(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータによる回転力を受けて回転する太陽歯車と、
前記太陽歯車を囲む形態で固定配置され、その内周面に歯を有する固定内歯車と、
前記太陽歯車と前記固定内歯車との間に配置され、前記太陽歯車と前記固定内歯車と噛合って前記太陽歯車の周囲を公転しながら自転する複数の遊星歯車と、
前記固定内歯車と同軸に配置され、その内周面に前記遊星歯車と噛合う歯を有し、回転可能に設けられた可動内歯車と、
前記可動内歯車に連結され、調節弁の弁軸を回転させるための出力軸と、
外部から加えられた力を前記遊星歯車に対して回転力として加えるためのダイヤルと、
前記ダイヤルと連結され、前記ダイヤルを介して加えられた力を前記遊星歯車に伝達するための手動操作用歯車と
を備え、
前記遊星歯車の夫々は、回転方向に一定以上のトルクが加わった場合に前記太陽歯車と前記可動内歯車との間の動力伝達を制限するトルクリミット構造を有し、
前記遊星歯車は、
前記固定内歯車および前記太陽歯車と噛合う第１歯車部と、
前記第１歯車部と同一軸上で連結され、前記可動内歯車と噛合う第２歯車部とを含み、
前記トルクリミット構造は、前記第１歯車部と前記第２歯車部との間に設けられ、前記第１歯車部および前記第２歯車部の何れか一方に所定の値を超える捻りモーメントが加わったとき、前記一方が他方に対して空転する構造であり、
前記固定内歯車は、前記太陽歯車を囲む形態で固定配置され、前記駆動モータを支持するとともに前記遊星歯車を回転可能に保持するプレートと、前記プレートと一体形成された、前記第１歯車部の周囲と噛合う歯車部とから構成されている
操作器。
【請求項２】
請求項１に記載の操作器において、
前記トルクリミット構造は、前記第１歯車部および前記第２歯車部の何れか一方に前記遊星歯車の回転軸方向に形成された凸部と、他方に形成され前記凸部が嵌挿される凹部とを有する
ことを特徴とする操作器。
【請求項３】
請求項１に記載の操作器において、
前記遊星歯車は、
前記第１歯車部と前記第２歯車部とを連結し、前記第１歯車部および前記第２歯車部との接触面において摩擦力を発生させる摩擦部材を更に有する
ことを特徴とする操作器。
【請求項４】
請求項１に記載の操作器において、
前記トルクリミット構造は、
前記第１歯車部の前記第２歯車部との接触面に設置された第１磁界発生部と、
前記第２歯車部の前記第１歯車部との接触面に配置され、前記第１磁界発生部と逆の極性の第２磁界発生部とを含む
ことを特徴とする操作器。
【請求項５】
請求項４に記載の操作器において、
前記第１磁界発生部は、前記第２歯車部との接触面において、前記第１歯車部の周方向に極性が交互に相違して配置された複数の第１磁石を含み、
前記第２磁界発生部は、前記第１歯車部との接触面において、前記第２歯車部の周方向に極性が交互に相違して配置された複数の第２磁石を含む
ことを特徴とする操作器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調節弁の弁軸を操作するための操作器に関し、例えばロータリ式の調節弁の弁軸を操作するための操作器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、化学プラント等において、流量のプロセス制御に調節弁が用いられている。調節弁の弁開度は、ポジショナからの制御信号に基づいて操作器（以下、「アクチュエータ」とも称する。）が調節弁の弁軸を操作することによって調整される。
【０００３】
一般に、バタフライ弁等のロータリ式の調節弁では、制御している流体の力によって調節弁の弁体が開閉してしまう場合がある。例えば、電動式のアクチュエータの場合、プラント内の停電等によりアクチュエータへの電源供給が絶たれると、アクチュエータ内部の駆動モータの保持力がなくなり調節弁の開度を保持できない場合がある。
そのため、アクチュエータの弁軸を駆動する動力伝達機構には、電源供給がない場合であっても弁軸が動作しないようにするためのセルフロック機能が必要とされている。このセルフロック機能を実現するための動力伝達機構としては、例えば下記特許文献１に開示されているように、不思議遊星歯車機構がよく知られている。
【０００４】
また、特許文献２には、弁軸の動力伝達機構として遊星歯車機構を採用した操作器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７７４０５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者は、より安価、且つより小型の電動式のアクチュエータを実現するために、アクチュエータの動力伝達機構に不思議遊星歯車機構を採用することを検討した。その検討の結果、以下に示す問題があることが明らかとなった。
【０００７】
不思議遊星歯車機構を電動式のアクチュエータにおける弁軸の動力伝達機構として適用した場合、調節弁によって制御している流体の力によって調節弁の弁軸に力が加わったとしても、不思議遊星歯車機構のセルフロック機能により、弁軸が固定され、弁体が開閉してしまうことを防止することができる。
