(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を開閉するバルブに用いられるアクチュエータであって、
ハウジングと、
ハウジング内に設けられた回転駆動源と、
ハウジング外のバルブの弁棒に接続され前記弁棒に回転を伝える出力軸と、
ハウジング内に設けられて前記回転駆動源からの回転を減速して前記出力軸に伝える減速機構と、を有するアクチュエータにおいて、
前記減速機構は、
前記出力軸の周りに同軸に設けられていて、前記回転駆動源によって前記出力軸と相対的に回転することができるとともに、回転軸に対して偏芯した外周円を持ったキャリアと、
外内周が前記出力軸と同軸になっており、内周面に沿って内歯車を有し、ハウジングに対して出力軸の周りに回転することができる円環状太陽内歯車と、
前記キャリアの外周円と同軸になった内孔円と外周にある外歯車とを持った遊星外歯車であって、前記キャリアと相対回転可能に外挿して設けられているとともに外歯車を前記円環状太陽内歯車に部分的にかみ合わせて太陽内歯車の内周に沿って公転運動をすることができるようになっているものと、
前記遊星外歯車の回転（自転）を前記出力軸に伝える回転伝達機構と、
前記円環状太陽内歯車の前記ハウジングに対する回転を拘束及び開放することができる回転断続機構と、を有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転断続機構は、
前記円環状太陽内歯車の外周に設けられた複数の回転止め溝と、
前記ハウジングの外部からハウジング壁を通って前記円環状太陽内歯車外周まで達する通孔と、
その通孔内に通されて通孔内で前後退することができるとともに、前記円環状太陽内歯車外周にある回転止め溝とかみ合うことのできるクラッチ歯を内側先端に有する操作棒と、
その操作棒を前記通孔内で前記円環状太陽内歯車外周に向けて押し付けているスプリングと、を有することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記複数の回転止め溝は、前記円環状太陽内歯車の外周の全周にわたって設けられている、請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記操作棒は、複数の前記回転止め溝とかみ合うことのできる複数の前記クラッチ歯を前記内側先端に有する、請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記キャリアと前記回転駆動源との間に更なる減速機構が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記回転駆動源として電動モータが前記出力軸の周りに前記出力軸と相対回転することができるように設けられていることを特徴とする請求項１ないし４記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記ハウジングのエンドカバーが、ハウジングとは独立して前記出力軸とともに回転することができるように設けられていることを特徴とする請求項１ないし４または６記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記ハウジングのエンドカバーは、ユーザが外部から手で回転できるように設けられている、請求項７記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体の流路を開閉する電動バルブなどのアクチュエータに係り、特に電動操作と手動操作とを切り換えることのできるアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体の流路を開閉する電動バルブなどに用いられているアクチュエータでは、電動モータの回転子の出力を減速機構で減速してその出力軸に出して、バルブの弁棒を操作するのが一般である。電動モータの回転は通常毎分１０００回以上なので、その出力を減速するために減速機構では平歯車を多段に組み合せている。
【０００３】
電動バルブにおいては通常電動によって弁の開閉操作を行うが、手動操作が必要になることがある。あるいは、アクチュエータの外に設けられている操作手段によって弁の開閉を行えるようにしている場合もある。そのために、電動すなわち自動と手動とを切り替えるための回転断続機構を減速機構の出力軸付近に設けることが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回転断続機構で手動操作に切り替えても、減速機構の一部の歯車を回転させることになることがあり、手動操作時に大きなトルクを必要とした。また、減速機構の中で連なっている平歯車の内の一部の歯車のかみ合いをはずすようになっている回転断続機構も用いられることがある。平歯車でかみ合いをしている歯の数は少ないので、それをかみ合わせたり外したりすると、寿命の短いものとなっていた。
