JP6842939B2 - 操作器 - Google Patents

Description

本発明は、機器を操作するための操作器に関し、例えばロータリ式の調節弁の弁軸を操作するための操作器に関する。

バタフライ弁等のロータリ式の調節弁を操作するための電動式の操作器（アクチュエータ）は、駆動用モータから発生した回転力を歯車機構を介して出力軸に伝達することにより、出力軸に連結された弁軸を駆動する。

このような操作器は、一般に、停電等によって電源供給が断たれた場合に調節弁を閉じる緊急遮断機能を備えている。この緊急遮断機能を備えた電動式の操作器としては、上記歯車機構とは別に設けられたスプリングユニットによって出力軸を強制的に回転させて調節弁を閉じるスプリングリターンタイプの操作器が知られている。

一般に、電動式の操作器を構成する駆動用モータは、ディテントトルクを有している。そのため、操作器の電源供給が断たれた場合に、駆動用モータに連結されている歯車機構を、スプリングユニットからのトルクによって出力軸側から回転させることは容易ではない。そこで、一般的なスプリングリターンタイプの操作器は、駆動用モータと歯車機構との連結を切断するクラッチ機構を搭載している。しかしながら、クラッチ機構によって駆動用モータとの連結を切断した状態において、スプリングユニットからのトルクによって出力軸を駆動するスプリングリターン動作では、駆動用モータの回転力によって出力軸を駆動するモータ動作に比べて、出力軸の回転速度が早い。そのため、リターン動作によって出力軸の回転が停止したとき、歯車機構を構成している各歯車には、大きな衝撃（以下、「リターン衝撃」と称する。）が加わる。そこで、従来のスプリングリターンタイプの操作器では、歯車が受けるリターン衝撃を小さくするために、上述したクラッチ機構に加えて、ブレーキ機構を設けていた（特許文献１，２参照）。

特開平０８−１７８１１９号公報 特開２０１６−０２３６８４号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された操作器のように、平歯車を連ねた歯車機構や遊星歯車機構から成る動力伝達機構によって駆動用モータからの回転力を出力軸に伝達する構造を有する操作器では、スプリングリターン動作によって出力軸の回転を停止させた時に、毎回特定の歯車の歯がリターン衝撃を受ける。そのため、たとえブレーキ機構を搭載してリターン衝撃を小さくしたとしても、リターン衝撃を受ける歯車の歯が毎回同じであるため、その特定の歯の寿命によって操作器の寿命が決まってしまう。この問題は、操作器の動力伝達機構として、不思議遊星歯車機構を採用した場合も同様である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、スプリングユニットを搭載した電動式の操作器における動力伝達機構を構成する歯車の長寿命化を図ることにある。

本発明に係る操作器（１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ）は、駆動用モータ（８）による回転力を受けて回転する太陽歯車（２）と、その内周面に歯を有し、太陽歯車を囲む形態で回転可能に設けられた第１内歯車（５）と、太陽歯車と第１内歯車との間に配置され、太陽歯車と第１内歯車と噛合って太陽歯車の周囲を公転しながら自転可能に構成された複数の遊星歯車（４）と、複数の遊星歯車の回転力を受けて回転する回転機構（６，６Ａ，６Ｂ）と、回転機構に連結された出力軸（７）と、太陽歯車、第１内歯車、複数の遊星歯車、および回転機構を収容するハウジング（１０）と、第１内歯車の回転可能な状態と回転不能な状態を切り替える回転制御機構（３）とを備えることを特徴とする。

上記操作器において、回転制御機構は、電源が供給されているときに第１内歯車を回転不能な状態にし、電源が供給されていないときに第１内歯車を回転可能な状態にしてもよい。

上記操作器において、回転制御機構は、電源が供給されているときに第１内歯車をハウジングに固定して回転不能な状態にし、電源が供給されていないときに第１内歯車の固定を解除して回転可能な状態にしてもよい。

上記操作器（１００，１００Ｂ，１００Ｃ）において、回転制御機構（３）は、ハウジングに固定された筐体（３１）と、筐体内に配置され、磁性体から成る第１部材（３３）と、一端が筐体に固定され他端が第１部材に連結されたばね部材（３５）と、筐体内に第１部材と離間して対面配置されるとともに第１内歯車と連結された磁性体から成る第２部材（３４）と、第１部材および第２部材を励磁する励磁コイル（３２）とを含んでもよい。

