電動アクチュエータ
【課題】部品点数を削減した簡易な構造を有し、手動操作で所望の開度へ容易に調整でき、かつ全閉位置でシーティングフォースを印加し続けることができる電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】電動モータ３の回転力を出力ねじ軸４に伝達する動力伝達機構又は指針レバー２７の回転力を出力ねじ軸４に伝達する減速歯車機構を介して所定の荷重を超える回転力が出力ねじ軸４へ伝達されるのを規制する、キャリア１４の当接部１４ａ，１４ｂ、トルク抵抗部２８及びマイクロスイッチ３１からなるトルク制限手段を備える。
【解決手段】電動モータ３の回転力を出力ねじ軸４に伝達する動力伝達機構又は指針レバー２７の回転力を出力ねじ軸４に伝達する減速歯車機構を介して所定の荷重を超える回転力が出力ねじ軸４へ伝達されるのを規制する、キャリア１４の当接部１４ａ，１４ｂ、トルク抵抗部２８及びマイクロスイッチ３１からなるトルク制限手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータの回転を駆動対象物に伝達して駆動させる電動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リニア型バルブには、ねじを切ったアクチュエータの出力軸（以下、出力ねじ軸と称す）の軸方向の移動に応じてバルブプラグが弁開口部を開閉して弁開度が制御されるものがある。このようなリニア型バルブでは、バルブの全閉状態を維持する場合、バルブプラグを全閉位置に移動させた後、内部リークを防ぐために一定荷重でバルブプラグを弁開口部に押圧し続ける必要がある（シーティングフォース印加）。
【０００３】
モータ駆動時に全閉位置で通常駆動時よりも高いトルクで駆動させてシーティングフォースを印加する従来の技術としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この特許文献１の流量制御弁では、弁の閉止位置領域を判定し、弁が閉止した後一定時間ごとに信号をステッピングモータに入力することで、全閉位置でシーティングフォースを印加している。
【０００４】
また、特許文献２には、モータ駆動時及び手動時にそれぞれ過トルクを検知するトルクリミッタを利用したトルク検知機構を備えたバルブ用アクチュエータが開示されている。特許文献２のアクチュエータでは、出力軸に動力を伝達する動力伝達機構を構成する歯車と、この歯車を取り付け設置する動力伝達軸との間にトルクリミッタ機構を介在させることにより、動力伝達機構に過負荷防止機能を持たせている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４７３２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１９９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される流量制御弁では、全閉位置をその都度判断してシーティングフォースを印加するため、ボール弁のように全閉位置の経年変化が比較的少ない弁形式では有効である。しかしながら、リニア型バルブのように弁開口部にバルブプラグを接触させて弁開度を制御する場合、バルブプラグの接触や流体の圧力によってシートリングが損耗することがある。
【０００７】
このため、特許文献１のように全閉位置を検知する構成では、シートリングの損耗により全閉位置が顕著に経年変化した場合、高トルク駆動させる位置がずれてしまうという課題があった。この場合、位置判別手段に対して全閉位置を再設定しなければならず、調整作業が煩わしい。
【０００８】
一方、特許文献２に開示される従来のアクチュエータでは、モータ駆動時用のトルク検知機構と手動操作用のトルク検知機構とを別個に設ける必要があり、部品点数が増加するという課題がある。
【０００９】
また、特許文献１、２では、施工や調整、停電時等における作業で一般的に行われる弁開度の手動調整が考慮されておらず、手動操作によって全閉位置で適切なシーティングフォースを印加する構成は開示されていない。
【００１０】
なお、手動操作において、アクチュエータ内の減速機構の前段（シーティングフォースを与えるトルク検知機構より電動モータ側）の歯車を手動で回転させて調整する場合、例えば全開位置から全閉位置まで調節するには数十回も回転させる必要があり操作性が悪くなる。
【００１１】
これに対し、減速機構の最終段の歯車を手動で回転させて弁開度を調整する場合、少ない回転回数でよく、操作の手間は少ない。また、駆動源である電動モータと減速機構との連結を切断するクラッチ機構を設ければ、工具を用いずとも容易に手動操作を行うことが可能である。
【００１２】
しかしながら、減速機構の最終段の歯車を手動で回転させて調整する構成では、全閉位置で閉じきった状態を維持する一定荷重を印加し続けることができない。また、減速機構の前段側でのバックラッシュにより隙間が空き、内部リークが発生する可能性がある。
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、部品点数を削減した簡易な構造を有し、手動操作で所望の開度へ容易に調整でき、かつ全閉位置でシーティングフォースを印加し続けることができる電動アクチュエータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る電動アクチュエータは、駆動対象物に連結される出力軸と、電動モータの回転力を出力軸に伝達する第１の減速歯車列と、手動操作レバーの回転力を出力軸に伝達する第２の減速歯車列と、第１の減速歯車列又は第２の減速歯車列を介して出力軸に伝達される回転力が所定値を超えると、出力軸への回転力の伝達を規制するトルク制限手段とを備えるものである。
【００１５】
この発明に係る電動アクチュエータは、トルク制限手段が、第１の減速歯車列と第２の減速歯車列との間に介在し、出力軸に伝達される回転力により回動する回動部と、出力軸に伝達される回転力が所定値以下のとき回動部の回動を規制し、出力軸に伝達される回転力が所定値を超えたとき回動部の回動を許容するトルク抵抗手段と、回動部の回動を検知して電動モータへの通電を遮断する通電遮断手段とを備えるものである。
【００１６】
この発明に係る電動アクチュエータは、第１の減速歯車列と電動モータとの連結を切断する電動／手動切替クラッチを備えるものである。
【００１７】
この発明に係る電動アクチュエータは、手動操作レバーが、第１の減速歯車列及び第２の減速歯車列を介して伝達された電動モータの回転力により回動するものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、電動モータの回転力を出力軸に伝達する第１の減速歯車列又は手動操作レバーの回転力を出力軸に伝達する第２の減速歯車列を介して所定値を超える回転力の出力軸への伝達を規制するトルク制限手段を備えるので、電動操作と手動操作とで共通のトルク制限手段を有することから、本発明を適用するのに必要な部品点数を削減することができるという効果がある。
【００１９】
この発明によれば、第１の減速歯車列と電動モータとの連結を切断する電動／手動切替クラッチを備えるので、手動操作時に電動モータとの連結を遮断することにより、手動操作レバーの回転に対して電動モータから負荷が加わることなく、手動操作を容易に行うことができるという効果がある。
【００２０】
例えば、バルブの全閉位置まで手動操作で出力軸を動作させた後、シーティングフォースに相当する所定値を超える回転力が出力軸に加わるのをトルク制限手段で規制し、前記所定値の回転力に相当する荷重を加えた状態で電動モータと第１の減速歯車列との連結を復帰させることによりシーティングフォースが印加された状態を維持することができる。
【００２１】
