(57)【要約】  信頼性の高いフェイルセーフ機能を担保する弁開閉用電動アクチュエータを提供する。電動機（１）と、弁体が接続される可動板（８）と、電動機（１）の回転運動を直線運動に変換する変換機構（３）と、可動板（８）を第１の方向に付勢する第１の付勢部材（１１）と、変換機構（３）を第２の方向に付勢する第２の付勢部材（１２）とを備え、弁体は、変換機構（３）の一部が直線運動し可動板（８）を第２の方向に動かすことにより開き、第１の付勢部材（１１）が可動板（８）を第１の方向に付勢することにより閉じ、弁体が閉じている状態において、変換機構（３）は可動板（８）に対して相対的に変位する。
2020054136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁開閉用電動アクチュエータは、  電動機と、  弁体が接続される可動板と、  前記電動機の回転運動を直線運動に変換する変換機構と、  前記可動板を第１の方向に付勢する第１の付勢部材と、  前記変換機構を第２の方向に付勢する第２の付勢部材と、を備え、  前記弁体は、前記変換機構の一部が前記直線運動し前記可動板を前記第２の方向に動かすことにより開き、前記第１の付勢部材が前記可動板を前記第１の方向に付勢することにより閉じ、  前記弁体が閉じている状態において、前記変換機構は前記可動板に対して相対的に変位することができることを特徴とする、弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記変換機構は、ボールネジ機構またはローラーネジ機構とスリーブとから構成されることを特徴とする、請求項１に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記可動板は摺動部を有する被係合部材を備え、  前記スリーブは係合部を備え、前記係合部は前記摺動部に摺接するとともに、前記被係合部材に係合し、前記係合部が前記第２の方向に駆動されることで前記可動板が動き、前記弁体が開くことを特徴とする、請求項２に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記電動機の回転駆動力が前記変換機構で直線駆動力へと変換され、前記直線駆動力が前記第２の付勢部材を介して前記可動板に伝わり、前記弁体の閉弁動作を加速することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項５】
前記変換機構は、前記可動板の略中央部の軸線に沿って、前記可動板の運動に対し、相対的に変位することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項６】
前記第２の付勢部材のバネ剛性は、前記第１の付勢部材のバネ剛性より大きいことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１の付勢部材はコイルバネであり、前記第２の付勢部材は皿バネであり、前記第２の付勢部材は、前記変換機構と前記可動板との間に配置されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項８】
前記第１の方向は、前記弁体が閉じる方向であり、前記第２の方向は、前記弁体が開く方向であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項９】
前記弁体が開いている状態において、前記電動機の電源を喪失、電源が故障した際、又は異常検知による自動あるいは手動トリガによって、前記弁体を急速に前記第１の方向へ移動させるとともに前記弁体が着座し、前記変換機構が前記可動板に対して相対的に変位することにより前記第２の付勢部材が圧縮され、前記電動機を含む回転イナーシャに起因する衝撃荷重が緩和されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１０】
筐体に固定された支持部材と、前記第２の付勢部材の所定の位置に配置された係止部材とを更に備え、前記弁体が閉じている状態においては、前記支持部材と前記係止部材とはわずかな隙間を空けて配置されており、前記第２の付勢部材が圧縮されると、前記支持部材と前記係止部材とが当接することを特徴とする、請求項９に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１１】
前記支持部材は、前記可動板を貫通するように少なくとも１つ備えられたストッパ部材であり、前記係止部材は、前記支持部材に当接するワッシャ部材であることを特徴とする、請求項１０に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１２】
前記支持部材と前記係止部材とが当接することにより、緩和しきれなかった前記衝撃荷重を前記支持部材と前記係止部材とを介して前記筐体に逃すことで、前記弁体の負荷を緩和することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１３】
前記第２の付勢部材は、輪バネであって前記第２の付勢部材のリバウンドを抑制することを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１４】
ダンパ要素を備え、前記ダンパ要素は前記第２の付勢部材のリバウンドを抑制することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１５】
前記ダンパ要素は、前記変換機構と前記可動板とに接続され、前記変換機構が前記可動板に対して相対的に変位する際に、前記第２の付勢部材のリバウンドを抑制することを特徴とする、請求項１４に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータを用いて、前記弁体が閉じている状態において、前記電動機を周期的に駆動することにより前記変換機構を前記可動板に対して相対的に変位させ、前記変換機構の慣らし運転を行う弁開閉用電動アクチュエータの駆動方法。
【請求項１７】
前記慣らし運転を行う慣らし運転モードを更に備えることを特徴とする、請求項１６に記載の弁開閉用電動アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、弁開閉用電動アクチュエータ及び弁開閉用電動アクチュエータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  発電プラント向け流体弁開閉用アクチュエータは、突発的な停電や故障検知、緊急的な制御入力などをトリガとして供給している流体を直ちに遮断し、安全を保つための弁体の急閉（あるいは急開）（Ｆａｉｌｓａｆｅ  ｓｈｕｔｄｏｗｎ／ｏｐｅｎ）機能を有する。例えば、特許文献１には、強力な押圧力で弁体を緊急遮断できる信頼性の高いフェイルセーフ機能を有する流体弁駆動機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０６９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  このような流体弁駆動機構は近年、油圧式から電動式へ移行する動きがある。油圧式においては直動部品が主であり、駆動媒体である作動油の流量調整によりブレーキ効果が働くことから、弁体の急閉により構成部材に著しい衝撃が加わる懸念はなかった。