流路開閉用の負荷体駆動装置
【課題】 本発明は，ゲート等の負荷体を往復移動させて流路を開閉する負荷体駆動装置を提供し，コンパクトで，安全性，信頼性に富んだ構造に構成されている。
【解決手段】 この負荷体駆動装置は，ピンラック１０に設けた負荷体２０を往復移動させるモータ１，回転を負荷体２０の往復移動に変換伝達する動力伝達装置１４を有する。動力伝達装置１４は，モータ１で回転する伝動軸４２に設けた無励磁作動保持ブレーキ３，ウォームギヤ３５を介して手動ハンドル７が連結され且つ伝動軸４２に連結した一次減速機５，一次減速機５に連結した二次減速機６に設けたピニオン軸１１，及びピニオン軸１１のピニオン９に噛み合うラックピン１６を備えたピンラック１０から成る。
【解決手段】 この負荷体駆動装置は，ピンラック１０に設けた負荷体２０を往復移動させるモータ１，回転を負荷体２０の往復移動に変換伝達する動力伝達装置１４を有する。動力伝達装置１４は，モータ１で回転する伝動軸４２に設けた無励磁作動保持ブレーキ３，ウォームギヤ３５を介して手動ハンドル７が連結され且つ伝動軸４２に連結した一次減速機５，一次減速機５に連結した二次減速機６に設けたピニオン軸１１，及びピニオン軸１１のピニオン９に噛み合うラックピン１６を備えたピンラック１０から成る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，水門，扉体，ゲート，バルブ等の負荷体を往復移動させて，水路，浄水場等の流路を開閉する流路開閉用の負荷体駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，バルブアクチュエータは，例えば，図１６に示すように，水路，浄水場等の流路に建造された土台等のベース２６にスタンド１５を設置し，スタンド１５で支持されたピンラック１０に流路を開閉するゲート，水門，扉体，バルブ等の負荷体２０を取り付け，ピンラック１０に長手方向に沿って設けたラックピン１６に噛み合うピニオンでなるピニオン９をモータや手動ハンドルで回転駆動し，負荷体２０を流路に対して上下方向に往復移動させて流路を開閉するものである。上記バルブアクチュエータは，図１５に示すように，ピンラック１０，ピンラック１０のラックピン１６に噛み合うピニオン９，ピニオン９を設けたピニオン軸１１に動力を伝達するギヤ１７，１８，ギヤ１８へ動力伝達する歯車伝動装置等の伝動装置１９，伝動装置１９へ駆動力を伝達する出力軸２１，ブレーキ付きインダクションモータ２３のモータ出力軸２２から出力軸２１への駆動力を伝動する歯車伝動装置２７，２８，歯車伝動装置２７，２８に組み込まれたセルフロック装置２４，歯車伝動装置２７，２８に組み込まれた駆動力を断接するクラッチを構成する無励磁作動クラッチ２９，無励磁作動クラッチ２９のクラッチを断節する自重降下レバー２，及び出力軸２１に駆動力を供給するブレーキ付インダクションモータ２３又は手動ハンドル７を有している。また，上記バルブアクチュエータには，伝動装置１９に調速機２５が組み込まれている。
【０００３】
従来，左右に戸当たりを立設し，戸当たりの内側面に形成した案内溝に沿って昇降する扉体を設けた制水扉装置が知られている。該制水扉装置は，戸当たりの案内溝に上下方向に雄ねじ部を立設し，雄ねじ部の上部に接続して雄ねじ部を回転させるサーボモータを設けている。戸当たり内に位置する扉体の側部に雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を形成し，雄ねじ部と雌ねじ部との螺合によって扉体を昇降させるものである（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，主管路を流れる流体の流量調整を自動化し，これを短時間で行うことのできる流量調整バルブは知られている。該流量調整バルブは，流体を通過させる主管路に連通可能な穴を形成したバルブボディと，該バルブボディの穴の開度を調整可能な開度調節部材と，該開度調節部材を作動させるＡＣサーボモータとを備えている（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，ボール弁の駆動制御装置としてサーボモータを用いたものが知られている。該ボール弁の駆動制御装置は，サーボモータ，モータドライバ，位置検出手段，設定手段及び制御手段を有しており，サーボモータは，流体通路の開度を制御するボール弁に連結され，正逆の双方向に回転する出力軸を有し，モータドライバはサーボモータを駆動し，位置検出手段はサーボモータの出力軸の回転角度を検出し，設定手段はボール弁の目標とする開度や回転方向に関する設定データを出力し，制御手段は，設定手段からの設定データ及び位置検出手段からの現在角度データに基づいてサーボモータの出力軸の目標回転方向が設定回転方向と逆で有ると判断したとき，出力軸を逆回転方向に目標開度に対応する角度を越えて回転させた後，設定回転方向に余分に回転させた角度について出力軸を回転させるようにモータドライブを制御する （例えば，特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−１２８０２７号公報
【特許文献２】特開２０００−１４６００２号公報
【特許文献３】特開平４−７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで，従来のバルブアクチュエータは，図１５に示すように，モータ２３や手動ハンドル７からの駆動力をピンラック１０に伝達する歯車伝動装置１９，２７，２８の駆動系を備えており，また，セルフロック装置２４，調速機２５等を必要とし，装置そのものが複雑化し，大型化する構造に構成されているので，装置そのものをコンパクトに軽量な構造に構成することができなかった。
【０００７】
この発明の目的は，例えば，水門，扉体，バルブ，ゲート等の負荷体を操作するピンラックを往復移動可能に駆動する流路開閉用の負荷体駆動装置において，従来使用されている無励磁作動クラッチを負荷体を所定の位置に保持することができる無励磁作動保持ブレーキに変更すると共に，従来使用されているブレーキ付きインダクションモータをＡＣサーボモータ等のサーボモータに変更し，特に，モータ駆動軸と最終段の出力軸とを差動歯車減速機等のコンパクトで軽量化できる減速機を介して実質的に同一の軸心上に配設して極めてコンパクトに構成した流路開閉用の負荷体駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は，流路を開閉するゲート，水門，バルブ等の負荷体，前記負荷体を往復移動させて前記流路を開閉するため回転駆動されるモータと手動で回転される手動ハンドル，及び前記モータ又は前記手動ハンドルの回転を前記負荷体の往復移動に変換伝達する動力伝達装置を有し，
前記動力伝達装置は，前記モータのモータ出力軸，前記モータ出力軸に無励磁作動保持ブレーキを介して連結された伝動軸，前記伝動軸に第１入力軸が連結された一次減速機，前記一次減速機の第１出力軸に第２入力軸が連結された二次減速機，前記手動ハンドルを前記一次減速機のケースを介して前記第１出力軸に連結するウォームギヤ，前記二次減速機の第２出力軸と一体に構成された第３出力軸，及び前記第３出力軸からの出力によって駆動され且つ前記負荷体が取り付けられた負荷体支持手段から構成されていることから成る流路開閉用の負荷体駆動装置に関する。
【０００９】
この負荷体駆動装置において，前記第３出力軸は第１ピニオンを備えた第１ピニオン軸であり，前記負荷体支持手段は前記第１ピニオンに噛み合うラックピンを備えたピンラックである。又は，前記第３出力軸は第２ピニオンを備えた第２ピニオン軸であり，前記負荷体支持手段は前記第２ピニオンに噛み合うラックを備えたギヤラックである。或いは，前記第３出力軸はロープ巻取り用ドラムを備えたドラム軸であり，前記負荷体支持手段は前記ドラムに巻き上げられるワイヤロープである。ロープ巻取り用ドラムは，スタンド１５のハウジング内のドラム軸５９に取り付けたり，或いはスタンド１５の外側に延び出したドラム軸５９に取り付けることができる。
【００１０】
また，この負荷体駆動装置では，前記モータは，前記負荷体の位置を調整可能に作動するサーボモータで構成されている。
【００１１】
また，前記無励磁作動保持ブレーキは，前記動力伝達装置を通じて前記負荷体を所定の位置に保持し，非常時にはブレーキ解放機構を構成する自重降下レバーの作動によって前記負荷体を自重降下させると共にサーボモータによりダイナミックブレーキで前記負荷体の降下を制御し，前記流路を前記負荷体で閉鎖するものである。
【００１２】
この負荷体駆動装置は，最終減速段の前記二次減速機の前記第２出力軸，又は前記一次減速機の前記第１出力軸には，前記負荷体の位置を検出する位置検出器が設けられている。
【００１３】
また，この負荷体駆動装置では，前記無励磁作動保持ブレーキは，前記伝動軸に平行して一対設けられている。この負荷体駆動装置では，例えば，前記無励磁作動保持ブレーキは，例えば，一方の前記無励磁作動保持ブレーキのブレーキ機能を働かせ，所定の時間経過後に前記モータの回転速度が所定の範囲以下に低下すれば前記モータの停止後に他方の前記無励磁作動保持ブレーキのブレーキ機能を働かせ，また，前記モータの回転速度が所定の範囲以下に低下しない場合には直ちに他方の前記無励磁作動保持ブレーキのブレーキ機能を働かせるように作動することができる。
【００１４】
また，この負荷体駆動装置では，前記第３出力軸は，前記一次減速機及び前記二次減速機を介して前記モータの前記モータ出力軸に対して実質的に同一軸心上に配設されている。