この発明によれば、手動操作レバーが第１の減速歯車列及び第２の減速歯車列を介して伝達された電動モータの回転力により回動するので、手動で出力軸を駆動させる手動操作レバーと出力軸の駆動に伴う駆動対象物の動作量（例えば、弁開度）を示す指針とを共通化することができ、本発明を適用するのに必要な部品点数を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電動アクチュエータの構成を示す図であり、内部構成を説明するために電動アクチュエータの出力ねじ軸の軸方向に沿った断面を示している。また、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図であり、図３は、図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面矢視図である。なお、図の例は、本発明の電動アクチュエータをリニア型バルブの駆動に適用した場合を示している。
【００２３】
実施の形態１による電動アクチュエータ１は、ケーシング内に収納された支持プレート２、支持プレート２上に配置された電動モータ３、図１の下方側の一端に不図示のリニア型バルブの弁軸が連結される出力ねじ軸４、電動モータ３の回転を出力ねじ軸４に伝達する動力伝達機構、及びこの動力伝達機構と軸芯を共通にして構成された遊星歯車機構を備える。
【００２４】
電動モータ３の回転軸３ａに取り付けられた伝達ギア５は、大径の伝達ギア部６ａと噛み合う。伝達ギア部６ａは、小径の伝達ギア部６ｂと同軸に形成されており、伝達ギア部６ａ，６ｂは固定軸７を中心として一体に回転する。また、伝達ギア部６ａ，６ｂには、図１中に矢印で示すように固定軸７の軸方向に沿って伝達ギア部６ａ，６ｂの位置を変更することにより、電動モータ３側と出力ねじ軸４側との連結を切断するクラッチ機構が設けられる。
【００２５】
このクラッチ機構では、電動操作において、固定軸７に設けたバネ７ａにより軸方向に伝達ギア部６ａ，６ｂを付勢し、伝達ギア部６ｂと伝達ギア部８ａとの噛み合い位置を維持する。また、手動操作においては、クラッチレバー７ｂの操作により、バネ７ａの付勢力に反して固定軸７に沿って伝達ギア部６ａ，６ｂを支持プレート２側に移動させ、伝達ギア部６ｂと伝達ギア部８ａとの噛み合いを解除することができる。
【００２６】
また、伝達ギア部６ｂは大径の伝達ギア部８ａと噛み合っている。伝達ギア部８ａは、同軸に小径の伝達ギア部８ｂが一体に形成されており、伝達ギア部８ａ，８ｂは出力ねじ軸４を中心として一体に回転自在に取り付けられる。
【００２７】
出力ねじ軸４の外周面には、出力歯車１２の内ねじ１２ａと螺合するねじ部４ａが形成されている。また、出力ねじ軸４の図１の下方一端には、図示しないリニア型バルブの弁軸が同軸に連結されており、出力ねじ軸４の軸方向の移動に応じてリニア型バルブ内で弁軸の一端に設けたバルブプラグが弁開口部を開閉して弁開度が調整される。
【００２８】
伝達ギア部８ｂの周囲には、図１，２に示すように遊星歯車９が配置される（図示の例では、４つの遊星歯車９）。これら遊星歯車９は、キャリア１１に設けた固定軸１０を中心として回転自在に取り付けられており、太陽歯車となる伝達ギア部８ｂと、キャリア１４上に形成された内歯車１３と噛み合っている。これにより、遊星歯車９は、伝達ギア部８ｂを介して伝達された電動モータ３からの回転トルクによって固定軸１０を中心として回転しながら伝達ギア部８ｂ周りを公転する。
【００２９】
また、キャリア１１には、図１に示すように出力歯車１２が形成される。この出力歯車１２に形成された内ねじ１２ａは、出力ねじ軸４のねじ部４ａと螺合している。これにより、電動モータ３から伝達された回転トルクによって出力歯車１２が回転すると、図１中に矢印で示すように、出力ねじ軸４が軸方向に移動する。
【００３０】
なお、上述した動力伝達機構（第１の減速歯車列）は、電動モータ３の回転軸３ａに取り付けた伝達ギア５、伝達ギア部６ａ，６ｂ、伝達ギア部８ａ，８ｂ、遊星歯車９、キャリア１１に形成した出力歯車１２及び内歯車１３から構成される。この動力伝達機構は、伝達ギア部６ａ，６ｂや伝達ギア部８ａ，８ｂを適切なギア径で構成することによって、所望の減速比で電動モータ３の回転を出力ねじ軸４に伝達する減速歯車機構として機能する。
【００３１】
図２に示すように、キャリア１４には、その外縁部から径方向外側に張り出すように当接部１４ａ，１４ｂが設けられる。また、当接部１４ａ側には、キャリア１４が出力ねじ軸４周りに回動することを一定の回転トルクまで抑制するトルク抵抗部２８が設けられており、当接部１４ｂ側には、キャリア１４が出力ねじ軸４周りに回動すると、スイッチ部が押下されてオン状態（又はオフ状態）に切替わるマイクロスイッチ（通電遮断手段）３１が設けられる。
【００３２】
トルク抵抗部２８は、開口部が形成されたケース２８ａと、ケース２８ａ内に設けたバネ３０と、一端がバネ３０により付勢され、他端がケース２８ａの開口部に挿通されてケースの外側に突出する伝達部材２９とから構成される。このトルク抵抗部２８は、図２に示すように、キャリア１４の出力ねじ軸４周りの回動方向に沿って当接部１４ａを挟むように２基対向して配置される。２個の伝達部材２９は各々が同時に当接部１４ａに当接しない程度に当接部１４ａに近接しており、当接した方の伝達部材２９を介してバネ３０から一定の付勢力が当接部１４ａに伝達される。これにより、バネ３０の付勢力を超える回転トルクが加わるまでキャリア１４の回動が規制される。
【００３３】
マイクロスイッチ３１も、図２に示すように、キャリア１４の出力ねじ軸４周りの回動方向に沿って当接部１４ｂを挟むように２個対向して配置される。バネ３０の付勢力を超える回転トルクが加わってキャリア１４が出力ねじ軸４周りを所定角度以上回動すると、当接部１４ｂがスイッチ部３２ａを押下し、電動モータ３の通電が遮断される。このように、電動モータ３への通電を遮断することにより、所定値以上の過剰な回転トルクが出力ねじ軸４側に伝達されないようにしている。
【００３４】
固定軸１５は、キャリア１４の内歯車１３を設けた面の裏面に設けられ、遊星歯車１６が固定軸１５を中心として回転自在に取り付けられる。遊星歯車１６は、出力歯車１２の外歯車部１２ｂと、プレート１８上に形成した内歯車１７とに噛み合っており、出力歯車１２の回転によって固定軸１５を中心として回転する。図３の例では、３つの遊星歯車１６が、出力歯車１２の外歯車部１２ｂ周りに配置されている。
【００３５】
外歯車１９は、プレート１８の内歯車１７を設けた面の裏面に設けられる。また、固定軸２１はキャリア２２に設けられ、遊星歯車２０が固定軸２１を中心に回転自在に取り付けられる。ベース２４には、ベース２４側の外輪２５ａ、出力歯車１２側の内輪２５ｂ及び外輪２５ａと内輪２５ｂに狭持されるベアリングボール２６からなるベアリングによって出力歯車１２が回転自在に保持される。
【００３６】
また、ベース２４上には内歯車２３が設けられており、遊星歯車２０が、内歯車２３とプレート１８の外歯車１９との双方に噛み合っている。これにより、遊星歯車２０は、電動モータ３からの回転力が伝達されると、固定軸２１を中心として回転しながら外歯車１９周りを公転する。
【００３７】
キャリア２２の固定軸２１を設けた面の裏面には指針取り付け軸２２ａが設けられる。
図４は、図１中のＣ−Ｃ線の断面矢視図である。図４に示すように、ベース２４には、出力ねじ軸４を軸心とした円弧状の長孔部２４ａが形成されており、指針取り付け軸２２ａが長孔部２４ａに挿通される。また、長孔部２４ａを介してベース２４の裏面側に突出した指針取り付け軸２２ａの端部には、指針レバー２７が取り付けられる。指針レバー２７は、基部となる一端が指針取り付け軸２２ａに取り付けられ、図４に示すように、出力ねじ軸４の軸芯からの放射線上に延びた形状を有している。
【００３８】
ベース２４の裏面には、長孔部２４ａに沿って弁開度に対応する目盛り（％）が記載されており、指針レバー２７がどの目盛りに位置するかによって弁開度を視認することができる。図４の例では、弁開度が０％の状態（全閉状態）を示し、遊星歯車減速機構で電動モータ３の回転が減速されて指針レバー２７に伝達されることにより指針レバー２７が全開から全閉までにおよそ９０°回動する。