一方、電動式においてはモータの発生する回転動力を直線運動に変換する機構が用いられるため、急閉時にモータが動力を発生しないときは、モータのロータやシャフトなどの回転イナーシャを直動質量に換算した等価質量が比較的大きくなる。この大きな等価質量により、弁体の急閉時に著しい衝撃荷重が発生するという問題がある。【０００５】  また、電動式の機構の特徴として、ボールネジ機構（又はローラーネジ機構など）やボールベアリングなどの転動機械要素が備えられており、それら機械要素の潤滑のためにグリースが使われている。グリースは周囲温度や慣らし運転の有無によって、その粘性が大きく変わる。特に低温環境でかつ長期間運転がない場合にはグリースの粘度が著しく大きくなる。この粘性の抵抗により、流体弁駆動機構の駆動時に大きな抵抗力が生じてしまい、通常の動作の応答性を悪化させている。更に、上記のフェイルセーフ機能による弁体の急閉の速度を過度に小さくさせるという問題がある。【０００６】  本発明の目的は、上記の問題を解決するためになされたものであり、信頼性の高いフェイルセーフ機能を担保する弁開閉用電動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するために、本発明の弁開閉用電動アクチュエータは、電動機と、弁体が接続される可動板と、電動機の回転運動を直線運動に変換する変換機構と、可動板を第１の方向に付勢する第１の付勢部材と、変換機構を第２の方向に付勢する第２の付勢部材とを備え、弁体は、変換機構の一部が直線運動し可動板を第２の方向に動かすことにより開き、第１の付勢部材が可動板を第１の方向に付勢することにより閉じ、弁体が閉じている状態において、変換機構は可動板に対して相対的に変位することができることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】  本発明によれば、信頼性の高いフェイルセーフ機能を担保する弁開閉用電動アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００の断面図である。
【図２】本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００の変換機構３の拡大断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００の動作を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００の付勢部材の特性を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施例２の弁開閉用電動アクチュエータ２００の動作を示す模式図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施例３の弁開閉用電動アクチュエータ３００の動作を示す模式図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施例４の弁開閉用電動アクチュエータ４００の動作を示す模式図である。
【図８Ａ】本発明の弁開閉用電動アクチュエータ１００の慣らし運転を示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明の弁開閉用電動アクチュエータ１００の慣らし運転を示す断面図である。
【図９】本発明の弁開閉用電動アクチュエータ１００の慣らし運転モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】（実施例１）  以下、本発明を実施するための形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００の断面図である。図２は本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００の変換機構３の詳細を示す断面図である。
【００１１】  本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００は、電動機１、電動機１の回転運動を直線運動に変換する変換機構３、弁体が接続される可動板８、可動板８を付勢する第１の付勢部材１１及び変換機構３を常に付勢する第２の付勢部材１２などを備える。
【００１２】  弁開閉用電動アクチュエータ１００の鉛直上部には、電動機１が備えられている。電動機１は、主にサーボモータと出力取り出し用のシャフト２Ａにより構成され、電源を供給することによりサーボモータが回転駆動力を発生する。出力取り出し用のシャフト２Ａは、ボールベアリング２Ｂで支持され、シャフト２Ａには、電動機１の回転運動を直線運動に変換する変換機構３が接続され、変換機構３は回転駆動力を直線駆動力Ｆｍへと変換する。
【００１３】  電動機１の回転運動を直線運動に変換する変換機構３は、ボールネジ機構又はローラーネジ機構などにより構成される。図２に示すように本発明の実施例１は、ボールネジ機構を有しており、ボールネジ機構はネジ部４、複数のボール５、ナット部６及びスリーブ７から構成されている。そして、ボール５は、ネジ部４が有する溝４ａとナット部６が有する溝６ａの間にグリースとともに充填されている。電動機１のシャフト２Ａが公知の締結手段によりネジ部４に締結され、電動機１の回転運動が直接又は変速機構を介してネジ部４に伝達される。この回転運動は複数のボール５を介してスリーブ７に伝わるとともに、スリーブ７を上下方向に駆動する直線運動に変換される。
【００１４】  スリーブ７は、円筒形の形状をしており、円筒形の長手方向の一端部に後述の可動板８の被係合部材９に係合する係合部７ａを有し、他端部に後述の第２の付勢部材１２が係合する鍔部７ｂを有する。円筒形の内部には、ボール５が係合する溝６ａが設けられたナット部６が嵌入される。なお、スリーブ７の係合部７ａが可動板８の被係合部材９に係合し、後述の可動板８の回転止め部８ｂが弁開閉用電動アクチュエータ１００の筐体１０に係合することで、スリーブ７は回転することなく上下方向に駆動される。更に、スリーブ７の断面形状は円形に限定されるものではなく、多角形などの任意の形状であってもよい。
【００１５】  可動板８は、電動機１と対向する側に配置され、可動板８の略中央には弁体が接続されるための接続部８ａが形成されている。可動板８は、略円盤形状をしており、略円盤形状の周縁部に少なくとも１つの回転止め部８ｂを有する。回転止め部８ｂは、弁開閉用電動アクチュエータ１００の筐体１０に対してカムフォロワの関係となっており、すなわち、可動板８の上下方向の移動を許容し、回転方向の移動を制限する。また、可動板８の可動域８Ｌは、回転止め部８ｂが筐体１０に対して上下に移動できる範囲として規定されており、すなわち、この可動域８Ｌが弁体の可動範囲に相当する。なお、可動板８の形状は略円盤形状に限定されるものではなく、任意の形状を有する盤形状であってもよい。その場合、上下方向の移動を許容する部材としてベアリング機構、回転方向の移動を制限する回転止め機構等を採用することができる。