【００１５】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置において，前記一次減速機と前記二次減速機は，差動歯車減速機でそれぞれ構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
この流路開閉用の負荷体駆動装置は，上記のように，モータ又は手動ハンドルからの駆動力を，例えば，コンパクトな構造の差動歯車減速機等の一対の減速機を介して負荷体を支持した負荷体支持手段に伝達したので，負荷体支持手段を作動する最終出力軸である第３出力軸をモータ出力軸に対して実質的に同一軸心上に配設でき，装置全体をコンパクトに軽量に構成することができ，また，無励磁作動保持ブレーキを組み込むことによって負荷体を所望の位置に保持できると共に，サーボモータを使用したことによって負荷体の往復移動速度を適正に調節することができる。また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，最終減速段となる第２出力軸，又は一次減速機の第１出力軸に位置検出器を設けることによって常に負荷体の位置を確認でき，モータによる駆動のときは勿論のこと，手動ハンドルによる駆動のときにも駆動系全体を速度制御のみで作動することができ，更に，無励磁作動保持ブレーキを駆動系に一対平行して設けているので安全性，信頼性を向上させることができる。更に，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，無励磁作動保持ブレーキを組み込んでいるので，従来のようなセルフロック装置や無励磁作動クラッチを不要とし，サーボモータを使用することによって従来組み込んでいた調速機やトルクリミット装置を不要にし，その伝動系を不要にしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下，図面を参照して，この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置の実施例を説明する。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，流路を開閉するバルブを駆動するバルブアクチュエータに適用されて好ましいものである。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，例えば，図１に示すような基本原理に基づいて構成されている。
【００１８】
まず，図１〜図６を参照して，この流路開閉用の負荷体駆動装置の第１実施例を説明する。第１実施例については，動力伝達装置１４の最終出力軸となる第３出力軸はピニオン９（第１ピニオン）を備えたピニオン軸１１（第１ピニオン軸）であり，また，負荷体支持手段はピニオン９に噛み合うラックピン１６を備えたピンラック１０で構成したものである。この負荷体駆動装置は，例えば，図１及び図１６に示すように，水路，浄水場等の流路を開閉するため配設されたゲート，水門，扉体，バルブ等の負荷体２０を取り付け且つベース２６に設置されたスタンド１５に上下移動可能に支持された負荷体支持手段のピンラック１０，ピンラック１０に設けられたラックピン１６に螺合するピニオンであるピニオン９を備えた最終出力軸のピニオン軸１１，ピニオン９を回転駆動してピンラック１０を上下移動させるため駆動されるモータ１又は手動ハンドル７，及びモータ１又は手動ハンドル７の駆動力をピンラック１０に伝達する動力伝達装置１４を有する。ピンラック１０は，スタンド１５に取り付けられたローラピン１３に回転自在なローラ１２にガイドされたスムーズに上下移動できるように構成されている。モータ１は，ＡＣサーボモータ等のサーボモータで構成されている。動力伝達装置１４は，ピンラック１０を上下移動させるため，モータ１のモータ出力軸２２からの駆動力を一対の減速機５（一次減速機）と減速機６（二次減速機）を介して最終減速段の出力軸と一体のピニオン軸１１に伝達する。シーケンサ３０は，モータ１の駆動を制御し，負荷体２０の保持位置表示，トルク表示，動作範囲表示等の情報を表示することができる。
【００１９】
この負荷体駆動装置は，流路を開閉するゲート，水門，バルブ等の負荷体２０，負荷体２０を往復移動させて流路を開閉するため回転駆動されるモータ１と手動で作動される手動ハンドル７，及びモータ１又は手動ハンドル７の回転駆動を負荷体２０の往復移動に変換して伝達する動力伝達装置１４を有している。この負荷体駆動装置は，特に，動力伝達装置１４において，負荷体２０とモータ１との間に差動歯車機構を利用した差動歯車減速機，例えば，サイクロ減速機（登録商標），ハーモニックドライブ（登録商標）等から構成された減速機５，６を直列に二段に配設し，減速機５にはケース３９にウォームギヤ３５を介して手動ハンドル７を組み込み，装置全体をコンパクトに軽量に構成したことを特徴としている。また，この負荷体駆動装置では，ピニオン軸１１は，一次減速機５及び二次減速機６を介してモータ１のモータ出力軸２２に対して実質的に同一軸心上に配設されており，装置全体がコンパクトに簡素化された構造に構成されている。一次減速機５は，ケース３９，及びケース３９に組み込み支持された入力軸３１と出力軸３２から構成されている。
【００２０】
この流路開閉用の負荷体駆動装置において，動力伝達装置１４は，モータ１のモータ出力軸２２，モータ出力軸２２に無励磁作動保持ブレーキ３を介して連結された伝動軸４，伝動軸４に第１入力軸３１が連結された一次減速機５，一次減速機５の第１出力軸３２に第２入力軸３３が連結された二次減速機６，手動ハンドル７を一次減速機５のケース３９を介して出力軸３２に連結するウォームギヤ３５，二次減速機６の第２出力軸３４に一体に構成されたピニオン軸１１，及びピニオン軸１１に設けたピニオンでなるピニオン９に噛み合うラックピン１６を備え且つ負荷体２０が取り付けられたピンラック１０から構成されている。手動ハンドル７は，ウォームギヤ３５を介して動力伝動装置１４に作動連結されている。
【００２１】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置において，モータ１は，負荷体２０の位置を調整可能に作動するＡＣサーボモータで構成されている。一次減速機５のケース３９は軸受４１によってスタンド１５に回転自在に支持されている。一次減速機５は，入力軸３１の回転を減速して出力軸３２の回転へと伝達される。また，二次減速機６は，入力軸３３の回転を減速して出力軸３４の回転へと伝達される。この実施例では，図１及び図２に実線で示すように，負荷体２０の位置を検出する位置検出器８が最終減速段の二次減速機６の出力軸３４に設けられている。この負荷体駆動装置は，最終減速段の二次減速機６の出力軸３４に位置検出器８を設けたので，モータ１による負荷体２０の駆動の時は勿論のこと，手動ハンドル７による負荷体２０の駆動の時にも，負荷体２０の現在位置が常に情報としてコントローラ即ちシーケンサ３０に認識されており，負荷体２０を常に高精度に所望の位置に移動させることができる。即ち，通常，モータ１に設けた位置センサのみで負荷体２０の位置制御を行うことができるが，手動ハンドル７で負荷体２０が移動された場合には，モータ１に設けた位置センサでは負荷体２０の位置が検出できず，分からなくなる。そこで，通常，手動ハンドル７にも位置センサを設けているが，この時には，コントローラで２つの位置センサによる検出値を演算する必要があり，煩雑になると共に，系全体の位置制御が前提になる。この負荷体駆動装置は，最終減速段の出力軸３４に位置検出器８を設けたので，複数の検出値の演算等を必要とせず，常に極めて簡素に負荷体２０の位置が検出できる。また，位置検出器８は，必ずしも上記最終減速段の位置に設けなければならないものではなく，駆動系における何れの位置に設けても良く，例えば，図１，図２又は図４に鎖線で示すように，一次減速機５の出力軸３２に設けてもよいことは勿論である。この時には，位置センサによる検出値を演算すればよいものである。
【００２２】
この負荷体駆動装置において，手動ハンドル７に対して設けられたウォームギヤ３５は，ウォーム軸３８に設けたウォーム３６とそれに噛み合うウォームホイール３７から構成されている。ウォームホイール３７と一次減速機５のケース３９とはボルト４０によって締結されている。ウォーム３６の回転はウォームホイール３７に減速伝達されて回転するが，ウォームホイール３７からは，その回転がウォーム３６には伝達されない構造であり，従って，手動ハンドル７によってウォーム３６が回転する時には，ウォームホイール３７の回転し，ウォームホイール３７の回転が一次減速機５のケース３９を介して出力軸３２に伝達されることになるので，手動ハンドル７の回転の減速比は一次減速機５ではほとんど減速されずに，手動ハンドル７の回転はウォームギヤ３５で減速されることになっている。
【００２３】
また，無励磁作動保持ブレーキ３は，動力伝達装置１４を通じて負荷体２０を所定の位置に保持し，非常時にはブレーキ解放機構を構成する自重降下レバー２の作動によって負荷体２０を自重降下させると共にサーボモータ１によりダイナミックブレーキで負荷体２０の降下を制御し，流路を負荷体２０で閉鎖する機能を有している。サーボモータ１としては，ここでは永久磁石をロータに設け，巻線をステータに巻き上げた同期電動機即ち永久磁石式発電・電動機が使用されている。永久磁石式発電・電動機は，ステータに巻き上げた巻線に電流を流すと，ロータが回転し，トルクが発生する電動機モードとして機能し，また，エンジン，タービン，自重等によってロータを回転させれば，ステータの巻線に電流が発生して発電機モードとして機能する。従って，この実施例では，負荷体２０の降下時に負荷体２０にブレーキをかける場合に，モータ１を発電機モードとして機能させて制動トルクを得るダイナミックブレーキとして働かせる。ブレーキ力は，熱エネルギとして放熱したり，電力として回生することができる。