【００３９】
上述した遊星歯車機構（第２の減速歯車列）は、出力歯車１２の外歯車部１２ｂ、プレート１８に設けた内歯車１７，外歯車１９、外歯車部１２ｂと内歯車１７に噛み合う遊星歯車１６、ベース２４に設けた内歯車２３、及びキャリア２２に設けられて外歯車１９、内歯車２３にそれぞれ噛み合う遊星歯車２０から構成される。この遊星歯車機構のキャリア２２には弁開度の指針レバー２７が取り付けられ、遊星歯車と内歯車の歯数等の組み合わせを適切に構成することにより、所望の動作量でかつ所望の動作速度で指針レバー２７を出力ねじ軸４の軸方向の移動量に応じて動作させることができる。
【００４０】
次に動作について説明する。
（１）電動操作（開方向、閉方向の動作）
電動操作における電動モータ３の回転トルクは、図１中に白抜きの矢印で示す経路で伝達される。先ず、電動モータ３の回転は、回転軸３ａに取り付けた伝達ギア５からこれと噛み合う伝達ギア部６ａに伝達される。これにより、伝達ギア部６ａ，６ｂが固定軸７を中心として一体に回転する。
【００４１】
伝達ギア部６ｂが回転すると、これと噛み合う伝達ギア部８ａが伝達ギア部８ｂと共に出力ねじ軸４を中心として回転する。伝達ギア部８ｂの回転は、遊星歯車９に伝達され、この遊星歯車９を介して出力歯車１２に伝達される。これにより、出力歯車１２が出力ねじ軸４周りを回転し、遊星歯車９が、固定軸１０を中心として回転しながら伝達ギア部８ｂ周りを公転する。
【００４２】
出力歯車１２が回転すると、出力歯車１２の内ねじ１２ａとねじ部４ａが螺合する出力ねじ軸４に出力歯車１２の回転が伝達され、ねじ運動により出力ねじ軸４が軸方向に移動する。同時に出力歯車１２の回転は、外歯車部１２ｂを介して遊星歯車１６に伝達され、遊星歯車１６を介して内歯車１７に伝達される。
【００４３】
ここで、遊星歯車１６を保持するキャリア１４は、伝達された回転トルクがバネ３０の付勢力より小さいと出力ねじ軸４周りを回転することはなく、遊星歯車１６は固定軸１５を中心として回転するのみである。この遊星歯車１６の回転に伴って、内歯車１７に回転トルクが伝達され、内歯車１７を設けたプレート１８が出力ねじ軸４周りに回転する。
【００４４】
プレート１８が出力ねじ軸４周りを回転すると、外歯車１９を介して遊星歯車２０に回転トルクが伝達される。これにより、遊星歯車２０が、固定軸２１を中心として回転しながら外歯車１９を太陽歯車として公転し、その結果、キャリア２２が出力ねじ軸４周りを回転する。このとき、指針レバー２７は、キャリア２２の回転に伴って出力ねじ軸４の軸方向の移動量に応じた弁開度を指し示す。
【００４５】
なお、上述したように、図４の例では、バルブが全開から全閉になるまでに指針レバー２７が出力ねじ軸４周りにおよそ９０°回動する。このように、本発明では、指針レバー２７の回転角が小さいため、指針が回転し過ぎてどの開度を示しているかわからなくなるようなことがない。また、指針レバー２７を長くして回転半径を大きくすることにより、手動操作時における操作力を小さくすることも可能である。これにより、結果として操作角又は操作力の小さい使いやすい手動操作用レバーとして指針レバー２７を兼用することができる。
【００４６】
（２）電動操作における全閉時の動作
バルブの閉方向への出力ねじ軸４の移動が進み、リニア型バルブ内でバルブプラグが弁開口部に当接して全閉状態になると、出力ねじ軸４の軸方向の移動が規制され、出力歯車１２の回転も規制される。この状態から電動モータ３の回転トルクが伝達ギア部８ａ，８ｂにさらに加わると、この回転トルクに比例した荷重で伝達ギア部８ａ，８ｂが出力ねじ軸４周りに回転し、回転トルクが遊星歯車９に伝達される。
【００４７】
ここで、遊星歯車９を保持するキャリア１１は出力歯車１２と一体に形成されており、出力歯車１２の回転が規制されていることから、遊星歯車９に加わった回転トルクは、内歯車１３を介してキャリア１４に伝達される。上述したように、キャリア１４の外縁部には当接部１４ａ，１４ｂが設けられており、キャリア１４に回転トルクが加わると、当接部１４ａからトルク抵抗部２８の伝達部材２９に伝達される。
【００４８】
この後、電動モータ３からの回転トルクが、全閉時のシーティングフォースに相当するバネ３０の付勢力を超えると、当接部１４ａが伝達部材２９をバネ３０の付勢力に反する方向に押圧しながら、キャリア１４が出力ねじ軸４周りを回動する。このとき、キャリア１４の当接部１４ｂが、マイクロスイッチ３１のスイッチ部３２ａを押下し、電動モータ３への電源供給が遮断される。これにより、全閉状態において、内部リークのない適切な荷重（シーティングフォース）でバルブプラグが弁開口部に押し付けられる。
【００４９】
（３）手動操作（開方向、閉方向の動作）
本実施の形態１では、指針レバー２７を手動操作時の回転レバーとして利用する。指針レバー２７を手動で回転させて発生した回転トルクは、図１中に黒塗りの矢印で示す経路で伝達される。
【００５０】
先ず、クラッチレバー７ｂを操作して伝達ギア部６ｂと伝達ギア部８ａとの噛み合いを解除して、電動モータ３側と出力ねじ軸４側との連結を遮断する。この後、指針レバー２７を手動で回転させると、これに伴いキャリア２２が出力ねじ軸４周りに回転し、この回転が遊星歯車２０を介して外歯車１９に伝達される。
【００５１】
指針レバー２７の手動操作による回転トルクが、外歯車１９を介してプレート１８に伝達されると、プレート１８は出力ねじ軸４周りに回転する。プレート１８が出力ねじ軸４周りに回転すると、プレート１８に設けた内歯車１７を介して遊星歯車１６に回転トルクが伝達される。
【００５２】
上述したように、遊星歯車１６を保持するキャリア１４は、回転トルクが所定値以下である間、出力ねじ軸４周りに回動しない。このとき、遊星歯車１６は、内歯車１７を介して伝達された回転トルクによって固定軸１５を中心に回転し、この回転トルクを外歯車部１２ｂに伝達する。
【００５３】
遊星歯車１６を介して外歯車部１２ｂに回転トルクが伝達されると、出力歯車１２が出力ねじ軸４を中心に回転し、遊星歯車９が伝達ギア部８ｂ周りを公転する。これにより、出力ねじ軸４が軸方向に移動し、手動により弁開度が操作される。
【００５４】
（４）手動操作時における全閉時の動作
手動操作によりバルブの閉方向への出力ねじ軸４の移動が進み、リニア型バルブ内でバルブプラグが弁開口部に当接して全閉状態になると、出力ねじ軸４の軸方向の移動が規制され、出力歯車１２の回転も規制される。これにより、手動で指針レバー２７を回転させる荷重が大きくなり、操作者が全閉状態になったことを認識できる。
【００５５】
この状態から指針レバー２７をさらに回転させると、この回転トルクに比例した荷重でキャリア２２が出力ねじ軸４周りに回動し、遊星歯車２０を介して回転トルクが外歯車１９に伝達される。外歯車１９に回転トルクが伝達されると、これに伴いプレート１８が出力ねじ軸４周りを回転し、内歯車１７を介して遊星歯車１６に回転トルクが伝達される。
【００５６】
ここで、出力歯車１２の回転は規制されているので、この状態で遊星歯車１６に回転トルクが伝達されると、この回転トルクは遊星歯車１６の公転力を介してキャリア１４に回転トルクとして伝達される。上述したように、キャリア１４の外縁部には当接部１４ａ，１４ｂが設けられており、キャリア１４に回転トルクが加わると、この回転トルクは当接部１４ａを介してトルク抵抗部２８の伝達部材２９に伝達される。
【００５７】
このようにして、指針レバー２７の手動操作による回転トルクが、全閉時のシーティングフォースに相当するバネ３０の付勢力を超えると、当接部１４ａにより伝達部材２９をバネ３０の付勢力に反する方向に押圧しながら、キャリア１４が出力ねじ軸４周りを回転する。この状態でクラッチレバー７ｂを操作して伝達ギア部６ｂと伝達ギア部８ａとの噛み合う状態に復帰させることにより、内部リークのない適切な荷重でバルブプラグが弁開口部に押し付けられた全閉状態が維持される。
【００５８】
