JP4124442B2 - 手動操作機構付きバルブ用アクチュエータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁などに搭載し、バルブの弁体を手動操作可能とする操作機構を設けたバルブ用アクチュエータに関し、電動操作時、手動操作時、及びメンテナンス時等における操作上、作業上の安全性を確保すると共に、操作性、作業性を向上させたコンパクトな手動操作機構付きバルブ用アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、一般にバルブ用アクチュエータは、平歯車、或いはウォーム歯車の組み合わせによって減速歯車列を構成し、該減速歯車列によって電動モータからの高速回転を減速させてバルブの回動開閉に用いられる。
電動モータを動力として減速歯車列を介して操作するようにしたバルブは、例えば、停電等の事態により動力源である電気の供給が絶たれた場合には手動で操作する必要が生じる。このため、この種のアクチュエータには、一般に弁体を手動操作するための手動操作部分を設けている。
【0003】
手動操作時の一例として、手動操作部分となる出力軸をスパナ等を用いて直接操作するようにし、具体的には、アクチュエータ下側に突出配置した出力軸をスパナで挟み、このスパナを回転させて弁体を回動開閉する場合がある。
このように出力軸をスパナ等で直接回転させる場合は、出力軸を側方から手動操作しなければならないため、狭い空間に配置されているアクチュエータを手動操作する場合にはスパナ等の工具を使用するための作業空間が必要となる。
【0004】
また、出力軸側から手動操作するためにスパナで挟むための出力軸の延長部分が必要となり、アクチュエータ下側部分が大きくなるので、アクチュエータ内部の平歯車、或いはウォーム歯車による減速歯車列の構造と相俟ってアクチュエータ全体が大型化するという問題があった。
【0005】
このように、平歯車、或いはウォーム歯車の組み合わせによる減速歯車列構造のアクチュエータは、手動操作時の操作性が悪く、全体が大きくなり、コンパクト化の要求に対応できない問題があった。
このため、出力軸を有する回転伝達機構において手動操作時の操作部分を出力側とは別の箇所に設けるようにし、また、手動操作時に出力軸と減速歯車列との連結を外すようにこれらを断続する回転断続機構を設けるようにしたアクチュエータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
特許文献1に示すように、電動時には回転断続機構の操作棒先端のクラッチ歯と円環状太陽内歯車外周の回転止め溝を係合してハウジングに対して円環状太陽内歯車を拘束することで電動モータからの回転を出力軸側に伝達している。
手動操作時には、円環状太陽内歯車の回転止め溝からクラッチ歯の係合を外し、ハウジングに対して円環状太陽内歯車が回転するように開放して電動モータとの連動を断った状態で出力軸を手動回転するようにしている。
このときの手動操作は、ハウジングのエンドカバーを回転させたり、出力軸の下方にあけた孔を工具で回すことによって出力軸を回動して弁体を手動操作するようにしている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−115748号公報(第1−2頁、第1−5図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2002−115748号公報(特許文献1)のアクチュエータは、出力軸と同軸に手動操作軸を設けているため、バルブの口径などによって出力軸径が変わると手動操作軸も含めて変更する必要があり、部品を共通化することができない。
しかも、手動操作軸から弁体までトルクを伝達可能にするためには手動操作軸をトルクに耐え得るようにある程度太い軸径にする必要があるため、この太い軸径に対して位置検出装置を配設するようにすると結果的にアクチュエータ全体が大型化するおそれがある。
【0009】
また、このアクチュエータの減速機構は、回転断続機構を設けることによって部品点数、製造工数が増加すると共に、この回転断続機構は、クラッチ歯と回転止め溝の係合のみで太陽内歯車を固定状態にしているため、通常の電動操作時にはこの部分にトルク負荷が集中し、耐久性の点で問題があった。
【0010】
さらに、手動操作時において、電力供給を確実に停止(電源オフ)しておく必要があり、万が一、通電状態(電源オン)にあると、出力軸、及び手動操作部分が不用意に回転し危険であると共に、通電状態でもカバーを取り外すことができるため、カバーを取り外して行なうメンテナンス等の作業時には、電源の切り忘れ等により感電する危険性も伴なっていた。
【0011】
