(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機で発生させた回転駆動力を減速機構で減速して駆動対象物に伝達し、当該駆動対象物を動作させるアクチュエータにおいて、
前記減速機構のうち回転駆動力の入力端となる入力軸近傍に配設され、人の駆動操作に基づいて回動する手動入力手段と、
前記減速機構の入力軸が前記手動入力手段に連動して回動する状態と、連動しない状態とを切換える切換手段と、
前記減速機構の入力軸と前記手動入力手段の連動状態を検出する検出手段と、
前記電動機出力軸の回転状態を検出して信号として出力する回転検出器と、
前記電動機を制御すると共に、前記回転検出器から出力される信号に基づいて駆動対象物の変位を取得する制御部と、
通常の通電状態でない停電時に、電源として少なくとも前記制御部に電力を供給するバッテリとを備え、
前記減速機構の入力軸が、電動機の出力軸と直結して一体に回動可能として配設され、通常通電状態では電動機で発生した回転駆動力を入力され、
前記制御部が、停電時に必要最小限の制御回路にのみ前記バッテリから電力を供給される状態とすると共に、前記検出手段で減速機構の入力軸と手動入力手段の連動状態が検出されると、前記回転検出器にバッテリからの電力を供給し、回転検出器の出力信号から駆動対象物の変位を取得可能な状態とすることを
特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
前記減速機構の入力軸に軸方向摺動自在且つ一体に回動可能として配設され、摺動方向における一端部に被動側連結部が形成されるクラッチ体を備え、
前記手動入力手段が、前記クラッチ体の前記一端部近傍に前記減速機構の入力軸と回動中心を一致させて回動自在に配設され、クラッチ体の被動側連結部と連結可能な駆動側連結部を有し、
前記切換手段が、前記クラッチ体に少なくとも一部を係合させてクラッチ体の減速機構入力軸に対する軸方向位置を調整可能として配設され、クラッチ体を移動させて前記手動入力手段との連結状態と非連結状態とを切換えることで、減速機構入力軸と手動入力手段との連動状態と非連動状態とを切換えるものとされ、
前記検出手段が、前記切換手段におけるクラッチ体を手動入力手段との連結状態まで移動させる動きに対応して切換手段の一部に接触し、前記連結状態でＯＮ状態となるインタロックスイッチとされることを
特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
前記請求項２に記載のアクチュエータにおいて、
前記制御部が、少なくとも停電時の前記バッテリから電力を供給される状態で、前記インタロックスイッチに対し、インタロックスイッチを含んだ回路が閉じた場合に当該回路に所定時間間隔で断続的に電流が流れる電流出力状態に設定し、当該断続的に電流の流れる状態が続く間、インタロックスイッチがＯＮ状態であると判定することを
特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
前記請求項１ないし３のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記回転検出器が、前記電動機と一体に配設されるレゾルバとされることを
特徴とするアクチュエータ。
【請求項５】
前記請求項４に記載のアクチュエータにおいて、
前記制御部が、前記検出手段で減速機構入力軸と手動入力手段との連動状態が検出されて、前記レゾルバにバッテリからの電力を供給するにあたり、レゾルバに対し、手動入力手段に連動して回動する電動機出力軸の一回転につき少なくとも複数回は電流が流れる間隔で、断続的に電流が流れる状態とすることを
特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、
前記減速機構がウォームギヤ減速機構とされ、前記入力軸にウォームが一体に配設されてなり、
前記制御部が、前記電動機の通常通電状態での制御に際し、電動機出力軸における回転角速度を、前記駆動対象物の動作に係る速度指令に基づいて設定される目標速度に対し、所定範囲内で増減させ、且つ当該増減変化を繰返し生じさせることを
特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
電動機で発生させた回転駆動力を減速機構で減速して駆動対象物に伝達し、当該駆動対象物を動作させるアクチュエータにおいて、
前記減速機構のうち回転駆動力の入力端となる入力軸近傍に配設され、人の駆動操作に基づいて回動する手動入力手段と、
前記減速機構の入力軸が前記手動入力手段に連動して回動する状態と、連動しない状態とを切換える切換手段と、
前記減速機構の入力軸と前記手動入力手段の連動状態を検出する検出手段と、
前記減速機構のうち回転駆動力の出力端となる出力軸の回転状態を検出して信号として出力する回転検出器と、
前記電動機を制御すると共に、前記回転検出器から出力される信号に基づいて駆動対象物の変位を取得する制御部と、
通常の通電状態でない停電時に、電源として少なくとも前記制御部に電力を供給するバッテリとを備え、
前記減速機構の入力軸が、電動機の出力軸と連動して回動可能として配設され、通常通電状態では電動機で発生した回転駆動力で回転し、
前記制御部が、停電時に必要最小限の制御回路にのみ前記バッテリから電力を供給される状態とすると共に、前記検出手段で減速機構の入力軸と手動入力手段の連動状態が検出されると、前記回転検出器にバッテリからの電力を供給し、回転検出器の出力信号から駆動対象物の変位を取得可能な状態とすることを
特徴とするアクチュエータ。
【請求項８】
前記請求項１又は７に記載のアクチュエータにおいて、
前記回転検出器が、レゾルバとされることを
特徴とするアクチュエータ。
【請求項９】
電動機で発生させた回転駆動力を減速機構で減速して駆動対象物に伝達するアクチュエータにおける位置検出方法において、
停電時に、制御部の必要最小限の制御回路にのみバッテリから電力を供給し、
同じく停電時に、人の駆動操作に基づいて回動する手動入力手段と前記減速機構の入力軸とが連動して回動可能であることを示すインタロックスイッチのＯＮ状態を前記制御部で検出すると、前記電動機出力軸の回転状態を検出するレゾルバにも前記バッテリから電力を供給し、
前記レゾルバから出力される、人の駆動操作に起因する電動機出力軸の回転状態に係る信号に基づき、前記制御部で駆動対象物の変位を取得することを
特徴とするアクチュエータの位置検出方法。
【請求項１０】
電動機で発生させた回転駆動力を減速機構で減速して駆動対象物に伝達するアクチュエータにおける位置検出方法において、
停電時に、制御部の必要最小限の制御回路にのみバッテリから電力を供給し、
同じく停電時に、人の駆動操作に基づいて回動する手動入力手段と前記減速機構の入力軸とが連動して回動可能であることを示すインタロックスイッチのＯＮ状態を前記制御部で検出すると、前記減速機構の出力軸の回転状態を検出するレゾルバにも前記バッテリから電力を供給し、
前記レゾルバから出力される、人の駆動操作に起因する減速機構の出力軸の回転状態に係る信号に基づき、前記制御部で駆動対象物の変位を取得することを
特徴とするアクチュエータの位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を有し、流体の流路に配設されるバルブやゲートの開閉用途等に利用されるアクチュエータに関し、特に、位置検出を停電時の手動操作の際にも行えるようにする位置検出方法を適用するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
水等の流体を流す管等の流路に設けられ、開閉制御されて流体の流れを調節するバルブやゲートは、一般に電動機や油圧機構等を駆動源とするアクチュエータを用いて自動開閉される。こうしたアクチュエータを使用する場合、通常は、バルブやゲートの開度を開閉制御のための情報として利用可能とし、またアクチュエータの近傍又はバルブやゲートから離れた監視所等においてバルブやゲートの開度を確認できるようにするため、アクチュエータには、バルブやゲートの開度を検出するためのエンコーダ等の検出器（センサ）が用いられていた。【０００３】
