(57)【要約】      （修正有）【課題】励磁作動型電磁ブレーキの回転軸に、一方向回転クラッチを内設した外周にギヤを形成したフライホイールが取り付けられ、該歯部にフライホイールがフリー状態時（ゼンマイバネを巻き込み時）に、粘性抵抗などの影響で回転するのを阻止する一方向回転クラッチを内設したギヤを噛合させる構成と回転時にフライホイールの歯部による空気抵抗と外部に噛合したギヤのフライホイール効果により、出力軸の回転速度を減衰させることができるバルブアクチュエータを提供する。【解決手段】前記励磁作動型電磁ブレーキの回転軸に、一方向回転クラッチを内設した外周にギヤを形成したフライホイールと該歯部と噛合する一方向回転クラッチを内設したギヤを取り付けた。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動によりバルブを開放する際にゼンマイバネを巻き込んでおき、非常時に該ゼンマイバネの復元力によってバルブを閉鎖するようにし、且つ、通電時に該ゼンマイバネの巻き戻りを阻止し、非通電時にゼンマイバネの巻き戻しの阻止作用を解除する励磁作動型電磁ブレーキを設けたバルブ用アクチュエータにおいて、前記励磁作動型電磁ブレーキの回転軸に、一方向回転クラッチを内設した外周にギヤを形成したフライホイールを取り付け、該歯部と噛合する一方向回転クラッチを内設したギヤを取り付けたことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
【請求項２】
駆動部を収納するケーシング１１から突出するバルブＶのステムに連結される出力軸２を無励磁作動型電磁ブレーキ付きの可逆回転モータ３の駆動により、正逆９０°回転させてバルブを開閉するようにしたバルブ用アクチュエータ１であって、前記無励磁作動型電磁ブレーキが作動しモータ３の駆動により出力軸２と無関係に回転するインターナルギヤ５を回転軸６に枢支し、同インターナルギヤの内歯５２と該回転軸６に固定された第１制御ギヤの歯部７１とに共通して噛合する複数の遊星ギヤ８を配置、同遊星ギヤを回転軸６に枢支された第２制御ギヤ９にそれぞれピン８１にて枢支し、該ギヤ９に噛合するギヤ９１を前記出力軸２に固定すると共に、前記回転軸６には回転軸６の回転により巻かれるゼンマイバネ１０を設け、巻き込み完了後の通電時に該ゼンマイバネの回転軸６の回転を阻止し、非通電時に前記ゼンマイバネ１０の回転軸６の回転阻止作用を解除する励磁作動型電磁ブレーキ２０を前記ゼンマイバネ１０の回転軸６に歯車結合したアクチュエータにおいて、該励磁作動型電磁ブレーキ２０の回転軸２０１に、一方向回転クラッチ２０２を内設した外周にギヤ３０１を形成したフライホイール３０と該ギヤ３０１と噛合するピン２０１ａに枢支した一方向回転クラッチ２０２ａを内設したギヤ３０ａを取り付けたことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、モータの駆動によりバルブを開放する際にゼンマイバネを巻き込んでおき、非常時に該ゼンマイバネの復元力によってバルブを閉鎖するように構成したバルブ用アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来から、モータの駆動によりバルブを開放する際にゼンマイバネを巻き込んでおき、停電等の通電障害時にゼンマイバネの復元力によってバルブを閉鎖するように構成し、通電時に該ゼンマイバネの巻き戻りを阻止し、非通電時にゼンマイバネの巻き戻りの阻止作用を解除する該励磁作動型電磁ブレーキを設けたバルブ用アクチュエータはあった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  従来型のバルブ用アクチュエータにあっては、バルブの開放時にゼンマイバネを巻き込んだ後、ゼンマイバネの巻き戻りを阻止する手段として、該ゼンマイバネの回転軸に連結されている励磁作動型電磁ブレーキに通電し、該ブレーキをロックさせる機構を採用し、停電等の通電障害が発生すると、自動的に励磁作動型電磁ブレーキへの通電が絶たれ、該ブレーキによるゼンマイバネの巻き戻り阻止作用が解除されてバルブは自動的に閉鎖する構造のものであった。