【００１６】  可動板８は、更に弁体が接続される側の反対側にスリーブ７の係合部７ａと係合する被係合部材９を備える。被係合部材９の電動機１側には係合部７ａが係合する爪部９ａが形成され、反対側には、係合部７ａの上下方向の可動域７Ｌを規定するストッパ部９ｂが形成されている。更に爪部９ａとストッパ部９ｂとの間には、摺動部９ｄが形成されており、この摺動部９ｄにスリーブ７の係合部７ａが摺接する。そして、この摺動部９ｄは、スリーブ７の上下方向の移動を許容し、回転方向の移動を制限している。なお、この摺動部９ｄは溝形状であっても良い。また、被係合部材９には、可動板８から電動機１の方向に延在し、その頂部に第２の付勢部材１２が当接する当接部９ｃが形成されている。
【００１７】  弁開閉用電動アクチュエータ１００の筐体１０は、電動機側固定板１０Ａ、弁体側固定板１０Ｂ及び本体部１０Ｃにより構成されている。電動機側固定板１０Ａと弁体側固定板１０Ｂは、略筒形状の本体部１０Ｃの両端部側に固定され、本体部１０Ｃの内部空間に弁開閉用電動アクチュエータ１００の構成部材が収容されている。なお、実施例１では筒形状としているが、本体部１０Ｃの形状は円筒形状に限定されるものではなく、任意の断面形状を有する形状であってもよく、同様の機能をもつものすべてに当てはまる。電動機側固定板１０Ａと可動板８の間には第１の付勢部材１１が配置され、可動板８は第１の付勢部材１１により弁体が閉じる方向である第１の方向に付勢されている。また、変換機構３のスリーブ７の鍔部７ｂと被係合部材９の当接部９ｃの間には、第２の付勢部材１２が配置され、スリーブ７は第２の付勢部材１２により弁体が開く方向である第２の方向に付勢されている。なお、スリーブ７が第２の付勢部材１２に常に当接するように、第２の付勢部材１２は予めセット荷重Ｆ０２により縮められた状態で配置されている。
【００１８】  次に、弁体の開閉動作について、実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００の動作を示す図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。図３（Ａ）は、弁体が閉じている通常の閉弁状態を示し、図３（Ｂ）は弁体の開弁状態を示す。弁体は、第１の付勢部材１１によるセット力Ｆ０１により第１の方向へ付勢され、閉弁している。この状態から弁体を開弁させるには、まず電動機１を駆動し、電動機１の回転駆動力が変換機構３によって直線駆動力Ｆｍへと変換される。直線駆動力Ｆｍにより、変換機構３を構成する一部であるスリーブ７は、上方向に変位ｘの直線運動をする。スリーブ７が電動機１側に移動することにより、被係合部材９の爪部９ａに係合している係合部７ａが被係合部材９を電動機１側へ引き上げる。被係合部材９が引き上げられることにより、可動板８が第２の方向に変位ｘだけ動かされ、可動板８に接続されている弁体が開弁する。電動機１のサーボ機構により所望の位置に弁体を移動させ、弁体を固定することが可能である。
【００１９】  一方、弁体を通常の方法で閉弁させるには、電動機１を制御することでスリーブ７を第１の方向に駆動し、第１の付勢部材１１による付勢力Ｆ１（ｘ）により可動板８が第１の方向へ動かされるとともに、弁体が第１の方向へ移動し閉弁する。このように弁体を閉弁する場合、第１の付勢部材１１の付勢力Ｆ１（ｘ）だけに頼る、いわゆるパッシブな閉弁駆動をする。また本発明では更に、弁体を早く閉弁させたいニーズに答えるべく、変換機構３で変換された電動機１の直線駆動力Ｆｍを第２の付勢部材１２を介して可動板８に伝えることにより、弁体の閉弁動作を加速することができる。すなわち、このように弁体を閉弁する場合は、第１の付勢部材１１の付勢力Ｆ１（ｘ）に加えて電動機１の直線駆動力Ｆｍを可動板８に与えることが可能であり、いわゆるアクティブな閉弁駆動が可能となっている。
【００２０】  次に、電動機１の電源を喪失した際、電源が故障した際、又は異常検知による自動あるいは手動トリガによって、弁体を急速に閉弁する緊急遮断の際の動作について説明する。上記のように、通常の閉弁動作においては、電動機１を制御することにより弁体を閉弁させている。一方、例えば電動機１が電源を喪失した際などの緊急時には、弁体を一刻も早く閉鎖する必要がある。本発明では、電源を喪失した電動機１において、そのサーボ機構の停止により、可動板８は第１の付勢部材１１により第１の方向へ急速に移動し、弁体が急速に閉弁できるので、信頼性の高いフェイルセーフ機能を実現している。しかしながら、このような急速な弁体の閉弁動作では、電動機１を含む回転イナーシャに起因する著しく大きな衝撃荷重が発生し、電動機１、変換機構３、弁体を含む構成部材が破損、あるいは望ましくないレベルの疲労が蓄積するおそれがある。
【００２１】  本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００では、緊急時に弁体が急速に第１の方向へ移動して着座した際において、変換機構３が可動板８の略中央部の軸線に沿って、可動板８に対して上下方向に相対的に変位することができる。図３（Ｃ）は、弁体が急速に閉弁した際において変換機構３が相対的に変位する状態を示している。図３（Ａ）、図３（Ｃ）では、いずれも弁体は閉弁しているが、図３（Ｃ）に示すように、スリーブ７は電動機１から離れる方向へ変位−ｘ１で変位する。このスリーブ７の相対的な変位が生じるメカニズムを以下に説明する。まず、上記のように例えば電動機１が電源を喪失した際において、可動板８が第１の方向に急速に移動すると、爪部９ａに係合しているスリーブ７もそれに応じて変位する。図１に示すとおり、このスリーブ７の変位は複数のボール５を介してネジ部４を回転させる回転力に変換され、ネジ部４の回転にともないシャフト２Ａが回転する。シャフト２Ａの回転によって電動機１が回転させられ、大きな回転イナーシャを伴う回転が発生するが、この回転イナーシャにより、今度は弁体が着座後にスリーブ７が可動板８に対して相対的に変位することになる。すなわち、スリーブ７の相対的な変位−ｘ１は大きな回転イナーシャ（回転運動）が直線運動に変換されたことにより生じている。このスリーブ７の相対的な変位−ｘ１は、第２の付勢部材１２を第１の方向へ圧縮し、第２の付勢部材１２には付勢力Ｆ２（ｘ１）が生じる。この生じた付勢力Ｆ２（ｘ１）は、大きな回転イナーシャを直動質量に換算した等価質量に相当するものとして被係合部材９を介して可動板８に作用する。しかしながら、スリーブ７の相対的な変位のメカニズムによって回転イナーシャに起因する著しく大きな衝撃荷重が緩和されるので、電動機１、変換機構３、弁体を含む構成部材の破損、あるいは望ましくないレベルの疲労蓄積を防止することができる。また、電動機１の直線駆動力Ｆｍを可動板８に与えるアクティブな閉弁駆動において、電動機１の制御がオーバーシュートしたような場合、スリーブ７が相対変位することにより構成部材の破損、あるいは望ましくないレベルの疲労蓄積を防止することができる。
【００２２】  次に、可動板８に作用する力について、第１の付勢部材１１と第２の付勢部材１２の特性を示す図４を用いて説明する。図４は、スリーブ７の変位と付勢力の関係を示しており、横軸はスリーブ７の変位ｘ、縦軸は第１の付勢部材１１及び第２の付勢部材１２の付勢力を示す。
【００２３】  まず、弁体の通常の開弁動作における、可動板８に作用する力について説明する。図４において、弁体が閉弁している状態、すなわち、スリーブ７の変位ｘが０であるときは、可動板８（弁体）には第１の付勢部材１１によるセット力Ｆ０１の力が作用している。そして、スリーブ７が変位し、被係合部材９が引き上げられスリーブ７の変位ｘが０から１００％になる、すなわち弁体の開度が１００％になるまでに可動板８に作用する力は次のようになる。弁体の開度が１００％になるまでに可動板８には、スリーブ７の変位ｘによる第１の付勢部材１１の付勢力Ｆ１（ｘ）と、付勢力Ｆ１（ｘ）とは反対方向の電動機１による直線駆動力Ｆｍが働く。そして、電動機１を制御することにより可動板８は所望の位置で静止する。なお、弁体は弁座から離れているので弁体には付勢力は作用しない。