本発明は、上記の実情に鑑みて開発に至ったものであり、その目的とするところは、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁などに搭載し、自動操作時、手動操作時、及びメンテナンス時等における操作上、作業上の安全性を確保すると共に、操作性、作業性を向上させ、コンパクト化、及びコストの削減化を可能とした手動操作機構付きバルブ用アクチュエータを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、ベース体にアクチュエータカバーを着脱自在に取付け、このアクチュエータカバーに形成した挿通孔に、上端に手動操作部を有する手動操作軸の軸心を挿通保持させた状態で上下動自在に設け、一方、ベース体側には、歯車減速機構の歯車群の一つと噛合するギヤ部を設け、このギヤ部に設けた手動基軸の外周に係止部を設けると供に、前記手動操作軸の下端部には嵌合孔を設け、手動操作時における手動操作軸の引き上げ操作で前記係止部に前記嵌合孔を嵌合係止して手動操作状態とし、かつ、手動操作軸の引き上げ操作で手動操作軸の外周面に設けた突起部によるインターロックスイッチへの押圧状態が解除されて電源からモータへの電力供給が停止され、この電力供給が停止状態で、かつ、嵌合係止している手動操作状態のときだけ、前記ベース体から手動操作軸を有するアクチュエータカバーを取り外し可能に設け、電動操作時には、前記アクチュエータカバーを取り外す際に、手動操作軸の嵌合孔が手動基軸の係止部に非嵌合状態で係止するようにした手動操作機構付きバルブ用アクチュエータである。
【0013】
請求項2に係る発明は、前記手動基軸の上端部に、平面視六角形状の係止部を形成し、前記手動操作軸の下部に形成された円筒部の下端部に、平面視十二角形状の嵌合孔を形成し、この嵌合孔を前記係止部に嵌合係止した手動操作機構付きバルブ用アクチュエータである。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明における手動操作機構付きバルブ用アクチュエータの一実施形態を図面に基づいて詳述する。
本実施形態では、歯車減速機構の一例として、内接噛合遊星歯車減速機構を内蔵したバルブ用アクチュエータに適用して説明する。
図1乃至図3に示すように、本発明のバルブ用アクチュエータ1は、アクチュエータカバー2と、該アクチュエータカバー2内に配設された電動モータ3と、該電動モータ3の回転軸に設けたピニオンギヤ4と噛合する中間歯車5と、該中間歯車5と噛合する歯車であって、出力軸と同軸上に配設された入力歯車6と、前記電動モータ3からの回転力を中間歯車5、入力歯車6を介して伝達される内接噛合遊星歯車減速機構7と、該歯車減速機構7を介して減速された回転力により回転する出力軸8と、該出力軸8の上部に延設した制御軸9に設けたカム部材10と、該カム部材10によりオン・オフ操作される弁開度検出部材11、及び手動操作機構12とからなり、該手動操作機構12は、前記入力歯車6と噛合したギヤ部13を有する手動基軸14と、前記アクチュエータカバー2に形成された挿通孔2aにより上下動自在に支持された手動操作軸15と、該手動操作軸15の上端部に設けた手動操作部16とから構成されている。
【0017】
前記手動基軸14の上端部には、平面視六角形状の係止部14aが形成されており、前記手動操作軸15の下部に一体又は別体に形成された円筒部15aの下端部には、平面視十二角形状の嵌合部(本実施例では、嵌合孔)15bが形成されている。
【0018】
図3及び図4に示すように、電動操作(自動操作)時においては、前記手動基軸14の係止部14aと、前記手動操作軸15の嵌合孔15bとは嵌合することなく、手動操作軸15の下部に形成された円筒部15a内に手動基軸14が収納され、該手動基軸14は、電動モータ3からの回転力が中間歯車5、入力歯車6を介して伝達され、円筒部15a内で空回りする。
【0019】
図5及び図6に示すように、手動操作時においては、手動操作部16を介して手動操作軸15を引き上げると、前記手動基軸14の係止部14aと、前記手動操作軸15の嵌合孔15bとが嵌合して手動操作が可能となる。
なお、本実施例では、平面視六角形状の係止部14a、及び平面視十二角形状の嵌合孔15bとしているが、これに限定するものではなく、確実に嵌合することができる形状のものであればよく、また、他例として、手動操作軸15に係止部(図示しない)を形成し、手動基軸14に嵌合部(図示しない)を形成して嵌合させるようにしてもよい。
【0020】
