給水栓自動開閉装置が開示されている。特許文献１の給水栓自動開閉装置は、モータの出力軸と給水栓の駆動軸とを連結してモータの駆動力を給水栓の駆動軸に伝達する駆動力伝達機構を備える。そして、この駆動力伝達機構は、モータの出力軸に連結される歯車機構と、歯車機構の下方に設けられ、上下動しない第１軸と第１軸に対して上下動可能な第２軸とからなる回転軸とを備える。
【０００３】
また、特許文献１には、既存の給水堰に装着されて、給水堰の開閉を自動的に行う給水堰自動開閉装置が開示されている。特許文献１の給水堰自動開閉装置は、モータの出力軸と給水堰の駆動軸とを連結してモータの駆動力により給水堰を上下動させる駆動力伝達機構を備える。そして、この駆動力伝達機構は、モータの出力軸に連結される歯車機構と、歯車機構の下方に設けられ、上下動しない第１軸と第１軸に対して上下動可能な第２軸とからなる回転軸と、第２軸に連結された雄ねじと、筐体底部に設けられた雌ねじと、雄ねじの下部に結合された出力軸とを備える。
【０００４】
また、従来のこの種の電動アクチュエータの他の例が特許文献２に開示される。特許文献２には、電動アクチュエータが予め一体化された給水装置が開示されている。特許文献２の給水装置は、上下動自在に配置した支持軸の下端に連結させたバルブ弁と、支持軸を上下動自在に螺合支持する支持部を有する大歯車と、大歯車と噛合連携して支持部を正逆回転させる小歯車を有するモータとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−７０７１６号公報
【特許文献２】特開平８−２７５６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、給水栓の駆動軸などの上下動を吸収するために、歯車機構の下に、上下動しない第１軸と第１軸に対して上下動可能な第２軸とからなる伸縮軸を設けている。このため、特許文献１の技術では、歯車機構を設けるスペースの下に、伸縮軸の伸縮スペースとして、上下方向に大きなスペースが必要であり、電動アクチュエータが大型化してしまう。また、特許文献１の技術では、給水栓用と給水堰用とで異なる構造を有する電動アクチュエータを用いている。すなわち、送水制御装置の形式（種類）に応じた専用の電動アクチュエータを用意しなければならず、様々な形式の送水制御装置に取り付けることができない。
【０００７】
一方、特許文献２の技術では、電動アクチュエータが送水制御装置に対して予め組み込まれた構造を有しており、電動アクチュエータを既存の送水制御装置に対して後付けで設置することができない。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、電動アクチュエータを提供することである。
【０００９】
この発明の他の目的は、小型化が可能であり、かつ製造コストを低減できる、電動アクチュエータを提供することである。
【００１０】
この発明のさらに他の目的は、様々な形式の送水制御装置に取り付けることができる、電動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、弁体または仕切体の変位により送水を制御する変位機構を有する送水制御装置に取り付けられて、変位機構を作動させる電動アクチュエータであって、本体ケース、本体ケース内に設けられるモータ、本体ケース内に設けられ、モータの駆動を制御する制御部、上下方向に延びる円筒状の軸部と円板状のギア部とを有し、モータからの駆動力によって回転するギア、軸部の両端部において当該軸部を回転可能に保持する軸受、および軸部を貫通するように設けられる回転軸を備え、軸部の内周面には、軸方向に沿って延びる第１キー溝または第１滑りキーが形成され、回転軸の外周面には、第１キー溝または第１滑りキーに嵌合される第１滑りキーまたは第１キー溝が形成され、ギア部の下面と軸受との間には、第１スラストベアリングが設けられる、電動アクチュエータである。
【００１２】
第１の発明では、電動アクチュエータは、本体ケース、モータ、制御部、ギア、軸受および回転軸などを備え、給水バルブ等の送水制御装置に取り付けられて、送水制御装置が有する変位機構を作動させる。ギアは、上下方向に延びる円筒状の軸部と円板状のギア部とを有し、ギアの軸部の両端部は、軸受によって回転可能に保持される。また、回転軸は、ギアの軸部を貫通するように設けられており、メインギアおよび回転軸は、キー溝と滑りキーとからなる滑りキー構造を有する。この滑りキー構造によって、回転軸は、メインギアが回転すると共に回転し、かつメインギアの軸部に対して軸方向に摺動可能となる。さらに、電動アクチュエータは、ギア部の下面と軸受との間に設けられる第１スラストベアリングを備える。第１スラストベアリングを備えることによって、滑りキー構造を有しながらも、回転軸がバランスよく回転しながら上下動できるようになり、作動時の回転トルク、つまりモータに掛かる負荷が低減される。
【００１３】
第１の発明によれば、ギアの軸部を貫通するように回転軸を設けたので、電動アクチュエータを小型化できる。
【００１４】
また、滑りキー構造とスラストベアリングとを組み合わせることで、製造コストを低減しながらも、回転軸をスムーズに作動させることが可能となり、モータを小型化および省電力化することができる。
【００１５】
さらに、ギアと共に回転しかつギアの軸方向に摺動可能となるように回転軸を設けたので、取付アダプタのみ送水制御装置に合わせたものを用意するだけで、様々な形式の送水制御装置に電動アクチュエータを後付けで取り付けることができる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明に従属し、ギア部の上面と軸受との間に設けられる第２スラストベアリングをさらに備える。
