(57)【要約】  アクチュエータの出力ラックおよびピニオンを手動で位置決めできるようにするモータ駆動型リニアアクチュエータ用手動オーバーライド機構を提示する。一旦位置決めされると、その出力は、ロック機構によりロックされ休止位置への移動を防止できる。スプリングリターン式リニアアクチュエータに組み込んだ場合、被駆動装置を接続する前にプリロードをスプリングへ付与するために手動オーバーライドを使用できる。アクチュエータを弁またはダンパの駆動に使用する場合、プリロードは、ゼロ位置にある弁またはダンパに確実な閉鎖力を与え、弁またはダンパの密閉を確実にする。ロック機構はギア列と係合し、アクチュエータのスプリングリターンによって与えられる閉鎖力に抗する。ロック機構を自動的に係合解除するには、モータがギア列に前進方向に作動させる。また、手動での係合解除も提供される。
2007501917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと；
ギア列と；
前記モータによって前記ギア列を介して駆動される出力ピニオンであって、前記ギア列は前記モータのトルクを増大して該出力ピニオンを駆動する、出力ピニオンと；
前記出力ピニオンへ駆動可能に連結される出力ラックであって、前記出力ピニオンの回転を該出力ラックの直線移動へ変換する、出力ラックと；
第１のユーザアクセス可能なインターフェイスを有する手動オーバーライド機構であって、前記ギア列と連携動作して前記出力ピニオンと前記出力ラックとの手動での位置決めを可能にする、手動オーバーライド機構と；
第２のユーザアクセス可能なインターフェイスを有する手動ロック機構であって、前記ギア列と係合して第１回転方向への前記出力ピニオンの回転を防止し、第１直線方向への前記出力ラックの直線移動を防止する、手動ロック機構とを備える；
リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記ギア列へ連結されたクロックスプリングを含むスプリングリターン機構であって、前記クロックスプリングは、前記モータが通電状態になると前記出力ピニオンを第２回転方向へそして前記ラックを第２直線方向へ駆動するように巻かれ、前記モータが非通電状態になると巻き戻り、前記出力ピニオンを前記駆動列の一部を介して前記第１回転方向へ、そして前記出力ラックを前記第１直線方向へ駆動する、スプリングリターン機構を更に備える；
請求項１のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第２回転方向への前記出力ピニオンの回転および前記第２直線方向への前記出力ラックの直線移動を生じる前記手動オーバーライドの動作によって前記クロックスプリングが巻かれるように、前記手動オーバーライド機構が前記クロックスプリングを介して連結されている；
請求項２のアクチュエータ。
【請求項４】
前記手動ロック機構が、フェースに歯付部と平滑部とを有する扇形ギアヘッドを含み、該扇形ギアヘッドは、前記歯付部が前記ギア列と係合して前記第１回転方向への前記出力ピニオンの回転および前記第１直線方向への前記出力ラックの直線移動を防止するロック位置と、前記平滑部が前記ギア列と関連するように位置するとともに、前記歯付部が前記ギア列から係合解除される非ロック位置との間を回転可能である；
請求項２のアクチュエータ。
【請求項５】
前記手動ロック機構が、前記扇形ギアヘッドへ動作可能に連結されて前記扇形ギアヘッドを前記非ロック位置へ付勢するリセットロックスプリングを更に含む；
請求項４のアクチュエータ。
【請求項６】
前記扇形ギアヘッドが、貫通する止めピンを収容するようになされたスロットを含み、前記止めピンが、前記非ロック位置で前記スロットの第１端部へ当接し、前記ロック位置で前記スロットの第２端部へ当接する；
請求項５のアクチュエータ。
【請求項７】
前記クロックスプリングの影響による前記ロック機構と係合する際の前記ギア列の回転の方向は、前記扇形ギアヘッドを前記リセットロックスプリング力に抗して回転させる方向であり、それによって前記手動ロック機構が前記ロック位置に維持される；
請求項５のアクチュエータ。
【請求項８】
前記モータの影響による前記ロック機構と係合する際の前記ギア列の回転の方向は、前記扇形ギアヘッドを前記リセットロックスプリング力と協調して回転させる方向であり、それによって前記手動ロック機構を前記非ロック位置にすることが支援される；
請求項５のアクチュエータ。
【請求項９】
前記モータが前記出力ピニオンを第２回転方向へ、前記出力ラックを第２直線方向へ駆動して前記ロック機構を前記ギア列から係合解除し、前記第１回転方向への前記出力ピニオンの回転および前記第１直線方向への前記出力ラックの直線移動を可能にする、請求項１のアクチュエータ。
【請求項１０】