【０００４】  然しながら、ゼンマイバネの巻き戻り阻止作用が解除されてバルブは自動的に閉鎖するときに、ゼンマイバネは略定加速度運動をするため、バルブが全閉位置付近で出力軸の回転速度が高速になりがちであり、バルブが全閉位置になったときに出力軸の回転を停止させるストッパーに衝突する際の衝撃は極めて大きくアクチュエータに内蔵されるギヤ群やそれぞれのギヤを枢支するボールベアリングが損傷するなどの問題があった。
【０００５】  そこで、この問題を解消するため、電磁ブレーキの回転軸にフライホイールを取り付け、フライホイールのフライホイール効果によってゼンマイバネの力を減じることなく、出力軸の９０°作動範囲間の加速度を小さくするようにしている。
【０００６】  然しながら、フライホイールのフライホイール効果を高めるためには、フライホイールの径方向のサイズを大きくするか、フライホイールの厚みを大きくして重量増加を図る必要があるが、前者の場合、充分なフライホイールのフライホイール効果を得るフライホイールの径を極めて大きなものとする必要があり、アクチュエータのケーシングを大きくしなければならないという問題があり、また、後者の場合は、フライホイールの重量の影響でゼンマイバネの加速力を減じたり、アクチュエータの重量が重くなるという問題がある。
【０００７】  また、電磁ブレーキの回転軸にフライホイールを取り付ける構成において、ゼンマイバネの巻き込み完了後、ゼンマイバネの巻き戻りを阻止するために電磁ブレーキに通電して回転軸のロックを必要とするが、通電開始時、電磁ブレーキ摩擦板損傷回避などのために回転軸は回転停止状態が要求され、電磁ブレーキの回転軸とフライホイールの間に一方向回転クラッチを介在させる。
【０００８】  然しながら、ゼンマイバネの巻き込み時、電磁ブレーキの回転軸とフライホイールは、一方向回転クラッチが開放されフリーの状態となるが、一方向回転クラッチに充填された潤滑剤による粘性抵抗により、フライホイールに回転力が発生しフライホイール効果により高速回転となり、電磁ブレーキへの、通電開始時、回転軸の回転停止状態はクリアできない問題がある。
【０００９】  そこで、この問題を解消するため、更に一方向回転クラッチを内設したギヤをフライホイールの歯車に噛合させ、粘性抵抗によるフライホイールの回転をギヤの一方向回転クラッチがロックする方向に配置し、フライホイールの回転を阻止し電磁ブレーキの回転軸を静止状態にする。
【発明の目的】
【００１０】  本発明は、上記問題点を解決するために、励磁作動型電磁ブレーキの回転軸に取り付けられる一方向回転クラッチを内設した外周にギヤを形成したフライホイールと、そのギヤと噛合する一方向回転クラッチを内設したギヤとにより、フライホイール空転時の粘性抵抗による回転を抑え、加えてフライホイールの回転時に歯部の空気抵抗による回転速度を減衰できるバルブ用アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明に係るバルブ用アクチュエータは、モータの駆動によりバルブを開放する際にゼンマイバネを巻き込んでおき、非常時に該ゼンマイバネの復元力によってバルブを閉鎖するように構成し、且つ、通電時にゼンマイバネの巻き戻りを阻止し、非通電時にゼンマイバネの巻き戻りの阻止作用を解除する励磁作動型電磁ブレーキを設けたバルブ用アクチュエータにおいて、前記励磁作動型電磁ブレーキの回転軸に、一方向回転クラッチを内設した外周にギヤを形成したフライホイールを取り付け、そのギヤと噛合するピンに枢支した一方向回転クラッチを内設したギヤを外部に取り付けたことを特徴とする。
【発明の作用】
【００１２】  ゼンマイバネの巻き込みのとき、励磁作動型電磁ブレーキの回転軸が巻き込み方向に回転し、フライホイールと連結している一方向回転クラッチは開放されるがクラッチに充填されている粘性抵抗による回転力を、フライホイールのギヤと噛合するギヤの一方向回転クラッチがロックする方向となるよう配置し、結果としてその回転力を阻止し、巻き戻りのときは、上記とは逆に励磁作動型電磁ブレーキの回転軸が巻き戻り方向に回転し、フライホイールと連結している一方向回転クラッチはロックしフライホイールが回転し始め、フライホイールのギヤと噛合するギヤの一方向回転クラッチは開放されてギヤも連動して回転し、フライホイールは徐々に回転速度が上昇し、ある回転速度以上になるとフライホイールおよび歯車の歯が空気抵抗を受けて回転速度が減衰する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  