(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸部と、この入力軸部の回転により揺動回転する外歯歯車と、この外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の揺動回転から出力ピンを介して取り出された自転回転により回転する出力軸部をギヤケース内に備えた内接噛合遊星歯車減速機構を有するバルブ用アクチュエータにおいて、前記外歯歯車を軸方向に３枚重ねて設け、上下２枚の外歯歯車を前記入力軸部に対して同じ偏心方向に偏心させ、かつ、中央の外歯歯車を前記上下の外歯歯車に対して１８０°対向する位置に配設すると共に、前記ギヤケースの上部には、前記入力軸部の上方に位置しているフランジ体を固着し、前記フランジ体に前記出力ピンの上部を嵌挿し、下方側に位置している前記出力軸部に前記出力ピンの下部を嵌挿して出力ピンを両持ち支持構造としたことを特徴とするバルブ用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールバルブやバタフライバルブ等の回転弁に搭載するバルブ用アクチュエータに関し、特に、駆動機構の一部に内接式遊星歯車機構を用いたバルブ用アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内部減速機構として内接式遊星歯車機構を用いたアクチュエータがある。この種のアクチュエータは、偏心した入力軸により揺動回転する外歯歯車と内歯歯車により減速し、内歯歯車と外歯歯車の歯数差／外歯歯車の歯数という大減速比がとれるとともに、噛合い点が多くショックロードに強いなどの優れた特徴を有している。
【０００３】
その一方で、このアクチュエータは、外歯歯車の揺動回転による内部ラジアル荷重により軸ブレが発生し、軸支持部に負荷がかかり損傷し易い構造になっている。これにより、このアクチュエータは、軸受に摩擦、摩耗が生じるという問題が生じるだけでなく、バルブ用電動アクチュエータとして用いた場合には、出力軸に軸ブレが伝達して制御信号を取り出す際にこの出力軸に設けたカムが検出スイッチに対して不正確な状態で接触し、検出スイッチが破損するおそれもある。このようにアクチュエータは、制御軸が出力軸と一体であるため、出力軸に軸ブレが伝わると、この軸ブレは、歯車からの反力を受ける荷重点から離れている制御軸先端になるほど顕著になる。これにより、制御軸先端側に取付けられているカムが大きく揺動して検出スイッチを破損させる可能性が高くなっている。
【０００４】
また、出力軸が軸ブレして揺動すると、この揺動により本来は接触しない箇所が接触したり、傾いた出力軸によって局所的に面圧が高い状態で接触して伝達ロスが増大する。しかも、この現象は、負荷の増加に伴う歯車からの反力の増加によってより顕著になり、その結果、伝達効率が低下して動作不能に陥ることもある。
【０００５】
これを防ごうとしたアクチュエータとして、例えば、特許文献１のバルブ駆動用の減速装置がある。この減速装置は、内接噛合遊星歯車機構の外歯歯車をｎ枚としたときに、外歯歯車を３６０°／ｎ枚の位相の複数列に配置し、外歯歯車の反力を相殺することにより軸ブレを抑制しようとするものである。
また、この減速装置は、歯車により軸ブレを抑制しようとすることでアルミダイキャストのギアケースで直接軸を支持し、高価な軸受を減らそうとしている。更に、キャリアの外周をギアケースで支持することで複雑な軸受機構を省略しようとしている。
【０００６】
一方、出力軸の軸ブレを防ぐための別構造を有するアクチュエータとして、特許文献２の減速装置がある。この減速装置は、入力偏心軸と出力軸間にニードルベアリングを介在させ、このニードルベアリングによって出力軸の剛性を上げて共振による軸ブレを防止しようとしたものである。
また、一般的には、軸ブレを抑えるために、軸受を用いて出力軸を押さえ込むことが多くなっている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３９７５１４０号公報
