(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸の正・逆の回転によってバルブを開閉させるバルブ用電動アクチュエータであって、出力軸の正の回転をコイルスプリングを介してバルブのステム又はステムナットに直接又は間接に伝えてバルブの全開位置から全閉位置までステムを回転運動又は往復運動させ、弁体が弁座に接して弁体の動きが停止した後も、出力軸が更に正に回転してコイルスプリングをねじって弁体と弁座との間の圧着力を増大させ、一方、出力軸を逆に回転させて弁体を全閉位置から全開位置まで回転運動又は往復運動させる時には、コイルスプリングの上記のねじりが復元した後に、出力軸の逆の回転をバルブのステム又はステムナットに直接伝える連動機構によって伝えるようにしたことを特徴とするバルブ用電動アクチュエータ。
【請求項２】
上述の出力軸が更に正に回転してコイルスプリングをねじって増大させる弁体と弁座との間の圧着力の大きさを、全閉停止用のリミットスイッチを作動させるための出力軸又はこれと連動する軸に調整可能に固定した全閉停止用のカムを調整して設定し、上述の出力軸を逆に回転させた場合の全開位置での停止の位置を、全閉停止用のリミットスイッチを作動させるための出力軸又はこれと連動する軸に調整可能に固定した全開停止用のカムを調整して設定するようにした請求項１記載のバルブ用電動アクチュエータ。
【請求項３】
出力軸の回転を受けるように接続されたコイルスプリングとこのコイルスプリングの回転を受けるように接続され、この回転をステム又はステムナットに直接又は間接に伝えるように設けられた軸とを同一軸線上に配置して、これらの２つの軸の何れか一方の軸に半径方向にピンを固定し、他方の軸に円周方向の溝形の窓を有する円筒体をコイルスプリングを内蔵させて固定し、かつ、これらの固定の何れか一方を上記軸線方向に摺動可能にし、ピンを溝形の窓に挿入して、コイルスプリングがねじられる時及びこのねじりが復元する時以外は、ピンはコイルスプリングの反発弾性力によって溝形の窓の一方の端に位置し、コイルスプリングがねじられる時及びこのねじりが復元する時には、ピンは溝形の窓の中を相対的に移動するように構成した請求項１又は２記載のバルブ用電動アクチュエータ。
【請求項４】
円筒体の固定されていない端部に円板体を固定し、上記の一方の軸をこの円板体の中心部の穴に挿入して、円筒体の振れを止めるようにした請求項１乃至３の何れか１項に記載のバルブ用電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水、油、ガス等の配管に装着するバルブを開閉操作するためのバルブ用電動アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールバルブやバタフライバルブは、ステムを回転運動させてバルブを開閉させる。これに対して、ゲートバルブやグローブバルブは、ステムを往復運動させてバルブを開閉させる。ただし、ゲートバルブではステムナットを回転させて回転しないステムを往復運動させ、グローブバルブではステムを回転させて回転しないステムナットとの作用によって往復運動もさせるようにすることが多い。
【０００３】
このようにバルブを開閉するための電動アクチュエータは、その出力軸の回転によってステム又はステムナットを正・逆に回転させ、上記のようにステムを回転運動又は往復運動させるが、その閉弁時、弁体が弁座に接した後に、この弁体と弁座との間にこの回転方向又は往復方向の力によって十分な圧着力を作用させないと流体を完全に閉止することができない構造のバルブがある。弁体と弁座との接触が金属間接触である場合には、特に大きな圧着力が必要である。しかし、この圧着力が過大であると、この弁座部やその他の部分を損傷する虞があり、この圧着力が過小であると弁座部から漏れを生ずる虞があり、従って、この圧着力を適当に調節する必要がある。
【０００４】
図８は、このような弁座部での圧着力を調節する機構を有する従来の電動アクチュエータの一例の一部分を示す構造説明図である。