【００２４】
また，無励磁作動保持ブレーキ３は，図２及び図３に示すように，モータ出力軸に連結した伝動軸４に安全性を考慮して一対の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂが平行して設けられている。無励磁作動保持ブレーキ３は，ケース４２にシフタ４９が取り付けられている。シフタ４９は，手動による自重降下レバー２の作動によって無励磁作動保持ブレーキ３を解放するように構成されている。ケース４２に取り付けられた取付板４３には，ブレーキディスク４４が取り付けられている。ブレーキディスク４４には，電機子即ちアーマチャ４５が対向して配設され，また，アーマチャ４５に対向して電機子コイル４７が配設されている。アーマチャ４５と電機子コイル４７には，磁路を形成するフィールド４６が設けられている。また，伝動軸４には，インナドライバ４８が取り付けられ，インナドライバ４８にブレーキディスク４４が取り付けられている。無励磁作動保持ブレーキ３は，電源がＯＮすると，電機子コイル４７が通電され，アーマチャ４５とフィールド４６との間に磁界が発生し，アーマチャ４５がフィールド４６に吸引され，アーマチャ４５がブレーキディスク４４から離れて解放され，それによってモータ１が回転可能になり，一次減速機５の入力軸３１が回転するように構成されている。電源がＯＦＦの時には，アーマチャ４５がブレーキディスク４４に接し，ブレーキが掛かった状態になり，従って，無励磁作動保持状態になる。
【００２５】
無励磁作動保持ブレーキ３は，例えば，一方の無励磁作動保持ブレーキ３Ａのブレーキ機能を働かせ，所定に時間経過後にモータ１の回転速度が所定の範囲以下に低下すれば，モータ１の停止後に他方の無励磁作動保持ブレーキ３Ｂのブレーキ機能を働かせ，また，モータ１の回転速度が所定の範囲以下に低下しない場合には直ちに他方の無励磁作動保持ブレーキ３Ｂのブレーキ機能を働かせるように設定されている。例えば，無励磁作動保持ブレーキ３の一方３Ａ又は３Ｂがブレーキ機能が故障した場合に，他方３Ｂ又は３Ａがブレーキ機能を発揮できる構成になっている。
【００２６】
即ち，この負荷体駆動装置は，両方の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂが正常な状態では，無励磁作動保持ブレーキ３Ａが伝動軸４にブレーキをかけ，モータ１の回転速度が予め決められた回転速度以下に低下すれば，モータ１が停止した後に，無励磁作動保持ブレーキ３Ｂが伝動軸４にブレーキをかけるシーケンスになっており，ブレーキトルクの負荷が最小限になるように設定されている。又は，無励磁作動保持ブレーキ３Ａを付勢してブレーキ機能を働かせ，予め決められた時間経過後に，モータ１の回転速度が所定の範囲内に低下しない場合には，無励磁作動保持ブレーキ３Ｂを付勢してブレーキ機能を働かせ，モータ１にブレーキをかけて停止させるように設定されている。しかるに，モータ１にブレーキをかけるときに，２個の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂを常に付勢してブレーキをかけると，ブレーキトルクが２倍になり，過大に成り過ぎるからである。そこで，２個の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂを常に半分のブレーキトルクを付勢して２個を同時に付勢することが考えられるが，その場合には，万一片方が故障している場合には，ブレーキトルクが不足することになるからである。
【００２７】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置において，一次減速機５と二次減速機６は，例えば，入力ギヤ（図示せず）からスパーギヤ（図示せず）に伝達されて前記入力ギヤとスパーギヤの歯数比分減速される差動歯車機構から構成されたサイクロ減速機（登録商標）でそれぞれ構成されている。該減速機は，例えば，第１減速部（平歯車減速機構）と第２減速部（差動歯車減速機構）から成る。第１減速部は，入力軸の回転が入力ギヤからスパーギヤへ伝えられ，両者の歯数比分の減速が行われる。第２減速部は，スパーギヤがクランク軸に連結されており，クランク軸の偏心部には転がり軸受を介してＲＶギヤが取り付けられており，ケースの内側にはＲＶギヤの歯数より１本だけ多いピンが等ピッチで配列されており，ケースを固定してスパーギヤを回転させるとクランク軸の偏心運動によりＲＶギヤが偏心運動し，クランク軸が１回転するとＲＶギヤがクランク軸と反対方向に１歯だけ回転し，シャフトに出力される。シャフトが固定した場合には，ケースが出力軸になる。又は，一次減速機５と二次減速機６は，図示していないが，楕円状カムの外周に薄肉のボールベアリングを嵌めて構成されたウェーブジェネレータ，該ウェーブジェネレータによって楕円状に撓められ且つ外周歯を備えた薄肉カップ状金属弾性体から構成されたフレクスプライン，及び該フレクスプラインの前記外周歯と噛み合う内周歯を備えた剛体リングから成るサーキュラスプラインから構成されたハーモニックドライブ（登録商標）でそれぞれ構成されている。
【００２８】
この流路開閉用の負荷体駆動装置は，上記のように構成されており，次のように作動される。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，モータ１による自動作動の場合には，先ず，無励磁作動保持ブレーキ３の電源がＯＮされると，ブレーキディスクが解放され，モータ１が回転駆動される。モータ１の出力軸２２からの駆動力は，一次減速機５の入力軸３１が回転し，この時，一次減速機５のケース３９はウォームギヤ３５が回転していないので，固定状態になっている。一次減速機５の入力軸３１（第１入力軸）が回転すると減速されて一次減速機５の出力軸３２（第１出力軸）が回転する。一次減速機５の出力軸３２が回転すると，二次減速機６の入力軸３３（第２入力軸）が回転し，次いで二次減速機６の出力軸３４が回転する。二次減速機６の出力軸３４（第２出力軸）が回転すると，出力軸３４と一体のピニオン軸１１が回転してピニオンであるピニオン９が回転し，次いで ，ピニオン９に噛み合っているラックピン１６を形成したピンラック１０が上下移動することになる。
【００２９】
次に，この流路開閉用の負荷体駆動装置について，手動ハンドル７による手動作動の場合には，無励磁作動保持ブレーキ３は電源がＯＦＦされており，ブレーキディスクが接触状態になって閉状態であり，モータ１の駆動は停止して一次減速機５の入力軸３１の回転が停止している。手動ハンドル７を回転作動すると，ウォームギヤ３５のウォーム３６が回転してウォームホイール３７が回転する。ウォームホイール３７は一次減速機５のケース３９に固定されているので，一次減速機５は軸受４１を介して全体的に回転して一次減速機５の出力軸３２が回転する。従って，手動ハンドル７の回転は，ウォームギヤ３５で減速されるが，一次減速機５ではほとんど減速されずにケース３９を介して出力軸３２へと伝達される。一次減速機５の出力軸３２が回転すると，二次減速機６の入力軸３３が回転し，次いで二次減速機６の出力軸３４が回転する。二次減速機６の出力軸３４が回転すると，出力軸３４と一体のピニオン軸１１が回転してピニオンであるピニオン９が回転し，次いで，ピニオン９に噛み合っているラックピン１６を形成したピンラック１０が上下移動することになる。
【００３０】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，緊急の場合には，負荷体２０の自重によって負荷体２０を降下させることができる。この緊急の場合には，自重降下レバー２を操作し，シフタ４９によって無励磁作動保持ブレーキ３のアーマチャ４５を強制的に動かしてブレーキディスク４４を解放する。この時，一対の無励磁作動保持ブレーキ３が設けられているので，シフタ４９によってそれぞれのブレーキディスク４４を解放する。これによって，負荷体２０はその保持状態が解放され，負荷体２０とピンラック１０の自重により，負荷体２０とピンラック１０とが流路へと下降し，その時にサーボモータ１をダイナミックブレーキとして機能させて負荷体２０に制動をかけつつ降下させ，負荷体２０で流路を閉鎖するように作動する。この時，負荷体２０とピンラック１０の降下によってピニオン９が回転し，ピニオン９の回転は二次減速機６の出力軸３４を回転させる。出力軸３４の回転は二次減速機６の入力軸３３を回転させ，次いで，一次減速機５の出力軸３２が回転して一次減速機５の入力軸３１が回転する。一次減速機５の入力軸３１の回転は，モータ１を空回りさせることになる。
【００３１】