【特許文献２】特許第３９７５１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の減速装置は、図９（ａ）の模式図に示すように、外歯歯車１の歯車数を１枚にしたときに、入力偏心軸２が外歯歯車の反力Ｒを１方向から受けるため、図示しない出力軸が軸受け支持部を支点として傾倒しやすくなっていた。更に、このとき外歯歯車１の噛合部位や軸受け部位のクリアランスが大きい場合には出力軸がより大きく傾いて偏る可能性もあった。
【０００９】
また、図９（ｂ）のように、外歯歯車を３、４の２枚にした場合には、１枚の外歯歯車場合と比較して揺動や傾きが幾分は改善する。しかし、この場合には、水平方向において１８０°の方向から外歯歯車３、４を対向配置するため、２枚の外歯歯車３、４の軸心の中間点Ｐを中心として図示しない出力軸が傾倒する方向に回転モーメントが発生する。このため、同アクチュエータは、出力軸に対して垂直方向からモーメントが加わって相変わらず軸ブレが発生するおそれがあった。これを防ぐため、このアクチュエータは、高精度に回転させるための軸受を装着する必要が生じ、その結果、コストの増加に繋がっていた。
【００１０】
一方、特許文献２の減速装置は、出力軸と入力軸の間にニードルベアリングを装着する場合、入力側の偏心体の内周側と、出力軸の外周側がニードルベアリングの軌道面になるためにこれらの各面を高硬度に設ける必要がある。このため、この減速装置は、各部品を熱処理した後に研磨するなどの加工が必要になりコストの点で不利である。
【００１１】
また、同文献のバルブ用アクチュエータは、使用流体や雰囲気環境に応じた制約や各種の規格に準じた耐食性能などの要求を満足するために、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で出力軸を形成する必要が生じることがある。しかし、ステンレス鋼は、ニードルベアリングの軌道面としての硬度を十分に満足できないため、出力軸として使用するのには向いていない。また、これを防ぐために軸受を用いる場合には、出力軸にベアリング軌道面となる高硬度部品の圧入等が必要となり、部品点数の増加および軸受径の増加に伴う半径方向のサイズ増大によりコスト増になっていた。
【００１２】
更に、同文献１、２の減速装置は、外歯歯車を揺動回転しやすくするために内歯歯車の歯がピンにより別体で構成されている。同文献１、２のアクチュエータの場合、外歯歯車が１枚であると、外歯歯車が揺動回転する際に全てのピンを抑えきれずにピンが傾倒するおそれがあった。
【００１３】
また、図１０においては、同文献１、２において、外歯歯車を３枚設けた場合のピンに働く力の作用を示している。図１０（ａ）においては、ピン５に下外歯歯車６が接した状態を示しており、ピン５の下部に下外歯歯車６のみが接していると、ピン５は、点線に示すように右方向に傾倒する。図１０（ｂ）においては、ピン５に上外歯歯車７が接した状態を示しており、ピン５の上部に上外歯歯車７のみが接していると、ピン５は点線に示すように左方向に傾倒する。図１０（ｃ）は、ピン５に中外歯歯車８が接した状態を示している。この場合、中外歯歯車８は、ピン５の中央部に接している。
【００１４】
このように、同文献１、２のアクチュエータは、外歯歯車を３６０°／ｎ枚の状態で配設しているので、外歯歯車を複数枚としたときに外歯歯車がピン５の上部又は下部のみに接して傾倒することがあった。このような傾向は、外歯歯車が３枚以外の場合でも同様であり、ピンが傾倒すると、外歯歯車が内歯歯車に確実に噛合し難くなって回転が不安定になり、延いては、アクチュエータの耐久性が低下するおそれがあった。
【００１５】
本発明は、従来の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、少ない歯車数で大きな減速比を得られるコンパクトなアクチュエータであり、簡単な構成により出力側に軸ブレが伝わることを抑えながら動力を伝達でき、かつ、耐久性の向上を図ることができる低コストのバルブ用アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、入力軸部と、この入力軸部の回転により揺動回転する外歯歯車と、この外歯歯車と内接噛合する内歯歯車と、前記外歯歯車の揺動回転から出力ピンを介して取り出された自転回転により回転する出力軸部をギヤケース内に備えた内接噛合遊星歯車減速機構を有するバルブ用アクチュエータにおいて、前記外歯歯車を軸方向に３枚重ねて設け、上下２枚の外歯歯車を前記入力軸部に対して同じ偏心方向に偏心させ、