(57)【要約】【課題】簡単な構造で、開方向と閉方向のいずれに過負荷が加わった時にもモータを停止させることができるバルブ用アクチュエータを提供する。【解決手段】バルブ開閉用モータ（ブレーキモータ）１０と、その回転を減速する減速歯車列３及び減速歯車列３に組み込まれ、モータ１０の回転トルクが異常値を示した時にモータを停止させる単一のトルクリミッタ４を有する動力伝達機構２と、回転トルクが異常値を示した時に、バルブが開方向か閉方向かを弁別し、異常信号を出力する開閉信号弁別回路７１とその異常信号に基いてモータの駆動を停止するモータ駆動回路７２ａ、７２ｂとトルクリミッタ４が作動した時にモータを逆方向に回転させて元の位置に復帰させるタイマー回路７３を含む制御回路７とを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ開閉用モータと、その回転を減速する複数の減速歯車列及び前記減速歯車列に組み込まれ、前記モータの回転トルクが異常値を示した時に前記モータを停止させる単一のトルクリミッタを有する動力伝達機構と、前記回転トルクが異常値を示した時に、バルブが開方向か閉方向かを弁別し、異常信号を出力する開閉信号弁別回路とその異常信号に基いてモータの駆動を停止するモータ駆動回路とトルクリミッタが作動した時にモータを逆方向に回転させて元の位置に復帰させるタイマー回路を含む制御回路とを有することを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
【請求項２】
前記トルクリミッタは、第１段の減速歯車列を介して前記モータの回転トルクが伝達されるシャフトと、前記シャフトの周囲に固着され、複数のコロが遊嵌されたトルク伝達部材と、前記コロを介して前記トルク伝達部材を押圧するスラスト部材と、次段の減速歯車列によって駆動され、前記コロを受け取る凹部を有しかつ前記トルク伝達部材に対して回転自在に支持された中間部材と、前記コロが前記凹部を乗り越えた時にスラスト部材との接触によりモータへの給電を停止するスィッチ部材とを有することを特徴とする請求項１記載のバルブ用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過負荷が加わった時にモータを停止させる機能をもつバルブ用アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バルブ用アクチュエータとしては、例えば、モータとバルブ開閉ヘッドとの間にトルクリミッタ等のクラッチ機構を設け、このクラッチ機構によりモータから開閉ヘッド側に伝える回転トルクを設定し、モータの回転トルクが設定トルクを超えたときに開閉ヘッド側の回転伝達を解除する構造が提案されている（特許文献１参照）。この他、制御盤からの操作信号により三相交流用可逆回転モータを正、逆回転させてバルブを開閉するようにしたバルブ用アクチュエータにおいて、ダイオードとリレーを使用して二本の動力線間に流れる電流から二種類の信号を取り出し、この信号を一本の走査線と動力線で送信し、ダイオードとリレーを使用する受信側でそれぞれの信号を選択して、モータへの通電方向を制御することが提案されている（特許文献２参照）。また特許文献２には、アクチュエータ側の２つのリミットスィッチを設け、一方はバルブが開位置にきたときバルブの回転軸に設けたカムによって蹴られてそのブレイク接点が開路し、他方はバルブが閉鎖位置にきたとき別のカムによって蹴られてそのブレイク接点が開路することにより、バルブが開閉されることが記載されている。そして通常のバルブ用アクチュエータにおいては、バルブ開方向と閉方向に作用するトルクを検出し、２つのトルクリミッタにより、過負荷が加わった時にモータを停止することが行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２６０５０号公報（第２頁、図２）
【特許文献２】