このようなエンコーダ等を用いてバルブ等の開度を把握するようにした従来のアクチュエータの例として、特開２００４−２５７４１９号公報や特開２００４−２５７４２０号公報に記載されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５７４１９号公報
【特許文献２】特開２００４−２５７４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のアクチュエータにおいては、前記特許文献に示すように、エンコーダ等を用いてバルブやゲートの開度を取得する仕組みとなっているが、こうしたエンコーダ等には電源が必要であり、駆動力を発生させる電動機同様に電源から電力が供給される仕組みを有していた。【０００６】
一方、こうしたバルブやゲートについては、停電が起って電動機を使用できない場合でも緊急にバルブやゲートの開閉を要する事態が生じ得ることから、作業者がバルブやゲートを手動で動かせる機構も用意されることが多かった。ただし、停電で電動機と共にエンコーダ等にも電力が供給されない状態となると、バルブやゲートの開度を取得できないことから、エンコーダ等については、バッテリ等の予備的な電源から電力供給を行えるようにして、停電時にバルブやゲートを手動で動かす場合もエンコーダ等の使用により開度を取得できるようにしていた。【０００７】
この場合、エンコーダ等の電源は停電とほぼ同時にバッテリに切り替るが、実際に作業者がバルブやゲートを手動で動かす作業を行っている状況以外でも、停電の間はバッテリとの接続が維持され、バッテリからの電力を無駄に消費する状態となっていたことから、バッテリの消耗を避けて電力供給の持続時間を十分に確保するためには、エンコーダ等の電力消費の小さい検出器を使わざるを得ず、精度や耐久性、環境適応性能等に優れるが消費電力のより大きい他の検出器を使用しにくいという課題を有していた。【０００８】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、位置検出用の検出器に対する停電時の電力供給を適切なタイミングで実行して、検出器による電力消費を抑え、停電補償用のバッテリの持続時間を延長できると共に、各種検出器を使用環境や用途に応じて制限なく選択して使用できるアクチュエータ、及び当該アクチュエータの位置検出方法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】
【０００９】
本発明に係るアクチュエータは、電動機で発生させた回転駆動力を減速機構で減速して駆動対象物に伝達し、当該駆動対象物を動作させるアクチュエータにおいて、前記減速機構のうち回転駆動力の入力端となる入力軸近傍に配設され、人の駆動操作に基づいて回動する手動入力手段と、前記減速機構の入力軸が前記手動入力手段に連動して回動する状態と、連動しない状態とを切換える切換手段と、前記減速機構の入力軸と前記手動入力手段の連動状態を検出する検出手段と、前記電動機出力軸の回転状態を検出して信号として出力する回転検出器と、前記電動機を制御すると共に、前記回転検出器から出力される信号に基づいて駆動対象物の変位を取得する制御部と、通常の通電状態でない停電時に、電源として少なくとも前記制御部に電力を供給するバッテリとを備え、前記減速機構の入力軸が、電動機の出力軸と直結して一体に回動可能として配設され、通常通電状態では電動機で発生した回転駆動力を入力され、前記制御部が、停電時に必要最小限の制御回路にのみ前記バッテリから電力を供給される状態とすると共に、前記検出手段で減速機構の入力軸と手動入力手段の連動状態が検出されると、前記回転検出器にバッテリからの電力を供給し、回転検出器の出力信号から駆動対象物の変位を取得可能な状態とするものである。【００１０】
このように本発明によれば、通常通電状態では電動機で回転する減速機構の入力軸に対し、これを人の駆動操作で回転させるための手動入力手段が配設され、停電時に、切換手段が減速機構の入力軸と手動入力手段を連動する状態に移行させ、この連動状態を検出手段が検出すると、制御部が回転検出器にバッテリからの電力を供給するのに伴い、停電時における人の駆動操作で、手動入力手段を介して減速機構の入力軸を回転させる場合でも、通常通電状態と同様に、制御部で回転検出器からの出力信号に基づいて駆動対象物の変位を取得可能となることにより、停電時の手動操作による駆動対象物の動作に際し、停電のみでは回転検出器に電力供給を行わず、減速機構の入力軸を手動回転させられる状態となってはじめて、回転検出器へのバッテリからの電力供給を行うようにして、バッテリの電力の無駄な消費を抑えつつ、駆動対象物の変位を中断することなく適切に取得でき、停電時でも駆動対象物の動きに応じて精度よくその変位を得られることとなり、通常通電状態に復帰した際に問題なく駆動対象物の位置制御が継続できる。また、バッテリの電力が無駄に消費されにくくすることで、回転検出器となるセンサの種類を制限されることがなくなり、使用環境や用途に応じた最適な回転検出器を選択して使用でき、精度よく駆動対象物の変位を取得でき、通常通電状態での駆動対象物の制御もより一層適切に行える。【００１１】
また、本発明に係るアクチュエータは必要に応じて、前記減速機構の入力軸に軸方向摺動自在且つ一体に回動可能として配設され、摺動方向における一端部に被動側連結部が形成されるクラッチ体を備え、前記手動入力手段が、前記クラッチ体の前記一端部近傍に前記減速機構の入力軸と回動中心を一致させて回動自在に配設され、クラッチ体の被動側連結部と連結可能な駆動側連結部を有し、前記切換手段が、前記クラッチ体に少なくとも一部を係合させてクラッチ体の減速機構入力軸に対する軸方向位置を調整可能として配設され、クラッチ体を移動させて前記手動入力手段との連結状態と非連結状態とを切換えることで、減速機構入力軸と手動入力手段との連動状態と非連動状態とを切換えるものとされ、前記検出手段が、前記切換手段におけるクラッチ体を手動入力手段との連結状態まで移動させる動きに対応して切換手段の一部に接触し、前記連結状態でＯＮ状態となるインタロックスイッチとされるものである。【００１２】
このように本発明によれば、減速機構の入力軸と一体に回動するクラッチ体を、切換手段で軸方向に移動させて手動入力手段との連結状態と非連結状態とを切換可能とし、クラッチ体と手動入力手段を連結させて減速機構入力軸と手動入力手段とを連動状態にすると、切換手段に接触するインタロックスイッチがＯＮ状態となり、制御部が回転検出器にバッテリからの電力を供給することにより、停電時に、切換手段が実際に動作してクラッチ体を連結状態となる位置まで移動させ、インタロックスイッチをＯＮ状態とするまでは、回転検出器への電力供給がなされないこととなり、回転検出器が回転し得ない状況でのバッテリの電力の消費を確実に防止でき、バッテリの持続時間延長が図れる。加えて、インタロックスイッチを切換手段がＯＮ状態にする簡略な機構で、減速機構の入力軸と手動入力手段の連動状態を検出でき、検出が確実に行え、また、非連動状態への移行もＯＮからＯＦＦへの変化で確実に判別することができ、連動状態検出の信頼性も高められる。【００１３】
また、本発明に係るアクチュエータは必要に応じて、前記制御部が、少なくとも停電時の前記バッテリから電力を供給される状態で、前記インタロックスイッチに対し、インタロックスイッチを含んだ回路が閉じた場合に当該回路に所定時間間隔で断続的に電流が流れる電流出力状態に設定し、当該断続的に電流の流れる状態が続く間、インタロックスイッチがＯＮ状態であると判定するものである。【００１４】
このように本発明によれば、インタロックスイッチである検出手段に対し、制御部が断続的に電流を流すようにし、検出手段のＯＮ状態、すなわちインタロックスイッチが閉じてこれに断続的に電流の流れる状態を制御部が監視して、断続的に電流の流れる状態が続く間は、検出手段がＯＮ状態であると判定し、回転検出器にバッテリからの電力を供給する制御を実行することにより、検出手段への実際の総通電時間を短くして、検出手段を含む回路における電力消費を抑えられ、バッテリの電力の無駄な消費を抑えて、バッテリ持続時間のより一層の延長が図れる。【００１５】
