流路開閉用の負荷体駆動装置
【課題】この流路開閉用の負荷体駆動装置は，非常時に自重降下レバーを手動で作動してシフタの揺動させ，ブレーキを解放し，負荷体を自重で降下させて流路を閉鎖する。
【解決手段】この負荷体駆動装置は，モータ１又は手動ハンドル７の回転を動力伝達装置１４を介して負荷体２０の上下移動として伝達し，流路を負荷体２０で開閉する。自重降下レバー２で回転するクラッチシャフト１１にカム突起５１を設け，シフタ１２の揺動支点８に緩衝用皿ばね３０を配設する。非常時に自重降下レバー２を作動してカム突起１７を介してシフタ１２を揺動させ，アーマチュア４５とブレーキディスク４４とを離間させ，無励磁作動保持ブレーキ３のブレーキを解放し，負荷体２０を自重降下させる。
【解決手段】この負荷体駆動装置は，モータ１又は手動ハンドル７の回転を動力伝達装置１４を介して負荷体２０の上下移動として伝達し，流路を負荷体２０で開閉する。自重降下レバー２で回転するクラッチシャフト１１にカム突起５１を設け，シフタ１２の揺動支点８に緩衝用皿ばね３０を配設する。非常時に自重降下レバー２を作動してカム突起１７を介してシフタ１２を揺動させ，アーマチュア４５とブレーキディスク４４とを離間させ，無励磁作動保持ブレーキ３のブレーキを解放し，負荷体２０を自重降下させる。
【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，水路，浄水場等の流路を負荷体で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，アクチュエータは，図８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に噛み合うラックギヤ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。
【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，流路開閉用の負荷体駆動装置として，無励磁作動保持ブレーキを用いたものが知られている。該流路開閉用の負荷体駆動装置は，ゲート等の負荷体を往復移動させて流路を開閉するものであり，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。上記負荷体駆動装置は，ピンラックに設けた負荷体を往復移動させるモータ，回転を負荷体の往復移動に変換伝達する動力伝達装置を有する。動力伝達装置は，モータで回転する伝動軸に設けた無励磁作動保持ブレーキ，ウォームギヤを介して手動ハンドルが連結され且つ伝動軸に連結した一次減速機，一次減速機に連結した二次減速機に設けたピニオン軸，及びピニオン軸のピニオンに噛み合うラックピンを備えたピンラックから構成されている（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２００７−４００６７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，上記流路開閉用の負荷体駆動装置は，動力伝達装置に無励磁作動保持ブレーキを組み込んでおり，緊急時に自重降下レバーを手動で操作して，無励磁作動保持ブレーキを強制的に解放して自重で負荷体を降下させるタイプであり，このような動力伝達装置では，無励磁作動保持ブレーキとアーマチュアのストロークが極端に狭いため，自重降下レバーを操作してシフタを動かした時，自重降下レバーの回転領域の回転終端にストッパを設けていたとしてもアーマチュアと無励磁作動保持ブレーキとが接触し，自重降下レバーの負荷即ち操作力がシフタに作用し，シフタやシフタ関連部品の変形や破損に至る可能性があった。
【０００７】
この発明の目的は，上記の問題を解決するために，例えば，水門，扉体，バルブ，ゲート等の負荷体を駆動するため，サーボモータ等のモータ駆動軸や手動ハンドルの駆動力を最終段の出力軸に伝達する動力伝達装置に，少なくとも負荷体を所定の位置に保持する無励磁作動保持ブレーキ，差動歯車減速機及び自重降下レバーを設け，緊急時に自重降下レバーの操作で回転するクラッチシャフトにカム突起を設け，カム突起を回動させることによってシフタを揺動させ，シフタの揺動で無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアとブレーキディスクとを離間させてブレーキを解放し，自重で負荷体を降下させて負荷体で流路を閉鎖させることであり，特に，シフタ及びシフタ関連部品の変形や損傷を避けるため，シフタの支点間に緩衝用皿ばね等のばねを介在させ，自重降下レバーの負荷即ち操作力を上記ばねで吸収し，ブレーキ解放機構の強度をアップすると共に自重降下レバーの操作を簡単な構造でスムーズに且つ的確に達成する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，前記動力伝達装置には，前記負荷体を所定の位置に保持する無励磁作動保持ブレーキ及び非常時に前記無励磁作動保持ブレーキを解放して前記負荷体を自重降下させる自重降下レバーを備えたブレーキ解放機構が設けられていることから成る流路開閉用の負荷体駆動装置において，
前記ブレーキ解放機構は，前記自重降下レバーの作動で回転するクラッチシャフト，及び一方の端部が前記クラッチシャフトに当接し且つ前記無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアとブレーキディスクとを接離させるシフタを有し，前記シフタは前記クラッチシャフトに設けたカム突起に係合して前記クラッチシャフトの回転によって揺動して前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを離間させて前記無励磁作動保持ブレーキを解放することを特徴とする流路開閉用の負荷体駆動装置に関する。
【０００９】
また，前記シフタは，前記クラッチシャフトを挟んで対向して配設され，前記シフタの他方の端部におけるシフタ揺動の支点間には，前記シフタの揺動運動を緩衝するための緩衝用ばねが介在されている。
【００１０】
この流路開閉用の負荷体駆動装置において，前記シフタは，環状のプレートから構成され，前記プレートの中間縁部には一対のシフタピンが設けられ，前記シフタピンが前記無励磁作動保持ブレーキの前記アーマチュアに接して前記アーマチュアを前記ブレーキディスクから離間させるものである。
【００１１】
また，前記カム突起は，前記シフタの前記一方の端部内側に対向して前記クラッチシャフトの外周面に一対設けられ，前記クラッチシャフトの回転に応じて，前記緩衝用ばねを支点として前記シフタを揺動させて前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを離間させるものである。
【００１２】
また，前記緩衝用ばねは，複数枚重ねられた皿ばねから構成され，前記シフタの前記他方の端部のねじ孔に螺入された調整用ボルトによってばね力が調整される。
【００１３】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，前記クラッチシャフトを支持するブラケットには，前記自重降下レバーの回転範囲を規制する調整可能なストッパが設けられているものである。
【００１４】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，前記クラッチシャフトには，前記自重降下レバーの回転を元に戻すリターンスプリングが設けられている。
【００１５】
また，前記動力伝達装置は，前記モータのモータ出力軸に連結された伝動軸，前記伝動軸に前記無励磁作動保持ブレーキを介して第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ものである。更に，前記一次減速機と前記二次減速機は，差動歯車減速機で構成されているものである。
【発明の効果】
【００１６】