【００１７】
第２の発明では、ギア部の上面側にもスラストベアリングが設けられる。これによって、回転軸をより安定的に作動（回転しながら上下動）させることができる。
【００１８】
第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、軸部の内周面には、第１キー溝または第１滑りキーとは反対側の周方向位置において、軸方向に沿って延びる第２キー溝または第２滑りキーが形成され、回転軸の外周面には、第２キー溝または第２滑りキーに嵌合される第２滑りキーまたは第２キー溝が形成される。
【００１９】
第３の発明では、メインギアおよび回転軸は、軸を中心として対称位置に配置される２つの滑りキー構造を有する。
【００２０】
第３の発明によれば、製造コストは少し高くなるが、回転軸の回転バランスがよくなるので、回転軸をより安定的に作動させることができる。
【００２１】
第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明に従属し、送水制御装置は、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための給水装置または排水装置であって、本体ケースに取り付けられる太陽電池パネル、および本体ケース内に設けられ、太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える。
【００２２】
第４の発明では、送水制御装置は、圃場への給水を制御する給水バルブ等の給水装置、または圃場からの排水を制御する落水口などの排水装置である。そして、電動アクチュエータは、本体ケースに取り付けられる太陽電池パネルと、太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える。
【００２３】
第４の発明によれば、商用電源が確保し難い圃場においても、電動アクチュエータを適用可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、ギアの軸部を貫通するように回転軸を設けたので、電動アクチュエータを小型化できる。また、滑りキー構造とスラストベアリングとを組み合わせることで、製造コストを低減しつつ、回転軸をスムーズに作動させることが可能となり、モータを小型化および省電力化することができる。さらに、ギアと共に回転しかつギアの軸方向に摺動可能となるように回転軸を設けたので、取付アダプタのみ送水制御装置に合わせたものを用意するだけで、様々な形式の送水制御装置に電動アクチュエータを後付けで取り付けることができる。
【００２５】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う後述の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の一実施例である電動アクチュエータを圃場の給水装置および排水装置に設置した様子を示す図解図である。
【図２】この発明の一実施例である電動アクチュエータの外観を示す図解図である。
【図３】図２の電動アクチュエータの内部構造を示す図解図である。
【図４】図３のメインギア周辺部分を拡大して示す部分拡大図である。
【図５】モータ負荷の低減効果を調べた実験結果を示すグラフである。
【図６】第１アダプタの一例を示す図解図である。
【図７】図２の電動アクチュエータを給水バルブに取り付けた様子を示す図解図である。
【図８】第２アダプタの一例を示す図解図である。
【図９】図２の電動アクチュエータを落水口に取り付けた様子を示す図解図である。
【図１０】図２の電動アクチュエータを仕切弁に取り付けた様子を示す図解図である。
【図１１】図２の電動アクチュエータを水位制御装置に取り付けた様子を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１を参照して、この発明の一実施例である電動アクチュエータ１０（以下、単に「アクチュエータ１０」と言う。）は、モータ３８、メインギア４０および回転軸５０などを備え、給水バルブ等の送水制御装置に取り付けられて、送水制御装置が有する変位機構を作動させる。この実施例では、アクチュエータ１０は、圃場用給排水システム１００（以下、単に「システム１００」と言う。）に用いられ、送水制御装置の一例である給水装置１０４および排水装置１０６の双方に取り付けられる。すなわち、給水装置１０４が備える第１変位機構を作動させる第１電動アクチュエータ、および排水装置１０６が備える第２変位機構を作動させる第２電動アクチュエータとして、共にアクチュエータ１０が用いられる。
【００２８】
先ず、システム１００について説明する。図１に示すように、システム１００は、圃場１０２の水管理を遠隔操作または予め記憶されたプログラムに基づく自動制御などによって行うための圃場用設備であり、給水装置１０４および排水装置１０６が設置される水田などの圃場１０２に適用される。なお、圃場１０２は、畦畔によって複数の耕作区に区画されており、給水装置１０４および排水装置１０６は、各耕作区に対して設置される。
【００２９】
給水装置１０４は、耕作区（圃場１０２）への給水を制御するための装置であって、弁体または仕切体などを含む変位機構（第１変位機構）を有する。この実施例では、給水装置１０４として、一般的に広く普及しているＲ＆Ｒ方式（軸回転に伴い軸が上下動する方式）のアルファルファ形の給水バルブを用いている。
【００３０】