かつ、中央の外歯歯車を前記上下の外歯歯車に対して１８０°対向する位置に配設すると共に、前記ギヤケースの上部には、前記入力軸部の上方に位置しているフランジ体を固着し、前記フランジ体に前記出力ピンの上部を嵌挿し、下方側に位置している前記出力軸部に前記出力ピンの下部を嵌挿して出力ピンを両持ち支持構造としたバルブ用アクチュエータである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によると、少ない歯車数で大きな減速比を得られるコンパクトなアクチュエータであり、軸受を必要としたり内部構造が複雑化することなく、簡単な構成により出力側に軸ブレが伝わることを抑えながら動力を伝達できると共に、内歯歯車の歯を構成するピンの傾倒を防いで耐久性の向上を図ることができる。
【００２０】
しかも、入力軸に対する外歯歯車からの反力を互いに打ち消し合わせることができ、入力軸部に偏心モーメントが発生することを効果的に防ぎながら２次側に動力伝達できる。
【００２１】
さらに、入力軸側の軸ブレを抑えることはもとより、動力伝達時の効率の低下を防ぎつつ出力軸の優れたセルフロック機能を発揮でき、バルブの開閉又は中間開度の状態を確実に保持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明におけるバルブ用アクチュエータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１、２において、本発明におけるバルブ用アクチュエータの第１実施形態を示している。本発明のバルブ用アクチュエータは、内接噛合遊星歯車減速機構（以下、減速機構）１０を内部に備え、外歯歯車を軸方向に少なくとも３枚以上重ねて設けるようにしたものである。本実施形態では、より好ましい例として、外歯歯車を軸方向に３枚設けた場合を説明する。
【００２３】
減速機構１０は、外部からの動力の入力により回転する入力軸部１１と、この入力軸部１１の回転により揺動回転する外歯歯車２５、２６、２７と、この外歯歯車２５、２６、２７と内接噛合する内歯歯車１３と、外歯歯車２５、２６、２７の揺動回転から取り出された自転回転により回転する出力軸部１４を有している。
【００２４】
減速機構１０において、入力軸部１１は、図示しないモータのモータ出力軸から平歯車列を介して伝達される動力が伝わり、入力軸１１ａを中心に回転できるようになっている。この入力軸部の内側には、挿入凹部１１ｂが形成され、この挿入凹部１１ｂには、後述する出力軸部の上突状部１４ａが挿入可能になっている。
【００２５】
入力軸部１１は、入力軸１１ａに対して図４に示した偏心量ｅによって偏心した偏心部１７、１８、１９を有している。各偏心部１７、１８、１９には軸受２０、２１、２２を介して外歯歯車２５、２６、２７が回転自在に取付けられ、入力軸部１１は、この状態でギアケース３０内に取付けられる。また、入力軸部１１は、中央に貫通穴１１ｃが形成されている。
【００２６】
ギアケース３０は、内側に収納部３０ａが設けられ、この収納部３０ａに入力軸部１１に取付けられた各外歯歯車２５、２６、２７を収納できるようになっている。ギアケース３０の上面側には、固着ボルト２３により地板１５が取付けられ、また、下方には、基台３３が取付けされる。
【００２７】
ギアケース３０の内周側には断面略半円状の溝部３１が形成され、この溝部３１に内歯となるピン１３ａが装着されることにより内歯歯車１３が構成される。内歯１３ａには、外歯歯車２５、２６、２６が噛合可能になっている。内歯１３ａは、ギアケース３０と一体に形成することもでき、トロコイド系歯形を有する外歯歯車に内接噛合できる形状の歯形であればその形態には拘らない。また、内歯歯車１３と各外歯歯車２５、２６、２７の歯数や歯形を調整することにより、内歯歯車全体の寸法を変えることなく出力トルクを調整することもできる。
【００２８】
ギアケース３０内には、前述のように３枚の外歯歯車２５、２６、２７が軸方向に重ねて配置される。
３枚の外歯歯車のうち、上外歯歯車２５、下外歯歯車２６は上下側に位置し、中外歯歯車２７はこれらの中央に位置している。本発明のバルブ用アクチュエータは、各外歯歯車を、上下２枚の外歯歯車の位相に基づいて入力軸部１１に働く力と上下２枚の外歯歯車に挟まれた外歯歯車の位相に基づいて入力軸部１１に働く力とが１８０°対向して釣り合う位置に配設するようにする。