モータを出力ラックおよびピニオン組立体へ駆動可能に連結して装置を直線的に駆動するギア列を有するモータ駆動型リニアアクチュエータ用のロック機構であって：
フェースに歯付部と平滑部とを有する扇形ギアヘッドであって、前記歯付部は前記ギア列内のギアと係合するように構成され、該扇形ギアヘッドは、ロック位置と非ロック位置との間を回転することによって、前記ロック位置では前記歯付部が前記ギアと係合し、前記非ロック位置で前記歯付部が係合解除されるように、前記ギアに対して位置決めされ、該扇形ギアヘッドは更に、内部に止めピンを収容するようになされたスロットが貫通して画成され、前記スロットは、前記止めピンが前記非ロック位置で該スロットの第１端部へ、前記ロック位置で該スロットの第２端部へ当接するように、当該扇形ギアヘッド内に位置決めされた、扇形ギアヘッドと；
前記扇形ギアヘッドへ動作可能に連結されて前記扇形ギアヘッドを前記非ロック位置へ付勢するリセットロックスプリングと；
前記扇形ギアヘッドへ連結され、前記扇形ギアヘッドを前記ロック位置と前記非ロック位置との間で回転させるためのユーザインターフェイスとを備える；
ロック機構。
【請求項１１】
前記扇形ギアヘッドの前記歯付部が占める角度は略２５°である；
請求項１０のロック機構。
【請求項１２】
前記ロック機構との係合時の前記ギア列の回転の方向が、前記止めピンが前記第２端部と係合するように前記扇形ギアヘッドを回転させる方向であるように、前記歯付部が前記スロットに対して位置決めされている；
請求項１０のロック機構。
【請求項１３】
前記アクチュエータが前記装置を閉鎖位置まで駆動する際に前記扇形ギアヘッドの前記歯付部が前記ギア列と係合することによって、前記リセットロックスプリングによる付勢に抗して前記扇形ギアヘッドが回転するように、前記リセットロックスプリングが位置決めされている；
請求項１０のロック機構。
【請求項１４】
通電時は作動位置へ、および電力喪失時はフェイルセーフ位置へ流量制御装置を駆動するためのスプリングリターン式モータ駆動型リニアアクチュエータであって：
モータと；
前記モータの出力へ駆動可能に連結された減速トルク増大ギア列と；
前記ギア列へ駆動可能に連結され、前記モータによって第１回転方向へ駆動される出力ピニオンと；
前記出力ピニオンへ駆動可能に連結され、前記モータの影響を受けて前記出力ピニオンによって第１直線方向へ駆動される出力ラックと；
前記ギア列へ連結されたクロックスプリングを含むスプリングリターン機構であって、前記クロックスプリングは、前記第１回転方向へ前記出力ピニオンを駆動する前記モータの通電状態になると巻かれるとともに、前記モータが非通電状態になると巻き戻り、前記出力ピニオンを前記駆動列を介して第２回転方向へ駆動し、それによって第２直線方向へ前記出力ラックを直線移動させる、スプリングリターン機構と；
第１のユーザアクセス可能なインターフェイスを有する手動オーバーライド機構であって、前記スプリングリターン機構と連携動作して前記出力ピニオンおよび前記出力ラックの手動位置決め、ならびに前記クロックスプリングを巻くことができる、手動オーバーライド機構と；
第２のユーザアクセス可能なインターフェイスを有する手動ロック機構であって、前記ギア列と係合して前記出力ピニオンの前記第２回転方向への回転を防止するとともに、前記出力ラックの前記第２直線方向への直線移動を防止する、手動ロック機構とを備える；
アクチュエータ。
【請求項１５】
前記手動ロック機構は、フェースに歯付部を有する扇形ギアヘッドを含み、前記扇形ギアヘッドは、前記歯付部が前記ギア列と係合して前記第２回転方向への前記出力ピニオンの回転および前記第２直線方向への前記出力ラックの直線移動を防止するロック位置と、前記歯付部が前記ギア列から係合解除された非ロック位置との間を回転可能である；
請求項１４のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記手動ロック機構が、前記扇形ギアヘッドへ動作可能に連結されて前記扇形ギアヘッドを前記非ロック位置へ付勢するリセットロックスプリングを更に含む；
請求項１５のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記扇形ギアヘッドは、貫通する止めピンを収容するようになされたスロットを含み、前記止めピンが、前記ロック位置で前記スロットの第１端部へ当接し、それによって前記扇形ギアヘッドの更なる回転を防止する；
請求項１６のアクチュエータ。
【請求項１８】
前記クロックスプリングの影響による前記ロック機構と係合する際の前記ギア列の回転の方向は、前記扇形ギアヘッドを前記リセットロックスプリング力に抗して回転させる方向であり、それによって前記手動ロック機構が前記ロック位置に維持される；
請求項１６のアクチュエータ。