また、本発明に係るアクチュエータは必要に応じて、前記回転検出器が、前記電動機と一体に配設されるレゾルバとされるものである。【００１６】
このように本発明によれば、回転検出器をレゾルバとし、電動機と一体に配設してその出力軸の回転状態を信号出力させることにより、アクチュエータの周囲環境の温度等の条件が変化したり、振動等の外部からの擾乱が加わったりしても、こうした変化に対する適応性に優れるレゾルバが確実に電動機出力軸の回転状態を検出でき、どのような状況でも駆動対象物の変位を高精度に取得できる。【００１７】
また、本発明に係るアクチュエータは必要に応じて、前記制御部が、前記検出手段で減速機構入力軸と手動入力手段との連動状態が検出されて、前記レゾルバにバッテリからの電力を供給するにあたり、レゾルバに対し、手動入力手段に連動して回動する電動機出力軸の一回転につき少なくとも複数回は電流が流れる間隔で、断続的に電流が流れる状態とするものである。【００１８】
このように本発明によれば、バッテリからの電力供給がなされる状態で、回転検出器としてのレゾルバに対し、制御部が所定間隔で断続的に電流を流して、電動機出力軸の一回転のうちにレゾルバから角度位置を特定可能な信号が複数回出力されるようにし、これらの信号から出力軸の回転数をカウントできることにより、レゾルバの出力信号から駆動対象物の変位を適切に取得可能な状態を維持しつつ、レゾルバへの実際の総通電時間を短くして、レゾルバを含む回路における電力消費を低減でき、バッテリの電力の無駄な消費を抑えて、バッテリ持続時間のより一層の延長が図れる。【００１９】
また、本発明に係るアクチュエータは必要に応じて、前記減速機構がウォームギヤ減速機構とされ、前記入力軸にウォームが一体に配設されてなり、前記制御部が、前記電動機の通常通電状態での制御に際し、電動機出力軸における回転角速度を、前記駆動対象物の動作に係る速度指令に基づいて設定される目標速度に対し、所定範囲内で増減させ、且つ当該増減変化を繰返し生じさせるものである。【００２０】
このように本発明によれば、減速機構をウォームギヤを用いた機構とし、入力軸に一体化されたウォームを電動機で回転させる中、制御部が電動機出力軸の回転角速度を、その目標速度に対し所定範囲内で増減する変化が繰返す状態に制御し、回転角速度に細かなぶれを与えることにより、ウォームが回転方向に微小振動していると見なせる状態を伴いつつ回転することとなり、この略振動状態の発生に伴ってウォームとウォームホイールとの歯面同士のすべり接触における摩擦を低減してウォームギヤとしての伝動効率を向上させられ、アクチュエータとして駆動対象物に与えられる駆動力やトルク等を増大させられ、仮に電動機や減速機構を小型化したとしても、トルク等の増大する分、極端な性能低下を招くことはなく、性能を維持しつつアクチュエータ全体の小型化が実現できる。【００２１】
また、本発明に係るアクチュエータの位置検出方法は、電動機で発生させた回転駆動力を減速機構で減速して駆動対象物に伝達するアクチュエータにおける位置検出方法において、停電時に、制御部の必要最小限の制御回路にのみバッテリから電力を供給し、同じく停電時に、人の駆動操作に基づいて回動する手動入力手段と前記減速機構の入力軸とが連動して回動可能であることを示すインタロックスイッチのＯＮ状態を前記制御部で検出すると、前記電動機出力軸の回転状態を検出するレゾルバにも前記バッテリから電力を供給し、前記レゾルバから出力される、人の駆動操作に起因する電動機出力軸の回転状態に係る信号に基づき、前記制御部で駆動対象物の変位を取得するものである。【００２２】
このように本発明によれば、停電時に、人の駆動操作で回動する手動入力手段と減速機構の入力軸とが連動する状態に移行し、これでインタロックスイッチがＯＮ状態になると、このＯＮ状態を検出した制御部がレゾルバにバッテリからの電力を供給するのに伴い、停電時における人の駆動操作で手動入力手段を介して減速機構の入力軸及び電動機の出力軸を回転させる場合であっても、通常通電状態と同様に、制御部でレゾルバからの出力信号に基づいて駆動対象物の変位を取得可能となることにより、停電時の手動操作による駆動対象物の動作に際し、停電のみではレゾルバに電力供給を行わず、減速機構の入力軸を手動回転させられる状態となってはじめて、レゾルバへのバッテリからの電力供給を行うようにして、バッテリの電力の無駄な消費を抑えつつ、駆動対象物の変位を中断することなく適切に取得でき、停電時でも駆動対象物の動きに応じて精度よくその変位を得られることとなり、通常通電状態に復帰した際に問題なく駆動対象物の位置制御が継続できる。また、バッテリの電力が無駄に消費されにくくすることで、エンコーダ等に比べ電力消費の大きいレゾルバを使用しても問題はなく、レゾルバで駆動対象物の変位を精度よく取得でき、通常通電状態での駆動対象物の制御も適切に行える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの概略構成説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの横方向概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの縦方向概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータのアクチュエータケース分解状態における端面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータにおけるインタロックスイッチへの通電状態の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータにおけるレゾルバへの通電状態の説明図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータの概略構成説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータの制御部における速度指令信号の時間変化波形を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータを、図１ないし図４に基づいて説明する。
前記各図において本実施形態に係るアクチュエータ１は、前記駆動対象物としてのバルブ９０と一体に回動可能として支持される支持軸９１にバルブ動作用の駆動力を伝達する減速機構１０と、この減速機構１０に連結され、減速機構１０を介してバルブ９０に駆動力を与える電動機２０と、減速機構１０のうち回転駆動力の入力端となる入力軸１１近傍に配設され、人の駆動操作に基づいて回動する手動入力手段３０と、減速機構１０の入力軸１１が手動入力手段３０に連動して回動する状態と、連動しない状態とを切換える切換手段４０と、減速機構１０の入力軸１１と手動入力手段３０の連動状態を検出する前記検出手段としてのインタロックスイッチ５０と、電動機２０の出力軸２１の回転状態を検出する前記回転検出器としてのレゾルバ６０と、電動機２０を制御すると共に、レゾルバ６０から出力される信号に基づいてバルブ９０の変位すなわち開度を取得する制御部７０と、通常の通電状態でない停電時に、電源として制御部７０等に電力を供給するバッテリ８０とを備える構成である。
【００２５】
前記減速機構１０は、電動機２０の出力軸２１にジョイント部１４を介して一体に連結されて回動する入力軸１１と、この入力軸１１と一体に形成されるウォーム１２と、このウォーム１２と噛合う状態で配設され、前記バルブ９０の支持軸９１と連結されて一体に回動可能とされるウォームホイール１３とを備える構成であり、アクチュエータケース１ａ内に配設されて、電動機２０から得た回転駆動力をウォーム１２からウォームホイール１３に伝える過程で減速しつつ支持軸９１に伝え、バルブ９０を支持軸９１と共に所定角度回転させてバルブ９０を開閉動作させる公知の機構であり、詳細な説明を省略する。
【００２６】