【００２９】
特に、本実施形態では、上下外歯歯車２５、２６を入力軸１１ａに対して同じ偏心方向に偏心させ、中外歯歯車２７をこの上下外歯歯車２５、２６に対して軸方向に１８０°対向した位置に設けている。これにより、このバルブ用アクチュエータは、図３に示すように、上下２枚の外歯歯車２５、２６の位相に基づいて入力軸１１ａに働く力Ｆ１、力Ｆ２と、中外歯歯車２７の位相に基づいて入力軸１１ａに働く力Ｆ３が１８０°対向した方向から釣り合うようになっている。
【００３０】
外歯歯車２５、２６、２７は、外周にトロコイド系歯形を有し、このトロコイド系歯形は、内歯歯車１３の内歯１３ａに噛合可能な形状に設けられている。この構成により、外歯歯車２５、２６、２７は、入力軸部１１の回転により内歯歯車１３の内歯１３ａに噛合しながら偏心部１７、１８、１９を介して入力軸１１ａを中心に揺動回転するようになっている。この外歯歯車２５、２６、２７には、後述する出力ピン２４の外径よりもやや径の大きい出力ピン孔２５ａ、２６ａ、２７ａがそれぞれ形成されている。出力ピン孔２５ａ、２６ａ、２７ａは共通のサイズの孔径とする。
【００３１】
出力軸部１４は、上突状部１４ａと下突状部１４ｂ、及び環状拡径部１４ｃを有している。上突状部１４ａは、出力軸部１４の上方側に円筒状に突設形成され、下突状部１４ｂは、下方側に突設形成されている。また、環状拡径部１４ｃは、出力軸部１４の高さ方向の略中央付近に環状に拡径して形成されている。出力軸部１４内には、挿入孔１４ｄが形成される。
【００３２】
この挿入孔１４ｄは、上突状部１４ａから下突状部１４ｂまでを貫通するように形成される。この挿入孔１４ｄには、キー取付け用のキー溝１４ｅが形成され、また、挿入孔１４ｄの上方側には、拡径段部１４ｆと凹溝１４ｇが形成されている。さらに、挿着孔１４ｈは、環状拡径部１４ｃに所定のピッチで設けられ、この挿着孔１４ｈには出力ピン２４が嵌挿されている。出力ピン２４は、本例では出力軸部１４と別体に設けられているが、一体に形成することもできる。
【００３３】
出力軸部１４の下部には、図示しないストッパ部を一体又は別体に設けてもよい。ストッパ部を設けた場合には、基台３３のストッパ部が対応する位置に図示しない回転規制部を切欠き形成等により設けることにより、出力軸部１４を所定角度に回転規制できる。しかも、回転規制部は、例えば、９０°又は１８０°に設定することで、バルブ弁体を開状態、又は閉状態に簡単に操作できる。
【００３４】
出力軸部１４を基台３３に装着する際には、下突状部１４ｂを基台３３に設けられた挿入穴３４に挿入し、環状拡径部１４ｃを収納部３０ａの下部に収納する。基台３３には、環状溝３３ａが形成され、この環状溝３３ａにはＯリング３５が装着されている。Ｏリング３５は、出力軸部１４の取付け後に下突状部１４ｂの外周面をシールする。これにより、アクチュエータ内の気密性が保たれている。
【００３５】
図２に示すように、出力軸部１４の上部には被覆体４０が取付けられる。この被覆体４０は円板状に形成され、出力軸部１４の拡径段部１４ｆに装着される。さらに、被覆体４０の上方において凹溝１４ｇに割リング４１が嵌着され、この割リング４１により、被覆体４０が抜け止めされた状態で出力軸部１４に固着される。
【００３６】
前述の入力軸部１１は、出力軸部１４の上方に装着され、装着時には、挿入凹部１１ｂに上突状部１４ａが挿入される。入力軸部１１と出力軸部１４との間にはころがり軸受３６が装着され、出力ピン孔２５ａ、２６ａ、２７ａには出力ピン２４が挿入される。入力軸部１１の取付けにより、外歯歯車２５、２６、２７がピン１３ａに噛合する。
【００３７】
入力軸部１１の上方にはフランジ体４２が取付けられる。このフランジ体４２は、中央付近に入力軸部１１の上部が挿入される穴部４２ａを有し、また、穴部４２ａの周囲には、出力ピン２４を嵌挿可能な嵌入孔４２ｂを有している。フランジ体４２は、穴部４２ａに入力軸部１１、嵌入孔４２ｂに出力ピン２４を挿入した状態で取付けられ、このフランジ体４２と入力軸部１１との間にはころがり軸受１６が装着される。
【００３８】