この流路開閉用の負荷体駆動装置は，上記のように構成されているので，緊急時に自重降下レバーの操作によってクラッチシャフトを回転させ，クラッチシャフトに設けたカム突起がシフタの一端部に作用してシフタを他端部の支点を中心に揺動させ，シフタが無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアに作用し，アーマチュアをブレーキディスクからスムーズに且つ的確に離間させ，無励磁作動保持ブレーキのブレーキ状態が解放され，負荷体が自重で降下することができる。また，シフタの支点には，緩衝用ばねを介在させているので，緩衝用ばねの作用によって無励磁作動保持ブレーキの解放時に，自重降下レバーの過負荷が吸収され，シフタ及びシフタ関連部品に対する変形や破損を避けることができる。この流路開閉用の負荷体駆動装置では，自重降下レバーを手動で作動すると，無励磁作動保持ブレーキの解放開始時まで，シフタは支点中心で揺動し，無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアとブレーキディスクとが接触すると，それ以降はシフタに設けたシフタピンが中心になってアーマチュアをブレーキディスクから離間する方向に動かし，その時，シフタの支点が緩衝用ばねを押し込んでいき，無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアがブレーキディスクからスムーズに且つ的確に離間され，無励磁作動保持ブレーキが解放され，負荷体が自重でスムーズに且つ的確に降下し，解放動作がシフタ等を損傷させることなく簡単に行うことができる。
【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一実施例を説明する。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，流路を開閉するゲート，水門，バルブ等の負荷体２０を駆動する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の基本的な構成は，例えば，本出願人が先に出願した特開２００７−４００６７号公報に開示されているものと同様な構成を有するものである。
【００１８】
この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置は，特に，緊急時に，手動レバーである自重降下レバー２を手動で操作して２個の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂ（総称は３）のブレーキ状態をシフタ１２の作動によって解放して負荷体２０（図８参照）を自重降下させる機構を備えたことを特徴とし，更に，ブレーキ解放時に自重降下レバー２の過負荷を吸収するためシフタ１２の揺動の支点８におけるシフタ１２間に緩衝用のばね，図では皿ばね３０を介在させたことである。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，図１に示すように，動力伝達装置１４の最終出力軸となる第３出力軸はラックギヤ９を備えたピニオン軸１１であり，また，負荷体支持手段はラックギヤ９に噛み合うラックピン１６を備えたピンラック１０で構成したピンラック式駆動装置に構成されている。しかしながら，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，ピンラック式駆動装置に限らず，ギヤラックやワイヤロープ式の各種の負荷体駆動装置にも適用できるものである。
【００１９】
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，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の上下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。また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，図８に示すように，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に螺合するラックギヤ９を備えたピニオン軸１１（第３出力軸），ラックギヤ９を回転駆動してピンラック１０を上下移動させるために駆動されるモータ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。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，伝動軸４，一対の差動歯車減速機５（一次減速機）及び差動歯車減速機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（図示せず）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。また，この負荷体駆動装置では，ピニオン軸１１は，差動歯車減速機５，６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。差動歯車減速機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（第１入力軸）と出力軸３２（第１出力軸）から構成されている。
【００２０】
また，動力伝達装置１４は，モータ１のモータ出力軸２２に連結された伝動軸４，伝動軸４に無励磁作動保持ブレーキ３を介して入力軸３１が連結された差動歯車減速機５，差動歯車減速機５の出力軸３２に入力軸（第２入力軸）３３が連結された差動歯車減速機６，手動ハンドル７を差動歯車減速機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，差動歯車減速機６の出力軸３４（第２出力軸）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ラックギヤ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を介して動力伝達装置１４に作動連結されている。
【００２１】
また，差動歯車減速機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。差動歯車減速機５は，入力軸３１の回転を減速して出力軸の連結シャフト３２の回転へと伝達される。また，差動歯車減速機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。この負荷体駆動装置は，図示していないが，出力軸３４に位置検出器を設けることができる。位置検出器は，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い。また，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る。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が回転し，ウォームホイール３７の回転が差動歯車減速機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の回転の減速比は差動歯車減速機５では減速されずに，手動ハンドル７の回転はウォームギヤ３５で減速されるように構成されている。
【００２２】
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，非常時には自重降下機構即ち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。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。
【００２３】