しかしながら、例えば調節弁の駆動中に、調節弁への異物の噛み込み等により過大なトルク上昇が急激に発生すると、不思議遊星歯車機構を構成している可動内歯車や遊星歯車等に、トルク上昇に起因した衝撃力が加わり、歯車の歯が破損するおそれがある。
【０００８】
上記の問題を解決するための一つの手法としては、例えば上述の特許文献２に開示がある。特許文献２に開示された遊星歯車機構を採用した電動アクチュエータでは、遊星歯車機構の内歯車の外周面とケースの内周面との間に弾性体としてコイルバネを設け、このコイルバネによって、遊星歯車を保持するキャリアに所定値以上のトルクが加わるまで内歯車の回転を規制している。
【０００９】
しかしながら、特許文献２に開示された技術では、操作器の入出力特性がトルクに依存して変動してしまうおそれがあり、開度のフィードバック制御や補正処理などが必要となり、調節弁全体のシステム構成が複雑になるという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、調節弁全体のシステム構成の複雑化を抑えつつ、歯車が破損し難い不思議遊星歯車機構を有する操作器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る、調節弁の弁軸を操作するための操作器（１００）は、調節弁の弁軸を操作するための操作器であって、駆動モータによる回転力を受けて回転する太陽歯車（３）と、太陽歯車を囲む形態で固定配置され、その内周面に歯を有する固定内歯車（５）と、太陽歯車と固定内歯車との間に配置され、太陽歯車と固定内歯車と噛合って太陽歯車の周囲を公転しながら自転する複数の遊星歯車（４，１４，２４，３４）と、固定内歯車と同軸に配置され、その内周面に遊星歯車と噛合う歯を有し回転可能に設けられた可動内歯車（６）と、可動内歯車に連結され調節弁の弁軸を回転させるための出力軸と、外部から加えられた力を遊星歯車に対して回転力として加えるためのダイヤル（８）と、ダイヤルと連結され、ダイヤルを介して加えられた力を遊星歯車に伝達するための手動操作用歯車（９）とを備え、遊星歯車は、回転方向に一定以上のトルクが加わった場合に動力伝達を制限するトルクリミット構造を有することを特徴とする。
【００１２】
上記操作器において、遊星歯車は、固定内歯車と噛合う第１歯車部と、第１歯車部と同一軸上で連結され前記可動内歯車と噛合う第２歯車部とを含み、上記トルクリミット構造は、第１歯車部と第２歯車部との間に設けられ、第１歯車部および第２歯車部の何れか一方に所定の値を超える捻りモーメントが加わったとき、一方が他方に対して空転する構造としてもよい。
【００１３】
上記操作器において、第１歯車部と第２歯車部とは、前記第１歯車部および前記第２歯車部の何れか一方に前記遊星歯車の回転軸方向に形成された凸部が、他方に形成された凹部に挿入されて連結されてもよい。
【００１４】
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したことにより、本発明によれば、歯車が破損し難い不思議遊星歯車機構を有する操作器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１に係る操作器の要部を示す断面斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る操作器の要部を示す平面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る操作器の要部を示す断面図である。
【図４】図４は、太陽歯車、遊星歯車、固定内歯車、および可動内歯車から成る不思議遊星歯車機構の構造を示す斜視図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る操作器におけるダイヤルの周辺部分を拡大した斜視図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る操作器を弁軸側から見たときの平面図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る操作器の第１歯車部の断面構造を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る操作器の第１歯車部の平面構造を示す図である。
【図９】図７は、実施の形態１に係る操作器の第２歯車部の断面構造を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る操作器の第２歯車部の平面構造を示す図である。
【図１１】図１１は、第１歯車部と第２歯車部の連結構造を示す断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２に係る操作器の要部を示す断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２に係る操作器の第１歯車部の断面構造を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２に係る操作器の第１歯車部の平面構造を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２に係る操作器の第２歯車部の断面構造を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る操作器の第２歯車部の平面構造を示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態３に係る操作器の要部を示す断面斜視図である。
