(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁を開閉させるための電動バルブアクチュエータにおいて、
ダイレクトドライブモータと、
前記ダイレクトドライブモータの回転軸に連結され、当該回転軸の回転を前記弁の移動動作に変換する動作変換機構と、
前記弁の開閉を手動で実行する手動モードと、前記弁の開閉を前記ダイレクトドライブモータの駆動で実行する電動モードとを切り換える切替部材と、
前記手動モードにおいては前記ダイレクトドライブモータの回転軸とハンドホイールとを連結するとともに、前記電動モードにおいては前記ダイレクトドライブモータの回転軸と前記ハンドホイールとの連結を解除するクラッチ機構と、
前記切替部材が前記手動モード側に切り換えられたときに、前記ダイレクトドライブモータの回転を防止するインターロックスイッチと、
を備え、
前記切替部材は、前記クラッチ機構に連結された切替ハンドルであり、
前記電動モードから前記手動モードへの切替は、前記切替ハンドルを回転させて前記ダイレクトドライブモータの回転軸と前記ハンドホイールとを連結することにより実行され、
前記手動モードから前記電動モードへの切替は、モータの駆動により前記ダイレクトドライブモータの回転軸と前記ハンドホイールとの連結を解除することにより実行されることを特徴とする電動バルブアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動バルブアクチュエータにおいて、
前記動作変換機構は、前記ダイレクトドライブモータの回転軸の回転を前記弁の往復移動に変換するネジ機構である電動バルブアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、弁を開閉させるための電動バルブアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント等においては、配管の各部にバルブが使用される。そして、システムの自動化を図るために、このようなバルブに対して電動バルブアクチュエータが使用される。このような電動バルブアクチュエータは、弁を全開位置と閉止位置の間で移動させるためのモータと、このモータの動作をバルブの移動動作に変換するための動作変換機構とを備えている。
【０００３】
ところで、このような弁を手動で開閉する必要が生ずる場合がある。このとき、従来の電動バルブアクチュエータにおいては、モータの回転力を弁の開閉駆動に適したものとするため、モータの回転軸を減速器を介してモータの動作をバルブの移動動作に変換するための動作変換機構と連結することにより、低速、高トルクの出力を得ている。このため、弁を手動で操作するためにその出力軸をハンドホイール等で操作した場合には、この出力軸の回転に伴って、モータのロータが高速で回転することになる。従って、ハンドホイール等を回転させるために、極めて大きな力が必要となる。また、減速器の一部にウォームギアが使用されている場合には、ウォームギアのセルフロック作用により、ハンドホイールによる操作がおこなえないという問題も生ずる。
【０００４】
このため、従来の電動バルブアクチュエータにおいては、モータの回転軸と減速器との間にクラッチ機構を設けることにより、ハンドホイールを使用して弁を手動で開閉する場合に、モータの回転軸と減速器との間の駆動伝達力を遮断するようにしている。そして、このクラッチ機構としては、滑りキーやスプラインを備えたものが使用されている。
【０００５】
また、特許文献１には、遊星歯車機構の特性を利用することにより、モータの駆動軸による回転力を動作変換機構に伝達するようにした弁駆動用アクチュエータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３１３３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、モータの回転軸と減速器との間にクラッチ機構を設けた場合においては、クラッチ機構における滑りキーやスプラインの滑りが悪く、大きな力でクラッチ機構を操作しないと、クラッチ機構の切り離し操作ができないという問題がある。特に、モータによる大きな力でクラッチを閉動作させた場合、滑りキーの面圧が滑り可能な範囲を超えてしまい、クラッチの切り離し操作が困難となる場合がある。