【００２４】  次に、弁体の通常の閉弁動作における、可動板８に作用する力について説明する。スリーブ７の変位が０〜１００％の任意の位置にある状態、すなわち弁体がある開度で開弁している状態から弁体を閉鎖させるには、電動機１を駆動し、スリーブ７を下方へ移動させる。スリーブ７の変位ｘにともない、第１の付勢部材１１による付勢力Ｆ１（ｘ）は減少し、可動板８に作用する力も減少する。なお、弁体の閉弁方向の動作を加速するアクティブな閉弁駆動においては、電動機１の回転駆動力を高めることにより弁体の閉弁方向の動作を加速することができる。そして、この回転駆動力は変換機構３で直線駆動力Ｆｍへと変換され、高められた直線駆動力Ｆｍがスリーブ７と第２の付勢部材１２を介して可動板８に伝えられる。
【００２５】  次に、弁体の緊急時の閉動作における、可動板８に作用する力について説明する。スリーブ７の変位が０〜１００％の任意の位置にある状態、すなわち弁体がある開度で開弁している状態から弁体が急閉鎖する場合には、第１の付勢部材１１による付勢力Ｆ１（ｘ）が作用している可動板８が第１の方向へ急速に移動し、弁体を急閉鎖させる。しかしながら、可動板８の移動に起因してスリーブ７も下方（第１方向）へ変位し、スリーブ７の変位は複数のボール５を介してネジ部４を回転させる回転力に変換され、ネジ部４の回転にともない電動機１のシャフト２Ａが回転させられる。図３（Ｃ）に示されるように、弁体が閉鎖しているにもかかわらず、電動機１を含む回転イナーシャによってスリーブ７が変位０の位置を越えて、可動板８に対して相対的に変位−ｘで変位（第１の方向に変位）する。このスリーブ７の変位−ｘにより、第２の付勢部材１２が圧縮され、第２の付勢部材１２の付勢力Ｆ２（ｘ）が第１の付勢部材１１によるセット力Ｆ０１の力に加えて可動板８（弁体）に作用することになる。
【００２６】  本発明の実施例１の弁開閉用電動アクチュエータ１００は、上記のように弁体が閉鎖している状態において、スリーブ７が変位０の位置を越えて可動板８に対して相対的に変位することが可能である。スリーブ７が相対変位し、第２の付勢部材１２が圧縮されることにより、電動機１を含む回転イナーシャによる衝撃荷重が緩和され、弁体の急閉鎖による電動機１、変換機構３、弁体を含む構成部材の破損を防止する効果が得られる。もしスリーブ７の相対変位と第２の付勢部材１２による衝撃荷重の緩和機構を備えていない場合には、弁体に非常に大きな衝撃荷重が作用し、構成部材が破損、あるいは望ましくないレベルの疲労が蓄積してしまう恐れがある。しかしながら、本発明の実施例１によれば、高い耐久性と信頼性を兼ね備えたフェイルセーフ機能を担保する弁開閉用電動アクチュエータ１００を提供することができる。
【００２７】  実施例１では、例えば第１の付勢部材１１としてはコイルバネ、第２の付勢部材１２としては皿バネが用いられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、輪バネ、竹の子バネなどあらゆる弾性エネルギーを蓄積することができるバネ要素を用いることができる。そして、これらのバネ要素によっても同様の効果を得ることができる。
【００２８】  また、図４に示すように、第２の付勢部材１２のバネ剛性は、第１の付勢部材１１のバネ剛性より大きくなっている。この大きいバネ剛性は、弁体の通常の開閉動作において、第２の付勢部材１２がほぼ全く収縮しないような大きなセット荷重を与え、かつフェイルセーフ時の衝撃荷重による収縮量を抑えるように設定されている。このように大きなバネ剛性を設定することにより、第２の付勢部材１２の撓み、リバウンドが防止される。
【００２９】（実施例２）  次に、本発明の実施例２の弁開閉用電動アクチュエータ２００について、図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。図中において、実施例１で説明した部材と同じ部材については同一の符号を用いて記載し、それらの詳細な説明は省略する。
【００３０】  図５（Ａ）は、弁体が閉じている通常の閉弁状態を示し、図５（Ｂ）は弁体の開弁状態を示す。実施例２の弁開閉用電動アクチュエータ２００は、実施例１の構成に加えて、弁体側固定板２０Ｂに固定された支持部材２４と、第２の付勢部材２２の所定の位置に配置された係止部材２５を更に備える。支持部材２４は、少なくとも１つ備えられているが、実施例２では２つの支持部材２４が備えられ、それぞれが可動板２８を貫通して弁体側固定板２０Ｂに固定されている。ここで、第２の付勢部材２２は、係止部材２５により２つの部分に分けられることになるが、係止部材２５より電動機１側の第２の付勢部材２２の部分による付勢力をＦ２Ａ、係止部材２５より弁体側の第２の付勢部材２２の部分による付勢力をＦ２Ｂとする。そして、図５（Ａ）に示す弁体が閉じている状態においては、支持部材２４と係止部材２５はわずかな隙間Δｘを有して配置されている。また、図５（Ｂ）に示すように、弁体が開いている状態においては、支持部材２４と係止部材２５は完全に離間している。よって、弁体の閉弁→開弁→通常の閉弁の動作は実施例１と同じである。
【００３１】  次に、電動機１の電源を喪失した際、電源が故障した際、又は異常検知による自動あるいは手動トリガによって、弁体を急速に閉弁する緊急遮断時の動作について説明する。実施例１と同様に、通常の閉弁動作においては、電動機１を制御することにより弁体を閉弁させている。一方、例えば電動機１が電源を喪失した際などの緊急時には、弁体を一刻も早く閉鎖する必要がある。実施例２では、実施例１と同様に、可動板２８は第１の付勢部材２１により第１の方向へ急速に移動し、弁体が急速に閉弁できるので、信頼性の高いフェイルセーフ機能を実現している。そして、図５（Ａ）、図５（Ｃ）では、いずれも弁体は閉弁しているが、図５（Ｃ）に示すように、スリーブ２７は電動機１から離れる方向へ変位−ｘ２で変位する。このスリーブ２７の相対的な変位が生じるメカニズムは、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００３２】  本発明の実施例２の弁開閉用電動アクチュエータ２００では、緊急時のような急速に弁体が第１の方向へ移動して着座した際において、実施例１と同様に変換機構２３（スリーブ２７）が可動板２８に対して相対的に変位することができる。実施例２では、わずかな隙間Δｘを有して配置された支持部材２４と係止部材２５が備えられており、まずスリーブ２７がわずかな隙間Δｘに相当する変位で相対的に変位し、係止部材２５が支持部材２４に当接した際の作用について説明する。当接までのスリーブ２７の相対的な変位は、第２の付勢部材２２を第１の方向へ圧縮し、図５（Ｃ）に示すように第２の付勢部材２２の弁体側の部分には付勢力Ｆ２Ｂ（Δｘ）が生じる。この生じた付勢力Ｆ２Ｂ（Δｘ）は、大きな回転イナーシャを直動質量に換算した等価質量の一部に相当するものとして可動板２８に作用する。このスリーブ２７の相対変位のメカニズムと支持部材２４及び係止部材２５の構成によって回転イナーシャに起因する著しく大きな衝撃荷重の一部が緩和されて弁体に作用する。