図１および図７を参照して簡単に説明すると、給水装置１０４は、円筒状の弁箱１２０を備える。弁箱１２０の上半部は、ドーム状のキャップ１２２によって覆われており、弁箱１２０の側壁上部には、複数の出水窓１２４が周方向に並ぶように形成される。また、弁箱１２０の上端部には、内周面に雌ねじが形成された軸受１２６が設けられ、この軸受１２６には、キャップ１２２を貫通するように、外周面に雄ねじが形成された弁軸１２８が螺合されている。この弁軸１２８の下端には、下面に止水ゴム１３０ａを有する円板状の弁体１３０が設けられる。また、弁箱１２０内の略中央部には、通水口１３２ａを有する弁座１３２が設けられる。そして、弁軸１２８に対して軸線回りの回転力が加えられると、送りねじ機構によって弁軸１２８および弁体１３０が上下動し、弁座１３２の通水口１３２ａが開閉される。すなわち、この実施例の給水装置１０４は、弁軸（支持棒）１２８の回転に伴い上下動する弁体１３０を含む第１変位機構を備える。
【００３１】
このような給水装置１０４は、たとえば給水桝１０８内に配置され、用水パイプライン１１０または用水路などから分岐する分岐管１１２の下流側端部に取り付けられる。そして、給水装置１０４には、後述する第１アダプタ６０を介してアクチュエータ１０が取り付けられ、このアクチュエータ１０によって給水装置１０４の第１変位機構（弁軸１２８および弁体１３０）が作動される。
【００３２】
一方、排水装置１０６は、圃場１０２からの排水を制御するための装置であって、弁体または仕切体などを含む変位機構（第２変位機構）を有する。この実施例では、排水装置１０６として、水位設定機能を有する落水口を用いている。
【００３３】
図１および図９を参照して簡単に説明すると、排水装置１０６は、短円筒状のゴム製の受枠部材１４０と、受枠部材１４０に嵌入されて、受枠部材１４０によって上下動可能に支持される円筒状の仕切体（堰体）１４２とを備える。この仕切体１４２の上端開口は、
排水口として機能する。そして、仕切体１４２に対して上下方向（軸方向）に力が加えられると、仕切体１４２が上下動して、排水口が任意の高さに調整される。すなわち、この実施例の排水装置１０６は、上下動可能に設けられる仕切体１４２を含む第２変位機構を備える。
【００３４】
このような排水装置１０６は、たとえば排水桝１１４内に配置され、排水路１１６まで延びる排水管１１８の上流側端部に取り付けられる。そして、排水装置１０６には、後述する第２アダプタ７０を介してアクチュエータ１０が取り付けられ、このアクチュエータ１０によって排水装置１０６の第２変位機構（仕切体１４２）が作動される。
【００３５】
なお、図１では、給水装置１０４を圃場１０２の一端側に配置し、排水装置１０６をその反対側に配置しているが、給水装置１０４および排水装置１０６の配置位置は、適宜変更可能である。たとえば、給水装置１０４と排水装置１０６とは、近傍位置に配置されていてもよい。
【００３６】
また、この実施例におけるシステム１００は、複数の耕作区を含むシステムとなっており、各耕作区に設置される給水装置１０４および排水装置１０６のそれぞれに取り付けられるアクチュエータ１０のうち、少なくとも１つのアクチュエータ１０が親機とされ、残りのアクチュエータ１０は子機とされる。親機となるアクチュエータ１０は、インターネット等のネットワークを介して、ユーザが所有するスマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡおよびＰＣのような遠隔操作端末と無線通信可能に接続される。一方、子機となるアクチュエータ１０は、特定小電力無線規格に従った無線通信方法によって、親機と直接、または他の子機を介して親機と無線通信可能に接続されており、親機を経由して、ユーザが所有する遠隔操作端末と無線通信可能に接続される。
【００３７】
なお、この無線通信においては、クラウドコンピューティングを利用するとよい。たとえば、各アクチュエータ１０で取得された情報（弁体の開閉度などの給水装置１０４または排水装置１０６の状態に関する情報、および圃場水位や気温などのセンサ情報など）をクラウドサーバに随時送信して記憶しておく。ユーザは、遠隔操作端末からクラウドサーバにアクセスすることで、各アクチュエータ１０で取得された情報を確認し、遠隔操作端末を用いて各アクチュエータ１０を遠隔操作することで、圃場１０２の水管理を行う。
【００３８】
ただし、システム１００は、必ずしも複数の耕作区に亘るシステムとする必要はなく、システム１００が適用される圃場１０２は、少なくとも１つの給水装置１０４と１つの排水装置１０６とが設置される圃場であればよい。
【００３９】
続いて、アクチュエータ１０の構成について具合的に説明する。図２−図４に示すように、アクチュエータ１０は、硬質ポリ塩化ビニル等の合成樹脂によって形成される本体ケース２０を備える。この本体ケース２０は、円筒状の側壁２２と側壁２２の上端部を封止する天壁２４とを含む。側壁２２の下端部は、段差状に縮径されており、この縮径部分が後述する第１アダプタ６０または第２アダプタ７０の上部開口に嵌入される嵌合部２６となる。本体ケース２０の高さ寸法は、たとえば３００ｍｍであり、本体ケース２０の外径は、たとえば２００ｍｍである。
【００４０】
本体ケース２０の天壁２４上面には、太陽電池パネル２８が取り付けられる。太陽電池パネル２８は、複数の太陽電池セルが強化ガラスおよび封止材などによって方形状にパッケージ化されたものであり、保持体３０によって支持される。保持体３０は、金属または樹脂などによって形成され、たとえば、太陽電池パネル２８の周囲を覆うように設けられる方形枠状のフレーム３０ａと、フレーム３０ａの下面に設けられて、所定角度で屈曲する支持板３０ｂとを備える。