この減速機構１０の入力軸１１には、入力軸１１を前記手動入力手段３０に連動して回動可能とするためのクラッチ体１５も設けられる。クラッチ体１５は、入力軸１１に軸方向摺動自在且つ一体に回動可能として配設され、摺動方向における一端部に複数の歯のある被動側連結部１６が形成される構成である。
【００２７】
なお、この減速機構１０については、バルブ９０に連結する支持軸９１をウォームホイール１３とも連結させてこれを回動させ、バルブ９０を開閉する機構としているが、こうしたバルブ９０を回動させて開閉を行うバタフライ弁等の機構に限らず、電動機の回転を利用してバルブの開閉を行うものであれば、仕切弁や玉形弁等、バルブを上下動などスライドさせて開閉する機構など、他方式の機構でもかまわない。例えば、バルブが仕切弁等の場合、支持軸は雄ねじ部分を備え、この雄ねじ部分に対してウォームホイールと連結した雌ねじ部を螺合させ、この雌ねじ部を減速機構を介して電動機で回転駆動することで支持軸を直線移動させ、バルブを開閉する機構となる。
【００２８】
前記電動機２０は、その出力軸２１を減速機構１０のウォーム１２に直結されるサーボモータであり、アクチュエータケース１ａ内に配設されて制御部７０と電気的に接続され、その制御下で回転する構成である。この電動機２０で発生させた回転駆動力は、減速機構１０で減速して前記駆動対象物であるバルブ９０の支持軸９１に伝達され、バルブ９０を所定角度回転させる仕組みである。
【００２９】
電動機２０をサーボモータとしていることで、電動機２０のみで所望の回転数（回転角速度）を実現でき、同じような駆動力の従来タイプのアクチュエータに対し、電動機の駆動によりウォームを適切な回転数で回転させるために、電動機とウォーム軸との間に介在していた減速歯車機構を必要としない分、アクチュエータ全体を小型化でき、且つ減速歯車同士の噛合いが無くなるため、静音化できる。
【００３０】
前記手動入力手段３０は、クラッチ体１５の前記一端部近傍に減速機構１０の入力軸１１と回動中心を一致させて回動自在に配設され、クラッチ体１５の被動側連結部１６と噛合って連結可能な駆動側連結部３１を有すると共に、この駆動側連結部３１の反対側にギヤ部３２を有してなり、人の駆動操作に基づく回転駆動力を手動ハンドル３３や手動ギヤ３４を介して入力される構成である。
【００３１】
前記切換手段４０は、レバー状に形成された本体部分の一部をアクチュエータケース１ａ内に位置させ、このアクチュエータケース１ａ内蔵部分の一部をクラッチ体１５の溝部１７に係合させてクラッチ体１５の入力軸１１に対する軸方向位置を調整可能として配設される構成である。この切換手段４０のアクチュエータケース１ａ外に露出した部分は、人の傾動操作により、あらかじめ設定された自動位置と手動位置のいずれかに切換可能となっており、この自動位置と手動位置の切換に係る傾動に伴わせてクラッチ体１５を移動させ、クラッチ体１５と手動入力手段３０との連結状態と非連結状態とを切換えることで、減速機構入力軸１１と手動入力手段３０との連動状態と非連動状態とを切換える仕組みである。この切換手段４０には、前記インタロックスイッチ５０を切換手段４０本体部分の動きに対応させて切換えるために、アクチュエータケース１ａ内で突出状態とされるカム部４１と、このカム部４１にばねによる付勢で押付けられ、カム部４１の角度位置に対応して進退するロッド部４２とが合わせて配設される。
【００３２】
前記インタロックスイッチ５０は、切換手段４０におけるクラッチ体１５を手動入力手段３０との連結状態まで移動させる動きに対応して移動する切換手段４０のロッド部４２に接触し、前記連結状態でＯＮ状態となる構成である。スイッチそのものは、切換手段４０本体部分の動きに対応して進退するロッド部４２端部と接触すればＯＮ状態となり、ロッド部４２端部と離隔すればＯＦＦ状態となる一般的な接触スイッチであり、詳細な説明を省略する。
【００３３】
こうしたインタロックスイッチは、切換手段の手動側への切換に伴って動作する機械的なスイッチ機構により、電動機への電力供給が行われない状態を維持するようにして、手動ハンドルの操作中に電動機が回転動作するのを防ぐものとなっているが、仮にスイッチ機構が破損した場合、停電状態から通常の通電状態に復帰した際に、誤って電動機に電力が供給される状態に陥り、手動ハンドルの操作中に電動機が動作して、作業者に危険が及ぶような事故の発生に繋がるおそれもある。このため、通常のインタロックスイッチとは別に、電動機出力軸が外部からの電力供給ではなく、手動操作によるウォームの回転に伴って回転している場合には、電動機への電力供給を行わないようにして、二重のインタロックを施すようにすることが好ましい。例えば、手動操作の際には手動ハンドルと電動機出力軸が連動する状態となっているため、手動ハンドルを回すことで電動機出力軸が回転し、電動機は一種の発電機となって電力を発生し、この発生した電力が制御部側へ入力されることとなる。制御部がこうした電力の入力を検知している場合、アクチュエータは手動操作状態にあるとして、電動機に電力供給を行わない制御を実行すると、手動ハンドルの操作中に電動機が動作することを確実に阻止でき、安全を確保できる。
【００３４】
なお、本実施形態の例のように手動ハンドル３３が備付けられ、手動入力手段３０と常時連動している構成の場合、切換手段４０を自動位置から手動位置に切換える際の、インタロックスイッチ５０が切換手段４０の一部と接触してＯＮ状態となるタイミングを、切換手段４０により移動するクラッチ体１５の被動側連結部１６が手動入力手段３０の駆動側連結部３１と噛合って連結状態となる時より前となるように設定するのが好ましい。そうすれば、仮に電動機２０が停止していない状態で、切換手段４０を自動位置から手動位置に切換えたとしても、インタロックスイッチ５０がＯＮ状態となってからクラッチ体１５と手動入力手段３０を連結状態とすることができ、電動機２０が停止していない状態でクラッチ体１５と手動入力手段３０が連結することに伴う、危険な手動ハンドル３３の回転が起ることはなく、安全である。また、切換手段４０を逆に手動位置から自動位置に切換える際には、クラッチ体１５と手動入力手段３０が非連結状態となってから、インタロックスイッチ５０はＯＦＦ状態となることから、切換手段４０を手動位置から自動位置に切換える時点で、既に停電状態から通常の通電状態に復帰している場合でも、クラッチ体１５と手動入力手段３０が非連結状態となった後で、インタロックスイッチ５０により電動機２０は回転可能となり、電動機２０が電力供給を受けて回転を開始しても電動機側から手動ハンドル３３に回転が伝わることはなく、安全である。
【００３５】
前記レゾルバ６０は、電動機２０の端部に一体に取付けて配設され、電動機出力軸２１の回転変位を電気的信号の変化に変換し、この信号を出力する公知のセンサである。このレゾルバ６０は、制御部７０に対し信号出力可能に接続され、制御部７０による電動機２０のサーボ制御に用いられるが、この他、制御部７０でレゾルバ６０の出力信号からバルブの開度を別途演算して把握可能とされる。なお、このレゾルバ６０は、電動機２０の構成部品としてはじめから電動機２０と一体に設けられたものを、そのまま回転検出器として利用するようにしてもかまわない。
【００３６】
レゾルバ６０を回転検出器として採用し、電動機２０の出力軸２１の回転状態を信号出力させることで、周囲環境の温度等の条件が変化したり、振動等の外部からの擾乱が加わったりしても、こうした変化に対する適応性に優れるレゾルバ６０が確実に電動機出力軸２１の回転状態を検出でき、どのような状況でも制御部７０でバルブ９０の開度を高精度に取得できる。
【００３７】
前記制御部７０は、外部の操作、指示制御手段等から入力されたバルブ９０の所定開度までの動作指令、及びレゾルバ６０の出力信号に基づいて、電動機２０をサーボ制御すると共に、レゾルバ６０から出力される信号に基づいてバルブ９０の変位すなわち開度を取得したり、停電時にバッテリ８０からの電力供給を調整したりする制御を実行するものである。
【００３８】