本発明の実施の形態を図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明アクチュエータをバルブに取り付けた状態を表す側面図、図２はアクチュエータの内部構造を表す断面図、図３は、同要部の拡大断面図、図４は、フライホイール部と歯車部を表す上面図、図５は、出力軸の回転角度と角速度の関係を表すグラフ、図６は、同アクチュエータの他の実施例を表した概略説明図である。
【００１４】  １は、本発明のバルブ用アクチュエータであって、駆動部を収納し、保護するケーシング１１に適宜支持され、ケーシング１１の下端から突出する出力軸２がバルブＶのステムにカップリングを介して一直線上に接続されている。
【００１５】  ３は、上記出力軸２をバルブＶが開閉する方向に回転させる可逆回転モータである。
【００１６】  ４は、前記モータ３のロータと直結のギヤに噛合するギヤで、上記出力軸２に出力軸２の回転とは無関係に枢支され、ギヤ４と一体の小径のギヤ４１に後述するインターナルギヤの外歯が噛合している。
【００１７】  ５は、前記ギヤ４１に噛合する外歯５１と内歯５２を有するインターナルギヤで、後述するゼンマイバネを巻くための回転軸６に枢支されている。
【００１８】  ７は、前記回転軸６に固定された第１制御ギヤで、後述する第２制御ギヤとで出力軸２の回転と回転軸６の回転を制御する。
【００１９】  ８は、前記インターナルギヤの内歯５２と前記第１制御ギヤの歯部７１に共通して噛合する遊星ギヤで、回転軸６の下方に枢支された第２制御ギヤ９のフランジ部にそれぞれピン８１にて枢支されており、第２制御ギヤ９は前記出力軸２に固定されたギヤ９１に噛合している。
【００２０】  １０は、内端が前記回転軸６に固定され、外端がケーシング１１の一部に固定されるゼンマイバネで、回転軸６の回転により巻かれるようになっている。
【００２１】  ２０は前記回転軸６の回転を制御する励磁作動型電磁ブレーキで、回転軸６に固定のギヤを含む減速ギヤ群によって連結されている。
【００２２】  ３０は、前記励磁作動型電磁ブレーキ２０の回転軸２０１に一方向回転クラッチ２０２を介して取り付けられるフライホイールで、その外周にはギヤ３０１が形成されている。
【００２３】  ３０ａは、前記フライホイール３０のギヤ３０１に噛合するピン２０１ａに枢支される一方向回転クラッチ２０２ａを介したギヤで、上記ピン２０１ａは前記励磁作動型電磁ブレーキ２０の一部に固定される。
【００２４】  図２において、２ａは前記出力軸２に固定されたカムで、ケーシング１１の一部に固定されたストッパー２ｂによって出力軸２の回転が規制されるようになっている。
【００２５】  図２のＬＳ１、ＬＳ２は、出力軸２に固定のカム（図示せず）によってＯＮ、ＯＦＦするマイクロスイッチで、バルブＶの開閉状態を検知してモータ３への通電制御を行う。
【００２６】  また、ＬＳＲは、回転軸６に固定のカム（図示せず）によってＯＮ、ＯＦＦするマイクロスイッチで、ゼンマイバネ１０が巻かれているか否かを検知する作用をする。
【００２７】  次に、本発明の上記構成に従い、図示する実施例について本発明のアクチュエータの作用並びに効果について砕いて気に説明する。
【００２８】  ゼンマイバネが巻かれている状態で、且つ、バルブＶが閉鎖している非通電状態において、モータ３にバルブＶが開放する方向に通電すると、リレーＲ１が励磁して接点Ｒ１−１がＯＮとなってモータ３の回転を阻止している無励磁作動型電磁ブレーキの回転阻止作用が解除され、モータ３のロータの回転によりギヤ４が回転し、該ギヤ４に外歯５１が噛合するインターナルギヤ５が回転軸６と無関係に回転する。
【００２９】  このとき回転軸６は、励磁作動型電磁ブレーキ２０によって固定状態であるので、同回転軸６に固定された第１ギヤ７に噛合する遊星ギヤ８は自転できない状態になっているので、遊星ギヤ８は第１ギヤ７の周りを公転することになる。