【００４１】
本体ケース２０の内部には、制御盤３２、アンテナ３４、蓄電池３６、モータ３８およびメインギア４０等が収容される。
【００４２】
制御盤３２には、図示は省略するが、ＣＰＵおよびメモリ等を含む制御部、他の機器と無線通信を行うための無線通信部、および主電源などのスイッチ等が配設される。制御部のＣＰＵは、アクチュエータ１０の全体制御を司り、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて、モータ３８等の駆動を制御する。無線通信部は、アンテナ３４を介して、上述のようにユーザが所有する遠隔操作端末および他のアクチュエータ１０等の外部機器と無線通信を行う。
【００４３】
蓄電池３６は、太陽電池パネル２８によって発電された電力を蓄電するものである。モータ３８は、蓄電池３６に蓄えられた電力、つまり太陽電池パネル２８によって発電された電力によって駆動される。このモータ３８の出力軸３８ａの先端部には、小ギア４２が設けられており、メインギア４０は、この小ギア４２と連結されることで、モータ３８からの駆動力を受けて軸線回りに回転する。
【００４４】
この実施例では、モータ３８としてエンコーダ付きのモータが用いられる。モータ３８のエンコーダは、出力軸３８ａの回転方向および回転数に応じたパルス信号を制御部のＣＰＵに出力する。制御部のＣＰＵは、エンコーダから入力されたパルス信号、つまり出力軸３８ａの回転方向および回転数に基づいて、給水装置１０４の弁体１３０または排水装置１０６の仕切体１４２などの位置を算出する。すなわち、エンコーダは、弁体１３０または仕切体１４２などの位置を検出する位置検出部として用いられる。ただし、位置検出部として機能するエンコーダは、必ずしもモータ３８に設けられる必要はなく、エンコーダをメインギア４０に設けて、メインギア４０の回転方向および回転数に基づいて、弁体１３０または仕切体１４２などの位置を算出することもできる。さらに、制御盤３２には、モータ電流値を検出する電流センサ（カレントトランス）等の電流値検出部が設けられており、電流値検出部における検出データは、制御部のＣＰＵに入力される。
【００４５】
メインギア４０は、両ボス型のギアであり、上下方向に延びる円筒状の軸部（ボス部）４０ａと、外周面にギア歯が形成される円板状のギア部４０ｂとを有する。本体ケース２０の側壁２２の下端部には、本体ケース２０の底壁にもなる円板状の第１軸受４４が設けられており、また、第１軸受４４の上方には、複数の支持部４６によって支持される円板状の第２軸受４８が設けられている。そして、メインギア４０の軸部４０ａの両端部は、これら第１軸受４４および第２軸受４８によって回転可能に保持される。
【００４６】
メインギア４０の軸部４０ａには、略円柱状の回転軸５０が挿通される。つまり、回転軸５０は、メインギア４０の軸中心を貫通するように設けられる。この回転軸５０の下端部には、給水装置１０４の弁軸１２８または後述する第２アダプタ７０の連結軸８０の上端部などと回転不可に連結されるカップリング部５０ａが形成される。
【００４７】
また、メインギア４０の軸部４０ａの内周面には、軸方向に沿って延びるキー溝（第１キー溝）４０ｃが形成されると共に、回転軸５０の外周面には、キー溝４０ｃと嵌合される滑りキー（第１滑りキー）５０ｂが軸方向に沿って延びるように形成される。このようなキー溝４０ｃおよび滑りキー５０ｂからなる滑りキー構造を有することによって、回転軸５０は、メインギア４０が回転すると共に回転し、かつメインギア４０の軸部４０ａに対して軸方向に摺動可能となる。
【００４８】
ここで、ギアと共に回転し、かつギアの軸方向に摺動可能となるように回転軸を設ける方法としては、スプライン構造またはセレーション構造を用いることも考えられる。しか
しながら、スプライン構造またはセレーション構造では、回転軸の外周面に軸方向に沿って延びる複数の凹凸を切削加工し、さらに、ギアの軸部の内周面にも複数の凹凸を切削加工する必要があるために、製造コストが高くなる。そこで、この実施例では、上述のようにシンプルな構造の滑りキー構造を採用するようにしている。これによって、製造コストが大幅に低減できるからである。
【００４９】
ただし、回転軸５０は回転しながら上下動する、つまり回転軸５０には捩りの力が作用するので、単に滑りキー構造を採用するだけでは、回転軸５０の回転バランスが悪くなって回転軸５０が適切に作動しなくなる恐れがある。
【００５０】
そこで、この実施例では、メインギア４０のギア部４０ｂの下面と第１軸受４４の上面との間に、第１スラストベアリング５２を設け、メインギア４０のギア部４０ｂの上面と第２軸受４８の下面との間に、第２スラストベアリング５４を設けるようにしている。スラストベアリング５２,５４としては、公知のスラスト玉軸受などを用いるとよい。
【００５１】
このようにスラストベアリング５２,５４を設けることによって、滑りキー構造を採用
しながらも、回転軸５０がバランスよく回転しながら上下動できるようになり、作動時の回転トルク、つまりモータ３８に掛かる負荷を低減できる。これは特に、負荷が最大となる締め付け時（閉動作の最終）において効果を発揮する。したがって、モータ３８の小型化および省電力化（節電）が可能となる。また、回転トルクが低減されることから、メインギア４０、軸受４４,４８および回転軸５０の耐久性も向上する。
【００５２】
すなわち、滑りキー構造とスラストベアリング５２,５４とを組み合わせることによっ
て、製造コストを低減しつつ、回転軸５０をスムーズに作動させることが可能となる。
【００５３】