フランジ体４２の外周には係止縁部４２ｃが形成されており、フランジ体４２の装着後には、係止縁部４２ｃに地板１５に設けた係止突部１５ａを上方から係止させた状態にし、地板１５をギアケース３０に固着ボルト２３で固着することにより、地板１５がギアケース３０に固定される。これにより、フランジ体４２が上方に抜け出すことが防がれ、延いては、入力軸部１１、各歯車２５、２６、２７、出力軸部１４がギアケース３０に対して回転可能な状態で抜け出しが防止される。
【００３９】
出力ピン２４は、前述のように挿着孔１４ｈと嵌入孔４２ｂに嵌挿されることにより、上方側のフランジ体４２と下方側の出力軸部１４とにより両持ち支持される。この支持構造により、大きな出力に対しても出力ピン２４の耐久性が高められ、外歯歯車２５、２６、２７の揺動を出力軸部１４の回転運動として確実に取り出せるようになっている。入力軸部１１から動力が伝達され、減速された動力が出力ピン２４を介して伝達され、その結果、出力軸部１４が入力軸部１１に対して同芯回転するようになっている。
【００４０】
バルブ３７は、挿入孔１４ｄに挿入可能な外径を有するステム３８を有し、このステム３８の回動により図示しないバルブ弁体が開閉するようになっている。バルブ３７は、フランジ部３７ａを有し、このフランジ部３７ａを介して固定ボルト３９により基台３３に取付けられている。また、ステム３８は、挿入孔１４ｄに挿入された状態でキー溝１４ｅにキー２８を嵌め込むことにより出力軸部１４と同軸に接続される。
【００４１】
また、前記出力軸部１４の上部には、後述する他の実施形態のように制御軸を一体又は別体に設けてもよく、この制御軸に図示しないリミットスイッチをオンオフ動作するカム部材を設けることにより、このリミットスイッチとポテンショメータ等によって弁開度を制御することもできる。
【００４２】
次に、本発明のバルブ用アクチュエータの上記実施形態における動作並びに作用を説明する。
図１においてモータを駆動させると、このモータの回転は平歯車列により減速された後に入力軸部１１に伝達される。入力軸部１１が回転すると、この入力軸部１１が偏心回転することで外歯歯車２５、２６、２７が入力軸１１ａの周りで揺動回転する。このとき外歯歯車２５、２６、２７は、内歯歯車１３に内接噛合しながら揺動し、その揺動回転は、出力ピン孔２５ａ、２６ａ、２７ａにおける出力ピン２４との隙間によって揺動成分が吸収され、自転回転が出力ピン２４を介して出力軸部１４に伝達される。この回転により出力軸部１４に連結されたステム３８を回転操作できるようになっている。
【００４３】
ここで、減速機構１０の動作を説明すると、例えば、外歯歯車２５、２６、２７の歯数をＮ、内歯歯車１３の歯数をＮ＋１とすると、歯数差は１となり、入力軸部１１の１回転毎に外歯歯車２５、２６、２７が内歯歯車１３に対して１歯分ずれることになる。即ち、自転回転が生じる。これにより、入力軸部１１の１回転が外歯歯車２５、２６、２７の−１／Ｎの回転に減速される。
【００４４】
このとき、図３に示すように、中外歯歯車の歯厚ｔ３＝上外歯歯車の歯厚ｔ１＋下外歯歯車の歯厚ｔ２とし、各歯厚ｔ１、ｔ２はそれぞれ歯厚ｔ３の１／２になっている。また、上下の外歯歯車２５、２６は、位相が同じで各歯の向きも同じであるから、１枚の歯車のように作用してこの外歯歯車２５、２６にかかる荷重（歯にかかる面圧力）は１／２ずつに分担される。すなわち、上下外歯歯車２５、２６にかかる働く力Ｆ１、力Ｆ２の和と中外歯歯車２７にかかる力Ｆ３とを釣り合わせることができる。
【００４５】
ここで、本実施形態において、各歯車の加工精度や組付けによる誤差も考慮しつつ、力Ｆ１、Ｆ２の和と力Ｆ３とを釣り合わせる場合には、上下の外歯歯車の歯厚ｔ１、ｔ２をやや厚めに設定しておくことが望ましい。例えば、中外歯歯車の歯厚ｔ３＜上外歯歯車の歯厚ｔ１＋下外歯歯車の歯厚ｔ２の関係にするのがよく、更に強度に重点を置く場合には、中外歯歯車の歯厚ｔ３×（１より大きい値〜１．４まで）＝上外歯歯車の歯厚ｔ１＋下外歯歯車の歯厚ｔ２の関係とするのがよい。このように設けることで入力軸１１ａが大きく傾くのを抑制でき、加工精度等の誤差を考慮しても、上下外歯歯車２５、２６、或は中外歯歯車２７の何れかに大きく力が偏るのが防がれる。なお、部品の共通化に重点を置く場合には、各歯厚ｔ１、ｔ２、ｔ３を略同一とするのがよい。
【００４６】
