(57)【要約】【課題】手動操作及び電動操作の切換が不要で、手動操作時の軽い操作性と電動操作時の無駄なエネルギ消費を抑制の両立を図る。【解決手段】バルブ駆動装置Ｐ２の減速機Ｇ２の減速機構を、僅少の歯数差を有する歯車を内接噛合させる内接噛合遊星歯車減速機構１１４と、該内接噛合遊星歯車減速機構１１４の前段に配置された平行軸歯車機構１１２とで構成する。又、平行軸歯車機構１１２内の第２ギヤ１３６に対して、モータによって回転可能とされた第２ピニオン１３４と手動で回転可能とされた手動ピニオン１６０とを同時に噛合させ、どちらの系統からでも内接噛合遊星歯車機構１１４を駆動できるようにした。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ及び減速機を介してバルブの弁体を駆動可能に構成したバルブ駆動装置において、
前記減速機の減速機構として、僅少の歯数差を有する歯車を内接噛合させる内接噛合遊星歯車減速機構と、該内接噛合遊星歯車減速機構の前段に配置された平行軸歯車機構とを備えると共に、
該平行軸歯車機構が、前記モータによって直接回転可能とされた第１の平行軸歯車機構と手動で直接回転可能とされた第２の平行軸歯車機構とを有し、且つ、前記内接噛合遊星歯車機構が、前記第１の平行軸歯車機構及び前記第２の平行軸歯車機構の何れからも動力伝達可能とした
ことを特徴とするバルブ駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記内接噛合遊星歯車機構の入力軸に歯車を組み込み、該歯車を前記第１の平行軸歯車機構と前記第２の平行軸歯車機構の構成要素の一部とした
ことを特徴とするバルブ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボール弁やバタフライ弁等のバルブの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建築設備や水処理設備の配管路等に設置され、流路の開閉や流量の調整等を行う弁として、ボール弁やバタフライ弁等を用いたバルブが広く知られている。
【０００３】
近年では、これらのバルブを手動で駆動するタイプの他に、モータを用いることによりいわゆる電動で駆動するタイプの駆動装置も求められている。電動でバルブを駆動するタイプの場合、モータを装着する以前、或いは該モータの駆動系に何らかの不具合が発生したような場合等を想定し、手動でも駆動できるように構成されているのが望ましい。
【０００４】
このような要求から、特開２００２−１１５７４８号公報等において、手動操作と電動操作との切り換えが可能なバルブ駆動装置が提案されている。
【０００５】
図７に特開２００２−１１５７４８号公報で開示されている駆動装置を示す。この駆動装置Ｐ１は、動力伝達装置（減速機）Ｇ１とモータ１０とを組み合わせたものである。動力伝達装置Ｇ１は平行軸歯車機構１２及び内接噛合遊星歯車機構１４を備える。
【０００６】
駆動装置Ｐ１のケーシング１６は、２枚のプレート１８、２０によって３つのブロックＢ１〜Ｂ３に分離されている。第１のブロックＢ１は主にモータ１０やその制御装置（補機）２４を、第２のブロックＢ２は主に平行軸歯車機構１２を、第３のブロックＢ３は主に内接噛合遊星歯車機構１４を、それぞれ収容している。
【０００７】
モータ１０の出力軸（平行軸歯車機構１２の入力軸）２６には、平行軸歯車機構１２の第１ピニオン２８が設けられている。
【０００８】
平行軸歯車機構１２は、該第１ピニオン２８及び第１ギヤ３０からなる１段目減速機構３２と、第２ピニオン３４及び第２ギヤ（出力ギヤ）３６からなる２段目減速機構３８とを備える。
【０００９】
内接噛合遊星歯車機構１４は、該第２ギヤ３６が組み込まれた入力軸４０、該入力軸４０と一体化された偏心体４２、該偏心体４２の外周で揺動回転自在に組み込まれた外歯歯車４６、該外歯歯車４６の外歯の歯数より１だけ多い歯数の内歯を有する（僅少の歯数差を有する）内歯歯車４８をその構成要素として有する。出力軸５０は、外歯歯車４６の自転成分のみを伝達するキャリヤ５２を介して該外歯歯車４６と連結されている。又、該出力軸５０の先端には、手動時にスパナ等の図示せぬ棒状物を挿入するための貫通孔５０Ａが形成されている。
【００１０】