上記操作器（１００Ａ，１００Ｄ）において、回転制御機構（３Ａ）は、ハウジング内においてハウジングの内壁と第１内歯車との間に配置された鉄心（３６）と、鉄心を励磁する励磁コイル（３２）とを含み、ハウジングおよび第１内歯車において、少なくとも鉄心と対面する部分は磁性体によって構成されていてもよい。

上記操作器において、回転機構は、第１内歯車と同軸に配置され、その内周面に遊星歯車と噛合う歯を有し、回転可能に設けられた第２内歯車（６）を含んでもよい。

上記操作器において、回転機構は、複数の遊星歯車を自転可能に支持し、複数の遊星歯車の公転の動きを出力軸に伝達するキャリア（６Ａ，６Ｂ）を含んでもよい。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

以上説明したことにより、本発明によれば、スプリングユニットを搭載した電動式の操作器における動力伝達機構を構成する歯車の長寿命化が可能となる。

図１は、実施の形態１に係る操作器の動力伝達機構を示す断面図である。 図２は、電磁クラッチの電源が遮断されたときの操作器の動力伝達機構を示す断面図である。 図３は、実施の形態２に係る操作器の動力伝達機構を示す断面図である。 図４は、実施の形態３に係る操作器の動力伝達機構を示す断面図である。 図５は、可動内歯車およびキャリアを備えた構造を有する操作器の動力伝達機構を示す断面図である。 図６は、可動内歯車およびキャリアを備えた構造を有する別の操作器の動力伝達機構を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

≪実施の形態１≫
図１は、実施の形態１に係る操作器の動力伝達機構を示す断面図である。
実施の形態１に係る操作器１００は、例えば、プラント等において流量のプロセス制御に用いられるバタフライ弁等のロータリ式の調節弁を操作する電動式の操作器（アクチュエータ）である。例えば、操作器１００は、外部に設けられたポジショナから供給された操作信号に基づいて弁軸を操作することにより、調節弁の弁開度を制御する。また、操作器１００は、電源遮断時に、スプリングユニット９からのトルクによって出力軸を駆動するスプリングリターン動作によって、調節弁を閉じる緊急遮断機能を備えている。

具体的に、操作器１００は、電源が供給されている場合には、動力伝達部１を構成する歯車の一つである第１内歯車５の回転を抑止することにより、動力伝達部１を不思議遊星歯車機構として機能させて、駆動用モータ８からの回転力を駆動対象物２００としての弁軸に伝達する。一方、電源が供給されていない場合には、第１内歯車５の回転を可能にすることにより、スプリングユニット９からの入力トルクによって上記不思議遊星歯車機構を構成する複数の歯車を一体として回転させて弁軸を操作し、調節弁を閉じる。
以下、操作器１００の具体的な構造について、詳細に説明する。

なお、本実施の形態では、操作器１００の動力伝達機構の構造を明確にするために、操作器１００を構成する一部の構成要素についての詳細な説明と図示を省略する。例えば、操作器１００は、動力伝達機構の他に、ポジショナから供給された操作信号に基づいて駆動用モータ８の回転を制御する電子回路部や電源ユニット等も備えているが、本実施の形態では、それらの詳細な説明および図示を省略する。

図１に示されるように、操作器１００は、駆動用モータ８、動力伝達部１、およびスプリングユニット９を備えている。

駆動用モータ８は、操作器１００に電源が供給されている時（通常動作時）に、駆動対象物２００としての弁軸を操作するための回転力を発生させる部品である。駆動用モータ８は、上述した電子回路部（図示せず）を介して電力が供給されることによって回転が制御される電動モータであり、例えば、ブラシレスモータである。

動力伝達部１は、駆動用モータ８による回転力を駆動対象物２００としての弁軸に伝達することにより、調節弁の開閉を操作する機能部である。

スプリングユニット９は、操作器１００を構成する駆動用モータ８を含む電子部品への電源供給が停止した場合に、弁軸を操作して調節弁を閉じる機能部である。スプリングユニット９は、例えば、ぜんまいばね等のばね部材を備えた操作器である。具体的に、スプリングユニット９は、駆動用モータ８等に電源が供給されている期間にばね部材を巻き上げることによりエネルギーを蓄えておき、駆動用モータ８等への電源供給が停止したときに、ばね部材に蓄えられたエネルギーを解放して後述する動力伝達部１の出力軸７を駆動することにより、調節弁を閉じる。