このように、本実施形態におけるバルブ用アクチュエータは、上下外歯歯車２５、２６の位相に基づく入力軸部１１の入力軸１１ａに働く力と、中外歯歯車２７の位相に基づく入力軸１１ａに働く力が１８０°対向させて釣り合うようにし、上下の外歯歯車２５、２６を入力軸１１ａに対して同じ偏心方向に偏心させ、中央の外歯歯車２７をこの外歯歯車２５、２６に対して軸方向に１８０°対向した位置に設けているので、動作時には、上下の外歯歯車２５、２６が同位相、中外歯歯車２７が１８０°対向した位相で回転する。これにより、入力軸１１ａに対して垂直方向から働こうとするモーメントを打ち消すことができ、中心方向への反力の発生を防ぐことができる。この場合、上記したように、上下外歯歯車２５、２６側と中外歯歯車２７側に略等しい力が分担される。
【００４７】
このため、減速機構１０内に入力軸１１ａの軸ブレを防ぐための高精度の軸受を装着する必要がなく、簡単な内部構造を維持しながらアクチュエータ全体をコンパクトに構成できる。更に、出力軸部１４や入力軸部１１の外周側に高精度の軸受に対応させるための処理を施す必要も無くなるため低コストで製作可能となり、しかも、この出力軸部１４や入力軸部１１の十分な強度を確保できる。
【００４８】
更に、本実施形態においては、各外歯歯車２５、２６、２７の図示しない圧力角を等しく設けているため、入力軸１１ａ方向にかかる荷重を釣り合わせることができ、入力軸部１１が傾いたり片寄ったりすることを防ぐことができる。
【００４９】
また、外歯歯車の回転時には、ピン１３ａがこの外歯歯車２５、２６、２７と溝部３０ａとの間に保持される。このとき、図５（ａ）に示すように、中外歯歯車２７は、ピン１３ａの中央部に接し、また、図５（ｂ）に示すように、上下外歯歯車２５、２６は、それぞれピン１３ａの上下部に接しながら揺動するようになっている。これにより、本発明のバルブ用アクチュエータは、ピン１３ａの傾倒が生ずることがなく、外歯歯車２５、２６、２７が内歯歯車１３に確実に噛合しながら安定して回転できるため、アクチュエータとしての耐久性を高めることができる。
【００５０】
さらには、このバルブ用アクチュエータは、内歯歯車１３に対してやや小さい径の外歯歯車２５、２６、２７を揺動させる場合でも、上記の作用によりピン１３ａに対して上下外歯歯車２５、２６又は中外歯歯車２７の何れかが常に噛合し、前述のようにピン１３ａの倒れ込みを防ぐことができる。このため、例えば、円周方向にピン１３ａの脱落防止板等を設ける等の特別な措置を施すことなく、簡単な構成によりピン１３ａの倒れ込みを防ぎつつ、このピン１３ａと外歯歯車２５、２６、２７との間に余裕（あそび）を持たせることができる。よって、各外歯歯車２５、２６、２７が滑らかに揺動回転して、高効率によって動力を伝達できる。
【００５１】
本発明のバルブ用アクチュエータは、少なくとも３枚以上であれば外歯歯車の枚数を４枚以上に増やすこともできる。この場合、前記と同様に、上下の外歯歯車とこの上下の外歯歯車に挟まれた外歯歯車を、１８０°の方向から対向する向きに力が働くように配設するようにすればよい。この場合には、より多くの数の外歯歯車が内歯歯車に噛合することにより、動作を安定させることができる。しかし、ピンの長さや、ギアケースの溝部形成時の加工工具等の制限、及び、部品点数や組立て性を考慮すると、本実施形態のように外歯歯車を３枚とするのが望ましい。
【００５２】
次に、本発明のバルブ用アクチュエータの第２実施形態を説明する。なお、以降の実施形態において、前述した実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。
ここで、本発明のような遊星歯車列を用いたバルブ用アクチュエータは、バルブのアンバランストルクに耐えうるセルフロック性を有している必要がある。これは、歯車の圧力角を大きくすることにより実現が可能となるが、その反面、効率の低下が大きくなるという問題が生じることになる。これに対して、３枚の外歯歯車のうちの中外歯歯車の圧力角を増加させてセルフロック性を向上させることが考えられるが、この場合、中心方向への力のバランスが崩れて入力軸１１ａに偏りが生じることに繋がるおそれがある。
【００５３】