【００３０】  遊星ギヤ８の公転によって第２制御ギヤ９が回転して、この第２制御ギヤ９に噛合する前記出力軸２に固定される大径のギヤ９１が回転し、出力軸２が回転してバルブＶは開放方向に回転する。
【００３１】  バルブＶが全開放したとき、マイクロスイッチＬＳ１がこの状態を検知してモータ３への通電を遮断し、モータ３は回転を停止してバルブＶは全開状態を保持する。
【００３２】  上述のようにゼンマイバネ１０の蓄圧状態つまり回転軸６の固定状態にあっては、モータ３の回転力は全て遊星ギヤ８を介して第２制御ギヤ９に伝達されることになるので、バルブの開放状態においてスイッチを切り換えてモータ３を逆回転させると、全てのギヤが前述の回転方向とは逆方向に回転してバルブＶは閉鎖し、バルブＶが全閉鎖したとき、マイクロスイッチＬＳ２がこの状態を検知してモータ３への通電を遮断し、モータ３は回転を停止してバルブＶは全閉鎖状態を保持する。
【００３３】  以後、モータ３の正、逆回転により、バルブＶはゼンマイバネ１０の蓄圧状態のまま開閉動作するものである。
【００３４】  バルブＶの開放状態において、地震などの災害が発生してメイン電源が停電したときは全て非通電状態であるので、ゼンマイバネ１０を制御する励磁作動型電磁ブレーキ２０は回転軸６のロックを解除する。
【００３５】  上記回転軸６のロック解除により、ゼンマイバネ１０は巻き戻され回転軸６はその復元力によって回転し始めるが、非通電には無励磁作動型電磁ブレーキ３１がモータ３の回転を阻止しているので、上記インターナルギヤ５は回転が阻止されて固定状態にあるため、第１制御ギヤ７の回転により遊星ギヤ８は、インターナルギヤ５の内歯５２に噛み合いながら遊星回転し、第２制御ギヤ９が回転してバルブＶは閉鎖する。
【００３６】  図４のようにゼンマイバネ１０の復元力によって回転軸６が回転し始めるとき、回転軸６から減速ギヤ群によって連結されている励磁作動型電磁ブレーキ２０の回転軸２０１が矢印Ｂ方向に回転し、フライホイール３０と連結している一方向回転クラッチ２０２はロックし連動してフライホイール３０が回転し始め、そのフライホイール３０のギヤ３０１と噛合するギヤ３０ａの一方向回転クラッチ２０２ａは開放（矢印Ｄ方向）されてギヤ３０ａも連動して回転する。
【００３７】  上記と逆動作の巻き付け時のフライホイール部の動作は、励磁作動型電磁ブレーキ２０の回転軸２０１が矢印Ａ方向に回転し、一方向回転クラッチ２０２は開放され、回転軸６の回転からフライホイール３０はフリー状態となり、且つ、そのフライホイール３０のギヤ３０１と噛合するギヤ３０ａの一方向回転クラッチ２０２ａはロック（矢印Ｃ方向）されてギヤ３０ａは不回転となり、フライホイール３０の回転は規制される。
【００３８】  ゼンマイバネ１０の巻き戻しによって回転軸６が回転し始めるときには、図５グラフのように出力軸２の角速度はフライホイール３０がない状態Ｊｏの角速度よりもフライホイール効果によってＪ１のように小さくなるが、フライホイール３０の外周にギヤ３０１が形成されているので、このギヤ３０１が空気抵抗を受け、回転数が増えるほど空気抵抗が加速度的に増加して出力軸２の回転速度が減衰し、バルブＶが９０°回転即ち閉鎖する直前にＪ１ａの状態となって極めて大きな径のフライホイールを取り付けた場合と同じ減衰効果が得られたが、更にフライホイール３０の外周にギヤ３０１と噛合したギヤ３０ａを組み合わせたことにより更なる大きな減衰効果Ｊ１ｂを得られた。
【００３９】  ゼンマイバネ１０が巻き戻されると、マイクロスイッチＬＳＲがＯＦＦとなり、励磁作動型電磁ブレーキ２０もロック解除状態を継続とし、仮に通電障害の解消後も同様にロック解除状態とする。
【００４０】  励磁作動型電磁ブレーキ２０がロック解除状態で、バルブが閉鎖する方向となるようモータ３に通電する。
【００４１】  モータ３がバルブを閉鎖する方向に回転しようとするとき、出力軸２はカム２ａがストッパー２ｂに当接してその方向への回転を阻止しており、その出力軸２に固定されるギヤ９１に噛合する第２制御ギヤ９は固定状態となっている。
【００４２】  従って、モータ３の回転はギヤ４、４１からインターナルギヤ５に伝達され、内歯５１に噛合する遊星ギヤ８が回転する。
【００４３】  遊星ギヤ８が枢支される第２制御ギヤ９は、前述のように固定状態となっているので、公転せず、自転して遊星ギヤ８が噛合するギヤ７が回転し、ギヤ７が固定される回転軸６がゼンマイバネ１０を巻き込む方向に回転する。