なお、上述したクラッチ機構を設けず、電動モータ３側と連結しながら指針レバー２７を手動で回転させても、内部リークのない適切な荷重でバルブプラグを弁開口部に押し付けることができる。この場合、指針レバー２７の手動操作によって電動モータ３の回転軸３ａも回転させなければならず、手動操作の荷重が大きい。
【００５９】
また、所定のシーティングフォースを超える過剰な回転トルクが掛かっても伝達部材２９が所定位置以上に押圧されないようにトルク抵抗部２８を調整しておき、指針レバー２７を手動操作してキャリア１４の当接部１４ａにより伝達部材２９が一杯に押圧された位置で所定のシーティングフォースが与えられるように構成してもよい。例えば、図４に示すように、ベース２４に設けた長孔部２４ａを全閉位置から指針取り付け軸２２ａが所定位置以上閉方向へ移動しないように構成する。これにより、キャリア１４が所定角度以上回転しない。
【００６０】
以上のように、この実施の形態１によれば、電動モータ３の回転力を出力ねじ軸４に伝達する動力伝達機構又は指針レバー２７の回転力を出力ねじ軸４に伝達する遊星歯車機構を介して所定の荷重を超える回転力が出力ねじ軸４へ伝達されるのを規制する、キャリア１４の当接部１４ａ，１４ｂ、トルク抵抗部２８及びマイクロスイッチ（通電遮断手段）３１からなるトルク規制手段を備えたので、電動操作と手動操作とで共通のトルク制限手段を有することから、本発明を適用するのに必要な部品点数を削減することができる。
【００６１】
また、この実施の形態１によれば、動力伝達機構と電動モータ３との連結を切断する、バネ７ａやクラッチレバー７ｂからなるクラッチ機構を備えるので、手動操作時に電動モータ３との連結を遮断することにより、指針レバー２７の回転に対して電動モータ３から負荷が加わることなく、手動操作を容易に行うことができる。
【００６２】
例えば、指針レバー２７の手動操作によりバルブプラグが弁開口部を閉め切った位置でさらに押圧力を加えるとトルク制限手段が作動し、この状態で電動モータ３側との連結を復帰させることでシーティングフォースを維持することができる。
【００６３】
さらに、この実施の形態１によれば、出力ねじ軸４を移動させる出力歯車１２に対し、電動モータ３の回転力を出力ねじ軸４に伝達する減速歯車機構とは別に軸芯を共通にして指針レバー２７の回転力を出力ねじ軸４に伝達する遊星歯車機構を構成し、この遊星歯車機構において遊星歯車が噛み合うように減速していき、回転トルクが伝達される最終段のキャリア２２と一体に動作する指針レバー２７を連結したので、指針レバー２７を回転系の動作量又は動作速度が大きく視認し易い開度指針とすることができる。
【００６４】
上記実施の形態１による電動アクチュエータ１では、指針レバー２７の回転角が小さいため、指針が回転し過ぎてどの開度を示しているかわからなくなるようなことがない。また、指針レバー２７に対して回転トルクを伝達する歯車をトルクリミッタ機構よりも出力側に設けることで、指針レバー２７の操作量を低減することができる。この他、指針レバー２７の長さを長くしてその回転の半径を大きくすることにより、手動操作時における操作力を小さくすることも可能である。これにより、結果として操作角又は操作力の小さい使いやすい手動操作用レバーとして指針レバー２７を兼用することができる。従って、本発明を適用するのに必要な部品点数を削減できる。
【００６５】
なお、上記実施の形態１では、図３に示すように、３つの遊星歯車１６が外歯車部１２ｂを太陽歯車として配置される構成を示したが、これに限定されるものではない。例えば、遊び歯車を介して遊星歯車と内歯車とを連結するように構成してもよいし、通常の１段歯車や２段歯車で構成してもよい。
【００６６】
なお、上記実施の形態１では、出力歯車１２の回転により出力ねじ軸４が軸方向に移動して弁開度が制御されるリニア型バルブに本発明を適用した例を示したが、これに限定されるものではない。
【００６７】
例えば、出力軸と出力歯車を一体に形成し、出力軸をねじ軸としてリニア型バルブの弁開度を制御するように構成してもよい。さらに、出力ねじ軸が軸方向に移動しないが、出力歯車が軸方向に移動することにより弁開度を制御するアクチュエータを構成しても良い。
【００６８】
図５は、実施の形態１による電動アクチュエータの他の構成を示す図であり、内部構成を説明するために電動アクチュエータの出力ねじ軸の軸方向に沿った断面を示している。なお、図５において図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。図５の例では、遊星歯車２０Ｂがベース２４に設けられ、固定軸２１Ｂを中心として自転する。遊星歯車２０Ｂと噛み合う内歯車２３Ｂを設けた基台２２Ｂは、出力ねじ軸４周りを回転可能に設けられる。また、この基台２２Ｂには、指針取り付け軸２２ｂを介して指針レバー２７を連結し、内歯車２３の回転に伴い指針レバー２７が出力ねじ軸４周りを回動する。
【００６９】
遊星歯車１６が外歯車部１２ｂ周りを回転すると、プレート１８に設けた内歯車１７，１９を介して遊星歯車２０Ｂに回転トルクが伝達される。これにより、遊星歯車２０Ｂがベース２４に設けた固定軸２１Ｂを中心として回転し、その結果、内歯車２３Ｂを介して基台２２Ｂが出力ねじ軸４周りを回転する。このとき、指針レバー２７は、基台２２Ｂの回転に伴って出力ねじ軸４の軸方向の移動量に応じた弁開度を指し示す。このように構成することによっても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態１による電動アクチュエータの構成を示す図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面矢視図である。
【図４】図１中のＣ−Ｃ線に沿った断面矢視図である。
【図５】実施の形態１による電動アクチュエータの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 電動アクチュエータ
２ 支持プレート
３ 電動モータ
３ａ 回転軸
４ 出力ねじ軸
４ａ ねじ部
５ 伝達ギア
６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１６ｂ 伝達ギア部
７，１０，１５，１５ａ，２１，２１Ｂ 固定軸
７ａ バネ
７ｂ クラッチレバー
９，１６，１６ａ，２０，２０Ｂ 遊星歯車
１１，１４，２２ キャリア
２２Ｂ 基台
１２ 出力歯車
１２ａ 内ねじ
１２ｂ 外歯車部
１３，１７，２３，２３Ｂ 内歯車
１４ａ，１４ｂ 当接部
１８ プレート
１９ 外歯車
２２ａ，２２ｂ 指針取り付け軸
２４ ベース
２４ａ 長孔部
２５ａ 外輪
２５ｂ 内輪
２６ ベアリングボール
２７ 指針レバー
２８ トルク抵抗部
２８ａ ケース
２９ 伝達部材
３０ バネ
３１ マイクロスイッチ（通電遮断手段）
３２ａ スイッチ部
３３ 遊び歯車
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータの回転を駆動対象物に伝達して駆動させる電動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リニア型バルブには、ねじを切ったアクチュエータの出力軸（以下、出力ねじ軸と称す）の軸方向の移動に応じてバルブプラグが弁開口部を開閉して弁開度が制御されるものがある。このようなリニア型バルブでは、バルブの全閉状態を維持する場合、バルブプラグを全閉位置に移動させた後、内部リークを防ぐために一定荷重でバルブプラグを弁開口部に押圧し続ける必要がある（シーティングフォース印加）。
【０００３】
モータ駆動時に全閉位置で通常駆動時よりも高いトルクで駆動させてシーティングフォースを印加する従来の技術としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この特許文献１の流量制御弁では、弁の閉止位置領域を判定し、弁が閉止した後一定時間ごとに信号をステッピングモータに入力することで、全閉位置でシーティングフォースを印加している。
【０００４】