【図１８】図１８は、実施の形態３に係る操作器の要部を示す平面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態３に係る操作器の要部を示す断面図である。
【図２０】図２０は、実施の形態３に係る操作器の第１歯車部の断面構造を示す図である。
【図２１】図２１は、実施の形態３に係る操作器の第１歯車部の平面構造を示す図である。
【図２２】図２２は、実施の形態３に係る操作器の第２歯車部の断面構造を示す図である。
【図２３】図２３は、実施の形態３に係る操作器の第２歯車部の平面構造を示す図である。
【図２４】図２４は、実施の形態４に係る操作器の要部を示す断面図である。
【図２５】図２５は、実施の形態４に係る操作器の第１歯車部の断面構造を示す図である。
【図２６】図２６は、実施の形態４に係る操作器の第１歯車部の平面構造を示す図である。
【図２７】図２７は、実施の形態４に係る操作器の第２歯車部の断面構造を示す図である。
【図２８】図２８は、実施の形態４に係る操作器の第２歯車部の平面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１８】
≪実施の形態１≫
図１は、実施の形態１に係る操作器の要部を示す断面斜視図である。
図１に示される実施の形態１に係る操作器１００は、プラント等において、流量のプロセス制御に用いられる調節弁を操作する装置であり、外部に設けられたポジショナから供給された操作信号に応じて調節弁の弁軸を操作することにより、調節弁の弁開度を制御する。例えば、操作器１００は、バタフライ弁等のロータリ式の調節弁を操作する電動式のアクチュエータである。
【００１９】
実施の形態１に係る操作器１００は、調節弁の弁軸を操作する動力伝達機構として、不思議遊星歯車機構を有しており、電動モータに対する電源供給がない場合であっても弁軸が動作しないセルフロック機能を備えている。また、操作器１００は、電動モータに対する電源供給がない場合であっても、手動により弁軸を操作し、任意の弁開度において弁軸を固定することができる機能を備えている。
【００２０】
更に、操作器１００は、調節弁（弁軸）側から加えられた力を吸収して不思議遊星歯車機構の各歯車の破損を防ぐための構造を有している。
【００２１】
以下、操作器１００における上記の機能を実現するための具体的な構造について、詳細に説明する。
【００２２】
図２は、実施の形態１に係る操作器の要部を示す平面図である。
図３は、実施の形態１に係る操作器の要部を示す断面図である。
図２には、図１におけるＰ方向から見たときの操作器１００の要部の平面構造が図示され、図３には、図２における操作器１００のＡ−Ａ断面が図示されている。なお、図２，３では、操作器１００の動力伝達機構を構成する各歯車の位置関係を明確にするために、操作器１００の構成要素の一部を省略して図示している。
【００２３】
図１〜３に示されるように、操作器１００は、筐体１、駆動モータ２、太陽歯車３、遊星歯車４＿１〜４＿３、固定内歯車５、可動内歯車６、出力軸７、ダイヤル８、および手動操作用歯車９を有している。
【００２４】
なお、操作器１００は、ポジショナから供給された操作信号に基づいて駆動モータ２の回転を制御する電子回路部や電源ユニット等も有しているが、図１〜３では、それらの図示を省略している。
【００２５】
筐体１は、操作器１００の構成部品を収容するための容器であり、例えば金属材料から構成されている。なお、図１では、図示の都合上、筐体１の上部（図１のＰ側）を覆う蓋を取り除いた場合が図示されているが、最終的な製品形態では筐体１の上部を覆う蓋が設置される。
【００２６】
駆動モータ２は、上述した電子回路部（図示せず）によって制御される電動モータである。
【００２７】
太陽歯車３は、駆動モータ２の回転軸に連結され、その回転軸の回転力を受けて回転（自転）する歯車である。
【００２８】
固定内歯車５は、太陽歯車３を囲む形態で固定配置され、その内周面に歯を有する歯車である。具体的に、固定内歯車５は、駆動モータ２を支持するとともに遊星歯車４をＰ方向から回転可能に保持するプレート５ａと、第１歯車部４１の周囲と噛合う歯車部５ｂとから構成されている。
【００２９】
ここで、プレート５ａと歯車部５ｂとは別個の部品で構成しても良いが、一体形成することにより、部品点数を削減することができる。
【００３０】
遊星歯車４＿１〜４＿３（総称する場合は、「遊星歯車４」と表記する。）は、太陽歯車３と固定内歯車５との間に配置され、太陽歯車３と固定内歯車５と噛合って太陽歯車３の周囲を公転しながら自転する歯車である。
【００３１】
遊星歯車４は、回転方向に一定以上のトルクが加わった場合に、太陽歯車３と可動内歯車６との間の動力伝達を制限するトルクリミット構造を有している。具体的には、各遊星歯車４＿１〜４＿３は、第１歯車部４１と、第１歯車部４１と同一軸上に配置された第２歯車部４２とを含み、第１歯車部４１と第２歯車部４２とが互いに連結された構造を有している。