次に、動力伝達部１の具体的な構造について説明する。
図１に示されるように、動力伝達部１は、太陽歯車２、回転制御機構３、遊星歯車４、第１内歯車５、回転機構６、および出力軸７を有している。これらの部品は、ハウジング１０に収容されている。

ハウジング１０は、操作器１００の構成部品を収容するための容器であり、例えば金属材料から構成されている。具体的に、ハウジング１０は、太陽歯車２、第１内歯車５、複数の遊星歯車４、および第２内歯車６を収容する。より具体的には、図１に示されるように、ハウジング１０は、互いに対面配置された底部１１および蓋部１２を含む。底部１１は、第２内歯車６を回転可能に支持する支持面１１ａと、支持面１１ａに形成された貫通孔１１ｂとを有する。蓋部１２は、回転制御機構３を支持する支持面１２ａと、支持面１２ａに形成された貫通孔１２ｂとを有する。

太陽歯車２は、駆動用モータ８による回転力を受けて回転（自転）する部品である。図１に示されるように、太陽歯車２は、一端が駆動用モータ８の回転軸に連結された軸部２１と、軸部２１の他端に連結され、その外周面に歯を有する歯車部２２とから構成されている。太陽歯車２のうち、歯車部２２はハウジング１０内に収容され、軸部２１はハウジング１０の貫通孔１２ｂから突出している。
ここで、軸部２１と歯車部２２とは別個の部品で構成しても良いが、一体形成することにより、部品点数を削減することができる。

第１内歯車５は、太陽歯車２を囲む形態で配置され、その内周面に歯を有し、回転可能に設けられた部品である。具体的に、第１内歯車５は、太陽歯車２の軸部２１を回転可能に支持する筒状の支持部５２と、支持部５２の一端と連結され、その内周面に歯を有する歯車部５１とから構成されている。

第１内歯車５の歯車部５１は、ハウジング１０内に収容され、後述する複数の遊星歯車４と噛合って、複数の遊星歯車４の回転をガイドする。第１内歯車５の支持部５２は、ハウジング１０の貫通孔１２ｂに挿通されるとともに、筒内に太陽歯車２の軸部２１が挿通されている。ここで、支持部５２と歯車部５１とは、例えば、一体形成されている。

遊星歯車４は、太陽歯車２と第１内歯車５と噛合って太陽歯車２の周囲を公転しながら自転する歯車である。操作器１００では、遊星歯車４が、太陽歯車２と第１内歯車５との間に複数（例えば、３つ）配置される。図１では、一例として、太陽歯車２と第１内歯車５との間に配置された３つの遊星歯車のうち２つの遊星歯車４が図示されている。

回転機構６は、複数の遊星歯車４の回転力を受けて回転する部品である。回転機構６は、第１内歯車５と同軸に配置され、その内周面に遊星歯車４と噛合う歯を有し、回転可能に設けられた第２内歯車である。第２内歯車は、複数の遊星歯車４の自転および公転の動きを出力軸７に伝達する可動内歯車として機能する。以下、回転機構６を「第２内歯車６」とも称する。具体的に、第２内歯車６は、太陽歯車２および複数の遊星歯車４を回転可能に支持する支持部６１と、複数の遊星歯車４と噛合う歯車部６２とを含む。支持部６１は、ハウジング１０の底部１１の支持面１１ａに、回転可能に載置されている。

出力軸７は、第２内歯車６の回転力に応じて、駆動対象物２００としての調節弁の弁軸を回転させるための部品である。具体的に、出力軸７は、一端が第２内歯車６に連結され、他端が駆動対象物２００としての弁軸に連結されている。例えば、出力軸７は、図１に示されるように、第２内歯車６と同一の回転軸を有する。出力軸７は、第２内歯車６と一体に形成され、ハウジング１０の底部１１の貫通孔１１ｂから突出している。

ここで、上述した、太陽歯車２、遊星歯車４、第１内歯車５、第２内歯車６、および出力軸７は、樹脂材料（例えば、ポリアセタール樹脂）によって構成されている。

回転制御機構３は、第１内歯車５の回転可能な状態と回転不能な状態を切り替える機能部である。回転制御機構３は、電源が供給されているときに第１内歯車５を回転不能な状態にし、電源が供給されていないときに第１内歯車５を回転可能な状態にする。具体的に、回転制御機構３は、電源が供給されているときに第１内歯車５をハウジング１０に固定して回転不能な状態にし、電源が供給されていないときに第１内歯車５の固定を解除して回転可能な状態にする。回転制御機構３は、例えば、電磁クラッチによって構成されている。本実施の形態では、一例として、回転制御機構３が電磁クラッチであるとし、回転制御機構３を「電磁クラッチ３」とも称する。以下、電磁クラッチ３の具体的な構造について説明する。