また、特許文献２には、モータ駆動時及び手動時にそれぞれ過トルクを検知するトルクリミッタを利用したトルク検知機構を備えたバルブ用アクチュエータが開示されている。特許文献２のアクチュエータでは、出力軸に動力を伝達する動力伝達機構を構成する歯車と、この歯車を取り付け設置する動力伝達軸との間にトルクリミッタ機構を介在させることにより、動力伝達機構に過負荷防止機能を持たせている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４７３２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１９９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される流量制御弁では、全閉位置をその都度判断してシーティングフォースを印加するため、ボール弁のように全閉位置の経年変化が比較的少ない弁形式では有効である。しかしながら、リニア型バルブのように弁開口部にバルブプラグを接触させて弁開度を制御する場合、バルブプラグの接触や流体の圧力によってシートリングが損耗することがある。
【０００７】
このため、特許文献１のように全閉位置を検知する構成では、シートリングの損耗により全閉位置が顕著に経年変化した場合、高トルク駆動させる位置がずれてしまうという課題があった。この場合、位置判別手段に対して全閉位置を再設定しなければならず、調整作業が煩わしい。
【０００８】
一方、特許文献２に開示される従来のアクチュエータでは、モータ駆動時用のトルク検知機構と手動操作用のトルク検知機構とを別個に設ける必要があり、部品点数が増加するという課題がある。
【０００９】
また、特許文献１、２では、施工や調整、停電時等における作業で一般的に行われる弁開度の手動調整が考慮されておらず、手動操作によって全閉位置で適切なシーティングフォースを印加する構成は開示されていない。
【００１０】
なお、手動操作において、アクチュエータ内の減速機構の前段（シーティングフォースを与えるトルク検知機構より電動モータ側）の歯車を手動で回転させて調整する場合、例えば全開位置から全閉位置まで調節するには数十回も回転させる必要があり操作性が悪くなる。
【００１１】
これに対し、減速機構の最終段の歯車を手動で回転させて弁開度を調整する場合、少ない回転回数でよく、操作の手間は少ない。また、駆動源である電動モータと減速機構との連結を切断するクラッチ機構を設ければ、工具を用いずとも容易に手動操作を行うことが可能である。
【００１２】
しかしながら、減速機構の最終段の歯車を手動で回転させて調整する構成では、全閉位置で閉じきった状態を維持する一定荷重を印加し続けることができない。また、減速機構の前段側でのバックラッシュにより隙間が空き、内部リークが発生する可能性がある。
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、部品点数を削減した簡易な構造を有し、手動操作で所望の開度へ容易に調整でき、かつ全閉位置でシーティングフォースを印加し続けることができる電動アクチュエータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る電動アクチュエータは、駆動対象物に連結される出力軸と、電動モータの回転力を出力軸に伝達する第１の減速歯車列と、手動操作レバーの回転力を出力軸に伝達する第２の減速歯車列と、第１の減速歯車列又は第２の減速歯車列を介して出力軸に伝達される回転力が所定値を超えると、出力軸への回転力の伝達を規制するトルク制限手段とを備えるものである。
【００１５】
この発明に係る電動アクチュエータは、トルク制限手段が、第１の減速歯車列と第２の減速歯車列との間に介在し、出力軸に伝達される回転力により回動する回動部と、出力軸に伝達される回転力が所定値以下のとき回動部の回動を規制し、出力軸に伝達される回転力が所定値を超えたとき回動部の回動を許容するトルク抵抗手段と、回動部の回動を検知して電動モータへの通電を遮断する通電遮断手段とを備えるものである。
【００１６】
この発明に係る電動アクチュエータは、第１の減速歯車列と電動モータとの連結を切断する電動／手動切替クラッチを備えるものである。
【００１７】
この発明に係る電動アクチュエータは、手動操作レバーが、第１の減速歯車列及び第２の減速歯車列を介して伝達された電動モータの回転力により回動するものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、電動モータの回転力を出力軸に伝達する第１の減速歯車列又は手動操作レバーの回転力を出力軸に伝達する第２の減速歯車列を介して所定値を超える回転力の出力軸への伝達を規制するトルク制限手段を備えるので、電動操作と手動操作とで共通のトルク制限手段を有することから、本発明を適用するのに必要な部品点数を削減することができるという効果がある。
【００１９】
この発明によれば、第１の減速歯車列と電動モータとの連結を切断する電動／手動切替クラッチを備えるので、手動操作時に電動モータとの連結を遮断することにより、手動操作レバーの回転に対して電動モータから負荷が加わることなく、手動操作を容易に行うことができるという効果がある。
【００２０】
例えば、バルブの全閉位置まで手動操作で出力軸を動作させた後、シーティングフォースに相当する所定値を超える回転力が出力軸に加わるのをトルク制限手段で規制し、前記所定値の回転力に相当する荷重を加えた状態で電動モータと第１の減速歯車列との連結を復帰させることによりシーティングフォースが印加された状態を維持することができる。
【００２１】
この発明によれば、手動操作レバーが第１の減速歯車列及び第２の減速歯車列を介して伝達された電動モータの回転力により回動するので、手動で出力軸を駆動させる手動操作レバーと出力軸の駆動に伴う駆動対象物の動作量（例えば、弁開度）を示す指針とを共通化することができ、本発明を適用するのに必要な部品点数を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電動アクチュエータの構成を示す図であり、内部構成を説明するために電動アクチュエータの出力ねじ軸の軸方向に沿った断面を示している。また、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図であり、図３は、図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面矢視図である。なお、図の例は、本発明の電動アクチュエータをリニア型バルブの駆動に適用した場合を示している。
【００２３】
実施の形態１による電動アクチュエータ１は、ケーシング内に収納された支持プレート２、支持プレート２上に配置された電動モータ３、図１の下方側の一端に不図示のリニア型バルブの弁軸が連結される出力ねじ軸４、電動モータ３の回転を出力ねじ軸４に伝達する動力伝達機構、及びこの動力伝達機構と軸芯を共通にして構成された遊星歯車機構を備える。
【００２４】
電動モータ３の回転軸３ａに取り付けられた伝達ギア５は、大径の伝達ギア部６ａと噛み合う。伝達ギア部６ａは、小径の伝達ギア部６ｂと同軸に形成されており、伝達ギア部６ａ，６ｂは固定軸７を中心として一体に回転する。また、伝達ギア部６ａ，６ｂには、図１中に矢印で示すように固定軸７の軸方向に沿って伝達ギア部６ａ，６ｂの位置を変更することにより、電動モータ３側と出力ねじ軸４側との連結を切断するクラッチ機構が設けられる。
【００２５】
このクラッチ機構では、電動操作において、固定軸７に設けたバネ７ａにより軸方向に伝達ギア部６ａ，６ｂを付勢し、伝達ギア部６ｂと伝達ギア部８ａとの噛み合い位置を維持する。また、手動操作においては、クラッチレバー７ｂの操作により、バネ７ａの付勢力に反して固定軸７に沿って伝達ギア部６ａ，６ｂを支持プレート２側に移動させ、伝達ギア部６ｂと伝達ギア部８ａとの噛み合いを解除することができる。
【００２６】