この制御部７０は、停電時の制御として、必要最小限の制御回路にのみ前記バッテリから電力を供給される状態とすると共に、インタロックスイッチ５０がＯＮ状態であることを検出、すなわち減速機構１０の入力軸１１と手動入力手段３０の連動状態を検出すると、レゾルバ６０にバッテリ８０からの電力を供給する制御を行い、停電時でも人の駆動操作でバルブ９０を動かす際には、レゾルバ６０の出力信号からバルブ９０の開度を制御部７０で取得可能な状態を得られる仕組みである。
【００３９】
この制御部７０と合わせて、アクチュエータ１近くでバルブ９０の開度を確認しつつバルブ９０の手動開閉操作が行えるよう、バルブ開度の表示部７１をアクチュエータケース１ａの視認可能な位置に配設することもできる。この場合、開度の表示部７１にも停電時にバッテリ８０から電力を供給して、開度表示を維持するよう制御部７０で制御がなされることはいうまでもない。
【００４０】
この他、制御部７０では、内部に記憶保持している、設定データや、動作回数などの履歴情報といったデータを、外部での管理や分析のために、メモリカード等の汎用の記録媒体を介して外部の機器に移行させられるように、こうした媒体の入出力手段を設けるなどすることもでき、アクチュエータの運用により蓄積されたデータを容易に取得して有効に活用できることとなる。
【００４１】
なお、この制御部７０により電動機２０を作動させ、バルブ９０を開閉動作させて所定の開度に到達させた後、電動機２０を停止させるまでの、一連の基本的な動作制御については、公知のバルブ開度調整に係るサーボ制御であり、詳細な説明を省略する。
【００４２】
また、制御部７０において、停電時に制御部７０への電力供給を行う電源を、通常の通電状態で用いられる商用電源から、バッテリ８０に切替える制御や、停電解消時にバッテリ８０から商用電源に戻す制御については、公知の一般的な停電補償に係る制御であり、詳細な説明を省略する。
【００４３】
前記バッテリ８０は、停電時に電源として制御部７０やレゾルバ６０等に十分な電力を供給できる容量の一次電池又は二次電池であり、インタロックスイッチ５０や制御部７０と共に、アクチュエータケース１ａ内部の電動機２０近傍に配設される構成である。なお、このように電動機２０、インタロックスイッチ５０、レゾルバ６０、制御部７０、及びバッテリ８０といった電気部品がアクチュエータケース１ａ内の同じ空間部にまとめて収容配設されることで、配線を必要最小限の長さとして長く引き回す必要もなく、コストダウンが図れると共に、メンテナンスも容易となり、また、アクチュエータケース１ａで外部から隔離されることで、温度や湿度等の周囲環境変化の影響を受けにくくなり、耐久性を向上させられる。
【００４４】
本実施形態に係るアクチュエータにおいても、一般的なバルブアクチュエータ同様、リレー出力でバルブの位置情報（バルブ全閉位置、バルブ全開位置）や、アラーム情報（トルクアラーム、サーマルアラーム）などの情報を、外部の機器に出力する構成とすることもできるが、こうした情報の出力は、外部の機器へ正確な情報を伝えるために、通常の通電状態だけでなく、停電時も継続されるのが望ましい。こうしたアクチュエータの情報出力に用いるリレーについては、電源がＯＦＦとなっても接点の状態を保持できるラッチ式のリレーとするのが好ましく、前記レゾルバによる回転状態検出が停電時でも可能であるのと同様、停電時においてもリレー出力を保持して外部機器への正確な情報伝達が行えることとなる。
【００４５】
次に、前記構成に基づくアクチュエータの通常通電状態及び停電状態について説明する。前提として、バッテリ８０は停電時に制御部７０やレゾルバ６０等に十分な電力を供給できる残容量があるものとする。
【００４６】
商用電源から電力が供給される通常の通電状態では、外部からバルブ９０の開又は閉動作の指令信号が制御部７０に入力されると、制御部７０は電動機２０を起動状態とし、電動機２０の出力軸２１は回転を開始する。こうして電動機２０は、減速機構１０を介してバルブ９０の支持軸９１に駆動力を与え、バルブ９０を開閉動作させる。
【００４７】
電動機２０の出力軸２１が回転すると、レゾルバ６０から出力された信号に基づいて制御部７０がサーボ制御を実行する一方、制御部７０は、バルブ９０の開度を取得し、表示部７１に表示したり、外部の操作、指示制御手段等に開度情報を送信することとなる。一般的なバルブ開閉制御と同様、あらかじめ指令された開度位置までバルブ９０が動いたら、電動機２０が停止して開閉動作は完了となる。
【００４８】
何らかの理由で停電となり、商用電源から電力が供給されず電動機２０を動かせない状態となると、制御部７０は、この制御部７０における電動機制御部分等を除いた必要最小限の制御回路や表示部７１にのみバッテリ８０から電力を供給される状態とする。この停電状態でアクチュエータ１に対し特に操作等なされない場合には、レゾルバ６０にもバッテリ８０からの電力供給はなされず、バッテリ８０の電力消費は極めてわずかなものにとどまる。
【００４９】
この停電で電動機２０を使用できない状況で、バルブ９０の開閉が必要な場合には、作業者がバルブ９０を手動で動かせるようにするために、切換手段４０を当初の自動位置から手動位置まで動かすと、切換手段４０のアクチュエータケース１ａ内蔵部分の動きに伴って、クラッチ体１５が入力軸１１上を摺動しつつ手動入力手段３０寄りに移動し、クラッチ体１５の被動側連結部１６と手動入力手段３０の駆動側連結部３１が噛合い、クラッチ体１５と手動入力手段３０が連結状態となる。これにより、減速機構入力軸１１と手動入力手段３０とが連動する状態となり、作業者の手動ハンドル３３操作で得られる回転駆動力を手動ギヤ３４と手動入力手段３０を通じて減速機構１０の入力軸１１に入力し、バルブ９０を開閉できる手動開閉状態となる。
【００５０】
またこの時、切換手段４０のアクチュエータケース１ａ内蔵部分に設けられたカム部４１の動きに伴って、これに押付けられるロッド部４２も移動し、ロッド部４２はインタロックスイッチ５０に接触してこれをＯＮ状態とする。インタロックスイッチ５０がＯＮ状態となることで、制御部７０では、インタロックスイッチ５０に電流が流れることに伴ってインタロックスイッチ５０がＯＮ状態であることを検出し、レゾルバ６０にバッテリ８０からの電力を供給する制御を直ちに実行する。
【００５１】
こうして、停電時でもレゾルバ６０に電力供給がなされることで、レゾルバ６０から信号が出力され、この信号から制御部７０がバルブ９０の開度を取得可能な状態となり、実際に作業者が手動ハンドル３３を操作すると、減速機構１０の入力軸１１が回転し、減速機構１０により伝達される駆動力でバルブ９０が動作すると共に、入力軸１１と一体の電動機出力軸２１の回転に伴って変化する信号がレゾルバ６０から出力され、制御部７０でバルブ９０の開度が演算取得されることとなる。
【００５２】
作業者は、手動ハンドル３３の操作によるバルブ９０の手動開閉作業の完了後、切換手段４０を手動位置から元の自動位置まで戻す。これにより、クラッチ体１５と手動入力手段３０は再度非連結状態となり、減速機構入力軸１１と手動入力手段３０とが連動しない状態に戻る。同時に、インタロックスイッチ５０もＯＦＦ状態に復帰し、これを受けた制御部７０は再びレゾルバ６０にバッテリ８０からの電力供給がなされない状態として、バッテリ８０の電力消費を抑えることとなる。そして、停電が解消した際には、制御部７０は、この制御部７０への電力供給を行う電源をバッテリ８０から商用電源に切替え、またレゾルバ６０にも商用電源から電力が供給されるようにして、通常の通電状態に復帰する。
【００５３】
このように、本実施形態に係るアクチュエータにおいては、減速機構１０の入力軸１１に対し、人の駆動操作で回動する手動入力手段３０が配設され、停電時に、切換手段４０が減速機構１０の入力軸１１と手動入力手段３０を連動する状態に移行させ、この連動状態をインタロックスイッチ５０のＯＮ状態として検出すると、制御部７０がレゾルバ６０にバッテリ８０からの電力を供給するのに伴い、停電時における人の駆動操作で手動入力手段３０を介して減速機構１０の入力軸１１と電動機２０の出力軸２１を回転させる場合でも、通常通電状態と同様に、制御部７０でレゾルバ６０からの出力信号に基づいてバルブ９０の開度を取得可能となることから、停電時の手動操作によるバルブ９０の動作に際し、停電のみではレゾルバ６０に電力供給を行わず、減速機構１０の入力軸１１を手動回転させられる状態となってはじめて、レゾルバ６０へのバッテリ８０からの電力供給を行うようにして、バッテリ８０の電力の無駄な消費を抑えつつ、バルブ９０の開度を中断することなく適切に取得でき、停電時でもバルブ９０の動きに応じて精度よくその開度を得られることとなり、通常通電状態に復帰した際に問題なくバルブ９０の位置制御が継続できる。