なお、内歯歯車４８及び外歯歯車４６の歯形には、いわゆるインボリュート歯形が採用されている。また、出力軸５０は、一端部がケーシング１６に直接支持されると共に、他端部は第１のブロックＢ１の側にまで延在され、プレート１８によって支持されている。
【００１１】
電動操作時の作用について簡単に説明すると、モータ１０の出力軸（平行軸歯車機構１２の入力軸）２６の回転は、２段の平行軸歯車機構１２によって減速され、第２ギヤ３６を介して内接噛合遊星歯車機構１４の入力軸４０に伝達される。該入力軸４０が回転すると、これと一体の偏心体４２を介して外歯歯車４６が内歯歯車４８に内接しながら揺動回転し、この結果、外歯歯車４６は該入力軸４０の１回転毎に内歯歯車４８と外歯歯車４６の歯数差に相当する分だけゆっくりと自転する。そのため、この外歯歯車４６の自転成分相当の回転をキャリヤ５２を介して出力軸５０から取り出すことにより、１段で大きな減速比を得ることができる。このタイプは一般に「揺動回転型」と称されている。
【００１２】
ここで、図８に示されるように、このバルブ駆動装置には、内接噛合遊星歯車機構の内歯歯車４８の外周側にもインボリュート歯形４８ａが形成されており、この歯形４８ａに対して操作棒（クラッチ）６１が係合・離反自在に組み込まれてある。この操作棒６１の係合・離反は、手動時により軽い力でバルブを駆動するためのいわゆるクラッチとしての機能を有する。
【００１３】
即ち、モータ１０によってバルブを駆動するときには、操作棒６１によって内歯歯車４８の回転を拘束した状態とする。これにより、モータ１０の出力軸２６の回転を動力伝達装置Ｇ１を介して減速して出力軸５０から取り出す。また、手動によってバルブを駆動させるときには、操作棒６１を引き出した状態とし、内歯歯車４８を自由に回転させることができるようにした上で出力軸５０の貫通孔５０Ａにスパナ等の棒状物を挿入して、該出力軸５０を回転させる。このような状態で出力軸５０を回すと、外歯歯車４６の自転に伴って内歯歯車４８が回転するようになるため、該外歯歯車４６は公転運動をしない。そのため、キャリヤ５２やモータ１０を回転させることなく出力軸５０を回転させることができるため、動力伝達装置Ｇ１を逆側から（出力軸５０側から）入力してモータ１０を回す必要がなくなり、それだけ軽い力でバルブ駆動することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の駆動装置は、手動及び電動の切換のために上述したように、クラッチ機構を並設するようにしていたため、装置が複雑化、大型化すると共に、コスト高になってしまうという問題があった。
【００１５】
更には、このように、クラッチ機構を備えるタイプのバルブ駆動装置は、当該クラッチ機構の存在を知らないオペレータが操作したときには、その本来の機能を活かすことができないという現実的な問題もあった。
【００１６】
また、上記特開２００２−１１５７４８号公報に開示されたものを含め、従来提案されている駆動装置の多くは、手動時には、減速装置の出力軸、即ちバルブの弁棒を直接人の手によって回転させるものであったため、当該弁棒を駆動するのに大きな力を必要とするという問題があった。即ち、例えば、上記特開２００２−１１５７４８号公報に開示された駆動装置の場合も、確かに、モータを含む動力伝達装置を逆側から回転させる力については、操作棒（クラッチ）６１の機能によって軽減できるものの、出力軸（バルブの弁棒）については、あくまで直接人の手によって回転させるものであったため、バルブ自体の駆動に関しては、（本来の）大きな力を必要とするという問題があったものである。
【００１７】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、手動操作及び電動操作の切換が不要で、手動操作時において軽い操作性を、又、電動操作時において無駄なエネルギ消費を抑制することのできるバルブ駆動装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータ及び減速機を介してバルブの弁体を駆動可能に構成したバルブ駆動装置において、前記減速機の減速機構として、僅少の歯数差を有する歯車を内接噛合させる内接噛合遊星歯車減速機構と、該内接噛合遊星歯車減速機構の前段に配置された平行軸歯車機構とを備えると共に、該平行軸歯車機構が、前記モータによって直接回転可能とされた第１の平行軸歯車機構と手動で直接回転可能とされた第２の平行軸歯車機構とを有し、且つ、前記内接噛合遊星歯車機構が、前記第１の平行軸歯車機構及び前記第２の平行軸歯車機構の何れからも動力伝達可能としたことにより、上記課題を解決したものである。