電磁クラッチ３は、筐体３１、励磁コイル３２、第１部材３３、第２部材３４、およびばね部材３５を含む。
筐体３１は、励磁コイル３２、第１部材３３、第２部材３４、およびばね部材３５を収容するための容器であり、例えば金属材料から構成されている。筐体３１は、太陽歯車２の軸部２１が挿通された貫通孔を有し、ハウジング１０の蓋部１２に固定されている。

第１部材３３は、筐体３１内に配置されている。第１部材３３は、磁性体から構成され、太陽歯車２の軸部２１が挿通された貫通孔を有している。第１部材３３は、励磁コイル３２によって励磁されることにより、電磁石として機能する。

ばね部材３５は、第１部材３３を筐体３１に固定する部品である。具体的に、ばね部材３５は、一端が筐体３１に固定され、他端が第１部材３３に連結されている。

第２部材３４は、筐体３１内に、第１部材３３と離間して対面配置されている。第２部材３４は、太陽歯車２の軸部２１が挿通された貫通孔を有し、第１内歯車５の筒状の支持部５２の他端と連結されている。第２部材３４は、第１部材３３と同様に、磁性体から構成され、励磁コイル３２によって励磁されることにより、電磁石として機能する。

励磁コイル３２は、巻き線に流れる電流に応じて、磁性体から成る第１部材３３および第２部材３４を励磁する部品である。図１に示されるように、励磁コイル３２は、第１部材３３および第２部材３４を囲むように配置されている。

次に、操作器１００の動作原理について説明する。
先ず、操作器１００に電源が供給されている場合について説明する。
この場合、駆動用モータ８のみならず、電磁クラッチ３にも電力が供給される。すなわち、電磁クラッチ３を構成する励磁コイル３２に電流が流れることにより、第１部材３３および第２部材３４が励磁される。これにより、図１に示すように、ばね部材３５が伸びて、第１部材３３が筐体３１の下面側に移動し、第１部材３３と第２部材３４とが磁力によって連結する。

第２部材３４に連結された第１内歯車５は、第２部材３４、第１部材３３、ばね部材３５、および筐体３１を介してハウジング１０に固定され、回転不能な状態となる。すなわち、第１内歯車５は固定内歯車として機能する。これにより、太陽歯車２、複数の遊星歯車４、第１内歯車５（固定内歯車）、および第２内歯車（可動内歯車）によって、一つの不思議遊星歯車機構（減速機）が実現される。

第１内歯車５がハウジング１０に固定された状態において、駆動用モータ８の回転軸が回転すると、その回転力が太陽歯車２に伝達され、太陽歯車２が回転する。太陽歯車２の回転力により、太陽歯車２と噛合う複数の遊星歯車４が自転しながら固定内歯車としての第１内歯車５の歯車部５１の内周に沿って回転（公転）する。複数の遊星歯車４の回転力により、複数の遊星歯車４と噛み合っている可動内歯車としての第２内歯車６が回転する。これにより、第２内歯車６と一体形成された出力軸７が回転する。この出力軸７に弁軸を連結することにより、駆動用モータ８の回転力を大きく減速させた回転力によって弁軸を回転させて、調節弁の弁開度を制御することが可能となる。

次に、操作器１００への電源供給が断たれた場合について説明する。
図２は、電磁クラッチの電源が遮断されたときの操作器の動力伝達機構を示す断面図である。
この場合、駆動用モータ８のみならず、電磁クラッチ３の電力供給も停止されるため、電磁クラッチ３を構成する励磁コイル３２には電流が流れない。これにより、図２に示すように、ばね部材３５が縮んで、第１部材３３が筐体３１の上面側に移動し、第１部材３３と第２部材３４との連結が解除される。その結果、第１内歯車５のハウジング１０に対する固定が解除され、ハウジング１０内において回転可能な状態（クラッチ解除状態）となる。すなわち、太陽歯車２、複数の遊星歯車４、第１内歯車５、および第２内歯車６によって構成されていた不思議遊星歯車機構のセルフロック機能が解除され、スプリングユニット９による出力軸７（弁軸）の操作が可能となる。

