(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略９０度の範囲で軸芯廻りの両方向に回転し，接続されるバルブを開閉する出力軸と，該出力軸を上記両方向に回転駆動する電動機と，該電動機の駆動トルクがない場合にも，上記出力軸に接続される上記バルブのバルブ開度を全開或いは全閉のまま保持する開度保持手段と，上記バルブ開度が全開或いは全閉状態であることの各々を検知する全開全閉検知手段と，上記全開全閉検知手段により上記バルブ開度の全開或いは全閉状態であることが検知された場合に上記電動機に対する駆動電力の供給を遮断する制御手段と，を具備してなるバルブ駆動用アクチュエータであって，
上記開度保持手段が，上記出力軸の周面上における任意の位置に形成され，上記出力軸と共に回転する第１の係合部と，
該第１の係合部の側方に，上記出力軸に対して不動に設けられる第２の係合部と，
上記第１の係合部と上記第２の係合部とを連結すると共に，上記バルブのバルブ開度が全開である場合には，該バルブを開する方向に上記第１の係合部を付勢し，上記バルブのバルブ開度が全閉である場合には，上記バルブを閉する方向に上記第１の係合部を付勢してなる弾性部材と，
を具備してなることを特徴とするバルブ駆動用アクチュエータ。
【請求項２】
上記第１の係合部の回転範囲内における略中心の位置で，該第１の係合部と上記第２の係合部とを連結する上記弾性部材がデッドポイントを越えるように，上記第２の係合部が設けられてなる請求項１に記載のバルブ駆動用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，バタフライ弁，ボール弁等のバルブを駆動するための電動アクチュエータであって，特に上記バルブのバルブ開度を全開或いは全閉のまま保持する開度保持手段を具備するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バタフライ弁やボール弁の如く，弁体（バルブ）が９０度回転（クウォータターン）することによって接続された管路の開閉を行うための回転弁を電動で駆動する場合には，電動アクチュエータが広く用いられる。
一般的な上記電動アクチュエータは，略９０度の範囲で軸芯廻りに回動し，接続されるバルブを開閉する出力軸と，複数の平歯車その他を組み合わせて構成される減速機構を介して上記出力軸を回転駆動する電動機とを具備して概略構成される。
これにより，上記電動アクチュエータは，上記電動機を任意に制御することによって上記出力軸の回転角度を制御することが可能となり，ひいては該出力軸に接続されるバルブの開閉を任意に制御することができる。
更には，上記減速機構を設けることによって，上記電動機の回転駆動力を，より効率的に上記出力軸に対して伝達可能となり，該電動機の小型化や消費電力の抑制等の効果を奏する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来公知の電動アクチュエータでは，上記電動機に駆動電圧が印加されていない状態で，上記出力軸に接続されるバルブに対して，管路内の流体圧の変動その他何らかの作用が働いた場合，その作用によって上記出力軸が回転され，バルブのバルブ開度を全開，或いは全閉のまま保持することができない。
そのため，上記従来公知の電動アクチュエータにおいては，上記電動機の駆動トルクがない場合にも，上記出力軸に接続される上記バルブのバルブ開度を全開或いは全閉のまま保持する開度保持手段を具備したものが開発されている。
例えば，上記出力軸の回転を規制する電磁ブレーキを備えたものや，上記減速機構としてウォームギアを備え，該ウォームギアのセルフロックを利用するものである。ここで，上記セルフロックとは，ウォームギアの構造上の特徴であって，ウォームギアのウォームの進み角を所定の角度以下とすれば，ウォームホイール（出力軸）側からの入力によるウォーム（入力軸）側の回転を防止できるというものである。
上記従来公知の電動アクチュエータでは，このような機構を新たに追加することによって，上記電動機に駆動電圧が印加されていない場合にも，上記出力軸の不要な回転を防止し，バルブのバルブ開度を全開，或いは全閉のまま保持することを可能としている。