次に，図７〜図９を参照して，この流路開閉用の負荷体駆動装置の第２実施例を説明する。第２実施例については，最終出力軸の第３出力軸はピニオン５０（第２ピニオン）を備えたピニオン軸５１（第２ピニオン軸）であり，また，負荷体支持手段はピニオン５０に噛み合うラック５２を備えたギヤラック５３である。即ち，ピニオン軸５１は，二次減速機６の出力軸３４から一体に延び出しており，ピニオン軸５１にはピニオン５０が設けられている。また，ギヤラック５３は，スタンド１５に取り付けられたローラピン１３に回転自在なローラ１２にガイドされてスムーズに上下移動できるように構成されている。ピニオン５０は，ギヤラック５３に設けられたラック５２に噛み合っている。従って，二次減速機６の出力軸３４が回転すると，ピニオン軸５１を通じてピニオン５０が回転し，ピニオン５０の回転運動は，順次ラック５２に伝達されてギヤラック５３が上下移動し，負荷体２０が上下移動することになる。
【００３２】
図１０〜図１２を参照して，この流路開閉用の負荷体駆動装置の第３実施例を説明する。第３実施例については，最終出力軸の第３出力軸はロープ巻取り用ドラム５４を備えたドラム軸５６であり，負荷体支持手段はドラム５４に巻き上げられるワイヤロープ５５である。即ち，ドラム軸５６は，二次減速機６の出力軸３４から一体に延び出しており，ドラム軸５６にはロープ巻取り用ドラム５４が設けられている。また，ワイヤロープ５５は，ロープ巻取り用ドラム５４に巻き上げられており，ワイヤロープ５５の下端部には負荷体２０が取り付けられている。即ち，ドラム５４は，スタンド１５のハウジング内のドラム軸５６に取り付けられている。従って，二次減速機６の出力軸３４が回転運動すると，ドラム軸５６を通じてロープ巻取り用ドラム５４が回転し，ロープ巻取り用ドラム５４の回転運動は，ワイヤロープ５５をドラム５４から繰り出したり，巻き上げたりし，ワイヤロープ５５の端部に取り付けられている負荷体２０が上下移動することになる。
【００３３】
図１３及び図１４を参照して，この流路開閉用の負荷体駆動装置の第４実施例を説明する。第４実施例については，スタンド１５から外側に突き出して外付けドラム５７が設けられている以外は，第３実施例のものと同様な構成を有するものである。最終出力軸の第３出力軸はロープ巻取り用の外付けドラム５７を備えたドラム軸５９であり，負荷体支持手段は外付けドラム５７に巻き上げられるワイヤロープ５８である。即ち，ドラム軸５９は，二次減速機６の出力軸３４から一体に延び出しており，ドラム軸５９にはロープ巻取り用外付けドラム５７が設けられている。即ち，ドラム５７は，スタンド１５のハウジングの外側に延び出したドラム軸５９に取り付けられている。また，ワイヤロープ５８は，外付けドラム５４に巻き上げられており，ワイヤロープ５８の下端部には負荷体２０が取り付けられている。従って，二次減速機６の出力軸３４が回転運動すると，ドラム軸５９を通じてロープ巻取り用外付けドラム５７が回転し，外付けドラム５７の回転運動は，ワイヤロープ５８を外付けドラム５７から繰り出したり，巻き上げたりし，ワイヤロープ５５の端部に取り付けられている負荷体２０が上下移動することになる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置は，例えば，流路を開閉するのに設けられた水門，扉体，ゲート，弁体等の負荷体を上下移動させるバルブアクチュエータに適用され，モータ又は手動ハンドルからの駆動力を差動歯車減速機等のコンパクトな減速機を組み込んでコンパクトに構成するのに適用して好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置の原理を示す説明図である。
【図２】この流路開閉用の負荷体駆動装置の第１実施例を示す断面図である。
【図３】図２の符号Ａ領域を示す拡大図である。
【図４】図２の符号Ｂ領域を示す拡大図である。
【図５】図２の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す正面図である。
【図６】図５の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す側面図である。
【図７】この流路開閉用の負荷体駆動装置の第２実施例を示す断面図である。
【図８】図７の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す側面図である。
【図９】図７の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す正面図である。
【図１０】この流路開閉用の負荷体駆動装置の第３実施例を示す断面図である。
【図１１】図１０の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す正面図である。
【図１２】図１０の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す側面図である。
【図１３】この流路開閉用の負荷体駆動装置の第４実施例を示す断面図である。
【図１４】図１３の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す正面図である。
【図１５】従来のバルブアクチュエータを示す説明図である。
【図１６】従来のバルブアクチュエータにおけるピンラックと負荷体との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ モータ（ＡＣサーボモータ）
２ 自重降下レバー
３，３Ａ，３Ｂ 無励磁作動保持ブレーキ
４ 伝動軸（モータ出力軸）
５ 一次減速機
６ 二次減速機
７ 手動ハンドル
８ 位置検出器
９ ピニオン（第１ピニオン）
１０ ピンラック（負荷体支持手段） １１ ピニオン軸（第３出力軸，第１ピニオン軸）
１４ 動力伝動装置
１５ スタンド
１６ ラックピン
１９ 歯車伝動装置
２０ 負荷体
２１ 出力軸
２２ モータ出力軸
２６ ベース
２７，２８ 歯車伝動装置
３０ シーケンサ
３１ 入力軸（第１入力軸）
３２ 出力軸（第１出力軸）
３３ 入力軸（第２入力軸）
３４ 出力軸（第２出力軸）
３５ ウォームギヤ
３６ ウォーム
３７ ウォームホイール
３８ ウォーム軸
３９ ケース
４０ ボルト
４１ 軸受
５０ ピニオン（第２ピニオン）
５１ ピニオン軸（第３出力軸，第２ピニオン軸）
５２ ラック
５３ ギヤラック（第３出力軸）
５４，５７ ドラム
５５，５８ ワイヤロープ
５６，５９ ドラム軸（第３出力軸）
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，水門，扉体，ゲート，バルブ等の負荷体を往復移動させて，水路，浄水場等の流路を開閉する流路開閉用の負荷体駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，バルブアクチュエータは，例えば，図１６に示すように，水路，浄水場等の流路に建造された土台等のベース２６にスタンド１５を設置し，スタンド１５で支持されたピンラック１０に流路を開閉するゲート，水門，扉体，バルブ等の負荷体２０を取り付け，ピンラック１０に長手方向に沿って設けたラックピン１６に噛み合うピニオンでなるピニオン９をモータや手動ハンドルで回転駆動し，負荷体２０を流路に対して上下方向に往復移動させて流路を開閉するものである。上記バルブアクチュエータは，図１５に示すように，ピンラック１０，ピンラック１０のラックピン１６に噛み合うピニオン９，ピニオン９を設けたピニオン軸１１に動力を伝達するギヤ１７，１８，ギヤ１８へ動力伝達する歯車伝動装置等の伝動装置１９，伝動装置１９へ駆動力を伝達する出力軸２１，ブレーキ付きインダクションモータ２３のモータ出力軸２２から出力軸２１への駆動力を伝動する歯車伝動装置２７，２８，歯車伝動装置２７，２８に組み込まれたセルフロック装置２４，歯車伝動装置２７，２８に組み込まれた駆動力を断接するクラッチを構成する無励磁作動クラッチ２９，無励磁作動クラッチ２９のクラッチを断節する自重降下レバー２，及び出力軸２１に駆動力を供給するブレーキ付インダクションモータ２３又は手動ハンドル７を有している。また，上記バルブアクチュエータには，伝動装置１９に調速機２５が組み込まれている。
【０００３】
従来，左右に戸当たりを立設し，戸当たりの内側面に形成した案内溝に沿って昇降する扉体を設けた制水扉装置が知られている。該制水扉装置は，戸当たりの案内溝に上下方向に雄ねじ部を立設し，雄ねじ部の上部に接続して雄ねじ部を回転させるサーボモータを設けている。戸当たり内に位置する扉体の側部に雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を形成し，雄ねじ部と雌ねじ部との螺合によって扉体を昇降させるものである（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，主管路を流れる流体の流量調整を自動化し，これを短時間で行うことのできる流量調整バルブは知られている。該流量調整バルブは，流体を通過させる主管路に連通可能な穴を形成したバルブボディと，該バルブボディの穴の開度を調整可能な開度調節部材と，該開度調節部材を作動させるＡＣサーボモータとを備えている（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，ボール弁の駆動制御装置としてサーボモータを用いたものが知られている。該ボール弁の駆動制御装置は，サーボモータ，モータドライバ，位置検出手段，設定手段及び制御手段を有しており，サーボモータは，流体通路の開度を制御するボール弁に連結され，正逆の双方向に回転する出力軸を有し，モータドライバはサーボモータを駆動し，位置検出手段はサーボモータの出力軸の回転角度を検出し，設定手段はボール弁の目標とする開度や回転方向に関する設定データを出力し，制御手段は，設定手段からの設定データ及び位置検出手段からの現在角度データに基づいてサーボモータの出力軸の目標回転方向が設定回転方向と逆で有ると判断したとき，出力軸を逆回転方向に目標開度に対応する角度を越えて回転させた後，設定回転方向に余分に回転させた角度について出力軸を回転させるようにモータドライブを制御する （例えば，特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−１２８０２７号公報