【００１９】
本発明においては、減速機構の主役を演じる内接噛合遊星歯車機構に対し、前記特開２００２−１１５７４８号公報に開示された駆動装置のように単に「減速のための初段」を構成するためにではなく、手動操作と電動操作とを合理的に切り換え可能とするための構成を成立させるための一つの要素として、以下の意図の下に、平行軸歯車機構を敢えて内接式遊星歯車機構の前段に配置するようにした。
【００２０】
即ち、その意図とは、　１）動力伝達経路上、内接噛合遊星歯車機構よりも前段（上流側）の位置で、手動操作時の人の力と電動操作時のモータ駆動力と合流させ、　２）手動操作と電動操作を特にクラッチの切り換え等を行うことなく、常時直接的に可能としながら大きな不具合が発生するのを防止し、　３）モータのモータ軸の軸心を内接噛合遊星歯車機構の入力軸の軸心から外すことにある。
【００２１】
即ち、本発明においては、上記意図の下に内接噛合遊星歯車機構の前段に平行軸歯車機構が併設するようにしたため、モータによって直接回転可能とされた第１の平行軸歯車機構及び手動で直接回転可能とされた第２の平行軸歯車機構のいずれからによっても、内接噛合遊星歯車機構を駆動できるような構成を採用することが可能となった。
【００２２】
より具体的に説明すると、第１に、本発明における平行軸歯車機構は内接噛合遊星歯車機構の前段（上流側）に配置されている。平行軸歯車機構はその構造上入力の合流を容易に行えるので、ここに電動操作と手動操作の際の双方の駆動力の入力点を併設することにより、電動操作の際においても、また手動操作の際においても、（その下流側）に存在する内接噛合遊星歯車機構の減速機能を得ることができるようになる。その一方で、手動操作の入力点からモータ側を見たときの増速比は極めて小さい。従って、結局、非常に軽い力でバルブを操作することができる。
【００２３】
第２に、第２の平行軸歯車機構は内接噛合遊星歯車機構と常時動力伝達可能に噛合しているため、特別なクラッチ等がなくても、いつでも手動でバルブを駆動することができる。また、電動操作の際には、該第２の平行軸歯車機構の歯車が単に（ほぼ無負荷で）従動回転するだけで済むため、この場合も、特にクラッチ等がなくても問題はなく、且つ動力の損失もほとんどない。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態は、前記内接噛合遊星歯車機構の入力軸に歯車を組込み、該歯車を前記第１の平行軸歯車機構と第２の平行軸歯車機構の構成要素の一部とすることである。これにより部品点数を減らせるというメリットが得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。
【００２６】
次に、バルブ駆動装置Ｐ２について、図１〜図６を用いて詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係るバルブ駆動装置の例を示す展開断面図である。なお、この図１は、各歯車の噛合状態等の表示を優先して適宜半径方向に展開して図示しているため、該図１における半径方向の位置（座標）は、現実の縦断面とは必ずしも一致していない。図２は図１の右方向から見た側面図、図３は内接噛合遊星歯車機構の構成を示す要部断面図、図４は図１の左方向から見た側面図である。
【００２８】
このバルブ駆動装置Ｐ２は、モータ１１０に動力伝達装置（減速機）Ｇ２を組み合わせたものである。動力伝達装置Ｇ２は、その減速機構として平行軸歯車機構１１２及び内接噛合遊星歯車機構１１４を備える。
【００２９】
モータ１１０のモータ軸１２６は、平行軸歯車機構１１２の入力軸を兼用している。即ち、モータ軸１２６には該平行軸歯車機構１１２の第１ピニオン１２８が歯切り形成されている。
【００３０】
平行軸歯車機構１１２は、この第１ピニオン１２８、及び該第１ピニオン１２８と噛合する第１ギヤ１３０からなる１段目減速機構１３２と、該１段目減速機構１３２の第１ギヤ１３０と共に回転する第２ピニオン１３４、及びこの第２ピニオン１３４と噛合する第２ギヤ１３６からなる２段目減速機構１３８とを備える。これらはいずれもモータ１１０によって直接回転可能とされた第１の平行軸減速機構に属する歯車群である。