しかしながら，前者の場合には，上記電磁ブレーキを追加することによる制御回路の煩雑化，或いは装置の大型化，更には製造コストの増大を避けることができない。また，該電磁ブレーキは，高摩擦力を有するブレーキ面を上記出力軸に圧接させることにより制動力を発生するものであるため，適正な制動力を得るためには，特別な技能を有する作業者による定期的なメンテナンス作業が必要となる。例えば，メンテナンス作業を怠り，制動力が過大に設定された場合には，アクチュエータの駆動トルク不足を招き，更には，上記電動機に駆動電圧が印加された後にも電磁ブレーキが解除されない場合には，上記電動機の過熱，或いは焼損の恐れがある。このような事態を避けるためにも，定期的なメンテナンス作業は不可欠であり，それによるメンテナンス費用の増大を避けることができない。
また，後者の場合には，ウォームギアのウォームの進み角を所定の角度以下としたことによるウォームギアの出力効率の低下（一般的に３０〜４０％程度まで低下する）が問題となる。即ち，バルブを開閉するために必要な所定の駆動トルクを得るためには，平歯車のみにより構成された減速機を用いる場合に較べ，ウォームギアでの損失分を補うために，より大きな駆動トルクを発生し得る電動機が必要となる。その結果として，製造コスト，或いは使用電力の増大，及び装置の大型化を避けることができない。
そこで，本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，上記電動機に駆動電圧が印加されていない場合に，バルブのバルブ開度を所定の開度に保持する開度保持手段を具備してなるバルブ駆動用アクチュエータにおいて，コストの押し上げ，或いは装置の大型化を招くことのない開度保持手段を設けたバルブ駆動用アクチュエータを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，略９０度の範囲で軸芯廻りの両方向に回転し，接続されるバルブを開閉する出力軸と，該出力軸を上記両方向に回転駆動する電動機と，該電動機の駆動トルクがない場合にも，上記出力軸に接続される上記バルブのバルブ開度を全開或いは全閉のまま保持する開度保持手段と，上記バルブ開度が全開或いは全閉状態であることの各々を検知する全開全閉検知手段と，上記全開全閉検知手段により上記バルブ開度の全開或いは全閉状態であることが検知された場合に上記電動機に対する駆動電力の供給を遮断する制御手段と，を具備してなるバルブ駆動用アクチュエータであって，上記開度保持手段が，上記出力軸の周面上における任意の位置に形成され，上記出力軸と共に回転する第１の係合部と，該第１の係合部の側方に，上記出力軸に対して不動に設けられる第２の係合部と，上記第１の係合部と上記第２の係合部とを連結すると共に，上記バルブのバルブ開度が全開である場合には，該バルブを開する方向に上記第１の係合部を付勢し，上記バルブのバルブ開度が全閉である場合には，上記バルブを閉する方向に上記第１の係合部を付勢してなる弾性部材と，を具備してなることを特徴とするバルブ駆動用アクチュエータとして構成される。
このように構成することによって，上記出力軸に接続される上記弾性部材の弾性力によって上記バルブのバルブ開度を所定の開度で保持するという，従来の構成に基づいた簡略な構成によって，上記開度保持手段を実現可能であり，電磁ブレーキ，或いはウォームギア等を新たに追加する場合と比較して，製造コストの押し上げや，装置の大型化を避けることができ，日常的なメンテナンス作業も不要となる。
更には，ウォームギアを不要とすることにより，ウォームギアを追加する場合には不可避な問題である伝達効率の低下を避けることが可能となり，ウォームギアを追加する場合に較べて上記電動機の容量を小型化可能となり，装置の小型化，消費電力の抑制に寄与し得る。
【０００５】
ここで，上記第１の係合部の回転範囲内における所定の位置で，該第１の係合部と上記第２の係合部とを連結する上記弾性部材がデッドポイントを越えるように，上記第２の係合部を設けると良い。
これにより，上記弾性部材が上記出力軸を付勢する方向を，上記デッドポイントを境界として切り替えることが可能となる。即ち，上記弾性部材の弾性力によって，上記バルブのバルブ開度が全開である場合には，該バルブを開する方向に上記第１の係合部を付勢し，上記バルブのバルブ開度が全閉である場合には，上記バルブを閉する方向に上記第１の係合部を付勢することができる。
例えば，上記第２の係合部を設ける位置としては，上記弾性部材がデッドポイントを越える上記第１の係合部の回転範囲内における所定の位置が，該回転範囲における略中心の位置であることが考えられる。