特開平７−４５４８号公報（第２−３頁、図２、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、２つのトルクリミッタ（あるいはリミットスィッチ）を使用することにより、バルブを確実に開閉できるという利点はあるが、開方向と閉方向のトルク設定にバラツキが生じる、開方向と閉方向の設定トルクを各々定める必要があるという問題があり、また２つのトルクリミッタを使用するので、構造が複雑化し、コスト高となるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題点を解消して、簡単な構造で、開方向と閉方向のいずれに過負荷が加わった時にもモータを停止することができるバルブ用アクチュエータを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のバルブ用アクチュエータは、バルブ開閉用モータと、その回転を減速する減速歯車列及び前記減速歯車列に組み込まれ、前記モータの回転トルクが異常値を示した時に前記モータを停止させる単一のトルクリミッタを有する動力伝達機構と、前記回転トルクが異常値を示した時に、バルブが開方向か閉方向かを弁別し、異常信号を出力する開閉信号弁別回路とその異常信号に基いてモータの駆動を停止するモータ駆動回路とトルクリミッタが作動した時にモータを逆方向に回転させて元の位置に復帰させるタイマー回路を含む制御回路を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、前記トルクリミッタは、第１段の減速歯車列を介して前記モータの回転トルクが伝達されるシャフトと、前記シャフトの周囲に固着され、複数のコロが遊嵌されたトルク伝達部材と、前記コロを介して前記トルク伝達部材を押圧するスラスト部材と、次段の減速歯車列によって駆動され、前記コロを受け取る凹部を有しかつ前記トルク伝達部材に対して回転自在に支持された中間部材と、前記コロが前記凹部を乗り越えた時にスラスト部材との接触によりモータへの給電を停止するスィッチ部材とを有することが好ましい。
【０００８】
本発明によれば、単一のトルクリミッタを使用し、過負荷がかかった時に開方向又は閉方向のいずれの場合もモータを停止することができると共に、トルクリミッタが作動後も逆方向の作動が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わるバルブ用アクチュエータの断面図、図２は図１の要部の拡大図、図３は図１のモータの制御回路の一例を示すブロック図である。
【００１０】
図１に示すアクチュエータ１は、ケース１００と、バルブ（不図示）を開閉する動力を発生するブレーキモータ１０と、ブレーキモータ１０の出力をバルブに伝達する動力伝達機構２を有する。動力伝達機構２は、モータ１０の出力軸１０ａに固定されたピニオン歯車１１と噛み合う減速歯車列３と、ブレーキモータ１の負荷に応じて作動し、伝達トルクの上昇を制限するトルクリミッタ４を含む。ケース１００は、上カバー１０１と中カバー１０２と下カバー１０３及びこれらを組み付けるボルト１０５、１０６を含む締結部材１０４で構成され、ブレーキモータ１とトルクリミッタ４の主要部を収容する第１収容室１０７と、減速歯車列３とトルクリミッタ４の一部を収容する第２収容室１０８に区画されている。
【００１１】
ブレーキモータ１０は、例えば電磁式摩擦ブレーキとかご形誘導電動機を一体化した構造を有し、本発明の用途には、誘導電動機の反連結側にスプリング制動式、交流電磁石使用の交流ブレーキを内蔵させた交流ブレーキ付ブレーキモータが好適である。このモータは、モータ電源の入力と同時にブレーキの巻線にも電圧を印加し、電磁石の吸引力で制動バネを押し戻してブレーキを緩めモータを回転させ、一方電源を切ると制動バネでブレーキ円板はブレーキライニングに押し付けられ制動トルクが作用し急停止するように動作する。
【００１２】
減速歯車列３は、中カバー１０２及び下カバー１０３に軸支された減速軸３１、３２及び３３と、減速軸３１に固定された減速歯車３４と３５、減速軸３２に固定された減速歯車３６及び減速軸３３に固定された減速歯車３７を含む３段の減速歯車列を備えている。減速歯車３４は、ピニオン歯車１１と噛み合うスパーギア３４ａ及びトルクリミッタ４を駆動するピニオンギア３４ｂからなり、減速歯車３５はスパーギア３５ａ及びピニオンギア３５ｂからなる。減速歯車３６は、ピニオンギア３５ｂと噛み合うスパーギア３６ａ及びピニオンギア３６ｂからなり、減速歯車３７は、ピニオンギア３６ｂと噛み合っている。また減速軸３２には、スパーギア３８ａと、スパーギア３５ａと噛み合うピニオンギア３６ｂとからなる中間歯車３８が固定されている。