【請求項１９】
前記モータの影響による前記ロック機構と係合する際の前記ギア列の回転の方向は、前記扇形ギアヘッドを前記リセットロックスプリング力と協調して回転させる方向であり、それによって前記手動ロック機構を前記非ロック位置にすることが支援される、請求項１６のアクチュエータ。
【請求項２０】
前記モータは前記第１回転方向へ前記出力ピニオンを作動して前記ロック機構を前記ギア列から係合解除し、前記第２回転方向への前記出力ピニオンの回転および前記第２直線方向への前記出力ラックの直線移動を可能にする；
請求項１４のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００２年３月２０日出願の同時係属出願第１０／１０１，６８１号「手動オーバーライドおよびロック機構ならびにそれを含むアクチュエータ」の一部係属出願であり、当該出願の教示および開示の全てを参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は一般的にリニアアクチュエータに関し、より詳細には、手動のオーバーライドおよび位置設定が可能なモータ駆動型可逆リニアアクチュエータ機構に関する。
【背景技術】
【０００３】
弁やダンパ等の位置制御用のモータ駆動型アクチュエータ機構は、ギア列を介して出力カップリングを一方向に駆動し、かかる弁やダンパ等を所望位置へ配置するモータを含むのが典型的である。また、スプリング式あるいはフェイルセーフアクチュエータ機構は、ギア列へ連結され、モータの通電時に巻かれるクロックスプリング（ぜんまいばね）も含むのが典型的である。モータの非通電時に軸を他方向に回転させるエネルギーは、このようにしてスプリングに蓄積される。モータへの電力供給が失われると、クロックスプリングが巻き戻り、ギア列を駆動して弁やダンパ等を所望のあるいはフェイルセーフ位置へ配置する。
【０００４】
ロータリアクチュエータ用のかかる機構は、ともに本願の譲受人へ譲渡されている米国特許第５，３１０，０２１号「モータ駆動型スプリングリターン式ロータリアクチュエータ」、および米国特許第４，５９５，０８１号「スプリングリターン付可逆ロータリアクチュエータ」に記載されており、これら両特許の教示および開示はその全体を参照により本明細書に組み込む。弁駆動への適用に特化した別のタイプのリニアアクチュエータ用スプリングリターンシステムが、米国特許第５，５２９，２８２号「暖房および／または冷房システムの弁駆動装置」に記載されている。
【０００５】
ロータリ型アクチュエータでは、モータが出力軸を回転させ、十分に減速するとともに十分にモータのトルクを増幅するギア列を経由してスプリングを巻く。スプリングが巻き戻って出力軸を回転させるときは、スプリングがギア列を介して逆向きに作用してモータ軸を逆に駆動する。この種のアクチュエータは、暖房、換気および冷房システムのダクト内ダンパ等の使用装置を駆動するのに頻繁に用いられる。モータが通電されていないときは、スプリングが出力軸を、ダンパを固定止め具に当接する閉鎖位置に移動させる方向に駆動する。この固定止め具に対するダンパのシールの有効性は、ダンパが止め具に接触する時点でクロックスプリングに残存するスプリング力の量とある程度相関関係にある。スプリングがその全蓄積エネルギーを解放し終えて、ダンパがこの位置に達したとすると、止め具に対するシール能力は、ギア列を介するモータとの機械的接続を考慮に入れた上での、これら両面間の休止状態の機械的接触だけで決まる。
【０００６】
ダンパおよび固定止め具間のかかる接触は、多くの設置例ではダンパを通過する流れを止めるのに十分であろうが、ダンパおよび止め具間のシールを確実に保つ必要を伴う設置例もある。すなわち、設置例によっては、圧力が高まってもダンパが確実に閉鎖を持続できる必要がある。固定止め具に対するこのような確実な閉鎖力は、高圧での設置例やバルブ動作において特に望ましい。実際、スプリングが付与するこのような確実な閉鎖力によって閉鎖位置の完全性を確保することは、ほぼ全ての設置例に恩恵をもたらすと言っていいだろう。
【０００７】
スプリングリターン式アクチュエータによって駆動されるダンパや弁等へこのような確実な閉鎖力を提供するために、アクチュエータの出力カップリングを、被駆動装置（例えば、ダンパや弁等）の駆動軸へ接続する前に少しだけ回転させておくことがよくある。出力カップリングのこうした回転によりスプリングが巻かれてプリロードが与えられる。スプリングにプリロードが一旦与えられて、アクチュエータの出力カップリングを、閉鎖位置あるいはフェイルセーフ位置（本明細書では「ゼロ位置」と称する）に配置された被駆動装置の駆動軸へ接続する。接続すると、スプリングはゼロ位置において確実なプリロード力を被駆動装置へ付与する。
【０００８】