同図において、ウォーム５１は、これに固定したギヤー５２が電動モータの回転を適宜の歯車列を経由して受けて回転し、これと噛み合うウォームギヤー５３を同図の矢印で示した方向に回転させ、このウォームギャー５３に固定したこのアクチュエータの出力軸５４を回転させる。この出力軸５４は、バルブのステムを回転運動又は往復運動させたバルブを開閉させるように接続される。
【０００５】
ウォーム５１は、図において左方への移動はできないが、右方への移動はできるようになっており、この右方への移動を数個の皿ばね５５によって支承し、この皿ばね５５の反発弾性力は、ねじ棒５６にねじ込まれているナット５７によって調節することができるようになっている。
【０００６】
この図８に示したアクチュエータによってバルブの弁体（図示せず）が弁座に接して停止すると、ウォームギヤー５３は回転不能になり、ウォーム５１には回転することによって図の右方へ移動する力が働き、皿ばね５４の反発弾性力に抗して右方へ移動しようとする。この力が反力としてウォームギヤー５３に働き、この力によってバルブの弁体と弁座との間の圧着力を増大させる。
【０００７】
ウォーム５１は、更に右方へ移動し、この移動によってリミットスイッチ５８を作動させ、このアクチュエータの電動モータの回転を停止させ、ウォーム５１の回転が止まる。しかし、ウォーム５１は、右方へ移動した状態で皿ばね５５の反発弾性力によって左方へ押されており、この力がウォームギヤー５３に作用して、バルブの弁体と弁座との間の圧着力が増大した状態が接続される。この圧着力は、ナット５７によって予め適宜に調節されている。
【０００８】
この図８に示した弁座部での圧着力を調節する機構を有する従来の電動アクチュエータは、図には示していないが、電動モータとウォーム５１との間に適宜の歯車列を有しており、これに図に示したウォーム５１とウォームギヤー５３との上述の構造を有していて、これらの回転軸が交錯していて構造が複雑となり、高価なものである。
【０００９】
バルブの弁体と弁座との間に圧着力を与える皿ばね５５は、比較的小さな圧縮変形で比較的大きな反発弾性力を生ずるので、バルブの弁体と弁座との間に適正な圧着力を得るために、ナット５６をねじ棒５７にねじ込んで皿ばね５５の反発弾性力を調整する作業が甚だしく微妙であって、過大な圧着力を与えて弁座部や他の部分を損傷したり、過小な圧着力を与えて弁座部から漏れを生じたりする虞がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、弁座部での圧着力を調節する機構を有する従来の電動アクチュエータの課題を解決するために開発したものであり、具体的な課題点は、構造が複雑であって高価なものであること及び調節が甚だしく微妙であり、過大な圧着力を与えて弁座部や他の部分を損傷したり、過小な圧着力を与えて弁座部から漏れを生じたりする虞があることの課題を解決するためのものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、出力軸の正・逆の回転によってバルブを開閉させる電動アクチュエータであって、出力軸の正の回転をコイルスプリングを介してバルブのステム又はステムナットに直接又は間接に伝えてバルブの全開位置から全閉位置までステムを回転運動又は往復運動させ、弁体が弁座に接して弁体の動きが停止した後も、出力軸が更に正に回転してコイルスプリングをねじって弁体と弁座との間の圧着力を増大させ、一方、出力軸を逆に回転させて弁体を全閉位置から全開位置まで回転運動又は往復運動させる時には、コイルスプリングの上記のねじりが復元した後に、出力軸の逆の回転をバルブのステム又はステムナットに直接伝える連動機構によって伝えるようにした。
【００１２】
この場合、上述の出力軸が更に正に回転してコイルスプリングをねじって増大させる弁体と弁座との間の圧着力の大きさを、全閉停止用のリミットスイッチを作動させるための出力軸又はこれと連動する軸に調整可能に固定した全閉停止用のカムを調整して設定し、上述の出力軸を逆に回転させた場合の全開位置での停止の位置を、全閉停止用のリミットスイッチを作動させるための出力軸又はこれと連動する軸に調整可能に固定した全開停止用のカムを調整して設定する。