図５には、この実施例のモータ負荷の低減効果を調べた実験結果を示す。この実験は、回転軸５０に対して下向きの荷重を加えた状態で、モータ３８に１２Ｖの電圧を印加してメインギア４０を回転させ、そのときのモータ電流値（つまり回転トルク）を測定したものである。この回転軸５０に加える下向きの荷重は、アクチュエータ１０を用いて給水バルブ等の閉動作を行ったときに、回転軸５０に作用する力を想定したものである。なお、図５のグラフには、比較例１および比較例２の実験結果を合わせて示す。比較例１は、スラストベアリング５２,５４の代わりにステンレス製のリング（滑り軸受）を設けたもの
であり、それ以外は、アクチュエータ１０と同じ構成の電動アクチュエータである。比較例２は、スラストベアリング５２,５４の代わりにアルミニウム製のリングを設けたもの
であり、それ以外は、アクチュエータ１０と同じ構成の電動アクチュエータである。
【００５４】
図５に示すように、３種の比較では、この実施例のアクチュエータ１０が最も電流値（つまり消費電力）が小さく、効率が良い。また、回転軸５０に加える下向きの荷重を大きくするに従い、実施例と比較例１および２との差が顕著となり、４０ｋｇの荷重を加えた状態では、この実施例の消費電力は、比較例１および２の半分程度となる。すなわち、モータ負荷を低減する効率が大幅に上昇している。したがって、図５に示す実験結果から、スラストベアリング５２,５４によるモータ負荷の低減効果が確認されたと言える。
【００５５】
また、図示は省略するが、圃場１０２には、圃場水位を検出する超音波センサ等の水位センサ、気温を検出する温度センサ、気圧を検出する圧力センサ、土壌水分を検出する水分センサ等のセンサが適宜設けられる。各センサで検出された圃場水位や気温などのセンサ情報は、アクチュエータ１０の制御部に入力される。
【００５６】
次に、図６を参照して、給水装置１０４にアクチュエータ１０を取り付けるための第１アダプタ６０の一例について説明する。図６に示すように、第１アダプタ６０は、円筒部
６２と、円筒部６２の上端部から外方に突出する鍔状の第１接続部６４と、円筒部６２の下端部から内方に突出し、その中央部に通孔６６ａを有する円環板状の第２接続部６６とを含む。第１接続部６４には、周方向に並ぶ複数のボルト孔（図示せず）が形成される。また、第２接続部６６にも、周方向に並ぶ複数のボルト孔（図示せず）が形成される。この第２接続部６６のボルト孔は、周方向に長い長孔としてもよい。
【００５７】
図７に示すように、第１アダプタ６０を用いて給水装置１０４にアクチュエータ１０を取り付けるときには、第１アダプタ６０の円筒部６２に対して本体ケース２０の嵌合部２６が嵌め込まれると共に、第１アダプタ６０の第１接続部６４とアクチュエータ１０の本体ケース２０の底壁とがボルト止めされる。また、第１アダプタ６０の第２接続部６６と給水装置１０４のキャップ１２２および軸受１２６とがボルト止めされる。この際、第２接続部６６に形成されるボルト孔を周方向に長い長孔としておくことによって、第１アダプタ６０およびアクチュエータ１０は、給水装置１０４に対して周方向に角度調整可能となる。さらに、給水装置１０４の弁軸１２８の上端部は、第１アダプタ６０の第２接続部６６に形成される通孔６６ａから上方に突出されて、アクチュエータ１０の回転軸５０のカップリング部５０ａに対して回転不可に連結される。
【００５８】
このようにアクチュエータ１０が取り付けられた給水装置１０４では、たとえば、ユーザが遠隔操作端末を用いてアクチュエータ１０に対して全閉、全開または任意の開度などを示す操作指示（制御信号）を送信すると、アクチュエータ１０の制御部（ＣＰＵ）は、操作指示に応じてモータ３８を駆動させる。このモータ３８の駆動力は、メインギア４０に伝達されて、メインギア４０が回転すると共に、回転軸５０が回転する。これにより、回転軸５０に固定的に連結された弁軸１２８に対して、回転力が付与される。回転力が加えられた弁軸１２８は、自身と軸受１２６との送りねじ機構によって上下動され、弁体１３０が全開位置および全閉位置などに移動される。また、回転軸５０は、弁軸１２８の上下動に伴い、メインギア４０の軸部４０ａを貫通するように上下動する。これによって、上下方向に大きなスペースを要することなく、弁軸１２８の上下動が吸収される。
【００５９】
続いて、図８を参照して、排水装置１０６にアクチュエータ１０を取り付けるための第２アダプタ７０の一例について説明する。上述のように、この実施例における排水装置１０６の仕切体１４２は、上下動可能に設けられているだけであり、それ自体は回転力を受けても上下動しない。このため、アクチュエータ１０の回転軸５０の回転力は、軸方向（上下方向）の力に変換して、排水装置１０６の仕切体１４２に伝達する必要がある。そこで、この第２アダプタ７０については、ねじ機構によって上下動する可動部８２を設けるようにし、この可動部８２を介して回転軸５０と仕切体１４２とを連結するようにしている。
【００６０】
具体的には、図８に示すように、第２アダプタ７０は、第１アダプタ６０と同様に、円筒部７２と、円筒部７２の上端部から外方に突出する鍔状の第１接続部７４と、円筒部７２の下端部から内方に突出し、その中央部に通孔７６ａを有する円環板状の第２接続部７６とを備える。この第２接続部７６に形成するボルト孔は、周方向に長い長孔にしておくとよい。
【００６１】
また、第２接続部７６の通孔７６ａには、円筒状の保持部７８が設けられる。この保持部７８には、アクチュエータ１０の回転軸５０と連結される連結軸８０の上部が回転可能に挿通される。また、連結軸８０の下部８０ａの外周面には、雄ねじが形成され、この連結軸８０の下部８０ａには、内周面に雌ねじが形成された円筒状の可動部８２が螺合されている。この可動部８２には、可動部８２に対して仕切体１４２を連結固定するための固定部８４が設けられる。また、第２接続部７６の下面側には、排水桝１１４の上端部にアクチュエータ１０を載置するための台座８６が設けられる。さらに、可動部８２が連結軸