残念ながら、アクチュエータの出力カップリングはトルク増大ギア列を介して連結されているので、この出力カップリングを手で回転させることはなかなか困難である。更に、リターンスプリングもトルク増大ギア列を介して作用するので、この出力カップリングを被駆動装置の駆動軸へ接続しようとする間、出力カップリングをプリロード位置に保つことはかなり困難である。
【０００９】
特許第５，５２９，２８２号に記載するような弁開閉制御に使用するリニア型アクチュエータでは、モータの軸へ直接連結された出力ピニオンギアによって出力ラックが駆動される。モータは通電されると、出力ラックが弁ステムから遠ざかるように直線移動する方向へ、ピニオンギアを回転させる。この直線移動によって、２つのラック付勢スプリングもまた伸延する。ラックが引き込まれることにより、弁内にある弁ステム付勢スプリングが伸びて弁を開くことができる。モータが非通電状態になると、２つのリニアラック付勢スプリングは収縮して、ラックを弁ステムへ押し付ける。２つのラック付勢スプリングの力は弁ステム付勢スプリングに十分勝っているので、弁は閉じられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
残念ながら、一旦弁アクチュエータを弁ボディに対して配置してしまうと、弁ステムへのプリロードを増やす方法も、変更する方法もない。更に、ラック付勢スプリングはリニアスプリングであるので、プリロード力を付加するには、スプリングを直線的に伸延させる、つまり弁ボディに対するアクチュエータの位置を変更することによってラックを直線移動させるしかない。しかしながら、これは、弁動作中に達成可能なラックの直線移動量を比例的に減らしてしまう。ラックは止め具を越える直線移動ができないので、必要なプリロード力によっては、弁が十分に開かないという結果に終わる可能性もある。
【００１１】
そのため、当該技術分野においては、出力ラックの直線移動を減らすことなくプリロード力を付加し調整する能力を備え、かつ困難を伴わないリニアアクチュエータの設置を実現する手動繋止を提供するリニアアクチュエータを求めるニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記に鑑み本発明は、簡単かつ効果的にリターンスプリングへプリロードを付与できる手動オーバーライドを含む、新しい改良型のスプリングリターン式リニアアクチュエータを対象とする。本発明は更に、リターンスプリングの影響による出力カップリングの直線移動をロックできるロック機構を含むような手動オーバーライドを有する、新しい改良型のスプリングリターン式リニアアクチュエータを対象とする。
【００１３】
本発明の一実施の形態によるリニアアクチュエータは、モータと、ギア列と、モータによってギア列を介して駆動される出力ピニオンギアと、ピニオンギアによって駆動される出力ラックとを備える。ラックは、弁ステムへ取り付けて弁を確実に開閉駆動するための出力カップリングを含んでもよいし、単にスプリングリターン型弁とともに使用するための出力駆動端部を有してもよい。ギア列はモータのトルクを増大して出力ラックを直線移動させる。また、ユーザアクセス可能なインターフェイスを有する手動オーバーライド機構も含む。手動オーバーライド機構はギア列と連携動作して出力ラックの手動での位置決めを可能にする。更に、ユーザアクセス可能なインターフェイスを有する手動ロック機構も含む。この手動ロック機構は、ギア列と係合して第１回転方向への出力ピニオンの回転を防止するとともに、第１直線方向へのラックの直線移動を防止する。
【００１４】
アクチュエータは更に、ギア列へ連結されたクロックスプリングを含むスプリングリターン機構を備えるのが好ましい。このクロックスプリングは、モータが出力ピニオンを第２回転方向へ、そして出力ラックを第２直線方向へ駆動する通電状態になると巻かれる。クロックスプリングは、モータが非通電状態になると巻き戻り、駆動列の一部を介して出力ピニオンを第１回転方向へ駆動し、そして第１直線方向へラックを直線移動させる。第２回転方向への出力ピニオンの回転と、第２直線方向への出力ラックの直線移動とを生じる手動オーバーライドの動作によってクロックスプリングが巻かれるように、手動オーバーライド機構がクロックスプリングを介して連結される。
【００１５】
好ましい実施の形態では、手動ロック機構は、歯付部と平滑部とをフェースに有する扇形ギアヘッドを含む。扇形ギアヘッドは、歯付部がギア列と係合して第１回転方向への出力ピニオンの回転および第１直線方向への出力ラックの直線移動を防止するロック位置と、平滑部がギア列と関連して配置されるとともに、歯付部がギア列から係合解除された非ロック位置との間で回転可能である。
【００１６】