具体的には、第１内歯車５が回転可能な状態において、スプリングユニット９のばね部材に蓄えられていたエネルギーが解放され、出力軸７に対してスプリングユニット９からトルクが入力された場合、出力軸７を介して第２内歯車６にトルクが加わる。これにより、第２内歯車６から複数の遊星歯車４を介して第１内歯車５および太陽歯車２に回転力が加わる。このとき、太陽歯車２は、それに連結されている駆動用モータ８のディテントトルクにより、回転が抑止される。一方、第２内歯車６、複数の遊星歯車４、および第１内歯車５は、一体となってハウジング１０内を回転する。このとき、遊星歯車４は自転せず、太陽歯車２の周りを公転する。

このように、スプリングユニット９からの入力トルクによって、第２内歯車６、複数の遊星歯車４、および第１内歯車５が一体となって太陽歯車２の周りを回転することにより、出力軸７が回転し、調節弁を閉じることができる。

実施の形態１に係る操作器１００においてスプリングリターン動作によって調節弁が閉じたとき、従来の操作器の歯車機構と同様に、第２内歯車６、複数の遊星歯車４、および第１内歯車５はリターン衝撃を受ける。しかしながら、操作器１００では、スプリングリターン動作時に、第２内歯車６、複数の遊星歯車４、および第１内歯車５が電源遮断時の噛み合わせの状態のまま一体となって太陽歯車２の周りを公転する。そのため、リターン衝撃を受ける各歯車の歯の組み合わせは、電源遮断時の噛み合わせに依存する。電源遮断時の各歯車の組み合わせは、毎回同じである可能性は低い。したがって、操作器１００によれば、従来の操作器の歯車機構のように毎回特定の歯がリターン衝撃を受けるのではなく、リターン衝撃を受ける歯を毎回異ならせることが可能となる。

以上、実施の形態１に係る操作器１００は、従来のスプリングリターンタイプの操作器のように駆動用モータと歯車機構との連結を切断する構造ではなく、回転制御機構としての電磁クラッチ３によって、不思議遊星歯車機構の固定内歯車として機能する第１内歯車５の回転不能な状態と回転可能な状態とを切り替える構造を有している。これによれば、上述したように、電源遮断時のスプリングリターン動作において、第２内歯車６、複数の遊星歯車４、および第１内歯車５が電源遮断時の噛み合わせの状態のまま一体となって太陽歯車２の周りを公転するので、リターン衝撃を受ける各歯車の歯の組み合わせを毎回異ならせることが可能となる。これにより、スプリングリターン動作時に毎回特定の歯がリターン衝撃を受ける従来のスプリングユニットを搭載した電動式の操作器に比べて、歯車機構を構成する歯車の長寿命化を図ることが可能となる。

また、一般に、不思議遊星歯車機構は、出力側からの入力トルクによる回転が阻止させるセルフロック機能を有しているため、スプリングリターンタイプの操作器の動力伝達機構として適用することは容易ではなかった。しかしながら、本実施の形態に係る動力伝達部１によれば、電磁クラッチ３によって、不思議遊星歯車機構の固定内歯車として機能する第１内歯車５を回転不能な状態から回転可能な状態に切り替えるので、スプリングリターン動作時に不思議遊星歯車機構のセルフロック機能を解除することができる。これにより、動力伝達部１をスプリングリターンタイプの操作器の動力伝達機構として適用することが可能となるので、従来よりも、小型且つ安価なスプリングリターンタイプの操作器を実現ことが可能となる。

また、本実施の形態に係る操作器１００によれば、駆動用モータ８、電磁クラッチ３、動力伝達部１、およびスプリングユニット９を弁軸と同軸上に配置することができるので、水平方向（弁軸と垂直な方向）へのスペースの広がりを抑えることができ、より省スペースな操作器を実現することが可能となる。

また、従来の歯車機構を有するスプリングリターンタイプの操作器では、歯車機構の減速比が大きくなるほど各歯車のフリートルクが無視できなくなるため、スプリングリターン動作時の歯車機構全体のフリートルクを考慮してスプリングユニット等を設計する必要がある。これに対し、本実施の形態に係る操作器１００によれば、スプリングリターン動作時に、歯車機構を構成する複数の歯車が一体となって回転するので、歯車機構全体のフリートルクを無視することができ、スプリングユニット等の設計が容易となる。