【００１３】
トルクリミッタ４は、一端にピニオンギア３４ｂと噛み合うスパーギア４１ａを有する駆動シャフト４１を有し、駆動シャフト４１の他端側は、ボルト４３により中カバー１０２に組み付けられたＬ字形状のアーム４２に軸受４４を介して支持されている。円筒状のインナースリーブ４５は、ネジ４６により駆動シャフト４１の外周面に固定され、インナースリーブ４５の外側には、複数のコロ４７が遊嵌された円筒状のアウタースリーブ４８が装着され、両スリーブ４５、４８の上端部は、ネジ４９によりバネ座５０と共に駆動シャフト４１に固定されている。カップ状のケース部材５１は、アウタースリーブ４８の周囲に配設されると共に、ケース部材５１とバネ座５０との間にコイルバネ５２が装着され、ケース部材５１は下向きに付勢されている。即ちケース部材５１は、駆動シャフト４１の周囲に上下動可能に支持されている。インナースリーブ４５の外側には、複数のコロ４７に当接する円盤状の中間部材５３が配設され、中間部材５３とインナースリーブ４５及びアウタースリーブ４８との間には球体５４ａ及び５４ｂが介装されている。中カバー１０２に固定された円筒状の駆動部材５５は、小径側端部にスパーギア３８ａと噛み合うピニオンギア５５ａを有すると共に、大径部側の端面にボルト５６により中間部材５３の下面が固定されている。従って駆動部材５５が回転することにより、中間部材５３は駆動シャフト４１の周囲を回転することができる。上記の構造により、駆動シャフト４１に所定のトルクを越えたトルクが伝達されると、クラッチのボールが外れて空転するボール式のクラッチ機構が形成される。またマイクロスィッチ４０は、接点４０ａが上記ケース部材５１のフランジ部５１ａに対向するように中カバー１０２に設置されている。
【００１４】
図１に示すブレーキモータ（以下モータという）１０は、例えば図３に示す制御回路により駆動することができる。図３に示す制御回路７は、入力された開閉信号を受信して開信号又は閉信号を出力する開閉信号弁別回路７１と、開信号が入力された時にバルブを開く方向にモータ１０を回転させるモータ開駆動回路７３ａと、閉信号が入力された時にバルブを閉じる方向にモータ１０を回転させるモータ閉駆動回路７３ｂを含む。開閉信号弁別回路７１は、ＡＮＤゲート７５ａ、７ｂを介してモータ開駆動回路７３ａに接続され、またＡＮＤゲート７５ｃを介してモータ閉駆動回路７２ｂに接続されている。バルブが全開（全閉）となるまでモータ１０が回転した時は、全開検出回路７４ａ（全閉検出回路７４ｂ）で検出されてその信号がモータ開駆動回路７２ａ（モータ閉駆動回路７２ｂ）に出力される。さらに、本発明では、単一のトルクリミッタが作動したときに、モータを逆方向に駆動させることにより、リセット動作を不要とするために、モータの動作時間（例えば０．５秒程度）を設定するタイマー回路７３がＡＮＤゲート７５ｄを介してモータ閉駆動回路７２ｄに接続されている。
トルクリミッタ４の出力はインバータ７６ａ（７６ｂ）を介してＡＮＤゲート７５ｂ及びＡＮＤゲート７５ｃに入力されると共に、記憶回路７５に保存され、そこから開側（閉側）トルク異常信号が例えば警告ランプのような警報手段（不図示）に出力され、バルブ開閉手段の異常を検知することができる。記憶回路７５は、電源がオフにされても情報を保存できるようにするために、例えばＥＥＰＲＯＭ（不揮発性メモリー）で構成される。ＥＥＰＲＯＭの使用により、自由にデータの読み書きが可能で、また電源がオフされてもデータを保存することができるという利点がある。
【００１５】
上記アクチュエータの動作を図２により説明する。ブレーキモータ１０が所定方向に回転すると、その回転は、ピニオン歯車１１を介して減速歯車３４のスパーギア３４ａに伝達され、次いで減速軸３１の回転が減速歯車３５のピニオンギア３５ｂ、減速歯車３６及び減速歯車３７に伝達されて減速軸３３が駆動される。減速軸３３の回転により、それと係合するバルブの弁体（不図示）が駆動されて、開弁あるいは閉弁動作が行われる。モータの回転数を調整することにより、バルブを全開あるいは全閉状態とすることができる。
【００１６】