図7に示すように、アクチュエータカバー2に形成された挿通孔2aの内周面には、溝部2b,2cを形成しており、溝部2bに手動操作軸15の外周面に設けた、本実施例では、例えば、C字形状の割りリング17を嵌合させて、電動操作時における手動操作軸15の位置保持をし、溝部2cに手動操作軸15の外周面に設けた割りリング17を嵌合させて、手動操作時における手動操作軸15の位置保持をするようにしている。なお、18はOリングである。
【0021】
アクチュエータカバー2内には、電動モータ3等へ電力供給を行なう電源(図示しない)をオン・オフ操作するインターロックスイッチ(リミットスイッチ)19を配設しており、手動操作軸15の下部外周面に形成された突起部15cにより、インターロックスイッチ19の作動レバー19aが押圧されて作動するように設けている。
図8は、電動操作時における手動操作軸15の突起部15cと、インターロックスイッチ19の作動レバー19aとの位置関係、及び押圧状態を示した説明図であり、図9は、手動操作時における手動操作軸15の突起部15cと、インターロックスイッチ19の作動レバー19aとの位置関係、及び押圧状態が解除されたことを示した説明図である。
図8に示すように、電動操作時においては、インターロックスイッチ19の作動レバー19aが、手動操作軸15の突起部15cにより押圧されて作動し、電源から電動モータ3等へ電力供給を行なっており、また、図9に示すように、手動操作時においては、この押圧状態が解除されて電源からの電力供給を停止した状態となっている。
従って、手動操作軸15の突起部15cとインターロックスイッチ19の作動レバー19aが離間している手動操作時、及びアクチュエータカバー2を取り外した状態においては、電力供給は確実に停止された状態となる。
【0022】
また、アクチュエータカバー2は、ボルト等の取付部材(図示しない)を介してベース体1aに装着されており、アクチュエータカバー2を取り外す場合、前記取付部材を取り外した後、アクチュエータカバー2を引き上げると、手動操作部16の下面に形成された溝部16aにアクチュエータカバー2の挿通孔2aの上端部位が嵌り、アクチュエータカバー2の引き上げと同時に手動操作軸15が持ち上がり、手動基軸14の係止部14aと手動操作軸15の嵌合孔15bとの嵌合状態が解除され、アクチュエータカバー2、手動操作軸15、及び手動操作部16を同時に取り外すことができる構造となっている。
【0023】
従って、手動基軸14の係止部14aと手動操作軸15の嵌合孔15bが嵌合していない電動操作時において、アクチュエータカバー2を引き上げた時、手動基軸14の平面視六角形状の係止部14aと手動操作軸15の平面視十二角形状の嵌合孔15bとは嵌合することなく係止状態になるため、通電状態にある電動操作時においては、アクチュエータカバー2を取り外すことはできない。
従って、前記係止部14aと嵌合孔15bを嵌合させるためには、手動での嵌合を行なわなければならず、手動操作状態、即ち、電力供給を停止した状態でなければ、アクチュエータカバー2を取り外すことはできない構造となっている。
【0024】
前記アクチュエータカバー2を取り付ける場合は、アクチュエータカバーの挿通孔2aによって軸心を維持された手動操作軸15の嵌合孔15bと、手動基軸14の係止部14aとを嵌合させた後、ボルト等の取付部材を介してベース体1aに取り付ける。
【0025】
また、本実施例では、制御軸9の上部に樹脂製の弁開度計20を設けており、外側から該弁開度計20を視認可能な透明又は半透明の樹脂製の弁開度計カバー21を設けている。
【0026】
次に、本実施形態において採用した内接噛合遊星歯車減速機構7の一例について説明する。
図1に示すように、内接噛合遊星歯車減速機構7は、出力軸8と同軸上に配設されており、その構成は、入力歯車6が挿入固着される偏心体22と、該偏心体22を介して揺動回転可能に設けた外歯歯車23と、ベース体1aなどの固定側に固定され、前記外歯歯車23と内接噛合する内歯歯車24と、前記外歯歯車23の揺動回転から自転回転を取り出して出力軸8に伝える回転伝達機構25と、該回転伝達機構25を介して連結された出力軸8とから構成されている。
【0027】
前記偏心体22は、出力軸8に対し、ベアリング26を介して相対回転可能に配置されており、図10に示すように、偏心した偏心部22aの中心は出力軸8から偏心量eだけ偏心している。
該偏心体22の偏心部22a外周部位にはベアリング27を設けており、該ベアリング27を介して外歯歯車23が回転自在に設けられている。
該外歯歯車23は、外周にトロコイド系歯形23aを有しており、該外歯歯車23と内接噛合する内歯歯車24は、ベース体1aに固定されており、外歯歯車23と相隣接する内周に円弧歯形24aを有している。
【0028】
また、前記回転伝達機構25は、外歯歯車23に形成された複数の内ピン孔23bと、該内ピン孔23b内を遊嵌する内ピン28と、該内ピン28を一体又は別体に形成したピンフランジ29とから構成されており、該ピンフランジ29は、出力軸8に取付固定されている。