≪実施の形態２≫
図３は、実施の形態２に係る操作器の動力伝達機構を示す断面図である。
実施の形態２に係る操作器１００Ａは、電磁クラッチ３の代わりに、励磁コイル３２と鉄心３６から成る回転制御機構３Ａを備える点において、実施の形態１に係る操作器１００と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る操作器１００と同様である。

操作器１００Ａにおいて、回転制御機構３Ａを構成する励磁コイル３２および鉄心３６は、ハウジング１０内に配置される。鉄心３６は、例えば筒状に形成されている。具体的に、鉄心３６は、ハウジング１０の内壁と第１内歯車５Ａとの隙間に、太陽歯車２の軸部２１を囲んで配置されている。ここで、鉄心３６は、ハウジング１０の内壁と第１内歯車５Ａとに夫々接触しているが、接着はされていない。

励磁コイル３２は、鉄心３６を囲んで配置されるとともに、ハウジング１０の内壁に固定されている。励磁コイル３２は、その巻き線に流れる電流に応じた磁界を発生させることにより、鉄心３６を励磁する。

実施の形態２に係る操作器１００Ａにおいて、ハウジング１０および第１内歯車５Ａは、磁性体によって構成されている。なお、ハウジング１０および第１内歯車５Ａは、全体が磁性体によって構成されている必要はなく、少なくとも鉄心３６と対面する部分が磁性体によって構成されていればよい。

実施の形態２に係る操作器１００Ａにおいて、電源が供給されている場合には、励磁コイル３２の巻き線に電流が流れ、鉄心３６が励磁される。これにより、第１内歯車５Ａ、鉄心３６、およびハウジング１０が磁力によって連結され、第１内歯車５Ａがハウジング１０に固定されて回転不能な状態になる。これにより、動力伝達部１Ａは、不思議遊星歯車機構を構成し、実施の形態１に係る動力伝達部１と同様の動作原理により、駆動用モータ８からの回転力を出力軸７に減速して伝達する。

一方、操作器１００Ａへの電源供給が断たれた場合には、第１内歯車５Ａの鉄心３６を介したハウジング１０との連結が解除される。これにより、第１内歯車５Ａが回転可能な状態となり、動力伝達部１Ａの不思議遊星歯車機構としてのセルフロック機能が解除される。この状態において、スプリングユニット９から出力軸７にトルクが入力されると、実施の形態１に係る操作器１００と同様の原理より、第２内歯車６、複数の遊星歯車４、第１内歯車５Ａおよび出力軸７が一体となって回転し、調節弁を閉じることができる。

以上、実施の形態２に係る操作器１００Ａによれば、実施の形態１に係る操作器１００と同様に、動力伝達機構を構成する歯車の長寿命化を図ることが可能となる。

また、実施の形態２に係る操作器１００Ａによれば、電磁クラッチに比べて少ない部品点数で回転制御機構を実現することができるので、操作器の製造コストを更に抑えることが可能となる。

また、実施の形態２に係る操作器１００Ａによれば、励磁コイル３２および鉄心３６がハウジング１０内に収容されているので、更に省スペースな操作器を実現することが可能となる。

≪実施の形態３≫
図４は、実施の形態３に係る操作器の動力伝達機構を示す断面図である。
実施の形態３に係る操作器１００Ｂは、動力伝達部１Ｂが遊星歯車機構を構成する点において、実施の形態１に係る操作器１００と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る操作器１００と同様である。

具体的には、操作器１００Ｂの動力伝達部１Ｂは、回転機構としての第２内歯車６の代わりに、複数の遊星歯車４を自転可能に支持し、複数の遊星歯車４の公転の動きを出力軸７に伝達するキャリア６Ａ，６Ｂを有している。

キャリア６Ａとキャリア６Ｂとは、複数の遊星歯車４を介して第１内歯車５と平行に対面配置されている。具体的に、キャリア６Ａとキャリア６Ｂは、遊星歯車４を回転可能に、遊星歯車４の回転軸と平行な方向から挟んで保持している。より具体的には、キャリア６Ａは、太陽歯車２の軸部２１が挿通された貫通孔を有するプレート６１Ａと、一端がプレート６１Ａに連結され、対応する遊星歯車４の回転軸に沿って形成された貫通孔４ｃに挿通された複数の柱部６２Ａとを含む。また、キャリア６Ｂは、出力軸７が連結されたプレート６１Ｂと、プレート６１Ｂの出力軸７と反対側の面に形成された非貫通孔６３Ｂとを含む。プレート６１Ｂは、それと一体形成された出力軸７がハウジング１０の底部１１の貫通孔１１ｂから突出した状態で、ハウジング１０の底面１１ａに回転可能に載置されている。また、キャリア６Ｂの非貫通孔６３Ｂには、キャリア６Ａの各柱部６２Ａの他端が挿入されている。これにより、各遊星歯車４がキャリア６Ａとキャリア６Ｂとによって回転可能に保持されるともに、各遊星歯車４の公転に応じてキャリア６Ａおよびキャリア６Ｂが回転する。