次に、係止部材２５が支持部材２４に当接した後のスリーブ２７の相対的に変位による衝撃荷重の緩和について説明する。図５（Ｃ）は、弁体が急速に閉弁した際において変換機構２３が相対的に変位するとともに、係止部材２５が支持部材２４に当接した状態を示している。係止部材２５が支持部材２４に当接しても、スリーブ２７は電動機１から離れる方向へ変位−ｘ２で変位し、係止部材２５より電動機１側の第２の付勢部材２２の部分が第１の方向へ圧縮されることになる。そして、係止部材２５より電動機１側の第２の付勢部材２２の部分には付勢力Ｆ２Ａ（ｘ２−Δｘ）が生じる。この生じた付勢力Ｆ２Ａ（ｘ２−Δｘ）は、大きな回転イナーシャを直動質量に換算した等価質量の残りの部分に相当するものとして係止部材２５を介して支持部材２４に作用し、支持部材２４によって筐体２０へ逃される。実施例２では、衝撃荷重を第２の付勢部材２２だけではなく支持部材２４を介して筐体２０を構成する弁体側固定板２０Ｂへ逃す構成をとっているので弁体の負荷が緩和される。すなわち、係止部材２５が支持部材２４に当接するまでは、衝撃荷重の一部が緩和されて弁体にほぼ付勢力Ｆ２Ｂ（Δｘ）で作用する。そして、係止部材２５が支持部材２４に当接した後は、衝撃荷重の残りの部分Ｆ２Ａ（ｘ２−Δｘ）−Ｆ２Ｂ（Δｘ）が支持部材２４を介して弁体側固定板２０Ｂへ逃される。スリーブ２７の相対変位のメカニズムと支持部材２４及び係止部材２５によって回転イナーシャに起因する著しく大きな衝撃荷重を緩和し、電動機１、変換機構２３、弁体を含む構成部材の破損、あるいは望ましくないレベルの疲労蓄積を防止することができる。
【００３３】  これまでは、係止部材２５が第２の付勢部材２２の所定の位置に配置されている形態を説明したが、第２の付勢部材２２は、係止部材２５を挟んで上下に別体の付勢部材を構成する形態であっても良い。第２の付勢部材２２における係止部材２５から弁体側の付勢部材を下側付勢部材２２Ｂ、係止部材２５から電動機１側の付勢部材を上側付勢部材２２Ａとする。下側付勢部材２２Ｂは、衝撃荷重が作用した際に、多少の取り付け誤差（数ｍｍ程度）を許容しつつ、支持部材２４が確実に係止部材２５に当接して電動機１を含む回転イナーシャによる衝撃荷重を逃すために不可欠である。もし仮に、下側付勢部材２２Ｂを備えない場合、非常に微細なストローク単位（数百分の１ミリ〜数十分の１ミリ程度）での取付け調整が必要となり、現実的ではない。なぜなら、支持部材２４の位置が少しでも低すぎると係止部材２５と支持部材２４が当接せず、衝撃荷重の一部を逃すことができなくなってしまう。一方、支持部材２４の位置が少しでも高すぎると弁体の閉弁位置において弁体を底上げした状態になってしまい、弁体の閉鎖機能を果たさなくなってしまうためである。
【００３４】  係止部材２５による第２の付勢部材２２の下側付勢部材２２Ｂと上側付勢部材２２Ａの設定で留意する点を以下に列挙する。まず、下側付勢部材２２Ｂのバネ剛性は、支持部材２４の取付け位置の調整を容易にするための数ｍｍ単位のたわみを発揮できる程度のバネ剛性に設定すればよい点が挙げられる。次に、上側付勢部材２２Ａは電動機１を含む回転イナーシャによる衝撃荷重の緩衝効果を発揮する部分であり、上側付勢部材２２Ａのバネ剛性は、衝撃荷重をどこまで緩和するかと、相対変位をどこまで許容するかという要求を満たすように設定する点が挙げられる。上側付勢部材２２Ａで緩和された衝撃荷重が、支持部材２４の係止部材２５への当接後に支持部材２４を介して筐体２０に逃されることとなる。
【００３５】  なお、第２の付勢部材２２の下側付勢部材２２Ｂと上側付勢部材２２Ａとして同じ形状の皿ばねを直列に積層するような場合は、図５（Ａ）に示すように、係止部材２５の位置は第２の付勢部材２２の全体の長さのほぼ半分より下側に位置する。また、支持部材２４は、可動板２８を貫通するように少なくとも１つ備えられたストッパ部材である。そして、係止部材２５は、支持部材２４に係止するワッシャ部材であるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、支持、係止できる機構であれば同様の効果を得ることができる。また、支持部材２４を固定するのは弁体側固定板２０Ｂではなく、他の固定部材でもよい。
【００３６】  本発明の実施例２の弁開閉用電動アクチュエータ２００においては、衝撃荷重を第２の付勢部材２２が緩和し、支持部材２４が緩和された衝撃荷重を筐体２０に逃すことにより、弁体の損傷、あるいは望ましくないレベルの疲労蓄積を防止することができる。そして、弁開閉用電動アクチュエータ２００の上部構造の耐久性が弁体よりも大きい場合には、あえて係止部材２５より上側の上側付勢部材２２Ａの剛性を大きくし（＝クッション性能を下げ）、スリーブ２７の相対変位を減らすことが可能となる。ただし、上側付勢部材２２Ａの剛性が大きすぎると、そもそものクッション効果が失われてしまうので、バランスを取る必要がある。
【００３７】  本発明の実施例２の弁開閉用電動アクチュエータ２００は、上記のように弁体が閉鎖している状態において、スリーブ２７が変位０の位置を越えて可動板２８に対して相対的に変位することが可能である。スリーブ２７が相対変位し、第２の付勢部材２２が圧縮されることにより、電動機１を含む回転イナーシャによる衝撃荷重が第２の付勢部材２２により緩和される。更に、緩和された衝撃荷重が支持部材２４によって筐体２０へ逃されるので、電動機１、変換機構２３、弁体を含む構成部材の破損、あるいは望ましくないレベルの疲労蓄積を防止する効果が得られる。したがって、本発明の実施例２によれば、高い耐久性と信頼性を兼ね揃えたフェイルセーフ機能を担保する弁開閉用電動アクチュエータ２００を提供することができる。
【００３８】（実施例３）  次に、本発明の実施例３の弁開閉用電動アクチュエータ３００について、図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。図中において、実施例１で説明した部材と同じ部材については同一の符号を用いて記載し、それらの詳細な説明は省略する。
【００３９】  図６（Ａ）は、弁体が閉じている通常の閉弁状態を示し、図６（Ｂ）は弁体の開弁状態を示す。実施例３の弁開閉用電動アクチュエータ３００は、実施例１の構成に加えて、一方をスリーブ３７の電動機１側の端部３７ｃに固定され、他方を可動板３８の固定部３８ｃに固定されたダンパ要素３６を更に備える。ダンパ要素３６は、スリーブ３７と可動板３８の間に備えられているので、図６（Ａ）に示す弁体が閉じている状態、及び図６（Ｂ）に示す弁体が開いている状態においては、ダンパ要素３６の減衰機能は作用しない。よって、弁体の閉弁→開弁→通常の閉弁の動作は実施例１と同じである。