【００４４】  ゼンマイバネ１０が充分巻き込まれると、マイクロスイッチＬＳＲがゼンマイバネの巻き込み完了を検知してその接点をＯＮとし、モータ３の回転が停止すると同時に励磁作動型電磁ブレーキ２０がロック状態になって、ゼンマイバネ１０が蓄圧状態に保持される。
【００４５】  上述の実施例は、緊急時にバルブを閉鎖させ、ゼンマイバネ１０の巻き込みについての説明であるが、緊急時にバルブを開放させたい場合は、バルブの開放時にゼンマイバネが巻かれるようにアクチュエータの構造を変更要とする。
【００４６】  尚、本実施例にあっては、特公平３−１４１０７号公報に記載されるバルブ用アクチュエータの構造のものを採用したが、励磁作動型電磁ブレーキ付きのモータを採用し、図６に記載されるようなバルブを開放するときにゼンマイバネを同時に巻き込むようにしたバルブ用アクチュエータであっても同様な効果が得られる。
【発明の効果】
【００４７】  本発明に係るバルブ用アクチュエータによれば、モータの駆動によりバルブを開放する際にゼンマイバネを巻き込んでおき、非常時に該ゼンマイバネの復元力によってバルブを閉鎖するように構成し、且つ、通電時に該ゼンマイバネの巻き戻りを阻止し、悲通電時にゼンマイバネの巻き戻りの阻止作用を解除する励磁作動型電磁ブレーキを設けたバルブ用アクチュエータにおいて、前記励磁作動型電磁ブレーキの回転軸に、一方向回転クラッチを介して外周にギヤを形成したフライホイールを取り付け、そのフライホイールの歯部と噛合する一方向回転クラッチを介したギヤを配置した構造で、ゼンマイバネの巻き込み時、その回転軸とフライホイール間の一方向回転クラッチはフリー状態にするが、クラッチに充填されている粘性抵抗によりフライホイールに回転力が生じ、巻き込み完了直前では高速回転となり、該ブレーキを作動させるとき、該ブレーキのアーマチュアの連結に重大な障害が生じ、その対策としてフライホイールのフリー状態時にフライホイールに噛み合うギヤの一方向回転クラッチがロックするようにして、粘性抵抗によるフライホイールの回転を規制して該ブレーキの連結障害を回避することができ、加えてフライホイールの回転時に歯部の空気抵抗により回転速度をより減衰させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクチュエータをバルブに取り付けた状態を表す側面図である。
【図２】アクチュエータの内部構造を表す断面図である。
【図３】同アクチュエータの要部の拡大断面図である。
【図４】フライホイール部の概略説明図である。
【図５】出力軸の回転角度と角速度の関係を表すグラフである。
【図６】同アクチュエータの他の実施例を表す概略説明図である。
【符号の説明】１    アクチュエータ      ５１    外歯                Ｖ      バルブ
２    出力軸              ５２    内歯                ＬＳ１  マイクロスイッチ
３    モータ              ７１    歯部                ＬＳ２  マイクロスイッチ
４    ギヤ                ８１    ピン                ＬＳＲ  マイクロスイッチ
５    インターナルギヤ    ９１    ギヤ
６    回転軸              ２０１  回転軸
７    第１制御ギヤ        ２０２  一方向回転クラッチ
８    遊星ギヤ            ３０１  ギヤ
９    第２制御ギヤ        ２ａ    カム
１０  ゼンマイバネ        ２ｂ    ストッパー
１１  ケーシング
２０  励磁作動型電磁ブレーキ    ３０ａ  ギヤ
３０  フライホイール            ２０１ａピン
３１  無励磁作動型電磁ブレーキ  ２０２ａ一方向回転クラッチ
４１  ギヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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