８０と共に回転（連れ回り）することを防止するための棒状の回り止め部８８が、固定部８４と台座８６とを連結するように設けられる。このような第２アダプタ７０において、連結軸８０に対して軸線回りの回転力が加えられると、送りねじ機構によって可動部８２および固定部８４が上下動する。
【００６２】
図９に示すように、第２アダプタ７０を用いて排水装置１０６にアクチュエータ１０を取り付けるときには、第２アダプタ７０の円筒部７２に対して本体ケース２０の嵌合部２６が嵌め込まれると共に、第２アダプタ７０の第１接続部７４とアクチュエータ１０の本体ケース２０の底壁とがボルト止めされる。また、排水桝１１４の上端部に台座８６が取り付けられると共に、仕切体１４２に対して固定部８４の端部がボルト止めされる。さらに、連結軸８０の上端部は、アクチュエータ１０の回転軸５０のカップリング部５０ａに対して回転不可に連結される。
【００６３】
このようにアクチュエータ１０が取り付けられた排水装置１０６では、たとえば、ユーザが遠隔操作端末を用いてアクチュエータ１０に対して排水口（仕切体１４２の上端開口）の高さ位置を変更する操作指示（制御信号）を送信すると、アクチュエータ１０の制御部（ＣＰＵ）は、操作指示に応じてモータ３８を駆動させる。このモータ３８の駆動力は、メインギア４０に伝達されて、メインギア４０が回転すると共に、回転軸５０が回転する。これにより、回転軸５０に固定的に連結された第２アダプタ７０の連結軸８０に対して、回転力が付与される。連結軸８０に対して軸線回りの回転力が加えられると、連結軸８０と可動部８２との送りねじ機構によって可動部８２が上下動し、これに伴い、可動部８２に連結固定された仕切体１４２が所定の高さ位置に移動される。
【００６４】
以上のように、この実施例によれば、メインギア４０の軸中心を貫通するように回転軸５０を設けているので、アクチュエータ１０を小型化できる。
【００６５】
また、メインギア４０と共に回転しかつメインギア４０の軸方向に摺動可能となるように回転軸５０を設けるための構造として、滑りキー構造と共にスラストベアリング５２,
５４を用いるので、製造コストを低減できる。また、回転軸５０をスムーズに作動させることができるので、モータ３８（延いてはアクチュエータ１０）の小型化および省電力化が可能となる。
【００６６】
さらに、取付アダプタ（第１アダプタ６０および第２アダプタ７０）のみ給水装置１０４および排水装置１０６に合わせたものを用意するだけで、給水装置１０４側と排水装置１０６側とには、同じ構造のアクチュエータ１０を後付けで設置できるので、圃場内水管理の遠隔操作化または自動化を低コストで実現できる。
【００６７】
なお、上述の実施例では、アクチュエータ１０を取り付ける送水制御装置として、Ｒ＆Ｒ方式のアルファルファ形の給水バルブ（給水装置１０４）と、落水口（排水装置１０６）とを例示しているが、これに限定されない。アクチュエータ１０は、玉形弁、仕切弁および水門などの各種の送水制御装置に取り付けることができる。また、弁体または仕切体の変位により送水を制御する変位機構を有する送水制御装置であれば、アクチュエータ１０を取り付ける送水制御装置は、圃場用ものに限定されない。
【００６８】
一例として、図１０には、内ねじ弁棒非上昇式の仕切弁１５０に対してアクチュエータ１０を取り付けた様子を示す。簡単に説明すると、図１０に示す仕切弁１５０は、本管部と立上部とからなる弁箱１５２を備え、この弁箱１５２内には、弁棒（支持棒）１５４の回転によって上下動する円板状の弁体（仕切体）１５６が設けられる。
【００６９】
このような仕切弁１５０にアクチュエータ１０を取り付けるための取付アダプタ２００
としては、上述の第１アダプタ６０と同様のもの、すなわち、円筒部２０２と、円筒部２０２の上端部から外方に突出する鍔状の第１接続部２０４と、円筒部２０２の下端部から内方に突出し、その中央部に通孔する円環板状の第２接続部２０６とを含むものが用いられる。そして、仕切弁１５０の弁棒１５４の上端部に対して、アクチュエータ１０の回転軸５０が回転不可に連結される。アクチュエータ１０の回転軸５０から弁棒１５４に対して回転力が加えられると、弁棒１５４と弁体１５６との送りねじ機構によって弁体１５６が上下動して、弁箱１５２の本管部が開閉される。
【００７０】
なお、図１０では、弁棒１５４が回転しても上下動しないタイプの仕切弁１５０を示しているが、仕切弁は、弁棒の回転に伴って弁棒自体も上下動するタイプ（弁棒上昇式）のものであってもよい。
【００７１】
また、他の一例として、図１１には、圃場の地下水位を設定可能な水位制御器１６０に対してアクチュエータ１０を取り付けた様子を示す。簡単に説明すると、図１１に示す水位制御器１６０は、外筒１６２と、外筒１６２内に設けられ、下端部が地下給水管に接続される内筒（図示せず）とを備える。この内筒には、上下動可能に設けられるスライド管（仕切体）１６４が設けられる。
【００７２】
このような水位制御器１６０にアクチュエータ１０を取り付けるための取付アダプタ２１０としては、上述の第２アダプタ７０と同様のもの、すなわち、円筒部２１２、第１接続部２１４、第２接続部２１６、保持部２１８、連結軸２２０、可動部２２２、固定部２２４、外筒１６２の上端部にアクチュエータ１０を載置するための台座２２６、および内管とスライド管１６４とを摺動可能に連結する回り止め部２２８等を備えるものが用いられる。そして、連結軸２２０および可動部２２２を介して、排水装置１０６のスライド管１６４とアクチュエータ１０の回転軸５０とが連結される。アクチュエータ１０の回転軸５０から連結軸２２０に対して回転力が加えられると、連結軸２２０と可動部２２２との送りねじ機構によって可動部２２２が上下動し、これに伴い、可動部２２２に連結固定されたスライド管１６４が所定の高さ位置に移動される。