【0029】
ベース体1a上に配設された電動モータ3が駆動すると、該電動モータ3の回転軸に設けられたピニオンギヤ4が回転すると共に、該ピニオンギヤ4と噛合する中間歯車5を介して、出力軸8と同軸上に配設された入力歯車6が回転する。
該入力歯車6は、出力軸8と同軸上に配設された偏心体22に取付固定されており、入力歯車6に伝達された回転力により、偏心体22が回転する。
該偏心体22の回転により、外歯歯車23は出力軸8の周りで揺動回転をしようとするが、ベース体1a等の固定側に固定された内歯歯車24によって回転が拘束され、該外歯歯車23は前記内歯歯車24に内接噛合しながら揺動する。
【0030】
例えば、外歯歯車23の歯数をN、内歯歯車24の歯数をN+1とすると、歯数差は1となり、偏心体22の1回転毎に外歯歯車23はベース体1a等の固定側に固定された内歯歯車24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。このことは、偏心体22の1回転が外歯歯車23の−1/Nの回転に減速されたことになる。
【0031】
前記外歯歯車23の回転は、該外歯歯車23に形成された内ピン孔23b及び内ピン28の隙間によって揺動成分が吸収され、自転回転が前記内ピン28を介してピンフランジ29へ伝達され、該ピンフランジ29と連結された出力軸8へ伝達される。
従って、外歯歯車23の自転回転−1/Nの回転が出力軸8へ伝達されることになり、該出力軸8と連結された弁軸(図示しない)を回転させる。
【0032】
次に、上記の実施形態の作用を説明する。
本発明におけるバルブ用アクチュエータ1は、歯車減速機構を構成する入力歯車6と噛合したギヤ部13を有する手動基軸14と、前記アクチュエータカバー2に形成された挿通孔2aにより上下動自在に支持された手動操作軸15と、該手動操作軸15の上端部に設けた手動操作部16とからなる手動操作機構12を有し、電動操作時においては、前記手動基軸14の係止部14aと、前記手動操作軸15の嵌合孔15bとは嵌合することなく、手動操作軸15の下部に形成された円筒部15a内に収納された手動基軸14は、電動モータ3からの回転力が伝達され円筒部15a内を空回りするが、手動操作軸15、手動操作部16には回転力が伝達されないので不用意に回転することがなく、操作上、作業上の安全性を確保することができる。
【0033】
手動操作にする場合は、手動操作部16を介して手動操作軸15を引き上げるとその引き上げに連動して、押圧状態(電源オン)にあった手動操作軸15の突起部15cと、インターロックスイッチ19の作動レバー19aとが離間して押圧状態が解除され、電源からの電力供給が停止(電源オフ)されると共に、前記手動基軸14の係止部14aと、前記手動操作軸15の嵌合孔15bとが嵌合して手動操作が可能となる。
従って、電動から手動への切り換えを容易に行なうことができ、さらに、電動から手動への切り換えに連動して電源からの電力供給を確実に停止(電源オフ)することができるので、操作上、作業上の安全性をさらに確保することができる。
【0034】
前記アクチュエータカバー2の挿通孔2aの内周面に形成された溝部2cに、手動操作軸15の外周面に設けた割りリング17を嵌合させて手動操作軸15の位置保持をするようにしているので、不用意に手動基軸14の係止部14aと手動操作軸15の嵌合孔15bとの嵌合状態が外れることはない。
【0035】
アクチュエータカバー2、手動操作軸15、及び手動操作部16をそれぞれ分離することなく、同時に取り外すことができるので、作業性がよく、しかも、アクチュエータカバー2を取り外した状態においては、電源からの電力供給は確実に停止(電源オフ)された状態であるため、感電等することなく、極めて安全にメンテナンス等の作業を行なうことができる。
【0036】
図3に示すように、手動操作機構12は、出力軸8と別体に設けられているので、バルブの口径などによって出力軸径を変更する必要がある場合でも、手動操作機構12の構成部材を変更する必要がなく、さらに、本実施例のように、入力歯車6を手動操作する構造とすることにより、アクチュエータの横方向の大きさを抑えつつ、手動操作軸15をアクチュエータ上部に突出配置することができる。
【0037】
本実施例では、前記出力軸8の上部に、該出力軸8より小径である制御軸9を一体又は別体に延設して設けており、該制御軸9の径を電動モータ3からの回転力、即ち、出力トルクの大きさに関係なく、一定の径とすることにより、該制御軸9に設けられるカム部材10、弁開度計20、及び弁開度計カバー21を共通部品とすることができる。