【０００８】
また、滑りキーやスプラインには、バックラッシュとも呼称される一定の遊びが存在するため、円滑な逆転操作がおこなえないという問題も生ずる。
【０００９】
一方、上述した特許文献１に記載された弁駆動用アクチュエータを使用した場合には、このような問題は生じないが、遊星歯車を使用することから、装置のコストが高くなるという問題がある。
【００１０】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成でありながら、クラッチ機構を使用することなくモータの回転軸と動作変換機構とを直結することができ、モータによる電動操作と手動操作を好適に切替可能な電動バルブ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】
請求項１に記載の発明は、弁を開閉させるための電動バルブアクチュエータにおいて、ダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータの回転軸に連結され、当該回転軸の回転を前記弁の移動動作に変換する動作変換機構と、前記弁の開閉を手動で実行する手動モードと、前記弁の開閉を前記ダイレクトドライブモータの駆動で実行する電動モードとを切り換える切替部材と、前記手動モードにおいては前記ダイレクトドライブモータの回転軸とハンドホイールとを連結するとともに、前記電動モードにおいては前記ダイレクトドライブモータの回転軸と前記ハンドホイールとの連結を解除するクラッチ機構と、前記切替部材が前記手動モード側に切り換えられたときに、前記ダイレクトドライブモータの回転を防止するインターロックスイッチと、を備え、前記切替部材は、前記クラッチ機構に連結された切替ハンドルであり、前記電動モードから前記手動モードへの切替は、前記切替ハンドルを回転させて前記ダイレクトドライブモータの回転軸と前記ハンドホイールとを連結することにより実行され、前記手動モードから前記電動モードへの切替は、モータの駆動により前記ダイレクトドライブモータの回転軸と前記ハンドホイールとの連結を解除することにより実行されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記動作変換機構は、前記ダイレクトドライブモータの回転軸の回転を前記弁の往復移動に変換するネジ機構である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、簡易な構成でありながら、ダイレクトドライブモータの回転軸と動作変換機構とを直結してダイレクトドライブモータによる電動操作と手動操作を好適に切り換えることが可能となる。このとき。従来のようにクラッチ機構を設ける必要がないことから、遊びの影響による逆転時のショック等を防止することができ、円滑な逆転操作が可能となる。さらに、遊星ギア等の高価な部品を使用する必要がない。
【００１４】
また、手動モードにおいてはダイレクトドライブモータの回転軸をハンドホイールにより容易に操作することができ、また、電動モードにおいてはハンドホイールの回転を防止することが可能となる。
【００１５】
さらに、電動モードから手動モードへの切替は実際に手動操作を行うオペレータにより切替ハンドルを回転させて行うとともに、手動モードから電動モードへの切替はモータの駆動により行うことができる。このため、遠隔操作が必要となる手動モードから電動モードへの切替はモータを利用して実行することができ、一方、遠隔操作で行う必要のない電動モードから手動モードへの切替は、オペレータの操作により実行することとなる。これにより、装置の安全性を高めることが可能となる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、ダイレクトモータの駆動の場合においても、手動の場合においても、ダイレクトドライブモータの回転軸の回転を前記弁の往復移動に好適に変換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明に係る電動バルブアクチュエータの構成を概念的に示す概要図である。
【図２】操作部１８の正面図である。
【図３】この発明に係る電動バルブアクチュエータにおける電動モードと手動モードの切替動作を概念的に示す概要図である。