このため、第２実施形態におけるバルブ用アクチュエータは、外歯歯車を３枚とし、上下の外歯歯車の圧力角を同じにし、この圧力角よりも中央の外歯歯車の圧力角を大きくすると共に、上下２枚の外歯歯車の位相に基づく入力軸に働く力と中央の外歯歯車の位相に基づく入力軸に働く力が１８０°対向した方向から釣り合うように、３枚の外歯歯車の圧力角と上下の外歯歯車同士が入力軸に対して成す角度を設定した。すなわち、圧力角が大きくなると、中心方向への荷重が大きくなってバランスが崩れるが、このバランスの崩れる分だけ上下外歯歯車の歯の角度をずらすことで調整し、この上下外歯歯車による合力と圧力角を大きくした中外歯歯車による力を釣り合わせて中心方向のバランスをとるようにした。以下に、セルフロック性の調整のために、中外歯歯車の圧力角を増加させる際の中心方向の荷重バランスをとる方法を具体的に述べる。
【００５４】
図６においては、第２実施形態の中外歯歯車５０、上外歯歯車５１、下外歯歯車５２の位置関係を示しており、中外歯歯車５０における図示しない内歯歯車との噛合点をＡ、上外歯歯車５１の内歯歯車との噛合点をＢ、下外歯歯車５２の内歯歯車との噛合点をＣとすると、噛合点Ａ、Ｂ、Ｃにおいて内歯歯車方向にはそれぞれＦＡ、ＦＢ、ＦＣからなる分担荷重が作用している。さらに、各分担荷重ＦＡ、ＦＢ、ＦＣの中心方向への分力ＦＡｙ、ＦＢｙ、ＦＣｙを図において表すと、分力ＦＡｙ＝ＦＡｓｉｎθＡ、分力ＦＢｙ＝ＦＢｓｉｎθＢ、分力ＦＣｙ＝ＦＣｓｉｎθＣとなる。
【００５５】
ここで、上外歯歯車５１と下外歯歯車５２がなす角度をα、中外歯歯車５０と上外歯歯車５１がなす角度をβ、中外歯歯車５０と下外歯歯車５２がなす角度をγとすると、各分担荷重ＦＡ、ＦＢ、ＦＣによる荷重分担の割合は、分担荷重ＦＡによる分担割合ＷＡ＝((β＋γ)／２)／３６０°、分担荷重ＦＢによる分担割合ＷＢ＝((α＋γ)／２)／３６０°、分担荷重ＦＣによる分担割合ＷＣ＝((α＋β)／２)／３６０°と表される。
これらをもとに、上下外歯歯車５１と５２により中心方向にかかる合力（荷重のベクトルの和）と、中外歯歯車５０により中心方向にかかる力が釣り合うように上下外歯歯車５１、５２間の角度αと、各外歯歯車５０、５１、５２の圧力角φ１、φ２、φ３を決定する。
【００５６】
決定の順序としては、先ず、各圧力角φ１、φ２、φ３を決め、次いで、角度αを決定する。各圧力角は、セルフロックを向上させるため、圧力角φ２、φ３よりも圧力角φ１を大きく設定し、更に、中外歯歯車５０によるラジアル荷重が上下外歯歯車５１、５２の合力によるラジアル荷重より大きくなるのを防ぐために、上下の外歯歯車間の角度αを広げて荷重分担率を変化させ、その合力を中外歯歯車の力と釣り合わせるようにする。例えば、上下外歯歯車の各圧力角φ２、φ３を３７．５°、中外歯歯車の圧力角φ１を４７°に設定したときには上下外歯歯車間の角度αを５０°に設定する。また、圧力角φ２、φ３を４３°、圧力角φ１を５３°とすると、上下外歯歯車間の角度αを４０°に設定する。
【００５７】
このとき、各圧力角をベクトル分解すると、上下の外歯歯車の軸中心方向への荷重と中外歯歯車の軸中心方向への荷重の釣り合いは崩れることになるが、上記したようにセルフロック性は確実に向上する。
この実施形態におけるバルブ用アクチュエータは、上記のように構成しているので、歯車の噛合による伝達効率とセルフロック性を両立しつつバランスを保つことができる。
なお、外歯歯車のセルフロック性向上のための圧力角の設定範囲は、４６〜７０°の範囲に設定するのが望ましい。
【００５８】
図７においては、本発明のバルブ用アクチュエータの第３実施形態を示している。このアクチュエータは、弁開度検出用の制御軸５５を設け、この制御軸５５を減速機構１０の出力軸部１４に接続して、制御軸５５を介して外部に弁開度を表示できるようにしたものである。この制御軸５５は、平ギヤ５６、被覆体４０を介して設けられる。
【００５９】
平ギア５６は、平歯車列の出力側に設けられ、中心に穿孔穴５６ａとこの穿孔穴５６ａの周囲に複数の連通穴５６ｂが形成されている。この平ギア５６は、入力軸部１１の上方に形成された拡径状の装着穴１１ｅに下部側が嵌め込まれる。この状態で、固着ピン５７を、連通穴５６ｂと入力軸部１１の同じ位置に形成した連通孔１１ｄに嵌挿することで平ギア５６と入力軸部１１とを一体化させる。
【００６０】
被覆体４０は、上面側に制御軸５５の下部が嵌合可能な嵌合凹部４０ａが形成されている。制御軸５５は、貫通穴１１ｃと穿孔穴５６ａに挿入された状態で下部側が嵌合凹部４０ａに固着されて出力軸部１４と一体に回転するようになっている。出力軸部１４の挿入孔１４ｄは、キー溝１４ｅが形成されるため貫通状態で形成されるが、挿入孔１４ｄを覆う被覆体４０に対して前記のように制御軸５５を接続することで、制御軸５５を出力軸部１４に接続することができるようになっている。