【００３２】
第１歯車部４１は、太陽歯車３および固定内歯車５と噛合う歯車である。第２歯車部４２は、第１歯車部４１と同軸上に連結され、手動操作用歯車９および固定内歯車６と噛合う歯車である。ここで、第１歯車部４１と第２歯車部とは、同一の径および歯数を有している。
【００３３】
第１歯車部４１および第２歯車部４２は、第１歯車部４１および第２歯車部４２の何れか一方に所定の値を超える捻りモーメントが加わったとき、一方が他方に対して空転するように連結されている。なお、第１歯車部４１および第２歯車部４２の詳細については後述する。
【００３４】
可動内歯車６は、固定内歯車５と同軸に配置され、その内周面に遊星歯車４（第２歯車部４２）と噛合う歯を有し、回転可能に設けられた歯車である。具体的に、可動内歯車６は、第２歯車部４２と噛合う歯車部６ａと、遊星歯車４（第２歯車部４２）を回転可能に支持する底部６ｂとから構成されている。底部６ｂは、可動内歯車６の回転軸の方向に形成された貫通孔６ｃを有している。
【００３５】
出力軸７は、可動内歯車６に連結され、調節弁の弁軸を回転させるための部品である。図１，３に示されるように、出力軸７は、可動内歯車６と同一の回転軸を有し、可動内歯車６と一体に形成されている。
【００３６】
ダイヤル８は、外部から加えられた力を太陽歯車３または遊星歯車４に対して回転力として加える手動操作手段としての部品である。手動操作用歯車９は、ダイヤル８と連結され、ダイヤル８を介して加えられた力を遊星歯車４に伝達するための歯車である。なお、手動操作用歯車９およびダイヤル８の詳細については後述する。
【００３７】
ここで、太陽歯車３、遊星歯車４、固定内歯車５、および可動内歯車６は、例えば、プラスチック等の樹脂材料や金属材料によって構成されている。また、太陽歯車３、遊星歯車４、固定内歯車５、および可動内歯車６は一つの不思議遊星歯車機構を構成している。以下、この不思議遊星歯車機構について詳細に説明する。
【００３８】
図４は、太陽歯車３、遊星歯車４、固定内歯車５、および可動内歯車６から成る不思議遊星歯車機構の構造を示す斜視図である。
図４に示されるように、不思議遊星歯車機構の中心部分に配置された太陽歯車３と噛合って遊星歯車４＿１〜４＿３が配置される。更に、遊星歯車４＿１〜４＿３の周囲には、遊星歯車４の一部の領域と噛合い、遊星歯車４＿１〜４＿３の回転をガイドする固定内歯車５が固定されて配置されるとともに、遊星歯車４のその他の領域と噛合い、回転可能にされた可動内歯車６が配置されている。
【００３９】
上記の不思議遊星歯車機構において、駆動モータ２の回転軸から回転力を受けて太陽歯車３が回転し、その回転力により遊星歯車４＿１〜４＿３が自転しながら固定内歯車５に沿って回転（公転）する。そして、遊星歯車４＿１〜４＿３の回転力を受けて、可動内歯車６が回転する。この可動内歯車６に出力軸７（弁軸）を連結することにより、駆動モータ２の回転力を大きく減速させた回転力によって出力軸７を回転させることができる。
【００４０】
上記不思議遊星歯車機構によれば、セルフロック機能を有しているので、可動内歯車６に連結された出力軸７（弁軸）に外部から力を加えたとしても、出力軸７は回転させることはできないか、または回転させるために非常に大きな力が必要となる。したがって、停電等が原因で駆動モータ２への電力供給が遮断された場合であっても、調節弁の弁開度を実質的に固定することができ、調節弁のセルフロック機能を実現することができる。
【００４１】
上述したように、操作器１００は、太陽歯車３、遊星歯車４、固定内歯車５、および可動内歯車６から成る不思議遊星歯車機構により、調節弁のセルフロック機能を実現することができる。
その一方で、上記不思議遊星歯車機構は、駆動モータ２によらず、手動により可動内歯車６を回転させる構造を有している。以下、この構造について詳細に説明する。
【００４２】
図１，３に示されるように、手動操作用歯車９は、歯車部９ａと支持部９ｂとから構成されている。
歯車部９ａは、例えば太陽歯車３と同一の径および歯数を有し、遊星歯車４＿１〜４＿３の第２歯車部４２の夫々と噛合うように、太陽歯車３と同一軸上に配置されている。
【００４３】
支持部９ｂは、歯車部９ａを支持し、可動内歯車６の貫通孔６ｃ内に挿入されている。支持部９ｂは、例えば歯車９ａと一体形成されている。具体的に、支持部９ｂは、可動内歯車６の貫通孔６ｃに収容され、一部が可動内歯車６とともに筐体１の外部に突出している。また、支持部９ｂは一端が開口し、他端が有底の筒状に形成されている。具体的には、支持部９ｂの筐体１から突出した側の端部には、歯車部９ａの回転軸の方向に開けられた孔９ｃが形成されている。
【００４４】
孔９ｃにはダイヤル８の突起部８ａが挿入され、ダイヤル８の突起部８ａが孔９ｃに嵌合している。これにより、手動操作用歯車９とダイヤル８とが連結される。
【００４５】
ここで、孔９ｃとダイヤル８の突起部８ａとは、例えば、平面視多角形状（例えば六角形状）に形成されている。
【００４６】