これにより，上記出力軸を，上記バルブのバルブ開度が開する方向に付勢する付勢力と，上記バルブのバルブ開度が閉する方向に付勢する付勢力とを，逆方向で同量とすることが可能となり，上記バルブの全開，全閉に拘わらず所定の付勢力によってバルブ開度を保持することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものでない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るバルブ駆動用アクチュエータＡの概略構成を示す図，図２はバルブが全閉である場合のバルブ駆動用アクチュエータＡの平面図，図３はバルブが全開である場合のバルブ駆動用アクチュエータＡの平面図である。
【０００７】
本発明の実施の形態に係るバルブ駆動用アクチュエータＡは，図１に示すように，略９０度の範囲で軸芯Ｚ廻りに回動し，接続される不図示であるバルブを開閉する出力軸６と，該出力軸６を回転駆動する駆動トルクを付与し，減速用ギヤヘッド２を備えるモータ（電動機の一例に相当）１と，該モータ１の出力端であるモータ軸４に設けられるモータギヤ３と，該モータギヤ３と噛み合うように上記出力軸６に設けられる平歯車５と，上記出力軸６の所定の位置に設けられ，該出力軸と共に回転するドック９ａ，９ｂと，該ドック９ａ，９ｂに応じた位置に設けられ，該ドック９ａ，９ｂの回転位置に応じて作動し，バルブの全開或いは全閉を検知するリミットスイッチ１０ａ，１０ｂと，上記出力軸６に該出力軸６の半径方向に形成されたアーム１１の端部近傍に設けられ，上記出力軸６と共に回転する保持ピン（第１の係合部の一例に該当）１２と，該保持ピン１２の側方に上記出力軸６に対して不動に設けられるバネ支持スタット（第２の係合部の一例に該当）１３と，上記保持ピン１２と上記バネ支持スタット１３とを連結する付勢バネ（弾性部材の一例に該当）１４とを具備して概略構成される。尚，上記バルブ駆動用アクチュエータＡにおける開度保持手段は，上記保持ピン１２と，上記バネ支持スタット１３と，上記付勢バネ１４とを含むものである。
【０００８】
次に，上記バルブ駆動用アクチュエータＡの動作の詳細について説明する。
先ず，外部からの指令によって任意に制御される上記モータ１の駆動トルクは，上記減速用ギヤヘッド２により減速された後，モータ軸４に設けられるモータギヤ３を回転させる。次に，該モータギヤ３の駆動トルクは，該モータギヤ３に噛み合うように設けられる平歯車５に伝達され，平歯車５を備え，軸芯Ｚ廻りに回動可能に設けられた上記出力軸６を回転させる。
これにより，上記モータ１の回転（駆動トルク）を制御することによって，上記出力軸６に接続されるバルブの回転角度を制御することが可能となり，ひいては該バルブが接続される管路を任意に開閉できる。
ここで，上記出力軸６が回転され，バルブ開度の全開（全閉）に応じた位置まで回転されたとすると，該出力軸６に設けられ，該出力軸６と共に回転するドック９ａ（９ｂ）が，全開（全閉）に応じたリミットスイッチ１０ａ（１０ｂ）を作動させ，バルブ開度が全開（全閉）まで動作したことを検知する。尚，上記ドック９ａ（９ｂ），及び前記リミットスイッチ１０ａ（１０ｂ）が全開全閉検知手段の一例である。
ここで，上記リミットスイッチ１０ａ，或いは１０ｂの各接点を，上記モータ１を駆動する不図示である制御回路（制御手段の一例）への入力信号とすれば，バルブ開度が全開或いは全閉となったことを条件として上記モータ１への駆動電圧を遮断する回路を構成することが可能となり，上記モータ１に対して無用に電圧が印加されることを防止でき，消費電力の抑制，或いは上記モータ１の過負荷，或いは過熱等を未然に防ぐことができる。
上述説明したような，電動機を用いた回転弁のバルブ駆動用アクチュエータの動作或いは制御手法は，従来公知のものである。
【０００９】
本発明の実施の形態に係る上記バルブ駆動用アクチュエータＡは，開度保持手段の一例として，上記保持ピン１２と，上記バネ支持スタット１３と，上記付勢バネ１４とを更に具備することを特徴点とする。
そこで，図２，或いは図３を用いて上記回動保持手段の各部の動作の詳細について説明する。
（全閉保持）
先ず，上記開度保持手段によってバルブ開度を，全閉保持する動作を考える。ここでは，バルブ開度を全閉のまま保持している上記バルブ駆動用アクチュエータＡの平面図であって，図１に示す該バルブ駆動用アクチュエータＡにおけるＹ矢視の断面を示す図２を用いて説明する。