手動ロック機構は更に、扇形ギアヘッドへ動作可能に連結され、扇形ギアヘッドを非ロック位置へ付勢するリセットロックスプリングを含むのが好ましい。扇形ギアヘッドは、止めピンを収容するようになされたスロットも含む。この止めピンは、非ロック位置でスロットの第１端部へ当接し、ロック位置でスロットの第２端部へ当接する。クロックスプリングの影響によるロック機構と係合する際のギア列の回転の方向は、扇形ギアヘッドをリセットロックスプリング力に抗して回転させる方向である。これによって手動ロック機構がロック位置に維持される。モータの影響によるロック機構と係合する際のギア列の回転の方向は、扇形ギアヘッドをリセットロックスプリング力と協調して回転させる方向である。これによって手動ロック機構を非ロック位置にすることが支援される。モータは出力ピニオンを第２回転方向へ、そして出力ラックを第２直線方向へ駆動してロック機構をギア列から係合解除し、第１回転方向への出力ピニオンの回転、および第１直線方向への出力ラックの直線移動を可能にするのが好ましい。
【００１７】
本発明の代替の実施の形態では、モータを出力ラックおよびピニオンへ駆動可能に連結して装置を駆動するギア列を有するモータ駆動型リニアアクチュエータ用のロック機構が提供される。このロック機構は、フェースに歯付部と平滑部とを有する扇形ギアヘッドを備える。歯付部はギア列内のギアと係合するように構成されている。扇形ギアヘッドは、ロック位置と非ロック位置との間を回転することによって、ロック位置で歯付部がギアと係合し、非ロック位置で係合が解除されるように、ギアに対して位置決めされる。扇形ギアヘッドは更に、止めピンを収容するようになされたスロットを含み、止めピンは、非ロック位置でスロットの第１端部へ当接し、ロック位置でスロットの第２端部へ当接するように、扇形ギアヘッド内に位置決めされる。リセットロックスプリングが扇形ギアヘッドへ動作可能に連結されて扇形ギアヘッドを非ロック位置へ付勢する。更に、ユーザインターフェイスが扇形ギアヘッドへ連結されて扇形ギアヘッドをロック位置と非ロック位置との間で回転させる。
【００１８】
好ましい実施の形態では、扇形ギアヘッドの歯付部が占める角度は略２５°である。更に、ロック機構との係合時のギア列の回転が、止めピンが第２端部と係合するように扇形ギアヘッドを回転させる方向であるように、歯付部がスロットに対して位置決めされているのが好ましい。その上、アクチュエータが装置を閉鎖位置まで駆動する際に扇形ギアヘッドの歯付部がギア列と係合することによって、リセットロックスプリングによる付勢に抗して扇形ギアヘッドが回転するように、リセットロックスプリングが位置決めされているのが好ましい。
【００１９】
本発明の更なる代替の実施の形態では、通電時は開位置へ、および電力喪失時は閉鎖位置へ流量制御装置を駆動するためのスプリングリターン式モータ駆動型リニアアクチュエータが提示される。このアクチュエータは、モータと、モータの出力へ駆動可能に連結された減速トルク増大ギア列と、ギア列へ駆動可能に連結された出力ラックおよびピニオンとを備える。この出力ラックはモータによって第１直線方向へ駆動される。また、ギア列へ連結されたクロックスプリングを含むスプリングリターン機構も含む。クロックスプリングは、モータが出力ピニオンを第１回転方向へ、次いで出力ラックを第１直線方向へ駆動する通電状態になると巻かれ、モータが非通電状態になり、駆動列を介して出力ピニオンを第２回転方向へ、そして出力ラックを第２直線方向へ直線移動させると巻き戻る。第１のユーザアクセス可能なインターフェイスを有し、スプリングリターン機構と連携動作して出力ラックの手動での位置決めおよびクロックスプリングの巻上げができる手動オーバーライド機構が提供される。最後に、第２のユーザアクセス可能なインターフェイスを有する手動ロック機構も提供される。この手動ロック機構は、ギア列と係合して第２方向への出力ピニオンの回転を防止し、それによって第２方向への出力ラックの直線移動を防止する。
【００２０】
一実施の形態において、手動ロック機構は、フェースに歯付部を有する扇形ギアヘッドを含み、歯付部がギア列と係合して出力カップリングの第２方向への回転を防止するロック位置と、歯付部がギア列から係合解除された非ロック位置との間で回転可能である。手動ロック機構は更に、扇形ギアヘッドへ動作可能に連結されて扇形ギアヘッドを非ロック位置へ付勢するリセットロックスプリングを含む。加えて、扇形ギアヘッドは、止めピンを収容するようになされたスロットを含み、止めピンは、ロック位置でスロットの第１端部へ当接し、扇形ギアヘッドのそれ以上の回転が防止される。更に、クロックスプリングの影響によりロック機構と係合する際のギア列の回転の方向は、扇形ギアヘッドをリセットロックスプリング力に抗して回転させる方向であり、それによって手動ロック機構がロック位置に維持される。モータの影響によりロック機構と係合する際のギア列の回転は、扇形ギアヘッドをリセットロックスプリング力と協調して回転させる方向であり、それによって手動ロック機構を非ロック位置にすることが支援される。モータは第１方向へ出力ピニオンを作動させてロック機構をギア列から係合解除し、第２方向への出力ピニオンの回転、および第２方向への出力ラックの直線移動を可能にするのが好ましい。