【００５４】
（本発明の第２の実施形態）
なお、前記第１の実施形態に係るアクチュエータにおいては、停電時にインタロックスイッチ５０がＯＮ状態であることを制御部７０が検出するための、インタロックスイッチ５０への通電については、特別な調整等を行わずに実行する構成としているが、これに限らず、第２の実施形態として、停電時のバッテリ８０から電力を供給される状態で、制御部７０が、インタロックスイッチ５０に対し、このインタロックスイッチ５０を含んだ回路が閉じた場合にこの回路に所定時間間隔で断続的に電流が流れる電流出力状態に設定する構成とすることもできる。
【００５５】
制御部７０は、インタロックスイッチ５０を含む回路の電流を監視し、インタロックスイッチ５０が閉じてこれを含む回路が閉回路となり、インタロックスイッチ５０に電流が流れると、インタロックスイッチ５０がＯＮ状態であると判定しているが、作業者がバルブ９０の手動開閉を行う間は、インタロックスイッチ５０はＯＮ状態であり続けるため、電流が継続して流れ得る状態にあり、単純に電流を流し続けるとバッテリの電力を無駄に消費してしまうこととなる。
【００５６】
これに対応して、制御部７０は、インタロックスイッチ５０を含む回路への電流出力を、所定時間間隔で断続的に電流が流れる状態、例えば略パルス状にごく短い時間（例えば、０．１秒）だけ電流の流れる状態が所定時間間隔（例えば、１秒間隔）で繰返す状態に設定すると共に、このインタロックスイッチ５０に電流が流れているか否かの監視、判定も、インタロックスイッチ５０に電流を流そうとするタイミングに合わせて実行する（図５参照）。
【００５７】
こうして、このインタロックスイッチ５０のＯＮ状態、すなわちインタロックスイッチ５０が閉じてこれに断続的に電流の流れる状態を制御部７０が断続的に監視して、断続的に電流の流れる状態が続けて認められる間は、インタロックスイッチ５０がＯＮ状態であると制御部７０で判定し、レゾルバ６０にバッテリ８０からの電力を供給する制御を実行することで、インタロックスイッチ５０への実際の総通電時間を短くして、インタロックスイッチ５０を含む回路における電力消費を抑えられると共に、制御部７０でも実監視時間を短くして処理負荷を軽減し、電力消費を小さくできることとなり、バッテリ８０の電力の無駄な消費を抑えて、バッテリ持続時間のより一層の延長が図れる。
【００５８】
（本発明の第３の実施形態）
また、前記第１の実施形態に係るアクチュエータにおいては、停電時に減速機構１０の入力軸１１と手動入力手段３０が連動する状態における、レゾルバ６０へのバッテリ８０からの電力供給についても、特別な調整等を行わずに実行する構成としているが、これに限らず、第３の実施形態として、停電時にレゾルバ６０にバッテリ８０からの電力を供給するにあたり、制御部７０が、レゾルバ６０に対し電動機出力軸２１の一回転につき複数回は電流が流れる間隔で断続的に電流が流れる状態に制御する構成とすることもできる。
【００５９】
制御部７０は、レゾルバ６０の仕様上、信号出力を得るためにレゾルバ６０に励磁電流を流さなければならないが、バッテリ８０からの電力供給の持続性を考慮した場合、レゾルバ６０に流す電流は少ない方が望ましい。このため、制御部７０は、停電時にレゾルバ６０にバッテリ８０からの電力を供給するにあたり、レゾルバ６０に対し、手動入力手段３０に連動して回転する電動機出力軸２１の一回転のうちに、レゾルバ６０から角度位置を特定可能な信号が複数回出力されるように、出力軸２１の一回転につきレゾルバ６０に複数回電流が流れる時間間隔で断続的に電流を流す。例えば、励磁波形をパルス状とする場合には、パルスの１〜数回分のごく短時間（例えば、１００マイクロ秒前後）の通電を所定時間間隔（例えば、０．００５秒間隔）で繰返すように設定して断続的に電流を流すこととなる（図６参照）。
【００６０】
手動でゆっくりと回転する電動機出力軸２１の一回転のうちに、レゾルバ６０に断続的に電流を流すのに対応して、レゾルバ６０から信号が複数回出力される状態が、出力軸２１の回転に合わせて継続すると、制御部７０ではそれぞれ角度位置を特定可能な複数の信号から、出力軸２１の回転数を問題なくカウントして、バルブ９０の開度を取得できることとなる。こうして、レゾルバ６０の出力信号からバルブ９０の開度を適切に取得可能な状態を維持しつつ、停電時には通常通電状態に比べてレゾルバ６０への実際の総通電時間を短くして、レゾルバ６０を含む回路における電力消費を低減でき、バッテリ８０の電力の無駄な消費を抑えて、バッテリ持続時間のより一層の延長が図れる。
【００６１】
（本発明の第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータを、図７及び図８に基づいて説明する。
前記各図において本実施形態に係るアクチュエータ２は、前記第１の実施形態同様、減速機構１０と、電動機２０と、手動入力手段３０と、切換手段４０と、インタロックスイッチ５０と、レゾルバ６０と、制御部７０と、バッテリ８０とを備える一方、異なる点として、制御部７０が、通常通電状態の電動機２０における出力軸２１の回転角速度を、バルブ９０の動作に係る速度指令に基づいて設定される目標速度に対し、所定範囲内で増減させ、且つこの増減変化を繰返し生じさせる制御を実行する構成を有するものである。
【００６２】
前記制御部７０は、通常通電状態でレゾルバ６０の出力信号に基づいて電動機２０を制御する駆動制御部７２と、同じく通常通電状態で外部からバルブ９０の所定開度までの動作指令を受けて駆動制御部７２への速度指令信号を出力するコントローラ部７３とを備える構成である。
【００６３】
前記駆動制御部７２は、通常通電状態で、レゾルバ６０の出力信号に基づいて電動機２０をサーボ制御すると共に、電動機２０における出力軸２１の回転角速度を、バルブ９０の動作に係る速度指令に基づいて設定される目標速度に対し、所定範囲内で増減させ、且つこの増減変化を繰返し生じる状態に制御する構成である。
【００６４】
具体的には、サーボモータである電動機２０のサーボ制御における、速度制御やフィルタ制御、電流制御等を行いつつ電動機に電流を供給する制御・ドライブ手段７４の前段側における、レゾルバ６０での実際の検出に基づく速度情報のフィードバックがなされるより前の過程で、駆動対象物であるバルブ９０の動作に係る速度指令としてコントローラ部７３から与えられる速度指令信号に対し、変動付加手段７５により所定の高い周波数で且つ所定の微小振幅の連続波形（例えば、正弦波状）となる変動信号成分を加算することで、制御結果として電動機出力軸２１の回転角速度の増減変化を得ることとなる。
【００６５】
こうした駆動制御部７２での制御に伴い、電動機２０の出力軸２１は、速度指令に基づく回転方向と同じ方向の回転を維持しながら、その回転角速度が目標速度から所定の範囲内で少しだけ速くなったり遅くなったりする増減変化がごく短い周期で繰返し生じる、すなわち回転角速度が細かくぶれる変動状態となる。出力軸２１は、この回転角速度のぶれで、回転方向に微小振動していると見なせ、出力軸２１と一体に回転するウォーム１２にもこの回転方向への略振動状態が生じているため、通常の単純な振動が加わる場合と同様に、ウォーム１２とウォームホイール１３の各歯面間の接触状態が改善され、歯面間の摩擦が低減する。
【００６６】
このような、電動機２０の出力軸２１及びウォーム１２において、実際の回転角速度を速度指令に基づく目標の速度に対し増減変化させる状態は、測定の容易な回転数を基準として言換えると、速度指令に基づく目標の回転数に対し増減変動する回転差を生じさせつつ出力軸２１及びウォーム１２を回転させる、と言える。