【００１３】
更に、出力軸の回転を受けるように接続されたコイルスプリングとこれの回転を受けるように接続され、この回転をステム又はステムナットに直接又は間接に伝えるように設けられた軸とを同一軸線上に配置して、これらの２つの軸の何れか一方の軸に半径方向にピンを固定し、他方の軸に円周方向の溝形の窓を有する円筒体をコイルスプリングを内蔵させて固定し、かつ、これらの固定の何れか一方を上記軸線方向に摺動可能にし、ピンを溝形の窓に挿入して、コイルスプリングが前述のようにねじられる時及びこのねじりが復元する時以外は、ピンはコイルスプリングの幾分の反発弾性力によって溝形の窓の一方の端に位置し、コイルスプリングが前述のようにねじられる時及びこのねじりが復元する時には、ピンは溝形の窓の中を相対的に移動するように構成する。
【００１４】
更にまた、円筒体の固定されていない端部に円板体を固定し、上記の他方の軸をこの円板体の中心部の穴に挿入して、円筒体の振れを止めるようにするのが好ましい。
【００１５】
本発明の電動アクチュエータは、上記のように構成したので、電動モータの回転が所要の歯車列によって減速されて伝えられた出力軸の正の回転が、これに連結されたコイルスプリングを介してステム又はステムナットに伝えられ、これによってステムをこのバルブの全開位置から全閉位置まで回転運動又は往復運動させ、弁体が弁座に当接する状態になり、ステムの回転運動又は往復運動が停止させられる。
なお、この間、一方の軸に固定したピンは、他方の軸に固定した円筒体の溝形の窓の一方の端に位置したままである。
【００１６】
弁座部の当接によりコイルスプリングに接続してあるステム又はステムナットの回転運動も停止するが、出力軸は電動モータの回転による正の回転を続けているので、コイルスプリングがねじられ、これによる反発弾性力が停止したステム又はステムナットに加えられ、バルブの弁体と弁座との間の圧着力が増大する。この間、一方の軸に固定したピンは、他方の軸に固定した円筒体の溝形の窓の中をその一方の端から離れる方向（正の方向）へ移動する。
【００１７】
このバルブの弁座部での圧着力が適当になるまで出力軸が回転すると、出力軸又はこれと連動してバルブの開閉の間を１回転以内で回転する軸に、この適正位置に相応するように調節されて固定された全閉停止用のカムが全閉停止用のリミットスイッチを作動させて、電動モータを停止させる。弁座部の圧着力は増大された状態が接続され、漏れを防いでいる。
【００１８】
次に、電動モータの回転によって出力軸が逆に回転すると、ねじられているコイルスプリングのねじりが次第に復元し、このねじりによって生じていたバルブの弁体と弁座との間の圧着力が次第に減少する。
この間、一方の軸に固定したピンは、他方の軸に固定した円筒体の溝形の窓の中を逆の方向に、この窓の一方の端に当接するまで移動する。
なお、以上の説明ではピンが円筒体の窓の中を往復移動するように述べたが、実際に動くのは、構造によってピンである場合も、円筒体の窓である場合もあり、相対的に移動する。
【００１９】
電動モータの逆の回転が更に続くので、出力軸の回転によって出力軸に固定したピンが円筒体の窓の一方の端を又は出力軸に固定した円筒体の窓の一方の端がピンを押して、このコイルスプリングを介してではなく、この出力軸の逆の回転をバルブのステム又はステムナットに直接伝える連動機構によって、ステム又はステムナットを逆に回転させて、バルブを開弁する。このため、コイルスプリングには上述とは逆方向のねじりが加わらず、ねじり荷重は一方向にだけ加えられ、正・逆のねじり荷重を加えられる場合とは異なって、疲労破壊が起き難い。
【００２０】
バルブが全開になると、出力軸又はこれと連動してバルブの開閉の間を１回転以内で回転する軸に調節可能に固定した全開停止用のカムが全開停止用のリミットスイッチを作動させて、電動モータを停止させる。このカムは、当然最適の位置に予め調整されている。
【００２１】
上述の円筒体は、これに固定した円板体の中心の穴に一方の軸が挿入されて振れ止めされているので、上述のようにピンによって円筒体が回転させられる時にこの円筒体が振れて、円筒体が固定されている他方の軸に曲げ力を加えるのを防いでいる。