【特許文献２】特開２０００−１４６００２号公報
【特許文献３】特開平４−７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで，従来のバルブアクチュエータは，図１５に示すように，モータ２３や手動ハンドル７からの駆動力をピンラック１０に伝達する歯車伝動装置１９，２７，２８の駆動系を備えており，また，セルフロック装置２４，調速機２５等を必要とし，装置そのものが複雑化し，大型化する構造に構成されているので，装置そのものをコンパクトに軽量な構造に構成することができなかった。
【０００７】
この発明の目的は，例えば，水門，扉体，バルブ，ゲート等の負荷体を操作するピンラックを往復移動可能に駆動する流路開閉用の負荷体駆動装置において，従来使用されている無励磁作動クラッチを負荷体を所定の位置に保持することができる無励磁作動保持ブレーキに変更すると共に，従来使用されているブレーキ付きインダクションモータをＡＣサーボモータ等のサーボモータに変更し，特に，モータ駆動軸と最終段の出力軸とを差動歯車減速機等のコンパクトで軽量化できる減速機を介して実質的に同一の軸心上に配設して極めてコンパクトに構成した流路開閉用の負荷体駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は，流路を開閉するゲート，水門，バルブ等の負荷体，前記負荷体を往復移動させて前記流路を開閉するため回転駆動されるモータと手動で回転される手動ハンドル，及び前記モータ又は前記手動ハンドルの回転を前記負荷体の往復移動に変換伝達する動力伝達装置を有し，
前記動力伝達装置は，前記モータのモータ出力軸，前記モータ出力軸に無励磁作動保持ブレーキを介して連結された伝動軸，前記伝動軸に第１入力軸が連結された一次減速機，前記一次減速機の第１出力軸に第２入力軸が連結された二次減速機，前記手動ハンドルを前記一次減速機のケースを介して前記第１出力軸に連結するウォームギヤ，前記二次減速機の第２出力軸と一体に構成された第３出力軸，及び前記第３出力軸からの出力によって駆動され且つ前記負荷体が取り付けられた負荷体支持手段から構成されていることから成る流路開閉用の負荷体駆動装置に関する。
【０００９】
この負荷体駆動装置において，前記第３出力軸は第１ピニオンを備えた第１ピニオン軸であり，前記負荷体支持手段は前記第１ピニオンに噛み合うラックピンを備えたピンラックである。又は，前記第３出力軸は第２ピニオンを備えた第２ピニオン軸であり，前記負荷体支持手段は前記第２ピニオンに噛み合うラックを備えたギヤラックである。或いは，前記第３出力軸はロープ巻取り用ドラムを備えたドラム軸であり，前記負荷体支持手段は前記ドラムに巻き上げられるワイヤロープである。ロープ巻取り用ドラムは，スタンド１５のハウジング内のドラム軸５９に取り付けたり，或いはスタンド１５の外側に延び出したドラム軸５９に取り付けることができる。
【００１０】
また，この負荷体駆動装置では，前記モータは，前記負荷体の位置を調整可能に作動するサーボモータで構成されている。
【００１１】
また，前記無励磁作動保持ブレーキは，前記動力伝達装置を通じて前記負荷体を所定の位置に保持し，非常時にはブレーキ解放機構を構成する自重降下レバーの作動によって前記負荷体を自重降下させると共にサーボモータによりダイナミックブレーキで前記負荷体の降下を制御し，前記流路を前記負荷体で閉鎖するものである。
【００１２】
この負荷体駆動装置は，最終減速段の前記二次減速機の前記第２出力軸，又は前記一次減速機の前記第１出力軸には，前記負荷体の位置を検出する位置検出器が設けられている。
【００１３】
また，この負荷体駆動装置では，前記無励磁作動保持ブレーキは，前記伝動軸に平行して一対設けられている。この負荷体駆動装置では，例えば，前記無励磁作動保持ブレーキは，例えば，一方の前記無励磁作動保持ブレーキのブレーキ機能を働かせ，所定の時間経過後に前記モータの回転速度が所定の範囲以下に低下すれば前記モータの停止後に他方の前記無励磁作動保持ブレーキのブレーキ機能を働かせ，また，前記モータの回転速度が所定の範囲以下に低下しない場合には直ちに他方の前記無励磁作動保持ブレーキのブレーキ機能を働かせるように作動することができる。
【００１４】
また，この負荷体駆動装置では，前記第３出力軸は，前記一次減速機及び前記二次減速機を介して前記モータの前記モータ出力軸に対して実質的に同一軸心上に配設されている。
【００１５】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置において，前記一次減速機と前記二次減速機は，差動歯車減速機でそれぞれ構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
この流路開閉用の負荷体駆動装置は，上記のように，モータ又は手動ハンドルからの駆動力を，例えば，コンパクトな構造の差動歯車減速機等の一対の減速機を介して負荷体を支持した負荷体支持手段に伝達したので，負荷体支持手段を作動する最終出力軸である第３出力軸をモータ出力軸に対して実質的に同一軸心上に配設でき，装置全体をコンパクトに軽量に構成することができ，また，無励磁作動保持ブレーキを組み込むことによって負荷体を所望の位置に保持できると共に，サーボモータを使用したことによって負荷体の往復移動速度を適正に調節することができる。また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，最終減速段となる第２出力軸，又は一次減速機の第１出力軸に位置検出器を設けることによって常に負荷体の位置を確認でき，モータによる駆動のときは勿論のこと，手動ハンドルによる駆動のときにも駆動系全体を速度制御のみで作動することができ，更に，無励磁作動保持ブレーキを駆動系に一対平行して設けているので安全性，信頼性を向上させることができる。更に，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，無励磁作動保持ブレーキを組み込んでいるので，従来のようなセルフロック装置や無励磁作動クラッチを不要とし，サーボモータを使用することによって従来組み込んでいた調速機やトルクリミット装置を不要にし，その伝動系を不要にしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下，図面を参照して，この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置の実施例を説明する。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，流路を開閉するバルブを駆動するバルブアクチュエータに適用されて好ましいものである。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，例えば，図１に示すような基本原理に基づいて構成されている。
【００１８】
まず，図１〜図６を参照して，この流路開閉用の負荷体駆動装置の第１実施例を説明する。第１実施例については，動力伝達装置１４の最終出力軸となる第３出力軸はピニオン９（第１ピニオン）を備えたピニオン軸１１（第１ピニオン軸）であり，また，負荷体支持手段はピニオン９に噛み合うラックピン１６を備えたピンラック１０で構成したものである。この負荷体駆動装置は，例えば，図１及び図１６に示すように，水路，浄水場等の流路を開閉するため配設されたゲート，水門，扉体，バルブ等の負荷体２０を取り付け且つベース２６に設置されたスタンド１５に上下移動可能に支持された負荷体支持手段のピンラック１０，ピンラック１０に設けられたラックピン１６に螺合するピニオンであるピニオン９を備えた最終出力軸のピニオン軸１１，ピニオン９を回転駆動してピンラック１０を上下移動させるため駆動されるモータ１又は手動ハンドル７，及びモータ１又は手動ハンドル７の駆動力をピンラック１０に伝達する動力伝達装置１４を有する。ピンラック１０は，スタンド１５に取り付けられたローラピン１３に回転自在なローラ１２にガイドされたスムーズに上下移動できるように構成されている。モータ１は，ＡＣサーボモータ等のサーボモータで構成されている。動力伝達装置１４は，ピンラック１０を上下移動させるため，モータ１のモータ出力軸２２からの駆動力を一対の減速機５（一次減速機）と減速機６（二次減速機）を介して最終減速段の出力軸と一体のピニオン軸１１に伝達する。シーケンサ３０は，モータ１の駆動を制御し，負荷体２０の保持位置表示，トルク表示，動作範囲表示等の情報を表示することができる。
【００１９】