【００３１】
なお、２段目減速機構１３８の第２ギヤ１３６は、内接噛合遊星歯車機構１１４の入力軸１４０の外周に組み込まれ、該入力軸１４０と一体回転可能である。
【００３２】
一方、平行軸歯車機構の場合、その構造上、２系統の駆動を合流させるという構成を簡単に実現できる。本発明ではこの特徴を最大限に利用している。
【００３３】
即ち、平行軸歯車機構１１２の第２ギヤ１３６には、前述の第２ピニオン１３４が噛合するとともに、図２〜図６に示されるように、手動ピニオン１６０が同時に噛合している。この手動ピニオン１６０、第２ギヤ１３６が「手動によって直接回転可能とされた第２の平行軸歯車機構」に属する歯車である。
【００３４】
第２ギヤ１３６は、第１及び第２の双方の平行軸歯車機構の構成要素となっている。なお、図５は、図３における点Ａ〜Ｂに沿った断面図、図６は、理解を助けるために図２と図３とを適宜に合成したものである。
【００３５】
前記手動ピニオン１６０は、減速機構を収容するケーシング１７０の外部に突出する手動軸１６２を介して回転可能とされている。手動軸１６２の軸心Ｏ２は、ケーシング１７０の半径方向外周端近傍で、且つモータ１１０の出力軸１２６の軸心Ｏ３と離反した位置に配置されている。
【００３６】
前記内接噛合遊星歯車機構１１４は、第１、第２の双方の平行軸歯車機構の構成要素である第２ギヤ１３６が組み込まれた入力軸１４０、該入力軸１４０と一体化された偏心体１４２、ベアリング１４４を介して該偏心体１４２の外周で揺動回転自在に組み込まれた外歯歯車１４６、該外歯歯車１４６の外歯の歯数より１だけ多い歯数の内歯を有する（僅少の歯数差を有する）内歯歯車１４８をその構成要素として有する。外歯歯車１４６は、複数の内ピン孔１４６Ａを有し、該内ピン孔１４６Ａにキャリヤ１５２と一体化された内ピン１５２Ａが遊嵌している。キャリヤ１５２は出力軸１５０と一体成形されており、これにより外歯歯車１４６の自転成分のみがキャリヤ１５２を介して出力軸１５０に伝達される構成となっている。出力軸１５０には、バルブに連結された弁棒（図示略）の一部が係入可能な有底の穴１５０Ａが形成されており、該弁棒の一部が出力軸１５０と動力伝達可能に連結される。
【００３７】
次に、このバルブ駆動装置Ｐ２の作用を説明する。
【００３８】
電動操作の場合、モータ軸１１０が回転すると、平行軸歯車機構１１２の第１ピニオン１２８、第１ギヤ１３０、及び第２ピニオン１３４、第２ギヤ１３６を介して２段階の減速が行われ、該第２ギヤ１３６の内周側で係合している内接噛合遊星歯車機構１１４の入力軸１４０が回転する。この結果該入力軸１４０と一体化されている偏心体１４２を介して外歯歯車１４６が内歯歯車１４８に内接しながら揺動回転し、外歯歯車１４６は入力軸１４０の１回転毎に内歯歯車１４８と外歯歯車１４６の僅少の歯数差（この例では１）に相当する分だけゆっくりと自転する。この外歯歯車１４６の運動は、内ピン孔１４６Ａ及び内ピン１５２Ａの遊嵌によってその揺動成分が吸収され、自転成分のみがキャリヤ１５２を介して出力軸１５０に伝達される。出力軸１５０の回転は、有底の穴１５０Ａ内に係入されている図示せぬ弁棒へと更に伝達される。
【００３９】
なお、僅少の歯数差を有する歯車を内接噛合させる内接噛合遊星歯車機構としては、この他に「撓み噛み合い型」、あるいは「差動歯車型」等のタイプが公知である。いずれも１段で大きな減速比を得ることができる。
【００４０】
このとき、平行軸歯車機構１１２の第２ギヤ１３６には第２ピニオン１３４のほか、手動ピニオン１６０が同時に噛合しているため、第２ギヤ１３６の回転に伴って該手動ピニオン１６０が従動回転するが、この手動ピニオン１６０は特に負荷は連結されていないため、極めて円滑に回転でき、この従動回転に伴う動力の損失はわずかである。
【００４１】