【００２２】
【実施例】
図１は、本発明の電動アクチュエータの一実施例を装着したグローブバルブを示す縦断面図であり、図２は、図１に示した電動アクチュエータ付きグローブバルブの構造説明図である。以下に、これらの図及び後記の図３乃至図７に基づいて、本発明の実施例の構造と作用を説明する。
【００２３】
図１及び図２において、１は電動アクチュエータ、２はグローブバルブ、３は出力軸、４はコイルスプリング、５はステム、６はステムナット、７は弁体、８は弁座、９はピン、１０は円筒体、１１は円筒体１０の溝形の窓、１２は円板体、１３は全閉停止用のリミットスイッチ、１４は全閉停止用のカム、１５は全開停止用のリミットスイッチであり、１６は全開停止用のカムである。
【００２４】
この電動アクチュエータ１は、電動モータ１７の回転が歯車列１８を経て出力軸３に伝えられ、この出力軸３の正・逆の回転によってバルブ２を開閉させるようになっている。
まず、出力軸３の正の回転、図に示した実施例では上方から見て時計回りを正の回転として、この回転は、この出力軸３に摺動可能、回動不能に取付けた円板１９に伝えられ、この円板１９とステム５に固定した円板２０との間にコイルスプリング４が、その両端部４ａと４ｂをそれぞれ円板１９と２０に固定させて、装着されているので、このコイルスプリング４を介して円板２０を回転させ、ステム５を正に回転させる。
【００２５】
ステム５がねじ込まれているステムナット６は、バルブ２のヨーク部２ａに固定されていて、ステム５は正に回転することによって下方へ移動（往復動）し、弁体７も下方へ移動して弁座８に接し、それ以上は移動できず停止する。なお、図１は、弁体７が弁座８に当接した状態を示しており、図２は、ステム５及び弁体７が下方へ移動する前の状態を示している。
【００２６】
円板１９の外周にピン９が固定してあり、円板２０に円筒体１０が固定してあり、この円筒体１０に設けた円周方向の溝形に窓１１にピン９を挿入してあり、上述の出力軸３が正に回転する以前及び正に回転して弁体７が弁座８に当接するまでは、ピン９は、コイルスプリング４に予め与えられた反発弾性力によって、溝形の窓１１の一方の端（次に説明する図３及び図４における１１ａ）に位置している。
【００２７】
図３は、上記の円筒体１０の部分の外観斜視図であって、上述のようにピン９が溝形の窓１１の一方の端１１ａに当接している。
図４から図６は、図３に示した円筒体１０の内部を透視して、本実施例の作用を説明するために、操作段階の中の３つの状態を示した説明透視図であり、円筒体１０の外形を２点鎖線を用いて示してある。
なお、図３乃至図６に用いている符号は、図１及び図２と共通している。
【００２８】
図４は、出力軸３が正の回転を始める前の状態を示している。
図５は、出力軸３の回転が円板１９、コイルスプリング４及び円板２０を介してステム５を回転させ、ステム５がステムナット６にねじ込まれて下降して、弁体７が弁座８に当接した図１に示した時の状態を示したものであり、ステム５と共に円板２０、コイルスプリング４、円板１９及び円筒体１０も下降している。
【００２９】
この状態において、出力軸３は、更に回転を続けるので、コイルスプリング４は、弁体７が弁座８に当接して回転ができなくなった円板２０と出力軸３によって回転させられる円板１９との間でねじられ、コイルスプリング４の反発弾性が増大し、ステム５を介して弁体７と弁座８との間の圧着力を増大させる。
この間、円板１９の外周に固定してあるピン９は、出力軸３と共に回転して、円筒体１０の溝形の窓１１の中を一方の端１１ａから離れて移動する。
【００３０】
弁体７と弁座８との間の圧着力が適正になるまで出力軸３が回転した頃、図２において、出力軸３に連動してバルブ２の開閉の間を１回転以内で回転する軸２１に固定された全閉停止用のカム１４が全閉停止用のリミットスイッチ１５を作動させて、電動モータ１７を停止させる。
【００３１】
弁体７と弁座８との間の圧着力は、その状態が維持されて流体の漏れを防いでおり、この圧着力が適正であるように、全閉停止用のカム１４の固定位置が予め調節されている。図６は、この時の状態を示している。