【００４０】  次に、電動機１の電源を喪失した際、電源が故障した際、又は異常検知による自動あるいは手動トリガによって、弁体を急速に閉弁する緊急遮断時の動作について説明する。実施例１と同様に、通常の動作においては、電動機１を制御することにより弁体を閉弁させている。一方、例えば電動機１が電源を喪失した際などの緊急時には、弁体を一刻も早く閉鎖する必要がある。実施例３では、実施例１と同様に、可動板３８は第１の付勢部材３１により第１の方向へ急速に移動し、弁体が急速に閉弁できるので、信頼性の高いフェイルセーフ機能を実現している。そして、図６（Ａ）、図６（Ｃ）では、いずれも弁体は閉弁しているが、図６（Ｃ）に示すように、スリーブ３７は電動機１から離れる方向へ変位−ｘ３で変位する。このスリーブ３７の相対的な変位が生じるメカニズムは、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４１】  本発明の実施例３の弁開閉用電動アクチュエータ３００では、緊急時のような急速に弁体が第１の方向へ移動して着座した際において、実施例１と同様に変換機構３３（スリーブ３７）が可動板３８に対して相対的に変位することができる。しかしながら、変換機構３３が相対変位することによって、第２の付勢部材３２が自らの弾性によってリバウンドを繰り返す場合がある。図６（Ｃ）は、弁体が急速に閉弁した際において変換機構３３が相対的に変位するとともに、ダンパ要素３６が減衰力を発揮する状態を示している。実施例１と同様に、このスリーブ３７の相対的な変位−ｘ３は、第２の付勢部材３２を第１の方向へ圧縮し、第２の付勢部材３２には付勢力Ｆ２（ｘ３）が生じる。この生じた付勢力Ｆ２（ｘ３） は、大きな回転イナーシャを直動質量に換算した等価質量に相当するものとして可動板３８に作用する。しかしながら、スリーブ３７の相対変位のメカニズムによって回転イナーシャに起因する著しく大きな衝撃荷重を緩和し、電動機１、変換機構３３、弁体を含むこれら構成部材の破損、あるいは望ましくないレベルの疲労蓄積を防止することができる。更に、ダンパ要素３６による減衰力が第２の付勢部材３２のリバウンドを抑制することができ、通常の閉弁状態をより早く実現できる。
【００４２】  実施例３では、例えばダンパ要素３６は、オイルダンパが用いられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、減衰効果が得られれば同様の効果を得ることができる。
【００４３】  本発明の実施例３の弁開閉用電動アクチュエータ３００は、上記の実施例１の効果に加えて、ダンパ要素３６による減衰力が第２の付勢部材３２のリバウンドを抑制することができ、通常の閉弁状態をより早く実現できるという優れた効果が得られる。したがって、本発明の実施例３によれば、高い耐久性と信頼性を兼ね揃えたフェイルセーフ機能を担保する弁開閉用電動アクチュエータ３００を提供することができる。なお、第２の付勢部材３２として、円錐面を持つ内輪と外輪とを交互に積み重ねて構成された輪バネが用いられてもよく、輪バネが用いられる場合、輪バネ自身が同時に輪バネのリバウンドを抑制するダンパ要素としての役目も果たし、同様の効果を発揮する。また、ダンパ要素３６を備えず輪バネのみを備えてもよく、輪バネとダンパ要素３６の両方を備えていてもよい。
【００４４】（実施例４）  次に、本発明の実施例４の弁開閉用電動アクチュエータ４００について、図７（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。図中において、実施例１で説明した部材と同じ部材については同一の符号を用いて記載し、それらの詳細な説明は省略する。
【００４５】  図７（Ａ）は、弁体が閉じている通常の閉弁状態を示し、図７（Ｂ）は弁体の開弁状態を示す。実施例４の弁開閉用電動アクチュエータ４００は、実施例１の構成に加えて、実施例２の構成である支持部材４４と係止部材４５を備え、実施例３の構成であるダンパ要素４６を更に備える。支持部材４４と係止部材４５の構成は、実施例２で説明したとおりであるので、その説明を省略する。また、ダンパ要素４６の構成は、実施例３で説明したとおりであるので、その説明を省略する。ここで、第２の付勢部材４２は、係止部材４５により２つの部分に分けられることになるが、係止部材４５より電動機１側の第２の付勢部材４２の部分による付勢力をＦ２Ａ、係止部材４５より弁体側の第２の付勢部材４２の部分による付勢力をＦ２Ｂとする。そして、図７（Ａ）に示す弁体が閉じている状態においては、支持部材４４と係止部材４５はわずかな隙間Δｘを有して配置されている。また、図７（Ｂ）に示すように、弁体が開いている状態においては、支持部材４４と係止部材４５は完全に離間している。また、図７（Ａ）、図７（Ｂ）の状態においては、ダンパ要素４６は機能しない。よって、弁体の閉弁→開弁→通常の閉弁の動作は実施例１と同じである。
【００４６】  次に、電動機１の電源を喪失した際、電源が故障した際、又は異常検知による自動あるいは手動トリガによって、弁体を急速に閉弁する緊急遮断時の動作について説明する。実施例１と同様に、通常の閉弁動作においては、電動機１を制御することにより弁体を閉弁させている。一方、例えば電動機１が電源を喪失した際などの緊急時には、弁体を一刻も早く閉鎖する必要がある。実施例４では、実施例１と同様に、可動板４８は第１の付勢部材４１により第１の方向へ急速に移動し、弁体が急速に閉弁できるので、信頼性の高いフェイルセーフ機能を実現している。そして、図７（Ａ）、図７（Ｃ）では、いずれも弁体は閉弁しているが、図７（Ｃ）に示すように、スリーブ４７は電動機１から離れる方向へ変位−ｘ４で変位する。このスリーブ４７の相対的な変位が生じるメカニズムは、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４７】  本発明の実施例４の弁開閉用電動アクチュエータ４００では、緊急時のような急速に弁体が第１の方向へ移動して着座した際において、実施例１と同様に変換機構４３（スリーブ４７）が可動板４８に対して相対的に変位することができる。実施例４では、わずかな隙間Δｘを有して配置された支持部材４４と係止部材４５が備えられており、まずスリーブ４７がわずかな隙間Δｘに相当する変位で相対的に変位し、係止部材４５が支持部材４４に当接した際の作用について説明する。当接までのスリーブ４７の相対的な変位は、第２の付勢部材４２を第１の方向へ圧縮し、図７（Ｃ）に示すように第２の付勢部材４２弁体側の部分には付勢力Ｆ２Ｂ（Δｘ）が生じる。この生じた付勢力Ｆ２Ｂ（Δｘ）は、大きな回転イナーシャを直動質量に換算した等価質量の一部に相当するものとして可動板４８に作用する。このスリーブ４７の相対変位のメカニズムと支持部材４４及び係止部材４５の構成によって回転イナーシャに起因する著しく大きな衝撃荷重の一部が緩和されて弁体に作用する。次に、係止部材４５が支持部材４４に当接した後のスリーブ４７の相対的な変位による衝撃荷重の緩和について説明する。図７（Ｃ）は、弁体が急速に閉弁した際において変換機構４３が相対的に変位するとともに、係止部材４５が支持部材４４に当接し、更にダンパ要素４６が減衰力を発揮している状態を示している。係止部材４５が支持部材４４に当接しても、スリーブ４７は電動機１から離れる方向へ変位−ｘ４で変位し、係止部材４５より電動機１側の第２の付勢部材４２の部分が第１の方向へ圧縮されることになる。そして、係止部材４５より電動機１側の第２の付勢部材４２の部分には付勢力Ｆ２Ａ（ｘ４−Δｘ）が生じる。この生じた付勢力Ｆ２Ａ（ｘ４−Δｘ）は、大きな回転イナーシャを直動質量に換算した等価質量の残りの部分に相当するものとして係止部材４５を介して支持部材４４に作用し、支持部材４４によって筐体４０へ逃される。実施例４では、衝撃荷重を第２の付勢部材４２だけではなく支持部材４４を介して筐体４０を構成する弁体側固定板４０Ｂへ逃す構成をとっているので弁体の負荷が緩和される。すなわち、係止部材４５が支持部材４４に当接するまでは、衝撃荷重の一部が緩和されて弁体にほぼ付勢力Ｆ２Ｂ（Δｘ）で作用する。そして、係止部材４５が支持部材４４に当接した後は、衝撃荷重の残りの部分が緩和されてＦ２Ａ（ｘ４−Δｘ）−Ｆ２Ｂ（Δｘ）が支持部材４４を介して弁体側固定板４０Ｂへ逃される。スリーブ４７の相対変位のメカニズムと支持部材４４及び係止部材４５によって回転イナーシャに起因する著しく大きな衝撃荷重が緩和し、電動機１、変換機構４３、弁体を含む構成部材の破損、あるいは望ましくないレベルの疲労蓄積を防止することができる。更にダンパ要素４６による減衰力が第２の付勢部材４２のリバウンドを抑制することができ、通常の閉弁状態をより早く実現できる。