【０００５】
更に、平歯車を多段に組み合わせた減速機構では、電動モータの回転軸とアクチュエータの出力軸とは互いに偏った場所になることが多い。アクチュエータの出力軸は電動バルブの中心軸のところに設けられているが、電動バルブの中心とアクチュエータの中心の位置が偏っているために、電動バルブからその一方の側面に飛び出したような形にアクチュエータが取り付けられることになる。そのために電動バルブを使っている配管の側面にそれだけ空間の余裕を設ける必要があった。
【０００６】
そこで本発明では、減速比の大きいサイクロ減速機構を用いたアクチュエータであって、手動操作と自動運転の切り替えが容易で、手動時には小さな回転トルクで出力軸を回すことのできるものを提供する。
【０００７】
更に本発明では、寿命の長い回転断続機構を持ったアクチュエータを提供する。
【０００８】
また、本発明では、電動モータとアクチュエータの出力軸を同軸として、電動バルブなどに取り付けたときに側面へのはみ出しが少なく、また手動操作の容易なアクチュエータを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクチュエータは、ハウジングと、ハウジング内に設けられた回転駆動源と、ハウジング外へ回転を伝える出力軸と、ハウジング内に設けられて前記回転駆動源からの回転を減速して前記出力軸に伝える減速機構を有するものにおいて、
前記減速機構は、
前記出力軸の周りに同軸に設けられていて、前記回転駆動源によって前記出力軸と相対的に回転することができるとともに、回転軸に対して偏芯した外周円を持ったキャリアと、
外内周が前記出力軸と同軸になっており、内周面に沿って内歯車を有し、ハウジングに対して出力軸の周りに回転することができる円環状太陽内歯車と、
前記キャリアの外周円と同軸になった内孔円と外周にある外歯車とを持った遊星外歯車であって、前記キャリアと相対回転可能に外挿して設けられているとともに外歯車を前記円環状太陽内歯車に部分的にかみ合わせて太陽内歯車の内周に沿って公転運動をすることができるようになっているものと、
前記遊星外歯車の回転（自転）を前記出力軸に伝える回転伝達機構と、
前記円環状太陽内歯車の前記ハウジングに対する回転を拘束及び開放することができる回転断続機構と
を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明において前記回転断続機構は、
前記円環状太陽内歯車の外周に設けられた複数の回転止め溝と、
前記ハウジングの外部からハウジング壁を通って前記円環状太陽内歯車外周まで達する通孔と、
その通孔内に通されて通孔内で前後退することができるとともに、前記円環状太陽内歯車外周にある回転止め溝とかみ合うことのできるクラッチ歯を内側先端に有する操作棒と、
その操作棒を前記通孔内で前記円環状太陽内歯車外周に向けて押し付けているスプリングと
を有することが好ましい。
【００１１】
本発明のアクチュエータは、前記キャリアと前記回転駆動源との間に更なる減速機構が設けられていることができる。
【００１２】
また本発明において、前記回転駆動源として電動モータが前記出力軸の周りに前記出力軸と相対回転することができるように設けられていることが好ましい。その場合、前記ハウジングのエンドカバーが、ハウジングとは独立して前記出力軸とともに回転することができるように設けられていることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は本発明の実施例によるアクチュエータの縦断面図で、図２は図１のII−II断面図である。図３と４は回転断続機構の断面を拡大して示す図で、回転断続機構の働きを説明している。また、図５は本発明の他の実施例によるものの断面図である。
【００１４】
ハウジング１内に電動モータ２と減速機構３が設けられていて、減速機構３の出力軸４に電動モータ２の回転が減速して伝えられるようになっている。出力軸４はハウジング１の上端板と下端板によって回転自在に保持されているとともに、出力軸４は上端板から上に延びていて、出力軸の上端部にエンドカバー５が、出力軸４とともに回転できるように取り付けられている。すなわち、エンドカバー５はハウジング１とは独立して回転することができる。出力軸４の下端はバルブなどの弁棒に接続することができて、バルブの弁を開閉する。６は減速機構３の回転断続機構であり、後で図３、４を参照して詳しく説明する。