また，無励磁作動保持ブレーキ３は，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３Ａ，３Ｂの作動機能は，前掲特開２００７−４００６７号公報に開示されたとおりである。無励磁作動保持ブレーキ３は，ケース４２に取り付けられている。シフタ１２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。アーマチュア４５と電機子コイル（図示せず）には，磁路を形成するフィールド４６が設けられている。図２では，フィールド４６は，電機子コイルを収容した状態であり，アーマチュア４５が電機子コイルに対向して位置している。プレート４３は，フィールド４６のケースにねじ等で所定の距離だけ隔置して取り付けられており，プレート４３にはブレーキディスク４４が固定されている。ブレーキディスク４４は，差動歯車減速機の入力軸３１に設けたインナドライバ４８に摺動可能にスプライン嵌合して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ュア４５が対向して配設され，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，電機子コイルが通電され，アーマチュア４５とフィールド４６との間に磁界が発生し，アーマチュア４５がフィールド４６に吸引され，アーマチュア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，差動歯車減速機５の入力軸３１が回転するように構成されている。無励磁作動保持ブレーキ３は，電源がＯＦＦの時には，アーマチュア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，負荷体２０が無励磁作動保持状態になる。
【００２４】
この流路開閉用の負荷体駆動装置は，特に，動力伝達装置１４における無励磁作動保持ブレーキ３を非常時に解放して負荷体２０を自重降下させる自重降下レバー２を備えたブレーキ解放機構が設けられていることを特徴としている。ブレーキ解放機構は，自重降下レバー２の手動による作動によって回転するクラッチシャフト１３，及び一方の端部１８がクラッチシャフト１３に当接し且つ無励磁作動保持ブレーキ３のアーマチュア４５とブレーキディスク４４とを接離させるシフタ１２を有している。シフタ１２は，クラッチシャフト１３に設けたカム突起１７に係合しており，クラッチシャフト１３の回転によって揺動してアーマチュア４５とブレーキディスク４４とを離間させて無励磁作動保持ブレーキ３を解放するものである。
【００２５】
この流路開閉用の負荷体駆動装置において，特に，シフタ１２は，その一方の端部１８がクラッチシャフト１３を挟んで対向して配設され，シフタ１２の他方の端部１９におけるシフタ揺動の支点８間には，シフタ１２の揺動運動を緩衝するための複数枚の緩衝用皿ばね３０が介在されている。緩衝用皿ばね３０は，例えば，シフタ１２間に２枚１組で６組積層した配設されている。シフタ１２の端部１９には，互いに対向する揺動支点８の位置にねじ孔４９が形成されている。シフタ１２に設けたねじ孔４９には，調整用ボルト４７が対向状態にそれぞれねじ込まれている。調整用ボルト４７は，シフタ１２の間隔が位置設定されると，シフタ１２に固定ナット５４で位置決め固定される。調整用ボルト４７の先端部５１は，収容ケース５０に収容された緩衝用皿ばね３０に当て板５２を介して当接するように，収容ケース５０内へと延びている。収容ケース５０は，例えば，図３に示すように，スタンド１５に設けたフレーム２５に取り付けられている。緩衝用皿ばね３０は，収容ケース５０の一端に内向きに延びるように設けられた係止フランジ部に係止した当て板５２と，他端が固定リング５３で係止した当て板５２との間に位置して収容ケース５０内に配設されている。
【００２６】
シフタ１２は，図４に示すように，環状のプレートから構成され，該プレートの中間縁部には一対のシフタピン２９がバランスして対向位置に設けられている。シフタピン２９は，シフタ１２の揺動に伴って無励磁作動保持ブレーキ３のアーマチュア４５をフィールド４６内へと押し込んで，アーマチュア４５をブレーキディスク４４から離間させる作用点である。シフタ１２の内径は，ブレーキディスク４４を固定しているプレート４３の外径即ち直径に対して０．５ｍｍ程度の隙間を持つほぼ同一長さに形成されている。また，カム突起１７は，図７に示すように，シフタ１２の一方の端部１８内側に対向してクラッチシャフト１３の外周面４０に一対設けられ，クラッチシャフト１３の回転に伴って，緩衝用皿ばね３０を支点８としてシフタ１２を揺動させてアーマチュア４５とブレーキディスク４４とを離間させるものである。
【００２７】
また，緩衝用皿ばね３０は，シフタ１２の他方の端部１９のねじ孔４９に螺入された調整用ボルト４７によってばね力が調整される。また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，クラッチシャフト１３を支持するブラケット２４には，自重降下レバー２の回転範囲を規制する調整可能なストッパ２３が設けられている。ストッパ２３は，一種の調整ボルトであり，クラッチシャフト１３に設けたカム突起１７の周方向サイズによって自重降下レバー２の回転範囲を規制するものである。また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，クラッチシャフト１３には，自重降下レバー２の回転を元に戻すリターンスプリング２１がねじ２８等で取り付けられている。
【００２８】
次に，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，自重降下レバー２を手動で回転させることによってクラッチシャフト１３が回転し，それによってシフタ１２が揺動するものであり，一対のシフタ１２の間隔は調整用ボルト４７で行うことができることを，図７を参照して説明する。図７の（ａ）に示すように，調整用ボルト４７の先端部５１が緩衝用皿ばね３０に当接するまでシフタ１２のねじ孔４９にねじ込み即ち締め込む。調整用ボルト４７の先端部５１が緩衝用皿ばね３０に当接した状態から調整用ボルト４７を１回転半だけ回転を戻す。調整用ボルト４７の回転を戻すことにより，調整用ボルト４７の先端部５１と緩衝用皿ばね３０との間に，例えば，１ｍｍ程度の隙間ができる。この状態では，シフタピン２９とアーマチュア４５との間には０．５ｍｍ程度の隙間ができている。この設定操作によって，ブレーキ解放機構における一対のシフタ１２間が予め決められた隙間に設定されることになる。シフタピン２９とアーマチュア４５との間に隙間が存在するように，シフタ１２間の間隔を設定するのは，隙間が無いと，ブレーキディスク４４の摩耗等でブレーキが働いた場合に，アーマチュア４５がブレーキディスク４４と接触する時に，シフタピン２９がアーマチュア４５に当たり，ブレーキが働かない状態になるからである。
【００２９】
ブレーキ解放機構におけるシフタ１２の設定が完了すると，シフタ１２を機能させることができるようになる。まず，図７の（ｂ）に示すように，自重降下レバー２を手動によって回転させると，クラッチシャフト１３が，例えば，１３．１°程度回転し，カム突起１７がシフタ１２を揺動させ，シフタ１２に設けたシフタピン２９がアーマチュア４５と当接して無励磁作動保持ブレーキ３のブレーキ解放開始状態になる。次いで，図７の（ｃ）に示すように，自重降下レバー２を更に回転させると，クラッチシャフト１３が回転し，例えば，クラッチシャフト１３が２．１°程度回転し，カム突起１７がシフタ１２を離間させ，それに伴ってシフタピン２９がアーマチュア４５をフィールド４６内へと押し込み，即ち，アーマチュア４５をブレーキディスク４４との間に隙間が０．１ｍｍ程度できるようにフィールド４６内へ押し込むことによって，アーマチュア４５とブレーキディスク４４とが離間してブレーキが解放状態になる。更に，自重降下レバー２を回転させると，クラッチシャフト１３が回転し，例えば，クラッチシャフト１３を９．８°程度回転し，シフタ１２の端部１９に設けた調整用ボルト４７が緩衝用皿ばね３０を押し込むことになり，アーマチュア４５とブレーキディスク４４とが完全に離間してブレーキが解放状態になる。そして，自重降下レバー２は，クラッチシャフト１３の回転が，例えば，２５°の回転範囲でストッパ２３に当接して，それ以上の回転が停止されるように設定されている。
【００３０】
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４４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，差動歯車減速機５の入力軸３１が回転し，この時，差動歯車減速機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。差動歯車減速機５の入力軸３１が回転すると，減速されて差動歯車減速機５の出力軸３２が回転する。差動歯車減速機５の出力軸３２が回転すると，差動歯車減速機６の入力軸３３が回転し，次いで差動歯車減速機６の出力軸３４が回転する。差動歯車減速機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ラックギヤ９が回転し，次いで，ラックギヤ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り，負荷体２０が上下移動することになる。