【００６７】
駆動制御部７２で速度指令信号に対し加算される変動信号成分の振幅は、実際の出力軸２１の回転における目標回転数からの回転差の取り得る範囲、すなわち、出力軸２１の回転角速度の増減変化の範囲（増減変動波形の振幅）を規定するものである。また、変動信号成分の周波数は、出力軸２１における回転角速度の増減変化の周波数を規定するものである。
【００６８】
そして、この駆動制御部７２では、速度指令信号に対し加算する変動信号成分の振幅と、実際に出力軸２１の回転に生じる目標回転数からの最大の回転差との関係、及び、前記変動信号成分の周波数と、実際の出力軸２１における回転角速度の増減変化する周波数との関係をそれぞれあらかじめ取得した上で、実際の出力軸２１及びウォーム１２で所望の略振動状態に相当する回転角速度の増減変化が生じるように、変動付加手段７５で適切な振幅と周波数の波形に設定された変動信号成分を速度指令信号に加算する。
【００６９】
例えば、電動機２０の目標回転数（定格回転数）が３０００ｒｐｍの場合、出力軸２１における回転角速度の増減変化の周波数は１〜１０ｋＨｚ、目標回転数からの最大回転差（オフセット回転数）は２５０ｒｐｍとするのが好ましく、駆動制御部７２は、こうした制御結果が得られることをあらかじめ確認済の所定振幅及び周波数を有する変動信号成分を速度指令信号に加算することとなる。加算後の指令信号は、元の速度指令信号に、高い周波数で且つ小振幅の正弦波状の変動波形が重畳した状態となる。特に、電動機がＡＣサーボモータの場合は、図８に示すように、交流波形となる速度指令信号に、この速度指令信号の周波数より極めて高く且つその振幅より極めて小さい振幅の波形が重畳して、出力軸に回転角速度の増減変化による略振動状態を与えつつも、目標回転数付近の回転数を維持するサーボ制御には影響を与えない状態とする。
【００７０】
なお、駆動制御部７２の電動機２０に対するサーボ制御は、レゾルバ６０の出力信号から得られる電動機出力軸２１の回転の速度の情報をフィードバックで受け、これと速度指令信号に基づいて電動機２０の回転を制御する公知のものであり、詳細な説明を省略する。
【００７１】
前記コントローラ部７３は、通常通電状態で、外部の操作、指示制御手段等から電線や光ケーブルによる有線通信、もしくは無線通信等によりバルブ９０の所定開度までの動作指令を受け、またレゾルバ６０の出力信号からバルブ９０の開度位置情報を取得し、位置制御等を行った上で駆動制御部７２に速度指令信号を出力するものである。
【００７２】
このコントローラ部７３と駆動制御部７２により電動機２０を作動させ、バルブ９０を開閉動作させて所定の開度に到達させた後、電動機２０を停止させるまでの、一連の基本的な動作制御については、公知のバルブ開度調整に係るサーボ制御であり、詳細な説明を省略する。
【００７３】
次に、前記構成に基づくアクチュエータの通常通電状態における動作について説明する。前提として、通常通電状態において、外部からバルブ９０の開又は閉動作の指令信号が制御部７０のコントローラ部７３に入力され、コントローラ部７３から駆動制御部７２に速度指令信号が伝達されると、駆動制御部７２は電動機２０を起動状態とし、電動機２０は回転を開始し、減速機構１０を介してバルブ９０の支持軸９１に駆動力を与えるものとする。
【００７４】
電動機２０が回転すると、レゾルバ６０から出力された信号に基づいて制御部７０はサーボ制御を実行する一方、制御部７０の駆動制御部７２は、バルブ９０の動作に係る電動機２０への速度指令信号に対し、あらかじめ設定された適切な振幅と周波数をもつ波形の変動信号成分を加算する。
【００７５】
加算後の指令信号による制御の結果として、電動機２０の出力軸２１は、速度指令に基づく回転方向に回転しつつ、その回転角速度が目標速度から前記変動信号成分の振幅から想定される範囲内で増減し、且つこの増減変化が前記変動信号成分の周波数から想定される周波数で繰返される状態となっている。なお、出力軸２１の回転角速度の増減を回転数を基準として言換えると、出力軸２１の実際の回転数が目標回転数から前記変動信号成分の振幅から想定される回転差の範囲内で増減する、となる。
【００７６】
出力軸２１で、回転角速度の増減変化が繰返し生じている状態、すなわち回転角速度が高速側と低速側に細かくぶれる状態は、出力軸２１が回転方向に微小振動しているといえ、こうした出力軸２１の略振動状態は、出力軸２１と一体の入力軸１１上のウォーム１２においても生じていることから、減速機構１０では、通常の単純な振動が加わる場合と同様に、ウォーム１２とウォームホイール１３の各歯面同士の摩擦が低減し、伝動効率が向上する。また、出力軸２１とウォーム１２の回転方向における略振動状態となっていることで、出力軸２１やウォーム１２の軸受に、スラスト方向やラジアル方向への不要な力が加わりにくく、悪影響を抑えられる。
【００７７】
この減速機構１０における伝動効率の向上に伴い、同じ電動機や減速機構を用いつつも、ウォーム１２の略振動状態を生じさせない従来同様のサーボ制御を行う場合と比べて、アクチュエータの出力トルクを増大させた状態でバルブ９０の駆動を実行することができる。そして、前記第１の実施形態と同様、あらかじめ指令された開度位置までバルブ９０が動いたら、電動機２０が停止して開閉動作は完了となる。
【００７８】
なお、本実施形態に係るアクチュエータの停電状態については前記第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００７９】
このように、本実施形態に係るアクチュエータにおいては、制御部７０の駆動制御部７２が、バルブ動作に係る速度指令に基づいてバルブ９０の状況に応じた目標の回転角速度で出力軸２１が回転するよう制御される電動機２０に対し、出力軸２１の回転角速度を、バルブ９０の動作に係る速度指令に基づく目標速度に対し、所定範囲内で増減する変化が繰返す状態に制御し、電動機出力軸２１に直結する入力軸１１上のウォーム１２を回転させる中、その回転角速度に細かなぶれを与えることから、ウォーム１２が回転方向に微小振動していると見なせる状態を伴いつつ回転することとなり、こうした略振動状態の発生に伴ってウォーム１２とウォームホイール１３との歯面同士の接触状態を改善し、歯面のすべり接触における摩擦を低減してウォームギヤとしての伝動効率を向上させることとなり、アクチュエータとしてバルブに与えられる駆動力やトルクを、同等の電動機や減速機構を用いた従来のものより増大させられ、仮に電動機や減速機構を小型化したとしても、実際の駆動力やトルクを増大させられる分、定格性能の高いより大型のアクチュエータを要求されていた状況でも使用でき、性能低下を招くことなくアクチュエータ全体の小型化が図れる。
【００８０】
（本発明の第５の実施形態）
なお、前記第４の実施形態に係るアクチュエータにおいては、通常通電状態でバルブ９０の動作に係る指令に基づいて電動機２０が回転する間、駆動制御部７２は常に電動機２０の出力軸２１の回転角速度を増減変化状態に制御し、出力軸２１及びウォーム１２の回転方向への略振動状態を生じさせる構成としているが、これに限らず、第５の実施形態として、バルブ９０の開度によって、駆動制御部７２が電動機２０の出力軸２１の回転角速度を増減変化状態に制御する場合と、この制御を実行せず出力軸２１の回転角速度を速度指令に基づいて設定される目標速度のままとする場合とを切換える構成とすることもできる。
【００８１】
バルブの場合、バルブの閉状態からの開放開始時には始動トルク、閉止直前の微小開状態からの完全閉止時には締切りトルクとして、これら以外のバルブ開度において必要となる定格のトルクよりも大きいトルクが、バルブ動作に必要であることが知られているが、こうした特性に対応して、バルブ９０の閉状態からの開放開始時や、閉止直前の微小開状態からの完全閉止時にのみ、駆動制御部７２が電動機２０の出力軸２１の回転角速度を増減変化状態に制御し、これら以外のバルブ９０の開動作及び閉動作においては、駆動制御部７２は制御状態を切換え、出力軸２１の回転角速度を速度指令に基づいて設定される目標速度のままとする制御を実行する。