この負荷体駆動装置は，流路を開閉するゲート，水門，バルブ等の負荷体２０，負荷体２０を往復移動させて流路を開閉するため回転駆動されるモータ１と手動で作動される手動ハンドル７，及びモータ１又は手動ハンドル７の回転駆動を負荷体２０の往復移動に変換して伝達する動力伝達装置１４を有している。この負荷体駆動装置は，特に，動力伝達装置１４において，負荷体２０とモータ１との間に差動歯車機構を利用した差動歯車減速機，例えば，サイクロ減速機（登録商標），ハーモニックドライブ（登録商標）等から構成された減速機５，６を直列に二段に配設し，減速機５にはケース３９にウォームギヤ３５を介して手動ハンドル７を組み込み，装置全体をコンパクトに軽量に構成したことを特徴としている。また，この負荷体駆動装置では，ピニオン軸１１は，一次減速機５及び二次減速機６を介してモータ１のモータ出力軸２２に対して実質的に同一軸心上に配設されており，装置全体がコンパクトに簡素化された構造に構成されている。一次減速機５は，ケース３９，及びケース３９に組み込み支持された入力軸３１と出力軸３２から構成されている。
【００２０】
この流路開閉用の負荷体駆動装置において，動力伝達装置１４は，モータ１のモータ出力軸２２，モータ出力軸２２に無励磁作動保持ブレーキ３を介して連結された伝動軸４，伝動軸４に第１入力軸３１が連結された一次減速機５，一次減速機５の第１出力軸３２に第２入力軸３３が連結された二次減速機６，手動ハンドル７を一次減速機５のケース３９を介して出力軸３２に連結するウォームギヤ３５，二次減速機６の第２出力軸３４に一体に構成されたピニオン軸１１，及びピニオン軸１１に設けたピニオンでなるピニオン９に噛み合うラックピン１６を備え且つ負荷体２０が取り付けられたピンラック１０から構成されている。手動ハンドル７は，ウォームギヤ３５を介して動力伝動装置１４に作動連結されている。
【００２１】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置において，モータ１は，負荷体２０の位置を調整可能に作動するＡＣサーボモータで構成されている。一次減速機５のケース３９は軸受４１によってスタンド１５に回転自在に支持されている。一次減速機５は，入力軸３１の回転を減速して出力軸３２の回転へと伝達される。また，二次減速機６は，入力軸３３の回転を減速して出力軸３４の回転へと伝達される。この実施例では，図１及び図２に実線で示すように，負荷体２０の位置を検出する位置検出器８が最終減速段の二次減速機６の出力軸３４に設けられている。この負荷体駆動装置は，最終減速段の二次減速機６の出力軸３４に位置検出器８を設けたので，モータ１による負荷体２０の駆動の時は勿論のこと，手動ハンドル７による負荷体２０の駆動の時にも，負荷体２０の現在位置が常に情報としてコントローラ即ちシーケンサ３０に認識されており，負荷体２０を常に高精度に所望の位置に移動させることができる。即ち，通常，モータ１に設けた位置センサのみで負荷体２０の位置制御を行うことができるが，手動ハンドル７で負荷体２０が移動された場合には，モータ１に設けた位置センサでは負荷体２０の位置が検出できず，分からなくなる。そこで，通常，手動ハンドル７にも位置センサを設けているが，この時には，コントローラで２つの位置センサによる検出値を演算する必要があり，煩雑になると共に，系全体の位置制御が前提になる。この負荷体駆動装置は，最終減速段の出力軸３４に位置検出器８を設けたので，複数の検出値の演算等を必要とせず，常に極めて簡素に負荷体２０の位置が検出できる。また，位置検出器８は，必ずしも上記最終減速段の位置に設けなければならないものではなく，駆動系における何れの位置に設けても良く，例えば，図１，図２又は図４に鎖線で示すように，一次減速機５の出力軸３２に設けてもよいことは勿論である。この時には，位置センサによる検出値を演算すればよいものである。
【００２２】
この負荷体駆動装置において，手動ハンドル７に対して設けられたウォームギヤ３５は，ウォーム軸３８に設けたウォーム３６とそれに噛み合うウォームホイール３７から構成されている。ウォームホイール３７と一次減速機５のケース３９とはボルト４０によって締結されている。ウォーム３６の回転はウォームホイール３７に減速伝達されて回転するが，ウォームホイール３７からは，その回転がウォーム３６には伝達されない構造であり，従って，手動ハンドル７によってウォーム３６が回転する時には，ウォームホイール３７の回転し，ウォームホイール３７の回転が一次減速機５のケース３９を介して出力軸３２に伝達されることになるので，手動ハンドル７の回転の減速比は一次減速機５ではほとんど減速されずに，手動ハンドル７の回転はウォームギヤ３５で減速されることになっている。
【００２３】
また，無励磁作動保持ブレーキ３は，動力伝達装置１４を通じて負荷体２０を所定の位置に保持し，非常時にはブレーキ解放機構を構成する自重降下レバー２の作動によって負荷体２０を自重降下させると共にサーボモータ１によりダイナミックブレーキで負荷体２０の降下を制御し，流路を負荷体２０で閉鎖する機能を有している。サーボモータ１としては，ここでは永久磁石をロータに設け，巻線をステータに巻き上げた同期電動機即ち永久磁石式発電・電動機が使用されている。永久磁石式発電・電動機は，ステータに巻き上げた巻線に電流を流すと，ロータが回転し，トルクが発生する電動機モードとして機能し，また，エンジン，タービン，自重等によってロータを回転させれば，ステータの巻線に電流が発生して発電機モードとして機能する。従って，この実施例では，負荷体２０の降下時に負荷体２０にブレーキをかける場合に，モータ１を発電機モードとして機能させて制動トルクを得るダイナミックブレーキとして働かせる。ブレーキ力は，熱エネルギとして放熱したり，電力として回生することができる。
【００２４】
また，無励磁作動保持ブレーキ３は，図２及び図３に示すように，モータ出力軸に連結した伝動軸４に安全性を考慮して一対の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂが平行して設けられている。無励磁作動保持ブレーキ３は，ケース４２にシフタ４９が取り付けられている。シフタ４９は，手動による自重降下レバー２の作動によって無励磁作動保持ブレーキ３を解放するように構成されている。ケース４２に取り付けられた取付板４３には，ブレーキディスク４４が取り付けられている。ブレーキディスク４４には，電機子即ちアーマチャ４５が対向して配設され，また，アーマチャ４５に対向して電機子コイル４７が配設されている。アーマチャ４５と電機子コイル４７には，磁路を形成するフィールド４６が設けられている。また，伝動軸４には，インナドライバ４８が取り付けられ，インナドライバ４８にブレーキディスク４４が取り付けられている。無励磁作動保持ブレーキ３は，電源がＯＮすると，電機子コイル４７が通電され，アーマチャ４５とフィールド４６との間に磁界が発生し，アーマチャ４５がフィールド４６に吸引され，アーマチャ４５がブレーキディスク４４から離れて解放され，それによってモータ１が回転可能になり，一次減速機５の入力軸３１が回転するように構成されている。電源がＯＦＦの時には，アーマチャ４５がブレーキディスク４４に接し，ブレーキが掛かった状態になり，従って，無励磁作動保持状態になる。
【００２５】
無励磁作動保持ブレーキ３は，例えば，一方の無励磁作動保持ブレーキ３Ａのブレーキ機能を働かせ，所定に時間経過後にモータ１の回転速度が所定の範囲以下に低下すれば，モータ１の停止後に他方の無励磁作動保持ブレーキ３Ｂのブレーキ機能を働かせ，また，モータ１の回転速度が所定の範囲以下に低下しない場合には直ちに他方の無励磁作動保持ブレーキ３Ｂのブレーキ機能を働かせるように設定されている。例えば，無励磁作動保持ブレーキ３の一方３Ａ又は３Ｂがブレーキ機能が故障した場合に，他方３Ｂ又は３Ａがブレーキ機能を発揮できる構成になっている。
【００２６】
即ち，この負荷体駆動装置は，両方の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂが正常な状態では，無励磁作動保持ブレーキ３Ａが伝動軸４にブレーキをかけ，モータ１の回転速度が予め決められた回転速度以下に低下すれば，モータ１が停止した後に，無励磁作動保持ブレーキ３Ｂが伝動軸４にブレーキをかけるシーケンスになっており，ブレーキトルクの負荷が最小限になるように設定されている。又は，無励磁作動保持ブレーキ３Ａを付勢してブレーキ機能を働かせ，予め決められた時間経過後に，モータ１の回転速度が所定の範囲内に低下しない場合には，無励磁作動保持ブレーキ３Ｂを付勢してブレーキ機能を働かせ，モータ１にブレーキをかけて停止させるように設定されている。しかるに，モータ１にブレーキをかけるときに，２個の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂを常に付勢してブレーキをかけると，ブレーキトルクが２倍になり，過大に成り過ぎるからである。そこで，２個の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂを常に半分のブレーキトルクを付勢して２個を同時に付勢することが考えられるが，その場合には，万一片方が故障している場合には，ブレーキトルクが不足することになるからである。