【００４８】  本発明の実施例４の弁開閉用電動アクチュエータ４００は、上記の実施例２と実施例３の両方の効果を備える。したがって、本発明の実施例４によれば、高い耐久性と信頼性を兼ね揃えたフェイルセーフ機能を担保する弁開閉用電動アクチュエータ４００を提供することができる。
【００４９】（応用例）  次に、本発明の弁開閉用電動アクチュエータ１００の変換機構３の相対変位を慣らし運転に応用した応用例について説明する。図８Ａ、図８Ｂは、変換機構３の相対変位による慣らし運転を示す断面図である。
【００５０】  特に寒冷地などにおいて、長時間稼働を停止していた弁開閉用電動アクチュエータ１００を起動（コールドスタート）する際は、潤滑用のグリースが低温のため、そして、グリース内の増ちょう剤のなす微視的網目構造のためグリースが高い粘度となることがある。この高い粘度は弁開閉用電動アクチュエータ１００の駆動時の動作やフェイルセーフ機能による弁閉時の動作を大幅に遅延させるという問題がある。このような動作遅延を防ぐには、グリースが潤滑する部材をヒータなどの追加的な加温装置によって積極的に暖めることも考えられるが、追加的なコストやスペースなどの問題が発生し得る。そこで、加温装置の追加をすることが無く、又は加温装置を低出力化しても十分なコールドスタートを可能とする手段として、変換機構３のスリーブ７の相対変位の範囲における往復駆動により、弁体の閉弁状態に影響を与えず慣らし運転を行うことが有用である。
【００５１】  この往復駆動を行うためには、変換機構３のスリーブ７が可動板８に対して相対変位できることを活かし、弁体が閉鎖している（弁閉力を保ったままの）状態で、電動機１の駆動トルクによりスリーブ７を意図的に相対移動の可動域７Ｌにおいて往復運動させる。特に、図８Ｂに示すように、スリーブ７を意図的に下向きに動かし、その後、相対変位の絶対値が常にゼロよりも大きい範囲で往復運動を繰り返す。スリーブ７の往復運動によって、グリースを含むボールネジ機構又はローラーネジ機構、及びボールベアリング２Ｂなどを運動させ、潤滑用のグリースを撹拌し流動性を高める、慣らし運転が可能である。
【００５２】  次に、慣らし運転を行う慣らし運転モードについて図９を参照して説明する。図９は、慣らし運転モードを示す電動機１の周期運転グラフである。横軸は時間を示し、縦軸はスリーブ７の変位ｘを示す。スリーブ７の変位ｘが正の範囲においてはスリーブ７が弁体を開閉させる動作を行い、変位ｘが負の範囲においてはスリーブ７が相対変位を行う。慣らし運転は、まず弁体の閉弁状態において、動作（１）電動機１により閉弁方向に直線駆動力Ｆｍを与える、動作（２）電動機１の直線駆動力Ｆｍを緩める、の動作を繰り返す。動作（１）は、すなわち、電動機１を駆動し直線駆動力Ｆｍにより第２の付勢部材１２の付勢力Ｆ２ｘに抗ってスリーブ７を閉弁方向（下方向）に変位させる動作である。そして、動作（２）は、電動機１の直線駆動力Ｆｍを緩めて、第２の付勢部材１２の付勢力Ｆ２ｘによりスリーブ７を閉弁とは逆方向（上方向）に変位させる動作である。電動機１を周期的に駆動することにより、この動作（１）、（２）を繰り返して、変換機構３及びボールベアリング２Ｂなどの内部のグリースの流動性を高める。
【００５３】  慣らし運転モードは、弁開閉用電動アクチュエータ１００の使用条件、使用される地域などの条件に応じて弁開閉用電動アクチュエータ１００を駆動する駆動方法によって実行される。この慣らし運転を行うことによって、コールドスタート後における通常の動作の応答時間、及びフェイルセーフ動作時間が大幅に短縮されるという優れた効果が得られる。結果として信頼性の高いフェイルセーフ機能を担保する弁開閉用電動アクチュエータ１００を提供することができる。また、慣らし運転は実施例２〜４の弁開閉用電動アクチュエータにも応用ができることはいうまでも無い。
【００５４】  また、各実施例において例示した弁開閉用電動アクチュエータは、非常時に弁体を閉鎖する動作をすることを前提に記載したが、本発明はこれに限定されることはなく、非常時に、弁体を開放する動作をする用途にも適用できることに留意されたい。非常時に弁体を緊急開放する場合には、弁開閉用電動アクチュエータによって、弁体の開放限位置での衝突などによる弁体もしくはその他構成部材の損傷・破損を未然に防止、あるいは疲労蓄積を軽減することが可能である。そして、各実施例と同様の効果を奏することが可能である。
【００５５】  なお、明細書中での説明においては、上下左右などの表現により方向を指定して発明を記載したが、これは明細書に添付した図面の記載に基づいて説明するための便宜的な記載であり、本発明の装置を配置する方向を規定するものではないことに留意されたい。
【００５６】  この出願は２０１８年９月１１日に出願された日本国特許出願第２０１８−１７００７７号からの優先権を主張するものであり、その内容を引用してこの出願の一部とするものである。
【符号の説明】
【００５７】１                      電動機３、２３、３３、４３    変換機構４                      ネジ部（ボールネジ機構）５                      ボール（ボールネジ機構）６                      ナット部（ボールネジ機構）７、２７、３７、４７    スリーブ７ａ                    係合部８、２８、３８、４８    可動板９                      被係合部材９ｄ                    摺動部１０、２０、４０        筐体１０Ａ                  電動機側固定板（筐体）１０Ｂ、２０Ｂ、４０Ｂ  弁体側固定板（筐体）１０Ｃ                  本体部（筐体）１１、２１、３１、４１  第１の付勢部材（コイルバネ）１２、２２、３２、４２  第２の付勢部材（皿バネ）２４、４４              支持部材（ストッパ部材）２５、４５              係止部材（ワッシャ部材）３６、４６              ダンパ要素１００、２００          弁開閉用電動アクチュエータ３００、４００          弁開閉用電動アクチュエータＦｍ                    直線駆動力Δｘ                    隙間
【図１】
2020054136.tif 000003
【図２】
2020054136.tif 000004
【図３】
2020054136.tif 000005
【図４】
2020054136.tif 000006
【図５】
2020054136.tif 000007
【図６】
2020054136.tif 000008
【図７】
2020054136.tif 000009
【図８Ａ】
2020054136.tif 000010