【図４】この発明に係る電動バルブアクチュエータの一部を断面で示す正面図である。
【図５】この発明に係る電動バルブアクチュエータのそのクラッチ機構１７付近の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る電動バルブアクチュエータの構成を概念的に示す概要図である。
【００１９】
この電動バルブアクチュエータは、弁１１を全開位置と閉止位置の間で移動させるためのものであり、ダイレクトドライブモータ１２と、このダイレクトドライブモータ１２の動作を入力するための操作部１８と、ダイレクトドライブモータ１２を駆動制御するドライバー２４と、操作部１８からの操作信号に基づいてドライバー２４に制御信号を送信するコンピュータからなる制御部２５とを備える。制御部２５は、端子ブロック１９を介して、遠隔操作を実行するための操作盤２６と接続されている。また、ドライバー２４は、端子ブロック１９を介して、電源２７と接続されている。
【００２０】
ダイレクトドライブモータ１２により回転駆動される回転軸１３の一端は、レゾルバ１４を介して、ネジ機構を利用した動作変換機構であるドライブスリーブ１５と接続されている。このため、回転軸１３の回転駆動力は、弁１１を全開位置と閉止位置の間で往復移動させるための駆動力に変換される。また、そのときの回転軸１３の回転角度位置は、レゾルバ１４により検出される。さらに、回転軸１３の他端は、後述するクラッチ機構１７を介して、ハンドルホイール１６に接続されている。このハンドルホイール１６は、弁１１をマニュアルで開閉する場合に使用される。
【００２１】
図２は、上述した操作部１８の正面図である。
【００２２】
この操作部１８は、操作切替スイッチ２１と、操作スイッチ２２と、表示部２３とを備える。操作切替スイッチ２１は、バルブをこの操作部１８を利用して直接操作する直接操作モードと、バルブを操作盤２６を利用して遠隔操作する遠隔操作モードとのモード選択動作を実行可能なものである。また、操作スイッチ２２は、弁１１を開く開動作モードと、弁１１を閉じる閉止モードと、弁１１の開閉動作を停止する停止モードとのモード選択動作を実行可能なものである。そして、表示部２３は、弁１１の開度、操作切替スイッチ２１または操作スイッチ２２によるモード選択状態、操作状態、設定値等を表示するためのものである。
【００２３】
この電動バルブアクチュエータにおいて、バルブを遠隔操作する場合においては、操作切替スイッチ２１を回転させて「ＲＥＭＯＴＥ」側に切り換える。これにより、バルブは、図１に示す操作盤２６を操作することにより、電動バルブアクチュエータを介して、その開閉動作が実行される。
【００２４】
一方、この電動バルブアクチュエータにおいて、バルブを操作部１８を利用して直接操作する（電動モード）場合には、操作切替スイッチ２１を回転させて「ＬＯＣＡＬ」側に切り換える。そして、操作スイッチ２２を回転させて「開」側に切り換えれば、バルブにおける弁１１が開放位置方向に移動し、「閉」側に切り換えればバルブにおける弁１１が閉止位置方向に移動する。また、操作スイッチ２２を回転させて「停止」側に切り換えれば、バルブにおける弁１１がその位置で停止する。
【００２５】
また、この電動バルブアクチュエータにおいて、バルブをハンドホイール１６を使用してマニュアルで操作する（手動モード）場合にも、操作切替スイッチ２１を回転させて「ＬＯＣＡＬ」側に切り換える。
【００２６】
図３は、この発明に係る電動バルブアクチュエータにおいて、電動モードと手動モードの切替動作を概念的に示す概要図である。なお、図３（ａ）は手動モードから電動モードに切り換える様子を示し、図３（ｂ）は電動モードから手動モードに切り換える様子を示している。
【００２７】
この図において、符号４１は上述したダイレクトドライブモータ１２のロータを示し、符号４２はそのステータを示している。上述した回転軸１３は、ダイレクトドライブモータ１２のロータ４１に固定されている。そして、この回転軸１３には、手動モードと電動モードとの切替に使用されるクラッチ機構１７におけるクラッチキー３４が付設されている。
【００２８】