上記のように手動操作用歯車９とダイヤル８とが連結されているので、例えば手動によりダイヤル８を回転させることにより、駆動モータ２および太陽歯車３によらず、遊星歯車に対して直接回転力を加えることができる。これによれば、駆動モータ２が停止している状態であっても、ダイヤル８を手動で操作して手動操作用歯車９を回転させることにより、遊星歯車４を介して可動内歯車６を回転させることができるので、弁軸を所望の弁開度となる位置まで回転させることができる。一方で、上述のように、操作器１００の動力伝達機構として不思議遊星歯車機構を採用しているので、ダイヤル８によって弁軸を所望の位置まで回転させた後は、不思議遊星歯車機構のセルフロック機能により、弁軸を上記の位置で固定することができる。
【００４７】
次に、ダイヤル８が形成される位置について説明する。
図５は、実施の形態１に係る操作器１００におけるダイヤル８の周辺部分を拡大した斜視図である。
図６は、実施の形態１に係る操作器１００を弁軸側から見たときの平面図である。
【００４８】
図５，６に示されるように、出力軸７は、棒状（例えば円柱状）に形成され、出力軸７の外周部の一部をその回転軸の方向に切り取った切欠き部７ｂと、出力軸７の中心部分に、その回転軸の方向に形成された溝部７ａとを有する。
【００４９】
ダイヤル８は、出力軸７の溝部７ａに配置される。具体的には、図５に示されるようにダイヤル８は、平面視においてダイヤル８の中心が溝部７ａの中心と一致し、且つ平面視において、ダイヤル８の外周部８ｂの一部が溝部７ａから切欠き部７ｂに向かって突出して配置される。
【００５０】
上記のように出力軸７を形成し、ダイヤル８を配置することにより、図１〜６に示すようにダイヤル８を太陽歯車３と同軸に配置した場合であっても、出力軸７がダイヤル８の操作の邪魔にならないので、弁軸の手動操作が容易となる。
【００５１】
次に、遊星歯車４の構造について、図７〜１１を用いて詳細に説明する。
【００５２】
図７には、遊星歯車４の第１歯車部４１周辺の断面構造が示され、図８には、図７におけるＢ方向から見たときの第１歯車部４１周辺の平面構造が示されている。また、図９には、遊星歯車４の第２歯車部４２周辺の断面構造が示され、図１０には、図９におけるＣ方向から見たときの第２歯車部４２周辺の平面構造が示されている。
なお、図７〜１０では、遊星歯車４の周辺部分のみが図示されており、操作器１００におけるその他の部分については図示を省略している。
【００５３】
上述したように、各遊星歯車４＿１〜４＿３は、第１歯車部４１と第２歯車部４２とが同一軸上に連結されたトルクリミット構造を有している。
具体的には、図７，８に示されるように、第１歯車部４１は、第２歯車部４２と接触する面４１Ａに遊星歯車４の回転軸の方向に形成された凹部４１Ｂを有する。また、図９，１０に示されるように、第２歯車部４２は、第１歯車部４１と接触する面４１Ａに遊星歯車４の回転軸の方向に形成された凸部４２Ｂ（例えば円柱状の突起）を有する。凸部４２Ｂが、凹部４１Ｂに嵌挿されることにより、第１歯車部４１と第２歯車部４２とが連結される。これにより、トルクリミット機能を有する遊星歯車４を実現することができる。
【００５４】
ここで、上記トルクリミット構造の遮断トルクは、第１歯車部４１と第２歯車部４２との接触面における摩擦力によって規定されている。例えば、図１１に示されるように、凸部４２Ｂの側面と凹部４１Ｂの側面の接触面Ｙの摩擦力によって遮断トルクを規定することができる。または、第１歯車部４１および第２歯車部４２を操作器１００の上下方向（Ｓ方向およびＰ方向）から押し付ける構造とすれば、第１歯車部４１の面４１Ａと第２歯車部４２の面４２Ａの接触面Ｘの摩擦力によって遮断トルクを規定することができる。
【００５５】
上述した第１歯車部４１と第２歯車部４２との接触面における摩擦力の大きさは、第１歯車部４１および第２歯車部４２の接触面に凹凸を設ける等の公知の技術によって調整することができる。
【００５６】
上記のように第１歯車部４１と第２歯車部４２を連結することにより、第１歯車部４１および第２歯車部４２の何れか一方に所定の値を超える捻りモーメントが加わったとき、一方が他方に対して空転するトルクリミット構造を実現することができる。
【００５７】
例えば、調節弁に接続された配管内の流体の脈動などによる不規則な流れに起因して振動等が発生した場合を考える。この場合、上記振動により、調節弁の弁体（バルブプラグ）が急激に動かされ、弁軸に対して衝撃力が加わる。これにより、操作器１００の固定内歯車５、可動内歯車６、および遊星歯車４には、不思議遊星歯車機構によるセルフロック機能の故に、弁軸から出力軸７を介して衝撃力が加わってしまう。このとき、図１１に示すように、遊星歯車４における可動内歯車６と噛み合っている第２歯車部４２と固定内歯車５と噛み合っている第１歯車部４１には、互いに逆方向の力が加わる。すなわち、遊星歯車４には、ねじるような力（捻りモーメント）が加わる。
【００５８】
この捻りモーメントが第１歯車部４１と第２歯車部４２の接触面での摩擦力によって規定される遮断トルクを超えたとき、第２歯車部４２が第１歯車部４１に対して空転し、第１歯車部４１、第２歯車部４２、固定内歯車５、および太陽歯車３に対する衝撃力の伝達を遮断することができる。これにより、操作器１００内の動力伝達機構を構成する各歯車への衝撃力を緩和することができ、各歯車の歯の破損を防ぐことが可能となる。