【００３１】
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４４がアーマチュア４５に接触状態になって閉状態であり，モータ１の駆動は停止して差動歯車減速機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は差動歯車減速機５のケース３９に固定されているので，差動歯車減速機５は軸受４１を介して全体的に回転して差動歯車減速機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，差動歯車減速機５では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。差動歯車減速機５の出力軸３２が回転すると，差動歯車減速機６の入力軸３３が回転し，次いで差動歯車減速機６の出力軸３４が回転する。差動歯車減速機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が回転してラックギヤ９が回転し，次いで，ラックギヤ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り，負荷体２０が上下移動することになる。
【００３２】
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１２によって無励磁作動保持ブレーキ３のアーマチュア４５をシフタ１２によって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１２によってアーマチュア４５を押し込んで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の降下によってラックギヤ９が回転し，ラックギヤ９の回転は差動歯車減速機６の出力軸３４を回転させる。出力軸３４の回転は差動歯車減速機６の入力軸３３を回転させ，次いで，差動歯車減速機５の出力軸３２が回転して差動歯車減速機５の入力軸３１が回転する。差動歯車減速機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。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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伝達する差動歯車減速機等を設けた動力伝達装置に無励磁作動保持ブレーキを組み込み，緊急時に自重降下レバーを手動で操作してシフタを介して無励磁作動保持ブレーキのブレーキを解放するブレーキ解放機構に適用して好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の流路開閉用の負荷体駆動装置におけるブレーキ解放機構の細部を示す断面図である。
【図３】図２のブレーキ解放機構における緩衝用皿ばねの領域を示す拡大断面図である。
【図４】図２のブレーキ解放機構におけるシフタとクラッチシャフトとの関係を示す側面図である。
【図５】図２のブレーキ解放機構における自重降下レバーの回転領域を示す側面図である。
【図６】図１の流路開閉用の負荷体駆動装置の外観を示す概略図である。
【図７】図２のブレーキ解放機構におけるクラッチシャフトとシフタとの作動原理を示す説明図である。
【図８】従来の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】
【００３５】
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 差動歯車減速機（一次減速機）
６ 差動歯車減速機（二次減速機）
７ 手動ハンドル
８ 支点（シフタの揺動支点）
１０ ピンラック（負荷体支持手段） １１ ピニオン軸（第３出力軸）
１２ シフタ
１３ クラッチシャフト
１４ 動力伝達装置
１７ カム突起
１８，１９ 端部
２０ 負荷体
２１ リターンスプリング
２２ モータ出力軸
２３ ストッパ
２４ ブラケット
２９ シフタピン
３０ 緩衝用皿ばね
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
４２ ケース
４４ ブレーキディスク
４５ アーマチュア
４６ フィールド
４７ 調整用ボルト
４９ ねじ孔
【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，水路，浄水場等の流路を負荷体で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，アクチュエータは，図８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に噛み合うラックギヤ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。
【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，流路開閉用の負荷体駆動装置として，無励磁作動保持ブレーキを用いたものが知られている。該流路開閉用の負荷体駆動装置は，ゲート等の負荷体を往復移動させて流路を開閉するものであり，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。上記負荷体駆動装置は，ピンラックに設けた負荷体を往復移動させるモータ，回転を負荷体の往復移動に変換伝達する動力伝達装置を有する。動力伝達装置は，モータで回転する伝動軸に設けた無励磁作動保持ブレーキ，ウォームギヤを介して手動ハンドルが連結され且つ伝動軸に連結した一次減速機，一次減速機に連結した二次減速機に設けたピニオン軸，及びピニオン軸のピニオンに噛み合うラックピンを備えたピンラックから構成されている（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２００７−４００６７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，上記流路開閉用の負荷体駆動装置は，動力伝達装置に無励磁作動保持ブレーキを組み込んでおり，緊急時に自重降下レバーを手動で操作して，無励磁作動保持ブレーキを強制的に解放して自重で負荷体を降下させるタイプであり，このような動力伝達装置では，無励磁作動保持ブレーキとアーマチュアのストロークが極端に狭いため，自重降下レバーを操作してシフタを動かした時，自重降下レバーの回転領域の回転終端にストッパを設けていたとしてもアーマチュアと無励磁作動保持ブレーキとが接触し，自重降下レバーの負荷即ち操作力がシフタに作用し，シフタやシフタ関連部品の変形や破損に至る可能性があった。
【０００７】
この発明の目的は，上記の問題を解決するために，例えば，水門，扉体，バルブ，ゲート等の負荷体を駆動するため，サーボモータ等のモータ駆動軸や手動ハンドルの駆動力を最終段の出力軸に伝達する動力伝達装置に，少なくとも負荷体を所定の位置に保持する無励磁作動保持ブレーキ，差動歯車減速機及び自重降下レバーを設け，緊急時に自重降下レバーの操作で回転するクラッチシャフトにカム突起を設け，カム突起を回動させることによってシフタを揺動させ，シフタの揺動で無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアとブレーキディスクとを離間させてブレーキを解放し，自重で負荷体を降下させて負荷体で流路を閉鎖させることであり，特に，シフタ及びシフタ関連部品の変形や損傷を避けるため，シフタの支点間に緩衝用皿ばね等のばねを介在させ，自重降下レバーの負荷即ち操作力を上記ばねで吸収し，ブレーキ解放機構の強度をアップすると共に自重降下レバーの操作を簡単な構造でスムーズに且つ的確に達成する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，前記動力伝達装置には，前記負荷体を所定の位置に保持する無励磁作動保持ブレーキ及び非常時に前記無励磁作動保持ブレーキを解放して前記負荷体を自重降下させる自重降下レバーを備えたブレーキ解放機構が設けられていることから成る流路開閉用の負荷体駆動装置において，