【００１５】
ハウジング１内で電動モータ２と減速機構３とは、図１から明らかなように、出力軸４と同軸に縦に重なって配置されていて、電動モータ２の回転子２１は出力軸４に対して回転自在となっている。ここで電動モータ２は本発明で言うところの回転駆動源である。
【００１６】
ハウジング内で減速機構３の最外周には円環状太陽内歯車３１が出力軸４と同軸に設けられている。円環状太陽内歯車３１はハウジング１に対して出力軸４の周りに回転できるようになっているが、後で説明するように、回転断続機構６によって円環状太陽内歯車３１のハウジング１に対する回転を拘束及び開放することができるようになっている。円環状太陽内歯車３１はその外周面と同軸になっている内周面に沿って内歯車３１１を持っている。
【００１７】
減速機構３の最内部には出力軸４と同心に外挿されて、出力軸に相対回転できるように配置されたキャリア３４がある。キャリア３４は回転軸４に対して偏芯している外周円３４１を持っている。偏芯した外周円を持っているので偏芯体と呼ぶことがある。キャリア外周円の中心が回転軸から偏芯している量をｅとすると、キャリアの外周円３４１が回転したときに作る輪郭円直径は外周円直径よりも２ｅだけ大きなものとなる。
【００１８】
キャリア３４の外周円にベアリング３３を介して回転自在に遊星外歯車３２が設けられている。遊星外歯車は外周に外歯車３２１を持ち、この外歯車とベアリング外周にある内孔円３２２とはキャリアの外周円３４１と同軸になっている。遊星外歯車３２は円環状太陽内歯車３１に部分的にかみ合っている。キャリア３４が回転するとその偏芯外周円３４１によって、遊星外歯車３２は太陽内歯車３１の内周に沿って公転運動をする。それに伴い、太陽内歯車３１の歯数Ｓと遊星外歯車３２の歯数Ｐから（Ｓ−Ｐ）／Ｐの減速比で遊星外歯車３２は回転（自転）する。
【００１９】
減速機構３の出力軸４には円盤４１が固定されていて出力軸とともに回転するようになっている。円盤４１の端面には周回状に複数個の円形孔４１１が設けられている。遊星外歯車３２の端面に円柱状のピン３２３が円盤４１に開けられた円形孔４１１の各々に係合するように設けられている。円盤に開けられた円形孔４１１の大きさは円柱状ピン３２３の直径よりも２ｅだけ大きなものとなっているので、遊星外歯車３２の偏芯回転による円柱状ピン３２３の周回を許容するだけの大きさとなっており、遊星外歯車３２の回転に伴って、円盤４１が回転し、その回転が出力軸４に出てくる。このように遊星外歯車３２の回転（自転）を出力軸４に伝える回転伝達機構は、出力軸に固定され共に回転することができる円盤４１と、遊星外歯車３２の端面に周回状に取り付けられた複数の円柱状ピン３２３と、この円柱状ピンが係合している円盤に開けられた円形孔４１１とから成っている。
【００２０】
一方、キャリア３４には回転駆動源すなわち電動モータ２の回転子２１の回転を伝えることが出来るようになっている。電動モータ２の回転子２１から突出している係合ピン２１１をキャリア端面にある係合孔３４２に挿入して回転を伝えている。
【００２１】
アクチュエータの減速機構３は上に述べた構成をしているので次のような減速をする。すなわち、電動モータ回転子２１の回転に伴い、それに係合されているキャリア３４が出力軸４の周りに回転し、その外周円はｅだけ偏芯しているので、偏芯回転をする。キャリアの偏芯回転に伴って遊星外歯車３２の中心軸も、出力軸４の周りに回転する。遊星外歯車３２は、太陽内歯車３１と部分的にかみ合っているので遊星外歯車の偏芯回転（公転回転）に伴って、自転回転をする。遊星外歯車３２の自転の早さは公転の早さ対比で（Ｓ−Ｐ）／Ｐなので、その回転速度で遊星外歯車と係合している出力軸４に電動モータの回転を伝える。サイクロ減速機構ではＳ−Ｐは最小１とすることができるので減速比を１／Ｐとすることができ、例えば遊星外歯車の歯数Ｐ＝４５とすると、１２００ｒｐｍの電動モータ回転が約２７rpm まで落とすことができる。
【００２２】