【００５９】
また、例えば、調節弁の駆動中に調節弁への異物の噛み込み等により過大なトルク上昇が急激に発生した場合であっても、上記と同様に、操作器１００内の動力伝達機構を構成する各歯車への衝撃力を緩和することができ、各歯車の歯の破損を防ぐことが可能となる。
【００６０】
なお、図１〜１１では、第２歯車部４２に凸部４２Ｂを形成し、第１歯車部４１に凹部４１Ｂを形成する場合を例示したが、第２歯車部４２に凹部を形成し、第２歯車部４２に凸部を形成しても、上記と同様の作用および効果が得られる。
【００６１】
以上、実施の形態１に係る操作器１００によれば、動力伝達機構として不思議遊星歯車機構を採用し、且つ外部から加えられた力を不思議遊星歯車機構の太陽歯車３に対して回転力として加える手動操作手段を備えているので、例えば停電等の理由により駆動モータ２が停止している状態であっても、ダイヤル８を手動で操作して可動内歯車６を回転させることができる。また、上述の従来技術のように不思議遊星歯車機構のセルフロック機能を解除する構造ではないので、ダイヤル８を操作した後で弁軸を固定することができる。すなわち、実施の形態１に係る操作器１００によれば、調節弁のセルフロック機能を実現しつつ、弁軸の手動操作を可能にすることができる。
【００６２】
また、実施の形態１に係る操作器１００によれば、遊星歯車４のトルクリミット構造によって不思議遊星歯車機構を構成する各歯車に加わる衝撃力を緩和することができるので、各歯車の破損を防ぐことが可能となる。
【００６３】
具体的には、遊星歯車４を、固定内歯車５と噛合う第１歯車部４１と、第１歯車部４１と同一軸上で連結され可動内歯車６と噛合う第２歯車部４２とから構成することにより、第１歯車部４１と第２歯車部４２との接触面における摩擦力によって規定される遮断トルクを超える捻りモーメントが第１歯車部４１および第２歯車部４２の何れか一方に加わった場合に、一方を他方に対して空転させることができるので、第１歯車部４１、第２歯車部４２、固定内歯車５、および太陽歯車３に対する衝撃力の伝達を遮断することができる。これにより、不思議遊星歯車機構を構成する各歯車に加わる衝撃力が緩和されるので、各歯車の破損を防ぐことが可能となる。
【００６４】
また、実施の形態１に係る操作器１００によれば、上述した特許文献２に開示された技術のように弾性体を用いて衝撃力を吸収する構造ではないので、操作器１００の入出力特性がトルクに依存して変動するおそれがなく、従来技術と比べて調節弁全体のシステム構成の複雑化を防止することができる。
【００６５】
すなわち、実施の形態１に係る操作器１００によれば、調節弁全体のシステム構成の複雑化を抑えつつ、歯車が破損し難い操作器を実現することができる。
【００６６】
また、実施の形態１に係る操作器１００によれば、出力軸７または可動内歯車６にトルクリミット機能を持たせる場合に比べて遮断トルクを小さくすることができるので、操作器１００の小型化が可能となる。
【００６７】
また、実施の形態１に係る操作器１００によれば、第１歯車部４１および第２歯車部４２の何れか一方に形成された凸部に、他方に形成された凹部を嵌合させ、第１歯車部４１と第２歯車部４２の接触面における摩擦力によって遮断トルクを規定する単純なトルクリミット構造を採用しているので、遊星歯車４の製造が容易となり、操作器１００の製造コストの増大を抑えることができる。更に、上述したように、固定内歯車５としてプレート５ａと歯車部５ｂを一体形成すれば、製造コストの更なる削減が可能となる。
【００６８】
≪実施の形態２≫
図１２は、実施の形態２に係る操作器の要部を示す断面図である。
実施の形態２に係る操作器１０１は、第１歯車部４１と第２歯車部４２との間に摩擦部材４３を備える点において実施の形態１に係る操作器１００と相違し、その他の点においては実施の形態１に係る操作器１００と同様である。なお、実施の形態２に係る操作器１００の構成要素のうち実施の形態１に係る操作器１００と同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
図１２に示されるように、遊星歯車１４は、第１歯車部４１と第２歯車部４２とを連結し、第１歯車部４１および第２歯車部４２との接触面において摩擦力を発生させる摩擦部材４３を更に有する。以下、遊星歯車１４の具体的な構造について図１３〜１６を用いて更に詳述する。
【００７０】
図１３には、遊星歯車４の第１歯車部４１周辺の断面構造が示され、図１４には、図１３におけるＢ方向から見たときの第１歯車部４１周辺の平面構造が示されている。また、図１５には、遊星歯車４の第２歯車部４２周辺の断面構造が示され、図１６には、図１５におけるＣ方向から見たときの第２歯車部４２周辺の平面構造が示されている。
なお、図１３〜１６では、遊星歯車４の周辺部分のみが図示されており、操作器１０１におけるその他の部分については図示を省略している。
【００７１】
図１３，１４に示されるように、第１歯車部４１は、第２歯車部４２と接触する面４１Ａに遊星歯車１４の回転軸の方向に形成された凹部４１Ｂを有する。また、図１５、１６に示されるように、第２歯車部４２は、第１歯車部４１と接触する面４２Ａに遊星歯車４の回転軸の方向に形成された凸部４２Ｂを有する。
【００７２】