【００２１】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付図面とともに理解することで、より明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、特定の好ましい実施の形態と関連付けて説明するが、本発明をそれらの実施の形態に限定する意図はない。反対に、意図するところは、付帯する各請求項によって定義される本発明の精神および範囲に含まれる全ての代替、修正、および均等物を網羅することにある。
【００２３】
図１に示すように、本発明の実施の形態は、使用装置１２の位置制御用の可逆リニアアクチュエータ１０で実施される。この例示の実施の形態では、使用装置１２を流量制御弁１２として示す。この弁は、弁ステム１４を弁ボディ１２に対して内または外へ直線移動させることによって閉じられるかまたは開かれる。弁ステム１４をリニアアクチュエータ１０の出力ラック１８へ連結するためにステムエクステンション１５を用いてもよい。一実施の形態では、接続ピン１６を介してエクステンション１５をラック１８へ連結する。好ましい実施の形態では、リニアアクチュエータ１０は、弁ボディ１２の取付ナット１９と係合する取付ブラケット１７を含む。
【００２４】
図２に示す本発明のアクチュエータ１０の拡大図から分かるように、アクチュエータ１０のハウジング２０は、手動オーバーライドクランク工具２４を受け入れるようになされた手動オーバーライドインターフェイス２２を含む。ユーザは、ピニオンギア２６に駆動され、モータの電源が切れるとアクチュエータ１０の出力ラック１８をゼロ位置へ戻すクロックスプリングを、この工具を使用して巻くことができる。上述のように、クロックスプリングを巻くということは、弁ステム１４（図１参照）が出力ラック１８へ一旦連結されると、プリロードとして与え得るエネルギーがスプリングに蓄積されるということである。プリロードがスプリングに付与されると、ユーザはインターフェイス２８を通じてアクチュエータ１０を手動でロックし、スプリングが休止状態へ戻るのを防止できる。位置をロックしたら、弁ステム１４をゼロ位置に配置し、好ましくは図１に示すステムエクステンション１５を介して、アクチュエータ１０の出力ラック１８へ接続する。ユーザは次いで、以下詳細に説明するように、ロックインターフェイス２８をロック解除位置へ切り替えてアクチュエータ１０のロックを解除してもよく、または単純にアクチュエータの自動制御にまかせて動作中のロックを解除してもよい。
【００２５】
図１を参照して上で説明したように、アクチュエータ１０は、取付ブラケット１７を介して弁ボディ１２に固定されたハウジング２０を含み、その出力ラック１８は、直線駆動可能に弁ステム１４へ連結されている。一実施の形態では、出力ピニオンギア２６を反時計回りに駆動することによって、出力ラック１８が弁ステム１４に対して引くように直線移動して弁１２を開きあるいは閉鎖させる。他の実施の形態では、ラック１８を引き込むことが弁１２を閉鎖させてもよい。これは、図３に示すようにハウジング２０内に配置され、比較的低トルクかつ選択的に通電可能な電動モータ３０によって実現される。以下、特に図３を参照する。ピニオンギア２６を反時計回りに回転させると、クロックスプリング３２に荷重がかかる、すなわち巻かれる。このスプリング３２は、モータ３０が非通電状態になるとピニオンギア２６を時計回りに回転させ、出力ラック１８を延ばして弁１２を閉鎖する。スプリング３２をギア列内に配置することによって、ラック１８をゼロ状態すなわちフェイルセーフ状態へ戻すスプリング力のトルク増大が最適化されるだけでなく、手動でプリロードを与えるのに必要なトルクが大幅に減る。
【００２６】
モータ３０は駆動軸３４を含み、上述のように、比較的低トルクのものである。モータの駆動軸３４は駆動列すなわちギア列３６によって出力ピニオン２６へ接続されており、それによって出力ピニオン２６は、モータ駆動軸３４よりも十分に低速で回転するとともに、モータ駆動軸３４よりも十分に高トルクを与えることができるようになっている。その結果、出力ピニオン２６をモータ軸３４で直接駆動することにより作用させる場合よりも、低速かつ十分に大きな力をもって出力ラック１８を直線移動させる。ラック１８はブラケット２７により、出力ピニオン２６に対して移動可能な位置に保持されている。
【００２７】