実施の形態３に係る操作器１００Ｂにおいて、操作器１００Ｂに電源が供給されている場合には、実施の形態１に係る操作器１００と同様の原理により、電磁クラッチ３により、第１内歯車５がハウジング１０に固定されて回転不能な状態となる。この状態において、駆動用モータ８の回転力が太陽歯車２に加わると、太陽歯車２の周りに配置された複数の遊星歯車４が、固定された第１内歯車５の内周面に沿って太陽歯車２の周りを公転する。キャリア６Ａ，６Ｂは、この遊星歯車４の回転力を受けて回転する。これにより、キャリア６Ｂに連結された出力軸７が回転し、弁軸を操作することができる。

一方、操作器１００Ｂへの電源供給が遮断された場合には、図５に示すように、実施の形態１に係る操作器１００と同様の原理により、第１内歯車５が回転可能な状態となる。この状態において、スプリングユニット９から出力軸７にトルクが入力された場合、キャリア６Ａ，６Ｂ、複数の遊星歯車４、および第１内歯車５が一体となって回転することにより、出力軸７が回転し、調節弁が閉じる。

以上、実施の形態３に係る操作器１００Ｂによれば、駆動用モータの動力を弁軸に伝達する動力伝達部として遊星歯車機構を採用した場合であっても、実施の形態１に係る操作器１００と同様に、スプリングリターン動作時にリターン衝撃を受ける各歯車の歯の組み合わせを毎回異ならせることが可能となるので、その遊星歯車機構を構成する歯車の長寿命化を図ることが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、実施の形態１，２に係る操作器において、回転制御機構３として電磁クラッチ３や鉄心３６および励磁コイル３２を例示したが、これらに限定されるものではなく、電源供給の有無に応じて、第１内歯車５の回転可能な状態と回転不能な状態を切り替えることが可能な構造を有する機構であれば、同様に適用することができる。

また、実施の形態１，２に係る操作器において、回転機構として、第２内歯車（可動内歯車）６およびキャリアを用いてもよい。具体的には、図５に示す操作器１００Ｃの動力伝達部１Ｃ、および図６に示す操作器１００Ｄの動力伝達部１Ｄのように、実施の形態３に示したキャリア６Ａと第２内歯車６とを組み合わせたものを回転機構として用いてもよい。これによれば、実施の形態１，２に係る操作器１００，１００Ａと同様に、スプリングリターン動作時にリターン衝撃を受ける各歯車の歯の組み合わせを毎回異ならせることが可能となるので、遊星歯車機構を構成する歯車の長寿命化を図ることが可能となる。

また、上記実施の形態では、回転制御機構として、電気的に動作するクラッチ機構（電磁クラッチ３や、鉄心３６および励磁コイル３２等）を用いる場合を例示したが、これに限られず、第１内歯車５の回転可能状態と回転不能状態とを手動で切り替える手動クラッチ機構を用いてもよい。

これによれば、動力伝達部１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄをノンスプリングリターンタイプの操作器にも搭載することができ、ノンスプリングリターンタイプの操作器の動力伝達機構を構成する歯車の長寿命化を図ることが可能となる。例えば、ノンスプリングリターンタイプの操作器において、手動クラッチ機構によって、不思議遊星歯車機構（または遊星歯車機構）を構成する歯車群一体に回転させることにより、内歯車と遊星歯車との噛み合い位置を定期的に変える。これによれば、例えば調節弁の全閉時に大きな負荷が加わる歯の組み合わせを定期的に変えることができるので、歯車の長寿命化を図ることが可能となる。

また、上記実施の形態では、操作器１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを、調節弁の弁軸を操作する操作器として適用する場合を例示したが、これに限られない。例えば、操作器１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを、ダンパのダンパシャフトを操作する操作器としても適用することもできる。