【００８２】
通常通電状態において、電動機２０が動作してバルブ９０が開閉動作している場合、レゾルバ６０からは電動機２０の回転変位に対応した信号が出力され、この信号からバルブの開度を演算取得できるため、バルブ９０の開度を監視し、例えば閉動作の際に、前記締切りトルク等の大きいトルクが必要となった開度に達した場合に、駆動制御部７２で出力軸２１の回転角速度を目標速度とする制御状態から、回転角速度を増減変化状態に制御する状態に切換えることとなる。また、逆に開動作の際に、前記始動トルク等の大きいトルクが必要な状態から定格以下のトルクで済む開度に達した場合には、駆動制御部７２で出力軸２１の回転角速度を増減変化状態とする制御から、回転角速度を目標速度とする制御に切換える。
【００８３】
こうして、バルブの駆動において最もトルクを必要とする開放開始時や閉止終了時に、駆動制御部７２で電動機２０の出力軸２１の回転角速度を増減変化状態に制御し、ウォーム１２を回転方向への略振動状態で回転させるようにすることにより、必要時に減速機構１０における摩擦を減らして伝動効率を高め、必要十分なトルクを発生させ、バルブ９０を問題なく駆動して動作させられると共に、トルクをそれほど必要としない中間負荷の状態では電動機２０を定格運転させれば済むこととなり、必要なトルクを定格で発生させられることを基準として従来選定されていた電動機や減速機構を、必要時にのみ要求に見合う最大トルクを与えられるものとすれば足り、ウォームを略振動状態としない定格状態での出力を抑えた小型の電動機等を採用でき、コストダウンが図れると共に、アクチュエータ全体の構造をコンパクト化できる。
【００８４】
またこの場合、バルブの閉状態からの開放開始時と、閉止直前の微小開状態からの完全閉止時の両方で、電動機の出力軸の回転角速度を前記増減変化状態に制御するようにしているが、この他、前記バルブの閉状態からの開放開始時、又は閉止直前の微小開状態からの完全閉止時のいずれか一方のみで、電動機出力軸の回転角速度を前記増減変化状態とする制御を行う構成とすることもできる。
【００８５】
また、前記各実施形態に係るアクチュエータにおいては、電動機２０からの駆動力を減速機構１０を介してバルブ９０の支持軸９１に伝達し、バルブ９０を開閉する機構としているが、こうしたバルブの他、板状のゲートを上下方向又は横方向に移動させて流路の開閉を行うゲート開閉機構に適用する構成とすることもできる。さらに、バルブやゲートを支持するものが支持軸でなくチェーンやワイヤ等の支持部材である場合には、ウォームホイールとこれらチェーンやワイヤ等の支持部材との間の駆動力を伝える中間部品を、それぞれに対応した適切なものとして用いられることは言うまでもない。
【００８６】
さらに、前記各実施形態に係るアクチュエータにおいては、駆動対象物としてのバルブ９０の支持軸９１に駆動力を伝達する減速機構１０としてウォームギヤを用いる構成としているが、これに限らず、例えばバルブやゲート等の駆動対象物に加わる流体からの力や重力等の外力でこれらが不用意に動いてしまうのを防ぐために、出力側に加えられた力で逆に入力側を動かすことができないセルフロック性を付与されたものであれば、他の減速機構を採用してもかまわない。
【００８７】
また、前記各実施形態に係るアクチュエータにおいては、レゾルバ６０を電動機２０と一体に取付けて、電動機２０の動作又は手動で、減速機構１０の入力軸１１が回転し、減速機構１０により伝達される駆動力で駆動対象物としてのバルブ９０が動作すると、これと同時に、入力軸１１と一体の電動機出力軸２１の回転に伴って変化する信号がレゾルバ６０から出力され、この信号から制御部７０でバルブ９０の開度が演算取得される構成としているが、これに限らず、レゾルバを減速機構の出力軸、例えば前記各実施形態の場合ではウォームホイールの軸、に設けて、レゾルバから減速機構の出力軸の回転変位に対応した信号が出力されるようにする構成とすることもでき、減速機構の出力軸では電動機出力軸より回転量が少ない分、レゾルバにおける励磁電流の流れる頻度も減少することとなり、レゾルバでの消費電力を大きく下げられ、バッテリの電力の消費をさらに抑えて、バッテリ持続時間を大幅に延長できる。
【００８８】
また、前記各実施形態に係るアクチュエータにおいて、停電時に人から駆動操作を受ける手動ハンドル３３は、手動ギヤ３４の中心軸と一体に連結して、アクチュエータケース１ａの外側に常時存在する構成とされているが、この他、手動ハンドルを手動ギヤの中心軸に対し着脱可能とし、停電時に手動でバルブ等の駆動対象物を動作させる場合にのみ、手動ハンドルを取付けて操作に供する構成とすることもできる。この場合、アクチュエータにおける手動ハンドルを取付ける軸は、手動ハンドルだけでなく、他の器具、例えば、蓄電池や発電機の電力で回転駆動力を発生させる手持型の電動工具や、空気圧や油圧で回転駆動力を発生させる手持可能な自動型の工具等を連結可能な、汎用性のある形状としておけば、こうした電動工具等を連結してその駆動力を利用でき、大幅に省力化が図れることとなる。
【００８９】
このように手動ハンドルを着脱可能とし、必要な時に軸に取付けて用いる場合、インタロックスイッチをＯＮ状態まで動かしてはじめて、手動ハンドルを軸に取付けられるような構造、例えば、手動操作により動いてインタロックスイッチのＯＮ、ＯＦＦを切換える切換手段が、インタロックスイッチをＯＮ状態とする位置に達するまで、その一部を手動ハンドルの取付予定位置に存在させて障害物となり、軸への手動ハンドルの取付けを阻止する構造、とするのが好ましい。これにより、仮に電動機が停止していない状態で、切換手段を自動位置から手動位置に切換えたとしても、インタロックスイッチがＯＮ状態となってから、手動ハンドルを軸に取付けて手動操作状態にすることができ、電動機が停止しておらず手動ハンドルを取付ける軸に回転が伝わるおそれのある状態で、手動ハンドルを軸に取付けることに伴う、手動ハンドルの回転等の危険な事態が生じることはなく、安全である。
【００９０】
また、切換手段を逆に手動位置から自動位置に切換えようとする際に、手動ハンドルが軸に取付けられたままの状態では、切換手段をインタロックスイッチのＯＮ状態対応位置から動かすのに、手動ハンドルが障害となって動かすことができないため、手動ハンドルを軸から外した後で、切換手段を動かしてインタロックスイッチ５０をＯＦＦ状態とせざるを得なくなる。これにより、切換手段を手動位置から自動位置に切換える時点で、既に停電状態から通常の通電状態に復帰している場合でも、手動ハンドルを軸から外して電動機側との連動がなくなった状態で、インタロックスイッチにより電動機は回転可能となり、電動機が電力供給を受けて回転を開始しても、アクチュエータ外への影響はなく、安全である。
【符号の説明】
【００９１】
１、２  アクチュエータ
１ａ    アクチュエータケース
１０    減速機構
１１    入力軸
１２    ウォーム
１３    ウォームホイール
１４    ジョイント部
１５    クラッチ体
１６    被動側連結部
１７    溝部
２０    電動機
２１    出力軸
３０    手動入力手段
３１    駆動側連結部
３２    ギヤ部
３３    手動ハンドル
３４    手動ギヤ
４０    切換手段
４１    カム部
４２    ロッド部
５０    インタロックスイッチ
６０    レゾルバ
７０    制御部
７１    表示部
７２    駆動制御部
７３    コントローラ部
７４    制御・ドライブ手段
７５    変動付加手段
８０    バッテリ
９０    バルブ
９１    支持軸
【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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【図７】
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【図８】
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