更に、図１３、１４に示されるように、第２歯車部４２における面４２Ａの周縁部、すなわち面４２Ａにおける凸部４２Ｂ以外の領域に、平面視リング状に形成された摩擦部材４３が載置されている。
【００７３】
上記のように、第１歯車部４１と第２歯車部４２とを摩擦部材４３を介して連結することにより、トルクリミット機能を有する遊星歯車１４を実現することができる。
【００７４】
ここで、遊星歯車１４の遮断トルクは、第１歯車部４１および第２歯車部４２と摩擦部材４３と接触面における摩擦力によって規定される。例えば、第１歯車部４１および第２歯車部４２を操作器１０１の上下方向（Ｓ方向およびＰ方向）から押し付ける構造とすれば、第１歯車部４１の面４１Ａと摩擦部材４３の接触面の摩擦力と、第２歯車部４２の面４２Ａと摩擦部材４３の接触面の摩擦力とによって遮断トルクを規定することができる。
【００７５】
以上、実施の形態２に係る操作器によれば、実施の形態１に係る操作器と同様に、遊星歯車１４にトルクリミット機能を持たせることができるので、操作器１０１の各歯車に加わる衝撃力を緩和することができ、各歯車の歯の破損を防ぐことが可能となる。
【００７６】
また、実施の形態２に係る操作器によれば、摩擦部材４３による摩擦力によって遮断トルクが規定されるので、第１歯車部４１および第２歯車部４２の接触面の摩擦力によって遮断トルクを規定する場合に比べて、遮断トルクを所望の値に調整することが容易となる。
【００７７】
≪実施の形態３≫
図１７は、実施の形態３に係る操作器の要部を示す断面斜視図である。
図１７に示される実施の形態３に係る操作器１０２は、遊星歯車４の遮断リミットを摩擦力ではなく磁力によって実現する点において実施の形態１に係る操作器１００と相違し、その他の点においては実施の形態１に係る操作器１００と同様である。
【００７８】
なお、実施の形態３に係る操作器１０１の構成要素のうち、実施の形態１に係る操作器１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７９】
図１８は、実施の形態３に係る操作器の要部を示す平面図である。
図１９は、実施の形態３に係る操作器の要部を示す断面図である。
【００８０】
図１８には、図１７におけるＰ方向から見たときの操作器１０２の要部の平面構造が図示され、図１９には、図１８における操作器１０２のＡ−Ａ断面が図示されている。
なお、図１８、１９では、操作器１０２の動力伝達機構を構成する各歯車の位置関係を明確にするために、操作器１０２の構成要素の一部の図示を省略している。
【００８１】
図１７〜１９に示されるように、操作器１０２の遊星歯車２４は、第１歯車部４１、第２歯車部４２、第１磁界発生部としての磁石４４、および第２磁界発生部としての磁石４５から構成されている。以下、遊星歯車２４の具体的な構造について図２０〜２３を用いて更に詳述する。
【００８２】
図２０には、遊星歯車２４の第１歯車部４１周辺の断面構造が示され、図２１には、図２０におけるＢ方向から見たときの第１歯車部４１周辺の平面構造が示されている。また、図２２には、遊星歯車２４の第２歯車部４２周辺の断面構造が示され、図２３には、図２２におけるＣ方向から見たときの第２歯車部４２周辺の平面構造が示されている。
なお、図２０〜２３では、遊星歯車２４の周辺部分のみが図示されており、操作器１０２におけるその他の部分については図示を省略している。
【００８３】
図１９，２０に示されるように、第１歯車部４１は、第２歯車部４２と接触する面４１Ａに遊星歯車２４の回転軸の方向に形成された凹部４１Ｂを有する。凹部４１Ｂには、磁石４４が固定されている。磁石４４は、例えば、磁石４４を凹部４１Ｂに設置したときに第１歯車部４１の面４１Ａと磁石４４の面とが同一の平面となるように、その高さ（Ｐと同一方向の厚さ）が調整されている。
【００８４】
一方、図２１、２２に示されるように、第２歯車部４２は、第１歯車部４１と接触する面４２Ａに遊星歯車４の回転軸の方向に形成された凹部４２Ｃを有する。凹部４２Ｃには、磁石４５が固定されている。磁石４５は、例えば、磁石４５を凹部４２Ｃに設置したときに第２歯車部４２の面４２Ａと磁石４５の面とが同一の平面となるように、その高さ（Ｐと同一方向の厚さ）が調整されている。ここで、図１８〜２２に示されるように、磁石４４と磁石４５とは、互いに対向する面の極性（Ｓ／Ｎ）が逆向きとなるように配置される。
【００８５】
上記のように構成された第１歯車部４１および第２歯車部４２を同一軸方向に接触させることにより、第１歯車部４１および第２歯車部４２の何れか一方に所定の値を超える捻りモーメントが加わったとき、一方が他方に対して空転するトルクリミット機能を有する遊星歯車２４を実現することができる。遊星歯車２４の遮断トルクは、磁石４４と磁石４５との間の磁力によって規定される。
【００８６】
以上、実施の形態３に係る操作器１０２によれば、実施の形態１に係る操作器と同様に、遊星歯車２４にトルクリミット機能を持たせることができるので、操作器１０２の各歯車に加わる衝撃力を緩和することができ、各歯車の歯の破損を防ぐことが可能となる。
【００８７】
≪実施の形態４≫
図２４は、実施の形態４に係る操作器の要部を示す断面図である。