前記ブレーキ解放機構は，前記自重降下レバーの作動で回転するクラッチシャフト，及び一方の端部が前記クラッチシャフトに当接し且つ前記無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアとブレーキディスクとを接離させるシフタを有し，前記シフタは前記クラッチシャフトに設けたカム突起に係合して前記クラッチシャフトの回転によって揺動して前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを離間させて前記無励磁作動保持ブレーキを解放することを特徴とする流路開閉用の負荷体駆動装置に関する。
【０００９】
また，前記シフタは，前記クラッチシャフトを挟んで対向して配設され，前記シフタの他方の端部におけるシフタ揺動の支点間には，前記シフタの揺動運動を緩衝するための緩衝用ばねが介在されている。
【００１０】
この流路開閉用の負荷体駆動装置において，前記シフタは，環状のプレートから構成され，前記プレートの中間縁部には一対のシフタピンが設けられ，前記シフタピンが前記無励磁作動保持ブレーキの前記アーマチュアに接して前記アーマチュアを前記ブレーキディスクから離間させるものである。
【００１１】
また，前記カム突起は，前記シフタの前記一方の端部内側に対向して前記クラッチシャフトの外周面に一対設けられ，前記クラッチシャフトの回転に応じて，前記緩衝用ばねを支点として前記シフタを揺動させて前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを離間させるものである。
【００１２】
また，前記緩衝用ばねは，複数枚重ねられた皿ばねから構成され，前記シフタの前記他方の端部のねじ孔に螺入された調整用ボルトによってばね力が調整される。
【００１３】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，前記クラッチシャフトを支持するブラケットには，前記自重降下レバーの回転範囲を規制する調整可能なストッパが設けられているものである。
【００１４】
また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，前記クラッチシャフトには，前記自重降下レバーの回転を元に戻すリターンスプリングが設けられている。
【００１５】
また，前記動力伝達装置は，前記モータのモータ出力軸に連結された伝動軸，前記伝動軸に前記無励磁作動保持ブレーキを介して第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ものである。更に，前記一次減速機と前記二次減速機は，差動歯車減速機で構成されているものである。
【発明の効果】
【００１６】
この流路開閉用の負荷体駆動装置は，上記のように構成されているので，緊急時に自重降下レバーの操作によってクラッチシャフトを回転させ，クラッチシャフトに設けたカム突起がシフタの一端部に作用してシフタを他端部の支点を中心に揺動させ，シフタが無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアに作用し，アーマチュアをブレーキディスクからスムーズに且つ的確に離間させ，無励磁作動保持ブレーキのブレーキ状態が解放され，負荷体が自重で降下することができる。また，シフタの支点には，緩衝用ばねを介在させているので，緩衝用ばねの作用によって無励磁作動保持ブレーキの解放時に，自重降下レバーの過負荷が吸収され，シフタ及びシフタ関連部品に対する変形や破損を避けることができる。この流路開閉用の負荷体駆動装置では，自重降下レバーを手動で作動すると，無励磁作動保持ブレーキの解放開始時まで，シフタは支点中心で揺動し，無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアとブレーキディスクとが接触すると，それ以降はシフタに設けたシフタピンが中心になってアーマチュアをブレーキディスクから離間する方向に動かし，その時，シフタの支点が緩衝用ばねを押し込んでいき，無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアがブレーキディスクからスムーズに且つ的確に離間され，無励磁作動保持ブレーキが解放され，負荷体が自重でスムーズに且つ的確に降下し，解放動作がシフタ等を損傷させることなく簡単に行うことができる。
【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一実施例を説明する。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，流路を開閉するゲート，水門，バルブ等の負荷体２０を駆動する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の基本的な構成は，例えば，本出願人が先に出願した特開２００７−４００６７号公報に開示されているものと同様な構成を有するものである。
【００１８】
この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置は，特に，緊急時に，手動レバーである自重降下レバー２を手動で操作して２個の無励磁作動保持ブレーキ３Ａ，３Ｂ（総称は３）のブレーキ状態をシフタ１２の作動によって解放して負荷体２０（図８参照）を自重降下させる機構を備えたことを特徴とし，更に，ブレーキ解放時に自重降下レバー２の過負荷を吸収するためシフタ１２の揺動の支点８におけるシフタ１２間に緩衝用のばね，図では皿ばね３０を介在させたことである。この流路開閉用の負荷体駆動装置は，図１に示すように，動力伝達装置１４の最終出力軸となる第３出力軸はラックギヤ９を備えたピニオン軸１１であり，また，負荷体支持手段はラックギヤ９に噛み合うラックピン１６を備えたピンラック１０で構成したピンラック式駆動装置に構成されている。しかしながら，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，ピンラック式駆動装置に限らず，ギヤラックやワイヤロープ式の各種の負荷体駆動装置にも適用できるものである。
【００１９】
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，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の上下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。また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，図８に示すように，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に螺合するラックギヤ９を備えたピニオン軸１１（第３出力軸），ラックギヤ９を回転駆動してピンラック１０を上下移動させるために駆動されるモータ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。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，伝動軸４，一対の差動歯車減速機５（一次減速機）及び差動歯車減速機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（図示せず）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。また，この負荷体駆動装置では，ピニオン軸１１は，差動歯車減速機５，６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。差動歯車減速機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（第１入力軸）と出力軸３２（第１出力軸）から構成されている。