ブレーキモータ１の回転は、上記の如く減速歯車列３に伝達されるとともにトルクリミッタ４にも伝達される。すなわちブレーキモータ１の回転はピニオンギア３４ｂを介してスパーギア４１ａに伝達されるので、Ｌ字型アーム４２に軸支されたシャフト４１が回転し、シャフト４１に固定されたアウタースリーブ４８が回転する。アウタースリーブ４８の回転トルクは、コロ４７を介して中間部材５３に伝達される。コイルバネ５２の復元力はケース５１を経てコロ４７に作用しているので、過負荷が掛かった時に、コロ４７はこの復元力に抗して中間部材５３に形成された溝５３ａの斜面を乗り越える。これにより、ケース５１は上昇して、そのフランジ部５１ａがマイクロスィッチ４０をオンすることにより、過負荷が掛かったことが検出される。なお、減速軸３１の回転は減速歯車３５のスパーギア３５ａに伝達され、中間歯車３８のスパーギア３８ａとピニオンギア５５ａとの噛み合いにより、駆動部材５５が回転して、それに固定されたケース５１が減速軸３１と同方向に回転する。
【００１７】
バルブを開閉するための開閉信号が図３に示す制御回路に入力されると、開閉信号弁別回路７１で開動作かあるいは閉動作かの弁別が行われる。過負荷が発生せずトルクリミッタ４（図２参照）の出力が「０」の場合は、弁別回路７１で選択された開方向または閉方向の信号がモータ開駆動回路７３ａまたはモータ閉駆動回路７３ｂに出力されて、モータ１０は指定された方向に回転する。一方、トルクリミッタ４で過負荷が検出されると、トルクリミッタ４の出力が「１」に反転し、モータ１０の回転が停止する。ここで、トルクリミッタ４の作動情報と弁別回路の出力情報が、記憶回路７５に保存される。このトルクリミッタ４の作動により、タイマー回路７２が起動する。タイマー回路７２を設けることにより、強制的にモータ開駆動回路７３ａ（モータ閉駆動回路７３ｂ）が作動し、トルクリミッタ４を元の位置に復帰させることができる。この場合、タイマー回路７２はトルクリミッタ４が作動していない方向には作動するように構成される。ただしタイマー回路７２はトルクリミッタ４が作動している方向には作動した場合は、タイマー回路での強制作動はしない。
【００１８】
【発明の効果】
以上に記述の如く本発明によれば、単一のトルクリミッタで開方向と閉方向の制御を行うので、簡単な構造で過負荷が作用した時にモータを確実に停止することができる。またトルクリミッタが作動しても、反対方向への作動が行えるので、トルクリミッタのリセットが不要となり、操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるバルブ用アクチュエータの断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明のモータの駆動回路の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：アクチュエータ
１００：ケース
１０１：上カバー
１０２：中カバー
１０３：下カバー
１０：ブレーキモータ
１０ａ：出力軸
１１：ピニオンギア
２：動力伝達機構
３：減速歯車列
３１、３２、３３：減速軸
３４、３５、３６、３７：減速歯車
３４ａ、３５ａ、３６ａ：スパーギア
３４ｂ、３５ｂ、３６ｂ：ピニオンギア
３８：中間歯車
３８ａ：スパーギア
３８ｂ：ピニオンギア
４：トルクリミッタ
４０：マイクロスィッチ
４０ａ：接点
４１：駆動シャフト
４１ａ：スパーギア
４２：アーム
４３：ボルト
４４：軸受
４５：インナースリーブ
４６：ネジ
４７：コロ
４８：アウタースリーブ
４９：ネジ
５０：バネ座
５１：ケース部材
５１ａ：フランジ部
５２：コイルバネ
５３：中間部材
５４ａ、５４ｂ：球体
５５：駆動部材
５５ａ：ピニオンギア
５６：ボルト
７：制御回路
７１：開閉信号弁別回路
７２ａ：モータ開駆動回路
７２ｂ：モータ閉駆動回路
７３：タイマー回路
７４ａ：全開検出回路
７４ｂ：全閉検出回路
７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ：ＡＮＤゲート
７６ａ、７６ｂ：インバータ
７７：記憶回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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