また、伝達ギア部６ｂは大径の伝達ギア部８ａと噛み合っている。伝達ギア部８ａは、同軸に小径の伝達ギア部８ｂが一体に形成されており、伝達ギア部８ａ，８ｂは出力ねじ軸４を中心として一体に回転自在に取り付けられる。
【００２７】
出力ねじ軸４の外周面には、出力歯車１２の内ねじ１２ａと螺合するねじ部４ａが形成されている。また、出力ねじ軸４の図１の下方一端には、図示しないリニア型バルブの弁軸が同軸に連結されており、出力ねじ軸４の軸方向の移動に応じてリニア型バルブ内で弁軸の一端に設けたバルブプラグが弁開口部を開閉して弁開度が調整される。
【００２８】
伝達ギア部８ｂの周囲には、図１，２に示すように遊星歯車９が配置される（図示の例では、４つの遊星歯車９）。これら遊星歯車９は、キャリア１１に設けた固定軸１０を中心として回転自在に取り付けられており、太陽歯車となる伝達ギア部８ｂと、キャリア１４上に形成された内歯車１３と噛み合っている。これにより、遊星歯車９は、伝達ギア部８ｂを介して伝達された電動モータ３からの回転トルクによって固定軸１０を中心として回転しながら伝達ギア部８ｂ周りを公転する。
【００２９】
また、キャリア１１には、図１に示すように出力歯車１２が形成される。この出力歯車１２に形成された内ねじ１２ａは、出力ねじ軸４のねじ部４ａと螺合している。これにより、電動モータ３から伝達された回転トルクによって出力歯車１２が回転すると、図１中に矢印で示すように、出力ねじ軸４が軸方向に移動する。
【００３０】
なお、上述した動力伝達機構（第１の減速歯車列）は、電動モータ３の回転軸３ａに取り付けた伝達ギア５、伝達ギア部６ａ，６ｂ、伝達ギア部８ａ，８ｂ、遊星歯車９、キャリア１１に形成した出力歯車１２及び内歯車１３から構成される。この動力伝達機構は、伝達ギア部６ａ，６ｂや伝達ギア部８ａ，８ｂを適切なギア径で構成することによって、所望の減速比で電動モータ３の回転を出力ねじ軸４に伝達する減速歯車機構として機能する。
【００３１】
図２に示すように、キャリア１４には、その外縁部から径方向外側に張り出すように当接部１４ａ，１４ｂが設けられる。また、当接部１４ａ側には、キャリア１４が出力ねじ軸４周りに回動することを一定の回転トルクまで抑制するトルク抵抗部２８が設けられており、当接部１４ｂ側には、キャリア１４が出力ねじ軸４周りに回動すると、スイッチ部が押下されてオン状態（又はオフ状態）に切替わるマイクロスイッチ（通電遮断手段）３１が設けられる。
【００３２】
トルク抵抗部２８は、開口部が形成されたケース２８ａと、ケース２８ａ内に設けたバネ３０と、一端がバネ３０により付勢され、他端がケース２８ａの開口部に挿通されてケースの外側に突出する伝達部材２９とから構成される。このトルク抵抗部２８は、図２に示すように、キャリア１４の出力ねじ軸４周りの回動方向に沿って当接部１４ａを挟むように２基対向して配置される。２個の伝達部材２９は各々が同時に当接部１４ａに当接しない程度に当接部１４ａに近接しており、当接した方の伝達部材２９を介してバネ３０から一定の付勢力が当接部１４ａに伝達される。これにより、バネ３０の付勢力を超える回転トルクが加わるまでキャリア１４の回動が規制される。
【００３３】
マイクロスイッチ３１も、図２に示すように、キャリア１４の出力ねじ軸４周りの回動方向に沿って当接部１４ｂを挟むように２個対向して配置される。バネ３０の付勢力を超える回転トルクが加わってキャリア１４が出力ねじ軸４周りを所定角度以上回動すると、当接部１４ｂがスイッチ部３２ａを押下し、電動モータ３の通電が遮断される。このように、電動モータ３への通電を遮断することにより、所定値以上の過剰な回転トルクが出力ねじ軸４側に伝達されないようにしている。
【００３４】
固定軸１５は、キャリア１４の内歯車１３を設けた面の裏面に設けられ、遊星歯車１６が固定軸１５を中心として回転自在に取り付けられる。遊星歯車１６は、出力歯車１２の外歯車部１２ｂと、プレート１８上に形成した内歯車１７とに噛み合っており、出力歯車１２の回転によって固定軸１５を中心として回転する。図３の例では、３つの遊星歯車１６が、出力歯車１２の外歯車部１２ｂ周りに配置されている。
【００３５】
外歯車１９は、プレート１８の内歯車１７を設けた面の裏面に設けられる。また、固定軸２１はキャリア２２に設けられ、遊星歯車２０が固定軸２１を中心に回転自在に取り付けられる。ベース２４には、ベース２４側の外輪２５ａ、出力歯車１２側の内輪２５ｂ及び外輪２５ａと内輪２５ｂに狭持されるベアリングボール２６からなるベアリングによって出力歯車１２が回転自在に保持される。
【００３６】
また、ベース２４上には内歯車２３が設けられており、遊星歯車２０が、内歯車２３とプレート１８の外歯車１９との双方に噛み合っている。これにより、遊星歯車２０は、電動モータ３からの回転力が伝達されると、固定軸２１を中心として回転しながら外歯車１９周りを公転する。
【００３７】
キャリア２２の固定軸２１を設けた面の裏面には指針取り付け軸２２ａが設けられる。
図４は、図１中のＣ−Ｃ線の断面矢視図である。図４に示すように、ベース２４には、出力ねじ軸４を軸心とした円弧状の長孔部２４ａが形成されており、指針取り付け軸２２ａが長孔部２４ａに挿通される。また、長孔部２４ａを介してベース２４の裏面側に突出した指針取り付け軸２２ａの端部には、指針レバー２７が取り付けられる。指針レバー２７は、基部となる一端が指針取り付け軸２２ａに取り付けられ、図４に示すように、出力ねじ軸４の軸芯からの放射線上に延びた形状を有している。
【００３８】
ベース２４の裏面には、長孔部２４ａに沿って弁開度に対応する目盛り（％）が記載されており、指針レバー２７がどの目盛りに位置するかによって弁開度を視認することができる。図４の例では、弁開度が０％の状態（全閉状態）を示し、遊星歯車減速機構で電動モータ３の回転が減速されて指針レバー２７に伝達されることにより指針レバー２７が全開から全閉までにおよそ９０°回動する。
【００３９】
上述した遊星歯車機構（第２の減速歯車列）は、出力歯車１２の外歯車部１２ｂ、プレート１８に設けた内歯車１７，外歯車１９、外歯車部１２ｂと内歯車１７に噛み合う遊星歯車１６、ベース２４に設けた内歯車２３、及びキャリア２２に設けられて外歯車１９、内歯車２３にそれぞれ噛み合う遊星歯車２０から構成される。この遊星歯車機構のキャリア２２には弁開度の指針レバー２７が取り付けられ、遊星歯車と内歯車の歯数等の組み合わせを適切に構成することにより、所望の動作量でかつ所望の動作速度で指針レバー２７を出力ねじ軸４の軸方向の移動量に応じて動作させることができる。
【００４０】
次に動作について説明する。
（１）電動操作（開方向、閉方向の動作）
電動操作における電動モータ３の回転トルクは、図１中に白抜きの矢印で示す経路で伝達される。先ず、電動モータ３の回転は、回転軸３ａに取り付けた伝達ギア５からこれと噛み合う伝達ギア部６ａに伝達される。これにより、伝達ギア部６ａ，６ｂが固定軸７を中心として一体に回転する。
【００４１】
伝達ギア部６ｂが回転すると、これと噛み合う伝達ギア部８ａが伝達ギア部８ｂと共に出力ねじ軸４を中心として回転する。伝達ギア部８ｂの回転は、遊星歯車９に伝達され、この遊星歯車９を介して出力歯車１２に伝達される。これにより、出力歯車１２が出力ねじ軸４周りを回転し、遊星歯車９が、固定軸１０を中心として回転しながら伝達ギア部８ｂ周りを公転する。
【００４２】
出力歯車１２が回転すると、出力歯車１２の内ねじ１２ａとねじ部４ａが螺合する出力ねじ軸４に出力歯車１２の回転が伝達され、ねじ運動により出力ねじ軸４が軸方向に移動する。同時に出力歯車１２の回転は、外歯車部１２ｂを介して遊星歯車１６に伝達され、遊星歯車１６を介して内歯車１７に伝達される。
【００４３】
ここで、遊星歯車１６を保持するキャリア１４は、伝達された回転トルクがバネ３０の付勢力より小さいと出力ねじ軸４周りを回転することはなく、遊星歯車１６は固定軸１５を中心として回転するのみである。この遊星歯車１６の回転に伴って、内歯車１７に回転トルクが伝達され、内歯車１７を設けたプレート１８が出力ねじ軸４周りに回転する。
【００４４】