一方、手動操作の場合は、オペレータが手動軸１６２を介して手動ピニオン１６０を回転する。手動ピニオン１６０の回転は第２ギヤ１３６を介して電動操作の場合と同様に内接噛合遊星歯車機構１１４へと伝達される。従って、該内接噛合遊星歯車機構１１４の減速作用を利用でき、極めて軽い力のみで回転バルブ７００の弁棒６０４を手動操作することができる。このとき、第２ギヤ１３６の回転により、第２ピニオン１３４、第１ギヤ１３０、第１ピニオン１２８を介してモータ１１０が逆回転するが、この部分での減速比（手動ピニオン１６０から見た場合には増速比）は、それほど大きくないため本来のバルブの弁棒側の駆動が軽いことと相まって、駆動力の増大は殆ど問題とならない。
【００４２】
ところで、一般に、内接噛合遊星歯車機構１１４はその外周付近に内歯歯車１４８が存在するため、手動時の駆動力をそのいずれかの部材に入力するのが極めて困難であることが多い。例えば、前述した特開２００２−１１５７４８号公報においても手動操作の場合には出力軸５０を直接駆動するようにしている。しかしながら、この実施形態では、第２ギヤ１３６を介して双方の駆動力を容易に入力可能とし、この第２ギヤ１３６自体を内接噛合遊星歯車機構１１４の入力軸１４０に装着し、該入力軸１４０の軸方向端部の外周から該内接噛合遊星歯車機構１１４に動力を伝達している。従って、手動軸１６２の軸心Ｏ２をケーシング１７０の半径方向外周端近傍で且つモータ１１０の出力軸１２６の軸心Ｏ３と離反した位置に配置することができ、手動軸１６２を回転させる際にモータ１１０が邪魔になることもない。
【００４３】
また、第２ギヤ１３６が、前記内接噛合遊星歯車機構１１４の入力軸１４０の軸方向端部の外周に組み込まれているため、ケーシング１７０中に２つの減速機構が収容されているにも拘わらず、全体がコンパクトであり、特に軸方向長が短縮化されている。
【００４４】
更に、電動操作の際はモータ１１０を回転させるだけで足り、また、手動操作でバルブを駆動するときにはオペレータが手動軸を回転させるだけで足りる。即ち、クラッチ機構がないことから、構造が簡単で低コストでもある。しかも、クラッチ機構がないにも拘わらず、電動操作時に消費される無駄なエネルギは、無視できるほどに小さく、また、手動操作でバルブの駆動するときの操作力は極めて小さい。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、２段型の平行軸歯車機構が採用されていたが、本発明においては、平行軸歯車機構の具体的構成については特に限定されず、１段型でも、あるいは３段型でもよく、さらにはアイドル歯車を有するような構造であってもよい。又、上記実施形態においては、平行軸歯車機構の第２ギヤ、を第１、第２の平行軸歯車機構の共通の構成要素として部品点数を削減するようにしていたが、この構成も必ずしも必須のものではない。内接噛合遊星歯車機構の具体的な構造についても、上記構造に限定されず、目的に応じ、種々の構成のものが採用できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、手動操作及び電動操作の切換が不要で、手動操作時において軽い操作性を、又、電動操作時において無駄なエネルギ消費を抑制することのできるバルブ駆動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたバルブ駆動装置の実施形態の例を示す展開縦断面図
【図２】図１の右方向から見た側面図
【図３】内接噛合遊星歯車機構の構成を示す要部断面図
【図４】図１の左方向から見た側面図
【図５】図３における点Ａ〜Ｂに沿った断面図
【図６】図２と図３の合成図
【図７】従来の動力伝達装置の適用例を示す図１相当の縦断面図
【図８】上記従来例におけるクラッチ機構を模式的に示す要部拡大図
【符号の説明】
１１０…モータ
１１２…平行軸歯車機構
１１４…内接噛合遊星歯車機構
１２８…第１ピニオン
１３０…第１ギヤ
１３２…１段目減速機構
１３４…第２ピニオン（電動側歯車）
１３６…第２ギヤ（特定の歯車）
１３８…２段目減速機構
１４０…内接噛合遊星歯車機構の入力軸
１４２…偏心体
１４４…ベアリング
１４６…外歯歯車
１４８…内歯歯車
１５０…出力軸
１５２…キャリヤ
１６０…手動ピニオン（手動側歯車）
１６２…手動軸
１７０…ケーシング
１７２…突出部
１７４…本体部
１９０…回転軸
１９４、１９６…軸受部
【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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