本実施の形態では、ギア列３６は、出力ピニオン２６が駆動される速度を十分に低下させながら、モータからのトルクを増大する、相互駆動する関係の４つのギアとピニオン３８〜４４を含む。出力ピニオン２６に関して、他に小スラストワッシャ４６および出力ベアリング４８を含む。組み立てた状態の駆動列を図４に示すが、各ギア間の関係をより明瞭に示している。
【００２８】
これまで説明したアクチュエータ１０の動作を説明するのに、弁１２は閉鎖位置すなわちゼロ位置にあり、かつモータ３０は通電されていないものとする。コントローラボード５０からの制御信号によってモータ３０が通電され、モータ駆動軸３４が回転する。その軸がギア列３６を介して出力ピニオン２６を回転させることによって出力ラック１８が直線移動し、弁ステム１４が弁ボディ１２に対して延びるか、または引っ込んで弁位置を変更する。同時に、この回転によってクロックスプリング３２が巻かれる。弁１２は全開または全閉位置に到達するまで位置変更して、到達時点でモータは通電されたまま保持状態へ移行する。このように、弁１２はスプリング３２の力に抗して、モータにより全開または全閉位置に保持される。
【００２９】
ここで、コントローラボード５０からの制御信号または動作中の電力喪失によって、モータ３０が非通電状態になるとする。モータ３０が非通電状態になると、クロックスプリング３２が巻き戻って出力ピニオン２６を逆方向に回転させることにより、出力ラック１８が直線移動（後退）して弁１２を既知のフェイルセーフ状態（閉または開）に置く。図示の実施の形態では、クロックスプリング３２は弁１２を閉じるように動作する。弁１２が完全に閉じてゼロ位置になると、スプリングはギア列３６を介してプリロード力を与え続け、弁１２の弁ステム１４へ確実な閉鎖力が与え続けられるようにする。
【００３０】
上述のように、スプリング３２へのプリロードの付与は、手動オーバーライドインターフェイス２２を通じてなされる。注目すべきは、この手動オーバーライドを用いて、電力喪失が発生した場合に弁１２を手動で位置決めしたり、あるいは開いたりすることができることである。手動オーバーライドを使用してスプリング３２へプリロード力を付与したり、または弁１２を手動で位置決めしたり、開いたりするような、いずれの場合であっても、弁をゼロ位置へ戻そうとするスプリング３２およびギア列３６の通常の機能は、ロック機構５２によって停止できる。
【００３１】
また、このロック機構５２はギア列３６と連携して、スプリング３２が弁をゼロ位置へ戻すのを防止するように動作する。図３から最も明瞭に分かるように、ロック機構５２は、リセットロック部材５４と、止めピン５６と、リセットロックスプリング５８とを含む。図４に示すように、ロック機構５２はギア列とある地点で連携し、与えられる制動力がギア列によって増大して出力ピニオン２６の回転を防止するように動作する。ロック機構の配置は、ギア列とスプリング３２との間のインターフェイス６０の上流の、高速かつ低トルクでの回転位置が好ましい。
【００３２】
ロック機構５２の動作は、図５および６の検討を通じて最もよく理解されよう。図５には休止中の非ロック位置にあるロック機構５２を示す。この位置で、リセットロックスプリング５８がスプリング受け６２へ力をかけている。この力は、止めピン５６がスロット６６の端部に接触するまで回転させるように、扇形ギアヘッド６４を時計回りに付勢する。扇形ギアヘッド６４のフェースは歯付部６８と平滑部７０とを含む。一実施の形態では、歯付部６８が占める角度は略２５°であるが、この角度は、歯付部６８が係合するギア４０の歯のパターンおよび間隔に応じて変わってもよい。すなわち、スプリング３２が加える力に抗してギアを保持するのに十分な数の歯を設けなければならないということである。図５に示す非ロック位置で、リセットロックスプリング５８は、平滑部７０がギア４０と関連するように維持しており、ギア４０はいずれの方向にも自由に回転できる。図示の実施の形態では、ギア４０が反時計回りに回転するとラック１８は延び、一方ギア４０が時計回りに回転するとラック１８は後退する。かかるギア４０の時計回りの回転は、電力喪失時にラック１８を後退させるスプリング３２の作用の結果であることに注目されたい。
【００３３】
図６に、ロック位置にあるロック機構５２を示す。このロック位置で、ギア４０の時計回りの回転が、スロット６６の端部に接触した止めピン５６によって防止される。このロック位置は、ギア４０との係合を解除するべく、扇形ギアヘッド６４の歯付部６８を回転させるように付勢するリセットロックスプリング５８の力に抗して、ギア列を介して作用するスプリング３２の力によって保持される。スプリング３２の力の影響によるギア４０の更なる時計回りの回転が防止されるため、ギア列３６の残りがロックされ、出力ピニオン２６の回転および出力ラック１８の直線移動が防止される。このようにして、スプリング３２の力の影響による弁１２の開閉が防止される。アクチュエータ１０を最初に設置するときは、図２に示すインターフェイス２２を通じてプリロードを手動でスプリング３２へ加えてから、この出力ピニオン２６および出力ラック１８をロックする。プリロードを与えて、出力ピニオン２６およびラック１８をロックしたら、図１に関して先に記載したように、弁１２の弁ステム１４を、弁１２内でゼロ位置に配置して、アクチュエータ１０の出力ラック１８へ連結する。