手動モードから電動モードへの切替を行う場合には、図３（ａ）に示すように、切替モータ３３の作用により、クラッチ機構１７のクラッチキー３４をダイレクトドライブモータ１２側に移動させる。これにより、回転軸１３とハンドホイール１６との係合関係が解除される。そして、この状態で電源２７からダイレクトドライブモータ１２に電力が供給され、ダイレクトドライブモータ１２の駆動により回転軸１３が回転する。
【００２９】
なお、この手動モードから電動モードへの切替は、上述した遠隔操作を実行するための操作盤２６からの指令で、切替モータ３３を駆動することにより実行することができる。このため、遠隔操作により電動バルブアクチュエータを操作することが可能となる。
【００３０】
一方、電動モードから手動モードへの切替を行う場合には、図３（ｂ）に示すように、切替ハンドル３１をマニュアルで操作することにより、クラッチ機構１７のクラッチキー３４をダイレクトドライブモータ１２側からハンドホイール１６側に移動させる。これにより、回転軸１３とハンドホイール１６とが係合する。この状態においては、後述するインターロックスイッチとして機能するリミットスイッチ３７の作用により、電源２７からダイレクトドライブモータ１２への電源の供給が停止される。そして、この状態において、オペレータがハンドホイール１６を回転させることにより、回転軸１３が回転する。
【００３１】
なお、この電動モードから手動モードへの切替は、オペレータが切替ハンドル３１を操作することによってのみ実行することができる。このため、誤って電動バルブアクチュエータが遠隔操作により手動モードとなることはない。ここで、この電動モードから手動モードへの切替は、その後に実行する手動モードによる操作の直前に実行されることから、これを遠隔操作で行う必要は全くない。
【００３２】
次に、上述した電動バルブアクチュエータの具体的な構造について説明する。図４は、この発明に係る電動バルブアクチュエータの一部を断面で示す正面図である。
【００３３】
この電動バルブアクチュエータは、上述したダイレクトドライブモータ１２と、回転軸
１３と、ドライブスリーブ１５と、クラッチ機構１７等を、ケーシング内に収納した構造を有し、その上部には、上述したハンドホイール１６と、上昇位置に移動したネジ６１のカバーチューブ３９とが配設されている。また、この電動バルブアクチュエータは、上述したように、クラッチ機構１７を操作するための切替ハンドル３１を備える。
【００３４】
この電動バルブアクチュエータにおいては、ダイレクトドライブモータ１２のロータ４１とステータ４２とが、回転軸１３を取り囲むように配設されており、ロータ４１は回転軸と直結されている。このため、電動モードにおいては、このダイレクトドライブモータ１２により、回転軸１３を直接駆動することができる。そして、この回転軸１３の回転運動は、ネジ機構を利用した動作変換機構であるドライブスリーブ１５の作用により、ネジ６１の往復移動運動に変換される。そして、このネジ６１の往復移動に伴って、上述した弁１１を全開位置と閉止位置の間で往復移動させることができる。
【００３５】
一方、手動モードにおいては、クラッチ機構１７の作用により、回転軸１３とハンドホイール１６とが係合される。このため、ハンドホイール１６を手動で回転させることにより、回転軸を直接回転させることができる。
【００３６】
次に、回転軸１３とハンドホイール１６とを係合させ、あるいは、その係合関係を解除するとともに、手動モードにおいてダイレクトドライブモータ１２の回転を防止するインターロックスイッチの操作にも使用されるクラッチ機構１７の構成について説明する。図５は、この発明に係る電動バルブアクチュエータのクラッチ機構１７付近の拡大図である。なお、図５は、図４に対して直交する方向の断面を示している。
【００３７】
図４に示す切替ハンドル３１とともに回転する軸３２には、第１アーム３５とリミットドッグ３６とが連結されており、これら第１アーム３５およびリミットドッグ３６は、切替ハンドル３１が操作されて軸３２が回動することにより、図５において実線で示す位置と仮想線で示す位置の間を揺動する。
【００３８】