また、上記実施の形態では、太陽歯車２、遊星歯車４、第１内歯車５、第２内歯車６、および出力軸７の各部品が樹脂材料から構成される場合を例示したが、これに限定されるものではなく、別の材料によって構成されていてもよい。例えば、上述の各部品は、金属材料（例えば、鉄鋼材料）によって構成されていてもよい。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ…操作器、１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…動力伝達部、２…太陽歯車、３…電磁クラッチ（回転制御機構）、３Ａ…回転制御機構、４…遊星歯車、４ｃ…貫通孔、５，５Ａ…第１内歯車、６…第２内歯車（回転機構）、６Ａ，６Ｂ…キャリア（回転機構）、７…出力軸、８…駆動用モータ、９…スプリングユニット、２００…駆動対象物、１０…ハウジング、１１…底部、１１ａ，１２ａ…支持面、１１ｂ，１２ｂ…貫通孔、１２…蓋部、２１…軸部、２２…歯車部、３１…筐体、３２…励磁コイル、３３…第１部材、３４…第２部材、３５…ばね部材、３６…鉄心、５１…歯車部、５２…支持部、６１…支持部、６２…歯車部、６１Ａ，６１Ｂ…プレート、６２Ａ…柱部、６３Ｂ…非貫通孔。

Claims (7)

1. 駆動用モータによる回転力を受けて回転する太陽歯車と、
   その内周面に歯を有し、前記太陽歯車を囲む形態で回転可能に設けられた第１内歯車と、
   前記太陽歯車と前記第１内歯車との間に配置され、前記太陽歯車と前記第１内歯車と噛合って前記太陽歯車の周囲を公転しながら自転可能に構成された複数の遊星歯車と、
   前記第１内歯車と同軸に配置され、その内周面に前記複数の遊星歯車と噛合う歯を有し、回転可能に設けられた第２内歯車を含み、前記複数の遊星歯車の回転力を受けて回転する回転機構と、
   前記回転機構に連結された出力軸と、
   前記太陽歯車、前記第１内歯車、前記複数の遊星歯車、および前記回転機構を収容するハウジングと、
   前記駆動用モータへの電源供給が停止した場合に前記出力軸を駆動するスプリングユニットと、
   前記第１内歯車の回転可能な状態と回転不能な状態を切り替える回転制御機構とを備え、
   前記スプリングユニットからのトルクによって前記出力軸を駆動するスプリングリターン動作に、前記第２内歯車、前記複数の遊星歯車、および前記第１内歯車が、前記駆動用モータへの電源供給が停止した時の噛み合わせの状態のまま一体となって前記太陽歯車の周りを公転する
   操作器。
2. 請求項１に記載の操作器において、
   前記回転制御機構は、電源が供給されているときに前記第１内歯車を回転不能な状態にし、前記電源が供給されていないときに前記第１内歯車を回転可能な状態にする
   ことを特徴とする操作器。
3. 請求項２に記載の操作器において、
   前記回転制御機構は、電源が供給されているときに前記第１内歯車を前記ハウジングに固定して回転不能な状態にし、前記電源が供給されていないときに前記第１内歯車の固定を解除して回転可能な状態にする
   ことを特徴とする操作器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の操作器において、
   前記回転制御機構は、
   前記ハウジングに固定された筐体と、
   前記筐体内に配置され、磁性体から成る第１部材と、
   一端が前記筐体内に固定され、他端が前記第１部材に連結されたばね部材と、
   前記筐体内に前記第１部材と離間して対面配置されるとともに、前記第１内歯車と連結された磁性体から成る第２部材と、
   前記第１部材および前記第２部材を励磁する励磁コイルと、を含む
   ことを特徴とする操作器。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の操作器において、
   前記回転制御機構は、
   前記ハウジング内において、前記ハウジングの内壁と前記第１内歯車との間に配置された鉄心と、
   前記鉄心を励磁する励磁コイルとを含み、
   前記ハウジングおよび前記第１内歯車において、少なくとも前記鉄心と対面する部分は磁性体によって構成されている
   ことを特徴とする操作器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の操作器において、
   前記回転機構は、
   前記複数の遊星歯車を自転可能に支持し、前記複数の遊星歯車の公転の動きを前記出力軸に伝達するキャリアを含む
   ことを特徴とする操作器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載された操作器において、
   一端が前記出力軸に連結され、他端がロータリ式の調節弁に連結された弁軸をさらに有することを特徴とする操作器。

Images