【００２０】
また，動力伝達装置１４は，モータ１のモータ出力軸２２に連結された伝動軸４，伝動軸４に無励磁作動保持ブレーキ３を介して入力軸３１が連結された差動歯車減速機５，差動歯車減速機５の出力軸３２に入力軸（第２入力軸）３３が連結された差動歯車減速機６，手動ハンドル７を差動歯車減速機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，差動歯車減速機６の出力軸３４（第２出力軸）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ラックギヤ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を介して動力伝達装置１４に作動連結されている。
【００２１】
また，差動歯車減速機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。差動歯車減速機５は，入力軸３１の回転を減速して出力軸の連結シャフト３２の回転へと伝達される。また，差動歯車減速機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。この負荷体駆動装置は，図示していないが，出力軸３４に位置検出器を設けることができる。位置検出器は，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い。また，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る。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が回転し，ウォームホイール３７の回転が差動歯車減速機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の回転の減速比は差動歯車減速機５では減速されずに，手動ハンドル７の回転はウォームギヤ３５で減速されるように構成されている。
【００２２】
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，非常時には自重降下機構即ち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。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。
【００２３】
また，無励磁作動保持ブレーキ３は，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３Ａ，３Ｂの作動機能は，前掲特開２００７−４００６７号公報に開示されたとおりである。無励磁作動保持ブレーキ３は，ケース４２に取り付けられている。シフタ１２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。アーマチュア４５と電機子コイル（図示せず）には，磁路を形成するフィールド４６が設けられている。図２では，フィールド４６は，電機子コイルを収容した状態であり，アーマチュア４５が電機子コイルに対向して位置している。プレート４３は，フィールド４６のケースにねじ等で所定の距離だけ隔置して取り付けられており，プレート４３にはブレーキディスク４４が固定されている。ブレーキディスク４４は，差動歯車減速機の入力軸３１に設けたインナドライバ４８に摺動可能にスプライン嵌合して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ュア４５が対向して配設され，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，電機子コイルが通電され，アーマチュア４５とフィールド４６との間に磁界が発生し，アーマチュア４５がフィールド４６に吸引され，アーマチュア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，差動歯車減速機５の入力軸３１が回転するように構成されている。無励磁作動保持ブレーキ３は，電源がＯＦＦの時には，アーマチュア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，負荷体２０が無励磁作動保持状態になる。
【００２４】
この流路開閉用の負荷体駆動装置は，特に，動力伝達装置１４における無励磁作動保持ブレーキ３を非常時に解放して負荷体２０を自重降下させる自重降下レバー２を備えたブレーキ解放機構が設けられていることを特徴としている。ブレーキ解放機構は，自重降下レバー２の手動による作動によって回転するクラッチシャフト１３，及び一方の端部１８がクラッチシャフト１３に当接し且つ無励磁作動保持ブレーキ３のアーマチュア４５とブレーキディスク４４とを接離させるシフタ１２を有している。シフタ１２は，クラッチシャフト１３に設けたカム突起１７に係合しており，クラッチシャフト１３の回転によって揺動してアーマチュア４５とブレーキディスク４４とを離間させて無励磁作動保持ブレーキ３を解放するものである。
【００２５】
この流路開閉用の負荷体駆動装置において，特に，シフタ１２は，その一方の端部１８がクラッチシャフト１３を挟んで対向して配設され，シフタ１２の他方の端部１９におけるシフタ揺動の支点８間には，シフタ１２の揺動運動を緩衝するための複数枚の緩衝用皿ばね３０が介在されている。緩衝用皿ばね３０は，例えば，シフタ１２間に２枚１組で６組積層した配設されている。シフタ１２の端部１９には，互いに対向する揺動支点８の位置にねじ孔４９が形成されている。シフタ１２に設けたねじ孔４９には，調整用ボルト４７が対向状態にそれぞれねじ込まれている。調整用ボルト４７は，シフタ１２の間隔が位置設定されると，シフタ１２に固定ナット５４で位置決め固定される。調整用ボルト４７の先端部５１は，収容ケース５０に収容された緩衝用皿ばね３０に当て板５２を介して当接するように，収容ケース５０内へと延びている。収容ケース５０は，例えば，図３に示すように，スタンド１５に設けたフレーム２５に取り付けられている。緩衝用皿ばね３０は，収容ケース５０の一端に内向きに延びるように設けられた係止フランジ部に係止した当て板５２と，他端が固定リング５３で係止した当て板５２との間に位置して収容ケース５０内に配設されている。
【００２６】
シフタ１２は，図４に示すように，環状のプレートから構成され，該プレートの中間縁部には一対のシフタピン２９がバランスして対向位置に設けられている。シフタピン２９は，シフタ１２の揺動に伴って無励磁作動保持ブレーキ３のアーマチュア４５をフィールド４６内へと押し込んで，アーマチュア４５をブレーキディスク４４から離間させる作用点である。シフタ１２の内径は，ブレーキディスク４４を固定しているプレート４３の外径即ち直径に対して０．５ｍｍ程度の隙間を持つほぼ同一長さに形成されている。また，カム突起１７は，図７に示すように，シフタ１２の一方の端部１８内側に対向してクラッチシャフト１３の外周面４０に一対設けられ，クラッチシャフト１３の回転に伴って，緩衝用皿ばね３０を支点８としてシフタ１２を揺動させてアーマチュア４５とブレーキディスク４４とを離間させるものである。
【００２７】
また，緩衝用皿ばね３０は，シフタ１２の他方の端部１９のねじ孔４９に螺入された調整用ボルト４７によってばね力が調整される。また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，クラッチシャフト１３を支持するブラケット２４には，自重降下レバー２の回転範囲を規制する調整可能なストッパ２３が設けられている。ストッパ２３は，一種の調整ボルトであり，クラッチシャフト１３に設けたカム突起１７の周方向サイズによって自重降下レバー２の回転範囲を規制するものである。また，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，クラッチシャフト１３には，自重降下レバー２の回転を元に戻すリターンスプリング２１がねじ２８等で取り付けられている。
【００２８】