【００２７】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置において，一次減速機５と二次減速機６は，例えば，入力ギヤ（図示せず）からスパーギヤ（図示せず）に伝達されて前記入力ギヤとスパーギヤの歯数比分減速される差動歯車機構から構成されたサイクロ減速機（登録商標）でそれぞれ構成されている。該減速機は，例えば，第１減速部（平歯車減速機構）と第２減速部（差動歯車減速機構）から成る。第１減速部は，入力軸の回転が入力ギヤからスパーギヤへ伝えられ，両者の歯数比分の減速が行われる。第２減速部は，スパーギヤがクランク軸に連結されており，クランク軸の偏心部には転がり軸受を介してＲＶギヤが取り付けられており，ケースの内側にはＲＶギヤの歯数より１本だけ多いピンが等ピッチで配列されており，ケースを固定してスパーギヤを回転させるとクランク軸の偏心運動によりＲＶギヤが偏心運動し，クランク軸が１回転するとＲＶギヤがクランク軸と反対方向に１歯だけ回転し，シャフトに出力される。シャフトが固定した場合には，ケースが出力軸になる。又は，一次減速機５と二次減速機６は，図示していないが，楕円状カムの外周に薄肉のボールベアリングを嵌めて構成されたウェーブジェネレータ，該ウェーブジェネレータによって楕円状に撓められ且つ外周歯を備えた薄肉カップ状金属弾性体から構成されたフレクスプライン，及び該フレクスプラインの前記外周歯と噛み合う内周歯を備えた剛体リングから成るサーキュラスプラインから構成されたハーモニックドライブ（登録商標）でそれぞれ構成されている。
【００２８】
この流路開閉用の負荷体駆動装置は，上記のように構成されており，次のように作動される。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，モータ１による自動作動の場合には，先ず，無励磁作動保持ブレーキ３の電源がＯＮされると，ブレーキディスクが解放され，モータ１が回転駆動される。モータ１の出力軸２２からの駆動力は，一次減速機５の入力軸３１が回転し，この時，一次減速機５のケース３９はウォームギヤ３５が回転していないので，固定状態になっている。一次減速機５の入力軸３１（第１入力軸）が回転すると減速されて一次減速機５の出力軸３２（第１出力軸）が回転する。一次減速機５の出力軸３２が回転すると，二次減速機６の入力軸３３（第２入力軸）が回転し，次いで二次減速機６の出力軸３４が回転する。二次減速機６の出力軸３４（第２出力軸）が回転すると，出力軸３４と一体のピニオン軸１１が回転してピニオンであるピニオン９が回転し，次いで ，ピニオン９に噛み合っているラックピン１６を形成したピンラック１０が上下移動することになる。
【００２９】
次に，この流路開閉用の負荷体駆動装置について，手動ハンドル７による手動作動の場合には，無励磁作動保持ブレーキ３は電源がＯＦＦされており，ブレーキディスクが接触状態になって閉状態であり，モータ１の駆動は停止して一次減速機５の入力軸３１の回転が停止している。手動ハンドル７を回転作動すると，ウォームギヤ３５のウォーム３６が回転してウォームホイール３７が回転する。ウォームホイール３７は一次減速機５のケース３９に固定されているので，一次減速機５は軸受４１を介して全体的に回転して一次減速機５の出力軸３２が回転する。従って，手動ハンドル７の回転は，ウォームギヤ３５で減速されるが，一次減速機５ではほとんど減速されずにケース３９を介して出力軸３２へと伝達される。一次減速機５の出力軸３２が回転すると，二次減速機６の入力軸３３が回転し，次いで二次減速機６の出力軸３４が回転する。二次減速機６の出力軸３４が回転すると，出力軸３４と一体のピニオン軸１１が回転してピニオンであるピニオン９が回転し，次いで，ピニオン９に噛み合っているラックピン１６を形成したピンラック１０が上下移動することになる。
【００３０】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，緊急の場合には，負荷体２０の自重によって負荷体２０を降下させることができる。この緊急の場合には，自重降下レバー２を操作し，シフタ４９によって無励磁作動保持ブレーキ３のアーマチャ４５を強制的に動かしてブレーキディスク４４を解放する。この時，一対の無励磁作動保持ブレーキ３が設けられているので，シフタ４９によってそれぞれのブレーキディスク４４を解放する。これによって，負荷体２０はその保持状態が解放され，負荷体２０とピンラック１０の自重により，負荷体２０とピンラック１０とが流路へと下降し，その時にサーボモータ１をダイナミックブレーキとして機能させて負荷体２０に制動をかけつつ降下させ，負荷体２０で流路を閉鎖するように作動する。この時，負荷体２０とピンラック１０の降下によってピニオン９が回転し，ピニオン９の回転は二次減速機６の出力軸３４を回転させる。出力軸３４の回転は二次減速機６の入力軸３３を回転させ，次いで，一次減速機５の出力軸３２が回転して一次減速機５の入力軸３１が回転する。一次減速機５の入力軸３１の回転は，モータ１を空回りさせることになる。
【００３１】
次に，図７〜図９を参照して，この流路開閉用の負荷体駆動装置の第２実施例を説明する。第２実施例については，最終出力軸の第３出力軸はピニオン５０（第２ピニオン）を備えたピニオン軸５１（第２ピニオン軸）であり，また，負荷体支持手段はピニオン５０に噛み合うラック５２を備えたギヤラック５３である。即ち，ピニオン軸５１は，二次減速機６の出力軸３４から一体に延び出しており，ピニオン軸５１にはピニオン５０が設けられている。また，ギヤラック５３は，スタンド１５に取り付けられたローラピン１３に回転自在なローラ１２にガイドされてスムーズに上下移動できるように構成されている。ピニオン５０は，ギヤラック５３に設けられたラック５２に噛み合っている。従って，二次減速機６の出力軸３４が回転すると，ピニオン軸５１を通じてピニオン５０が回転し，ピニオン５０の回転運動は，順次ラック５２に伝達されてギヤラック５３が上下移動し，負荷体２０が上下移動することになる。
【００３２】
図１０〜図１２を参照して，この流路開閉用の負荷体駆動装置の第３実施例を説明する。第３実施例については，最終出力軸の第３出力軸はロープ巻取り用ドラム５４を備えたドラム軸５６であり，負荷体支持手段はドラム５４に巻き上げられるワイヤロープ５５である。即ち，ドラム軸５６は，二次減速機６の出力軸３４から一体に延び出しており，ドラム軸５６にはロープ巻取り用ドラム５４が設けられている。また，ワイヤロープ５５は，ロープ巻取り用ドラム５４に巻き上げられており，ワイヤロープ５５の下端部には負荷体２０が取り付けられている。即ち，ドラム５４は，スタンド１５のハウジング内のドラム軸５６に取り付けられている。従って，二次減速機６の出力軸３４が回転運動すると，ドラム軸５６を通じてロープ巻取り用ドラム５４が回転し，ロープ巻取り用ドラム５４の回転運動は，ワイヤロープ５５をドラム５４から繰り出したり，巻き上げたりし，ワイヤロープ５５の端部に取り付けられている負荷体２０が上下移動することになる。
【００３３】
図１３及び図１４を参照して，この流路開閉用の負荷体駆動装置の第４実施例を説明する。第４実施例については，スタンド１５から外側に突き出して外付けドラム５７が設けられている以外は，第３実施例のものと同様な構成を有するものである。最終出力軸の第３出力軸はロープ巻取り用の外付けドラム５７を備えたドラム軸５９であり，負荷体支持手段は外付けドラム５７に巻き上げられるワイヤロープ５８である。即ち，ドラム軸５９は，二次減速機６の出力軸３４から一体に延び出しており，ドラム軸５９にはロープ巻取り用外付けドラム５７が設けられている。即ち，ドラム５７は，スタンド１５のハウジングの外側に延び出したドラム軸５９に取り付けられている。また，ワイヤロープ５８は，外付けドラム５４に巻き上げられており，ワイヤロープ５８の下端部には負荷体２０が取り付けられている。従って，二次減速機６の出力軸３４が回転運動すると，ドラム軸５９を通じてロープ巻取り用外付けドラム５７が回転し，外付けドラム５７の回転運動は，ワイヤロープ５８を外付けドラム５７から繰り出したり，巻き上げたりし，ワイヤロープ５５の端部に取り付けられている負荷体２０が上下移動することになる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置は，例えば，流路を開閉するのに設けられた水門，扉体，ゲート，弁体等の負荷体を上下移動させるバルブアクチュエータに適用され，モータ又は手動ハンドルからの駆動力を差動歯車減速機等のコンパクトな減速機を組み込んでコンパクトに構成するのに適用して好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置の原理を示す説明図である。
【図２】この流路開閉用の負荷体駆動装置の第１実施例を示す断面図である。
【図３】図２の符号Ａ領域を示す拡大図である。
【図４】図２の符号Ｂ領域を示す拡大図である。
【図５】図２の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す正面図である。
【図６】図５の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す側面図である。
【図７】この流路開閉用の負荷体駆動装置の第２実施例を示す断面図である。
【図８】図７の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す側面図である。
【図９】図７の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す正面図である。
【図１０】この流路開閉用の負荷体駆動装置の第３実施例を示す断面図である。
【図１１】図１０の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す正面図である。
【図１２】図１０の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す側面図である。