【図８Ｂ】
2020054136.tif 000011
【図９】
2020054136.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月25日(2020.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁開閉用電動アクチュエータは、
電動機と、
弁体が接続される可動板と、
前記電動機の回転運動を直線運動に変換する変換機構と、
前記可動板を第１の方向に付勢する第１の付勢部材と、
前記変換機構を第２の方向に付勢する第２の付勢部材と、
を備え、
前記弁体は、前記変換機構の一部が前記直線運動し前記可動板を前記第２の方向に動かすことにより開き、前記第１の付勢部材が前記可動板を前記第１の方向に付勢することにより閉じ、
前記弁体が閉じている状態において、前記変換機構は前記可動板に対して相対的に変位することができることを特徴とする、弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項２】
弁開閉用電動アクチュエータは、
電動機と、
弁体が接続される可動板と、
前記電動機の回転運動を直線運動に変換する変換機構と、
前記可動板を第１の方向に付勢する第１の付勢部材と、
前記変換機構を第２の方向に付勢する第２の付勢部材と、
を備え、
前記可動板は摺動部を有する被係合部材を備え、
前記変換機構は係合部を備え、前記係合部は前記摺動部に摺接するとともに、前記被係合部材に係合し、
前記第２の付勢部材は、前記変換機構と前記被係合部材との間に配置され、
前記弁体は、前記変換機構の一部が前記直線運動し前記可動板を前記第２の方向に動かすことにより開き、前記第１の付勢部材が前記可動板を前記第１の方向に付勢することにより閉じ、
前記弁体が閉じている状態において、前記変換機構は前記可動板に対して相対的に変位することができることを特徴とする、弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記変換機構は、前記電動機が停止し、前記弁体が閉じた後に、前記可動板に対して相対的に変位することを特徴とする、請求項１又は２に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記変換機構は、ボールネジ機構またはローラーネジ機構とスリーブとから構成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項５】
前記可動板は摺動部を有する被係合部材を備え、
前記スリーブは係合部を備え、前記係合部は前記摺動部に摺接するとともに、前記被係合部材に係合し、前記係合部が前記第２の方向に駆動されることで前記可動板が動き、前記弁体が開くことを特徴とする、請求項４に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項６】
前記電動機の回転駆動力が前記変換機構で直線駆動力へと変換され、前記直線駆動力が前記第２の付勢部材を介して前記可動板に伝わり、前記弁体の閉弁動作を加速することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項７】
前記変換機構は、前記可動板の略中央部の軸線に沿って、前記可動板の運動に対し、相対的に変位することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項８】
前記第２の付勢部材のバネ剛性は、前記第１の付勢部材のバネ剛性より大きいことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項９】
前記第１の付勢部材はコイルバネであり、前記第２の付勢部材は皿バネであり、前記第２の付勢部材は、前記変換機構と前記可動板との間に配置されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１の方向は、前記弁体が閉じる方向であり、前記第２の方向は、前記弁体が開く方向であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１１】
前記弁体が開いている状態において、前記電動機の電源を喪失、電源が故障した際、又は異常検知による自動あるいは手動トリガによって、前記弁体を急速に前記第１の方向へ移動させるとともに前記弁体が着座し、前記変換機構が前記可動板に対して相対的に変位することにより前記第２の付勢部材が圧縮され、駆動されていない前記電動機を含む回転イナーシャに起因する衝撃荷重が緩和されることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１２】
筐体に固定された支持部材と、前記第２の付勢部材の所定の位置に配置された係止部材とを更に備え、前記弁体が閉じている状態においては、前記支持部材と前記係止部材とはわずかな隙間を空けて配置されており、前記第２の付勢部材が圧縮されると、前記支持部材と前記係止部材とが当接することを特徴とする、請求項１１に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１３】
前記支持部材は、前記可動板を貫通するように少なくとも１つ備えられたストッパ部材であり、前記係止部材は、前記支持部材に当接するワッシャ部材であることを特徴とする、請求項１２に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１４】
前記支持部材と前記係止部材とが当接することにより、緩和しきれなかった前記衝撃荷重を前記支持部材と前記係止部材とを介して前記筐体に逃すことで、前記弁体の負荷を緩和することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１５】
前記第２の付勢部材は、輪バネであって前記第２の付勢部材のリバウンドを抑制することを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１６】
ダンパ要素を備え、前記ダンパ要素は前記第２の付勢部材のリバウンドを抑制することを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１７】
前記ダンパ要素は、前記変換機構と前記可動板とに接続され、前記変換機構が前記可動板に対して相対的に変位する際に、前記第２の付勢部材のリバウンドを抑制することを特徴とする、請求項１６に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１８】
前記弁開閉用電動アクチュエータは、タービン装置の弁に使用されることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の弁開閉用電動アクチュエータを用いて、前記弁体が閉じている状態において、前記電動機を周期的に駆動することにより前記変換機構を前記可動板に対して相対的に変位させ、前記変換機構の慣らし運転を行う弁開閉用電動アクチュエータの駆動方法。
【請求項２０】
前記慣らし運転を行う慣らし運転モードを更に備えることを特徴とする、請求項１９に記載の弁開閉用電動アクチュエータの駆動方法。
【国際調査報告】
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