ここで，上記保持ピン１２は，上記出力軸６の周面上における任意の位置に該出力軸６の半径方向に形成されたアーム１１の端部近傍に設けられ，該出力軸６と共に回動可能である。
また，上記バネ支持スタット１３は，上記保持ピン１２の側方に設けられ，上記出力軸６に対して不動である。
そこで，上記保持ピン１２と，上記バネ支持スタット１３とを付勢力Ｆ１（図中には矢印で示す）を発生する上記付勢バネ１４で連結することによって，上記出力軸６が，バルブを閉する方向への付勢トルクＦｃ（図中には矢印で示す）により付勢される。
これにより，上記モータ１への印加電圧がない場合にも上記付勢トルクＦｃによって，上記出力軸６に接続されるバルブ開度を全閉のまま保持し得る。
（全開保持）
次に，上記開度保持手段によってバルブ開度を，全開保持する動作について考える。
ここでは，バルブ開度を全開のまま保持している上記バルブ駆動用アクチュエータＡの平面図であって，図１に示す該バルブ駆動用アクチュエータＡにおけるＹ矢視の断面を示す図３を用いて説明する。
ここで，図３は，図２の状態であった上記バルブ駆動用アクチュエータＡから上記出力軸６が反時計回りに略９０度回転した状態を示すものである。
即ち，上述した全閉保持の場合と同様，付勢力Ｆ２（図中には矢印で示す）を発生する上記付勢バネ１４の作用により，上記出力軸６は，バルブを開する方向への付勢トルク（図中には矢印Ｆｏで示す）により付勢される。
従って，上記モータ１への印加電圧がない場合にも上記付勢トルクＦｏによって，上記出力軸６に接続されるバルブ開度を全開のまま保持し得る。
ここで，上記バネ支持スタット１３を設ける位置は，上記保持ピン１２が，該保持ピン１２の回転軌跡を示す円弧Ｂ上における所定の位置（図中ではＤで示す）まで回転したときに，上記弾性部材１４のデッドポイントを越えるような位置とすれば良い。
これにより，上記出力軸６が上記弾性部材１４によって付勢される方向を，上記デッドポイントＤを境界として切り替えることが可能となり，上記出力軸６は，バルブが全開である場合には付勢トルクＦｏの向きに付勢され，バルブが全閉である場合には付勢トルクＦｃの向きに付勢されることとなり，該出力軸６に接続されるバルブを全開，或いは全閉のまま保持し得る。
上記バルブ駆動用アクチュエータＡでは，上記付勢バネ１４がデッドポイントを越える位置Ｄを，上記保持ピン１２の回転軌跡を示す円弧Ｂにおける略中心の位置としている。
これにより，上記付勢バネ１４の付勢力によって発生する上記付勢トルクＦｃとＦｏとを逆方向且つ同量とすることが可能となり，バルブの全開，全閉に拘わらず所定（同一）の付勢トルク（Ｆｏ＝Ｆｃ）によってバルブ開度を保持することができる。
一方，バルブを全開のまま保持するために必要な付勢トルクと，バルブを全閉のまま保持するために必要な付勢トルクとが異なる場合には，上記出力軸６を，バルブの全開，全閉に応じて異なる付勢トルクによって付勢する必要がある。
その場合には，上記バネ支持スタット１３を設ける位置を変化させ，上記付勢バネ１４がデッドポイントを越える位置Ｄを任意に調整することによって，バルブを開する方向に付勢する付勢トルクＦｏと，バルブを閉する方向に付勢する付勢トルクＦｃとの比率を任意に調整可能であり，バルブの全開，全閉毎の好適な付勢トルク（Ｆｏ≠Ｆｃ）によってバルブ開度を保持することができる。
また，バルブ開度を全閉（全開）のまま保持するために必要な付勢トルクは，バルブを通常使用時において全閉（全開）状態から開操作（閉操作）するために必要な駆動トルクに対して過小であることが知られている。
そのため，上記バルブ駆動用アクチュエータＡにおいて，上記付勢トルクＦｃ（Ｆｏ）によってバルブ開度を全閉（全開）のまま保持している場合にも，通常使用時におけるバルブの開操作（閉操作）を阻害することはない。
ここで，上記付勢トルクＦｃ（Ｆｏ）を調整する方法としては，上記付勢バネ１４の付勢力Ｆ１（Ｆ２）を変更する，或いは上記保持ピン１２と上記バネ支持スタット１３間の距離とを調整することにより，任意且つ容易に実施することが可能である。
【００１０】
【実施例】
上述説明した，本発明の実施の形態に係る上記バルブ駆動用アクチュエータＡでは，上記付勢バネ１４で発生する付勢力が引力である場合について説明している。