【図１３】この流路開閉用の負荷体駆動装置の第４実施例を示す断面図である。
【図１４】図１３の流路開閉用の負荷体駆動装置を示す正面図である。
【図１５】従来のバルブアクチュエータを示す説明図である。
【図１６】従来のバルブアクチュエータにおけるピンラックと負荷体との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ モータ（ＡＣサーボモータ）
２ 自重降下レバー
３，３Ａ，３Ｂ 無励磁作動保持ブレーキ
４ 伝動軸（モータ出力軸）
５ 一次減速機
６ 二次減速機
７ 手動ハンドル
８ 位置検出器
９ ピニオン（第１ピニオン）
１０ ピンラック（負荷体支持手段） １１ ピニオン軸（第３出力軸，第１ピニオン軸）
１４ 動力伝動装置
１５ スタンド
１６ ラックピン
１９ 歯車伝動装置
２０ 負荷体
２１ 出力軸
２２ モータ出力軸
２６ ベース
２７，２８ 歯車伝動装置
３０ シーケンサ
３１ 入力軸（第１入力軸）
３２ 出力軸（第１出力軸）
３３ 入力軸（第２入力軸）
３４ 出力軸（第２出力軸）
３５ ウォームギヤ
３６ ウォーム
３７ ウォームホイール
３８ ウォーム軸
３９ ケース
４０ ボルト
４１ 軸受
５０ ピニオン（第２ピニオン）
５１ ピニオン軸（第３出力軸，第２ピニオン軸）
５２ ラック
５３ ギヤラック（第３出力軸）
５４，５７ ドラム
５５，５８ ワイヤロープ
５６，５９ ドラム軸（第３出力軸）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を開閉するゲート，水門，バルブ等の負荷体，前記負荷体を往復移動させて前記流路を開閉するため回転駆動されるモータと手動で回転される手動ハンドル，及び前記モータ又は前記手動ハンドルの回転を前記負荷体の往復移動に変換伝達する動力伝達装置を有し，
前記動力伝達装置は，前記モータのモータ出力軸，前記モータ出力軸に無励磁作動保持ブレーキを介して連結された伝動軸，前記伝動軸に第１入力軸が連結された一次減速機，前記一次減速機の第１出力軸に第２入力軸が連結された二次減速機，前記手動ハンドルを前記一次減速機のケースを介して前記第１出力軸に連結するウォームギヤ，前記二次減速機の第２出力軸に一体に構成された第３出力軸，及び前記第３出力軸からの出力によって駆動され且つ前記負荷体が取り付けられた負荷体支持手段から構成されていることから成る流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項２】
前記第３出力軸は第１ピニオンを備えた第１ピニオン軸であり，前記負荷体支持手段は前記第１ピニオンに噛み合うラックピンを備えたピンラックであることから成る請求項１に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項３】
前記第３出力軸は第２ピニオンを備えた第２ピニオン軸であり，前記負荷体支持手段は前記第２ピニオンに噛み合うラックを備えたギヤラックであることから成る請求項１に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項４】
前記第３出力軸はロープ巻取り用ドラムを備えたドラム軸であり，前記負荷体支持手段は前記ドラムに巻き上げられるワイヤロープであることから成る請求項１に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項５】
前記モータは，前記負荷体の位置を調整可能に作動するサーボモータであることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項６】
前記無励磁作動保持ブレーキは，前記動力伝達装置を通じて前記負荷体を所定の位置に保持し，非常時にはブレーキ解放機構を構成する自重降下レバーの作動によって前記負荷体を自重降下させると共にサーボモータによりダイナミックブレーキで前記負荷体の降下を制御し，前記流路を前記負荷体で閉鎖することから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項７】
最終減速段の前記二次減速機の前記第２出力軸又は前記一次減速機の前記第１出力軸には，前記負荷体の位置を検出する位置検出器が設けられていることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項８】
前記無励磁作動保持ブレーキは，前記伝動軸に平行して一対設けられていることから成る請求項１〜７のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項９】
前記第３出力軸は，前記一次減速機及び前記二次減速機を介して前記モータの前記モータ出力軸に対して実質的に同一軸心上に配設されていることから成る請求項１〜８のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項１０】
前記一次減速機と前記二次減速機は，差動歯車減速機でそれぞれ構成されていることから成る請求項１〜９のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項１】
流路を開閉するゲート，水門，バルブ等の負荷体，前記負荷体を往復移動させて前記流路を開閉するため回転駆動されるモータと手動で回転される手動ハンドル，及び前記モータ又は前記手動ハンドルの回転を前記負荷体の往復移動に変換伝達する動力伝達装置を有し，
前記動力伝達装置は，前記モータのモータ出力軸，前記モータ出力軸に無励磁作動保持ブレーキを介して連結された伝動軸，前記伝動軸に第１入力軸が連結された一次減速機，前記一次減速機の第１出力軸に第２入力軸が連結された二次減速機，前記手動ハンドルを前記一次減速機のケースを介して前記第１出力軸に連結するウォームギヤ，前記二次減速機の第２出力軸に一体に構成された第３出力軸，及び前記第３出力軸からの出力によって駆動され且つ前記負荷体が取り付けられた負荷体支持手段から構成されていることから成る流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項２】
前記第３出力軸は第１ピニオンを備えた第１ピニオン軸であり，前記負荷体支持手段は前記第１ピニオンに噛み合うラックピンを備えたピンラックであることから成る請求項１に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項３】
前記第３出力軸は第２ピニオンを備えた第２ピニオン軸であり，前記負荷体支持手段は前記第２ピニオンに噛み合うラックを備えたギヤラックであることから成る請求項１に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項４】
前記第３出力軸はロープ巻取り用ドラムを備えたドラム軸であり，前記負荷体支持手段は前記ドラムに巻き上げられるワイヤロープであることから成る請求項１に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項５】
前記モータは，前記負荷体の位置を調整可能に作動するサーボモータであることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項６】
前記無励磁作動保持ブレーキは，前記動力伝達装置を通じて前記負荷体を所定の位置に保持し，非常時にはブレーキ解放機構を構成する自重降下レバーの作動によって前記負荷体を自重降下させると共にサーボモータによりダイナミックブレーキで前記負荷体の降下を制御し，前記流路を前記負荷体で閉鎖することから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項７】
最終減速段の前記二次減速機の前記第２出力軸又は前記一次減速機の前記第１出力軸には，前記負荷体の位置を検出する位置検出器が設けられていることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項８】
前記無励磁作動保持ブレーキは，前記伝動軸に平行して一対設けられていることから成る請求項１〜７のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項９】
前記第３出力軸は，前記一次減速機及び前記二次減速機を介して前記モータの前記モータ出力軸に対して実質的に同一軸心上に配設されていることから成る請求項１〜８のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項１０】
前記一次減速機と前記二次減速機は，差動歯車減速機でそれぞれ構成されていることから成る請求項１〜９のいずれか１項に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−４００６７（Ｐ２００７−４００６７Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３２７６１（Ｐ２００５−２３２７６１）
【出願日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【出願人】（０００１９６７０５）西部電機株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【出願人】（０００１９６７０５）西部電機株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]