プレート１８が出力ねじ軸４周りを回転すると、外歯車１９を介して遊星歯車２０に回転トルクが伝達される。これにより、遊星歯車２０が、固定軸２１を中心として回転しながら外歯車１９を太陽歯車として公転し、その結果、キャリア２２が出力ねじ軸４周りを回転する。このとき、指針レバー２７は、キャリア２２の回転に伴って出力ねじ軸４の軸方向の移動量に応じた弁開度を指し示す。
【００４５】
なお、上述したように、図４の例では、バルブが全開から全閉になるまでに指針レバー２７が出力ねじ軸４周りにおよそ９０°回動する。このように、本発明では、指針レバー２７の回転角が小さいため、指針が回転し過ぎてどの開度を示しているかわからなくなるようなことがない。また、指針レバー２７を長くして回転半径を大きくすることにより、手動操作時における操作力を小さくすることも可能である。これにより、結果として操作角又は操作力の小さい使いやすい手動操作用レバーとして指針レバー２７を兼用することができる。
【００４６】
（２）電動操作における全閉時の動作
バルブの閉方向への出力ねじ軸４の移動が進み、リニア型バルブ内でバルブプラグが弁開口部に当接して全閉状態になると、出力ねじ軸４の軸方向の移動が規制され、出力歯車１２の回転も規制される。この状態から電動モータ３の回転トルクが伝達ギア部８ａ，８ｂにさらに加わると、この回転トルクに比例した荷重で伝達ギア部８ａ，８ｂが出力ねじ軸４周りに回転し、回転トルクが遊星歯車９に伝達される。
【００４７】
ここで、遊星歯車９を保持するキャリア１１は出力歯車１２と一体に形成されており、出力歯車１２の回転が規制されていることから、遊星歯車９に加わった回転トルクは、内歯車１３を介してキャリア１４に伝達される。上述したように、キャリア１４の外縁部には当接部１４ａ，１４ｂが設けられており、キャリア１４に回転トルクが加わると、当接部１４ａからトルク抵抗部２８の伝達部材２９に伝達される。
【００４８】
この後、電動モータ３からの回転トルクが、全閉時のシーティングフォースに相当するバネ３０の付勢力を超えると、当接部１４ａが伝達部材２９をバネ３０の付勢力に反する方向に押圧しながら、キャリア１４が出力ねじ軸４周りを回動する。このとき、キャリア１４の当接部１４ｂが、マイクロスイッチ３１のスイッチ部３２ａを押下し、電動モータ３への電源供給が遮断される。これにより、全閉状態において、内部リークのない適切な荷重（シーティングフォース）でバルブプラグが弁開口部に押し付けられる。
【００４９】
（３）手動操作（開方向、閉方向の動作）
本実施の形態１では、指針レバー２７を手動操作時の回転レバーとして利用する。指針レバー２７を手動で回転させて発生した回転トルクは、図１中に黒塗りの矢印で示す経路で伝達される。
【００５０】
先ず、クラッチレバー７ｂを操作して伝達ギア部６ｂと伝達ギア部８ａとの噛み合いを解除して、電動モータ３側と出力ねじ軸４側との連結を遮断する。この後、指針レバー２７を手動で回転させると、これに伴いキャリア２２が出力ねじ軸４周りに回転し、この回転が遊星歯車２０を介して外歯車１９に伝達される。
【００５１】
指針レバー２７の手動操作による回転トルクが、外歯車１９を介してプレート１８に伝達されると、プレート１８は出力ねじ軸４周りに回転する。プレート１８が出力ねじ軸４周りに回転すると、プレート１８に設けた内歯車１７を介して遊星歯車１６に回転トルクが伝達される。
【００５２】
上述したように、遊星歯車１６を保持するキャリア１４は、回転トルクが所定値以下である間、出力ねじ軸４周りに回動しない。このとき、遊星歯車１６は、内歯車１７を介して伝達された回転トルクによって固定軸１５を中心に回転し、この回転トルクを外歯車部１２ｂに伝達する。
【００５３】
遊星歯車１６を介して外歯車部１２ｂに回転トルクが伝達されると、出力歯車１２が出力ねじ軸４を中心に回転し、遊星歯車９が伝達ギア部８ｂ周りを公転する。これにより、出力ねじ軸４が軸方向に移動し、手動により弁開度が操作される。
【００５４】
（４）手動操作時における全閉時の動作
手動操作によりバルブの閉方向への出力ねじ軸４の移動が進み、リニア型バルブ内でバルブプラグが弁開口部に当接して全閉状態になると、出力ねじ軸４の軸方向の移動が規制され、出力歯車１２の回転も規制される。これにより、手動で指針レバー２７を回転させる荷重が大きくなり、操作者が全閉状態になったことを認識できる。
【００５５】
この状態から指針レバー２７をさらに回転させると、この回転トルクに比例した荷重でキャリア２２が出力ねじ軸４周りに回動し、遊星歯車２０を介して回転トルクが外歯車１９に伝達される。外歯車１９に回転トルクが伝達されると、これに伴いプレート１８が出力ねじ軸４周りを回転し、内歯車１７を介して遊星歯車１６に回転トルクが伝達される。
【００５６】
ここで、出力歯車１２の回転は規制されているので、この状態で遊星歯車１６に回転トルクが伝達されると、この回転トルクは遊星歯車１６の公転力を介してキャリア１４に回転トルクとして伝達される。上述したように、キャリア１４の外縁部には当接部１４ａ，１４ｂが設けられており、キャリア１４に回転トルクが加わると、この回転トルクは当接部１４ａを介してトルク抵抗部２８の伝達部材２９に伝達される。
【００５７】
このようにして、指針レバー２７の手動操作による回転トルクが、全閉時のシーティングフォースに相当するバネ３０の付勢力を超えると、当接部１４ａにより伝達部材２９をバネ３０の付勢力に反する方向に押圧しながら、キャリア１４が出力ねじ軸４周りを回転する。この状態でクラッチレバー７ｂを操作して伝達ギア部６ｂと伝達ギア部８ａとの噛み合う状態に復帰させることにより、内部リークのない適切な荷重でバルブプラグが弁開口部に押し付けられた全閉状態が維持される。
【００５８】
なお、上述したクラッチ機構を設けず、電動モータ３側と連結しながら指針レバー２７を手動で回転させても、内部リークのない適切な荷重でバルブプラグを弁開口部に押し付けることができる。この場合、指針レバー２７の手動操作によって電動モータ３の回転軸３ａも回転させなければならず、手動操作の荷重が大きい。
【００５９】
また、所定のシーティングフォースを超える過剰な回転トルクが掛かっても伝達部材２９が所定位置以上に押圧されないようにトルク抵抗部２８を調整しておき、指針レバー２７を手動操作してキャリア１４の当接部１４ａにより伝達部材２９が一杯に押圧された位置で所定のシーティングフォースが与えられるように構成してもよい。例えば、図４に示すように、ベース２４に設けた長孔部２４ａを全閉位置から指針取り付け軸２２ａが所定位置以上閉方向へ移動しないように構成する。これにより、キャリア１４が所定角度以上回転しない。
【００６０】
以上のように、この実施の形態１によれば、電動モータ３の回転力を出力ねじ軸４に伝達する動力伝達機構又は指針レバー２７の回転力を出力ねじ軸４に伝達する遊星歯車機構を介して所定の荷重を超える回転力が出力ねじ軸４へ伝達されるのを規制する、キャリア１４の当接部１４ａ，１４ｂ、トルク抵抗部２８及びマイクロスイッチ（通電遮断手段）３１からなるトルク規制手段を備えたので、電動操作と手動操作とで共通のトルク制限手段を有することから、本発明を適用するのに必要な部品点数を削減することができる。
【００６１】
また、この実施の形態１によれば、動力伝達機構と電動モータ３との連結を切断する、バネ７ａやクラッチレバー７ｂからなるクラッチ機構を備えるので、手動操作時に電動モータ３との連結を遮断することにより、指針レバー２７の回転に対して電動モータ３から負荷が加わることなく、手動操作を容易に行うことができる。
【００６２】
例えば、指針レバー２７の手動操作によりバルブプラグが弁開口部を閉め切った位置でさらに押圧力を加えるとトルク制限手段が作動し、この状態で電動モータ３側との連結を復帰させることでシーティングフォースを維持することができる。
【００６３】