【００７３】
以上のように、アクチュエータ１０は、取付アダプタのみ送水制御装置に合わせたものを用意するだけで、既存の様々な送水制御装置に後付けで設置することが可能である。
【００７４】
また、上述の実施例では、メインギア４０の軸部４０ａの内周面にキー溝４０ｃを形成し、回転軸５０の外周面に滑りキー５０ｂを形成したが、この配置は逆であってもよい。つまり、メインギア４０の軸部４０ａの内周面に滑りキーを形成し、回転軸５０の外周面にキー溝を形成してもよい。
【００７５】
さらに、上述の実施例では、１つのキー溝（第１キー溝）４０ｃと滑りキー（第１滑りキー）５０ｂを形成するだけであったが、これと反対側の周方向位置に、もう１つのキー溝（第２キー溝）と滑りキー（第２滑りキー）を形成するようにしてもよい。すなわち、メインギア４０および回転軸５０は、軸を中心として対称位置に配置される２つの滑りキー構造を有していてもよい。このようにメインギア４０および回転軸５０が２つの滑りキー構造を有することで、製造コストは少し高くなるが、回転軸５０の回転バランスがよくなる。したがって、回転軸５０がより安定的に作動（回転しながら上下動）できるようになる。
【００７６】
さらにまた、上述の実施例では、メインギア４０のギア部４０ｂの下面と第１軸受４４の上面との間に、第１スラストベアリング５２を設け、メインギア４０のギア部４０ｂの上面と第２軸受４８の下面との間に、第２スラストベアリング５４を設けたが、これに限定されない。モータ３８の負荷が最大となるのは、締め付け時（閉動作の最終）であり、
この締め付け時に有効的に作用するのは第１スラストベアリング５２である。したがって、第２スラストベアリング５４は必ずしも設けられる必要はない。第２スラストベアリング５４を設けない場合、たとえば、メインギア４０のギア部４０ｂの上面と第２軸受４８の下面との間には、滑り軸受を設けておくこともできる。ただし、第１スラストベアリング５２と共に第２スラストベアリング５４を設けた方が、回転軸５０がより安定的に作動（回転しながら上下動）できる。
【００７７】
また、上述の実施例では、商用電源が確保し難い圃場１０２においてもアクチュエータ１０を適用できるように、太陽電池パネル２８および蓄電池３６を備えるようにしたが、商用電源を使用できる環境に設置される場合には、必ずしも太陽電池パネル２８および蓄電池３６を備える必要はない。
【００７８】
さらに、上述の図８に示す取付アダプタ（第２アダプタ７０）においては、送りねじ機構を設けるに際して、雌ねじ側を可動部として上下動させるようにしたが、雄ねじ側（連結軸側）を可動部として上下動させるようにして、この連結軸（可動部）によって回転軸５０と仕切体１４２等とを連結することもできる。
【００７９】
さらにまた、上述の実施例では、本体ケース２０の天壁２４上面に、フレーム３０ａと支持板３０ｂとを備える保持体３０を介して、太陽電池パネル２８を取り付けるようにしたが、保持体３０の形状ないし構成は適宜変更可能である。
【００８０】
なお、この発明で言うスラストベアリング（スラスト軸受）には、スラスト荷重を主に受けるスラスト荷重専用の軸受以外にも、ラジアル荷重用途であるが、スラスト力も受けることができる、つまりスラスト力を受けながら回転を滑らかにする（回転抵抗を下げる）ことができる軸受を含むものとする。たとえば、第１スラストベアリング５２および第２スラストベアリング５４としては、深溝玉軸受および円錐ころ軸受などを用いることもできる。
【００８１】
また、上で挙げた寸法などの具体的数値および具体的形状などは、いずれも単なる一例であり、製品の仕様などの必要に応じて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  …電動アクチュエータ
２０  …本体ケース
２８  …太陽電池パネル
３２  …制御盤（制御部）
３４  …アンテナ
３６  …蓄電池
３８  …モータ
４０  …メインギア（ギア）
４０ｃ  …キー溝（第１キー溝）
４４,４８  …軸受
５０  …回転軸
５０ｂ  …滑りキー（第１滑りキー）
５２  …第１スラストベアリング
５４  …第２スラストベアリング
１００  …圃場用給排水システム
１０２  …圃場
１０４  …給水装置（送水制御装置）
１０６  …排水装置（送水制御装置）
【図１】
2020058373.tif 000003
【図２】
2020058373.tif 000004
【図３】
2020058373.tif 000005
【図４】
2020058373.tif 000006
【図５】
2020058373.tif 000007
【図６】
2020058373.tif 000008
【図７】
2020058373.tif 000009
【図８】
2020058373.tif 000010
【図９】
2020058373.tif 000011
【図１０】
2020058373.tif 000012
【図１１】