【００３２】
次に、電動モータ１７の回転によって出力軸３が逆に回転すると、ねじられているコイルスプリング４のねじりが次第に復元し、弁体７と弁座８との間の圧着力が次第に減少する。
この間、円板１９に固定したピン９は、円板２０に固定した円筒体１０の溝形の窓１１の中を逆の方向に、一方の端１１ａに当接するまで移動する。図５は、この時の状態を示している。
【００３３】
出力軸３の回転が更に続くので、円板１９に固定したピン９が円筒体１０の溝形の窓１１の一方の端１１ａを押して、出力軸３の逆の回転がコイルスプリング４を介してではなく、円筒体１０を介して円板２０を回転し、ステム５を逆に回転させて固定したステムナット６から抜き上げ、バルブ２を開弁する。
【００３４】
このため、コイルスプリング４には、逆回転のねじりが加わらず、ねじり荷重は一方向にだけ加えられ、正・逆のねじり荷重を加えられる場合とは異なって、疲労破壊が起き難い。
【００３５】
バルブ２が全開になる頃、出力軸３に連動してバルブ２の開閉の間を１回転以内で回転する軸２１に調整可能に固定した全開停止用のカム１４が全開停止用のリミットスイッチ１５を作動させて、電動モータ１７を停止させる。このカム１４は、当然最適の位置に予め調整されている。図４は、この時の状態を示している。
【００３６】
円筒体１０は、これに固定した円板体１２の中心の穴１２ａに出力軸３が挿入されているので、上述のようにピン９によって円筒体１０が回転させられる時に、円筒体１０が振れて、円筒体１０が円板２０を介して固定されているステム５に曲げ力を加えるのを防いでいる。
【００３７】
図７は、他の実施例を示す構造説明図であって、図１乃至図６に示した実施例とは異なり、出力軸３に円板２０が固定され、この円板２０に円筒体１０が固定されており、ステム５に円板１９が摺動可能、回動不能に取付けられており、この円板１９にピン９が固定され、このピン９は、円筒体１０に設けられた円周方向の溝形の窓１１に挿入されていて、バルブ２を開弁する時には、円筒体１０の溝形の窓１１がピン９を押してステム５を回転させるようになっている。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の電動アクチュエータは、弁座部での圧着力を調節する機構を有しており、その構造が簡単であってコストの低減を図ることが出来、しかも、調節が容易であって過大な圧着力を与えて弁座部やその他の部分を損傷したり、過小な圧着力を与えて弁座部からの漏れを生じたりするおそれがない等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動アクチュエータの一実施例を装着したグローブバルブを示す縦断面図である。
【図２】図１に示した電動アクチュエータ付きグローブバルブの構造説明図である。
【図３】図１及び図２に示した実施例の円筒体の部分を示す外観斜視図である。
【図４】図３に示した円筒体の内部を透視して、操作段階の状態を示した説明透視図である。
【図５】図３に示した円筒体の内部を透視して、操作段階の状態を示した説明透視図である。
【図６】図３に示した円筒体の内部を透視して、操作段階の状態を示した説明透視図である。
【図７】他の実施例を示す構造説明図である。
【図８】弁座部での圧着力を調節する機構を有する従来の電動アクチュエータの一例の一部分を示す構造説明図である。
【符号の説明】
１  電動アクチュエータ
２  グローブバルブ
３  出力軸
４  コイルスプリング
５  ステム
６  ステムナット
７  弁体
８  弁座
９  ピン
１０  円筒部
１１  溝形の窓
１１ａ  一方の端
１２  円板体
１２ａ  中心部の穴
１３  全閉停止用のリミットスイッチ
１４  全閉停止用のカム
１５  全開停止用のリミットスイッチ
１６  全開停止用のカム
２１  出力軸と連動する軸
【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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