次に，この流路開閉用の負荷体駆動装置は，自重降下レバー２を手動で回転させることによってクラッチシャフト１３が回転し，それによってシフタ１２が揺動するものであり，一対のシフタ１２の間隔は調整用ボルト４７で行うことができることを，図７を参照して説明する。図７の（ａ）に示すように，調整用ボルト４７の先端部５１が緩衝用皿ばね３０に当接するまでシフタ１２のねじ孔４９にねじ込み即ち締め込む。調整用ボルト４７の先端部５１が緩衝用皿ばね３０に当接した状態から調整用ボルト４７を１回転半だけ回転を戻す。調整用ボルト４７の回転を戻すことにより，調整用ボルト４７の先端部５１と緩衝用皿ばね３０との間に，例えば，１ｍｍ程度の隙間ができる。この状態では，シフタピン２９とアーマチュア４５との間には０．５ｍｍ程度の隙間ができている。この設定操作によって，ブレーキ解放機構における一対のシフタ１２間が予め決められた隙間に設定されることになる。シフタピン２９とアーマチュア４５との間に隙間が存在するように，シフタ１２間の間隔を設定するのは，隙間が無いと，ブレーキディスク４４の摩耗等でブレーキが働いた場合に，アーマチュア４５がブレーキディスク４４と接触する時に，シフタピン２９がアーマチュア４５に当たり，ブレーキが働かない状態になるからである。
【００２９】
ブレーキ解放機構におけるシフタ１２の設定が完了すると，シフタ１２を機能させることができるようになる。まず，図７の（ｂ）に示すように，自重降下レバー２を手動によって回転させると，クラッチシャフト１３が，例えば，１３．１°程度回転し，カム突起１７がシフタ１２を揺動させ，シフタ１２に設けたシフタピン２９がアーマチュア４５と当接して無励磁作動保持ブレーキ３のブレーキ解放開始状態になる。次いで，図７の（ｃ）に示すように，自重降下レバー２を更に回転させると，クラッチシャフト１３が回転し，例えば，クラッチシャフト１３が２．１°程度回転し，カム突起１７がシフタ１２を離間させ，それに伴ってシフタピン２９がアーマチュア４５をフィールド４６内へと押し込み，即ち，アーマチュア４５をブレーキディスク４４との間に隙間が０．１ｍｍ程度できるようにフィールド４６内へ押し込むことによって，アーマチュア４５とブレーキディスク４４とが離間してブレーキが解放状態になる。更に，自重降下レバー２を回転させると，クラッチシャフト１３が回転し，例えば，クラッチシャフト１３を９．８°程度回転し，シフタ１２の端部１９に設けた調整用ボルト４７が緩衝用皿ばね３０を押し込むことになり，アーマチュア４５とブレーキディスク４４とが完全に離間してブレーキが解放状態になる。そして，自重降下レバー２は，クラッチシャフト１３の回転が，例えば，２５°の回転範囲でストッパ２３に当接して，それ以上の回転が停止されるように設定されている。
【００３０】
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４４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，差動歯車減速機５の入力軸３１が回転し，この時，差動歯車減速機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。差動歯車減速機５の入力軸３１が回転すると，減速されて差動歯車減速機５の出力軸３２が回転する。差動歯車減速機５の出力軸３２が回転すると，差動歯車減速機６の入力軸３３が回転し，次いで差動歯車減速機６の出力軸３４が回転する。差動歯車減速機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ラックギヤ９が回転し，次いで，ラックギヤ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り，負荷体２０が上下移動することになる。
【００３１】
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４４がアーマチュア４５に接触状態になって閉状態であり，モータ１の駆動は停止して差動歯車減速機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は差動歯車減速機５のケース３９に固定されているので，差動歯車減速機５は軸受４１を介して全体的に回転して差動歯車減速機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，差動歯車減速機５では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。差動歯車減速機５の出力軸３２が回転すると，差動歯車減速機６の入力軸３３が回転し，次いで差動歯車減速機６の出力軸３４が回転する。差動歯車減速機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が回転してラックギヤ９が回転し，次いで，ラックギヤ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り，負荷体２０が上下移動することになる。
【００３２】
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１２によって無励磁作動保持ブレーキ３のアーマチュア４５をシフタ１２によって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１２によってアーマチュア４５を押し込んで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の降下によってラックギヤ９が回転し，ラックギヤ９の回転は差動歯車減速機６の出力軸３４を回転させる。出力軸３４の回転は差動歯車減速機６の入力軸３３を回転させ，次いで，差動歯車減速機５の出力軸３２が回転して差動歯車減速機５の入力軸３１が回転する。差動歯車減速機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。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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伝達する差動歯車減速機等を設けた動力伝達装置に無励磁作動保持ブレーキを組み込み，緊急時に自重降下レバーを手動で操作してシフタを介して無励磁作動保持ブレーキのブレーキを解放するブレーキ解放機構に適用して好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明による流路開閉用の負荷体駆動装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の流路開閉用の負荷体駆動装置におけるブレーキ解放機構の細部を示す断面図である。
【図３】図２のブレーキ解放機構における緩衝用皿ばねの領域を示す拡大断面図である。
【図４】図２のブレーキ解放機構におけるシフタとクラッチシャフトとの関係を示す側面図である。
【図５】図２のブレーキ解放機構における自重降下レバーの回転領域を示す側面図である。
【図６】図１の流路開閉用の負荷体駆動装置の外観を示す概略図である。
【図７】図２のブレーキ解放機構におけるクラッチシャフトとシフタとの作動原理を示す説明図である。
【図８】従来の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】
【００３５】
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 差動歯車減速機（一次減速機）
６ 差動歯車減速機（二次減速機）
７ 手動ハンドル
８ 支点（シフタの揺動支点）
１０ ピンラック（負荷体支持手段） １１ ピニオン軸（第３出力軸）
１２ シフタ
１３ クラッチシャフト
１４ 動力伝達装置
１７ カム突起
１８，１９ 端部
２０ 負荷体
２１ リターンスプリング
２２ モータ出力軸
２３ ストッパ
２４ ブラケット
２９ シフタピン
３０ 緩衝用皿ばね
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
４２ ケース
４４ ブレーキディスク
４５ アーマチュア
４６ フィールド
４７ 調整用ボルト
４９ ねじ孔