【００３４】
係合したロック機構５２は、スプリング３２を巻く方向へ、工具２４を使ってインターフェイス２２を回転させることにより手動で係合解除できる。図示の実施の形態では、ユーザはロックの係合を解除するのに、ギア４０を最低でも略１０°回転させるのに足りる分だけインターフェイス２２を回転させる必要がある。この後は、図５に示すように止めピン５６がスロット６６の端部に接触するまで、リセットロックスプリング５８が扇形ギアヘッドを時計回りに付勢する。ロック機構５２が係合解除すると、ギア列３６はいずれの方向にも回転自在となり、モータ３０の制御下で弁１２を開き、スプリング３２の制御下で弁１２を閉じる。
【００３５】
代替として、ロック機構５２は、コントロールボード５０およびモータ３０の制御下で、自動的に係合を解除されてもよい。すなわち、コントロールボード５０は、ロック機構５２のロック解除または弁１２の閉鎖を望む場合、扇形ギアヘッド６４の歯付部６８との係合を解除するのに足りる分だけギア４０が反時計回りに確実に回転するように、モータ３０を駆動方向に作動させる、つまり、出力ピニオン２６およびラック１８を弁１２が開く方向へ駆動する。上述のように、歯付部６８がギア４０と係合解除すると、リセットロックスプリング５８はロック機構５２を非ロック位置へ付勢する。ギア列３６に関してロック機構５２の位置はよりモータ３０に近く、従ってよりギア列３６の高速低トルク部に近いため、ロック機構５２をロック解除するのに十分なギア列３６のこのわずかな回転が、弁１２の弁ステム１４に対して有意な動きを何ら発生することはない。仮にロック機構５２の係合時に弁１２が全開位置にあっても、モータ３０はロック機構５２をロック解除できるであろう。
【００３６】
本明細書に引用した特許、特許出願、および刊行物を含む全ての参照文献は、全体を参照により本明細書に組み込む。
【００３７】
本発明の様々な実施の形態に関する前述の説明は、実例を示して解説することを目的として提示してきた。それは、全てを余すところなく網羅するよう意図したものではなく、また本発明を、開示した厳密な実施の形態に限定するよう意図したものでもない。上記の教示内容に鑑みて、数多くの修正や変更が可能である。上記で議論した実施の形態は、本発明の原理と実際的な用途について最適な実例を提供することによって、当該技術に関して通常に精通する者にとって本発明を様々な実施の形態、および想定される特定の利用方法に適するように様々な修正を加えて利用できるように選択され、説明されたものである。上記の説明ではスプリングリターン式アクチュエータを用いて本発明の特長を説明したが、手動オーバーライドおよびロック機構は非スプリングリターン式アクチュエータへも同様に適用可能であることを当業者は理解するであろう。かかる適用例では、スプリングを巻くのではなく、手動オーバーライドを用いてダンパを手動で位置決めする。かかる修正および変更は全て、公正に、合法的に、そして正当に権利を与えられる広さに従って解釈した場合に、添付の各請求項によって決められるような本発明の適用範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明のいくつかの局面を示し、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。各図面は以下の通りである：
【図１】図１は、流量制御弁に対して設置される、本発明の教示に従って構成したスプリングリターン式リニアアクチュエータの分解等大図である。
【図２】図２は、図１のアクチュエータの簡略化した斜視図であり、本発明の手動オーバーライドおよびロック機構のインターフェイスの詳細を示すように拡大したものである。
【図３】図３は、本発明の教示に従って構成したアクチュエータの内部の、簡略化した分解斜視図である。
【図４】図４は、図３に示すアクチュエータのギア列組立体の斜視図である。
【図５】図５は、ロック解除位置にある本発明のロック機構の実施の形態の単独の斜視図である。
【図６】図６は、ロック位置にある図５のロック機構の単独の斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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