図２４に示される実施の形態４に係る操作器１０３は、遊星歯車４のトルクリミット機能を複数の磁石によって実現する点において、実施の形態３に係る操作器１０２と相違し、その他の点においては、実施の形態３に係る操作器１０２と同様である。
【００８８】
なお、実施の形態４に係る操作器１０３の構成要素のうち、実施の形態３に係る操作器１０２と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８９】
図２４に示されるように、操作器１０３の遊星歯車３４は、第１歯車部４１、第２歯車部４２、第１磁界発生部としての複数の磁石４６＿１〜４６＿ｎ（ｎは２以上の整数）、および第２磁界発生部としての複数の磁石４７＿１〜４６＿ｎから構成されている。以下、遊星歯車３４の具体的な構造について図２５〜２８を用いて更に詳述する。
【００９０】
図２５には、遊星歯車３４の第１歯車部４１周辺の断面構造が示され、図２６には、図２５におけるＢ方向から見たときの第１歯車部４１周辺の平面構造が示されている。また、図２７には、遊星歯車３４の第２歯車部４２周辺の断面構造が示され、図２８には、図２７におけるＣ方向から見たときの第２歯車部４２周辺の平面構造が示されている。
なお、図２５〜２８では、遊星歯車３４の周辺部分のみが図示されており、操作器１０２におけるその他の部分については図示を省略している。
【００９１】
図２５，２６に示されるように、複数の磁石４６＿１〜４６＿ｎ（総称する場合には、「磁石４６」と表記する。）は、第１歯車部４１の第２歯車部４２と接触する面４１Ａに形成された凹部４１Ｂに固定されている。具体的には、図２６に示されるように、磁石４６＿１〜４６＿ｎは、平面視において第１歯車部４１の周方向に極性が交互に相違して配置される。また、磁石４６は、例えば、磁石４６を凹部４１Ｂに設置したときに第１歯車部４１の面４１Ａと磁石４６の面とが同一の平面となるように、その高さ（Ｐと同一方向の長さ）が調整されている。
【００９２】
一方、図２７，２８に示されるように、複数の磁石４７＿１〜４７＿ｎ（総称する場合には、「磁石４７」と表記する。）は、第２歯車部４２の第１歯車部４１と接触する面４２Ａに形成された凹部４２Ｃに固定されている。具体的には、図２８に示されるように、磁石４７＿１〜４７＿ｎは、平面視において第２歯車部４２の周方向に極性が交互に相違して配置される。磁石４７は、例えば、磁石４７を凹部４２Ｃに設置したときに第２歯車部４２の面４２Ａと磁石４７の面とが同一の平面となるように、その高さ（Ｐと同一方向の長さ）が調整されている。
【００９３】
上記のように構成された第１歯車部４１および第２歯車部４２を同一軸方向に接触させることにより、第１歯車部４１および第２歯車部４２の何れか一方に所定の値を超える捻りモーメントが加わったとき、一方が他方に対して空転するトルクリミット機能を有する遊星歯車３４を実現することができる。遊星歯車３４の遮断トルクは、磁石４６と磁石４７との間の磁力によって規定される。
【００９４】
以上、実施の形態４に係る操作器１０３によれば、実施の形態１に係る操作器と同様に、遊星歯車３４にトルクリミット機能を持たせることができるので、操作器１０３の各歯車に加わる衝撃力を緩和することができ、各歯車の歯の破損を防ぐことが可能となる。
【００９５】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００９６】
例えば、実施の形態２において、第２歯車部４２の面４２Ａの周縁部にリング状の摩擦部材４３を設ける場合を例示したが、上記摩擦部材４３の代わりに、または上記摩擦部材４３に加えて、第２歯車部４２の凸部４２Ｂの側面と第１歯車部４１の凹部４１Ｂの側面との間に摩擦部材を設けてもよい。これによれば、実施の形態２に係る操作器１０１と同様の作用および効果が得られる。
【００９７】
また、上記実施の形態において、手動操作手段の一つであるダイヤル８を、手動操作用歯車９と別個の部品によって連結する場合を例示したが、これに限られず、例えばダイヤル８を手動操作用歯車９と一体形成してもよい。
【００９８】
また、上記実施の形態おいて、可動内歯車６と出力軸７とが一体形成されている場合を例示したが、これに限られず、夫々を別個の部品によって形成し、それらを同一の回転軸となるように連結させてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１００，１０１，１０２，１０３…操作器、１…筐体、２…駆動モータ、３…太陽歯車、４＿１〜４＿３，１４＿１〜１４＿３，２４＿１〜２４＿３，４，１４，２４…遊星歯車、５…固定内歯車、５ａ…プレート、５ｂ…歯車部、６…可動内歯車、６ａ…歯車部、６ｂ…底部、６ｃ…貫通孔、７…出力軸、７ａ…溝部、７ｂ…切欠き部、８…ダイヤル、８ａ…突起部、８ｂ…外周部、９…手動操作用歯車、９ａ…歯車部、９ｂ…支持部、９ｃ…孔、４１…第１歯車部、４２…第２歯車部、４３…摩擦部材、４４〜４７…磁石、４１Ｂ，４２Ｃ…凹部、４２Ｂ…凸部。
【図１】
0006752009.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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