【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，前記動力伝達装置には，前記負荷体を所定の位置に保持する無励磁作動保持ブレーキ及び非常時に前記無励磁作動保持ブレーキを解放して前記負荷体を自重降下させる自重降下レバーを備えたブレーキ解放機構が設けられていることから成る流路開閉用の負荷体駆動装置において，
前記ブレーキ解放機構は，前記自重降下レバーの作動で回転するクラッチシャフト，及び一方の端部が前記クラッチシャフトに当接し且つ前記無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアとブレーキディスクとを接離させるシフタを有し，前記シフタは前記クラッチシャフトに設けたカム突起に係合して前記クラッチシャフトの回転によって揺動して前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを離間させて前記無励磁作動保持ブレーキを解放することを特徴とする流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項２】
前記シフタは，前記クラッチシャフトを挟んで対向して配設され，前記シフタの他方の端部におけるシフタ揺動の支点間には，前記シフタの揺動運動を緩衝するための緩衝用ばねが介在されていることを特徴とする請求項１に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項３】
前記シフタには，環状のプレートから構成され，前記プレートの中間縁部には一対のシフタピンが設けられ，前記シフタピンが前記無励磁作動保持ブレーキの前記アーマチュアに接して前記アーマチュアを前記ブレーキディスクから離間させることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項４】
前記カム突起は，前記シフタの前記一方の端部内側に対向して前記クラッチシャフトの外周面に一対設けられ，前記クラッチシャフトの回転に応じて，前記緩衝用ばねを支点として前記シフタを揺動させて前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを離間させることを特徴とする請求項１〜３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５】
前記緩衝用ばねは，複数枚重ねられた皿ばねから構成され，前記シフタの前記他方の端部のねじ孔に螺入された調整用ボルトによってばね力が調整されることを特徴とする請求項２〜４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】
前記クラッチシャフトを支持するブラケットには，前記自重降下レバーの回転範囲を規制する調整可能なストッパが設けられていることを特徴とする請求項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】
前記クラッチシャフトには，前記自重降下レバーの回転を元に戻すリターンスプリングが設けられていることを特徴とする請求項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】
前記動力伝達装置は，前記モータのモータ出力軸に連結された伝動軸，前記伝動軸に前記無励磁作動保持ブレーキを介して第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を特徴とする請求項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】
前記一次減速機と前記二次減速機は，差動歯車減速機であることを特徴とする請求項８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，前記動力伝達装置には，前記負荷体を所定の位置に保持する無励磁作動保持ブレーキ及び非常時に前記無励磁作動保持ブレーキを解放して前記負荷体を自重降下させる自重降下レバーを備えたブレーキ解放機構が設けられていることから成る流路開閉用の負荷体駆動装置において，
前記ブレーキ解放機構は，前記自重降下レバーの作動で回転するクラッチシャフト，及び一方の端部が前記クラッチシャフトに当接し且つ前記無励磁作動保持ブレーキのアーマチュアとブレーキディスクとを接離させるシフタを有し，前記シフタは前記クラッチシャフトに設けたカム突起に係合して前記クラッチシャフトの回転によって揺動して前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを離間させて前記無励磁作動保持ブレーキを解放することを特徴とする流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項２】
前記シフタは，前記クラッチシャフトを挟んで対向して配設され，前記シフタの他方の端部におけるシフタ揺動の支点間には，前記シフタの揺動運動を緩衝するための緩衝用ばねが介在されていることを特徴とする請求項１に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項３】
前記シフタには，環状のプレートから構成され，前記プレートの中間縁部には一対のシフタピンが設けられ，前記シフタピンが前記無励磁作動保持ブレーキの前記アーマチュアに接して前記アーマチュアを前記ブレーキディスクから離間させることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路開閉用の負荷体駆動装置。
【請求項４】
前記カム突起は，前記シフタの前記一方の端部内側に対向して前記クラッチシャフトの外周面に一対設けられ，前記クラッチシャフトの回転に応じて，前記緩衝用ばねを支点として前記シフタを揺動させて前記アーマチュアと前記ブレーキディスクとを離間させることを特徴とする請求項１〜３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５】
前記緩衝用ばねは，複数枚重ねられた皿ばねから構成され，前記シフタの前記他方の端部のねじ孔に螺入された調整用ボルトによってばね力が調整されることを特徴とする請求項２〜４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】
前記クラッチシャフトを支持するブラケットには，前記自重降下レバーの回転範囲を規制する調整可能なストッパが設けられていることを特徴とする請求項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】
前記クラッチシャフトには，前記自重降下レバーの回転を元に戻すリターンスプリングが設けられていることを特徴とする請求項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】
前記動力伝達装置は，前記モータのモータ出力軸に連結された伝動軸，前記伝動軸に前記無励磁作動保持ブレーキを介して第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を特徴とする請求項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】
前記一次減速機と前記二次減速機は，差動歯車減速機であることを特徴とする請求項８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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２０８６２６（Ｐ２００８−２０８６２６Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４６６４１（Ｐ２００７−４６６４１）
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（０００１９６７０５）西部電機株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（０００１９６７０５）西部電機株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
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