しかしながら，上記付勢バネ１４で発生する付勢力は引力に限定されることはなく，斥力を発生する弾性部材１４’を有するバルブ駆動用アクチュエータであっても良い。
その場合には，上記バネ支持スタット１３を，図２に示す直線Ｘに対して線対称な位置に設けることにより，上記バルブ駆動用アクチュエータＡと同様な効果を奏することが可能であることは理解に易しい。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明は，略９０度の範囲で軸芯廻りの両方向に回転し，接続されるバルブを開閉する出力軸と，該出力軸を上記両方向に回転駆動する電動機と，該電動機の駆動トルクがない場合にも，上記出力軸に接続される上記バルブのバルブ開度を全開或いは全閉のまま保持する開度保持手段と，上記バルブ開度が全開或いは全閉状態であることの各々を検知する全開全閉検知手段と，上記全開全閉検知手段により上記バルブ開度の全開或いは全閉状態であることが検知された場合に上記電動機に対する駆動電力の供給を遮断する制御手段と，を具備してなるバルブ駆動用アクチュエータであって，上記開度保持手段が，上記出力軸の周面上における任意の位置に形成され，上記出力軸と共に回転する第１の係合部と，該第１の係合部の側方に，上記出力軸に対して不動に設けられる第２の係合部と，上記第１の係合部と上記第２の係合部とを連結すると共に，上記バルブのバルブ開度が全開である場合には，該バルブを開する方向に上記第１の係合部を付勢し，上記バルブのバルブ開度が全閉である場合には，上記バルブを閉する方向に上記第１の係合部を付勢してなる弾性部材と，を具備してなることを特徴とするバルブ駆動用アクチュエータとして構成される。
このように構成することによって，上記出力軸に接続される上記弾性部材の弾性力によって上記バルブのバルブ開度を所定の開度で保持するという，従来の構成に基づいた簡略な構成によって，上記開度保持手段を実現可能であり，電磁ブレーキ，或いはウォームギア等を新たに追加する場合と比較して，製造コストの押し上げや，装置の大型化を避けることができ，日常的なメンテナンス作業も不要となる。
更には，ウォームギアを不要とすることにより，ウォームギアを追加する場合には不可避な問題である伝達効率の低下を避けることが可能となり，ウォームギアを追加する場合に較べて上記電動機の容量を小型化可能となり，装置の小型化，消費電力の抑制に寄与し得る。
【００１２】
ここで，上記第１の係合部の回転範囲内における所定の位置で，該第１の係合部と上記第２の係合部とを連結する上記弾性部材がデッドポイントを越えるように，上記第２の係合部を設けると良い。
これにより，上記弾性部材が上記出力軸を付勢する方向を，上記デッドポイントを境界として切り替えることが可能となる。即ち，上記弾性部材の弾性力によって，上記バルブのバルブ開度が全開である場合には，該バルブを開する方向に上記第１の係合部を付勢し，上記バルブのバルブ開度が全閉である場合には，上記バルブを閉する方向に上記第１の係合部を付勢することができる。
例えば，上記第２の係合部を設ける位置としては，上記弾性部材がデッドポイントを越える上記第１の係合部の回転範囲内における所定の位置が，該回転範囲における略中心の位置であることが考えられる。
これにより，上記出力軸を，上記バルブのバルブ開度が開する方向に付勢する付勢力と，上記バルブのバルブ開度が閉する方向に付勢する付勢力とを，逆方向で同量とすることが可能となり，上記バルブの全開，全閉に拘わらず所定の付勢力によってバルブ開度を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るバルブ駆動用アクチュエータＡの概略構成を示す図。
【図２】  バルブが全閉である場合のバルブ駆動用アクチュエータＡの平面図。
【図３】  バルブが全開である場合のバルブ駆動用アクチュエータＡの平面図。
【符号の説明】
Ａ  …バルブ駆動用アクチュエータ
１  …モータ
２  …減速用ギヤヘッド
３  …モータギヤ
４  …モータ軸
５  …平歯車
６  …出力軸
９ａ，ｂ  …ドック
１０ａ，ｂ  …リミットスイッチ
１１  …アーム
１２  …保持ピン
１３  …バネ支持スタット
１４  …付勢バネ
【図１】
0003645225.tif 000002
【図２】
0003645225.tif 000003
【図３】
0003645225.tif 000004