さらに、前記カム部材10と、該弁開度検出部材11との相対位置を一定に維持することが可能となり、リミットスイッチ、ポテンショメータ等からなる弁開度検出部材11を共通部品とすることができる。
【0038】
本実施例のように、電動モータ3からの回転力を減速して出力軸8へ伝達する手段として、内接噛合遊星歯車減速機構7を出力軸8と同軸上に配設することで、ベース体1aに電気部品等を配設するための有効スペースを確保することができ、しかも、小さなスペースで大きな減速比を得ることが可能なアクチュエータとすることができる。
【0039】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明の手動操作機構付きバルブ用アクチュエータは、電動操作(自動操作)時は、手動操作軸、及び手動操作部に電動モータからの回転力が伝達されることがないので、不用意に手動操作軸、及び手動操作部が回転することがなく、かつ、電動操作時においては、アクチュエータカバーの着脱をすることができないので、誤って通電状態でメンテナンス等の作業を行なう危険性を解消することができ、操作上、作業上の安全性を確保することが可能となった。
【0040】
手動操作時は、電動操作から手動操作への切り替えに連動して、電源からの電力供給が確実に停止され、さらに、アクチュエータカバーを取り外して行なうメンテナンス時等においては、電源からの電力供給が確実に停止されているので、感電等の危険性が解消され、操作上、作業上の安全性を確保し、操作性、作業性を向上させることが可能となった。
【0041】
さらに、アクチュエータカバー、手動操作軸、及び手動操作部とをそれぞれ分離することなく、同時に取り外すことができるため、さらに、作業性を向上させることが可能となった。
【0042】
部品点数、製造工数を多く必要とすることなく、操作上、作業上の安全性を確保すると共に、操作性、作業性を向上させることができるため、コンパクト化、及びコストの削減化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における手動操作機構付きバルブ用アクチュエータの断面図である。
【図2】本発明における手動操作機構付きバルブ用アクチュエータの一部省略した平面図である。
【図3】電動操作時における本発明のバルブ用アクチュエータの断面図である。
【図4】図3におけるA−A線拡大断面図である。
【図5】手動操作時における本発明のバルブ用アクチュエータの断面図である。
【図6】図5におけるB−B線拡大断面図である。
【図7】手動操作軸の位置保持状態を示した説明図である。
【図8】電動操作時における手動操作軸の突起部とインターロックスイッチの作動レバーとの状態説明図である。
【図9】手動操作時における手動操作軸の突起部とインターロックスイッチの作動レバーとの状態説明図である。
【図10】図1におけるC−C線断面説明図である。
【符号の説明】
1 バルブ用アクチュエータ
2 アクチュエータカバー
2a 挿通孔
2b,2c 溝部
3 電動モータ
7 歯車減速機構
8 出力軸
13 ギヤ部
14 手動基軸
14a 係止部
15 手動操作軸
15a 円筒部
15b 嵌合孔
15c 突起部
16 手動操作部
19 インターロックスイッチ
19 作動レバー
Claims (2)
- ベース体にアクチュエータカバーを着脱自在に取付け、このアクチュエータカバーに形成した挿通孔に、上端に手動操作部を有する手動操作軸の軸心を挿通保持させた状態で上下動自在に設け、一方、ベース体側には、歯車減速機構の歯車群の一つと噛合するギヤ部を設け、このギヤ部に設けた手動基軸の外周に係止部を設けると供に、前記手動操作軸の下端部には嵌合孔を設け、手動操作時における手動操作軸の引き上げ操作で前記係止部に前記嵌合孔を嵌合係止して手動操作状態とし、かつ、手動操作軸の引き上げ操作で手動操作軸の外周面に設けた突起部によるインターロックスイッチへの押圧状態が解除されて電源からモータへの電力供給が停止され、この電力供給が停止状態で、かつ、嵌合係止している手動操作状態のときだけ、前記ベース体から手動操作軸を有するアクチュエータカバーを取り外し可能に設け、電動操作時には、前記アクチュエータカバーを取り外す際に、手動操作軸の嵌合孔が手動基軸の係止部に非嵌合状態で係止するようにしたことを特徴とする手動操作機構付きバルブ用アクチュエータ。
- 前記手動基軸の上端部に、平面視六角形状の係止部を形成し、前記手動操作軸の下部に形成された円筒部の下端部に、平面視十二角形状の嵌合孔を形成し、この嵌合孔を前記係止部に嵌合係止した請求項1に記載の手動操作機構付きバルブ用アクチュエータ。
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