次に減速機構の回転断続機構６について図１〜４を参照しながら説明する。図に示している実施例では円環状太陽内歯車３１のハウジング１に対する回転を拘束と開放する（断続する）ようになっている。太陽内歯車３１はハウジング１の内周円筒面内に設置されていて、非拘束時には太陽内歯車３１はハウジングの内周円筒面内を回転することができる。ハウジング外周面から減速機構３に向かって半径方向にハウジング壁を通って円環状太陽内歯車３１まで達する通孔６１が開けられていて、その通孔内に前後退することができる操作棒６２が設けられている。図３，４に示すように円環状太陽内歯車３１の外周に複数の回転止め溝３１２が設けられていて、操作棒６２の先端にはこの回転止め溝３１２とかみ合うことのできるクラッチ歯６２１が付けられている。操作棒６２をハウジング内に押し込んだ状態ではその先端にあるクラッチ歯６２１が太陽内歯車の外周にある回転止め溝３１２に係合して、太陽内歯車３１はハウジングに対する回転が拘束される。操作棒６２はコイルスプリング６３によって通常はこのように押し込まれている。反対に操作棒６２を引き出した図３に示す状態では、クラッチ歯６２１と回転止め溝３１２との係合が解かれているので、太陽内歯車３１がハウジング１に対して回転することができる。
【００２３】
そこで、電動によってアクチュエータを動かす時には、回転断続機構６の操作棒６２を挿入した状態（図４）で、電動モータ２に電気を供給して回転子２１を回転させて、回転子の回転を減速機構３で減速して出力軸４に取り出す。また、手動によって出力軸４を回転させる時には、回転断続機構６の操作棒６２を引き出した状態（図３）にしておくと、太陽内歯車３１が自由に回転するようになる。手動によって出力軸４を回すとそれに伴って遊星外歯車３２がその中心の周りに回転するが円環状太陽内歯車は開放されていてキャリア３４は電動モータによって回転が拘束されているので遊星外歯車の自転に伴い円環状太陽内歯車３１が回転して遊星外歯車は公転運動をしない。キャリアとの間にその偏芯軸を中心としたベアリングが設けられているので、キャリアに回転を伝えないで、遊星外歯車３２の自転はキャリアの偏芯軸の周りに行われることになる。そのためにキャリアや電動モータ（回転駆動源）に回転を伝えないので手動回転が出来て、回転トルクの小さいものとなる。
【００２４】
図１〜４に示す実施例においては、ハウジング１の上部にあるエンドカバー５がハウジング１とは独立して回転できるようになっており、また出力軸の上端部にエンドカバー５が固定されている。操作棒６２を引き出して、クラッチ歯６２１と太陽内歯車の回転止め溝３１２との係合を解いた状態で、カバー５を手で回転させると、減速機構３の減速が断たれているので、出力軸４はカバー５とともに容易に回転するようになり、手動操作のやりやすいものである。
【００２５】
この実施例のアクチュエータでは出力軸と回転駆動源（電動モータ）を同軸とすることができるので、電動バルブとアクチュエータの位置関係が同心となって、配管からのアクチュエータのはみ出しを小さくすることが出来、コンパクトなものとなる。
【００２６】
図５に本発明の他の実施例になるアクチュエータを縦断面図で示している。この図で減速機構３は図１，２に示したものと同じでサイクロ減速機構となっていて、偏芯体となっているキャリア３４の回転が減速されて遊星外歯車３２′の自転となって、それが回転断続機構を介して出力軸４′に出てくるようになっている。キャリア３４，遊星外歯車３２′，円環状太陽内歯車３１などの構成と働きは図１，２に示したものと同じなのでここでは説明を省略する。ここでは回転伝達機構として、出力軸４′に固定されて共に回転する円盤４１′の上端面に周回状に配置された複数の円柱状ピン４１２があり、各円柱状ピン４１２を受け入れている円形孔３２４が遊星外歯車３２′に設けられている。円柱状ピン４１２と円形孔３２４の関係は、前の実施例における円柱状ピン３２３と円形孔４１１の関係と同じである。
【００２７】
また回転断続機構６′はここではハウジング１′の壁が厚くなっただけ長くなっているが、それ以外は前記実施例における回転断続機構６と構成、働き共に同じなので説明を省く。
【００２８】
この実施例においては、電動モータ２′の出力軸２２とキャリア３４の間に平歯車を組み合わせた他の減速機構７が挿入されていて、電動モータ２′の回転がキャリア３４に減速して伝えられている。他の減速機構７は、電動モータ出力軸２２に付けられた小さな平歯車７１１，この平歯車に係合している大きな平歯車７２１，平歯車７２１とともに回転する小さな平歯車７２２，この平歯車に係合している大きな平歯車７３１から成っていて、この大きな平歯車７３１はキャリア３４とともに出力軸４′の周りを回転するが、これらの働きの説明は当業者にとって自明なので省略する。
【００２９】