さらに、この実施の形態１によれば、出力ねじ軸４を移動させる出力歯車１２に対し、電動モータ３の回転力を出力ねじ軸４に伝達する減速歯車機構とは別に軸芯を共通にして指針レバー２７の回転力を出力ねじ軸４に伝達する遊星歯車機構を構成し、この遊星歯車機構において遊星歯車が噛み合うように減速していき、回転トルクが伝達される最終段のキャリア２２と一体に動作する指針レバー２７を連結したので、指針レバー２７を回転系の動作量又は動作速度が大きく視認し易い開度指針とすることができる。
【００６４】
上記実施の形態１による電動アクチュエータ１では、指針レバー２７の回転角が小さいため、指針が回転し過ぎてどの開度を示しているかわからなくなるようなことがない。また、指針レバー２７に対して回転トルクを伝達する歯車をトルクリミッタ機構よりも出力側に設けることで、指針レバー２７の操作量を低減することができる。この他、指針レバー２７の長さを長くしてその回転の半径を大きくすることにより、手動操作時における操作力を小さくすることも可能である。これにより、結果として操作角又は操作力の小さい使いやすい手動操作用レバーとして指針レバー２７を兼用することができる。従って、本発明を適用するのに必要な部品点数を削減できる。
【００６５】
なお、上記実施の形態１では、図３に示すように、３つの遊星歯車１６が外歯車部１２ｂを太陽歯車として配置される構成を示したが、これに限定されるものではない。例えば、遊び歯車を介して遊星歯車と内歯車とを連結するように構成してもよいし、通常の１段歯車や２段歯車で構成してもよい。
【００６６】
なお、上記実施の形態１では、出力歯車１２の回転により出力ねじ軸４が軸方向に移動して弁開度が制御されるリニア型バルブに本発明を適用した例を示したが、これに限定されるものではない。
【００６７】
例えば、出力軸と出力歯車を一体に形成し、出力軸をねじ軸としてリニア型バルブの弁開度を制御するように構成してもよい。さらに、出力ねじ軸が軸方向に移動しないが、出力歯車が軸方向に移動することにより弁開度を制御するアクチュエータを構成しても良い。
【００６８】
図５は、実施の形態１による電動アクチュエータの他の構成を示す図であり、内部構成を説明するために電動アクチュエータの出力ねじ軸の軸方向に沿った断面を示している。なお、図５において図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。図５の例では、遊星歯車２０Ｂがベース２４に設けられ、固定軸２１Ｂを中心として自転する。遊星歯車２０Ｂと噛み合う内歯車２３Ｂを設けた基台２２Ｂは、出力ねじ軸４周りを回転可能に設けられる。また、この基台２２Ｂには、指針取り付け軸２２ｂを介して指針レバー２７を連結し、内歯車２３の回転に伴い指針レバー２７が出力ねじ軸４周りを回動する。
【００６９】
遊星歯車１６が外歯車部１２ｂ周りを回転すると、プレート１８に設けた内歯車１７，１９を介して遊星歯車２０Ｂに回転トルクが伝達される。これにより、遊星歯車２０Ｂがベース２４に設けた固定軸２１Ｂを中心として回転し、その結果、内歯車２３Ｂを介して基台２２Ｂが出力ねじ軸４周りを回転する。このとき、指針レバー２７は、基台２２Ｂの回転に伴って出力ねじ軸４の軸方向の移動量に応じた弁開度を指し示す。このように構成することによっても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態１による電動アクチュエータの構成を示す図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面矢視図である。
【図４】図１中のＣ−Ｃ線に沿った断面矢視図である。
【図５】実施の形態１による電動アクチュエータの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 電動アクチュエータ
２ 支持プレート
３ 電動モータ
３ａ 回転軸
４ 出力ねじ軸
４ａ ねじ部
５ 伝達ギア
６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ，１６ｂ 伝達ギア部
７，１０，１５，１５ａ，２１，２１Ｂ 固定軸
７ａ バネ
７ｂ クラッチレバー
９，１６，１６ａ，２０，２０Ｂ 遊星歯車
１１，１４，２２ キャリア
２２Ｂ 基台
１２ 出力歯車
１２ａ 内ねじ
１２ｂ 外歯車部
１３，１７，２３，２３Ｂ 内歯車
１４ａ，１４ｂ 当接部
１８ プレート
１９ 外歯車
２２ａ，２２ｂ 指針取り付け軸
２４ ベース
２４ａ 長孔部
２５ａ 外輪
２５ｂ 内輪
２６ ベアリングボール
２７ 指針レバー
２８ トルク抵抗部
２８ａ ケース
２９ 伝達部材
３０ バネ
３１ マイクロスイッチ（通電遮断手段）
３２ａ スイッチ部
３３ 遊び歯車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動対象物に連結される出力軸と、
電動モータの回転力を前記出力軸に伝達する第１の減速歯車列と、
手動操作レバーの回転力を前記出力軸に伝達する第２の減速歯車列と、
前記第１の減速歯車列又は前記第２の減速歯車列を介して所定値を超える回転力の前記出力軸への伝達を規制するトルク制限手段とを備えた電動アクチュエータ。
【請求項２】
トルク制限手段は、
第１の減速歯車列と第２の減速歯車列との間に介在し、出力軸に伝達される回転力により回動する回動部と、
前記出力軸に伝達される回転力が所定値以下のとき前記回動部の回動を規制し、前記出力軸に伝達される回転力が前記所定値を超えたとき前記回動部の回動を許容するトルク抵抗手段と、
前記回動部の回動を検知して電動モータへの通電を遮断する通電遮断手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
第１の減速歯車列と電動モータとの連結を切断する電動／手動切替クラッチを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
手動操作レバーは、第１の減速歯車列及び第２の減速歯車列を介して伝達された電動モータの回転力により回動することを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項１】
駆動対象物に連結される出力軸と、
電動モータの回転力を前記出力軸に伝達する第１の減速歯車列と、
手動操作レバーの回転力を前記出力軸に伝達する第２の減速歯車列と、
前記第１の減速歯車列又は前記第２の減速歯車列を介して所定値を超える回転力の前記出力軸への伝達を規制するトルク制限手段とを備えた電動アクチュエータ。
【請求項２】
トルク制限手段は、
第１の減速歯車列と第２の減速歯車列との間に介在し、出力軸に伝達される回転力により回動する回動部と、
前記出力軸に伝達される回転力が所定値以下のとき前記回動部の回動を規制し、前記出力軸に伝達される回転力が前記所定値を超えたとき前記回動部の回動を許容するトルク抵抗手段と、
前記回動部の回動を検知して電動モータへの通電を遮断する通電遮断手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
第１の減速歯車列と電動モータとの連結を切断する電動／手動切替クラッチを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
手動操作レバーは、第１の減速歯車列及び第２の減速歯車列を介して伝達された電動モータの回転力により回動することを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−３８９４６（Ｐ２００９−３８９４６Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０３４４１（Ｐ２００７−２０３４４１）
【出願日】平成１９年８月３日（２００７．８．３）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３日（２００７．８．３）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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