2020058373.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月23日(2019.12.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明の他の目的は、小型化が可能な、電動アクチュエータを提供することである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第１の発明は、弁体または仕切体の変位により送水を制御する変位機構を有し、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための給水装置または排水装置である送水制御装置に対し送水制御装置に対応したアダプタを介して取り付けられて、変位機構を作動させる電動アクチュエータであって、本体ケース、本体ケース内に設けられるモータ、本体ケース内に設けられ、モータの駆動を制御する制御部、上下方向に延びる円筒状の軸部と円板状のギア部とを有し、モータからの駆動力によって回転するギア、軸部の両端部において当該軸部を回転可能に保持する軸受、軸部を貫通するように設けられる回転軸、および回転軸の下端部に設けられ、送水制御装置の軸またはアダプタの連結軸の上端部と回転不可に連結されて回転力を伝達するカップリング部を備え、回転軸は、ギアが回転すると共に回転し、送水制御装置の軸またはアダプタの連結軸の上下動に伴ってギアの軸方向に摺動可能である、電動アクチュエータである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第１の発明では、電動アクチュエータは、本体ケース、モータ、制御部、ギア、軸受および回転軸などを備え、給水バルブ等の送水制御装置にアダプタを介して取り付けられて、送水制御装置が有する変位機構を作動させる。ギアは、上下方向に延びる円筒状の軸部と円板状のギア部とを有し、ギアの軸部の両端部は、軸受によって回転可能に保持される。また、回転軸は、ギアの軸部を貫通するように設けられており、回転軸の下端部には、送水制御装置の軸またはアダプタの連結軸の上端部と回転不可に連結されて回転力を伝達するカップリング部が設けられる。また、回転軸は、ギアが回転すると共に回転し、送水制御装置の軸またはアダプタの連結軸の上下動に伴ってギアの軸部に対して軸方向に摺動可能である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
第２の発明は、第１の発明に従属し、軸に回転力を受けることで上下動する弁体または仕切体を備える第１送水制御装置に電動アクチュエータを取り付けるための第１アダプタ、または、上下方向の力を受けることで上下動する弁体または仕切体を備える第２送水制御装置に電動アクチュエータを取り付けるための第２アダプタのどちらも装着可能である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、本体ケースに取り付けられる太陽電池パネル、および本体ケース内に設けられ、太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第３の発明では、電動アクチュエータは、本体ケースに取り付けられる太陽電池パネルと、太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
第３の発明によれば、商用電源が確保し難い圃場においても、電動アクチュエータを適用可能となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
この発明によれば、ギアの軸部を貫通するように回転軸を設けたので、電動アクチュエータを小型化できる。また、ギアと共に回転しかつギアの軸方向に摺動可能となるように回転軸を設けたので、取付アダプタのみ送水制御装置に合わせたものを用意するだけで、様々な形式の送水制御装置に電動アクチュエータを後付けで取り付けることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体または仕切体の変位により送水を制御する変位機構を有し、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための給水装置または排水装置である送水制御装置に対し前記送水制御装置に対応したアダプタを介して取り付けられて、前記変位機構を作動させる電動アクチュエータであって、
本体ケース、
前記本体ケース内に設けられるモータ、
前記本体ケース内に設けられ、前記モータの駆動を制御する制御部、
上下方向に延びる円筒状の軸部と円板状のギア部とを有し、前記モータからの駆動力によって回転するギア、
前記軸部の両端部において当該軸部を回転可能に保持する軸受、
前記軸部を貫通するように設けられる回転軸、および
前記回転軸の下端部に設けられ、前記送水制御装置の軸または前記アダプタの連結軸の上端部と回転不可に連結されて回転力を伝達するカップリング部を備え、
前記回転軸は、前記ギアが回転すると共に回転し、前記送水制御装置の軸または前記アダプタの連結軸の上下動に伴って前記ギアの軸方向に摺動可能である、電動アクチュエータ。
【請求項２】
軸に回転力を受けることで上下動する弁体または仕切体を備える第１送水制御装置に前記電動アクチュエータを取り付けるための第１アダプタ、または、上下方向の力を受けることで上下動する弁体または仕切体を備える第２送水制御装置に前記電動アクチュエータを取り付けるための第２アダプタのどちらも装着可能である、請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記本体ケースに取り付けられる太陽電池パネル、および
前記本体ケース内に設けられ、前記太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備える、請求項１または２記載の電動アクチュエータ。