また、出力軸４′の上方側部にマイクロスイッチ９１，９２が設けられていて、出力軸４′の上端部に取り付けたカム８１，８２の回転によって、マイクロスイッチ９１，９２のオン、オフをするようになっている。出力軸４′が電動バルブの弁棒に取り付けられている場合に、弁の位置に応じて、電動モータ２′の電源をマイクロスイッチでオンオフすることもよく知られていることなので説明を省く。
【００３０】
出力軸４′には、手動操作時に出力軸４′を回すことができるように、軸に直角方向に通孔４２が開けられている。回転断続機構６′を引き出して円環状太陽内歯車３１がハウジング内で回転できる状態になったとき、通孔４２にドライバーなどのような棒を差し込んで容易に出力軸４′を回すことができる。
【００３１】
以上説明した実施例においては、回転断続機構で円環状太陽内歯車外周に設けられた回転止め溝として歯車状のものを採用しているが、幅の太い溝が太陽内歯車外周に部分的に設けられたものでもよい。また、図１，２に示す実施例で、円盤に設けた円形孔４１１に代えて、この円形孔の半円を外周面に持った歯車状のものとすることもできる。
【００３２】
その他本発明は上で述べた実施例に限定して解すべきものではなく、本発明の思想は特許請求の範囲に基づいて解すべきものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明のアクチュエータでは大きな減速比を得るためにサイクロ減速機構を用いて、手動と自動操作が容易に切り替えることが出来て、その手動操作時に小さなトルクでもって出力軸を回転させることができる回転断続機構を持っている。
【００３４】
本発明のアクチュエータでは、太陽内歯車と遊星外歯車がほぼ１／４周でかみ合っているので、歯車寿命の長いものとなっている。
【００３５】
また、本発明のアクチュエータで、電動モータを出力軸と同軸に配置することが出来て、その場合、出力軸の片側へのアクチュエータの突出を防止することができる。電動バルブのアクチュエータとして用いたとき、電動バルブとアクチュエータが同芯となって、配管からのアクチュエータのはみ出しを小さくすることが出来、コンパクトなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるアクチュエータを示す縦断面図である。
【図２】図１のアクチュエータのII−II断面図である。
【図３】本発明のアクチュエータに用いている回転断続機構を示す断面図で、開放状態を示している。
【図４】本発明のアクチュエータに用いている回転断続機構を示す断面図で、拘束状態を示している。
【図５】本発明の他の実施例によるアクチュエータを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，１′                ハウジング
２，２′                電動モータ
２１            回転子
２１１          係合ピン
２２            出力軸
３              減速機構
３１            （円環状）太陽内歯車
３１１          内歯車
３１２          回転止め溝
３２，３２′    遊星外歯車
３２１          外歯車
３２２          内孔円
３２３          円柱状ピン
３２４          円形孔
３３            ベアリング
３４            キャリア
３４１          外周円
３４２          係合孔
４，４′                出力軸
４１、４１′    円盤
４１１          円形孔
４１２          円柱状ピン
４２            通孔
５              エンドカバー
６，６′                回転断続機構
６１            通孔
６２            操作棒
６２１          クラッチ歯
６３            コイルスプリング
７              平歯車による他の減速機構
７１１，７２１，７２２，７３１  平歯車
８１，８２      カム
９１，９２      マイクロスイッチ
【図１】
0004750934.tif 000002
【図２】
0004750934.tif 000003
【図３】
0004750934.tif 000004
【図４】
0004750934.tif 000005
【図５】
0004750934.tif 000006