【００６１】
また、このバルブ用アクチュエータは、入力軸部１１の上に平ギア５６を重ねて取り付け、貫通穴１１ｃと穿孔穴５６ａを介して制御軸５５を上方まで伸ばせる構成としているので、出力軸部１４を貫通させるための拡径状の穴を設ける必要がない。よって、入力軸部１１や平ギア５６に中空部を設けたり、これらを拡径して形成する必要がなく、減速機構１０全体のコンパクト性を維持しながら弁の回動状態を検出できる。
【００６２】
制御軸５５の先端側には、弁開度表示用の表示体５８が取付ボルト５９で固着されている。出力軸部１４が回転すると、制御軸５５を介して表示体５８が回転し、出力軸部１４と同軸に接続されたバルブ弁体の回転状態が表示体５８を通して外部に表示される。表示体５８は、アクチュエータのカバー６０に取付けられた透明又は半透明の透過蓋体６１内に回転可能な状態で取付けられている。このため、外部から容易に視認できる。
【００６３】
図８においては、本発明におけるバルブ用アクチュエータの第４実施形態を示している。このアクチュエータは、第３実施形態に設けられていた弁開度検出用の制御軸のない構造を呈している。この場合、第３実施形態における貫通穴１１ｃや穿孔穴５６ａ、嵌合凹部４０ａを省略でき、入力軸部１１、平ギア５６、及び被覆体４０の形状を簡略化できる。また、弁開度は、出力ピン２４を介して出力軸部１４と一体となって回転する、前述のフランジ体４２により確認する。
【００６４】
図８においては、フランジ体４２の外周側上面から表示体５８の支持部５８ａを延設しており、表示体５８を透過蓋体６１を介して視認することができる。
この実施形態によれば、フランジ体４２の上方の空間を確保することができ、この空間に、ポテンショメータ等の制御機器や、平ギア５６等の中間ギア用のストッパー等を配置することができ、アクチュエータを小型化することができる。
また、この実施形態によれば、径の大きいフランジ体４２を用いて、弁開度検出用のカムを設置することができることから、第３実施形態における弁開度検出用の制御軸に取付ける小さなカムに比して、カムの位置調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明におけるバルブ用アクチュエータの第１実施形態を示した断面図である。
【図２】図１のバルブ用アクチュエータの分解斜視図である。
【図３】図１のバルブ用アクチュエータの歯車への力の伝達状態を示した模式図である。
【図４】図１のバルブ用アクチュエータの内接式遊星歯車機構を示した要部模式図である。
【図５】図１のバルブ用アクチュエータの外歯歯車の噛合状態を示した模式図である。
【図６】本発明のバルブ用アクチュエータの第２実施形態を示した要部模式図である。
【図７】本発明のバルブ用アクチュエータの第３実施形態を示した断面図である。
【図８】本発明のバルブ用アクチュエータの第４実施形態を示した断面図である。
【図９】従来のバルブ用アクチュエータの歯車への力の作用を示した模式図である。
【図１０】従来のバルブ用アクチュエータの歯車への力の作用の他例を示した模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  内接噛合遊星歯車減速機構
１１  入力軸部
１１ａ  入力軸
１３  内歯歯車
１４  出力軸部
２５、２６、２７  外歯歯車
３７  バルブ
３８  ステム
５０、５１、５２  外歯歯車
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３  力
φ１、φ２、φ３  圧力角
α、β、γ  角度
【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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【図９】
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【図１０】
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