第１アーム３５の先端は、上述したクラッチキー３４と連結するクラッチリング３８と当接している。このため、切替ハンドル３１が操作されて軸３２が回転することにより、第１アーム３５が図５において実線で示す位置に配置されたときには、クラッチキー３４とハンドホイール１６との係合関係、すなわち、回転軸１３とハンドホイール１６との係合関係が解除される。一方、切替ハンドル３１が操作されて軸３２が回転することにより、第１アーム３５が図５において仮想線で示す位置に配置されたときには、クラッチキー３４がハンドホイール１６に付設された図示しない凸部と当接する位置に移動することになり、クラッチキー３４とハンドホイール１６、すなわち、回転軸１３とハンドホイール１６とが係合し、これらが一体となって回転する。
【００３９】
リミットドッグ３６の先端は、インターロックスイッチとして機能するリミットスイッチ３７と当接可能な位置に配置されている。切替ハンドル３１が操作されて軸３２が回転することにより、リミットドッグ３６が図５において実線で示す位置に配置されたときには、リミットドッグ３６がリミットスイッチ３７の検出子を押圧する。これにより、ダイレクトドライブモータ１２に対して電源２７から電力が供給される。一方、切替ハンドル３１が操作されて軸３２が回転することにより、リミットドッグ３６が図５において仮想線で示す位置に配置されたときには、リミットドッグ３６とリミットスイッチ３７の検出子との係合が解かれ、電源２７からダイレクトドライブモータ１２への電力の供給が停止される。
【００４０】
このリミットドッグ３６は、第２アーム５２とリンク４３を介して連結されている。この第２アーム５２は、上述した切替モータ３３により回転する軸５１に固定されている。
このため、切替モータ３３の駆動により、リミットドッグ３６を、第１アーム３５とともに、実線で示す位置と仮想線で示す位置との間で移動させることが可能となる。
【００４１】
以上のような構成を有する電動バルブアクチュエータにおいては、電動モードと手動モードとの切替時には、上述したように、切替ハンドル３１をマニュアルで操作することにより、クラッチ機構１７のクラッチキー３４をダイレクトドライブモータ１２側とハンドホイール１６側との間で移動させる。電動モードにおいては、ダイレクトドライブモータ１２の駆動により回転軸１３が回転する。一方、手動モードにおいては、ハンドホイール１６をマニュアルで回転させることにより、回転軸１３が回転する。このときには、ダイレクトドライブモータ１２と回転軸との間には、減速器が存在しないことから、回転軸を容易に回転させることができる。また、このときには、インターロックスイッチとして機能するリミットスイッチ３７の作用により、電源２７からダイレクトドライブモータ１２への電源の供給が停止される。
【００４２】
なお、手動モードから電動モードへの切替を行う場合には、切替モータ３３の作用により、第２アーム５２を介してクラッチ機構１７のクラッチキー３４をダイレクトドライブモータ１２側に移動させる。これにより、遠隔操作により手動モードから電動モードへの切替を実行することが可能となる。なお、切替モータ３３は、クラッチキー３４をダイレクトドライブモータ１２側に移動させる方向にのみ第２アーム５２を揺動させることができる。このため、遠隔操作により電動モードから手動モードへの切替が実行されることはない。これにより、電動モードから手動モードへの切替は、オペレータの操作により実行することが必要となることから、装置の安全性を高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１１ 弁
１２ ダイレクトドライブモータ
１３ 回転軸
１４ レゾルバ
１５ ドライブスリーブ
１６ ハンドホイール
１７ クラッチ機構
１８ 操作部
１９ 端子ブロック
２１ 操作切替スイッチ
２２ 操作スイッチ
２３ 表示部
２４ ドライバ
２５ 制御部
２６ 操作盤
２７ 電源
３１ 切替ハンドル
３２ 軸
３３ 切替モータ
３４ クラッチキー
３５ 第１アーム
３６ リミットドッグ
３７ リミットスイッチ
３８ クラッチリング
３９ カバーチューブ
４１ ロータ
４２ ステータ
４３ リンク
５１ モータ軸
５２ 第２アーム
６１ ネジ
【図１】
0005493156.tif 000002
【図２】
0005493156.tif 000003
【図３】
0005493156.tif 000004
【図４】
0005493156.tif 000005
【図５】
0005493156.tif 000006